[發明專利]無鉛軟釬料合金

在審

• 申請號: 201480054784.4
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN105592972A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 大西司;吉川俊策;立花賢;山中芳恵;野村光;李圭伍
• 申請（專利權）人: 千住金屬工業株式會社
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;C22C13/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及能夠在高溫高電流密度環境下使用的Sn-Ag-Cu系軟釬料合 金。

背景技術

近年來，對于主要在電腦中使用的CPU(中央處理單元(Central ProcessingUnit))，由于小型化、高性能化，因而搭載于CPU的半導體元件 的平均每個端子中的電流密度增加。據說將來電流密度可達到10⁴～10⁵A/cm²左右。電流密度增加時，由于通電而產生的熱增大，端子的溫度上升，端子 的原子熱振動增加。其結果，釬焊接頭中的電遷移的發生變明顯，使釬焊接 頭斷裂。

電遷移(以下有時簡記作“EM”)是在釬焊接頭那樣的導電體中流通電 流時發生的現象。正在進行熱振動的釬焊接頭中的原子與產生電流的電子發 生碰撞，動量從電子傳遞至原子，結果原子的動量增加。動量增加了的原子 沿著電子流向釬焊接頭的陽極側移動。原子向釬焊接頭的陽極側移動時，在 釬焊接頭的陰極側生成空位。這樣的空位堆積而生成空隙。若空隙生長，則 最終會使釬焊接頭斷裂。如此，電遷移在發生通電的部位產生，在釬焊接頭 內部也會成為問題。

本說明書中設想的釬焊接頭的使用環境為電流密度高的CPU驅動時的 環境，以下稱為“高電流密度環境”。這樣的環境下的釬焊接頭的可靠性的評 價可以通過在大氣中、在165℃下持續2500小時流通0.12mA/μm²的高電流密 度的電流的電遷移試驗(也稱為EM試驗)來進行。

以往作為無鉛軟釬料合金，廣泛使用有Sn-Cu軟釬料合金、Sn-Ag-Cu軟 釬料合金。對于Sn-Cu軟釬料合金、Sn-Ag-Cu軟釬料合金，作為這些合金的 主要成分的Sn的有效電荷數較大，因此容易產生電遷移。其結果，由這些合 金形成的釬焊接頭在高電流密度環境下容易斷裂。

專利文獻1公開了，改善耐熱疲勞性而抑制了裂紋產生的Sn-Ag-Cu-In系 軟釬料合金。專利文獻1中公開的Sn-Ag-Cu-In軟釬料合金通過In的微量添加 而使潤濕性提高。其結果，能夠抑制裂紋的產生和釬焊接頭的斷裂。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-307187號公報

發明內容

發明要解決的問題

然而，專利文獻1中，關于通過在Sn-Ag-Cu軟釬料合金中添加In而抑制 電遷移發生、抑制釬焊接頭的斷裂，沒有任何記載也沒有任何啟示。專利文 獻1中，雖然有提及耐熱疲勞特性，但沒有充分研究在高溫的高電流密度環 境下長時間通電時的影響。即，專利文獻1中并未忠實地再現CPU驅動時的 環境。

專利文獻1中具體研究的軟釬料合金為In含量為0.5％的合金組成。該合 金組成中，In含量極低，因此，無法確認通過添加In是否充分改善了耐熱疲 勞特性。完全無法證明在高溫下的高電流密度環境下長時間通電時，該合金 組成是否能夠避免電遷移和由其引起的各種問題。因此，很難說專利文獻1 中記載的軟釬料合金解決了近年來的由電流密度的增加導致的電遷移增大 這樣的問題。

本發明的課題在于，提供通過抑制由高溫、高電流密度環境下的電遷移 導致的空隙生長從而能夠抑制釬焊接頭的連接電阻的上升的無鉛軟釬料合 金。

本發明人等為了抑制電遷移發生而精密地研究了Sn-Ag-Cu-In軟釬料合 金的組成。即，本發明人等認為，Sn原子沿著電子流而向陽極側移動時，在 陰極側生成空位，通過In填埋該空位而可能抑制了空位的生長。其結果，本 發明人等發現，通過將Sn-Ag-Cu-In軟釬料合金的In的添加量設為1.0～13.0％， 從而可以有效地抑制由空位的生成和電遷移導致的空隙生長，從而完成了本 發明。

用于解決問題的方案

為了解決上述課題，權利要求1所述的無鉛軟釬料合金具有以質量％計 In：1.0～13.0％、Ag：0.1～4.0％、Cu：0.3～1.0％且余量基本上由Sn組成的合 金組成。

根據權利要求1，權利要求2所述的無鉛軟釬料合金中將Ag含量設為 0.3～3.0質量％。

根據權利要求1，權利要求3所述的無鉛軟釬料合金以質量％計含有In： 2.0～13.0％，Ag：0.3～3.0％，Cu：0.5～0.7％。