WO2015125855A1 - 鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体 - Google Patents

鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体 Download PDF

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淳 入澤
理枝 和田
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    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys

Definitions

  • the present invention relates to a lead-free solder alloy used for soldering electronic components, a solder material including the lead-free solder alloy, and a joint structure including the lead-free solder alloy.
  • Patent Document 1 describes that a protective layer made of Ag—Sn metal is provided on the connection terminal surface.
  • a protective layer made of Ag—Sn metal is provided on the connection terminal surface.
  • Patent Document 2 describes a lead-free solder alloy containing a specific content of Cu and In and the balance being Sn.
  • Patent Document 3 describes a lead-free solder alloy containing a metal such as Pd, Mn, Zn, Al, Sb, and In.
  • the solder alloys described in Patent Documents 2 and 3 are insufficient in the effect of suppressing electromigration.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-1335014 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-252548 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-27122
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a lead-free solder alloy, a solder material, and a joint structure that can sufficiently suppress the occurrence of electromigration in a solder joint. This is the issue.
  • the lead-free solder alloy of the present invention contains more than 3.0% by mass and 10% by mass or less of Sb, with Sn as the balance.
  • the lead-free solder alloy of the present invention may further contain at least one metal selected from the group consisting of Ag, Cu, Ni, Co and Ge as the balance.
  • the lead-free solder alloy of the present invention may contain 4.0% by mass or less of the Ag.
  • the lead-free solder alloy of the present invention may contain 1.0% by mass or less of the Cu.
  • the lead-free solder alloy of the present invention may contain 0.1% by mass or less of Ni, Co and Ge in total.
  • solder material of the present invention contains the lead-free solder alloy and flux.
  • the joint structure of the present invention is a joint structure in which a substrate having electrodes and a semiconductor element are joined via a solder joint, and the solder joint includes the lead-free solder alloy.
  • the SEM photograph which shows the outline of a test piece.
  • the schematic diagram showing the outline of the apparatus used for the electromigration test.
  • the lead-free solder alloy of the present embodiment is a lead-free solder alloy containing Sb (antimony) in an amount of more than 3.0 mass% and not more than 10 mass%, with the balance being Sn (tin).
  • the balance means components other than Sb.
  • the lead-free solder alloy of this embodiment refers to a solder alloy used for lead-free solder as defined in JIS Z 3282.
  • the lead-free solder alloy of this embodiment (hereinafter also simply referred to as a solder alloy) contains Sb in an amount of more than 3.0 mass% and 10 mass% or less, preferably 3.3 mass% or more and 5 mass% or less.
  • the solder alloy of this embodiment is a lead-free solder alloy containing Sn as a main component. In such a solder alloy containing Sn as a main component, by including Sb in the above range, electromigration can be sufficiently suppressed when the solder alloy is used for solder joining.
  • more than 3.0 mass% means mass% larger than 3.0 mass%.
  • “super” is used in the same meaning.
  • Electromigration is a phenomenon in which metal electrons move when a high-density current flows in the metal, and a missing portion (void) is generated in the metal portion due to the movement of the metal electron.
  • the solder joint becomes minute due to the miniaturization of the mounted component, the current density increases even if the current is small, and thus electromigration is likely to occur.
  • solder joints that are extremely small compared to solder joints in conventional component mounting of printed circuit boards, such as solder joints such as inner bumps that electrically connect semiconductor elements and interposer boards
  • a high-density current flows through the solder joint, electromigration occurs, and there is a risk of voids or disconnection.
  • Such electromigration is usually likely to occur at a high current density of 10 kA / cm 2 or more.
  • a high-density current of 10 kA / cm 2 or more may flow in the current concentration portion. Therefore, electromigration tends to occur even with a smaller current as the solder joint portion becomes smaller.
  • the solder alloy according to the present embodiment is preferably used for a micro solder joint such as an inner bump for electrically connecting a semiconductor element and an interposer substrate because electromigration hardly occurs.
  • the solder alloy of this embodiment has, for example, a solidus temperature that is a melting start temperature of 220 ° C. to 240 ° C., preferably 230 ° C. to 236 ° C., and a liquidus temperature that is a solidification start temperature of 221 ° C. to 250 ° C.
  • the range is preferably 230 ° C to 245 ° C.
  • a lead-free solder alloy containing Sn as a main component is known to have a high melting temperature because it does not contain lead having a lower melting temperature than Sn. Therefore, the melting temperature of the solder alloy can be adjusted by using an alloy containing a metal having a lower melting temperature than Sn.
  • the solder alloy used for the inner bump preferably has a liquidus temperature of, for example, 220 ° C. or higher, which is the liquidus temperature of general-purpose lead-free solder (Sn3Ag0.5Cu). Since the melting temperature of the solder alloy of the present embodiment is in the above range, the fluidity of the solder alloy can be maintained in an appropriate range while suppressing electromigration, and melting after soldering can be suppressed.
  • the solder alloy of the present embodiment contains at least one metal selected from the group consisting of Ag (silver), Cu (copper), Ni (nickel), Co (cobalt), and Ge (germanium). Further, it may be included. Electromigration can be further suppressed by further including these metals.
  • each metal in the balance is not particularly limited.
  • Sn is 94.9% by mass or more and 100% by mass or less, and preferably 96% by mass or more and 100% by mass or less.
  • the total amount of Ag, Cu, Ni, Co, and Ge is 0.001 mass% or more and 5.1 mass% or less of the remainder, Preferably, it is 0.5 mass% or more and 4.0 mass% or less.
  • the more specific content of each component is as follows, for example.
  • the solder alloy of this embodiment may contain 84.4 mass% or more and 97.0 mass% or less of Sn.
  • the solder alloy of this embodiment may contain 0.1 mass% or more and 4.5 mass% or less, preferably 1.0 mass% or more and 3.5 mass% or less of Ag. By including Ag in the above range, electromigration can be further suppressed.
  • the solder alloy of this embodiment may contain 0.1 mass% or more and 1.2 mass% or less, Preferably it is 0.5 mass% or more and 0.7 mass% or less.
  • the solder alloy of this embodiment may contain 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, Preferably it is 0.03 mass% or more and 0.07 mass% or less.
  • the solder alloy of this embodiment may contain 0.01 mass% or more and 0.1 mass% or less, preferably 0.03 mass% or more and 0.07 mass% or less when it contains Co.
  • the solder alloy of this embodiment may contain 0.001 mass% or more and 0.1 mass% or less, preferably 0.005 mass% or more and 0.01 mass% or less, when Ge is included.
  • the total content of Ni, Co, and Ge may be more than 0% by mass and 0.1% by mass or less.
  • the total content of Ni, Co, and Ge means the total amount of at least one metal selected from the group consisting of Ni, Co, and Ge. Means.
  • solder alloy according to the present embodiment a lead-free solder alloy including Sb exceeding 3.0% by mass and 10% by mass or less and Sn as the balance can be cited.
  • the balance is Sn 100% by mass.
  • solder alloy of the present embodiment is included in the range of more than 3.0 mass% and 10 mass% or less, and the balance is selected from the group consisting of Sn, Ag, Cu, Ni, Co, and Ge.
  • a lead-free solder alloy composed of at least one kind of metal can be mentioned.
  • the balance of Sn is 84.69 mass% or more and 96.999 mass% or less, and the total amount of at least one metal selected from the group consisting of Ag, Cu, Ni, Co and Ge is 3.001 mass%.
  • the content is 15.31% by mass or less.
  • the solder alloy of this embodiment may contain inevitable impurities as the balance.
  • Sb is included in the range of more than 3.0% by mass and 10% by mass or less, and the balance is selected from the group consisting of Sn, Ag, Cu, Ni, Co, and Ge. It is a lead-free solder alloy consisting of at least one metal and inevitable impurities.
  • content of each said metal says the value measured by the method of JISZ3910 using spark discharge emission spectrometry.
  • the solder material of this embodiment is a solder material containing the lead-free solder alloy and flux.
  • the flux is not particularly limited, and a known flux can be used, and examples thereof include those used for known solder materials such as rosin and synthetic resin.
  • the content of the solder alloy and the flux is not particularly limited.
  • the solder alloy is 85% by mass to 95% by mass, preferably 88% by mass to 90% by mass, and the flux. It is 5 mass% or more and 15 mass% or less, Preferably it is 10 mass% or more and 12 mass% or less.
  • solder alloy used for the solder material of this embodiment is preferably in the form of powder.
  • a powdered solder alloy it can be easily made into a paste solder material (solder paste) by mixing with the flux.
  • the solder alloy of this embodiment is used by forming into various shapes such as a rod shape, a strip shape, a spherical shape, etc. in addition to using it as a solder paste etc. after being powdered and mixed with a flux as described above. May be.
  • the solder joint of this embodiment is a joint structure in which a substrate having an electrode and a semiconductor element are joined via a solder joint, and the solder joint is the lead-free solder alloy of the above-described embodiment. Is included.
  • the joint structure of this embodiment is a joint structure in which a substrate having electrodes and a semiconductor element are joined via a solder joint, and the solder joint includes a lead-free solder alloy as described above. Is the body.
  • Examples of the bonded structure in which the substrate having the electrodes and the semiconductor element are bonded via the solder bonding portion include a semiconductor package formed by flip chip mounting.
  • a semiconductor package formed by flip-chip mounting is formed by forming a solder bump on the lower surface of a semiconductor element and connecting it to an electrode on a substrate by solder bonding. There is no need to draw out a lead wire next to the semiconductor element. A small semiconductor package close to the size of can be obtained.
  • the solder joint portion in such a joint structure has a very small size, high-density current easily flows and electromigration easily occurs. Furthermore, since the solder joint portion of such a joint structure is also exposed to heat when the joint structure is further mounted on a substrate which is a mother board, it may not be easily melted once the semiconductor element is mounted. Required.
  • the solder material of the present embodiment as described above when used, electromigration can be sufficiently suppressed, and at the same time, the semiconductor element is melted at an appropriate temperature. When the bonded structure is mounted on the substrate, it does not melt.
  • solder alloy of this embodiment is used for a normal electronic component and a printed circuit board in addition to being used for a solder joint part of a joint structure in which a substrate having an electrode and a semiconductor element are joined via a solder joint part. You may use for a junction part with this electrode.
  • the lead-free solder alloy of the present invention contains more than 3.0% by mass and 10% by mass or less of Sb and contains Sn as the balance, so that electromigration can be sufficiently suppressed even when used as a solder material for a joint. Can do. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a lead-free solder alloy, a solder material, and a joint structure that can sufficiently suppress the occurrence of electromigration in a solder joint.
  • solder alloy Each solder alloy having the composition shown in Table 1 was prepared.
  • FIG. 1 shows an outline of a test piece for measuring electromigration resistance.
  • a test piece (test piece) was prepared by soldering each solder alloy between copper electrodes using a soldering iron (UNIX-JBC, manufactured by Japan Unix Co., Ltd.) having a tip of 200 ⁇ m. The thickness of the solder joint was adjusted to 9 ⁇ m. The surface of the copper electrode was polished with # 2000 water-resistant abrasive paper and then finished with # 4000 water-resistant abrasive paper. Electromigration was measured with the apparatus shown in FIG. 2 using each test piece.
  • Example 1 shows the time at which the voltage value became unmeasurable as the rupture time. Further, in the same measurement method, an average current density of 100 kA / cm 2 for Example 1, 4 and Comparative Example 1, to measure the voltage value and current at 200 kA / cm 2, the time in which the voltage value becomes unmeasurable Is shown in Table 2 as the breaking time. Furthermore, about Example 4 and the comparative example 1, it supplied with an average current density of 10 kA / cm ⁇ 2 >, and measured the voltage value, and shows the time when the voltage value became unmeasurable as a fracture time in Table 2.

Abstract

　Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下含み、残部としてＳｎを含む鉛フリーはんだ合金等である。

Description

鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体 関連出願の相互参照
　本願は、日本国特願２０１４－３３２３４号の優先権を主張し、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。
　本発明は、電子部品のはんだ付けに用いられる鉛フリーはんだ合金、これを含むはんだ材料及び前記鉛フリーはんだ合金を含む接合構造体に関する。
　近年、環境問題の観点から鉛をほとんど含まない鉛フリーはんだが、プリント配線板等の電子回路基板に電子部品を実装するために用いられている。
　一方、実装基板及び配線の微細化に伴い、部品の微小化も進み、その結果、はんだ接合部の微小化も進んでいる。
　かかるはんだ接合部の微小化に伴い、エレクトロマイグレーション（electromigration）の発生によるはんだ接合部におけるボイド、さらには、断線が問題になってきている。そこで、鉛フリーはんだにおいてエレクトロマイグレーションを抑制するための技術が種々検討されている。
　例えば、特許文献１には、接続端子表面にＡｇ－Ｓｎ金属からなる保護層を設けることが記載されている。しかし、このように接続端子表面に保護層を設ける場合には、接続構造そのものを変更する必要が生じ、大幅に製造工程の見直しが必要になる。また、保護層を設ける工程が必要になり、製造工程が煩雑になる。そこで、はんだ合金の組成を調整することで、エレクトロマイグレーションを抑制することが検討されている。例えば、特許文献２には、Ｃｕ及びＩｎを特定の含有量含み残部がＳｎである鉛フリーはんだ合金が記載されている。また、特許文献３には、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｉｎ等の金属を含む鉛フリーはんだ合金が記載されている。
　しかし、特許文献２及び３に記載のはんだ合金では、エレクトロマイグレーションを抑制する効果が不十分である。
日本国特開２０１３－１３５０１４号 日本国特開２０１３－２５２５４８号 日本国特開２０１４－２７１２２号
　本発明は、前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、はんだ接合部におけるエレクトロマイグレーションの発生を十分に抑制しうる鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体を提供することを課題とする。
　本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下含み、残部としてＳｎを含む。
　本発明の鉛フリーはんだ合金は、残部としてさらにＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含んでいてもよい。
　本発明の鉛フリーはんだ合金は、前記Ａｇを４．０質量％以下含んでいてもよい。
　本発明の鉛フリーはんだ合金は、前記Ｃｕを１．０質量％以下含んでいてもよい。
　本発明の鉛フリーはんだ合金は、前記Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅを合計で０．１質量％以下含んでいてもよい。
　本発明のはんだ材料は、前記鉛フリーはんだ合金と、フラックスとを含む。
　本発明の接合構造体は、電極を有する基板と半導体素子とがはんだ接合部を介して接合された接合構造体であって、前記はんだ接合部は、前記鉛フリーはんだ合金を含む。
テストピースの概略を示すＳＥＭ写真。 エレクトロマイグレーション試験に用いた装置の概要を示す該略図。
　以下に、本発明に係る鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体について説明する。
　まず、本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｂ（アンチモン）を３．０質量％超１０質量％以下含み、残部がＳｎ（錫）である鉛フリーはんだ合金である。
　尚、本実施形態において残部とはＳｂ以外の成分を意味する。
　本実施形態の鉛フリーはんだ合金は、ＪＩＳ　Ｚ　３２８２に定める鉛フリーはんだに用いられるはんだ合金をいう。
　本実施形態の鉛フリーはんだ合金（以下、単にはんだ合金ともいう。）は、Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下、好ましくは３．３質量％以上５質量％以下含む。
　本実施形態のはんだ合金はＳｎを主成分とする鉛フリーはんだ合金である。
　かかるＳｎを主成分とするはんだ合金において、Ｓｂを前記範囲含むことにより、はんだ合金をはんだ接合に用いた場合に、エレクトロマイグレーションを十分に抑制することができる。
　尚、本実施形態において、３．０質量％超とは、３．０質量％よりも大きい質量％を意味する。以下、「超」は同様の意味で用いられる。
　エレクトロマイグレーションは、金属中に高密度電流が流れた際に、金属電子が移動する現象であり、かかる、金属電子の移動によって金属部分に欠落部分（ボイド）が生じることになる。特に、実装部品の微細化によってはんだ接合部が微小になると、電流が少なくても電流密度が高くなるため、エレクトロマイグレーションが発生しやすくなる。例えば、半導体素子とインターポーザー基板とを電気的に接続するインナーバンプのようなはんだ接合部等のように、従来のプリント基板の部品実装におけるはんだ接合部に比べて極めて微小なはんだ接合部においては、はんだ接合部に高密度電流が流れてエレクトロマイグレーションが発生し、ボイド、あるいは、断線等が生じる虞がある。かかるエレクトロマイグレーションは、通常、１０ｋＡ／ｃｍ２以上のような高密度電流で発生しやすくなるが、はんだ接合部が球状のバンプである場合には、バンプ径が８０μｍのバンプの場合には３１．４ｍＡ程度の電流でも電流集中部において１０ｋＡ／ｃｍ２以上の高密度電流が流れる可能性がある。よって、はんだ接合部が小さくなるほどより小さい電流でもエレクトロマイグレーションが発生しやすくなる。
　本実施形態のはんだ合金は、エレクトロマイグレーションが発生しにくいため、特に、半導体素子とインターポーザー基板とを電気的に接続するインナーバンプのような微小はんだ接合部に好適に用いられる。
　本実施形態のはんだ合金は、例えば、溶融開始温度である固相線温度が２２０℃～２４０℃、好ましくは２３０℃～２３６℃、凝固開始温度である液相線温度が２２１℃～２５０℃、好ましくは２３０℃～２４５℃の範囲である。
　前記範囲の固相線温度及び液相線温度であることで、エレクトロマイグレーションを抑制しつつ、はんだ合金の流動性を適切な範囲に維持でき、且つはんだ接合後の溶融を抑制することができる。
　一般的にＳｎを主成分とする鉛フリーはんだ合金は、Ｓｎよりも溶融温度の低い鉛を含まないため、溶融温度が高いことが知られている。そこでＳｎよりも溶融温度の低い金属を含む合金とすることではんだ合金の溶融温度を調整することができる。一方、溶融温度が低くなりすぎると、例えば、前述のようなインナーバンプに用いられた場合に、マザーボードとなる基板に部品を実装する際に、インナーバンプが溶融してしまうという問題が起きる。よって、インナーバンプに用いられるはんだ合金は液相線温度が例えば、汎用鉛フリーはんだ（Ｓｎ３Ａｇ０．５Ｃｕ）の液相線温度である２２０℃以上であることが好ましい。
　本実施形態のはんだ合金は溶融温度が前記範囲であることで、エレクトロマイグレーションを抑制しつつ、はんだ合金の流動性を適切な範囲に維持でき、且つはんだ接合後の溶融を抑制することができる。
　本実施形態のはんだ合金は、残部としてＳｎ以外に、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）及びＧｅ（ゲルマニウム）からなる群から選択される少なくとも一種の金属をさらに含んでいてもよい。
　これらの金属をさらに含むことで、よりエレクトロマイグレーションを抑制できる。
　残部中の各金属の好ましい含有量は、特に限定されるものではないが、たとえば、Ｓｎは９４．９質量％以上１００質量％以下、好ましくは、９６質量％以上１００質量％以下である。
　また、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅの総量は、残部のうちの０．００１質量％以上５．１質量％以下、好ましくは、０．５質量％以上４．０質量％以下である。
　各成分のより具体的な含有量は、例えば、以下のとおりである。
　本実施形態のはんだ合金は、Ｓｎを８４．４質量％以上９７．０質量％以下含んでいてもよい。
　本実施形態のはんだ合金は、Ａｇを０．１質量％以上４．５質量％以下、好ましくは１．０質量％以上３．５質量％以下含んでいてもよい。
　Ａｇを前記範囲含むことで、よりエレクトロマイグレーションを抑制できる。
　本実施形態のはんだ合金が、Ｃｕを含む場合には、０．１質量％以上１．２質量％以下、好ましくは０．５質量％以上０．７質量％以下含んでいてもよい。
　本実施形態のはんだ合金が、Ｎｉを含む場合には、０．０１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．０３質量％以上０．０７質量％以下含んでいてもよい。
　本実施形態のはんだ合金は、Ｃｏを含む場合には、０．０１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．０３質量％以上０．０７質量％以下含んでいてもよい。
　本実施形態のはんだ合金は、Ｇｅを含む場合には、０．００１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．００５質量％以上０．０１質量％以下含んでいてもよい。
　尚、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｅの合計の含有量としては、０質量％超０．１質量％以下であってもよい。
　この場合、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｅの合計の含有量とは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属の合計量を意味し、一種のみの場合にはその金属の含有量を意味する。
　Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｅを前記範囲含むことで、よりエレクトロマイグレーションを抑制できる。
　すなわち、本実施形態のはんだ合金の一例としては、Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下と、残部としてのＳｎとからなる鉛フリーはんだ合金が挙げられる。
　この場合、残部はＳｎ１００質量％である。
　また、本実施形態のはんだ合金の他の一例としては、Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下含み、残部がＳｎと、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属とからなる鉛フリーはんだ合金が挙げられる。
　この場合、残部は、Ｓｎが８４．６９質量％以上９６．９９９質量％以下、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属の合計量が３．００１質量％以上１５．３１質量％以下である。
　尚、本実施形態のはんだ合金は、残部として不可避不純物を含んでいてもよい。
　この場合には、本実施形態のはんだ合金の一例としては、Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下と、残部としてのＳｎ及び不可避不純物とからなる鉛フリーはんだ合金である。
　また、本実施形態のはんだ合金の他の一例としては、Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下含み、残部がＳｎと、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属と不可避不純物とからなる鉛フリーはんだ合金である。
　尚、本実施形態において前記各金属の含有量は、スパーク放電発光分光分析を用いて、ＪＩＳ　Ｚ　３９１０に記載の方法によって測定した値をいう。
　次に、前述のような本実施形態のはんだ合金を用いたはんだ材料について説明する。
　本実施形態のはんだ材料は、前記鉛フリーはんだ合金と、フラックスとを含むはんだ材料である。
　フラックスは、特に限定されるものでなく、公知のフラックスを用いることができるが、例えば、ロジン系、合成樹脂系等、公知のはんだ材料に用いられるものが挙げられる。
　本実施形態のはんだ材料における、はんだ合金及びフラックスの含有量は特に限定されるものではないが、例えば、はんだ合金８５質量％以上９５質量％以下、好ましくは８８質量％以上９０質量％以下、フラックス５質量％以上１５質量％以下、好ましくは１０質量％以上１２質量％以下である。
　本実施形態のはんだ材料に用いるはんだ合金は粉末状であることが好ましい。粉末状のはんだ合金である場合には、前記フラックスと混合することで、ペースト状のはんだ材料（ソルダーペースト）とすることが容易にできる。
　尚、本実施形態のはんだ合金は、前述のように粉末状にしてフラックスと混合してソルダーペースト等として使用する以外にも、棒状、帯状、あるいは球状等の種々の形状に成形して使用してもよい。
　次に、前述のような本実施形態のはんだ合金及びはんだ材料が用いられた接合構造体について説明する。
　本実施形態のはんだ接合体は、電極を有する基板と半導体素子とがはんだ接合部を介して接合された接合構造体であって、前記はんだ接合部は、前述の本実施形態の鉛フリーはんだ合金を含んでいる。
　本実施形態の接合構造体は、電極を有する基板と半導体素子とがはんだ接合部を介して接合された接合構造体であって、前記はんだ接合部は、前述の鉛フリーはんだ合金を含む接合構造体である。
　電極を有する基板と半導体素子とがはんだ接合部を介して接合された接合構造体とは、例えば、フリップチップ実装によって形成された半導体パッケージが挙げられる。
　フリップチップ実装によって形成された半導体パッケージは、半導体素子の下面にはんだバンプを形成し、基板上の電極とはんだ接合によって接続するもので、リード線を半導体素子の横に引き出す必要がなく、半導体素子のサイズに近い微小な半導体パッケージを得ることができる。
　一方、かかる接合構造体におけるはんだ接合部は、極めて微小なサイズになるため、高密度電流が流れやすくエレクトロマイグレーションが発生しやすくなる。
　さらに、かかる接合構造体のはんだ接合部は、接合構造体をさらにマザーボードとなる基板に実装する際にも熱にさらされることになるため、一度半導体素子を実装した後には容易に溶融しないことが要求される。
　本実施形態の接合構造体において、前述のような本実施形態のはんだ材料を用いた場合には、エレクトロマイグレーションを十分に抑制できると同時に、半導体素子を接合する際には適切な温度で溶融し、接合構造体を基板に実装する際には溶融することはない。
　尚、本実施形態のはんだ合金は、電極を有する基板と半導体素子とがはんだ接合部を介して接合された接合構造体のはんだ接合部に使用される以外にも、通常の電子部品とプリント基板の電極との接合部に用いてもよい。
　本実施形態にかかるはんだ合金、はんだ材料および接合構造体は以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明の鉛フリーはんだ合金は、Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下含み、残部としてＳｎを含むため、接合部のはんだ材料として用いた場合にも、エレクトロマイグレーションを十分に抑制することができる。
　よって、本発明によれば、はんだ接合部におけるエレクトロマイグレーションの発生を十分に抑制しうる鉛フリーはんだ合金、はんだ材料及び接合構造体を提供することができる。
　次に、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。
（はんだ合金）
　表１に記載の組成の各はんだ合金を準備した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
（エレクトロマイグレーション耐性試験）
　図１にエレクトロマイグレーション耐性を測定するためのテストピースの概略を示す。
　テストピース（試験片）は、銅電極の間に、こて先２００μｍのはんだこて（ＵＮＩＸ－ＪＢＣ、ジャパンユニックス社製）を用いて各はんだ合金をはんだ付けすることで作製した。はんだ接合部の厚みは９μｍになるように調整した。
　また、銅電極表面は＃２０００の耐水研磨紙を用いて研磨してから、＃４０００の耐水研磨紙を用いて仕上げ研磨した。
　各テストピースを用いて、図２に示す装置でエレクトロマイグレーションを測定した。測定方法は、銅電極にプローブを接触させて、平均電流密度５０ｋＡ／ｃｍ２で通電して電圧値を測定した。テストピースは、セラミックヒータ上に載置して６０℃に加熱しながら通電した。
　電圧値が測定不能になった時間を破断時間として表１に示す。
　また、同様の測定方法で、実施例１，４及び比較例１について平均電流密度１００ｋＡ／ｃｍ２で、２００ｋＡ／ｃｍ２で通電して電圧値を測定し、電圧値が測定不能になった時間を破断時間として表２に示す。
　さらに、実施例４及び比較例１については平均電流密度１０ｋＡ／ｃｍ２で通電して電圧値を測定し、電圧値が測定不能になった時間を破断時間として表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
（溶融性能試験）
　各はんだ合金の溶融性能を測定した。
　各はんだ合金の固相線温度及び液相線温度を示差走査熱量測定 (Differential scanning calorimetry；ＤＳＣ法)で昇温速度１０Ｋ／ｍｉｎにて測定した。
　結果を表１に示す。
　表１に示すように、実施例はいずれも破断時間が１５０時間以上であり、エレクトロマイグレーションの発生が抑制されていたことが明らかである。
　また、実施例は固相線温度が２３０℃以上であり且つ液相線温度が２４０℃であった。すなわち、実施例では溶融性能が適切な範囲に調整されていた。
　さらに、表２に示すように、比較例１では、平均電流密度１０ｋＡ／ｃｍ２においても破断時間が短く、すなわち、エレクトロマイグレーションが生じていた。一方、実施例１及び４では、平均電流密度１０ｋＡ／ｃｍ２、及びより高い平均電流密度である５０ｋＡ／ｃｍ２、１００ｋＡ／ｃｍ２、２００ｋＡ／ｃｍ２においても、比較例１に比べて破断時間が長く、すなわち、エレクトロマイグレーションの発生がより抑制されていた。
　以上より、各実施例では、幅広い電流密度の範囲において確実にエレクトロマイグレーションの発生が抑制されていたことが明らかである。 
 
 
 

Claims (7)

  1. 　Ｓｂを３．０質量％超１０質量％以下含み、残部としてＳｎを含む鉛フリーはんだ合金。
  2. 　残部としてさらに、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む請求項１に記載の鉛フリーはんだ合金。
  3. 　前記Ａｇを４．０質量％以下含む請求項２に記載の鉛フリーはんだ合金。
  4. 　前記Ｃｕを１．０質量％以下含む請求項２又は３に記載の鉛フリーはんだ合金。
  5. 　前記Ｎｉ、Ｃｏ及びＧｅを合計で０．１質量％以下含む請求項２乃至４のいずれか一項に記載の鉛フリーはんだ合金。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の鉛フリーはんだ合金と、フラックスとを含むはんだ材料。
  7. 　電極を有する基板と半導体素子とがはんだ接合部を介して接合された接合構造体であって、前記はんだ接合部は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の鉛フリーはんだ合金を含む接合構造体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017170465A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板および電子制御装置
WO2017217145A1 (ja) * 2016-06-16 2017-12-21 富士電機株式会社 はんだ接合部
WO2018168858A1 (ja) * 2017-03-17 2018-09-20 富士電機株式会社 はんだ材
US10456872B2 (en) 2017-09-08 2019-10-29 Tamura Corporation Lead-free solder alloy, electronic circuit substrate, and electronic device

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112018068596A2 (pt) 2016-03-22 2019-02-12 Tamura Corporation liga de soldas sem chumbo, composição de fluxo, composição de pasta de solda, placa de circuito eletrônico, e controlador eletrônico
ES2921678T3 (es) * 2017-09-14 2022-08-30 Tamura Seisakusho Kk Aleación de soldadura sin plomo, sustrato de circuito electrónico y dispositivo de control electrónico
JP6292342B1 (ja) * 2017-09-20 2018-03-14 千住金属工業株式会社 Ｃｕ管及び／又はＦｅ管接合用はんだ合金、プリフォームはんだ、やに入りはんだおよびはんだ継手
US11815957B2 (en) 2019-12-10 2023-11-14 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Conductive film and roll thereof
CN111843279A (zh) * 2020-07-22 2020-10-30 昆山市宏嘉焊锡制造有限公司 一种高温抗氧化的SnSbCu无铅焊料

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS527422B2 (ja) * 1972-08-19 1977-03-02
JPS5545316B2 (ja) * 1977-10-24 1980-11-17
JPH1177368A (ja) * 1997-09-02 1999-03-23 Senju Metal Ind Co Ltd 鉛フリーはんだ合金
JP2001244622A (ja) * 2000-03-01 2001-09-07 Hitachi Ltd 電子回路装置
JP2003001483A (ja) * 2002-03-27 2003-01-08 Murata Mfg Co Ltd 半田および半田付け物品
JP2004526309A (ja) * 2001-02-08 2004-08-26 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 電子構造体の形成方法
JP2008221330A (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 Fuji Electric Holdings Co Ltd はんだ合金
JP2011005521A (ja) * 2009-06-25 2011-01-13 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Ｓｎ−Ｓｂ系半田合金

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS526468A (en) * 1975-07-04 1977-01-18 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Brazing material
JPS6186091A (ja) * 1984-10-03 1986-05-01 Furukawa Electric Co Ltd:The Ｓｎ−Ｓｂ系合金はんだ
JPS6188996A (ja) * 1984-10-05 1986-05-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Ｓｎ−Ｓｂ系合金はんだ
JP2669825B2 (ja) 1987-07-03 1997-10-29 東芝エンジニアリング株式会社 バルブ施錠装置
JPH0416897A (ja) 1990-05-10 1992-01-21 Mitsubishi Electric Corp マルチウインド表示方式
JP3027441B2 (ja) * 1991-07-08 2000-04-04 千住金属工業株式会社 高温はんだ
US5405577A (en) * 1993-04-29 1995-04-11 Seelig; Karl F. Lead-free and bismuth-free tin alloy solder composition
JPH07284983A (ja) * 1994-04-20 1995-10-31 Tanaka Denshi Kogyo Kk 半田材料及びその製造方法
JPH08174276A (ja) * 1994-12-21 1996-07-09 Tanaka Denshi Kogyo Kk 複合半田材料及びその製造方法
US6179935B1 (en) * 1997-04-16 2001-01-30 Fuji Electric Co., Ltd. Solder alloys
JP3353662B2 (ja) * 1997-08-07 2002-12-03 富士電機株式会社 はんだ合金
JP3353640B2 (ja) * 1997-04-16 2002-12-03 富士電機株式会社 はんだ合金
JPH11291083A (ja) * 1998-04-14 1999-10-26 Murata Mfg Co Ltd 半田合金
US20030021718A1 (en) * 2001-06-28 2003-01-30 Osamu Munekata Lead-free solder alloy
JP4016897B2 (ja) 2003-06-27 2007-12-05 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置の充放電制御装置および自動車
TW200603932A (en) * 2004-03-19 2006-02-01 Senju Metal Industry Co Lead free solder fall
JP4635715B2 (ja) * 2005-05-20 2011-02-23 富士電機システムズ株式会社 はんだ合金およびそれを用いた半導体装置
CN102196881B (zh) * 2008-10-24 2014-06-04 三菱电机株式会社 半导体装置
JP4554713B2 (ja) * 2009-01-27 2010-09-29 株式会社日本フィラーメタルズ 無鉛はんだ合金及び該はんだ合金を含む耐疲労性はんだ接合材並びに該接合材を使用した接合体
JP5584427B2 (ja) * 2009-04-14 2014-09-03 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 無鉛ハンダ合金、ハンダボール及びハンダバンプを有する電子部材
JP5463845B2 (ja) * 2009-10-15 2014-04-09 三菱電機株式会社 電力半導体装置とその製造方法
JP5486282B2 (ja) * 2009-12-08 2014-05-07 荒川化学工業株式会社 はんだペースト用フラックス及びはんだペースト
JP5486281B2 (ja) * 2009-12-08 2014-05-07 荒川化学工業株式会社 はんだペースト
JP2011138968A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Senju Metal Ind Co Ltd 面実装部品のはんだ付け方法および面実装部品
JP5553181B2 (ja) * 2010-06-01 2014-07-16 千住金属工業株式会社 無洗浄鉛フリーソルダペースト
JP5756933B2 (ja) * 2010-09-29 2015-07-29 株式会社弘輝 フラックス
WO2012077228A1 (ja) * 2010-12-10 2012-06-14 三菱電機株式会社 無鉛はんだ合金、半導体装置、および半導体装置の製造方法
JP6165411B2 (ja) 2011-12-26 2017-07-19 富士通株式会社 電子部品及び電子機器
JP5545316B2 (ja) 2012-04-11 2014-07-09 大日本印刷株式会社 印画物作製装置及び印画物作製方法
JP2013252548A (ja) 2012-06-08 2013-12-19 Nihon Almit Co Ltd 微細部品接合用のソルダペースト
JP5893528B2 (ja) 2012-07-27 2016-03-23 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 無鉛はんだバンプ接合構造
JP2014157858A (ja) * 2013-02-14 2014-08-28 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS527422B2 (ja) * 1972-08-19 1977-03-02
JPS5545316B2 (ja) * 1977-10-24 1980-11-17
JPH1177368A (ja) * 1997-09-02 1999-03-23 Senju Metal Ind Co Ltd 鉛フリーはんだ合金
JP2001244622A (ja) * 2000-03-01 2001-09-07 Hitachi Ltd 電子回路装置
JP2004526309A (ja) * 2001-02-08 2004-08-26 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 電子構造体の形成方法
JP2003001483A (ja) * 2002-03-27 2003-01-08 Murata Mfg Co Ltd 半田および半田付け物品
JP2008221330A (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 Fuji Electric Holdings Co Ltd はんだ合金
JP2011005521A (ja) * 2009-06-25 2011-01-13 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Ｓｎ−Ｓｂ系半田合金

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3112080A4 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017170465A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 株式会社タムラ製作所 鉛フリーはんだ合金、電子回路基板および電子制御装置
WO2017217145A1 (ja) * 2016-06-16 2017-12-21 富士電機株式会社 はんだ接合部
CN108290250A (zh) * 2016-06-16 2018-07-17 富士电机株式会社 软钎焊接合部
JPWO2017217145A1 (ja) * 2016-06-16 2018-11-01 富士電機株式会社 はんだ接合部
US10504868B2 (en) 2016-06-16 2019-12-10 Fuji Electric Co., Ltd. Solder joining
CN108290250B (zh) * 2016-06-16 2020-07-07 富士电机株式会社 软钎焊接合部
WO2018168858A1 (ja) * 2017-03-17 2018-09-20 富士電機株式会社 はんだ材
JPWO2018168858A1 (ja) * 2017-03-17 2019-11-07 富士電機株式会社 はんだ材
US11850685B2 (en) 2017-03-17 2023-12-26 Fuji Electric Co., Ltd. Solder material
US10456872B2 (en) 2017-09-08 2019-10-29 Tamura Corporation Lead-free solder alloy, electronic circuit substrate, and electronic device

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