无铅软钎料合金、电子电路安装基板及电子控制装置制造方法及图纸

作为能使软钎焊时的加热条件与Sn‑3Ag‑0.5Cu软钎料合金同等或更低，而且在冷暖差剧烈且负荷振动的严酷环境下也能抑制钎焊接合部的龟裂发展，并且在使用未经Ni/Pd/Au镀覆或Ni/Au镀覆的电子部件进行钎焊接合的情况下也能抑制钎焊接合部与电子部件的电极的界面附近的区域中的龟裂发展的手段，提供无铅软钎料合金、电子电路安装基板及电子控制装置，所述无铅软钎料合金的特征在于，包含2.5质量％以上且4质量％以下的Ag、0.6质量％以上且0.75质量％以下的Cu、2质量％以上且6质量％以下的Bi、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ni、以及0.01质量％以上且0.04质量％以下的Co，余量由Sn组成，Ni和Co的总含量为0.05质量％以下。

Lead free solder alloy, electronic circuit mounting base plate and electronic control device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无铅软钎料合金、电子电路安装基板及电子控制装置
本专利技术涉及无铅软钎料合金、电子电路安装基板及电子控制装置。
技术介绍
作为在形成于印刷电路板、模块基板之类的电子电路基板的导体图案上接合电子部件的方法，有使用软钎料合金的钎焊接合方法。以前该软钎料合金使用铅。但是从环境负担的观点出发根据RoHS指令等而限制了铅的使用，因此近年来利用不含铅的所谓无铅软钎料合金的钎焊接合方法逐渐变得普遍。作为该无铅软钎料合金，众所周知有例如Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Bi系及Sn-Zn系软钎料合金等。其中，在电视、手机等中使用的民用电子设备、汽车上搭载的车载用电子设备中，常常使用Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金。无铅软钎料合金与含铅软钎料合金相比钎焊性能稍差。但是通过助焊剂、钎焊装置的改良而克服了该钎焊性能的问题。因此，例如即使是车载用电子电路安装基板，对放置在像汽车的车厢内那样虽然存在冷暖差但相对平稳的环境下的车载用电子电路安装基板而言，使用Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金形成的钎焊接合部也没有产生大的问题。但是，近年来，例如电子控制装置中使用的电子电路安装基板那样正在研究和实际应用向发动机舱中配置、向发动机中直接配置、向与马达机电一体化而成的装置中配置。它们处于冷暖差剧烈(例如-30℃至115℃、-40℃至125℃之类的冷暖差)、而且受到振动负荷的严酷环境下。这种冷暖差非常剧烈的环境下，电子电路安装基板中容易发生由所安装的电子部件与基板(本说明书中简称为“基板”时，为导体图案形成前的板、能与形成有导体图案的电子部件电连接的板、及搭载有电子部件的电子电路安装基板之中的不含电子部件的板部分中的任一者，根据情况而适当地指任一者，此时是指“搭载有电子部件的电子电路安装基板之中的不含电子部件的板部分”。)的线膨胀系数之差导致的钎焊接合部的热位移以及与其相伴的应力。此外，由该冷暖差导致的塑性变形的反复容易使钎焊接合部产生龟裂。进而，随着时间经过而反复施加于钎焊接合部的应力集中在已发生的龟裂的尖端附近，因此该龟裂容易横断地发展至钎焊接合部的深部。如此显著发展的龟裂会导致电子部件与形成于基板上的导体图案的电连接的切断。特别是在除了剧烈的冷暖差之外还使电子电路安装基板负荷振动的环境下，上述龟裂及其发展更容易发生。因此，在这种严酷环境下，由Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金形成的钎焊接合部容易发生龟裂产生及龟裂发展，存在无法确保充分可靠性的问题。另外，在搭载于车载用电子电路基板的QFP(四面扁平封装；QuadFlatPackage)、SOP(小外形封装；SmallOutlinePackage)之类的电子部件的引线部分，以往常常使用进行了Ni/Pd/Au镀覆、Ni/Au镀覆的部件。但是，伴随近年的电子部件的低成本化、基板的尺寸缩小化，正在研究和实际应用将引线部分改为Sn镀覆而得到的电子部件、具有经Sn镀覆的下面电极的电子部件。钎焊接合时，经Sn镀覆的电子部件容易发生Sn镀覆及钎焊接合部所含的Sn与引线部分和/或前述下面电极所含的Cu之间的相互扩散。由于该相互扩散，在钎焊接合部与前述引线部分和/或前述下面电极的界面附近的区域(以下在本说明书中称为“界面附近”。)，作为金属间化合物的Cu3Sn层呈凸凹状显著生长。前述Cu3Sn层原本就具有硬且脆的性质，而且呈凸凹状显著生长的Cu3Sn层变得更脆。因此，特别是在上述严酷环境下，前述界面附近比钎焊接合部更容易发生龟裂，此外，发生的龟裂以此为起点立即发展，因此容易发生电气短路。因此，预想今后对于在上述严酷环境下即使在使用未经Ni/Pd/Au镀覆或Ni/Au镀覆的电子部件的情况下也能发挥前述界面附近的龟裂发展抑制效果的无铅软钎料合金的需求也会增大。另外，近年的车载用电子电路安装基板出于成本削减、重量减轻及布局自由化的目的而开始广泛研究其尺寸缩小化。此外，作为用于实现其的方法之一，采用了减小钎焊接合部之中的所谓焊脚部的体积的方法。即，以往的钎焊接合部通常如图1所示那样以焊脚部覆盖电子部件的侧面且呈光滑下摆形状的方式形成。另一方面，近年来，逐渐采用如下方法：如图2所示使焊脚部的覆盖电子部件的侧面的部分减少，设为斜率大的形状，从而削减焊脚部的体积的方法；设为不存在覆盖电子部件的侧面的部分的(不存在焊脚部的)结构的方法。若削减钎焊接合部的焊脚部的体积，则可实现电子部件的高密度安装及尺寸缩小化。但是，焊脚部的体积越小，则钎焊接合部的强度也越会降低，因此尤其是在冷暖差非常大且负荷振动那样的严酷环境下，存在与焊脚部的体积大的钎焊接合部相比，焊脚部的体积小的钎焊接合部的龟裂发展抑制效果容易变差的问题。迄今公开了若干通过在Sn-Ag-Cu系软钎料合金中添加Ag、Bi、In及Sb之类的元素来提高钎焊接合部的强度和与其相伴的热疲劳特性，由此抑制上述钎焊接合部的龟裂发展的方法(参照专利文献1～专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第5024380号公报专利文献2：日本特许第5349703号公报专利文献3：日本特开2016-26879号公报此处，近年的车载用电子电路安装基板正在研究和采用微小电子部件的使用、高密度安装。也有在这种电子电路安装基板上混装耐热性低的电子部件和热容量大的大型电子部件的情况，该情况下若使用熔点高的软钎料合金进行软钎焊，则有电子部件的功能劣化、软钎料合金发生未熔化的担心，因此想要使软钎焊时的加热温度与Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金同等或更低的需求高涨。添加有Bi的无铅软钎料合金能够使软钎焊时的加热温度与Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金同等或更低，而且能提高其强度。但是这种无铅软钎料合金存在延伸性恶化的担心，存在根据其含量而脆性增强的缺点。另外，添加有Sb和/或In的无铅软钎料合金由于Sb和/或In进入到该无铅软钎料合金的原子排列的晶格中并与Sn发生置换，因此该原子排列的晶格发生畸变，使Sn基质强化，能提高无铅软钎料合金的强度。因此，使用这种无铅软钎料合金形成的钎焊接合部能具有高的龟裂发展抑制效果。但是，特别是Sb，因其添加而使无铅软钎料合金的固相线温度/液相线温度上升，因此若在软钎焊时采用与Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金同等的加热条件，则存在发生无铅软钎料合金的未熔融现象的担心。另外，In为单价高的合金元素，因此会使无铅软钎料合金的价格上升。另外，如上所述，根据使用的电子部件的耐热条件、热容量，也有时不得不将软钎焊时的加热条件设为与Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金同等或更低。另外，使用未经Ni/Pd/Au镀覆或Ni/Au镀覆的电子部件进行钎焊接合的情况下，在前述界面附近作为金属间化合物的Cu3Sn层呈凸凹状显著生长，因此难以抑制该界面附近的龟裂发展。但是，关于钎焊接合部的龟裂发展抑制效果与软钎焊时的加热温度的抑制的兼顾、焊脚部的体积小的钎焊接合部的龟裂发展抑制，上述专利文献中既没有提及也没有暗示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅软钎料合金，其特征在于，包含2.5质量％以上且4质量％以下的Ag、0.6质量％以上且0.75质量％以下的Cu、2质量％以上且6质量％以下的Bi、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ni、以及0.01质量％以上且0.04质量％以下的Co，余量由Sn组成，/nNi和Co的总含量为0.05质量％以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180227 JP 2018-0339581.一种无铅软钎料合金，其特征在于，包含2.5质量％以上且4质量％以下的Ag、0.6质量％以上且0.75质量％以下的Cu、2质量％以上且6质量％以下的Bi、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ni、以及0.01质量％以上且0.04质量％以下的Co，余量由Sn组成，
Ni和Co的总含量为0.05质量％以下。


2.根据权利要求1所述的无铅软钎料合金，其特征在于，Ag的含量为2.5质量％以上且3.8质量％以下。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的无铅软钎料合金，其特征在于，Bi的含量为3质量％以上且4.5质量％以下。


4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的无铅软钎料合金，其特征在于，Ni的含量为0.02质量％以上且0.04质量％以下，Co的含量为0.01...

【专利技术属性】
技术研发人员：新井正也，中野健，胜山司，宗川裕里加，丸山大辅，岛崎贵则，中村歩美，
申请(专利权)人：株式会社田村制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP