JPH0788680A - 高温無鉛すずベースはんだの組成 - Google Patents
高温無鉛すずベースはんだの組成Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、無鉛で固相線温度が高く強
度の高い多成分はんだ合金を提供することである。 【構成】 本発明のはんだ合金は、少なくとも９０重量
％のＳｎと、有効量のＡｇとＢｉとを含み、また任意選
択としてＳｂ、またはＳｂとＣｕを含む。さらに他の実
施例では、少なくとも９０重量％のＳｎと、有効量のＡ
ｇとＳｂを含み、また少量のビスマスが追加されること
もある。 【効果】 本発明により、無鉛で固相線温度が高く強度
の高い多成分はんだ合金が得られる。
度の高い多成分はんだ合金を提供することである。 【構成】 本発明のはんだ合金は、少なくとも９０重量
％のＳｎと、有効量のＡｇとＢｉとを含み、また任意選
択としてＳｂ、またはＳｂとＣｕを含む。さらに他の実
施例では、少なくとも９０重量％のＳｎと、有効量のＡ
ｇとＳｂを含み、また少量のビスマスが追加されること
もある。 【効果】 本発明により、無鉛で固相線温度が高く強度
の高い多成分はんだ合金が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロエレクトロニ
クスに適用して特に有用な無鉛低毒性のはんだ合金に関
する。本発明のはんだ合金は、９０重量パーセント以上
のすずと、有効な量の（２）ＡｇとＢｉを含み、任意選
択でＳｂまたはＳｂとＣｕを加え、または（１）Ａｇと
Ｓｂを含み、任意選択でＢｉを加える。これらの合金
は、集積回路チップをプリント回路板としてのチップ・
キャリヤと基板に接合したり、またチップ・キャリヤを
基板に接合したり、多層プリント回路板において回路化
のランドやパッドの接合したりする際に有用である。
クスに適用して特に有用な無鉛低毒性のはんだ合金に関
する。本発明のはんだ合金は、９０重量パーセント以上
のすずと、有効な量の（２）ＡｇとＢｉを含み、任意選
択でＳｂまたはＳｂとＣｕを加え、または（１）Ａｇと
Ｓｂを含み、任意選択でＢｉを加える。これらの合金
は、集積回路チップをプリント回路板としてのチップ・
キャリヤと基板に接合したり、またチップ・キャリヤを
基板に接合したり、多層プリント回路板において回路化
のランドやパッドの接合したりする際に有用である。
【０００２】
【従来の技術】はんだ付けは低温で、一般に可逆性の冶
金的接合法である。低温と可逆性は、関与する材料およ
び再加工や技術的変更の必要性から、マイクロエレクト
ロニクスの適用では特に重要である。
金的接合法である。低温と可逆性は、関与する材料およ
び再加工や技術的変更の必要性から、マイクロエレクト
ロニクスの適用では特に重要である。
【０００３】はんだ接合は後で化学反応が行われる湿潤
プロセスである。溶融はんだは選択的に湿潤する。はん
だの選択的な湿潤性によって、溶融はんだを所望の箇所
に閉じ込めることができる。これは、フリップ・チップ
接着やはんだマスクによる加工において特に重要であ
る。
プロセスである。溶融はんだは選択的に湿潤する。はん
だの選択的な湿潤性によって、溶融はんだを所望の箇所
に閉じ込めることができる。これは、フリップ・チップ
接着やはんだマスクによる加工において特に重要であ
る。
【０００４】はんだ付け工程は、湿潤化が起こるとすぐ
に、たとえば数秒台で実施することができ、これははん
だ付けを自動化された高速の大量処理工程に特に好まし
いものとする。
に、たとえば数秒台で実施することができ、これははん
だ付けを自動化された高速の大量処理工程に特に好まし
いものとする。
【０００５】湿潤性は接合すべき材料の関数でもあり、
Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｄ、ならびにこれらの金属の
１つまたは複数を多く含有している合金ははんだ付けに
特に敏感に反応する。
Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｄ、ならびにこれらの金属の
１つまたは複数を多く含有している合金ははんだ付けに
特に敏感に反応する。
【０００６】湿潤後に行われる化学反応は、溶融はんだ
と接合金属材料との間のものであって、その界面に金属
間相領域を形成する。電子パッケージにおいてはんだに
よって形成される金属間層は、一般的には二元化合物で
ある化学量論的化合物であり、はんだ合金の中にＳｎが
含有される場合には一般にＳｎを含む。ベース、パッ
ド、またはランドがＣｕで、はんだ合金がＳｎを多く含
有するときは、はんだ付け中に形成される金属間相はＣ
ｕ−Ｓｎである。典型的なＣｕ−Ｓｎ二元化合物はＣｕ
3ＳｎとＣｕ6Ｓｎ5を含む。
と接合金属材料との間のものであって、その界面に金属
間相領域を形成する。電子パッケージにおいてはんだに
よって形成される金属間層は、一般的には二元化合物で
ある化学量論的化合物であり、はんだ合金の中にＳｎが
含有される場合には一般にＳｎを含む。ベース、パッ
ド、またはランドがＣｕで、はんだ合金がＳｎを多く含
有するときは、はんだ付け中に形成される金属間相はＣ
ｕ−Ｓｎである。典型的なＣｕ−Ｓｎ二元化合物はＣｕ
3ＳｎとＣｕ6Ｓｎ5を含む。
【０００７】はんだ合金は組成に応じた強い関数である
溶融温度を特徴とする。純粋な金属は単一で不変の溶融
温度を特徴とするが、合金の凝固点と溶融点は複雑であ
る。合金の凝固点は液相線によって決定される。液相線
より上では、１つまたは複数の液相のみが存在する。合
金の溶融点は固相線によって決定される。固相線よりも
下では、１つまたは複数の固相のみが存在する。これら
の２線すなわち液相線と固相線との間の領域には、液相
と固相とが共存する。
溶融温度を特徴とする。純粋な金属は単一で不変の溶融
温度を特徴とするが、合金の凝固点と溶融点は複雑であ
る。合金の凝固点は液相線によって決定される。液相線
より上では、１つまたは複数の液相のみが存在する。合
金の溶融点は固相線によって決定される。固相線よりも
下では、１つまたは複数の固相のみが存在する。これら
の２線すなわち液相線と固相線との間の領域には、液相
と固相とが共存する。
【０００８】好ましいはんだ合金は共晶であり、すなわ
ち共晶点を特徴とする。共晶点は液相線と固相線とが一
致する点である。共晶からいづれかの方向への濃度の変
化は、液相温度の上昇をもたらす。
ち共晶点を特徴とする。共晶点は液相線と固相線とが一
致する点である。共晶からいづれかの方向への濃度の変
化は、液相温度の上昇をもたらす。
【０００９】組成と急冷速度も、はんだ付けされた接合
部の顕微鏡構造と、結果として得られる機械的性質を決
定する。したがって、はんだの組成を慎重に選定するこ
とと、はんだ付けされた接合部の露熱を慎重に制御する
ことの両方が必要となる。
部の顕微鏡構造と、結果として得られる機械的性質を決
定する。したがって、はんだの組成を慎重に選定するこ
とと、はんだ付けされた接合部の露熱を慎重に制御する
ことの両方が必要となる。
【００１０】電子部品の製造で使用されるはんだ組成
は、はんだ合金として湿潤化可能でなければならず、パ
ッド金属またはランド金属を有する導電性で熱的に安定
した傷つきにくい可塑性の金属間相を形成することがで
きる成分を、少なくとも１種類持たなければならない。
この理由で、最も普遍的なはんだ合金は、Ｓｎ−Ｐｂ合
金のような鉛ベースの合金となる。
は、はんだ合金として湿潤化可能でなければならず、パ
ッド金属またはランド金属を有する導電性で熱的に安定
した傷つきにくい可塑性の金属間相を形成することがで
きる成分を、少なくとも１種類持たなければならない。
この理由で、最も普遍的なはんだ合金は、Ｓｎ−Ｐｂ合
金のような鉛ベースの合金となる。
【００１１】これまで、Ｐｂ／Ｓｎはんだが電子部品用
に利用されてきた。Ｐｂ／Ｓｎ合金が広範囲にわたって
使用されてきたのには、多くの歴史的理由がある。これ
らの歴史的理由の中には、Ｐｂ／Ｓｎはんだ合金の低い
液相温度、Ｐｂ／Ｓｎはんだならびに結果として得られ
るＣｕ／Ｓｎ金属間相（はんだ／Ｃｕ接触界面に形成さ
れる）の広い温度範囲にわたる加工性、Ｐｂ／Ｓｎ合金
から得られたＣｕ／Ｓｎ金属間相のＣｕランドまたはＣ
ｕパッドに対する接着、さらに、Ｐｂ／Ｓｎ合金用の樹
脂、融剤、はんだマスクといったプロセス装置と低廉な
添加物が容易に入手できることが含まれる。
に利用されてきた。Ｐｂ／Ｓｎ合金が広範囲にわたって
使用されてきたのには、多くの歴史的理由がある。これ
らの歴史的理由の中には、Ｐｂ／Ｓｎはんだ合金の低い
液相温度、Ｐｂ／Ｓｎはんだならびに結果として得られ
るＣｕ／Ｓｎ金属間相（はんだ／Ｃｕ接触界面に形成さ
れる）の広い温度範囲にわたる加工性、Ｐｂ／Ｓｎ合金
から得られたＣｕ／Ｓｎ金属間相のＣｕランドまたはＣ
ｕパッドに対する接着、さらに、Ｐｂ／Ｓｎ合金用の樹
脂、融剤、はんだマスクといったプロセス装置と低廉な
添加物が容易に入手できることが含まれる。
【００１２】Ｐｂ／Ｓｎはんだ合金加工に必要な比較的
低い温度は、電子パッケージの製造に高分子誘電体が使
用されるときに特に重要である。これらの重合体は高温
の組立て作業では劣化する可能性がある。比較的低い温
度で溶融するはんだ合金は、これらの高分子基板に適合
することができる。
低い温度は、電子パッケージの製造に高分子誘電体が使
用されるときに特に重要である。これらの重合体は高温
の組立て作業では劣化する可能性がある。比較的低い温
度で溶融するはんだ合金は、これらの高分子基板に適合
することができる。
【００１３】さらに、半導体チップは高い温度において
熱拡散と構造的転換を受ける。低温溶融のはんだはこの
問題を回避する。
熱拡散と構造的転換を受ける。低温溶融のはんだはこの
問題を回避する。
【００１４】鉛ベースのはんだの「柔軟さ」すなわち可
塑性は特に重要である。この柔軟さすなわち可塑性によ
って、結合された構造物間の熱膨脹係数の不一致、たと
えばセラミック誘電体と高分子誘電体との間、または半
導体チップとセラミックまたは高分子チップ・キャリア
または基板との間の熱膨脹係数の不一致にはんだが適合
できるようになる。
塑性は特に重要である。この柔軟さすなわち可塑性によ
って、結合された構造物間の熱膨脹係数の不一致、たと
えばセラミック誘電体と高分子誘電体との間、または半
導体チップとセラミックまたは高分子チップ・キャリア
または基板との間の熱膨脹係数の不一致にはんだが適合
できるようになる。
【００１５】しかし鉛は比較的高い蒸気圧を有する有毒
の重金属である。この使用は嫌われ、取り替える必要が
ある。
の重金属である。この使用は嫌われ、取り替える必要が
ある。
【００１６】種々の無鉛はんだ合金が下記の資料に記載
されている。
されている。
【００１７】J.Environ.Sci.Health誌第Ａ２６巻第６号
９１１−９２９ページ（１９９１年）のＫ・Ｓ・スブラ
マニアン他による「非鉛ベースではんだ付けされた接合
部を有する銅製配管からのアンチモン、鉛、銀、すず、
及び亜鉛の浸出(Leaching ofAntimony, Cadmium, Coppe
r, Lead, Silver, Tin, and Zinc from Copper Piping
With Non-Lead-Based Soldered Joints)」には、多くの
合金からのＡｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｎ
の浸出に関するテストが記載されている。テストされた
合金には、９６／４Ｓｎ／Ａｇ、９４／６Ｓｎ／Ａｇ、
及び９５．５／４／０．５Ｓｎ／Ｃｕ／Ａｇが含まれて
いる。
９１１−９２９ページ（１９９１年）のＫ・Ｓ・スブラ
マニアン他による「非鉛ベースではんだ付けされた接合
部を有する銅製配管からのアンチモン、鉛、銀、すず、
及び亜鉛の浸出(Leaching ofAntimony, Cadmium, Coppe
r, Lead, Silver, Tin, and Zinc from Copper Piping
With Non-Lead-Based Soldered Joints)」には、多くの
合金からのＡｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｎ
の浸出に関するテストが記載されている。テストされた
合金には、９６／４Ｓｎ／Ａｇ、９４／６Ｓｎ／Ａｇ、
及び９５．５／４／０．５Ｓｎ／Ｃｕ／Ａｇが含まれて
いる。
【００１８】米国特許第４６４３８７５号及び米国特許
第４６６７８７１号明細書には、３５〜９５％のＳｎ、
０．５〜７０％のＡｇ、０．５〜２０％のＣｕ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｚｒのうちの１つまたは複数の有効量、及び任意選
択でＮｉ、及びＣｒを含む高温ろう付け合金が記載され
ている。開示されたろう付け合金はすべて、良好な結合
のためには少なくとも５５０℃の温度を必要とする。
第４６６７８７１号明細書には、３５〜９５％のＳｎ、
０．５〜７０％のＡｇ、０．５〜２０％のＣｕ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｚｒのうちの１つまたは複数の有効量、及び任意選
択でＮｉ、及びＣｒを含む高温ろう付け合金が記載され
ている。開示されたろう付け合金はすべて、良好な結合
のためには少なくとも５５０℃の温度を必要とする。
【００１９】米国特許第４７７８７３３号明細書には、
９２〜９９％のＳｎ、０．７〜６％のＣｕ、及び０．０
５〜３％のＡｇを含む給排水管取付け具としての製造物
が記載されている。
９２〜９９％のＳｎ、０．７〜６％のＣｕ、及び０．０
５〜３％のＡｇを含む給排水管取付け具としての製造物
が記載されている。
【００２０】米国特許第４７９７３２８号明細書には、
事前金属被覆なしにセラミック部品を接着するための軟
はんだ合金が記載されている。アルミナ部品を銅部品に
接着させるために有用であると開示された合金は、８６
〜９９％のＳｎ、０〜１３％のＡｇまたはＣｕもしくは
その両方、０〜１０％のＩｎ、及び１〜１０％のＴｉを
含む。
事前金属被覆なしにセラミック部品を接着するための軟
はんだ合金が記載されている。アルミナ部品を銅部品に
接着させるために有用であると開示された合金は、８６
〜９９％のＳｎ、０〜１３％のＡｇまたはＣｕもしくは
その両方、０〜１０％のＩｎ、及び１〜１０％のＴｉを
含む。
【００２１】米国特許第４８０６３０９号明細書には、
９０〜９５％のＳｎ、３〜５％のＳｂ、１〜４．５％の
Ｂｉ、及び０．１〜０．５％のＡｇを含むはんだ組成が
記載されている。該明細書は、はんだの融点を約４２５
度Ｆ（２１８℃）にまで低下させるためのＢｉの使用を
説明している。
９０〜９５％のＳｎ、３〜５％のＳｂ、１〜４．５％の
Ｂｉ、及び０．１〜０．５％のＡｇを含むはんだ組成が
記載されている。該明細書は、はんだの融点を約４２５
度Ｆ（２１８℃）にまで低下させるためのＢｉの使用を
説明している。
【００２２】米国特許第４９２９４２３号明細書には、
給排水管のために有用であると説明された無鉛はんだ合
金が記載され、これは０．０８〜２０％のＢｉ、０．０
２〜１．５％のＣｕ、０．０１〜１．５％のＡｇ、約
０．１０％までのＰ、約０．２０％までの希土、及び残
り（約８０％）のＳｎを含む。
給排水管のために有用であると説明された無鉛はんだ合
金が記載され、これは０．０８〜２０％のＢｉ、０．０
２〜１．５％のＣｕ、０．０１〜１．５％のＡｇ、約
０．１０％までのＰ、約０．２０％までの希土、及び残
り（約８０％）のＳｎを含む。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
無鉛はんだを提供することである。
無鉛はんだを提供することである。
【００２４】本発明のさらに他の目的は、特に基板やは
んだマスクとしての有機材料の湿潤化を避ける一方で、
Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂなどのエレクロトニクス製造で
一般的に使用される金属の接着によって化学的かつ熱的
に安定した金属間相を湿潤化し形成する無鉛はんだを提
供することである。
んだマスクとしての有機材料の湿潤化を避ける一方で、
Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂなどのエレクロトニクス製造で
一般的に使用される金属の接着によって化学的かつ熱的
に安定した金属間相を湿潤化し形成する無鉛はんだを提
供することである。
【００２５】本発明のもう１つの目的は、電子材料の損
傷を避けるために十分に低い温度で流れる無鉛はんだを
提供することである。
傷を避けるために十分に低い温度で流れる無鉛はんだを
提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明の無鉛で固相線温
度が高く強度の高い多成分はんだ合金によって、上記本
発明の目的は達成され、技術上の欠点は解決される。
度が高く強度の高い多成分はんだ合金によって、上記本
発明の目的は達成され、技術上の欠点は解決される。
【００２７】
【実施例】本発明の一実施例では、合金は少なくとも約
９０重量％のＳｎと、熱的安定性と強度のために有効量
のＡｇとＢｉとを含む。このような１つの合金は、約９
５．０〜９５．５重量％のＳｎ、約２．５〜３．０重量
％のＡｇ、及び約２．０重量％のＢｉを含む。
９０重量％のＳｎと、熱的安定性と強度のために有効量
のＡｇとＢｉとを含む。このような１つの合金は、約９
５．０〜９５．５重量％のＳｎ、約２．５〜３．０重量
％のＡｇ、及び約２．０重量％のＢｉを含む。
【００２８】本発明のこの実施例の１例示見本では、合
金はＳｂを含む。本発明のこの例示見本による１つの合
金は、約９３．５〜９４．０重量％のＳｎ、約２．５〜
３．０重量％のＡｇ、約１．０〜２．０重量％のＢｉ、
及び約１．０〜２．０重量％のＳｂを含む。
金はＳｂを含む。本発明のこの例示見本による１つの合
金は、約９３．５〜９４．０重量％のＳｎ、約２．５〜
３．０重量％のＡｇ、約１．０〜２．０重量％のＢｉ、
及び約１．０〜２．０重量％のＳｂを含む。
【００２９】さらにもう１つの例示見本では、合金はＳ
ｂとＣｕを含む。ある特に好ましいＳｎ−Ａｇ−Ｓｂ−
Ｃｕ合金は、約９３．５〜９４．０重量％のＳｎ、約
２．５〜３．０重量％のＡｇ、約１．０〜２．０重量％
のＢｉ、及び約１．０〜２．０重量％のＳｂ、及び約
１．０重量％のＣｕを含む合金である。
ｂとＣｕを含む。ある特に好ましいＳｎ−Ａｇ−Ｓｂ−
Ｃｕ合金は、約９３．５〜９４．０重量％のＳｎ、約
２．５〜３．０重量％のＡｇ、約１．０〜２．０重量％
のＢｉ、及び約１．０〜２．０重量％のＳｂ、及び約
１．０重量％のＣｕを含む合金である。
【００３０】本発明のさらに別の実施例では、固相線温
度が高くて使用温度が高く強度の高い多成分はんだ合金
が、少なくとも９０重量％のＳｎと有効量のＡｇとＳｂ
とを含む。このような高Ｓｎ合金の１つは、約９４．０
〜９５．０重量％のＳｎ、約２．５〜３．５重量％のＡ
ｇ、及び約２．０重量％のＳｂを含む。
度が高くて使用温度が高く強度の高い多成分はんだ合金
が、少なくとも９０重量％のＳｎと有効量のＡｇとＳｂ
とを含む。このような高Ｓｎ合金の１つは、約９４．０
〜９５．０重量％のＳｎ、約２．５〜３．５重量％のＡ
ｇ、及び約２．０重量％のＳｂを含む。
【００３１】さらに、少量のビスマスが合金の中に存在
することもある。このような高Ｓｎ合金の１つは、約９
３．５〜９４．０重量％のＳｎ、約２．５〜３．０重量
％のＡｇ、約１．０〜２．０重量％のＢｉ、及び約１．
０〜２．０重量％のＳｂを含む。
することもある。このような高Ｓｎ合金の１つは、約９
３．５〜９４．０重量％のＳｎ、約２．５〜３．０重量
％のＡｇ、約１．０〜２．０重量％のＢｉ、及び約１．
０〜２．０重量％のＳｂを含む。
【００３２】次の表に本発明のはんだ合金組成を総括す
る。
る。
【表１】
【表２】
【００３３】本発明の一実施例により、集積回路を回路
基板に電気的に接続する方法が提供される。この相互接
続方法には、少なくとも９０重量％のＳｎと、（１）有
効量のＡｇと、Ｂｉ（たとえば約９５．０〜９５．５重
量％のＳｎ、約２．５〜３．０重量％のＡｇ、約２．０
重量％のＢｉ）、任意選択でＳｂ、さらに任意選択でＣ
ｕ、または（２）有効量のＡｇと、Ｓｂ（たとえば約９
４．０〜９５．０重量％のＳｎ、約２．５〜３．５重量
％のＡｇ、約２．０重量％のＳｂ）、任意選択でＢｉ、
のいずれかを含むはんだ合金を、集積回路チップの電気
接点の上に付着させるステップが含まれる。はんだ合金
は、ウェーブはんだ溶着、電気溶着によって、またはは
んだペーストとして使用することができる。
基板に電気的に接続する方法が提供される。この相互接
続方法には、少なくとも９０重量％のＳｎと、（１）有
効量のＡｇと、Ｂｉ（たとえば約９５．０〜９５．５重
量％のＳｎ、約２．５〜３．０重量％のＡｇ、約２．０
重量％のＢｉ）、任意選択でＳｂ、さらに任意選択でＣ
ｕ、または（２）有効量のＡｇと、Ｓｂ（たとえば約９
４．０〜９５．０重量％のＳｎ、約２．５〜３．５重量
％のＡｇ、約２．０重量％のＳｂ）、任意選択でＢｉ、
のいずれかを含むはんだ合金を、集積回路チップの電気
接点の上に付着させるステップが含まれる。はんだ合金
は、ウェーブはんだ溶着、電気溶着によって、またはは
んだペーストとして使用することができる。
【００３４】次に、回路基板の電気リードを集積回路チ
ップの電気接点の上ではんだ合金と接触させる。チップ
を「フリップ・チップ」形態に実装しようとする場合に
は、回路基板の電流リードは基板上のパッドであり、は
んだ合金溶着部はパッドと接触させられる。代替方法と
して、集積回路チップを表を上にして実装しようとする
場合には、電流リードはワイヤ・リードであり、またタ
ブ内部リード接続部であり、これらは集積回路チップの
上表面のはんだ合金接点と接触させられる。
ップの電気接点の上ではんだ合金と接触させる。チップ
を「フリップ・チップ」形態に実装しようとする場合に
は、回路基板の電流リードは基板上のパッドであり、は
んだ合金溶着部はパッドと接触させられる。代替方法と
して、集積回路チップを表を上にして実装しようとする
場合には、電流リードはワイヤ・リードであり、またタ
ブ内部リード接続部であり、これらは集積回路チップの
上表面のはんだ合金接点と接触させられる。
【００３５】基板の電流リードとはんだ溶着部は接触を
保つが、はんだ合金は加熱されて、その結果はんだ合金
は湿潤化し、回路基板の電気リードに接着する。加熱は
気相リフロー、赤外線リフロー、レーザ・リフローなど
によって実施される。
保つが、はんだ合金は加熱されて、その結果はんだ合金
は湿潤化し、回路基板の電気リードに接着する。加熱は
気相リフロー、赤外線リフロー、レーザ・リフローなど
によって実施される。
【００３６】本発明の結果として得られる超小形電気回
路パッケージは、集積回路チップ・モジュールであり、
これは回路チップ・キャリアすなわち基板、半導体集積
回路チップ、及びはんだ合金で形成された回路チップ・
キャリアと半導体集積回路チップとの間のはんだ接着電
気相互接続部を有し、このはんだ合金は、少なくとも約
９０重量％のＳｎと、（１）有効量のＡｇと、Ｂｉ（た
とえば約９５．０〜９５．５重量％のＳｎ、約２．５〜
３．０重量％のＡｇ、約２．０重量％のＢｉ）、任意選
択でＳｂ、さらに任意選択でＣｕ、または（２）有効量
のＡｇと、Ｓｂ（たとえば約９４．０〜９５．０重量％
のＳｎ、約２．５〜３．５重量％のＡｇ、約２．０重量
％のＳｂ）、任意選択でＢｉ、のいずれかを含む。
路パッケージは、集積回路チップ・モジュールであり、
これは回路チップ・キャリアすなわち基板、半導体集積
回路チップ、及びはんだ合金で形成された回路チップ・
キャリアと半導体集積回路チップとの間のはんだ接着電
気相互接続部を有し、このはんだ合金は、少なくとも約
９０重量％のＳｎと、（１）有効量のＡｇと、Ｂｉ（た
とえば約９５．０〜９５．５重量％のＳｎ、約２．５〜
３．０重量％のＡｇ、約２．０重量％のＢｉ）、任意選
択でＳｂ、さらに任意選択でＣｕ、または（２）有効量
のＡｇと、Ｓｂ（たとえば約９４．０〜９５．０重量％
のＳｎ、約２．５〜３．５重量％のＡｇ、約２．０重量
％のＳｂ）、任意選択でＢｉ、のいずれかを含む。
【００３７】次の例示を参照して本発明を理解すること
ができる。
ができる。
【００３８】例Ｉ ５種類のサンプル合金を準備し、適用してテストした。
これらの合金は下表に示す組成を有する。
これらの合金は下表に示す組成を有する。
【表３】
【００３９】例II 組成が９５重量％Ｓｎ、３重量％Ａｇ、２重量％Ｓｂの
一連のはんだ合金を準備し、各種のはんだ特性について
テストした。
一連のはんだ合金を準備し、各種のはんだ特性について
テストした。
【００４０】別のテストでは、はんだのクリープ特性の
判定を行った。合金の引張強度は２５００ｐｓｉ、２３
℃で７０日の破壊時間を示した。
判定を行った。合金の引張強度は２５００ｐｓｉ、２３
℃で７０日の破壊時間を示した。
【００４１】引張強度の測定値は５９（単位：１００ポ
ンド／平方インチ）であり、降伏強度の測定値は３１
（単位：１００ポンド／平方インチ）であり、伸び率の
測定値は３５％であった。
ンド／平方インチ）であり、降伏強度の測定値は３１
（単位：１００ポンド／平方インチ）であり、伸び率の
測定値は３５％であった。
【００４２】合金の融点は２１８〜２５５℃と測定され
た。
た。
【００４３】例III 組成が９３重量％Ｓｎ、３重量％Ａｇ、２重量％Ｓｂ、
２重量％Ｃｕの一連のはんだ合金を準備し、各種のはん
だ特性についてテストした。
２重量％Ｃｕの一連のはんだ合金を準備し、各種のはん
だ特性についてテストした。
【００４４】別のテストでは、はんだのクリープ特性の
判定を行った。合金の引張強度は２５００ｐｓｉ、２３
℃で７０日の破壊時間を示した。
判定を行った。合金の引張強度は２５００ｐｓｉ、２３
℃で７０日の破壊時間を示した。
【００４５】合金について、２３℃、５サイクル／分、
４．３％のたわみで繰返し疲労テストがおこなわれた。
４．３％のたわみで繰返し疲労テストがおこなわれた。
【００４６】合金の融点は２００〜２２４℃と測定され
た。
た。
【００４７】本発明を特定の好ましい実施例と例示見本
について説明したが、これは本発明の範囲をこれによっ
て限定することを目的とするものではなく、本発明は、
特許請求の範囲のみによって限定されるものである。
について説明したが、これは本発明の範囲をこれによっ
て限定することを目的とするものではなく、本発明は、
特許請求の範囲のみによって限定されるものである。
【００４８】以下に、実施例を整理して記載する。 （１）少なくとも約９０重量％のＳｎと残量のＡｇ、及
びＢｉを含む、高固相線温度、高使用温度、高強度の多
成分はんだ合金である。 （２）少なくとも約９５．０〜９５．５重量％のＳｎ、
約２．５〜３．０重量％のＡｇ、及び約２．０重量％の
Ｂｉを含む、（１）記載の高固相線温度、高使用温度、
高強度の多成分はんだ合金である。 （３）Ｓｂをさらに含む、（１）記載の高固相線温度、
高使用温度、高強度の多成分はんだ合金である。 （４）少なくとも約９３．５〜約９４．０重量％のＳ
ｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜約
２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％の
Ｓｂを含む、（３）記載の高固相線温度、高使用温度、
高強度の多成分はんだ合金である。 （５）Ｃｕをさらに含む、（３）記載の高固相線温度、
高使用温度、高強度の多成分はんだ合金である。 （６）少なくとも約９３．５〜約９４．０重量％のＳ
ｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜約
２．０重量％のＢｉ、約１．０〜約２．０重量％のＳ
ｂ、及び約１．０重量％のＣｕを含む、（３）記載の高
固相線温度、高使用温度、高強度の多成分はんだ合金で
ある。 （７）少なくとも約９０重量％のＳｎと残量のＡｇ、及
びＳｂを含む、高固相線温度、高使用温度、高強度の多
成分はんだ合金である。 （８）約９４．０〜９５．０重量％のＳｎ、約２．５〜
３．５重量％のＡｇ、及び約２．０重量％のＳｂを含
む、（７）記載の高固相線温度、高使用温度、高強度の
多成分はんだ合金である。 （９）Ｂｉをさらに含む、（８）記載の高固相線温度、
高使用温度、高強度の多成分はんだ合金である。 （１０）約９３．５〜約９４．０重量％のＳｎ、約２．
５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜約２．０重量％
のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％のＳｂを含む、
（９）記載の高固相線温度、高使用温度、高強度の多成
分はんだ合金である。 （１１）集積回路チップを回路基板に電気的に接続する
方法において、ａ．少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＢｉを含むはんだ合金を集積回路チップの
電気接点の上に溶着させるステップと、ｂ．回路基板の
電気リードを集積回路チップの電気接点の上のはんだ合
金に接触させるステップと、ｃ．はんだ合金を加熱し
て、湿潤化させ、回路基板の電気リードに接着させるス
テップを含む前記の方法である。 （１２）回路基板の電気リードが、パッド接続部、ワイ
ヤ・リード接続部、タブ内部リード接続部の群から選択
される、（１１）記載の方法である。 （１３）はんだ合金が、約９５．０〜９５．５重量％の
Ｓｎ、約２．５〜３．０重量％のＡｇ、及び約２．０重
量％のＢｉを含む、（１１）記載の方法である。 （１４）はんだ合金がさらにＳｂを含む、（１１）記載
の方法である。 （１５）はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％
のＳｂを含む、（１４）記載の方法である。 （１６）はんだ合金がさらにＣｕを含む、（１４）記載
の方法である。 （１７）はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、約１．０〜約２．０重量％のＳ
ｂ、及び約１．０重量％のＣｕを含む、（１４）記載の
方法である。 （１８）集積回路チップを回路基板に電気的に接続する
方法において、ａ．少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＳｂを含むはんだ合金を集積回路チップの
電気接点の上に溶着させるステップと、ｂ．回路基板の
電気リードを集積回路チップの電気接点の上のはんだ合
金に接触させるステップと、ｃ．はんだ合金を加熱し
て、湿潤化させ、回路基板の電気リードに接着させるス
テップを含む前記の方法である。 （１９）回路基板の電気リードが、パッド接続部、ワイ
ヤ・リード接続部、タブ内部リード接続部の群から選択
される、（１８）記載の方法である。 （２０）はんだ合金が、約９４．０〜９５．０重量％の
Ｓｎ、約２．５〜３．５重量％のＡｇ、及び約２．０重
量％のＳｂを含む、（１８）記載の方法である。 （２１）はんだ合金がさらにＢｉを含む、（１８）記載
の方法である。 （２２）はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％
のＳｂを含む、（１８）記載の方法である。 （２３）回路チップ・キャリア、半導体集積回路チッ
プ、及び前記の回路チップ・キャリアと前記の半導体集
積回路チップとの間の合金電気はんだ接着相互接続部を
有し、前記の合金が少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＢｉを含む、集積回路チップ・モジュール
である。 （２４）回路チップ・キャリア、半導体集積回路チッ
プ、及び前記の回路チップ・キャリアと前記の半導体集
積回路チップとの間の合金電気はんだ接着相互接続部を
有し、前記の合金が少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＳｂを含む、集積回路チップ・モジュール
である。
びＢｉを含む、高固相線温度、高使用温度、高強度の多
成分はんだ合金である。 （２）少なくとも約９５．０〜９５．５重量％のＳｎ、
約２．５〜３．０重量％のＡｇ、及び約２．０重量％の
Ｂｉを含む、（１）記載の高固相線温度、高使用温度、
高強度の多成分はんだ合金である。 （３）Ｓｂをさらに含む、（１）記載の高固相線温度、
高使用温度、高強度の多成分はんだ合金である。 （４）少なくとも約９３．５〜約９４．０重量％のＳ
ｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜約
２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％の
Ｓｂを含む、（３）記載の高固相線温度、高使用温度、
高強度の多成分はんだ合金である。 （５）Ｃｕをさらに含む、（３）記載の高固相線温度、
高使用温度、高強度の多成分はんだ合金である。 （６）少なくとも約９３．５〜約９４．０重量％のＳ
ｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜約
２．０重量％のＢｉ、約１．０〜約２．０重量％のＳ
ｂ、及び約１．０重量％のＣｕを含む、（３）記載の高
固相線温度、高使用温度、高強度の多成分はんだ合金で
ある。 （７）少なくとも約９０重量％のＳｎと残量のＡｇ、及
びＳｂを含む、高固相線温度、高使用温度、高強度の多
成分はんだ合金である。 （８）約９４．０〜９５．０重量％のＳｎ、約２．５〜
３．５重量％のＡｇ、及び約２．０重量％のＳｂを含
む、（７）記載の高固相線温度、高使用温度、高強度の
多成分はんだ合金である。 （９）Ｂｉをさらに含む、（８）記載の高固相線温度、
高使用温度、高強度の多成分はんだ合金である。 （１０）約９３．５〜約９４．０重量％のＳｎ、約２．
５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜約２．０重量％
のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％のＳｂを含む、
（９）記載の高固相線温度、高使用温度、高強度の多成
分はんだ合金である。 （１１）集積回路チップを回路基板に電気的に接続する
方法において、ａ．少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＢｉを含むはんだ合金を集積回路チップの
電気接点の上に溶着させるステップと、ｂ．回路基板の
電気リードを集積回路チップの電気接点の上のはんだ合
金に接触させるステップと、ｃ．はんだ合金を加熱し
て、湿潤化させ、回路基板の電気リードに接着させるス
テップを含む前記の方法である。 （１２）回路基板の電気リードが、パッド接続部、ワイ
ヤ・リード接続部、タブ内部リード接続部の群から選択
される、（１１）記載の方法である。 （１３）はんだ合金が、約９５．０〜９５．５重量％の
Ｓｎ、約２．５〜３．０重量％のＡｇ、及び約２．０重
量％のＢｉを含む、（１１）記載の方法である。 （１４）はんだ合金がさらにＳｂを含む、（１１）記載
の方法である。 （１５）はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％
のＳｂを含む、（１４）記載の方法である。 （１６）はんだ合金がさらにＣｕを含む、（１４）記載
の方法である。 （１７）はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、約１．０〜約２．０重量％のＳ
ｂ、及び約１．０重量％のＣｕを含む、（１４）記載の
方法である。 （１８）集積回路チップを回路基板に電気的に接続する
方法において、ａ．少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＳｂを含むはんだ合金を集積回路チップの
電気接点の上に溶着させるステップと、ｂ．回路基板の
電気リードを集積回路チップの電気接点の上のはんだ合
金に接触させるステップと、ｃ．はんだ合金を加熱し
て、湿潤化させ、回路基板の電気リードに接着させるス
テップを含む前記の方法である。 （１９）回路基板の電気リードが、パッド接続部、ワイ
ヤ・リード接続部、タブ内部リード接続部の群から選択
される、（１８）記載の方法である。 （２０）はんだ合金が、約９４．０〜９５．０重量％の
Ｓｎ、約２．５〜３．５重量％のＡｇ、及び約２．０重
量％のＳｂを含む、（１８）記載の方法である。 （２１）はんだ合金がさらにＢｉを含む、（１８）記載
の方法である。 （２２）はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％
のＳｂを含む、（１８）記載の方法である。 （２３）回路チップ・キャリア、半導体集積回路チッ
プ、及び前記の回路チップ・キャリアと前記の半導体集
積回路チップとの間の合金電気はんだ接着相互接続部を
有し、前記の合金が少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＢｉを含む、集積回路チップ・モジュール
である。 （２４）回路チップ・キャリア、半導体集積回路チッ
プ、及び前記の回路チップ・キャリアと前記の半導体集
積回路チップとの間の合金電気はんだ接着相互接続部を
有し、前記の合金が少なくとも９０重量％のＳｎと残量
のＡｇ、及びＳｂを含む、集積回路チップ・モジュール
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ケネス・レイク アメリカ合衆国13760 ニューヨーク州エ ンディコット ウェスト・ウェンデル・ス トリート620 (72)発明者 ランディ・クリントン・ロング アメリカ合衆国18818 ペンシルヴェニア 州フレンズビル アール・アール１号、ボ ックス34エー
Claims (24)
- 【請求項１】少なくとも約９０重量％のＳｎと残量のＡ
ｇ、及びＢｉを含む、高固相線温度、高使用温度、高強
度の多成分はんだ合金。 - 【請求項２】少なくとも約９５．０〜９５．５重量％の
Ｓｎ、約２．５〜３．０重量％のＡｇ、及び約２．０重
量％のＢｉを含む、請求項１に記載の高固相線温度、高
使用温度、高強度の多成分はんだ合金。 - 【請求項３】Ｓｂをさらに含む、請求項１に記載の高固
相線温度、高使用温度、高強度の多成分はんだ合金。 - 【請求項４】少なくとも約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％
のＳｂを含む、請求項３に記載の高固相線温度、高使用
温度、高強度の多成分はんだ合金。 - 【請求項５】Ｃｕをさらに含む、請求項３に記載の高固
相線温度、高使用温度、高強度の多成分はんだ合金。 - 【請求項６】少なくとも約９３．５〜約９４．０重量％
のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜
約２．０重量％のＢｉ、約１．０〜約２．０重量％のＳ
ｂ、及び約１．０重量％のＣｕを含む、請求項３に記載
の高固相線温度、高使用温度、高強度の多成分はんだ合
金。 - 【請求項７】少なくとも約９０重量％のＳｎと残量のＡ
ｇ、及びＳｂを含む、高固相線温度、高使用温度、高強
度の多成分はんだ合金。 - 【請求項８】約９４．０〜９５．０重量％のＳｎ、約
２．５〜３．５重量％のＡｇ、及び約２．０重量％のＳ
ｂを含む、請求項７に記載の高固相線温度、高使用温
度、高強度の多成分はんだ合金。 - 【請求項９】Ｂｉをさらに含む、請求項８に記載の高固
相線温度、高使用温度、高強度の多成分はんだ合金。 - 【請求項１０】約９３．５〜約９４．０重量％のＳｎ、
約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約１．０〜約２．０
重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．０重量％のＳｂを
含む、請求項９に記載の高固相線温度、高使用温度、高
強度の多成分はんだ合金。 - 【請求項１１】集積回路チップを回路基板に電気的に接
続する方法において、 ａ．少なくとも９０重量％のＳｎと残量のＡｇ、及びＢ
ｉを含むはんだ合金を集積回路チップの電気接点の上に
溶着させるステップと、 ｂ．回路基板の電気リードを集積回路チップの電気接点
の上のはんだ合金に接触させるステップと、 ｃ．はんだ合金を加熱して、湿潤化させ、回路基板の電
気リードに接着させるステップを含む前記の方法。 - 【請求項１２】回路基板の電気リードが、パッド接続
部、ワイヤ・リード接続部、タブ内部リード接続部の群
から選択される、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】はんだ合金が、約９５．０〜９５．５重
量％のＳｎ、約２．５〜３．０重量％のＡｇ、及び約
２．０重量％のＢｉを含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】はんだ合金がさらにＳｂを含む、請求項
１１に記載の方法。 - 【請求項１５】はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０
重量％のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約
１．０〜約２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．
０重量％のＳｂを含む、請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】はんだ合金がさらにＣｕを含む、請求項
１４に記載の方法。 - 【請求項１７】はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０
重量％のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約
１．０〜約２．０重量％のＢｉ、約１．０〜約２．０重
量％のＳｂ、及び約１．０重量％のＣｕを含む、請求項
１４に記載の方法。 - 【請求項１８】集積回路チップを回路基板に電気的に接
続する方法において、 ａ．少なくとも９０重量％のＳｎと残量のＡｇ、及びＳ
ｂを含むはんだ合金を集積回路チップの電気接点の上に
溶着させるステップと、 ｂ．回路基板の電気リードを集積回路チップの電気接点
の上のはんだ合金に接触させるステップと、 ｃ．はんだ合金を加熱して、湿潤化させ、回路基板の電
気リードに接着させるステップを含む前記の方法。 - 【請求項１９】回路基板の電気リードが、パッド接続
部、ワイヤ・リード接続部、タブ内部リード接続部の群
から選択される、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】はんだ合金が、約９４．０〜９５．０重
量％のＳｎ、約２．５〜３．５重量％のＡｇ、及び約
２．０重量％のＳｂを含む、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２１】はんだ合金がさらにＢｉを含む、請求項
１８に記載の方法。 - 【請求項２２】はんだ合金が、約９３．５〜約９４．０
重量％のＳｎ、約２．５〜約３．０重量％のＡｇ、約
１．０〜約２．０重量％のＢｉ、及び約１．０〜約２．
０重量％のＳｂを含む、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２３】回路チップ・キャリア、半導体集積回路
チップ、及び前記の回路チップ・キャリアと前記の半導
体集積回路チップとの間の合金電気はんだ接着相互接続
部を有し、前記の合金が少なくとも９０重量％のＳｎと
残量のＡｇ、及びＢｉを含む、集積回路チップ・モジュ
ール。 - 【請求項２４】回路チップ・キャリア、半導体集積回路
チップ、及び前記の回路チップ・キャリアと前記の半導
体集積回路チップとの間の合金電気はんだ接着相互接続
部を有し、前記の合金が少なくとも９０重量％のＳｎと
残量のＡｇ、及びＳｂを含む、集積回路チップ・モジュ
ール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US079075 | 1993-06-16 | ||
| US08/079,075 US5393489A (en) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | High temperature, lead-free, tin based solder composition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0788680A true JPH0788680A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=22148260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6081871A Pending JPH0788680A (ja) | 1993-06-16 | 1994-04-20 | 高温無鉛すずベースはんだの組成 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5393489A (ja) |
| EP (1) | EP0629466A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0788680A (ja) |
| KR (1) | KR970010891B1 (ja) |
| TW (1) | TW363334B (ja) |
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| US11285569B2 (en) | 2003-04-25 | 2022-03-29 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Soldering material based on Sn Ag and Cu |
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