[發明專利]焊錫材料及電子部件接合體

有效

• 申請號: 201410196746.4
• 申請日: 2010-04-19
• 公開（公告）號: CN103962744A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 酒谷茂昭;古澤彰男;末次憲一郎;中村太一
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K1/00;B23K1/19
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 蔣亭

本申請是申請號：201080001875.3，申請日：2010.04.19，發明名稱：“焊錫材料及電子部件接合體”的申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及無鉛的焊錫材料、使用該焊錫材料的電子部件接合體及電子部件接合體的制造方法。

另外，本說明書中，為了說明焊錫材料的金屬組成，有時在Sn以外的金屬元素前表示數值或數值范圍，這像在該技術領域中通常所使用的那樣，用數值或數值范圍表示各元素在金屬組成中所占的重量％，平衡部分由Sn構成。

背景技術

將電子部件安裝于基板時，通常利用電連接性優異且生產性與作業性高的錫焊進行接合。

作為焊錫材料，目前開始使用含鉛的Sn-Pb共晶焊錫，但作為代替Sn-Pb共晶焊錫的材料，引入研究了各種無鉛焊錫并開始應用于實際。

現在，作為無鉛焊錫，通常使用Sn-0.7Cu、Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In等(例如參見專利文獻1)。上述無鉛焊錫具有與Sn-Pb共晶焊錫同等程度的連接可靠性，例如即使實施1000次在-40℃與85℃之間的溫度循環試驗，也可以得到不發生導致產品功能停止的連接不良的接合品質。

另外，提出了在Sn-Ag-In-Bi系焊錫中添加選自Sb、Zn、Ni、Ga、Ge及Cu中的至少1種而成的無鉛焊錫(參見專利文獻2)。更詳細而言，專利文獻2公開了含有0.5～5重量％Ag、0.5～20重量％In、0.1～3重量％Bi、3重量％以下選自Sb、Zn、Ni、Ga、Ge及Cu中的至少一種以及余量為Sn的無鉛焊錫，其實施例中記載了即使實施1000～2000次在-40℃與125℃之間的溫度循環試驗，焊錫合金也未見變形。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本專利3040929號公報

專利文獻2:日本特開2004-188453號公報

對于暴露于汽車發動機室等嚴酷的溫度環境中的用途，要求焊錫接合部具有更高的耐久性，更詳細而言，要求耐熱疲勞特性。作為與汽車的發動機室相當的可靠性條件，要求進行在-40℃與150℃之間的溫度循環試驗，即使實施3000次上述試驗，也不發生導致產品功能停止的連接不良(以下，本說明書中簡單稱為“連接不良”)。

但是，上述現有的無鉛焊錫不具有能夠滿足被暴露于上述嚴酷的溫度環境下的用途的耐熱疲勞特性。

例如，將使用Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In(專利文獻1)的焊錫材料得到的電子部件接合體實施-40℃與150℃之間的溫度循環試驗時，至1000個循環時發生連接不良。

進而，即使是使用Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In-0.5Sb(專利文獻2)的焊錫材料由回流焊(reflow soldering)得到的電子部件接合體，也能發生圖8所示的龜裂67(圖8中，龜裂67表示龜裂的假想路徑)。

本發明人等發現是在電子部件與基板之間的焊錫接合部產生龜裂(或裂縫)，而該龜裂最終導致了斷開，從而發生了連接不良，并探明了其原因。在圖8所示的電子部件接合體70中，電子部件63的由銅構成的電極部63a通過使用Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In-0.5Sb而被接合于基板61的由銅構成的電極焊盤61a(未被抗蝕劑61b覆蓋)。隨著加熱或時間的經過，Cu-Sn金屬間化合物65a分別在電極部63a及電極焊盤61a的表面生長，但焊錫母相65b在上述Cu-Sn金屬間化合物65a之間連續地殘留。Cu-Sn金屬間化合物65a具有硬且脆的性質，在Cu-Sn金屬間化合物65a與焊錫母相65b之間形成脆弱的接合界面，龜裂67通過焊錫母相65的連續相傳播，最終導致斷開，發生連接不良。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無鉛的焊錫材料，其即使在汽車發動機室等嚴酷的溫度環境下，也顯示高耐熱疲勞特性，能有效地降低導致制品功能停止的連接不良的發生。另外，本發明的目的在于提供使用上述焊錫材料的電子部件接合體及電子部件接合體的制造方法。

發明人等發現利用In相對于Sn的含量可以控制焊錫接合部的應力緩和性，并且通過添加選自Cu、Ni、Co、Fe及Sb中的1種以上元素，從而該添加元素熔解到焊錫材料與被接合金屬之間形成的金屬間化合物層中，能促進其形成及生長，從而完成了本發明。

根據本發明的一個主旨，提供一種焊錫材料，其含有1.0～4.0重量％Ag、4.0～6.0重量％In、0.1～1.0重量％Bi、總計1重量％以下(其中不包括0重量％)選自Cu、Ni、Co、Fe及Sb中的1種以上元素，余量為Sn。