焊料材料及電子零件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種焊料材料及電子零件。該焊料材料包括含有Sn、Cu、Sb及In、以及20質(zhì)量％以下的Ag的至少五元合金，并且固相線溫度高于290℃，液相線溫度為379℃以下、且高于固相線溫度，液相線溫度與固相線溫度的溫度差為70℃以內(nèi)。因而可降低將焊料材料熔融時(shí)的溫度，進(jìn)而在安裝于基板上并進(jìn)行回流的溫度區(qū)域內(nèi)，焊料變得不易熔解。因此，可抑制焊料材料的熔融不足、或在將所述表面安裝零件安裝在基板上時(shí)伴隨著焊料材料的熔融的故障的產(chǎn)生。
【專利說(shuō)明】
焊料材料及電子零件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種焊料材料及使用焊料材料安裝在基板上的電子零件。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如彈性表面波裝置或石英諧振器等小型的電子元件是收納在小型的容器內(nèi)而 構(gòu)成為表面安裝零件，并安裝在布線基板等基板上。例如，此時(shí)使用焊料材料作為將表面安 裝零件的容器氣密地密封的密封材。
[0003] 在將此種表面安裝零件安裝在布線基板的表面的步驟中，例如在表面安裝零件的 電極墊、與形成在布線基板的電極之間涂布表面安裝用的焊料材料，在回流爐中進(jìn)行加熱 至例如大致260°C的溫度的回流步驟。利用該回流步驟來(lái)使表面安裝用的焊料烙解，從而將 表面安裝零件的電極墊與布線基板的電極端子電性連接。
[0004] 然而，在對(duì)容器進(jìn)行密封的焊料材料的固化溫度即固相線溫度低的情況下，有如 下?lián)鷳n：回流步驟中焊料材料再烙解，需要減壓氣密的表面安裝零件中變得不再氣密，從而 內(nèi)部的壓力上升，或者容器的蓋部脫離。
[0005] 因此，作為用于表面安裝零件的容器的密封的焊料材料，要求焊料材料固化的固 相線溫度高于260°C。進(jìn)而在對(duì)表面安裝零件的容器進(jìn)行密封的步驟中，必須防止對(duì)收納在 表面安裝零件中的小型零件進(jìn)行固定的接著劑的烙融。因此，對(duì)用作密封劑的焊料材料要 求在盡可能低的溫度下烙融，且要求液相線溫度低。
[0006] 另外，關(guān)于將容器內(nèi)設(shè)為真空而進(jìn)行密封的制品，在真空環(huán)境下，進(jìn)行加熱而使焊 料材料烙融，然后進(jìn)行冷卻使焊料材料固化而進(jìn)行密封，但在真空中，熱的傳導(dǎo)小，因而在 冷卻上花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間。因此，在固相線溫度與液相線溫度差大的情況下，有在對(duì)容器進(jìn)行密封 的作業(yè)上花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題。
[0007] 作為此種容器的密封材，W前一直使用將在28(TC左右具有共晶點(diǎn)的金及錫混合 而成的焊料材料。然而，金的價(jià)格高，近年來(lái)尋求不使用金的焊料材料。進(jìn)而，作為適宜的焊 料材料的另一例，已知有使用鉛的焊料材料，但就對(duì)環(huán)境的關(guān)懷而言，尋求不使用鉛的焊料 材料。
[000引專利文獻(xiàn)1中，記載有固相線溫度為255°CW上的W祕(mì)(Bi)為主材料的焊料材料。 然而，Bi具有在常溫下體積膨脹的性質(zhì)，并不適合作為將容器的間隙氣密地密封的密封材。 [0009][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0010] 巧利文獻(xiàn)]
[0011][專利文獻(xiàn) 1 ]W02007/055308 號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012][發(fā)明所要解決的問(wèn)題]
[0013]本發(fā)明是鑒于此種情況而成的，其目的在于提供一種液相線溫度低、固相線溫度 高的焊料材料。
[0014][解決問(wèn)題的技術(shù)手段]
[001引本發(fā)明的焊料材料包含含有Sn、Cu、Sb及In、W及20質(zhì)量％ W下的Ag的至少五元合 金，并且
[0016] 固相線溫度高于290°C，液相線溫度為379°CW下、且高于固相線溫度，液相線溫度 與固相線溫度的溫度差為70°CW內(nèi)。
[0017] 另外，本發(fā)明的焊料材料可含有25質(zhì)量％~45質(zhì)量％的511、30質(zhì)量％~40質(zhì)量％ 的Sb、3質(zhì)量％~8質(zhì)量％的化、3質(zhì)量％~9質(zhì)量％的In、作為剩余部分的Ag及不可避免的雜 質(zhì)，也可W含有36質(zhì)量％~40質(zhì)量％的511、34質(zhì)量％~38質(zhì)量％的56、4質(zhì)量％~6質(zhì)量％的 Cu、4質(zhì)量％~6質(zhì)量％的In、及作為剩余部分的Ag及不可避免的雜質(zhì)為特征。另外，焊料材 料可含有Si及Ti且各自的含量為0.1質(zhì)量％ ^下，也可W含有化或Pd的至少一者且各自的 含量為0.1質(zhì)量％ ^下為特征。進(jìn)而，所述焊料材料可為混合有助焊劑的膏狀，也可W所述 焊料材料為在加工為金屬錐狀后，經(jīng)沖裁而成的預(yù)型體為特征。
[0018] 本發(fā)明的電子零件安裝于基板上，所述電子零件包括：
[0019] 收容有電子元件的容器，及
[0020] 用于所述容器的所述焊料材料。
[0021] 另外，本發(fā)明的電子零件中：所述焊料材料可用作將所述容器氣密地密封的密封 材料，所述容器是利用所述焊料材料將基部與蓋部密封而構(gòu)成，所述容器內(nèi)的環(huán)境為減壓 環(huán)境或惰性氣體環(huán)境的至少一者。
[0022] 進(jìn)而，本發(fā)明的電子零件中：所述容器利用所述焊料材料將基部與蓋部密封而構(gòu) 成，
[0023] 所述容器內(nèi)的環(huán)境可為減壓環(huán)境及惰性氣體環(huán)境的至少一者，所述容器裝配在布 線基板上，并且從所述布線基板的表面起遍及所述容器的整體利用樹脂材料密封，所述焊 料材料用W將所述容器的電極電性連接在布線基板上。
[0024] [發(fā)明的效果]
[0025] 關(guān)于本發(fā)明的電子零件，通過(guò)在安裝于基板上的電子零件中，包含含有Sn、AgXu、 Sb及In的至少五元合金，并調(diào)整各成分的量，可設(shè)為固相線溫度高于290°C、液相線溫度低 于379°C、液相線溫度與固相線溫度的溫度差為70°C W內(nèi)。因而可降低將焊料材料烙融時(shí)的 溫度，進(jìn)而在安裝于基板上并進(jìn)行回流的溫度區(qū)域內(nèi)，焊料變得不易烙解。因此，可抑制焊 料材料的烙融不足、或在將所述表面安裝零件安裝在基板上時(shí)伴隨著焊料材料的烙融的故 障的產(chǎn)生。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的電子零件的分解立體圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的另一例的表面安裝零件的分解立體圖。
[0028] 圖3是實(shí)施例1的焊料材料的差示掃描量熱曲線。
[0029] 圖4是實(shí)施例2的焊料材料的差示掃描量熱曲線。
[0030] 圖5是實(shí)施例6的焊料材料的差示掃描量熱曲線。
[0031] 圖6是實(shí)施例12的焊料材料的差示掃描量熱曲線。
[0032] 圖7是比較例9的焊料材料的差示掃描量熱曲線。
[0033] 圖8是實(shí)施例1的焊料材料的時(shí)間-位移量曲線。
[0034] 圖9是比較例2的焊料材料的時(shí)間-位移量曲線。
[0035] 圖10是比較例10的焊料材料的時(shí)間-位移量曲線。
[0036] 圖11是比較例11的焊料材料的時(shí)間-位移量曲線。
[0037] 圖12是實(shí)施例1及實(shí)施例1-2的焊料材料的差示掃描量熱曲線。
[003引[符號(hào)的說(shuō)明]
[0039] 1:表面安裝零件
[0040] 2:焊料膏
[0041] 3:石英諧振器
[0042] 4:導(dǎo)電性接著劑
[0043] 5、30:電極
[0044] 10、20:容器
[0045] 11、21:基體
[0046] 12、22:蓋部
[0047] 13:邊緣部
[004引 B、V:直線 [0049] Dmax:位移量 [(K)加]^切線 [0化1] tl:固相線溫度 [0化2] t2:液相線溫度
[005；3](日）、化）、（。）：最小值
[0054] (I):銅基板的溫度
【具體實(shí)施方式】
[0055] 對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的焊料材料進(jìn)行說(shuō)明。焊料材料含有焊料粉，例如W與助焊 劑混合而成的膏狀的焊料膏的形式構(gòu)成，所述焊料粉包含設(shè)為25質(zhì)量％ W上且45質(zhì)量％ W 下(25質(zhì)量％~45質(zhì)量％ )的Sn(錫）、30質(zhì)量％ W上且40質(zhì)量％ W下的Sb(錬）、3質(zhì)量％ ^上 且8質(zhì)量％ W下的Cu(銅）、3質(zhì)量％ W上且9質(zhì)量％ W下的In(銅)及構(gòu)成剩余部分的Ag(銀） 的五元合金。
[0056] Sn是決定焊料材料的固相線溫度的主導(dǎo)因素，焊料粉中的Sn的組成比越大，固相 線溫度越變低。將本發(fā)明的焊料材料的固相線溫度設(shè)為超過(guò)260°C，例如想要設(shè)定為290°C W上，故焊料粉中的Sn的組成優(yōu)選為25質(zhì)量％ W上且45質(zhì)量％ W下。
[0057] In是決定液相線溫度的主導(dǎo)因素，In的組成比越大，越有液相線溫度上升的傾向。 另外，隨著In的組成比變大，成為固液狀態(tài)的溫度范圍變廣而有液相線溫度變得不穩(wěn)定的 傾向，進(jìn)而變得容易受到In的烙點(diǎn)的影響，變得容易在低的溫度區(qū)域烙融。因此，In優(yōu)選為3 質(zhì)量％ W上且9質(zhì)量％^下。此外，通過(guò)添加 In而有固相線溫度及液相線溫度整體變低的傾 向。
[0058] Ag具有保持焊料材料的接合的穩(wěn)定性的效果。所謂接合的穩(wěn)定性良好，是指在使 用所述焊料材料進(jìn)行焊接，然后焊料材料烙融固化時(shí)保持高的機(jī)械強(qiáng)度。更具體而言，是指 表面安裝零件中，在利用所述焊料材料將基體與蓋部接合時(shí)基體與蓋部的接合強(qiáng)度強(qiáng)。然 而，若Ag的組成比變大，則在內(nèi)部容易結(jié)晶化，若所述結(jié)晶增加，則潤(rùn)濕性變差。另外，若Ag 的含量多，則制造成本變高。因此，焊料粉中的Ag的組成優(yōu)選為設(shè)為20質(zhì)量％^下。另外，若 增多Ag的量，則有焊料材料開(kāi)始烙解的溫度容易受到Sn的烙點(diǎn)的溫度的影響的性質(zhì)。通過(guò) 減少Ag的量，可抑制焊料材料的固相線溫度的降低。
[0059] Cu有使各組成物間的結(jié)晶融合的效果。所謂使結(jié)晶融合，是指使所述焊料材料中 的各金屬的結(jié)晶彼此的結(jié)合牢固。但是，在過(guò)度的添加化的情況下，所生成的焊料材料的烙 融溫度大幅上升，硬度變高。因此調(diào)整為相對(duì)于焊料材料而含有3質(zhì)量％ W上、8質(zhì)量％ W 下。
[0060] 進(jìn)而，例如含有大量的Ag、Cu的焊料材料中，共晶點(diǎn)變高，在焊料材料的生成時(shí)共 晶變得容易形成，但可通過(guò)添加 Sb降低共晶點(diǎn)，因而優(yōu)選。通過(guò)增多Sb，而有焊料材料烙融 時(shí)變得容易擴(kuò)展、潤(rùn)濕性變得良好的性質(zhì)。進(jìn)而可提高固相線溫度，然而，若Sb過(guò)多，則在烙 融的焊料材料中，有時(shí)Sb再結(jié)晶化而結(jié)晶分散存在，從而焊料材料的品質(zhì)降低。因此，Sb優(yōu) 選為設(shè)為30質(zhì)量％ W上且40質(zhì)量％ W下。
[0061] 另外，在焊料材料中，也可分別W0.1質(zhì)量％ W下含有Si(娃)與Ti(鐵）。如后述的 實(shí)施例所示那樣，通過(guò)含有Si與Ti，差示掃描量熱曲線的傾斜變得睹峭?？烧J(rèn)為其原因在 于:通過(guò)添加 Si與Ti，形成焊料的結(jié)晶變細(xì)，因而構(gòu)成焊料的粒子容易變成細(xì)的粒子，由固 體向液體的變化變得明了。另外，若Si的量變多，則有容易W結(jié)晶的形式殘留的缺點(diǎn)，優(yōu)選 W0.1質(zhì)量下含有，更優(yōu)選為0.05質(zhì)量％^下。進(jìn)而，Ti硬且具有容易變成浮渣(化OSS) 的性質(zhì)，因而若量變多，則有焊料材料的粘性變高的擔(dān)憂，所W優(yōu)選W0.1質(zhì)量％^下含有， 更優(yōu)選為0.03質(zhì)量％^下。因此，通過(guò)分別W0.1質(zhì)量％ W下含有Si與Ti，焊料材料的由固 體向液體的變化變得明了，并且焊料材料的烙解變得不充分的擔(dān)憂、或未充分固化地利用 焊料材料固定的構(gòu)件發(fā)生脫離的擔(dān)憂更進(jìn)一步變少。
[0062] 另外，在焊料材料中，也可分別W0.1質(zhì)量％ W下含有Zn(鋒)與Pd(鈕）。通過(guò)添加 化或Pd，焊料的高溫耐久性提高，即便在升溫至接近液相線溫度的溫度區(qū)域的情況下，也可 保持高的強(qiáng)度。另外，若化或Pd的量增多，則有液相線溫度與固相線溫度的溫度差變大的擔(dān) 憂。因此，Zn及Pd優(yōu)選W0.1質(zhì)量％ W下含有，進(jìn)而優(yōu)選為0.05質(zhì)量％ W下。
[0063] 進(jìn)而，在焊料材料中，為了使焊料材料的流動(dòng)性提高、或增強(qiáng)焊料材料的機(jī)械強(qiáng) 度，例如也可分別W不超過(guò)1質(zhì)量％的范圍含有Ni(儀）、Fe(鐵）、Mo(鋼）、Cr(銘）、Mn(儘）、Ge (錯(cuò)）、Ga(嫁)等微量元素。
[0064] 對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的焊料材料的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，使用例如滿輪研磨 機(jī)(turbo mill)、漉磨機(jī)(roller mill)、離屯、力粉碎機(jī)、磨粉機(jī)(pulverizer)等眾所周知 的粉碎機(jī)對(duì)Sn、Sb、Cu、In及Ag分別進(jìn)行粉碎，制成分別為粒子狀的金屬粉。此時(shí)，若金屬粉 的粒子過(guò)大，則所生成的焊料膏在基板上的印刷性變差，若粒子過(guò)小，則在焊料膏經(jīng)加熱 時(shí)，成為焊料膏的潤(rùn)濕性變差的原因。因此，運(yùn)些金屬粉的粒徑優(yōu)選設(shè)為如下范圍：使用例 如粒子圖像計(jì)量或電動(dòng)電位(zeta potential)測(cè)定等眾所周知的粒度分布測(cè)定法，W球當(dāng) 量直徑計(jì)為平均粒徑5WI1~50WI1的范圍。其次，對(duì)各金屬粉W例如Sn成為38質(zhì)量％、Sb成為 36質(zhì)量％、Cu成為5質(zhì)量％、In成為5質(zhì)量％、Ag成為16質(zhì)量％的方式分別進(jìn)行稱量并進(jìn)行混 厶 1=1 〇
[0065] 經(jīng)混合的金屬粉在例如經(jīng)加熱的相蝸內(nèi)烙融而生成烙融金屬，利用例如眾所周知 的離屯、噴霧霧化法來(lái)進(jìn)行造粒。離屯、噴霧霧化法是在W高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)盤上向相蝸連 續(xù)供給烙融金屬，利用旋轉(zhuǎn)盤的離屯、力將烙融金屬向周圍噴霧。在環(huán)境中對(duì)該被噴霧的烙 融金屬進(jìn)行冷卻而進(jìn)行固化，由此進(jìn)行微粒子化而對(duì)焊料粉進(jìn)行造粒。將此種焊料粉與助 焊劑混合，而生成焊料膏。
[0066] 構(gòu)成焊料膏的助焊劑可使用含有松香等粘著賦予劑樹脂、觸變劑、活化劑、溶劑等 的助焊劑。另外，可不論助焊劑所具有的活性度的不同而使用。
[0067] 其次，對(duì)使用焊料膏的電子零件進(jìn)行說(shuō)明。焊料膏用于使用安裝用焊料而固定在 基板的表面的表面安裝零件1，例如在將電子元件收納在容器10而構(gòu)成表面安裝零件1時(shí)， 用于容器10的密封。如圖1所示那樣，W例如石英諧振器3等電子元件在真空或惰性氣體環(huán) 境下收納于氣密的容器10而成的表面安裝零件1的方式構(gòu)成，而安裝在布線基板上。
[0068] 容器10包括例如陶瓷性的板狀的基體11與金屬制的蓋部12，在容器10內(nèi)，例如收 納石英諧振器3?；w11利用陶瓷基板構(gòu)成，但在從陶瓷基板切出前，例如利用網(wǎng)版印刷沿 陶瓷基板的各基體11的邊緣部而遍及整周地印刷環(huán)狀的焊料膏2。繼而，在陶瓷基板的相當(dāng) 于各基體11的部位形成用W將石英諧振器3的激發(fā)用的電極30與安裝有表面安裝零件1的 布線基板電性連接的布線及電極墊，并切出為基體11的形狀。
[0069] 然后，利用導(dǎo)電性接著劑4將形成在基體11的布線與形成在石英諧振器3的電極30 電性連接。
[0070] 蓋部12例如利用深沖加工形成為下表面?zhèn)乳_(kāi)口的大致箱型，在蓋部12的下表面遍 及整周而形成有向外側(cè)突出的邊緣部13。將蓋部12的邊緣部13載置在印刷于基體11的焊料 膏2上后，將蓋部12及基體11搬入至例如回流爐中，在380°C的溫度下進(jìn)行加熱。由此，焊料 材料2烙融，在蓋部12的邊緣部13與基體11的表面之間焊料膏2擴(kuò)展，從而在蓋部12與基體 11之間形成被氣密地密封的間隙。此時(shí)，例如也可在回流爐中，利用夾具使蓋部12壓接在基 體11上。然后，若停止加熱而溫度降低，則焊料膏2固化。
[0071] 關(guān)于由電子零件的廠商所制造的表面安裝零件1，例如由使用表面安裝零件1來(lái)組 裝電氣設(shè)備的用戶安裝在基板上。例如在形成于基板的表面的電極墊的表面，涂布用W固 定表面安裝零件1的安裝用焊料，并W表面安裝零件1的各電極墊與各自所對(duì)應(yīng)的安裝用焊 料接觸的方式載置。安裝用焊料例如使用液相線溫度為26(TCW下的焊料。然后，將所述基 板搬入回流爐內(nèi)，例如利用化回流方式加熱至260°C。若在回流爐內(nèi)進(jìn)行加熱，則安裝用焊 料烙融，而將表面安裝零件1的電極墊與基板側(cè)的電極電性連接。然后，將基板從回流爐取 出，在溫度降低，安裝用焊料固化后，附著在基板及表面安裝零件1的表面的助焊劑被清洗 去除。
[0072] 所述實(shí)施方式的焊料膏為包含25質(zhì)量％ W上且45質(zhì)量％ W下的Sn、30質(zhì)量％ ^上 且40質(zhì)量％ W下的Sb、3質(zhì)量％ W上且8質(zhì)量％ W下的Cu、3質(zhì)量％ W上且9質(zhì)量％ W下的In 及將剩余部分設(shè)為Ag的五元合金的焊料粉，Sn、Sb、化及In的比率WAg成為不超過(guò)20質(zhì)量％ 的比率的方式選擇。因此，如由后述的實(shí)施例得知的那樣，成為固相線溫度為260°CW上、液 相線溫度為379°CW下且液相線溫度高于固相線溫度、固相線溫度與液相線溫度的差為70 下的焊料粉，并且可將對(duì)表面安裝零件1進(jìn)行密封時(shí)的溫度設(shè)定為低溫。另外，在將所 述表面安裝零件1設(shè)置于基板上時(shí)的回流步驟中，作為表面安裝零件1的密封劑而使用的焊 料膏2不會(huì)再烙融，而不存在表面安裝零件1的氣密性變差或蓋部12脫落的擔(dān)憂。
[0073] 另外，所述焊料膏2如后述實(shí)施例中所示那樣高度尺寸的位移量大，且潤(rùn)濕性良 好。因此，在使用焊料膏2將容器10密封時(shí)，蓋部12與基體11的表面的間隙變窄，并且在間隙 中確實(shí)地遍布有焊料膏2，因而可密接地密封。進(jìn)而，如后述實(shí)施例所示那樣，可通過(guò)將Ag設(shè) 為48質(zhì)量％^上而將固相線溫度設(shè)為260°CW上并將液相線溫度設(shè)為379°CW下，但制造成 本變高。本發(fā)明的實(shí)施方式的焊料膏2將Ag的量設(shè)為20質(zhì)量％ ^下，因而可抑制制造成本。
[0074] 另外，作為本發(fā)明的實(shí)施方式的另一例的表面安裝零件1，也可利用板狀的蓋部22 將上表面開(kāi)口的矩形的基體21的開(kāi)口部分堵住，而在蓋部22與基體21之間形成設(shè)置石英諧 振器3等電子元件的間隙。容器20包括蓋部22和基體21。
[0075] 例如，如圖2所示那樣，基體21形成為上方開(kāi)口的大致箱形狀。在基體21的內(nèi)側(cè)底 面形成有電極5,所述電極5與設(shè)置于基體21的底面下表面?zhèn)扰c未圖示的電極墊電性連接。 首先，利用導(dǎo)電性接著劑4將所述電極5與形成在石英諧振器3的電極30電性連接。
[0076] 繼而，利用網(wǎng)版印刷使焊料膏2供給至基體21的側(cè)壁的上表面，并利用例如刮板 (squeegee)在基體21側(cè)壁的上表面的整體推開(kāi)。
[0077] 其次，在真空環(huán)境或惰性氣體環(huán)境下，在基體21的側(cè)壁的上表面被推開(kāi)的焊料膏2 的上方載置板狀的蓋部22,并加熱至例如380°C。由此，焊料膏2烙融，進(jìn)而通過(guò)使蓋部22與 基體21壓接，焊料膏2在蓋部22與基體21的側(cè)壁的上表面之間擴(kuò)展。然后，若進(jìn)行冷卻，則焊 料膏2固化，而使基體21與蓋部22氣密地接合。進(jìn)而，然后利用例如水洗，將附著在表面安裝 零件1的助焊劑去除。
[0078] 另外，電子元件也可為彈性表面波元件、微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)、電性檢測(cè)石英片的曉曲而進(jìn)行加壓速度的檢測(cè)的傳感器等。進(jìn)而也可為當(dāng) 將MEMS等電子元件形成在基板的表面，并W覆蓋電子元件的方式設(shè)置蓋部時(shí)，蓋部與基板 利用所述焊料膏2密封而成的電子零件。在該情況下，對(duì)電子元件的配置空間進(jìn)行劃分的容 器由蓋部與兼用作基部的基板的一部分構(gòu)成。因此，于在基板的表面設(shè)置另一表面安裝零 件的過(guò)程中，在進(jìn)行了加熱時(shí)，焊料膏的在烙融得到抑制，因而可獲得相同的效果。進(jìn)而另 夕h焊料材料優(yōu)選為液相線溫度與固相線溫度的溫度差為70°C W內(nèi)。
[0079] 本發(fā)明將所述焊料膏用于容器，但所謂"將焊料材料用于容器"，并不限定于作為 用W將構(gòu)成容器的基部與蓋部氣密地密封的密封材而使用的情況。例如有將彈性波元件封 入容器，經(jīng)由焊料材料將該容器的一面?zhèn)鹊碾姌O安裝在布線基板的電極上，并從布線基板 的表面起遍及容器整體利用例如環(huán)氧系樹脂等鑄模(mold)材料進(jìn)行樹脂密封(所謂的模塑 (molding))而構(gòu)成的電子零件。該電子零件例如W將形成在布線基板的背面?zhèn)鹊碾姌O接合 于電子設(shè)備側(cè)的基板上的電極的方式安裝在該基板上。該情況下，在使用所述焊料材料作 為用W將容器側(cè)的電極與布線基板側(cè)的電極接合的焊料材料的情況下，在本申請(qǐng)中也視為 "將焊料材料用于容器"。
[0080] [實(shí)施例]
[0081] 為了確認(rèn)本發(fā)明的焊料材料的有效性，對(duì)構(gòu)成焊料材料的合金的成分及組成進(jìn)行 各種變更，而調(diào)查固相線溫度及液相線溫度。將相當(dāng)于本發(fā)明的焊料材料設(shè)為實(shí)施例1~實(shí) 施例27,將相當(dāng)于比較例的焊料材料設(shè)為比較例1~比較例9。
[0082] [實(shí)施例。
[0083] 分別將Sn設(shè)定為38.0質(zhì)量％、Sb設(shè)定為36.0質(zhì)量％、Ag設(shè)定為15.0質(zhì)量％、Cu設(shè)定 為5.0質(zhì)量％、In設(shè)定為6.0質(zhì)量％，利用本發(fā)明的實(shí)施方式中所示的眾所周知的焊料材料 的制造方法制造焊料材料。
[0084] [實(shí)施例2~實(shí)施例27]
[0085] 除了 W后述表1所示那樣設(shè)定焊料材料的組成比W外，W與實(shí)施例1相同的方式制 造焊料材料。
[0086] [比較例1、比較例2]
[0087] 除了不使用In與W后述表1那樣設(shè)定Sn、Ag、Sb及Cu的組成比W外，W與實(shí)施例1相 同的方式制造焊料材料。
[008引[比較例3]
[0089] 除了不使用Sb及InW及分別將Sn設(shè)定為77.0質(zhì)量％、Ag設(shè)定為17.0質(zhì)量％、加設(shè) 定為6.0質(zhì)量％ W外，W與實(shí)施例1相同的方式制造焊料材料。
[0090] [比較例4]
[0091] 除了不使用SbW及分別將Sn設(shè)定為25.0質(zhì)量％、Ag設(shè)定為50.0質(zhì)量％、加設(shè)定為 15.0質(zhì)量％、In設(shè)定為10.0質(zhì)量％ W外，W與實(shí)施例1相同的方式制造焊料材料。
[0092] [比較例5~比較例9]
[0093] 除了 W后述表1所示那樣設(shè)定焊料材料的組成比W外，W與實(shí)施例1相同的方式制 造焊料材料。
[0094] 關(guān)于W所述方式制造的各個(gè)焊料材料，基于日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Japanese Industrial Standards，JIS)Z 3198-1，對(duì)烙融溫度范圍進(jìn)行計(jì)量，確定液相線溫度、固相線溫度。烙融 溫度范圍是使用差示掃描量熱測(cè)定器薩摩普拉斯（Thermo plus化V0 II/DSC8230(理學(xué) (rigaku)制造)求出差示掃描量熱曲線而測(cè)定。W下，代表實(shí)施例1~實(shí)施例27而示出實(shí)施 例1、實(shí)施例2、實(shí)施例6及實(shí)施例12的差示掃描量熱曲線。另外，代表比較例而示出比較例9 的差示掃描量熱曲線。
[00M]圖3~圖6分別表示實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例6及實(shí)施例12的焊料材料的各溫度下 的差示掃描量熱曲線，圖7表示比較例9的焊料材料的各溫度下的差示掃描量熱曲線。分別 對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1、實(shí)施例6及實(shí)施例12的圖3、圖5及圖6表示W(wǎng)lOtV分的升溫速度使溫度從 室溫（約2(TC)上升至70(TC為止的情況下的差示掃描量熱曲線，對(duì)應(yīng)于實(shí)施例2的圖4與對(duì) 應(yīng)于比較例9的圖7表示W(wǎng)lOtV分的升溫速度使溫度從室溫(約20°C)上升至450°C為止的 情況下的差示掃描量熱曲線。圖3~圖7的例中，WlO.OtV分的速度使溫度上升，分別描畫 差示掃描量熱曲線，將差示掃描量熱曲線開(kāi)始離開(kāi)低溫側(cè)的基線的溫度設(shè)為固相線溫度 tl。另外，在差示掃描量熱曲線從開(kāi)始離開(kāi)低溫側(cè)的基線起幾乎未減少而在某個(gè)溫度下急 劇離開(kāi)的情況下，將如下溫度設(shè)為固相線溫度tl，即，將低溫側(cè)的基線延長(zhǎng)至高溫側(cè)而成的 直線、與在最低溫側(cè)的烙融的峰值的低溫側(cè)的曲線的梯度成為最大的點(diǎn)處所引出的切線的 交點(diǎn)的溫度。
[0096] 另外，將如下溫度設(shè)為液相線溫度t2,即，將高溫側(cè)的基線延長(zhǎng)至低溫側(cè)而成的直 線B、與在最高溫側(cè)的烙融峰值的高溫側(cè)的曲線的梯度成為最大的點(diǎn)處所引出的切線L的交 點(diǎn)的溫度。
[0097] 如圖3所示那樣，實(shí)施例1的焊料材料中，可W看到在差示掃描量熱曲線中出現(xiàn)的 谷區(qū)域的最小值成為336°C的吸熱反應(yīng)。該實(shí)施例1的焊料材料中，固相線溫度為303°C，液 相線溫度為352 °C，其差為49 °C。
[0098] 如圖4所示那樣，實(shí)施例2的焊料材料中，可W看到在差示掃描量熱曲線中出現(xiàn)的 谷區(qū)域的最小值成為343°C的吸熱反應(yīng)。該實(shí)施例2的焊料材料中，固相線溫度為332°C，液 相線溫度為355 °C，其差為23 °C。
[0099] 如圖5所示那樣，實(shí)施例6的焊料材料中，可W看到在差示掃描量熱曲線中出現(xiàn)的 谷區(qū)域的最小值成為330°C的吸熱反應(yīng)。該實(shí)施例6的焊料材料中，固相線溫度為32TC，液 相線溫度為36rC，其差為40°C。
[0100] 如圖6所示那樣，實(shí)施例12的焊料材料中，可W看到在差示掃描量熱曲線中出現(xiàn)的 谷區(qū)域的最小值成為337°C的吸熱反應(yīng)。該實(shí)施例12的焊料材料中，固相線溫度為317°C，液 相線溫度為353 °C，其差為36 °C。
[0101] 圖7所示的比較例9的焊料材料中，可W看到在差示掃描量熱曲線中出現(xiàn)的Ξ個(gè)谷 區(qū)域的最小值(a)~最小值(C)分別為(a)294°C、（b)342°C、（c)353°C的吸熱反應(yīng)。比較例9 的焊料材料中，固相線溫度為223°C，液相線溫度為427°C，其差為204°C。
[0102] W所述方式對(duì)實(shí)施例1~實(shí)施例27及比較例1~比較例9求出差示掃描量熱曲線， 而求出各個(gè)固相線溫度與液相線溫度。表1表示實(shí)施例1~實(shí)施例27及比較例1~比較例9的 固相線溫度與液相線溫度。
[0103] [表 1]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[010引根據(jù)該結(jié)果，實(shí)施例及比較例中的比較例1~比較例3、比較例6、比較例8、比較例9 中，固相線溫度低，低于240 C。
[0109] 相對(duì)于此，實(shí)施例1~實(shí)施例27中，固相線溫度包含在296°C~333°C的范圍內(nèi)，液 相線溫度為347°C~379°C。另外，液相線溫度與固相線溫度的差為23°C~67°C。
[0110] 通過(guò)在焊料材料中添加 In,固相線溫度上升，但液相線溫度也上升，如由比較例9 得知的那樣，可知若超過(guò)10質(zhì)量％，則液相線溫度變得過(guò)高。另外，包含511、513、4旨、〇1及111的 五元合金的焊料材料中，如比較例5~比較例8所示那樣，在含有29質(zhì)量％~30質(zhì)量％的511、 48質(zhì)量％~50質(zhì)量％的4旨、12質(zhì)量％~13質(zhì)量％的56的情況下，固相線溫度高于290°C，液 相線溫度為427°CW上。另外，如比較例4所示那樣，包含Sn、Ag、Cu及In的四元合金的焊料材 料中，在含有50質(zhì)量上的Ag的情況下，固相線溫度為369°C，液相線溫度為500°CW上。 相對(duì)于此，如實(shí)施例1~實(shí)施例15所示那樣，即便在Ag的含量少于20質(zhì)量％的情況下，在含 有25質(zhì)量％~45質(zhì)量％的511、30質(zhì)量％~40質(zhì)量％的56時(shí)，固相線溫度也高于290°C，液相 線溫度也為379°CW下。因此，根據(jù)本發(fā)明，可一邊將Ag的量減少至20質(zhì)量％ W下而抑制成 本，一邊將固相線溫度設(shè)為290°CW上、將液相線溫度設(shè)為379°CW下。
[0111] 另外，關(guān)于實(shí)施例1、比較例2,利用焊膏潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法(JIS Z3284-4)中的位移 檢測(cè)潤(rùn)濕試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行焊料材料的潤(rùn)濕性的評(píng)價(jià)。進(jìn)而，將使用SAC305(由3.0質(zhì)量％的八邑、 0.5質(zhì)量％的化及Sn所構(gòu)成的焊料材料)作為焊料材料，使用水及松香作為助焊劑的例子分 別作為比較例10、比較例11，同樣地對(duì)焊料材料的潤(rùn)濕性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0112] 對(duì)位移檢測(cè)潤(rùn)濕試驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。位移檢測(cè)潤(rùn)濕試驗(yàn)是在銅基板上將焊料材料涂布 為十字狀，將銅單片載置在該焊料材料的上方，且從銅基板側(cè)進(jìn)行輪廓(profile)加熱(溫 度梯度2K/秒），使焊料材料烙融，而將銅單片與銅基板連接。使用實(shí)施例及比較例2、比 較例10及比較例11分別示出的焊料材料進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)利用加熱使焊料材料烙融時(shí)的銅單片 的高度位置的變化量進(jìn)行測(cè)定。
[0113] 圖8是表示實(shí)施例1的焊料材料中進(jìn)行位移檢測(cè)潤(rùn)濕試驗(yàn)時(shí)的時(shí)間-位移量曲線的 特性圖，圖9~圖11是分別表示比較例2、比較例10及比較例11的焊料材料中利用位移檢測(cè) 潤(rùn)濕試驗(yàn)所求出的時(shí)間-位移量曲線的特性圖。圖8~圖11中，橫軸表示時(shí)間，且分別將銅基 板的加熱溫度到達(dá)表1所示的各焊料材料的固相線溫度的時(shí)點(diǎn)設(shè)為時(shí)刻0。另外，圖8~圖11 中的縱軸表示銅單片的高度位置的變化量。關(guān)于變化量，將實(shí)施例1、比較例2、比較例10及 比較例11各自的時(shí)刻0處的銅單片的高度位移Do設(shè)定為0,將銅單片下降、銅單片與銅基板 的間隙變窄的方向的位移表示為負(fù)的位移。此外，SAC305的固相線溫度設(shè)為217°C。
[0114] 求出實(shí)施例及各比較例中W圖中虛線表示的各自Ξ條時(shí)間-位移量曲線，然后利 用Ξ條時(shí)間-位移量曲線的平均值，求出圖中W實(shí)線表示的成為平均的時(shí)間-位移量曲線。
[0115] 圖8~圖11的成為平均的時(shí)間-位移量曲線中，在對(duì)焊料材料進(jìn)行加熱，銅單片的 高度位置產(chǎn)生位移后，將時(shí)間-位移量曲線所示的位移量穩(wěn)定時(shí)的值設(shè)為位移量Dmax。另外， 將從Do至位移量Dmax間的位移量設(shè)為100 %，且將對(duì)時(shí)間-位移量曲線中位移量到達(dá)30 %~ 70%的曲線進(jìn)行回歸直線處理而求出的直線V的傾斜度設(shè)為銅單片下降速度(μπι/秒）。此 夕h各圖中的（I)表示銅基板的溫度。
[0116] 如圖8所示那樣，實(shí)施例1中，位移量Dmax為-49. ομπι，銅單片下降速度為-9. ομπι/秒。 另外，如圖9~圖11所示那樣，比較例2、比較例10及比較例11的位移量Dmax分別為-58.4皿、- 39皿及-52皿，銅單片的下降速度分別為-21.4皿/秒、-26.8皿/秒及-22.7皿/秒。本發(fā)明的 實(shí)施方式的焊料材料中，可知能夠充分增大位移量Dmax，進(jìn)而銅單片下降速度遲緩。在銅單 片下降速度快的情況下，有焊料材料擴(kuò)展不完全的擔(dān)憂，但在銅單片下降速度緩慢時(shí)，焊料 材料大幅度地?cái)U(kuò)展，因而焊料材料在間隙中確實(shí)地?cái)U(kuò)展下去，故潤(rùn)濕性變良好。
[0117] 進(jìn)而，關(guān)于實(shí)施例1，也對(duì)楊氏模量(Young/ S modulus)(G化）、熱膨脹系數(shù)(ppm/ °C)及硬度(MPa)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果，分別為71.96?日、18.599111/1：、13701?日，并不遜色于^前 的制品。
[0118] 進(jìn)而，為了驗(yàn)證添加 Si、Ti、Zn及Pd作為微量元素的效果，對(duì)添加在實(shí)施例所示的 焊料材料中的微量元素的成分及組成進(jìn)行各種變更，并調(diào)查固相線溫度及液相線溫度。
[0119] [實(shí)施例1-2]
[0120] 將如下焊料材料作為實(shí)施例1-2,即，在實(shí)施例1所示的焊料中，將混合的焊料材料 內(nèi)0.01質(zhì)量％的材料替換為0.005質(zhì)量％的51與0.005質(zhì)量％的11。
[0121] [實(shí)施例10-2]
[0122] 將如下焊料材料作為實(shí)施例10-2,即，在實(shí)施例10所示的焊料中，將混合的焊料材 料內(nèi)0.015質(zhì)量％的材料替換為0.005質(zhì)量％的51與0.01質(zhì)量％的11。
[0123] [實(shí)施例10-3]
[0124] 將如下焊料材料作為實(shí)施例10-3,即，在實(shí)施例10所示的焊料中，將混合的焊料材 料內(nèi)0.025質(zhì)量％的材料替換為0.005質(zhì)量％的51、0.01質(zhì)量％的11與0.01質(zhì)量％的口(1。
[01巧][實(shí)施例10-4]
[0126] 將如下焊料材料作為實(shí)施例10-4,即，在實(shí)施例10所示的焊料中，將混合的焊料材 料內(nèi)0.02質(zhì)量％的材料替換為0.005質(zhì)量％的51、0.005質(zhì)量％的11與0.01質(zhì)量％的口(1。
[0127] [實(shí)施例10-5]
[0128] 將如下焊料材料作為實(shí)施例10-5,即，在實(shí)施例10所示的焊料中，將混合的焊料材 料內(nèi)0.04質(zhì)量％的材料替換為0.005質(zhì)量％的51、0.005質(zhì)量％的11與0.03質(zhì)量％的口(1。
[0129] [實(shí)施例10-6]
[0130] 將如下焊料材料作為實(shí)施例10-6,即，在實(shí)施例10所示的焊料中，將混合的焊料材 料內(nèi)0.07質(zhì)量％的材料替換為0.005質(zhì)量％的51、0.005質(zhì)量％的11與0.06質(zhì)量％的化。
[0131] 對(duì)W所述那樣制造的各個(gè)焊料材料也同樣地，求出差示掃描量熱曲線，基于JIS Z 3198-1，計(jì)量烙融溫度范圍，確定液相線溫度、固相線溫度。
[0132] 另外，表2表示實(shí)施例1-2、實(shí)施例10-2~實(shí)施例10-6中的固相線溫度與液相線溫 度。
[0133] [表 2]
[0134]
[0135] 如表2所示那樣，實(shí)施例1-2、實(shí)施例10-2~實(shí)施例10-6的固相線溫度為303 °C~ 317°C，液相線溫度為352°C~364°C，可知于在實(shí)施例所示的焊料材料添加有Si、Ti、化及Pd 的情況下也能夠獲得適宜的焊料材料。
[0136]另外，圖12表示關(guān)于實(shí)施例1及實(shí)施例1-2的差示掃描量熱曲線。關(guān)于實(shí)施例1及實(shí) 施例1-2,可知固相線溫度均為303°C、液相線溫度均為352°C，但關(guān)于實(shí)施例1-2的差示掃描 量熱曲線與關(guān)于實(shí)施例1的差示掃描量熱曲線相比而言，熱流的峰值大，差示掃描量熱曲線 的低溫側(cè)的彎曲變得傾斜睹峭。根據(jù)該結(jié)果，可W說(shuō)通過(guò)使焊料材料中含有Si與Ti，能夠從 溶解開(kāi)始起W小的溫度差不停地進(jìn)行溶解。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種焊料材料，其特征在于:包括含有Sn、Cu、Sb及In、以及20質(zhì)量％以下的Ag的至少 五元合金，并且 固相線溫度高于290°C，液相線溫度為379°C以下、且高于固相線溫度，液相線溫度與固 相線溫度的溫度差為70 °C以內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料材料，其特征在于:含有25質(zhì)量％~45質(zhì)量％的511、30質(zhì) 量％~40質(zhì)量％的513、3質(zhì)量％~8質(zhì)量％的(：11、3質(zhì)量％~9質(zhì)量％的111、作為剩余部分的八8 及不可避免的雜質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊料材料，其特征在于:含有Si及Ti且各自的含量為0.1質(zhì) 量％以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料材料，其特征在于:含有Zn或Pd的至少一者且各自的含量 為0.1質(zhì)量％以下。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料材料，其特征在于:含有36質(zhì)量％~40質(zhì)量％的511、34質(zhì) 量％~38質(zhì)量％的513、4質(zhì)量％~6質(zhì)量％的(：11、4質(zhì)量％~6質(zhì)量％的111、作為剩余部分的八8 及不可避免的雜質(zhì)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料材料，其特征在于:其為混合有助焊劑的膏狀。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料材料，其特征在于：所述焊料材料是在加工為金屬箱狀 后，經(jīng)沖裁而成的預(yù)成型體。8. -種電子零件，其安裝于基板，所述電子零件的特征在于，包括： 收容有電子元件的容器;及 用于所述容器的根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的焊料材料。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子零件，其特征在于:所述焊料材料用作將所述容器氣密地 密封的密封材料。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子零件，其特征在于:所述容器是利用所述焊料材料將基 部與蓋部密封而構(gòu)成， 所述容器內(nèi)的環(huán)境為減壓環(huán)境及惰性氣體環(huán)境的至少一者。11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的電子零件，其特征在于:所述容器裝配于布線 基板上，并且 從所述布線基板的表面起遍及所述容器的整體利用樹脂材料密封， 所述焊料材料用以將所述容器的電極電性連接在布線基板上。
【文檔編號(hào)】B23K35/26GK105834610SQ201610072883
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日
【發(fā)明人】津田稔正, 菊池賢, 菊池賢一, 黒田智孝, 西山大輔, 佐佐木啟之, 波夛野真, 石川裕也
【申請(qǐng)人】日本電波工業(yè)株式會(huì)社