JP6221912B2 - Copper alloy for solder joint - Google Patents

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Description

本発明は、例えば電子部品や半導体素子の外部電極等をはんだ接合するために用いるはんだ接合用銅合金に関するものである。   The present invention relates to a copper alloy for soldering used for soldering, for example, an external electrode of an electronic component or a semiconductor element.

一般に、電子部品や半導体素子の外部電極等をはんだ接合する場合の接続先の合金は、はんだとの濡れ性が高まるような状態で行われる。   In general, an alloy at a connection destination when soldering an external electrode or the like of an electronic component or a semiconductor element is performed in a state where wettability with solder is enhanced.

例えば、接続部品の骨格を構成する合金がFe−42質量%Ni合金(42アロイ)の場合には、接続面に金めっきを施したり、Cu−2.4質量%Fe−0.03質量%P−0.12質量%Zn(アロイ194)の場合には、銀めっき上にさらに錫めっきを施したり、あるいはニッケルめっき上にさらにパラジウムめっきを施したり、銅配線基板の場合には、配線材として純銅や添加量の低い銅合金を用いたりと、いずれもはんだ接合時における溶融はんだとの濡れ性を高める工夫を施している。   For example, when the alloy constituting the skeleton of the connection component is an Fe-42 mass% Ni alloy (42 alloy), the connection surface is plated with gold or Cu-2.4 mass% Fe-0.03 mass% In the case of P-0.12 mass% Zn (alloy 194), tin plating is further performed on the silver plating, or palladium plating is further applied on the nickel plating. For example, pure copper or a low-added copper alloy is used to improve wettability with molten solder at the time of soldering.

ところで、近年、生産性を高めるためのプロセスの簡略化、部品点数削減、貴金属使用量の低減等、低コスト化要求が強くなっており、電子部品や半導体素子の外部電極をはんだ接合する場合の接続先の合金においても、そのような要求がある。具体的には、リードフレームの銀めっき領域は、ワイヤボンディングに必要な狭小領域に留めるようにし、半導体パッケージをはんだ接合する外部電極部分のめっきは省略したいといった要求である。   By the way, in recent years, there is an increasing demand for cost reduction such as simplification of the process for increasing productivity, reduction of the number of parts, reduction of the amount of precious metal used, and the like when soldering external electrodes of electronic components and semiconductor elements. There is such a requirement for the alloy to be connected. Specifically, the silver plating region of the lead frame is limited to a narrow region necessary for wire bonding, and it is desired to omit plating of the external electrode portion for solder-joining the semiconductor package.

例えば、半導体パッケージ等を構成する銅合金の表面にめっきを施すことなく直接はんだ接合する方法として、例えば、ニッケル、錫、亜鉛等を含む銅合金を用いる方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。   For example, a method using a copper alloy containing nickel, tin, zinc, or the like has been proposed as a method for directly soldering the surface of a copper alloy constituting a semiconductor package or the like without plating (for example, Patent Documents). 1 and 2).

特公平07−116536号公報Japanese Patent Publication No. 07-116536 特許第2858894号Japanese Patent No. 2858894

しかしながら、特許文献1に記載の銅合金は、外観色が銅色であり、大気中で加熱されると表面が酸化して容易に変色してしまうという問題があり、外観が重要視される場合には、別途、金、銀、パラジウム等のめっきを施すことが必要となる。また、特許文献2に記載の銅合金では、ニッケル添加量を15質量%としていることにより酸化による変色は抑制されるものの、大気中で150℃程度に加熱され表面に酸化被膜が生じてしまうと、はんだ濡れ性が著しく低下するという問題がある。   However, the copper alloy described in Patent Document 1 has a copper appearance color, and there is a problem that the surface is oxidized and easily discolored when heated in the atmosphere. In this case, it is necessary to separately perform plating of gold, silver, palladium or the like. Further, in the copper alloy described in Patent Document 2, discoloration due to oxidation is suppressed by setting the nickel addition amount to 15% by mass, but when heated to about 150 ° C. in the atmosphere and an oxide film is formed on the surface. There is a problem that the solder wettability is remarkably lowered.

ニッケルを10質量%〜30質量%の割合で添加した銅合金は、キュプロニッケルと呼ばれており、耐食性や酸化による変色を抑制できる点から外観や耐候性を重視する場合には使用したい材料の一つである。ところが、例えば大気中において温度150℃10分間程度の加熱を行うと、はんだ濡れ性が著しく悪化して安定しない。キュプロニッケルは、上述のように加熱しても表面色が純銅のように大きくは変化しないため、肉眼での酸化状態の評価に基づくはんだ付け可否の判断を行うことができず、はんだ接合を行う際のプロセス管理上の問題となっていた。   A copper alloy to which nickel is added at a ratio of 10% by mass to 30% by mass is called cupro-nickel, and it is a material to be used when emphasizing appearance and weather resistance from the point of being able to suppress discoloration due to corrosion resistance and oxidation. One. However, for example, when heating at a temperature of about 150 ° C. for about 10 minutes in the atmosphere, solder wettability is remarkably deteriorated and unstable. Since cupronickel does not change as much as pure copper even when heated as described above, it cannot be judged whether or not it can be soldered based on the evaluation of the oxidation state with the naked eye, and solder bonding is performed. Was a process management problem.

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、大気中の加熱酸化等による変色を抑制することができ、また加熱後であっても優れたはんだ濡れ性を示すはんだ接合用銅合金を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can suppress discoloration due to heat oxidation in the atmosphere, and also exhibits excellent solder wettability even after heating. An object of the present invention is to provide a copper alloy.

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、銅を主成分とするはんだ接合用銅合金において、所定の割合でニッケルを含有させるとともに、所定の割合で銀を含有させることによって、酸化等による変色を抑制することができ、また優れたはんだ濡れ性を示すようになることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のものを提供する。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-described problems. As a result, in a copper alloy for solder joints mainly composed of copper, discoloration due to oxidation or the like can be suppressed by containing nickel at a predetermined ratio and silver at a predetermined ratio. As a result, the present invention has been completed. That is, the present invention provides the following.

(1)本発明は、銅を主成分とし、ニッケルが10質量%以上35質量%以下、銀が1質量%以上20質量%以下の割合で含有されてなることを特徴とするはんだ接合用銅合金である。   (1) The present invention is a copper for solder joints, characterized in that it contains copper as a main component, nickel is contained in a proportion of 10% by mass to 35% by mass and silver is contained in a proportion of 1% by mass to 20% by mass. It is an alloy.

(2)また本発明は、(1)に係る発明において、ニッケルが16質量%以上28質量%以下、銀が2質量%以上10質量%以下の割合で添加されてなることを特徴とするはんだ接合用銅合金である。   (2) The present invention also provides the solder according to the invention according to (1), wherein nickel is added in a proportion of 16% by mass to 28% by mass and silver is added in a proportion of 2% by mass to 10% by mass. It is a copper alloy for joining.

(3)また本発明は、(1)又は(2)に係る発明において、245℃で溶融するSn−3.5質量Ag−0.5質量%Cuはんだ浴を用いて、JIS C 60068−2−54に準拠した試験方法にて測定された、熱平衡状態で接している当該銅合金と該はんだ浴との接触角が90度以下であることを特徴とするはんだ接合用銅合金である。   (3) Moreover, this invention is JIS C 60068-2 using Sn-3.5 mass Ag-0.5 mass% Cu solder bath which melt | dissolves at 245 degreeC in the invention which concerns on (1) or (2). A copper alloy for solder joints, characterized in that a contact angle between the copper alloy in contact in a thermal equilibrium state and the solder bath measured by a test method according to -54 is 90 degrees or less.

(4)また本発明は、(1)乃至(3)の何れかに係る発明において、150℃の大気中で10分間加熱された前記銅合金と、245℃で溶融するSn−3.5質量Ag−0.5質量%Cuはんだ浴とが熱平衡状態で接しているとき、JIS C 60068−2−54に準拠した試験方法にて測定された、当該銅合金とはんだ浴との接触角が90度以下であることを特徴とするはんだ接合用銅合金である。   (4) Moreover, this invention is the invention which concerns on any one of (1) thru | or (3), Sn-3.5 mass fuse | melted at 245 degreeC with the said copper alloy heated for 10 minutes in the atmosphere of 150 degreeC. When the Ag-0.5 mass% Cu solder bath is in contact with a thermal equilibrium state, the contact angle between the copper alloy and the solder bath measured by a test method according to JIS C 60068-2-54 is 90. It is a copper alloy for solder joints, characterized in that it is less than or equal to the degree.

本発明に係るはんだ接合用銅合金によれば、10質量%以上35質量%以下の割合でニッケルを含有するため、金属光沢を有する明るく淡い銅色から銀白色に亘っており、また150℃程度に加熱されても変色がなく、良好な外観となる。また、外観が特に重要視される場合であっても、貴金属等によるめっきを省略することができる。   According to the copper alloy for solder joining according to the present invention, since nickel is contained at a ratio of 10% by mass or more and 35% by mass or less, it ranges from bright and light copper color having a metallic luster to silver white, and about 150 ° C. Even when heated, it has no discoloration and a good appearance. Even when the appearance is particularly important, plating with noble metal or the like can be omitted.

また、本発明に係るはんだ接合用銅合金では、銀を1質量%以上20質量%以下の割合で含有するため、例えば150℃程度に加熱された後であっても、はんだ接合においては安定的に優れたはんだ濡れ性を示し、はんだ接合作業における品質管理が容易となり、且つはんだ接合の信頼性を高めることができる。そのため、はんだ付けのための銀やパラジウム、あるいは錫等によるめっきを施す必要がない。   In addition, since the copper alloy for solder joint according to the present invention contains silver in a proportion of 1% by mass or more and 20% by mass or less, it is stable in solder joint even after being heated to about 150 ° C., for example. It exhibits excellent solder wettability, facilitates quality control in solder joining work, and can improve the reliability of solder joining. Therefore, it is not necessary to perform plating with silver, palladium, tin or the like for soldering.

溶融はんだ浴中へ銅合金を浸漬した場合の接触角(θ)との関係に基づく、その銅合金のはんだ濡れ性の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of the solder wettability of the copper alloy based on the relationship with the contact angle ((theta)) at the time of immersing a copper alloy in a molten solder bath.

以下、本発明に係るはんだ接合用銅合金の具体的な実施形態(以下、「本実施の形態」という)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。   Hereinafter, a specific embodiment of the copper alloy for solder joint according to the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A various change is possible in the range which does not change the summary of this invention.

本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金(以下、単に「銅合金」ともいう)は、銅を主成分として構成される銅合金であり、ニッケルと、銀とを、それぞれ所定の割合で添加成分として含有する。具体的に、このはんだ接合用銅合金は、銅を主成分として、ニッケルが10質量%以上35質量%以下の割合で含有され、銀が1質量%以上20質量%以下の割合で含有されてなることを特徴としている。なお、主成分とは、その含有割合が51質量%以上であることをいう。   The copper alloy for solder joint according to the present embodiment (hereinafter also simply referred to as “copper alloy”) is a copper alloy composed mainly of copper, and nickel and silver are added at a predetermined ratio, respectively. Contains as a component. Specifically, the copper alloy for solder bonding contains copper as a main component, nickel is contained in a proportion of 10% by mass or more and 35% by mass or less, and silver is contained in a proportion of 1% by mass or more and 20% by mass or less. It is characterized by becoming. In addition, a main component means that the content rate is 51 mass% or more.

ここで、リフロー方式によりはんだ付け処理を行う場合、銅合金を含む基板は、150℃〜180℃程度の高い温度に予備加熱され、その後、230℃〜250℃程度に加熱された溶融はんだ浴内を搬送通過することではんだ付けされる。ところが、従来のはんだ接合用銅合金では、そのリフロー時における加熱時に酸素を含む雰囲気中では容易に酸化して変色し、また表面に形成された酸化被膜によってはんだ濡れ性が著しく低下し、良好にはんだ接合することができず、プロセス管理も困難となっていた。また、錫やインジウムといった低融点金属を使用した金属・合金の場合、250℃程度に加熱されることによって、溶融したり、軟化することもあった。   Here, when performing the soldering process by the reflow method, the substrate containing the copper alloy is preheated to a high temperature of about 150 ° C. to 180 ° C. and then heated to about 230 ° C. to 250 ° C. Soldered by passing through. However, conventional copper alloys for solder joints are easily oxidized and discolored in an atmosphere containing oxygen during heating during reflow, and the solder wettability is remarkably reduced by the oxide film formed on the surface. It was impossible to solder and process control was difficult. Further, in the case of a metal / alloy using a low melting point metal such as tin or indium, it may be melted or softened by being heated to about 250 ° C.

これに対して、本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金によれば、上述したように、所定の割合でニッケルを含有するとともに、所定の割合で銀を含有してなることにより、大気中における加熱酸化等による変色を効果的に抑制することができ、優れた外観を有するようになる。また、このようなはんだ接合用銅合金では、例えばリフローはんだ付け処理における高い温度での予備加熱後であっても、安定的に優れたはんだ濡れ性を維持することができ、良好にはんだ接合を行うことができる。   On the other hand, according to the copper alloy for solder bonding according to the present embodiment, as described above, it contains nickel at a predetermined ratio and also contains silver at a predetermined ratio. It is possible to effectively suppress discoloration due to heat oxidation or the like, and to have an excellent appearance. In addition, with such a copper alloy for soldering, for example, even after preheating at a high temperature in reflow soldering processing, it is possible to stably maintain excellent solder wettability and to achieve good soldering. It can be carried out.

はんだ接合用銅合金は、用途に応じて種々の大きさとすることができ、その大きさは特に限定されるものではない。このはんだ接合用銅合金は、一般的な電気接点材料、電極材料等として用いられる電子部品用材料用途として用いることができる。例えば、詳しくは後述する所定の成分組成からなる溶解鋳塊から、切断、圧延、鍛造、曲げ加工、打抜き、研摩等を行うことによって製造することができ、得られた銅合金を用いて、クラッド、溶着、蒸着、スパッタ等の用途に合わせた方法により加工して電子部品用材料として供することができる。   The copper alloy for solder bonding can be various sizes depending on the application, and the size is not particularly limited. This copper alloy for soldering can be used as a material for electronic parts used as a general electric contact material, electrode material or the like. For example, it can be manufactured by performing cutting, rolling, forging, bending, punching, polishing, etc. from a molten ingot having a predetermined component composition, which will be described later, and using the obtained copper alloy, cladding It can be processed as a material for electronic parts by processing according to the application such as welding, vapor deposition and sputtering.

例えば、本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金を原料としてスパッタリングターゲットを作製し、そのターゲットを用いて、電子部品の電極の最表面を構成する銅合金皮膜を形成させるようにする。このようにして形成した銅合金皮膜では、加熱酸化等による変色がなく、また例えばリフローはんだ処理時における150℃程度の予備加熱等を行った後であっても、優れたはんだ濡れ性を示すようになり、信頼性の高いはんだ接合を行うことができる。   For example, a sputtering target is produced using the copper alloy for solder bonding according to the present embodiment as a raw material, and a copper alloy film constituting the outermost surface of the electrode of the electronic component is formed using the target. The copper alloy film thus formed is not discolored due to heat oxidation or the like, and exhibits excellent solder wettability even after, for example, preheating at about 150 ° C. during reflow soldering. Thus, a highly reliable solder joint can be performed.

本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金は、上述したように、ニッケルを10質量%以上35質量%以下の割合で含有する。このはんだ接合用銅合金では、ニッケルを10質量%以上35質量%以下の割合で含有することによって、その色が銅のいわゆる赤銅色ではなく、金属光沢を有する明るく淡い銅色から銀白色に亘るような良好な外観となり、また耐食性や酸化による変色を効果的に抑制することができる。具体的には、例えば、大気中に150℃以上の温度で10分間加熱した状態であっても、外観色の変化を生じさせることなく、外観に優れた銅合金とすることができる。   As described above, the copper alloy for solder bonding according to the present embodiment contains nickel in a proportion of 10% by mass to 35% by mass. In this copper alloy for soldering, nickel is contained in a proportion of 10% by mass or more and 35% by mass or less, so that the color is not a so-called red copper color of copper, but a bright and light copper color having a metallic luster to a silver white color. Such a good appearance can be obtained, and corrosion resistance and discoloration due to oxidation can be effectively suppressed. Specifically, for example, even in a state of being heated in the atmosphere at a temperature of 150 ° C. or higher for 10 minutes, a copper alloy having an excellent appearance can be obtained without causing a change in appearance color.

ニッケルの含有量に関して、銅合金中のニッケルの含有量が10質量%未満では、外観色が銅色となり、例えば大気中150℃以上の温度で加熱すると容易に変色して赤みを呈する。一方で、ニッケルの含有量が35質量%を超えると、同じ銀白色を示す純チタンの電気比抵抗の40μΩcmを超えてしまうため、例えば当該銅合金を電極材料等の一部に使用した場合、電気的特性が悪くなる可能性がある。   With respect to the nickel content, if the nickel content in the copper alloy is less than 10% by mass, the appearance color becomes copper, and for example, when heated at a temperature of 150 ° C. or higher in the atmosphere, it easily changes color and exhibits redness. On the other hand, if the nickel content exceeds 35% by mass, the electrical specific resistance of pure titanium showing the same silver white color exceeds 40 μΩcm. For example, when the copper alloy is used as a part of an electrode material, Electrical characteristics may be deteriorated.

また、ニッケルの含有量としては、16質量%以上28質量%以下であることがより好ましい。ニッケルの含有量がこのような範囲内であることにより、より一層に外観の良好な銅合金とすることができる。   Moreover, as content of nickel, it is more preferable that it is 16 to 28 mass%. When the nickel content is within such a range, a copper alloy having a better appearance can be obtained.

さて、ニッケルは、一般的に、はんだへの濡れ性が悪い。そのため、はんだへの濡れ性が高い銅にニッケルを添加していくと、その添加量が増加するに従って次第に濡れにくくなり、はんだをはじくようになる。ここで、図1に、溶融はんだ浴11中へ銅合金10を浸漬した場合の接触角(θ)との関係に基づく、その銅合金10のはんだ濡れ性の様子を模式的に示す。銅合金をはんだ接合する場合には、図1(A)及び(B)に示すように、溶融はんだ浴に対して接触角が90度以下(θ≦90度)になることが必要となる。出荷後、はんだ付け作業までに曝露される高温あるいは高湿といった環境にかかわらず接触角が安定して90度未満となるような材料であれば、はんだ付け作業の品質管理が容易になり、はんだ接合の信頼性が向上する。   Now, nickel generally has poor wettability to solder. Therefore, when nickel is added to copper having high wettability with respect to solder, it becomes more difficult to get wet as the amount of addition increases, and the solder repels. Here, FIG. 1 schematically shows the solder wettability of the copper alloy 10 based on the relationship with the contact angle (θ) when the copper alloy 10 is immersed in the molten solder bath 11. When soldering a copper alloy, as shown in FIGS. 1A and 1B, the contact angle with respect to the molten solder bath needs to be 90 degrees or less (θ ≦ 90 degrees). If the material has a stable contact angle of less than 90 degrees regardless of the high temperature or high humidity environment that is exposed to the soldering operation after shipment, the quality control of the soldering operation is facilitated. Bonding reliability is improved.

なお、図1(B)は、溶融はんだ浴11に対する銅合金10の接触角(θ)が90度(θ=90度)となるものであり、この場合、θ<90度の場合に比べては若干劣るものの、はんだ濡れ性は良好となる。一方で、図1(C)は、溶融はんだ浴11に対する銅合金10の接触角(θ)が90度を超える(θ>90度)ものであり、この場合には、はんだ濡れ性が不良であると判断される。   In FIG. 1B, the contact angle (θ) of the copper alloy 10 with respect to the molten solder bath 11 is 90 degrees (θ = 90 degrees). In this case, compared to the case where θ <90 degrees. Is slightly inferior, but the solder wettability is good. On the other hand, FIG. 1C shows a contact angle (θ) of the copper alloy 10 with respect to the molten solder bath 11 exceeding 90 degrees (θ> 90 degrees). In this case, the solder wettability is poor. It is judged that there is.

上述したように、ニッケルを所定の割合で含む銅合金では、例えば大気中150℃以上の温度で10分間加熱されても外観色の変化は見られないものの、表面は酸化され、はんだ濡れ性が著しく低下する。そこで、本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金では、所定の割合で銀を添加してなることを特徴としている。   As described above, with a copper alloy containing nickel at a predetermined ratio, for example, although the appearance color does not change even when heated in the atmosphere at a temperature of 150 ° C. or higher for 10 minutes, the surface is oxidized and the solder wettability is improved. It drops significantly. Therefore, the copper alloy for solder bonding according to the present embodiment is characterized in that silver is added at a predetermined ratio.

具体的に、本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金は、銀を1質量%以上20質量%以下の割合で含有する。このはんだ接合用銅合金では、銀を1質量%以上20質量%以下の割合で含有することによって、はんだ濡れ性を高めることができる。また、このような銀の添加は、はんだ付け作業におけるフラックスによるはんだ濡れ性の改善効果をより高めることに寄与する。   Specifically, the copper alloy for solder bonding according to the present embodiment contains silver in a proportion of 1% by mass or more and 20% by mass or less. In this solder-bonding copper alloy, solder wettability can be improved by containing silver in a proportion of 1% by mass or more and 20% by mass or less. Further, such addition of silver contributes to further improving the effect of improving the solder wettability by the flux in the soldering operation.

銀の含有量に関して、銅合金中の銀の含有量が1質量%未満では、はんだ濡れ性の改善効果が得られない。一方で、銀の含有量が20質量%を超えても、はんだ濡れ性の改善効果は飽和して変わらないものの、コストが高くなり非効率となる。   With regard to the silver content, if the silver content in the copper alloy is less than 1% by mass, the effect of improving the solder wettability cannot be obtained. On the other hand, even if the silver content exceeds 20% by mass, the effect of improving the solder wettability is saturated and does not change, but the cost increases and becomes inefficient.

また、銀の含有量としては、2質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。銀の含有量がこのような範囲内であることにより、後述するように、例えばスズ(Sn)等の元素が少量混入した場合であっても、その高いはんだ濡れ性を確実に維持することができ、より信頼性の高いはんだ接合が可能となる。   Moreover, as content of silver, it is more preferable that they are 2 mass% or more and 10 mass% or less. When the silver content is in such a range, as described later, even when a small amount of an element such as tin (Sn) is mixed, the high solder wettability can be reliably maintained. This makes it possible to perform solder bonding with higher reliability.

このように、本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金は、銅を主成分として構成され、ニッケルが10質量%以上35質量%以下、銀が1質量%以上20質量%以下の割合で含有されてなる。このはんだ接合用銅合金によれば、金属光沢のある明るく淡い銅色から銀白色に亘る良好な外観を有し、また150℃程度に加熱されても変色が認められない。そのため、視覚的に良好で外観が重要視される場合でも貴金属等によるめっきを省略することができる。また、より好ましくは、ニッケルを16質量%以上、銀を2質量%以上の割合で含有させることによって、外観色が銀白色系となるため、外観をより優れたものとすることができる。   Thus, the copper alloy for solder joints according to the present embodiment is composed mainly of copper, and nickel is contained in a proportion of 10% by mass to 35% by mass and silver is contained in a proportion of 1% by mass to 20% by mass. Being done. According to this copper alloy for solder joining, it has a good appearance ranging from bright and light copper color with metallic luster to silver white, and no discoloration is observed even when heated to about 150 ° C. Therefore, plating with noble metal or the like can be omitted even when the appearance is important and the appearance is regarded as important. More preferably, by adding nickel in a proportion of 16% by mass or more and silver in a proportion of 2% by mass or more, the appearance color becomes a silver white system, so that the appearance can be further improved.

また、本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金では、例えば150℃程度に酸化された後であっても、その後のはんだ接合においては純銅に近い優れたはんだ濡れ性を示す。具体的には、このはんだ接合用銅合金は、245℃で溶融するSn−3.5質量Ag−0.5質量%Cuのはんだ浴を用いて、JIS C 60068−2−54(IEC 60068−2−54)に準拠したはんだ付け性試験方法(はんだ槽平衡法)にて測定された、熱平衡状態で接している当該銅合金とそのはんだ浴との接触角(θ)が90度以下である。また、このはんだ接合用銅合金は、150℃の大気中で10分間加熱された状態において、その銅合金と、245℃で溶融するSn−3.5質量Ag−0.5質量%Cuのはんだ浴とが熱平衡状態で接しているとき、JIS C 60068−2−54に準拠した試験方法にて測定された、当該銅合金とそのはんだ浴との接触角が90度以下である。   In addition, the copper alloy for solder joint according to the present embodiment shows excellent solder wettability close to that of pure copper in the subsequent solder joint even after being oxidized at about 150 ° C., for example. Specifically, this copper alloy for solder bonding uses JIS C 60068-2-54 (IEC 60068-) using a solder bath of Sn-3.5 mass Ag-0.5 mass% Cu that melts at 245 ° C. 2-54) The contact angle (θ) between the copper alloy in contact with the thermal equilibrium state and the solder bath measured by the solderability test method (solder bath equilibrium method) in conformity with 2-54) is 90 degrees or less. . Moreover, this copper alloy for solder joining is the solder of Sn-3.5 mass Ag-0.5 mass% Cu which melts at 245 degreeC in the state heated for 10 minutes in 150 degreeC air | atmosphere. When the bath is in contact with the bath in a thermal equilibrium state, the contact angle between the copper alloy and the solder bath measured by a test method according to JIS C 60068-2-54 is 90 degrees or less.

なお、150℃の大気中での加熱は、例えばリフローはんだ付け処理における予備加熱の条件に近似する。また、150℃の温度条件での10分間の加熱は、試料表面に対する酸化処理の加速試験とみなすことができる。   Note that the heating in the atmosphere at 150 ° C. approximates to the preheating conditions in the reflow soldering process, for example. Further, heating for 10 minutes under a temperature condition of 150 ° C. can be regarded as an accelerated test of oxidation treatment on the sample surface.

このような高いはんだ濡れ性を有する銅合金によれば、はんだ接合作業における品質管理が極めて容易となり、はんだ接合の信頼性を高めることができる。また、はんだ付けのための銀やパラジウム、あるいは錫等のめっきを施す必要がなく、低いコストで銅配線基板等の電子部材を製造することが可能となる。なお、本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金の、溶融はんだに対する高い濡れ性は、上述したような、245℃で溶融するSn−3.5質量Ag−0.5質量%Cuのはんだ浴に限られるものではなく、例えば、このはんだ浴よりも溶融温度の低いはんだ浴であっても同様に高い濡れ性を示す。   According to such a copper alloy having high solder wettability, quality control in the solder joining operation becomes extremely easy, and the reliability of solder joining can be improved. Moreover, it is not necessary to apply silver, palladium, tin, or the like for soldering, and an electronic member such as a copper wiring board can be manufactured at a low cost. In addition, the high wettability with respect to the molten solder of the copper alloy for solder bonding according to the present embodiment is the above-described solder bath of Sn-3.5 mass Ag-0.5 mass% Cu that melts at 245 ° C. For example, even a solder bath having a melting temperature lower than that of the solder bath exhibits high wettability.

さらに、溶解鋳造時においてニッケル及び銀の不可避不純物以外の意図しない元素が少量混入したとしても、銀を1質量%以上20質量%以下の割合で、好ましくは2質量%以上10質量%以下の割合で含有していることにより、高いはんだ濡れ性を維持することができる。具体的には、例えば、スズ(Sn)を5.0質量%以下の割合で含むものであっても、高いはんだ濡れ性を維持することができる。このことにより、使用できる金属原料の範囲が広まり、組成によってはスクラップ金属等の純度の低い安価な金属を原材料として使用することができる。   Further, even when a small amount of unintentional elements other than nickel and silver unavoidable impurities are mixed during melting casting, silver is in a ratio of 1% by mass to 20% by mass, preferably 2% by mass to 10% by mass. By containing in, high solder wettability can be maintained. Specifically, for example, even if tin (Sn) is contained in a proportion of 5.0% by mass or less, high solder wettability can be maintained. This widens the range of metal raw materials that can be used, and depending on the composition, an inexpensive metal with low purity such as scrap metal can be used as a raw material.

なお、このように、銅合金中にSnを含有する場合、Snの含有量としては5.0質量%以下であることが好ましい。また、このようにSnが5.0質量%以下の割合で含まれる場合においては、銀の含有量としては2質量%以上であることが好ましく、2.5質量%以上であることがより好ましい。これにより、Snが含有されている場合であっても、より効果的に、高いはんだ濡れ性を維持することができる。   As described above, when Sn is contained in the copper alloy, the Sn content is preferably 5.0% by mass or less. In addition, when Sn is contained in a proportion of 5.0% by mass or less as described above, the silver content is preferably 2% by mass or more, and more preferably 2.5% by mass or more. . Thereby, even if Sn is contained, high solder wettability can be maintained more effectively.

以下、実施例及び比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example at all.

<実施例及び比較例の銅合金の製造>
実施例及び比較例において、下記表1に示すような成分組成となるようにして銅合金溶湯を調製して銅合金試料を製造した。なお、表1に示すように、成分としては、ニッケル、銀、及び錫をそれぞれ所定の割合で含有する。
<Manufacture of the copper alloy of an Example and a comparative example>
In Examples and Comparative Examples, a copper alloy molten metal was prepared so as to have a component composition as shown in Table 1 below to produce a copper alloy sample. In addition, as shown in Table 1, as a component, nickel, silver, and tin are contained in a predetermined ratio, respectively.

具体的には、高周波真空溶解炉を用いて、下記表1に示される成分組成を有する銅合金溶湯を真空中で作製し、その真空で10分間保持した後にアルゴンガス雰囲気で黒鉛鋳型に鋳込んで鋳塊を作製した。そして、作製した鋳塊を、厚さ0.3mm、幅5.0mm、長さ15.0mmの短冊状に切り出して銅合金試料とし、以下に示す評価に供した。   Specifically, using a high-frequency vacuum melting furnace, a molten copper alloy having the composition shown in Table 1 below is prepared in a vacuum, held in the vacuum for 10 minutes, and then cast into a graphite mold in an argon gas atmosphere. An ingot was produced. And the produced ingot was cut out in the strip shape of thickness 0.3mm, width 5.0mm, and length 15.0mm, it was set as the copper alloy sample, and it used for evaluation shown below.

<評価>
作製した銅合金試料に対して、外観色の評価と、はんだ濡れ性の評価を行った。
<Evaluation>
The produced copper alloy sample was evaluated for appearance color and solder wettability.

外観色の評価は、肉眼により行い、色の濃い順に、4N純度銅を大気中150℃で加熱した酸化銅の色である暗橙色を『5』、酸化していない4N純度銅の銅色を『3』、百円硬貨のような銀白色を『1』、それぞれの中間を『4』、『2』として、5色の中から最も近い色を判定した。また、外観色は、切り出した直後(非加熱外観色)と、大気中150℃の温度で10分間加熱後(加熱後外観色)との2つの段階基準で評価した。   The appearance color is evaluated with the naked eye, and the dark orange color, which is the color of 4N purity copper heated at 150 ° C in the atmosphere, is "5", and the copper color of non-oxidized 4N purity copper is the order of darkness. “3”, silvery white like a one hundred yen coin was “1”, the middle of each was “4”, “2”, and the closest color among the five colors was judged. In addition, the appearance color was evaluated based on two stage criteria: immediately after cutting (non-heated appearance color) and after heating for 10 minutes at a temperature of 150 ° C. in the atmosphere (post-heating appearance color).

はんだ濡れ性の評価は、株式会社レスカ製のソルダーチェッカ(SAT−5200)を使用して評価した。はんだ濡れ性の試験では、フラックスとして、ロジン25%、イソプロパノール75%からなる溶液へ塩化ジメチルアンモニウムを添加した活性化ロジンフラックスを用いた。また、はんだ浴としては、Sn−3質量%Ag−0.5質量%Cuを溶解して245℃に保持した溶融はんだ浴を用いた。なお、銅合金試料のはんだ浴への浸漬速度は5mm/s、浸漬深さは2mm、浸漬時間は30秒とした。   Solder wettability was evaluated using a Solder Checker (SAT-5200) manufactured by Reska Co., Ltd. In the solder wettability test, an activated rosin flux obtained by adding dimethylammonium chloride to a solution composed of 25% rosin and 75% isopropanol was used as the flux. Moreover, as a solder bath, the molten solder bath which melt | dissolved Sn-3 mass% Ag-0.5 mass% Cu and was hold | maintained at 245 degreeC was used. The immersion rate of the copper alloy sample in the solder bath was 5 mm / s, the immersion depth was 2 mm, and the immersion time was 30 seconds.

ここで、ソルダーチェッカは、銅合金試料に働く浮力Bと表面張力Sとの差を濡れ力F(F=S−B)とし、その濡れ力Fを経時観測するものである。そこで、銅合金試料のはんだ濡れ性については、濡れ力Fの最大値がゼロ以上の場合を『良』、ゼロ未満の場合を『不良』として評価した。   Here, the solder checker uses the difference between the buoyancy B acting on the copper alloy sample and the surface tension S as the wetting force F (F = SB), and observes the wetting force F over time. Accordingly, the solder wettability of the copper alloy samples was evaluated as “good” when the maximum value of the wetting force F was zero or more, and “bad” when it was less than zero.

<結果>
下記表1に、外観色の評価結果と、はんだ濡れ性の評価結果を示す。なお、表1には、上述したように、各実施例、比較例における銅合金の成分組成についても併せて示す。
<Result>
Table 1 below shows the appearance color evaluation results and the solder wettability evaluation results. In addition, as above-mentioned in Table 1, it shows also about the component composition of the copper alloy in each Example and a comparative example.

Figure 0006221912
Figure 0006221912

表1の結果に示すように、実施例1では、外観色は完全には銀白色ではないものの、加熱前後で外観変化が全く見られず変色を効果的に抑制することができた。また、この実施例1の銅合金は、はんだ濡れ性が極めて良好であり、加熱後であっても優れたはんだ濡れ性を示した。   As shown in the results of Table 1, in Example 1, although the appearance color was not completely silver white, no change in appearance was observed before and after heating, and the discoloration could be effectively suppressed. Further, the copper alloy of Example 1 had very good solder wettability, and showed excellent solder wettability even after heating.

また、実施例2〜7では、外観色が加熱前後で銀白色を示し、また加熱前後で外観変化が観察されず変色を効果的に抑制することができた。また、この実施例2〜7の銅合金も、はんだ濡れ性が極めて良好であり、加熱後であっても優れたはんだ濡れ性を示した。   In Examples 2 to 7, the appearance color was silver white before and after heating, and the appearance change was not observed before and after heating, and the discoloration could be effectively suppressed. Moreover, the copper alloys of Examples 2 to 7 also had very good solder wettability, and showed excellent solder wettability even after heating.

一方で、比較例1、3、5、6では、加熱前後のはんだ濡れ性は良好であったものの、外観色が銅色であり加熱後の変色が容易に観察された。また、比較例2、4、7では、外観色は銀白色を示して加熱前後での変化が無かったものの、銀を含有していない、あるいは、極微量の添加(1質量%未満)であったことから、加熱前後又は加熱後のはんだ濡れ性は著しく不良なものであった。   On the other hand, in Comparative Examples 1, 3, 5, and 6, although the solder wettability before and after heating was good, the appearance color was copper and discoloration after heating was easily observed. In Comparative Examples 2, 4, and 7, the appearance color was silver white and there was no change before and after heating, but it did not contain silver or was added in an extremely small amount (less than 1% by mass). Therefore, the solder wettability before and after heating or after heating was extremely poor.

本実施の形態に係るはんだ接合用銅合金によれば、例えば150℃程度に加熱されても外観色の変化を効果的に抑制することができ、視覚的に良好な外観を有する。また、加熱前後のはんだ濡れ性が高く維持されるため、はんだ接合の作業性が容易で、信頼性も高くなり、外観が重要視される場合のはんだ接合用合金として特に好ましい。また、金、パラジウム、銀よりも金属価格が安価であり、電子部品業界での利用価値は極めて大きい。   According to the copper alloy for solder joining according to the present embodiment, for example, even when heated to about 150 ° C., the change in appearance color can be effectively suppressed, and the appearance is visually good. Further, since the solder wettability before and after heating is maintained high, the soldering workability is easy, the reliability is high, and the solder bonding alloy is particularly preferable when the appearance is regarded as important. In addition, the metal price is cheaper than gold, palladium, and silver, and the utility value in the electronic component industry is extremely large.

10 銅合金
11 溶融はんだ
10 Copper alloy 11 Molten solder

Claims (5)

ッケルが10質量%以上35質量%以下、銀が質量%以上20質量%以下の割合で含有されてなり、スズの含有量が5.0質量%以下であり、残部が銅及び不可避不純物であることを特徴とするはんだ接合の被接合材である銅合金。 Nickel is 35 mass% to 10 mass%, silver Ri is Na is contained in an amount of 20 wt% or less than 2 wt%, the tin content is not more than 5.0 mass%, the balance being copper and incidental copper alloy is a material to be joined in a solder joint, wherein impurities der Rukoto. ニッケルが16質量%以上35質量%以下、銀が1質量%以上20質量%以下の割合で含有されてなり、スズの含有量が5.0質量%以下であり、残部が銅及び不可避不純物であることを特徴とするはんだ接合の被接合材である銅合金。  Nickel is contained in a proportion of 16% by mass to 35% by mass, silver is contained in a proportion of 1% by mass to 20% by mass, the tin content is 5.0% by mass or less, and the balance is copper and inevitable impurities. A copper alloy, which is a material to be joined by soldering, characterized in that: ニッケルが16質量%以上28質量%以下、銀が2質量%以上10質量%以下の割合で添加されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の銅合金。 The copper alloy according to claim 1 or 2 , wherein nickel is added at a ratio of 16% by mass to 28% by mass and silver is added at a rate of 2% by mass to 10% by mass. 245℃で溶融するSn−3.5質量Ag−0.5質量%Cuはんだ浴を用いて、JIS C 60068−2−54に準拠した試験方法にて測定された、熱平衡状態で接している当該銅合金と該はんだ浴との接触角が90度以下であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の銅合金。 Using the Sn-3.5 mass Ag-0.5 mass% Cu solder bath that melts at 245 ° C., measured in a test method according to JIS C 60068-2-54, in contact with the thermal equilibrium state copper alloy according to any one of claims 1 to 3 the contact angle between the copper alloy and the solder bath is equal to or less than 90 degrees. 150℃の大気中で10分間加熱された前記銅合金と、245℃で溶融するSn−3.5質量Ag−0.5質量%Cuはんだ浴とが熱平衡状態で接しているとき、JIS C 60068−2−54に準拠した試験方法にて測定された、当該銅合金とはんだ浴との接触角が90度以下であることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の銅合金。 When the copper alloy heated in the atmosphere at 150 ° C. for 10 minutes and the Sn-3.5 mass Ag-0.5 mass% Cu solder bath melting at 245 ° C. are in thermal equilibrium, JIS C 60068 -2-54 was measured in compliance with the test method, the copper according to any one of claims 1 to 4 contact angle with the copper alloy and the solder bath is equal to or less than 90 degrees alloy.
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