TWI833132B

TWI833132B - 焊料合金、焊料球及焊料接頭

Info

Publication number: TWI833132B
Application number: TW110142774A
Authority: TW
Inventors: 飯島裕貴; 吉川俊策; 出井寛大; 松藤貴大; 杉澤昂太
Original assignee: 日商千住金屬工業股份有限公司
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2024-02-21
Also published as: JP7144708B2; TW202229570A; MX2023011402A; EP4249165A1; JPWO2022107806A1; CA3198256A1; CA3236527A1; MX2023014150A; US20230398643A1; MX2023011401A; TW202421803A; JP7100283B1; EP4249165A4; KR20230087565A; CA3236521A1; JP2022126750A; WO2022107806A1; MX2023005700A; JP2022130498A; CN116472140A

Abstract

本發明係採用一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.1至1.0質量%、Bi：0.1至9.0質量%、Ni：0.005至0.3質量%、Ge：0.001至0.015質量%、及其餘部分為Sn。

Description

焊料合金、焊料球及焊料接頭

本發明係關於一種無鉛且無銻之焊料合金、焊料球及焊料接頭。本申請案係依據2020年11月19日向美國提出臨時申請之美國專利申請案第63/115,611號主張優先權，在此援引其內容。

近年，在電子機器係被要求高積體化、大容量化、高速化。例如，使用QFP(Quad Flat Package；四方封裝)等之半導體封裝，並謀求半導體晶片等級之高積體化、高功能化。

在QFP之製造係採用一種封裝製程，其係使從矽晶圓所切出之矽晶片晶粒黏合於導線架。

使如BGA(Ball Grid Array；球柵陣列封裝)之微小電極接合所得到的QFP中，係將矽晶片與導線架以焊料合金晶粒黏合而形成焊料接頭。

如BGA之微小電極中，係使用焊料球而形成焊料凸塊。使用焊料球時，係將黏著性之助焊劑塗佈於微小電極，並在塗佈有助焊劑之電極上載置焊料球。在此之後，藉由以回焊爐進行加熱而使焊料球熔融，熔融焊料會與微小電極潤濕，以在微小電極上形成焊料凸塊。

不過，以往，已廣泛使用Sn-Ag-Cu焊料合金，並以焊料球之形態使用以外，亦使用於晶粒黏合。

使用該焊料合金時，在近年之各種要求中，有時必須改善耐熱循環性、耐衝撃性、耐變色性。因此，以往，有關已被廣泛使用之Sn-Ag-Cu焊料合金，為了改善此等之特性，已經做各種研究。

例如，在專利文獻1中已揭示一種焊料合金，其係於Sn-Ag-Cu焊料合金中含有Ni及Ge作為任意元素。該焊料合金係已揭示一種含有Ni時，顯示耐熱循環性，含有Ge時，顯示耐衝撃性或耐變色性。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4144415號公報

如上述，已揭示於專利文獻1之焊料合金(Sn-Ag-Cu-Ni-Ge焊料合金)可同時發揮耐衝撃性、耐變色性、及耐熱循環性之3種效果的優異合金。

然而，認為在合金設計中係有進一步改善之餘地。

焊料合金係雖然在各元素中存在固有之添加意義，但是為組合全部之構成元素的一體者，由於各構成元素相互造成影響，故必須整體均衡性佳地含有構成元素。

記載於專利文獻1之焊料合金係各構成元素之含量分別地被個別最佳化，在專利文獻1申請時，為了獲得已記載於專利文獻1之效果，認為係充分的合金組成。

然而，在具有相同之構成元素的焊料合金中，為了可對應於近年之要求，欲提昇其他之特性時，必須進一步使各構成元素之含量個別地最適佳後，整體均衡性佳地含有構成元素。

在專利文獻1記載之發明係預設在如BGA之微小電極載置焊料球時進行合金設計。

因此，使用Sn-Ag-Cu-Ni-Ge焊料合金進行焊接時，被要求機械性強度之提昇。

又，在本說明書中，機械性強度係有時記載為抗剪強度、拉伸強度。

如此地，在近年之經高積體化、大容量化、高速化之電子機器中，不僅被要求可適用於BGA甚至是QFP所採用之晶粒黏合的焊料合金。

因此，本發明之目的在於提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上的無鉛且無銻之焊料合金、焊料球、及焊料接頭。

焊料合金係以2種以上的元素所構成，且亦有時各別單獨之效果對焊料合金整體之特性造成影響之情形，但如前述，因以全部之構成元素成為一體者，故各構成元素會互相關連。

本發明人等係著眼於進行抗剪強度得到提昇的合金設計，該合金設計係即使為與在專利文獻1記載之焊料合金為相同的構成元素，不只是BGA亦可對應於QFP。

以往，若廢棄使用有Pb之基板，有時因酸雨而從基板溶出之Pb會流入於地下水中。而且，有時因自地下水累積於家畜或人體中，而影響人體。因此，依據RoHS指令，Pb被指定為規範對象物質。再者，近年，從環境及健康上之理由而言，不僅是Pb，連提昇Sn系焊料合金之熱循環性的Sb，亦被逐漸要求逐漸避免使用，故已研究可以無鉛且無銻獲得所希望之特性。

在使如BGA(Ball Grid Array)之微小電極進行接合所得到的QFP，係以焊料合金使矽晶片與導線架晶粒黏合而形成焊料接頭。

在矽晶片係為了改善與焊料之潤濕性而提昇密著強度，例如，在最外層形成具備Ni層之背墊金屬。

最外層之Ni層若與熔融焊料相接，Ni層會熔融於熔融焊料中而產生Ni侵蝕。在此處，通常係為了抑制Ni擴散至矽晶片，在背墊金屬形成有Ti等之阻隔層。若Ni侵蝕持續而露出Ti層，焊料合金對Ti之潤濕性非常差，故背墊金屬使熔融焊料排斥潤濕。又，即使Ni層稍微殘留，Ni原子亦會擴散至熔融焊料中，另一方面，Ti幾乎不擴散在Ni中。因此，在屬於阻隔層之Ti層與Ni層的界面孔洞會以原子等級增加，在經稍微殘留之Ni層與Ti層的界面之密著強度會極端降低。該結果，晶粒黏合後之接合部有時耐衝撃性或耐熱循環性會變差。如此，使背墊金屬之Ni層殘留對晶粒黏合極為重要。

在本發明中，發明人等係經再研究各構成元素之添加意義後，考量各構成元素之均衡性而進行詳細組成探索。

在本發明中，發明人等發現到若Ag、Cu、Bi及Ni含量為適當正確，焊料合金之液相線溫度與固相線溫度之差(以下，有時稱此為△T)會成為適度的範圍。

在本發明中，發明人等為了提昇焊料接頭之接合強度，亦進行研究形成於接合界面之金屬間化合物的微細化。

在接合界面為了形成Cu與Sn之化合物，必須使Cu與Sn之含有比為預定之範圍。

又，在Cu與Sn之化合物中，著眼於藉由將Cu之一部分取代成Ni，可實現化合物之微細化。

再者，藉由Cu與Ni之含量，焊料合金之液相線溫度會大幅地變動，故為了控制熔融時之黏性並抑制Sn化合物之成長以免△T變成過大，遂進行研究。

該結果獲得下述知識見解：在Sn-Ag-Cu-Bi-Ni-Ge焊料合金中，藉由均衡性佳地含有Sn、Cu及Ni含量，亦可獲得△T被控制而形成於接合界面之金屬間化合物變成微細，且抗剪強度、可靠性提昇。

再者，在本發明中，發明人等獲得下述知識見解：藉由將Ag之含量調整於預定之範圍，獲得可抑制粗大的Ag₃Sn析出，且在結晶粒界中可析出微細的Ag₃Sn，藉此可提升拉伸強度、可靠性。

再者，在本發明中，發明人等獲得下述知識見解：藉由將Bi之含量調整至預定之範圍，可得到最適於焊料球之機械性強度。

又，發明人等獲得下述知識見解：若過剩地添加Bi，獲得液相線溫度降低而△T變大，且因偏析導致機械性強度等降低。

再者，本發明人等獲得下述知識見解：藉由將Co之含量調整至預定之範圍，可使△T降低，且拉伸強度為50MPa以上，並可提昇延伸率、帕松比(Poisson’s ratio)、線膨脹係數。

為了解決上述之課題，本發明係採用下列之構成。

〔1〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.1至1.0質量%、Bi：0.1至9.0質量%、Ni：0.005至0.3質量%、Ge：0.001至0.015質量%、及其餘部分為Sn。

〔2〕如〔1〕所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ag：1.0至3.5質量%。

〔3〕如〔1〕或〔2〕所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ag：2.0至3.5質量%。

〔4〕如〔1〕至〔3〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ag：3.0至3.5質量%。

〔5〕如〔1〕至〔4〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Cu：0.5至0.85質量%。

〔6〕如〔1〕至〔5〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Cu：0.7至0.8質量%。

〔7〕如〔1〕至〔6〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Cu：0.75至0.8質量%。

〔8〕如〔1〕至〔7〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Bi：0.2至5.0質量%。

〔9〕如〔1〕至〔8〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Bi：0.5至4.0質量%。

〔10〕如〔1〕至〔9〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Bi：1.0至3.0質量%。

〔11〕如〔1〕至〔10〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ni：0.02至0.09質量%。

〔12〕如〔1〕至〔11〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ni：0.03至0.08質量%。

〔13〕如〔1〕至〔12〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ni：0.04至0.06質量%。

〔14〕如〔1〕至〔13〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ge：0.002至0.012質量%。

〔15〕如〔1〕至〔14〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ge：0.003至0.010質量%。

〔16〕如〔1〕至〔15〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Ge：0.003至0.009質量%。

〔17〕如〔1〕至〔16〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成進一步滿足0.3≦Ag/Bi≦3.0。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔18〕如〔1〕至〔16〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成更含有Co：0.001至0.1質量%。

〔19〕如〔18〕所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Co：0.002至0.015質量%。

〔20〕如〔18〕或〔19〕所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Co：0.004至0.012質量%。

〔21〕如〔18〕至〔20〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Co：0.006至0.009質量%。

〔22〕如〔1〕至〔17〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成進一步滿足1<Ag/Bi。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔23〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.0至2.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

〔24〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：1.5質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、及其餘部分為Sn。

〔25〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：1.8質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、及其餘部分為Sn。

〔26〕如〔1〕至〔17〕、〔22〕至〔25〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成進一步滿足1.2≦Ag/Bi≦3.0。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔27〕如〔1〕至〔17〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成進一步滿足Ag/Bi≦1。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔28〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：2.0質量%、Cu：0.8質量%、Bi：3.0至5.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

〔29〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至3.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：4.0質量%、Ni：0.04至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、及其餘部分為Sn。

〔30〕如〔1〕至〔17〕、〔27〕至〔29〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成進一步滿足0.3≦Ag/Bi≦0.7；

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔31〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：0.3至0.7質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、Co：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

〔32〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：0.5質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、Co：0.004至0.012質量%、及其餘部分為Sn。

〔33〕如〔18〕至〔21〕、〔31〕至〔32〕中任一項所述之焊料合金，其中，前述合金組成為Bi：0.3至1.0質量%，且

進一步滿足5≦Ag/Bi≦15。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔34〕一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至7.0質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.007至0.015質量%、及其餘部分為Sn。

〔35〕如〔34〕所述之焊料合金，其中，前述合金組成更含有Co：0.001至0.1質量%。

〔36〕如〔34〕或〔35〕所述之焊料合金，係進一步滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017。

Ni、Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔37〕如〔34〕至〔36〕中任一項所述之焊料合金，係進一步滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120。

Cu、Ni、Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

〔38〕一種焊料球，係包含〔1〕至〔37〕中任一項所述之焊料合金。

〔39〕如〔38〕所述之焊料球，其平均粒徑為1至1000μm。

〔40〕如〔38〕或〔39〕所述之焊料球，其真球度為0.95以上。

〔41〕如〔38〕至〔40〕中任一項所述之焊料球，其真球度為0.99以上。

〔42〕一種球柵陣列(Ball Grid Array)，係使用〔38〕至〔41〕中任一項所述之焊料球所形成者。

〔43〕一種焊料接頭，係使用〔1〕至〔37〕中任一項所述之焊料合金而成者。

若依據本發明，可提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻之焊料合金、焊料球、及焊料接頭。

[用以實施發明之形態]

有關本發明之實施型態的焊料合金係熔點為230℃附近。

在有關本發明之實施型態的焊料合金中，主成分係熔點為232℃之Sn。有關本發明之實施型態的焊料合金係含有Sn以外之元素，熔點亦為230℃附近。

在此，所謂焊料合金之「熔點」係意指其焊料合金之固相線溫度以上液相線溫度以下的溫度。

所謂「230℃附近」係意指170至230℃。

所謂「焊料合金之熔點為230℃附近」係意指「焊料合金之固相線溫度為170至225℃，且焊料合金之液相線溫度為210至230℃」。

1.焊料合金之組成

本實施型態之焊料合金係具有合金組成並為無鉛且無銻，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.1至1.0質量%、Bi：0.1至9.0質量%、Ni：0.005至0.3質量%、Ge：0.001至0.015質量%、及其餘部分為Sn。

(1)Ag：1.0至4.0質量%

Ag係藉由在結晶粒界使微細之Ag₃Sn析出，以提昇焊料合金之強度的元素。

Ag之含量係以2.0質量%以上為更佳，以3.0質量%以上為再更佳。

Ag之含量係以3.5質量%以下為較佳。

Ag之含量為1.0至4.0質量%，且以1.0至3.5質量%為較佳，以2.0至3.5質量%為更佳，以3.0至3.5質量%為再更佳。

藉由Ag之含量為前述下限值以上，可使微細的Ag₃Sn充分析出。

藉由Ag之含量為上述上限值以下，可使粗大的Ag₃Sn之析出量降低。

或者，就其他的態樣而言，藉由Ag之含量為前述下限值以上，可提高焊接後之接合部的強度。

藉由Ag之含量為前述上限值以下，可提高焊接後之接合部的強度。

再者，藉由Ag之含量為3.5質量%以下，可更提高使粗大的Ag₃Sn之析出量降低的效果。

(2)Cu：0.1至1.0質量%

Cu為可抑制Cu侵蝕，以及提昇Cu₆Sn₅之析出量的元素。

Cu之含量係以0.5質量%以上為較佳，以0.7質量%以上為更佳，以0.75質量%以上為再更佳。

Cu之含量係以0.85質量%以下為較佳，以0.8質量%以下為更佳。

Cu之含量係0.1至1.0質量%，以0.5至0.85質量%為較佳，以0.7至0.8質量%為更佳，以0.75至0.8質量%為再更佳。

藉由Cu之含量為前述下限值以上，可抑制Cu侵蝕，以及使Cu₆Sn₅充分析出，並可降低脆的SnNi化合物之析出量。

藉由Cu之含量為前述上限值以下，可抑制液相線溫度之過度的上昇。

或者，就其他的態樣而言，再者，藉由Cu之含量為0.7質量%以上，可使在接合界面之金屬間化合物層的厚度變薄。

藉由Cu之含量為前述上限值以下，可使在接合界面之金屬間化合物層的厚度變薄。

藉由Cu之含量為0.7質量%以上，可提高焊接後之接合部的強度。

藉由Cu之含量為前述上限值以下，可提高焊接後之接合部的強度。

藉由Cu之含量為前述上限值以下，可提升潤濕性。

Cu之含量係以0.7至1.0質量%為較佳，以0.7至0.85質量%為更佳，以0.75至0.8質量%為再更佳。

(3)Bi：0.1至9.0質量%

Bi之含量係以0.2質量%以上為較佳，以0.5質量%以上為更佳，以1.0質量%以上為再更佳。

Bi之含量係以5.0質量%以下為較佳，以4.0質量%以下為更佳，以3.0質量%以下為再更佳。

Bi之含量係0.1至9.0質量%，以0.2至5.0質量%為較佳，以0.5至4.0質量%為更佳，以1.0至3.0質量%為再更佳。

藉由Bi之含量為前述下限值以上，可獲得最適於使用來作為BGA之焊料球的形態之機械性強度，亦可改善耐潛變性或潤濕性。再者，Bi因固熔於Sn，可使(Cu、Ni)₆Sn₅之結晶構造變形，抑制Cu侵蝕以及使Cu₆Sn₅充分析出，並可降低脆的SnNi化合物之析出量。

藉由Bi之含量為前述上限值以下，可抑制固相線溫度之過度的降低而使△T變窄。藉此，可抑制在接合界面之Bi的偏析，並可抑制機械性強度等之降低。

或者，就其他的態樣而言，藉由Bi之含量為前述下限值以上，可提高焊接後之接合部的強度。

再者，藉由Bi之含量為7.0質量%以下，可提高焊接後之接合部的強度。

藉由Bi之含量為前述下限值以上，可提升潤濕性。

Bi之含量係以0.1至7.0質量%為較佳，以0.2至5質量%為更佳，以0.5至4質量%為再更佳。

(4)Ni：0.005至0.3質量%

Ni之含量係以0.02質量%以上為較佳，以0.03質量%以上為更佳，以0.04質量%以上為再更佳。

Ni之含量係以0.09質量%以下為較佳，以0.08質量%以下為更佳，以0.06質量%以下為再更佳。

Ni之含量係0.005至0.3質量%，以0.02至0.09質量%為較佳，以0.03至0.08質量%為更佳，以0.04至0.06質量%為再更佳。

藉由Ni之含量為前述下限值以上，與Cu同樣地可控制焊料合金之液相線溫度，以及抑制Ni侵蝕。

藉由Ni之含量為前述上限值以下，可抑制液相線溫度之過度的上昇。

或者，就其他的態樣而言，再者，藉由Ni之含量為0.04質量%以上，可使在接合界面之金屬間化合物層的厚度變薄。又，可提高焊接後之接合部的強度。

再者，藉由Ni之含量為0.095質量%以下，可使在接合界面之金屬間化合物層之厚度變薄。又，可提高焊接後之接合部的強度。

Ni之含量係以0.04至0.095質量%為較佳，以0.04至0.08質量%為更佳，以0.05至0.07質量%為再更佳。

(5)Ge：0.001至0.015質量%

Ge之含量係以0.002質量%以上為較佳，以0.003質量%以上為更佳。

Ge之含量係以0.012質量%以下為較佳，以0.01質量%以下為更佳，以0.009質量%以下為再更佳。

Ge之含量係0.001至0.015質量%，以0.002至0.012質量%為較佳，以0.003至0.01質量%為更佳，以0.003至0.009質量%為再更佳。

藉由Ge之含量為前述下限值以上，可抑制經氧化之Sn的生成，可使(Cu、Ni)₆Sn₅之化合物之結晶構造變形，而抑制在化合物中之Ni的移動，因阻礙Ni移動至焊料合金，故可抑制Ni侵蝕。

藉由Ge之含量為前述上限值以下，可抑制液相線溫度之過度的上昇。

或者，就其他的態樣而言，再者，藉由Ge之含量為0.007質量%以上，可抑制合金之變色。

藉由Ge之含量為上述上限值以下，可提升潤濕性。又，可提高焊接後之接合部的強度。

Ge之含量係以0.007至0.015質量%為較佳，以0.007至0.012質量%為更佳，以0.007至0.009質量%為再更佳。

(6)Co：0.001至0.1質量%

本實施型態之焊料合金可含有Co。

Co之含量係以0.001質量%以上為較佳，以0.002質量%以上為更佳，以0.004質量%以上為再更佳，以0.006質量%以上為特別佳。

Co之含量係以0.1質量%以下為較佳，以0.015質量%以下為更佳，以0.012質量%以下為再更佳，以0.009質量%以下為特別佳。

Co之含量係以0.001至0.1質量%為較佳，以0.002至0.015質量%為更佳，以0.004至0.012質量%為再更佳，以0.006至0.009質量%為特別佳。

藉由Co之含量為前述範圍內，可提昇拉伸強度，並提昇延伸率、帕松比、線膨脹係數。

(7)其餘部分：Sn

本實施型態之焊料合金的其餘部分為Sn。除了前述之元素以外，亦可含有不可避免的雜質。即使含有不可避免的雜質時，亦不會對前述之效果造成影響。不可避免的雜質之具體例可列舉As或Cd。又，本發明為無鉛且無銻，但並非排除作為不可避免的雜質之Pb或Sb的含有。

(8)Ag/Bi

在Ag/Bi所示的比中，Ag及Bi係分別表示在合金組成之含量(質量%)。

本實施型態之焊料合金不含有Co時，本實施型態之焊料合金係以滿足0.3≦Ag/Bi≦3.0為較佳。藉由Ag/Bi為上述範圍內，可提升拉伸強度。

本實施型態之焊料合金不含有Co時，可為Ag/Bi≦1。此時，藉由為0.3≦Ag/Bi≦0.7，可更提昇拉伸強度。

本實施型態之焊料合金不含有Co時，可為1<Ag/Bi。此時，藉由為1.2≦Ag/Bi≦3.0，可降低△T，以及提昇拉伸強度。

本實施型態之焊料合金含有Co時，以滿足5≦Ag/Bi≦15為較佳。藉由Ag/Bi為上述範圍內，△T會被降低，且拉伸強度為50MPa以上，可提昇延伸率、帕松比、線膨脹係數。

(9)液相線溫度與固相線溫度之差(△T)

本實施型態之焊料合金若△T為預定之範圍內，固液共存區域會變窄，就可抑制熔融焊料之黏度上昇，並抑制在接合界面之Bi的偏析而抑制機械性強度之降低之點，為較佳。

本實施型態之焊料合金的固相線溫度為170至225℃，以172至223℃為較佳，以174至221℃為更佳，以176至219℃為再更佳。

本實施型態之焊料合金的液相線溫度係210至230℃，以212至230℃為較佳，以212至228℃為更佳，以214至226℃為再更佳。

△T係以50℃以下為較佳，以45℃以下為更佳，以40℃以下為再更佳，以30℃以下為特別佳，以15℃以下為最佳。△T之下限值並無特別限定，但例如可為1℃。

(10)Ni/(Ag+Bi)

在此處之比中，Ni、Ag及Bi係分別表示在合金組成之含量(質量%)。

Ni/(Ag+Bi)係以Ag及Bi之合計除以Ni者。

本實施型態之焊料合金係以Ni/(Ag+Bi)超過0.007為較佳。藉由為0.007<Ni/(Ag+Bi)，可抑制金屬間化合物之粗大化，以及抑制固相線溫度之過度的降低。

本實施型態之焊料合金係以Ni/(Ag+Bi)未達0.017為較佳。藉由為Ni/(Ag+Bi)<0.017，可抑制液相線溫度之過度的上昇。藉此，可使潤濕性設為充分者。

本實施型態之焊料合金係以滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017為較佳。

(11)(Cu/Ni)×(Ag+Bi)

在此處之比中，Cu、Ni、Ag及Bi係分別表示在合金組成之含量(質量%)。

(Cu/Ni)×(Ag+Bi)係對於將Cu除以Ni之值，乘以Ag及Bi之合計而得者。

本實施型態之焊料合金係以(Cu/Ni)×(Ag+Bi)超過46為較佳。藉由為46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)，可抑制液相線溫度之過度的上昇。藉此，可使潤濕性設為充分者。

本實施型態之焊料合金係以(Cu/Ni)×(Ag+Bi)未達120為較佳。藉由為(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120，可抑制金屬間化合物之粗大化，以及抑制固相線溫度之過度的降低。

本實施型態之焊料合金係以滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120為較佳。本實施型態之焊料合金可為滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<110之組成，亦可為滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<100之組成。

在以上所說明之實施型態的焊料合金中，藉由具有包含Ag、Cu、Bi、Ni、Ge及Sn的特定之合金組成，可提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻的焊料合金。

又，以上所說明之實施型態的焊料合金可藉由將Ag、Bi之含量設為預定之範圍內，而降低△T。

以上所說明之焊料合金含有Co的實施型態時，藉由將Co之含量調整至預定之範圍，可降低△T，並提昇焊料合金之延伸率、帕松比、線膨脹係數。

本實施型態之焊料合金係例如可列舉下列之第1至第5實施型態。

<第1實施型態>

第1施形態之焊料合金係具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，且1<Ag/Bi，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.1至1.0質量%、Bi：0.1至9.0質量%、Ni：0.005至0.3質量%、Ge：0.001至0.015質量%、及其餘部分為Sn。

Ag、Cu、Bi、Ni、Ge之含量可分別為上述者。

在此處之比中，Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.0至2.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：1.5質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：1.8質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.5至3.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.003質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：2.0質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.002至0.004質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：2.5質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.002至0.004質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金係以滿足1.2≦Ag/Bi≦3.0為較佳，以滿足1.3≦Ag/Bi≦1.9為更佳。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

藉由Ag/Bi為上述範圍內，可降低△T，以及提昇拉伸強度。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該焊料合金包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.5質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.8質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：2.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.003質量%、及其餘部分為Sn。

第1實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：2.5質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.003質量%、及其餘部分為Sn。

在第1實施型態之焊料合金中，藉由具有包含Ag、Cu、Bi、Ni、Ge及Sn的特定之合金組成，可提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻的焊料合金。

第1實施型態之焊料合金係不僅可適用於BGA，亦可適用於晶粒黏合。

第1實施型態之焊料合金為1<Ag/Bi。

第1實施型態之實施型態的焊料合金可藉由將Ag、Bi之含量設為預定之範圍內，而降低△T。

第1實施型態之焊料合金係以固相線溫度以208至223℃為較佳，以210至221℃為更佳，以212至219℃為再更佳。

第1實施型態之焊料合金係液相線溫度以213至227℃為較佳，以215至225℃為更佳，以217至223℃為再更佳。

第1實施型態之焊料合金之△T以10℃以下為較佳，以8℃以下為更佳，以7℃以下為再更佳。△T之下限值並無特別限定，但例如可為1℃。

第1實施型態之焊料合金係以1.2≦Ag/Bi≦3.0為較佳，以1.3≦Ag/Bi≦1.9為更佳。在第1實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，可容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

或者，就其他的態樣而言，第1實施型態之焊料合金係以1.0≦Ag/Bi≦50.0為較佳，以1.0≦Ag/Bi≦3.0為更佳，以1.5≦Ag/Bi≦3.0為再更佳。在第1實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及提昇拉伸強度。

或者，就其他的態樣而言，第1實施型態之焊料合金係以10.0≦Ag/Bi≦50.0為較佳，以20.0≦Ag/Bi≦40.0為更佳。在第1實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

<第2實施型態>

第2施形態之焊料合金係具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，且為滿足Ag/Bi≦1者，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.1至1.0質量%、Bi：0.1至9.0質量%、Ni：0.005至0.3質量%、Ge：0.001至0.015質量%、及其餘部分為Sn。

Ag、Cu、Bi、Ni、Ge之含量可分別為上述者。

第2實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：2.0質量%、Cu：0.8質量%、Bi：3.0至5.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

第2實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：1.0至3.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：4.0質量%、Ni：0.04至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、及其餘部分為Sn。

第2實施型態之焊料合金係以滿足0.3≦Ag/Bi≦0.7為較佳。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

藉由Ag/Bi為上述範圍內，可更提昇拉伸強度。

第2實施型態之焊料合金較佳係具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：2.0質量%、Cu：0.8質量%、Bi：4.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

在第2實施型態之焊料合金中，藉由具有包含Ag、Cu、Bi、Ni、Ge及Sn的特定之合金組成，可提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻的焊料合金。

第2實施型態之焊料合金係不僅可適用於BGA，亦可適用於晶粒黏合。

第2實施型態之焊料合金為Ag/Bi≦1。

第2實施型態之實施型態的焊料合金可藉由將Ag、Bi之含量設為預定之範圍內，而降低△T。

第2實施型態之焊料合金之固相線溫度以175至220℃為較佳，以175至218℃為更佳，以176至216℃為再更佳。

第2實施型態之焊料合金係液相線溫度為210至230℃，以211至229℃為較佳，以213至227℃為更佳。

第2實施型態之焊料合金之△T係以50℃以下較佳，以45℃以下為更佳，以40℃以下為再更佳。△T之下限值並無特別限定，但例如可為1℃。

第2實施型態之焊料合金係以0.3≦Ag/Bi≦0.7為較佳。在第2實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

或者，就其他的態樣而言，第2實施型態之焊料合金係以0.1≦Ag/Bi≦0.8為較佳，以0.15≦Ag/Bi≦0.7為更佳，以0.2≦Ag/Bi≦0.6為再更佳。在第2實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

第1實施型態之焊料合金係比第2實施型態之焊料合金，更可抑制固相線溫度之降低。

第1實施型態之焊料合金係比第2實施型態之焊料合金，更可降低△T。

第2實施型態之焊料合金係比第1實施型態之焊料合金，更可提昇拉伸強度。

<第3實施型態>

第3實施型態之焊料合金係具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.1至1.0質量%、Bi：0.1至9.0質量%、Ni：0.005至0.3質量%、Ge：0.001至0.015質量%、Co：0.001至0.1質量%、及其餘部分為Sn。

Ag、Cu、Bi、Ni、Ge、Co之含量係分別可為上述者。

第3實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：0.3至0.7質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、Co：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

第3實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：0.5質量%、Ni：0.03至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、Co：0.004至0.012質量%、及其餘部分為Sn。

第3實施型態之焊料合金較佳係Bi：0.3至1.0質量%，並且滿足5≦Ag/Bi≦15。

Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。

Ag/Bi為上述範圍內，藉由將Co之含量調整至預定之範圍，可降低△T，並提昇拉伸強度、延伸率、帕松比、線膨脹係數。

第3實施型態之焊料合金較佳係具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：0.5質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、Co：0.008質量%、及其餘部分為Sn。

第3實施型態之焊料合金之Co之含量為0.001至0.1質量%。

在第3實施型態之焊料合金中，藉由具有包含Ag、Cu、Bi、Ni、Ge、Co及Sn的特定之合金組成，可提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻的焊料合金。

第3實施型態之焊料合金係不僅可適用於BGA，亦可適用於晶粒黏合。

第3實施型態之焊料合金之固相線溫度以212至222℃為較佳，以214至220℃為更佳，以216至218℃為再更佳。

第3實施型態之焊料合金之液相線溫度以216至226℃為較佳，以218至224℃為更佳，以220至222℃為再更佳。

第3實施型態之焊料合金之△T以10℃以下為較佳，以8℃以下為更佳，以7℃以下為再更佳。△T之下限值並無特別限定，但例如可為1℃。

第3實施型態之焊料合金係以5≦Ag/Bi≦15為較佳。在第3實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。又，在第3實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，可提升延伸率、帕松比、線膨脹係數。

或者，就其他的態樣而言，第3實施型態之焊料合金係以0.2≦Ag/Bi≦15.0為較佳，以0.3≦Ag/Bi≦3.0為更佳，以0.5≦Ag/Bi≦2.0為再更佳，以0.6≦Ag/Bi≦1.0為特別佳。在第3實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

第3實施型態之焊料合金之固相線溫度以200至223℃為較佳，以202至221℃為更佳，以204至219℃為再更佳。

第3實施型態之焊料合金之液相線溫度以210至227℃為較佳，以211至225℃為更佳，以213至223℃為更佳。

第3實施型態之焊料合金之△T以30℃以下為較佳，以20℃以下為更佳，以15℃以下為再更佳。△T之下限值並無特別限定，但例如可為1℃。

<第4實施型態>

第4實施型態之焊料合金係具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至7.0質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.007至0.015質量%、及其餘部分為Sn。

Ag、Cu、Bi、Ni、Ge之含量可分別為上述者。

第4實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.0至3.5質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：1.0至 2.0質量%、Ni：0.040至0.060質量%、Ge：0.007至0.010質量%、及其餘部分為Sn。

或者，第4實施型態之焊料合金可為具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：1.5至2.5質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：3.0至5.0質量%、Ni：0.060至0.080質量%、Ge：0.007至0.010質量%、及其餘部分為Sn。

在第4實施型態之焊料合金中，藉由具有包含Ag、Cu、Bi、Ni、Ge及Sn的特定之合金組成，可提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻之焊料合金。

第4實施型態之焊料合金係不僅適用於BGA，亦可適用於晶粒黏合。

第4實施型態之焊料合金係以0.3≦Ag/Bi≦3.0為較佳，以1.2≦Ag/Bi≦3.0為更佳，以1.3≦Ag/Bi≦1.9為再更佳。

在第4實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

或者，第4實施型態之焊料合金係以0.3≦Ag/Bi≦3.0為較佳，以0.3≦Ag/Bi≦0.7為更佳。

第4實施型態之焊料合金係再者，發揮如下所述之效果。

第4實施型態之焊料合金可使在接合界面之金屬間化合物層的厚度變薄。

又，第4實施型態之焊料合金可使微細的Ag₃Sn充分析出，且可使粗大的Ag₃Sn之析出量降低。

又，第4實施型態之焊料合金可抑制合金之變色。

又，第4實施型態之焊料合金可提高焊接後之接合部的強度。

第4實施型態之焊料合金係以Ni/(Ag+Bi)超過0.007為較佳。藉由為0.007<Ni/(Ag+Bi)，可抑制金屬間化合物之粗大化，以及抑制固相線溫度之過度的降低。

第4實施型態之焊料合金係以Ni/(Ag+Bi)未達0.017為較佳。藉由為Ni/(Ag+Bi)<0.017，可抑制液相線溫度之過度的上昇。藉此，可使潤濕性為充分者。

第4實施型態之焊料合金係以滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017為較佳。

Ni、Ag及Bi係分別表示在合金組成之含量(質量%)。

第4實施型態之焊料合金係以(Cu/Ni)×(Ag+Bi)超過46為較佳。藉由為46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)，可抑制液相線溫度之過度的上昇。藉此，可使潤濕性為充分者。

第4實施型態之焊料合金係以(Cu/Ni)×(Ag+Bi)未達120為較佳。藉由為(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120，可抑制金屬間化合物之粗大化，以及抑制固相線溫度之過度的降低。

第4實施型態之焊料合金係以滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120為較佳。第4實施型態之焊料合金可為滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<110之組成，亦可為滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<100之組成。

第4實施型態之焊料合金係以1.0≦Ag/Bi≦50.0為較佳，以1.0≦Ag/Bi≦3.0為更佳，以1.5≦Ag/Bi≦3.0為再更佳。在第4實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

或者，就其他的態樣而言，第4實施型態之焊料合金係以10.0≦Ag/Bi≦50.0為較佳，以20.0≦Ag/Bi≦40.0為更佳。在第4實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

或者，第4實施型態之焊料合金係以0.1≦Ag/Bi≦0.8為較佳，以0.15≦Ag/Bi≦0.7為更佳，以0.2≦Ag/Bi≦0.6為再更佳。在第4實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

第4實施型態之焊料合金之固相線溫度為170至225℃，以172至223℃為較佳，以174至221℃為更佳，以176至219℃為再更佳。

第4實施型態之焊料合金之液相線溫度為210至230℃，以212至230℃為較佳，以212至228℃為更佳，以214至226℃為再更佳。

△T係以50℃以下為較佳，以45℃以下為更佳，以40℃以下為再更佳。△T之下限值並無特別限定，但例如可為1℃。

<第5實施型態>

第5實施型態之焊料合金係具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至7.0質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.007至0.015質量%、Co：0.001至0.1質量%、及其餘部分為Sn。

Ag、Cu、Bi、Ni、Ge、Co之含量係分別可為上述者。

第5實施型態之焊料合金可具有合金組成並為無鉛且無銻之焊料合金，該合金組成包含Ag：3.0至3.5質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.3至0.7 質量%、Ni：0.040至0.060質量%、Ge：0.007至0.010質量%、Co：0.005至0.010質量%、及其餘部分為Sn。

在第5實施型態之焊料合金中，藉由具有包含Ag、Cu、Bi、Ni、Ge、Co及Sn的特定之合金組成，可提供一種熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻之焊料合金。

第5實施型態之焊料合金係不僅可適用於BGA，亦可適用於晶粒黏合。

第5實施型態之焊料合金可提昇延伸率、帕松比、及線膨脹係數。

第5實施型態之焊料合金係以5≦Ag/Bi≦15為較佳。

在第5實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。又，容易提昇延伸率、帕松比、及線膨脹係數。

第5實施型態之焊料合金係再者，發揮如下列所述之效果。

第5實施型態之焊料合金可使在接合界面之金屬間化合物層的厚度變薄。

又，第5實施型態之焊料合金可使微細的Ag₃Sn充分析出，且可降低粗大的Ag₃Sn之析出量。

又，第5實施型態之焊料合金可抑制合金之變色。

又，第5實施型態之焊料合金可提高焊接後之接合部的強度。

第5實施型態之焊料合金係以Ni/(Ag+Bi)超過0.007為較佳。藉由為0.007<Ni/(Ag+Bi)，可抑制金屬間化合物之粗大化，以及抑制固相線溫度之過度的降低。

第5實施型態之焊料合金係以Ni/(Ag+Bi)未達0.017為較佳。藉由為Ni/(Ag+Bi)<0.017，可抑制液相線溫度之過度的上昇。藉此，可使潤濕性為充分者。

第5實施型態之焊料合金係以滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017為較佳。

Ni、Ag及Bi係分別表示在合金組成之含量(質量%)。

第5實施型態之焊料合金係以(Cu/Ni)×(Ag+Bi)超過46為較佳。藉由為46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)，可抑制液相線溫度之過度的上昇。藉此，可使潤濕性為充分者。

第5實施型態之焊料合金係以(Cu/Ni)×(Ag+Bi)未達120為較佳。藉由為(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120，可抑制金屬間化合物之粗大化，以及抑制固相線溫度之過度的降低。

第5實施型態之焊料合金係以滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120為較佳。第5實施型態之焊料合金可為滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<110之組成，亦可為滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<100之組成。

第5實施型態之焊料合金係以0.2≦Ag/Bi≦15.0為較佳，以5≦Ag/Bi≦15為更佳。在第5實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及提昇拉伸強度。又，在第5實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，可提昇延伸率、帕松比、線膨脹係數。

或者，第5實施型態之焊料合金係以0.2≦Ag/Bi≦15.0為較佳，以0.3≦Ag/Bi≦3.0為更佳，以0.5≦Ag/Bi≦2.0為再更佳，以0.6≦Ag/Bi≦1.0為特別佳。在第5實施型態之焊料合金中，藉由Ag/Bi之比為上述範圍內，容易降低△T，以及容易提昇拉伸強度。

第5實施型態之焊料合金之固相線溫度以200至223℃為較佳，以202至221℃為更佳，以204至219℃為再更佳。

第5實施型態之焊料合金係液相線溫度以210至227℃為較佳，以211至225℃為更佳，以213至223℃為更佳。

第5實施型態之焊料合金之△T以30℃以下為較佳，以20℃以下為更佳，以15℃以下為再更佳。△T之下限值並無特別限定，但例如可為1℃。

2.焊料球

以上所說明之實施型態的無鉛且無銻之焊料合金係最適於使用在BGA之焊料球的形態。

本實施型態之焊料球的真球度係以0.90以上為較佳，以0.95以上為更佳，以0.99以上為最佳。

真球度係例如可以最小平方中心法(LSC法)、最小區域中心法(MZC法)、最大內接中心法(MIC法)、最小外接中心法(MCC法)等各種的方法求得。

在本發明中，焊料球之真球度係使用利用最小區域中心法(MZC法)之CNC圖像測定系統(Mitsutoyo公司製之ULTRAQUICK VISION ULTRA QV350-PRO測定裝置)而進行測定。

在本發明中，所謂真球度係表示與真球之偏差，例如為將500個各焊料球之直徑除以長徑時所算出的算術平均值，值愈接近上限之1.00，表示愈近似真球。

本實施型態之焊料球使係用於BGA(球柵陣列)等之半導體封裝的電極或基板之凸塊形成。

有關本實施型態之焊料球的直徑係以1至1000μm之範圍內為較佳，更佳為50μm以上300μm。

焊料球可藉由一般的焊料球之製造方法進行製造。

在本實施型態之所謂直徑係指藉由Mitsutoyo公司製之ULTRAQUICK VISION ULTRA QV350-PRO測定裝置所測定的直徑。

3.焊料接頭

本實施型態之焊料接頭係適於使用在半導體封裝中之IC晶片與其基板(Interposer)之連接，或者，半導體封裝與印刷電路板之連接。

在此，有關本發明之所謂「焊料接頭」係使用上述之有關本發明的焊料合金而連接，且指IC晶片與基板之連接部，並包含電極之連接部或晶粒與基板之連接部。

4.其他

使用以上所說明之實施型態的焊料合金之接合方法係例如只要使用回焊法而依據常用方法實施即可。加熱溫度可依照晶片之耐熱性或焊料合金之液相線溫度而適當調整。從抑制晶片之熱損傷至較低的觀點而言，以240℃左右為較佳。進行熔流軟焊時之焊料合金的熔融溫度大概為可從液相線溫度至高20℃左右的溫度。

又，使用有關本實施型態之焊料合金而進行接合時，考量凝固時之冷卻速度者可使組織更微細化。例如，以2至3℃/s以上之冷卻速度冷卻焊料接頭。該其他的接合條件可依照焊料合金之合金組成而適當調整。

有關本發明之焊料合金可藉由使用低α射線量材作為其原材料以製造低α射線量合金。如此的低α射線量合金若使用於記憶體周邊之焊料凸塊的形成，可抑制軟性誤差(soft error)。

[實施例]

以下，藉由實施例說明本發明，但本發明並不受以下之實施例所限定。

依下列所示的組成合成實施例1至4之焊料合金。

對於各別之焊料合金，依據以下所示的方法進行測定。

(1)固相線溫度與液相線溫度之測定

固相線溫度與液相線溫度係使用熱機械分析裝置(EXSTAR 6000、Seiko Instruments公司)，以示差掃描熱量測定(DSC：Differential scanning calorimetry)所進行的方法測定。

固相線溫度之測定係依據JIS Z3198-1之方法進行。

液相線溫度之測定係以與JIS Z3198-1之固相線溫度的測定方法相同之以DSC所進行的方法實施。

(2)拉伸強度、延伸率之測定

使用萬能材料試驗機(Instron公司：5966)，對於平行部30mm、直徑8mm之試驗片，實施拉伸試驗，求出拉伸強度及延伸率。

(3)帕松比

使用SING AROUND式音速測定裝置(超音波工業公司：UVM-2)，對於1邊15mm之立方體狀的試驗片，測定帕松比。

(4)線膨脹係數

使用熱機械分析裝置(EXSTAR 6000、Seiko Instruments公司)，對於直徑8mm、長度15mm之試驗片，測定線膨脹係數。

(實施例1)

製造具有包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.5質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn的合金組成之焊料合金。

實施例1之焊料合金之固相線溫度為214℃，且液相線溫度為219℃，△T為5℃。

實施例1之焊料合金之拉伸強度為66.2MPa。

(實施例2)

製造具有包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.8質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn的合金組成之焊料合金。

實施例2之焊料合金之固相線溫度為213℃，液相線溫度為218℃，且△T為5℃。

實施例2之焊料合金之拉伸強度為69.9MPa。

(實施例3)

製造具有包含Ag：2.0質量%、Cu：0.75質量%、Bi：4.0質量%、Ni：0.07質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn的合金組成之焊料合金。

實施例3之焊料合金之固相線溫度為206℃，液相線溫度為219℃，且△T為13℃。

實施例3之焊料合金之拉伸強度為83.8MPa。

(實施例4)

製造具有包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：0.5質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、Co：0.008質量%、及其餘部分為Sn的合金組成之焊料合金。

實施例4之焊料合金之固相線溫度為217℃，液相線溫度為221℃，且△T為4℃。

實施例4之焊料合金之拉伸強度為55.5MPa。

實施例4之焊料合金之延伸率為33%。

實施例4之焊料合金之帕松比為0.35。

實施例4之焊料合金之線膨脹係數為21.5ppm/K。

(實施例5)

製造具有包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：2.0質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.003質量%、及其餘部分為Sn的合金組成之焊料合金。

實施例5之焊料合金之固相線溫度為212℃，液相線溫度為218℃，△T為6℃。

實施例5之焊料合金之拉伸強度為72.3MPa。

(實施例6)

製造具有包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：2.5質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.003質量%、及其餘部分為Sn的合金組成之焊料合金。

實施例6之焊料合金之固相線溫度為211℃，液相線溫度為216℃，且△T為5℃。

實施例6之焊料合金之拉伸強度為78.0MPa。

<焊料合金粉末之調製>

(試驗例A1至A15、試驗例B1至B16)

依下列之表1至5所示的組成調合試驗例之焊料合金粉末。

在JIS Z 3284-1：2014中之粉末大小的分類(表2)中，焊料合金粉末為滿足記號6之大小(粒度分布)。在該焊料合金粉末中，相對於焊料合金粉末整體之質量(100%)，粒徑為5至15μm之粉末的質量分率為80%以上。

試驗例A1至A12、試驗例A14係相當於第4實施型態。

試驗例A13、試驗例A15係對應第5實施型態。

試驗例B1至B16亦未對應第4實施型態及第5實施型態之任一者。

試驗例B3、試驗例B5至B6、試驗例B8至B9、試驗例B11至B16為本發明之範圍內。

試驗例B1至B2、試驗例B4、試驗例B7、試驗例B10係為本發明之範圍外。

使用上述所調製之焊料合金粉末，依據記載於下述之<評估>的評估方法，進行《金屬間化合物(IMC)層之厚度的評估》、《Ag₃Sn之大小的評估》、《耐變色之評估》、《潤濕性之評估》、及《焊料接合部之強度的評估》。將此等之結果表示於表1至2中。

<評估>

《金屬間化合物(IMC)層之厚度的評估》

使用各例之焊料合金粉末，製作直徑0.3mm之焊料球。

對於CSP用之模組基板(S/F：電解Ni/Au、大小12×12mm)，塗敷助焊劑(千住金屬工業股份有限公司製、WF-6400)後，搭載焊料球。

然後，進行回焊焊接(220℃以上、40秒、尖峰溫度245℃)。藉此，獲得附焊料球電極的CSP。

又，對於玻璃環氧基板(FR-4、大小30×120mm、厚度0.8mm)，使用焊膏印刷電極圖型(S/F：Cu-OSP)。焊膏所含的焊料合金粉末係Ag為3質量%、Cu為0.5質量%、其餘部分為Sn之焊料合金。

然後，使用上述之附焊料球電極的CSP、及印刷後玻璃環氧基板，進行回焊焊接(220℃以上、40秒、尖峰溫度245℃)，藉此製作評估基板。

對於焊接後之評估基板，使用電場釋放型掃描電子顯微鏡(日本電子股份有限公司製：JSM-7000F)，實施剖面觀察。觀察部位為CSP側之接合界面的IMC。IMC厚度之測定係藉由圖像處理軟體(Olympus公司製：Scandium)來進行。

將試驗例A1至A15、試驗例B1至B16之評估結果表示於表1至2中。

判定基準：

A：IMC層之厚度為未達1.4μm。

B：IMC層之厚度為1.4μm以上。

《Ag₃Sn之大小的評估》

使用各試驗例之焊料合金粉末，製作直徑0.3mm之焊料球。

將助焊劑(千住金屬工業股份有限公司製：WF-6317)塗敷於電極上(S/F：Cu-OSP)之後，搭載所得到的焊料球。

使用回焊裝置(千住金屬工業股份有限公司製：SNR-615)，進行回焊焊接(尖峰溫度245℃、冷卻速度2℃/s)。

對於焊接後之試料，使用電場釋放型掃描電子顯微鏡(日本電子股份有限公司製：JSM-7000F)，實施剖面觀察。

將試驗例A1至A15、試驗例B1至B16之評估結果表示於表1至2中。

判定基準：

A：Ag₃Sn之最大長度為未達5μm。

B：Ag₃Sn之最大長度為5μm以上且未達90μm。

C：Ag₃Sn之最大長度為90μm以上。

《耐變色之評估》

使用各例之焊料合金粉末，製作直徑0.3mm之焊料球。

在高加速壽命試驗裝置(HAST腔室、ESPEC股份有限公司：EHS-211M)內靜置上述焊料球。

設定於125℃/100%RH，在4小時後，以目視確認有無焊料球之變色。

將試驗例A1至A15、試驗例B1至B16之評估結果表示於表1至2中。

判定基準：

A：焊料球未產生變色。

B：焊料球產生變色。

《潤濕性之評估》

使用各例之焊料合金粉末，製作直徑0.3mm之焊料球。

將助焊劑(千住金屬工業股份有限公司製：WF-6317)塗敷於基板(S/F：Cu-OSP)之後，搭載所得到的焊料球。

然後，進行回焊焊接(220℃以上、40秒、尖峰溫度245℃)。

在回焊後，使用Digital microscope(Keyence股份有限公司製：VHX-6000)，測定潤濕展開的長度。

將試驗例A1至A15、試驗例B1至B16之評估結果表示於表1至2中。

判定基準：

A：潤濕展開長度為1000μm以上。

B：潤濕展開長度為未達1000μm。

《焊料接合部之強度的評估》

使用各例之焊料合金粉末製作直徑0.76mm之焊料球。

對於經電解Ni/Au處理之基板上，塗敷助焊劑(千住金屬工業股份有限公司製：WF-6400)之後，在其上搭載焊料球。

然後，進行回焊焊接(220℃以上、40秒、尖峰溫度245℃)。

對於焊接後之試料，使用拉伸試驗機(Nordson advanced technology股份有限公司製：Dage4000HS)，以試驗速度：1000μm/s實施。試驗數係設為N=20。

將試驗例A1至A15、試驗例B1至B16之評估結果表示於表1至2中。

判定基準：

A：相對於全部試驗數，IMC層被破壞之試驗數的比例為50%以下。

B：相對於全部試驗數，IMC層被破壞之試驗數的比例為超過50%以上。

【表1】

【表2】

如表1所示，對應第4實施型態或第5實施型態之試驗例A1至A15係IMC層之厚度的評估為A。

又，Cu之含量為0.7至1.0質量%且Ni之含量為0.040至0.095質量%以下之試驗例B1至B2、試驗例B7至B16係IMC層之厚度的評估為A。

相對於此，Cu或Ni之含量為上述範圍外之試驗例B3至B6係IMC層之厚度的評估為B。

如表1所示，對應第4實施型態或第5實施型態之試驗例A1至A15係Ag₃Sn之大小的評估為A或B。

Ag之含量為3.5質量%以下之試驗例A1、試驗例A3至A14、試驗例B1、試驗例B3至B15係Ag₃Sn之大小的評估為A。

又，Ag之含量為4.0質量%之試驗例A2、試驗例B16係Ag₃Sn之大小的評估為B。

相對於此，Ag之含量為超過4.0質量%之試驗例B2係Ag₃Sn之大小的評估為C。

如表1所示，對應第4實施型態或第5實施型態之試驗例A1至A15係耐變色之評估為A。

又，Ge之含量為0.007質量%以上之試驗例B1至B8、試驗例B10至B12係耐變色之評估為A。

相對於此，Ge之含量為未達0.007質量%之試驗例B9、B13至B16係耐變色之評估為B。

如表1所示，對應第4實施型態或第5實施型態之試驗例A1至A15係潤濕性之評估為A。

又，試驗例B2至B3、B5、B8至B9係潤濕性之評估為A。

相對於此，為0.017≦Ni/(Ag+Bi)且為(Cu/Ni)×(Ag+Bi)≦46之試驗例B1、試驗例B6、試驗例B11至B13係潤濕性之評估為B。

又，Cu之含量為超過1.0質量%之試驗例B4係潤濕性之評估為B。

又，Bi之含量為未達0.1質量%之試驗例B7係潤濕性之評估為B。

又，Ge之含量為超過0.015質量%之試驗例B10係潤濕性之評估為B。

又，Ag或Bi之含量並不充分之試驗例B14係潤濕性之評估為B。

如表1所示，對應第4實施型態或第5實施型態之試驗例A1至A15係焊料接合部之強度的評估為A。

又，Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至7.0質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.015質量%以下之試驗例B1至B8、試驗例B9、試驗例B11至B16係焊料接合部之強度的評估為A。

相對於此，Ag之含量為上述範圍外之試驗例B1、B2係焊料接合部之強度的評估為B。

又，Cu之含量為上述範圍外之試驗例B3、B4係焊料接合部之強度的評估為B。

又，Ni之含量為上述範圍外之試驗例B5、B6係焊料接合部之強度的評估為B。

又，Bi之含量為預定之範圍外的試驗例B7、B8係焊料接合部之強度的評估為B。

又，Ge之含量為超過0.015質量%之試驗例B10係焊料接合部之強度的評估為B。

如以上所示，第4實施型態及第5實施型態之焊料合金係發揮以下之效果。

前述焊料合金可使在接合界面之金屬間化合物層的厚度變薄。

又，前述焊料合金可使微細的Ag₃Sn充分析出，且可使粗大的Ag₃Sn之析出量降低。

又，第5實施型態之焊料合金可抑制合金之變色。

又，第5實施型態之焊料合金可提高焊接後之接合部的強度。

前述焊料合金可提昇潤濕性。

又，使用上述所調製之焊料合金粉末，依據上述之「(1)固相線溫度與液相線溫度之測定」之順序，測定固相線溫度與液相線溫度。又，使用在上述所調製之焊料合金粉末，依據「(2)拉伸強度、延伸率之測定」記載之順序，測定拉伸強度。將測定結果表示於表3至4中。

試驗例A1至A15係熔點為230℃附近，且拉伸強度為50MPa以上。

【表3】

【表4】

[產業上之利用可能性]

若依據本發明，可提供一種熔點為230℃附近且拉伸強度為50MPa以上之無鉛且無銻之焊料合金、焊料球、及焊料接頭。該焊料合金、焊料球、及焊料接頭可適合使用於QFP。

Claims

一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.5質量%、Cu：0.8質量%、Bi：1.0至1.8質量%、Ni：0.05質量%、Ge：0.008質量%、及其餘部分為Sn。
一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至3.0質量%、Cu：0.7至0.9質量%、Bi：4.0質量%、Ni：0.04至0.08質量%、Ge：0.006至0.009質量%、及其餘部分為Sn，且滿足0.1≦Ag/Bi≦0.6。
一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至7.0質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.007至0.015質量%、及其餘部分為Sn，且滿足0.1≦Ag/Bi≦0.6。
一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.5至2.5質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：3.0至5.0質量%、Ni：0.060至0.080質量%、Ge：0.007至0.010質量%、及其餘部分為Sn。
一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至1.8質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.007至0.015質量%、及其餘部分為Sn，前述合金組成滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017，前述合金組成滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120；Cu、Ni、Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。
如請求項1至4中任一項所述之焊料合金，係進一步滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017； Ni、Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。
如請求項1至4中任一項所述之焊料合金，係進一步滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120；Cu、Ni、Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。
一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至7.0質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.007至0.015質量%、Co：0.001至0.1質量%、及其餘部分為Sn，前述合金組成滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017，前述合金組成滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120；Cu、Ni、Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。
一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：3.0至3.5質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.3至0.7質量%、Ni：0.040至0.060質量%、Ge：0.007至0.010質量%、Co：0.005至0.010質量%、及其餘部分為Sn，前述合金組成滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017，前述合金組成滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120；Cu、Ni、Ag及Bi係分別表示在前述合金組成之含量(質量%)。
一種無鉛且無銻之焊料合金，其具有合金組成，該合金組成包含Ag：1.0至4.0質量%、Cu：0.7至1.0質量%、Bi：0.1至7.0質量%、Ni：0.040至0.095質量%、Ge：0.007至0.015質量%、Co：0.001至0.1質量%、及其餘部分為Sn，前述合金組成滿足0.007<Ni/(Ag+Bi)<0.017，前述合金組成滿足46<(Cu/Ni)×(Ag+Bi)<120，前述合金組成滿足5≦Ag/Bi≦15。
一種焊料球，係包含請求項1至5及8至10中任一項所述之焊料合金。
如請求項11所述之焊料球，其平均粒徑為1至1000μm。
如請求項11所述之焊料球，其真球度為0.95以上。
如請求項13所述之焊料球，其真球度為0.99以上。
一種球柵陣列(Ball Grid Array)，係使用請求項11所述之焊料球所形成者。
一種焊料接頭，係使用請求項1至5及8至10中任一項所述之焊料合金而成者。