專利名稱：焊錫材料及電子部件接合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)鉛的焊錫材料、使用該焊錫材料的電子部件接合體及電子部件接合 體的制造方法。另外，本說(shuō)明書中，為了說(shuō)明焊錫材料的金屬組成，有時(shí)在Sn以外的金屬元素前 表示數(shù)值或數(shù)值范圍，這像在該技術(shù)領(lǐng)域中通常所使用的那樣，用數(shù)值或數(shù)值范圍表示各 元素在金屬組成中所占的重量％，余量部分由Sn構(gòu)成。
背景技術(shù)：
將電子部件安裝于基板時(shí)，通常利用電連接性優(yōu)異且生產(chǎn)性與作業(yè)性高的錫焊進(jìn) 行接合。作為焊錫材料，目前開始使用含鉛的Sn-Pb共晶焊錫，但作為代替Sn-Pb共晶焊錫 的材料，引入研究了各種無(wú)鉛焊錫并開始應(yīng)用于實(shí)際?，F(xiàn)在，作為無(wú)鉛焊錫，通常使用Sn-0. 7Cu、Sn_3. OAg-O. 5Cu、 Sn-3. 5Ag-0. 5Β -8. OIn等(例如參見專利文獻(xiàn)1)。上述無(wú)鉛焊錫具有與Sn-Pb共晶焊錫 同等程度的連接可靠性，例如即使實(shí)施1000次在-40°C與85°C之間的溫度循環(huán)試驗(yàn)，也可 以得到不發(fā)生導(dǎo)致產(chǎn)品功能停止的連接不良的接合品質(zhì)。另外，提出了在Sn-AgHn-Bi系焊錫中添加選自Sb、Zn、Ni、Ga、Ge及Cu中的至少 1種而成的無(wú)鉛焊錫(參見專利文獻(xiàn)2)。更詳細(xì)而言，專利文獻(xiàn)2公開了含有0. 5 5重 量％ Ag、0. 5 20重量％ ln、0. 1 3重量％ Bi,3重量％以下選自Sb、Zn、Ni、Ga、Ge及 Cu中的至少一種以及余量為Sn的無(wú)鉛焊錫，其實(shí)施例中記載了即使實(shí)施1000 2000次 在-40°C與125°C之間的溫度循環(huán)試驗(yàn)，焊錫合金也未見變形?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利3040929號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2004-188453號(hào)公報(bào)對(duì)于暴露于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)室等嚴(yán)酷的溫度環(huán)境中的用途，要求焊錫接合部具有更高 的耐久性，更詳細(xì)而言，要求耐熱疲勞特性。作為與汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)室相當(dāng)?shù)目煽啃詶l件，要 求進(jìn)行在-40°C與150°C之間的溫度循環(huán)試驗(yàn)，即使實(shí)施3000次上述試驗(yàn)，也不發(fā)生導(dǎo)致產(chǎn) 品功能停止的連接不良(以下，本說(shuō)明書中簡(jiǎn)單稱為“連接不良”)。但是，上述現(xiàn)有的無(wú)鉛焊錫不具有能夠滿足被暴露于上述嚴(yán)酷的溫度環(huán)境下的用 途的耐熱疲勞特性。例如，將使用Sn-3. 5Ag-0. 5Bi_8. OIn (專利文獻(xiàn)1)的焊錫材料得到的電子部件接 合體實(shí)施-40°C與150°C之間的溫度循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，至1000個(gè)循環(huán)時(shí)發(fā)生連接不良。進(jìn)而，即使是使用Sn-3. 5Ag-0. 5Bi_8. OIn-O. 5Sb (專利文獻(xiàn)2)的焊錫材料由回流 焊(reflow soldering)得到的電子部件接合體，也能發(fā)生圖8所示的龜裂67 (圖8中，龜 裂67表示龜裂的假想路徑)。
本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)是在電子部件與基板之間的焊錫接合部產(chǎn)生龜裂(或裂縫)，而 該龜裂最終導(dǎo)致了斷開，從而發(fā)生了連接不良，并探明了其原因。在圖8所示的電子部件接 合體70中，電子部件63的由銅構(gòu)成的電極部63a通過(guò)使用Sn_3. 5Ag-0. 5Β -8. OIn-O. 5Sb 而被接合于基板61的由銅構(gòu)成的電極焊盤61a(未被抗蝕劑61b覆蓋)。隨著加熱或時(shí)間 的經(jīng)過(guò)，Cu-Sn金屬間化合物6 分別在電極部63a及電極焊盤61a的表面生長(zhǎng)，但焊錫母 相6 在上述Cu-Sn金屬間化合物6 之間連續(xù)地殘留。Cu-Sn金屬間化合物6 具有硬 且脆的性質(zhì)，在Cu-Sn金屬間化合物6 與焊錫母相6 之間形成脆弱的接合界面，龜裂67 通過(guò)焊錫母相65的連續(xù)相傳播，最終導(dǎo)致斷開，發(fā)生連接不良。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)鉛的焊錫材料，其即使在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)室等嚴(yán)酷的溫 度環(huán)境下，也顯示高耐熱疲勞特性，能有效地降低導(dǎo)致制品功能停止的連接不良的發(fā)生。另 外，本發(fā)明的目的在于提供使用上述焊錫材料的電子部件接合體及電子部件接合體的制造 方法。發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)利用h相對(duì)于Sn的含量可以控制焊錫接合部的應(yīng)力緩和性，并且 通過(guò)添加選自Cu、Ni、Co、Fe及Sb中的1種以上元素，從而該添加元素熔解到焊錫材料與 被接合金屬之間形成的金屬間化合物層中，能促進(jìn)其形成及生長(zhǎng)，從而完成了本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)主旨，提供一種焊錫材料，其含有1. 0 4. 0重量％ Ag、4. 0 6.0重量％ ln、0. 1 1.0重量％ Bi、總計(jì)1重量％以下(其中不包括0重量％ )選自Cu、 Ni、Co、!^e及Sb中的1種以上元素，余量為Sn。上述本發(fā)明的焊錫材料通過(guò)將h的含量設(shè)定為4. 0 6. 0重量％，從而在焊錫接 合部可以形成應(yīng)力緩和性優(yōu)異的部分(焊錫母相)，從而可以有效地防止龜裂發(fā)生。另外， 本發(fā)明的焊錫材料通過(guò)添加總計(jì)1重量％以下(其中不包括0重量％)選自Cu、Ni、Co、Fe 及Sb中的1種以上的元素，從而可以促進(jìn)在與被接合金屬(優(yōu)選銅)之間形成的較硬的金 屬間化合物(優(yōu)選Cu-Sn金屬間化合物)生長(zhǎng)，因此可以在焊錫接合部形成熱穩(wěn)定且機(jī)械 穩(wěn)定的部分(由金屬間化合物的生長(zhǎng)相、優(yōu)選由金屬間化合物得到的封閉結(jié)構(gòu))，從而可以 防止龜裂發(fā)生及伸長(zhǎng)。如果使用上述本發(fā)明的焊錫材料，則即使在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)室等嚴(yán)酷的 溫度環(huán)境下，也可以顯示高耐熱疲勞特性，從而可以有效地降低導(dǎo)致制品功能停止的連接 不良的發(fā)生。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中，所謂“焊錫材料”是指，其金屬組成限于實(shí)質(zhì)上由所列舉 的金屬構(gòu)成，也可以含有不可避免地混入的微量金屬，及/或也可以含有金屬以外的其他 成分(例如助焊劑等)。另外，所謂“Cu-Sn金屬間化合物”是指以Cu與Sn為主要成分的 合金，所謂由金屬間化合物得到的“封閉結(jié)構(gòu)”是指焊錫材料所要接合的部件之間被金屬間 化合物相連，要注意的是，并不需要部件之間的整個(gè)空間全被金屬間化合物封閉。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)主旨，提供一種電子部件接合體，電子部件的含銅的電極部 通過(guò)使用焊錫材料而形成的接合部(本說(shuō)明書中簡(jiǎn)單稱為“焊錫接合部”或“接合部”)接 合于基板的含銅的電極焊盤，該焊錫材料含有1. 0 4. 0重量％ Ag、4. 0 6. 0重量％ In、 0. 1 1.0重量％ Bi、總計(jì)1重量％以下(其中不包括0重量％ )選自Cu、Ni、Co、!^&Sb 中的1種以上的元素，余量為Sn。
上述本發(fā)明的電子部件接合體中，本發(fā)明的焊錫材料發(fā)揮與上述材料相同的作用 及效果。上述電子部件接合體可以為電路板，可以實(shí)現(xiàn)耐久性(特別是耐熱疲勞特性)比 目前優(yōu)異的電路板。本發(fā)明的電子部件接合體中，在使用焊錫材料形成的接合部中，電子部件的電極 部與基板的電極焊盤之間可以被Cu-Sn金屬間化合物至少部分地封閉。但是，本發(fā)明的電 子部件接合體無(wú)需已然具有上述封閉結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)使用者在實(shí)際使用時(shí)的情況形成上述 封閉結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)主旨，提供一種電子部件接合體的制造方法，其中，所述電子 部件接合體是電子部件的含銅的電極部被使用焊錫材料形成的接合部接合在基板的含銅 的電極焊盤而得到的電子部件接合體，所述方法包括將電子部件的含銅的電極部利用下述焊錫材料接合于基板的含銅的電極焊盤上， 所述焊錫材料含有1. 0 4. 0重量％ Ag、4. 0 6. 0重量％ ln、0. 1 1. 0重量％ Bi、總和 1重量％以下(其中不包括0重量％ )選自Cu、Ni、Co、!^&Sb中的1種以上的元素，余量 為Sn;以及在使用該焊錫材料而形成的接合部，通過(guò)熱處理使Cu-Sn金屬間化合物從電子部 件的電極部及基板的電極焊盤這雙方開始生長(zhǎng)，直至電子部件的電極部與基板的電極焊盤 之間被Cu-Sn金屬間化合物至少部分地封閉。上述本發(fā)明的制造方法可以用極其簡(jiǎn)便的方法來(lái)制造已然具有上述封閉結(jié)構(gòu)的 電子部件接合體。根據(jù)本發(fā)明，提供一種焊錫材料，其是無(wú)鉛的焊錫材料，可以由應(yīng)力緩和性優(yōu)異的 部分(焊錫母相)和熱穩(wěn)定且機(jī)械穩(wěn)定的部分(由金屬間化合物的生長(zhǎng)相、優(yōu)選由金屬間 化合物得到的封閉結(jié)構(gòu))構(gòu)成其焊錫接合部，由此，即使在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)室等嚴(yán)酷的溫度環(huán) 境下，也可以顯示高耐熱疲勞特性，能有效地降低因制品的功能停止導(dǎo)致的連接不良的發(fā)生。另外，根據(jù)本發(fā)明，也提供能發(fā)揮與上述相同的作用及效果的電子部件接合體。上 述電子部件接合體可以是電路板，可以實(shí)現(xiàn)耐久性(特別是耐熱疲勞特性)比目前優(yōu)異的 電路板。進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，可以制造已然具有由有助于提高耐熱疲勞特性的金屬間化合 物得到的封閉結(jié)構(gòu)的電子部件接合體。


[圖1]圖1是使用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的焊錫材料，將電子部件接合于基板的電 子部件接合體的部分截面簡(jiǎn)圖(同時(shí)示出電子部件的右側(cè)半部分與其下面的基板)。[圖2]圖2是從上面觀察圖1的實(shí)施方案的電子部件接合體的圖，是將電子部件 的電極部投影于基板面上的圖。[圖3]圖3是表示Sn-Ag中的Ag含量與液相線溫度的關(guān)系的圖表。[圖4]圖4是表示Sn-In中的h含量與Sn的變態(tài)溫度(實(shí)線)及焊錫接合部的 剪切強(qiáng)度(虛線)的關(guān)系的圖。
[圖5]是表示Sn-3.5Ag_Bi中的Bi含量與斷裂伸長(zhǎng)的關(guān)系的圖表。[圖6]是說(shuō)明本發(fā)明的電子部件接合體的制造方法的2種工序流程圖，(a)是制 造圖1的實(shí)施方案的電子部件接合體的工序流程圖，(b)是其他的工序流程圖。[圖7]是電子部件接合體的焊錫接合部的SEM照片，(a)是實(shí)施例2的情況，(b) 是比較例2的情況。[圖8]是使用現(xiàn)有的焊錫材料，將電子部件接合于基板得到的電子部件接合體的 部分截面簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方案。(電子部件接合體)如圖1所示，本實(shí)施方案的電子部件接合體10中，電子部件3的含銅的電極部3a 被使用焊錫材料而形成的接合部(焊錫接合部)5接合在基板1的含銅的電極焊盤Ia(未 被抗蝕劑Ib覆蓋)。焊錫材料使用無(wú)鉛的焊錫材料，所述無(wú)鉛的焊錫材料含有1. 0 4. 0重量％ Ag、 4. 0 6.0重量％ h、0. 1 1.0重量％Bi、總計(jì)1重量％以下(其中不包括0重量％)選 自Cu、Ni、Co、!^e及Sb的1種以上元素，余量為Sn。在使用該焊錫材料形成的接合部5中，電子部件3的電極部3a與基板1的電極 焊盤Ia之間被Cu-Sn金屬間化合物fe至少部分地封閉(或相連)。Cu-Sn金屬間化合物 5a由焊錫材料中的Sn與構(gòu)成電極部3a及電極焊盤Ia的Cu形成，分別從電極部3a及電 極焊盤Ia開始生長(zhǎng)，不久就會(huì)相互接觸或結(jié)合，封閉電極部3a與電極焊盤Ia之間(參見 圖1)。接合部5中，Cn-Sn金屬間化合物fe以外的部分由焊錫母相(或來(lái)自焊錫材料、且 形成Cn-Sn金屬間化合物后的焊錫體相)恥。電極部3a與電極焊盤Ia之間，由于被Cn-Sn 金屬間化合物fe至少部分地封閉，因此并不妨礙焊錫母相恥作為遍布它們之間的整個(gè)區(qū) 域的連續(xù)相而存在。圖示的方案中，接合部5的外形通常能具有下述形狀，即是從以電極焊盤Ia為底 面，以電極部3a的上邊緣部(圖1中電極部3a的標(biāo)記了引出線的上端部)為上面的四角 錐中除去電子部件3及電極部3a的形狀。簡(jiǎn)單而言，接合部5整體由電極焊盤Ia與電極 部3a彼此之間對(duì)置的部分(圖1中，用符號(hào)“A”表示其投影范圍，在圖2中為電極部3a所 覆蓋的區(qū)域)，以及下述的角部分(fillet)(圖1中，將其投影范圍用符號(hào)“B”表示，圖2中 是可見電極焊盤Ia的區(qū)域)構(gòu)成，所述角部分由電極焊盤Ia的剩余的非對(duì)置區(qū)域、電極部 3a的與包括剩余區(qū)域的基板面大致垂直的面以及連接它們的邊緣部的傾斜面所包圍的角 部分。電極部3a與電極焊盤Ia對(duì)置的部分A的至少一部分、優(yōu)選大部分、更優(yōu)選基本整個(gè) 區(qū)域被Cu-Sn金屬間化合物5a封閉，從而不妨礙焊錫母相恥以部分A作為連續(xù)相的方式 存在，而存在于該角部分B。需要說(shuō)明的是，圖1及圖2中示出使用列舉的芯片部件作為電 子部件3 (圖2中，用虛線包圍的區(qū)域是電子部件3的投影區(qū)域)。由于使用的焊錫材料含有4. 0 6. 0重量％ In，所以焊錫母相恥比較柔軟。利用 上述焊錫母相5b，電極部3a與電極焊盤Ia在上述封閉結(jié)構(gòu)以外的部分(圖示的方案中為 角部分B)接合，所以在該部分可以緩和應(yīng)力，由此可以有效地防止龜裂(或裂縫)發(fā)生。
另一方面，Cn-Sn金屬間化合物fe較硬，熱穩(wěn)定且機(jī)械穩(wěn)定，所以由Cn-Sn金屬間 化合物如得到的牢固的封閉結(jié)構(gòu)形成于電極部3a與電極焊盤Ia之間(圖示的方案中位 于電子部件3下方的部分A)，由此可以將電子部件高強(qiáng)度地接合于基板。在使用的焊錫材 料中添加了總計(jì)1重量％以下(其中不包括0重量％ )的選自Cu、Ni、Co、!^e及Sb中的1 種以上元素，所以添加元素熔解到Cn-Sn金屬間化合物fe的層中促進(jìn)其生長(zhǎng)，從而可以在 電極部3a與電極焊盤Ia之間迅速地形成牢固的封閉結(jié)構(gòu)，由此可以有效地防止龜裂發(fā)生 及伸長(zhǎng)。通過(guò)添加規(guī)定量的Cu、Ni、Co、狗及釙中的1種以上元素，可以穩(wěn)定且確實(shí)地形 成上述封閉結(jié)構(gòu)。上述電子部件接合體10即使在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)室等嚴(yán)酷的溫度環(huán)境下，也可以顯示 高耐熱疲勞特性，可以有效地降低導(dǎo)致制品功能停止的連接不良的發(fā)生。例如，即使實(shí)施 3000次-40°C與150°C之間的溫度循環(huán)試驗(yàn)，也可以得到不發(fā)生導(dǎo)致制品功能停止的連接 不良的接合品質(zhì)。(焊錫材料)然后，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的焊錫材料的組成。如上所述，使用無(wú)鉛的焊錫材料，其含 有1.0 4. 0重量％Ag、4. 0 6. 0重量％ ln、0. 1 1. 0重量％ Bi、總計(jì)1重量％以下(其 中不包括0重量％)選自Cu、Ni、C0、i^&^中的1種以上的元素，余量為Sn。· Ag 含量在Sn-^Vg系焊錫中，Ag在β Sn相的周邊以Ag3Sn化合物的形式結(jié)晶析出，能實(shí)現(xiàn) 降低因熱或機(jī)械外力導(dǎo)致焊錫變形的作用。為了得到高耐熱疲勞特性，必須含有一定程度 的Ag，為了使其在-40°C至150°C的溫度循環(huán)試驗(yàn)中合格，優(yōu)選Ag含量為1. 0重量％以上。另外，Ag含量嚴(yán)重影響焊錫熔點(diǎn)。圖3是針對(duì)Sn-Ag焊錫調(diào)查Sn-Ag中的Ag含 量與液相線溫度之間的關(guān)系的圖表。Ag含量為0重量％時(shí)，顯示Sn的熔點(diǎn)為232°C。隨著 使Ag含量從0重量％增加，液相線溫度降低，Ag含量為3. 5重量％時(shí)，減少到Sn-Ag共晶 溫度221°C。使Ag含量進(jìn)一步增加到3. 5重量％時(shí)，液相線溫度急劇增加。通常，為了通過(guò)回流焊使焊錫均勻熔融，優(yōu)選設(shè)定為焊錫的液相線溫度+10°C以上 的回流峰值溫度。另外，從電子部件的耐熱溫度考慮，優(yōu)選回流峰值溫度為對(duì)01以下。因 此，作為焊錫的液相線溫度，優(yōu)選為230°c以下。由圖3確認(rèn)液相線溫度為230°C以下的情 況是Sn中的Ag含量為1.0 4.0重量％。由以上可知，本發(fā)明的焊錫材料中，其金屬組成的Ag含量為1.0 4.0重量％?！?In 含量在Sn-Ag-Bi-h系焊錫中，h熔解到Ag-Sn化合物相或β Sn相中，或者以 YSn(In)相的形式存在。焊錫中的Y Sn相的比例根據(jù)h含量及溫度而變化。特別是在 511^8^-^1系焊錫的情況下，加熱時(shí)，在一定溫度以上，發(fā)生0 511相向YSn相變化的變態(tài) 行為，焊錫自身發(fā)生變形，角的形狀也嚴(yán)重破壞。因此，溫度循環(huán)試驗(yàn)或根據(jù)使用者進(jìn)行的 實(shí)際使用中，優(yōu)選不發(fā)生變態(tài)行為的溫度(變態(tài)溫度)。與γ Sn相的比例相同，β Sn相及γ Sn相間的變態(tài)溫度(有時(shí)簡(jiǎn)單稱為Sn的變 態(tài)溫度)也因^的含量而變化。圖4中，用實(shí)線表示的圖表是調(diào)查Sn的變態(tài)溫度相對(duì)于 Sn-In中的h含量的圖表。隨著h含量的增加，Sn的變態(tài)溫度降低。h含量為4重量％ 時(shí)，Sn的變態(tài)溫度為200°C左右，但使h含量增加至6. 0重量％時(shí)，Sn的變態(tài)溫度降低至150°C。使h含量進(jìn)一步增加至8. 0重量％時(shí)，Sn的變態(tài)溫度降低至100°C。因此，為了使焊錫接合部的耐熱性確保至150°C，In含量?jī)?yōu)選為6. 0重量％以下。另外，h含量也影響焊錫接合部的強(qiáng)度，更詳細(xì)而言，In含量增加時(shí)，YSn(In)相 增加，錫接合部的強(qiáng)度提高。圖4中，用虛線表示的圖表是調(diào)查剪切強(qiáng)度相對(duì)于Sn-In中的 In含量的圖表。h含量在0 小于4. 0重量％的范圍內(nèi)時(shí)，未確認(rèn)因添加h導(dǎo)致的接合 強(qiáng)度上升的效果。^含量為4.0重量％以上的范圍內(nèi)時(shí)，確認(rèn)到接合強(qiáng)度的上升趨勢(shì)顯著。就該剪切強(qiáng)度而言，測(cè)定在以下的條件下制作的圖1所示的電子部件接合體。基板1 高Tg型高耐熱基板R-1755T、兩面覆銅、厚度1. 2mm(松下電工株式會(huì)社 制)電極焊盤la :Cu焊盤、厚度為35 μ m、用預(yù)助焊處理劑(Tough-Ace (夕7工一義)、 四國(guó)化成工業(yè)株式會(huì)社制)實(shí)施了表面處理抗蝕劑Ib 高耐熱抗蝕劑(太陽(yáng)油墨制造株式會(huì)社制)電子部件3 片狀電容器1005尺寸(TDK株式會(huì)社制C1005)電極部3a =Cu電極(TDK株式會(huì)社制C1005)安裝方法回流焊)因此，為了在焊錫接合部得到高接合強(qiáng)度，h含量?jī)?yōu)選為4.0重量％以上。由以上可知，本發(fā)明的焊錫材料中，其金屬組成中的h含量為4. 0 6. 0重量％。· Bi 含量將Bi添加到Sn-Ag-h系焊錫中時(shí)，焊錫接合部的楊氏模量增加，機(jī)械強(qiáng)度提高。 為了得到提高機(jī)械強(qiáng)度的效果，必須含有一定程度的Bi，優(yōu)選Bi含量為0. 1重量％以上。但是，Bi含量增加時(shí)，由于Bi發(fā)生偏析，因此有斷裂伸長(zhǎng)降低的傾向。圖5是調(diào)查 在Sn-3. 5Ag焊錫中添加Bi時(shí)的斷裂伸長(zhǎng)相對(duì)于Sn_3. 5Ag-Bi中的Bi含量之間的關(guān)系的圖 表。Bi含量在0 1.0重量％以下的范圍內(nèi)時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)基本不依賴于Bi含量，為41. 5% 左右。Bi含量為1. 0重量％以上的范圍內(nèi)時(shí)，焊錫急劇變硬，Bi含量為2. 0重量％時(shí)，斷裂 伸長(zhǎng)降低至22%。為了確保焊錫接合部的可靠性，優(yōu)選焊錫的延展性(斷裂伸長(zhǎng))不降低。 由此，為了不實(shí)質(zhì)上導(dǎo)致斷裂伸長(zhǎng)降低，優(yōu)選Bi含量為1. 0重量％以下。由以上可知，本發(fā)明的焊錫材料中，其金屬組成中的Bi含量為0. 1 1. 0重量％?！?Cu、Ni、Co、Fe 及 Sb 的添加量在以上的Sn-(1. 0 4. 0)Ag- (4. 0 6. 0) In- (0. 1 1. 0)Bi 中添加選自 Cu、Ni、 Co、！^及Sb中的1種以上元素時(shí)，上述添加元素熔入表面反應(yīng)層，可以促進(jìn)Cu-Sn金屬間 化合物的形成及生長(zhǎng)。但是，過(guò)量添加上述元素時(shí)，不僅僅界面反應(yīng)層，而且由于所添加的元素在焊錫母 相固溶或析出，所以焊錫接合部也變硬且變脆。表1 表示在 Sn-(1. 0 4. 0)Ag-(4. 0 6. 0) In-(0. 1 1. 0)Bi 中分別添加上 述元素時(shí)的落下強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，示出了不合格的樣品數(shù)。在此，作為Sn-(1. 0 4. 0) Ag-(4. 0 6. 0) In-(0. 1 1. 0)Bi，在本發(fā)明的焊錫材料的金屬組成范圍內(nèi)，選擇能變得最 硬的焊錫組成Sn-4. OAg-1. OBi-6. OIn和能變得最軟的焊錫組成Sn_l. OAg-O. lBi-4. OIn0 添加元素的“添加量”是用添加元素代替了 Sn得到的量，由此，添加元素的“添加量”等于 焊錫材料金屬組成中的該添加元素的含量，AgUn及Bi的各含量在添加前及添加后不發(fā)生變化。該落下強(qiáng)度試驗(yàn)使用具有表1所示的各種金屬組成的焊錫材料，按照以下的條件 制作圖1所示的電子部件接合體，并在基板的里面粘貼Cu制作總重量為150g的TEGCTest Element Group)。從150cm的高度使其自由落體50次后，用電導(dǎo)通評(píng)價(jià)的合格與否進(jìn)行評(píng) 價(jià)。樣品數(shù)(N數(shù))是每個(gè)金屬組成各5個(gè)?；? :FR_4基板、兩面覆銅、厚度1. 2mm(松下電工株式會(huì)社制)電極焊盤la :Cu焊盤、厚度35 μ m、用預(yù)助焊劑處理劑(Tough-Ace、四國(guó)化成工業(yè) 株式會(huì)社制)實(shí)施了表面處理抗蝕劑Ib 高耐熱抗蝕劑(太陽(yáng)油墨制造株式會(huì)社制)電子部件3 芯片部件5750尺寸(日本貴彌功株式會(huì)社制C5750)電極部3a =Cu電極(日本貴彌功株式會(huì)社制C5750)安裝方法回流焊)[表 1]落下強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種焊錫材料，其含有1. 0 4. 0重量％的Ag、4. 0 6. 0重量％的ln、0. 1 1. 0 重量％的Bi、總計(jì)1重量％以下但不包括0重量％的選自Cu、Ni、Co、！^及Sb中的1種以 上的元素，余量為Sn。
2.一種電子部件接合體，其中，電子部件的含銅的電極部通過(guò)使用下述的焊錫材料而 形成的接合部接合于基板的含銅的電極焊盤，所述焊錫材料含有1. 0 4. 0重量％的Ag、 4.0 6.0重量％的ln、0. 1 1.0重量％的財(cái)、總計(jì)1重量％以下但不包括0重量％的選 自Cu、Ni、Co、!^e及Sb中的1種以上的元素，余量為Sn。
3.如權(quán)利要求2所述的電子部件接合體，其中，在使用焊錫材料而形成的接合部中，電 子部件的電極部與基板的電極焊盤之間被Cu-Sn金屬間化合物至少部分地封閉。
4.一種電子部件接合體的制造方法，其中，所述電子部件接合體是電子部件的含銅的 電極部通過(guò)使用焊錫材料而形成的接合部接合于基板的含銅的電極焊盤的電子部件接合 體，所述方法包括將電子部件的含銅的電極部利用下述焊錫材料接合于基板的含銅的電極焊盤，所述焊 錫材料含有1.0 4.0重量％的六8、4.0 6.0重量％的ln、0. 1 1.0重量％的財(cái)、總和 1重量％以下但不包括0重量％的選自Cu、Ni、Co、中的1種以上的元素，余量為 Sn ；以及在使用該焊錫材料而形成的接合部，通過(guò)熱處理使Cu-Sn金屬間化合物從電子部件的 電極部及基板的電極焊盤這兩者開始生長(zhǎng)，直至電子部件的電極部與基板的電極焊盤之間 被Cu-Sn金屬間化合物至少部分地封閉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種顯示高耐熱疲勞性，能有效地降低導(dǎo)致制品功能停止的連接不良發(fā)生的無(wú)鉛焊錫材料。一種焊錫材料，其含有1.0～4.0重量％Ag、4.0～6.0重量％In、0.1～1.0重量％Bi、總計(jì)1重量％以下(其中不包括0重量％)的選自Cu、Ni、Co、Fe及Sb中的1種以上元素，余量為Sn。使用該焊錫材料在基板(1)的含銅的電極焊盤(1a)上接合電子部件(3)的含銅的電極部(3a)時(shí)，可以在焊錫接合部形成應(yīng)力緩和性優(yōu)異的部分(5b)，使Cu-Sn金屬間化合物(5a)從電極焊盤(1a)與電極部(3a)迅速地生長(zhǎng)，可以形成牢固的封閉結(jié)構(gòu)。由此，即使在嚴(yán)酷的溫度環(huán)境下，也可以防止龜裂的發(fā)生及伸長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)高耐熱疲勞特性，從而可以降低連接不良的發(fā)生。
文檔編號(hào)B23K35/26GK102066044SQ20108000187
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者中村太一, 古澤彰男, 末次憲一郎, 酒谷茂昭 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社