專利名稱：接合材料、電子部件、接合結(jié)構(gòu)體以及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接合材料、電子部件、接合結(jié)構(gòu)體以及電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
在電子部件具有電子元件、電極以及將它們接合的電子元件接合 材料的情況下，電子元件接合材料通常使用焊錫材料。電子部件通過 將電子元件用焊錫材料接合在電極上而得以制作。電子部件進(jìn)而使用
與電子元件接合材料不同的接合材料，搭載在母板(motherboard)等 的基板上。例如，接合片式電感(chip induct)之類的電子部件和母 板的材料通常使用熔點(diǎn)為200 23(TC的焊錫材料。
在電子部件搭載于母板上時(shí)，主要采用熱風(fēng)方式的回流(reflow) 裝置，使電子部件與母板一起受熱，以熔化熔點(diǎn)為200 23(TC的焊錫 材料。這時(shí)，電子部件的溫度達(dá)到230 26(TC，但當(dāng)電子元件接合材 料在電子部件內(nèi)部熔化時(shí)，則存在最終產(chǎn)品產(chǎn)生品質(zhì)不良的可能性。 因此，電子元件接合材料要求具有比電子部件在回流裝置內(nèi)所到達(dá)的 最高溫度更高的熔化溫度。于是，電子元件接合材料例如可以使用含 有鉛作為主成分、含有大約15重量。/。Sn、從而熔化溫度為288'C的Pb-Sn 合金的焊錫材料。但是，在使用Pb-Sn合金作為焊錫材料的情況下，如 果具有搭載了電子部件的基板作為控制手段的電子設(shè)備被廢棄而置 于自然環(huán)境中，則會(huì)擔(dān)心鉛從焊錫材料中溶出到土壤里。
近年來，對(duì)地球環(huán)境保護(hù)的關(guān)心不斷增強(qiáng)，正在進(jìn)行不含鉛的焊 錫(無鉛焊錫)的開發(fā)。例如，由熔化溫度為200 25(TC的Pb-Sn合金 組成的焊錫材料正在被由Sn-Ag合金、Sn-Cu合金或Sn-Ag-Cu合金組成 的焊錫材料所替代。特別地，通常使用由熔化溫度為220 23(TC的 Sn-3。/。Ag-0.5。/。Cu合金組成的焊錫材料。但是，在將電子部件搭載在 基板上吋，電子部件往往被加熱到比這些焊錫材料的熔化溫度更高的 溫度。在此情況下，在將這些焊錫材料用于電子元件接合材料的電子部件中，焊錫材料往往熔化，從而在電子元件和電極的接合上產(chǎn)生品 質(zhì)不良。
另外，還提出了一種熔點(diǎn)較高的焊錫材料(例如參照專利文獻(xiàn)l)。 特別是在專利文獻(xiàn)1的第7頁(yè)所記載的表1中，提出了一種由含有作為
主成分的Bi和少量的Ag的合金組成的無鉛焊錫材料。當(dāng)在Bi中添加少 量Ag時(shí)，則生成Bi和Ag的共晶合金(例如含有97.5重量。/。Bi和2.5重量 。/oAg的共晶合金(Bi-2.5%Ag))。該共晶合金的熔化溫度為262。C。 一般認(rèn)為進(jìn)行往電子部件的母板上的搭載的回流裝置的加熱溫度的 上限大約為26(TC，因此，若為使用該焊錫材料而接合電子元件和電 極的電子部件，則不會(huì)妨礙往電子部件的母板上進(jìn)行的搭載。但是， 由于用于加熱的熱風(fēng)的溫度為270 30(TC，所以片式電感之類的較小 熱容量的電子部件與基于回流裝置的加熱溫度的上限相比，必須具有 再高1(TC左右的耐熱溫度(至少為27(TC左右)。因此，上述專利公 報(bào)所記載的焊錫材料也不能用于較小熱容量的電子部件中電子元件 和電極的接合。
再者，在無鉛焊錫材料的開發(fā)中，減少Ag的含量也是很重要的。 家庭用電氣設(shè)備和電子設(shè)備要求廉價(jià)地進(jìn)行生產(chǎn)。Ag每lg的價(jià)格大約 為40日元，由于價(jià)格昂貴，因而優(yōu)選的是較少的使用量。因此，在Sn-Ag 合金、Sn-Ag-Cu合金、Bi-Ag合金等中，為了使材料價(jià)格廉價(jià)，也進(jìn) 行了將Ag的含量減少到0.3重量。/。左右或其以下、或者使用其它元素以 替代Ag的研究開發(fā)。
例如，進(jìn)行了在以Bi為主成分的鉍合金中，添加Zn、 Sn、 In等元 素的研究。但是，由96重量。/。的Bi和4重量。/。的Zn構(gòu)成的共晶合金 (Bi-4%Zn)的熔化溫度為255。C，由58重量。/。的Bi和42重量。/。的Sn構(gòu) 成的共晶合金(Bi-42%Sn)的熔化溫度為138。C，由35重量。/。的Bi和65 重量。/。的In構(gòu)成的共晶合金(Bi-65%In)的熔化溫度為72'C，均不能 得到具有27(TC以上熔化溫度的鉍合金。另外，即使添加元素的量為 微量，也會(huì)局部地生成這些共晶合金，必須引起注意。
專利文獻(xiàn)l:特開2001-353590號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種例如具有270°C以上的熔化溫度， 不含鉛而可以優(yōu)選應(yīng)用于電子部件的電子元件和電極的接合，且價(jià)格 低廉的接合材料。
本發(fā)明的其它目的在于提供通過上述接合材料而接合電子元件 和電極的電子部件、含有該電子部件的接合結(jié)構(gòu)體、以及具有包含該 接合結(jié)構(gòu)體的電路基板作為控制手段的電子設(shè)備。
本發(fā)明涉及一種接合材料，其包含鉍合金，在所述鉍合金中，Cu
含量為0.2 0.8重量％， Ge含量為0.02 0.2重量％，剩余部分為Bi。
在本發(fā)明的接合材料中，優(yōu)選的是鉍合金進(jìn)一步含有Ni，且Ni 含量為0.02 0.08重量％。
在本發(fā)明的接合材料中，優(yōu)選的是鉍合金進(jìn)一步含有選自球狀填 充劑、針狀填充劑以及板狀填充劑之中的至少l種填充劑，且填充劑 含量為0.05 5.0重量％。
在本發(fā)明的接合材料中，填充劑優(yōu)選含有選自樹脂材料、無機(jī)材 料以及金屬材料之中的至少1種材料。
在本發(fā)明的接合材料中，優(yōu)選的是在填充劑的表面實(shí)施鍍覆，且 該鍍層含有選自Ag、 Pd、 Au以及Sn之中的至少1種金屬。
另外，本發(fā)明涉及一種電子部件，其具有電子元件、與電子元件 連接的電極、接合電子元件和電極的電子元件接合材料，而且電子元 件接合材料為含有鉍合金的所述接合材料的任1種。
在本發(fā)明的電子部件中，從選自形成于電子元件表面的含Sn鍍 層、形成于電極表面的含Sn鍍層、含有Sn的電子元件以及含有Sn 的電極之中的至少1種中混入到電子元件接合材料中的Sn量、或在 電子元件接合材料中作為不可避免的雜質(zhì)而含有的Sn量，優(yōu)選為電 子元件接合材料和Sn的合計(jì)總量的40重量％以下。
另外，本發(fā)明還涉及一種接合結(jié)構(gòu)體，其具有(a)電子部件、 (b)搭載電子部件的基板、(c)接合電子部件和基板的電子部件接 合材料，其中，
(a)電子部件為本發(fā)明的電子部件之中的任1個(gè)，
6(c)電子部件接合材料是熔化溫度比(a)電子部件所具有的電 子元件接合材料中含有的鉍合金的熔化溫度低的接合材料。
另外，本發(fā)明還涉及一種電子設(shè)備，其具有包含所述接合結(jié)構(gòu)體 的電路基板作為控制手段。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種例如具有27(TC以上的熔化溫度，不 含鉛且價(jià)格低廉的接合材料。通過將本發(fā)明的接合材料用于較小熱容 量的電子部件中電子元件和電極的接合，可以顯著地抑制將電子部件 安裝于母板上時(shí)產(chǎn)生的品質(zhì)不良。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種具有包含接合結(jié)構(gòu)體的電路基 板作為控制手段的電子設(shè)備，其中所述接合結(jié)構(gòu)體是將使用本發(fā)明的 接合材料接合電子元件和電極的電子部件搭載于母板上而得到的。本 發(fā)明的電子設(shè)備由于是借助于含有將電子部件搭載于母板上時(shí)、極少 發(fā)生品質(zhì)不良的接合結(jié)構(gòu)體的電路基板進(jìn)行控制，因而具有較高的可 靠性。再者，本發(fā)明的電子設(shè)備的電路基板是無鉛的，即使廢棄在自 然環(huán)境中，也不會(huì)使鉛溶出到自然環(huán)境中。此外，在本發(fā)明的說明書 中，電子設(shè)備不單指電子設(shè)備，也包含各種電氣化產(chǎn)品和電器設(shè)備。


圖1是表示2元合金的共晶點(diǎn)溫度的表。
圖2是表示Bi和Cu的二元合金中Cu含量與Bi-Cu合金熔點(diǎn)之 間的關(guān)系的曲線圖。
圖3是在由Bi和Cu組成的共晶合金中添加Ge、 Al、 Li或P時(shí)，
表示氧化物生成量的曲線圖。
圖4是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中Ge含量與氧化物生成量 之間的關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示Bi、 Cu、 Ge和Ni的四元合金中Ni含量與結(jié)晶外周 長(zhǎng)值之間的關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中填充劑的含量與熔點(diǎn)之 間的關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中填充劑的含量與熔點(diǎn)之
7間的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中填充劑的含量與熔點(diǎn)之 間的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中填充劑的含量與熔點(diǎn)之 間的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中填充劑的含量(重量％) 和熔點(diǎn)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖11是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中填充劑的含量與熔點(diǎn)之 間的關(guān)系的曲線圖。
圖12是表示Bi、 Cu和Ge的三元合金中填充劑的含量與熔點(diǎn)之 間的關(guān)系的曲線圖。
圖13是示意表示本發(fā)明電子部件的作為第1實(shí)施方式的片式電 感的構(gòu)成的縱向剖視圖。
圖14是放大表示圖13所示的片式電感的主要部分的構(gòu)成的縱向
剖視圖。
圖15是示意表示本發(fā)明電子部件的作為第2實(shí)施方式的PA模
塊的構(gòu)成的立體圖。
圖16是示意表示圖15所示的PA模塊的內(nèi)部構(gòu)造的縱向剖視圖。 圖17是表示本發(fā)明電子部件的作為第3實(shí)施方式的電子部件的
構(gòu)成的圖。
圖18是示意表示溶入有Sn的本發(fā)明接合材料的金屬組織的圖。 圖19是表示電子元件接合材料中Sn混入量與接合強(qiáng)度之間的關(guān) 系的曲線圖。
圖20是表示電子元件接合材料中Ag混入量與接合強(qiáng)度之間的 關(guān)系的曲線圖。
圖21是表示涉及電子設(shè)備的作為本發(fā)明第1實(shí)施方式的薄型電 視的構(gòu)成的立體圖。
圖22是示意表示圖21所示的薄型電視所具有的電路基板的構(gòu)成
的縱向剖視圖。
圖23是示意表示搭載在圖22所示的電路基板上的電子部件主要部分的構(gòu)成的立體圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的接合材料(1)的特征在于含有包含Cu和Ge、剩余部 分為Bi、進(jìn)而包含不可避免的雜質(zhì)的鉍合金(1)，且不含鉛。在Bi合 金(1)中，Cu含量為鉍合金(1)總量的0.2 0.8重量％，優(yōu)選為0.4 0.6重量％。 Ge含量為鉍合金(1 )總量的0.02 0.2重量％，優(yōu)選為0.02 0.05重量％。
本發(fā)明的接合材料(2)的特征在于含有包含Cu、 Ge和Ni、剩 余部分為Bi，進(jìn)而包含不可避免的雜質(zhì)的鉍合金(2)，且不含鉛。
在該鉍合金(2)中，Cu含量為鉍合金(2)總量的0.2 0.8重量 %，優(yōu)選為0.4 0.6重量％。 Ge含量為鉍合金(2)總量的0.02 0.2重 量％，優(yōu)選為0.02 0.05重量％。 Ni含量為鉍合金(2)總量的0.02 0.08 重量％，優(yōu)選為0.02 0.05重量％。接合材料(2)通過含有特定量的 Ni，在保持接合材料(1)優(yōu)選的特性的同時(shí)，還具有較高的耐沖擊 性。
接合材料(1)和(2)具有27(TC以上的非常高的瑢化溫度。因 此，例如在片式電感之類的較小熱容量的電子部件中，適于用作接合 電子元件和電極的電子元件接合材料。通過在電子部件的內(nèi)部使用高 熔化溫度的接合材料(O和(2)，當(dāng)采用回流裝置將電子部件安裝 于母板上時(shí)，可以顯著地抑制在電子部件上發(fā)生品質(zhì)不良。另外，接 合材料(1)和(2)由于不含有昂貴的元素(例如Ag)，因而可以廉 價(jià)地進(jìn)行制造。再者，接合材料(1)和(2)由于不含鉛，所以能夠 提供無鉛的電子設(shè)備。
在鉍合金(1)和(2)中，將Cu和Ge的含量限定為上述范圍 的理由如下
在欲得到具有27(TC以上的熔化溫度的接合材料的情況下，使用 共晶點(diǎn)溫度為27(TC以上的2元合金(由2種元素構(gòu)成的合金)作為基 材(母材)是有效的。在從諸多元素之中選擇共晶點(diǎn)溫度達(dá)到27(TC
9以上的元素的組合時(shí)，應(yīng)該重視元素毒性的有無和價(jià)格。Pb、 Hg、 Sb、 Se等元素從毒性的角度考慮被排除在外。
圖1是表示2元合金的共晶點(diǎn)溫度的表?？v軸的元素和橫軸的元素 重疊的一欄所表示的數(shù)值是這些由2種元素構(gòu)成的合金的共晶點(diǎn)溫 度。從圖1可知，例如Sn-Ag合金的共晶點(diǎn)溫度為22rC， Ni-Cu合金不 存在共晶點(diǎn)。而且還可知，Bi和Cu的組合、或者Bi和Ge的組合可以給 出共晶點(diǎn)溫度為270 300'C的合金。
在此，Bi和Cu的共晶合金含有99.5重量。/。的Bi和0.5重量。/。的Cu (Bi-0.5%Cu)。 Bi和Ge的共晶合金含有99重量。/。的Bi和l重量。/。的Ge (Bi-l%Ge)。但是，Ge的價(jià)格昂貴，約為Cu的420倍。因此，從提 供廉價(jià)材料的角度考慮，Bi和Cu的組合是有利的。
圖2是表示Bi和Cu的二元合金(Bi-Cu合金)中Cu含量(重量％) 與Bi-Cu合金的熔點(diǎn)(液相溫度或固相溫度)之間的關(guān)系的曲線圖。在 圖2中，當(dāng)Cu的含量為0.8重量。/。以下時(shí)，液相溫度為270 272。C，與 固相溫度的溫度差變小。另一方面，當(dāng)Cu的含量超過1.0重量y。時(shí)，則 液相溫度為275。C以上，與固相溫度的溫度差擴(kuò)大到5'C以上。在液相 溫度和固相溫度之間的溫度下，固相和液相共存。因此，當(dāng)液相溫度 和固相溫度的溫度差大到5X:以上時(shí)，則作為接合材料的操作效率降 低，從而制造現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率下降。由上所述，Cu的含量?jī)?yōu)選為0.8 重量％以下。另一方面，當(dāng)01的含量不足0.2重量％時(shí)，則熔化的接合 材料與電極等的潤(rùn)濕性降低。因此，Cu的含量?jī)?yōu)選為0.2重量。/。以上。 另外，通過將01的含量設(shè)定為0.4 0.6重量％，可以得到物性平衡更
為優(yōu)良的接合材料。
含有0.2 0.8重量。/。Cu的Bi-Cu合金從低于27(TC的溫度不會(huì)熔化
的角度上說，是優(yōu)良的接合材料。但是，在采用彎液面法進(jìn)行的試驗(yàn) 中，得知潤(rùn)濕性較低。Bi-Cu合金含有99.5重量。/。這樣大量的Bi。因此，
可以認(rèn)為合金內(nèi)的氧化物的生成量增多，這種情況影響到潤(rùn)濕性。一 般認(rèn)為Bi的氧化可以通過將比Bi優(yōu)先氧化的元素微量地添加到Bi-Cu 合金中而得到抑制。作為比Bi優(yōu)先氧化的元素，可以列舉出Ge、 Al、 Li、 P等。
10圖3是表示在由99.5重量n/。的Bi和0.5重量。/。的Cu組成的共晶合金 (Bi-0.5%Cu)中，添加0.05重量。/。的Ge、 Al、 Li或P，在30(TC攪拌4 小時(shí)時(shí)，在試樣中生成的氧化物的生成量的曲線圖。其中，整個(gè)試樣 的重量為8kg?？芍c沒有添加這些元素的試樣相比較，添加了Ge的 試樣使氧化物的生成受到抑制?？梢哉J(rèn)為其原因在于Ge在Bi-0.5。/。Cu 的表面優(yōu)先氧化而形成氧化膜。由上可知，為抑制Bi-Cu合金的氧化， Ge的添加是合適的。
圖4是表示含有0.5重量。/。Cu的Bi、 Cu和Ge的三元合金(Bi-Cu-Ge 合金)中Ge含量(重量％)與氧化物生成量之間的關(guān)系的曲線圖。其 中，整個(gè)合金的重量為8kg。從圖4可知，如果添加0.02重量％以上的 Ge，則可以抑制氧化物的生成，但如果Ge的含量達(dá)到0.3重量。/o以上， 則氧化物生成量增多。圖4表示Ge的含量?jī)?yōu)選為0.02 0.2重量n/。，更 優(yōu)選為0.02 0.05重量％。
另外，在鉍合金(2)中，將Ni含量限定為上述范圍的理由如下 耐沖擊性可以根據(jù)在尺寸為1.6mmX0.8mm的片式電容的側(cè)面，使60g 的測(cè)錘從180mm的高度沖撞的試驗(yàn)來進(jìn)行評(píng)價(jià)。
使用具有以含有99.46重量。/。的Bi、 0.5重量。/。的Cu和0.04重量。/。的 Ge的3元合金(Bi-0.5%Cu-0.04%Ge)接合的接合部的片式電容，進(jìn)行 了上述的耐沖擊試驗(yàn)，結(jié)果片式電容在接合部發(fā)生斷裂。觀察斷裂后 接合部的斷面，結(jié)果表明在Bi含量較多的a相和Cu含量較多的3相的 界面發(fā)生了斷裂。
在此，a相和e相的均勻性可以根據(jù)結(jié)晶外周長(zhǎng)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。所
謂結(jié)晶外周長(zhǎng)值，被定義為在10umX10um的范圍存在的(i相的總 計(jì)外周長(zhǎng)度。在結(jié)晶外周長(zhǎng)值較大的情況下，a相和P相的混合充分； 而在結(jié)晶外周長(zhǎng)值較小的情況下，a相和P相的混合并不充分。在上 述試驗(yàn)中斷裂的接合部的斷面測(cè)量了結(jié)晶外周長(zhǎng)值，結(jié)果，結(jié)晶外周 數(shù)值為87 u m。
圖5表示含有0.5重量。/。Cu和0.04重量。/。Ge的Bi、 Cu、 Ge和Ni的四 元合金(Bi-Cu-Ge-Ni合金)中Ni含量(重量％)與結(jié)晶外周長(zhǎng)值之間 的關(guān)系(曲線A)。圖5還表示含有0.5重量。/。Cu和0.2重量。/。Ge的Bi-Cu-Ge-Ni合金中Ni含量(重量％)與結(jié)晶外周長(zhǎng)值之間的關(guān)系(曲 線B)。從圖5可知，在Ni含量為0.02 0.08重量。/。的情況下，結(jié)晶外 周長(zhǎng)值增大，a相和P相均勻地混合。另一方面還知道，當(dāng)Ni含量達(dá) 到0.11重量％以上時(shí)，則結(jié)晶外周長(zhǎng)值減小，a相和e相不能均勻地 混合。從圖5可知，Ni的含量?jī)?yōu)選為0.02 0.08重量。/c)，更優(yōu)選為0.02 0.05重量％。
鉍合金(1)和(2)也可以進(jìn)一步含有選自球狀填充劑、針狀填 充劑以及板狀填充劑之中的至少l種填充劑。這時(shí)，填充劑含量為鉍 合金(1)或(2)總量的0.05 5.0重量％。正如本發(fā)明使用的鉍合金 (1)以及(2)那樣，大量含有Bi的合金與Pb-Sn合金相比較，機(jī)械強(qiáng) 度降低。但是，通過在這樣的鉍合金中含有特定的填充劑，不會(huì)損害 鉍合金所具有的優(yōu)選的特性，而能夠提高其機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)添加上述以 外的通常的填充劑時(shí)，鉍合金的熔點(diǎn)極大地變化，從而使操作效率降 低。
也就是說，含有包含預(yù)定量的Cu、 Ge以及特定形狀的填充劑、剩 余部分為Bi的鉍合金(1)的本發(fā)明接合材料(1)，是錫焊時(shí)直到270 。C不會(huì)熔化、耐沖擊性優(yōu)良、且機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步得以提高的接合材料。 例如，若將該接合材料用于片式電感之類的電子部件的內(nèi)部接合，則 在將電子部件安裝于母板上時(shí)的加熱中，內(nèi)部接合的部分不會(huì)熔化， 而且即使受到來自外部的沖擊，也不會(huì)產(chǎn)生品質(zhì)不良。另外，含有具 包含預(yù)定量的Cu、 Ge、 Ni以及特定形狀的填充劑、剩余部分為Bi的鉍 合金(2)的本發(fā)明接合材料(2)，是在保持了含有特定形狀的填充 劑的接合材料(1)的優(yōu)選特性的同時(shí)，耐沖擊性進(jìn)一步得以提高的 接合材料。
球狀填充劑、針狀填充劑以及板狀填充劑由樹脂材料、無機(jī)材料、 金屬材料等構(gòu)成。作為樹脂材料并沒有特別的限制，例如可以優(yōu)選使 用聚醚醚酮(FEEK)、聚醚砜(PES)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚 四氟乙烯(PTFE)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸 乙二醇酯(PET)、聚苯醚(PPE)、含有這些樹脂材料的2種以上的 聚合物合金材料等熱塑性樹脂。這些熱塑性樹脂作為高耐熱性的工程塑料是為人所知的。作為無機(jī)材料也沒有特別的限制，例如可以優(yōu)選 使用玻璃、硅藻土蒙脫石、硅石、礬土、硅等。另外，作為金屬材料 也沒有特別的限制，例如可以優(yōu)選使用鎳、鋁、鈦等。
此外，作為球狀填充劑的形狀，只要是用表面的至少一部分具有 曲率半徑的面即曲面構(gòu)成的粒子，就并沒有特別的限制，可以優(yōu)選使 用真球狀、具有接近于真球的平均圓形度的球狀、橢圓球狀等形狀的 粒子。在此，所謂平均圓形度，是使用流動(dòng)式粒子圖像分析裝置(商
品名FPIA-2000， Sysmex (株)生產(chǎn))進(jìn)行測(cè)量的。平均圓形度在 該測(cè)量裝置檢測(cè)得到的粒子圖像中，用(具有與粒子圖像相同的投影 面積的圓的周長(zhǎng))/ (粒子投影圖像的周長(zhǎng))來定義，取l以下的數(shù) 值。這意味著平均圓形度越接近l，粒子形狀越接近于真球。另外， 在針狀填充材料中，除具有棱柱狀形狀的填充劑以外，也包含被稱為 晶須的填充劑。另外，在板狀填充材料中，除具有板狀形狀的填充劑 以外，也包含鱗片狀填充劑。
球狀、針狀以及板狀填充劑的平均粒徑并沒有特別的限制，但優(yōu) 選為10 60um，更優(yōu)選為20 40um 。當(dāng)平均粒徑不足IO u m時(shí)， 在鉍合金成為漿料狀的情況下，粘度有可能提高，從而往電路基板上 的印刷變得困難。另外，如果平均粒徑超過60u m，則機(jī)械強(qiáng)度的提 高效果有可能并不充分。球狀填充劑、針狀填充劑和板狀填充劑可以 單獨(dú)使用l種，或者也可以組合2種以上使用。在此，平均粒徑使用 Microtrac粒度分布測(cè)量裝置(商品名MT3000,日機(jī)妝(株)生產(chǎn)) 來測(cè)量。平均粒徑是在通過上述Microtmc粒度分布測(cè)量裝置檢測(cè)出的 粒度分布中，累計(jì)達(dá)到50%時(shí)的粒徑。
再者，對(duì)于球狀、針狀以及板狀填充劑，也可以在其表面實(shí)施鍍 覆。在填充劑的表面所形成的鍍覆層優(yōu)選含有選自Ag、 Pd、 Au以及 Sn之中的至少l種金屬。鍍覆層的厚度并沒有特別的限制，但優(yōu)選為 1 3um左右。此外，在填充劑上實(shí)施Ag鍍覆的情況下，只要填充劑 在鉍合金中的含量不是很多，而且鍍層所要求的Ag量也較少就可以， 所以不會(huì)導(dǎo)致Ag使用量的增大。通過使用實(shí)施了鍍覆的填充劑，在保 持本發(fā)明接合材料(1)以及(2)優(yōu)選的特性那樣的同時(shí)，特別是可
13以進(jìn)一步提高機(jī)械強(qiáng)度。
圖6 圖10表示在鉍合金(1)中含有填充劑的情況下，填充劑的
含量與鉍合金的熔點(diǎn)之間的關(guān)系。圖6表示Bi、 Cu以及Ge的三元合金 (Bi-Cu-Ge合金)中填充劑的含量(重量％)與Bi-Cu-Ge合金的熔點(diǎn) (液相溫度或固相溫度)之間的關(guān)系。作為填充劑，使用球狀、針狀 和板狀的PEEK。各填充劑的含量在0.05重量％以下時(shí)，液相溫度為 270 272°C，與固相溫度的溫度差變小。另一方面，如果填充劑的含 量超過5.0重量％，則液相溫度達(dá)到275'C以上，與固相溫度的溫度差 擴(kuò)大到5。C以上。在液相溫度和固相溫度之間的溫度下，固相和液相 共存。因此，如果液相溫度和固相溫度的溫度差增大到5。C以上，則 接合材料的操作效率降低，從而制造現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率下降。由上所述， 填充劑的含量?jī)?yōu)選為5重量％以下。另一方面，如果Cu的含量不足0.05 重量％，則熔化的接合材料和電極等的潤(rùn)濕性降低。因此，填充劑的 含量?jī)?yōu)選為0.05重量％以上。在本實(shí)施方式中，使用平均粒徑為30um
的填充劑。在以下的實(shí)施方式中也是同樣的。
圖7表示Bi、 Cu和Ge的三元合金(Bi-Cu-Ge合金)中填充劑的含 量(重量％)和Bi-Cu-Ge合金的熔點(diǎn)(液相溫度或固相溫度)之間的 關(guān)系。作為填充劑，使用針狀的PBT以及針狀的PES。各填充劑的含 量為0.05重量％以下時(shí)，液相溫度為270 272r，與固相溫度的溫度 差變小。另一方面，如果填充劑的含量超過5.0重量％，則液相溫度達(dá) 到275。C以上，與固相溫度的溫度差擴(kuò)大到5'C以上。在液相溫度和固 相溫度之間的溫度下，固相和液相共存。因此，如果液相溫度和固相 溫度的溫度差增大到5。C以上，則接合材料的操作效率降低，從而制 造現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率下降。由上所述，填充劑的含量?jī)?yōu)選為5重量％以下。 另一方面，如果Cu的含量不足0.05重量M，則熔化的接合材料和電極 等的潤(rùn)濕性降低。因此，填充劑的含量?jī)?yōu)選為0.05重量％以上。
圖8表示Bi、 Cu以及Ge的三元合金(Bi-Cu-Ge合金)中填充劑的 含量(重量％)和Bi-Cu-Ge合金的烙點(diǎn)(液相溫度或固相溫度)之間 的關(guān)系。作為填充劑，使用球狀、針狀以及板狀的玻璃。在各填充劑 的含量為0.05重量％以下時(shí)，液相溫度為270 272'C，與固相溫度的溫度差變小。另一方面，如果填充劑的含量超過5.0重量％，則液相溫 度達(dá)到275"C以上，與固相溫度的溫度差擴(kuò)大到5。C以上。在液相溫度 和固相溫度之間的溫度下，固相和液相共存。因此，如果液相溫度和 固相溫度的溫度差增大到5。C以上，則接合材料的操作效率降低，從 而制造現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率下降。由上所述，填充劑的含量?jī)?yōu)選為5重量％ 以下。另一方面，如果Cu的含量不足0.05重量n/a，則熔化的接合材料 和電極等的潤(rùn)濕性降低。因此，填充劑的含量?jī)?yōu)選為0.05重量％以上。
圖9表示Bi、 Cu以及Ge的三元合金(Bi-Cu-Ge合金)中填充劑的 含量(重量％)和Bi-Cu-Ge合金的熔點(diǎn)(液相溫度或固相溫度)之間 的關(guān)系。作為填充劑，使用硅藻土蒙脫石的球狀填充劑。在填充劑的 含量為0.05重量％以下時(shí)，液相溫度為270 272i:，與固相溫度的溫 度差變小。另一方面，如果填充劑的含量超過5.0重量％，則液相溫度 達(dá)到275。C以上，與固相溫度的溫度差擴(kuò)大到5t:以上。在液相溫度和 固相溫度之間的溫度下，固相和液相共存。因此，如果液相溫度和固 相溫度的溫度差增大到5r以上，則接合材料的操作效率降低，從而 制造現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率下降。由上所述，填充劑的含量?jī)?yōu)選為5重量％以 下。另一方面，如果Cu的含量不足0.05重量o/。，則熔化的接合材料和 電極等的潤(rùn)濕性降低。因此，填充劑的含量?jī)?yōu)選為0.05重量％以上。
圖10表示Bi、 Cu以及Ge的三元合金(Bi-Cu-Ge合金)中填充劑的 含量(重量％)和Bi-Cu-Ge合金的熔點(diǎn)(液相溫度或固相溫度)之間 的關(guān)系。作為填充劑，使用在作為球狀填充劑的硅石上實(shí)施了Ag鍍層、 Au鍍層或Pd鍍層的鍍覆填充齊U。在填充劑的含量為0.05重量c/。以下時(shí)， 液相溫度為270 272'C，與固相溫度的溫度差變小。另一方面，如果 填充劑的含量超過5.0重量％，則液相溫度達(dá)到275。C以上，與固相溫 度的溫度差擴(kuò)大到5'C以上。在液相溫度和固相溫度之間的溫度下， 固相和液相共存。因此，如果液相溫度和固相溫度的溫度差增大到5 x:以上，則接合材料的操作效率降低，從而制造現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率下降。 由上所述，填充劑的含量?jī)?yōu)選為5重量％以下。另一方面，如果Cu的含 量不足0.05重量％，則烙化的接合材料和電極等的潤(rùn)濕性降低。因此， 填充劑的含量?jī)?yōu)選為0.05重量％以上。
15另外，圖11 圖12表示在含有于鉍合金(1)上實(shí)施了鍍層的填充
劑(以下稱為"鍍覆填充劑")的情況下，鍍覆填充劑的含量與鉍合
金(1)的熔點(diǎn)的關(guān)系。圖ll表示Bi、 Cu以及Ge的三元合金(Bi-Cu-Ge 合金)中鍍覆填充劑的含量(重量％)與Bi-Cu-Ge合金的熔點(diǎn)(液相 溫度或固相溫度)之間的關(guān)系。作為填充劑，使用在由PBT組成的球 狀填充劑上實(shí)施了Ag鍍層、Au鍍層或Pd鍍層的鍍覆填充劑。在各填充 劑的含量為0.05重量％以下時(shí)，液相溫度為270 272'C，與固相溫度 的溫度差變小。另一方面，如果填充劑的含量超過5.0重量％，則液相 溫度達(dá)到275'C以上，與固相溫度的溫度差擴(kuò)大到5'C以上。在液相溫 度和固相溫度之間的溫度下，固相和液相共存。因此，如果液相溫度 和固相溫度的溫度差增大到5r以上，則接合材料的操作效率降低， 從而制造現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率下降。由上所述，填充劑的含量?jī)?yōu)選為5重 量％以下。另一方面，如果Cu的含量不足0.05重量15/。，則熔化的接合 材料和電極等的潤(rùn)濕性降低。因此，填充劑的含量?jī)?yōu)選為0.05重量％ 以上。
圖12表示Bi、 Cu以及Ge的三元合金(Bi-Cu-Ge合金)中鍍覆填充 劑的含量(重量％)和Bi-Cu-Ge合金的熔點(diǎn)(液相溫度或固相溫度) 之間的關(guān)系。作為填充劑，使用在由PES組成的球狀填充劑上實(shí)施了 Ag鍍層、Au鍍層或Pd鍍層的鍍覆填充劑。在各填充劑的含量為0.05重 量％以下時(shí)，液相溫度為270 272r，與固相溫度的溫度差變小。另 一方面，如果填充劑的含量超過5.0重量％，則液相溫度達(dá)到275t:以 上，與固相溫度的溫度差擴(kuò)大到5。C以上。在液相溫度和固相溫度之 間的溫度下，固相和液相共存。因此，如果液相溫度和固相溫度的溫 度差增大到5'C以上，則接合材料的操作效率降低，從而制造現(xiàn)場(chǎng)的 生產(chǎn)效率下降。由上所述，填充劑的含量?jī)?yōu)選為5重量％以下。另一方 面，如果01的含量不足0.05重量％，則熔化的接合材料和電極等的潤(rùn) 濕性降低。因此，填充劑的含量?jī)?yōu)選為0.05重量％以上。
本發(fā)明的電子部件的特征在于其構(gòu)成是含有電子元件、與電子元件連接的電極、以及接合電子元件與電極的電子元件接合材料，且
電子元件接合材料為本發(fā)明的接合材料(1)或接合材料(2)。
在本發(fā)明的電子部件中，作為電子元件可以使用在該領(lǐng)域常用的 元件，例如可以列舉出由電容器、電阻、晶體管、SOP (Side Outer-lead Package) 、 QFP (Quad Flat Fackage)、線圈、裸芯片、線材、板材 等構(gòu)成的電子元件。
另外，本發(fā)明的電子部件可以與以前的電子部件同樣地使用。具 體地說，例如可以優(yōu)選用作表面安裝部件、模塊部件、插入部件、BGA (Ball Grid Array)等。作為表面安裝部件，例如可以列舉出片式電感、 片式電容等芯片部件。作為模塊部件，例如可以列舉出PA (Power Amp)模塊、VCO (Voltage Controlled Oscillator)模塊等。作為插入 部件，例如可以列舉出軸向部件、徑向部件等。本發(fā)明電子部件的構(gòu) 成特別適于得到具有優(yōu)選為8mmX5mm以下尺寸、更優(yōu)選為4.5mmX 3.2mm以下尺寸的熱容量的電子部件。另外，本發(fā)明電子部件的構(gòu)成 適于得到在其內(nèi)部通過焊錫等接合材料而將電子元件接合在電極上 的電子部件。
圖13是示意表示本發(fā)明電子部件的作為第1實(shí)施方式的片式電感 IO的構(gòu)成的縱向剖視圖。圖14是放大表示圖13所示的片式電感10的主 要部分的構(gòu)成的縱向剖視圖。圖14具體地說，是放大表示圖13中用虛 線X包圍的區(qū)域的縱向剖視圖。片式電感10具有與市售片式電感(3225 FA型3.2mmX2.5mmX2.2mm，松下電器產(chǎn)業(yè)(株)生產(chǎn))同樣的 構(gòu)成。
也就是說，片式電感10具有鐵氧體磁芯11、線圈銅線13、電極端 子14、電子元件接合材料15、電極框16，例如安裝在未圖示的母板上 而加以使用。鐵氧體磁芯ll由磁性材料構(gòu)成，通過粘結(jié)劑安設(shè)在電極 框16上。線圈銅線13是電子元件的端部，巻繞在鐵氧體磁芯ll上，它 的一部分鉤在與電極框16連續(xù)的電極端子14上。電子元件接合材料15 是以接合作為電子元件端部的線圈銅線13和電極端子14、從而使線圈 銅線13和電極端子14能夠維持接合的方式固定雙方的電子元件接合 材料。電子元件接合材料15使用接合材料(1)或(2)。圖15是示意表示本發(fā)明電子部件的作為第2實(shí)施方式的PA模塊20 的構(gòu)成的立體圖。圖16是示意表示圖15所示的PA模塊20的內(nèi)部構(gòu)造的 縱向剖視圖。PA模塊20除使用含有接合材料(1)或(2)的電子元件 接合材料作為接合材料26以外，具有與市售PA模塊(PAM型，5mmX 5mmX1.5mm，松下電器產(chǎn)業(yè)(株)生產(chǎn))同樣的構(gòu)成。
也就是說，PA模塊20包括基板21，密封材料22，內(nèi)部電極23、 24，片式電容25，電子元件接合材料26，半導(dǎo)體部件27，線材28?；?板21例如可以使用玻璃環(huán)氧基板。密封材料22以電絕緣狀態(tài)保護(hù)在 基板21表面所設(shè)立的各種電子部件。密封材料22例如可以使用環(huán)氧樹 脂。內(nèi)部電極23、 24設(shè)立在基板21的一個(gè)表面上。片式電容25是電子 元件，通過電子元件接合材料26接合在內(nèi)部電極23上。電子元件接合 材料26使用接合材料(1)或(2)。半導(dǎo)體部件27通過線材28接合在 內(nèi)部電極24上。將PA模塊20與設(shè)立于未圖示的母基板表面的外部電極 29接合，從而安裝在母基板上，由此可以得到本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)體。 PA模塊20與外部電極29的接合可以使用各種接合材料。
另外，在本發(fā)明的電子部件中，往往在電子元件接合材料中混入 Sn。 Sn在電子元件接合材料中的混入量?jī)?yōu)選為電子元件接合材料和Sn 的合計(jì)總量的40重量％以下，更優(yōu)選為電子元件接合材料和Sn的合計(jì) 量總量的20重量％以下。通過使Sn混入量為40重量。/。以下，電子元件 和電極的接合強(qiáng)度可以維持較高的水準(zhǔn)，可以提高本發(fā)明的電子部件 的可靠性，特別是將電子部件接合在母基板上時(shí)的可靠性，以及高溫 下長(zhǎng)期使用的可靠性等。作為Sn混入電子元件接合材料中的主要原 因，可以列舉出以下的(0 (v)。此外，(i) (v)的主要原因 也有2個(gè)以上重疊的情況。
(i) 電子元件接合材料作為不可避免的雜質(zhì)含有Sn。
(ii) 在電子元件的表面實(shí)施鍍覆，該鍍層含有Sn。
(iii) 在電極表面實(shí)施鍍覆，該鍍層含有Sn。
(iv) 電子元件本身含有Sn。
(v) 電極本身含有Sn。
在(ii) (v)的情況下，在電子元件向電極上進(jìn)行接合時(shí)、或電子部件向母基板上進(jìn)行接合時(shí)等，由于接合時(shí)的加熱，鍍層中的Sn、 或電子元件或電極中的Sn熔析，容易混入電子元件接合材料中。例如， 在(iv)的情況下，為使Sn混入量為40重量。/。以下，可以調(diào)整鍍層中 的Sn含量，以便使鍍層中的整個(gè)Sn量為電子元件接合材料總量的40重 量％以下。另外，在(iv)和(v)重疊的情況下，可以調(diào)整各自鍍層 中的Sn含量，使雙方的鍍層所包含的Sn的總量為電子元件接合材料總 量的40重量％以下。另外，在(ii)中，當(dāng)電子元件表面的鍍層由Sn 組成時(shí)，通過適當(dāng)調(diào)整鍍層的厚度，也可以使Sn在電子元件接合材料 中的混入量為40重量％以下。
圖17是表示本發(fā)明電子部件的作為第3實(shí)施方式的電子部件30的 構(gòu)成的圖。圖17 (a)是示意表示電子部件30的構(gòu)成的縱向剖視圖。圖 17 (b)是表示包含在圖17 (a)所示的電子部件30中的片式電容33的 構(gòu)成的立體圖。在圖17 (b)中，片式電容33的內(nèi)部構(gòu)造是作為局部 縱向剖視圖而表示的。圖17 (c)是放大表示在圖17 (b)中用虛線包 圍的區(qū)域的構(gòu)成的縱向剖視圖。
電子部件30包括基板31、內(nèi)部電極32、片式電容33、電子元件接 合材料34、密封材料35?；?1例如可以使用玻璃環(huán)氧基板。內(nèi)部電 極32設(shè)立在基板31的表面。片式電容33是電子元件，通過電子元件接 合材料34與內(nèi)部電極32接合。片式電容33包括電介質(zhì)陶瓷40和電極部 41。在本實(shí)施方式中，電介質(zhì)陶瓷40大致成形為長(zhǎng)方體形狀。電極部 41包括以Ag為主成分的基底電極42、以Ni為主成分的中間電極43、以 及以Sn為主成分的外部電極44。它們按該順序進(jìn)行層疊，基底電極42 設(shè)計(jì)為與長(zhǎng)方體形狀的電介質(zhì)陶瓷40的1個(gè)面連接。在本實(shí)施方式中， 片式電容33具有1.0mmX0.5mmX0.5mm的尺寸。另外，在本實(shí)施方式 中，電極部41的外部電極44被設(shè)定為Sn鍍層。電子元件接合材料34使 用接合材料(1)或者(2)。密封材料35密封基板31上的片式電容33， 以進(jìn)行封裝。密封材料35例如可以使用環(huán)氧樹脂。電子部件30通過接 合材料而與設(shè)立于未圖示的母基板上的外部電極36接合，安裝在母基 板上，從而得到本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)體。
片式電容33是在回流爐中，在接合材料34的熔化溫度即27(TC以上的加熱下，采用電子元件接合材料34而與設(shè)立于基板31上的內(nèi)部電 極32接合。片式電容33的外部電極44由于以熔化溫度為230。C的Sn為 主成分，所以在回流爐內(nèi)的加熱下使Sn熔化，熔化的Sn溶入電子元件 接合34材料中。這樣，在冷卻后的電子元件接合材料34中生成由Sn和 Bi形成的低熔點(diǎn)組成(Sn-58%Bi，熔化溫度138°0。
圖18是示意表示溶入Sn的電子元件接合材料34的金屬組織的圖。 在Sn溶入量(混入量)較少的情況下，正如圖18 (a)所示的那樣， 在電子元件接合材料34的內(nèi)部，由Sn和Bi形成的低熔點(diǎn)組成34a被散布 成島嶼狀。如果將具有該金屬組織的電子元件接合材料34再加熱到 15(TC，則低熔點(diǎn)組成34a熔化，但電子元件接合材料34本身不會(huì)熔化， 所以片式電容33與設(shè)立在基板31上的內(nèi)部電極32的接合保持在良好 的狀態(tài)下。但是，如果Sn溶入量較多，則如圖18 (b)所示，在電子 元件接合材料34的內(nèi)部，由Sn和Bi形成的低熔點(diǎn)組成34a以連續(xù)塊狀物 的形態(tài)存在。如果將含有該金屬組織的電子元件接合材料34再加熱到 138。C以上，則由于塊狀的低熔點(diǎn)組成34a熔化，所以片式電容33與設(shè) 立在基板31上的內(nèi)部電極32的接合掉落，或低熔點(diǎn)組成34a熔析到基板 31上，從而在與鄰接的內(nèi)部電極之間發(fā)生短路。
圖19是表示電子元件接合材料中的Sn混入量(含量)和接合強(qiáng)度 之間的關(guān)系的曲線圖?？芍?dāng)Sn含量超過40重量M時(shí)，則接合強(qiáng)度急 劇降低。這表示當(dāng)Sn含量超過40重量n/。時(shí)，則散布成島嶼狀的低熔點(diǎn) 組成34a成為連續(xù)的塊狀。因此，在電子元件表面的鍍層、與電子元件 連接的電極表面的鍍層、以及電子元件接合材料中所包含的Sn優(yōu)選設(shè) 定為接合材料的40重量％以下，更優(yōu)選設(shè)定為20重量％以下。在1.0mm X0.5mmX0.5mm尺寸的片式電容的情況下，如果外部電極的厚度為2 um以下，則Sn相對(duì)于電子元件接合材料的量成為40重量。/。以下；如 果外部電極的厚度為l u m以下，貝lJSn相對(duì)于電子元件接合材料的量成 為20重量％以下。因此，在本實(shí)施方式中，電子元件以及電極表面的 Sn鍍層的厚度優(yōu)選為2y m以下，更優(yōu)選為lum以下。
另外，上述結(jié)果可以考慮作為電子元件接合材料預(yù)先包含Sn時(shí)的 上限值。這表明如果電子元件接合材料預(yù)先包含的Sn的量為40重量。/。以下(例如，Bi-0.6%Cu-0.04°/。Ge-40%Sn)，則為不發(fā)生接合強(qiáng)度降 低的電子部件，如果Sn的量為20重量。/。以下(例如，Bi-0.6%Cu-0.04%Ge-20%Sn)，則是更為優(yōu)選的電子部件。
除Sn以夕卜，關(guān)于Ag也具有同樣的傾向。圖20是表示在上述的電子 元件接合材料中混入了Ag時(shí)、Ag相對(duì)于電子元件接合材料的含量(重 量％)和接合強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖。如果Ag相對(duì)于電子元件接合 材料的含量超過2重量％，則接合強(qiáng)度急劇地降低。這表示如果Ag含 量超過2重量％，則散布成島嶼狀的低熔點(diǎn)組成成為連續(xù)的塊狀。因此， 可知電子元件表面的鍍層、以及電子元件接合材料所包含的Ag優(yōu)選設(shè) 定為電子元件接合材料的2重量％以下，更優(yōu)選設(shè)定為1.5重量％以下。
這也可以考慮作為電子元件接合材料預(yù)先包含Ag時(shí)的上限值。這 表示如果電子元件接合材料預(yù)先包含的Ag的量為2重量y。以下(例如， Bi-0.6%Cu-0.04。/。Ge-2。/。Ag)，則為不發(fā)生接合強(qiáng)度降低的接合結(jié)構(gòu)體， 如果Ag的量為1.5重量。/。以下(例如，Bi-0.6%Cu-0.04%Ge-1.5%Ag)， 則為更優(yōu)選的接合結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)體的特征在于，具有(a)本發(fā)明的電子部件、 (b)搭載本發(fā)明的電子部件的基板、以及(c)接合本發(fā)明的電子部 件和基板的電子部件接合材料。
(a) 本發(fā)明的電子部件是具有與上述相同構(gòu)成的電子部件。具體 地說，是使用電子元件接合材料將電子元件與電極接合的電子部件。 電子元件接合材料未接合材料(1)或(2)。
(b) 作為搭載本發(fā)明的電子部件的基板，可以使用以前在電子 部件的搭載中所使用的各種基板。
(c) 電子部件接合材料是熔化溫度比包含在接合材料(1)或(2) 中的鉍合金(1)或(2)低的接合材料。電子部件接合材料優(yōu)選在基 于回流裝置的加熱下進(jìn)行熔化，例如具有200 23(TC的熔化溫度。具 有這樣的熔化溫度的接合材料以前提出了許多方案，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說，可以很容易地獲得。
此外，電子元件接合材料具有比電子部件接合材料更高的熔化溫度。因此，在將電子部件安裝于母板上時(shí)，在使用回流裝置的情況下， 也不會(huì)發(fā)生電子部件內(nèi)的電子元件接合材料的熔化。因此，可以得到 高可靠性的接合結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于控制手段包含具有本發(fā)明的接合 結(jié)構(gòu)體的電路基板。本發(fā)明的電子設(shè)備通過包含具有本發(fā)明接合結(jié)構(gòu) 體的電路基板的控制手段，對(duì)其動(dòng)作加以控制。換句話說，本發(fā)明的 電子設(shè)備除具有包含本發(fā)明接合結(jié)構(gòu)體的電路基板作為控制手段的 至少一部分以外，還具有與以前的電子設(shè)備同樣的構(gòu)成。
在本發(fā)明的電子設(shè)備中，由于具有包括電子元件和電極的接合可 靠性以及電子部件和基板的接合可靠性非常高的接合結(jié)構(gòu)體的電路 基板，所以與電路基板的斷線、短路等相伴的故障非常難以發(fā)生。因 此，本發(fā)明的電子設(shè)備可以優(yōu)選應(yīng)用于設(shè)定較長(zhǎng)的耐久年限的用途、 要求長(zhǎng)期具有高可靠性的用途等。在要求較長(zhǎng)的耐久年限的用途中， 例如有HDD記錄裝置(硬盤記錄裝置)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等電 子設(shè)備、薄型電視、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等電氣化產(chǎn)品等。另外，在 要求長(zhǎng)期具有高可靠性的用途中，例如有大型計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、 航空器搭載設(shè)備等。
圖21是表示電子設(shè)備的作為本發(fā)明第1實(shí)施方式的薄型電視50的 構(gòu)成的立體圖。圖22是示意表示圖21所示的薄型電視50所具有的電路 基板62的構(gòu)成的縱向剖視圖。圖23是示意表示搭載在圖22所示的電路 基板62上的電子部件66的主要部分構(gòu)成的立體圖。
薄型電視50包括等離子體顯示面板60、框體61和電路基板62。電 路基板62收容在61框體內(nèi)，包括玻璃環(huán)氧基板65、第1電子部件66、 第2電子部件67和電子部件接合材料68。在玻璃環(huán)氧基板65上進(jìn)行了 布線。
第1電子部件66是在其內(nèi)部進(jìn)行采用電子元件接合材料73的接合 的電子部件。第1電子部件66包括作為電子元件的片式電容71、第l內(nèi) 部電極72、電子元件接合材料73和半導(dǎo)體部件75。片式電容71通過電子元件接合材料73而與第1內(nèi)部電極72接合。第1內(nèi)部電極72設(shè)立在模 塊基板70的表面。電子元件接合材料73可以使用接合材料(1)或(2)。 半導(dǎo)體部件75通過線材76而與設(shè)立于模塊基板70表面的第2內(nèi)部電極 74接合。第1電子部件66通過密封材料77密封在模塊基板70表面。密 封材料77例如可以使用環(huán)氧樹脂。
搭載第1電子部件66的模塊基板70采用電子部件接合材料68而將 設(shè)立在與第1電子部件66的搭載面相反側(cè)的面上的外部電極78、和設(shè) 立在玻璃環(huán)氧基板65表面的電極80a進(jìn)行接合，由此安裝在玻璃環(huán)氧基 板65上。電子部件接合材料68可以使用在該領(lǐng)域常用的一般焊錫材 料，例如可以列舉出Sn-3 0.5重量。/。Cu、 Sn-3.5重量。/。Ag-0.5重量 %Bi-8重量。/。In等。
第2電子部件67是在其內(nèi)部不進(jìn)行采用電子元件接合材料73的接 合的電子部件。第2電子部件67包括電子元件79、電極80b、電子部件 接合材料68。電子元件79采用電子部件接合材料68而與設(shè)立于玻璃環(huán) 氧基板65表面的電極80b進(jìn)行接合。這樣，第2電子部件67就搭載在玻 璃環(huán)氧基板65上。
在將第1電子部件67安裝在玻璃環(huán)氧基板65上時(shí)，在回流爐內(nèi)加 熱到電子部件接合材料68的熔化溫度以上而進(jìn)行接合。在電子部件接 合材料68為Sn-3 0.5重量。/。Cu的情況下，第1電子部件67加熱到260 °C。這吋，第1電子部件67的內(nèi)部溫度也上升到26(TC左右。但是，電 子元件接合材料73具有27(TC左右或以上的高熔化溫度。因此，為將 第1電子部件67安裝在玻璃環(huán)氧基板65上，即使采用回流裝置進(jìn)行加 熱，電子元件接合材料73也不會(huì)熔化。結(jié)果，可以切實(shí)地防止片式電 容71和第1內(nèi)部電極72的接合發(fā)生掉落、或者熔化的接合材料熔析而 在與鄰接的內(nèi)部電極之間發(fā)生短路這樣的品質(zhì)不良，從而可以提供高 可靠性的電子設(shè)備。
在本發(fā)明的電子設(shè)備中，通過電路基板來控制切實(shí)地接合有電子 元件和電極、以及電子部件和基板的接合結(jié)構(gòu)體。再者，電子元件和 電極的接合以及電子部件和基板的接合即使從外部受到稍為的沖擊， 也能夠使接合保持下來。因此，本發(fā)明的電子設(shè)備成為產(chǎn)品制造時(shí)次品率非常低、在長(zhǎng)期的使用中也難以發(fā)生故障、可靠性非常高的電子 設(shè)備。另外，本發(fā)明的電子設(shè)備即使不慎而被廢棄到自然環(huán)境中，也 不會(huì)使Pb等熔析到自然環(huán)境中。
本發(fā)明廉價(jià)地提供一種具有270°C以上的熔化溫度和優(yōu)良的耐沖 擊性、且符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的接合材料。本發(fā)明的接合材料可以優(yōu)選應(yīng)用 于片式電感之類的小熱容量的電子部件，可以廣泛地應(yīng)用于使用回流 裝置安裝在母板上的電子部件。再者，如果將該電子部件接合在母板 上而構(gòu)成的接合結(jié)構(gòu)體作為電路基板，組裝到電子設(shè)備中，則可以得 到耐久性優(yōu)良、可靠性高的電子設(shè)備。
權(quán)利要求
1、一種接合材料，其包含鉍合金，在所述鉍合金中，Cu含量為0.2～0.8重量％，Ge含量為0.02～0.2重量％，剩余部分為Bi。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合材料，其中，鉍合金進(jìn)一步含有 Ni，且Ni含量為0.02 0.08重量％。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合材料，其中，鉍合金進(jìn)一步含有 選自球狀填充劑、針狀填充劑以及板狀填充劑之中的至少1種填充 劑，且填充劑含量為0.05 5.0重量％。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的接合材料，其中，填充劑含有選自樹 脂材料、無機(jī)材料以及金屬材料之中的至少1種材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的接合材料，其中，在填充劑的表面實(shí) 施鍍覆，該鍍層含有選自Ag、 Pd、 Au以及Sn之中的至少1種金屬。
6、 一種電子部件，其具有電子元件、與電子元件連接的電極、 以及接合電子元件和電極的電子元件接合材料；而且電子元件接合材料是含有權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的鉍合金 的接合材料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子部件，其中，從選自形成于電子 元件表面的含Sn鍍層、形成于電極表面的含Sn鍍層、含有Sn的電 子元件以及含有Sn的電極之中的至少1種中混入到電子元件接合材 料中的Sn量、或在電子元件接合材料中作為不可避免的雜質(zhì)而含有 的Sn量，為電子元件接合材料和Sn的合計(jì)總量的40重量y。以下。
8、 一種接合結(jié)構(gòu)體，其具有(a)電子部件、(b)搭載電子 部件的基板、(c)對(duì)電子部件和基板進(jìn)行接合的電子部件接合材料， 其中，(a)電子部件為權(quán)利要求6或7所述的電子部件，(c)電子部件接合材料是熔化溫度比(a)電子部件所具有的電 子元件接合材料中含有的鉍合金的熔化溫度低的接合材料。
9、 一種電子設(shè)備，其具有包含權(quán)利要求8所述的接合結(jié)構(gòu)體的 電路基板作為控制手段。
全文摘要
本發(fā)明廉價(jià)地提供一種具有270℃以上的熔化溫度、且不含鉛的接合材料。該接合材料含有以Bi為主成分的合金，所述合金含有0.2～0.8重量％Cu和0.02～0.2重量％Ge，所述接合材料用于接合電子部件的電子元件和電極。
文檔編號(hào)B23K35/26GK101454114SQ20078001911
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者中谷公明, 古澤彰男, 坂口茂樹, 末次憲一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社