JP5724638B2 - Pb-free solder, solder-coated conductor, and electrical parts using the same - Google Patents
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Description
本発明は、一方の導体と他方の導体とをはんだ接合するためのＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだ及びはんだ被覆導体並びにそれを用いた電気部品に関するものである。 The present invention relates to a Pb-free solder mainly composed of Sn for solder-bonding one conductor and the other conductor, a solder-coated conductor, and an electrical component using the same.
自動車や産業機器などには、はんだ付けのために銀めっきを施したコンデンサやリード線、銀ペーストをプリントした基板などの電気部品が用いられている。 Electrical parts such as capacitors plated with silver for soldering, lead wires, and substrates printed with silver paste are used in automobiles and industrial equipment.
このはんだ付けには従来、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだがよく用いられていたが、Ｐｂ規制に伴い純Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等のＰｂフリーはんだが現在多く用いられている。 Conventionally, Sn—Pb solder has been used for this soldering. However, Pb-free solders such as pure Sn, Sn—Ag, Sn—Ag—Cu, and Sn—Cu are used in accordance with Pb regulations. Currently in wide use.
Ａｇを主成分とする導体と他の導体を、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーはんだにより接続する場合、Ａｇを主成分とする導体とはんだとの接合界面に沿って金属間化合物であるＡｇ3Ｓｎが形成されることが知られている。 When connecting a conductor containing Ag as a main component and another conductor using Pb-free solder containing Sn as a main component, Ag 3 which is an intermetallic compound along the bonding interface between the conductor containing Ag as a main component and solder. It is known that Sn is formed.
ＡｇとＰｂフリーはんだの接合部が、車載用あるいは、直射日光下などの高温環境に保持されると、保持温度がはんだの融点以下でも、はんだ中のＳｎとＡｇの相互拡散により、接合界面に金属間化合物であるＡｇ3Ｓｎが層状に形成される。このとき保持温度が高ければ高いほど相互拡散が進み、金属間化合物層は厚く成長する。 When the joint between Ag and Pb-free solder is kept in a high temperature environment such as for in-vehicle use or under direct sunlight, even if the holding temperature is lower than the melting point of the solder, due to mutual diffusion of Sn and Ag in the solder, Ag 3 Sn, which is an intermetallic compound, is formed in layers. At this time, the higher the holding temperature, the more the interdiffusion proceeds, and the intermetallic compound layer grows thicker.
金属間化合物は一般的に脆いため、Ｐｂフリーはんだと導体の間の金属間化合物層が厚く成長した場合、この金属間化合物層中、もしくは、金属間化合物とはんだおよび導体界面での破断が起こりやすく、はんだ接続部の強度が著しく低下してしまうことが問題となっている。 Since intermetallic compounds are generally brittle, when the intermetallic compound layer between the Pb-free solder and the conductor grows thick, fracture occurs in the intermetallic compound layer or at the interface between the intermetallic compound and the solder and the conductor. It is easy to cause a problem that the strength of the solder connection portion is remarkably lowered.
このため、このようなはんだ接合の用途では、６０〜１５０℃の高温環境で長期間使用されても、銀めっきや銀ペーストとＰｂフリーはんだの接合界面において十分な接合強度を有し、耐疲労、耐衝撃性に優れた接続信頼性が高いＰｂフリーはんだが求められている。 For this reason, in such a solder joint application, even if it is used for a long time in a high temperature environment of 60 to 150 ° C., it has sufficient joint strength at the joint interface between silver plating and silver paste and Pb-free solder, and fatigue resistance Therefore, there is a demand for Pb-free solder having excellent impact resistance and high connection reliability.
特許文献１は、Ｓｎ−３．５重量％Ａｇはんだの使用により、Ａｇとの接合界面のＡｇ3Ｓｎは高温環境（１５０℃）においても、成長が抑止されると報告している。有鉛はんだに対してＳｎ−３．５重量％Ａｇはんだの場合、高温環境での接合界面でのＳｎの拡散が抑制されるので、Ａｇ3Ｓｎの成長が抑止されるとしている。しかし実際には、Ｓｎの拡散抑制は十分ではなく、高温に長時間保持する場合、このＡｇ3Ｓｎは成長し続けるので、接続信頼性が問題視される。 Patent Document 1 reports that the use of Sn-3.5 wt% Ag solder suppresses the growth of Ag 3 Sn at the bonding interface with Ag even in a high temperature environment (150 ° C.). In the case of Sn-3.5 wt% Ag solder with respect to leaded solder, the diffusion of Sn at the bonding interface in a high temperature environment is suppressed, and therefore growth of Ag 3 Sn is suppressed. However, in reality, the suppression of the diffusion of Sn is not sufficient, and when kept at a high temperature for a long time, this Ag 3 Sn continues to grow, so connection reliability is regarded as a problem.
特許文献２，３及び４では、はんだとＡｇとの接合界面に他の金属による中間層やＮｉ層を形成して、Ａｇとはんだとの間の相互拡散やＡｇ3Ｓｎ化合物の成長抑制が可能であると報告されている。 In Patent Documents 2, 3 and 4, an intermediate layer or Ni layer made of another metal is formed at the joint interface between the solder and Ag so that interdiffusion between Ag and the solder and growth of the Ag 3 Sn compound can be suppressed. It is reported that.
特に特許文献４では、ＳｎとＮｉとの間ではＳｎとＡｇとの間より相互拡散が起こりにくいので、それにより、ＳｎとＡｇとの間にＮｉ層を形成して拡散のバリアとすることにより、金属間化合物の生成を抑える効果があるとしている。 In particular, in Patent Document 4, interdiffusion between Sn and Ni is less likely to occur than between Sn and Ag. Therefore, by forming a Ni layer between Sn and Ag, a diffusion barrier is obtained. It is said that it has the effect of suppressing the formation of intermetallic compounds.
導体表面へのＮｉ層形成に関しては、接合界面の拡散抑制効果が一般的に知られているが、Ｎｉは大気中で酸化しやすくはんだ濡れ性が低下することが懸念されている。また硬質なために割れやすく、割れによりＡｇとはんだが直接接触してしまい、拡散抑制効果が失われる虞もある。 Regarding the formation of the Ni layer on the conductor surface, the effect of suppressing the diffusion at the bonding interface is generally known, but there is a concern that Ni is easily oxidized in the atmosphere and the solder wettability is lowered. Moreover, since it is hard, it is easy to break, there is a possibility that Ag and solder are in direct contact with each other due to the crack, and the diffusion suppressing effect is lost.
そこで、本発明の目的は、従来のＰｂフリーはんだに対して高温保持におけるＡｇとはんだとの界面の金属間化合物層の成長を更に抑制することができ、はんだ接合部における良好なはんだ濡れ性を備えたＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだ及びはんだ被覆導体並びにそれを用いた電気部品を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to further suppress the growth of the intermetallic compound layer at the interface between Ag and solder at a high temperature as compared with the conventional Pb-free solder, and to achieve good solder wettability at the solder joint. An object of the present invention is to provide a Pb-free solder and a solder-coated conductor having Sn as a main component and an electrical component using the same.
上記課題を解決すべく創案された本発明は、一方の導体と他方の導体とをはんだ接合するためのＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだであって、前記一方の導体および前記他方の導体の少なくともいずれか一方はＡｇを主成分とする層をその表面に備えており、前記Ｓｎを主成分とするＰｂフリーはんだは、Ｓｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕ−０．２ｍａｓｓ％ＺｎからなるＰｂフリーはんだである。
The present invention devised to solve the above problems is a Pb-free solder mainly composed of Sn for solder-joining one conductor and the other conductor, wherein the one conductor and the other conductor are At least one of them has a layer containing Ag as a main component on its surface, and the Pb-free solder containing Sn as a main component is Sn-3.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu-0.2 mass%. Pb-free solder made of Zn .
また、本発明は、導体とはんだ接合するためのＰｂフリーはんだ層を備えたはんだ被覆導体において、前記導体は、Ａｇを主成分とする層を少なくともその表面に備えており、前記Ｐｂフリーはんだ層は、Ｓｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕ−０．２ｍａｓｓ％Ｚｎからなるはんだ被覆導体である。
Further, the present invention provides a solder-coated conductor provided with a Pb-free solder layer for soldering with a conductor, wherein the conductor includes at least a layer containing Ag as a main component, and the Pb-free solder layer. Is a solder-coated conductor made of Sn-3.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu-0.2 mass% Zn .
さらに、本発明は、一方の導体と他方の導体とがＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだにより接合されて形成される電気部品において、前記一方の導体と前記他方の導体との間には接合部が形成され、前記一方の導体および前記他方の導体の少なくともいずれか一方は、Ａｇを主成分とする層をその表面に備えており、前記接合部はＳｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕ−０．２ｍａｓｓ％ＺｎからなるＰｂフリーはんだにより接合されて形成されている電気部品である。
Furthermore, the present invention relates to an electrical component formed by joining one conductor and the other conductor with Pb-free solder containing Sn as a main component, and joining between the one conductor and the other conductor. And at least one of the one conductor and the other conductor has a layer containing Ag as a main component on its surface, and the joint is Sn-3.0 mass% Ag-0. It is an electrical component formed by bonding with Pb-free solder made of 5 mass% Cu-0.2 mass% Zn .
前記導体のうち、Ａｇを主成分とする層を少なくともその表面に備えている導体と、前記接合部との界面に、Ａｇ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属間化合物からなる層が形成されているとよい。 Of the conductors, a layer made of an Ag—Sn—Zn-based intermetallic compound is preferably formed at the interface between the conductor having at least a layer mainly composed of Ag on the surface thereof and the joint. .
本発明によれば、従来のＰｂフリーはんだに対して高温保持におけるＡｇとはんだとの界面の金属間化合物層の成長を更に抑制することができ、はんだ接合部における良好なはんだ濡れ性を備えたＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだ及びはんだ被覆導体並びにそれを用いた電気部品を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to further suppress the growth of the intermetallic compound layer at the interface between Ag and solder at high temperature holding compared to the conventional Pb-free solder, and to have good solder wettability at the solder joint portion. It is possible to provide a Pb-free solder containing Sn as a main component, a solder-coated conductor, and an electrical component using the same.
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係るＰｂフリーはんだ１は、一方の導体２と他方の導体（図示せず）とをはんだ接合するためのＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだである。 As shown in FIG. 1A, a Pb-free solder 1 according to the present embodiment is Pb-free mainly composed of Sn for soldering one conductor 2 and the other conductor (not shown). It is solder.
ここで、導体の一方（例えば、導体２）はＡｇを主成分とする層を少なくともその表面に備えており、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーはんだに、Ｚｎが含まれていることを特徴とする。本実施の形態では導体２に銀板を用いる。 Here, one of the conductors (for example, the conductor 2) is provided with at least a layer containing Ag as a main component on its surface, and the Pb-free solder containing Sn as a main component contains Zn. To do. In this embodiment, a silver plate is used for the conductor 2.
Ｐｂフリーはんだ１におけるＺｎ含有量は、０．０５ｍａｓｓ％以上１．０ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。この理由を以下に述べる。 The Zn content in the Pb-free solder 1 is preferably 0.05 mass% or more and 1.0 mass% or less. The reason for this will be described below.
本発明者がＰｂフリーはんだに添加するＺｎ濃度について、鋭意研究した結果、Ｚｎ濃度が高いほど界面化合物層の成長を抑制する効果が高いことを見出した。また、この研究から、Ｚｎ含有量を０．０５ｍａｓｓ％以上にすることにより、高温保持における、界面化合物層の成長の成長抑制効果が得られやすいことが分かった。 As a result of intensive studies on the Zn concentration added to the Pb-free solder by the present inventors, it was found that the higher the Zn concentration, the higher the effect of suppressing the growth of the interface compound layer. In addition, it has been found from this research that when the Zn content is set to 0.05 mass% or more, an effect of suppressing growth of the growth of the interface compound layer at high temperature can be easily obtained.
しかし、Ｚｎは酸化しやすいため、Ｚｎ含有量が多すぎるとＡｇに対する濡れ性が悪くなり、接合界面に多数の欠陥が形成されやすくなる。そのため、Ｚｎ含有量は１．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。 However, since Zn is easily oxidized, if the Zn content is too large, the wettability to Ag is deteriorated, and a large number of defects are likely to be formed at the bonding interface. Therefore, the Zn content is preferably 1.0 mass% or less.
このＰｂフリーはんだ１の作用を説明する。 The operation of this Pb-free solder 1 will be described.
Ｓｎを主成分とするＰｂフリーはんだにＺｎを微量添加することにより、Ａｇを主成分とする層との接合界面でＺｎが濃化するために界面付近にＡｇ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属間化合物が形成される。そのため、Ｚｎを微量添加した場合は、界面の金属間化合物層３は、Ａｇ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属間化合物となり、例えば、Ａｇ−Ｓｎ−Ｚｎ化合物もしくはＡｇ−Ｓｎ−Ｚｎ化合物およびＡｇ3Ｓｎで構成されている状態となる。このＡｇ−Ｓｎ−Ｚｎ化合物もしくはＡｇ−Ｓｎ−Ｚｎ化合物およびＡｇ3Ｓｎの形成により、高温でのそれらの化合物層の成長が妨げられる。 By adding a small amount of Zn to a Pb-free solder containing Sn as a main component, Zn concentrates at the bonding interface with the layer containing Ag as a main component, and therefore an Ag—Sn—Zn-based intermetallic compound is formed near the interface. It is formed. Therefore, when a small amount of Zn is added, the intermetallic compound layer 3 at the interface becomes an Ag—Sn—Zn-based intermetallic compound, for example, an Ag—Sn—Zn compound or an Ag—Sn—Zn compound and Ag 3 Sn. It is in a configured state. The formation of the Ag—Sn—Zn compound or Ag—Sn—Zn compound and Ag 3 Sn prevents the growth of those compound layers at high temperatures.
Ｚｎを含まない通常のＰｂフリーはんだでは、図１（ｂ）に示すように、Ｐｂフリーはんだ１１中のＳｎと導体２の表面のＡｇとの相互拡散により、接合界面に金属間化合物であるＡｇ3Ｓｎが形成され、保持温度が高いと、このＡｇ3Ｓｎで構成された金属間化合物層１３が厚く成長する。 In a normal Pb-free solder not containing Zn, as shown in FIG. 1 (b), the interfacial diffusion of Sn in the Pb-free solder 11 and Ag on the surface of the conductor 2 causes an intermetallic compound, Ag. When 3 Sn is formed and the holding temperature is high, the intermetallic compound layer 13 made of Ag 3 Sn grows thick.
これに対し、本実施の形態に係るＰｂフリーはんだ１では、Ａｇ−Ｓｎ−Ｚｎ化合物がＡｇ3Ｓｎより、はんだとの界面においてＳｎとＡｇの相互拡散速度が遅いため、金属間化合物層３の成長が抑制される。つまりＡｇ−Ｓｎ−Ｚｎ化合物が相互拡散の障壁のような役割を果たす。Ｚｎの添加により、高温状態での金属間化合物層３の成長を抑制できれば、接合強度を向上し、高温環境でも高い信頼性を得ることができる。 On the other hand, in the Pb-free solder 1 according to this embodiment, the Ag—Sn—Zn compound has a lower interdiffusion rate of Sn and Ag at the interface with the solder than Ag 3 Sn. Growth is suppressed. That is, the Ag—Sn—Zn compound serves as a barrier for mutual diffusion. If the growth of the intermetallic compound layer 3 in a high temperature state can be suppressed by the addition of Zn, the bonding strength can be improved and high reliability can be obtained even in a high temperature environment.
なお、導体の具体的な組み合わせとしては、銀成分とＰｂフリーはんだ１とが接触する構成であれば特に限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、銀板２２とＣｕからなる配線材（例えばリード線）２４の組み合わせを挙げることができる。 The specific combination of conductors is not particularly limited as long as the silver component and the Pb-free solder 1 are in contact with each other. For example, as shown in FIG. The combination of the wiring material (for example, lead wire) 24 can be mentioned.
Ｐｂフリーはんだ１で接合する限りにおいては、配線材２４側には錫、金、銀、はんだなどのめっきを施したものであってもよい。またＡｇを主成分とする層とＰｂフリーはんだ１との界面に使用するのでない限り、これらのめっきの下地にニッケルめっきを施すものであってもよい。 As long as the Pb-free solder 1 is used for bonding, the wiring material 24 may be plated with tin, gold, silver, solder, or the like. Further, as long as it is not used at the interface between the layer containing Ag as a main component and the Pb-free solder 1, nickel plating may be applied to the base of these platings.
またこれに限定されるわけではなく、導体の具体的な組み合わせの中には、必ずしも導体単体でなくてもよく、その部材の構成要素の中に導体を含んでいればよい。例えば電極を備えた電子部品や、導電パターンを有する絶縁基板のようなものであってもよい。例えば、図３に示すように、配線パターン３４を有するセラミック基板３５の上にＰｂフリーはんだ１を介して銀めっき３２を被覆した銀電極を有する電子部品（コンデンサやＩＣチップなど）３６を実装するものでもよい。 However, the present invention is not limited to this, and the specific combination of conductors does not necessarily have to be a single conductor, and the constituent elements of the members may include the conductor. For example, it may be an electronic component having an electrode or an insulating substrate having a conductive pattern. For example, as shown in FIG. 3, an electronic component (capacitor, IC chip, etc.) 36 having a silver electrode coated with silver plating 32 is mounted on a ceramic substrate 35 having a wiring pattern 34 via a Pb-free solder 1. It may be a thing.
またこれに限定されるわけではなく、図４に示すように、溶融めっき法によりＰｂフリーはんだ１のめっき被覆を施した配線材４４と、セラミック基板３５の上に形成した銀ペースト４２とを接合する構造であってもよい。また、セラミック基板３５に限定されるものではなくその素材は有機フィルム（例えばガラスエポキシ基板又はポリイミド基板など）であってもよい。 Further, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 4, the wiring material 44 coated with the Pb-free solder 1 by the hot dipping method and the silver paste 42 formed on the ceramic substrate 35 are joined. It may be a structure. The material is not limited to the ceramic substrate 35, and the material thereof may be an organic film (for example, a glass epoxy substrate or a polyimide substrate).
なお、本実施の形態において主成分とは、含有成分の中でもっとも多い場合であればそれを含むものである。 In the present embodiment, the main component includes the main component if it is the largest among the contained components.
そして、Ａｇを主成分とする層とは、例えば、含有成分の中でＡｇがもっとも多い場合であればそれを含むものである。よって必ずしも銀めっきである必要はなく、有機溶剤と混合した銀ペーストであってもかまわないし、また本発明の効果を損なわない限りにおいてＡｇ以外の添加元素を含む銀合金層であってもよい。 And the layer which has Ag as a main component includes it, for example, when it is the case where there is most Ag in a content component. Therefore, the silver plating is not necessarily required, and a silver paste mixed with an organic solvent may be used, or a silver alloy layer containing an additive element other than Ag may be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
また、本実施の形態においては、Ａｇを主成分とする層を少なくともその表面に備えていればよく、Ａｇを主成分とする層が表面を被覆するコアの部分は鋼材であっても、アルミニウムであっても銅材であってもよい。つまり、導体の全体がＡｇから構成されている必要はない。 In the present embodiment, it is sufficient that a layer mainly composed of Ag is provided on the surface thereof. Even if the core part covering the surface of the layer mainly composed of Ag is a steel material, aluminum is used. Or a copper material. That is, the entire conductor does not have to be made of Ag.
以上説明したように、本発明によれば、従来のＰｂフリーはんだに対して高温保持におけるＡｇとはんだとの界面の金属間化合物層の成長を更に抑制することができ、はんだ接合部における良好なはんだ濡れ性を備えたＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだ及びはんだ被覆導体並びにそれを用いた電気部品を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to further suppress the growth of the intermetallic compound layer at the interface between Ag and solder at a high temperature holding compared to the conventional Pb-free solder, and good solder joints. It is possible to provide a Pb-free solder mainly composed of Sn having solder wettability, a solder-coated conductor, and an electrical component using the same.
また、高温保持におけるＡｇを主成分とする層とＳｎを主成分とするはんだの接合界面の金属間化合物層の成長を確実に抑制することができるため、高温環境で使用される電子機器のはんだ接合部においても長期信頼性を得ることができる。 In addition, since the growth of the intermetallic compound layer at the bonding interface between the Ag-based layer and the Sn-based solder in the high temperature holding can be reliably suppressed, the solder for electronic devices used in a high temperature environment Long-term reliability can also be obtained at the joint.
以下に、本発明の実施例及び比較例について説明する。 Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
（実施例）
溶融めっき法により厚さ０．２ｍｍの銀板にＳｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕ−０．２ｍａｓｓ％ＺｎからなるＰｂフリーはんだめっきを厚さ約５０μｍ形成した。このときのめっき浴温は２６０℃で、５秒間浸漬してめっきを施した。めっき直後の金属間化合物層の厚さは１．７μｍであった。これを高温保持試験に供し、Ｚｎを添加したはんだの金属間化合物層の成長厚さを調査した。１５０℃に設定した恒温槽にて２０００ｈｒまで種々の時間保持し、ＰｂフリーはんだめっきとＡｇの界面に形成されるＡｇ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属間化合物層を光学顕微鏡により断面観察を行った。このとき図５に示すように、画像処理ソフトを用いて金属間化合物層の面積を測定し、それを銀板とＰｂフリーはんだの界面に対して平行な面積測定部の幅で除し、金属間化合物層の厚さを計測した。
(Example)
Pb-free solder plating made of Sn-3.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu-0.2 mass% Zn was formed on a silver plate having a thickness of 0.2 mm by a hot dipping method to a thickness of about 50 μm. The plating bath temperature at this time was 260 ° C., and immersion was performed for 5 seconds to perform plating. The thickness of the intermetallic compound layer immediately after plating was 1.7 μm. This was subjected to a high temperature holding test, and the growth thickness of the intermetallic compound layer of the solder added with Zn was investigated. The Ag—Sn—Zn-based intermetallic compound layer formed at the interface between Pb-free solder plating and Ag was subjected to cross-sectional observation with an optical microscope while being held in a thermostat set at 150 ° C. for 2000 hours. At this time, as shown in FIG. 5, the area of the intermetallic compound layer is measured using image processing software, and the area is divided by the width of the area measuring portion parallel to the interface between the silver plate and the Pb-free solder. The thickness of the intermetallic compound layer was measured.
（比較例）
比較例として、同様に厚さ０．２ｍｍの銀板にＺｎを含まないＳｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕからなる従来のＰｂフリーはんだめっきを実施例と同様の方法で厚さ約５０μｍ行った。めっき直後の金属間化合物層の厚さは１．３μｍであった。比較例についても実施例と同様の高温保持試験を実施し、同様の方法を用いて金属間化合物層の厚さを計測した。
(Comparative example)
As a comparative example, a conventional Pb-free solder plating made of Sn-3.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu not containing Zn on a silver plate having a thickness of 0.2 mm is similarly formed in the same manner as in the examples. About 50 μm was performed. The thickness of the intermetallic compound layer immediately after plating was 1.3 μm. For the comparative example, the same high temperature holding test as that of the example was performed, and the thickness of the intermetallic compound layer was measured using the same method.
図６，７に、本実験で得られた、１５０℃で２０００ｈｒ保持後の実施例および比較例の断面観察写真を示す。実施例の金属間化合物層の成分を分析したところＡｇ−Ｓｎ−Ｚｎ系金属間化合物層であり、比較例の金属間化合物層の成分を同様に分析したところＡｇ3Ｓｎの金属間化合物層が形成されていた。 FIGS. 6 and 7 show cross-sectional observation photographs of Examples and Comparative Examples obtained in this experiment after being held at 150 ° C. for 2000 hours. When the components of the intermetallic compound layer of the example were analyzed, it was an Ag-Sn-Zn-based intermetallic compound layer, and when the components of the intermetallic compound layer of the comparative example were similarly analyzed, the intermetallic compound layer of Ag 3 Sn was Was formed.
そして、上記と同様の方法により金属間化合物層の厚さを測定したところ、実施例の金属間化合物層の厚さは７．０μｍであったのに対し、比較例の金属間化合物層の厚さは８．３μｍの厚さであった。 And when the thickness of the intermetallic compound layer was measured by the same method as described above, the thickness of the intermetallic compound layer of the example was 7.0 μm, whereas the thickness of the intermetallic compound layer of the comparative example was The thickness was 8.3 μm.
また、図８に１５０℃環境における金属間化合物層の成長挙動の比較を示す。このように、比較例では１５０℃で２０００ｈｒ保持後は金属間化合物層厚さが７．０μｍ成長するのに対し、実施例では５．３μｍと大幅に成長が抑制されていることが確認された。尚、図８のグラフ中、実施例、比較例の金属組成の数値単位はｍａｓｓ％である。 FIG. 8 shows a comparison of the growth behavior of the intermetallic compound layer in a 150 ° C. environment. As described above, in the comparative example, the intermetallic compound layer thickness grew 7.0 μm after holding at 150 ° C. for 2000 hours, whereas in the example, it was confirmed that the growth was significantly suppressed to 5.3 μm. . In addition, in the graph of FIG. 8, the numerical unit of the metal composition of an Example and a comparative example is mass%.
したがって、ここでは、Ｐｂフリーはんだの接合界面における接続信頼性の指標として、界面における金属間化合物層の厚さを評価したが、上記実験の結果から、比較例に比して実施例は大幅に金属間化合物の成長を抑制することができており、実施例は比較例に比して大幅にＰｂフリーはんだの接合界面における接続信頼性を有するものであるといえる。 Therefore, here, the thickness of the intermetallic compound layer at the interface was evaluated as an index of the connection reliability at the joint interface of Pb-free solder. The growth of the intermetallic compound can be suppressed, and it can be said that the example has the connection reliability at the joint interface of the Pb-free solder significantly as compared with the comparative example.
また、本発明のＰｂフリーはんだは、銀板との界面において中間層を介在させるようなことをしないため、従来のＳｎを主成分とするＰｂフリーはんだに比してはんだ濡れ性を低下させることもなく良好なはんだ濡れ性を備えていた。 In addition, since the Pb-free solder of the present invention does not interpose an intermediate layer at the interface with the silver plate, the solder wettability is reduced as compared with the conventional Pb-free solder mainly composed of Sn. It had good solder wettability.
さらに、本発明のＰｂフリーはんだは、上記各成分の他、本発明の目的を損しない範囲で必要に応じて、例えば、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ｍｇ、Ａｕなどの他の元素を含有させることもできる。これにより、はんだ付け時およびはんだ付け後におけるはんだ合金の融点をさらに低下させることができる。 Furthermore, the Pb-free solder of the present invention contains other elements such as Bi, In, P, Sb, Mg, and Au as necessary within the range not impairing the object of the present invention in addition to the above components. It can also be made. Thereby, the melting point of the solder alloy at the time of soldering and after soldering can be further lowered.
なお、本発明のＰｂフリーはんだとしては、Ｓｎを主成分とすると共にＺｎを含有し、Ｐｂを添加していないものであれば特に限定されるものではなく、純Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系のいずれであってもよい。 The Pb-free solder of the present invention is not particularly limited as long as it contains Sn as a main component, contains Zn, and does not contain Pb. Pure Sn-based, Sn-Ag-based, Any of Sn-Ag-Cu type and Sn-Cu type may be sufficient.
１ Ｐｂフリーはんだ
２ 導体
３ 金属間化合物層
１１ 従来のＰｂフリーはんだ
１３ Ａｇ3Ｓｎで構成された金属間化合物層
1 Pb-free solder 2 Conductor 3 Intermetallic compound layer 11 Conventional Pb-free solder 13 Intermetallic compound layer composed of Ag 3 Sn
Claims (4)
前記導体は、Ａｇを主成分とする層を少なくともその表面に備えており、
前記Ｐｂフリーはんだ層は、Ｓｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕ−０．２ｍａｓｓ％Ｚｎからなることを特徴とするはんだ被覆導体。 In a solder-coated conductor having a Pb-free solder layer for soldering with a conductor,
The conductor includes at least a layer having Ag as a main component on its surface,
The Pb-free solder layer is made of Sn-3.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu-0.2 mass% Zn .
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