[發明專利]無鉛焊錫合金、接合材以及接合體

無效

• 申請號: 201410421824.6
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104439750A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 辻隆之;內田壯平;宇佐美威
• 申請（專利權）人: 日立金屬株式會社
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;於毓楨

技術領域

本發明涉及一種無鉛焊錫合金、接合材以及接合體，特別涉及Sn-Bi系無鉛焊錫合金、使用該無鉛合金的接合材以及由該接合材接合的接合體。

背景技術

作為含鉛焊錫的Sn-Pb系焊錫合金，其熔點適度(Sn-37質量％Pb的熔點為183℃)、浸潤性優異、價格也便宜。然而，由于使用了具有毒性的Pb，而且蠕變特性差，因此存在耐疲勞特性差這樣的問題。

另一方面，作為無鉛焊錫，代表性的有Sn-Ag-Cu系焊錫合金。與Sn-Pb系焊錫合金相比，其耐疲勞特性優異，然而由于含有高價的Ag，因此存在價格高這樣的缺點。此外，由于熔點也比Sn-Pb系焊錫合金高(Sn-3Ag-0.5Cu的熔點為220℃)且難以進行應力松弛，因此在熱膨脹率差別大的材料的接合(例如，Cu導體與金屬噴鍍Si等)中，在浸焊后的冷卻過程中容易使熱應力變大，從而存在部件破損這樣的問題。

作為與以往的含鉛焊錫相比熔點低的無鉛焊錫，有Sn-In系(Sn-51質量％In的熔點為120℃)以及Sn-Bi系(Sn-57質量％Bi的熔點為139℃)焊錫合金。Sn-In系焊錫合金的耐疲勞特性優異，然而由于較多地含有高價的In，因此價格非常高。因此，目前，在比含鉛焊錫的熔點低的無鉛焊錫中，能夠抑制成本的焊錫只有Sn-Bi系焊錫合金。

由于接合溫度的低溫化能夠降低焊錫接合時的熱應力，因此使抑制安裝基板的翹曲、高密度化、薄型化成為可能。而且，在耐熱差的部件的接合中是必須的要件。

作為Sn-Bi系焊錫合金，例如，在非專利文獻1中記載有調查了以0.5質量％將Ag、Cu、Zn、Sb加至Sn-Bi共晶焊錫中時的斷裂伸長的結果。然而，如上所述，由于Ag的添加是成本上升的要因，因此不優選。此外，雖然Sb的添加在目前還未受到法規制約，但由動物實驗可知其比Pb的毒性強，應當極力避免對其的添加。

此外，在專利文獻1中公開了將Sn-Bi-Ni以及Sn-Bi-Cu-Ni作為基本組成，進一步添加選自Ge、Ga、P中的一種以上元素的焊錫合金來作為Sn-Bi系焊錫合金。就該焊錫合金而言，其特征在于，在焊錫接合部界面中形成有具有以NiAs型晶體結構為代表的六方最密填充結構(密排六方晶格)的金屬間化合物。

在專利文獻2中記載：通常，在銅以及銅合金與焊錫的界面中形成有Cu₆Sn₅金屬間化合物。Cu₆Sn₅在高溫下是六方晶，在低溫下轉變為斜方晶，從而成為裂紋的原因。為了防止該轉變，添加適量的Ni使界面化合物成為(Cu,Ni)₆Sn₅，由于六方晶在室溫下也穩定，因此難以產生裂紋。

然而，在添加P的情況中，由于Ni與P易于結合，因此存在界面中發揮作用的Ni消失而不能夠使界面化合物成為(Cu,Ni)₆Sn₅的問題。因此，在添加Ni的情況中，通常添加Ge、Ga而不添加P來作為用于氧化抑制的元素，由于Ge、Ga與In相同，是稀有金屬的一種，因此存在價格高這樣的問題。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻：《微接合·安裝技術》，株式會社工業技術服務中心發行，2012年7月發行，635-641頁

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-744號公報

專利文獻2：國際公開第2009/051255

發明內容

發明所要解決的課題

本發明的目的是提供同時提高耐疲勞特性并抑制翹曲的Sn-Bi系無鉛焊錫合金、使用該無鉛合金的接合材以及由該接合材接合的接合體。

解決課題的方法

為了實現上述目的，本發明提供以下無鉛焊錫合金、接合材以及接合體。

1.一種無鉛焊錫合金，其特征在于，含有20～60質量％的Bi、0.005～0.4質量％的Ni、0.001～0.1質量％的P、剩余部分的Sn以及不可避免的雜質，并且P/Ni質量比為1/4以下。

2.如上述1所述的無鉛焊錫合金，其特征在于，進一步添加3質量％以下的Cu。

3.如上述1或上述2所述的無鉛焊錫合金，其特征在于，進一步添加0.001～0.5質量％的Ti。

4.如上述1～3中任一項所述的無鉛焊錫合金，其特征在于，在與銅以及銅合金的焊錫接合部界面中形成(Cu,Ni)₆Sn₅金屬間化合物層。