JPH01321093A - 高融点はんだ合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 半導体装置のアッセンブリーに際して、機密封止が要求
される箇所での部材接合用はんだ材料として使用するの
に適したＰｂ系高融点はんだ合金に関し、 はんだ付は性を改善し、ならびに酸化防止及び気密性を
満足し１組織が実質的にＰｂ−２，５％Ａｇ共晶よりな
る高融点はんだ材料を提供することを目的とし、 Ｐｂ−２，０〜３，０％Ａｇに第三元素としてＳｎを０
゜１〜１，０％微量添加するように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体装置のアッセンブリーに際して、気密
封止が要求される箇所での部材接合用はんだ材料として
使用するのに適したＰｂ系高融点はんだ合金に関するも
のである。

近年コンピューターの高密度、高実装化に伴い、多数の
はんだ（＝ｊけ部が必要となり、良好な接合部を得るた
めには、温度階層のある多数のはんだ材料が要求されて
いる。特に半導体装置の部材接合は、高温になるため高
融点のはんだ材料による接合が要求されている。

［従来の技術］ 上記の高融点を有する接合材料として、Ａｕ−５ｎ合余
ろう材が使用されているが、この系の合金は、非常に硬
い材料であるので、接合部に耐熱疲労性の柔軟性が要求
される場合には、他の軟らかいはんだ材料に変える必要
がある。また、Ａｕが多い組成のため、コスト高となる
ことも影響してＡｕ−５ｎ合金ろう材は他のはんだ材に
替えられつつある。このような背景から、安価で、強度
、伸び等に優れているＰｂ系高融点はんだの使用が考え
られており、Ｐｂ−５ｎに第三元素としてＣｕ、Ｎｉ、
Ｔｅ、Ｇｅ等を添加したもの、あるいはＰｂ−Ｉｎ−Ａ
ｇ系（特開昭６１−１５０７９５号）　、Ｐｂ−Ｐｂ−
５ｎ−Ａ　（特開昭６０−１９６２８５号）系が提案さ
れて出ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、これらのはんだ合金は、接合部とのはんだ付は
性を改善する目的のものであって、機械性質に問題があ
り、熱疲労寿命が接合部に要求される場合不適当である
。Ｐｂ−２，５％Ａｇ共晶はんだは機械的性質に優れた
材料であるが、Ｐｂが主成分であるために溶融中に酸化
しやすいという性質がある。この結果、凝固金属はＰｂ
が欠乏し、Ｐｂ−２，５％Ａｇの共晶より組成がずれ、
ひいてははんだ材料に最も要求されるはんだぬれ性の不
足、そして腐食の問題が起こり、信頼性の高い接合部が
得られなかった。

また、前掲特開昭６０−１９６２８５号の従来技術の説
明によると、Ｐｂ−１〜５％５ｎ−１〜５％Ａｇ系はん
だ材はＰｂ−５ｎ系はんだ材に比較して、耐疲労性及び
はんだ拡がり性がすぐれているが大気中放置した場合の
耐酸化性が劣ると説明されている。

一方、本発明が対象とする気密封止接合用はんだ材では
大気中放置における耐酸化性は重要ではなく、また溶融
物の酸化が問題になってＰｂ−２，５％Ａｇの共晶組成
の凝固金属が得られ難い点が問題となる。また、上記Ｐ
ｂ−１〜５％Ａｇ−５ｎ１〜５％はんだ材は、Ｓｎの多
量添加によって二元Ｐｂ−Ａｇ共晶以外の相が発生して
組織が粗くなり、この結果、気密性が劣化する。

はんだにＩｎを５％添加し、はんだ付は性を改善したは
んだ材料が商品化されている。しかしこのはんだにはＰ
ｂと同様に酸化され易いＩｎが含まれているので、同様
に共晶組成からのずれが起こる。またＩｎが水和物を形
成しやすいことから使用中の腐食の問題が予想される。

そこで、本発明では、はんだ付は性を改善し、ならびに
酸化防止及び気密性を満足し、組織が実質的にＰｂ−２
，５％Ａｇ共晶よりなる高融点はんだ材料を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明はＰｂ系高融点はんだは、Ｐｂ−２，０〜３．０
％Ａｇに第三元素としてＳｎを０．１〜１．０％微量添
加することにした。

［作用］ このはんだを用いることにより、はんだ付は性、気密性
、及び、酸化防止の効果があるため、装置のアッセンブ
リーに際して、良好な接合部が得られ、耐食性に優れる
ことが期待される。

以下、本発明の組成限定理由を説明する。

Ａｇを２．０〜３．０％は共晶組成近傍に該当する。

Ｓｎの添加量を０．１〜１．０％未満に限定した理由は
、０．１％未満では酸化防止の効果があまり見られず、
また、１，０％より添加量が多い場合、固相線温度が下
がるため、凝固温度幅が２℃を越えて大きくなり、共晶
組成からずれるために組織が粗大になって、はんだの気
密性、および、疲労野命が低下するためである。Ｓｎが
０゜５％以下では凝固温度中が０℃であり、凝固組織は
完全に共晶組織である。Ｓｎが０．５％〜１％未満では
凝固温度中は１〜２℃であり、共晶以外の組織は極めて
少ない。

Ｓｎ含有量が０．５％以下の完全共晶組織において緒特
性が良好であるから、溶融凝固過程におけるＳｎの酸化
防止作用はＳｎがはんだ溶融体の液面をカバーする皮膜
を形成することによると考えられる。

［実施例］ 大気中において溶解炉で、それぞれ表１に示す組成１〜
１３のはんだ合金を調整し、圧延加工により０．２ｍｍ
の板材にし、第１図に示すセラミック基板とフランジを
はんだ付けした。そして、その接合部のはんだ付は性お
よび、気密性を調査した。また、はんだ合金の機械的性
質を調べるためＪＩＳ規格規格１３号形状の引張試験片
を鋳造加工により作製し、引張試験を行った。単位はｋ
ｇ／ｍｍ２である。歪み速度は０．５ｍｍ／ｍｉｎであ
る。はんだ付は性の評価は、はんだが接着面にまわって
いる場合を○、一部欠けている場合をΔで行なった。気
密性はプローブ法Ｈｅリーク試験により、ｌＸｌ０　”
ａｔｍ−ｃｃ／ｓｅｃ以下を気密性良好とした。酸化防
止効果は、溶融時のはんだの表面、および、はんだ付け
の後の接合部を母合金（はんだ）と比較することにより
評価した。

（以下余白） 第１表 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のはんだ合金はＳｎ０．１
〜１．０ｗｔ％添加することにより酸化防止、はんだ付
は性等の改善に効果があるため、良好なはんだ接合部を
形成することができる。また、気密性も１０−’ａｔｍ
／ｃｃから１０−９ａ　ｔ　ｍ／　ｃ　ｃと向上できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、冷却容器とセラミック基板のはんだ接合部の
概略縦断面図である。図面において、１１１．フランジ
、２０１．セラミック基板、３３０．はんだ接合部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｓｎ０．１〜１．０ｗｔ％、Ａｇ２．０〜３．０ｗ
   ｔ％、残部Ｐｂからなる気密封止接合部用高融点はんだ
   合金。