JPWO2011027820A1 - 鉛フリーはんだ合金、接合用部材及びその製造法、並びに電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)少量のSn、Biを単独で、又は複合して添加したInを主成分とする鉛フリーはんだ合金は、Inが本質的に有する延性を損なうことなく、Sn、Biの作用によってはんだ接合時に良好な濡れ性が発揮される。これにより、上記の鉛フリーはんだ合金は、はんだ接合部におけるボイドの抜け性を向上でき、接合部の内部に残留するボイド量を低減できる。
(ii)溶融した上記の鉛フリーはんだ合金に金属基材を浸漬し、溶融した鉛フリーはんだ合金及び金属基材に超音波振動を与えることによって、金属基材の表面に熱電導性に優れた鉛フリーはんだ合金層を、フラックスを使用することなく、充分な密着性を維持して形成できるために、望ましい。
2 鉛フリーはんだ合金層
3 銅基材
4 第1の部材
5 接合用部材
6 電子部品
1.鉛フリーはんだ合金
鉛フリーはんだ合金の化学組成を、上述したように限定する理由を説明する。
パッケージのバンプに一般的に使用される鉛フリーはんだとして、Sn−3.5Ag(融点221℃、以下の括弧内に記載の温度はいずれも融点である)、Sn−5Sb(235〜240℃)、Sn−0.75Cu(227℃)、Sn−2In(224〜229℃)、Sn−58Bi(139℃)さらにはSn−9Zn(199℃)等の二元合金の他に、これらにさらに添加物を添加した三元以上の合金が知られる。なお、パッケージに使用されるバンプの一部にSn−Pb共晶はんだ(融点183℃)が今後も継続して使用されることも考えられる。
(a)Sn:0.1〜3%、残部Inおよび不可避的不純物、
(b)Bi:0.1〜2%、残部Inおよび不可避的不純物、又は
(c)Sn:0.1〜3%、Bi:0.1〜2%、残部Inおよび不可避的不純物
と限定する。
2.接合用部材及びその製造方法
接合用部材は、金属基材及び鉛フリーはんだ合金層を備えるので、これらを順次説明する。
金属基材は、その一部又は全部に、第1の部材及び第2の部材を接合するための接合領域を有する。金属基材の一方の面の全部又は一部を第1の部材を接合するための第1の接合領域とするとともに、他方の面の全部又は一部を第2の部材を接合するための第2の接合領域とすることが、例示される。
[鉛フリーはんだ合金層]
金属基材の少なくとも上記の接合領域には、鉛フリーはんだ合金層が形成される。この鉛フリーはんだ合金層が上記の化学組成を有する。
接合用部材は、上記の金属基材を、上記の化学組成を有するとともに溶融状態にある鉛フリーはんだ合金に浸漬することによって、製造される。
これにより、金属基材の表面に鉛フリーはんだ合金層を、フラックスを使用することなく、充分な密着性を維持して形成できる。このため、はんだ層中にフラックスの残渣が残存することに起因したボイドの発生が解消されるとともに、フラックスがハロゲン化物を含有することに起因した環境対策や廃水処理対策を講じる必要が解消される。
3.電子部品
図1は、本発明に係る電子部品の正面の断面図である。
ボイド率:5mm×5mmの無電解ニッケル金めっきランドにフラックスを塗布し、厚さ100μm、5mm×5mmのシートのはんだ合金を挟み込み、ピーク温度160℃のリフロープロファイルでリフロー加熱した後に、東芝IT社製のX線観察装置トスミクロン・6090FPを用いて、ランド面積に対するボイド面積の割合を三回測定し、三回の測定値の平均値である。
Sv:ボイド面積の和
Sl:ランド面積(25平方ミリメートル)
表1、図3及び図4から明らかなように、本発明に係る鉛フリーはんだ合金は、融点が130〜160℃であるため、160℃ピークのリフロープロファイルで十分な溶融性を有することが分かる。
Claims (6)
- 質量%で、Sn:0.1〜3%、および/または、Bi:0.1〜2%、残部Inおよび不可避的不純物からなる化学組成を有することを特徴とする鉛フリーはんだ合金。
- 金属基材と、該金属基材の少なくとも接合領域に形成される鉛フリーはんだ合金層とを備え、該鉛フリーはんだ合金層は請求項1に記載された化学組成を有することを特徴とする接合用部材。
- 前記金属基材は、Cu含有量が95質量%以上である化学組成を有する請求項2に記載された接合用部材。
- 金属基材を、請求項1に記載された化学組成を有するとともに溶融状態にある鉛フリーはんだ合金に浸漬することによって、該金属基材の少なくとも接合領域に鉛フリーはんだ合金層を形成することを特徴とする接合用部材の製造方法。
- 請求項2又は請求項3に記載された接合用部材と、該接合用部材における前記接合領域に当接して配置される第1の部材および第2の部材とを備え、前記第1の部材および前記第2の部材は、前記接合用部材、前記第1の部材および前記第2の部材をフラックスの存在下でリフロー加熱することによって、前記接合用部材を介して接合されることを特徴とする電子部品。
- 前記接合用部材と、前記第1の部材および前記第2の部材との接合部における下記ボイド率が33.0%以下である請求項5に記載された電子部品。
ボイド率:5mm×5mmの無電解ニッケル金めっきランドにフラックスを塗布し、厚さ100μm、5mm×5mmのシートのはんだ合金を挟み込み、ピーク温度160℃のリフロープロファイルで加熱した後に、東芝IT社製のX線観察装置トスミクロン・6090FPを用いて、ランド面積に対するボイド面積の割合を三回測定し、三回の測定値の平均値である。
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