無鉛軟釬料合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所要解決的技術問題是以低廉的成本提供一種無鉛軟釬料合金，其具有高可靠性和優(yōu)異的軟釬焊接合特性，并適于微細電子部件的安裝。本發(fā)明的無鉛軟釬料合金具有以下的組分：Ag為0.5～1.5重量%，Cu為0.3～1.5重量%，Ni為0.01～0.2重量%，Ga為1.0重量%以下，剩余部分由Sn及不可避免的雜質組成。
【專利說明】無鉛軟釬料合金
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無鉛軟釬料，具體地涉及適于在電子部件中使用的微小軟釬焊接合的無鉛軟釬料合金及使用該軟釬料合金的軟釬焊接合。
【背景技術】
[0002]近年來，考慮地球環(huán)境的無鉛軟釬料廣泛普及。例如，Sn - Cu類、Sn — Cu — Ni類、Sn — Ag 類、Sn — Ag — Cu 類、Sn — Zn 類、Sn — Ag — Bi 類、Sn — Sb 類、Sn — Bi 類、Sn —In類、Al — Si類、Bi — Zn類的無鉛軟釬料合金、以及在這些無鉛軟釬料合金中適當添加N1、Co、Ge、Ga、Cr、P、S1、T1、V、Mn、Fe、Zr、Nb、Mo、Pd、Te、Pt、Au 等所形成的無鉛軟釬料合金被提出，并正在實用化。并且，在上述無鉛軟釬料合金中，尤其是Sn - Cu類、Sn — Ag —Cu類、以及Sn — Cu — Ni類的共晶軟釬料合金，被廣泛使用。
[0003]另一方面，伴隨著個人電腦、便攜終端等的小型化，搭載在這些電子儀器上的電子部件也正在小型化，在安裝中也非常傾向于微細化。另外，安裝形態(tài)也采用BGA(ball gridarray,球柵陣列)、CSP (Chip Size Package,芯片尺寸封裝)技術、含有微細無鉛軟釬料合金粉末的軟釬料膏。
[0004]另外，作為與微細化安裝相對應的無鉛軟釬料合金，例如Sn — 3.0%Ag- 0.5%Cu組分(重量％)的無鉛軟釬料合金已經得以實用化，但由于其含有3.0%的Ag，因此成為價格昂貴的軟釬料合金，因此需要一種更廉價且接合特性好、可靠性高的無鉛軟釬料合金，并且各種研究正在進行。
[0005]例如，在專利文獻I中例示了以下的無鉛軟釬料合金:其將Sn — Ag — Cu作為基本組分，Ag為1.0~2.0重量％，Cu為0.3~1.5重量％，剩余部分由Sn組成，并且適當添加Sb、Zn、N1、Fe,與含3.0重量％的Ag的無鉛軟釬料合金相比,價格更低廉,而且接合可靠性、抗摔打沖擊性更優(yōu)異。然而，該無鉛軟釬料合金與以往的Sn — 3.0%Ag — 0.5%Cu組分(重量％)的無鉛軟釬料合金相比，在濕潤性、軟釬焊接合部的抗氧化性等方面還殘留有問題。
[0006]另外，在專利文獻2中例示了如下的無鉛軟釬料合金:將Sn — Ag — Cu — Ni作為組分，Ag為0.1~1.5重量％、Cu為0.5~0.75重量％、Ni為12.5Cu/Ni ( 100的比例，剩余部分由Sn組成。
[0007]然而，該無鉛軟釬料合金也與專利文獻I同樣地，與以往的Sn — 3.0%Ag — 0.5%Cu組分(重量％)的無鉛軟釬料合 金相比，在濕潤性、軟釬焊接合部的抗氧化性等方面殘留有問題。
[0008]并且，在專利文獻3中例示了使用如下的無鉛軟釬料合金的軟釬料膏:將Sn — Ag作為基本組分，Ag為0.2~1.0重量％，剩余部分由Sn組成，并且Cu和/或Sb以總計1.0重量％以下進行添加,從N1、Co、Fe, Mn, Cr及Mo中選出的一種或兩種以上以總計0.3重量％以下進行添加，從B1、In及Zn中選出的一種或兩種以上以總計0.5重量％以上3.0重量％以下進行添加，從P、Ga及Ge中選出的一種或兩種以上以總計0.2重量％以下進行添加。然而，該專利限定了軟釬料膏的形態(tài)，此外其用途也被限定為防止芯片豎立7立h).因此，需要一種除軟釬料膏外、例如在BGA等中也能應用的具有通用性的無鉛軟釬料合金組分。
[0009]另外，如專利文獻4所示，本發(fā)明人提出了如下的無鉛軟釬料合金:將Sn— Cu-N1-Ga作為組分，Cu為2重量％以下，Ni為0.002?0.2重量％，Ga為0.001重量％以下，剩余部分由Sn組成。然而，需要一種在濕潤性、抗摔打沖擊性方面具有更優(yōu)異的特性的無鉛軟釬料合金。
[0010]現有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:專利2002 - 239780號公報
[0013]專利文獻2:國際公開W02007/081006號公報
[0014]專利文獻3:特開2001 - 58286號公報
[0015]專利文獻4:特開2008 — 142721號公報

【發(fā)明內容】

[0016]發(fā)明所要解決的技術問題
[0017]如上所述，本發(fā)明所要解決的問題是以低廉的成本提供如下無鉛軟釬料合金:具有適于近年快速普及的小型化電子儀器的、高可靠性和優(yōu)異的軟釬焊接合特性，并適于微細電子部件的安裝。
[0018]解決技術問題的技術手段
[0019]在此，本發(fā)明人基于將Sn — Cu — Ni作為基本組分的無鉛軟釬料合金、對各成分的配比量及更多的添加成分進行了研究，結果發(fā)現:通過新加入Ag及Ga，并使各成分的含量分別為以下組分:Cu為0.3?1.5重量％、Ni為0.01?0.2重量％、Ag為0.5?1.5重量％、Ga為1.0重量％以下、剩余部分由Sn及不可避免的雜質組成，而得到機械特性、尤其是抗沖擊性優(yōu)異的軟釬料特性，由此完成本發(fā)明。
[0020]發(fā)明效果
[0021]本發(fā)明的無鉛軟釬料合金由于是由不含鉛的組分構成，因此能夠提供考慮環(huán)境的軟釬焊接合，而且抗沖擊特性等機械特性優(yōu)異，因此具有很高的可靠性，從而能夠應用到與近年快速普及的便攜終端、數字產品等小型化相對應的微細的軟釬焊接合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是表示對Cu板使用本發(fā)明的實施例及比較例的無鉛軟釬料合金進行了軟釬焊的試樣的接合剖面的觀察結果的圖。
[0023]圖2是表示對Ni板使用本發(fā)明的實施例及比較例的無鉛軟釬料合金進行了軟釬焊的試樣的接合剖面的觀察結果的圖。
【具體實施方式】
[0024]下面對本發(fā)明的軟釬料材料進行詳細說明。
[0025]本發(fā)明的無鉛軟釬料合金是基于將Sn — Cu — Ni作為基本組分的無鉛軟釬料合金，新加入Ag及Ga，并使各成分的含量分別為:Cu為0.3?1.5重量％、Ni為0.01?0.2重量％、么8為0.5?1.5重量％、Ga為1.0重量％以下、剩余部分由Sn及不可避免的雜質組成。
[0026]S卩，本發(fā)明的無鉛軟釬料合金，通過在將Sn作為主要成分并添加了 Cu及Ni的基本組分所組成的無鉛軟釬料合金中添加特定量的Ag，使針對被接合物的開始濕潤加快，并且使軟釬焊接合部的合金自身的機械強度提高。即，濕潤性和機械強度提高。
[0027]另外，在使用由Sn — Cu組分所組成的軟釬料合金進行軟釬焊接合的情況下，Sn與Cu發(fā)生反應，從而在與銅板的接合界面處生成諸如Cu6Sn5或Cu3Sn的金屬互化物。為了在軟釬焊接合中具有機械強度，這樣的金屬互化物是必要的，但已知過剩的金屬互化物的生成會削弱接合界面。因此，通過添加與Cu具有完全固溶關系的Ni，在接合對象為銅板的情況下，Ni在接合界面附近與Cu發(fā)生反應，而形成鎳阻擋層。由此，可以抑制金屬互化物的生成、長大。
[0028]另外，已知:關于Ga的添加效果，除了抗氧化效果之外，溶解合金的表面張力降低的同時，接合時的擴散濕潤性加快，因此接合強度提高。另外，還具有抑制在接合界面附近處Sn — Cu金屬互化物的異常生成的效果。在接合對象為鎳板的情況下，鎳阻擋層不發(fā)揮功效，但如果添加作為本發(fā)明的無鉛軟釬料合金的組分的Ga，則可抑制Ni的擴散，強化接合界面，從而實現接合強度優(yōu)異的軟釬焊接合。
[0029]本發(fā)明的由Sn — Ag — Cu — Ni — Ga組分所組成的無鉛軟釬料合金具有以下作用:通過添加Ag來提高軟釬料合金的機械強度；通過添加Ni及Ga來抑制在軟釬焊接合界面生成的金屬互化物的過多的產生，因此能夠長期維持機械強度提高了的堅固的軟釬焊接合，由此具有很高的可靠性。
[0030]作為在本發(fā)明的無鉛軟釬料合金中使用的Ag的添加量，優(yōu)選0.5?1.5重量％，在該范圍內，機械強度、尤其是抗沖擊特性提高。另外，在Ag的添加量為1.0?1.2重量％時，效果更為顯著。并且，在Ag添加量不足0.5重量％或超過1.5重量％的情況下，會產生不能充分發(fā)揮機械強度等弊病。
[0031]作為在本發(fā)明的無鉛軟釬料合金中使用的Ga的配比量，在具有本發(fā)明效果的范圍內沒有特別的限制，優(yōu)選1.0重量％以下，更優(yōu)選0.0001?0.1重量％。已知:通過添加Ga，除實現抗氧化效果外，溶解合金的表面張力降低的同時，接合時的擴散濕潤性加快，因此接合強度提高。為了達到本發(fā)明的效果、即抑制在接合界面附近處Sn — Cu金屬互化物的異常生成，Ga的配比量為0.0001重量％?0.1重量％是有效的，并且，尤其是0.0001重量％?0.03重量％是有效的。
[0032]作為在本發(fā)明的無鉛軟釬料合金中使用的Ni的配比量，優(yōu)選0.01?0.2重量％，更優(yōu)選0.03?0.07重量％。并且，在Ni添加量不足0.01重量％或超過0.2重量％的情況下，會發(fā)生在接合界面不能充分地形成金屬互化物或熔點上升等問題。
[0033]作為在本發(fā)明的無鉛軟釬料合金中使用的Cu的添加量，優(yōu)選0.3?1.5重量％，更優(yōu)選0.5?1.0重量％。并且,在Cu添加量不足0.3重量％或超過1.5重量％的情況下,會發(fā)生熔點上升等問題。
[0034]另外，在具有本發(fā)明效果的范圍內，即使向本發(fā)明的無鉛軟釬料合金組分Sn —Ag-Cu-N1-Ga中添加其他成分也不會有任何問題,例如可以添加Ge或P等具有抗氧化效果的成分等。[0035]進一步地，本發(fā)明的無鉛軟釬料合金在具有本發(fā)明效果的范圍內可以加工成任意
的形狀，例如BGA、微細粉末、線狀及預成型等，并且也可以將粉末和助焊劑混合后加工成軟
釬料膏等形態(tài)來進行使用。
[0036]另外、無鉛軟釬料合金的使用方法也可根據浸焊、回流焊、烙鐵焊等軟釬焊形狀而
任意選擇。
[0037]實施例
[0038]下面，基于本發(fā)明人進行的實驗結果對本發(fā)明進行說明。
[0039]用通常的方法準備如表1所示的組分的無鉛軟釬料合金并進行了實驗。另外，表
I所示的數值為重量％。
[0040][表 I]
[0041]
【權利要求】
1.一種無鉛軟釬料合金，其特征在于，Ag為0.5?1.5重量％，Cu為0.3?1.5重量％，Ni為0.0l?0.2重量％，Ga為1.0重量％以下，剩余部分由Sn及不可避免的雜質組成。
2.如權利要求1所述的無鉛軟釬料合金，其中，Ag的添加量為1.0?1.2重量％。
3.如權利要求1或2所述的無鉛軟釬料合金，其中，Ga的添加量為0.0001?0.1重量％。
4.如權利要求1至3中任一項所述的無鉛軟釬料合金，其中，Ga的添加量為0.0001?0.03重量％。
5.如權利要求1至4中任一項所述的無鉛軟釬料合金，其中，Ni的添加量為0.03?0.07重量％。
6.如權利要求1至5中任一項所述的無鉛軟釬料合金，其中，Cu的添加量為0.5?1.0重量％。
7.一種軟釬焊接頭，使用權利要求1至6中任一項所述的無鉛軟釬料進行軟釬焊。
【文檔編號】H05K3/34GK103476541SQ201280018676
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月16日 優(yōu)先權日:2011年4月15日
【發(fā)明者】西村哲郎 申請人:日本斯倍利亞社股份有限公司