WO2007055308A1 - ソルダペーストとはんだ継手 - Google Patents

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WO2007055308A1
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solder
powder
temperature
soldering
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PCT/JP2006/322441
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Kosuke Nakano
Hidekiyo Takaoka
Minoru Ueshima
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Senju Metal Industry Co., Ltd.
Murata Manufacturing Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a solder paste, particularly a reflow solder paste and a solder joint.
  • the present invention relates to a reflow solder paste for forming a solder joint made of lead-free solder and a solder joint obtained by using the solder paste.
  • the high-temperature solder is generally a generic name of a material having a melting point higher than that of a general solder.
  • a lead-free high-temperature solder having a solidus temperature of 255 ° C or more is particularly referred to. .
  • High-temperature solder is used in the same manner as ordinary solder in applications where solder joints are used in a high-temperature state, for example, in the case of electrode soldering of power transistors.
  • high temperature solders have other uses. In other words, when soldering in the field of electronic equipment, soldering is first performed on a target member, and then soldering is performed again in the vicinity thereof. Since it is important that the first solder joint does not melt during such a second soldering, the first soldering uses high melting solder.
  • Sn—Ag—Cu alloy Sn-3Ag— 0.5 Soldering of electronic parts using Cu
  • the first solder joint using the lead-free high-temperature solder is the second time using the lead-free solder as described above.
  • the solidus temperature of lead-free high-temperature solder must be 255 ° C or higher because it must not be remelted during soldering.
  • alloys having a solidus temperature of 255 ° C or higher include Bi, Bi-Ag, Bi-Cu, Bi
  • Patent Documents 1 to 3 Patent Documents 1 to 3
  • Sn and In to form an intermetallic compound with each electrode is effective as a method for promoting the reaction with the electrodes such as Cu and Ag that are the objects of soldering.
  • Sn is 0.2% by mass or more
  • In is added in a very small amount
  • the solidus temperatures are 139 ° C and 109.5 ° C, respectively.
  • the line temperature becomes 255 ° C or less.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-205477
  • Patent Document 2 JP 2005-72173 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-353590
  • the problem of the present invention is that the solidus temperature is 255 ° C or higher, the wettability with Cu and Ag electrodes, which are general soldering targets, is improved, and Pb is also obtained by soldering at a low temperature.
  • the high temperature contained is to provide a solder paste that achieves near wettability.
  • Each metal component constituting the solder alloy is combined with a solidus temperature lowering component and a solidus temperature securing component. It is possible to ensure sufficient wettability even with high-temperature solders of B or Bi alloys by composing the solder paste by compounding each as a function, and blending each as a powder.
  • (ii) B can be effectively used as a wettability-improving component rather than specifying the blending ratio of the solidus temperature decreasing component to the Bi alloy.
  • At least a part of the third metal at this time is blended as a powder component, and the second metal and the third metal are selected so that the second metal and the third metal form an intermetallic compound.
  • the formation of intermetallic compounds with metals can be promoted, and the solidus temperature required for high-temperature soldering can be effectively secured.
  • the present invention is a mixture composed of a powder component and a flux component of three kinds of metals, and at least one of the three kinds of metals is a solidus line.
  • the B paste at a temperature of 255 ° C or higher is a Bi alloy, and the remaining two metals are a solidus temperature lowering component and a solidus temperature securing component, respectively.
  • the present invention is a metal powder component comprising a first metal, a second metal, and a third metal, and a metal powder component in which at least a part of the third metal is contained as a powder of the third metal;
  • a property of forming an intermetallic compound with the third metal and when the total amount of the metal powder components is 100% by mass, the second metal is 0.7 to Solder paste characterized in that 6% by mass, the third metal is 1.3 to 10% by mass, and the balance is blended as a powder component in the proportion of the first metal.
  • soldering can be performed at a relatively low temperature around 255 ° C.
  • the addition of the second metal improves the wettability with Cu and Ag electrodes and enables soldering with wettability close to that of Pb-containing high-temperature solder.
  • the low melting point second metal becomes the third metal and the high melting point metal.
  • the resulting solder joint has a solidus temperature of 255 ° C or higher.
  • the first solder can be soldered for the second time using a general lead-free solder. The joint does not melt.
  • FIG. 1 (a) and (b) are phase diagrams of a Bi—Sn—Cu ternary alloy showing the composition range of the solder of the present invention.
  • the first metal is B or Bi alloy with a solidus temperature of 255 ° C or higher. This metal becomes the main component of solder joints after soldering.
  • the first metal is specifically B, which has a solidus temperature of 255 ° C or higher, and its alloys.
  • Bi alloys include Bi-Ag, Bi-Cu, Bi-Sb, Bi-Ni, Bi-Co, Bi-Mg, BiPd, Bi-Rh, Bi-Si, Bi-Te, etc. are conceivable.
  • the compounding amount of the powder component of the first metal is a force that is an amount that is a ratio of the balance when the total amount of the powder component of the second metal and the third metal described later is 100%. 84-98.1%.
  • the second metal is a metal that lowers the solidus temperature of the first metal when added to the first metal, and forms an intermetallic compound with a third metal (eg, Ag, Cu, etc.) described later.
  • a third metal eg, Ag, Cu, etc.
  • the second metal is a gold that improves the wettability of the first metal with respect to Ag and Cu constituting the electrode. It is a genus, Sn, In, and alloys containing them. The purpose of the second metal is to improve the wettability between the first metal and the electrode. At the stage where the first metal begins to melt, the second metal and most of its alloys are already melted. preferable. Examples of second metal alloys include Sn-In, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Cu-In, Sn-Bi, Sn_Co, Sn_Ni, Sn_Sb, Sn-Au alloys, etc. There is.
  • the second metal may be previously alloyed with the first metal at least partially.
  • the blending amount of the second metal as a powder component is set to a lower limit of 0.7% in order to improve wettability.
  • the solidus temperature of the solder joint becomes lower than 255 ° C, and the second soldering is performed. Since the low melting point component of the solder sometimes flows out, the upper limit is set at 6%, which can be substantially all intermetallic compounds within the range of the amount of the third metal powder described later.
  • the second metal powder is preferably blended in an amount of 1% or more, and its upper limit is 6%. More preferably, it is 3 to 5%.
  • the total content of the first metal and the second metal is considered as the blending amount of the powder of the first metal and the second metal.
  • Such a second metal, Sn, In, or an alloy containing the same has good wettability to Ag and Cu constituting the electrode to be soldered, but the addition amount is 0. If it is less than 7%, the wettability improvement effect cannot be expected greatly.
  • the third metal is a metal that forms an intermetallic compound with the second metal at the time of soldering.After the soldering is completed, the third metal is a part of the mixture of the first, second, and third metal powders. Alternatively, it is a metal simple substance or alloy in which the solidus temperature of the obtained solder joint is 255 ° C or higher after being completely alloyed.
  • the third metal is always in a solid phase state during soldering. Therefore, if the amount of the third metal is too large, the flow characteristics at the time of melting the solder are hindered, and self-alignment. If it is effective, the ability to form fillet is reduced.
  • the third metal include Cu, Ag, Sb, Ni, Fe, Co, Pd, Pt, Ti, Cu_Ag alloy, and Cu_Sb alloy.
  • the third metal may be alloyed with the first metal. Even in such a case, at least a part of the third metal is formed of the third metal due to the formation of an intermetallic compound with the second metal. Formulated as a powder.
  • the third metal may further have a coating layer made of any metal selected from Ag, Au, and Sn with a thickness of 0.02 to 2 ⁇ m on the surface.
  • a coating layer made of any metal selected from Ag, Au, and Sn with a thickness of 0.02 to 2 ⁇ m on the surface.
  • it covers a cheap metal such as Cu with Ag and Au, thereby reducing the cost and achieving faster formation of intermetallic compounds with the second metal. This is to make it happen.
  • the blending amount of the third metal as a powder component is such that if the solid phase component in the molten solder exceeds 10%, the fluidity is impaired, while the first, second and third metals are completely alloyed.
  • the amount of the third metal powder should be 1.3% or higher. For this reason, 1.3 to 10% is included.
  • the third metal forms an intermetallic compound with the second metal during the first soldering, and the first, second, and third metals are all alloyed by adjusting the amount of addition. It is a component that makes the solidus temperature of the solder joint obtained in this state 255 ° C or higher.
  • the second metal is Sn or In
  • the following elements are effective.
  • the third metal may be Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Pd, Pt, Ti, etc., which form an intermetallic compound with Sn.
  • Ni forms an intermetallic compound with the first metal, but since the formation rate of the intermetallic compound with Sn is faster, there is no residual component that melts during the second soldering.
  • the third metal may be Ag, Cu, Sb, Ni, Pd, Pt or the like which forms an intermetallic compound with In.
  • Ni forms an intermetallic compound with the first metal, but since the formation rate of the intermetallic compound with In is faster, there is no residual component that melts during the second soldering.
  • the component added to the first metal has a liquidus temperature of 2
  • a soldering temperature within the range of 80 ° C or lower is preferable, but the soldering temperature may exceed 320 ° C, and it can be used when there is no problem even at a liquidus temperature of 320 ° C or lower.
  • the soldering using the solder paste according to the present invention is a process in which the third metal is in a solid phase and the soldering proceeds, and if the solid phase remains at the soldering temperature,
  • the amount of powder of the solid phase and the third metal, which is a solid phase metal may be 10% or less of the total.
  • solder paste which is effective in the present invention obtained by kneading the above metal / alloy powder and flux, the wet spreadability of the solder paste to the electrode and the self-alignment effect are good in reflow soldering.
  • a solder fillet with a normal shape can be formed.
  • the solidus temperature of the solder joint alloy is 255 ° C or higher after mounting, the second main soldering can be performed without problems using lead-free solder, which is currently the mainstream.
  • the combination of the first, second, and third metals and the composition range can be determined as follows.
  • FIG. 1 (a) is an isothermal sectional view of a Sn_Cu_Bi alloy.
  • Fig. 1 (b) is an enlarged view of the region at the lower left corner of this isothermal sectional view (the region enclosed by the triangular broken line).
  • the composition range of the first, second, and third metals corresponds to the shaded portion in FIG. 1 (b), and the shaded portion is a range surrounded by Lines 1, 2, and 3 defined below.
  • Line 1 indicates that Cu is 10 wt% (mass 0/0)
  • Line 2 is a line indicating that the Sn force SO. 7 wt%.
  • Line 3 is 255 ° C with Bi and Cu Sn That shows the composition range and liquid phase and CU 3 border composition range Sn coexist, specifically, is a line connecting the shed points shown in figures and j3 points shown in FIG. 1 (a) 1 (b) .
  • the first metal is Bi
  • the second metal is Sn or In
  • the third metal is
  • Table 1 shows the specific values of points ⁇ and ⁇ for each combination of Cu, Ag, and Sb.
  • Table 2 shows a specific rewrite of the composition example in Table 1.
  • Table 2 shows examples of combinations of metal components in the present invention that are particularly practical.
  • Point ⁇ and point indicate the composition of the first metal, second metal, and third metal in this order.
  • FIG. 1 shows a specific thread and range in an isothermal sectional view of 255 ° C in the Bi_Cu_Sn system. According to this, Bi: 84-98.1%, Sn: 0.7-6%, Cu: l-3: 10%.
  • the powder of each metal component is produced by an appropriate means such as an atomizing method, a centrifugal spraying method, or an appropriate mechanical means, but the particle size thereof is that used for a general solder paste.
  • the third metal powder preferably has an average particle size of 5 xm or more. This is because when the average particle size is less than 5 ⁇ m, the third metal and the second metal immediately form an intermetallic compound during soldering and inhibit the fusion with the first metal powder. This is because the sex is extremely lowered.
  • the number of the second metal and the third metal in the solder paste printed on several electrodes is small, the number of powders of the second metal or the third metal varies depending on each part, and the solder with a uniform mixing ratio is generated. This is because a paste may not be obtained.
  • the first metal powder and the second metal powder may have a third melting point before the low melting point phase is formed. This is because if the metal powder reacts with the first metal powder, the formation of a low melting point phase between the first metal powder and the second metal powder may be hindered, and soldering may not be performed properly.
  • the flux that can be used in the present invention can be appropriately selected and used depending on the purpose, such as resin, organic acid, and inorganic acid.
  • the flux is not particularly limited as long as it is conventional, but generally contains rosin or resin, solvent, activator, thixotropic agent and the like.
  • the rosin is rosin or a rosin derivative
  • the solvent is ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, etc.
  • the activator is diphenylguanidine HBr, jetylamine HC1, etc.
  • the thixotropic agent is Hydrogenation power Mashi oil, fatty acid amide, etc.
  • the mixing ratio of the metal powder and the flux is not particularly limited.
  • the ratio of the total amount of the metal powder and the flux component that is, the amount of the flux component in the solder paste is 5 to 20%, generally 7 ⁇ : If it is about 15%, it may be the same as the conventional one
  • solder paste that is effective in the present invention when soldering is performed, soldering is performed at a relatively low temperature of 255 to 300 ° C. It becomes a composition and its solidus temperature is 255 ° C or higher.
  • soldering mechanism of the solder paste of the present invention will be described based on a specific reflow operation.
  • each of the first, second, and third metals is not alloyed in advance and is a single metal.
  • the process of forming a high-temperature solder joint, that is, a solder joint, with a solidus temperature of 255 ° C or higher in a heating process by reflow at a temperature of 255 to 300 ° C, which is blended into solder paste as a powder will be explained.
  • the second metal dissolves and exists in the liquid phase
  • the second metal begins to get wet with the metal constituting the electrode (eg, Ag electrode, Cu electrode), and an intermetallic compound is formed between the electrode and the electrode. Begin to form.
  • the metal constituting the electrode eg, Ag electrode, Cu electrode
  • the second metal wets the metal constituting the electrode, and at the same time forms an intermetallic compound with the third metal.
  • the second metal in the liquid phase is further heated to react with the third metal and the electrode to promote the formation of an intermetallic compound.
  • the first metal and the third metal have a solidus temperature of 255 ° C or higher, and the second metal also forms an intermetallic compound with the third metal having a solidus temperature of 255 ° C or higher. . Therefore, the solidus temperature of the solder joint is 255 ° C or higher, and it does not melt even during the second soldering.
  • One feature of the present invention is that the third metal powder and the second metal powder are not previously alloyed.
  • the solder paste is made of a mixture of different metal powders without being alloyed in advance. That is, the second metal in the liquid phase has a function of improving the wettability of the first metal itself.
  • the powder of the third metal and the powder of the second metal are pre-alloyed, the content of the second metal present in the liquid phase at 280 ° C, which is a typical soldering temperature for Bi-based solders. Does not improve wettability. That is, if alloyed in advance, the effect of improving wettability cannot be exhibited.
  • the wettability can be improved by pre-alloying the second metal and the third metal as the metal powder component of the solder paste.
  • Table 3 exemplifies the types and combinations of the first, second and third metals in the present invention.
  • two or more kinds of elements are described in each metal powder such as Bi_2.5Ag, which means that an alloy composed of two or more elements is used as the metal powder.
  • the example of “with resin” means that a resin is further added to the solder paste for strength reinforcement.
  • powders such as “Ag-coated Cu” in the third metal powder column in the table are coated on the surface of the third metal (Cu in this example) with a thickness of 0.02 to 2 ⁇ m. (In this example, a coating layer made of Ag) is formed.
  • the average particle sizes of the powders shown in Table 3-1, Table 3-2, and Table 3-3 are the first metal force 3 ⁇ 40 / im, the second metal 20 xm, and the third metal 15 ⁇ m, respectively. m.
  • N, N, N are calculated from the average particle size and blending ratio of each powder, and combinations of different blending ratios are shown as examples.
  • solder flow out evaluation Solder paste is applied to Cu land (Cu land dimensions: 0.7mm X O. 4mm) on the printed circuit board (thickness: 100 am), and a 1005 size chip type ceramic capacitor is applied to the applied part. Mounted on. After reflow soldering at a peak temperature of 280 ° C, the printed circuit board is sealed with epoxy resin and the relative humidity is 85. / 0 was left in the environment, to evaluate the proportion flowing solder as defect rate by heating in the reflow condition of the peak temperature 2 60 ° C. After soldering, peel off the chip-type ceramic capacitor from the printed circuit board and observe the presence or absence of solder bleeding on the front and back surfaces of the chip-type ceramic capacitor. It was judged that no bleeding was observed, ⁇ for those with bleeding, and X for those with bleeding.
  • Solder paste was applied on an alumina substrate (10 X 6 X thickness 0.6 mm) (printing amount 3 X 1 X thickness 0.1 mm), and reflow soldering was performed at a peak temperature of 280 ° C. About 7 mg of the reaction product obtained was cut out, measured at 30 ° C to 500 ° C, heating rate 5 ° C / min, N atmosphere, rif
  • the numbers in the table represent the time (seconds) before dropping.
  • Solder paste is applied to the Cu land (Cu land dimensions: 0.7mm X O. 4mm) of the printed circuit board (thickness 100 ⁇ m), and a 1005 size chip-type ceramic capacitor is mounted on the solder joint on the applied part. did. Reflow soldering was performed at a peak temperature of 280 ° C. . The lateral pushing strength of the joint was measured using a bonding tester. The lateral pressing speed was 0. OSmms— 1 . The test was conducted at room temperature and 260 ° C, respectively. The strength was judged to be ⁇ when the minimum value was more than 3N, ⁇ when it was 1N to 3N, and X when it was less. The numbers in the table represent the bond strength (N).
  • Solder paste is applied to the Cu land (Cu land dimensions: 0.7mm X O. 4mm) of the printed circuit board (thickness: 100 am), and a 1005 size chip type ceramic capacitor is applied to the obtained application part with the specified solder joint. Mounted on. After reflow soldering at a peak temperature of 280 ° C, the number of solder balls generated at the bottom and side of the chip was evaluated. The case where no solder ball was generated was evaluated as ⁇ , and the case where it was generated was determined as X. The numbers in the table represent the incidence of solder balls.
  • Solder paste is applied to the solder joint (Cu land dimensions: 0.7mm X O. 4mm) on the printed circuit board (thickness 100 am), and a 1005 chip type ceramic capacitor is placed between the lands at the normal mounting position. Mount at a tilt and evaluate the rate at which the chip-type ceramic capacitor returns to the land after reflow soldering at a peak temperature of 280 ° C. When the ratio was over 80%, it was judged as ⁇ , when it was 70-80%, ⁇ , and when it was less than 70%, it was judged as X.
  • the numbers in the table represent the percentage of return.
  • Solder paste is applied to Cu land (Cu land dimensions: 3.2 mm x 4. Omm) on the printed circuit board (thickness 150 xm), and solder covers the Cu land after reflow soldering at a peak temperature of 280 ° C. If the area ratio is measured and the area ratio is 70% or more, ⁇ , less than 70% The case was determined to be X.
  • N1 Number of ffl of the first metal powder * 0 if the conditions are satisfied
  • N2 If the conditions for the second powder are not satisfied
  • N3 Number of third gold powder
  • Comparative Examples 15, 20, 26, and 32 in which the third metal was a solder paste of more than 10%, had a high void generation rate and poor self-alignment properties. This is because the flow of molten metal is hindered when there are many third metals as solid phases.
  • Comparative Example 12 in which the solidus temperature becomes lower than 255 ° C after joining is a low residual temperature that melts at a temperature of 260 ° C or lower. It has a high melting point component and does not show heat resistance at 260 ° C.
  • Comparative Example 37 is a solder paste of the mixed powder specification of the second and third metals to which no first metal is added. Since this solder paste contains a large amount of Sn, the residual low melting point component melted in the flow-out test and solder bleeding occurred. Due to the presence of Cu, bonding was maintained in the heat resistance evaluation, but the bonding strength at 260 ° C was weak.
  • Comparative Examples 38, 39, 40, and 44 are Bi alloy and Sn—Bi alloy solder paste.
  • the Bi alloy solder paste of Comparative Example 38 has a high void generation rate.
  • Comparative Example 39 there was a problem that a force solder ball, which is a solder paste obtained by adding a resin to Comparative Example 38 and reinforcing the strength, was generated.
  • Comparative Example 40 the generation of force solder balls, which are Sn_Bi solder paste, was observed.
  • the amount of residual low melting point components that melt at temperatures below 260 ° C increased.
  • the first, second, and third metals of the present invention were all alloyed in advance. The force heat resistance was insufficient and the self-alignment effect was inferior. The wettability was also “X” (bad).
  • the second metal is 0.7 to 6 in the first metal. / 0
  • the third metal is 1.3 ⁇ : Solder paste with 10% added, so the melting property of the second metal is improved (the property of lowering the solidus temperature of the first metal) Soldering was possible at (for example, 280 ° C), and the wettability to the electrode was also good. In addition, generation of voids could be prevented when the second metal was sufficiently wetted by the first metal. In addition, good results in self-alignment properties were obtained, and no solder balls were generated.
  • the solidus temperature of the solder joint is 255 ° C or higher, and the residual low melting point components that melt at a temperature of 260 ° C or lower are the second metal and the third metal. Because of the disappearance of the intermetallic compound, the heat resistance with no solder bleeding was good.
  • the first metal is an alloy (Bi—2.5Ag, Bi—0.15Cu) (Examples 44, 47,

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Abstract

  固相線温度が２５５°C以上、更に、ＢｉとＣｕ、Ａｇ電極とのぬれ性を改善し、低温はんだ付けでもＰｂ含有高温はんだに近いぬれ性を達成するソルダペーストを提供する。ＢｉまたはＢｉ合金と、Ｂｉに対する固相線温度低下金属と、該固相線温度低下金属と金属間化合物を形成する固相金属から成る金属粉末成分と、フラックス成分とから構成されるソルダペーストである。

Description

明 細 書
ソルダペーストとはんだ継手
技術分野
[0001] 本発明は、ソルダペースト、特にリフロー用ソルダペーストとはんだ継手に関する。
より具体的には、本発明は、鉛フリーはんだから成るはんだ継手を形成するためのリ フロー用ソルダペーストとそれを使って得られたはんだ継手に関する。
背景技術
[0002] 本明細書では便宜上高温はんだと通常のはんだとを区別して本発明を説明する。
ここに、高温はんだとは、通常は、一般のはんだより融点が高いものの総称である 力 本明細書では、特に鉛フリー高温はんだであって、固相線温度 255°C以上のも のを云う。
[0003] 高温はんだは、例えば、パワートランジスタの電極はんだ付けの場合のように、はん だ継手が高温状態で用いられる用途に通常のはんだと同様に用いられる。さらに、 高温はんだには別の用途もある。すなわち、電子機器分野のはんだ付けにあっては 、まず最初に目的とする部材にはんだ付けを行レ、、そのあとに、その近傍に再びはん だ付けを行うことがある。そのような二度目のはんだ付けに際して最初のはんだ継手 が溶融しないことが重要であるため、最初のはんだ付けには溶融温度の高い高温は んだを使うのである。
[0004] 従来の高温はんだは Pb_ 5Sn (固相線温度： 300°C、液相線温度： 314°C)、 Pb_ lOSn (固相線温度： 268°C、液相線温度： 301°C)、 Pb_ 2. 5Ag (固相線温度： 30 4°C、液相線温度： 304°C)のような Pb主成分のものであった。 Pb主成分の高温はん だは、 Cuや Ag等力ら成る電極に対するはんだ付け性に優れている力 近時の Pb公 害の問題から、その使用が規制されるようになってきている。そのため現在は、 Pbを 使用しない鉛フリー高温はんだが開発されようとしている力 Sn主成分の鉛フリーは んだでは高温はんだとして必要とする高い固相線温度と液相線温度の両方を有する ものは存在していない。
[0005] 例えば、現在の鉛フリーはんだの主流である Sn—Ag— Cu合金（Sn—3Ag— 0. 5 Cu)を用いた電子部品の基板等へのはんだ付けは約 240°Cで行われる。したがって 、鉛フリー高温はんだを用レ、たはんだ付けにより製造された電子部品を基板等に実 装する場合、鉛フリー高温はんだによる最初のはんだ継手は、上記のような鉛フリー はんだによる二度目のはんだ付け時に再溶融してはならないため、実用上鉛フリー 高温はんだの固相線温度は 255°C以上であることが必要である。従来、 255°C程度 で半溶融状態である高温はんだも提案されているが、それらはあくまでも、従来の Pb 含有高温はんだの代用となる汎用的な鉛フリー高温はんだが無いために、 255°Cで 完全には溶融しないものを代替品として使用しているにすぎない。
[0006] 一方、 255°C以上の固相線温度を有する合金としては、 Bi、 Bi— Ag、 Bi— Cu、 Bi
Sbなど（特許文献 1〜3)、レ、くつかの Bi合金が公知である力 いずれも、一般的な はんだ付けの対象である Cu、 Ag等の電極と反応し難ぐ良好なはんだ継手を得るこ とが困難である。はんだ付けの対象である Cu、 Agなどの電極との反応を促進する方 法としては、各々の電極と金属間化合物を形成する Sn、 Inの添加が有効である。し 力しながら、これらの元素添加だけでは、 Snであれば 0. 2質量％以上、 Inは極微量 の添加でも、固相線温度が各々 139°C、 109. 5°Cとなり、固相線温度が 255°C以下 となってしまう。
特許文献 1：特開 2001— 205477号公報
特許文献 2 :特開 2005— 72173号公報
特許文献 3：特開 2001— 353590号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明の課題は、固相線温度 255°C以上で、更に、一般的なはんだ付け対象であ る Cu、 Ag電極とのぬれ性を改善し、低温でのはんだ付けによっても Pb含有高温は んだに近いぬれ性を達成するソルダペーストを提供することである。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明者らは、上述の課題を解決するために、 Bほたは Bi合金に着目し、検討を 重ね、次のような知見を得た。
G)はんだ合金を構成する各金属成分を固相線温度低下成分と、固相線温度確保成 分とに機能分けし、それぞれ粉末として配合してソルダペーストを構成することで Bほ たは Bi合金の高温はんだであっても十分なぬれ性を確保できること、
(ii) Bほたは Bi合金に対する固相線温度低下成分の配合割合を規定すればむしろ ぬれ性改善成分として有効に利用できること、
(iii)そのようにしてぬれ性を改善しても溶融後の合金全体の組成割合を考えると、固 相線温度低下は避けられないから、第三金属成分としてはんだ付け温度で固相を呈 する成分を存在させることで、固相線温度確保成分として機能させ上述の固相線低 下作用を相殺できること、そして
(iv)このときの第三金属の少なくとも一部を粉末成分として配合するとともに、第二金 属と第三金属とが金属間化合物を形成するものを選択することで、第二金属と第三 金属との金属間化合物の形成を促進でき、高温はんだとして必要な固相線温度も効 果的に確保されること。
[0009] ここに、本発明は、最も広義には、 3種類の金属の粉末成分とフラックス成分とから 構成される混合物であり、 3種類の金属の内、少なくとも 1種類の金属は固相線温度 255°C以上の Bほたは Bi合金であり、残りの 2種類の金属はそれぞれ固相線温度低 下成分と固相線温度確保成分とであることを特徴とするソルダペーストである。
[0010] また、本発明は、第一金属と第二金属と第三金属からなる金属粉末成分であり、第 三金属の少なくとも一部が第三金属の粉末として含有されている金属粉末成分と、フ ラックス成分とが混練されたソルダペーストであって、前記第一金属は、 Biまたは Bi 合金の少なくとも一方から選ばれ、前記第二金属は、前記第一金属が有する固相線 温度を低下させる特性と、前記第三金属との間で金属間化合物を形成する特性とを 有するものであり、前記金属粉末成分の合計量を 100質量％とした場合、前記第二 金属が 0. 7〜6質量％、前記第三金属が 1. 3〜： 10質量％、残部が前記第一金属の 割合で粉末成分として配合されていることを特徴とするソルダペーストである。
[0011] 本発明によれば、第一金属に第二金属を添加することにより、例えば比較的低温 の 255°C付近の温度ではんだ付けが可能となる。また第二金属を添加することにより 、 Cu、 Ag電極とのぬれ性を改善し、 Pb含有高温はんだに近いぬれ性でもってはん だ付けが可能となる。これと同時に低融点の第二金属が、第三金属と高融点の金属 間化合物を形成するため、得られたはんだ継手は固相線温度が 255°C以上となり、 例えば、その後に、一般的な鉛フリーはんだを使って二度目のはんだ付けを行って も最初のはんだ継手が溶融することはない。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]図 1 (a)、 (b)は、 Bi— Sn— Cu3元系合金の状態図であり、本発明のはんだの 組成範囲を示す。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 本発明の実施の形態について説明するが、本発明において上述の 3種類の金属 は、各々以下の特徴を有する。なお、以下の説明において、便宜上、 Bほたは Bi合 金、 Biに対する固相線温度低下金属、そして固相線温度確保金属と言レ、、またそれ らを、それぞれ第一金属、第二金属、そして第三金属という。また組成割合を示す「 %」は特にことわりがない限り、本明細書ではそれらの金属成分の合計量に対する「 質量％」である。なお、本発明では「金属」というとき、特にことわりがない限り、それは 「合金」をも包含する趣旨である。
[0014] 第一金属：
第一金属は、 Bほたは Bi合金で、固相線温度が 255°C以上のものを云う。この金属 は、はんだ付け後に、はんだ継手の主たる構成成分となる。
[0015] 第一金属は、具体的に固相線温度が 255°C以上の Bほたはその合金である力 Bi 合金の具体例としては、 Bi— Ag、 Bi— Cu、 Bi— Sb、 Bi— Ni、 Bi— Co、 Bi— Mg、 B i Pd、 Bi— Rh、 Bi— Si、 Bi—Te等が考えられる。
[0016] 第一金属の粉末成分の配合量は、後述する第二金属と第三金属との粉末成分の 合計量を 100%としたときの残部の割合となる量である力 具体的には 84〜98.1%で ある。
[0017] 第二金属：
第二金属は、第一金属に添加すると、第一金属の固相線温度を低下する金属であ ると共に、後述する第三金属 (例: Ag、 Cuなど)と金属間化合物を形成する金属を云う
[0018] 第二金属は、電極を構成する Agや Cuに対する第一金属のぬれ性を改善する金 属であり、 Sn、 In、そしてそれらを含有する合金である。第二金属は第一金属と電極 との濡れ性を向上することが目的であり、第一金属が溶融を開始する段階では既に、 第二金属、及びその合金の大半が溶融していることが好ましい。第二金属合金の例 としては、 Sn— In、 Sn— Ag、 Sn— Cu、 Sn— Ag— Cu、 Sn— Ag— Cu— In、 Sn— Bi、 Sn_Co、 Sn_Ni、 Sn_Sb、 Sn— Au合金などがある。
[0019] 第二金属は、予め、第一金属と少なくとも一部合金化しておいてもよい。例えば Bi
_Snまたは Bi_In合金として配合してもよい。
本発明においては、第二金属の粉末成分としての配合量は、ぬれ性改善のため下 限値を 0. 7%とした。また、第二金属がはんだ付けの際、第三金属等と金属間化合 物を形成せず残留してしまうと、はんだ継手の固相線温度が 255°Cより低くなり、二 度目のはんだ付け時にはんだの低融点成分の流れ出しが生じるため、後述する第 三金属の粉末の配合量の範囲で実質的に全てが金属間化合物になり得る 6%を上 限ィ直とした。
[0020] 第二金属の粉末は、好ましくは、 1%以上配合し、その上限は 6%である。より好まし くは、 3〜5%である。
ここで、第一金属と第二金属とが合金化されている場合、第一金属と第二金属の含 有量の合計量を第一金属と第二金属の粉末の配合量と考える。
[0021] このような第二金属である Sn、 In、またはそれを含む合金は、はんだ付け対象の電 極を構成する Ag、 Cuに対してぬれ性が良好であるが、添加量が 0. 7%未満ではそ のぬれ性の改善効果を大きく期待できない。
[0022] 第三金属：
第三金属は、はんだ付けに際して第二金属と金属間化合物を形成する金属である また第三金属は、はんだ付け終了後に、第一、第二、第三金属の各粉末の混合物 を一部、もしくは、完全に合金化して、得られたはんだ継手の固相線温度が 255°C以 上となる金属単体または合金である。
[0023] つまり、第三金属は、はんだ付け時に常に一部は固相の状態であり、それゆえに、 その配合量が多すぎると、はんだ溶融時の流動特性が阻害され、セルファライメント 効果ゃフィレットの形成能が低下する。
[0024] 第三金属は、具体的には、 Cu、 Ag、 Sb、 Ni、 Fe、 Co、 Pd、 Pt、 Ti、 Cu_Ag合金 、および Cu_Sb合金等が挙げられる。また、第三金属は第一金属と合金化されても よいが、そのような場合にあっても、第二金属との金属間化合物形成のため、少なくと もその一部は第三金属の粉末として配合されている。
[0025] 第三金属は、その表面に 0. 02〜2 μ mの厚みで Ag、 Au、 Snから選ばれるいずれ かの金属からなる被覆層をさらに有していてもよレ、。これは、高価な Ag、 Au金属単 体と比較して、 Cuなどの安価な金属に Ag、 Auで被覆することで、コストを抑えつつ 第二金属との速い金属間化合物の形成速度を発揮させるためである。また Snを予め 第三金属に被覆することで、第二金属との金属間化合物形成を迅速に行うことが可 能なためである。
[0026] 第三金属の粉末成分としての配合量は、溶融はんだ中の固相成分が 10%をこえる と流動性がそこなわれ、一方で第一、第二、第三金属を完全に合金化した状態で固 相線温度を 255°C以上にするためには第三金属の粉末の配合量は 1. 3%以上にす る。そのため 1. 3〜： 10%の範囲で含有させる。
[0027] このように、第三金属は、一度目のはんだ付けに際して第二金属と金属間化合物を 形成し、その添加量の調整により、第一、第二、第三金属がすべてを合金化した状 態で得られるはんだ継手の固相線温度を 255°C以上とする成分である。
具体的には、第二金属が Snまたは Inの場合には、以下の元素が有効である。
[0028] Snの場合は、第三金属としては、 Snと金属間化合物を形成する Ag、 Cu、 Ni、 Fe、 Co、 Pd、 Pt、 Ti等が考えられる。このうち Niは第一金属とも金属間化合物を形成す るが、 Snとの金属間化合物の形成速度の方がより速いため、 2度目のはんだ付け時 に溶融する成分が残留することはない。
[0029] Inの場合は、第三金属は、 Inと金属間化合物を形成する Ag、 Cu、 Sb、 Ni、 Pd、 P t等が考えられる。このうち Niは第一金属とも金属間化合物を形成するが、 Inとの金 属間化合物の形成速度の方がより速いため、 2度目のはんだ付け時に溶融する成分 が残留することはない。
[0030] これらのはんだ付け後の合金において、第一金属への添加成分は液相線温度が 2 80°C以下になる範囲での添カ卩が好ましいが、はんだ付け温度が 320°Cを超過する 場合もあり、 320°C以下の液相線温度でも、問題ない場合に使用できる。
[0031] 更に、本発明にかかるソルダペーストを使ったはんだ付けは第三金属が固相の状 態のままはんだ付けが進行するプロセスであり、はんだ付け温度において固相が残 存する場合は、そのときの固相と固相金属である第三金属の粉末配合量が全体の 1 0%以下であればよい。
[0032] 上記の金属/合金粉末とフラックスとを混練して得た本発明に力かるソルダペース トによれば、リフローはんだ付けにおいて、ソルダペーストの電極へのぬれ広がり性 およびセルファライメント効果が良好であり、また正常な形状のはんだフィレットが形 成できる。さらに、実装後にははんだ継手の合金の固相線温度が 255°C以上である ため、現在主流となっている鉛フリーはんだを用いて二度目のはんだ付けを問題なく 行うことができる。
[0033] ここで、以上をまとめると、第一金属、第二金属、そして第三金属の各粉末の組合 せには次のような代表的形態が考えられる。ただし、これは単なる例示であって、本 発明の趣旨に適合する範囲内でこれら以外の実施形態も選択可能である。
G) 第一金属、第二金属そして第三金属のそれぞれの粉末の粉末混合物
(ii)第一金属と第二金属との合金の粉末と、第三金属の粉末との混合物
(iii)第一金属と第二金属との合金の粉末と、第二金属の粉末と、第三金属の粉末と の混合物
(iv)第一金属と第三金属との合金の粉末と、第二金属の粉末と、第三金属の粉末と の混合物
ここに、代表例としての Sn_Cu_Bi合金の場合について、第一、第二、第三金属 の組み合わせと組成範囲は、次のようにして決定することができる。
[0034] 図 1 (a)は、 Sn_Cu_Bi合金の等温断面図である。図 1 (b)は、この等温断面図の 左下角部の領域 (三角形の破線で囲んだ領域)の拡大図である。第一、第二、第三 金属の組成範囲は図 1 (b)の斜線部に相当し、斜線部とは下記に限定する Line 1， 2 ， 3で囲まれる範囲である。 Line 1は Cuが 10wt% (質量0 /0)であることを示し、 Line 2 は Sn力 SO. 7wt%であることを示す線である。 Line 3は 255°Cで Biと Cu Snが共存す る組成範囲と液相と CU3Snが共存する組成範囲の境界線を示し、具体的には、図 1 ( a)に示す点 j3と図 1 (b)に示す点ひを結ぶ線である。
[0035] これらの関係式において、第一金属が Bi、第二金属が Snまたは In、第三金属が
Cu、 Ag、または Sbであるときのそれぞれの組み合わせの場合の点 βと点 αの具体 的数値を表 1に示しておく。
[0036] 表 1の組成例を具体的に書き換えると、表 2となる。表 2には本発明における各金属 成分の組み合わせのうち特に実用性あるものについて例示する。
[0037] [表 1]
Figure imgf000010_0001
点 α、 点 は第一金属、 第二金属、 第三金属の組成を順に示している。
[0038] [表 2] 金属粉末の組み合わせ
Figure imgf000010_0002
上記の表で示された組成は、第一、第二、第三金属の 3元系状態図上で、 255°C の等温断面図において、固相であり、第二金属と第三金属とが金属間化合物を形成 する範囲である。 [0040] 図 1は、具体的に Bi_Cu_Sn系における 255°Cの等温断面図に具体的な糸且成範 囲を示す。これによれば、 Bi : 84〜98. 1 %、 Sn : 0. 7〜6%、 Cu : l . 3〜： 10%であ る。
[0041] 本発明において各金属成分の粉末はアトマイズ法、遠心噴霧法等適宜手段、ある いは適宜機械的手段で製造されるが、その粒径は一般のソルダペーストに用いられ るもののそれでよぐ例えば、平均粒径 1〜： 100 z m程度のものであればょレ、が、第 三金属粉末は平均粒径が 5 x m以上であることが望ましい。これは、平均粒径が 5 μ m未満であるとはんだ付け時に、第三金属と第二金属が直ぐに金属間化合物を形成 し、第一金属粉末との融合を阻害するため、溶融性やぬれ性が極端に低下するため である。
[0042] また、ソルダペースト中の第一金属'第二金属'第三金属粉末の個数をそれぞれ、 N、 N、 Nとしたとき、式（1)、式（2)を同時に満たすソルダペーストが望ましい。
1 2 3
0. 1く N /Nく 1 · 5 式（1)
3 1
0. 1く N /N 式（2)
2 1 これは、第二金属および第三金属の個数が第一金属の個数の 0. 1倍未満の場合
、数箇所の電極に印刷したソルダペースト中の第二金属および第三金属の個数が少 ないため、各箇所によって第二金属あるいは第三金属の粉末個数のバラツキが生じ 、均一な配合比のソルダペーストが得られない可能性があるためである。
[0043] また、第三金属粉末の個数が第一金属粉末の個数の 1. 5倍以上の場合は、第一 金属粉末と第二金属粉末とが低融点相を生成する前に、第三金属粉末が第一金属 粉末と反応してしまうことにより、第一金属粉末と第二金属粉末との低融点相の生成 を阻害し、はんだ付けが適切に実施できない可能性があるためである。
[0044] 本発明において使用できるフラックスは、樹脂系、有機酸系、無機酸系などその目 的に応じて適宜選択して用いることができる。本発明の好適例にあって、フラックスは 従来のものであればよ 特に制限されないが、一般には、ロジンまたはレジン、溶剤 、活性剤、チクソ剤などを含有する。 [0045] ロジンは、ロジンまたはロジン誘導体等であり、溶剤はエチレングリコールモノブチ ルエーテル、エチレングリコールモノフエニルエーテルなどであり、活性剤はジフエ二 ルグァ二ジン HBr、ジェチルァミン HC1等であり、チクソ剤は水素添力 マシ油、脂肪 酸アマイド等である。
[0046] また、金属粉末と上記フラックスとの配合比率も特に制限はなぐ例えば、金属粉末 の合計量とフラックス成分との割合、つまりソルダペーストに占めるフラックス成分の量 は 5〜20%、一般には 7〜： 15%程度であればよ 従来のそれに同じであってもよい
[0047] 本発明に力かるソルダペーストを用いると、はんだ付けを行う場合には 255〜300 °Cという比較的低い温度ではんだ付けが行われるが、一旦形成されたはんだ継手は いわゆる高温はんだの組成となり、その固相線温度は 255°C以上となる。
[0048] 次に、具体的なリフロー操作に基づいて本発明のソルダペーストのはんだ付けの機 構を説明する。
すなわち、本発明に力かるソルダペーストを用いてリフローはんだ付けを行う場合に ついて、理解を容易にするために、第一、第二、第三金属が各々いずれも予め合金 化されずに単体金属粉末としてソルダペーストに配合され、 255〜300°Cの温度で のリフローによる加熱工程で固相線温度 255°C以上の高温はんだ接合部、つまりは んだ継手を形成する経緯を説明する。
[0049] (1)ソルダペーストが加熱されると、その内の第一、第二金属は各々の溶融温度、 もしくは、第一、第二金属の各粉末が合金化された場合の溶融温度 (例： 130〜255 °C)で溶解を開始する。
[0050] (2)第二金属が溶解し、液相中に存在すると、第二金属は電極を構成する金属（例 えば Ag電極、 Cu電極）にぬれ始め、電極との間で金属間化合物を形成し始める。
(3)第二金属は電極を構成する金属にぬれると同時に、第三金属とも金属間化合 物を形成する。
[0051] (4)更に、加熱し、液相中の第二金属を第三金属、及び、電極と反応させ、金属間 化合物の形成を促進する。第一金属および第三金属は 255°C以上の固相線温度を 有し、第二金属も第三金属と固相線温度が 255°C以上の金属間化合物を形成する 。従って、はんだ継手の固相線温度は 255°C以上となり、二度目のはんだ付け時で も溶融することはない。
[0052] 本発明の 1つの特徴は、第三金属粉と第二金属粉を予め合金化しないことである。
予め合金化せずに、異種金属粉末の混合物からなるソルダペーストとする理由は、 溶融初期状態で、液相中に第二金属（Snや In)を多く残存させることが目的である。 つまり、液相中の第二金属は、第一金属自体のぬれ性を向上させる働きがある。一 方で、第三金属の粉末と第二金属の粉末を予め合金化すると、 Bi系はんだとして一 般的なはんだ付け温度である 280°Cでは液相中に存在する第二金属の含有量は極 端に低下し、ぬれ性が向上しない。つまり、予め合金化すると、ぬれ性改善の効果が 発揮できない。本発明によれば、ソルダペーストの金属粉末成分としては、第二金属 と第三金属とを予め合金化しないことで、ぬれ性を向上させることが可能となる。
[0053] 次に、実施例によって本発明の作用効果を具体的に説明する。
実施例
[0054] 表 3に本発明における第一、第二、第三金属の種類と組み合わせを例示する。ここ で、例えば Bi_ 2. 5Agのように各金属粉において 2種類以上の元素が記載されて レ、る例は、金属粉として 2種以上の元素からなる合金を用いていることを意味する。ま た、表中において「樹脂あり」と記載がある例は、強度補強のためソルダペーストにさ らに樹脂を添加したものであることを意味する。また、表中の第三金属粉欄において 「Agコート Cu」のように記載されている粉末は、第三金属（この例では Cu)の表面に 0 . 02〜2 μ mの厚みで被覆層（この例では Agからなる被覆層）が形成されてレ、るもの であることを意味する。
[0055] ここで表 3— 1、表 3— 2、表 3— 3に示す各粉末の平均粒度は、それぞれ第一金属 力 ¾0 /i m、第二金属が 20 x m、第三金属が 15 μ mである。表 3— 4には、各粉末の 平均粒度と配合比から、 N、 N、 Nを算出し、異なる配合比の組み合わせを例示す
1 2 3
る。
[0056] この表 3に示す成分のものから表 4 1、表 4 2に示す実施例および比較例のもの を抜粋し、下記 (i)〜(viii)の各評価を行った。評価結果は表 4にまとめて示す。
[0057] (i)はんだ流れ出し評価 プリント基板の Cuランド（Cuランド寸法： 0. 7mm X O. 4mm)にソルダペーストを塗 布し (厚み 100 a m)、得られた塗布部に 1005サイズのチップ型セラミックコンデンサ 一を所定のはんだ継手にマウントした。ピーク温度 280°Cでリフローはんだ付け後、 プリント基板をエポキシ樹脂で封止して相対湿度 85。/0の環境に放置し、ピーク温度 2 60°Cのリフロー条件で加熱してはんだが流れ出す割合を不良発生率として評価した 。はんだ付け後にチップ型セラミックコンデンサーをプリント基板から剥がし取り、チッ プ型セラミックコンデンサーの表裏面でのはんだ滲みの有無を観察する。滲みのな レ、ものを◎、滲みの発生したものを Xと判定した。
[0058] (ii)残留した低融点成分量評価 (反応性評価）
アルミナ基板（10 X 6 X厚さ 0. 6mm)上にソルダペーストを塗布し（印刷量 3 X 1 X 厚さ 0. 1mm)、ピーク温度 280°Cでリフローはんだ付けを行った。得られた反応生成 物を約 7mg切り取り、測定温度 30°C〜500°C、昇温速度 5°C/min、 N雰囲気、リフ
2
アレンス Al Oの条件で DSC測定を行った。得られた DSCチャートから 260
2 3 。C以下 の溶融吸熱ピークの合計吸熱量から、 260°C以下の温度で溶融する残留した低融 点成分を定量化した。残留した低融点成分が少ないほど金属間化合物の生成が進 んでいると考える。残留した低融点成分量がゼロの場合を◎、 lmj/mg未満の場合 は〇、 lmj/mg以上のものは Xとした。
[0059] (iii)耐熱性評価 (熱荷重負荷試験）
無酸素 Cu板（10 X 10 X厚さ 0. 2mm)上にソルダペーストを塗布し（印刷量 3 X 1 X厚さ 0. 1mm)、金属チップをマウントした後、ピーク温度 280°Cでリフローはんだ 付けを行った。金属チップの穴あき部に 100gのおもりを吊るし、 260°C設定のォー ブン内に放置した。 5分（300秒)経過後まで金属チップが接合を維持した場合は◎ 、それ以前に落下した場合は Xと判定した。表中の数字は落下までの時間（秒）を表 わす。
[0060] (iv)接合強度 (横押し強度）
プリント基板の Cuランド（Cuランド寸法： 0. 7mm X O. 4mm)にソルダペーストを塗 布し (厚み 100 μ m)、その塗布部に 1005サイズのチップ型セラミックコンデンサーを 所定のはんだ継手にマウントした。ピーク温度 280°Cでリフローはんだ付けを行った 。この接合部の横押し強度をボンディングテスタを用いて測定した。横押し速度は 0. OSmms—1とした。試験は室温と 260°Cのそれぞれで行った。強度は最低値が 3N超 のものを ©、 1N〜3Nのものを〇、それ未満のものを Xと判定した。表中の数字は接 合強度 (N)を表わす。
[0061] (V)はんだボール発生率
プリント基板の Cuランド（Cuランド寸法： 0. 7mm X O. 4mm)にソルダペーストを塗 布し (厚み 100 a m)、得られた塗布部に 1005サイズのチップ型セラミックコンデンサ 一を所定のはんだ継手にマウントした。ピーク温度 280°Cでリフローはんだ付け後、 チップ下部およびチップ側面でのはんだボール発生数を評価した。はんだボールが 発生しなかったものは◎、発生したものは Xと判定した。表中の数字ははんだボール の発生率を表わす。
[0062] (vi)ボイド発生率
無酸素 Cu板（10 X 10 X厚さ 0. 2mm)上にソルダペーストを塗布し（印刷量 3 X 1 X厚さ 0. 1mm)、金属チップをマウントした後、ピーク温度 280°Cでリフローはんだ 付けを行った。得られた接合体の断面を観察し、ボイド発生率を評価した。ボイド発 生率が 0%のものを◎、 0〜： 10%のものを〇、ボイド発生率が 10%超のものを Xと判 定した。表中の数字はボイド発生率を表わす。
[0063] (vii)セルファライメント性評価
プリント基板のはんだ継手（Cuランド寸法： 0. 7mm X O. 4mm)にソルダペーストを 塗布し (厚み 100 a m)、該塗布部に 1005のチップ型セラミックコンデンサーをランド 間で正規のマウント位置から 15度傾けてマウントし、ピーク温度 280°Cのリフローは んだ付け後にチップ型セラミックコンデンサーがランド上に戻る割合を評価する。その 割合が 80%超の場合は◎、 70〜80%の場合は〇、 70%未満の場合は Xと判定し た。表中の数字は戻る場合の割合を表わす。
[0064] (viii)はんだペーストのぬれ性評価
プリント基板の Cuランド（Cuランド寸法： 3. 2mm X 4. Omm)にソルダペーストを塗 布し (厚み 150 x m)、ピーク温度 280°Cのリフローはんだ付け後に、はんだが Cuラ ンドを被覆する面積率を測定し、その面積率が 70%以上の場合は◎、 70%未満の 場合は Xと判定した。
[0065] [表 3-1]
No.
I実旌 M
Figure imgf000016_0001
[0066] [表 3 - 2] 粉の種類 粉の S合比（％) 相 Ml 液相 M 形成された
No. 通度 溫度 第一 第二 第三 はんだ付け部組成
第一 扇粉 第二金屬粉 第三金屬粉 ( ） 金羼粉 金覼粉 金属粉
1 Bi Sn Ag 99.2 0.3 0.5 Bi-0.3Sn-0.5AQ 257 268
2 BI Sn A3 98.5 0.5 1 B卜 0.5Sn-1Ag 256 265
3 Bi Sn Ag 98.4 0.6 1 Bi-0.6Sn-1Ag 255 264
4 Bi Sn Cu 99.2 0,3 0.5 Bi-0.3Sn-0.5Cu 270 374
5 Bi Sn Cu 99 0.5 0.5 Bi-0.5Sn-0.5Cu 265 390
6 Bi Sn Cu 98.5 0.5 1 Bi-0.5Sn-1Cu 270 438
7 Bi In Cu 99.2 0.3 0.5 Bi-0.3ln-0.5Cu 140 362
8 Bi In Cu 99 0.5 0.5 Bi-0.5ln-0.5Cu 109 360
9 Bi n Cu 98.5 0.5 1 Bi-0.5ln- 1 Cu 267 430
10 Bi n As 99,2 0,3 0.5 Bi-0.3ln-0.5Ag 187 268
1 1 Bi In Ag 99 0.5 0.5 Bi-0.5ln-0.5Ag 10Θ 267
1 2 Bi In As 98.5 0,5 1 Bi-0.5ln- 1 Ag 201 268
13 Bi Sn Ag 84 1 15 Bi- 1 Sn-1 5Ag 262 432
14 Bi Sn Ag 83 2 15 Bi-2Sn- 15Ag 262 445
15 Bi Sn Ag 82 3 15 Bi-3Sn- 15Ag 260 453
16 Bi Sn Ag 81 4 15 Bi-4Sn- 15Ag 257 460
17 Bi Sn Ag 80 5 15 Bi-5Sn- 15Ag 247 465
18 Bi Sn Ag 79 6 15 Bi-6Sn- 15Ag 220 469
19 Bi Sn Cu 84 1 15 Bト 1 Sn-15Cu 272 >500
20 Bi Sn Cu 82 3 15 Bi-3Sn- 15Cu 272 >500
21 Bi Sn Cu 80 5 15 Bi-5Sn- 15Cu 272 >500
22 Βί Sn Cu 78 7 15 Bi-7Sn- 15Cu 272 >500
23 Bi Sn Cu 77 8 15 Bi-8Sn- 15Cu 272 >500
24 Bi Sn Cu 75 10 15 Bi - 10Sn-15Cu 222 >500
25 Bi In Cu 84 1 1 5 Bi-1 ln- 15Cu 267 >500
26 Bi In Cu 82 3 1 5 Bi-3ln- 15Cu 267 >500
27 Bi In Cu 80 5 1 5 Bi-5ln-15Cu 267 >500
28 Bi In Cu 78 7 15 Bi-7ln-15Cu 267 >500
29 Bi In Cu 77 8 15 Bi-8ln-15Cu 267 >500
30 Bi In Cu 75 10 15 Bi-10ln-15Cu 267 >500
31 Bi In Afl 84 1 15 Bi-1ln-15Ag 262 455
32 Bi In Afl 82 3 15 Bi-3ln-15Ag 259 492
33 Bi In 80 5 15 Bi-5ln-15Afl 240 >500
I比較 <H 34 Bi In Ag 78 7 15 Bi-7ln-15Afl 202 >500
35 Bi In Ag 77 8 t5 Bi-8ln- t5Ag 109 >500
36 Bi In AQ 75 10 15 Bi-10ln-15Ag 109 >500
37 一 Sn Cu 0 70 30 Sn-30Cu ― ―
38 Bi ― ― 100 ― ― Bi (tt賵なし） 270 275
39 Bi ― ― 100 ― ― Bi ( 骺あり） 270 275
40 Bi Sn ― 70 30 ― Sn-70Bi (樹胆あり） 138 210
41 Bi-1 Sn-5Ao ― ― 100 0 0 Bi-1 Sn-5Ag 262 355
42 Bi- 1.5Sn-5Ag ― ― 100 0 0 Bi- 1.5Sn-5Ag 257 360
43 Bi-1 Sn-7Ag ― 一 100 0 0 Bi-1 Sn-7Ag 263 387
44 Bi-2Sn-7Ag ― ― 100 0 0 Bi-2Sn-7Ag 257 395
45 Bi-1 Sn-10Ag ― ― 100 0 0 Bi-1 Sn- 10Afl 263 410
46 Bi-2Sn-10Ag 一 ― 100 0 0 B卜 2Sn- l OAfl 260 420
47 Bi-3Sn-10Afl 一 ― 100 0 0 Bi-3Sn-10Afl 257 428
48 Bi-1Sn-1Cu ― ― 100 0 0 Bi-1Sn-1 Cu 260 455
49 Bi-1Sn-3Cu ― ― 100 0 0 Bi-1Sn-3Cu 270 490
50 Bi-1.5Sn-3Cu ― ― 100 0 0 B卜 1,5Sn - 3Cu 270 >500
51 Bi-2Sn-3Cu 一 ― 100 0 0 Bi-2Sn-3Cu 265 >500
52 Bi-1 Sn-5Cu ― ― 100 0 0 Bi-1 Sn-5Cu 272 >500
53 Bi-2Sn-5Cu ― - 100 0 0 Bi-2Sn-5Cu 272 >500
54 Bi-3Sn-5Cu ― ― 100 0 0 Bi-3Sn-5Cu 270 >500
55 Bi- 1 Sn-7Cu ― ― 100 0 0 Bi-1 Sn-7Cu 272 >500
56 Bi-2Sn-7Cu ― ― 100 0 0 BI-2Sn-7Cu 272 >500
57 Bi-3Sn-7Cu ― ― 100 0 0 Bi-3Sn-7Cu 270 >500
58 Bi-4Sn-7Cu ― ― 100 0 0 Bi-4Sn-7Cu 270 >500
59 Bi-1 Sn-10Cu ― ― 100 0 0 Bi-1 Sn-10Cu 272 >500
60 Bi-3Sn-10Cu ― 一 100 0 0 Bi-3Sn-10Cu 270 >500
61 Bi-5Sn-10Cu ― ― 100 0 0 Bi-5Sn-10Cu 270 >500
62 Bi-6Sn- 10Cu ― - 100 0 0 Bl-6Sn-10Cu 270 >500
63 Bi-1 ln-3Cu _ ― 100 0 0 Bi-1ln-3Cu 267 >500
64 Bi-1.5ln-3Cu ― ― 100 0 0 BI-1.5ln-3Cu 267 >500
65 Bi-2ln-3Cu ― ― 100 0 0 Bi-2ln-3Cu 267 >500
66 Bi-1 ln-5Cu ― 一 100 0 0 Bi-1 ln-5Cu 267 >500
67 Bi-2ln-5Cu 一 一 100 0 0 Bi-2ln-5Cu 267 >500
3-3] 粉の種 ffi 粉の ffi合比 (%) 固相 Ml 液相練 形成された
No.
第一 第二 第 = はんだ付け部組成 S度 第一金屬粉 第二金厲粉 第三金囊粉 (で） (V ) 金腫粉 金届 金属粉
68 Bi-3ln-5Cu 一 100 0 0 Bi-3ln-5Cu 267 >500
69 Bi-1ln-7Cu ― 100 0 0 B卜 1 ln-7Cu 267 >500
70 Bi-2ln-7Cu ― 一 100 0 0 Bi-2 n-7Cu 267 >500
71 Bi-3ln-7Cu ― ― 100 0 0 Bi-3 n-7Cu 267 >500
72 Bi-4ln-7Cu 一 100 0 0 Bi-4ln-7Cu 267 >500
73 B卜 5ln-7Cu ― ― 100 0 0 Bi-5ln-7Cu 267 >500
74 Bi-1 ln-10Cu 一 一 100 0 0 Bi-1 n- 10Cu 267 >500
75 Bi-3in- 10Cu 一 一 100 0 0 Bi-3ln- 10Cu 267 >500
76 Bi-5ln- 10Cj - 一 100 0 0 Bi - 5in- 10Cu 267 > 500
77 BI-6ln- 10Cu ― - 100 0 0 Bi-6ln- 10Cu 267 > 500
78 Bi-1 ln-5Ag ― 100 0 0 Bi-1 ln-5Afl 257 373
79 Bi-1 ln-7Ag ― ― 100 0 0 Bi-1 ln-7Afl 263 405
80 Bi-2ln-7An ― ― 100 0 0 Bl-2ln-7Ag 257 415
81 Bi-1 ln-10Ag ― ― 100 0 0 Bi-1 ln-10A9 262 435
82 Bi-3ln-10Ag ― ― 100 0 0 Bi-3ln-10Ag 257 458 比較 w 83 Bi-1Sn-5Cu ― 一 100 0 0 BI-1 Sn-5Cu 263 >500
84 Bi-2Sn-5Cu-2.3Ag 一 一 100 0 0 Bi-2Sn-5Cu-2.3Ag 263 >500
85 Bi-3Sn-5Cu-2.3Ag - 一
- 100 0 0 Bl-3Sn-5Cu-2.3Ag 263 >500
86 Bi-1 ln-5Cu-2.4Ag 一 100 0 0 Bi-1 ln-5Cu-2.4Ag 263 >500
87 Bi-2ln-5Cu-2.3Ag - 一 100 0 0 Bi-2ln-5Cu-2.3Afl 263 >500
88 Bi-3ln-5Cu-2.3Ag ― 一 100 0 0 Bi-3ln-5Cu-2.3Ag 263 >500
89 Bi-1 ln-5Aa-0.1 Cu - 一 100 0 0 Bi-1 ln-5Ag-0.1 Cu 263 375
90 Bi-1 Sn-5Afl-0.1 Cu - ― 100 0 0 Bi-1Sn-5Ag-0.1 Cu 257 352
91 Bi-1 Sn-2.5Ag-2.5Cu ― - 100 0 0 Bi-1Sn-2.5Ag-2.5Cu 263 >500
92 Bi-2Sn-2.5Ag-2.5Cu ― ― 100 0 0 Bi-2Sn-2.5Ag-2.5Cu 261 >500
93 Bi-1 Sn-3.6Afl-1.4Cu一 ― 100 0 0 Bi-1Sn-3.6Ag-1.4Cu 263 475
94 Bi-2Sn-3.6Ag-1.4Cu ― 100 0 0 Bi-2Sn-3.6Ag-1.4Cu 257 491
95 Bi-1 ln-2.5Ag-0.5Cu ― - 100 0 0 Bi-1 ln-2.5Ag-0.5Cu 263 >500
96 Bi-2ln-2.5Afl-0.5Cu ― 100 0 0 Bi-2ln-2.5Afl-0.5Cu 263 >500
97 Bi-1 ln-3.6Ag-1.4Cu ― 一 100 0 0 Bi-1 ln-3.6Ag-1.4Cu 263 452
96 Bi-2ln-3.6Afl-1.4Cu ― 一 100 0 0 Bi-2ln-3.6Ag-1.4Cu 257 445
[0068] [表 3-4]
Figure imgf000018_0001
N1 :第一金屬粉の ffl数 ※条件を瀾 する場合は 0、 N2：第二 屬粉の翻 « 条件を满足しない場合は とする。 N3：第三金羼粉の個数
[0069] [表 4-1] 実施例 £較比
Figure imgf000019_0001
[0070] [表 4-2]
Figure imgf000021_0001
[0071] 表 4に示す結果からも分かるように、第二金属が 0. 7%未満のソルダペーストである 比較例 1、 4、 9、 12は、溶融する第二金属の割合が少ないため、ボイド発生率が高く 、凝集率が劣っていた。これは第二金属が 0. 7%未満であると第一金属に対するぬ れ性が不十分となるためである。
[0072] また第三金属が 10%超のソルダペーストである比較例 15、 20、 26、 32は、ボイド 発生率が高ぐセルファライメント性が劣ることがわかった。これは固相である第三金 属が多いと溶融金属の流動を阻害するためである。
[0073] また、本発明において求められる耐熱性は 255°Cであるため、接合後に固相線温 度が 255°C未満になる比較例 12は、 260°C以下の温度で溶融する残留低融点成分 量が多ぐまた 260°Cでの耐熱性も示さな力 た。
[0074] 比較例 37は第一金属を添加しない第二、第三金属の混合粉仕様のソルダペース トである。このソルダペーストは Snが多量に存在するために、流れ出し試験で残留低 融点成分が溶融してはんだ滲みが発生した。 Cuが存在するため、耐熱性評価では 接合を維持したが、 260°Cでの接合強度は弱い値を示した。
[0075] 比較例 38、 39、 40、 44は Bi合金および Sn—Bi合金ソルダペーストである。比較 例 38の Bi合金ソルダペーストは、ボイド発生率が高レ、。比較例 39は比較例 38に榭 脂を添加して強度補強を図ったソルダペーストである力 はんだボールが発生する問 題があった。また比較例 40は Sn_Bi系ソルダペーストである力 はんだボールの発 生がみられた。また 260°C以下の温度で溶融する残留低融点成分量が多くなつた。 比較例 44は本発明の第一、第二、第三金属のすべてが予め合金化されたものであ る力 耐熱性が十分でなぐセルファライメント効果も劣った。ぬれ性も、「X」（不良） であった。
[0076] これに対して、実施例 4〜63は、第一金属に第二金属が 0. 7〜6。/0、第三金属が 1 . 3〜： 10%添加しているソルダペーストであるため、第二金属が有する溶融特性改善 効果（第一金属が有する固相線温度を低下させる特性）により低温 (例えば 280°C) ではんだ付け可能となり、また、電極へのぬれ性も良好であった。また、第二金属が 第一金属に十分にぬれることによりボイド発生も防ぐことができた。また、セルファライ メント性も良好な結果を得ることができ、はんだボールの発生もなかった。 [0077] また、実施例 4〜63は、はんだ継手の固相線温度が 255°C以上であり、 260°C以 下の温度で溶融する残留低融点成分は第二金属と第三金属との金属間化合物形 成によりほぼ消失するため、はんだ滲みの発生がなぐ耐熱性も良好であった。
[0078] なお、第一金属が合金 (Bi— 2. 5Ag、 Bi— 0. 15Cu)である場合（実施例 44、 47、
50)や、第三金属が合金 (Ag— Cu)である場合 (実施例 54)や、第三金属の表面に Au、 Ag、 Snのいずれ力からなる被覆膜を有する場合 (実施例 63)や、第二金属が 合金（Sn_ 58Bi、 In_ 51Bi)である場合（実施例 59、 60)においても同様の効果が 得られることが確認できた。なお、第一金属が第二金属とがあらかじめ合金化されて いる（Sn— Bi、 Sn— In)場合（実施例 61、 62)においても、同様のぬれ広がり性ゃセ
Figure imgf000023_0001
なお、表 4に記載されていない実施例 1〜74においても同様の効果を奏することが 確認できている。ただし、実施例 69〜74は、各金属粉末の個数比が（1)式、（2)式 を満足しないため、 （1)式、（2)式を満足する実施例（表 4においては実施例 14、 66 、 67、 68)と比較して、ボイド発生率やセルファライメント性がやや劣る結果となった。

Claims

請求の範囲
[1] 第一金属と第二金属と第三金属からなる金属粉末成分であり、第三金属の少なく とも一部が第三金属の粉末として含有されてレ、る金属粉末成分と、フラックス成分と が混練されたソルダペーストであって、
前記第一金属は、 Bほたは Bi合金の少なくとも一方から選ばれ、
前記第二金属は、前記第一金属が有する固相線温度を低下させる特性と、前記第 三金属との間で金属間化合物を形成する特性とを有するものであり、
前記金属粉末成分を 100質量％とした場合、前記第二金属の粉末が 0. 7〜6質量 %、前記第三金属の粉末が 1. 3〜： 10質量％、残部第一金属の粉末の割合で配合 されてレ、ることを特徴とするソルダペースト。
[2] 前記第一金属の Bi合金が Bi_Ag合金であることを特徴とする請求項 1記載のソル ダペースト。
[3] 前記第二金属が Sn、 In、および Sn_In合金力 成る群から選ばれた少なくとも 1 種であることを特徴とする請求項 1または 2記載のソルダペースト。
[4] 前記第三金属が Cu、 Ag、 Sb、 Ni、 Fe、 Co、 Pd、 Pt、 Ti、 Cu_Ag合金、および C u_ Sb合金からなる群から選ばれた少なくとも 1種であることを特徴とする請求項 1〜
3のいずれかに記載のソルダペースト。
[5] 前記第三金属が、その表面に 0. 02〜2 μ mの厚みで Ag、 Au、 Snから選ばれるい ずれかの金属からなる被覆層をさらに有していることを特徴とする請求項 1〜4のい ずれかに記載のソルダペースト
[6] 前記第一金属と前記第二金属が予め少なくともその一部が合金化されている請求 項 1〜5のいずれかに記載のソルダペースト。
[7] 前記第一金属および第二金属の合金化されたものが Bi— Snまたは Bi— In合金で ある請求項 6記載のソルダペースト。
[8] 請求項 1〜7のいずれかに記載のソルダペーストを用いて形成されたはんだ継手。
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