JP6828880B2 - はんだペースト、はんだ合金粉 - Google Patents
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Description
本発明は、はんだペースト、及び、該はんだペースト用のはんだ合金粉に関する。
従来から、電子部品等の接合部品と基板とを接続する際には、はんだ合金粉とフラックスとを含むはんだペーストが使用されている。該はんだペーストは、基板表面の電極部に塗布されると共に、該電極部に接合部品の電極部を接触させた状態で、所定温度（リフロー温度）で加熱される。これにより、はんだ合金粉が溶融してはんだ接合部が形成され、該はんだ接合部を介して基板と接合部品とが接合される。
前記はんだ合金粉としては、錫（以下、Ｓｎとも記す）を主成分とし、銀（以下、Ａｇとも記す）、及び、銅（以下、Ｃｕとも記す）を含有するもの（以下、ＳＡＣ系合金粉とも記す）が知られている。斯かるＳＡＣ系合金粉には、アンチモン（以下、Ｓｂとも記す）が含有される場合がある。Ｓｂを含有することで、前記はんだ接合部の耐熱性、接合強度、及び、接合信頼性を向上させることが可能となる。
しかしながら、ＳＡＣ系合金粉は、Ｓｂを含有することで、Ｓｂを含有しない場合よりも融点が高くなるため、リフロー温度を高く設定する必要がある。このように、リフロー温度が高く設定されると、リフロー温度の影響によって基板や接合部品の品質が低下する虞がある。
そこで、Ｓｂと共にビスマス（以下、Ｂｉとも記す）を含有させたＳＡＣ系合金粉が提案されている（特許文献１参照）。このようなＳｂ及びＢｉを含有するＳＡＣ系合金粉は、Ｂｉを含有しないものよりも融点が低くなるため、リフロー温度を低く設定することができ、基板や接合部品の品質の低下を抑制することが可能となる。
しかしながら、Ｓｂに起因する融点の上昇を効果的に抑制し得る程度の含有量でＢｉを含有させることは、前記はんだ接合部の靱性が低下して接合信頼性にバラツキが生じる要因となる。このため、Ｂｉの含有量を低減させるべく、Ｓｂを含有したはんだ合金粉を用いたはんだペーストであってもリフロー温度の低いものが要求されている。
そこで、本願発明は、Ｓｂを含有するはんだ合金粉を用いたはんだペーストにおいて、比較的低いリフロー温度ではんだ接合が可能なはんだペーストを提供すると共に、該はんだペースト用のはんだ合金粉を提供することを課題とする。
本発明に係るはんだペーストは、はんだ合金粉とフラックスとが混合されてなるはんだペーストであって、前記はんだ合金粉は、組成の異なる第一はんだ合金粉と第二はんだ合金粉とを含むものであり、前記第一はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが０質量％以上２．５質量％以下、残部がＳｎからなり、前記第二はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが２．５質量％を超え１６質量％以下、残部がＳｎからなり、且つ、Ｂｉの含有量が前記第一はんだ合金粉のＢｉの含有量以下である。
斯かる構成によれば、はんだペーストを構成するはんだ合金粉が第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉を含み、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉のそれぞれにおけるＢｉ及びＳｂの含有量が上記の範囲であることで、Ｓｂを含有するはんだ合金粉（第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉を含むもの）であっても比較的低いリフロー温度ではんだ接合を行うことができる。
前記第一はんだ合金粉及び前記第二はんだ合金粉の少なくとも一方は、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも一方の成分を０．０１質量％以上０．１質量％以下含有してもよい。
前記第一はんだ合金粉及び前記第二はんだ合金粉の少なくとも一方は、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下含有してもよい。
前記はんだ合金粉は、前記第二はんだ合金粉に対する前記第一はんだ合金粉の割合が２５質量％以上７５質量％以下であってもよい。
本発明に係るはんだ合金粉は、はんだ合金粉とフラックスとが混合されてなるはんだペースト用のはんだ合金粉であって、組成の異なる第一はんだ合金粉と第二はんだ合金粉とを含んでおり、前記第一はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが０質量％以上２．５質量％以下、残部がＳｎからなり、前記第二はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが２．５質量％を超え１６質量％以下、残部がＳｎからなり、且つ、Ｂｉの含有量が前記第一はんだ合金粉のＢｉの含有量以下である。
以上のように、本発明によれば、Ｓｂを含有するはんだ合金粉を用いたはんだペーストにおいて、比較的低いリフロー温度ではんだ接合を行うことができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。
本発明に係るはんだペーストは、はんだ合金粉とフラックスとが混合されて形成される。はんだ合金粉は、組成の異なる第一はんだ合金粉と、第二はんだ合金粉とを含む。
第一はんだ合金粉は、銀（以下、Ａｇとも記す）が０．１質量％以上４．０質量％以下であり、３．０質量％以上３．５質量％以下であることが好ましい。また、第一はんだ合金粉は、銅（以下、Ｃｕとも記す）が０．１質量％以上０．８質量％以下であり、０．４質量％以上０．７質量％以下であることが好ましい。また、第一はんだ合金粉は、アンチモン（以下、Ｓｂとも記す）が０質量％以上２．５質量％以下であり、０質量％以上１．５質量％以下であることが好ましい。また、第一はんだ合金粉は、ビスマス（以下、Ｂｉとも記す）が０質量％以上６．０質量％以下であり、０質量％以上２．０質量％以下であることが好ましい。また、第一はんだ合金粉は、残部が錫（以下、Ｓｎとも記す）からなるものである。なお、残部とは、上記の各成分以外の成分であり、不可避不純物を含んでいてもよい。
第二はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下であり、３．０質量％以上３．５質量％以下であることが好ましい。また、第二はんだ合金粉は、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下であり、０．４質量％以上０．７質量％以下であることが好ましい。また、第二はんだ合金粉は、Ｓｂが２．５質量％を超え１６質量％以下であり、４質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。また、第二はんだ合金粉は、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下であり、０質量％以上１質量％以下であることが好ましい。また、第二はんだ合金粉は、残部がＳｎからなるものである。また、第二はんだ合金粉は、Ｂｉの含有量が第一はんだ合金粉のＢｉの含有量以下になるものである。なお、残部とは、上記の各成分以外の成分であり、不可避不純物を含んでいてもよい。
また、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉の少なくとも一方は、更に、ニッケル（以下、Ｎｉとも記す）及びコバルト（以下、Ｃｏとも記す）の少なくとも一方の成分を０．０１質量％以上０．１質量％以下含有することが好ましく、０．０３質量％以上０．０７質量％以下含有することがより好ましい。また、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉の少なくとも一方は、更に、ゲルマニウム（以下、Ｇｅとも記す）を０．００１質量％以上０．０５質量％以下含有することが好ましく、０．００５質量％以上０．０２質量％以下含有することがより好ましい。
前記第一はんだ合金粉は、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉の全体に対して２５質量％以上７５質量％以下であることが好ましく、４０質量％以上６０質量％以下であることがより好ましい。また、はんだ合金粉（具体的には、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉の全体）の粒径としては、特に限定されるものではない。例えば、平均粒径Ｄ５０（メジアン径）が、５μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以上３５μｍ以下であることがより好ましい。また、９０％粒子径Ｄ９０が、４５μｍ以下であることが好ましく、３８μｍ以下であることがより好ましい。
なお、上記の「平均粒径Ｄ５０（メジアン径）」および「９０％粒子径Ｄ９０」とは、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定される値をいう。
なお、前記はんだ合金粉を構成する金属粉として、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉以外の他の金属粒子を更に含んでもよい。
前記フラックスとしては、特に限定されるものではなく、公知のフラックスを用いることができ、例えば、ロジン系、合成樹脂系等のフラックスを用いることができる。
また、本発明に係るはんだペースト中のはんだ合金粉の含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、８０質量％以上９２質量％以下であることが好ましい。また、本発明に係るはんだペースト中のフラックスの含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、８質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
以上のように、本発明に係るはんだペースト、及び、はんだ合金粉によれば、Ｓｂを含有するはんだ合金粉を用いたはんだペーストにおいて、比較的低いリフロー温度ではんだ接合を行うことができる。
即ち、はんだペーストを構成するはんだ合金粉が第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉を含み、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉のそれぞれにおけるＢｉ及びＳｂの含有量が上記の範囲であることで、Ｓｂを含有するはんだ合金粉（第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉を含むもの）であっても比較的低いリフロー温度ではんだ接合を行うことできる。
なお、本発明に係るはんだペースト用フラックス、及び、はんだ合金粉は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよい（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよい）ことは勿論である。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜使用材料＞
１．はんだ合金粉１，２
下記表１の組成を有する第一はんだ合金粉（平均粒径：３０μｍ）と、下記表１の組成を有する第二はんだ合金粉（平均粒径：３０μｍ）とを下記表１に示す割合で含むはんだ合金粉を用いた。なお、上記の平均粒径（Ｄ５０）は、ベックマンコールター製レーザー回折粒度分布測定装置によって測定されるものである。
２．はんだ合金粉３〜５
下記表１の組成を有するはんだ合金粉（平均粒径：３０μｍ）を用いた。なお、上記の平均粒径（Ｄ５０）は、ベックマンコールター製レーザー回折粒度分布測定装置によって測定されるものである。
３．フラックス
下記表２に示す組成のフラックスを用いた。
１．はんだ合金粉１，２
下記表１の組成を有する第一はんだ合金粉（平均粒径：３０μｍ）と、下記表１の組成を有する第二はんだ合金粉（平均粒径：３０μｍ）とを下記表１に示す割合で含むはんだ合金粉を用いた。なお、上記の平均粒径（Ｄ５０）は、ベックマンコールター製レーザー回折粒度分布測定装置によって測定されるものである。
２．はんだ合金粉３〜５
下記表１の組成を有するはんだ合金粉（平均粒径：３０μｍ）を用いた。なお、上記の平均粒径（Ｄ５０）は、ベックマンコールター製レーザー回折粒度分布測定装置によって測定されるものである。
３．フラックス
下記表２に示す組成のフラックスを用いた。
＜はんだペーストの作製＞
上記の各はんだ合金粉とフラックスとを下記表３の割合で混練してはんだペーストを作製した。
上記の各はんだ合金粉とフラックスとを下記表３の割合で混練してはんだペーストを作製した。
＜濡れ所要時間の測定＞
作製したはんだペーストを用い、濡れ所要時間の測定を行った。具体的には、Ｃｕ板上にはんだペーストを印刷し、該はんだペースト上にチップ抵抗を載せ、加熱後、１８５℃に達してからはんだペーストが溶融してチップ抵抗の電極側面を濡れ上がるまでの時間（濡れ所要時間）を測定した。前記チップ抵抗は、電極部分をＳｎメッキした幅３．２ｍｍ、奥行１．６ｍｍ、高さ０．６ｍｍのものを用いた。
加熱処理（リフロー処理）の温度条件としては、熱処理開始４０秒で常温から１５０℃まで昇温し、その後１２０秒で１８５℃まで昇温し、その後４０秒で２３５℃まで昇温し、その後３０秒間２３５℃を維持し、その後常温付近まで冷却する条件とした。また、加熱処理は、酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下で行った。
濡れ所要時間の測定結果については、下記表１に示す。
作製したはんだペーストを用い、濡れ所要時間の測定を行った。具体的には、Ｃｕ板上にはんだペーストを印刷し、該はんだペースト上にチップ抵抗を載せ、加熱後、１８５℃に達してからはんだペーストが溶融してチップ抵抗の電極側面を濡れ上がるまでの時間（濡れ所要時間）を測定した。前記チップ抵抗は、電極部分をＳｎメッキした幅３．２ｍｍ、奥行１．６ｍｍ、高さ０．６ｍｍのものを用いた。
加熱処理（リフロー処理）の温度条件としては、熱処理開始４０秒で常温から１５０℃まで昇温し、その後１２０秒で１８５℃まで昇温し、その後４０秒で２３５℃まで昇温し、その後３０秒間２３５℃を維持し、その後常温付近まで冷却する条件とした。また、加熱処理は、酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下で行った。
濡れ所要時間の測定結果については、下記表１に示す。
＜まとめ＞
表１の実施例１と比較例１とを比較すると実施例１の方が濡れ所要時間が短いことが認められる。また、実施例２と比較例２とを比較すると実施例２の方が濡れ所要時間が短いことが認められる。つまり、各実施例のはんだペーストは、はんだ合金粉に蓄積される熱量が少ない段階（即ち、はんだ合金粉自体の温度が低い状態）において、はんだ合金粉が溶融して良好な濡れ挙動を示すことが認められる。
表１の実施例１と比較例１とを比較すると実施例１の方が濡れ所要時間が短いことが認められる。また、実施例２と比較例２とを比較すると実施例２の方が濡れ所要時間が短いことが認められる。つまり、各実施例のはんだペーストは、はんだ合金粉に蓄積される熱量が少ない段階（即ち、はんだ合金粉自体の温度が低い状態）において、はんだ合金粉が溶融して良好な濡れ挙動を示すことが認められる。
このため、本発明のように、組成の異なる第一はんだ合金粉と第二はんだ合金粉とから構成されるはんだ合金粉を用いたはんだペーストは、比較的低い温度で良好な濡れ挙動を示すため、リフロー温度を比較的低く設定することが可能となる。これにより、Ｓｂを含有するはんだ合金粉を用いたはんだペーストにおいても、リフロー温度を比較的低く設定することができるため、はんだ合金粉中のＢｉの含有量を低減することが可能となる。
Claims (4)
- はんだ合金粉とフラックスとが混合されてなるはんだペーストであって、
前記はんだ合金粉は、組成の異なる第一はんだ合金粉と第二はんだ合金粉とを含んでおり、
前記第一はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが０質量％以上２．５質量％以下、残部がＳｎからなり、
前記第二はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが２．５質量％を超え１６質量％以下、残部がＳｎからなり、且つ、Ｂｉの含有量が前記第一はんだ合金粉のＢｉの含有量以下であり、
第一はんだ合金粉は、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉の全体に対して２５質量％以上７５質量％以下であるはんだペースト。 - 前記第一はんだ合金粉及び前記第二はんだ合金粉の少なくとも一方は、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも一方の成分を０．０１質量％以上０．１質量％以下含有する請求項１に記載のはんだペースト。
- 前記第一はんだ合金粉及び前記第二はんだ合金粉の少なくとも一方は、Ｇｅを０．００１質量％以上０．０５質量％以下含有する請求項１又は２に記載のはんだペースト。
- はんだ合金粉とフラックスとが混合されてなるはんだペースト用のはんだ合金粉であって、
組成の異なる第一はんだ合金粉と第二はんだ合金粉とを含んでおり、
前記第一はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが０質量％以上２．５質量％以下、残部がＳｎからなり、
前記第二はんだ合金粉は、Ａｇが０．１質量％以上４．０質量％以下、Ｃｕが０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｂｉが０質量％以上６．０質量％以下、Ｓｂが２．５質量％を超え１６質量％以下、残部がＳｎからなり、且つ、Ｂｉの含有量が前記第一はんだ合金粉のＢｉの含有量以下であり、
第一はんだ合金粉は、第一はんだ合金粉及び第二はんだ合金粉の全体に対して２５質量％以上７５質量％以下であるはんだ合金粉。
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