无铅焊料合金和焊料接合部制造技术

通过使用含有32质量％以上40质量％以下的Bi、0.1质量％以上1.0质量％以下的Sb、0.1质量％以上1.0质量％以下的Cu、0.001质量份以上0.1质量份以下的Ni、且剩余部分包括Sn和不可避免的杂质的无铅焊料合金或进一步以规定范围含有特定元素的无铅焊料合金，能够维持Sn－Bi系焊料合金的低熔点，并且形成具有比现有技术更好的物理特性且比现有技术可靠性更高的焊料接合部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无铅焊料合金和焊料接合部
本专利技术涉及无铅焊料合金和焊料接合部。
技术介绍
为了减轻地球环境负荷，作为电子部件的接合材料，已普及无铅焊料。作为无铅焊料的代表性的组成，已知以Sn为主成分的Sn－Ag－Cu系焊料合金、Sn－Cu－Ni系焊料合金。但是，已知Sn－Ag－Cu系焊料合金的熔点为217℃，Sn－Cu－Ni系焊料合金的熔点为227℃，高于目前使用的Sn－Pb共晶组成物的熔点183℃。因此，例如对于需要将耐热性低的电子部件接合的个人电脑等的基板，使用通过含有规定量的Bi、In来降低熔点的Sn－Bi系、Sn－In系的无铅焊料合金。另外，如果使用Bi，使Sn－Bi系焊料合金中配合有较多的Bi，则焊料合金变脆，机械强度下降。并且，由于电子部件、基板因热量反复膨胀、收缩，在焊料接合部反复地产生应力，因此，容易因热疲劳而产生裂纹，使长期可靠性低。由于In价格昂贵，从成本方面不利。于是，为了改善Sn－Bi系焊料合金的特性而进行了探讨(专利文献1～4)。专利文献1中，公开了一种焊料接合材料，其特征在于，含有：Sn－57或45质量％Bi－x质量％M(其中，M为选自铜、银、镍、锗、锑和铟中的至少1种金属，x为4.0以下)所示的焊料合金、和相对于该焊料合金为任意的含量或5至20质量％的热固性粘接剂。并且，认为通过这样的构成，能够充分地降低回流温度，能够得到作为Sn－Pb焊料合金的替代品的具有充分的特性的无铅焊料合金接合部。专利文献2中，公开了一种无铅焊料合金，其特征在于，包括：20～57重量％的Bi、0.2～5重量％的Sb、0.01～1重量％的Ga、剩余部分为Sn。并且，认为通过这种构成，能够在与Sn－Pb焊料合金(共晶组成物)同等以下的低温进行软钎焊，因此，即使是耐热性差的电子部件的接合，也能够提高作业性，并且，也能够确保良好的状态的作为焊料合金的物理特性。专利文献3中，公开了一种无铅焊料合金，其具有如下合金组成，以质量％计，含有选自Bi：31～59％、Sb：0.15～0.75％、以及Cu：0.3～1.0％和P：0.002～0.055％中的1种或2种，剩余部分由Sn构成。并且，认为通过这样的构成，具有用于抑制焊料接合时基板的热变形所需的充分的低熔点，延展性优异且抗拉强度高，并且，抑制对通过无电解Ni镀敷进行处理后的电极进行软钎焊时在接合界面处产生富P层，能够提高焊料接合部的剪切强度，而且，由该焊料合金得到的焊料接头在使用比现有技术薄的基板的情况下，也能够确保优异的连接可靠性。专利文献4中，公开了一种无铅焊料，其中，添加有20～60质量％的Bi，从Cu、Ni和P中选择1种以上的元素，所选择的上述Cu被添加0～3质量％、所选择的上述Ni被添加0.005～0.5质量％、所选择的上述P被添加0.005～0.05质量％，剩余部分由Sn和不可避免的杂质构成。并且，认为通过这样的构成，即使不使用Ag、In和Sb，也能够提供比有铅焊料熔点低、且耐疲劳特性优异的无铅焊料。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007－90407号公报专利文献2：日本特开平7－40079号公报专利文献3：日本专利第5679094号公报专利文献4：日本特开2014－140865号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题通过如上所述的现有技术，虽然可维持Sn－Bi系焊料合金的低熔点，并且在一定程度上改善物理特性，但目前还存在改善的余地。因此，本专利技术的目的在于，提供一种无铅焊料合金，其能够维持Sn－Bi系焊料合金的低熔点，并且具有比现有技术更好的物理特性，能够形成比现有技术可靠性更高的接合部。用于解决技术问题的技术方案本专利技术的专利技术人为了解决上述的技术问题而进行深入研究，结果发现通过在Sn－Bi焊料合金中以特定量含有特定的成分，能够解决上述的技术问题。本专利技术的第一方式涉及一种无铅焊料合金，其含有32质量％以上40质量％以下的Bi、0.1质量％以上1.0质量％以下的Sb、0.1质量％以上1.0质量％以下的Cu、0.001质量份以上0.1质量份以下的Ni，剩余部分包括Sn和不可避免的杂质。本专利技术的实施方式中，也可以含有36质量％以上38质量％以下的Bi。本专利技术的实施方式中，(1)可以含有0.3质量％以下的Ag，(2)可以含有选自Fe和Co中的至少1种，其各含量为0.001质量％以上0.1质量％以下，(3)也可以含有选自Ga、Mn、V、P和Ge中的至少1种，其各含量为0.001质量％以上0.01质量％以下。本专利技术的第二方式涉及使用上述的无铅焊料合金形成的焊料接合部。这里的所谓不可避免的杂质，是指存在于焊料的原料中、或在制造工序中不可避地混入的物质。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种无铅焊料合金，其能够维持Sn－Bi系焊料合金的低熔点，并且具有比现有技术更好的物理特性，能够形成比现有技术可靠性更高的接合部。附图说明图1中(a)示出初始的、实施例1的无铅焊料合金和铜箔基板的焊料接合部的剖面的SEM照片的图像。(b)示出图1(a)的(1)所示的部分的放大图(1000倍)。(c)示出图1(a)的(2)所示的部分的放大图(3000倍)。图2示出初始的、实施例1的无铅焊料合金和铜箔基板的焊料接合部的接合界面部分的剖面的SEM照片的图像(600倍)。图3中(a)示出老化后的、实施例1的无铅焊料合金和铜箔基板的焊料接合部的剖面的SEM照片的图像。(b)示出图3(a)的(3)所示的部分的放大图。(c)示出图3(a)的(4)所示的部分的放大图。图4示出老化后的、实施例1的无铅焊料合金和铜箔基板的焊料接合部的接合界面部分的剖面的SEM照片的图像(600倍)。图5示出使用实施例1～36的焊料合金、将剪切速度设为10mm/s来进行的冲击剪切试验中，未进行老化处理的测定用样品(初始)和进行了老化处理的测定用样品(老化)的吸收能量和接合强度的变化率(老化/初始×100)的图。图6示出使用实施例1～36的焊料合金、将剪切速度设为1000mm/s来进行的冲击剪切试验中，未进行老化处理的测定用样品(初始)和进行了老化处理的测定用样品(老化)的吸收能量和接合强度的变化率(老化/初始×100)的图。图7示出使用比较例1～14的焊料合金、将剪切速度设为10mm/s来进行的冲击剪切试验中，未进行老化处理的测定用样品(初始)和进行了老化处理的测定用样品(老化)的吸收能量和接合强度的变化率(老化/初始×100)的图。图8示出使用比较例1～14的焊料合金、将剪切速度设为1000mm/s来进行的冲击剪切试验中，未进行老化处理的测定用样品(初始)和进行了老化处理的测定用样品(老化)的吸收能量和接合强度的变化率(老化/初始×100)的图。图9中(a)示出初始的、实施例3的无铅焊料合金和铜箔基板的焊料接合部的剖面的SEM照片(1000倍)的图像。(b)示出老化处理后的、实施例3的无铅焊料合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅焊料合金，其特征在于：/n含有32质量％以上40质量％以下的Bi、0.1质量％以上1.0质量％以下的Sb、0.1质量％以上1.0质量％以下的Cu、0.001质量份以上0.1质量份以下的Ni，剩余部分包括Sn和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190411 JP 2019-0759461.一种无铅焊料合金，其特征在于：
含有32质量％以上40质量％以下的Bi、0.1质量％以上1.0质量％以下的Sb、0.1质量％以上1.0质量％以下的Cu、0.001质量份以上0.1质量份以下的Ni，剩余部分包括Sn和不可避免的杂质。


2.如权利要求1所述的无铅焊料合金，其特征在于：
含有36质量％以上38质量％以下的Bi。


3.如权利要求1或2所述的无铅焊料合金，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村哲郎，
申请(专利权)人：日本斯倍利亚社股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP