特開2015-202507IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

高温はんだ合金に関する。本発明は、特には、本発明は、電気機器、電子機器、通信機器などの配線接続及び部品の接続などに用いる鉛フリーはんだ実装技術分野において利用される、鉛フリー高温はんだ合金

要約特許出願時に添付された[要約書]

【課題】 2階層リフローを必要とする表面実装部品の接合信頼性、特には、初期特性及び耐リフロー性を確保するため、被接合体とはんだ接合界面近傍の金属間化合物の生成を抑制するとともに、2階層リフロー時にはんだ接合部を再溶融させない組成を有する高温はんだ合金。
【解決手段】 スズを、0.05質量%〜0.3質量%含有し、残部は、ビスマス及び不可避不純物からなる高温はんだ合金、ならびに、スズを、0.05質量%〜0.3質量%含有し、さらに、銀を、0.5質量%〜11質量%含有し、残部は、ビスマス及び不可避不純物からなる高温はんだ合金を提供する。
【選択図】 なし

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

2階層リフローを必要とする表面実装部品の接合信頼性、特には、初期特性及び耐リフロー性を確保するため、被接合体とはんだ接合界面近傍の金属間化合物の生成を抑制するとともに、2階層リフロー時にはんだ接合部を再溶融させない組成を有する高温はんだ合金が必要とされている。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

課題を解決するために、本発明者らは、融点が比較的高いBiをベースとして、ごく微量のSnを添加したBi−Sn合金とすることで、所望の特性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【発明の効果】
本発明に係る高温はんだ合金は、被接合体とはんだ接合界面近傍のBiを含む金属間化合物の生成を抑制するとともに、リフロー工程ではんだ接合部を再溶融させず、耐リフロー性を確保することが可能となる。なお、本明細書において、温度260℃のリフロー工程で、はんだ接合部が再溶融しないことを、「はんだの耐リフロー性がある」と定義する。特には、Bi系はんだにSnを添加することで、被接合体の表面処理成分、例えば、Ni、P、Au、Ti等とSnとの金属間化合物を接合界面近傍に形成させてバリア層とすることで、該表面処理成分のはんだ中への拡散を抑えることが可能となる。また、Snの添加量を所定の範囲にすることで低融点のSnを減らし、2階層リフロー時にはんだが再溶融しない接合部を確保することができる。これにより、接合信頼性の確保が可能となる。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】図1は、本発明に係る高温はんだ合金が好ましく使用される表面実装部品、及び2階層リフロー工程を説明する概念図である。

【図2】図2は、本発明に係る高温はんだ合金を用いて、チップと基板を接合した接合体の断面を示す模式図である。

【図3】図3は、Snを含有しないBiはんだ合金を用いて、チップと基板を接合した接合体の断面を示す模式図である。

【図4】図4は、実施例1において用いた、接合サンプルを示す概念図である。

【図5】図5は、実施例1におけるリフロー工程の温度プロファイルを示すグラフである。

【図6】図6は、本発明に係る高温はんだ合金を用いた図4に示す接合体の、せん断試験による破断面の観察結果を示すものである。

【図7】図7は、Snを添加しないBiはんだ合金を用いた接合体の、せん断試験による破断面の観察結果を示すものである。

【図8】図8は、本発明に係る高温はんだ合金を用いた図2に示す接合体の、接合面に垂直な断面の観察結果を示す。

【図9】図9は、Snを添加しないBiはんだ合金を用いた図3に示す接合体の、接合面に垂直な断面の観察結果を示す。

【図10】図10は、Bi−Sn二元合金状態図を示す。

【図11】図11は、本発明に係る高温はんだ合金と、比較例のはんだ合金の、リフロー工程後のボイドの変化を示す顕微鏡写真である。

【図12】図12は、実施例2におけるリフロー工程の温度プロファイルを示すグラフである。

【図13】図13は、基板に対するはんだ合金のぬれ広がり面積及び接触角の測定概要を模式的に示す図である。

【図14】図14は、BiへのAg添加量を変化させたときの、濡れ広がり面積と接触角の変化を示すグラフである。

1 高温はんだ合金   1a 高温はんだ合金層   1b Ni−Sn化合物層   2 Siチップ(SiCチップ)   20 Si層   21 Al−Si膜   22 Ni−P膜   23 Auめっき膜   3 基板   4 ワイヤボンディング   5 封止材   9 Snを含まないはんだ合金   9a はんだ合金層   9b Bi−Ni金属間化合物層   50 ボイド   100 半導体装置   200 SOP   300 QFP   400 プリント基板

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