焊料合金制造技术

本发明专利技术提供一种可在高温区使用的下述新的无铅焊料合金。本发明专利技术的焊料合金含有Sn、Bi及Cu，Sn含量为1.9～4.3质量％，Cu含量为1.9～4.5质量％，剩余部分为Bi及不可避免的杂质，Sn含量与Cu含量满足下式：Cu含量(质量％)≤1.50×Sn含量(质量％)－1.00，Cu含量(质量％)≥1.45×Sn含量(质量％)－1.63。

Solder alloy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊料合金
本专利技术涉及一种焊料合金。
技术介绍
出于环境方面的考虑，推荐使用不含铅的焊料合金。焊料合金根据其组成，适宜作为焊料使用的温度区会有所变化。功率装置作为电力转换用元件用于油电混合车、送变电等广泛领域。现有可利用Si晶片的装置因应，但在要求高耐压、大电流用途、高速作动的领域中，带隙大于Si的SiC、GaN等近年来受到了关注。在现有的功率模组中，作动温度最多为170℃左右，但认为在下一代型SiC、GaN等中可能成为200℃或200℃以上的温度区。伴随于此，对于搭载有这些晶片的模组所使用的各材料要求耐热性及散热性。关于接合材料，就无Pb的观点而言，优选为Sn－3.0Ag－0.5Cu焊料，但在下一代型模组中作动温度可能超过200℃，因此与熔点为220℃附近的Sn－3.0Ag－0.5Cu焊料相比，进一步要求耐热性。具体而言，就散热器的冷却及发动机周围的温度的容许性而言，谋求优选为具有250℃以上的熔点的焊料。再者，焊料的组成若无特别说明，则以质量％表示，上述Sn－3.0Ag－0.5Cu为Ag：3.0质量％、Cu：0.5质量％、剩余部分Sn的组成。虽并非为RoHS的限制对象，但若为就环境限制的观点而言欠佳的Pb焊料(Pb－5Sn)，则可适应下一代型模组的作动温度。与Pb焊料同样地使用Au系焊料(Au－Ge、Au－Si、Au－Sn)作为耐热焊料(非专利文献1～3)。作为廉价的焊料，已知有Sn基焊料(专利文献1、2)。因此，近年来，金属细粉膏作为下一代型模组的接合材料而受到了关注。由于金属粉的尺寸小，故而表面能量高，在远低于该金属的熔点的温度会开始烧结。并且，与焊料不同，一旦进行烧结，若不升温至该金属的熔点附近，则不会进行再熔融。利用此种特性，以Ag细粉膏进行开发(专利文献3)。Pb－5Sn焊料作为下一代型功率模组的接合材料的功能虽然足够，但含有铅，就将来的环境限制的观点而言亦较理想为不使用。又，Au系焊料就功能、环境方面而言作为接合材料较为理想，但存在材料价格的问题。Sn基焊料的熔点低，例如于250℃的高温环境下有使接合强度降低的忧虑。又，Ag细粉膏视条件可对接合层赋予足够的接合强度、耐热性，但存在材料价格的问题。专利文献4的焊膏，虽设计成混合有组成不同的多种粉末，在其熔融后成为合金，但因此而需要进行超过各粉末的熔点的加热，例如若使用Cu粉，如果不加热至Cu的熔点1084.6℃以上，则无法期望完全熔融，而担忧依存于焊接时加热操作的不均匀性。
技术介绍
文献专利文献专利文献1：日本特开平9－271981号公报专利文献2：日本特开2000－141079号公报专利文献3：国际公开WO2011/155055号专利文献4：国际公开W02007/055308号。非专利文献非专利文献1：P.Alexandrov,W.Wright,M.Pan,M.Weiner,L.JiaoandJ.H.Zhao,Solid－StateElectron.,47(2003)p.263.非专利文献2：R.W.JohnsonandL.Williams,Mater.Sci.Forum483－485(2005)p.785.非专利文献3：S.Tanimoto,K.Matsui,Y.Murakami,H.YamaguchiandH.Okumura,ProceedingsofIMAPSHiTEC2010(May11－13,2010,Albuquerque,NewMexico,USA),p32－39.
技术实现思路
[专利技术所欲解决的问题]因此，谋求如下焊料合金：即便在下一代型功率模组的接合材料所要求的高温区、例如超过250℃的温度区，亦具有优异的特性。因此，本专利技术的目的在于提供一种不添加含有铅，可在高温区使用的新的焊料合金。[用以解决问题的手段]本专利技术人进行潜心研究后，结果发现通过下述Bi基焊料合金，可达成上述目的，从而完成了本专利技术。由此，本专利技术包含下述(1)。(1)一种焊料合金，其含有Sn、Bi及Cu，Sn含量为1.9～4.3质量％，Cu含量为1.9～4.5质量％，剩余部分为Bi及不可避免的杂质，Sn含量与Cu含量满足下式：Cu含量(质量％)≤1.50×Sn含量(质量％)－1.00Cu含量(质量％)≥1.45×Sn含量(质量％)－1.63。专利技术的效果根据本专利技术，可获得一种焊料合金，其不添加含有铅，即便在下一代型功率模组的接合材料所要求的高温区、例如超过250℃的温度区，亦具有优异的特性。附图说明图1为图示本专利技术实施例所满足的式的范围的说明图。具体实施方式以下，列举实施态样对本专利技术详细地进行说明。本专利技术并不限定于以下所列举的具体的实施态样。[焊料合金]本专利技术的焊料合金为如下焊料合金：含有Sn、Bi及Cu，Sn含量为1.9～4.3质量％，Cu含量为1.9～4.5质量％，剩余部分为Bi及不可避免的杂质，Sn含量与Cu含量满足下式：Cu含量(质量％)≤1.50×Sn含量(质量％)－1.00Cu含量(质量％)≥1.45×Sn含量(质量％)－1.63。本专利技术的焊料合金的固相线温度及液相线温度均为高的温度帯，在高温下长时间保持后亦维持足够的接合强度，因此即便于下一代型功率模组的接合材料所要求的高温区、例如超过250℃的温度区，亦具有优异的特性。在适宜的实施态样中，本专利技术的焊料合金由于不存在有意地添加而含有铅的情况，故而就将来的环境限制的观点而言亦有利，且由于不使用高价的Ag，故而就材料价格的方面而言亦有利。所谓不可避免的杂质是指来自材料或步骤而不可避免地混入的成分，而非有意添加的成分。例如，若成为原料的金属的品位为4N，则不可避免的杂质最多含有0.01质量％。在适宜的实施态样中，本专利技术的焊料合金为所谓无铅焊料合金，但例如亦可以在由RoHS指令规定的含铅率1000ppm(0.1质量％)以下的范围含有铅作为不可避免的杂质。[Bi]含有Bi(铋)作为本专利技术的焊料合金的主要构成元素。在适宜的实施态样中，Bi相对于焊料合金的含量例如可设为91.2～96.2质量％，优选为91.3～95.9质量％或91.3～94.0质量％。在适宜的实施态样中，Bi相对于焊料合金的含量例如可设为91.2质量％以上，优选为91.3质量％以上，或设为例如96.2质量％以下，优选为95.9质量％以下、94.0质量％以下。通过设为此种范围，可使250℃1000小时后的剪切强度为更高范围。[Sn]Sn相对于焊料合金的含量例如可设为1.9～4.3质量％，优选为2.1～4.2质量％或3.0～4.2质量％。在适宜的实施态样中，Sn相对于焊料合金的含量例如可设为1.9质量％以上，优选为2.1质量％以上，进而优选为3.0质量％以上，或设为例如4.3质量％以下，优选为4.2质量％以下。[Cu]本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料合金，其含有Sn、Bi及Cu，/nSn含量为1.9～4.3质量％，Cu含量为1.9～4.5质量％，剩余部分为Bi及不可避免的杂质，Sn含量与Cu含量满足下式：/nCu含量(质量％)≤1.50×Sn含量(质量％)－1.00；/nCu含量(质量％)≥1.45×Sn含量(质量％)－1.63。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180831 JP 2018-1638401.一种焊料合金，其含有Sn、Bi及Cu，
Sn含量为1.9～4.3质量％，Cu含量为1.9～4.5质量％，剩余部分为Bi及不可避免的杂质，Sn含量与Cu含量满足下式：
Cu含量(质量％)≤1.50×Sn含量(质量％)－1.00；
Cu含量(质量％)≥1.45×Sn含量(质量％)－1.63。


2.如权利要求1所述的焊料合金，其中，Bi含量为91.2～96.2质量％。


3.如权利要求1所述的焊料合金，其中，固相线温度为235℃以上。


4.如权利要求1所述的焊料合金，其中，液相线温度为272℃以下。


5.如权利要求1所述的焊料合金，其中，下式：[液相线温...

【专利技术属性】
技术研发人员：日野英治，泽渡广信，
申请(专利权)人：JX金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP