焊接材料、焊膏、泡沫焊料和焊料接头制造技术

本发明专利技术提供可以抑制电迁移产生的焊接材料，焊接材料具备：由Cu或Cu合金构成的球状的核2A、和覆盖核2A的焊料层3A，所述焊接材料是核球1A，其中，焊料层3A中，Cu含量为0.1质量%以上且3.0质量%以下、Bi含量为0.5质量%以上且5.0质量%以下、Ag含量为0质量%以上且4.5质量%以下、Ni含量为0质量%以上且0.1质量%以下、Sn为余量。

Welding materials, solder paste, foam solder and solder joint

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊接材料、焊膏、泡沫焊料和焊料接头
本专利技术涉及由焊料合金覆盖金属核而得的焊接材料、使用该焊接材料的焊膏、泡沫焊料和焊料接头(solderjoint)。
技术介绍
近年来，随着小型信息机器的发达，所搭载的电子部件正在迅速的小型化。电子部件根据小型化的要求，为了应对连接端子的窄小化或安装面积的缩小化，正在应用在背面设置有电极的焊球阵列封装(BallGridArray，以下称为“BGA”)。在应用BGA的电子部件中，例如有半导体封装。在半导体封装中，具有电极的半导体芯片被树脂密封。在半导体芯片的电极上形成焊料凸块。该焊料凸块通过将焊料球接合于半导体芯片的电极而形成。应用BGA的半导体封装，以各焊料凸块与印刷基板的导电性焊盘接触的方式置于印刷基板上，通过加热而熔融了的焊料凸块与焊盘接合，由此搭载于印刷基板。由于连接端子的窄小化或安装面积的缩小化，焊料致使接合部变得微细化，接合部的电流密度上升。由于接合部的电流密度上升，会有焊料所致的在接合部产生电迁移(electromigration)的担忧。提出了制作如下焊接材料的技术：将在直径为20~80μm的铜球表面具有1.0～5.0μm的Ni层的铜芯，用Sn-Ag-Cu组成的焊料合金层覆盖而得的称为铜芯焊料球的焊接材料(例如，参照专利文献1)。如铜芯焊料球那样，已知用焊料层覆盖金属核(芯)而得的焊接材料，与由同一组成的焊料合金构成但没有金属芯的称为焊料球的焊接材料相比，可以抑制电迁移现象。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-103501号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，如上所述，由于随着接合部的微细化，电迁移产生的可能性增高，因此谋求比专利文献1所记载的具有由Sn-Ag-Cu组成构成的焊料层的铜芯焊料球可以更加抑制电迁移的焊接材料。本专利技术是为了解决这样的课题而进行的专利技术，其目的在于提供：比以往的焊接材料可以更加抑制电迁移产生的焊接材料、使用该焊接材料的焊膏、泡沫焊料及焊料接头。用于解决课题的手段本专利技术人发现，对具备金属核、和覆盖核的焊料层的焊接材料的焊料层添加一定量的Bi，抑制接合部的温度上升，由此比以往的焊料球或具有金属核的焊接材料可以显著抑制电迁移的产生。因此，本专利技术如下所述。(1)焊接材料，其具备金属核、和覆盖核的焊料层，焊料层中，Cu含量为0.1质量%以上且3.0质量%以下，Bi含量为0.5质量%以上且5.0质量%以下，Ag含量为0质量%以上且4.5质量%以下，Ni含量为0质量%以上且0.1质量%以下，Sn为余量。(2)焊接材料，其具备金属核、和覆盖核的焊料层，焊料层中，Cu含量为0.1质量%以上且3.0质量%以下，Bi含量为超过1.0质量%且5.0质量%以下，Ni含量为0质量%以上且0.1质量%以下，不含Ag，Sn为余量。(3)上述(1)所述的焊接材料，其中，Ag含量为超过1.5质量%且4.5质量%以下。(4)上述(1)～(3)中任一项所述的焊接材料，其中，核由Cu、Ni、Ag、Au、Al、Mo、Mg、Zn、Co的金属单质或合金构成。(5)上述(1)～(4)中任一项所述的焊接材料，其中，核是球状的核球。(6)上述(1)～(4)中任一项所述的焊接材料，其中，核是柱状的核柱。(7)上述(1)～(6)中任一项所述的焊接材料，其中，以由选自Ni和Co的1种元素以上构成的层覆盖的核，被焊料层覆盖。(8)焊膏，其使用上述(1)～(7)中任一项所述的焊接材料。(9)泡沫焊料，其使用上述(1)～(7)中任一项所述的焊接材料。(10)焊料接头，其使用上述(1)～(7)中任一项所述的焊接材料。专利技术效果本专利技术中，由于在接合部产生的热、传递至接合部的热是在金属核散热，因此抑制接合部的温度上升，使金属元素保持难以移动的状态。因此，可以得到含有Bi所带来的电迁移的抑制效果。附图说明[图1]是显示本实施方式的核球的示意性结构的截面图。[图2]是显示由核球形成的焊料凸块的一个例子的构成图。[图3]是显示本实施方式的Cu核柱的示意性结构的截面图。具体实施方式本实施方式的焊接材料由金属核、覆盖该核的焊料层构成。在核为球体的情况下，焊接材料称为核球。以下的实施方式是对核球进行说明。图1是显示本实施方式的核球的示意性结构的截面图。本实施方式的核球1A由球状的核2A和覆盖核2A的焊料层3A所构成。核2A，可以是Cu单质的组成，也可以是Cu为主要成分的合金组成。在由合金构成核2A的情况下，Cu的含量为50质量%以上。另外，作为核2A，只要导电性比作为Sn系焊料合金的焊料层3A好即可，除了Cu以外，也可由Ni、Ag、Au、Al、Mo、Mg、Zn、Co的金属单质或合金构成。从控制间隙(standoff)高度的观点出发，核2A的球形度(sphericity)优选为0.95以上。球形度更优选为0.990以上。本专利技术中，球形度表示与球形的偏差。球形度例如可通过最小平方中心法(LSC法)、最小区域中心法(MZC法)、最大内切中心法(MIC法)、最小外接中心法(MCC法)等的各种方法求得。详细而言，球形度是指，500个的各核2A的直径除以长径时所算出的算术平均值，表示该值越接近作为上限的1.00，越接近球形。本专利技术中的长径的长度和直径的长度是指，通过MITSUTOYO公司制的ULTRAQUICKVISION、ULTRAQV350-PRO测定装置测定而得的长度。构成本专利技术的核2A的直径优选为1～1000μm。若在此范围中，则可以稳定地制造球状的核2A，而且可以抑制端子间为窄间距(pitch)的情形的连接短路。焊料层3A由Sn-Ag-Cu-Bi系的焊料合金或Sn-Cu-Bi系的焊料合金构成。核球1A是通过在核2A的表面进行焊料电镀(solderplating)以形成焊料层3A。关于Bi的含量，为0.5质量%以上且5.0质量%以下。若Bi的含量不足0.5质量%，则无法得到充分的电迁移的抑制效果。另外，Bi的含量超过5.0质量%，电迁移的抑制效果也会下降。关于Bi的含量，优选为超过1.0质量%且5.0质量%以下，更优选为1.5质量%以上且3.0质量%以下。关于Cu的含量，为0.1质量%以上且3.0质量%以下。若Cu的含量不足0.1质量%，则熔融温度无法充分地降低，将接合材料接合至基板时需要在高温下加热，可能导致对基板的热损伤。此外，润湿性也不充分，接合时焊料不会润湿及扩散。另外，若Cu的含量超过3.0质量%，熔融温度上升，并且润湿性也下降。关于Cu的含量，优选为0.3质量%以上且1.5质量%以下。关于Ag的含量，为0质量%以上且4.5质量%以下，其为任选添加的元素。若添加超过0质量%且4.5质量%以下的Ag，则比没有添加Ag的合金，更加提升电迁移的抑制效果。若Ag的含量超过4.5质量%，则机械性强度下降。在为Sn-Ag-Cu-Bi系的焊料合金的情况下，关于Ag的含量，优选为0.1质量%以上且4.5质量%以下，更优选为超过1.5质量%且4.5质量%以下。关于Ni的含量，为0质量%以上且0.1质量%以下，其为任选添加的元素。若添加超过0质量%且0.1质量%以下的Ni，则比没有添加Ni的合金，会提升润湿性。若Ni的含量超过0.1质量%，则熔融温度上升，并且润湿性也下降。在添加Ni的情况下，关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.焊接材料，其特征在于，具备金属核、和覆盖上述核的焊料层，其中，上述焊料层中，Cu含量为0.1质量%以上且3.0质量%以下、Bi含量为0.5质量%以上且5.0质量%以下、Ag含量为0质量%以上且4.5质量%以下、Ni含量为0质量%以上且0.1质量%以下、Sn为余量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.28 JP 2017-0370881.焊接材料，其特征在于，具备金属核、和覆盖上述核的焊料层，其中，上述焊料层中，Cu含量为0.1质量%以上且3.0质量%以下、Bi含量为0.5质量%以上且5.0质量%以下、Ag含量为0质量%以上且4.5质量%以下、Ni含量为0质量%以上且0.1质量%以下、Sn为余量。2.焊接材料，其特征在于，具备金属核、和覆盖上述核的焊料层，其中，该焊料层中，Cu含量为0.1质量%以上且3.0质量%以下、Bi含量为超过1.0质量%且5.0质量%以下、Ni含量为0质量%以上且0.1质量%以下、不含Ag、Sn为余量。3.权利要求1所述的焊接材料，其特征在于，Ag含...

【专利技术属性】
技术研发人员：西野友朗，服部贵洋，川崎浩由，六本木贵弘，相马大辅，佐藤勇，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP