JP2002321084A - 電子部品接合用はんだ合金 - Google Patents
電子部品接合用はんだ合金Info
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- JP2002321084A JP2002321084A JP2001129194A JP2001129194A JP2002321084A JP 2002321084 A JP2002321084 A JP 2002321084A JP 2001129194 A JP2001129194 A JP 2001129194A JP 2001129194 A JP2001129194 A JP 2001129194A JP 2002321084 A JP2002321084 A JP 2002321084A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｐｂを実質的に含まず、固相融点が高く、濡
れ性・耐熱性・熱疲労特性の改善された電子部品接合用
Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を提供する。 【解決手段】 Ｓｂを１１〜１５質量％、並びにＮｉお
よびＧｅのうちの少なくとも１種を０．０１〜１質量％
含み、残部が実質的にＳｎからなる。
れ性・耐熱性・熱疲労特性の改善された電子部品接合用
Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を提供する。 【解決手段】 Ｓｂを１１〜１５質量％、並びにＮｉお
よびＧｅのうちの少なくとも１種を０．０１〜１質量％
含み、残部が実質的にＳｎからなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品接合用は
んだ合金に関し、さらに詳しくは鉛を実質的に含まない
電子部品接合用Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金に関する。
んだ合金に関し、さらに詳しくは鉛を実質的に含まない
電子部品接合用Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子部品接合用材料としてＰｂお
よびＳｎを主成分としたはんだ合金が用いられてきた。
電子部品としてパワートランジスタを例に挙げると、パ
ワートランジスタには大きな電流の負荷が加わるため、
パワートランジスタの接続に使用されるはんだ合金に
は、応力緩和性、耐熱疲労特性、電気伝導性が要求され
る。
よびＳｎを主成分としたはんだ合金が用いられてきた。
電子部品としてパワートランジスタを例に挙げると、パ
ワートランジスタには大きな電流の負荷が加わるため、
パワートランジスタの接続に使用されるはんだ合金に
は、応力緩和性、耐熱疲労特性、電気伝導性が要求され
る。
【０００３】パワートランジスタの接合の際、まず、パ
ワートランジスタ内部においてリードフレームと半導体
チップを接合し（内部接合）、次に、パワートランジス
タを基板に接合する（実装）。なお、パワートランジス
タを基板に実装する際には、Ｓｎを６３質量％含み、残
部がＰｂからなる共晶はんだ合金（融点１８３℃）を多
く用い、２２０〜２３０℃でリフローを行う。
ワートランジスタ内部においてリードフレームと半導体
チップを接合し（内部接合）、次に、パワートランジス
タを基板に接合する（実装）。なお、パワートランジス
タを基板に実装する際には、Ｓｎを６３質量％含み、残
部がＰｂからなる共晶はんだ合金（融点１８３℃）を多
く用い、２２０〜２３０℃でリフローを行う。
【０００４】上記内部接合の工程で用いるはんだ合金の
固相融点が上記実装の工程で行うリフローの温度以下で
あると、該リフローを行うときにパワートランジスタ内
部の該はんだ合金が再溶融するために、リードフレーム
と半導体チップとの接合の信頼性が低下する。この再溶
融を防止するには、上記内部接合の工程において上記実
装時のリフロー温度以上の固相融点を有するはんだ合金
を使用する必要がある。そのため、Ｓｎを５質量％含
み、残部がＰｂからなるはんだ合金（固相融点３０５
℃）や、Ｓｎを３質量％含み、残部がＰｂからなるはん
だ合金（固相融点３１５℃）が多く用いられてきた。
固相融点が上記実装の工程で行うリフローの温度以下で
あると、該リフローを行うときにパワートランジスタ内
部の該はんだ合金が再溶融するために、リードフレーム
と半導体チップとの接合の信頼性が低下する。この再溶
融を防止するには、上記内部接合の工程において上記実
装時のリフロー温度以上の固相融点を有するはんだ合金
を使用する必要がある。そのため、Ｓｎを５質量％含
み、残部がＰｂからなるはんだ合金（固相融点３０５
℃）や、Ｓｎを３質量％含み、残部がＰｂからなるはん
だ合金（固相融点３１５℃）が多く用いられてきた。
【０００５】以上のように、Ｐｂを含むはんだ合金は電
子部品の接合用プロセスにおいて有効な材料として用い
られており、その信頼性も確立されてきた。
子部品の接合用プロセスにおいて有効な材料として用い
られており、その信頼性も確立されてきた。
【０００６】しかしその一方で、このようなＰｂを含む
はんだ合金の有害性が指摘されだしている。すなわち、
廃棄処分された電子機器に上記Ｐｂを含むはんだ合金が
使用されていると、該はんだ合金に含まれるＰｂ成分が
酸性雨によって徐々に溶解流出し、土壌中に浸透し、農
作物などに蓄積し、ひいては人間に害を及ぼすというも
のである。
はんだ合金の有害性が指摘されだしている。すなわち、
廃棄処分された電子機器に上記Ｐｂを含むはんだ合金が
使用されていると、該はんだ合金に含まれるＰｂ成分が
酸性雨によって徐々に溶解流出し、土壌中に浸透し、農
作物などに蓄積し、ひいては人間に害を及ぼすというも
のである。
【０００７】そこで、電子部品を基板に接合する工程で
用いられる上記共晶はんだ合金の代替品として、Ｓｎを
主成分としたはんだ合金が検討されている。このはんだ
合金は固相融点が上記共晶はんだ合金より上昇し、実装
時のリフロー温度も２５０〜２６０℃付近に上昇すると
みられている。そのため、電子部品の内部に使用するは
んだ合金は、このリフロー温度よりもさらに高い固相融
点を有することが要求される。
用いられる上記共晶はんだ合金の代替品として、Ｓｎを
主成分としたはんだ合金が検討されている。このはんだ
合金は固相融点が上記共晶はんだ合金より上昇し、実装
時のリフロー温度も２５０〜２６０℃付近に上昇すると
みられている。そのため、電子部品の内部に使用するは
んだ合金は、このリフロー温度よりもさらに高い固相融
点を有することが要求される。
【０００８】従来、Ｐｂを実質的に含まない（Ｐｂフリ
ー）はんだ合金としてＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金が検討さ
れている（以下、「Ｓｎ−Ｓｂ系」といえばＰｂを実質
的に含まない（Ｐｂフリー）ことを意味する）。Ｓｎ−
Ｓｂ系はんだ合金は、Ｓｂが１１質量％以上で固相融点
が２４６℃であって、Ｓｎを主成分としたはんだ合金で
は実用可能な最高の固相融点を持つ。
ー）はんだ合金としてＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金が検討さ
れている（以下、「Ｓｎ−Ｓｂ系」といえばＰｂを実質
的に含まない（Ｐｂフリー）ことを意味する）。Ｓｎ−
Ｓｂ系はんだ合金は、Ｓｂが１１質量％以上で固相融点
が２４６℃であって、Ｓｎを主成分としたはんだ合金で
は実用可能な最高の固相融点を持つ。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｓ
ｎ−Ｓｂ系はんだ合金は、Ｓｂの組成比率が１１質量％
を超えると、凝固する際に晶出する粗大な結晶粒を有す
る組織となる。この結晶粒はＳｎとＳｂからなる金属間
化合物（Ｓｎ−Ｓｂ化合物）であり、硬くて脆い性質を
有するため、外部から負荷を与えると結晶粒の外郭（粒
界）に沿ってクラックが発生しやすくなる（耐熱性・熱
疲労特性の低下）という問題がある。このような問題に
よる電子部品の信頼性の低下を避けるため、Ｓｂの組成
比率が１１質量％以下のはんだ合金が用いられてきた。
一方、Ｓｂの組成比率が１１質量％以下の上記Ｓｎ−Ｓ
ｂ系はんだ合金は、（１）固相融点が２４６℃以下とな
るため、そして（２）基板実装用に前記共晶はんだ合金
（Ｐｂ−Ｓｎ系合金）の代替品であるＳｎ−Ｓｂ系はん
だ合金を用いた場合にリフロー温度を上げる必要がある
ため、電子部品内部の接合性が損なわれる危険がある。
ｎ−Ｓｂ系はんだ合金は、Ｓｂの組成比率が１１質量％
を超えると、凝固する際に晶出する粗大な結晶粒を有す
る組織となる。この結晶粒はＳｎとＳｂからなる金属間
化合物（Ｓｎ−Ｓｂ化合物）であり、硬くて脆い性質を
有するため、外部から負荷を与えると結晶粒の外郭（粒
界）に沿ってクラックが発生しやすくなる（耐熱性・熱
疲労特性の低下）という問題がある。このような問題に
よる電子部品の信頼性の低下を避けるため、Ｓｂの組成
比率が１１質量％以下のはんだ合金が用いられてきた。
一方、Ｓｂの組成比率が１１質量％以下の上記Ｓｎ−Ｓ
ｂ系はんだ合金は、（１）固相融点が２４６℃以下とな
るため、そして（２）基板実装用に前記共晶はんだ合金
（Ｐｂ−Ｓｎ系合金）の代替品であるＳｎ−Ｓｂ系はん
だ合金を用いた場合にリフロー温度を上げる必要がある
ため、電子部品内部の接合性が損なわれる危険がある。
【００１０】また、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金は、接合時
の濡れ性が乏しく、熱疲労特性も十分ではないという問
題があった。
の濡れ性が乏しく、熱疲労特性も十分ではないという問
題があった。
【００１１】本発明の目的は、上記問題を解消し、固相
融点が高く、濡れ性・耐熱性・熱疲労特性の改善された
電子部品接合用Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を提供すること
にある。
融点が高く、濡れ性・耐熱性・熱疲労特性の改善された
電子部品接合用Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、Ｓｂを１１〜１５質量％、並びにＮｉおよ
びＧｅのうちの少なくとも１種を０．０１〜１質量％含
み、残部が実質的にＳｎからなる電子部品接合用はんだ
合金である。
決するため、Ｓｂを１１〜１５質量％、並びにＮｉおよ
びＧｅのうちの少なくとも１種を０．０１〜１質量％含
み、残部が実質的にＳｎからなる電子部品接合用はんだ
合金である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明者は、Ｓｂを１１質量％以
上含むＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金（固相融点：２４６℃）
にＮｉ、Ｇｅを添加することにより、Ｓｎ−Ｓｂ系はん
だ合金の濡れ性、耐熱性および熱疲労特性を向上させて
接合信頼性を確保できることを見いだした。
上含むＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金（固相融点：２４６℃）
にＮｉ、Ｇｅを添加することにより、Ｓｎ−Ｓｂ系はん
だ合金の濡れ性、耐熱性および熱疲労特性を向上させて
接合信頼性を確保できることを見いだした。
【００１４】本発明の電子部品接合用はんだ合金におい
て、Ｓｂ含有量は１１〜１５質量％である。Ｓｂ含有量
が１１質量％未満では、前述したように、固相融点が２
４６℃未満となり、電子部品内部の接合性が損なわれる
危険がある。一方、Ｓｂ含有量が１５質量％を超える
と、液相線温度と固相線温度の差が５０℃以上となるた
め、溶融状態のはんだ合金の温度が液相線温度から固相
線温度になるまでに晶出するＳｎ−Ｓｂ化合物結晶粒が
粗大化する。そのため、前述したように、はんだ合金に
クラックが発生しやすくなる。
て、Ｓｂ含有量は１１〜１５質量％である。Ｓｂ含有量
が１１質量％未満では、前述したように、固相融点が２
４６℃未満となり、電子部品内部の接合性が損なわれる
危険がある。一方、Ｓｂ含有量が１５質量％を超える
と、液相線温度と固相線温度の差が５０℃以上となるた
め、溶融状態のはんだ合金の温度が液相線温度から固相
線温度になるまでに晶出するＳｎ−Ｓｂ化合物結晶粒が
粗大化する。そのため、前述したように、はんだ合金に
クラックが発生しやすくなる。
【００１５】Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金にＮｉを添加する
ことによりＳｎ−Ｎｉ化合物結晶粒が微細に析出するた
め、Ｓｎ−Ｓｂ化合物結晶粒の粗大化を抑制することが
できる。その結果、はんだ合金の組織はＮｉを添加しな
い場合に比べて微細となり、クラックが発生しにくくな
る効果がある。また、Ｓｎ−Ｎｉ化合物は熱疲労特性の
向上に寄与する上、Ｎｉの融点が１４５０℃であるた
め、はんだ合金は熱的に安定となる。さらに、チップ接
合面にＮｉメタライズしたリードフレームをパワートラ
ンジスタなどの電子部品に用いた場合は、はんだ合金の
濡れ性がより向上する。
ことによりＳｎ−Ｎｉ化合物結晶粒が微細に析出するた
め、Ｓｎ−Ｓｂ化合物結晶粒の粗大化を抑制することが
できる。その結果、はんだ合金の組織はＮｉを添加しな
い場合に比べて微細となり、クラックが発生しにくくな
る効果がある。また、Ｓｎ−Ｎｉ化合物は熱疲労特性の
向上に寄与する上、Ｎｉの融点が１４５０℃であるた
め、はんだ合金は熱的に安定となる。さらに、チップ接
合面にＮｉメタライズしたリードフレームをパワートラ
ンジスタなどの電子部品に用いた場合は、はんだ合金の
濡れ性がより向上する。
【００１６】また、Ｇｅを添加することによりＧｅ結晶
粒が微細に析出するため、Ｓｎ−Ｓｂ化合物結晶粒の粗
大化を抑制することができる。その他に、ＧｅはＳｎよ
り酸化されやすいため、はんだ合金にＧｅを添加するこ
とにより、Ｓｎの酸化による濡れ性の低下も抑制でき
る。
粒が微細に析出するため、Ｓｎ−Ｓｂ化合物結晶粒の粗
大化を抑制することができる。その他に、ＧｅはＳｎよ
り酸化されやすいため、はんだ合金にＧｅを添加するこ
とにより、Ｓｎの酸化による濡れ性の低下も抑制でき
る。
【００１７】ＮｉおよびＧｅのうちの少なくとも１種の
含有量は、０．０１〜１質量％である。上記少なくとも
１種が０．０１質量％未満では、該少なくとも１種の添
加効果がない。一方、上記少なくとも１種が１質量％よ
り多くなると、Ｓｎ−Ｎｉ化合物やＧｅ結晶粒の偏析が
多くなる。
含有量は、０．０１〜１質量％である。上記少なくとも
１種が０．０１質量％未満では、該少なくとも１種の添
加効果がない。一方、上記少なくとも１種が１質量％よ
り多くなると、Ｓｎ−Ｎｉ化合物やＧｅ結晶粒の偏析が
多くなる。
【００１８】
【実施例】［実施例１〜１８、比較例１〜５］表１に示
すＳｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｇｅの組成を有するＳｎ−Ｓｂ系
はんだ合金を用い（表１中「−」は無添加を示す）、Ｓ
ｉチップをＣｕリードフレームに接合した後に、耐熱性
試験を実施した。なお、耐熱性試験は、接合部に電圧５
０Ｖ、電流１Ａを印加しながら、２３０〜２７０℃で１
０秒間保持するもので、各温度あたり５個の接合部につ
いて行った。
すＳｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｇｅの組成を有するＳｎ−Ｓｂ系
はんだ合金を用い（表１中「−」は無添加を示す）、Ｓ
ｉチップをＣｕリードフレームに接合した後に、耐熱性
試験を実施した。なお、耐熱性試験は、接合部に電圧５
０Ｖ、電流１Ａを印加しながら、２３０〜２７０℃で１
０秒間保持するもので、各温度あたり５個の接合部につ
いて行った。
【００１９】［従来例１］表１に示すＰｂ、Ｓｎの組成
を有するＰｂ−Ｓｎ系はんだ合金を用いた以外は実施例
１と同様にして、耐熱性試験を実施した。
を有するＰｂ−Ｓｎ系はんだ合金を用いた以外は実施例
１と同様にして、耐熱性試験を実施した。
【００２０】以上の結果を表１に示す。表中、例えば０
／５は、５個の接合部のうちクラックの発生したものが
零であることを示す。
／５は、５個の接合部のうちクラックの発生したものが
零であることを示す。
【００２１】表１から次のことが分かる。
【００２２】（１）実施例１〜１８（Ｓｎ−Ｓｂ系）お
よび従来例１（Ｐｂ−Ｓｎ系）では、２３０〜２７０℃
のいずれの温度でも、５個中いずれの接合部にも、クラ
ックは入らなかった。
よび従来例１（Ｐｂ−Ｓｎ系）では、２３０〜２７０℃
のいずれの温度でも、５個中いずれの接合部にも、クラ
ックは入らなかった。
【００２３】（２）比較例１〜５では、２５０℃以上ま
たは２６０℃以上の温度で、５個中１〜３個の接合部に
クラックが入った。因みに、比較例３の接合部の組織は
Ｓｎ−Ｓｂ化合物結晶粒が粗大化していた。また、比較
例５の接合部の組織はＳｎ−Ｎｉ化合物やＧｅ結晶粒の
偏析が発生していた。
たは２６０℃以上の温度で、５個中１〜３個の接合部に
クラックが入った。因みに、比較例３の接合部の組織は
Ｓｎ−Ｓｂ化合物結晶粒が粗大化していた。また、比較
例５の接合部の組織はＳｎ−Ｎｉ化合物やＧｅ結晶粒の
偏析が発生していた。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、固相融点が高く、濡れ
性・耐熱性・熱疲労特性の改善されたＳｎ−Ｓｂ系はん
だ合金を提供することができ、従って環境汚染がなく、
しかも高い信頼性で、電子部品の内部接合を行うことが
できる。
性・耐熱性・熱疲労特性の改善されたＳｎ−Ｓｂ系はん
だ合金を提供することができ、従って環境汚染がなく、
しかも高い信頼性で、電子部品の内部接合を行うことが
できる。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｂを１１〜１５質量％、並びにＮｉお
よびＧｅのうちの少なくとも１種を０．０１〜１質量％
含み、残部が実質的にＳｎからなる電子部品接合用はん
だ合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001129194A JP2002321084A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 電子部品接合用はんだ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001129194A JP2002321084A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 電子部品接合用はんだ合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002321084A true JP2002321084A (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=18977757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001129194A Pending JP2002321084A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 電子部品接合用はんだ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002321084A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005038847A1 (ja) * | 2003-10-15 | 2005-04-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ランプ |
| JP2005252030A (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Hitachi Metals Ltd | 鉛フリー半田材料および半田材料の製造方法 |
| GB2426251A (en) * | 2005-05-20 | 2006-11-22 | Fuji Elec Device Tech Co Ltd | Sn-Sb-Ge solder alloy |
| CN101587870A (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-25 | 富士电机电子技术株式会社 | 半导体器件 |
| JP2014004590A (ja) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Tamura Seisakusho Co Ltd | はんだ組成物 |
| WO2015041018A1 (ja) | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 住友金属鉱山株式会社 | Ｂｉ基はんだ合金、並びにそれを用いた電子部品のボンディング方法および電子部品実装基板 |
-
2001
- 2001-04-26 JP JP2001129194A patent/JP2002321084A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005038847A1 (ja) * | 2003-10-15 | 2005-04-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ランプ |
| US7211955B2 (en) | 2003-10-15 | 2007-05-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Lamp |
| JP2005252030A (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Hitachi Metals Ltd | 鉛フリー半田材料および半田材料の製造方法 |
| GB2426251A (en) * | 2005-05-20 | 2006-11-22 | Fuji Elec Device Tech Co Ltd | Sn-Sb-Ge solder alloy |
| GB2426251B (en) * | 2005-05-20 | 2007-10-10 | Fuji Elec Device Tech Co Ltd | Solder alloy and a semiconductor device using the solder alloy |
| CN101905388B (zh) * | 2005-05-20 | 2012-05-30 | 富士电机株式会社 | 一种制造半导体装置的方法 |
| CN102637662A (zh) * | 2005-05-20 | 2012-08-15 | 富士电机株式会社 | 使用焊料合金的半导体装置 |
| CN101587870A (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-25 | 富士电机电子技术株式会社 | 半导体器件 |
| JP2014004590A (ja) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Tamura Seisakusho Co Ltd | はんだ組成物 |
| WO2015041018A1 (ja) | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 住友金属鉱山株式会社 | Ｂｉ基はんだ合金、並びにそれを用いた電子部品のボンディング方法および電子部品実装基板 |
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