TWI654044B

TWI654044B - 焊料材料及電子零件

Info

Publication number: TWI654044B
Application number: TW105103390A
Authority: TW
Inventors: 津田稔正; 菊池賢一; 黒田智孝; 西山大輔; 佐佐木啓之; 波夛野真; 石川裕也
Original assignee: 日本電波工業股份有限公司
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2019-03-21
Also published as: US10507552B2; TW201628759A; CN105834610A; US20160226466A1

Abstract

本發明提供一種利用液相線溫度低、固相線溫度高的焊料材料，將電子元件密封在氣密的間隙中而成的電子零件。使焊料材料以將焊料粉與助焊劑混合而成的焊料膏的形式構成，所述焊料粉包含含有25質量%～45質量%的Sn、30質量%～40質量%的Sb、3質量%～8質量%的Cu及3質量%～9質量%的In，且以Ag為剩餘部分的五元合金。因此，固相線溫度為260℃、優選為290℃以上，液相線溫度為379℃以下，且固相線溫度與液相線溫度的差為70℃以內，並能夠將對表面安裝零件1進行密封時的溫度設定為低溫。

Description

焊料材料及電子零件

本發明是有關於一種焊料材料及使用焊料材料安裝在基板上的電子零件。

例如表面聲波裝置或石英諧振器等小型的電子元件是收納在小型的容器內而構成為表面安裝零件，並安裝在配線基板等基板上。例如，此時使用焊料材料作為將表面安裝零件的容器氣密地密封的密封材。

在將此種表面安裝零件安裝在配線基板的表面的步驟中，例如在表面安裝零件的電極墊、與形成在配線基板的電極之間塗布表面安裝用的焊料材料，在回流爐中進行加熱至例如大致260℃的溫度的回流步驟。利用該回流步驟來使表面安裝用的焊料熔解，從而將表面安裝零件的電極墊與配線基板的電極端子電性連接。然而，在對容器進行密封的焊料材料的固化溫度即固相線溫度低的情況下，有如下擔憂：回流步驟中焊料材料再熔解，需要減壓氣密的表面安裝零件中變得不再氣密，從而內部的壓力上升，或者容器的蓋部脫離。

因此，作為用於表面安裝零件的容器的密封的焊料材料，要求焊料材料固化的固相線溫度高於260℃。進而在對表面安裝零件的容器進行密封的步驟中，必須防止對收納在表面安裝零件中的小型零件進行固定的接著劑的熔融。因此，對用作密封劑的焊料材料要求在盡可能低的溫度下熔融，且要求液相線溫度低。另外，關於將容器內設為真空而進行密封的製品，在真空環境下，進行加熱而使焊料材料熔融，然後進行冷卻使焊料材料固化而進行密封，但在真空中，熱的傳導小，因而在冷卻上花費長時間。因此，在固相線溫度與液相線溫度差大的情況下，有在對容器進行密封的作業上花費長時間的問題。

作為此種容器的密封材，以前一直使用將在280℃左右具有共晶點的金及錫混合而成的焊料材料。然而，金的價格高，近年來尋求不使用金的焊料材料。進而，作為適宜的焊料材料的另一例，已知有使用鉛的焊料材料，但就對環境的關懷而言，尋求不使用鉛的焊料材料。專利文獻1中，記載有固相線溫度為255℃以上的以鉍（Bi）為主材料的焊料材料。然而，Bi具有在常溫下體積膨脹的性質，並不適合作為將容器的間隙氣密地密封的密封材。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] WO2007/055308號公報

[發明所欲解決之課題]

本發明是鑒於此種情況而成者，其目的在於提供一種液相線溫度低、固相線溫度高的焊料材料。 [解決課題之手段]

本發明的焊料材料的特徵在於：包含含有Sn、Cu、Sb及In、以及20質量%以下的Ag的至少五元合金，並且固相線溫度高於290℃，液相線溫度為379℃以下、且高於固相線溫度，液相線溫度與固相線溫度的溫度差為70℃以內。

另外，本發明的焊料材料可含有25質量%～45質量%的Sn、30質量%～40質量%的Sb、3質量%～8質量%的Cu、3質量%～9質量%的In、作為剩餘部分的Ag及不可避免的雜質，也可以含有36質量%～40質量%的Sn、34質量%～38質量%的Sb、4質量%～6質量%的Cu、4質量%～6質量%的In、及作為剩餘部分的Ag及不可避免的雜質為特徵。另外，焊料材料可含有Si及Ti且各自的含量為0.1質量%以下，也可以含有Zn或Pd的至少一者且各自的含量為0.1質量%以下為特徵。進而，所述焊料材料可為混合有助焊劑的膏狀，也可以所述焊料材料為在加工為金屬箔狀後，經沖裁而成的預型體為特徵。

本發明的電子零件安裝於基板上，所述電子零件的特徵在於包括：收容有電子元件的容器，及用於所述容器的所述焊料材料。

另外，本發明的電子零件的特徵也可在於：所述焊料材料可用作將所述容器氣密地密封的密封材料，所述容器是利用所述焊料材料將基部與蓋部密封而構成，所述容器內的環境為減壓環境或惰性氣體環境的至少一者。進而，本發明的電子零件的特徵也可在於：所述容器利用所述焊料材料將基部與蓋部密封而構成，所述容器內的環境可為減壓環境及惰性氣體環境的至少一者，所述容器裝配在配線基板上，並且從所述配線基板的表面起遍及所述容器的整體利用樹脂材料密封，所述焊料材料用以將所述容器的電極電性連接在配線基板上。 [發明的效果]

關於本發明的電子零件，通過在安裝於基板上的電子零件中，包含含有Sn、Ag、Cu、Sb及In的至少五元合金，並調整各成分的量，可設為固相線溫度高於290℃、液相線溫度低於379℃、液相線溫度與固相線溫度的溫度差為70℃以內者。因而可降低將焊料材料熔融時的溫度，進而在安裝於基板上並進行回流的溫度區域內，焊料變得不易熔解。因此，可抑制焊料材料的熔融不足、或在將所述表面安裝零件安裝在基板上時伴隨著焊料材料的熔融的故障的產生。

對本發明的實施方式的焊料材料進行說明。焊料材料含有焊料粉，例如以與助焊劑混合而成的膏狀的焊料膏的形式構成，所述焊料粉包含設為25質量%以上且45質量%以下（25質量%～45質量%）的Sn（錫）、30質量%以上且40質量%以下的Sb（銻）、3質量%以上且8質量%以下的Cu（銅）、3質量%以上且9質量%以下的In（銦）及構成剩餘部分的Ag（銀）的五元合金。

Sn是決定焊料材料的固相線溫度的主導因素，焊料粉中的Sn的組成比越大，固相線溫度越變低。將本發明的焊料材料的固相線溫度設為超過260℃，例如想要設定為290℃以上，故焊料粉中的Sn的組成優選為25質量%以上且45質量%以下。 In是決定液相線溫度的主導因素，In的組成比越大，越有液相線溫度上升的傾向。另外，隨著In的組成比變大，成為固液狀態的溫度範圍變廣而有液相線溫度變得不穩定的傾向，進而變得容易受到In的熔點的影響，變得容易在低的溫度區域熔融。因此，In優選為3質量%以上且9質量%以下。此外，通過添加In而有固相線溫度及液相線溫度整體變低的傾向。

Ag具有保持焊料材料的接合的穩定性的效果。所謂接合的穩定性良好，是指在使用所述焊料材料進行焊接，然後焊料材料熔融固化時保持高的機械強度。更具體而言，是指表面安裝零件中，在利用所述焊料材料將基體與蓋部接合時基體與蓋部的接合強度強。然而，若Ag的組成比變大，則在內部容易結晶化，若所述結晶增加，則潤濕性變差。另外，若Ag的含量多，則製造成本變高。因此，焊料粉中的Ag的組成優選為設為20質量%以下。另外，若增多Ag的量，則有焊料材料開始熔解的溫度容易受到Sn的熔點的溫度的影響的性質。通過減少Ag的量，可抑制焊料材料的固相線溫度的降低。

Cu有使各組成物間的結晶融合的效果。所謂使結晶融合，是指使所述焊料材料中的各金屬的結晶彼此的結合牢固。但是，在過度的添加Cu的情況下，所生成的焊料材料的熔融溫度大幅上升，硬度變高。因此調整為相對於焊料材料而含有3質量%以上、8質量%以下。

進而，例如含有大量的Ag、Cu的焊料材料中，共晶點變高，在焊料材料的生成時共晶變得容易形成，但可通過添加Sb降低共晶點，因而優選。通過增多Sb，而有焊料材料熔融時變得容易擴展、潤濕性變得良好的性質。進而可提高固相線溫度，然而，若Sb過多，則在熔融的焊料材料中，有時Sb再結晶化而結晶分散存在，從而焊料材料的質量降低。因此，Sb優選為設為30質量%以上且40質量%以下。

另外，在焊料材料中，也可分別以0.1質量%以下含有Si（矽）與Ti（鈦）。如後述的實施例所示那樣，通過含有Si與Ti，差示掃描量熱曲線的傾斜變得陡峭。可認為其原因在於：通過添加Si與Ti，形成焊料的結晶變細，因而構成焊料的粒子容易變成細的粒子，由固體向液體的變化變得明瞭。另外，若Si的量變多，則有容易以結晶的形式殘留的缺點，優選以0.1質量%以下含有，更優選為0.05質量%以下。進而，Ti硬且具有容易變成浮渣（dross）的性質，因而若量變多，則有焊料材料的黏性變高的擔憂，所以優選以0.1質量%以下含有，更優選為0.03質量%以下。因此，通過分別以0.1質量%以下含有Si與Ti，焊料材料的由固體向液體的變化變得明瞭，並且焊料材料的熔解變得不充分的擔憂、或未充分固化地利用焊料材料固定的構件發生脫離的擔憂更進一步變少。

另外，在焊料材料中，也可分別以0.1質量%以下含有Zn（鋅）與Pd（鈀）。通過添加Zn或Pd，焊料的高溫耐久性提高，即便在升溫至接近液相線溫度的溫度區域的情況下，也可保持高的強度。另外，若Zn或Pd的量增多，則有液相線溫度與固相線溫度的溫度差變大的擔憂。因此，Zn及Pd優選以0.1質量%以下含有，進而優選為0.05質量%以下。進而，在焊料材料中，為了使焊料材料的流動性提高、或增強焊料材料的機械強度，例如也可分別以不超過1質量%的範圍含有Ni（鎳）、Fe（鐵）、Mo（鉬）、Cr（鉻）、Mn（錳）、Ge（鍺）、Ga（鎵）等微量元素。

對本發明的實施方式的焊料材料的製造方法進行說明。首先，使用例如渦輪研磨機（turbo mill）、輥磨機（roller mill）、離心力粉碎機、磨粉機（pulverizer）等眾所周知的粉碎機對Sn、Sb、Cu、In及Ag分別進行粉碎，製成分別為粒子狀的金屬粉。此時，若金屬粉的粒子過大，則所生成的焊料膏在基板上的印刷性變差，若粒子過小，則在焊料膏經加熱時，成為焊料膏的潤濕性變差的原因。因此，這些金屬粉的粒徑優選設為如下範圍：使用例如粒子圖像計量或電動電位（zeta potential）測定等眾所周知的粒度分佈測定法，以球當量直徑計為平均粒徑5 μm～50 μm的範圍。其次，對各金屬粉以例如Sn成為38質量%、Sb成為36質量%、Cu成為5質量%、In成為5質量%、Ag成為16質量%的方式分別進行稱量並進行混合。經混合的金屬粉在例如經加熱的坩堝內熔融而生成熔融金屬，利用例如眾所周知的離心噴霧霧化法來進行造粒。離心噴霧霧化法是在以高速進行旋轉的旋轉盤上向坩堝連續供給熔融金屬，利用旋轉盤的離心力將熔融金屬向周圍噴霧。在環境中對該被噴霧的熔融金屬進行冷卻而進行固化，由此進行微粒子化而對焊料粉進行造粒。將此種焊料粉與助焊劑混合，而生成焊料膏。

構成焊料膏的助焊劑可使用含有松香等黏著賦予劑樹脂、觸變劑、活化劑、溶劑等的助焊劑。另外，可不論助焊劑所具有的活性度的不同而使用。

其次，對使用焊料膏的電子零件進行說明。焊料膏用於使用安裝用焊料而固定在基板表面的表面安裝零件1，例如在將電子元件收納在容器10而構成表面安裝零件1時，用於容器10的密封。如圖1所示那樣，以例如石英諧振器3等電子元件在真空或惰性氣體環境下收納於氣密的容器10而成的表面安裝零件1的方式構成，而安裝在配線基板上。容器10包括例如陶瓷性的板狀的基體11與金屬製的蓋部12，在容器10內，例如收納石英諧振器3。基體11利用陶瓷基板構成，但在從陶瓷基板切出前，例如利用網版印刷沿陶瓷基板的各基體11的邊緣部而遍及整周地印刷環狀的焊料膏2。繼而，在陶瓷基板的相當於各基體11的部位形成用以將石英諧振器3的激發用的電極30與安裝有表面安裝零件1的配線基板電性連接的配線及電極墊，並切出為基體11的形狀。

然後，利用導電性接著劑4將形成在基體11的配線與形成在石英諧振器3的電極30電性連接。蓋部12例如利用深沖加工形成為下表面側開口的大致箱型，在蓋部12的下表面遍及整周而形成有向外側突出的邊緣部13。將蓋部12的邊緣部13載置在印刷於基體11的焊料膏2上後，將蓋部12及基體11搬入至例如回流爐中，在380℃的溫度下進行加熱。由此，焊料材料2熔融，在蓋部12的邊緣部13與基體11的表面之間焊料膏2擴展，從而在蓋部12與基體11之間形成被氣密地密封的間隙。此時，例如也可在回流爐中，利用治具使蓋部12壓接在基體11上。然後，若停止加熱而溫度降低，則焊料膏2固化。

關於由電子零件的廠商所製造的表面安裝零件1，例如由使用表面安裝零件1來組裝電氣設備的用戶安裝在基板上。例如在形成於基板表面的電極墊的表面，塗布用以固定表面安裝零件1的安裝用焊料，並以表面安裝零件1的各電極墊與各自所對應的安裝用焊料接觸的方式載置。安裝用焊料例如使用液相線溫度為260℃以下的焊料。然後，將所述基板搬入回流爐內，例如利用N₂ 回流方式加熱至260℃。若在回流爐內進行加熱，則安裝用焊料熔融，而將表面安裝零件1的電極墊與基板側的電極電性連接。然後，將基板從回流爐取出，在溫度降低，安裝用焊料固化後，附著在基板及表面安裝零件1的表面的助焊劑被清洗去除。

所述實施方式的焊料膏為包含25質量%以上且45質量%以下的Sn、30質量%以上且40質量%以下的Sb、3質量%以上且8質量%以下的Cu、3質量%以上且9質量%以下的In及將剩餘部分設為Ag的五元合金的焊料粉，Sn、Sb、Cu及In的比率以Ag成為不超過20質量%的比率的方式選擇。因此，如由後述的實施例得知的那樣，成為固相線溫度為260℃以上、液相線溫度為379℃以下且液相線溫度高於固相線溫度、固相線溫度與液相線溫度的差為70℃以下的焊料粉，並且可將對表面安裝零件1進行密封時的溫度設定為低溫。另外，在將所述表面安裝零件1設置於基板上時的回流步驟中，作為表面安裝零件1的密封劑而使用的焊料膏2不會再熔融，而不存在表面安裝零件1的氣密性變差或蓋部12脫落的擔憂。另外，所述焊料膏2如後述實施例中所示那樣高度尺寸的位移量大，且潤濕性良好。因此，在使用焊料膏2將容器10密封時，蓋部12與基體11的表面的間隙變窄，並且在間隙中確實地遍佈有焊料膏2，因而可密接地密封。進而，如後述實施例所示那樣，可通過將Ag設為48質量%以上而將固相線溫度設為260℃以上並將液相線溫度設為379℃以下，但製造成本變高。本發明的實施方式的焊料膏2將Ag的量設為20質量%以下，因而可抑制製造成本。

另外，作為本發明的實施方式的另一例的表面安裝零件1，也可利用板狀的蓋部22將上表面開口的矩形的基體21的開口部分堵住，而在蓋部22與基體21之間形成設置石英諧振器3等電子元件的間隙。容器20包括蓋部22和基體21。例如，如圖2所示那樣，基體21形成為上方開口的大致箱形狀。在基體21的內側底面形成有電極5，所述電極5與設置於基體21的底面下表面側與未圖示的電極墊電性連接。首先，利用導電性接著劑4將所述電極5與形成在石英諧振器3的電極30電性連接。繼而，利用網版印刷使焊料膏2供給至基體21的側壁的上表面，並利用例如刮板（squeegee）在基體21側壁的上表面的整體推開。

其次，在真空環境或惰性氣體環境下，在基體21的側壁的上表面被推開的焊料膏2的上方載置板狀的蓋部22，並加熱至例如380℃。由此，焊料膏2熔融，進而通過使蓋部22與基體21壓接，焊料膏2在蓋部22與基體21的側壁的上表面之間擴展。然後，若進行冷卻，則焊料膏2固化，而使基體21與蓋部22氣密地接合。進而，然後利用例如水洗，將附著在表面安裝零件1的助焊劑去除。

另外，電子元件也可為表面聲波元件、微機電系統（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）、電性檢測石英片的撓曲而進行加壓速度的檢測的傳感器等。進而也可為當將MEMS等電子元件形成在基板的表面，並以覆蓋電子元件的方式設置蓋部時，蓋部與基板利用所述焊料膏2密封而成的電子零件。在該情況下，對電子元件的配置空間進行劃分的容器由蓋部與兼用作基部的基板的一部分構成。因此，於在基板的表面設置另一表面安裝零件的過程中，在進行了加熱時，焊料膏的在熔融得到抑制，因而可獲得相同的效果。進而另外，焊料材料優選為液相線溫度與固相線溫度的溫度差為70℃以內。

本發明的特徵部分之一在於將所述焊料膏用於容器，但所謂「將焊料材料用於容器」，並不限定於作為用以將構成容器的基部與蓋部氣密地密封的密封材而使用的情況。例如有將表面聲波元件封入容器，經由焊料材料將該容器的一面側的電極安裝在配線基板的電極上，並從配線基板的表面起遍及容器整體利用例如環氧系樹脂等鑄模（mold）材料進行樹脂密封（所謂的模塑（molding））而構成的電子零件。該電子零件例如以將形成在配線基板的背面側的電極接合於電子設備側的基板上的電極的方式安裝在該基板上。該情況下，在使用所述焊料材料作為用以將容器側的電極與配線基板側的電極接合的焊料材料的情況下，在本申請中也視為「將焊料材料用於容器」。 [實施例]

為了確認本發明的焊料材料的有效性，對構成焊料材料的合金的成分及組成進行各種變更，而調查固相線溫度及液相線溫度。將相當於本發明的焊料材料設為實施例1～實施例27，將相當於比較例的焊料材料設為比較例1～比較例9。

[實施例1] 分別將Sn設定為38.0質量%、Sb設定為36.0質量%、Ag設定為15.0質量%、Cu設定為5.0質量%、In設定為6.0質量%，利用本發明的實施方式中所示的眾所周知的焊料材料的製造方法製造焊料材料。 [實施例2～實施例27] 除了以後述表1所示那樣設定焊料材料的組成比以外，以與實施例1相同的方式製造焊料材料。 [比較例1、比較例2] 除了不使用In與以後述表1那樣設定Sn、Ag、Sb及Cu的組成比以外，以與實施例1相同的方式製造焊料材料。 [比較例3] 除了不使用Sb及In以及分別將Sn設定為77.0質量%、Ag設定為17.0質量%、Cu設定為6.0質量%以外，以與實施例1相同的方式製造焊料材料。 [比較例4] 除了不使用Sb以及分別將Sn設定為25.0質量%、Ag設定為50.0質量%、Cu設定為15.0質量%、In設定為10.0質量%以外，以與實施例1相同的方式製造焊料材料。 [比較例5～比較例9] 除了以後述表1所示那樣設定焊料材料的組成比以外，以與實施例1相同的方式製造焊料材料。

關於以所述方式製造的各個焊料材料，基於日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）Z 3198-1，對熔融溫度範圍進行計量，確定液相線溫度、固相線溫度。熔融溫度範圍是使用差示掃描量熱測定器薩摩普拉斯（Thermo plus）EVO II/DSC8230（理學（rigaku）製造）求出差示掃描量熱曲線而測定。以下，代表實施例1～實施例27而示出實施例1、實施例2、實施例6及實施例12的差示掃描量熱曲線。另外，代表比較例而示出比較例9的差示掃描量熱曲線。

圖3～圖6分別表示實施例1、實施例2、實施例6及實施例12的焊料材料的各溫度下的差示掃描量熱曲線，圖7表示比較例9的焊料材料的各溫度下的差示掃描量熱曲線。分別對應於實施例1、實施例6及實施例12的圖3、圖5及圖6表示以10℃/分的升溫速度使溫度從室溫（約20℃）上升至700℃為止的情況下的差示掃描量熱曲線，對應於實施例2的圖4與對應於比較例9的圖7表示以10℃/分的升溫速度使溫度從室溫（約20℃）上升至450℃為止的情況下的差示掃描量熱曲線。圖3～圖7的例中，以10.0℃/分的速度使溫度上升，分別描畫差示掃描量熱曲線，將差示掃描量熱曲線開始離開低溫側的基線的溫度設為固相線溫度t1。另外，在差示掃描量熱曲線從開始離開低溫側的基線起幾乎未減少而在某個溫度下急劇離開的情況下，將如下溫度設為固相線溫度t1，即，將低溫側的基線延長至高溫側而成的直線、與在最低溫側的熔融的峰值的低溫側的曲線的梯度成為最大的點處所引出的切線的交點的溫度。另外，將如下溫度設為液相線溫度t2，即，將高溫側的基線延長至低溫側而成的直線B、與在最高溫側的熔融峰值的高溫側的曲線的梯度成為最大的點處所引出的切線L的交點的溫度。

如圖3所示那樣，實施例1的焊料材料中，可以看到在差示掃描量熱曲線中出現的谷區域的最小值成為336℃的吸熱反應。該實施例1的焊料材料中，固相線溫度為303℃，液相線溫度為352℃，其差為49℃。如圖4所示那樣，實施例2的焊料材料中，可以看到在差示掃描量熱曲線中出現的谷區域的最小值成為343℃的吸熱反應。該實施例2的焊料材料中，固相線溫度為332℃，液相線溫度為355℃，其差為23℃。

如圖5所示那樣，實施例6的焊料材料中，可以看到在差示掃描量熱曲線中出現的谷區域的最小值成為330℃的吸熱反應。該實施例6的焊料材料中，固相線溫度為321℃，液相線溫度為361℃，其差為40℃。如圖6所示那樣，實施例12的焊料材料中，可以看到在差示掃描量熱曲線中出現的谷區域的最小值成為337℃的吸熱反應。該實施例12的焊料材料中，固相線溫度為317℃，液相線溫度為353℃，其差為36℃。

圖7所示的比較例9的焊料材料中，可以看到在差示掃描量熱曲線中出現的三個谷區域的最小值（a）～最小值（c）分別為（a）294℃、（b）342℃、（c）353℃的吸熱反應。比較例9的焊料材料中，固相線溫度為223℃，液相線溫度為427℃，其差為204℃。

以所述方式對實施例1～實施例27及比較例1～比較例9求出差示掃描量熱曲線，而求出各個固相線溫度與液相線溫度。表1表示實施例1～實施例27及比較例1～比較例9的固相線溫度與液相線溫度。 [表1]

根據該結果，實施例及比較例中的比較例1～比較例3、比較例6、比較例8、比較例9中，固相線溫度低，低於240℃。相對於此，實施例1～實施例27中，固相線溫度包含在296℃～333℃的範圍內，液相線溫度為347℃～379℃。另外，液相線溫度與固相線溫度的差為23℃～67℃。

通過在焊料材料中添加In，固相線溫度上升，但液相線溫度也上升，如由比較例9得知的那樣，可知若超過10質量%，則液相線溫度變得過高。另外，包含Sn、Sb、Ag、Cu及In的五元合金的焊料材料中，如比較例5～比較例8所示那樣，在含有29質量%～30質量%的Sn、48質量%～50質量%的Ag、12質量%～13質量%的Sb的情況下，固相線溫度高於290℃，液相線溫度為427℃以上。另外，如比較例4所示那樣，包含Sn、Ag、Cu及In的四元合金的焊料材料中，在含有50質量%以上的Ag的情況下，固相線溫度為369℃，液相線溫度為500℃以上。相對於此，如實施例1～實施例15所示那樣，即便在Ag的含量少於20質量%的情況下，在含有25質量%～45質量%的Sn、30質量%～40質量%的Sb時，固相線溫度也高於290℃，液相線溫度也為379℃以下。因此，根據本發明，可一邊將Ag的量減少至20質量%以下而抑制成本，一邊將固相線溫度設為290℃以上、將液相線溫度設為379℃以下。

另外，關於實施例1、比較例2，利用焊膏潤濕性評價方法（JIS Z3284-4）中的位移檢測潤濕試驗來進行焊料材料的潤濕性的評價。進而，將使用SAC305（由3.0質量%的Ag、0.5質量%的Cu及Sn所構成的焊料材料）作為焊料材料，使用水及松香作為助焊劑的例子分別作為比較例10、比較例11，同樣地對焊料材料的潤濕性進行評價。對位移檢測潤濕試驗進行說明。位移檢測潤濕試驗是在銅基板上將焊料材料塗布為十字狀，將銅單片載置在該焊料材料的上方，且從銅基板側進行輪廓（profile）加熱（溫度梯度2 K/秒），使焊料材料熔融，而將銅單片與銅基板連接。使用實施例1以及比較例2、比較例10及比較例11分別示出的焊料材料進行試驗，對利用加熱使焊料材料熔融時的銅單片的高度位置的變化量進行測定。

圖8是表示實施例1的焊料材料中進行位移檢測潤濕試驗時的時間-位移量曲線的特性圖，圖9～圖11是分別表示比較例2、比較例10及比較例11的焊料材料中利用位移檢測潤濕試驗所求出的時間-位移量曲線的特性圖。圖8～圖11中，橫軸表示時間，且分別將銅基板的加熱溫度到達表1所示的各焊料材料的固相線溫度的時點設為時刻0。另外，圖8～圖11中的縱軸表示銅單片的高度位置的變化量。關於變化量，將實施例1、比較例2、比較例10及比較例11各自的時刻0處的銅單片的高度位移D₀ 設定為0，將銅單片下降、銅單片與銅基板的間隙變窄的方向的位移表示為負的位移。此外，SAC305的固相線溫度設為217℃。

求出實施例及各比較例中以圖中虛線表示的各三條時間-位移量曲線，然後利用三條時間-位移量曲線的平均值，求出圖中以實線表示的成為平均的時間-位移量曲線。圖8～圖11的成為平均的時間-位移量曲線中，在對焊料材料進行加熱，銅單片的高度位置產生位移後，將時間-位移量曲線所示的位移量穩定時的值設為位移量D_max 。另外，將從D₀ 至位移量D_max 間的位移量設為100%，且將對時間-位移量曲線中位移量到達30%～70%的曲線進行回歸直線處理而求出的直線V的傾斜度設為銅單片下降速度（μm/秒）。此外，各圖中的（I）表示銅基板的溫度。

如圖8所示那樣，實施例1中，位移量D_max 為-49.0 μm，銅單片下降速度為-9.0 μm/秒。另外，如圖9～圖11所示那樣，比較例2、比較例10及比較例11的位移量D_max 分別為-58.4 μm、-39 μm及-52 μm，銅單片的下降速度分別為-21.4 μm/秒、-26.8 μm/秒及-22.7 μm/秒。本發明的實施方式的焊料材料中，可知能夠充分增大位移量D_max ，進而銅單片下降速度遲緩。在銅單片下降速度快的情況下，有焊料材料擴展不完全的擔憂，但在銅單片下降速度緩慢時，焊料材料大幅度地擴展，因而焊料材料在間隙中確實地擴展下去，故潤濕性變良好。進而，關於實施例1，也對楊氏模量（Young's modulus）（GPa）、熱膨脹係數（ppm/℃）及硬度（MPa）進行了測定，結果，分別為71.9 GPa、18.5 ppm/℃、1370 MPa，並不遜色於以前的製品。

進而，為了驗證添加Si、Ti、Zn及Pd作為微量元素的效果，對添加在實施例所示的焊料材料中的微量元素的成分及組成進行各種變更，並調查固相線溫度及液相線溫度。 [實施例1-2] 將如下焊料材料作為實施例1-2，即，在實施例1所示的焊料中，將混合的焊料材料內0.01質量%的材料替換為0.005質量%的Si與0.005質量%的Ti。 [實施例10-2] 將如下焊料材料作為實施例10-2，即，在實施例10所示的焊料中，將混合的焊料材料內0.015質量%的材料替換為0.005質量%的Si與0.01質量%的Ti。 [實施例10-3] 將如下焊料材料作為實施例10-3，即，在實施例10所示的焊料中，將混合的焊料材料內0.025質量%的材料替換為0.005質量%的Si、0.01質量%的Ti與0.01質量%的Pd。 [實施例10-4] 將如下焊料材料作為實施例10-4，即，在實施例10所示的焊料中，將混合的焊料材料內0.02質量%的材料替換為0.005質量%的Si、0.005質量%的Ti與0.01質量%的Pd。 [實施例10-5] 將如下焊料材料作為實施例10-5，即，在實施例10所示的焊料中，將混合的焊料材料內0.04質量%的材料替換為0.005質量%的Si、0.005質量%的Ti與0.03質量%的Pd。 [實施例10-6] 將如下焊料材料作為實施例10-6，即，在實施例10所示的焊料中，將混合的焊料材料內0.07質量%的材料替換為0.005質量%的Si、0.005質量%的Ti與0.06質量%的Zn。對以所述那樣製造的各個焊料材料也同樣地，求出差示掃描量熱曲線，基於JIS Z 3198-1，計量熔融溫度範圍，確定液相線溫度、固相線溫度。

另外，表2表示實施例1-2、實施例10-2～實施例10-6中的固相線溫度與液相線溫度。 [表2] 如表2所示那樣，實施例1-2、實施例10-2～實施例10-6的固相線溫度為303℃～317℃，液相線溫度為352℃～364℃，可知於在實施例所示的焊料材料添加有Si、Ti、Zn及Pd的情況下也能夠獲得適宜的焊料材料。另外，圖12表示關於實施例1及實施例1-2的差示掃描量熱曲線。關於實施例1及實施例1-2，可知固相線溫度均為303℃、液相線溫度均為352℃，但關於實施例1-2的差示掃描量熱曲線與關於實施例1的差示掃描量熱曲線相比而言，熱流的峰值大，差示掃描量熱曲線的低溫側的彎曲變得傾斜陡峭。根據該結果，可以說通過使焊料材料中含有Si與Ti，能夠從溶解開始起以小的溫度差不停地進行溶解。

1‧‧‧表面安裝零件

2‧‧‧焊料膏

3‧‧‧石英諧振器

4‧‧‧導電性接著劑

5、30‧‧‧電極

10、20‧‧‧容器

11、21‧‧‧基體

12、22‧‧‧蓋部

13‧‧‧邊緣部

B、V‧‧‧直線

D_max‧‧‧位移量

L‧‧‧切線

t1‧‧‧固相線溫度

t2‧‧‧液相線溫度

（a）、（b）、（c）‧‧‧最小值

（I）‧‧‧銅基板的溫度

圖1是本發明的實施方式的電子零件的分解立體圖。圖2是本發明的實施方式的另一例的表面安裝零件的分解立體圖。圖3是實施例1的焊料材料的差示掃描量熱曲線。圖4是實施例2的焊料材料的差示掃描量熱曲線。圖5是實施例6的焊料材料的差示掃描量熱曲線。圖6是實施例12的焊料材料的差示掃描量熱曲線。圖7是比較例9的焊料材料的差示掃描量熱曲線。圖8是實施例1的焊料材料的時間-位移量曲線。圖9是比較例2的焊料材料的時間-位移量曲線。圖10是比較例10的焊料材料的時間-位移量曲線。圖11是比較例11的焊料材料的時間-位移量曲線。圖12是實施例1及實施例1-2的焊料材料的差示掃描量熱曲線。

Claims

一種焊料材料，其特徵在於：包括含有Sn、Cu、Sb及In、以及20質量%以下的Ag的至少五元合金，所述焊料材料含有25質量%~45質量%的Sn、30質量%~40質量%的Sb、3質量%~8質量%的Cu、3質量%~9質量%的In、作為剩餘部分的Ag及不可避免的雜質，並且固相線溫度高於290℃，液相線溫度為379℃以下、且高於固相線溫度，液相線溫度與固相線溫度的溫度差為70℃以內。
如申請專利範圍第1項所述的焊料材料，其中含有Si及Ti且各自的含量為0.1質量%以下。
如申請專利範圍第1項所述的焊料材料，其中含有Zn或Pd的至少一者且各自的含量為0.1質量%以下。
如申請專利範圍第1項所述的焊料材料，其中含有36質量%~40質量%的Sn、34質量%~38質量%的Sb、4質量%~6質量%的Cu、4質量%~6質量%的In、作為剩餘部分的Ag及不可避免的雜質。
如申請專利範圍第1項所述的焊料材料，其為混合有助焊劑的膏狀。
如申請專利範圍第1項所述的焊料材料，其中所述焊料材料是在加工為金屬箔狀後，經沖裁而成的預成型體。
一種電子零件，其安裝於基板，所述電子零件的特徵在於包括：收容有電子元件的容器；及用於所述容器的如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的焊料材料。
如申請專利範圍第7項所述的電子零件，其中所述焊料材料用作將所述容器氣密地密封的密封材料。
如申請專利範圍第8項所述的電子零件，其中所述容器是利用所述焊料材料將基部與蓋部密封而構成，所述容器內的環境為減壓環境及惰性氣體環境的至少一者。
如申請專利範圍第7項至第9項中任一項所述的電子零件，其中所述容器裝配於配線基板上，並且從所述配線基板的表面起遍及所述容器的整體利用樹脂材料密封，所述焊料材料用以將所述容器的電極電性連接在配線基板上。