TW391904B - Soldering material and electronic part using thereof - Google Patents

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Toshinori Kogashiwa
Takatoshi Arikawa
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Tanaka Electronics Ind
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經漭部中央標準局另工消费合作社印鉍 _ A7 五、發明説明（） 而且，焊料組成為F e 0 . 0 1 - 4 . 9 9重量X、N i為0 · (Π-4.99重量S；而兩者合計含量為0.02-5.0重量、Ag 0.05-6 . 0 簠量 X、I n 0 . 0 5 - 2 · 0 厘 fi X、P b 0 - 7 0 簠量 X 及其餘 為Sn輿不可免鎗霣時，可以獲得射热疲勞性更高及Ni皮膜 傷損度更低的顯著效果。 因此，可K對小型或薄化«子组件由於安装形態之設 計自由度受限制而難K解決龜裂之問題提供製造/組装上 極為有用的焊料。 其次，本發明之焊料可K加工成帶狀、鎳狀、顆粒狀 、球狀、膏狀等來加Μ使用，也可用作浸潰液蒸鍍用之材 料，或者混入高融點粘子來使用，得以充分配合各種用途 、條件而作成各種使用形態。 再者，本發明之《子姐件由於係使用上述焊料接合《 子元件與基板所構成者，故焊接部位之射热疲勞性得以提 高，同時如該焊接部位介存有“皮_，則該Hi皮膜之傷損 度得以減低，即使曝露在反覆加熱/冷卻之溫度循環環堍 下（使用環境下），亦可長期《切的運作，故得以提供一種 高度可靠性之製品。 围式之簡軍說明 第1園為使用本發明焊料所構成之霣子姐件例之正面 嫌剖視騮； 第2圓為使用本發明焊料所構成之霣子姐件例之正面 鑕剖視圖； -21- 木紙张尺度適用中國國家榡準（CNS ) 怙（210Χ29Κ># (誚先閲讀背面之注意事項再填』?b本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作杜印装 A7 _B7_____ 五、發明説明（1 ) 本發明係藺於一種使用焊料接合電子元件與基板時， 其焊接部位之熱疲勞性甚優異之焊料及使用該焊料之電子 组件。 目前，焊接ic晶片或m容器等於基板上時係使用焊料 ,該焊料則使用5重量！K的Sn與95重量的卩1)或63重量！{ 的Sn與37重置！Κ的Pb共晶焊資。 另一方面，使用焊料焊接基板和1C晶片或電容器時， 通常Μ介存有Ni、Cu等皮膜之方式進行焊接。 再者，載設有1C晶片並組裝於電子機器類製品之基板 舍隨著霣子櫬器之ON-OFF而曝鼉在反覆加热一冷卻之溫 度循環環境下。特別是陲著最近封裝之小型化、薄曆化、 焊接部曝露於溫度循環下時，會產生易生龜裂之問趙。雖 然K往亦試圓用變更安裝形態之設計作為龜裂問薄之解決 對策，但由於封装之小型化、薄層化而使安装形態之設計 自由度受到限制，導致上述對策芦法採用。 因此，在溫度循環環境下仍不生®裂之焊料乃需求甚 殷。 對於此種焊料之要求，例如特開平1-127192號公開 公報乃掲示一種藉由在Sn-Pb合金中含有規定量之松脂而 提供優異酎龜裂性之技術。再者，特開平1-237095號公 開公報中亦揭示在Sn-Pb合金中含有規定量之Sb及In而具 有優異W龜裂性之技術。此外，特開平7-299585號公開 公報則揭露在Sn-Pb合金中含有規定量之Sb及Hi而具有耐 疲勞性之技術。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） rljil—------、名-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
,1T
五、發明説明（） 第3圈為使用本發明焊枓所構成之霣子姐件例之斜視 回； 第4圓為使用本發明焊料所構成之®子姐件例之正面 縱剖視圈； 第5圈為本發明焊料之酎熱疲勞性及Hi皮膜傷損度之 拥定方法ft略圓。 符號說明 1 > 8 > 11 ' 23、32、41、41 *____基板 2、12、31 .... 1C晶片 6、 9、13、14、24、42、42,____焊 S 電極 7、 15、25、33、43____焊料球 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . --n. : ii n I..... ! In - - -: I I- - ----- _____ - : In n. mi . 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 1 B7_ 五、發明説明（2 ) 然而，用上述之習知焊料接合1C晶片等元件與基板時 ,焊料在溫度循瓌環境下之耐熱疲勞性需要進一步提高。 而且，為了使焊料之接合性提高而介存有Ni皮膜時， 則要求能夠減低該Ni皮麟之損傷。 本發明係鑑於上述情形而研削者，其目的在提供一種 用焊料接合1C晶片等罨子元件與基板時，能夠提高焊料之 酎熱疲勞性，同時在使用Ni皮膜時能夠減少傷損Ni皮膜之 焊料Μ及使用該焊料之霄子组件。 為達成上述之目的，本發明之焊料，如申請專利範圃 第1項所述，係由：嫌（Fe)為0.01-4.99重量X、鎳（Ni) 為0 . 0卜4 . 9 9重量3；而兩者合計含悬為〇 . 0 2 - 5 . 0重量、 銀（48}及絪（11〇中至少一種為0.1-8.0重量《、鉛（？1)) 為0-70重量X Κ及其餘為錫（Sn)與不可免雜質等所組成 為要旨。 此處之Ag、In含量，亦即所諝Ag及In中至少一種之 含量為0.卜8.0重董3：,係包括：Ag及In中，任一種之含 量為0.1-8.0重量X的情形，Μ及包含Ag及In兩者，其合 計含量為0.1-8.0重悬！ί之情形。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 再者，如申請專利範圃第2項所逑，本發明之焊料Κ 鐵（Fe)為 0.01-4.99 重量！C、鎳（Ni)為 0.01-4.99 重量 ％ 而兩者合計量為0.02-5.0重量3!、銀（Ag)為0.05-6.0重 量 3!、絪（In)為 0.05-2.0 重量 3!、鉛（Pb)為 0-70 重 1¾ 、其餘為錫；'Sn)與不可免雜質所組成為要旨。 又，如申請專利範圍第3項所述，本發明之電子組件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ____B7 五、發明説明（3 ) 係由使用申請専利範園第1項之焊料來接合霣子元件與基 板所構成者為要旨。 又，本發明之電子組件係如申請專利範麵第4項所示 ，由使用申請專利範圍第2項之焊料來接合電子元件與基 板所構成者為要旨。 Μ下依據資廉形態來說明本發明。 如上所述，本發明為鼷於Fe、Ni、Ag、In、Pb、Sn之 含量比例係依上述姐合而成之焊料K及使用該焊料接合電 子元件與基板所構成之«子姐件。 本發明中，所諝電子元件係指可焊接於基板之元件， 例如1C晶片、霣容器、半導艚装置、混合1C等之鐮稱。 再者，所謂霣子组件係指①安裝有1C晶Η之半導艚裝 置、②混合1C及③基板上載設有1C晶片、半導體装置、霣 容器等裝置之瘅稱。 又，本發明中，將載靜電子元件之印刷電路用飼萡積 曆板或晶粒粘接用晶粒等總稱為基板。印刷電路用網萡積 曆板有樹脂结合材基板、陶瓷基板等。樹脂结合材基板係 指Κ印刷電路用铜箔積靥板中主要使用樹脂作為基板之结 合材料者。如紙酚網萡積層板、紙環氧樹脂铜箔基曆板、 玻璃孅维環氧樹脂飼箔積層板等均可作為例子。 本發明之焊料係以Sη或Sn-Pb合金為基質金屬之焊料。 該焊料中Pb含量必須在0-70重量S!。
Pb含量超過70¾時，液相線溫度升高，同時對環境問 題並不理想。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ,^------1τ------滅 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 A7 _B7_________ 五、發明説明（4 ) 其中，為了再提高焊科之耐热疲勞性，Pb含量M0-65 重量X為佳。 而且，Pb含量越接近0重量X,越靥於逋合環境之焊 料，同時，耐熱疲勞性越高。因此，卩1)含量以0重量X最 佳。 但是，本發明中，所諝Pb含量為0重悬X，是容許微 量PbK不可免雜質之形態混入其中。 本發明中，基質金臞在與規定量之Ag、In的至少~ 種共存之情形下，必須含有規定量之Fe及Ni。
Fe、Ni之含董分別在4.99重置3!以下時，與含量超 過4.99重董％之情形相較，焊料之耐熱疲勞性得以提高， 同時若基板與焊料間介存有Ni皮膜，堪可Μ滅少Ni皮膜之 傷損，效果甚優異。
Fe Ni之含量分別在0.01重最！ί以上時，與含量未 達0.01啜量X之情形比較，焊料之耐熱疲勞性得以提高， 同時如介存有Ni皮膜，則可以減少該皮膜之傷損，效果甚 優異。 再者，Fe、Ni之合計含悬在5.0重量X Μ下時，與 超過5.0重量之情形相較，焊料之酎熱疲勞性得Κ提高 ，同時如介存有Ni皮膜，則可Μ減少該皮膜之傷損，效果 甚優異。
Fe、Ni之合計含量在0.02重董以上時，與未達 0.02重量Ϊ：之情形相比，焊料之耐熱疲勞性得以提高， 同時如介存有Hi皮膜，則可Μ減少該皮膜之傷損，效果甚 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印簟 A7 B7 五、發明説明（5 ) 優異。 因此，將Fe含霣定在0.0卜4.99重量X，Ni含量定在 〇 . 0 1 - 4 . 9 9重量3!,且其合計含量定在0 . 0 2 - 5 . 0重ft 3!。 本發明中，在上述基質金靥及上述規定量之Fe、Hi共 存之情況下，必須含有規定量之Ag、In之至少一種。
Ag及In中之至少一種在8.0重量3；以下時，與超通 8.0重量X者相比，焊料之附热疲勞性得K提高，同時如 基板與焊科間介存有Hi皮膜，則可減少該皮膜之傷損，效 果甚優異。
Ag及In中之至少一種在0.1重量3ί Μ上時，與含有Ag 及In之至少一種且其含量未達0.1重量X或含有Ag及In之 兩者且其含量未達0.1重最X者相比，焊料之射热疲勞性 得K提高，同時如介存有Ni皮膜，則可減少該皮膜之傷損 ，效果甚優異。 因此，Ag及In中之至少一棰之含量規定為〇.卜8· 0重 量X 。 再者，為使焊料之耐热疲勞性得Μ提高及減少Ni皮膜 之傷損，該焊料Μ含有Ag及In兩者，同時其含量設在Ag 0.05-6.0 重量 X、In 0.05-2.0 重霣《 為佳。 本發明之焊枓可Κ加工成帶狀、線狀、顆料狀、球狀 、膏狀來使用，也可當作浸潰液或蒸鍍用材料來使用，或 者也可混入高融點粒子作成複合材料來使用。 帶狀、線狀焊料之加工方法可Μ例示如下。 作成帶狀時，係鑄造成錠（ingot)狀施Μ輥壓，並進 -8 - 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4洗格（210X297公釐） II~^-------裝------1Τ ./ΜΛ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印衷 A7 _____B7_ 五、發明説明（6 ) 行切條加工，而形成規定尺寸之帶狀。帶狀焊料之尺寸可 Μ适擇在厚度〇.〇 5-0. 5BID，寬度0.5-5.0 BB之範園。 作成嬢狀時，係在焊料擠出或熔液嘖射水中之急冷方 法得到胚線後，再用抽拉加工形成規定尺寸之媒狀。線狀 尺寸可Μ在直徑0.05-5.0··之範國內選擇。 加工成資狀焊料時，係用熔鬵作為粘性基材，將該基 材與粉末焊料混練，使其具備缠當粘性，形成齋狀焊料。 熔劑主要係用有懺溶劑溶解松脂或聚合松脂，再添加活性 劑，作成液狀熔劑來使用，但其他缠當的無櫬酸条、有拥 酸系之各種熔劑亦可使用。 製造粉末焊料時，由熔融狀態形成粉末之方法有粒化 法、衡擊法、啧霧法等。 舉例言之，將以芳番族糸高级酵溶解天然松脂（松脂） 所得之溶液形成液狀熔劑，再由調配/熔解成預定組成之 錠狀渾料用嗔霧法製作成100-400網目之粉末焊料，並對 該粉末焊料按5-30 wtX之比例混入液狀熔劑加以攪拌， 而獲得粘度範圍在2-80萬cps之資狀焊科。 再者，半導體元件接合於基板時，或將本發明之焊料’ 使用於晶粒粘接或混合1C時，為保持電子元件與基板之水 平度，可Μ在上述組成之焊料中混入高融點粒子形成複合 材料來使用。 高融點粒子之融點Μ在4 0 0 ^Μ上，含量在〇·〇〇卜〇·6 重量Χ、粒子之直徑或邊長尺寸在5-100w in為佳。 高融點粒子之材質可例如為Cu、Ni等金厲粒子、Si〇2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（2丨Ο X 297公釐） i IJI - —I— «n ί I 1^1 —1 1^1 m ----I__.rr^r 、v* ϋ I (I I n V (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 _B7___五、發明説明（7 ) 等氧化物、SiC等礙化物。 在被接合材之焊接表面形成有Ni皮膜、Cu皮膜時，本 發明之焊料亦可提高焊接接合性。 其中，K在NEMA規格所規定之FR-4類樹脂结合材基 板上形成Ni皮膜並加K焊接較為理想。 Ni皮膜之形成方法可Μ用霣鍍、蒸鍍等方法。蒸镀法 之Ni皮膜厚度K1000-300Q埃（i)為佳。 在本發明之霣子组件方面，例如1C晶片實施晶粒粘接 所得之半導驩裝置或BGA,尤其是csp封装方面，可例如 由作為電子元件之晶片載裝基板與主基板介由Ni皮膜焊接 而成之電子組件。 Η參照第1園說明封装電子组件。 圖中之符號1為氧化鋁基板，2為1C晶片，3為連结 線，4為封装樹脂，5為半導體裝置，6為半導體裝置焊 垫電極，7為由本發明之焊料製成之焊料球，其為接合於 焊墊電極6。8為當作主基板之玻璃孅維環氣樹脂鋦萡積 曆板，9為焊墊電極。焊墊電搔6、9之表面施行有Ni電 鍍或Cu電鍍，而且焊墊電極9之電鍍餍上塗布有焊料球7 接合用熔劑或資狀焊料。令此種構成之電子組件通過氫氣 環境，使焊料球7熔融俾霣施焊接。 第2圖掲示半専體元件安装於基板所構成之電子組件。 圖中之符號11為氧化鋁基板、12為1C晶片，13、14為 焊墊霣極，15為由本發明之焊料所製成之焊料球，其為接 合於焊墊電棰13側。焊墊電極13、14之表面疵行有Ni鼋 -10- (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2IOX297公釐） A7 _B7__ 五、發明説明（8 ) 鍍或Cu霣網，焊墊霄極14之電鍍層上塗布有焊料球15接合 用熔劑或資狀焊料。令此種構造之窜子組件通過加熱爐中 ，使焊料球15熔融，而將1C晶片12焊接於氧化鋁基板11， 最後用封装樹脂16封装1C晶Η 12而完成半導《裝置17° 第3晒掲示半導«元件載設於引線架並用樹脂棋》行 封裝之封装型半導»装置安裝於基板所構成的霣子姐件° Ε中之符號21為前述半導體裝置，22為其外部框，23 為基板，24為基板上之焊墊霣棰，25為由本發明之焊料所 製或之焊料球，其為接合於引線22側。焊墊霣棰24之表面 施行有Ni霣鍍或Cu®鍍。再者，焊墊霣極24之霣鍍曆上塗 布有焊料球2 5接合用熔劑或》狀焊料。令此種構造之電子 组件通遇加熱爐中，使焊料球2 5熔融而行焊接。 第4圓掲示Μ晶粒粘接法將半導趙元件安裝於基板所 構成之鼋子姐件。圖中，31為1C晶片，32為基板，33為由 六發明焊料所製成之焊科球，其為接合於1C晶片儼 1C晶 片31、基板32之焊料球接合部位表面形成有Ni鍍層或Cu鍍 雇。而且，基板32側之霣鍍靥上塗布有焊料球33接合用熔 劑或罾狀焊料。令此種櫞造之霣子姐件通過加热爐中，使 I— ------1Τ------^ . . - , (請先閲讀背面之注意事項再^^本頁) 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印裝 成M/ 之 工料刷 成 加焊印 構 料狀料 所 焊膏焊 板 之用之 基 明使量 於 發若定。裝 本。規果安 由者將效置 係成法的装 3 形刷同賭 '3所印相導 5'品版球半 。'2製網料或 接5'等用焊H 焊'1狀使用晶 行7'粒可使1C 而球顆，與M 融料、時得係 熔焊狀球獲雖 33述線料而上 球上、焊 ，κ 料 狀代融 焊 帶取熔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印«. A7 B7_ 五、發明説明（9 ) 電子組件為例加Μ說明，除此之外，在基板上連接混合1C 或霣容器Μ製造電子組件時，亦可用本發明之焊料。 再者，本發明之焊料在接合具傅Ni皮膜之霣子組件時 亦相當遑用。 [實施例A] (實施例1) 在钝度99.99重量3{之311中添加預定量之？6、}^、八巨 、In、Pb, K真空熔解後加Μ鏞造，獲得其姐成如表1所 示之錠狀焊料。將該錠狀焊料施Μ輥軋成為厚度0.1 mux 寬度10 bb之箝狀，K此帶為素材進行衡壓加工而獲致焊 料頼粒。將該顆料在油中加熱、冷卻後加工成直徑0.7 6左 右之焊料球。 將該焊料球供第5園所示之試驗裝置使用，澜定其射 熱疲勞性與Ni皮膜傷損度。茲將該測定方法說明如下。 首先，如圖所示地用蒸鍍法以中心間隔2βπ之程度在 氧化鋁基板41、玻璃纖維環氧樹脂飼箔積層板41’上形成 厚度3000埃之Ni皮膜42、42’，並將介著該Ni皮膜42 、4 2 ’塗布有熔劑（日本阿爾發金屬製R 5 0 0 3 )之上述焊料 球（0.76mm中）43載置於2僱部位，且用引線44對Ni皮膜 42、42 ’連接配線。 其次，將該試片在氫氣環境之加熱爐中進行加熱後， 取出爐外冷卻，將基板41、41’藉由Ni皮膜42、42%兩部 位進行焊接。 [射熱疲勞性測定方法] -12- 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 丨|:丨-----装-- (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填0頁) 訂 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明説明（10 ) 將上述試片Μ保持在45t! X 15分鐘、120Ό X 15分鐘 為一循環之方式進行試驗，並以第5圓之方式將電源45、 霣應計46、46’及霣流計4 7連接K鎳，等通InA之頫定電 流，澜定因龜裂產生而導致霄壓急速上升之循環数，其澍 定结果掲示於表2。 [Hi皮膜傷損度测定方法] 在第5蹰所示之試片導通1mA之額定電流，測定焊料 球間之電颳Vi、V2，由公式RyvyVd/I测定其電阻值。 用相同於第5圖之試驗裝置，依照上述焊接方法重覆 10次，Μ測定焊接所導致之劣化程度。設依上述焊接方法 進行1次焊接時之電阻值R為1^，進行10次焊接時之電阻 值為R1D,並KUu/Rd作為Ni皮膜傷損度。 以試驗装置5個之平均值作為Ni皮膜傷損度之澜定结 果掲示於表2。 (實施例2-20/比較例1-12) 實施例1中所說明之錠狀焊料組成載列於表1、表3 外，與實施例1同樣方式獲致焊料球後，作成相同的試驗 裝置，進行热循瓖試驗及Ni皮膜傷損試驗。其测定结果分 別掲示於表2、表4。 -13- 本纸張尺度適用帽國家梯準（CNS ) Α4Λ# ( 210X297公釐） --^--_-------裝------訂------線 (請先閲讀背面之注f項再t本頁) 【表1】 織 CM:%) Fe Ni Fe+Ni Ag In Pb Sn 實施例1 0. 01 0. 01 0. 02 3. 0 1.0 54. 0 其餘 2 1. 0 1.0 2. 0 // // // // 3 2.0 2. 0 4. 0 // // // // 4 0. 01 4. 99 5. 0 // // // // 5 4.99 0. 01 5. 0 // // // // 6 2.0 2. 0 4.0 0. 05 0. 05 // // 7 // // // 6.0 2.0 // // 8 // // // 3.0 — // // 9 // // // 一 1.0 // // 10 // // // 3.0 // 65.0 // 1.1 // // // // // TO. 0 // 12 0.01 0. 01 0. 02 // // 一 // 13 i. ο 1.0 2.0 // // 一 // 14 2. 0 2. 0 4. 0 // // 一. // 15 0. 01 4. 99 5. 0 // // — // 16 4.99 0. 01 5. 0 // // 一 // 17 2.0 2. 0 4. 0 0.05 0. 05 一 // 18 // // // 6.0 2.0 一 // 19 // // // 3. 0 .一 一 // 20 // // // — 1.0 — // -14- 【表2】 熱循環試驗 (循環數） Ni皮膜傷損度 (R10/R1) 貢施例1 2 5 0 0 1. 5 2 2 7 0 0 1.3 3 2 8 0 0 1. 4 4 2 8 0 0 1. 5 5 2 8 0 0 1. 5 6 2 4 0 0 1.2 7 2 9 0 0 1. 3 8 2 2 0 0 1. 3 9 22 0 0 1. 1 10 2 3 0 0 1. 2 11 2 10 0 1. 3 12 2 7 0 0 1. 5 13 2 9 0 0 1. 4 14 3 0 0 0 1. 3 15 3 0 0 0 1. 5 16 3 0 0 0 1. 5 17 2 6 0 0 1. 2 18 3 0 0 0 1. 1 19 240 0 1. 3 20 240 0 1.5 【表3】 誠（龍％) Fe Ni Fe+Ni Ag In Pb Sn 比較例1 一 — 一 一 54.0 其餘 2 — 2. 0 2. 0 3. 0 一 // // 3 — // // — 1.0 // // 4 U // 9. 0 3. 0 — // // 5 2.0 一 2. 0 // - // // 6 // 7.0 9.0 // — 〆/ // 7 1 — 一 一 — — 一 // 8 — 2. 0 2.0 3. 0 — 一 // 9 — /J 一 1.0 — // 10 7.0 // 9.0 3. 0 — — // 11 2.0 · 一 2. 0 // 一 — // 12 // 7. 0 9. 0 // 一 一 // 16 【表4】 熱循環試驗-(循環數） Ni皮膜傷損度 (R10/R1) mm 1 13 0 0 2. 8 2 150 0 2. 2 3 15 0 0 2. 3 4 16 0 0 2. 4 5 1400 2. 2 6 16 0 0 2. 4 Ί 150 0 3. 9 8 17 0 0 1. 7 9 17 0 0 1. 8 10. 18 0 0 3. 5 11 16 0 0 1. 8 12 18 0 0 3. 4 經濟部中央標準局貞工消费合作社印裝 ΑΊ Β7 · 五、發明説明（ί·5 ) 依照K上之測定结果可Μ看出，使用本發明之焊料在 介存有Ni皮祺之情形下進行基板間之焊接試驗時，可Μ獲 致焊料射熱疲勞性提高同時可防止傷損Ni皮膜之優異效果。 如前所述，本試驗之耐热疲勞性係測定其流通額定電 流使電颳急速上升之前的循瓌數，但電壓急速上升時，焊 料即可見龜裂情形。由此観之，所諝本試驗中霣懕鱼速上 升前之薄環數可Μ說是焊料嗶露在热循環瑁境時產生龜裂 前之循環數。 再者，為提升焊料之接合性，通常是在接合面上被覆 Ni皮膜，但隨著時間之經過，接合性會愈來愈低。其理由 經判知係因Ni皮膜溶解傷損而専致產生非接合面之故。非 接合面產生時，轚阻顯著增加。本試驗中，即K上述焊接 性劣化度Uiu/Rd作為Ni皮_傷損度之評估基準。 具有 Fe 為 0.01-4.99 重量 3ί、Ni 為 0.01-4.99 重量 3! 而雨者合計含最為0.02-5.0重量Z、Ag與In中至少--·禰為 0.1-8.0重量X、Pb為0-70重董！1!及其餘為Sn與不可免雜 質等組成的實施例卜20,在熱循瑁試驗中之循環數為2100 -3 0 0 0 , Ni皮膜傷損度1.1-1.5,頋示出本發明具備優異效 果0 上述試驗中，Pb含霣為0-65重量之實施例卜10、S 腌例12-20,熱循環試驗中之熱循環數為2 3 0 0 - 3 D00,顯示 出較優異之效果。因此，Pb含量K0-65重量3：較佳。 其中，Pb含量為0之實施例12-20中，其熱循環試驗 之熱循環數為2 4 0 0 - 3 0 0 0，而顯示出更優異的效果。如將 _ 1 8 - 本纸張尺度適用t國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐} :~~ --Ίί -------:裝------1Τ /%. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 __ B7 五、發明説明（l6 ) 焊料配合環保條件一併考盧時，Pb含量為0時更為理想。 如將Fe、Hi、Pb含量相同之賣施例3、6、7、8、9相 比較，即可知實腌例3、6、7在熱循環試驗之循環敝較佳 。如就實施例14、17、18、19、20相對比，則可知實® 例14、.17、18在热循瓌試驗中之循環數較佳。 由此事實可知，含有Ag、In兩者，同時其含量Ag為 0 · 0 5 - 6 · 0重量！Ιί、I η為0 · 0 5 - 2 · 0重霣ί之焊料較佳。 僅含有規定董之Fe及Hi中之任一種的比較例2、3、5 、8、9、11在热循環試驗中之循環數為1 40 0- 1 700 , Ni皮 膜傷損度為1.7-2.2。 由此事實可知，對於本發明之課題而言，含有規定霣 之Fe及Ni兩者時，可Μ產生優異的效果。
Fe及Hi含量未達規定量之比較例1、7及超過規定量 之比較例4、6、10、12在熱循環試驗中之循環數為1300-1800, Ni皮膜傷損度為2.4-3.9。 由此可知，對於本發明之課題而言，含有規定量之Fe 及Ni兩者時，可Μ產生優異效果。 [實施例Β】 在纯度99.99重量3!之811中添加預定量之？6、以、及轻 、In、Pb，以真空熔解後加Κ績造而獲得組成與表1中所 示賁施例1相同的錠狀焊料，將其熔融並K噴霧法製成 200-300網目之焊料粉。用高级酵溶解天然松脂所得之疲 狀熔劑M15 wU之比例混入該焊科粉中加以授拌，加工 成期望粘度之膏狀焊料，供第5圖所示之試驗裝置使用。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2]0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，装· 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 A7 _B7___ 五、發明説明（17 ) 此時，對Ni皮膜42之被接合面（第5圈中為Ni皮膜之下面） K網版印刷法供給該齋狀焊料，用加熱熔融方式形成焊料 球43後，Μ洗淨法除去該焊料球43中之熔_(含於齎狀焊 科之熔繭）。其次，對Ni皮臢42’之被接合面（第5鼷中為 Hi皮膜42’上面）塗布接合用熔_，將基板41設置在基板41， 上，使焊料球43載置於Hi皮膜42 ’上，然後用引線44將Ni皮 膜42、42 9配線連接。 將該試片在氫氣環堍之加热域中加熱後，取出爐外冷 卻，將基板41、41’間介著Hi皮膜42、42’焊接兩處。然後 躭該試片與實施例A同樣地測定其耐热疲劳性及Ni皮膜傷 損度，而獾致與表2中所示實施例1相同的澜定结果。 再者，除了使錠狀焊料之組成與表1所示實施例2、5 、6、13、14相同外，復與上述方式相同地製作試片，且 與上述同樣地測定其射熱疲勞性與Ni皮膜傷損度，结果分 別獲得與表2中所示實施例2、5、6、13、14相同的成續。 由此事實可Μ確認，資狀焊料形成上述焊料球時.亦 可獲得與實雎例Α相简的结果。 如上所說明者，由於本發明之焊料係MFe為0.01-4.99 重量3!、Ni為0.01-4.99重量J：而兩者合計含量為0.02-5.0 重量X、Ag與In中至少一種為0.卜8.0重霣X、Pb為〇-7〇重 霣X及其餘為Sn與不可免雜質所组成者，故在用該焊料接 合1C晶片等霣子元件與基板時，可以獲得焊料之耐热疲勞 性提高，而且上述接合结構中如介存有Ni皮膜時，可以減 少該皮膜之傷損等優異效果。 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） --U-------▲------1T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經漭部中央標準局另工消费合作社印鉍 _ A7 五、發明説明（） 而且，焊料組成為F e 0 . 0 1 - 4 . 9 9重量X、N i為0 · (Π-4.99重量S；而兩者合計含量為0.02-5.0重量、Ag 0.05-6 . 0 簠量 X、I n 0 . 0 5 - 2 · 0 厘 fi X、P b 0 - 7 0 簠量 X 及其餘 為Sn輿不可免鎗霣時，可以獲得射热疲勞性更高及Ni皮膜 傷損度更低的顯著效果。 因此，可K對小型或薄化«子组件由於安装形態之設 計自由度受限制而難K解決龜裂之問題提供製造/組装上 極為有用的焊料。 其次，本發明之焊料可K加工成帶狀、鎳狀、顆粒狀 、球狀、膏狀等來加Μ使用，也可用作浸潰液蒸鍍用之材 料，或者混入高融點粘子來使用，得以充分配合各種用途 、條件而作成各種使用形態。 再者，本發明之《子姐件由於係使用上述焊料接合《 子元件與基板所構成者，故焊接部位之射热疲勞性得以提 高，同時如該焊接部位介存有“皮_，則該Hi皮膜之傷損 度得以減低，即使曝露在反覆加熱/冷卻之溫度循環環堍 下（使用環境下），亦可長期《切的運作，故得以提供一種 高度可靠性之製品。 围式之簡軍說明 第1園為使用本發明焊料所構成之霣子姐件例之正面 嫌剖視騮； 第2圓為使用本發明焊料所構成之霣子姐件例之正面 鑕剖視圖； -21- 木紙张尺度適用中國國家榡準（CNS ) 怙（210Χ29Κ># (誚先閲讀背面之注意事項再填』?b本頁) 訂
五、發明説明（） 第3圈為使用本發明焊枓所構成之霣子姐件例之斜視 回； 第4圓為使用本發明焊料所構成之®子姐件例之正面 縱剖視圈； 第5圈為本發明焊料之酎熱疲勞性及Hi皮膜傷損度之 拥定方法ft略圓。 符號說明 1 > 8 > 11 ' 23、32、41、41 *____基板 2、12、31 .... 1C晶片 6、 9、13、14、24、42、42,____焊 S 電極 7、 15、25、33、43____焊料球 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . --n. : ii n I..... ! In - - -: I I- - ----- _____ - : In n. mi . 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 1

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 .1. 一棰焊料，係由：餓（Fe)為0.01-4.99重量X、 辣（Ni)為0.01-4.99重量％而其合計含量為0.02-5.0重 量X、銀（Ag)及絪（In)中至少一種為o.u.o重量X、鉛 (Pb)為0-70重量；)；、及其餘為錫（Sn)與不可免雜質所 姐成特徴者。 2. 一棰焊料，係由：戡（Fe)為0.01-4.99重霣χ、 鎳（Ni)為0.0卜4.99重量5：而兩者合計量為0.02-5.0重 1¾、銀（Ag)為 〇.05_6.〇 重量 χ、鎺（In)為 0.05-2.0 重 量％、船（Pb)為0-70重量χ、及其餘為錫（Sn)與不可免 雜成：焊料來接合基板與電子元件所组成為其特徵。 3· 一棰霣子組件，係使用由：鐵（Fe)為0 . 0卜4. 99 重量X、鎳（Ni)為〇.ai-4.99重量3!而其合計含量為0.02 -5.0重量X、銀（Ag)及絪（In)中至少一種為0.1-8.0重 量3；、鉛（Pb)為0-70重S3；、及其餘為錫（Sn)與不可免 雜質所组成之焊料來接合基板與電子元件所梅成者。 4. 一棰電子組件，係使用鐵（Fe)為0.01-4. 99重 量X、嫌Ui)為0.01-4.99重量3!而兩者合計量為0.02-5.0 重量 X、銀（Ag)為 0·05-6·0 重量 3：、絪（In)為 0.05-2.0重量3；、鉛（Pb)為0-70重量5!、及其餘為錫（Sn)與 不可免雜質所組成之焊料來接合電子元件與基板所構成者。 -23- 本纸張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨〇父297公釐） --λI --------裝------订------/ (請先《讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部令央梂隼局爲工消費合作社印策 391904 D8 々、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第4項之電子組件，其中，該基 板為樹脂結合材基板者。 -24- ^ I I I I I · 艮 I I I —_ 丁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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