JP2002239780A - 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 - Google Patents
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Info
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- JP2002239780A JP2002239780A JP2001033878A JP2001033878A JP2002239780A JP 2002239780 A JP2002239780 A JP 2002239780A JP 2001033878 A JP2001033878 A JP 2001033878A JP 2001033878 A JP2001033878 A JP 2001033878A JP 2002239780 A JP2002239780 A JP 2002239780A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 無鉛ハンダ合金であって、Ａｇをさほど使用
せず（２質量％以下）、接合信頼性、耐落下衝撃性に優
れたハンダ合金を安価に提供でき、電子部材のハンダバ
ンプ用として使用することのできるハンダ合金、該組成
のハンダボール、該組成のハンダバンプを有する電子部
材を提供する。 【解決手段】 Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：
０．３〜１．５質量％を含み、残部Ｓｎ及び不可避不純
物からなることを特徴とする無鉛ハンダ合金。更にＳ
ｂ：０．００５〜１．５質量％、Ｚｎ：０．０５〜１．
５質量％、Ｎｉ：０．０５〜１．５質量％、Ｆｅ：０．
００５〜０．５質量％の１種又は２種以上を含み、Ｓ
ｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量が１．５質量％以下
である。Ｏ濃度が１０ｐｐｍ以下である。上記ハンダ合
金よりなることを特徴とする電子部材用無鉛ハンダボー
ル。上記ハンダ合金よりなるハンダバンプを有する電子
部材。
せず（２質量％以下）、接合信頼性、耐落下衝撃性に優
れたハンダ合金を安価に提供でき、電子部材のハンダバ
ンプ用として使用することのできるハンダ合金、該組成
のハンダボール、該組成のハンダバンプを有する電子部
材を提供する。 【解決手段】 Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：
０．３〜１．５質量％を含み、残部Ｓｎ及び不可避不純
物からなることを特徴とする無鉛ハンダ合金。更にＳ
ｂ：０．００５〜１．５質量％、Ｚｎ：０．０５〜１．
５質量％、Ｎｉ：０．０５〜１．５質量％、Ｆｅ：０．
００５〜０．５質量％の１種又は２種以上を含み、Ｓ
ｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量が１．５質量％以下
である。Ｏ濃度が１０ｐｐｍ以下である。上記ハンダ合
金よりなることを特徴とする電子部材用無鉛ハンダボー
ル。上記ハンダ合金よりなるハンダバンプを有する電子
部材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無鉛ハンダ合金に
関するものであり、特に半導体基板やプリント基板等の
電子部材における電極のハンダバンプに好適なハンダ合
金及びハンダボールである。更に該ハンダ合金を用いた
ハンダバンプを有する電子部材に関するものである。
関するものであり、特に半導体基板やプリント基板等の
電子部材における電極のハンダバンプに好適なハンダ合
金及びハンダボールである。更に該ハンダ合金を用いた
ハンダバンプを有する電子部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の電子部品の小型化、高密度実装化
に伴い、プリント配線基板等に電子部品を実装する際に
は、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップ
サイズパッケージ）技術が用いられるようになってい
る。また、これらの技術に採用される電極サイズも微細
化の一途をたどっている。
に伴い、プリント配線基板等に電子部品を実装する際に
は、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップ
サイズパッケージ）技術が用いられるようになってい
る。また、これらの技術に採用される電極サイズも微細
化の一途をたどっている。
【０００３】これらの接合においては、半導体基板、電
子部品、プリント基板等の上に配置された多数の電極に
まずハンダバンプを形成する。電子部材上の電極へのハ
ンダバンプ形成は、各電極にフラックスの粘着力を利用
してハンダボールを粘着させ、ついで該電子部材を高温
に熱してハンダボールをリフローさせることによって行
なう。このハンダバンプを介して半導体基板等とプリン
ト基板等との間を接合する。ここで、ハンダバンプと
は、銅あるいはアルミ配線電極上のメッキの上に半球状
に盛り上がって形成されたハンダをいう。
子部品、プリント基板等の上に配置された多数の電極に
まずハンダバンプを形成する。電子部材上の電極へのハ
ンダバンプ形成は、各電極にフラックスの粘着力を利用
してハンダボールを粘着させ、ついで該電子部材を高温
に熱してハンダボールをリフローさせることによって行
なう。このハンダバンプを介して半導体基板等とプリン
ト基板等との間を接合する。ここで、ハンダバンプと
は、銅あるいはアルミ配線電極上のメッキの上に半球状
に盛り上がって形成されたハンダをいう。
【０００４】上記実装技術によって半導体素子や電子部
品を基板上に実装した電子装置においては、当該装置を
作動させると半導体素子等自身の発熱によって温度が上
昇し、装置作動をオフとすると冷却して温度が低下する
という加熱・冷却を繰り返す熱サイクルにさらされる。
また、電子装置の使用環境によっては、装置全体が高温
と低温とを繰り返す環境にさらされる。半導体素子自身
が発熱する場合には半導体素子とプリント基板との間に
温度差が生じるため、半導体素子とプリント基板との接
合部には熱応力が発生する。また、装置全体が熱サイク
ルを受ける場合においても、半導体素子とプリント基板
との間に存在する熱膨張係数差により、同じく半導体素
子とプリント基板との接合部に熱応力が発生する。半導
体素子とプリント基板との接合はハンダ電極によって行
われているので、ハンダ電極の強度及び耐熱疲労強度が
低いと、該ハンダ電極部が熱応力によって破壊されるこ
ととなる。そのため、このような接合に用いるハンダ合
金には優れた耐熱疲労特性が要求される。
品を基板上に実装した電子装置においては、当該装置を
作動させると半導体素子等自身の発熱によって温度が上
昇し、装置作動をオフとすると冷却して温度が低下する
という加熱・冷却を繰り返す熱サイクルにさらされる。
また、電子装置の使用環境によっては、装置全体が高温
と低温とを繰り返す環境にさらされる。半導体素子自身
が発熱する場合には半導体素子とプリント基板との間に
温度差が生じるため、半導体素子とプリント基板との接
合部には熱応力が発生する。また、装置全体が熱サイク
ルを受ける場合においても、半導体素子とプリント基板
との間に存在する熱膨張係数差により、同じく半導体素
子とプリント基板との接合部に熱応力が発生する。半導
体素子とプリント基板との接合はハンダ電極によって行
われているので、ハンダ電極の強度及び耐熱疲労強度が
低いと、該ハンダ電極部が熱応力によって破壊されるこ
ととなる。そのため、このような接合に用いるハンダ合
金には優れた耐熱疲労特性が要求される。
【０００５】近年の電子部品の高密度実装化に伴い、特
にノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話等において
は表面実装やＢＧＡ実装が進み、基板電極パッド面積の
縮小が急激に進んでいるため、接合部位のハンダ量を少
量化せざるを得ない状況にある。即ち、ハンダ接合部位
の接合面積が低下し、接合部にかかる応力が増大してい
る。また、高密度実装により、高機能・小型化が進んだ
ため情報伝達機器の携帯化も急速に進展した。加えて経
済活動領域が地球規模に及ぶに至り、従来考えてもいな
かった灼熱の砂漠や極地高地の極寒下等での当該機器が
使用される様になっている。このような状況下では、ハ
ンダ接合部が一層厳しい環境下に曝されることを考慮し
たハンダ実装設計が求められており、そのため、ハンダ
材料に対する耐疲労性向上の要求がより一層高まってい
る。幸いなことに、無鉛ハンダ、特にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ
系においては、従来Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダで見られるＰ
ｂの粗粒化は発生しないため、耐疲労性に関しては実用
上ほぼ満足できるレベルにある。
にノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話等において
は表面実装やＢＧＡ実装が進み、基板電極パッド面積の
縮小が急激に進んでいるため、接合部位のハンダ量を少
量化せざるを得ない状況にある。即ち、ハンダ接合部位
の接合面積が低下し、接合部にかかる応力が増大してい
る。また、高密度実装により、高機能・小型化が進んだ
ため情報伝達機器の携帯化も急速に進展した。加えて経
済活動領域が地球規模に及ぶに至り、従来考えてもいな
かった灼熱の砂漠や極地高地の極寒下等での当該機器が
使用される様になっている。このような状況下では、ハ
ンダ接合部が一層厳しい環境下に曝されることを考慮し
たハンダ実装設計が求められており、そのため、ハンダ
材料に対する耐疲労性向上の要求がより一層高まってい
る。幸いなことに、無鉛ハンダ、特にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ
系においては、従来Ｓｎ−Ｐｂ共晶ハンダで見られるＰ
ｂの粗粒化は発生しないため、耐疲労性に関しては実用
上ほぼ満足できるレベルにある。
【０００６】一方、携帯電話等の持ち運び可能なデジタ
ル製品に関しては、その使用上の特質から使用中に誤っ
て床面に落下させたりぶつけたりする事態を想定する必
要がある。このような衝撃に対しても使用する電子部品
のハンダ接合部位が破壊しないだけの耐衝撃性を有する
ことが要求される。これに対し、従来の耐疲労性ハンダ
合金においては、主にハンダの強度を増大することによ
って耐疲労性の改善を図っており、その結果として耐衝
撃性についてはむしろ低下する傾向が見られた。ハンダ
接合部位の耐衝撃性の向上を図るためには、接合部位の
ハンダ合金として延性の優れた合金を用いることが最も
効果的である。
ル製品に関しては、その使用上の特質から使用中に誤っ
て床面に落下させたりぶつけたりする事態を想定する必
要がある。このような衝撃に対しても使用する電子部品
のハンダ接合部位が破壊しないだけの耐衝撃性を有する
ことが要求される。これに対し、従来の耐疲労性ハンダ
合金においては、主にハンダの強度を増大することによ
って耐疲労性の改善を図っており、その結果として耐衝
撃性についてはむしろ低下する傾向が見られた。ハンダ
接合部位の耐衝撃性の向上を図るためには、接合部位の
ハンダ合金として延性の優れた合金を用いることが最も
効果的である。
【０００７】一方、廃棄された電子装置を廃棄処理する
に際し、環境への影響を最少とするため、電子装置に使
用するハンダ合金についても無鉛ハンダ合金が要求され
るようになっている。
に際し、環境への影響を最少とするため、電子装置に使
用するハンダ合金についても無鉛ハンダ合金が要求され
るようになっている。
【０００８】無鉛ハンダ合金としては、二元系ではＳｎ
にＡｇを３．５％含有した組成が共晶組成となり、融点
は２２１℃と比較的低く、広く無鉛ハンダとして使用さ
れている。耐熱疲労特性もそれなりに良好である。
にＡｇを３．５％含有した組成が共晶組成となり、融点
は２２１℃と比較的低く、広く無鉛ハンダとして使用さ
れている。耐熱疲労特性もそれなりに良好である。
【０００９】電子部品に用いるハンダ合金については、
上述のように優れた耐熱疲労特性を必要とする。特開平
５−５０２８６号公報においては、電子機器用の無鉛ハ
ンダ合金として、Ａｇ３．０〜５．０％、Ｃｕ０．５〜
３．０％、残部Ｓｎからなる耐熱疲労特性に優れた高温
ハンダが開示されている。Ａｇの含有量については、Ａ
ｇは耐熱疲労特性改善に著しく効果があるが、その添加
量が３．０％以下であると耐熱疲労特性を改善する効果
が十分でないとしている。ここで提案されているハンダ
合金の融点は２１８℃前後である。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系
ハンダ合金では、Ａｇ４．７％−Ｃｕ１．７％で三元共
晶組成となることが報告されており、３％以上のＡｇを
含有することによって共晶点近傍の組成として融点を下
げ、ハンダ合金としての使いやすさを実現している。
上述のように優れた耐熱疲労特性を必要とする。特開平
５−５０２８６号公報においては、電子機器用の無鉛ハ
ンダ合金として、Ａｇ３．０〜５．０％、Ｃｕ０．５〜
３．０％、残部Ｓｎからなる耐熱疲労特性に優れた高温
ハンダが開示されている。Ａｇの含有量については、Ａ
ｇは耐熱疲労特性改善に著しく効果があるが、その添加
量が３．０％以下であると耐熱疲労特性を改善する効果
が十分でないとしている。ここで提案されているハンダ
合金の融点は２１８℃前後である。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系
ハンダ合金では、Ａｇ４．７％−Ｃｕ１．７％で三元共
晶組成となることが報告されており、３％以上のＡｇを
含有することによって共晶点近傍の組成として融点を下
げ、ハンダ合金としての使いやすさを実現している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】電子部材用鉛フリーハ
ンダ、特に電子部材用鉛フリーハンダボールにおいて、
接合信頼性、特に耐衝撃信頼性、耐落下信頼性で重要に
なる点は、ハンダ材料の延性である。従来Ｓｎ−Ａｇ共
晶組成、Ｓｎ−３．５ＡｇやそのＳｎ−Ａｇ共晶組成近
傍のＳｎ３．５Ａｇ−０．７Ｃｕでは、延性が優れてい
ることが知られている。更にはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ三元共
晶組成であるＳｎ−４．７Ａｇ−１．７Ｃｕも延性に優
れていることが知られている。しかし、これらのハンダ
合金は、原材料価格的に高価なＡｇを３．０質量％以上
含んでいるため、非常に高価なハンダにならざるを得な
い。
ンダ、特に電子部材用鉛フリーハンダボールにおいて、
接合信頼性、特に耐衝撃信頼性、耐落下信頼性で重要に
なる点は、ハンダ材料の延性である。従来Ｓｎ−Ａｇ共
晶組成、Ｓｎ−３．５ＡｇやそのＳｎ−Ａｇ共晶組成近
傍のＳｎ３．５Ａｇ−０．７Ｃｕでは、延性が優れてい
ることが知られている。更にはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ三元共
晶組成であるＳｎ−４．７Ａｇ−１．７Ｃｕも延性に優
れていることが知られている。しかし、これらのハンダ
合金は、原材料価格的に高価なＡｇを３．０質量％以上
含んでいるため、非常に高価なハンダにならざるを得な
い。
【００１１】本発明は、無鉛ハンダ合金であって、Ａｇ
をさほど使用せず（２質量％以下）、接合信頼性、耐落
下衝撃性に優れたハンダ合金を安価に提供でき、電子部
材のハンダバンプ用として使用することのできるハンダ
合金、該組成のハンダボール、該組成のハンダバンプを
有する電子部材を提供することを目的とする。
をさほど使用せず（２質量％以下）、接合信頼性、耐落
下衝撃性に優れたハンダ合金を安価に提供でき、電子部
材のハンダバンプ用として使用することのできるハンダ
合金、該組成のハンダボール、該組成のハンダバンプを
有する電子部材を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは以下のとおりである。 （１）Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：０．３〜
１．５質量％を含み、残部Ｓｎ及び不可避不純物からな
ることを特徴とする無鉛ハンダ合金。 （２）更にＳｂ：０．００５〜１．５質量％、Ｚｎ：
０．０５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜１．５質量
％、Ｆｅ：０．００５〜０．５質量％の１種又は２種以
上を含み、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量が１．
５質量％以下であることを特徴とする上記（１）に記載
の無鉛ハンダ合金。 （３）Ｏ濃度が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする
上記（１）又は（２）に記載の無鉛ハンダ合金。 （４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のハンダ
合金よりなることを特徴とする電子部材用無鉛ハンダボ
ール。 （５）ハンダバンプを有する電子部材であって、該ハン
ダバンプの一部又は全部は、上記（１）乃至（３）のい
ずれかに記載のハンダ合金よりなることを特徴とする電
子部材。 （６）複数の電子部品間をハンダ電極によって接合した
電子部材であって、該ハンダ電極の一部または全部は、
上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のハンダ合金よ
りなることを特徴とする電子部材。
るところは以下のとおりである。 （１）Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：０．３〜
１．５質量％を含み、残部Ｓｎ及び不可避不純物からな
ることを特徴とする無鉛ハンダ合金。 （２）更にＳｂ：０．００５〜１．５質量％、Ｚｎ：
０．０５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜１．５質量
％、Ｆｅ：０．００５〜０．５質量％の１種又は２種以
上を含み、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量が１．
５質量％以下であることを特徴とする上記（１）に記載
の無鉛ハンダ合金。 （３）Ｏ濃度が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする
上記（１）又は（２）に記載の無鉛ハンダ合金。 （４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のハンダ
合金よりなることを特徴とする電子部材用無鉛ハンダボ
ール。 （５）ハンダバンプを有する電子部材であって、該ハン
ダバンプの一部又は全部は、上記（１）乃至（３）のい
ずれかに記載のハンダ合金よりなることを特徴とする電
子部材。 （６）複数の電子部品間をハンダ電極によって接合した
電子部材であって、該ハンダ電極の一部または全部は、
上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のハンダ合金よ
りなることを特徴とする電子部材。
【００１３】従来、電子部品用の無鉛ハンダ合金として
は、Ａｇの含有量は３％以上必要であるとされていた。
本発明においては、Ａｇ含有量１．５質量％付近におい
てハンダ合金の伸びが著しく向上するＡｇ成分範囲が存
在することを見出し、これによってハンダ合金の延性を
顕著に増大して耐熱疲労特性及び耐衝撃性の改善を実現
した。
は、Ａｇの含有量は３％以上必要であるとされていた。
本発明においては、Ａｇ含有量１．５質量％付近におい
てハンダ合金の伸びが著しく向上するＡｇ成分範囲が存
在することを見出し、これによってハンダ合金の延性を
顕著に増大して耐熱疲労特性及び耐衝撃性の改善を実現
した。
【００１４】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
であり、Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：０．３〜
１．５質量％を含有するＳｎ系ハンダ合金組成を適用す
ることにより、安価な無鉛ハンダ合金を提供し、耐熱疲
労特性と耐衝撃性を著しく向上し、リフロー後の表面性
状の確保を同時に実現することを可能にした。
であり、Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：０．３〜
１．５質量％を含有するＳｎ系ハンダ合金組成を適用す
ることにより、安価な無鉛ハンダ合金を提供し、耐熱疲
労特性と耐衝撃性を著しく向上し、リフロー後の表面性
状の確保を同時に実現することを可能にした。
【００１５】
【発明の実施の形態】Ａｇ含有量が０．５〜３質量％の
範囲にあり、かつＣｕ含有量が０．３〜２．０質量％の
範囲にあるＳｎハンダ合金であれば、従来のＳｎ−Ｐｂ
ハンダ合金やＳｎハンダ合金と同等の延性を有し、更に
これらに比較して良好な耐疲労特性を有している。本発
明においては、更にＡｇ含有量を１．０〜２．０質量％
の範囲とすることにより、ハンダ合金の伸びが著しく向
上し、延性の増大を図ることができる。Ａｇ含有量が
１．０〜１．７質量％の範囲にあれば、伸びの向上効果
を最も顕著に得ることができる。
範囲にあり、かつＣｕ含有量が０．３〜２．０質量％の
範囲にあるＳｎハンダ合金であれば、従来のＳｎ−Ｐｂ
ハンダ合金やＳｎハンダ合金と同等の延性を有し、更に
これらに比較して良好な耐疲労特性を有している。本発
明においては、更にＡｇ含有量を１．０〜２．０質量％
の範囲とすることにより、ハンダ合金の伸びが著しく向
上し、延性の増大を図ることができる。Ａｇ含有量が
１．０〜１．７質量％の範囲にあれば、伸びの向上効果
を最も顕著に得ることができる。
【００１６】Ｓｎ−Ａｇ系のハンダ合金にＣｕを添加す
ると、Ｃｕ含有量１．５質量％までは固相線温度（融
点）が低下するが、それを超えると急激に固相線温度が
上昇する。そのため、本発明ではＣｕ含有量上限を１．
５質量％とする。
ると、Ｃｕ含有量１．５質量％までは固相線温度（融
点）が低下するが、それを超えると急激に固相線温度が
上昇する。そのため、本発明ではＣｕ含有量上限を１．
５質量％とする。
【００１７】Ｓｎ−Ａｇ系合金においては、凝固組織の
中にＡｇ3Ｓｎ金属間化合物のネットワークが生成し、
ハンダの強度や疲労特性を向上させる。Ｓｎ−Ａｇのみ
の合金においてはＡｇ3Ｓｎ金属間化合物のネットワー
クが相互に十分に連結されないが、Ｓｎ−Ａｇ系のハン
ダ合金にＣｕを０．３質量％以上添加すると、内部のＡ
ｇ3Ｓｎ金属間化合物のリング状ネットワークが密にな
り、ハンダバンプの強度、疲労特性を向上し、電子部品
用として必要な強度や耐熱疲労特性を確保することが可
能になる。そのため、本発明ではＣｕ含有量下限を０．
３質量％とする。
中にＡｇ3Ｓｎ金属間化合物のネットワークが生成し、
ハンダの強度や疲労特性を向上させる。Ｓｎ−Ａｇのみ
の合金においてはＡｇ3Ｓｎ金属間化合物のネットワー
クが相互に十分に連結されないが、Ｓｎ−Ａｇ系のハン
ダ合金にＣｕを０．３質量％以上添加すると、内部のＡ
ｇ3Ｓｎ金属間化合物のリング状ネットワークが密にな
り、ハンダバンプの強度、疲労特性を向上し、電子部品
用として必要な強度や耐熱疲労特性を確保することが可
能になる。そのため、本発明ではＣｕ含有量下限を０．
３質量％とする。
【００１８】本発明はＳｎ基ハンダ合金である。Ｓｎは
１３．２℃で変態する特性を有している。低温における
Ｓｎ変態時には破断が進行しやすい。本発明のハンダ合
金に更にＳｂ：０．００５〜１．５質量％を含有させる
ことにより、低温におけるＳｎ変態を抑制することがで
き、寒冷地条件にける耐熱疲労特性をより一層向上させ
ることができる。
１３．２℃で変態する特性を有している。低温における
Ｓｎ変態時には破断が進行しやすい。本発明のハンダ合
金に更にＳｂ：０．００５〜１．５質量％を含有させる
ことにより、低温におけるＳｎ変態を抑制することがで
き、寒冷地条件にける耐熱疲労特性をより一層向上させ
ることができる。
【００１９】Ｓｂ含有量は、０．００５質量％未満では
Ｓｎの低温変態の抑制効果が十分ではないので、下限を
０．００５質量％とする。また、１．５質量％を超える
とリフロー後のハンダ表面がさつきが抑えられず、かつ
耐熱疲労特性改善効果も減少するので、上限を１．５質
量％とする。
Ｓｎの低温変態の抑制効果が十分ではないので、下限を
０．００５質量％とする。また、１．５質量％を超える
とリフロー後のハンダ表面がさつきが抑えられず、かつ
耐熱疲労特性改善効果も減少するので、上限を１．５質
量％とする。
【００２０】本発明のハンダ合金にさらにＺｎ、Ｎｉ又
はＦｅを添加することにより、ハンダ合金の強度を向上
することができる。
はＦｅを添加することにより、ハンダ合金の強度を向上
することができる。
【００２１】Ｚｎ含有量は、０．０５質量％未満の添加
量では、強度向上に効果はなく、また１．５質量％を超
える添加では、リフロー後のハンダ表面のがさつきが出
始め、延性も低下し始めるので、成分範囲を０．０５〜
１．５質量％とする。
量では、強度向上に効果はなく、また１．５質量％を超
える添加では、リフロー後のハンダ表面のがさつきが出
始め、延性も低下し始めるので、成分範囲を０．０５〜
１．５質量％とする。
【００２２】Ｎｉ含有量は、０．０５質量％未満の添加
量では、強度向上に効果はなく、また１．５質量％を超
える添加では、延性が低下し始めるので、成分範囲を
０．０５〜１．５質量％とする。更に、０．０５質量％
以上のＮｉ添加では、Ｎｉメッキ電極基板との接合の際
に、濃度勾配差による基板メッキＮｉの拡散を抑制し、
Ｎｉ3Ｓｎ4等の金属間化合物の成長を抑制できる。
量では、強度向上に効果はなく、また１．５質量％を超
える添加では、延性が低下し始めるので、成分範囲を
０．０５〜１．５質量％とする。更に、０．０５質量％
以上のＮｉ添加では、Ｎｉメッキ電極基板との接合の際
に、濃度勾配差による基板メッキＮｉの拡散を抑制し、
Ｎｉ3Ｓｎ4等の金属間化合物の成長を抑制できる。
【００２３】Ｆｅ含有量は、０．００５質量％未満では
強度向上に効果はなく、また０．５質量％を超えると延
性が低下し、ハンダ表面がざらつき、濡れ性が悪くなる
ことから、成分範囲を０．００５〜０．５質量％とす
る。
強度向上に効果はなく、また０．５質量％を超えると延
性が低下し、ハンダ表面がざらつき、濡れ性が悪くなる
ことから、成分範囲を０．００５〜０．５質量％とす
る。
【００２４】本発明ハンダに、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ
を、これらの１種、又は２種以上を添加すると、強度は
改善されるが、これらの１種、又は２種以上、またはＳ
ｂ，Ｚｎ，Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量が１．５質量％を超
えて添加すると、ハンダの延性が低下し始めることか
ら、Ｓｂ，Ｚｎ，Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量を１．５質量
％以下とする。
を、これらの１種、又は２種以上を添加すると、強度は
改善されるが、これらの１種、又は２種以上、またはＳ
ｂ，Ｚｎ，Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量が１．５質量％を超
えて添加すると、ハンダの延性が低下し始めることか
ら、Ｓｂ，Ｚｎ，Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量を１．５質量
％以下とする。
【００２５】本発明ハンダ合金を溶解混錬する際、溶解
雰囲気を非酸化雰囲気にし、ハンダ合金中の固溶酸素濃
度を低下させると、強度は約１０％向上する。本ハンダ
合金を、大気中溶解混錬した材料を、グローディスチャ
ージ質量分析（Ｇｄｍａｓｓ）で分析すると、十数ｐｐ
ｍの酸素が検出される。一方、アルゴン雰囲気等の非酸
化雰囲気で溶解混錬したハンダ合金の酸素検出量は、数
ｐｐｍレベルとなる。酸素検出量が１０ｐｐｍ以下であ
る場合、そのシェア強度は、大気溶解のものに比して、
１０％強度は改善された。よって本発明の上記（３）で
はハンダ合金中の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下にする。
雰囲気を非酸化雰囲気にし、ハンダ合金中の固溶酸素濃
度を低下させると、強度は約１０％向上する。本ハンダ
合金を、大気中溶解混錬した材料を、グローディスチャ
ージ質量分析（Ｇｄｍａｓｓ）で分析すると、十数ｐｐ
ｍの酸素が検出される。一方、アルゴン雰囲気等の非酸
化雰囲気で溶解混錬したハンダ合金の酸素検出量は、数
ｐｐｍレベルとなる。酸素検出量が１０ｐｐｍ以下であ
る場合、そのシェア強度は、大気溶解のものに比して、
１０％強度は改善された。よって本発明の上記（３）で
はハンダ合金中の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下にする。
【００２６】本発明のハンダ合金を使用した電子部材に
おいては、ハンダ電極が優れた延性と強度を有するた
め、耐熱疲労特性と耐衝撃性に優れた電子部材とするこ
とができる。
おいては、ハンダ電極が優れた延性と強度を有するた
め、耐熱疲労特性と耐衝撃性に優れた電子部材とするこ
とができる。
【００２７】また、本発明のハンダボールを用いて製造
した電子部材は、ハンダ電極が優れた延性と強度を有す
るため、耐熱疲労特性と耐衝撃性に優れた電子部材とす
ることができる。
した電子部材は、ハンダ電極が優れた延性と強度を有す
るため、耐熱疲労特性と耐衝撃性に優れた電子部材とす
ることができる。
【００２８】更に、上記組成のハンダバンプを有する電
子部材は、微細かつ多数のハンダバンプを形成する場合
においても、良好な品質の電子部材とすることができ
る。特に、ハンダバンプの１辺の長さが０．２ｍｍ以下
の微小ハンダバンプにおいて、従来組成のハンダバンプ
では実現することのできない良好な成績を得ることがで
きる。上記組成のハンダ電極によって複数の電子部品間
を接合した電子部材は、ハンダ電極が極めて良好な耐熱
疲労特性と耐衝撃性を有しているという優れた特徴を有
するものである。
子部材は、微細かつ多数のハンダバンプを形成する場合
においても、良好な品質の電子部材とすることができ
る。特に、ハンダバンプの１辺の長さが０．２ｍｍ以下
の微小ハンダバンプにおいて、従来組成のハンダバンプ
では実現することのできない良好な成績を得ることがで
きる。上記組成のハンダ電極によって複数の電子部品間
を接合した電子部材は、ハンダ電極が極めて良好な耐熱
疲労特性と耐衝撃性を有しているという優れた特徴を有
するものである。
【００２９】
【実施例】表１に示す成分のハンダ合金を作製し、それ
ぞれの機械特性評価を実施した。実施例１〜１１が本発
明例であり、比較例１はＡｇが本発明下限以下であり、
比較例２はＡｇが本発明上限以上であり、比較例３は従
来の３．５Ａｇの高価な無鉛ハンダ合金であり、比較例
４はＳｂ、Ｚｎ、Ｎｉの添加合計が１．５質量％を超え
たものである。
ぞれの機械特性評価を実施した。実施例１〜１１が本発
明例であり、比較例１はＡｇが本発明下限以下であり、
比較例２はＡｇが本発明上限以上であり、比較例３は従
来の３．５Ａｇの高価な無鉛ハンダ合金であり、比較例
４はＳｂ、Ｚｎ、Ｎｉの添加合計が１．５質量％を超え
たものである。
【００３０】
【表１】
【００３１】ハンダ合金の延性・強度特性については、
延性（％）、強度（ＭＰａ）を評価し、さらに強度（Ｍ
Ｐａ）×延性（％）を算出した。強度×延性が１５００
以上の場合は耐衝撃性が安定して優れているとして
「○」と評価し、強度×延性が１３００〜１５００の場
合は耐衝撃性に優れているとして「△」と評価し、強度
×延性が１３００未満は「×」と評価した。
延性（％）、強度（ＭＰａ）を評価し、さらに強度（Ｍ
Ｐａ）×延性（％）を算出した。強度×延性が１５００
以上の場合は耐衝撃性が安定して優れているとして
「○」と評価し、強度×延性が１３００〜１５００の場
合は耐衝撃性に優れているとして「△」と評価し、強度
×延性が１３００未満は「×」と評価した。
【００３２】本発明例１〜１１はいずれも良好な強度×
延性の成績を実現した。実施例４と実施例６との比較か
ら明らかなように、酸素以外の成分が同一成分でも、Ａ
ｒ雰囲気の非酸化雰囲気で溶解混練した実施例６は、酸
素濃度が５ｐｐｍであるため、酸化雰囲気で溶解混練し
て酸素濃度が１６ｐｐｍである実施例４と比較し、強度
が約１割向上している。
延性の成績を実現した。実施例４と実施例６との比較か
ら明らかなように、酸素以外の成分が同一成分でも、Ａ
ｒ雰囲気の非酸化雰囲気で溶解混練した実施例６は、酸
素濃度が５ｐｐｍであるため、酸化雰囲気で溶解混練し
て酸素濃度が１６ｐｐｍである実施例４と比較し、強度
が約１割向上している。
【００３３】比較例１はＡｇ含有量が低すぎ、比較例２
はＡｇ含有量が高すぎ、比較例４はＳｂ、Ｚｎ、Ｎｉの
添加合計が１．５質量％を超えているため、それぞれ延
性が低下し、結果として強度×延性の値が１３００未満
となり、十分な耐衝撃性が得られなかった。
はＡｇ含有量が高すぎ、比較例４はＳｂ、Ｚｎ、Ｎｉの
添加合計が１．５質量％を超えているため、それぞれ延
性が低下し、結果として強度×延性の値が１３００未満
となり、十分な耐衝撃性が得られなかった。
【００３４】ハンダ合金の耐落下衝撃性を評価するた
め、本発明合金を基に、φ３００μｍの電子部材接続用
ハンダボールを作製した。それぞれについて以下に示す
Ｓｉチップ部品と基板をハンダ付けし（２４０ボー
ル）、それをフリップチップ接続したものを試験片とし
た。落下衝撃試験は、同フリップチップ接続した衝撃試
験片を、金属板にネジ止め固定し、高さ５０ｃｍから落
下させた。落下後、最も衝撃の大きいチップ周辺部位の
ハンダ接合部（６４ポイント）のすべてを電気的に導通
があるかを評価し、一点でも導通が無いハンダ接合部位
が生じた時点で破断とし、耐落下衝撃性を評価した。平
均耐落下衝撃数で４０回以上は、耐落下衝撃性が特に優
れているとして「○」と評価し、平均耐落下衝撃数で３
０回〜４０回は優れているとして「△」と評価し、平均
耐落下衝撃数３０回未満は「×」と評価して表１に記載
した。本発明例である実施例１〜１１は、いずれも良好
な耐落下衝撃性を示した。
め、本発明合金を基に、φ３００μｍの電子部材接続用
ハンダボールを作製した。それぞれについて以下に示す
Ｓｉチップ部品と基板をハンダ付けし（２４０ボー
ル）、それをフリップチップ接続したものを試験片とし
た。落下衝撃試験は、同フリップチップ接続した衝撃試
験片を、金属板にネジ止め固定し、高さ５０ｃｍから落
下させた。落下後、最も衝撃の大きいチップ周辺部位の
ハンダ接合部（６４ポイント）のすべてを電気的に導通
があるかを評価し、一点でも導通が無いハンダ接合部位
が生じた時点で破断とし、耐落下衝撃性を評価した。平
均耐落下衝撃数で４０回以上は、耐落下衝撃性が特に優
れているとして「○」と評価し、平均耐落下衝撃数で３
０回〜４０回は優れているとして「△」と評価し、平均
耐落下衝撃数３０回未満は「×」と評価して表１に記載
した。本発明例である実施例１〜１１は、いずれも良好
な耐落下衝撃性を示した。
【００３５】上記落下強度試験に用いるＳｉチップ部品
は、Ｓｉチップ上にφ２００μｍの電極ランドを合計２
４０配置したものであり、最外郭の周囲に６４配置であ
る。またピッチ間隔は０．３ｍｍである。プリント基板
は、片面配線のガラスエポキシ樹脂基板であり、Ｓｉチ
ップと同様に配置し、それらを本発明ハンダ合金のφ３
００μｍのボールでフリップチップ接続した。
は、Ｓｉチップ上にφ２００μｍの電極ランドを合計２
４０配置したものであり、最外郭の周囲に６４配置であ
る。またピッチ間隔は０．３ｍｍである。プリント基板
は、片面配線のガラスエポキシ樹脂基板であり、Ｓｉチ
ップと同様に配置し、それらを本発明ハンダ合金のφ３
００μｍのボールでフリップチップ接続した。
【００３６】本発明の実施例１〜１１と比較例３の３．
５Ａｇハンダ合金とを対比すると、本発明はＡｇの含有
量が少ないので安価なハンダ合金を提供することが可能
になり、さらに比較例３と同等あるいはそれ以上の良好
な耐衝撃性、耐落下衝撃性を得ることができた。
５Ａｇハンダ合金とを対比すると、本発明はＡｇの含有
量が少ないので安価なハンダ合金を提供することが可能
になり、さらに比較例３と同等あるいはそれ以上の良好
な耐衝撃性、耐落下衝撃性を得ることができた。
【００３７】
【発明の効果】本発明の組成を有する無鉛ハンダ合金を
用いることにより、従来の無鉛ハンダ合金に比較して安
価に提供することが可能になり、同時に極めて優れた耐
熱疲労特性と耐衝撃性を実現することができた。
用いることにより、従来の無鉛ハンダ合金に比較して安
価に提供することが可能になり、同時に極めて優れた耐
熱疲労特性と耐衝撃性を実現することができた。
【００３８】本発明の組成を有するハンダボールを用い
てハンダバンプを形成することができる。また、本発明
の組成のハンダバンプを形成した電子部材、本発明の組
成のハンダ電極で電子部品間を接合した電子部材は、電
極の耐熱疲労特性と耐衝撃性が優れているという効果を
有するものである。
てハンダバンプを形成することができる。また、本発明
の組成のハンダバンプを形成した電子部材、本発明の組
成のハンダ電極で電子部品間を接合した電子部材は、電
極の耐熱疲労特性と耐衝撃性が優れているという効果を
有するものである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｃ (72)発明者 巽 宏平 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AC01 AC16 BB01 BB04 BB08 CC33 CD04 CD26 GG03 GG20
Claims (6)
- 【請求項１】 Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：
０．３〜１．５質量％を含み、残部Ｓｎ及び不可避不純
物からなることを特徴とする無鉛ハンダ合金。 - 【請求項２】 更にＳｂ：０．００５〜１．５質量％、
Ｚｎ：０．０５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜１．
５質量％、Ｆｅ：０．００５〜０．５質量％の１種又は
２種以上を含み、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量
が１．５質量％以下であることを特徴とする請求項１に
記載の無鉛ハンダ合金。 - 【請求項３】 Ｏ濃度が１０ｐｐｍ以下であることを特
徴とする請求項１又は２に記載の無鉛ハンダ合金。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のハン
ダ合金よりなることを特徴とする電子部材用無鉛ハンダ
ボール。 - 【請求項５】 ハンダバンプを有する電子部材であっ
て、該ハンダバンプの一部又は全部は、請求項１乃至３
のいずれかに記載のハンダ合金よりなることを特徴とす
る電子部材。 - 【請求項６】 複数の電子部品間をハンダ電極によって
接合した電子部材であって、該ハンダ電極の一部または
全部は、請求項１乃至３のいずれかに記載のハンダ合金
よりなることを特徴とする電子部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033878A JP4152596B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033878A JP4152596B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002239780A true JP2002239780A (ja) | 2002-08-28 |
| JP4152596B2 JP4152596B2 (ja) | 2008-09-17 |
Family
ID=18897565
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001033878A Expired - Lifetime JP4152596B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 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 |
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