WO1999030866A1

WO1999030866A1 - Pb-FREE SOLDER-CONNECTED STRUCTURE AND ELECTRONIC DEVICE

Info

Publication number: WO1999030866A1
Application number: PCT/JP1998/005565
Authority: WO
Inventors: Hanae Shimokawa; Tasao Soga; Hiroaki Okudaira; Toshiharu Ishida; Tetsuya Nakatsuka; Yoshiharu Inaba; Asao Nishimura
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 1999-06-24
Also published as: CN1298051C; US6960396B2; EP1275463A2; US20020163085A1; CN1897789A; US7013564B2; CN1282286A; CN1505137A; EP2140963B1; EP1681131A1; EP2140963A1; US8503189B2; US8907475B2; CA2314116C; US20130286621A1; EP1275463A3; KR20010033137A; CA2314116A1; TW408468B; DE69841511D1

Description

明細書

P bフリーはんだ接続構造体および電子機器

技術分野

本発明は、リードフレーム等の電極に対して毒性の少ない P bフリーはんだ合金を用いて適するように接続する P bフリーはんだ接続構造体およびこれを用いた電子機器に関するものである。

背景技術

従来、有機基板等の回路基板に L S I等の電子部品を接続して電子回路基板を製造するには、 S n— P b共晶はんだ、及びこの S n - P b共晶はんだ近傍で、融点も類似な S n— P bはんだ、或いは、これらに少量の B iや A gを添加したはんだ合金が用いられている。これらのはんだには、 P bが約 4 0重量％含まれている。いずれのこれらのはんだ合金も、融点はほぼ 1 8 3 °Cであり、 2 2 0〜 2 4 0 °Cでのはんだ付けが可能である。

また、はんだ付けされる Q F P (Quad Flat Package) 一 L S I等の電子部品の電極は、 F e— N i系合金である 4 2ァロイ表面に 9 0重量 % S n - 1 0重量％ P b (以下 S n— 1 0 P bと略す）層をめつき等で施した電極が一般的に用いられている。これは、はんだぬれ性が良好であり、且つ保存性が良く、ゥイスカーの発生の問題がないためである。しかし、上記の S n - P b系はんだ中に含まれている P bは人体に有毒な重金属であり、 P bを含む製品を廃棄することによる地球環境の汚染、生物への悪影響が問題となっている。この電気製品による地球環境の汚染は、野ざらしに放置された P bを含む電気製品から、雨等によつて P bが溶出することによって起こる。 P bの溶出は、最近の酸性雨によって加速される傾向にある。従って、環境汚染を低減するためには、大量に使用されている上記の S n— P b共晶系はんだの代替として P b を含まない低毒性の P bフリーはんだ材料、及び部品電極上で使用されている S n— 1 0 P b層の代替材料として P bを含まない部品電極構造が必要である。 P bフリーはんだ材料としては低毒性、材料供給性、コスト、ぬれ性、機械的性質、接続信頼性等と観点から S n — A g — B i 系はんだが有力候補となっている。また、はんだ付けにおいては、通常、 2 2 0〜 2 4 0 °C付近に加熱し、部品、基板の電極とはんだとの間に化合物を生成させることによって、接続を行っている。従って、形成される界面は、はんだ材料と部品側の電極材料の組み合わせによって異なるため、安定な接続界面を得るためには、そのはんだに適する電極材料が必要である。

本発明の目的は、リードフレーム等の電極に対して毒性の少ない S n — A g — B i系の P bフリ一はんだ合金を用いて十分な接続強度を有し、且つ安定な接続界面が得られるようにした P bフリーはんだ接続構造体を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、毒性の少ない S n— A g— B i系の P b フリーはんだ合金を用いて、電子部品、基板間の熱膨張係数の差、はんだ付け後の割基板作業、或いはプロ一ビングテスト時の基板の反り、ハンドリング等によってはんだ接続部に発生する応力に耐え得る十分な接続強度を有し、且つ経時的にも安定な界面を得ることができるようにした電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、毒性の少ない S n - A g - B i系の P b フリーはんだ合金を用いて、十分なぬれ性を確保して十分な接続強度を有し、また耐ゥイスカー性等も確保できるようにした P bフリーはんだ接続構造体および電子機器を提供することにある。発明の開示

上記目的を達成するために、本発明は、 S n—Ag— B i系の P bフリ一はんだを S n— B i系層を介して電極に接続したことを特徴とする P bフリーはんだ接続構造体である。

また、本発明は、前記 P bフリーはんだ接続構造体における S n— B i系層中の B i量は、 1〜20重量％であることを特徴とする。

また、本発明は、前記 P bフリーはんだ接続構造体において、前記 S n -B i系層と前記電極との間に C u層を有することを特徴とする。また、本発明は、前記 P bフリーはんだ接続構造体において、前記電極が C u材で形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記 P bフリーはんだ接続構造体における電極は、 F e— N i系合金または C u系のリ一ドであることを特徴とする。

また、本発明は、前記 P bフリーはんだ接続構造体における S n_ A g - B i系の P bフリーはんだは、 S nを主成分として、 B i力 5〜2 5重量％、八₈が1. 5〜3重量％、 C uが 0〜： [重量％を含有することを特徴とする。

また、本発明は、電子部品に形成された第 1の電極と、回路基板に形成された第 2の電極とを電気的に接続する電子機器であって、前記第 1 の電極に S n _B i系層を施し、該 S n— B i系層を施した第 1の電極と前記第 2の電極とを S n— Ag— B i系の P bフリーはんだで接続したことを特徴とする電子機器である。

また、本発明は、前記電子機器における S n— B i系層中の B i量は、 1〜20重量％であることを特徴とする。

また、本発明は、前記電子機器において、前記 S n— B i系層と第 1 の電極との間に C u層を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記電子機器において、前記 S n— B i系層の第 1 の電極側が C u材であることを特徴とする。また、本発明は、前記電子機器における第 1の電極は、 F e—N i系合金または C u系のリードであることを特徴とする。

また、本発明は、前記電子機器における S n-Ag-B i系の P bフリーはんだは、 S nを主成分として、 8 〗が5〜25重量％、八 ₈が1. 5〜3重量％、 C uが 0〜 1重量％を含有することを特徴とする。

また、本発明は、電極に接続される P bフリーはんだとして、 S nを主成分として、 B i力、' 5〜25重量％、八 ₈が1. 5〜3重量％、 C u が 0〜 1重量％を含有する S n— A g— B i系であることを特徴とする P bフリーはんだ接続構造体である。

以上説明したように、前記構成によれば、リードフレーム等の電極に対して毒性の少ない S n -Ag-B i系の P bフリ一はんだ合金を用いて十分な接続強度を有し、且つ安定な接続界面を得ることができる。また、前記構成によれば、毒性の少ない S n— Ag— B i系の P bフリ一はんだ合金を用いて、電子部品、基板間の熱膨張係数の差、はんだ付け後の割基板作業、或いはプロ一ビングテスト時の基板の反り、ハンドリング等によってはんだ接続部に発生する応力に耐え得る十分な接続強度を有し、且つ経時的にも安定な界面を得ることができる。

また、前記構成によれば、毒性の少ない S n -Ag-B i系の P bフリ一はんだ合金を用いて、例えば 220〜240°Cでの十分なぬれ性を確保して十分なフィレツトを形成して十分な接続強度を有し、また耐ゥィスカー性等も確保することができる。図面の簡単な説明

図 1は本発明に係る Q F P— L S I用のリードの断面構造を示す図である。図 2は本発明に係る T SOP用のリードの断面構造を示す図である。図 3は接続強度評価試験方法についての概略説明図である。図 4は本発明に係る各種メタライズリ一ドのフィレツト部強度についての評価結果を示す図である。図 5は本発明に係る各種メタライズリードのぬれ時間についての評価結果を示す図である。図 6は本発明に係る各種メ夕ライズリ一ドのぬれ荷重についての評価結果を示す図である。図 7は本発明に係る C u層を形成した場合のフィレツ卜部強度についての評価結果を示す図である。図 8は本発明に係る C u層を形成した場合のフラット部強度についての評価結果を示す図である。図 9は従来の F e - N i 合金（42ァロイ）に S n— 1 0 P bめっきを施したリードとの界面の観察結果を示す図で、（a) は断面を示す図、（b) は剥離部を、リード側とはんだ側とについて示す図である。図 1 0は本発明に係る F e— N i合金（42ァロイ）に S n— 4 B iめっきを施したリ一ドとの界面の観察結果を示す図で、（a) は断面を示す図、（b) は剥離部を、リード側とはんだ側とについて示す図である。図 1 1は本発明に係る F e — N i合金（42ァロイ）に C u層、その上に S n - 4 B iめっきを施したリードとの界面の観察結果を示す図で、（a) は断面を示す図、（ b) は剥離部を、リード側とはんだ側とについて示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明に係る実施の形態について説明する。

本発明に係る実施の形態は、半導体装置（L S I ) などの電子部品に形成された QF P形リードゃ T SOP形リード等で形成された第 1の電極と回路基板に形成された第 2の電極との間を毒性の少ない P bフリーはんだ材料を用し、て接続することによつて電子機器を構成するものである。 P bフリーはんだ接続構造体としては、例えば、上記第 1の電極、または上記第 2の電極に、毒性の少ない P bフリーはんだ材料を用いて接続する構造体がある。

上記毒性の少ない P bフリーはんだ材料としては、 S n— Ag— B i 系はんだを用いる。ところで、毒性の少ない S n - A g - B i系の P bフリーはんだ合金を用いて、電子部品、回路基板間の熱膨張係数の差、はんだ付け後の割基板作業、或いはプロ一ビングテスト時の基板の反り、ハンドリング等によってはんだ接続部に発生する応力に耐え得る十分な接続強度を有し、且つ経時的にも安定な界面を得ることが必要となる。

また、毒性の少ない S n - A g - B i系の P bフリーはんだ合金を用いて、回路基板や電子部品の耐熱性から適切なはんだ付け温度である 2 2 0〜2 4 0 °Cでの十分なぬれ性を確保して十分なフィレツ卜形状を形成して十分な接続強度を有するようにする必要がある。もし、ぬれ性が悪いと十分なフィレツ卜形状が形成されずに十分な接続強度が得られなかったり、強いフラックスが必要となつて絶縁信頼性に悪影響を及ぼすことになる。

また、めっき等により作成した電極表面からゥイスカーが発生し、成長すると電極間のショー卜が起きることからして、耐ゥイスカー性等も確保することが必要となる。

本発明に係る上記電極構造として、十分な接続強度を得るために、図 1および図 2に示すように、リ一ドからなる電極 1の表面に S n— B i 系層 2を施すようにした。そして、次に、本発明に係る電極構造の選定について説明する。この選定は、上記要求に基づいて、主に接続強度、ぬれ性、ゥイスカー性の評価により行った。

始めに S n— A g— B i系はんだと各種電極材料との接続強度を調べた結果を示す。図 3に測定方法の概略を示したが、従来の S n— 1 0 P b層の代替材料として P bのない系で可能性があると考えられる材料（ S n、 S n— B i、 S n— Z n、 S n— A gめっき）を、 F e— N i系合金（4 2ァロイ）で形成された電極であるリード上に施したモデルリ一ド 4を作成した。この他に、従来の S n _ 1 0 P bめっきとの組み合わせについても評価を行った。モデルリード 4の形状は、幅 3 m m、長さ 38mmであり、はんだ付け部の長さが 22mmになるように直角に折り曲げてある。めっき厚みは各組成ともに約 1 0〃mとした。このモデルリード 4を 82. 2重量％S n— 2. 8重量％ A g— 1 5重量％ B i (以下 S n— 2. 8 A g— 1 5 B i と略す）の P bフリーはんだ 5を用いて、回路基板であるガラスエポキシ基板 6上の C uパッド（C u¾£ 極） 7にはんだ付けした。

ガラスエポキシ基板 6の C uノ、。ッド（C u電極） 7の大きさは 3. 5 m mx 25 mmであり、はんだ 5は 0. I mmx 25mmx 3. 5 mmのはんだ箔で供給した。即ち、ガラスエポキシ基板 6上の C uパッド 7へ、上記のはんだ箔 5を載せ、この上に上記の直角に折り曲げたモデルリ一ド 4を載せた。はんだ付けは大気中で、予熱を 140°C60秒、最高温度 220°Cの条件で行った。また、フラックスは、ロジン系で、塩素を含有したフラックスを用いた。はんだ付け後は、有機溶剤で洗浄した。引っ張り試験は、はんだ付け直後と、経時変化による接続部強度劣化を考慮して 1 25°C 1 68時間の高温放置を行ってからと、リードのぬれ性が劣化した場合の界面強度を調べるためにモデルリードを 1 50°C 1 68時間放置してからはんだ付けした場合と 3種類行った。引っ張り試験は、基板を固定し、モデルリードの先端をつかんで垂直方向に 5 mm Z分の速度で引っ張った。このときの、最大強度、及び一定となる引張強度を、それぞれフィレツト部強度、フラット部強度として各組成のモデルリ一ドについて評価した。この試験は各条件につき 1 0回行い、平均をとつた。

各組成のモデルリードのフィレツト部強度の評価結果を図 4に示す。通常の QF P— L S I等のプラスチックパッケージ部品ではプリント基板の熱膨張係数の差を考慮すると、フィレット部強度は 5 k g f 程度以上必要である。これから、 S n、及び、 B iを 23重量％含有している S n - 23 B i以外の S n - B i系層を F e— N i系合金（42ァロイ ) 上に施したモデルリードでは、 5 k g f 以上のフィレツト部強度が得られたが、 S n— Z n, S n - Ag, S n— P b層の場合では十分な接続界面が得られないことがわかった。この他にも 42ァロイ上に約 2 μ mの N iめっきを施し、これに、 Auめっき、 P dめっき、 P dめっきの上に更に A uめっきを施した 3種類のモデルリードを作成し、同様にはんだ付けし、界面強度を調べたが、図 4に示したように十分なフィレット部強度が得られなかった。従って、電極であるリード上に S n— B i系層を施すことが必要であることがわかった。

上記の引っ張り試験を行った各組成のモデルリードのうち、十分な界面強度が得られた S n—B i系めつきを施したリードについて、 S n—

2. 8 A g - 1 5 B iはんだに対するぬれ性をメニスコグラフ法によつて検討した。フラックスは、ぬれ性を調べるため、活性の弱いものを用いた。試験片は上記モデルリードを 1 c mの長さに切って用いた。ぬれ性の試験条件は、はんだ浴温度が 220 °C、浸漬速度は l mmノ分、浸漬深さは 2mm、浸漬時間は 20秒とし、荷重が 0に回復するまでの時間をぬれ時間、浸漬 20秒後の荷重をぬれ荷重とした。また、ぬれ性はめっき直後のリードと、 1 50°C1 68時間放置したリードについて 2 種類行った。また、各条件について 1 0回ずつ測定し、平均をとつた。各組成のぬれ時間、ぬれ荷重をそれぞれ図 5、 6に示した。図 5のぬれ時間の結果から、めっき初期の S n— B i系めつきリードでは、 B i 濃度が高い方がぬれ性が良いが、 1 50°C 1 68時間の高温放置を行つた場合では、 B iが 1重量％未満、及び 23重量％でぬれ性が劣化することがわかった。 B iが 1重量％未満の場合は、図 6に示したように、ぬれ荷重は確保されていたが、ぬれ時間が劣化していたことから、ぬれにくくなつているといえる。従って、 S n— B i系層のなかでも、十分なぬれ性を得るためには、 B i量は 1〜20重量％であることが望ましいことがわかった。更に熱膨張係数の差が大きい材料間の接続、温度差が大きい環境で使用される場合等では、界面に発生する応力が大きくなるため、十分な信頼性を確保するためには界面の接続強度は 1 0 k g f 程度以上でなければならない。従って、図 4を見てみると、 F e— N i系合金（4 2ァロィ）に直接 S n— B i系層を施したのでは、 1 0 k g f 以上のフィレツト部強度が得られないことがわかった。これは、界面での化合物層が十分形成されていないためと考えられる。そこで、界面でのはんだとの反応性を高めるために、 F e— N i系合金（4 2ァロイ）上に平均 7 m 程度の C uめっき層、この上に S n - B i系めつき層を施し界面強度の測定を行った。この時のフィレツト部強度の結果を C u層がない場合も合わせて図 7に示したが、 B i量が 2 3重量％の場合を除けば、 1 O k g f 以上の接続強度が得られ、下地の C u層の効果が確認できた。また、この電極構造を取ることにより、図 7に一緒に示したように、 S n— P b共晶はんだを 4 2ァロイリード上に直接 S n— 1 0 P b層を施したリ ―ドにはんだ付けした従来の場合に得られるはんだ付け直後の界面強度、

1 2 . 1 k g f と同程度以上の界面強度を得ることができた。また、図 8に示したように、 S n _ B i層の下に C u層を施すことによりフラッ卜部強度も向上させることができた。ここで、この C u層は 4 2ァロイのリ一ドフレームを用いた場合には、上記のように 4 2ァロイ上に C u 層を施せばよいが、 C u系リードフレームを用いた場合は、これをこのまま C u層としても良いし、また、剛性を向上させるために他の元素をリードフレーム材料中に添加することもあるので、この影響をなくすために、更に C u層を形成してもよい。また、この C u層を施したモデルリードのぬれ性については、図 5、 6に一緒に示したが、 C u層の影響はほとんど無く、やはり B iが 1重量％以下では、高温放置を行った場合にぬれ性が劣化していたが、 1〜2 0重量％では、十分なぬれ性を得ることができた。尚、図 7、図 8の例は S n - 2 . 8 A g— 1 5 B iを用いたが、 B i量が少ない系、例えば S n - 2 A g- 7. 5 B i - 0. 5 C u系でも、下地に C u層を入れることにより、界面強度向上の効果がある。

上記の S n-B i系層、 C u層は、めっきに限らず、ディップ、蒸着、口一ラーコート、金属粉末による塗布によって形成することができる。このように、電極材料により異なる理由を調べるために、接続部の断面研磨を行って、界面の様子を調べた。また、引っ張り試験を行った試料の剥離面を S EMで観察した。この代表的な組み合わせについての結果を説明する。

まず、従来使用されている F e - N i系合金（42ァロイ）に直接 S n— 1 0 P bめっきが施されているリードを S n— A g— B i系はんだで接合した場合の観察結果を図 9に示したが、この組み合わせでは界面には P bと B iが化合物を作って集まっていて、剥離は 42ァロイとはんだとの界面で起こっていた。また、剥離したリードの 42ァロイ表面には、薄く S nが検出され、はんだ中の S nがリードの 42ァロイと化合物を形成していたと考えられる。従って、上記の P bと B iの化合物が界面に集まることによって、 S nと 42ァロイとの接続面積が小さくなり、接続強度が非常に弱くなつたと考えられる。

次に、 S n— 1 O P bめっきを S n— 4 B iめっきに変えた場合の観察結果を図 1 0に示したが、界面に形成される化合物層は薄く、剥離は同様に 42ァロイとはんだとの界面で起こっていた。しかし、 B iは粒状の結晶のままで、 S nと 42ァロイとの接続面積の低下を S n— 1 0 P bの場合ほど起こさないため、 5 k g f 以上の接続強度を得ることができたと考えられる。この時の化合物層はオージ分析から、約 70 n mの S n— F e層であった。

更に S n _4 B i層の下に C u層を施した場合の観察結果を図 1 1に示したが、界面には、厚い C uと S nの化合物層が形成されることがわかつた。剥離は、この化合物層とはんだとの界面、または化合物層中で起こっていた。剥離面は、図 1 0の 42ァロイリ一ドに直接 S n— B i層を形成したリ一ドの場合はほとんど平らであつたのに比べて、 C u層が存在する場合にはでこぼこしていた。このため、このような剥離面の違いが界面強度の向上につながったと考えられる。尚、以上の検討結果は S n— Ag— B i系はんだの別の組成でも同様の結果が得られた。上記の各組成のモデルリードについて、ゥイスカーの発生を調べたが、 S n - Z nめっきを施したモデルリ一ドでは表面にウイスカ一の発生が見られた。また、 S nめっきについては従来からウイスカ一性に問題があると言われている。しかし、 S n— B i系層についてはゥイスカーの発生は見られず、耐ゥイス力一性も問題なかった。

従って、本発明の電極構造であれば、 S n—Ag— B i系はんだに対して、接続強度、ぬれ性、耐イスカー性に優れる接続部を得ることがでさる。

はんだ材料について、主成分が S nで、 B iが 5〜25重量％、 A g が 1. 5~3重量％、〇 11が0〜1重量％含有する3 11— ₈— 8 1系はんだを選んだのは、この範囲内の組成のはんだは、 220〜 240°C ではんだ付けが可能であり、 C uに対して従来実績のある S n— A g共晶とほぼ同等のぬれ性を有し、且つ、高温で十分な信頼性を有しているからである。即ち、 S n—Ag— B i系はんだでは B iが約 1 0重量％以上で 1 38 °C付近で溶融する部分（3元共晶）を有し高温での信頼性に影響を及ぼすことが心配されるが、この 3元共晶析出量を実用上問題のないレベルに抑え、且つ 1 25 °Cでの高温強度も確保している。従つて、この組成のはんだを用いて、上記の電極をはんだ付けすることによつて、実用的であり、高信頼な電子機器を得ることができる。

(実施例 1 )

図 1に QFP— L S I用のリードの断面構造を示した。これは、リードの断面構造のある一部分を示したものであるが、 F e— N i系合金（ 42ァロイ）の電極であるリード 1上に S n— B i系層 2が形成されている。この S n— B i系層 2はめつきによって形成し、厚みは 1 0 m 程度とした。また、 S n— B iめっき層中の B i濃度は 8重量％とした。この電極構造を持つ上記の QF P— L S Iを S n— 2. 8 A g - 1 5 B i一 0. 5 C uはんだを用いて回路基板であるガラスエポキシ基板にはんだ付けした。はんだ付けは最高温度を 220°Cとして、窒素リフロー炉を用いて行った。これにより、十分な接続強度を有する接続部を得ることができた。また、同様に S n— 2 A g— 7. 5 B i - 0. 5 C uはんだを用いてガラスエポキシ基板に 240 °Cで大気中でリフローした。リフローした継手は特に高温での信頼性が高い。

(実施例 2)

図 2に T S 0 P用のリードの断面構造を示した。これも、リードの断面構造のある一部分を示したものであるが、 F e— N i系合金（42ァロイ）の電極であるリード 1上に C u層 3、その上に S n - B i系層 2 が形成されている。この C u層 3、 S n— B i系層 2はめつきによって形成した。 C u層 3の厚みは 8 m程度であり、 S n— B i系めつき層 2の厚みは 1 0 m程度とした。また、 S n— B iめっき層中の B i量は 5重量％である。 TSOPはリードの剛性が大きいため、実稼働時の部品自身の発熱、また、高温で使用される場合、界面に発生する応力が QF P-L S I と比較して大きくなる。このような場合には、この界面応力に耐えられるように十分な界面強度を有する界面を形成させる必要があり、 S n— B i系層 2の下に C u層 3が効果的である。

この T S〇 Pをプリント基板に S n— A g— B i系はんだを用いてベーパーリフロー炉ではんだ付けし、温度サイクル試験を行った。試験条件は一 55 °C 30分、 1 25 °C 30分の 1時間 Z 1サイクル、及び、 0 °C 30分、 90°C30分の 1時間 / 1サイクルの 2条件であり、 500サィクル、 1 0 0 0サイクル後に断面観察を行ってクラックの発生状況を調べた。これを、 4 2ァロイリード上に直接 Sn- lOPb層が形成されているリ一ドを有する同じ大きさの T S O Pを S n— P b共晶はんだではんだ付けした場合と比較したが、一 5 5 °C / 1 2 5 °Cの温度サイクルではクラックの発生が早かったが、 0 °C Z 9 0 °Cの温度サイクルでは、特に問題とはならず、実用上十分な接続界面が得られた。

(実施例 3 )

本発明の電極構成は基板上の電極にも適用することができる。例えば、基板のはんだ付け性を向上させるためにはんだコートが効果的であるが、従来は S n— P bはんだ、特に S n— P b共晶はんだ等の P bを含んだはんだを使用している。このため、コート用はんだの P bフリー化として、本発明の S n— B i層を用いることができる。また、通常、基板の電極は C uで形成されているため、 S n— A g— B i系はんだを使用した場合に十分な接続強度を得ることができる。この構成を適用した例を示すが、回路基板であるガラスエポキシ基板上の C uパッド（C u電極

) に約 5 m程度の S n - 8 B i層をローラ一コ一卜で作成した。

このはんだ層を形成したために基板に対するぬれ性が向上し、且つ、接続強度も向上させることができた。産業上の利用可能性

本発明によれば、 P bフリ一材料として優れる S n— A g— B i系はんだに適する電極構造を実現することができる効果を奏する。

また、本発明によれば、リードフレーム等の電極に対して毒性の少ない S n— A g— B i系の P bフリーはんだ合金を用いて十分な接続強度を有し、且つ安定な接続界面を得ることができる P bフリーはんだ接続構造体を実現することができる効果を奏する。

また、本発明によれば、毒性の少ない S n— A g— B i系の P bフリ一はんだ合金を用いて、電子部品、基板問の熱膨張係数の差、はんだ付け後の割基板作業、或いはプロ一ビングテスト時の基板の反り、ハンドリング等によってはんだ接続部に発生する応力に耐え得る十分な接続強度を有し、且つ経時的にも安定な界面を得ることができる P bフリーはんだ接続構造体を備えた電子機器を実現することができる効果を奏する ₍ また、本発明によれば、毒性の少ない S n — A g — B i系の P bフリ一はんだ合金を用いて、例えば 2 2 0〜 2 4 0 °Cでの十分なぬれ性を確保して十分なフィレツ卜を形成して十分な接続強度を有し、また耐ウイスカー性等も確保することができる。

また、本発明によれば、電子部品を S n—A g — B i系はんだではんだ付けすることにより、十分な接続強度を有する界面が得られ、且つ、実用上十分なぬれ性も確保することができる。またウイスカー性についても問題無い。従って、環境にやさしい P bフリーの電気製品を従来と同じ設備、プロセスを使用して実現することができる効果を奏する。

Claims

請求の範囲

1. S n— A g — B i系の P bフリーはんだを S n— B i系層を介して電極に接続したことを特徴とする P bフリ一はんだ接続構造体。

2. 請求項 1記載の S n— B i系層中の B i量は、 1〜 2 0重量％でぁることを特徴とする P bフリ一はんだ接続構造体。

3. 請求 ¾ 1または 2記載の P bフリーはんだ接続構造体において、前記 S n— B i系層と前記電極との間に C u層を有することを特徴とする P bフリーはんだ接続構造体。

4. 請求項 1または 2記載の P bフリーはんだ接続構造体において、前記電極が C u材で形成されていることを特徴とする P bフリーはんだ接続構造体。

5. 請求項 1または 2または 3記載の電極は、 F e— N i系合金または C u系のリ一ドであることを特徴とする P bフリーはんだ接続構造体。

6. 請求項 1または 2または 3または 4または 5記載の S n — A g— B i系の P bフリーはんだは、 S nを主成分として、 B iが 5〜 2 5重量

%、八 ₈が1 . 5〜 3重量％、 C uが 0〜 1重量％を含有することを特徴とする P bフリーはんだ接続構造体。

7. 電子部品に形成された第 1の電極と、回路基板に形成された第 2の電極とを電気的に接続する電子機器であって、

前記第 1の電極に S n— B i系層を施し、該 S n— B し系層が施された第 1の電極と前記第 2の電極とを S n - A g - B i系の P bフリーはんだで接続したことを特徴とする電子機器。

8. 請求項 7記載の S n— B i系層中の B i量は、 1〜 2 0重量％でぁることを特徴とする電子機器。

9. 請求項 7または 8記載の電子機器において、前記 S n— B i系層と第 1の電極との間に C u層を有することを特徴とする電子機器。

10. 請求項 7または 8記載の電子機器において、前記 S n— B i系層の第 1の電極側が C u材であることを特徴とする電子機器。

11. 請求項 7または 8または 9記載の第 1の電極は、 F e— N し系合金または C u系のリードであることを特徴とする電子機器。

12. 請求項 7または 8または 9または 1 0または 1 1記載の S n— A g — B i系の P bフリーはんだは、 S nを主成分として、 8 1が5〜 2 5重量％、 \ . 5〜 3重量％、 C uが 0〜 1重量％を含有することを特徴とする電子機器。

13. 電極に接続される P bフリーはんだとして、 S nを主成分として、 B i力 5〜 2 5重量％、 A g力 1 . 5〜 3重量％、 C u力 0〜 1重量％を含有する S n— A g — B i系であることを特徴とする P bフリーはんだ接続構造体。