JP2022026896A - はんだ合金および成形はんだ - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒートサイクル試験における信頼性が向上したＰｂフリーの高温はんだ合金および成形はんだの提供。【解決手段】１重量％以上９重量％以下のＡｌと、１重量％より大きく２重量％以下のＧｅと、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる、はんだ合金であり、０．０１重量％以上１．０％重量％未満のＮｉまたはＣｏを含み、一定の形状に成形された成形はんだである。ＺｎＡｌＧｅによる三元共晶により融点を低下させるとともに、ＡｌおよびＧｅの固溶強化により接合強度が上昇し、信頼性が向上する。【選択図】図１
Description
本発明は、不可避不純物の重量％以上のＰｂ（鉛）を含まないはんだ合金および成形はんだに関する。
近年、はんだ業界では環境汚染を考慮し、Ｐｂを使用しないＰｂフリーはんだとして、Ｓｎ（スズ）を主成分とするはんだが広く用いられている。しかし、パワートランジスタ素子のボンディングまたは各種電子部品と基板の接合では、Ｐｂ－５重量％Ｓｎ合金に代表されるＰｂ－Ｓｎ系はんだ合金が、従来から用いられている。Ｐｂフリー高温はんだ合金がいくつか提案されているが、Ｐｂ－Ｓｎ系はんだ合金の代替となるＰｂフリー高温はんだ合金は、未だに実用化されていない。
Ｐｂフリー高温はんだ合金として、ＺｎにＡｌを１～９重量％を添加し、その他にＧｅ（ゲルマニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、ＳｎまたはＩｎ（インジウム）を添加したＺｎ系はんだ合金の一例が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、接合信頼性について、ヒートサイクルを５００回行った場合の評価結果が開示されている。しかし、特許文献１には、ヒートサイクル試験について、Ｐｂフリー高温はんだの信頼性評価に必要な５００回より多い回数の評価結果が示されていない。そのため、十分な信頼性が得られるか不明である。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、信頼性が向上したＰｂフリーのはんだ合金および成形はんだを得るものである。
本発明に係るはんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、１重量％より大きく２重量％以下のＧｅと、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。
本発明に係るはんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＮｉまたはＣｏと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。
本発明に係るはんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、それぞれの組成の合計が０．０１重量％以上１．０重量％未満となるＮｉおよびＣｏと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。
本発明に係る成形はんだは、上記のはんだ合金が一定の形状に成形されたものである。
本発明によれば、Ｚｎを主成分とし、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、１重量％より大きく２重量％以下のＧｅ、とを含有している。そのため、ＺｎＡｌＧｅによる三元共晶により融点を低下させるとともに、ＡｌおよびＧｅの固溶強化により接合強度が上昇し、信頼性が向上する。
本発明によれば、Ｚｎを主成分とし、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＮｉもしくはＣｏまたはその両方とを含有している。そのため、融点を低下させるとともに、金属間化合物の成長および粗大化を抑制できる。そのため、接合体の接合界面の割れが抑制され、信頼性が向上する。
実施の形態１．
不可避不純物の重量％以上のＰｂを含まないＰｂフリーのはんだ合金として、Ｚｎを主成分とするＺｎ系はんだ合金が知られている。本実施の形態１のはんだ合金は、ＰｂフリーのＺｎ系はんだ合金の一種である。
不可避不純物の重量％以上のＰｂを含まないＰｂフリーのはんだ合金として、Ｚｎを主成分とするＺｎ系はんだ合金が知られている。本実施の形態１のはんだ合金は、ＰｂフリーのＺｎ系はんだ合金の一種である。
Ｚｎ系はんだ合金には、融点が高すぎるという欠点がある。従来、使用されていたＰｂの融点が約３２８℃に対して、Ｚｎの融点が約４２０℃であり、Ｚｎの融点はＰｂの融点よりも約１００℃も高い。はんだは、金属を溶かし液体にして接合させる物であるため、融点が高すぎると接合させるための部品が壊れてしまうことがある。
本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金は、融点を下げるとともに、信頼性を向上させるものである。以下に、本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金の構成を説明する。
（Ａｌの添加）
本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌを含有する。ＺｎにＡｌを添加することにより融点を低下させ、さらに、はんだ合金の接合強度を上昇させることができる。このように、本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金は、Ａｌが添加されたＺｎ－Ａｌ系はんだ合金である。以下では、本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金を、Ｚｎ－Ａｌ系はんだ合金と称する。
本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌを含有する。ＺｎにＡｌを添加することにより融点を低下させ、さらに、はんだ合金の接合強度を上昇させることができる。このように、本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金は、Ａｌが添加されたＺｎ－Ａｌ系はんだ合金である。以下では、本実施の形態１のＺｎ系はんだ合金を、Ｚｎ－Ａｌ系はんだ合金と称する。
ＺｎにＡｌを添加することで、ＺｎＡｌ共晶反応によって固相線温度および液相線温度を３８０℃に低下させることができる。Ａｌが４重量％未満だと、合金状態図では融点が３９０℃より大きくなり、融点低下の効果が低減してしまう。一方、Ａｌが７重量％を超えると、合金状態図では融点が４００℃より大きくなり、実用的な温度ではなくなる。また、Ａｌの添加量が７重量％を超えると、はんだ合金が硬くなりすぎてしまい、その後のはんだ合金の加工が困難となってしまう。よって、Ａｌの重量％は、４重量％以上７重量％以下であることが望ましい。
また、ＺｎにＡｌを添加することは、固溶強化により機械的強度を増加させ、はんだ合金の亀裂の発生および亀裂の進展を抑える役割も果たす。
（Ｇｅの添加）
本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅを含有する。Ａｌが添加されたＺｎにＧｅを添加することにより融点をさらに低下させ、さらに固溶強化により、はんだ合金の接合強度を上昇させることができる。また、Ｚｎ－Ａｌ系はんだ合金にＧｅを添加することにより、はんだ合金の濡れ性が向上する。
本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅを含有する。Ａｌが添加されたＺｎにＧｅを添加することにより融点をさらに低下させ、さらに固溶強化により、はんだ合金の接合強度を上昇させることができる。また、Ｚｎ－Ａｌ系はんだ合金にＧｅを添加することにより、はんだ合金の濡れ性が向上する。
また、Ａｌが添加されたＺｎに１重量％を超えるＧｅを添加することで、ＺｎＡｌＧｅの三元共晶反応によって固相線温度を約３５０℃に低下させることができる。固相線温度を下げることによって、はんだが液体になる時間が相対的に長くなり、接合体への密着時間が増え接合が行われやすくなる。
また、融点測定結果からＧｅの添加量は０.５重量％以上であることが望ましい。融点測定結果については後で説明する。さらに、Ｇｅの量が少ないと、ＺｎＡｌＧｅの三元共晶の吸熱反応が小さくなり、はんだが液体に変化しにくくなることにより、母材と接合しにくくなるのでＧｅの添加量は１重量％を超えることが望ましい。
一方、Ｇｅの添加量が２重量％を超えると、Ｇｅの固溶強化により合金が硬くなりすぎてしまい、Ｇｅ添加後の加工が困難となってしまう。
本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲に収まることを条件に、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、１重量％を超え２重量％以下のＧｅとを含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる。そのため、ＺｎＡｌＧｅによる三元共晶により融点を低下させるとともに、ＡｌおよびＧｅの固溶強化により接合強度が上昇し、信頼性が向上する。評価方法および評価結果については、後で説明する。
（変形例１）
（Ｎｉ（ニッケル）の添加）
本変形例１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＮｉとを含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。さらに、Ｇｅの添加量を１重量％以上２重量％以下にしてもよい。これにより、はんだ合金の固相線温度を約３５０℃に低下させるだけでなく、はんだ合金が母材と接合されやすくなる。
（Ｎｉ（ニッケル）の添加）
本変形例１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＮｉとを含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。さらに、Ｇｅの添加量を１重量％以上２重量％以下にしてもよい。これにより、はんだ合金の固相線温度を約３５０℃に低下させるだけでなく、はんだ合金が母材と接合されやすくなる。
本変形例１の効果を説明する。Ｚｎ－Ａｌ系はんだ合金に限らず、はんだ合金全般に関する懸念事項は、融点の他にもある。その他の懸念事項の１つは、熱が加わったときに接合界面の金属間化合物（ＩＭＣ（ＩｎｔｅｒＭｅｔａｌｌｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ））が成長することである。金属間化合物とは、はんだを接合させる際、４００℃以上のリフローにより液体となったはんだ合金が接合相手に相互拡散し化合物を形成することによって、異なる金属同士を接合させる役割を果すものをいう。
例えば、Ｓｎと接合体であるＣｕ（銅）基板とを接合させると、ＳｎとＣｕとの界面にＣｕ６Ｓｎ５のような化合物が形成され、この化合物が異種金属を接合させる役割を果たす。しかし、金属間化合物は、硬い性質があるが、その反面、脆い性質もある。金属間化合物は、上記の役割を果たすが、何度も加熱されると、はんだまたは接合体の母材から金属元素を引き込んで成長し、粗大化してしまう。金属間化合物は、粗大化すると、脆い性質が顕著に現れ、熱変形によって割れる。その結果、接合界面が割れてしまうことになる。よって、粗大化した金属間化合物は、電気的不良などを起こす原因となる。
高温はんだは、高温の環境で使用されることが多く、上述したように、金属間化合物が成長し粗大化することが懸念される。これに対して、本変形例１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、融点を下げるだけでなく、温度－５５℃と温度１５０℃とを繰り返すヒートサイクルのような温度変化に対して、金属間化合物の成長および粗大化を抑制できる。評価方法および評価結果については、後で説明する。
（変形例２）
（Ｃｏ（コバルト）の添加）
本変形例２のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＣｏとを含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。さらに、Ｇｅの添加量を１重量％以上２重量％以下にしてもよい。これにより、はんだ合金の固相線温度を約３５０℃に低下させるだけでなく、はんだ合金が母材と接合されやすくなる。
（Ｃｏ（コバルト）の添加）
本変形例２のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＣｏとを含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。さらに、Ｇｅの添加量を１重量％以上２重量％以下にしてもよい。これにより、はんだ合金の固相線温度を約３５０℃に低下させるだけでなく、はんだ合金が母材と接合されやすくなる。
本変形例２のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金についても、温度－５５℃と温度１５０℃とを繰り返すヒートサイクルのような温度変化に対して、金属間化合物の成長を抑制できる。評価方法および評価結果については、後で説明する。
（変形例３）
（ＮｉおよびＣｏの添加）
本変形例３のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、それぞれの組成の合計が０．０１重量％以上１．０重量％未満となるＮｉおよびＣｏとを含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。さらに、Ｇｅの添加量を１重量％以上２重量％以下にしてもよい。これにより、はんだ合金の固相線温度を約３５０℃に低下させるだけでなく、はんだ合金が母材と接合されやすくなる。
（ＮｉおよびＣｏの添加）
本変形例３のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、それぞれの組成の合計が０．０１重量％以上１．０重量％未満となるＮｉおよびＣｏとを含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。さらに、Ｇｅの添加量を１重量％以上２重量％以下にしてもよい。これにより、はんだ合金の固相線温度を約３５０℃に低下させるだけでなく、はんだ合金が母材と接合されやすくなる。
本実施形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金を用いて、Ａｇメッキが施されている電子部品などにはんだ接合する場合、変形例１～３のようにＮｉまたはＣｏまたはその両方がはんだ合金に添加されている。そのため、ＮｉまたはＣｏがはんだ接合時に電子部品の電極とはんだ接合部の界面付近に移動して、微細なＮｉＡｇＺｎ３、ＣｏＡｇＺｎ３または（ＮｉＣｏ）ＡｇＺｎ３が形成される。そのため、電子部品の電極とはんだ接合部の界面付近おける、ＮｉＡｇＺｎ３層、ＣｏＡｇＺｎ３および（ＮｉＣｏ）ＡｇＺｎ３層の成長が抑制される。これにより、電子部品の電極とはんだ接合部の界面付近の亀裂の発生を抑制し、亀裂の進展を抑制させることができる。
なお、ＮｉもしくはＣｏの添加量が０．０１重量％未満である場合、またはその両方を合わせた添加量が０．０１重量％未満である場合、はんだ接合部付近の亀裂抑制の効果が得られなくなる。また、ＮｉもしくはＣｏ添加量が１．０重量％以上である場合、またはその両方を合わせた添加量が１．０重量％以上である場合、融点の上昇、合金が硬くなりすぎることによる加工性の低下、または金属間化合物の粗大化につながり、接合信頼性を阻害するおそれがある。
（実施例）
本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金について、溶製して試料を作成し、評価した結果を説明する。本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金の比較のために、比較例の試料も溶製した。
本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金について、溶製して試料を作成し、評価した結果を説明する。本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金の比較のために、比較例の試料も溶製した。
本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金および比較例のはんだ合金について、融点を測定した。融点について、日立ハイテクサイエンス社製の高感度型示査操作熱量計（ＤＳＣ７０００Ｘ）を用いて、２［℃／分］の昇温速度で測定した。また、加工性の評価として、各試料について、厚さ３［ｍｍ］の棒はんだを冷間圧延した。
図１は、実施の形態１に係るＺｎ－Ａｌ系はんだ合金および比較例のはんだ合金について、融点および加工性を評価した結果を示す表である。図１に示す表において、試料１～２０のうち、＊が付された試料１９および２０は比較例のはんだ合金である。以下では、試料１９を比較例１と称し、試料２０を比較例２と称する。図１において、偏析などの影響で溶製できなかった合金組成を「製造不可」と表記している。また、図１において、厚さ０．１５ｍｍまで圧延が問題無く可能だった場合を「○」とし、ひび割れが入るなどして圧延が困難だが０．１５ｍｍまで圧延可能だった場合を「△」とし、ひび割れが多数あり、途中でバラバラになってしまうことにより０．１５ｍｍまで圧延できなかった場合を「×」としている。
比較例１である試料１９は、従来のＰｂ－Ｓｎ系のはんだ合金である。図１に示すように、試料１０（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｎｉ：１重量％、残部：Ｚｎ）および試料１４（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｃｏ：１重量％、残部：Ｚｎ）および試料１８（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｎｉ：０．５重量％、Ｃｏ：０．５重量％）は、偏析などによる影響で狙いの組成がつくれず「製造不可」であった。
一方、試料６（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：５重量％、残部Ｚｎ）は固相線温度が３５２℃、液相線温度が３５６℃と理想的な温度範囲だが、Ｇｅが多いためはんだ合金が硬くなりすぎてしまい、加工性が「×」となった。
また、試料２０のように、Ｇｅが含まれていない場合、固相線温度が３８１℃、液相線温度が３８３℃となってしまい、実用的な温度ではなくなってしまう。
これに対して、試料２（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：０．５重量％、残部：Ｚｎ）および試料３（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、残部：Ｚｎ）は、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、固相線温度が３５６℃と比較例１よりも低く、加工性も「○」判定であった。また、試料７および８（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｎｉ：０．０１～０．１重量％、残部：Ｚｎ）は、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、固相線温度が３５５℃と比較例１よりも低く、加工性も「○」判定であった。さらに、試料１１および１２（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｃｏ：０．０１～０．１重量％、残部：Ｚｎ）も、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、固相線温度が３５５℃と比較例１よりも低く、加工性も「○」判定であった。
さらに、試料１５（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｎｉ：０．００５重量％、Ｃｏ：０．００５重量％、残部：Ｚｎ）、および試料１６（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｎｉ：０．０５重量％、Ｃｏ：０．０５重量％、残部：Ｚｎ）は、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、固相線温度が３５５℃もしくは３５６℃と比較例１よりも低く、加工性も「○」判定であった。このことから、ＮｉおよびＣｏの組成の合計が０．０１重量％以上０．１重量％以下の範囲で、相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、加工性も「○」判定となることが考えられる。つまり、ＮｉとＣｏの組成が異なっていても、組成の合計が０．０１重量％以上０．１重量％以下の範囲であれば、相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、加工性も「○」判定となる。
これに対して、試料９（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｎｉ：０．５重量％、残部：Ｚｎ）は、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、固相線温度が３５５℃と比較例１よりも低いが、合金がやや硬くなってしまい加工性が「△」判定であった。さらに、試料１３（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｃｏ：０．５重量％、残部：Ｚｎ）も、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、固相線温度が３５５℃と比較例１よりも低いが、合金がやや硬くなってしまい加工性が「△」判定であった。さらに、試料１７（Ａｌ：５重量％、Ｇｅ：１重量％、Ｎｉ：０．２５重量％、Ｃｏ：０．２５重量％、残部：Ｚｎ）も、固相線温度および液相線温度が３００℃～４００℃の範囲にあり、固相線温度が３５５℃または３５６℃と比較例１よりも低いが、合金がやや硬くなってしまい加工性が「△」判定であった。しかし、試料９、１３および１７は、加工性が「△」であって、「×」または「製造不可」にまで至っていないので、ＮｉもしくはＣｏの組成が０．５重量％以上１．０重量％未満の範囲、またはＮｉおよびＣｏの組成の合計が０．５重量％以上１．０重量％未満の範囲で、適用の余地がある。図１に示す評価結果から、本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、加工性を保ちながら、融点が低下していることがわかる。
次に、本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金および比較例のはんだ合金について、接合性および信頼性の評価を行った。ここでは、図１に示した１９個の試料のうち、試料１、３～５、７～９、１１～１３および１５～１７と、比較例である試料１９および２０との１５個の試料について評価した。
図２は、実施の形態１において、接合性および信頼性について評価した試料の一構成例を示す外観模式図である。図２に示すように、評価対象の試料は、Ｃｕ基板３の上にＺｎ系はんだ合金２およびＡｇダミーチップ１が搭載され、Ａｇダミーチップ１がＺｎ系はんだ合金２を介してＣｕ基板３に接合された構成である。
図２に示した試料の製造方法を簡単に説明する。Ｚｎ系はんだ合金２を圧下率１０～２０％の割合で薄く圧延し、約０．１５ｍｍの厚さのテープ状にした後、２．５ｍｍ×２．５ｍｍの角形状に打ち抜きペレット状にする。Ｃｕ基板３の上にペレット状のＺｎ系はんだ合金２を載せ、続いて、Ｚｎ系はんだ合金２の上に同じ形状およびサイズのＡｇダミーチップ１を載せる。そして、Ｚｎ系はんだ合金の液相線温度より４０℃高い温度をリフロー処理の設定温度に設定する。水素雰囲気において、試料を設定温度まで加熱し、設定温度に到達した後、３分保持するリフロー処理を行った。
接合性および信頼性の評価方法を説明する。リフロー後の各試料に対して、ヒートサイクル試験を行った。ヒートサイクル試験は、－５５℃の冷却と１５０℃の加熱とを１サイクルとし、このサイクルを５００回ずつ、合計２０００回まで行うものである。ヒートサイクル試験後、各試料の接合体を樹脂で覆い、樹脂で覆われた接合体に対して断面研磨を行った。そして、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）（日本電子株式会社製ＪＣＭ－５７００）を用いて接合面の断面を観察し、接合面に金属間化合物ができているか否かを確認した。
図３は、実施の形態１に係るＺｎ－Ａｌ系はんだ合金および比較例のはんだ合金について、接合性および信頼性を評価した結果を示す表である。図３は、ヒートサイクルの回数が５００回ごとに各試料の接合面を観察した結果を示す。図３に示す表において、Ａｇダミーチップ１とＺｎ系はんだ合金２との金属間化合物にクラックが入っている場合に「×」を示し、クラックが入っていない場合に「○」を示す。クラックが入っていない場合、接合性は良好と判断する。
図３に示すように、試料３～５、７、１１および１５のいずれもが、比較例１の試料１８と同様に、ヒートサイクルが１５００回まで、接合性が良好であり、Ｐｂ－Ｓｎ系はんだ合金と同等の信頼性が得られていることがわかる。さらに、試料８、９、１２、１３、１６および１７は、ヒートサイクルが２０００回の場合でも接合性が良好であり、Ｐｂ－Ｓｎ系はんだ合金よりも信頼性が向上している。
本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、１重量％より大きく２重量％以下のＧｅと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる構成である。本実施の形態１によれば、Ｚｎを主成分とし、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、１重量％より大きく２重量％以下のＧｅ、とを含有している。そのため、ＺｎＡｌＧｅによる三元共晶により融点を低下させるとともに、ＡｌおよびＧｅの固溶強化により接合強度が上昇し、Ｐｂ－Ｓｎ系はんだ合金よりも信頼性が向上する。
また、本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＮｉと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる構成であってもよい。さらに、本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％未満のＣｏと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる構成であってもよい。さらに、本実施の形態１のＺｎ－Ａｌ系はんだ合金は、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、組成の合計が０．０１重量％以上１．０重量％未満となるＮｉおよびＣｏと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる構成であってもよい。
本実施の形態１によれば、Ｚｎを主成分とし、１重量％以上９重量％以下のＡｌと、０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、０．０１重量％以上１．０重量％以下のＮｉもしくはＣｏ、または組成合計が０．０１重量％以上１．０重量％未満となるＮｉおよびＣｏとを含有している。そのため、融点を３００℃～４００℃に低下させるとともに、ヒートサイクルのような温度変化に対して金属間化合物の成長および粗大化を抑制できる。その結果、接合体の接合界面の割れが抑制され、Ｐｂ－Ｓｎ系はんだ合金よりも信頼性が向上する。
実施の形態２．
実施の形態１で説明したＺｎ－Ａｌ系はんだ合金の使用形態として、成形はんだが考えられる。本実施の形態２は、実施の形態１で説明したＺｎ－Ａｌ系はんだ合金を、成形はんだに適用したものである。
実施の形態１で説明したＺｎ－Ａｌ系はんだ合金の使用形態として、成形はんだが考えられる。本実施の形態２は、実施の形態１で説明したＺｎ－Ａｌ系はんだ合金を、成形はんだに適用したものである。
本実施の形態２の成形はんだは、実施の形態１で説明したＺｎ－Ａｌ系はんだ合金で構成される。本実施の形態２による成形はんだとしては、板状、線状およびリング状等の形状が可能である。本実施の形態２による成形はんだは、用途に合わせて、一定の形状に成形されたものである。成形はんだの形状および寸法は、限定されない。接合対象に適合するように、成形はんだの形状および寸法を適宜、選択すればよい。
実施の形態１で説明したＺｎ－Ａｌ系はんだ合金を成形はんだとする場合、フラックスを接合対象部材に塗布し、その上に成形はんだを置いて、決められた温度プロファイルで接合すればよい。フラックスとしては、任意のフラックスを用いることができ、例えば、ロジン系、フッ化系または塩素系フラックスを用いてもよい。また、フラックスの体積は、成形はんだと同体積、または成形はんだの１．２倍程度の体積になるように、フラックスを用いればよい。温度プロファイルの具体例として、２５０～３００℃で１００～１３０秒加熱する予備加熱工程の後、加熱ピーク温度を４３０℃以下として、４２０℃以上で１２０～１８０秒保持する加熱工程を行うことが考えられる。
１ Ａｇダミーチップ、２ Ｚｎ系はんだ合金、３ Ｃｕ基板。
本発明に係るはんだ合金は、１質量％以上９質量％以下のＡｌと、０．５質量％以上２質量％以下のＧｅと、０．０１質量％以上１．０質量％未満のＣｏと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。
本発明に係るはんだ合金は、１質量％以上９質量％以下のＡｌと、０．５質量％以上２質量％以下のＧｅと、それぞれの組成の合計が０．０１質量％以上１．０質量％未満となるＮｉおよびＣｏと、を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるものである。
Claims (4)
- １重量％以上９重量％以下のＡｌと、
１重量％より大きく２重量％以下のＧｅと、
残部がＺｎおよび不可避不純物からなる、はんだ合金。 - １重量％以上９重量％以下のＡｌと、
０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、
０．０１重量％以上１．０重量％未満のＮｉまたはＣｏと、を含み、
残部がＺｎおよび不可避不純物からなる、はんだ合金。 - １重量％以上９重量％以下のＡｌと、
０．５重量％以上２重量％以下のＧｅと、
それぞれの組成の合計が０．０１重量％以上１．０重量％未満となるＮｉおよびＣｏと、を含み、
残部がＺｎおよび不可避不純物からなる、はんだ合金。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載のはんだ合金が一定の形状に成形された成形はんだ。
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