CN120957830A - 软钎料合金、焊料球、预成型软钎料、钎焊接头和电路 - Google Patents

Abstract

提供一种软钎料合金、焊料球、预成型软钎料、钎焊接头和电路，其润湿性和剪切强度优异，破坏模式适当，即使在多次回流焊后也能够抑制接合界面的金属间化合物的生长，并且具有优异的耐落下冲击性，进而凸块的形状适当。软钎料合金具有如下合金组成：以质量％计为Ag：0.10～3.00％、Cu：0.80～6.00％、Ni：0.08～0.60％、Ge：0.0010～0.0150％、且余量由Sn组成。合金组成优选还含有总计0.1％以下的Bi、Sb、In、Zn、Ga、Mn、Cr、Co、Si、Ti和稀土类中的至少1种。

Description

软钎料合金、焊料球、预成型软钎料、钎焊接头和电路

技术领域

本发明涉及软钎料合金、焊料球、预成型软钎料、钎焊接头和电路。

背景技术

近年来，电子设备要求高集成化、轻薄短小。搭载于电子设备的电子部件也要求小型化、薄型化。作为满足这些要求的半导体封装体，属于区域阵列型的表面安装型封装体的BGA(Ball Grid Array)是主流。BGA在封装体的安装基板上具有将焊料球等间隔地排列成格子状的外部电极端子。焊料球在载置于电极后连同安装基板一起在回流焊炉中被加热并熔融，由此形成焊料凸块。

为了应对电子设备的高集成化、轻薄短小化的进一步要求，有时在基板的两面连接电子部件。为了在基板的两面连接电子部件，会在一面进行第一次回流焊接后，在另一面进行第二次回流焊接。另外，在电力半导体基板中，会为了进一步连接散热片而进行第三次回流焊接。这样，在进行多次回流焊接的情况下，第一次或第二次焊接中使用的软钎料合金会反复熔融和凝固。

另一方面，在以往的BGA中，使用的是以Sn-3.0Ag-0.5Cu为代表的Sn-Ag-Cu系软钎料合金。但是，若进行上述那样的多次回流焊接，则在构成钎焊接头的软钎料合金与电极的接合界面会产生孔隙。孔隙生长会导致剪切强度、落下冲击性会变劣化。另外，由于反复进行软钎料合金的熔融和凝固，有时会导致软钎料合金的氧化加剧，从而润湿性劣化。

因此，专利文献1中公开了一种Sn合金，其从抑制多次回流焊接导致的钎焊接头的可靠性劣化的角度出发，含有1～9％的Cu，并且含有各种任意元素。具体而言，公开了Sn-Cu-Ni系软钎料合金、Sn-Cu-Ni-Ge系软钎料合金。这些软钎料合金还含有P等。另外，公开了可以含有Ag作为任意元素。在该文献中，评价了芯片的倾斜度、孔隙的生长、以及多次回流焊接后的剪切强度。

专利文献2中公开了一种Sn-Ag-Cu-Ni软钎料合金，其用于通过降低软钎料合金的硬度来提高耐落下冲击性。在该文献所记载的发明中，记载了含有P和Ge作为抑制软钎料合金变色的元素。

在专利文献3中，作为接合性良好且廉价的五元系软钎料合金，公开了Sn-Ag-Cu-Ni-Ge软钎料合金。在该文献所记载的发明中，对孔隙的产生率、断裂伸长率进行了评价。另外，在该文献中记载了通过减少孔隙的产生并且使Cu₃Sn的膜厚变薄，从而断裂伸长率提高。进而，该文献中作为Ge的添加理由公开了抑制氧化。

专利文献4中公开了一种软钎料合金，其为了降低Ag的含量并且提高接合强度，在Sn-Ag-Cu软钎料合金中含有规定量的La、Ce、Pr、Nd、Sm和Yb、或者Y、Gd和Dy中的至少1种。在该文献中公开了为了使软钎料合金的凝固组织的晶体微细化、提高机械强度，可以进一步含有Ni、Fe。另外，在该文献中公开了为了抑制由La、Ce、Pr、Nd、Sm和Yb、或者Y、Gd和Dy、以及Ni、Fe的氧化造成的浮渣的产生，也可以含有P、Ga和Ge作为非常容易氧化的元素。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2020/135932号公报

专利文献2：国际公开第2007/102588号公报

专利文献3：日本特开2008-93701号公报

专利文献4：日本特开2013-049073号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1中，对含有Sn和Cu的合金组成进行了各种评价。但是，其是根据各评价项目，采用构成元素不同的合金组成进行了评价。例如，在芯片的倾斜度的评价中，使用了具有如下构成元素的软钎料合金，该构成元素在第二次回流焊中不熔融、或者即使熔融也显示出维持高粘度这样的熔点。孔隙的生长和多次回流焊接后的剪切强度也同样是采用各自不同的构成元素的软钎料合金进行了评价。

可见，在专利文献1所记载的发明中，虽然进行了各种评价，但除Sn和Cu以外的构成元素根据各评价项目而不同。因此，并没有公开满足专利文献1中公开的全部评价项目的合金组成。另外，如上所述，在该文献中公开了可以含有Ag。但是，对于含有Ag的合金组成，连1个组成也没有被评价。因此，在专利文献1所记载的发明中，并未证实Ag的添加效果。

在专利文献2和专利文献3所记载的发明中，两发明通过降低Ni的含量，改善接合界面的性状，从而实现了耐落下冲击性等的改善。在专利文献4所记载的发明中，通过昂贵的稀有金属实现了接合界面的微细化。

如上所述，在专利文献1～4中，均进行了关于钎焊接头的接合界面的研究。当然，提高钎焊接头的接合界面的性状在软钎料合金中是重要的目的。但是，即使钎焊接头的负荷增大，也不应该是断裂的部位为接合界面这样的破坏模式。在钎焊接头中，由于物理负荷和电负荷主要施加于接合界面，因此期望在接合界面牢固地接合。

这样，钎焊接头极限状态下的评价在确认形成有良好的钎焊接头方面成为重要的指标。然而，关于破坏模式，在专利文献1～4中未进行研究，因此不清楚是否形成了具备良好的接合界面的钎焊接头。

另外，在专利文献1～4中研究的评价项目均是在形成了钎焊接头之后的评价项目。作为形成钎焊接头之前的软钎料合金的特性，熔融软钎料的优异的润湿性也很重要。在专利文献1～4中，虽然提及了润湿性，但没有进行具体的合金组成的评价。

进而，关于BGA等向基板的接合，作为形成钎焊接头之前的形态，需要使焊料凸块的形状适当。这是因为，若焊料凸块为异形，则在软钎焊时产生某些问题的可能性高。然而，关于用于形成钎焊接头的焊料凸块的形状，在专利文献1～4中完全没有研究。

焊料凸块通过焊料球在电极上熔融后凝固，与电极接合而形成。因此，认为优选表面呈大致椭圆形。另一方面，有时会出现以下情况：焊料凸块上出现孔洞导致表面产生凹凸、针状金属间化合物向焊料凸块的表面突出、或呈严重脱离大致椭圆形的异形形状。在这样的焊料凸块中，容易发生电子部件与基板的接合不良、短路。近年来，由于电子部件的小型化、薄型化，异形凸块引起的接合不良逐年增加，因此期望尽快改善。

因此，本发明的课题在于提供一种软钎料合金、焊料球、预成型软钎料、钎焊接头和电路，其润湿性和剪切强度优异，破坏模式适当，即使在多次回流焊后也会抑制接合界面的金属间化合物的生长，并且具有优异的耐落下冲击性，进而凸块的形状适当。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决本发明的课题，针对专利文献2～4中公开的软钎料合金研究了各种合金组成。具体而言，利用作为专利文献2的实施例10的合金组成的不含有Ge的Sn-1.0Ag-1.0Cu-0.1Ni软钎料合金进行了评价。其结果，得到了焊料凸块发生异常的见解。

于是，本发明人等对向Sn-1.0Ag-1.0Cu-0.1Ni软钎料合金中添加了Ge的Sn-1.0Ag-1.0Cu-0.1Ni-0.02Ge软钎料合金进行了评价。其结果，得到了观察到了焊料凸块的异常，润湿性劣化的见解。

接着，着眼于Ni的含量进行了研究。在专利文献2的第0072和0139段中说明了若Ni的含量超过0.07％，则在实用上没有问题的程度内，为了使回流焊前的软钎料合金变硬会导致耐落下冲击性劣化。另一方面，在该文献的第0063段中，记载了Ni缓和部分Cu被取代为Ni的(Cu，Ni)₆Sn₅金属间化合物与相邻的Cu₃Sn金属间化合物之间的应变。鉴于这些，推测该文献中记载的Sn-Ag-Cu-Ni-Ge软钎料合金仅公开了Ni的含量接近0.07％的0.05％的合金组成。

另外，专利文献3的图3和图4中公开了若Ni的含量超过0.05％，则无法抑制孔隙的生成。而且，在该文献的图5中公开了含有0.03％的Ni的合金组成与含有0.07％的Ni的合金组成相比断裂伸长率为相同程度，不需要含有超过0.05％的Ni。

因此，本发明人等鉴于上述记载，在Sn-Ag-Cu-Ni-Ge软钎料合金中，进行了将Ni的含量降低至0.05％的合金组成的评价。其结果发现，与Ni的含量为0.07％的合金组成同样地，剪切强度劣化，并且焊料凸块发生异常。

另外，由于专利文献4中记载了降低Ag的含量，因此对将Ag的含量降低至0.05％的Sn-Ag-Cu-Ni-Ge软钎料合金进行了评价。其结果，得到了虽然焊料凸块的异常减少，但润湿性和剪切强度差的见解。

鉴于上述见解，可以认为对于Sn-Ag-Cu-Ni-Ge软钎料合金而言，即使参考以往的合金组成和效果的倾向，也难以解决本发明的课题。因此，本发明人等为了得到同时满足本发明的课题中列举出的全部效果的Sn-Ag-Cu-Ni-Ge软钎料合金，决定从与以往不同的方向出发，对将Ni的含量增加至0.08％以上的合金组成进行研究。另外，针对Ag、Cu和Ge的含量也同时详细地调整进行了研究。

需要说明的是，鉴于专利文献2的第0072和0139段中记载的那样，即使特性稍微劣化，也显示出实用上没有问题的程度的特性，可以认为不需要以必要以上的高水准实现本发明的课题所揭示的所有课题。因此，为了发挥实用上没有问题的程度的效果，进行了上述研究。

其结果，获得了如下见解：在增加Ni的含量的基础上，各构成元素在规定的范围内的情况下，润湿性和剪切强度优异，破坏模式适当，即使在多次回流焊后也能够抑制接合界面的金属间化合物的生长，并且具有优异的耐落下冲击性，进而凸块的形状没有观察到异常，从而完成了本发明。

通过上述见解而得到的本发明如下。

(0)一种软钎料合金，其特征在于，以质量％计为Ag：0.10～3.00％、Cu：0.80～6.00％、Ni：0.08～0.60％、Ge：0.0010～0.0150％、且余量由Sn和不可避免的杂质组成。

(1)一种软钎料合金，其特征在于，具有如下合金组成：以质量％计为Ag：0.10～3.00％、Cu：0.80～6.00％、Ni：0.08～0.60％、Ge：0.0010～0.0150％、且余量由Sn组成。

(2)根据上述(0)或(1)所述的软钎料合金，其中，合金组成还含有总计0.1％以下的Bi、Sb、In、Zn、Ga、Mn、Cr、Co、Si、Ti和稀土类中的至少1种。

(3)根据上述(0)～上述(2)中的任一项所述的软钎料合金，其中，合金组成满足下述(1)式和(2)式，

0.00043≤Cu×Ni×Ge≤0.00149 (1)

0.09≤Ag×Cu×Ni≤0.11 (2)

在(1)式和(2)式中，Ag、Cu、Ni和Ge表示合金组成的含量(质量％)。

(4)一种焊料球，其由上述(0)～上述(3)中的任一项所述的软钎料合金构成。

(5)一种预成型软钎料，其由上述(0)～上述(3)中的任一项所述的软钎料合金构成。

(6)一种钎焊接头，其具有上述(0)～上述(3)中的任一项所述的软钎料合金。

(7)一种电路，其具有上述(6)所述的钎焊接头。

附图说明

图1是使用实施例3的软钎料合金制作的钎焊接头的接合界面处形成的金属间化合物的表面SEM照片。

图2是使用比较例4的软钎料合金制作的钎焊接头的接合界面处形成的金属间化合物的表面SEM照片。

具体实施方式

以下，将更详细地说明本发明。在本说明书中，关于软钎料合金组成的“％”，在没有特别指定的情况下为“质量％”。

1.软钎料合金

(1)Ag：0.10～3.00％

Ag有助于润湿性的提高。另外，通过微细的Ag₃Sn的析出，能够提高剪切强度。若Ag的含量小于0.10％，则润湿性降低，因软钎料合金与电极的接合不良而导致剪切强度降低。Ag含量的下限为0.10％以上，优选为0.50％以上，更优选为0.90％以上。

另一方面，若Ag的含量超过3.00％，则会因粗大的Ag₃Sn的析出而导致剪切强度降低，经过多次回流焊时耐落下冲击性会降低。Ag含量的上限为3.00％以下，优选为2.50％以下，更优选为2.00％以下，进一步优选为1.50％以下，特别优选为1.10％以下，最优选为1.00％以下。

(2)Cu：0.80～6.00％

Cu通过控制在接合界面析出的金属间化合物的生长而有助于剪切强度的提高。另外，虽然会与后述的Ge一起在熔融软钎料表面形成薄且脆的化合物，但化合物容易因为熔融软钎料的对流而被破坏，熔融软钎料的表面被清洁，因此通过熔融软钎料的表面张力的提高能够抑制焊料凸块的异形化。进而，Cu能够在提高耐落下冲击性和润湿性的同时，实现破坏模式的适当化。

若Cu的含量小于0.80％，则无法发挥抑制接合界面处的金属间化合物的生长的效果，剪切强度会降低。另外，在熔融软钎料表面无法形成Ge和Cu的薄化合物，焊料凸块会成为异形形状。Cu含量的下限为0.80％以上，优选为0.95％以上。

另一方面，若Cu的含量超过6.00％，则液相线温度会过度上升，从而导致润湿性劣化。另外，会在接合界面析出粗大的金属间化合物，耐落下冲击性、剪切强度劣化，破坏模式变得不适当。进而，会在熔融软钎料表面大量析出Ge和Cu的厚化合物，从而熔融软钎料的表面张力降低，焊料凸块会成为异形形状。Cu含量的上限为6.00％以下，优选为5.00％以下，更优选为4.00％以下，进一步优选为3.00％以下，更进一步优选为2.00％以下，特别优选为1.20％以下，最优选为1.05％以下，也可以为1.00％以下。

(3)N：0.08～0.60％

Ni与Cu同样地有助于剪切强度的提高、焊料凸块的异形化的抑制。进而，Ni能够在提高耐落下冲击性和润湿性的同时，实现破坏模式的适当化。若Ni的含量小于0.08％，则无法发挥抑制接合界面处的金属间化合物的生长的效果，剪切强度会降低。另外，无法在熔融软钎料表面形成Ge和Ni的薄化合物，焊料凸块会成为异形形状。Ni含量的下限为0.08％以上，优选为0.09％以上。

另一方面，若Ni的含量超过0.60％，则与Cu同样地润湿性会劣化，另外，会在接合界面析出粗大的金属间化合物，耐落下冲击性、剪切强度劣化，破坏模式变得不适当。进而，会在熔融软钎料表面大量析出Ge和Ni的化合物，从而焊料凸块会成为异形形状。Ni含量的上限为0.60％以下，优选为0.50％以下，更优选为0.40％以下，进一步优选为0.30％以下，更进一步优选为0.20％以下，特别优选为0.12％以下，最优选为0.11％以下，也可以为0.10％以下。

(4)Ge：0.0010～0.0150％

Ge与Cu和Ni形成化合物，它们向熔融软钎料的表面移动，但由于熔融软钎料的对流这些化合物会被破坏，通过熔融软钎料的表面的清洁，能到抑制焊料凸块的异形化。若Ge的含量小于0.0010％，则在熔融软钎料表面无法充分析出Cu和Ni的化合物，焊料凸块会成为异形形状。Ge含量的下限为0.0010％以上，优选为0.0020％以上，更优选为0.0050％以上，进一步优选为0.0060％以上。

另一方面，若Ge的含量超过0.0150％，则在熔融软钎料表面Cu和Ni的化合物变厚，在凝固时这些化合物残留于软钎料合金的表面，从而焊料凸块会成为异形形状。随之润湿性也会降低。Ge含量的上限为0.0150％以下，优选为0.0120％以下，更优选为0.0100％以下，特别优选为0.0080％以下。

(5)总计0.1％以下的Bi、Sb、In、Zn、Ga、Mn、Cr、Co、Si、Ti和稀土类中的至少一种

在不影响本发明的效果的范围内，本发明的软钎料合金可以以总计0.1％以下的量含有Bi、Sb、In、Zn、Ga、Mn、Cr、Co、Si、Ti和稀土类中的至少1种作为任意元素。在本发明中，稀土元素表示包括在周期表中属于第3族的Sc、Y和相当于原子序数57～71的镧族的15种元素在内的合计17种元素。任意元素的含量的上限没有特别限定，优选为0.1％以下，更优选为0.01％以下。下限也没有特别限定，优选为0.001％以上。

(6)(1)式和(2)式

0.00043≤Cu×Ni×Ge≤0.00149 (1)

0.09≤Ag×Cu×Ni≤0.11 (2)

在(1)式和(2)式中，Ag、Cu、Ni和Ge表示合金组成的含量(质量％)。

本发明的软钎料合金优选满足(1)式和(2)式。在满足上述式的情况下，破坏模式进一步适当化，剪切强度进一步提高，即使在多次回流焊后，耐落下冲击性也进一步提高，在接合界面析出的金属间化合物变得微细，焊料凸块的异形化也得到抑制。(1)式是由作为抑制焊料凸块的异形化的元素的Cu、Ni和Ge构成的式子。虽然Ge的含量比Cu、Ni的含量少，但由于Ge与Cu、Ni形成化合物，对凝固过程中的合金组织的行为产生大的影响，因此少量的添加就会大幅有助于软钎料合金的特性。因此，可以将各构成元素的含量直接以式子的形式表示，而无需对Ge乘以系数。

(2)式是有助于润湿性和剪切强度的提高的由Ag、Cu和Ni构成的式子。钎焊接头不能在接合界面断裂，但软钎料合金自身的强度也不能太低。关于这一点，Ag是析出强化型的元素，通过满足(2)式，在破坏模式不变得不适当的程度内，能够在一定程度上提高软钎料合金自身的强度。另外，Cu和Ni有助于接合界面处的微细的金属间化合物的形成和液相线温度，因此与Ag一起对与钎焊接头相关的全部特性产生影响。

这些式子通过各构成元素相互依赖而得到。这是因为，合金是全部构成元素组合而成的一体化的物质，各构成元素相互影响。这样，在调整为各构成元素的最佳含量的基础上进一步满足(1)式和(2)式的本发明的软钎料合金被设定为充分考虑了各构成元素相互依赖关系的范围。因此，各构成元素在上述范围内并且满足(1)式和(2)式的合金组成即使在多次软钎焊后也显示出优异的耐落下冲击性，能够抑制在接合界面析出的金属间化合物的粗大化。另外，与此同时，润湿性、剪切强度优异，破坏模式适当，还能够同时以高水准发挥抑制焊料凸块的异形化的作用。

(1)式的下限优选为0.00043以上，更优选为0.00060以上，进一步优选为0.00064以上，特别优选为0.00072以上，最优选为0.00076以上。(1)式的上限优选为0.00149以下，更优选为0.00120以下，进一步优选为0.00100以下，更进一步优选为0.00096以下，特别优选为0.00088以下，最优选为0.00086以下，也可以为0.00084以下、0.00080以下。

(2)式的下限优选为0.09以上，更优选为0.095以上。(2)式的上限优选为0.11以下，更优选为0.105以下，进一步优选为0.10以下。

(7)余量：Sn

本发明的软钎料合金的余量为Sn。除了前述元素以外，还可以含有不可避免的杂质。本发明的软钎料合金的余量也可以由Sn和不可避免的杂质组成。即使在含有不可避免的杂质的情况下，也不会影响前述的效果。需要说明的是，由于P会在熔融软钎料的表面与Cu、Ni和Ge形成化合物，导致润湿性劣化并且凸块变形，因此在本发明的软钎料合金中不含有为宜。由于Fe会形成难以用助焊剂等去除的氧化膜，导致润湿性劣化并且凸块变形，因此在本发明的软钎料合金中不含有为宜。由于Ce会使软钎料合金的熔点上升，形成氧化膜、化合物，并且在接合界面形成粗大的金属间化合物，导致无法发挥本发明的效果，因此在本发明的软钎料合金中不含有为宜。

2.焊料球

本发明的软钎料合金可以作为焊料球使用。本发明的焊料球用于形成BGA(球栅阵列)等的半导体封装体的电极、基板的凸块。本发明的焊料球的直径优选在1～1000μm的范围内。焊料球可以通过一般的焊料球的制造法来制造。

3.预成型软钎料

本发明的预成型软钎料的形状没有特别限定，可以以板状、环形状、圆筒形状、螺带形状、方形形状、盘形状、垫圈形状、芯片形状、线形状等形态使用。预成型软钎料也可以在内部含有熔点比软钎料合金高且容易被熔融软钎料润湿的高熔点金属颗粒(例如Ni颗粒、Cu颗粒和以Ni、Cu为主成分的合金粉末)。

4.钎焊接头

本发明的钎焊接头适合用于至少两个以上的被接合构件的接合。被接合构件只要是使用例如元件、基板、电子部件、印刷基板、绝缘基板、散热器、引线框、电极端子等的半导体及功率模块、逆变器制品等要使用本发明的软钎料合金进行电连接的部件，就没有特别限定。

使用本发明的软钎料合金的接合方法例如使用回流焊法并依照常规方法进行即可。进行流动软钎焊时的软钎料合金的熔融温度大致为比液相线温度高20℃左右的温度即可。另外，在使用本发明的软钎料合金进行接合的情况下，若考虑凝固时的冷却速度则可以进一步使合金组织微细。例如，以2～3℃/s以上的冷却速度冷却钎焊接头。其他接合条件可以根据软钎料合金的合金组成适当调整。

5.电路

本发明的电路为电气电路，由于具备上述说明的钎焊接头，因此优选为需要优异的可靠性的车载电子电路，特别优选为混合半导体电路。另外，包含软钎料合金的本发明也可以用于功率模块。

6.其他

本发明的软钎料合金可以通过使用低α射线材料作为其原料来制造低α射线合金。这样的低α射线合金用于内存周围的焊料凸块时，能够抑制软错误。

实施例

通过以下的实施例对本发明进行说明，但本发明并不限于以下的实施例。

为了证明本发明的效果，使用表1中记载的软钎料合金，进行(1)润湿性、(2)剪切强度、(3)破坏模式、(4)落下冲击、(5)IMC晶粒直径和(6)异形凸块的评价。

(1)润湿性

由下述表1和表2中记载的软钎料合金制作直径0.3mm的焊料球。将助焊剂(千住金属工业株式会社制：WF-6317)涂布于基板(S/F：Cu-OSP)后，搭载得到的焊料球。接着，使用回流焊装置(千住金属工业株式会社制：SNR-615)进行回流焊接(加热温度：220℃以上，保持时间：40秒，峰值温度245℃)。回流焊后，使用数字显微镜(株式会社基恩士制：VHX-7000)，测定夹着润湿扩展的平面形状的投影图像的2条平行线的距离中的最大长度、即润湿扩展长度。所使用的基板材质为厚度1.2mm的玻璃环氧基板(FR-4)。润湿扩展长度为900μm以上时记为“◎”，润湿扩展长度为800μm以上且小于900μm时记为“〇”，润湿扩展长度小于800μm时记为“×”。在本实施例中，“〇”和“◎”为实用上没有问题的评价结果。

(2)剪切强度

由下述表1和表2中记载的软钎料合金制作直径0.3mm的焊料球。将该焊料球载置于厚度为1.2mm、电极的大小为直径0.5mm(Cu-OSP)的基板上，进行软钎焊。进行软钎焊的个数为10个。软钎焊条件为：将助焊剂(千住金属工业株式会社制：WF-6400)涂布在电极上，采用加热温度：220℃以上，保持时间：40秒，峰值温度245℃，冷却速度2℃/s的回流焊曲线，使用回流焊装置(千住金属工业株式会社制：SNR-615)进行软钎焊。将制作的基板用剪切强度测定装置(Nordson Dage公司制：SERIES4000HS)在剪切速度1000mm/s的条件下进行剪切强度试验。10个的平均接合强度为5.5N以上时记为“◎”，为4.6N以上且小于5.5N时记为“〇”，小于4.6N时记为“×”。在本实施例中，“〇”和“◎”为实用上没有问题的评价结果。

(3)破坏模式

使用数字显微镜(株式会社基恩士制：VHX-7000)，对上述剪切强度试验后的试样观察破坏发生于本体或接合界面。10个全部在软钎料合金(本体)处发生破坏时记为“◎”，10个中有9个在软钎料合金(本体)处发生破坏时记为“○”，10个中有8个以下在软钎料合金(本体)处发生破坏时记为“×”。在本实施例中，“〇”和“◎”为实用上没有问题的评价结果。

(4)落下冲击

由下述表1和表2中记载的软钎料合金制作直径0.3mm的焊料球。使用千住金属工业株式会社制助焊剂WF-6317将该焊料球软钎焊在尺寸为12x12mm的CSP用的模块基板上，制作将各组成的软钎料合金用作电极的CSP。在尺寸为30×120mm、厚度为0.8mm的玻璃环氧基板(FR-4)上利用焊膏按照电极图案进行印刷，搭载所制作的CSP，采用加热温度为220℃以上、保持时间为40秒、峰值温度为245℃的回流焊温度曲线，使用回流焊装置(千住金属工业株式会社制：SNR-615)进行软钎焊，制作评价基板。

对于所制作的评价基板，在以下的条件下实施落下冲击试验。作为试验方法，使用专用夹具将基板两端固定于使评价基板从基座浮起10mm的位置。按照JEDEC标准，反复施加加速度为1500G的冲击，将从初始电阻值上升1.5倍的时间点视为断裂，记录落下次数。将断裂次数为210次以上记为“◎”，150次以上且209次以下记为“〇”，149次以下记为“×”。在本实施例中，“〇”和“◎”为实用上没有问题的评价结果。

(5)IMC晶粒直径

针对上述观察破坏模式后的基板，使用金属剥离剂去除残存于表面的软钎料本体，使由金属间化合物构成的晶粒露出。然后，使用扫描电子显微镜(日本电子株式会社制：JSM-7000F)，以3000倍拍摄露出的金属间化合物。然后，使用扫描电子显微镜所附带的图像解析软件(EMSIS GmbH公司制：Scandium)，根据拍摄到的图像求出各个晶粒的总面积，除以晶粒的个数，由此算出晶粒的平均面积(S)。由该平均面积(S)求出(4S/π)的平方根，作为晶粒直径。IMC粒径为3μm以下时评价为“◎”，超过3μm且为6μm以下时评价为“〇”，超过6μm时评价为“×”。在本实施例中，“〇”和“◎”为实用上没有问题的评价结果。

(6)异形凸块

由下述表1和表2中记载的软钎料合金制作直径0.3mm的焊料球。将该焊料球载置于厚度为1.2mm、电极的大小为直径0.5mm(Cu-OSP)的基板上，进行软钎焊。进行软钎焊的个数为30个。软钎焊条件为：将助焊剂(千住金属工业株式会社制：WF-6400)涂布在电极上，采用加热温度：220℃以上，保持时间：40秒，峰值温度245℃，冷却速度2℃/s的回流焊曲线，使用回流焊装置(千住金属工业株式会社制：SNR-615)进行软钎焊。软钎焊后，使用扫描电子显微镜(日本电子株式会社制：JSM-7000F)进行观察。30个中，异形凸块为0个时记为“◎”，为1个以上且2个以下时记为“〇”，为3个以上时记为“×”。在本实施例中，“〇”和“◎”为实用上没有问题的评价结果。

将评价结果示于表1和表2。

[表1]

[表2]

*下划线表示落在本发明的范围外。

由表1和表2可知，实施例1～40的Ag、Cu、Ni和Ge的含量均适当，因此在全部的评价项目中为“〇”或“◎”。另外可知，满足(1)式和(2)式的实施例2～4、8、9、17、18、26、27、29～40中，作为钎焊接头的评价项目的破坏模式、剪切强度、落下冲击和异形凸块均为“◎”，发挥了优异的效果。

另一方面，比较例1由于Ag的含量少，因此润湿性和剪切强度劣化。比较例2由于Ag的含量多，因此剪切强度和落下冲击劣化。比较例3由于Cu的含量少，因此剪切强度劣化，产生了多个异形凸块。比较例4由于Cu的含量多，因此全部的评价变差。

比较例5由于不含Ni，因此破坏模式不适当，剪切强度劣化。比较例6和比较例7由于Ni的含量少，因此剪切强度劣化，产生了多个异形凸块。比较例8由于Ni的含量多，因此全部的评价变差。比较例9和比较例10由于Ge的含量少，因此产生了多个异形凸块。比较例11由于Ge的含量多，因此润湿性劣化，产生了多个异形凸块。比较例12和比较例13由于分别含有P和Fe，因此润湿性劣化，产生了多个异形凸块。比较例14～16由于含有Ce，因此全部的评价变差。

图1是使用实施例3的软钎料合金制作的钎焊接头的接合界面处形成的金属间化合物的表面SEM照片。图2是使用比较例4的软钎料合金制作的钎焊接头的接合界面处的金属间化合物的表面SEM照片。图1和图2所示的颗粒是IMC(金属间化合物)，是上述“(5)IMC晶粒直径”中拍摄的SEM照片的图像。由图1和图2可知，实施例3的IMC与比较例4的IMC相比更微细。另外，实施例3的IMC与比较例4的IMC相比，晶粒的形状带有弧度，IMC的表面的凹凸小。因此，实施例3的破坏模式适当，剪切强度高，显示出优异的耐落下冲击性。这一点在其他实施例中也一样，特别是在实施例2、4、8、9、17、18、26、27、29～40中显示出了优异的结果。

Claims (7)

1.一种软钎料合金，其特征在于，具有如下合金组成：以质量％计为Ag：0.10～3.00％、Cu：0.80～6.00％、Ni：0.08～0.60％、Ge：0.0010～0.0150％、且余量由Sn组成。

2.根据权利要求1所述的软钎料合金，其中，所述合金组成还含有总计0.1％以下的Bi、Sb、In、Zn、Ga、Mn、Cr、Si、Ti和稀土类中的至少1种。

3.根据权利要求1或2所述的软钎料合金，其中，所述合金组成满足下述(1)式和(2)式，

0.00043≤Cu×Ni×Ge≤0.00149 (1)

0.09≤Ag×Cu×Ni≤0.11 (2)

在所述(1)式和(2)式中，Ag、Cu、Ni和Ge表示上述合金组成的含量(质量％)。

4.一种焊料球，其由权利要求1或2所述的软钎料合金构成。

5.一种预成型软钎料，其由权利要求1或2所述的软钎料合金构成。

6.一种钎焊接头，其具有权利要求1或2所述的软钎料合金。

7.一种电路，其具有权利要求6所述的钎焊接头。