JP6721851B1 - はんだ合金、鋳造物、形成物およびはんだ継手 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)質量%で、Cu:0.1〜2.0%、Ni:0.01〜0.4%、P:0.001〜0.08%、Ge:0.001〜0.08%、および残部がSnからなる合金組成を有し、前記合金組成は下記(1)式〜(3)式を満たすことを特徴とするはんだ合金。
(P+Ge)≦0.15% (2)式
2.0≦(Cu+5Ni)/(P+Ge)≦1000 (3)式
(1)式〜(3)式中、Cu、Ni、P、およびGeは、各々はんだ合金中での含有量(質量%)を表す。
(4)上記(3)に記載の鋳造物から形成されてなる形成物。
(1) Cu:0.1〜2.0%、Ni:0.01〜0.4%
CuおよびNiは、はんだ合金の液相線温度を制御することができる必須元素である。CuおよびNiがいずれも上記範囲内であると溶融はんだの流動性が最適化されるため、所望の板厚を有する鋳造物が得られる。Cu含有量の下限は0.1%以上であり、好ましくは0.5%以上である。Ni含有量の下限は0.01%以上であり、好ましくは0.02%以上である。一方、Cu含有量およびNi含有量の少なくとも一方が各々の上限値を超えると液相線温度が高くなり、流動性が低下する。Cu含有量の上限は2.0%以下であり、好ましくは1.0%以下であり、より好ましくは0.75%以下である。Ni含有量の上限は0.4%以下であり、好ましくは0.1%以下であり、より好ましくは0.07%以下である。
PおよびGeは、はんだ合金の酸化を抑制して溶融はんだの流動性を制御することができる必須元素である。P含有量およびGe含有量の少なくとも一方が0.001%未満であると、酸化抑制効果が得られない。P含有量の下限は0.001%以上であり、好ましくは0.002%以上である。Ge含有量の下限は0.001%以上であり、好ましくは0.003%以上である。一方、P含有量およびGe含有量の少なくとも一方が0.08%を超えると、Snの酸化による流動性の劣化は抑制されるものの、液相線温度が高くなる。P含有量の上限は0.08%以下であり、好ましくは0.01%以下であり、より好ましくは0.005%以下である。Ge含有量の上限は0.08%以下であり、好ましくは0.01%以下であり、より好ましくは0.007%以下である。
(Cu+5Ni)<0.950% (1)式
(P+Ge)≦0.15% (2)式
2.0≦(Cu+5Ni)/(P+Ge)≦1000 (3)式
(1)式〜(3)式中、Cu、Ni、P、およびGeは、各々はんだ合金中での含有量(%)を表す。
(1)式は、はんだ合金中のCuとNiのバランスを表す式である。前述のように、CuとNiは液相線温度を調整することができる元素である。また、両元素の含有量が凝固時に生成する化合物の析出量を決定するため、両元素の含有量の合計量を制御することは溶融はんだの流動性を適正化する上で重要となる。
(2)式は、はんだ合金中のPとGeの合計量を表す式である。これらの元素は、いずれも酸化を抑制することによって溶融はんだの流動性を制御することができるが、各々の大気中での反応速度が異なるため、両元素の含有量の合計量を制御することは溶融はんだの流動性を適正化する上で重要となる。
(3)式は、はんだ合金中での、CuとNiの群とPとGeの群とのバランスを表す式である。各群に属する元素は、各々溶融はんだの粘性を制御する要因が異なるものの、溶融はんだの粘性を決定づけるにあたり、両群は相互的に作用すると考えられる。このため、溶融はんだの粘性を制御するためには、上記2群のバランスを考慮する必要がある。
これらの元素は、Bi、In、Sb、Zn、およびAgの少なくとも1種では合計で5%以下、Mn、Cr、Co、Fe、Si、Ti、および希土類元素の少なくとも1種では合計で1%以下、であれば、本発明に係るはんだ合金の鋳造性に影響を及ぼすことがない。本発明において希土類元素とは、周期律表において第3族に属するSc、Yと原子番号57〜71に該当するランタン族の15個の元素を合わせた17種の元素のことである。
本発明に係るはんだ合金の残部はSnである。前述の元素の他に不可避的不純物を含有してもよい。不可避的不純物を含有する場合であっても、前述の効果に影響することはない。また、後述するように、本発明では含有しない元素が不可避的不純物として含有されても前述の効果に影響することはない。
本発明に係るはんだ合金は、酸化による濡れ性の劣化を回避するため、Alを含有しない方がよい。
本発明に係る鋳造物は、本発明に係るはんだ合金の合金組成を有するため、所望の板厚を有する。鋳造物としては、後述するように、所定の長さに切断された棒はんだなどが挙げられる。
本発明に係る形成物は、本発明に係る鋳造物から形成された物である。例えば、鋳造物を加工して得られた線はんだ、やに入りはんだ、リング形状や筒形状の形態が挙げられる。これに加えて、溶融および噴霧により得られたはんだ粉末、はんだボールに形成された物も含む。
本発明に係るはんだ継手は、本発明に係るはんだ合金を用いて、例えば、半導体パッケージにおけるICチップとその基板(インターポーザ)との接続、或いは半導体パッケージとプリント配線板との接続に使用される。
本発明に係るはんだ合金の製造方法は、例えば、連続鋳造にて製造される。連続鋳造は、まず、所定の合金組成となるように原材料を溶融炉に投入し350〜500℃程度に加熱して原材料を溶融する。
回転鋳型は、例えば環状板の幅方向中央部に溝が設けられた形状である。溶融はんだを鋳込む際には、回転鋳型を回転させながら溶融はんだが鋳型の溝に鋳込まれる。鋳型への溶融はんだの供給量は、鋳型の回転数に応じて適宜調整する。
本発明の効果を立証するため、下記により棒はんだを作製して評価した。溶融炉に原材料を秤量し、溶融炉の設定温度を450℃として溶融した後、水を循環させた回転鋳型の溝に溶融はんだを鋳込んだ。冷却速度は概ね30℃/sであった。
作製した棒はんだの板厚をノギスで測定した。すべての棒はんだが7mm±1mmの範囲に入る場合を「○」とし、上記範囲に入らないものがある場合には「×」とした。「○」であれば実用上問題ない。
Claims (5)
- 質量%で、Cu:0.1〜2.0%、Ni:0.01〜0.4%、P:0.001〜0.08%、Ge:0.001〜0.08%、および残部がSnからなる合金組成を有し、前記合金組成は下記(1)式〜(3)式を満たすことを特徴とするはんだ合金。
(Cu+5Ni)≦0.945% (1)式
(P+Ge)≦0.15% (2)式
2.0≦(Cu+5Ni)/(P+Ge)≦1000 (3)式
前記(1)式〜(3)式中、Cu、Ni、P、およびGeは、各々はんだ合金中での含有量(質量%)を表す。 - 前記合金組成は、更に、Bi、In、Zn、およびAgの少なくとも1種を合計で5%以下からなる群、ならびにMn、Cr、Co、Fe、Si、Ti、および希土類元素の少なくとも1種を合計で1%以下からなる群、の少なくとも1群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1に記載のはんだ合金。
- 請求項1または2に記載のはんだ合金を有する鋳造物。
- 請求項3に記載の鋳造物から形成されてなる形成物。
- 請求項3に記載の鋳造物を用いてなるはんだ継手。
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