JPH1133775A - 錫含有鉛フリーはんだ合金及びそのクリームはんだ並びにその製造方法 - Google Patents
錫含有鉛フリーはんだ合金及びそのクリームはんだ並びにその製造方法Info
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- JPH1133775A JPH1133775A JP19226697A JP19226697A JPH1133775A JP H1133775 A JPH1133775 A JP H1133775A JP 19226697 A JP19226697 A JP 19226697A JP 19226697 A JP19226697 A JP 19226697A JP H1133775 A JPH1133775 A JP H1133775A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回路基板のはんだ付けに使用するはんだとそ
のクリームはんだに関して、鉛を含まない非鉛系のＳｎ
含有はんだ合金の接合強度を高めて、信頼性を確保し、
このために適した組成に調製したＳｎ−Ｂｉ系はんだ
と、これを利用したクリームはんだを提供しようとする
ものである。 【解決手段】 重量％で、Ｂｉ５０〜６５％と、Ｃｕ
０．１〜３．０％、Ｉｎ０．１〜１０％、Ｚｎ０．１〜
１５％及びＡｇ０．１〜４．０％より選ばれた少なくと
も１種と、残部Ｓｎと、を含有してＳｎ−Ｂｉ系はんだ
合金とする。さらに、このＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金の微
粉をフラックスと混練して、クリームはんだとする。
のクリームはんだに関して、鉛を含まない非鉛系のＳｎ
含有はんだ合金の接合強度を高めて、信頼性を確保し、
このために適した組成に調製したＳｎ−Ｂｉ系はんだ
と、これを利用したクリームはんだを提供しようとする
ものである。 【解決手段】 重量％で、Ｂｉ５０〜６５％と、Ｃｕ
０．１〜３．０％、Ｉｎ０．１〜１０％、Ｚｎ０．１〜
１５％及びＡｇ０．１〜４．０％より選ばれた少なくと
も１種と、残部Ｓｎと、を含有してＳｎ−Ｂｉ系はんだ
合金とする。さらに、このＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金の微
粉をフラックスと混練して、クリームはんだとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板のはんだ
付けに使用するはんだとそのクリームはんだ、及びその
製造方法に関する。
付けに使用するはんだとそのクリームはんだ、及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決課題】近年の電子回路基板の表面実
装技術は電子部品の小型化とその高密度配置への一途を
たどっているが、これに伴い、はんだ材料の機能の一層
の向上が求められ、また、はんだ材料には、製造物責任
の立場からもはんだ接合部における高い信頼性が必要で
ある。さらに、環境保全の観点からみると、はんだ材料
（Ｓｎ−Ｐｂはんだ合金）中に含まれる鉛が環境汚染の
原因になり得ることを考慮する必要があり、鉛を含まな
いはんだ材料の開発も要求されている。
装技術は電子部品の小型化とその高密度配置への一途を
たどっているが、これに伴い、はんだ材料の機能の一層
の向上が求められ、また、はんだ材料には、製造物責任
の立場からもはんだ接合部における高い信頼性が必要で
ある。さらに、環境保全の観点からみると、はんだ材料
（Ｓｎ−Ｐｂはんだ合金）中に含まれる鉛が環境汚染の
原因になり得ることを考慮する必要があり、鉛を含まな
いはんだ材料の開発も要求されている。
【０００３】従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだは、６３％Ｓ
ｎ−３７％Ｐｂ共晶組成（共晶点１８３℃）を中心にし
てしたものであったが、必ずしも、特に耐クラック性に
関しては信頼性に優れた材料とは言えなかった。鉛を含
まないＳｎ−Ｂｉ共晶はんだ合金は、その組成が、４２
％Ｓｎ−５８％Ｂｉ組成に共晶点（１３６℃）を有する
ものであるが、図２にはんだ付け後の金属組織を概念的
に示すが、はんだ合金１のＳｎ固溶体４とＢｉ固溶体５
とから成る共晶組織中に、脆いＢｉ固溶体５、特に非接
合金属、例えば、リード２との接合界面１２で粗大化し
たＢｉ固溶体５が晶出して接合界面でのはんだの接合強
度を低くしていた。
ｎ−３７％Ｐｂ共晶組成（共晶点１８３℃）を中心にし
てしたものであったが、必ずしも、特に耐クラック性に
関しては信頼性に優れた材料とは言えなかった。鉛を含
まないＳｎ−Ｂｉ共晶はんだ合金は、その組成が、４２
％Ｓｎ−５８％Ｂｉ組成に共晶点（１３６℃）を有する
ものであるが、図２にはんだ付け後の金属組織を概念的
に示すが、はんだ合金１のＳｎ固溶体４とＢｉ固溶体５
とから成る共晶組織中に、脆いＢｉ固溶体５、特に非接
合金属、例えば、リード２との接合界面１２で粗大化し
たＢｉ固溶体５が晶出して接合界面でのはんだの接合強
度を低くしていた。
【０００４】また、Ｓｎ−Ｚｎ共晶はんだ合金は、９３
％Ｓｎ−７％Ｚｎの共晶組成を有し、１９９℃の共晶点
を利用するものであるが、はんだ付けの信頼性に優れた
材料とはいえない。このように、鉛を含まない従来のは
んだ合金は、接合強度が低く、信頼性にはなお不十分で
あった。
％Ｓｎ−７％Ｚｎの共晶組成を有し、１９９℃の共晶点
を利用するものであるが、はんだ付けの信頼性に優れた
材料とはいえない。このように、鉛を含まない従来のは
んだ合金は、接合強度が低く、信頼性にはなお不十分で
あった。
【０００５】本発明は、鉛を含まない非鉛系のＳｎ含有
はんだ合金について、その接合強度を高めて、信頼性を
確保することを目的とし、本発明は、このために適した
組成に調製したＳｎ−Ｂｉ系及びＳｎ−Ｚｎ系のはんだ
合金と、これを利用したクリームはんだを提供しようと
するものである。
はんだ合金について、その接合強度を高めて、信頼性を
確保することを目的とし、本発明は、このために適した
組成に調製したＳｎ−Ｂｉ系及びＳｎ−Ｚｎ系のはんだ
合金と、これを利用したクリームはんだを提供しようと
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｓｎ−Ｂｉ系
のはんだ合金について、Ｓｎ−Ｂｉ共晶組成の近傍にＢ
ｉを必須成分として含み、これに、所要量のＣｕ、Ｉ
ｎ、Ｚｎ及びＡｇの１種以上を含有させることにより、
Ｓｎ−Ｂｉ系はんだの強度、特に接合強度を高めて、は
んだ接合の信頼性を高めるものである。
のはんだ合金について、Ｓｎ−Ｂｉ共晶組成の近傍にＢ
ｉを必須成分として含み、これに、所要量のＣｕ、Ｉ
ｎ、Ｚｎ及びＡｇの１種以上を含有させることにより、
Ｓｎ−Ｂｉ系はんだの強度、特に接合強度を高めて、は
んだ接合の信頼性を高めるものである。
【０００７】本発明のＳｎ−Ｂｉ系はんだにおいては、
Ｃｕは、はんだの接合強度を高め、Ｉｎは溶融はんだの
非接合金属に対する濡れ性を改善し、同時にはんだの接
合強度を高め、Ｚｎは、融点を下げるとともに、機械的
強度を高め、Ａｇは、はんだの接合強度を高めるので、
何れか１種以上を含有させる。
Ｃｕは、はんだの接合強度を高め、Ｉｎは溶融はんだの
非接合金属に対する濡れ性を改善し、同時にはんだの接
合強度を高め、Ｚｎは、融点を下げるとともに、機械的
強度を高め、Ａｇは、はんだの接合強度を高めるので、
何れか１種以上を含有させる。
【０００８】本発明は、Ｓｎ−Ｚｎ系のはんだ合金につ
き、Ｓｎ−Ｚｎ共晶組成の近傍にＺｎを必須成分として
含み、さらに、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｇの１種以上を
各所要量含有させて、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだの強度、特に
接合強度を高めて、はんだ接合の信頼性を高めるもので
ある。
き、Ｓｎ−Ｚｎ共晶組成の近傍にＺｎを必須成分として
含み、さらに、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ及びＡｇの１種以上を
各所要量含有させて、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだの強度、特に
接合強度を高めて、はんだ接合の信頼性を高めるもので
ある。
【０００９】このＳｎ−Ｚｎ系のはんだ合金に含有する
成分について、まずＣｕは、はんだの接合強度を高め、
Ｉｎは溶融はんだの非接合金属に対する濡れ性を改善
し、同時にはんだの接合強度を高め、Ｂｉは、融点を下
げるとともに、機械的強度を高め、Ａｇは、はんだの接
合強度を高める。
成分について、まずＣｕは、はんだの接合強度を高め、
Ｉｎは溶融はんだの非接合金属に対する濡れ性を改善
し、同時にはんだの接合強度を高め、Ｂｉは、融点を下
げるとともに、機械的強度を高め、Ａｇは、はんだの接
合強度を高める。
【００１０】本発明は、さらに、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだに
おいて、Ｂｉ含有Ｓｎ合金にＢｉ化合物を形成する元素
を含有させてはんだとするものが含まれる。Ｂｉ化合物
形成元素としては、好ましくはＮｉとＩｎが所要量利用
され、これらの元素は、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだの凝固組織
中にＢｉ化合物ＮｉＢｉ、ＮｉＢｉ3 とＩｎ2 Ｂｉ、Ｉ
ｎＢｉを形成し、図１に模式的に示すように、組織中の
Ｂｉ固溶体粒子４を微細化して分散させて、Ｂｉ固溶体
に起因する脆化を軽減して、はんだの接合強度を高めよ
うとするものである。
おいて、Ｂｉ含有Ｓｎ合金にＢｉ化合物を形成する元素
を含有させてはんだとするものが含まれる。Ｂｉ化合物
形成元素としては、好ましくはＮｉとＩｎが所要量利用
され、これらの元素は、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだの凝固組織
中にＢｉ化合物ＮｉＢｉ、ＮｉＢｉ3 とＩｎ2 Ｂｉ、Ｉ
ｎＢｉを形成し、図１に模式的に示すように、組織中の
Ｂｉ固溶体粒子４を微細化して分散させて、Ｂｉ固溶体
に起因する脆化を軽減して、はんだの接合強度を高めよ
うとするものである。
【００１１】これらの元素は、Ｂｉ含有Ｓｎ合金中に予
め溶解して合金化されて、はんだ合金とする。また、こ
れらの元素金属の粉末とＢｉ含有Ｓｎ合金粉末とを混合
してクリームはんだに利用される。
め溶解して合金化されて、はんだ合金とする。また、こ
れらの元素金属の粉末とＢｉ含有Ｓｎ合金粉末とを混合
してクリームはんだに利用される。
【００１２】本発明は、上記のＳｎ−Ｂｉ系のはんだ合
金、Ｓｎ−Ｚｎ系のはんだ合金、及びＢｉ化合物化した
Ｓｎ−Ｂｉ系はんだを微粉化してフラックスに混練して
調製したクリームはんだをも含むものである。
金、Ｓｎ−Ｚｎ系のはんだ合金、及びＢｉ化合物化した
Ｓｎ−Ｂｉ系はんだを微粉化してフラックスに混練して
調製したクリームはんだをも含むものである。
【００１３】本発明のはんだ及びクリームはんだは、特
に、半導体チップのバンプ（即ち、チップ表面の突起電
極）、ボールグリッドアレイ（即ち、パッケージ表面に
格子点状に配置した突起電極）のはんだボールとして好
適に利用され、接合強度が高く、信頼性に優れたはんだ
接合を可能にする。
に、半導体チップのバンプ（即ち、チップ表面の突起電
極）、ボールグリッドアレイ（即ち、パッケージ表面に
格子点状に配置した突起電極）のはんだボールとして好
適に利用され、接合強度が高く、信頼性に優れたはんだ
接合を可能にする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の第１の態様は、Ｓｎ−Ｂ
ｉ系はんだ合金が、重量％で、Ｂｉ５０〜６５％と、Ｃ
ｕ０．１〜３．０％、Ｉｎ０．１〜１０％、Ｚｎ０．１
〜１５％及びＡｇ０．１〜４．０％より選ばれた少なく
とも１種と、残部Ｓｎと、を含むものである。このＳｎ
−Ｂｉ系において、Ｂｉは共晶成分として融点を低下さ
せるが、Ｂｉ５０％未満では、高融点となって低融点は
んだの利点がなくなり、Ｂｉ６５％をこえると、脆い性
質のＢｉ固溶体の量が増えて、はんだが脆化するから、
Ｂｉ５０〜６５％の範囲とされる。好ましくは、Ｂｉ５
０〜６０％の範囲が良い。
ｉ系はんだ合金が、重量％で、Ｂｉ５０〜６５％と、Ｃ
ｕ０．１〜３．０％、Ｉｎ０．１〜１０％、Ｚｎ０．１
〜１５％及びＡｇ０．１〜４．０％より選ばれた少なく
とも１種と、残部Ｓｎと、を含むものである。このＳｎ
−Ｂｉ系において、Ｂｉは共晶成分として融点を低下さ
せるが、Ｂｉ５０％未満では、高融点となって低融点は
んだの利点がなくなり、Ｂｉ６５％をこえると、脆い性
質のＢｉ固溶体の量が増えて、はんだが脆化するから、
Ｂｉ５０〜６５％の範囲とされる。好ましくは、Ｂｉ５
０〜６０％の範囲が良い。
【００１５】他の成分について、Ｃｕは、接合強度を高
めるが、Ｃｕ０．１％未満では、強度の効果がなく、Ｃ
ｕ３．０％を越えると脆性が大きくなるので、その含有
量の範囲は、Ｃｕ０．１〜３．０％が適当である。好ま
しくは、Ｃｕ０．１〜１．０％の範囲とする。
めるが、Ｃｕ０．１％未満では、強度の効果がなく、Ｃ
ｕ３．０％を越えると脆性が大きくなるので、その含有
量の範囲は、Ｃｕ０．１〜３．０％が適当である。好ま
しくは、Ｃｕ０．１〜１．０％の範囲とする。
【００１６】Ｉｎは、濡れ性の付与と機械的強度の改善
のためであるが、Ｉｎ０．１％未満ではその効果がな
く、Ｉｎ１０％を越えると、却って機械的強度を劣化さ
せるので、Ｉｎ０．１〜１０％の範囲とする。
のためであるが、Ｉｎ０．１％未満ではその効果がな
く、Ｉｎ１０％を越えると、却って機械的強度を劣化さ
せるので、Ｉｎ０．１〜１０％の範囲とする。
【００１７】Ｚｎは、機械的強度と融点の低下に効果が
あるが、Ｚｎ０．１％未満では、その効果が少なく、Ｚ
ｎ５％を越えると、機械的強度を劣化させるので、その
適性範囲は、Ｚｎ０．１〜１５％である。好ましくは、
Ｚｎ０．１〜５％とするのが良い。
あるが、Ｚｎ０．１％未満では、その効果が少なく、Ｚ
ｎ５％を越えると、機械的強度を劣化させるので、その
適性範囲は、Ｚｎ０．１〜１５％である。好ましくは、
Ｚｎ０．１〜５％とするのが良い。
【００１８】Ａｇは、機械的強度を高めるが、Ａｇ０．
１％未満ではその効果が少なく、Ａｇ４．０％を越える
と、急に融点が高くなるので、Ａｇ０．１〜４．０％の
範囲が良い。特に、Ａｇ１．５〜２．５％の範囲が好ま
しい。
１％未満ではその効果が少なく、Ａｇ４．０％を越える
と、急に融点が高くなるので、Ａｇ０．１〜４．０％の
範囲が良い。特に、Ａｇ１．５〜２．５％の範囲が好ま
しい。
【００１９】この第１の態様のＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金
においては、Ｂｉを必須的に含み、さらに、上記組成範
囲のＣｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｇのいずれか１種または２種
以上が添加されて、はんだに使用される。この合金はん
だは、接合強度が高く、はんだ接合部の信頼性の向上に
有用である。
においては、Ｂｉを必須的に含み、さらに、上記組成範
囲のＣｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｇのいずれか１種または２種
以上が添加されて、はんだに使用される。この合金はん
だは、接合強度が高く、はんだ接合部の信頼性の向上に
有用である。
【００２０】特に、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ合金の好ましい
組成は、重量％で、Ｂｉ５０〜６０％と、Ｃｕ０．１〜
１．０％、Ｚｎ０．１〜５％及びＡｇ１．５〜２．５％
の少なくとも１種と、残部Ｓｎである。
組成は、重量％で、Ｂｉ５０〜６０％と、Ｃｕ０．１〜
１．０％、Ｚｎ０．１〜５％及びＡｇ１．５〜２．５％
の少なくとも１種と、残部Ｓｎである。
【００２１】本発明の第２の態様について、Ｓｎ−Ｚｎ
系はんだ合金は、重量％で、Ｚｎ０．１〜１０％と、Ｂ
ｉ０．１〜３０％、Ｉｎ０．１〜２０％、Ｃｕ０．１〜
３．０％及びＡｇ０．１〜５．０％より選ばれた１種以
上と、残部Ｓｎ及び不可避的不純物とを含有して成るも
のである。この系の合金は、Ｚｎが融点を低下させる成
分であるが、Ｚｎ１０％を越えると、はんだ付時の濡れ
性を極端に劣化させるので、本発明においては、Ｚｎ
０．１〜１０％とされ、特に、Ｚｎ含有量が４．０〜
６．０％の範囲の共晶組成近くが好ましく利用される。
系はんだ合金は、重量％で、Ｚｎ０．１〜１０％と、Ｂ
ｉ０．１〜３０％、Ｉｎ０．１〜２０％、Ｃｕ０．１〜
３．０％及びＡｇ０．１〜５．０％より選ばれた１種以
上と、残部Ｓｎ及び不可避的不純物とを含有して成るも
のである。この系の合金は、Ｚｎが融点を低下させる成
分であるが、Ｚｎ１０％を越えると、はんだ付時の濡れ
性を極端に劣化させるので、本発明においては、Ｚｎ
０．１〜１０％とされ、特に、Ｚｎ含有量が４．０〜
６．０％の範囲の共晶組成近くが好ましく利用される。
【００２２】Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金に含有する他の成
分について、Ｃｕは、接合強度を高めるが、Ｃｕ０．１
％未満では、強度の効果がなく、Ｃｕ３．０％を越える
と脆性が大きくなるので、その含有量の範囲は、Ｃｕ
０．１〜３．０％が適当である。好ましくは、Ｃｕ０．
１〜１．０％の範囲とする。
分について、Ｃｕは、接合強度を高めるが、Ｃｕ０．１
％未満では、強度の効果がなく、Ｃｕ３．０％を越える
と脆性が大きくなるので、その含有量の範囲は、Ｃｕ
０．１〜３．０％が適当である。好ましくは、Ｃｕ０．
１〜１．０％の範囲とする。
【００２３】Ｉｎは、濡れ性の付与と機械的強度の改善
のためであるが、Ｉｎ０．１％未満ではその効果がな
く、Ｉｎ２０％を越えると、却って機械的強度を劣化さ
せるので、Ｉｎ０．１〜１．０％の範囲とする。Ｂｉ
は、機械的強度と融点の低下に効果があるが、Ｂｉ０．
１％未満では、その効果が少なく、Ｂｉ３０％を越える
と、機械的強度を劣化させるので、その適性範囲は、Ｂ
ｉ０．１〜３０％である。好ましくは、Ｂｉ５．０〜１
５．０％とするのが良い。Ａｇは、機械的強度を高める
が、Ａｇ０．１％未満ではその効果が少なく、Ａｇ５．
０％を越えると、急に融点が高くなるので、Ａｇ０．１
〜５．０％範囲が良い。特に、Ａｇ２．０〜３．５％の
範囲が好ましい。
のためであるが、Ｉｎ０．１％未満ではその効果がな
く、Ｉｎ２０％を越えると、却って機械的強度を劣化さ
せるので、Ｉｎ０．１〜１．０％の範囲とする。Ｂｉ
は、機械的強度と融点の低下に効果があるが、Ｂｉ０．
１％未満では、その効果が少なく、Ｂｉ３０％を越える
と、機械的強度を劣化させるので、その適性範囲は、Ｂ
ｉ０．１〜３０％である。好ましくは、Ｂｉ５．０〜１
５．０％とするのが良い。Ａｇは、機械的強度を高める
が、Ａｇ０．１％未満ではその効果が少なく、Ａｇ５．
０％を越えると、急に融点が高くなるので、Ａｇ０．１
〜５．０％範囲が良い。特に、Ａｇ２．０〜３．５％の
範囲が好ましい。
【００２４】この第２の態様のＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金
においては、Ｚｎを必須的に含み、さらに、上記組成範
囲のＣｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇのいずれか１種または２種
以上が添加されて、はんだに使用される。このはんだ合
金もまた、接合強度が高く、はんだ接合部の信頼性の向
上に有用である。
においては、Ｚｎを必須的に含み、さらに、上記組成範
囲のＣｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇのいずれか１種または２種
以上が添加されて、はんだに使用される。このはんだ合
金もまた、接合強度が高く、はんだ接合部の信頼性の向
上に有用である。
【００２５】Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金の好ましい組成の
例を挙げると、Ｚｎ４．０〜６．０％と、Ｂｉ５．０〜
１５．０％と、Ａｇ２．０〜３．０％と、残部Ｓｎを含
有する組成がある。また、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金の特
に好ましい組成としては、上記のＺｎ４．０〜６．０％
と、Ｂｉ５．０〜１５．０％と、Ａｇ２．０〜３．０％
とに加えてさらに、Ｃｕ０．１〜３．０％及びＩｎ０．
１〜１．０％の少なくとも１種と、残部Ｓｎとを含有す
るものである。さらにＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金の特に好
ましい組成としては、上記のＺｎ４．０〜６．０％と、
Ｂｉ５．０〜１５．０％と、Ａｇ２．０〜３．５％と、
上記のＣｕを０．５〜１．５％と、残部Ｓｎとを含有す
るものである
例を挙げると、Ｚｎ４．０〜６．０％と、Ｂｉ５．０〜
１５．０％と、Ａｇ２．０〜３．０％と、残部Ｓｎを含
有する組成がある。また、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金の特
に好ましい組成としては、上記のＺｎ４．０〜６．０％
と、Ｂｉ５．０〜１５．０％と、Ａｇ２．０〜３．０％
とに加えてさらに、Ｃｕ０．１〜３．０％及びＩｎ０．
１〜１．０％の少なくとも１種と、残部Ｓｎとを含有す
るものである。さらにＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金の特に好
ましい組成としては、上記のＺｎ４．０〜６．０％と、
Ｂｉ５．０〜１５．０％と、Ａｇ２．０〜３．５％と、
上記のＣｕを０．５〜１．５％と、残部Ｓｎとを含有す
るものである
【００２６】以上の第１及び第２の態様におけるはんだ
合金は、これを微粉化して粉末とし、これをフラックス
に混練して、クリームはんだとしても利用することがで
きる。
合金は、これを微粉化して粉末とし、これをフラックス
に混練して、クリームはんだとしても利用することがで
きる。
【００２７】第３の態様について、本発明のＳｎ−Ｂｉ
系はんだは、Ｂｉ含有Ｓｎ合金と、Ｂｉ化合物形成元素
とを含有して成るものであり、上記Ｂｉ化合物形成元素
にはＮｉとＩｎが利用される。ここに、Ｂｉ含有Ｓｎ合
金は、通常は、Ｂｉ−Ｓｎ系の共晶組成付近の合金組成
を含み、例えば、Ｂｉ５０〜６５％を含むＢｉ−Ｓｎ合
金とすることができる。
系はんだは、Ｂｉ含有Ｓｎ合金と、Ｂｉ化合物形成元素
とを含有して成るものであり、上記Ｂｉ化合物形成元素
にはＮｉとＩｎが利用される。ここに、Ｂｉ含有Ｓｎ合
金は、通常は、Ｂｉ−Ｓｎ系の共晶組成付近の合金組成
を含み、例えば、Ｂｉ５０〜６５％を含むＢｉ−Ｓｎ合
金とすることができる。
【００２８】Ｂｉ化合物形成元素として上記Ｎｉを利用
する場合には、Ｎｉの含有量は、原子％で、Ｂｉ含有Ｓ
ｎ合金中のＢｉ含有量の１０％以下であることが好まし
い。Ｂｉ含有量の１０％を越えると、はんだ付時の濡れ
性が極端に劣化するため好ましくない。また、上記Ｂｉ
化合物形成元素が、Ｉｎである場合には、Ｉｎの含有量
が、モル比で、同様にＢｉ含有量の２．０倍以下するの
が適当であり、Ｂｉ含有量の２．０倍を越えると、Ｉｎ
2 Ｂｉを形成せずに残ったＩｎが、却って機械的強度を
劣化させるので好ましくない。
する場合には、Ｎｉの含有量は、原子％で、Ｂｉ含有Ｓ
ｎ合金中のＢｉ含有量の１０％以下であることが好まし
い。Ｂｉ含有量の１０％を越えると、はんだ付時の濡れ
性が極端に劣化するため好ましくない。また、上記Ｂｉ
化合物形成元素が、Ｉｎである場合には、Ｉｎの含有量
が、モル比で、同様にＢｉ含有量の２．０倍以下するの
が適当であり、Ｂｉ含有量の２．０倍を越えると、Ｉｎ
2 Ｂｉを形成せずに残ったＩｎが、却って機械的強度を
劣化させるので好ましくない。
【００２９】この態様のＢｉ化合物の生成を利用するは
んだは、Ｂｉ含有Ｓｎ合金中に上記Ｎｉ又はＩｎを含有
したＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金とすることができる。ま
た、上記のＢｉ化合物の生成を利用するはんだは、クリ
ームはんだとしても利用することができ、この場合に
は、Ｂｉ含有Ｓｎ合金が、予めＢｉ化合物を含有したＳ
ｎ−Ｂｉ系はんだ合金を粉末化してフラックスと共に混
練して、クリームはんだにされる。
んだは、Ｂｉ含有Ｓｎ合金中に上記Ｎｉ又はＩｎを含有
したＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金とすることができる。ま
た、上記のＢｉ化合物の生成を利用するはんだは、クリ
ームはんだとしても利用することができ、この場合に
は、Ｂｉ含有Ｓｎ合金が、予めＢｉ化合物を含有したＳ
ｎ−Ｂｉ系はんだ合金を粉末化してフラックスと共に混
練して、クリームはんだにされる。
【００３０】さらに、クリームはんだは、上記のＢｉ含
有Ｓｎ合金の粉末とＢｉ化合物形成元素粉末（例えば、
上記例では、ニッケル粉又はインジウム粉）とから混合
して調製してもよい。この場合には、これら粉末をフラ
ックスと共に混練してクリームはんだにされる。ここに
使用するＢｉ含有Ｓｎ合金は、通常は、Ｂｉ−Ｓｎ系の
共晶組成付近の合金が好ましく使用され、例えば、Ｂｉ
５０〜６５％を含むＢｉ−Ｓｎ合金を利用することがで
きる。
有Ｓｎ合金の粉末とＢｉ化合物形成元素粉末（例えば、
上記例では、ニッケル粉又はインジウム粉）とから混合
して調製してもよい。この場合には、これら粉末をフラ
ックスと共に混練してクリームはんだにされる。ここに
使用するＢｉ含有Ｓｎ合金は、通常は、Ｂｉ−Ｓｎ系の
共晶組成付近の合金が好ましく使用され、例えば、Ｂｉ
５０〜６５％を含むＢｉ−Ｓｎ合金を利用することがで
きる。
【００３１】Ｂｉ含有Ｓｎ合金粉末とＢｉ化合物形成元
素粉末とを混合したクリームはんだをはんだ付けに使用
するには、はんだ付け作業で被接合金属上でクリームは
んだを加熱する過程で、上記の元素が上記Ｂｉ化合物を
形成するために必要な溶融時間を保持した後、急冷して
凝固させ接合する使用方法が好ましく採用される。溶融
時間としては、溶落ち後２０〜３０ｓｅｃ程度を確保す
るのがよい。溶融後に急冷するのは、はんだ凝固時の組
織の粗大化を防ぐためであり、冷却速度は、５〜１５℃
／sec がよく、特に、１０℃／sec 程度が良い。この方
法により、合金中のＢｉと粉末からのＮｉまたはＩｎと
の化合物を溶融過程で充分に形成させて分散させ、これ
によりはんだの接合強度を上昇させることができる。
素粉末とを混合したクリームはんだをはんだ付けに使用
するには、はんだ付け作業で被接合金属上でクリームは
んだを加熱する過程で、上記の元素が上記Ｂｉ化合物を
形成するために必要な溶融時間を保持した後、急冷して
凝固させ接合する使用方法が好ましく採用される。溶融
時間としては、溶落ち後２０〜３０ｓｅｃ程度を確保す
るのがよい。溶融後に急冷するのは、はんだ凝固時の組
織の粗大化を防ぐためであり、冷却速度は、５〜１５℃
／sec がよく、特に、１０℃／sec 程度が良い。この方
法により、合金中のＢｉと粉末からのＮｉまたはＩｎと
の化合物を溶融過程で充分に形成させて分散させ、これ
によりはんだの接合強度を上昇させることができる。
【００３２】
【実施例】表１に示す組成のはんだ合金を調製し、これ
らのはんだ合金を微粉化して、大気用のＲＭＡ対応のフ
ラックスと混練してクリームはんだとし、その融点と接
合強度を測定した。融点は、これらのはんだ合金の熱分
析により測定した。また、接合強度は、クリームはんだ
により０．５ｍｍピッチのＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ
Ｐａｃｋａｇｅ）を実装後にその１リード当たりの剥
離強度を測定した。なお、比較例としては、Ｓｎ−Ｂｉ
２元系共晶合金の従来のはんだ合金を使用してクリーム
はんだを使用して、同様の試験をおこなった。実施例及
び比較例の試験結果を、表１にまとめた。
らのはんだ合金を微粉化して、大気用のＲＭＡ対応のフ
ラックスと混練してクリームはんだとし、その融点と接
合強度を測定した。融点は、これらのはんだ合金の熱分
析により測定した。また、接合強度は、クリームはんだ
により０．５ｍｍピッチのＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ
Ｐａｃｋａｇｅ）を実装後にその１リード当たりの剥
離強度を測定した。なお、比較例としては、Ｓｎ−Ｂｉ
２元系共晶合金の従来のはんだ合金を使用してクリーム
はんだを使用して、同様の試験をおこなった。実施例及
び比較例の試験結果を、表１にまとめた。
【００３３】
【表１】
【００３４】この表から、本発明の実施例のものが、低
融点と剥離強度との両面から比較例ものとは優れている
ことが判る。
融点と剥離強度との両面から比較例ものとは優れている
ことが判る。
【００３５】実施例５の合金組成は、Ｓｎ−Ｂｉ系共晶
合金にＮｉ０．５％を含むもので、比較例１と対比する
と、剥離強度の改善が認められる。これは、図１に示す
如く、Ｂｉ固溶体５がＢｉとＮｉとの金属間化合物によ
り微細化分散されたため、接合界面１２に存在するＢｉ
固溶体５に起因する脆さが軽減したためと考えられる。
実施例６のようにＩｎを添加したはんだ合金を使用する
ことによっても、比較例１と対比して、強度改善に効果
がある。
合金にＮｉ０．５％を含むもので、比較例１と対比する
と、剥離強度の改善が認められる。これは、図１に示す
如く、Ｂｉ固溶体５がＢｉとＮｉとの金属間化合物によ
り微細化分散されたため、接合界面１２に存在するＢｉ
固溶体５に起因する脆さが軽減したためと考えられる。
実施例６のようにＩｎを添加したはんだ合金を使用する
ことによっても、比較例１と対比して、強度改善に効果
がある。
【００３６】なお、クリームはんだに使用したはんだ粉
末は、単一のはんだ合金を使用したが、Ｓｎ−Ｂｉ合金
粉末とニッケル粉末との混合粉を使用しても同様の結果
が得られた。このときＢｉ含有合金の粒径が小さいほど
強度改善に有効であった。Ｂｉ含有合金の粒径は、１０
〜４０μｍ、特に１０〜３０μｍとするのが好適であっ
た。
末は、単一のはんだ合金を使用したが、Ｓｎ−Ｂｉ合金
粉末とニッケル粉末との混合粉を使用しても同様の結果
が得られた。このときＢｉ含有合金の粒径が小さいほど
強度改善に有効であった。Ｂｉ含有合金の粒径は、１０
〜４０μｍ、特に１０〜３０μｍとするのが好適であっ
た。
【００３７】はんだ付け作業において、充分な溶融時間
を確保してＢｉとＮｉとの金属間化合物を形成し、その
後に急冷して凝固させることが、金属間化合物を微細に
分散させるに有効で、接合強度を改善することができ
た。
を確保してＢｉとＮｉとの金属間化合物を形成し、その
後に急冷して凝固させることが、金属間化合物を微細に
分散させるに有効で、接合強度を改善することができ
た。
【００３８】また、クリームはんだに調製するためのフ
ラックスについては、上記実施例のの大気用のＲＭＡ対
応のフラックスを含めて、大気対応用、窒素対応用、Ｒ
Ａ（Ｒｏｓｉｎ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）、ＲＭＡ（Ｒｏ
ｓｉｎ Ｍｉｌｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）等のフラック
スを利用することができ、特に、フラックスの種類は制
限されない。
ラックスについては、上記実施例のの大気用のＲＭＡ対
応のフラックスを含めて、大気対応用、窒素対応用、Ｒ
Ａ（Ｒｏｓｉｎ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）、ＲＭＡ（Ｒｏ
ｓｉｎ Ｍｉｌｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）等のフラック
スを利用することができ、特に、フラックスの種類は制
限されない。
【００３９】
【発明の効果】本発明のはんだは、Ｓｎ−Ｂｉ系合金及
びＳｎ−Ｚｎ系合金に、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ及びＡ
ｇの何れか１種以上を含有させて、はんだ合金とするも
のであるから、鉛を含まないはんだ合金であって、しか
も、はんだの接合界面での強度を高め、そのはんだとし
ての信頼性の向上に有用である。
びＳｎ−Ｚｎ系合金に、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ及びＡ
ｇの何れか１種以上を含有させて、はんだ合金とするも
のであるから、鉛を含まないはんだ合金であって、しか
も、はんだの接合界面での強度を高め、そのはんだとし
ての信頼性の向上に有用である。
【００４０】本発明のＢｉ含有Ｓｎ合金にＢｉ化合物を
形成する元素Ｎｉ又はＩｎを配合したはんだは、はんだ
中のこれらの金属間化合物粒子の微細分散により、Ｂｉ
固溶体の量を減らし、接合強度を高めることができる。
形成する元素Ｎｉ又はＩｎを配合したはんだは、はんだ
中のこれらの金属間化合物粒子の微細分散により、Ｂｉ
固溶体の量を減らし、接合強度を高めることができる。
【００４１】本発明のはんだとそのクリームはんだは、
信頼性の向上により、微細接合用に、特に、半導体チッ
プのバンプ又はＢＧＡのはんだボールとして有効に使用
できる。
信頼性の向上により、微細接合用に、特に、半導体チッ
プのバンプ又はＢＧＡのはんだボールとして有効に使用
できる。
【図１】本発明のはんだを使用したはんだ接合部におけ
る金属組織の概念図である。
る金属組織の概念図である。
【図２】従来のＢｉ−Ｓｎ共晶はんだによるはんだ接合
部における金属組織の概念図である。
部における金属組織の概念図である。
１ はんだ合金 １２ 接合界面 ４ Ｓｎ固溶体 ５ Ｂｉ固溶体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｌ 21/321 Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０３Ｂ
Claims (16)
- 【請求項１】 重量％で、Ｂｉ５０〜６５％と、Ｃｕ
０．１〜３．０％、Ｉｎ０．１〜１０％、Ｚｎ０．１〜
１５％及びＡｇ０．１〜４．０％より選ばれた少なくと
も１種と、残部Ｓｎと、を含むＳｎ−Ｂｉ系はんだ合
金。 - 【請求項２】 重量％で、Ｂｉ５０〜６０％と、Ｃｕ
０．１〜１．０％、Ｚｎ０．１〜５％及びＡｇ１．５〜
２．５％の少なくとも１種と、残部Ｓｎと、を含むＳｎ
−Ｂｉ系はんだ合金。 - 【請求項３】 重量％で、Ｚｎ０．１〜１０％と、Ｂｉ
０．１〜３０％、Ｉｎ０．１〜２０％、Ｃｕ０．１〜
３．０％及びＡｇ０．１〜５．０％より選ばれた１種以
上と、残部Ｓｎ及び不可避的不純物とを含有して成るＳ
ｎ−Ｚｎ系はんだ合金。 - 【請求項４】 上記Ｚｎの含有量が４．０〜６．０％
で、Ｂｉ含有量が５．０〜１５．０％で、Ａｇ含有量が
２．０〜３．０％である請求項３記載のＳｎ−Ｚｎ系は
んだ合金。 - 【請求項５】 Ｚｎ含有量が４．０〜６．０％で、Ｂｉ
含有量が５．０〜１５．０％で、Ａｇ含有量が２．０〜
３．０％で、さらに、０．１〜３．０％Ｃｕ及び０．１
〜１．０％Ｉｎの少なくとも１種を含有する請求項３の
Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ合金。 - 【請求項６】 Ｚｎ含有量が４．０〜６．０％で、Ｂｉ
含有量が５．０〜１５．０％で、Ａｇ含有量が２．０〜
３．５％で、Ｃｕ含有量が０．５〜１．５％である請求
項３のＳｎ−Ｚｎ系はんだ合金。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載のは
んだ合金を粉末化して成るクリームはんだ。 - 【請求項８】 Ｂｉ含有Ｓｎ合金と、Ｂｉ化合物形成元
素とを含有して成るＳｎ−Ｂｉ系はんだ。 - 【請求項９】 上記Ｂｉ化合物形成元素が、Ｎｉである
請求項８記載のＳｎ−Ｂｉ系はんだ。 - 【請求項１０】 上記Ｎｉの含有量が、原子％で、Ｂｉ
含有量の１０％以下である請求項９記載のＳｎ−Ｂｉ系
はんだ。 - 【請求項１１】 上記Ｂｉ化合物形成元素が、Ｉｎであ
る請求項８記載のＳｎ−Ｂｉ系はんだ。 - 【請求項１２】 上記Ｉｎの含有量が、モル比で、Ｂｉ
含有量の２．０倍以下である請求項１１記載のＳｎ−Ｂ
ｉ系はんだ。 - 【請求項１３】 Ｂｉ含有Ｓｎ合金粉末とＢｉ化合物形
成元素粉末とを混合してなるクリームはんだ。 - 【請求項１４】 Ｂｉ含有Ｓｎ合金が、予めＢｉ化合物
を含有し、且つ粉末化されて請求項８記載の成るクリー
ムはんだ。 - 【請求項１５】 請求項１ないし１４に記載のはんだ合
金もしくはクリームはんだが、半導体チップのバンプ若
しくはボールグリッドアレイのはんだボールに使用され
るものであるはんだボール用のはんだ。 - 【請求項１６】 Ｂｉ含有Ｓｎ合金粉末とＢｉ化合物形
成元素粉末とを混合してなるクリームはんだの使用方法
であって、はんだ付け作業中に上記Ｂｉ化合物形成元素
を形成するために所要の溶融時間保持して後急冷凝固さ
せることを特徴とするクリームはんだの使用方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP19226697A JP3761678B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 錫含有鉛フリーはんだ合金及びそのクリームはんだ並びにその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19226697A JP3761678B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 錫含有鉛フリーはんだ合金及びそのクリームはんだ並びにその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1133775A true JPH1133775A (ja) | 1999-02-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19226697A Expired - Fee Related JP3761678B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 錫含有鉛フリーはんだ合金及びそのクリームはんだ並びにその製造方法 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JP2000141079A (ja) * | 1998-09-04 | 2000-05-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 無鉛はんだ合金 |
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| FR2810051A1 (fr) * | 2000-06-12 | 2001-12-14 | Murata Manufacturing Co | Composition de soudure sans plomb et article soude |
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-
1997
- 1997-07-17 JP JP19226697A patent/JP3761678B2/ja not_active Expired - Fee Related
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