WO2011081213A1 - 面実装部品のはんだ付け方法および面実装部品 - Google Patents

Abstract

　ダイボンド用はんだ材料を使用して形成された面実装部品を、実装用はんだ材料を使用してプリント基板にはんだ付けするときでも、ダイボンド用はんだ材料の溶解が起きないようにした。　ダイパット用はんだ材料３０として、Ｃｕの含有量が所定値以下のＳｎを主成分とする（Ｓｎ－Ｓｂ）系の高融点はんだ材料を使用して形成された面実装部品を、回路基板の基板端子部に塗布された実装用はんだ材料７０として、（Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｂｉ）系はんだ材料を用いてはんだ付けする。ダイボンド用はんだ材料３０の固相線温度は２４３℃であり、実装用はんだ材料７０の液相線温度は２１５～２２０℃程度であるので、リフロー炉の加熱温度（２４０℃以下）によってもダイボンド用はんだ材料３０は溶解しない。

Description

面実装部品のはんだ付け方法および面実装部品

　この発明は、半導体素子（Ｓｉダイ／ＳｉＣダイ）などの回路素子をダイボンド用はんだ材料を用いてダイパット電極部に接合固定して得られた面実装部品を、実装用はんだ材料を用いて回路基板等にはんだ付けする面実装部品のはんだ付け方法および面実装部品に関する。

　一般に半導体のパッケージングは、回路素子をリードフレームのダイパット電極部（アイランド部）にダイボンディングして接合（ろう付け）したのち、樹脂成形されたものである。熱発生の大きい半導体素子などの回路素子の場合、ダイボンディングにはろう材としてはんだ（以下はんだ材料という。）が用いられている。

　このはんだ材料として従来から（Ｓｎ−Ｐｂ）系を基本としたはんだ材料が用いられている。この中でも（Ｐｂ−５質量％Ｓｎ）（合金を表す表記では、以後質量％は省略して示す。）近傍で、融点が３００℃前後となる比較的高温であるはんだ材料が使用されている。この理由は面実装部品をプリント基板に実装するときのはんだ材料（実装用はんだ材料）の加熱条件が２４０~２６０℃で、しかも数~１００秒間加熱処理されるため、ダイボンド用はんだ材料が溶け出さないようにする必要があるからである。

　回路素子が動作しているときは温度が上昇し、非動作状態のときは常温となるので、はんだ材料の接合部は大きな温度変化を受けることになる。一方、回路素子とリードフレームのダイパット電極部とは熱膨張係数が相違するので、その熱膨張係数の違いに起因してはんだ材料の接合部は温度変化に伴う繰り返し歪みを受け、繰り返されるこの歪みによる疲労によって、はんだ材料接合部に亀裂が発生することがある。したがってこの亀裂の進展に伴って、はんだ材料接合部における電気的接続の信頼性を低下させる場合がある。

　このような理由から、近年（Ｐｂ−５Ｓｎ）近傍の組成に、Ａｇ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｃｕ等の金属を微量含有させたはんだ材料が提案されている。
しかしながら、これらをダイボンド用はんだ材料として用いて熱膨張係数が大きく異なる部材を接合した場合でも、はんだ接合部にかかる歪みが過大となり、熱サイクル性能に顕著な改善効果が見られないという問題があった。

　これに加えて、最近では（Ｐｂ−Ｓｎ）系はんだ材料に含まれているＰｂの人体への影響に関心が集まり、Ｐｂを含む製品を廃棄することによる地球環境の汚染、生物への影響を低減することが課題になっている。

　環境汚染等を低減するために、無鉛はんだ材料が求められている。そのため面実装部品をプリント基板などの回路基板に面実装する際に使用される実装用はんだ材料としては、近年無鉛はんだ材料（Ｐｂフリーはんだ材料）が使用されている。

　また、最近までは、半導体素子をリードフレームのダイパット電極部に接合する際に使用されているダイボンド用はんだ材料としては、鉛入りはんだ材料（Ｐｂを８５質量％以上含有している（Ｐｂ−Ｓｎ）系はんだ材料など）が使用されていたが、このダイボンド用はんだ材料においても、Ｐｂフリーはんだ材料の使用が要求されている。

　ここで、Ｐｂを８５質量％以上含有する鉛入りはんだ材料の場合には、その固相線温度が２６０℃以上のものが多く比較的高温であるため、半導体素子などの回路素子への悪影響が考えられる。それは、この場合リフロー炉で使用する加熱温度は、固相線温度（２６０℃）以上になるため、はんだ材料接合部やダイパット電極部に亀裂が発生したり、リードフレームとモールドとの界面で剥離が発生した等の状態ではんだ付け処理されることになるからである。

　このような観点から回路素子とリードフレームとの接合に使用するダイボンド用はんだ材料としても、低溶融温度でしかもＰｂフリーのはんだ材料を使用できるように研究がなされている。

　鉛入りはんだ材料よりも固相線温度の低い無鉛はんだ材料としては、（Ｓｎ−Ａｇ）系はんだ材料、（Ｓｎ−Ｃｕ）系はんだ材料、（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料などが知られているが、そのうち、リフロー炉内の加熱温度よりも高い固相線温度の高融点はんだ材料としては、（Ｓｎ−Ｓｂ）系高融点はんだ材料が知られている（特許文献１）。

　特許文献１に開示された（Ｓｎ−Ｓｂ）系高融点はんだ材料は、面実装部品（ＩＣパッケージ）をプリント基板に実装する際の加熱温度でも、ダイボンディング時に使用した高融点のはんだ材料接合部にボイドなどが生成しないように、その組成比を工夫したものである。

特開２００１−２８４７９２号公報

　しかし、上述の技術文献１に開示されている高融点はんだ材料では、特にＳｂの含有量が多い。Ｓｂの含有量が多いと固相線温度が上昇する傾向にあるが、その反面クラックなどを起こしやすくなり、はんだ材料の機械的信頼性が低下する傾向にあることが諸種の実験により確認された。

　すなわち、面実装部品を回路基板にはんだ付けする際に、ダイボンド用はんだ材料などによって内部潜熱として吸熱されるので、熱が十分に面実装部品や実装用はんだ材料に伝わらず、加熱不足という現象が起き易い。この結果、実装用はんだの濡れ性が悪くなり、ボイド発生を引き起こすことになり、面実装部品を回路基板に実装する場合の信頼性も揺らぐことになるからである。

　上述の（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料は、確かに鉛入りはんだ材料よりもその固相線温度が低いが、リフロー炉において使用する処理温度（加熱温度）との温度差はさほどないので、実装用はんだ材料としてはできるだけその固相線温度が低いはんだ材料を使用する必要がある。これと共に、（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料を使用するときには以下のような問題も惹起する。

　（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料成分中にＣｕなどの不純物が含まれていると、はんだ材料の固相線温度が１０~２０℃程度低下してしまう。

　例えば、（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系はんだ材料ではその固相線温度が２４３℃であるのに対し、Ｃｕを含有した（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系はんだ材料ではその固相線温度が１０℃ほど低下する傾向にある。

　はんだ材料の主成分であるＳｎとして９９．９％の純度のＳｎを使用したとしても残りの０．１％は不純物である。したがって含有する不純物がＣｕであったときには当然ながら固相線温度の低下を招来することがある。Ｃｕの含有量を示すＪＩＳ規格は、０．０２％であるが、０．０２％程度のＣｕ含有においても固相線温度は極端に低下することが知られている。

　同様に、半導体素子をリードフレームのダイパット電極部（はんだ接合部）にはんだ付けする工程においては、リードフレーム中よりＣｕが溶出して接合はんだ材料中に混入し易い環境下にあるので、これによってもはんだ材料の固相線温度が低下することになる。

　例えば、リードフレームがＣｕを主成分とするものであるとき、リフローはんだ付け時にリードフレームが加熱されるので、主成分のＣｕが溶出（０．１~２質量％程度）して、これがダイボンド用はんだ材料中に混入する。

　溶解したダイボンド用はんだ材料中にＣｕなどが溶出すると、Ｃｕを含有したはんだ材料を使用したのと同じ結果となるので、その固相線温度が低下してしまう。

　固相線温度が低下することは、上述のように面実装部品を回路基板にはんだ付けするときに、ダイボンド用はんだ材料に吸熱されてしまい、熱が十分に面実装部品や実装用はんだ材料に伝わらず、これによって実装用はんだ材料の濡れ性が悪くなってボイド発生を引き起こすことになる。そのため、面実装部品を回路基板に実装する場合の信頼性が低下してしまうので、リフロー炉の加熱温度との関係から好ましくない。

　そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、固相線温度を低下させる成分をできるだけ含まない、含んだとしても既定値以下となるようなはんだ材料をダイボンド用はんだ材料として使用すると共に、はんだ材料接合工程中に固相線温度を低下させる成分が溶出しないようにしたものである。

　さらにダイボンド用はんだ材料と実装用はんだ材料との固相線温度差が大きくなるようなダイボンド用はんだ材料と実装用はんだ材料を使用して面実装部品をはんだ付けすることでダイボンド用はんだ材料の溶解を防止できるようにしたものである。

　上述した課題を解決するため、請求項１に記載したこの発明にかかる面実装部品のはんだ付け方法は、Ｎｉメッキ層が形成された電極面を有する回路素子が、Ｎｉメッキ層が形成されたリードフレームのダイパット電極面に、Ｃｕの含有量が所定値以下のＳｎを主成分とする（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料を用いてはんだ付けされた面実装部品を、回路基板の基板端子部に塗布された（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料若しくは（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料を実装用はんだ材料として用いてはんだ付けすることを特徴とする。

　また、請求項９に記載したこの発明に係る面実装部品は、回路素子が載置されるダイパット電極部と回路基板に接合されるリード部からなり、上記ダイパット電極部にはＮｉメッキ層が形成されたリードフレームと、ダイパット電極部に対して、Ｃｕの含有量が所定値以下のＳｎを主成分とする（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料を介して接合される、Ｎｉメッキ層をその接合面とする回路素子と、リード部が、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料、若しくは（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料を介して、基板端子部を構成するランド部に接合される回路基板とからなることを特徴とする。

　この発明ではダイボンド用はんだ材料として（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料が使用される。

　使用する（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料のＣｕ含有量は既定値以下に抑える。Ｃｕの既定値としては０．０１質量％以下好ましくは０．００５質量％以下である。Ｃｕの含有量が既定値以下であるときは、固相線温度の低下を回避し得ることが確認された。

　リードフレームはＣｕを主成分とするものであるから、回路素子が載置固定される回路素子固定面となるダイパット電極部（はんだ材料接合面となるアイランド部）はメッキしたものが使用される。特にダイパット電極部がＮｉメッキされたリードフレームが使用される。Ｎｉメッキ層によってはんだ材料接合時におけるＣｕ成分の溶出を防止する。同時に、回路素子の電極面側もＮｉメッキ層を形成する。

　こうすることで、回路素子をリードフレームに載置してはんだ材料で接合する場合でも、Ｃｕ成分の溶出がなくなり、固相線温度の低下を回避できる。

　実装用はんだ材料としては、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料か、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料が使用される。所定の組成比となるように選定することで、最大吸熱反応を示す温度（最大吸熱反応温度）は、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料では２１５℃以下となり（表４参照）、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料では２１０℃となる（表５参照）。その結果、リフロー炉のはんだ付けできる最小加熱温度が従来よりも下がる。なお、最大吸熱反応温度の測定方法としては、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ；示差走査熱量）測定で行った。

　ダイボンド用はんだ材料として使用する（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料それ自身の固相線温度は、２４５℃であるので、上述した実装用はんだ材料を使用すれば、ダイボンド用はんだ材料と実装用はんだ材料との固相線温度差が大きくなる。その結果、実装されたすべての面実装部品のはんだ材料接合部におけるはんだ付け性が良好となるため、回路基板内温度分布が大きくなってもダイボンド用はんだ材料は溶解しない。

　この発明によれば従来よりも固相線温度を下げられることに加え、（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料本来の固相線温度もそのまま保持でき、結果として加熱温度が回路素子に与える影響を回避できる。

　また、実装用はんだ材料として、固相線温度の低い（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料か、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料を使用することで、リフロー炉のはんだ付けできる最小加熱温度（リフロー可能最小温度）を従来よりも下げることができると共に、ダイボンド用はんだ材料との固相線温度差を大きくすることができる。

　その結果、実装されたすべての面実装部品のはんだ材料接合部におけるはんだ付け性が良好となるため、回路基板内温度分布が大きくなってもダイボンド用はんだ材料が溶解することなくなり、面実装部品の接合強度が高くなって機械的信頼性を高めることができる。

ＩＣチップをダイボンディングするときの概略工程を示す図である。 ＩＣチップをダイボンディングするときの概略工程を示す図である。 ＩＣチップをダイボンディングするときの概略工程を示す図である。 ＩＣチップをダイボンディングするときの概略工程を示す図である。 ＩＣチップをダイボンディングするときの概略工程を示す図である。 はんだ材料粒子の加熱前の状態を示す拡大写真である。 図２の一部をさらに拡大した写真である。 加熱不足によって、はんだ材料の融合が不完全な状態を示す拡大写真である。 図４の一部をさらに拡大した写真である。 本発明において、はんだ材料の融合が完全な状態を示す拡大写真である。 図６の一部をさらに拡大した写真である。

　続いて、この発明を実施するための形態を、図を参照しながら説明する。
以下に示す実施例では、回路素子としてウエハから切り出された半導体素子（ＩＣチップ）を面実装する場合について説明する。したがって回路基板としてはプリント基板が使用されている。

　まず、面実装部品のはんだ付け方法について図１Ａ~図１Ｅを参照して説明するが、このはんだ付け工程自体は周知の工程であるので、その概略を説明する。

　図１Ａに示すように、この発明では半導体素子（ＩＣチップ）１０のうちダイボンディング面となる電極面１２にはＮｉメッキ層１４が形成される。Ｎｉメッキ層１４は、ダイボンディングされる面の全領域（全電極面）に形成される。Ｎｉメッキ層１４の表層にはＳｎメッキ層またはＡｕメッキ層１６がさらに形成される。Ａｕメッキ層１６は必要に応じて形成される。

　これらのＳｎメッキ層またはＡｕメッキ層１６は、この状態において、ダイボンド用はんだ材料３０に位置するはんだ付け面側（最表面）にＳｎメッキ層またはＡｕメッキ層１６が形成されていれば良いものであって、ＩＣチップ１０とＮｉメッキ層１４の間に例えばＣｕ、ＴｉなどＮｉメッキ層以外の層が介在しても良い。

　図１Ａのように、リードフレーム２０のアイランド部となるダイパット電極部（ダイボンド接合部）２２が回路素子固定部であり、その下面には放熱板３８が取り付けられ、その上面２２ａがダイパット電極面となる。したがって、ダイパット電極面２２ａは回路素子固定用の電極面として機能する。

　ＩＣチップ１０の電極面１２と対向するこのダイパット電極面２２ａにはＮｉメッキ層２４が施される。Ｎｉメッキ層２４の表層にＡｕメッキ層２６がさらに形成される。Ａｕメッキ層２６は必要に応じて設けられる。

　そして、このダイパット電極面２２ａの表層にダイボンド用はんだ材料３０が供給される。この例では表層にＡｕメッキ層２６が形成されているので、このＡｕメッキ層２６の上層にダイボンド用はんだ材料３０が塗布される（ソルダペースト処理）。ダイボンド用はんだ材料３０としては、後述するような高融点はんだ材料が使用される。

　ここで、リードフレーム２０はＣｕを主成分とするものであるから、この発明ではＮｉメッキ層２４によってリードフレーム２０のダイパット電極面２２ａを被覆する。

　Ｎｉメッキ層２４を被覆すれば、ＩＣチップ１０のはんだ付け工程中にリードフレーム２０が加熱され、Ｃｕが溶出しようとしても、Ｃｕが溶出しにくくなると共に、溶出したとしてもダイボンド用はんだ材料３０中には混入しない。

　ダイボンド用はんだ材料３０中に溶出したＣｕが混入すると、このダイボンド用はんだ材料３０そのものの固相線温度（後述するように本例では２４５℃）を低下させてしまう。実験によると２２９~２３６℃程度まで低下してしまう。Ｎｉメッキ層２４を用いることでダイボンド用はんだ材料３０それ自身の固相線温度を２４５℃に維持することができる。

　図１Ｂに示すように、塗布された高融点のダイボンド用はんだ材料３０の面にＩＣチップ１０の電極面１２が対峙するように載置されて仮固定される。その後、オーブンリフロー炉（図示はしない）内に搬送されて加熱処理される。この加熱処理によって図１ＣのようにＡｕメッキ層１６と２６は溶解する。

　ダイパット電極面２２ａにダイボンド用はんだ材料３０を用いてはんだ付けすることで図１Ｃのような回路素子となる。実際には、この回路素子を構成するリード３４のうち内部端子部（内部電極部）３４ａとＩＣチップ１０とが電極ワイヤ４０によって結線（ワイヤボンディング）された後、ワイヤボンディングされたＩＣチップ１０とリードフレーム２０とが樹脂４２によってモールド処理されて、図１Ｄに示す周知の面実装部品５０が得られる。

　面実装部品５０としては、周知のようにＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ），ＱＦＮ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｎｏｎ−Ｌｅａｄ）や、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｐａｃｋａｇｅ）などが考えられる。

　面実装部品５０は、図１Ｅに示すように回路基板として機能するプリント基板６０に実装される。そのため、プリント基板６０に形成された基板端子部（ランド）６２とリード３４の外部端子部３４ｂとがＰｂフリーの実装用はんだ材料７０によってはんだ付けされて、実装処理が完成する。

　なお、リードフレーム２０を構成するリード３４は予めその全体に亘りＳｎメッキか、Ｓｎ−Ｂｉメッキ、Ｓｎ−Ｃｕメッキ、Ｓｎ−Ａｇメッキなどによるメッキ加工が施されている。

　上述した実装処理は、オーブンリフロー炉内で行われる。実装用はんだ材料７０としては、後述するように従来から使用されている（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）系はんだ材料よりもその固相線温度および液相線温度が低いものが使用される。

　続いて、この発明において使用したダイボンド用はんだ材料３０と実装用はんだ材料７０について説明する。

　この発明においては、ダイボンド用はんだ材料３０としては、固相線温度を低下させる成分をできるだけ含まない、含んだとしても既定値以下となるようなはんだ材料を使用すると共に、はんだ材料接合工程中に固相線温度を低下させる成分が溶出しないようにしたものである。

　また、ダイボンド用はんだ材料３０と実装用はんだ材料７０との固相線温度差が大きくなるようなダイボンド用はんだ材料３０と実装用はんだ材料７０を使用して面実装部品をはんだ付けするようにしたものである。（表１）以下を参照して説明する。

１．（表１）について

（表１）は、この発明と比較するための不適切な例を示す。実装用はんだ材料７０としては従来から用いられているＭ７０５規格の合金はんだ材料（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）を例示する。その固相線温度は２１７℃であり、液相線温度は２２０℃である。

　これに対してダイボンド用はんだ材料３０としては（表１）に示すように
Ｓｎを主成分とする（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料である。
（表１）には、（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料として、Ｃｕを含有するものと、そうでない２種類のはんだ材料を示す。（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系はんだ材料は、０．１質量％以下の不純物を含む。また、（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系はんだ材料それ自身の固相線温度は２４５℃であり、液相線温度は２６８℃である。

　（表１）にはダイボンド用はんだ材料３０の組成比、その組成比での固相線温度、液相線温度およびダイボンド用はんだ材料３０そのものの２４５℃以下での溶融率を示す。また、接合部であるダイパット電極部２２における固相線温度、液相線温度およびそこでの２４５℃以下での溶融率は、ダイパット電極部２２における無メッキの場合と、メッキ加工を施した場合を分けて実験した値を示す。

　そして、リフロー炉の加熱温度を変えたときに、ダイパット電極部２２における溶融状態がどのように変化するかを合否（適否）で示した。ここに、ダイパット電極部２２におけるダイボンド用はんだ材料３０の溶融による合否は、１質量％でも溶融した場合には不合格とした。

　リフロー炉の最小加熱温度（リフロー可能最小温度）は、実装用はんだ材料７０の液相線温度を基準に、これよりも１０℃程度高めの温度を設定し、このリフロー可能最小温度を基準にして２０℃および２５℃高めの加熱温度での合否も実験により確認した。

　（表１）のように、（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系はんだ材料の場合には、ダイボンド用はんだ材料３０それ自体の２４５℃以下での溶融率は１２％となった。また、Ｓｂが１０質量％以下では、（表１）に示すようにダイパット電極部２２における固相線温度は２４５℃以下に低下する。この値は、ダイパット電極部２２におけるメッキ層によって相違するも、ダイボンド用はんだ材料３０そのものの固相線温度よりも低い。

　結論としては、ダイボンド用はんだ材料３０に含有するＣｕの含有量を加減調整してもダイパット電極部２２における溶融が起きることが確認できた。したがって、（表１）に示すはんだ材料は、適切な組み合わせとは言えない。

２．（表２）について

　（表２）は、この発明の説明に供する実験例を示す。
　（表２）では、ダイボンド用はんだ材料３０として（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系のはんだ材料を使用し、実装用はんだ材料７０として（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系のはんだ材料を使用した場合である。

　ダイボンド用はんだ材料３０にあって、Ｓｂが１０質量％以下では、固相線温度として２４５℃を満足することができず、２４５℃以下となってしまう。これに対して、Ｓｂが１３質量％以上であると今度ははんだ材料が硬くなってクラックが入りやすくなり、はんだ材料固形後の機械的信頼性が低下してしまう。したがって、Ｓｂは１０~１３質量％が好ましく、クラックの発生を抑止し、機械的信頼性を確保するには、１０~１１質量％のＳｎがより好ましい。

　また、はんだ材料の主成分であるＳｎの純度は、９９．９質量％以上であるのが好ましく、そのうちでも０．１質量％以下の不純物中に含有するＣｕの含有量は、０．０１質量％以下が好ましく、０．００５質量％以下がさらに好ましい。Ｃｕの含有率が高くなると、それだけ本来の固相線温度（２４５℃）を低下させることになるからである。

　実装用はんだ材料として使用される（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料としては、Ａｇが３~３．４質量％、Ｃｕが０．５~１．１質量％、Ｂｉが３~７質量％、残余がＳｎからなるはんだ材料を示す。Ａｇの添加量が多くなると固相線温度が高くなる嫌いがある。したがって好ましくは３．０質量％程度がよい。

　Ｃｕも、固相線温度を高めることになるから、（０．５５~０．８５）質量％の範囲内で添加するのが好ましい。ＢｉもＣｕと同じく固相線温度を高めることになったり、機械的強度が落ちることになるので、好ましくは（３~５）質量％の範囲内で添加する。この例では、（Ｓｎ−３Ａｇ−０．８Ｃｕ−３Ｂｉ）系はんだ材料を使用した。

　Ｂｉを添加した（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系の実装用はんだ材料７０を使用すると、その固相線温度は２０５℃となり、液相線温度は２１５℃となるため、Ｍ７０５規格のはんだ材料よりも固相線温度、液相線温度とも低くすることができる。

　一方（表２）のように、Ｃｕを含有することによっては、ダイボンド用はんだ材料３０それ自身の固相線温度と液相線温度はそれぞれ変化せず、またダイパット電極部２２におけるメッキ材料がＮｉ材であるときには、ダイパット電極部２２における２４５℃以下での溶融率は１２~１５％程度となるが、リフロー炉温度が２２０~２４０℃の範囲内であるときには、ダイパット電極部２２における２４５℃以下での溶融率は０％となる。

　ここで、最小のリフロー炉温度を２２０℃に設定したのは、上述した組成比の実装用はんだ材料７０を使用したときの液相線温度が、２１５℃と低いためである。なお、リフロー炉温度を２４５℃まで昇温すると、ダイパット電極部２２における２４５℃以下での溶融率は、１２~１５％となる。

　その結果、ダイパット電極面２２ａにＮｉメッキ層が施されたリードフレーム２０を使用すると共に、実装用はんだ材料７０として（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系のはんだ材料を使用し、ダイボンド用はんだ材料３０として（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系のはんだ材料であって、０．１質量％以下の不純物に含まれるＣｕの含有量が０．０１質量％以下に抑えたはんだ材料を使用した場合には、リフロー炉の加熱温度が２４０℃までであるときには良好な結果が得られることがわかる。

　ここに、ダイパット電極部２２におけるダイボンド用はんだ材料３０は、１％でも溶融した場合には不合格として判定していることは、（表１）の場合と同じである。

　なお、念のため、（表２）には従来から使用されている（Ｓｎ−１０Ｃｕ）系はんだ材料も例示してある。またＣｕが０．０２質量％以上含む場合の組み合わせについても比較例として列挙してある。

３．（表３）について

（表３）は、この発明の好適な一例を示す。
（表３）の例は、実装用はんだ材料７０として（表２）に示した成分の他にＩｎを添加した（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系のはんだ材料を使用した場合である。

　Ｂｉが（２~５）質量％であるとき、Ｉｎは（３~５）質量％添加される。好ましい添加量はＢｉが３質量％のとき、Ｉｎは３~４質量％であり、Ｂｉが４質量％であるときには、Ｉｎは３質量％が好適である。Ｉｎは液相線温度を下げる働きがある。この例では、（Ｓｎ−３Ａｇ−０．８Ｃｕ−２Ｂｉ−５Ｉｎ）系はんだ材料を使用した。

　実装用はんだ材料７０としてＩｎをさらに添加した（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ−３Ｂｉ−３Ｉｎ）のはんだ材料を使用すると、その固相線温度は１８９℃で、液相線温度は２１０℃となって、Ｂｉを添加した場合よりもさらに低くすることができる。もちろん、Ｍ７０５規格のはんだ材料よりもその固相線温度、液相線温度を共に低くすることができる。

　ダイボンド用はんだ材料３０としては（表２）と同じく（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系のはんだ材料であって、０．１質量％以下の不純物に含まれるＣｕの含有量が０．０１質量％以下に抑えたはんだ材料である。念のため、（表２）と同じく、０．０２質量％以上Ｃｕを含有するダイボンド用はんだ材料３０についてもそのデータを列挙してある。

　Ｃｕを含有することによっては、（表２）の場合と同じくダイボンド用はんだ材料３０それ自身の固相線温度と液相線温度は変化せず、２４５℃と２６８℃である。

　またＣｕ材より構成されるダイパット電極部２２のメッキ材料はＮｉ材が最も好ましく、Ｃｕの含有量が０．０１質量％以下におけるダイパット電極部２２での固相線温度は２３９~２４５℃とダイボンド用はんだ材料３０そのものの固相線温度（２４５℃）と同じか、極めて近い値となった。ダイパット電極部２２における液相線温度は変化せず２６８℃のままである。

　ダイボンド用はんだ材料３０そのものの２４５℃以下での溶融率は、０．０１質量％以下のＣｕ含有量であるときには１２~２７．５％程度の範囲である。因みに、従来ダイボンド用はんだ材料３０（Ｃｕが０．０２質量％以上含有する場合を含む）を使用した場合には、５０％以上の溶融率となる。

　一方、実装用はんだ材料７０として（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系のはんだ材料の場合には、上述したようにその液相線温度が２１０℃と低くなるため、リフロー炉における最小温度（最小加熱温度）も低くなるから、２１５℃程度にリフロー可能最小温度を設定できる。したがってリフロー炉温度が２３０~２３５℃まで昇温（加熱）したとしても、（表３）に示すように何れもダイパット電極部２２におけるダイボンド用はんだ材料３０は溶融しないことが実験により確認された。

　続いて、実装用はんだ材料７０の組成比を変えたときの実施例（実験例）を（表４）および（表５）に示す。ダイボンド用はんだ材料３０は（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系はんだ材料を使用した場合である。

４．（表４）について

　（表４）は（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料を使用したときの実施例である。実施例１~実施例６までは、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料で、実施例７~実施例９までは、さらに特定の金属（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）のうち一種）を添加したときの実施例である。また、実施例１０~１１はＣｕを含まないはんだ材料を使用したときの実施例であり、実施例１２~１６はさらに特定の金属（Ｎｉ，Ｃｏのいずれか又は双方）を添加したときの実施例である。

　比較例１は、Ｍ７０５規格のはんだ材料を使用したときのデータである。これを基準データとして用いている。

　（表４）は、はんだ材料の組成比、融点として固相線温度、液相線温度の他に最大吸熱反応点における融点を示す。また、この他に機械的接合強度と、はんだ材料表面状態の良否を示す。リフロー炉の加熱温度としては、実施例１~実施例９では２２０℃、比較例１では２３０℃、そして比較例２~比較例６では２２０℃をそれぞれ例示する。

　はんだ材料表面状態は、図２に示すようなはんだ材料粒子（はんだ材料粒）を使用した。図２は加熱処理される前の図であって、チップ部品（試料番号「０００」）を例示した。図３のようにその一部を拡大することによって、はんだ材料の粒子が電極全面に亘って混在しているのが判る。所定量のはんだ材料粒子を盛り上げた状態でリフロー炉の温度で加熱する。

　そうした場合、リフロー炉の加熱温度でもまだ充分にはんだ材料粒子が溶解していない状態が図４（試料番号は「１０３」）であり、その一部拡大図が図５である。はんだ材料の一部の粒子がまだ充分に溶けていないのが判る。

　はんだ材料の粒子が完全に溶解した状態が図６であり、その拡大図が図７である。図４のように表面にはんだ材料粒子が残るような溶解状態は好ましくない。図６及び図７の状態が求めようとする理想的な溶解状態である。

　接合強度は、ヒートサイクル試験によって行う。この例では、チップ抵抗部品を例示する。プリント基板のはんだ付けパターン（１．６×１．２ｍｍ）に（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料のソルダペーストを１５０μｍの厚さで印刷塗布する。その後、（３．２×１．６×０．６ｍｍ）のチップ抵抗部品を載せて、加熱温度が２２０℃のリフロー炉ではんだ付けした後チップ抵抗部品が実装されたプリント基板を−５５℃~＋１２５℃にそれぞれ３０分ずつ保持する操作を１サイクルとして、１０００サイクル行ったときの接合強度（Ｎ）を示す。

　接合強度は、平均値が高く、最小値が２０℃以上が好ましく、そのうちでもその絶対値が小さいものがさらに好ましい。

　実施例１~実施例９から明らかなように、固相線温度は２１０℃以下である。液相線温度も概ね２１５℃以下である。はんだ材料表面状態は何れも良好（図６の完全溶解状態）であるから、接合強度も満足する値となっている。一部、液相線温度が２２０℃を超えている実施例もあるが、はんだ材料表面状態および接合強度は十分満足した値を示している。

　比較例２~比較例６までは、比較例１を超える内容のものもあるが、実施例１~実施例９のようにはんだ材料表面状態（一部不溶解状態）と接合強度の点で劣る。したがって、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料としては、上述したような範囲内に収まる組成比が好ましいと言える。

５．（表５）について

　（表５）は（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料を使用したときの実験例（実施例）である。比較例１は、Ｍ７０５規格のはんだ材料を使用したときのデータで、これを基準データとして用いている。

　（表５）も（表４）と同じように、はんだ材料の組成比、融点として固相線温度、液相線温度の他に最大吸熱反応点における融点を示し、さらに機械的接合強度と、はんだ材料表面状態の良否を示す。はんだ材料表面状態は、図３~図６と同様である。接合強度の試験も（表４）と同じである。ただし、リフロー炉の加熱温度は２１５℃に変更して実験した。

　基準となるはんだ材料としては、（表４）の場合と同じくＭ７０５規格の合金はんだ材料であって、このはんだ材料の諸特性を基準データとして用いている。

　実施例１７~実施例２４から明らかなように、固相線温度は２００℃以下である。液相線温度も概ね２１５℃である。はんだ材料表面状態は何れも良好（図６及び図７の完全溶解状態）であるから、接合強度も満足する値となっている。一部、液相線温度が２１５℃を超えている実施例もあるが、はんだ材料表面状態および接合強度は十分満足した値を示している。

　比較例７~比較例１４にあっては比較例１を超える内容のものもあるが、実施例１７~実施例２４に比べてはんだ材料表面状態（一部不溶解状態）と接合強度の点で劣ることが判る。したがって、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料としては、上述したような範囲内に収まる組成比が好ましいと言える。

　したがって（表１）~（表５）までの実験結果から明らかなように、この発明においては、
（１）実装用はんだ材料７０としては、（表２）以下に示す組成比となされた（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系のはんだ材料若しくはこれにＩｎを添加した（表３）以下に示す組成比となされた（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系のはんだ材料が好適である。
（２）ダイボンド用はんだ材料３０としては、（Ｓｎ−１０Ｓｂ）系のはんだ材料であって、０．１質量％以下の不純物に含まれるＣｕの含有量が０．０１質量％以下に抑えたはんだ材料が好適である。特にＣｕの含有量が０．００５質量％以下、好ましくは０．００１質量％以下であることが好ましい。

　この場合使用するダイパット電極部２２におけるメッキ材としてはＮｉ材が好適であり、リフロー炉の加熱温度は２４５℃以下、好ましくは２４０℃以下に設定されるのが好ましいことが判明した。
（３）なお、上述した（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料をダイボンド用はんだ材料３０として使用するとき、これにＰを添加することもできる。上述した（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料にさらに、Ｐを微量に添加すると、濡れ性と共にボイドの改善に繋がる。
（４）上述した（３）の（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料に、さらに（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）の一種以上の成分を添加することもできる。Ｐの代わりに（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）の一種以上の成分を添加してもよい。

　（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）の一種以上の成分を添加するのは、はんだ材料接合工程中で、Ｎｉメッキ層１４，２４が溶解するのを抑制すると共に、はんだ材料接合中に生成されるＮｉメッキの反応量の成長を抑制するためである。

　（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）の一種以上の成分は、総量が０．０１~０．１質量％となる範囲内で添加される。単独（一種類）で添加するときは、Ｎｉでは０．１質量％、Ｆｅでは０．０５質量％、Ｃｏでは０．０５質量％が好ましい。これら成分の組み合わせとしては、（Ｎｉ＋Ｃｏ）、（Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｃｏ）が考えられる。

　その後、本件出願人が鋭意検討を行った結果、本願発明のダイボンド用はんだ材料と実装用はんだ材料との固相線温度差が大きくなるようなダイボンド用はんだ材料と実装用はんだ材料を使用して面実装部品をはんだ付けすることでダイボンド用はんだ材料の溶解を防止できるようにするための課題達成のためには、Ｃｕ成分が無くとも、達成できることが判明した。その結果を（表４）の実施例１０~実施例１６及び（表５）の実施例２５~２７に示す。

　（表４）の実施例１５及び実施例１６は外観上問題ないように見えるが、ボイドが多かったので、結果として不合格とした。結果として、（Ｓｎ−（４~５）Ｂｉ−３Ａｇ）系はんだ材料または（Ｓｎ−（４~５）Ｂｉ−３Ａｇ）系はんだ材料に、（０．０２~０．１）重量％のＮｉか、（０１~０．１）重量％のＣｏのいずれかを添加するか、またはＮｉとＣｏの双方を添加することによって、実施例１~実施例９と同等な結果が得られた。

　また、（表５）の実施例２５~実施例２７に示すように、（Ｓｎ−（３~５）Ｉｎ−（２~４）Ｂｉ−３Ａｇ）系はんだ材料の場合でも、実施例１０~実施例１６と同等であるという結果が得られた。Ａｇの添加量は、２．８質量％から３．３質量％の範囲内であればよい。

　この発明は、半導体素子（ＩＣチップ）をダイボンディングし、ダイボンディングされた半導体素子をパッケージ化したのちプリント基板などに面実装する一連の面実装部品製造工程およびこの製造工程により作製された面実装部品に適用できる。

１０・・・半導体素子（ＩＣチップ）
１４，２４・・・Ｎｉメッキ層
１６，２６・・・Ａｕメッキ層
２０・・・リードフレーム
２２・・・ダイパット電極部（アイランド部）
３４・・・リード部
３４ａ・・・内部端子部
３４ｂ・・・外部端子部
３０・・・ダイボンド用はんだ材料
３８・・・放熱板
４０・・・電極ワイヤ
５０・・・面実装部品
６０・・・プリント基板
６２・・・基板端子部（ランド）
７０・・・実装用はんだ材料

Claims (9)

1. 　Ｎｉメッキ層が形成された電極面を有する回路素子が、Ｎｉメッキ層が形成されたリードフレームのダイパット電極面に、Ｃｕの含有量が所定値以下のＳｎを主成分とする（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料を用いて、はんだ付けされた面実装部品を、回路基板の基板端子部に塗布された（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料を実装用はんだ材料として用いてはんだ付けする
   ことを特徴とする面実装部品のはんだ付け方法。
2. 　上記（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料中のＳｂは１０~１３質量％、好ましくは１０~１１質量％で、上記Ｃｕは０．０１質量％以下、好ましくは０．００５質量％以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の面実装部品のはんだ付け方法。
3. 　上記（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料に、さらにＰ又はおよび１種以上のＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅからなる機械的強度改善成分が添加された
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の面実装部品のはんだ付け方法。
4. 　添加される上記Ｐは０．０００１~０．０１質量％であり、上記Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅは０．０１~０．１質量％である
   ことを特徴とする請求項３記載の面実装部品のはんだ付け方法。
5. 　上記面実装部品に使用されるリードフレームのリード部は、Ｓｎメッキ層又はＳｎ−Ｂｉメッキ層で被覆されてなる
   ことを特徴とする請求項１記載の面実装部品のはんだ付け方法。
6. 　上記実装用はんだ材料として、Ａｇが３~３．５質量％、Ｃｕが０．５~１．０質量％、Ｂｉが３~７質量％好ましくは３~５質量％、残部がＳｎである（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料が使用される
   ことを特徴とする請求項１記載の面実装部品のはんだ付け方法。
7. 　上記実装用はんだ材料として、さらにＩｎが添加された
   ことを特徴とする請求項１および６記載の面実装部品のはんだ付け方法。
8. 　上記Ｂｉは２~５質量％であって、上記Ｉｎは３~５質量％である
   ことを特徴とする請求項７記載の面実装部品のはんだ付け方法。
9. 　回路素子が載置されるダイパット電極部と回路基板に接合されるリード部からなり、上記アイランド部にはＮｉメッキ層が形成されたリードフレームと、
   　上記ダイパット電極部に対して、Ｃｕの含有量が所定値以下のＳｎを主成分とする（Ｓｎ−Ｓｂ）系はんだ材料を介して接合される、Ｎｉメッキ層をその接合面とする回路素子と、
   　上記リード部が、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ材料、若しくは（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ）系はんだ材料を介して、基板端子部を構成するランド部に接合される回路基板とからなる
   ことを特徴とする面実装部品。

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