JP2013193092A - Solder material and mounting body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として電子回路基板のはんだ付けに用いるソルダーペースト等におけるはんだ材料および実装体に関する。 The present invention mainly relates to a solder material and a mounting body in a solder paste or the like used for soldering an electronic circuit board.
電子回路基板のはんだ付けには、四種類の元素からなるSn−Ag−Bi−Inの組成を持ったはんだ材料などが利用されている(たとえば、特許文献1参照)。 For soldering an electronic circuit board, a solder material having a composition of Sn—Ag—Bi—In composed of four kinds of elements is used (for example, see Patent Document 1).
このようなはんだ材料では、温度変化にともなう熱応力に起因して発生する疲労破壊に関する熱疲労特性が、固溶強化メカニズムと呼ばれる技術によって高められている。 In such a solder material, thermal fatigue characteristics related to fatigue failure caused by thermal stress accompanying temperature change are enhanced by a technique called a solid solution strengthening mechanism.
ここに、固溶強化メカニズムとは、格子状に並んでいる金属原子の一部を異種の金属原子に置き替えてそのような格子を歪ませることによりはんだ材料を劣化しにくくする技術である。 Here, the solid solution strengthening mechanism is a technique that makes it difficult for the solder material to deteriorate by replacing some of the metal atoms arranged in a lattice with different kinds of metal atoms and distorting the lattice.
前述されたSn−Ag−Bi−Inの組成を持ったはんだ材料では、InがSnの格子に固溶させられており、熱疲労特性が高められている。 In the solder material having the Sn—Ag—Bi—In composition described above, In is dissolved in the Sn lattice, and the thermal fatigue characteristics are enhanced.
In含有率の違いに応じて、Sn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6mass%In、Sn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−8mass%InおよびSn−2.5mass%Ag−2.5mass%Bi−3mass%Inなどの組成が、利用されている。 Sn-3.5mass% Ag-0.5mass% Bi-6mass% In, Sn-3.5mass% Ag-0.5mass% Bi-8mass% In and Sn-2.5mass depending on the difference in In content Compositions such as% Ag-2.5 mass% Bi-3 mass% In are utilized.
ここに、AgおよびBiが添加されているが、Agは析出強化による合金強度の向上および低融点化のために添加されており、Biは低融点化のために添加されている。 Here, Ag and Bi are added. Ag is added for improving the alloy strength and lowering the melting point by precipitation strengthening, and Bi is added for lowering the melting point.
しかしながら、Auフラッシュめっきが短時間で薄いめっきを施すためのフラッシュ処理によって施されたAu電極に対するはんだ付けの場合においては、前述された従来のはんだ材料は必ずしも十分に高い熱疲労特性を有しないことが、判明した。 However, in the case of soldering to an Au electrode that has been subjected to flash processing for performing Au flash plating in a short time, the above-described conventional solder material does not necessarily have sufficiently high thermal fatigue characteristics. There was found.
本発明者は、その理由をつぎのように分析している。 The inventor analyzes the reason as follows.
すなわち、前述されたSn−Ag−Bi−Inの組成を持ったはんだ材料では、熱疲労特性がIn含有率によって変化する。 That is, in the solder material having the Sn—Ag—Bi—In composition described above, the thermal fatigue characteristics vary depending on the In content.
熱疲労特性に関連する合金強度は、In含有率が増大すると増大していくが、In含有率がおよそ6mass%であるときに最大となり、In含有率がこれを超えると減少していく。 The alloy strength related to thermal fatigue characteristics increases as the In content increases, but becomes maximum when the In content is approximately 6 mass%, and decreases when the In content exceeds this.
つまり、In含有率がおよそ6mass%であるときに、熱疲労特性が最も高い。 That is, the thermal fatigue characteristics are the highest when the In content is about 6 mass%.
よって、Inによる固溶強化メカニズムを有効に活用するためには、In含有率をより正確にコントロールすることが望ましい。 Therefore, in order to effectively use the solid solution strengthening mechanism by In, it is desirable to control In content more accurately.
ところで、一般的に、電子回路基板においては、電極材質がCuであるCu電極が利用される場合が多い。 By the way, in general, in an electronic circuit board, a Cu electrode whose electrode material is Cu is often used.
Cu電極とSn−Ag−Bi−Inの組成を持ったはんだ材料との組み合わせでは、CuとInとは反応性が高くないので、熱疲労特性の向上に寄与するSnの格子に固溶させられているInについてのIn含有率ははんだ付けの際に変化せず、熱疲労特性が高い状態が保たれる。 In the combination of a Cu electrode and a solder material having a composition of Sn—Ag—Bi—In, Cu and In are not highly reactive, so they can be dissolved in the Sn lattice contributing to the improvement of thermal fatigue characteristics. The In content of In is not changed during soldering, and the state of high thermal fatigue characteristics is maintained.
しかしながら、携帯電話およびスマートフォンなどの民生商品、ならびにヘッドランプおよびECU(Electronic Control Unit)などの車載商品においては、高い接合信頼性が必要とされるので、前述されたAu電極が利用される場合がある。 However, in consumer products such as mobile phones and smartphones, and in-vehicle products such as headlamps and ECUs (Electronic Control Units), high bonding reliability is required, so the aforementioned Au electrodes may be used. is there.
Au電極とSn−Ag−Bi−Inの組成を持ったはんだ材料との組み合わせでは、以下でより具体的に説明されるように、In含有率がはんだ付けの際に変化し、熱疲労特性が低下することがある。 In the combination of the Au electrode and the solder material having the Sn-Ag-Bi-In composition, as will be described in more detail below, the In content changes during soldering, and the thermal fatigue characteristics are reduced. May decrease.
すなわち、Au電極は、膜厚1〜5μmを持ったNiめっきがCu電極の上に施され、更に、膜厚0.03〜0.07μmを持ったAuフラッシュめっきがNiめっきの上に施された構造を有している。 That is, for the Au electrode, Ni plating having a film thickness of 1 to 5 μm is applied on the Cu electrode, and Au flash plating having a film thickness of 0.03 to 0.07 μm is further applied on the Ni plating. Have a structure.
このため、Auが加熱をともなうはんだ付けの際にSn−Ag−Bi−Inの中に溶け込み、Niめっきが露出する。 For this reason, Au melts into Sn-Ag-Bi-In during soldering with heating, and Ni plating is exposed.
そして、Niめっきは90mass%Niおよび10mass%Pの組成を持っており、InとPとは反応性が高いので、InはPと反応してIn−Pの組成を持った化合物InPを生成する。 Ni plating has a composition of 90 mass% Ni and 10 mass% P, and since In and P are highly reactive, In reacts with P to produce a compound InP having an In-P composition. .
すると、熱疲労特性の向上に寄与する、Snの格子に固溶させられているInが減少し、実質的なIn含有率はCu電極の場合と比較してより大きく減少するので、熱疲労特性が低下してしまう。 Then, the In dissolved in the Sn lattice contributes to the improvement of the thermal fatigue characteristics, and the substantial In content is greatly reduced as compared with the case of the Cu electrode. Will fall.
たとえば、Sn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6mass%Inの組成がSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−5.5mass%Inの組成に変化すると、温度サイクル試験が−40℃/150℃の試験条件で実施された後に電気的導通を確保することができるサイクル数は3360サイクルから3040サイクルに減少する。 For example, when the composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6 mass% In changes to the composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-5.5 mass% In, the temperature cycle test The number of cycles in which electrical continuity can be ensured after the test conditions of -40 ° C / 150 ° C are reduced from 3360 cycles to 3040 cycles.
本発明は、前述された従来の課題を考慮し、Au電極に対するはんだ付けにおいても、より高い熱疲労特性を維持することが可能な、はんだ材料および実装体を提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a solder material and a mounting body that can maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to an Au electrode.
第1の本発明は、Pを含むNiめっきを有するAu電極のはんだ付けに利用されるはんだ材料であって、
3〜8mass%のInと、
0.3〜4.0mass%のAgと、
0.4〜0.6mass%のCr、Ni、Fe、Co、Zn、Si、Ge、GaおよびAlの内の一種類のみの成分と、を含み、
残部は、87.4mass%以上のSnであることを特徴とする、はんだ材料である。
1st this invention is a solder material utilized for soldering of Au electrode which has Ni plating containing P,
3-8 mass% In,
0.3 to 4.0 mass% Ag;
0.4 to 0.6 mass% of Cr, Ni, Fe, Co, Zn, Si, Ge, Ga and Al, and only one type of component,
The balance is a solder material characterized in that it is Sn of 87.4 mass% or more.
第2の本発明は、Au電極を有する電子部品と、基板電極を有する電子回路基板と、が、第1の本発明のはんだ材料によって接合されていることを特徴とする、実装体である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a mounting body in which an electronic component having an Au electrode and an electronic circuit board having a substrate electrode are joined by the solder material according to the first aspect of the present invention.
本発明により、Au電極に対するはんだ付けにおいても、より高い熱疲労特性を維持することが可能な、はんだ材料および実装体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solder material and a mounting body capable of maintaining higher thermal fatigue characteristics even in soldering to an Au electrode.
以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
はじめに、図1および2を主として参照しながら、本実施の形態1の原理について説明する。
(Embodiment 1)
First, the principle of the first embodiment will be described with reference mainly to FIGS.
なお、図1は、本発明における実施の形態1のはんだ材料を説明するための、Inが添加されたSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Biの組成を持った合金の信頼性試験結果を示すグラフ図である。 FIG. 1 is a reliability test of an alloy having a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi to which In is added for explaining the solder material according to the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows a result.
また、図2は、本発明における実施の形態1のはんだ材料を説明するための、Sn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金を利用して、Cu電極およびAu電極に対するはんだ付けが行われた後の、それぞれのはんだ内部におけるIn含有率の分析結果を示すグラフ図である。 Further, FIG. 2 uses an alloy having a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In for explaining the solder material according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing analysis results of In content in each solder after soldering to a Cu electrode and an Au electrode.
まず、図1を主として参照しながら、In含有率の重要性について説明する。 First, the importance of the In content will be described with reference mainly to FIG.
横軸のIn含有率は、はんだに固溶している、より具体的には、Snの格子に固溶させられているInについての実質的なIn含有率である。 The In content of the horizontal axis is a substantial In content of In that is dissolved in the solder, more specifically, In that is dissolved in the Sn lattice.
縦軸の試験サイクル数は、1608サイズ(1.6mm×0.8mm)のチップコンデンサが実装された、FRグレード(Flame Retardant Grade)がFR−5グレードであるFR5基板において、温度サイクル試験が−40℃/150℃の試験条件で実施された後に電気的導通を確保することができるサイクル数である。 The number of test cycles on the vertical axis is the FR5 board with the FR grade (FR) (Frame Regentant Grade) mounted with a chip capacitor of 1608 size (1.6 mm x 0.8 mm). It is the number of cycles that can ensure electrical continuity after being carried out under test conditions of 40 ° C / 150 ° C.
車載条件の信頼性試験においては、3000サイクル以上のサイクル数が要求仕様において求められる。 In the reliability test under in-vehicle conditions, the number of cycles of 3000 cycles or more is required in the required specifications.
同サイクル数は、In含有率が5.5mass%、6.0mass%および6.5mass%である場合は3000サイクル以上であるが、In含有率が5.0mass%以下または7.0mass%以上である場合は3000サイクル未満である。 The number of cycles is 3000 cycles or more when the In content is 5.5 mass%, 6.0 mass%, and 6.5 mass%, but the In content is 5.0 mass% or less or 7.0 mass% or more. In some cases, it is less than 3000 cycles.
近似曲線が、上記の数値データを用いることによって得られる二次関数
(数1)
(試験サイクル数)
=−570.7×(In含有率)2+6964×(In含有率)−17926
のグラフとして図示されている。
A quadratic function obtained by using an approximate curve using the above numerical data (Expression 1)
(Number of test cycles)
= −570.7 × (In content) 2 + 6964 × (In content) -17926
It is illustrated as a graph.
したがって、車載基準である3000サイクル以上のサイクル数を確保することができるIn含有率の範囲はおよそ5.4〜6.8mass%であり、管理幅はおよそ±0.7mass%である。 Therefore, the range of In content that can secure the number of cycles of 3000 cycles or more, which is the vehicle-mounted standard, is approximately 5.4 to 6.8 mass%, and the management width is approximately ± 0.7 mass%.
そして、大量生産におけるはんだ合金のIn含有率の変動幅はおよそ±0.5mass%であるので、In含有率の中央値は5.9(=5.4+0.5)mass%以上6.3(=6.8−0.5)mass%以下であることが望ましい。 Since the variation range of the In content of the solder alloy in mass production is approximately ± 0.5 mass%, the median value of the In content is 5.9 (= 5.4 + 0.5) mass% or more 6.3 ( = 6.8−0.5) mass% or less is desirable.
なお、民生基準である1000サイクル以上のサイクル数を確保することができるIn含有率の範囲は、およそ3〜8mass%である。 In addition, the range of In content rate which can ensure the cycle number of 1000 cycles or more which is a consumer standard is about 3-8 mass%.
つぎに、図2を主として参照しながら、Niめっきに含まれるPの影響について説明する。 Next, the influence of P contained in the Ni plating will be described with reference mainly to FIG.
Au電極は、Cu電極が膜厚35μmを持ったCu箔であり、膜厚1〜5μmを持ったNiめっきが電気めっきのように通電を要しない無電解めっきとしてCu電極の上に施され、膜厚0.03〜0.07μmを持ったAuフラッシュめっきがNiめっきの上に施された構造を有している。 The Au electrode is a Cu foil having a film thickness of 35 μm, and Ni plating having a film thickness of 1 to 5 μm is applied on the Cu electrode as electroless plating that does not require energization like electroplating, It has a structure in which Au flash plating having a film thickness of 0.03 to 0.07 μm is applied on Ni plating.
たとえば、Niめっきの膜厚は3μmであり、Auフラッシュめっきの膜厚は0.05μmである。 For example, the thickness of Ni plating is 3 μm, and the thickness of Au flash plating is 0.05 μm.
Sn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持ったはんだ材料は、直径5mmおよび厚さ0.15mmの形状でこれらCu電極およびAu電極の上にそれぞれ供給され、240℃のホットプレートの上で30秒間加熱され、室温で徐冷される。 Solder material having a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In is supplied on the Cu electrode and Au electrode in a shape of 5 mm in diameter and 0.15 mm in thickness, respectively. And heated on a hot plate at 240 ° C. for 30 seconds and slowly cooled at room temperature.
このようにして作成された試料は縦断面が出現するように研磨された断面の中央部が、EDX(Energy Dispersive X−ray spectroscopy)を利用する方法で分析され、In含有率が測定される。 The center part of the cross section polished so that the vertical cross section appears is analyzed by a method using EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy), and the In content is measured.
ここに、中央部とは、はんだの厚さの1/2の位置であって、はんだのぬれ広がり幅の1/2の位置に対応する部分である。 Here, the central portion is a position corresponding to a position at a half of the thickness of the solder and a half of the solder spreading width.
測定された、熱疲労特性の向上に寄与するSnの格子に固溶させられているInについての実質的なIn含有率は、当初のIn含有率である6.0mass%から減少しており、Cu電極については5.9mass%であり、Au電極についてはより小さい5.1mass%である。 The measured substantial In content of In dissolved in the Sn lattice contributing to the improvement of thermal fatigue properties has decreased from the initial In content of 6.0 mass%, It is 5.9 mass% for the Cu electrode, and a smaller 5.1 mass% for the Au electrode.
Au電極については、Auが加熱の際にはんだ内部へ拡散し、Auフラッシュめっきの下に形成されている90mass%Niおよび10mass%Pの組成を持ったNiめっきが露出する。 As for the Au electrode, Au diffuses into the solder during heating, and Ni plating having a composition of 90 mass% Ni and 10 mass% P formed under the Au flash plating is exposed.
そして、InはPと反応して化合物InPを生成するので、Snの格子に固溶させられているInが減少し、Au電極の場合の実質的なIn含有率はCu電極の場合と比較してより大きく減少してしまう。 And since In reacts with P to produce compound InP, the amount of In dissolved in the Sn lattice decreases, and the substantial In content in the case of the Au electrode is compared with that in the case of the Cu electrode. Will be greatly reduced.
このため、車載基準に対応したIn含有率の範囲は前述されたようにおよそ5.4〜6.8mass%であるので、上記のAu電極は車載基準を満足しない。 For this reason, since the range of In content corresponding to the vehicle-mounted standard is approximately 5.4 to 6.8 mass% as described above, the Au electrode does not satisfy the vehicle-mounted standard.
なお、Niめっきの比重は7.9g/cm3であるので、Niめっきに含まれるPの重量は、Niめっきの膜厚TおよびNiめっきの面積Sを利用して、7.9×T×S×0.1により算出することができ、Niめっきに含まれるPの重量はNiめっきの膜厚Tに比例して変動する。 Since the specific gravity of Ni plating is 7.9 g / cm 3 , the weight of P contained in the Ni plating is 7.9 × T × using the Ni plating film thickness T and the Ni plating area S. The weight of P contained in the Ni plating varies in proportion to the thickness T of the Ni plating.
このような現象を踏まえて、本発明者は、Inと比較してPとより容易に反応して化合物を形成する元素の添加がIn含有率の減少を抑制するために有効であることを見出した。 In light of such a phenomenon, the present inventor has found that the addition of an element that reacts more easily with P and forms a compound than In is effective for suppressing a decrease in In content. It was.
数多くの元素の中からそのような元素として見出された元素の一つが、以下で説明される、Inと反応してCr3P、Cr2P、Cr12P7、CrPおよびCrP2などのさまざまな化合物を生成する、Crである。 One of the many elements found as such is one that reacts with In, such as Cr 3 P, Cr 2 P, Cr 12 P 7 , CrP and CrP 2 , described below. Cr, which produces a variety of compounds.
ここで、図3および4を主として参照しながら、本実施の形態のはんだ材料について具体的に説明する。 Here, the solder material of the present embodiment will be specifically described with reference mainly to FIGS.
なお、図3は、本発明における実施の形態1のはんだ材料を説明するための、Crが添加されたSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金を利用して、Au電極に対するはんだ付けが行われた後の、はんだ内部におけるIn含有率の分析結果を示すグラフ図である。 FIG. 3 has a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In to which Cr is added to explain the solder material of the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows the analysis result of the In content rate in the solder after soldering with respect to Au electrode was performed using the other alloy.
また、図4は、本発明における実施の形態1のはんだ材料を説明するための、Crが添加されたSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金の固相線401および液相線402を示すグラフ図である。
FIG. 4 shows a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In to which Cr is added for explaining the solder material of the first embodiment of the present invention. It is a graph which shows the
まず、図3を主として参照しながら、Cr含有率の下限について説明する。 First, the lower limit of the Cr content will be described with reference mainly to FIG.
ここでは、Niめっきの膜厚が上限に接近してPの含有量は最大であり、熱疲労特性はこの観点からは良好でないと想定されており、Niめっきの膜厚が5μmであるように作成された試料について、分析が前述された方法と同様な方法で行われ、はんだ付けが行われた後のIn含有率の測定が行われる。 Here, it is assumed that the Ni plating film thickness approaches the upper limit and the P content is maximum, and the thermal fatigue characteristics are not good from this viewpoint, so that the Ni plating film thickness is 5 μm. The prepared sample is analyzed by the same method as described above, and the In content after the soldering is measured.
同試料は、つぎのようにして作成される。 The sample is prepared as follows.
89.5gのSnが、セラミック製のるつぼ内に投入され、温度が500℃に調整されている電気式ジャケットヒータの中に静置される。 89.5 g of Sn is put into a ceramic crucible and left in an electric jacket heater whose temperature is adjusted to 500 ° C.
6.0gのInはSnが溶融したことが確認された後に投入され、3分間の撹拌が行われる。 6.0 g of In is added after it is confirmed that Sn has melted, and stirring is performed for 3 minutes.
0.5gのBiが投入され、3分間の撹拌がさらに行われる。 0.5 g of Bi is charged and stirring is further performed for 3 minutes.
3.5gのAgが投入され、3分間の撹拌がさらに行われる。 3.5 g of Ag is charged and stirring is further performed for 3 minutes.
0.5gのCrが投入され、3分間の撹拌がさらに行われる。 0.5 g of Cr is charged and stirring is further performed for 3 minutes.
その後、るつぼは電気式ジャケットヒータから取り出されて25℃の水が満たされた容器に浸漬され、冷却が行われる。 Thereafter, the crucible is taken out from the electric jacket heater and immersed in a container filled with water at 25 ° C. to be cooled.
In含有率は、(1)Cr含有率がゼロである場合は5.1mass%であるが、(2)Cr含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Cr含有率が0.2mass%である場合は5.5mass%となり、そして(4)Cr含有率が0.4mass%になるとほぼ6mass%になる。 The In content is (1) 5.1 mass% when the Cr content is zero. (2) When the Cr content is increased, the decrease in In is suppressed, 3) When the Cr content is 0.2 mass%, the mass is 5.5 mass%, and (4) When the Cr content is 0.4 mass%, the mass is approximately 6 mass%.
Cr含有率が0mass%から0.4mass%であるときの数値を用いて近似直線を描くと、一次関数
(数2)
(In含有率)
=2.11×(Cr含有率)+5.126
のグラフが得られる。
When an approximate straight line is drawn using numerical values when the Cr content is 0 mass% to 0.4 mass%, a linear function (Equation 2)
(In content)
= 2.11 x (Cr content) + 5.126
Is obtained.
したがって、車載基準をAu電極との組み合わせにおいても満足するために必要な5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、Cr含有率が0.1mass%以上であることが望ましい。Cr含有率が0.1mass%以上であれば、Au電極との組み合わせにおいても、はんだ付け後のIn含有率が5.4mass%以上となり、車載基準の信頼性を満たすことができる。 Therefore, in order to secure the In content of 5.4 mass% or more necessary for satisfying the vehicle-mounted standard even in combination with the Au electrode, the Cr content is preferably 0.1 mass% or more. If the Cr content is 0.1 mass% or more, the In content after soldering is 5.4 mass% or more even in combination with the Au electrode, and the reliability of the on-vehicle standard can be satisfied.
ただし、大量生産におけるはんだ合金のIn含有率の変動幅はおよそ±0.5mass%であるので、In含有率がそのために少し減少する場合がある。 However, since the fluctuation range of the In content of the solder alloy in mass production is about ± 0.5 mass%, the In content may be slightly reduced for that reason.
このような場合においては、近似直線は、(数2)のグラフが大量生産における変動幅の下限である−0.5mass%に相当する下方移動を受けた一次関数
(数3)
(In含有率)
=2.11×(Cr含有率)+4.626
のグラフとなり、In含有率はCr含有率が0.1mass%である場合は4.9(=5.4−0.5)mass%である。
In such a case, the approximate straight line is a linear function in which the graph of (Equation 2) has undergone a downward movement corresponding to −0.5 mass%, which is the lower limit of the fluctuation range in mass production (Equation 3)
(In content)
= 2.11 × (Cr content) +4.626
The In content is 4.9 (= 5.4-0.5) mass% when the Cr content is 0.1 mass%.
したがって、大量生産における変動幅の下限が考慮されると、5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、Cr含有率が少し余裕をもって0.4mass%以上であることがより望ましい。 Therefore, when the lower limit of the fluctuation range in mass production is taken into consideration, in order to secure an In content of 5.4 mass% or more, it is more desirable that the Cr content is 0.4 mass% or more with a slight margin.
以上においてはSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金が利用される場合について説明したが、InとCrとは一定の比率で反応するので、In含有率が異なる場合も同様に取り扱うことができる。 In the above description, the case where an alloy having a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In is used has been described. However, since In and Cr react at a certain ratio. The case where the In content is different can be handled in the same manner.
たとえば、In含有率が1mass%だけ少ないSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−5.0mass%Inの組成を持った合金が利用される場合においては、近似直線は(数2)のグラフがIn含有率の減少値である−1mass%に相当する下方移動を受けた
(In含有率)
=2.11×(Cr含有率)+4.126
のグラフ(一点鎖線で図示されている)である。
For example, in the case where an alloy having a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-5.0 mass% In having an In content of 1 mass% is used, the approximate straight line is The graph of (2) received a downward movement corresponding to -1 mass% which is a decrease value of the In content (In content)
= 2.11 x (Cr content) + 4.126
This is a graph (shown by a one-dot chain line).
つぎに、図4を主として参照しながら、Cr含有率の上限について説明する。 Next, the upper limit of the Cr content will be described with reference mainly to FIG.
すなわち、Cr含有率が大きすぎると、液相線温度が上昇するので、溶融性が低下してぬれ広がり性が悪くなりやすい。 That is, when the Cr content is too high, the liquidus temperature rises, so that the meltability is lowered and the wetting and spreading property tends to be deteriorated.
より具体的に説明すると、固相線401によって表される固相線温度は210〜220℃の範囲にあって安定しているが、液相線402によって表される液相線温度は、Cr含有率が増大すると上昇し、Cr含有率が0.1mass%である場合は320℃であり、Cr含有率が0.4mass%である場合は540℃である。
More specifically, the solidus temperature represented by the
ここに、固相線温度は固体の状態から加熱された合金が溶け始める温度であり、液相線温度は固体の状態から加熱された合金がすべて溶け終わる温度である。 Here, the solidus temperature is a temperature at which the alloy heated from the solid state starts to melt, and the liquidus temperature is a temperature at which all the alloy heated from the solid state finishes melting.
表1はCr含有率とぬれ広がりとの関係をCr含有率が0.1mass%、0.2mass%、・・・、1.0mass%である場合について説明しており、ぬれ広がりについての評価が行われている(その他の表についても同様であるが、数値データに付随する単位はmass%である)。 Table 1 explains the relationship between the Cr content and the wetting spread when the Cr content is 0.1 mass%, 0.2 mass%,..., 1.0 mass%. (The same applies to the other tables, but the unit attached to the numerical data is mass%).
ここでは、Niめっきの膜厚が下限に接近してPの含有量は最小であり、ぬれ広がり性はこの観点からは良好でないと想定されており、Niめっきの膜厚が1μmであるように作成された試料について、ぬれ広がり率の測定がJIS Z 3197「はんだ付け用フラックス試験方法」において規定されている広がり試験方法で行われる。 Here, it is assumed that the Ni plating film thickness approaches the lower limit and the P content is minimum, and the wetting spreadability is not good from this viewpoint, so that the Ni plating film thickness is 1 μm. For the prepared sample, the wetting spread rate is measured by the spread test method defined in JIS Z 3197 “Flux test method for soldering”.
ぬれ広がりの評価に関しては、○はぬれ広がり率が90%以上であることを示しており、△はぬれ広がり率が85%以上で90%未満であることを示しており、×はぬれ広がり率が85%未満であることを示している。 Regarding the evaluation of the wetting spread, ◯ indicates that the wetting spread rate is 90% or more, Δ indicates that the wetting spread rate is 85% or more and less than 90%, and x indicates the wetting spread rate. Is less than 85%.
したがって、良好なはんだ付けにとって重要な90%以上のぬれ広がり率を保証するためには、Cr含有率が0.6mass%以下であることが望ましい。 Therefore, in order to guarantee a wetting spread rate of 90% or more which is important for good soldering, it is desirable that the Cr content is 0.6 mass% or less.
表2は、各種組成とIn含有率変化との関係を実施例1a〜6aおよび比較例について説明しており、信頼性が判定されている。 Table 2 explains the relationship between various compositions and changes in In content for Examples 1a to 6a and Comparative Examples, and the reliability is determined.
In含有率変化についての残量は、Au電極に対するはんだ付けが行われた後の、はんだ内部におけるIn含有率の分析を、EDXを利用して行うことにより測定される。 The remaining amount with respect to the change in the In content is measured by performing an analysis of the In content in the solder after the soldering to the Au electrode is performed using EDX.
In含有率変化についての判定に関しては、○はIn含有率変化が大量生産におけるIn含有率の変動幅である±0.5mass%以内であることを示しており、×はIn含有率変化が±0.5mass%以内ではないことを示している。 Regarding the determination about the change in the In content, ○ indicates that the change in the In content is within ± 0.5 mass%, which is the fluctuation range of the In content in mass production, and × indicates the change in the In content is ± It indicates that it is not within 0.5 mass%.
信頼性判定に関しては、○は該基準が満足されることを示しており、×は該基準が満足されないことを示している。 Regarding reliability determination, “◯” indicates that the criterion is satisfied, and “X” indicates that the criterion is not satisfied.
比較例においては、In含有率の減少を抑制するために有効な元素の添加が行われていないので、In含有率変化は−0.9mass%であってそれについての判定は×である。 In the comparative example, since an effective element is not added to suppress the decrease in the In content, the change in the In content is −0.9 mass%, and the determination for the change is ×.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持するためには、Cr含有率が0.1mass%以上0.6mass%以下であることが望ましく、大量生産における変動幅の下限が考慮されると、Cr含有率が少し余裕をもって0.4mass%以上0.6mass%以下であることがより望ましい。 In short, in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even when soldering to the Au electrode, it is desirable that the Cr content is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less, considering the lower limit of the fluctuation range in mass production. In this case, the Cr content is more preferably 0.4 mass% or more and 0.6 mass% or less with a little margin.
なお、実施例1aにおいては、0.1mass%のCrが添加されており、In含有率変化は−0.4mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は3.6mass%であるので、車載基準は満足されない。 In Example 1a, 0.1 mass% of Cr is added, and the change in In content is −0.4 mass%. Since the amount is 3.6 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
また、実施例6aにおいては、0.3mass%のCrが添加されており、In含有率変化は−0.3mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は3.7mass%であるので、車載基準は満足されない。 In Example 6a, 0.3 mass% of Cr was added, and the change in In content was −0.3 mass%. Since the amount is 3.7 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
つぎに、Cr以外の元素の具体例である同様な性質を有するNi、Fe、Co、Si、GeおよびAlが添加されたSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金が利用される場合について具体的に説明する。 Next, Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% to which Ni, Fe, Co, Si, Ge and Al having similar properties, which are specific examples of elements other than Cr, are added. The case where an alloy having an In composition is used will be specifically described.
なお、これらの場合においても、試料は前述されたCrの場合と同様に作成され、測定および評価なども同様に行われる。 In these cases, the sample is prepared in the same manner as in the case of Cr described above, and measurement and evaluation are performed in the same manner.
(Niが添加される場合)
In含有率は、(1)Ni含有率がゼロである場合は5.4mass%以下であるが、(2)Ni含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Ni含有率がおよそ0.03mass%を越えた場合は5.4mass%以上となり、そして(4)Ni含有率が0.12mass%になるとほぼ6mass%になる。
(When Ni is added)
In content rate is (5.4) mass% or less when (1) Ni content rate is zero, (2) When Ni content rate increases, the decrease of In is suppressed, (3) When the Ni content exceeds about 0.03 mass%, it becomes 5.4 mass% or more, and (4) when the Ni content becomes 0.12 mass%, it becomes about 6 mass%.
近似直線を、上記の数値データを用いることによって得られる一次関数のグラフとして描くと、車載基準の信頼性を満たす5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、0.04mass%以上のNi含有率が望ましいことがわかる。 When an approximate straight line is drawn as a graph of a linear function obtained by using the above numerical data, in order to secure an In content of 5.4 mass% or more that satisfies the reliability of the on-vehicle standard, 0.04 mass% or more It can be seen that the Ni content is desirable.
ただし、Crの場合と同様に、Ni含有率が大きすぎると、液相線温度が上昇して溶融性が低下してしまい、ぬれ広がり性が悪くなりやすいので、90%以上のぬれ広がり率を保証するためには、0.8mass%以下のNi含有率が望ましいことがわかる。 However, as in the case of Cr, if the Ni content is too large, the liquidus temperature rises and the meltability decreases, and the wetting spreadability tends to deteriorate. It can be seen that a Ni content of 0.8 mass% or less is desirable to ensure.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持し、車載基準の信頼性を満たすためには、Ni含有率が0.04mass%以上0.8mass%以下であることが望ましく、Ni含有率が少し余裕をもって0.12mass%以上0.8mass%以下であることがより望ましい。 In short, in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode and satisfy the reliability of the on-vehicle standard, the Ni content is desirably 0.04 mass% or more and 0.8 mass% or less. It is more desirable that the content rate is 0.12 mass% or more and 0.8 mass% or less with a little margin.
(Feが添加される場合)
In含有率は、(1)Fe含有率がゼロである場合は5.4mass%以下であるが、(2)Fe含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Fe含有率がおよそ0.02mass%を越えた場合は5.4mass%以上となり、そして(4)Fe含有率が0.08mass%になるとほぼ6mass%になる。
(When Fe is added)
The In content is (5.4) mass% or less when the (1) Fe content is zero. (2) When the Fe content increases, the decrease in In is suppressed, (3) When the Fe content exceeds about 0.02 mass%, it becomes 5.4 mass% or more, and (4) when the Fe content becomes 0.08 mass%, it becomes about 6 mass%.
近似直線を、上記の数値データを用いることによって得られる一次関数のグラフとして描くと、車載基準の信頼性を満たす5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、0.04mass%以上のFe含有率が望ましいことがわかる。 When an approximate straight line is drawn as a graph of a linear function obtained by using the above numerical data, in order to secure an In content of 5.4 mass% or more that satisfies the reliability of the on-vehicle standard, 0.04 mass% or more It can be seen that the Fe content is desirable.
ただし、Crの場合と同様に、Fe含有率が大きすぎると、液相線温度が上昇して溶融性が低下してしまい、ぬれ広がり性が悪くなりやすいので、90%以上のぬれ広がり率を保証するためには、0.6mass%以下のFe含有率が望ましいことがわかる。 However, as in the case of Cr, if the Fe content is too large, the liquidus temperature rises and the meltability decreases, and the wettability tends to deteriorate. It can be seen that an Fe content of 0.6 mass% or less is desirable to ensure.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持し、車載基準の信頼性を満たすためには、Fe含有率が0.04mass%以上0.6mass%以下であることが望ましく、Fe含有率が少し余裕をもって0.08mass%以上0.6mass%以下であることがより望ましい。 In short, it is desirable that the Fe content is 0.04 mass% or more and 0.6 mass% or less in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode and satisfy the reliability of the in-vehicle standard. It is more desirable that the content rate is 0.08 mass% or more and 0.6 mass% or less with a little margin.
(Coが添加される場合)
In含有率は、(1)Co含有率がゼロである場合は5.4mass%以下であるが、(2)Co含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Co含有率がおよそ0.03mass%を越えた場合は5.4mass%以上となり、そして(4)Co含有率が0.18mass%になるとほぼ6mass%になる。
(When Co is added)
In content rate is (5.4) mass% or less when (1) Co content rate is zero, but (2) When Co content rate increases, decrease of In is suppressed, (3) When the Co content exceeds about 0.03 mass%, it becomes 5.4 mass% or more, and (4) when the Co content becomes 0.18 mass%, it becomes about 6 mass%.
近似直線を、上記の数値データを用いることによって得られる一次関数のグラフとして描くと、車載基準の信頼性を満たす5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、0.05mass%以上のCo含有率が望ましいことがわかる。 When an approximate straight line is drawn as a graph of a linear function obtained by using the above numerical data, in order to ensure an In content of 5.4 mass% or more that satisfies the reliability of the vehicle-mounted standard, 0.05 mass% or more It can be seen that the Co content of is desirable.
ただし、Crの場合と同様に、Co含有率が大きすぎると、液相線温度が上昇して溶融性が低下してしまい、ぬれ広がり性が悪くなりやすいので、90%以上のぬれ広がり率を保証するためには、1.1mass%以下のCo含有率が望ましいことがわかる。 However, as in the case of Cr, if the Co content is too large, the liquidus temperature rises and the meltability decreases, and the wetting spreadability tends to deteriorate. It can be seen that a Co content of 1.1 mass% or less is desirable to ensure.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持し、車載基準の信頼性を満たすためには、Co含有率が0.05mass%以上1.1mass%以下であることが望ましく、Co含有率が少し余裕をもって0.18mass%以上1.1mass%以下であることがより望ましい。 In short, it is desirable that the Co content is 0.05 mass% or more and 1.1 mass% or less in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode and satisfy the reliability of the in-vehicle standard. It is more desirable that the content rate is 0.18 mass% or more and 1.1 mass% or less with a little margin.
(Siが添加される場合)
In含有率は、(1)Si含有率がゼロである場合は5.4mass%以下であるが、(2)Si含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Si含有率がおよそ0.3mass%を越えた場合は5.4mass%以上となり、そして(4)Si含有率が0.8mass%になるとほぼ6mass%になる。
(When Si is added)
The In content is (5.4) mass% or less when (1) the Si content is zero, but (2) when the Si content is increased, the decrease in In is suppressed. (3) When the Si content exceeds about 0.3 mass%, it becomes 5.4 mass% or more, and (4) when the Si content becomes 0.8 mass%, it becomes about 6 mass%.
近似直線を、上記の数値データを用いることによって得られる一次関数のグラフとして描くと、車載基準の信頼性を満たす5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、0.2mass%以上のSi含有率が望ましいことがわかる。 When an approximate straight line is drawn as a graph of a linear function obtained by using the above numerical data, in order to secure an In content of 5.4 mass% or more that satisfies the reliability of the on-vehicle standard, 0.2 mass% or more It can be seen that the Si content is desirable.
ただし、Crの場合と同様に、Si含有率が大きすぎると、液相線温度が上昇して溶融性が低下してしまい、ぬれ広がり性が悪くなりやすいので、90%以上のぬれ広がり率を保証するためには、1.0mass%以下のSi含有率が望ましいことがわかる。 However, as in the case of Cr, if the Si content is too large, the liquidus temperature rises and the meltability decreases, and the wetting spreadability tends to deteriorate. It can be seen that a Si content of 1.0 mass% or less is desirable to ensure.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持し、車載基準の信頼性を満たすためには、Si含有率が0.2mass%以上1.0mass%以下であることが望ましく、Si含有率が少し余裕をもって0.8mass%以上1.0mass%以下であることがより望ましい。 In short, in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode and satisfy the reliability of the in-vehicle standard, the Si content is desirably 0.2 mass% or more and 1.0 mass% or less. It is more desirable that the content rate is 0.8 mass% or more and 1.0 mass% or less with a little margin.
(Geが添加される場合)
In含有率は、(1)Ge含有率がゼロである場合は5.4mass%以下であるが、(2)Ge含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Ge含有率がおよそ0.4mass%を越えた場合は5.4mass%以上となり、そして(4)Ge含有率が1.1mass%になるとほぼ6mass%になる。
(When Ge is added)
The In content is (5.4) mass% or less when the (1) Ge content is zero, but (2) When the Ge content increases, the decrease in In is suppressed, (3) When the Ge content exceeds approximately 0.4 mass%, it is 5.4 mass% or more, and (4) when the Ge content is 1.1 mass%, it is approximately 6 mass%.
近似直線を、上記の数値データを用いることによって得られる一次関数のグラフとして描くと、車載基準の信頼性を満たす5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、0.4mass%以上のGe含有率が望ましいことがわかる。 When an approximate straight line is drawn as a graph of a linear function obtained by using the above numerical data, in order to secure an In content of 5.4 mass% or more that satisfies the reliability of the vehicle-mounted standard, 0.4 mass% or more It can be seen that the Ge content of is desirable.
ただし、Crの場合と同様に、Ge含有率が大きすぎると、液相線温度が上昇して溶融性が低下してしまい、ぬれ広がり性が悪くなりやすいので、90%以上のぬれ広がり率を保証するためには、1.9mass%以下のGe含有率が望ましいことがわかる。 However, as in the case of Cr, if the Ge content is too high, the liquidus temperature rises and the meltability decreases, and the wettability tends to deteriorate. It can be seen that a Ge content of 1.9 mass% or less is desirable to ensure.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持し、車載基準の信頼性を満たすためには、Ge含有率が0.4mass%以上1.9mass%以下であることが望ましく、Ge含有率が少し余裕をもって1.1mass%以上1.9mass%以下であることがより望ましい。 In short, in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode and satisfy the reliability of the on-vehicle standard, the Ge content is desirably 0.4 mass% or more and 1.9 mass% or less. It is more desirable that the content rate is 1.1 mass% or more and 1.9 mass% or less with a little margin.
(Alが添加される場合)
In含有率は、(1)Al含有率がゼロである場合は5.4mass%以下であるが、(2)Al含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Al含有率がおよそ0.3mass%を越えた場合は5.4mass%以上となり、そして(4)Al含有率が0.7mass%になるとほぼ6mass%になる。
(When Al is added)
In content rate is (5.4) mass% or less when (1) Al content rate is zero, but (2) When Al content rate increases, decrease of In is suppressed, (3) When the Al content exceeds about 0.3 mass%, it becomes 5.4 mass% or more, and (4) when the Al content becomes 0.7 mass%, it becomes about 6 mass%.
近似直線を、上記の数値データを用いることによって得られる一次関数のグラフとして描くと、車載基準の信頼性を満たす5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、0.3mass%以上のAl含有率が望ましいことがわかる。 When an approximate straight line is drawn as a graph of a linear function obtained by using the above numerical data, in order to ensure an In content of 5.4 mass% or more that satisfies the reliability of the on-vehicle standard, 0.3 mass% or more It can be seen that the Al content of is desirable.
ただし、Crの場合と同様に、Al含有率が大きすぎると、液相線温度が上昇して溶融性が低下してしまい、ぬれ広がり性が悪くなりやすいので、90%以上のぬれ広がり率を保証するためには、1.7mass%以下のAl含有率が望ましいことがわかる。 However, as in the case of Cr, if the Al content is too large, the liquidus temperature rises and the meltability decreases, and the wettability tends to deteriorate. It can be seen that an Al content of 1.7 mass% or less is desirable to guarantee.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持し、車載基準の信頼性を満たすためには、Al含有率が0.3mass%以上1.7mass%以下であることが望ましく、Al含有率が少し余裕をもって0.7mass%以上1.7mass%以下であることがより望ましい。 In short, in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode and satisfy the reliability of the on-vehicle standard, the Al content is desirably 0.3 mass% or more and 1.7 mass% or less. It is more desirable that the content rate is 0.7 mass% or more and 1.7 mass% or less with a little margin.
もちろん、Cr、Ni、Fe、Co、Si、GeおよびAlは単独に添加されてもよいが、これらの内のいくつかが組み合わされて添加されてもよい。 Of course, Cr, Ni, Fe, Co, Si, Ge, and Al may be added alone, but some of them may be added in combination.
表3は、複数種類の元素が添加された各種組成とIn含有率変化との関係を実施例1b〜10bおよび比較例について説明しており、信頼性が判定されている。 Table 3 explains the relationship between various compositions to which a plurality of types of elements are added and the change in In content for Examples 1b to 10b and Comparative Examples, and the reliability is determined.
In含有率変化についての残量および判定、ならびに信頼性判定は、前述された場合(表2参照)のそれらと同様である。 The remaining amount and determination regarding the change in In content, and the reliability determination are the same as those described above (see Table 2).
なお、実施例1bにおいては、0.2mass%のCrおよび0.3mass%のSiが添加されており、In含有率変化は−0.1mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は3.9mass%であるので、車載基準は満足されない。 In Example 1b, 0.2 mass% of Cr and 0.3 mass% of Si are added, and the change in In content is −0.1 mass%, and the determination about it is ○. Since the remaining amount with respect to the change in In content is 3.9 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
また、実施例2bにおいては、0.7mass%のSiおよび0.3mass%のAlが添加されており、In含有率変化は−0.1mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は6.9mass%であるので、車載基準は満足されない。 In Example 2b, 0.7 mass% Si and 0.3 mass% Al were added, and the change in In content was −0.1 mass%, and the determination about it was ○. Since the remaining amount with respect to the change in In content is 6.9 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
また、実施例6bにおいては、0.6mass%のSiおよび0.7mass%のGeが添加されており、In含有率変化は−0.1mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は3.9mass%であるので、車載基準は満足されない。 In Example 6b, 0.6 mass% Si and 0.7 mass% Ge were added, and the change in In content was −0.1 mass%, and the determination about it was “good”. Since the remaining amount with respect to the change in In content is 3.9 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
また、実施例8bにおいては、0.8mass%のCoおよび0.8mass%のGeが添加されており、In含有率変化は−0.2mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は3.8mass%であるので、車載基準は満足されない。 In Example 8b, 0.8 mass% Co and 0.8 mass% Ge were added, and the change in In content was -0.2 mass%, and the determination about it was o. Since the remaining amount with respect to the change in In content is 3.8 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
また、実施例10bにおいては、0.2mass%のNiおよび0.4mass%のSiが添加されており、In含有率変化は−0.1mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は4.9mass%であるので、車載基準は満足されない。 Further, in Example 10b, 0.2 mass% Ni and 0.4 mass% Si are added, and the change in In content is -0.1 mass%, and the determination about it is ○. Since the remaining amount with respect to the change in In content is 4.9 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
(実施の形態2)
つぎに、図5および6を主として参照しながら、本実施の形態のはんだ材料について具体的に説明する。
(Embodiment 2)
Next, the solder material of the present embodiment will be specifically described with reference mainly to FIGS.
なお、図5は、本発明における実施の形態2のはんだ材料を説明するための、Znが添加されたSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金を利用して、Au電極に対するはんだ付けが行われた後の、はんだ内部におけるIn含有率の分析結果を示すグラフ図である。 FIG. 5 shows a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In to which Zn is added for explaining the solder material according to the second embodiment of the present invention. It is a graph which shows the analysis result of the In content rate in the solder after soldering with respect to Au electrode was performed using the other alloy.
また、図6は、本発明における実施の形態2のはんだ材料を説明するための、Znが添加されたSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金の固相線601および液相線602を示すグラフ図である。
Further, FIG. 6 has a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In to which Zn is added for explaining the solder material according to the second embodiment of the present invention. 5 is a graph showing a
本実施の形態のはんだ材料は前述された実施の形態1のはんだ材料と類似しているが、本実施の形態においては上記のCr、Ni、Fe、Co、Si、GeおよびAl以外の少し異なる性質を有する元素が添加される。 The solder material of the present embodiment is similar to the solder material of the first embodiment described above, but in this embodiment, it is slightly different from the above-described Cr, Ni, Fe, Co, Si, Ge, and Al. Elements having properties are added.
まず、図5を主として参照しながら、Zn含有率の下限について説明する。 First, the lower limit of the Zn content will be described with reference mainly to FIG.
試料の作成および分析などが前述された実施の形態1における方法と同様な方法で行われ、はんだ付けが行われた後のIn含有率の測定が行われる。 Sample preparation and analysis are performed by a method similar to the method in the first embodiment described above, and the In content after the soldering is measured.
In含有率は、(1)Zn含有率がゼロである場合は5.1mass%であるが、(2)Zn含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Zn含有率が0.2mass%である場合は5.4mass%となり、そして(4)Zn含有率が0.5mass%になるとほぼ6mass%になる。 The In content is (1) 5.1 mass% when the Zn content is zero, but (2) When the Zn content increases, the decrease in In is suppressed, 3) When the Zn content is 0.2 mass%, it is 5.4 mass%, and (4) When the Zn content is 0.5 mass%, it is approximately 6 mass%.
Zn含有率が0mass%から0.5mass%であるときの数値を用いて近似直線を描くと、一次関数
(数4)
(In含有率)
=1.91×(Zn含有率)+5.079
のグラフが得られる。
When an approximate straight line is drawn using numerical values when the Zn content is 0 mass% to 0.5 mass%, a linear function (Equation 4)
(In content)
= 1.91 x (Zn content) + 5.079
Is obtained.
したがって、車載基準をAu電極との組み合わせにおいても満足するために必要な5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、Zn含有率が0.2mass%以上であることが望ましい。 Therefore, in order to secure the In content of 5.4 mass% or more necessary for satisfying the on-vehicle standard even in combination with the Au electrode, the Zn content is preferably 0.2 mass% or more.
つぎに、図6を主として参照しながら、Zn含有率の上限について説明する。 Next, the upper limit of the Zn content will be described with reference mainly to FIG.
すなわち、Zn含有率が大きすぎると、液相線温度が下降するので、両面実装における一次面が二次面のリフロー工程で再溶融して接合不良が発生しやすい。 That is, if the Zn content is too high, the liquidus temperature is lowered, so that the primary surface in the double-sided mounting is easily remelted in the reflow process of the secondary surface, and bonding failure is likely to occur.
より具体的に説明すると、固相線601によって表される固相線温度は190〜200℃の範囲にあって安定しているが、液相線602によって表される液相線温度は、Zn含有率が増大すると下降し、Zn含有率が4mass%である場合は222℃であり、Zn含有率が8mass%である場合は200℃である。
More specifically, although the solidus temperature represented by the
表4はZn含有率と再溶融との関係をZn含有率が3.0mass%、3.5mass%、…、5.5mass%である場合について説明しており、再溶融についての評価が行われている。 Table 4 explains the relationship between Zn content and remelting when the Zn content is 3.0 mass%, 3.5 mass%,..., 5.5 mass%, and evaluation of remelting is performed. ing.
ここでは、基板厚0.8mmを持ったFR5基板が利用されており、1.0mmピッチのBGA(Ball Grid Array)がピーク温度250℃でのはんだ付けによって形成されるように作成された試料について、ピーク温度250℃での再加熱の前後におけるボイド形状の測定がX線観察による方法で行われる。 Here, an FR5 substrate having a substrate thickness of 0.8 mm is used, and a sample prepared so that a 1.0 mm pitch BGA (Ball Grid Array) is formed by soldering at a peak temperature of 250 ° C. The measurement of the void shape before and after reheating at a peak temperature of 250 ° C. is performed by a method by X-ray observation.
再溶融の評価に関しては、○はボイド形状が再加熱の前後において変化していることを示しており、×はボイド形状が変化していないことを示している。 Regarding the evaluation of remelting, ◯ indicates that the void shape has changed before and after reheating, and x indicates that the void shape has not changed.
もちろん、このようなボイド形状の変化は再溶融によって発生する、と理解される。 Of course, it is understood that such a change in void shape is caused by remelting.
したがって、良好なはんだ付けにとって重要な再溶融の抑制を保証するためには、Zn含有率が4.0mass%以下であることが望ましい。 Therefore, in order to guarantee the suppression of remelting, which is important for good soldering, the Zn content is preferably 4.0 mass% or less.
表5は各種組成とIn含有率変化との関係を実施例1c〜6cおよび比較例について説明しており、信頼性が判定されている。 Table 5 explains the relationship between various compositions and changes in In content for Examples 1c to 6c and Comparative Examples, and the reliability is determined.
In含有率変化についての残量および判定、ならびに信頼性判定は、前述された場合(表2参照)のそれらと同様である。 The remaining amount and determination regarding the change in In content, and the reliability determination are the same as those described above (see Table 2).
なお、実施例1cにおいては、0.2mass%のZnが添加されており、In含有率変化は−0.5mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は3.5mass%であるので、車載基準は満足されない。 In Example 1c, 0.2 mass% of Zn was added, and the change in In content was -0.5 mass%. Since the amount is 3.5 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
また、実施例6cにおいては、3.5mass%のZnが添加されており、In含有率変化は−0.2mass%であってそれについての判定は○であるが、In含有率変化についての残量は3.8mass%であるので、車載基準は満足されない。 Further, in Example 6c, 3.5 mass% of Zn was added, the In content rate change was -0.2 mass%, and the determination about that was ○, but the remaining In content rate change was Since the amount is 3.8 mass%, the on-vehicle standard is not satisfied.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持するためには、Zn含有率が0.2mass%以上4.0mass%以下であることが望ましく、Zn含有率が少し余裕をもって0.5mass%以上4.0mass%以下であることがより望ましい。 In short, in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode, it is desirable that the Zn content is 0.2 mass% or more and 4.0 mass% or less, and the Zn content is 0. It is more desirable to be 5 mass% or more and 4.0 mass% or less.
つぎに、Zn以外の元素の具体例である同様な性質を有するGaが添加されたSn−3.5mass%Ag−0.5mass%Bi−6.0mass%Inの組成を持った合金が利用される場合について具体的に説明する。 Next, an alloy having a composition of Sn-3.5 mass% Ag-0.5 mass% Bi-6.0 mass% In to which Ga having similar properties, which is a specific example of an element other than Zn, is used. The case will be specifically described.
なお、この場合においても、試料は前述されたZnの場合と同様に作成され、測定および評価なども同様に行われる。 Also in this case, the sample is prepared in the same manner as in the case of Zn described above, and measurement and evaluation are performed in the same manner.
(Gaが添加される場合)
In含有率は、(1)Ga含有率がゼロである場合は5.4mass%以下であるが、(2)Ga含有率が増大すると、Inの減少が抑制されるので、増大していき、(3)Ga含有率がおよそ0.05mass%を越えた場合は5.4mass%以上となり、そして(4)Ga含有率が0.5mass%になるとIn含有率はほぼ6mass%になる。
(When Ga is added)
In content is (5.4) mass% or less when (1) Ga content is zero, (2) When Ga content is increased, the decrease in In is suppressed, (3) When the Ga content exceeds about 0.05 mass%, it becomes 5.4 mass% or more, and (4) When the Ga content becomes 0.5 mass%, the In content becomes about 6 mass%.
近似直線を、上記の数値データを用いることによって得られる一次関数のグラフとして描くと、車載基準の信頼性を満たす5.4mass%以上のIn含有率を確保するためには、0.05mass%以上のGa含有率が望ましいことがわかる。 When an approximate straight line is drawn as a graph of a linear function obtained by using the above numerical data, in order to ensure an In content of 5.4 mass% or more that satisfies the reliability of the vehicle-mounted standard, 0.05 mass% or more It can be seen that the Ga content is desirable.
ただし、Znの場合と同様に、Ga含有率が大きすぎると、液相線温度が下降して両面実装における一次面が二次面のリフロー工程で再溶融してしまい、接合不良が発生しやすいので、再溶融の抑制を保証するためには、4mass%以下のGa含有率が望ましいことがわかる。 However, as in the case of Zn, if the Ga content is too high, the liquidus temperature is lowered and the primary surface in double-sided mounting is remelted in the reflow process of the secondary surface, which tends to cause poor bonding. Therefore, it can be seen that a Ga content of 4 mass% or less is desirable in order to guarantee suppression of remelting.
要するに、Au電極に対するはんだ付けにおいてもより高い熱疲労特性を維持し、車載基準の信頼性を満たすためには、Ga含有率が0.05mass%以上4.0mass%以下であることが望ましく、Ga含有率が少し余裕をもって0.5mass%以上4.0mass%以下であることがより望ましい。 In short, in order to maintain higher thermal fatigue characteristics even in soldering to the Au electrode and satisfy the reliability of the on-vehicle standard, the Ga content is desirably 0.05 mass% or more and 4.0 mass% or less. It is more desirable that the content is 0.5 mass% or more and 4.0 mass% or less with a little margin.
以上の説明から明らかであるように、本発明のはんだ材料は、Pを含むNiめっきを有するAu電極のはんだ付けに利用されるはんだ材料であって、3〜8mass%のInと、0.3〜4.0mass%のAgと、0.4〜0.6mass%のCr、Ni、Fe、Co、Zn、Si、Ge、GaおよびAlの内の一種類のみの成分と、を含み、残部は、87.4mass%以上のSnである、はんだ材料である。 As is clear from the above description, the solder material of the present invention is a solder material used for soldering an Au electrode having Ni plating containing P, and contains 3 to 8 mass% In and 0.3. -4.0 mass% Ag and 0.4-0.6 mass% of Cr, Ni, Fe, Co, Zn, Si, Ge, Ga and Al, and only one type of component, with the balance being , 87.4 mass% or more of Sn.
なお、このようなはんだ材料は、0.2〜1.0mass%のBiを含むことが望ましい。 Such a solder material desirably contains 0.2 to 1.0 mass% Bi.
また、含まれているCr、Ni、Fe、Co、Zn、Si、Ge、GaおよびAlの内の一種類のみの成分の量は、Niめっきが含むPの量に応じた量であることが望ましい。 In addition, the amount of only one of the components Cr, Ni, Fe, Co, Zn, Si, Ge, Ga, and Al contained therein may be an amount corresponding to the amount of P included in the Ni plating. desirable.
また、Cr、Ni、Fe、Co、Zn、Si、Ge、GaおよびAlの内の二種類以上の成分が含まれている場合には、総合的なこれら二種類以上の成分の量がPの量に応じた量であることが望ましい。 Further, when two or more kinds of components of Cr, Ni, Fe, Co, Zn, Si, Ge, Ga and Al are included, the total amount of these two or more kinds of components is P. It is desirable that the amount corresponds to the amount.
また、本発明における実施の形態の実装体の模式的な断面図である図7に示されているような、Au電極721および722を有する電子部品720と、基板電極731および732を有する電子回路基板730と、が、上記のはんだ材料によって接合されている、実装体は、本発明に含まれる。なお、電子部品720と、電子回路基板730と、は、上記のはんだ材料を利用して形成されたはんだ部711および712によって接合されている。
In addition, an
本発明におけるはんだ材料および実装体は、Au電極に対するはんだ付けにおいても、より高い熱疲労特性を維持することが可能であり、たとえば、電子回路基板のはんだ付けに用いるソルダーペースト等に利用するために有用である。 The solder material and the mounting body in the present invention can maintain higher thermal fatigue characteristics even when soldering to an Au electrode, and for example, for use in solder paste used for soldering an electronic circuit board. Useful.
401 固相線
402 液相線
601 固相線
602 液相線
711、712 はんだ部
720 電子部品
721、722 Au電極
730 電子回路基板
731、732 基板電極
401
Claims (2)
3〜8mass%のInと、
0.3〜4.0mass%のAgと、
0.4〜0.6mass%のCr、Ni、Fe、Co、Zn、Si、Ge、GaおよびAlの内の一種類のみの成分と、を含み、
残部は、87.4mass%以上のSnであることを特徴とする、はんだ材料。 A solder material used for soldering an Au electrode having Ni plating containing P,
3-8 mass% In,
0.3 to 4.0 mass% Ag;
0.4 to 0.6 mass% of Cr, Ni, Fe, Co, Zn, Si, Ge, Ga and Al, and only one type of component,
The remainder is 87.4 mass% or more of Sn.
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