JP2016087641A - Pb-FREE Al-Cu-BASED SOLDER ALLOY - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Pbを含まない、いわゆるPbフリーはんだ合金に関し、特に高温用として好適なPbフリーAl−Cu系はんだ合金に関する。 The present invention relates to a so-called Pb-free solder alloy containing no Pb, and more particularly to a Pb-free Al—Cu solder alloy suitable for high temperature use.
パワートランジスタ用素子のダイボンディングを始めとする各種電子部品の組立工程におけるはんだ付けでは、300℃程度のリフロー温度に耐えるように300〜400℃程度の比較的高温の融点を有するはんだ合金(以下、「高温用はんだ合金」とも称する)を用いた高温のはんだ付けが行われている。また、レーザー加熱法などによってはんだ合金の溶解を行う場合は、500〜550℃程度の温度ではんだ付けが行われている。このような高温用はんだ合金としては、Pb−5質量%Sn合金に代表されるPb系はんだ合金が従来から主に用いられている。 In soldering in the assembly process of various electronic components including die bonding of power transistor elements, a solder alloy having a relatively high melting point of about 300 to 400 ° C. so as to withstand a reflow temperature of about 300 ° C. High temperature soldering using “high temperature solder alloy” is also performed. Moreover, when melting a solder alloy by a laser heating method or the like, soldering is performed at a temperature of about 500 to 550 ° C. As such a high-temperature solder alloy, a Pb-based solder alloy represented by a Pb-5 mass% Sn alloy has been mainly used conventionally.
しかし、環境汚染に対する配慮から近年はPbの使用を制限する動きが強くなってきており、例えばRoHS指令などでPbは規制対象物質になっている。こうした動きに対応して、電子部品などの組立の分野においても、Pbを含まない(無鉛)はんだ合金、即ちPbフリーはんだ合金が求められている。 However, in recent years, there has been a strong movement to limit the use of Pb due to consideration for environmental pollution. For example, Pb has become a regulated substance under the RoHS directive. Corresponding to such a movement, in the field of assembling electronic parts and the like, a Pb-free (lead-free) solder alloy, that is, a Pb-free solder alloy is required.
中低温用(約140〜230℃)のはんだ合金では、Snを主成分とするPbフリーのはんだ合金が既に実用化されている。例えば、特許文献1には、Snを主成分とし、Agを1.0〜4.0重量%、Cuを2.0重量%以下、Niを0.5重量%以下、Pを0.2重量%以下含有するPbフリーはんだ合金が記載されている。また、特許文献2には、Agを0.5〜3.5重量%、Cuを0.5〜2.0重量%含有し、残部がSnからなるPbフリーのはんだ合金が記載されている。
In the case of solder alloys for medium and low temperatures (about 140 to 230 ° C.), Pb-free solder alloys mainly composed of Sn have already been put into practical use. For example, in
一方、高温用のPbフリーはんだ合金としては、Au−Sn系はんだ合金やAu−Ge系はんだ合金がある。しかし、これらのはんだ合金はAuを主成分とするため非常に高価であり、高い信頼性が求められる光デバイス関係の素子など限られた用途に留まっており、一般的な電子部品等に用いられることはほとんどない。そのため、一般的な電子部品等に用いられる比較的安価な高温用のはんだ合金においてPbフリーを実現するため、Bi系はんだ合金やZn系はんだ合金などの研究が進められている。 On the other hand, examples of high temperature Pb-free solder alloys include Au—Sn solder alloys and Au—Ge solder alloys. However, these solder alloys are very expensive because they contain Au as a main component, and are limited to limited applications such as optical device-related elements that require high reliability, and are used for general electronic components and the like. There is hardly anything. Therefore, in order to realize Pb-free in relatively inexpensive high-temperature solder alloys used for general electronic parts and the like, researches on Bi-based solder alloys and Zn-based solder alloys have been advanced.
例えば、Bi系はんだ合金については、特許文献3に、Biを含む共晶合金に2元共晶合金を加え、さらに添加元素を加えることによって、液相線温度の調整とばらつきの減少が可能なはんだ合金の生産方法が開示されている。また、Zn系はんだ合金については、例えば特許文献4に、Znに融点を下げるべくAlが添加されたZn−Al合金を基本とし、これにGe又はMgを添加した高温用Zn系はんだ合金が記載されている。この特許文献4には、さらにSn又はInを添加することによって、より一層融点を下げる効果があることも記載されている。
For example, for Bi-based solder alloys, it is possible to adjust the liquidus temperature and reduce variation by adding a binary eutectic alloy to a eutectic alloy containing Bi and further adding additional elements to
具体的には、特許文献4には、Alを1〜9質量%、Geを0.05〜1質量%含み、残部がZn及び不可避不純物からなる第1のZn合金、Alを5〜9質量%、Mgを0.01〜0.5質量%含み、残部がZn及び不可避不純物からなる第2のZn合金、Alを1〜9質量%、Geを0.05〜1質量%、Mgを0.01〜0.5質量%含み、残部がZn及び不可避不純物からなる第3のZn合金、Alを1〜9質量%、Geを0.05〜1質量%、Sn及び/又はInを0.1〜25質量%含み、残部がZn及び不可避不純物からなる第4のZn合金、Alを1〜9質量%、Mgを0.01〜0.5質量%、Sn及び/又はInを0.1〜25質量%含み、残部がZn及び不可避不純物からなる第5のZn合金、並びにAlを1〜9質量%、Geを0.05〜1質量%、Mgを0.01〜0.5質量%、Sn及び/又はInを0.1〜25質量%含み、残部がZn及び不可避不純物からなる第6のZn合金が記載されている。
Specifically, Patent Document 4 includes 1 to 9% by mass of Al, 0.05 to 1% by mass of Ge, the remaining Zn alloy consisting of Zn and inevitable impurities, and 5 to 9% by mass of Al. %, Mg is contained in an amount of 0.01 to 0.5% by mass, and the balance is a second Zn alloy composed of Zn and inevitable impurities. A third Zn alloy containing 0.01 to 0.5% by mass, the balance being Zn and inevitable impurities,
また、ロウ材用の接合材料としてAlやCuを用いる技術が提案されている。例えば特許文献5には、他の構成部材に熱的悪影響を与えることなく広い適用範囲で使用することができる上、接合特性を向上することができるAg、Al及びCuを主成分とする低温用ロウ材の製造方法が開示されている。具体的には、Agを25〜80重量%、Alを14〜75重量%、及びCuを1〜30重量%の配合割合で混合した原料からアトマイズ製法により合金粉末を作製し、これを薄い板状に圧縮成形することを特徴とするロウ材の製造方法について記載されている。 Further, a technique using Al or Cu as a bonding material for brazing material has been proposed. For example, Patent Document 5 discloses a low temperature material mainly composed of Ag, Al, and Cu that can be used in a wide range of application without adversely affecting other constituent members and that can improve bonding characteristics. A method for producing a brazing material is disclosed. Specifically, an alloy powder is produced from a raw material in which Ag is mixed at a blending ratio of 25 to 80% by weight, Al is 14 to 75% by weight, and Cu is 1 to 30% by weight. It describes a method for producing a brazing material characterized by compression molding into a shape.
特許文献6には、Alを主成分とし、Cuを11〜17原子%、Siを6.5原子%以下含むことを特徴とするロウ材について記載されており、このロウ材はAl同士若しくはAl合金同士の接合、叉はAl若しくはAl合金とセラミックとの接合に用いるロウ材の低融点化を図ることができ、良好な接合体を得ることができると記載されている。 Patent Document 6 describes a brazing material containing Al as a main component, Cu containing 11 to 17 atomic%, and Si containing 6.5 atomic% or less. It is described that it is possible to lower the melting point of a brazing material used for joining alloys or joining Al or Al alloy and ceramic, and to obtain a good joined body.
上記したように、パワートランジスタ用素子のダイボンディングやレーザー加熱法による水晶振動子の封止用はんだ付などの比較的高温で行われるはんだ付けにおいてPb−5質量%Sn合金に代替可能な高温用はんだ合金としては、例えばAu−20質量%SnやAu−12.5質量%GeなどのAu系はんだが実用化されているが、いずれも高価なAuを約80〜90質量%程度含有するため、極めて高い信頼性を要求される用途など特別な場合に限定して使用されているに過ぎない。高価なAuを用いないはんだ合金においても、上記した特許文献3に開示されているBi系はんだ合金は、液相線の温度調整のみで4元系以上の多元系はんだ合金になるうえ、Biの脆弱な機械的特性については効果的な改善がされていない。
As described above, Pb-5 mass% Sn alloy can be substituted for soldering performed at relatively high temperatures such as die bonding of power transistor elements and soldering for sealing crystal resonators by laser heating. As the solder alloy, for example, Au-based solders such as Au-20 mass% Sn and Au-12.5 mass% Ge have been put into practical use, but all contain about 80 to 90 mass% of expensive Au. It is used only in special cases such as applications that require extremely high reliability. Even in an expensive solder alloy that does not use Au, the Bi-based solder alloy disclosed in
特許文献4に開示されているZn系はんだ合金は、その組成の範囲内では合金の濡れ性が不十分である場合が多い。即ち、主成分であるZnは還元性が強いため自らは酸化されやすく、その影響により濡れ性が極めて悪くなると考えられる。また、AlはZnよりもさらに還元性が強いため、例えば1質量%以上添加した場合でも濡れ性を大きく低下させてしまう。そして、これら酸化したZnやAlに対しては、GeやSnを添加しても還元することができず、濡れ性を向上させることはできない。 The Zn-based solder alloy disclosed in Patent Literature 4 often has insufficient wettability within the composition range. That is, it is considered that Zn, which is the main component, is highly oxidizable because of its strong reducibility, and the wettability is extremely deteriorated due to its influence. Moreover, since Al is more reducible than Zn, for example, even when added in an amount of 1% by mass or more, wettability is greatly reduced. These oxidized Zn and Al cannot be reduced even if Ge or Sn is added, and the wettability cannot be improved.
このように、Zn−Al系合金は融点については300〜400℃程度(Zn−Al共晶温度:381℃)と好ましい範囲にあるものの、濡れ性の観点からは好ましくない合金である。さらに、Zn−Al系合金にMgなどが添加されると金属間化合物を生成して極めて硬くなり、良好な加工性が得られないという問題が生じるという場合がある。例えば、Mgを5質量%以上含有したZn−Al系合金は、加工の困難なワイヤ状やシート状などに加工することが実質的にできなくなる。 As described above, the Zn—Al-based alloy is an alloy that has a melting point of about 300 to 400 ° C. (Zn—Al eutectic temperature: 381 ° C.), but is not preferable from the viewpoint of wettability. Furthermore, when Mg or the like is added to a Zn—Al-based alloy, an intermetallic compound is generated and becomes extremely hard, which may cause a problem that good workability cannot be obtained. For example, a Zn—Al-based alloy containing 5% by mass or more of Mg cannot be processed into a wire shape or a sheet shape that is difficult to process.
また、特許文献5に開示されているロウ材は、Siチップの接合用としてはAg含有量が多すぎて液相線温度が高くなりすぎてしまう。このような高いAg含有量では接合温度が高すぎて、たとえ高温動作可能であるSiCチップに対しても使用することは不可能である。特許文献6に開示されているロウ材は、Al−Si合金が共晶合金からなるものの、非金属であるSiを第二成分としているため非常に硬くて脆い。さらにAl−SiにCuが加わればより一層脆さが顕著になり、はんだ合金をワイヤ、リボン、プルフォーム材などの形状に加工することが困難になる。 Further, the brazing material disclosed in Patent Document 5 has too much Ag content for bonding Si chips, and the liquidus temperature becomes too high. With such a high Ag content, the bonding temperature is too high, so that it cannot be used even for a SiC chip that can operate at a high temperature. The brazing material disclosed in Patent Document 6 is very hard and brittle because the Al—Si alloy is made of a eutectic alloy but Si, which is a nonmetal, is used as the second component. Further, when Cu is added to Al—Si, the brittleness becomes more prominent, and it becomes difficult to process the solder alloy into a shape such as a wire, a ribbon, and a pull foam material.
以上述べたように、高温用のPbフリーはんだ合金については所望の融点を有することと、加工性や濡れ性等の諸特性を有することとのバランスを図ることが大きな課題となっているが、Au−Sn系合金やAu−Ge系合金などに代表される高価なAu系はんだ合金を除いて未だこの課題は解決されていない。すなわち、従来のPb−5質量%Sn合金を代替できる安価な高温用Pbフリーはんだ合金が切望されているものの実用化されていないのが実情である。 As described above, for a high-temperature Pb-free solder alloy, it has been a big challenge to balance the desired melting point and having various properties such as workability and wettability. This problem has not been solved yet except for expensive Au-based solder alloys typified by Au-Sn alloys and Au-Ge alloys. That is, although an inexpensive high-temperature Pb-free solder alloy that can replace the conventional Pb-5 mass% Sn alloy is eagerly desired, it has not been put into practical use.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、半導体装置や電子部品の組立において例えばレーザー加熱法などによって半導体素子を基板に接合したり水晶振動子を筐体内に封止したりする際にとくに好適な約550℃以下の固相線温度を有し、接合性、加工性及び信頼性に優れるとともに、Au系はんだに比べて格段に安価な高温用のPbフリーはんだ合金を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in assembling a semiconductor device or an electronic component, for example, when a semiconductor element is bonded to a substrate or a crystal resonator is sealed in a casing by a laser heating method or the like. In particular, a high-temperature Pb-free solder alloy having a solidus temperature of about 550 ° C. or lower, excellent in bondability, workability and reliability, and much less expensive than Au solder is provided. With the goal.
上記目的を達成するため、本発明が提供するPbフリーのAl−Cu系はんだ合金は、Cu含有量が24.0質量%以上42.0質量%以下であり、残部がAl及び不可避不純物であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the Pb-free Al—Cu solder alloy provided by the present invention has a Cu content of 24.0% by mass or more and 42.0% by mass or less, and the balance is Al and inevitable impurities. It is characterized by that.
本発明によれば、電子部品の組立などにおいて例えばレーザー加熱法などによって接合する際にとくに好適な約550℃以下の固相線温度を有し、接合性、加工性及び信頼性に優れるとともに、Au系はんだに比べて格段に安価なPbフリーの高温用はんだ合金が得られる。 According to the present invention, it has a solidus temperature of about 550 ° C. or lower, which is particularly suitable for bonding by, for example, a laser heating method in the assembly of electronic components, etc., and has excellent bondability, workability and reliability, A Pb-free high-temperature solder alloy that is much cheaper than Au-based solder can be obtained.
本発明の実施形態のPbフリーAl−Cu系はんだ合金は、必須成分としてCuを含有し、残部が製造上不可避的に含まれる元素(不可避不純物)及びAlからなることを特徴としている。このようにAlとCuとを合金化することにより固相線温度を550℃以下まで下げることができ、且つ300℃程度のリフロー温度に十分耐えることができる。また、このPbフリーAl−Cu系はんだ合金は、接合性、加工性及び信頼性に優れている上、高価なAuを含まないのでAu系はんだに比べて格段に安価である。 The Pb-free Al—Cu-based solder alloy according to the embodiment of the present invention is characterized in that it contains Cu as an essential component, and the balance is composed of elements (inevitable impurities) that are inevitably included in production and Al. By alloying Al and Cu in this way, the solidus temperature can be lowered to 550 ° C. or lower, and the reflow temperature of about 300 ° C. can be sufficiently tolerated. Further, this Pb-free Al—Cu solder alloy is excellent in bondability, workability and reliability, and does not contain expensive Au, so it is much cheaper than Au solder.
このPbフリーAl−Cu系はんだ合金は、比較的融点が高いことから、一般的なはんだ接合のほか、レーザー加熱法などでの接合や封止用としても好適である。特に、Si半導体素子、SiC半導体素子、GaN半導体素子などの高温動作を特長とする半導体素子の接合用やパワートランジスタ用素子のダイボンディングなど、各種電子部品の組立工程での高温はんだ付け用として適している。また、水晶振動子封止素子の組立工程で用いる水晶振動子の封止用としても優れている。 Since this Pb-free Al—Cu solder alloy has a relatively high melting point, it is suitable not only for general solder bonding but also for bonding and sealing by a laser heating method or the like. Especially suitable for high temperature soldering in the assembly process of various electronic parts such as bonding of semiconductor elements featuring high temperature operation such as Si semiconductor elements, SiC semiconductor elements, GaN semiconductor elements, and die bonding of power transistor elements. ing. It is also excellent for sealing a crystal resonator used in the assembly process of the crystal resonator sealing element.
本発明の実施形態のPbフリーAl−Cu系はんだ合金は、上記した必須成分のCu及びAlに加えて、Ag、Sn、及びZnのうちの1種以上を含有してもよく、及び/又はInを含有してもよく、及び/又はNiを含有してもよく、及び/又はGe、Mg、及びSbのうちの1種以上を含有してもよく、及び/又はPを含有してもよい。このように、必須元素のCu及びAlに加えて更に元素を含有させることによりはんだ材料に求められる各種特性、例えば、接合性、加工性、信頼性、そして濡れ性などを使用要求に合わせて適宜調整することができる。以下、上記した本発明のPbフリーAl−Cu系はんだ合金に含有される各元素について詳細に説明する。 The Pb-free Al—Cu solder alloy of the embodiment of the present invention may contain one or more of Ag, Sn, and Zn in addition to the above-described essential components Cu and Al, and / or In may be included and / or Ni may be included, and / or one or more of Ge, Mg, and Sb may be included and / or P may be included. Good. In this way, various properties required for solder materials by adding further elements in addition to the essential elements Cu and Al, such as bondability, workability, reliability, and wettability, are appropriately adjusted according to usage requirements. Can be adjusted. Hereinafter, each element contained in the above-described Pb-free Al—Cu solder alloy of the present invention will be described in detail.
<Al−Cu>
Al及びCuは本発明のPbフリーAl−Cu系はんだ合金において、共に必須の成分をなす元素である。AlとCuとを合金化することにより固相線温度を548℃まで下げることが可能になる。しかし、まだ500℃以上の融点を有し、例えば代表的な高温用はんだであるPb−5質量%Snに比べて融点が高い。従って、現在、使用されている高温用はんだの全てを代替することはできないが、例えばレーザー接合法により接合や封止をする用途のはんだの場合は、基板ごと加熱するリフロー法と異なり、基板を部分的に昇温させるだけで済むので好適に使用することができる。さらに高温動作が特徴であるSiC用の接合用などにも使用できる。
<Al-Cu>
Al and Cu are elements that are both essential components in the Pb-free Al—Cu solder alloy of the present invention. By alloying Al and Cu, the solidus temperature can be lowered to 548 ° C. However, it still has a melting point of 500 ° C. or higher and is higher than, for example, Pb-5 mass% Sn, which is a typical high-temperature solder. Therefore, it is not possible to replace all the high-temperature solder currently used. However, in the case of solder that is used for bonding or sealing by, for example, laser bonding, unlike the reflow method in which the entire substrate is heated, Since it is only necessary to raise the temperature partially, it can be suitably used. Further, it can be used for bonding for SiC, which is characterized by high temperature operation.
Al−Cu合金はAlの含有率が67質量%、Cuの含有率が33質量%付近で共晶点の組成になり、Al固溶体とθ相から成る共晶合金を生成し、共晶温度は548℃である。Alは非常に柔らかい金属であるため、この組成付近のAl−Cuは柔軟な性質を示す。AlやCuは熱伝導性も優れることから半導体チップからの発熱を逃がすには好適であり、さらに電気伝導性も優れることから接合材として非常に適している。 The Al—Cu alloy has a composition of eutectic point when the Al content is 67% by mass and the Cu content is about 33% by mass, and produces a eutectic alloy composed of an Al solid solution and a θ phase. 548 ° C. Since Al is a very soft metal, Al—Cu in the vicinity of this composition exhibits flexible properties. Al and Cu are suitable for releasing heat generated from the semiconductor chip because of their excellent thermal conductivity, and are also very suitable as a bonding material because of their excellent electrical conductivity.
このようなAl−Cuはんだ合金の優れた効果を得るために必要なCuの含有量は24.0質量%以上42.0質量%以下である。Cu含有量が24.0質量%未満では固相線温度が高くなりすぎて接合時に十分に溶融せず、接合不良を起こしてしまうなどの問題が発生する。一方、42.0質量%を超えると金属間化合物の割合が多くなりすぎ、はんだ母相の強度が高くなりすぎてチップを破壊してしまったり、接合時に粗大な金属間化合物が存在してチップが傾いたりなどの問題を起こしてしまう。Cuの含有量は30.0質量%以上36質量%以下が好ましく、この範囲内の組成であれば上記した効果がより一層顕著に現れる。 The Cu content necessary for obtaining the excellent effect of such an Al—Cu solder alloy is 24.0% by mass or more and 42.0% by mass or less. If the Cu content is less than 24.0% by mass, the solidus temperature becomes too high, and it does not melt sufficiently at the time of bonding, causing problems such as poor bonding. On the other hand, if it exceeds 42.0% by mass, the proportion of intermetallic compounds will increase too much, the strength of the solder mother phase will become too high and the chip will be destroyed, or there will be coarse intermetallic compounds at the time of joining Will cause problems such as tilting. The Cu content is preferably 30.0% by mass or more and 36% by mass or less. If the composition is within this range, the above-described effects appear more remarkably.
<Ag、Sn、Zn>
Ag、Sn及びZnは本発明において各種特性を改善又は調整するために適宜含有される元素であり、これらの元素を含有させる主な効果はほぼ同じであり、接合性の向上にある。AgはAlに数質量%固溶する。そしてCuにはCu固溶体とAg固溶体から成る共晶合金を生成し、その共晶温度は779℃である。このようにAgはAlやCuに固溶したり、固溶体から成る共晶合金を生成するため、はんだ合金に含有させても加工性等の特性を落とすことはない。また、Agは一般に基板の最上面を構成するCuやNiなどの材料との反応性に富むため接合性の向上に寄与する。
<Ag, Sn, Zn>
Ag, Sn, and Zn are elements that are appropriately contained in the present invention in order to improve or adjust various properties, and the main effects of containing these elements are almost the same, and the bondability is improved. Ag is a solid solution of several mass% in Al. And in Cu, the eutectic alloy which consists of Cu solid solution and Ag solid solution is produced | generated, The eutectic temperature is 779 degreeC. As described above, Ag forms a solid solution in Al or Cu or produces a eutectic alloy composed of a solid solution. Therefore, even if contained in a solder alloy, characteristics such as workability are not deteriorated. In addition, Ag generally contributes to improving the bondability because it is highly reactive with materials such as Cu and Ni constituting the uppermost surface of the substrate.
このようなAgの添加の効果を得るために必要なAgの含有量は0.01質量%以上8.0質量%以下である。Ag含有量が0.01質量%未満では含有させる効果が実質的に現れず、8.0質量%を超えると液相線温度が高くなりすぎるので、たとえレーザーで部分的に高温に加熱しても十分に溶融せず、チップの傾きや極端な接合強度低下を引き起こしてしまう。Ag含有量が0.3質量%以上4.0質量%以下であれば上記したAgを含有させることによる効果がより一層顕著に現れるので好ましい。 The content of Ag necessary for obtaining such an effect of addition of Ag is 0.01% by mass or more and 8.0% by mass or less. If the Ag content is less than 0.01% by mass, the effect of inclusion does not appear substantially. If the Ag content exceeds 8.0% by mass, the liquidus temperature becomes too high. However, it does not melt sufficiently, leading to tip tilt and extreme reduction in bonding strength. It is preferable that the Ag content is 0.3% by mass or more and 4.0% by mass or less because the effect of containing Ag described above appears more remarkably.
SnはAlとはAl固溶体とSn固溶体から成る共晶合金を生成し、その共晶温度は228℃であって非常に低い。そしてCuには僅かしか固溶しない。Snは含有量が少なければSn−Cu金属間化合物によって強度が極端に上がるなどの悪影響を及ぼすことはない。また、Snは一般に基板の最上面を構成するCuやNiなどの材料と高い反応性を示すため濡れ広がりを向上させ、接合性を向上させる効果を奏する。 Sn forms a eutectic alloy composed of an Al solid solution and a Sn solid solution with Al, and the eutectic temperature is 228 ° C., which is very low. And only a little is dissolved in Cu. If the content of Sn is small, the Sn—Cu intermetallic compound does not adversely affect the strength. In addition, Sn generally exhibits high reactivity with materials such as Cu and Ni constituting the uppermost surface of the substrate, so that wetting and spreading are improved and bonding properties are improved.
このようなSnの添加の効果を得るために必要なSnの含有量は0.01質量%以上3.0質量%以下である。Sn含有量が0.01質量%未満では含有させた効果がほとんど現れず、3.0質量%を超えると金属間化合物によって硬くなりすぎたり、基板との反応層が厚くなりすぎ、はんだの応力緩和性を極端に低下させてしまったりする。Sn含有量が0.2質量%以上1.5質量%以下であれば上記したSnを含有させることによる効果がより一層顕著に現れるので好ましい。 The Sn content necessary to obtain such an effect of addition of Sn is not less than 0.01% by mass and not more than 3.0% by mass. When the Sn content is less than 0.01% by mass, the effect of inclusion is hardly exhibited, and when it exceeds 3.0% by mass, the intermetallic compound becomes too hard, the reaction layer with the substrate becomes too thick, and the stress of the solder The relaxation property may be extremely lowered. If the Sn content is 0.2% by mass or more and 1.5% by mass or less, it is preferable because the above-described effect of adding Sn appears more remarkably.
ZnはAlと共晶合金を生成する。そしてCuには30質量%以上固溶する。このようにZnはAlやCuと共晶合金を生成したり、多量に固溶したりするため、はんだ合金に含有させても20質量%以下であれば接合時に悪影響を及ぼすことはない。Znを含有させるメリットは接合性や加工性の向上にある。つまりZnはAgやSnなどよりもCuなどの基板の最上面を構成する材料との反応性に優れる。このため、接合時に基板やチップ裏面と速やかに反応して強固な接合を実現する。 Zn forms a eutectic alloy with Al. And it dissolves in Cu at 30% by mass or more. Thus, since Zn forms a eutectic alloy with Al or Cu or dissolves in a large amount, even if it is contained in the solder alloy, it does not have an adverse effect at the time of bonding if it is 20% by mass or less. The merit of containing Zn is to improve the bondability and workability. In other words, Zn is more reactive with a material constituting the uppermost surface of the substrate such as Cu than Ag or Sn. For this reason, it reacts with a board | substrate and a chip | tip back surface rapidly at the time of joining, and strong joining is implement | achieved.
しかし、Zn含有量が多くなりすぎるとはんだ合金の酸化物層が厚くなりすぎて濡れ性の低下等の問題を引き起こしてしまう。このため、Zn含有量の上限値は20.0質量%である。一方、Zn含有量の下限値は0.01質量%であり、この値未満では含有させても少なすぎて実質的に効果が現れない。Zn含有量が0.5質量%以上12.0質量%以下であれば上記したZnを含有させることによる効果がより一層顕著に現れるので好ましい。 However, if the Zn content is too high, the oxide layer of the solder alloy becomes too thick, causing problems such as a decrease in wettability. For this reason, the upper limit of Zn content is 20.0 mass%. On the other hand, the lower limit of the Zn content is 0.01% by mass, and if it is less than this value, there is too little even if it is contained, and substantially no effect appears. It is preferable that the Zn content is 0.5% by mass or more and 12.0% by mass or less because the effect of containing Zn described above appears more remarkably.
<In>
Inは本発明において各種特性を改善又は調整するために適宜含有される元素であり、Inを含有させる主な効果は柔軟性、加工性、及び応力緩和性の向上にある。InはAlに僅かにしか固溶せず、その固相線温度は156℃と低い。そしてCuには数質量%固溶する。Inは非常に柔らかい元素であり、前述のようにCuには数質量%固溶するため、はんだ合金に含有させることによって加工性や応力緩和性を向上させることができる。しかし、Alとは固相線温度が156℃と非常に低融点の合金を生成してしまうため、多く含有させることができず、In含有量の上限値は1.0質量%である。一方、In含有量の下限値は0.01質量%であり、0.01質量%未満では含有量が少なすぎて含有させた効果が実質的に現れない。In含有量が0.1質量%0.7以上質量%以下であれば上記したInを含有させることによる効果がより一層顕著に現れるので好ましい。
<In>
In is an element that is appropriately contained for improving or adjusting various properties in the present invention, and the main effect of containing In is to improve flexibility, workability, and stress relaxation. In is only slightly dissolved in Al, and its solidus temperature is as low as 156 ° C. Then, several mass% is dissolved in Cu. In is a very soft element and, as described above, dissolves in Cu by several mass%. Therefore, by incorporating it into a solder alloy, workability and stress relaxation can be improved. However, since Al forms an alloy with a solidus temperature of 156 ° C. and a very low melting point, it cannot be contained in a large amount, and the upper limit of the In content is 1.0% by mass. On the other hand, the lower limit of the In content is 0.01% by mass, and if it is less than 0.01% by mass, the content is too small and the effect of inclusion is not substantially exhibited. If the In content is 0.1% by mass or more and 0.7% by mass or less, the above-described effects due to the inclusion of In are more apparent, which is preferable.
<Ni>
Niは本発明において各種特性を改善又は調整するために適宜含有される元素であり、Niを含有させる主な効果は結晶微細化による加工性、信頼性等の向上にある。NiはAlにほとんど固溶しない。そしてNiの融点は1455℃と非常に高い。Niはその融点の高さからNiを含有させたはんだ合金を溶融し冷却させた際、まず溶融はんだ合金中に分散したNiが析出し、これが核となって結晶が成長する。このため、結晶微細化効果があり、信頼性等を向上させることができる。ただし、Niを多く含有させると結晶が粗大化したり、金属間化合物を多量に生成して硬くなり過ぎたりしてしまう。このため、Ni含有量の上限値は0.7質量%以下である。一方、Ni含有量の下限値は0.01質量%であり、0.01質量%未満では含有量が少なすぎて実質的に効果が現れない。Ni含有量が0.1質量%以上0.5質量%以下であれば上記したNiを含有させることによる効果がより一層顕著に現れるので好ましい。
<Ni>
Ni is an element that is appropriately contained for improving or adjusting various properties in the present invention, and the main effect of containing Ni is to improve workability, reliability and the like by crystal refining. Ni hardly dissolves in Al. Ni has a very high melting point of 1455 ° C. When Ni melts and cools the solder alloy containing Ni due to its high melting point, Ni dispersed in the molten solder alloy is first precipitated, and this serves as a nucleus to grow crystals. For this reason, there is a crystal refinement effect, and reliability and the like can be improved. However, if a large amount of Ni is contained, the crystal becomes coarse, or a large amount of intermetallic compounds are produced and become too hard. For this reason, the upper limit of Ni content is 0.7 mass% or less. On the other hand, the lower limit of the Ni content is 0.01% by mass, and if it is less than 0.01% by mass, the content is too small and substantially no effect appears. If the Ni content is 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less, it is preferable because the above-described effect of adding Ni appears more remarkably.
<Ge、Mg、Sb>
Ge、Mg及びSbは本発明において各種特性を改善又は調整するために適宜含有される元素であり、これらの元素を含有させる主な効果はほぼ同じであり、濡れ性の向上にある。GeはAlとはAl固溶体とGe固溶体から成る共晶合金を生成し、その共晶温度は420℃である。そしてCuとも共晶合金を作る。このように本発明のはんだ合金の主成分であるAlやCuと共晶合金を生成するGeは、はんだ合金に含有させることによって加工性を落とすことなく、また比較的酸化され易いAlの含有量を下げることによって濡れ性を向上させることが可能になる。
<Ge, Mg, Sb>
Ge, Mg, and Sb are elements that are appropriately contained in the present invention in order to improve or adjust various properties. The main effects of containing these elements are almost the same, and the improvement is in wettability. Ge produces an eutectic alloy composed of an Al solid solution and a Ge solid solution, and the eutectic temperature is 420 ° C. And eutectic alloy is made with Cu. Thus, Ge that forms a eutectic alloy with Al or Cu, which is the main component of the solder alloy of the present invention, is contained in the solder alloy, so that the workability is not lowered and the content of Al that is relatively easily oxidized. It is possible to improve the wettability by lowering.
このような効果を奏するGe含有量は0.01質量%以上10.0質量%以下である。Ge含有量が0.01質量%未満下では含有させる効果が実質的に現れず、10.0質量%を超えると半金属であるGeの硬くて脆い性質の影響が顕著になり始め、加工性や信頼性などを低下させてしまう。さらにGeの含有量が0.3質量以上7.0質量%以下であれば上記したGeを含有させることによる効果が一層顕著に現れるので好ましい。 The Ge content exhibiting such an effect is not less than 0.01% by mass and not more than 10.0% by mass. When the Ge content is less than 0.01% by mass, the effect of inclusion does not appear substantially. When the Ge content exceeds 10.0% by mass, the influence of the hard and brittle nature of Ge, which is a semimetal, starts to become noticeable. And reduce reliability. Furthermore, it is preferable if the Ge content is 0.3 mass% or more and 7.0 mass% or less because the effect of containing Ge described above appears more remarkably.
Mgは非常に還元性の強い元素である。このため、はんだ合金にMgを含有させることによってMgが自ら酸化してはんだ表面に薄い酸化物層を生成し、これによりはんだ合金の濡れ性を向上させる。さらにMgはAlに数質量%固溶し、Cuにも同様に数質量%固溶するので、固溶強化によってはんだ合金の強度を上げることができる。このような優れた特徴を持つMgではあるが、Mgは他の金属と多くの金属間化合物を作り、一般的にこのMgの金属間化合物は非常に硬いため、Mgをはんだ合金に多く含有させることはできない。 Mg is an element with very strong reducibility. For this reason, when Mg is contained in the solder alloy, Mg is oxidized by itself to form a thin oxide layer on the solder surface, thereby improving the wettability of the solder alloy. Furthermore, since Mg dissolves in several mass% in Al and also dissolves in Cu several mass%, the strength of the solder alloy can be increased by solid solution strengthening. Although Mg has such excellent characteristics, Mg makes many intermetallic compounds with other metals, and generally this Mg intermetallic compound is very hard, so Mg is contained in the solder alloy in a large amount. It is not possible.
上記の理由によりMgの含有量は0.01質量%以上0.5質量%以下である。Mg含有量が0.01質量%未満では含有させる効果が実質的に現れず、0.5質量%を超えると固溶強化の影響が大きくなったり金属間化合物の生成量が多くなったりして硬くなりすぎ、チップ割れの原因になる。Mg含有量が0.1質量%以上0.3質量%以下であれば上記したMgを含有させることによる効果がより一層顕著に現れるので好ましい。 For the above reasons, the Mg content is 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less. If the Mg content is less than 0.01% by mass, the effect of inclusion does not substantially appear. If the Mg content exceeds 0.5% by mass, the effect of solid solution strengthening increases or the amount of intermetallic compounds produced increases. It becomes too hard and causes cracking of the chip. If the Mg content is 0.1% by mass or more and 0.3% by mass or less, it is preferable because the above-described effect of adding Mg appears more remarkably.
SbはAlと1063℃という高融点のAlSb金属間化合物を生成する。そしてCuには数%固溶する。Sbを含有させる効果は濡れ性の向上である。即ち、Sbをはんだ合金に含有させてAlの含有量を減らすことにより濡れ性を向上させることができる。ただし、Sb含有量が多くなりすぎると高融点の金属間化合物を生成し、接合時に高融点金属間化合物の粒子によってチップの傾きを引き起こしたり、固相の金属間化合物が溶融はんだを溶け別れさせて偏析してしまったりする。このため、Sbの含有量の上限値は5.0質量%である。一方、Sb含有量の下限値は0.01質量%であり、この値未満ではSbを含有させた効果が実質的に現れない。Sb含有量が0.5質量%以上3.0質量%以下であれば上記したSbを含有させることによる効果がより一層顕著に現れるので好ましい。 Sb forms an AlSb intermetallic compound having a high melting point of 1063 ° C. with Al. And it dissolves in Cu several percent. The effect of containing Sb is improvement of wettability. That is, wettability can be improved by reducing the Al content by incorporating Sb into the solder alloy. However, if the Sb content is too high, an intermetallic compound having a high melting point is formed, and during the joining, particles of the high melting intermetallic compound cause tilting of the chip, or the solid intermetallic compound causes the molten solder to melt away. Or segregate. For this reason, the upper limit of content of Sb is 5.0 mass%. On the other hand, the lower limit of the Sb content is 0.01% by mass, and if it is less than this value, the effect of containing Sb does not substantially appear. If Sb content is 0.5 mass% or more and 3.0 mass% or less, since the effect by containing Sb mentioned above appears more notably, it is preferable.
<P>
Pは、本発明において各種特性を改善または調整するために適宜含有される元素であり、その主な効果は濡れ性の向上である。Pが濡れ性を向上させるメカニズムは以下のとおりである。即ち、PはAlやCuよりも還元性が強く、接合時に自らが酸化することによってはんだ合金表面の酸化を抑制する。また、Pは気体の酸化燐として接合面やはんだ中から酸素を持ち去る働きがあり、Cu基板やNiめっきの表面酸化膜を還元除去できる。このため、接合時にフォーミングガス(基板の酸化膜を還元するために水素を含有させたガス)を使用しなくても濡れ性を向上させることが可能になる。このように、Pは極めて高い濡れ性の向上効果を有しているので、優れた濡れ性が求められる水晶振動子の封止用はんだにおいて十分な濡れ性が確保できなかった場合は、Pを含有させることによる濡れ性向上の効果は大きい。
<P>
P is an element appropriately contained for improving or adjusting various properties in the present invention, and its main effect is improvement of wettability. The mechanism by which P improves wettability is as follows. That is, P is more reducible than Al and Cu, and suppresses oxidation of the solder alloy surface by oxidizing itself during bonding. Moreover, P has a function of carrying oxygen away from the bonding surface or solder as gaseous phosphorus oxide, and can reduce and remove the Cu substrate and the Ni plating surface oxide film. For this reason, wettability can be improved without using a forming gas (a gas containing hydrogen to reduce the oxide film on the substrate) during bonding. As described above, P has an extremely high wettability improving effect. Therefore, when sufficient wettability cannot be secured in the solder for sealing a crystal resonator that requires excellent wettability, P is used. The effect of improving wettability due to the inclusion is large.
また、Pの含有により、接合時にボイドの発生を低減させる効果も得られる。即ち、前述したように接合時にはんだ合金の主成分であるAlやCuよりも優先的にPの酸化が進むので、はんだ母相の酸化を防ぐと共に、電子部品等の接合面を還元して濡れ性を確保することができる。その結果、はんだや接合面表面の酸化物がなくなるため、酸化膜によって形成される隙間(ボイド)が発生し難くなり、接合性や信頼性等を向上させることができる。尚、PはAlやCu等のはんだ合金や基板を還元して酸化物になると、気化して雰囲気ガスに流されるため、はんだや基板表面等に残ることがない。このためPの残渣が信頼性等に悪影響を及ぼす可能性はなく、この点からもPは優れた元素と言える。 In addition, the inclusion of P also has the effect of reducing the generation of voids during bonding. That is, as described above, oxidation of P proceeds preferentially over Al and Cu, which are the main components of the solder alloy at the time of joining, so that the solder mother phase is prevented from being oxidized and the joint surfaces of electronic parts and the like are reduced and wetted. Sex can be secured. As a result, since the solder and oxides on the surface of the joint surface are eliminated, gaps (voids) formed by the oxide film are less likely to be generated, and jointability, reliability, and the like can be improved. Note that when P is reduced to an oxide by reducing a solder alloy such as Al or Cu or a substrate, it is vaporized and flowed into the atmosphere gas, so that it does not remain on the solder or the substrate surface. For this reason, there is no possibility that the residue of P adversely affects reliability and the like, and P can be said to be an excellent element from this point.
Pを含有させる場合の含有量は0.5000質量%以下とする。Pは非常に還元性が強いため、微量でも含有させれば濡れ性向上の効果が得られる。ただし、0.5000質量%を超えて含有しても、濡れ性向上の効果はあまり変わらず、過剰な含有によってPやP酸化物の気体が多量に発生してボイド率を上げてしまったり、Pが脆弱な相を形成して偏析し、はんだ接合部を脆化して信頼性を低下させたりする恐れがある。特にワイヤなどの形状に加工する場合に、断線の原因になりやすいことが確認されている。0.3000質量%以下であれば、その効果が一層現れて好ましい。 Content in the case of containing P shall be 0.5000 mass% or less. Since P is very reducible, the effect of improving wettability can be obtained if it is contained even in a trace amount. However, even if the content exceeds 0.5000% by mass, the effect of improving the wettability does not change so much, and excessive inclusion may generate a large amount of P or P oxide gas and increase the void ratio. There is a possibility that P forms a fragile phase and segregates, embrittles the solder joint and reduces reliability. In particular, it has been confirmed that wire breakage is likely to occur when processing into a shape such as a wire. If it is 0.3000 mass% or less, the effect appears further and it is preferable.
原料として、それぞれ純度99.9質量%以上のAl、Cu、Ag、Sn、Zn、In、Ni、Ge、Mg、Sb、P及びAuを準備した。大きな薄片やバルク状の原料については、溶解後の合金においてサンプリング場所による組成のバラツキがなく、均一になるように留意しながら、切断及び粉砕などにより3mm以下の大きさに細かくした。次に、これらの原料からそれぞれ所定量を秤量して、高周波溶解炉用のグラファイト製坩堝に入れた。 As raw materials, Al, Cu, Ag, Sn, Zn, In, Ni, Ge, Mg, Sb, P, and Au each having a purity of 99.9% by mass or more were prepared. Large flakes and bulk-shaped raw materials were reduced to a size of 3 mm or less by cutting and crushing while paying attention to ensure that the alloy after melting did not vary in composition depending on the sampling location. Next, a predetermined amount of each of these raw materials was weighed and placed in a graphite crucible for a high-frequency melting furnace.
上記各種原料の入った坩堝を高周波溶解炉に入れ、酸化を抑制するために窒素ガスを原料1kg当たり0.7リットル/分以上の流量で流した。この状態で溶解炉の電源を入れ、原料を加熱溶融させた。金属が溶融しはじめたら混合棒でよく撹拌し、局所的な組成のばらつきが起きないように均一に混ぜた。十分溶融したことを確認した後、高周波電源を切り、速やかに坩堝を取り出し、坩堝内の溶湯をはんだ母合金の鋳型に流し込んだ。鋳型は、はんだ母合金の製造の際に一般的に使用している形状と同様のものを使用した。 The crucible containing the various raw materials was placed in a high-frequency melting furnace, and nitrogen gas was flowed at a flow rate of 0.7 liter / min or more per kg of the raw material in order to suppress oxidation. In this state, the melting furnace was turned on to heat and melt the raw material. When the metal began to melt, it was stirred well with a mixing rod and mixed uniformly so as not to cause local compositional variations. After confirming sufficient melting, the high frequency power supply was turned off, the crucible was quickly taken out, and the molten metal in the crucible was poured into the mold of the solder mother alloy. A mold having the same shape as that generally used in the production of a solder mother alloy was used.
このようにして、上記各種原料の混合比率を変えることにより、試料1〜48の各PbフリーAl−Cu系はんだ母合金を作製した。得られた試料1〜48の組成をICP発光分光分析器(SHIMAZU S−8100)を用いて組成分析した。得られた組成分析結果を下記表1及び表2に示す。
In this way, each Pb-free Al—Cu solder mother alloy of
上記試料1〜48の各はんだ母合金を、下記の方法により液中アトマイズ装置を用いてボール状に加工した。その際の液体としては、はんだ合金の酸化抑制効果が大きい油を用いた。得られた各試料のボールは、下記の方法により所定の粒径に分級して収率を調べ、加工性を評価した。
Each solder mother alloy of
<ボールの製造方法>
準備した試料1〜48の各母合金(直径24mm、長さ80mm)を液中アトマイズ装置のノズルに投入し、このノズルを380℃に加熱した油の入った石英管の上部(高周波溶解コイルの中)にセットした。ノズル中の母合金を高周波により650℃まで加熱して3分保持した後、不活性ガスによりノズルに圧力を加えてアトマイズを行い、ボール状のはんだ合金とした。尚、ボール直径は設定値を0.30mmとし、予めノズル先端の直径を調整した。
<Ball manufacturing method>
Each mother alloy (diameter 24 mm, length 80 mm) of the
<加工性の評価(ボール収率)>
はんだ合金の加工性を評価するため、2軸分級器を用いて上記の方法により得られたボールを直径0.30±0.015mmの範囲で分級し、分級によって得られたボールの収率を下記計算式1により算出した。
<Evaluation of workability (ball yield)>
In order to evaluate the workability of the solder alloy, the balls obtained by the above method using a biaxial classifier are classified within a range of diameter of 0.30 ± 0.015 mm, and the yield of the balls obtained by classification is determined. It was calculated by the following
[計算式1]
ボール収率(%)=直径0.30±0.015mmのボール重量÷分級投入ボール重量×100
[Calculation Formula 1]
Ball yield (%) = ball weight of diameter 0.30 ± 0.015 mm ÷ classified ball weight × 100
次に、上記した試料1〜48のボール状の各はんだ合金を用い、基板との接合を行った後、下記に示す方法で接合後のはんだのアスペクト比を測定して濡れ性の評価とし、ボイド率を測定して接合性の評価とした。さらに、上記接合試験で得られた基板とはんだの接合体を用いて、下記に示す方法でヒートサイクル試験による信頼性評価を行った。
Next, using each of the ball-shaped solder alloys of
<濡れ性の評価(アスペクト比の測定)>
レーザーはんだ付け装置(アポロ精工社製)を起動し、窒素ガスを50L/分の流量で流した。そしてNiめっき層2(膜厚:3.0μm)を有するCu基板1(板厚:0.3mm)をレーザー照射部に自動搬送し、次にボール試料を供給して上記NiめっきされたCu基板1上に載せてレーザーにより0.3秒間、加熱・溶融し、その後該Cu基板1をレーザー照射部から自動搬送して、窒素雰囲気が保たれている搬送部で冷却し、十分に冷却した後大気中に取り出した。
<Evaluation of wettability (measurement of aspect ratio)>
A laser soldering apparatus (manufactured by Apollo Seiko Co., Ltd.) was started and nitrogen gas was allowed to flow at a flow rate of 50 L / min. Then, a
得られた接合体、即ち図2に示すようにCu基板1のNi層2にはんだ合金3が接合された接合体について、はんだ合金3のアスペクト比を求めた。具体的には、図3に示す最大はんだ高さYと、図4に示す最大はんだ濡れ広がり長さX1及び最小はんだ濡れ広がり長さX2を測定し、下記計算式2によりアスペクト比を算出した。アスペクト比が高いほど、接合されたはんだ厚さが薄く且つ面積が広くなっていることになり、濡れ性がよいと判断できる。
The aspect ratio of the
[計算式2]
アスペクト比=[(X1+X2)÷2]÷Y
[Calculation Formula 2]
Aspect ratio = [(X1 + X2) ÷ 2] ÷ Y
<接合性の評価(ボイド率の測定)>
上記濡れ性の評価の際と同様にして得られた図2に示す接合体について、はんだ合金が接合されたCu基板のボイド率をX線透過装置(株式会社東芝製、TOSMICRON−6125)を用いて測定した。具体的には、はんだ合金とCu基板の接合面を上部から垂直にX線を透過し、下記計算式3を用いてボイド率を算出した。
<Evaluation of bondability (measurement of void fraction)>
For the joined body shown in FIG. 2 obtained in the same manner as in the evaluation of the wettability, the void ratio of the Cu substrate to which the solder alloy is joined is measured using an X-ray transmission device (TOSMICRON-6125, manufactured by Toshiba Corporation). Measured. Specifically, X-rays were transmitted vertically through the joint surface of the solder alloy and the Cu substrate from above, and the void ratio was calculated using the following
[計算式3]
ボイド率(%)=ボイド面積÷(ボイド面積+はんだ合金とCu基板の接合面積)×100
[Calculation Formula 3]
Void ratio (%) = void area / (void area + solder alloy / Cu substrate bonding area) × 100
<信頼性の評価(ヒートサイクル試験)>
上記濡れ性の評価の際と同様にして得られた図2に示す接合体に対し、−40℃の冷却と250℃の加熱を1サイクルとして、所定のサイクル数だけ繰り返した。その後、はんだ合金が接合されたCu基板を樹脂に埋め込み、断面研磨を行い、SEM(日立製作所製 S−4800)により接合面を観察した。接合面に剥がれがある場合又ははんだ合金にクラックが入っていた場合を「×」、そのような不良がなく、初期状態と同様の接合面を保っていた場合を「○」とした。この評価結果を、前述のボール収率(加工性評価)、アスペクト比(濡れ性評価)、及びボイド率(接合性評価)の結果と共に下記表3及び表4に示す。
<Reliability evaluation (heat cycle test)>
The joined body shown in FIG. 2 obtained in the same manner as in the evaluation of the wettability was repeated a predetermined number of cycles, with -40 ° C. cooling and 250 ° C. heating taken as one cycle. Thereafter, the Cu substrate to which the solder alloy was bonded was embedded in the resin, cross-section polishing was performed, and the bonding surface was observed with SEM (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.). The case where the joint surface was peeled off or the solder alloy was cracked was indicated as “X”, and the case where there was no such defect and the same joint surface as in the initial state was maintained as “◯”. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4 below together with the results of the above-mentioned ball yield (workability evaluation), aspect ratio (wetability evaluation), and void ratio (bondability evaluation).
上記表3及び表4から分かるように、本発明の試料1〜33のはんだ合金は、いずれも各評価項目において良好な特性を示している。即ち、加工性の評価であるボール収率は高く、現在Au系はんだとして使用されている比較例の試料47(Au−12.5質量%Ge)、試料48(Au−20質量%Sn)と比較しても高収率であることが分かる。また、アスペクト比は全て6.3以上であって、はんだが薄く且つ広く濡れ広がっており、良好な濡れ性を有していた。ボイド率は最も高いものでも0.2%であり、良好な接合性を示した。そして、信頼性に関する試験であるヒートサイクル試験においては、500サイクル経過後も不良が現れず、良好な結果が得られた。
As can be seen from Tables 3 and 4 above, the solder alloys of
一方、比較例である試料34〜46(比較例のうち、試料47、48を除く)の各はんだ合金は、少なくともいずれかの特性において好ましくない結果となった。即ち、ボール収率は高くても43%と本発明の全試料よりも低く、ボイド率も2.5〜7.3%と本発明の全試料よりも明らかに悪かった。また、アスペクト比は全て5.2以下であり、試料34を除くと4.0以下であった。ヒートサイクル試験においては300回で全ての試料で不良が発生した。尚、本発明の試料1〜33のはんだ合金はAuを含有しておらず、非常に安価であることは明らかであり、実用性の高いはんだ合金であると言える。
On the other hand, each of the solder alloys of the samples 34 to 46 (excluding the
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JP2014224431A JP2016087641A (en) | 2014-11-04 | 2014-11-04 | Pb-FREE Al-Cu-BASED SOLDER ALLOY |
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CN114086043A (en) * | 2021-11-11 | 2022-02-25 | 武汉理工大学 | Ag-reinforced Al-Cu composite material and preparation method thereof |
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