焊料合金、焊膏、焊球、焊料预制件、焊接接头、车载电子电路、ECU电子电路、车载电子电路装置和ECU电子电路装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种焊料合金，其不仅能够长期耐受低温为

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊料合金、焊膏、焊球、焊料预制件、焊接接头、车载电子电路、ECU电子电路、车载电子电路装置和ECU电子电路装置


[0001]本专利技术涉及一种焊料合金、焊膏、焊球、焊料预制件、焊接接头、车载电子电路、ECU电子电路、车载电子电路装置和ECU电子电路装置。

技术介绍

[0002]在汽车中，搭载有在印刷基板上焊接了电子部件的电子电路(以下，称为车载电子电路)。车载电子电路被用于对发动机、动力转向、制动器等进行电控制的设备，成为对汽车的行驶非常重要的保安部件。特别是，为了提高燃料经济性而利用计算机控制车的电子电路的被称为ECU(Engine Control Unit)的车载电子电路必须能够在长时间内没有故障且在稳定的状态下工作。该ECU一般多设置在发动机附近，作为使用环境，成为相当苛刻的条件。
[0003]设置有这样的车载电子电路的发动机附近在发动机旋转时成为125℃以上的非常高的温度。另一方面，在停止发动机的旋转时，外界气体温度例如在北美或西伯利亚等寒冷地区在冬季为
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40℃以下的低温。因此，车载电子电路因发动机的反复运转和发动机停止而暴露于
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40℃以下～+125℃以上的热循环中。
[0004]车载电子电路若长时间放置在这样温度大幅变化的环境中，则电子部件和印刷基板分别引起热膨胀、收缩。但是，电子部件的线热膨胀系数与印刷基板的线热膨胀系数之差较大，在上述环境下的使用中，在将电子部件与印刷基板接合的焊接部(以下，称为“焊接接头”)产生一定的热位移，因此，由于温度变化而反复施加应力。于是，在焊接接头上施加应力，最终导致焊接接合部的接合界面等断裂。在电子电路中，即使焊接接头没有完全断裂，在99％以下的裂纹率下在焊接接合部也会产生裂纹，由此，即使电导通，电路的电阻值也会上升，从而也会发生误动作。在焊接接头上产生裂纹，车载电子电路、特别是ECU发生误动作，很可能导致与人命相关的重大的汽车事故。这样，对于车载电子电路、特别是ECU来说，温度循环特性特别重要，要求所能想到的苛刻的温度条件。
[0005]作为能够耐受这样苛刻的温度条件的焊料合金，专利文献1中公开了一种车载用无铅焊料等，其特征在于，由Ag：2.8～4质量％、Bi：1.5～6质量％、Cu：0.8～1.2质量％、以总量计为0.005～0.05质量％的选自Ni、Fe和Co中的至少一种、余量Sn构成。
[0006]另外，在专利文献2中，作为可使用温度为150℃以上的焊料合金，还公开了一种焊料物质，其含有除了作为主要成分的Sn以外还含有10重量％以下的Ag、10重量％以下的Bi、10重量％以下的Sb和3重量％以下的Cu而成的合金，合金还含有1.0重量％以下的Ni。
[0007]现有技术文件
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：WO2009/011341A
[0010]专利文献2：日本专利技术专利公开公报特开2006
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524572号

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的问题
[0012]如在混合动力汽车和电动汽车的普及中所看到的那样，汽车中的机械部件向电子部件的转移在不断发展，伴随于此，即使在尺寸有富余的汽车用的电子电路中也要求小型化。对于以往在回流焊接之后通过流动焊接进行焊接的车载电子电路，近年来使用通过焊膏在两面均进行表面安装的两面回流板。由于这样的车载用电子电路的高密度化，在苛刻的环境下，出现新的裂纹模式的不良情况，即不仅出现以往的Sn晶界、异相间的裂纹，而且裂纹传播到Sn相晶粒内。
[0013]然而，专利文献1公开了在苛刻环境下寿命长的焊料合金，但由于汽车是作为运输工具使用的产品，因此很少静置于一处，多在道路等使用。在这样的道路使用时，由于路况恶劣，车载电子电路装置上始终施加有振动，另外，常发生登上路缘石或与前面的车碰撞等来自外部的力施加在车载电子电路装置上的情况。如果车辆的碰撞也是大事故，则大多将车载电子电路装置一起更换，但在单纯的接触事故中，大多仅通过车辆的外装的更换就足够，对于车载电子电路装置，不仅要耐受苛刻的环境，还必须耐受来自外部的力。
[0014]另外，专利文献2所记载的焊料合金从专利文献1所记载的焊料合金中除去Co并含有Sb，但各构成元素的含量的范围远宽于专利文献1所记载的焊料合金的含量的范围。并且，专利文献2所记载的焊料合金以能够在高温下使用为目的，并且构成元素与专利文献1所记载的焊料合金不同。因此，在专利文献2所记载的含量的全部范围内，能否与专利文献1所记载的焊料合金同样地耐受苛刻的环境是值得怀疑的。为了显示良好的温度循环特性，需要对合金组成进行再研究。
[0015]此外，在电子部件向基板的接合、组装中，使用了焊膏的焊接在成本方面和可靠性方面是有利的。焊膏在基板上的涂敷例如通过使用了金属掩模的丝网印刷来进行。为了确保焊膏的印刷性，焊膏的粘度需要是适当的。在此，当增加活性剂的含量以提高焊膏的润湿性或使用高活性的活性剂时，焊膏的粘度随着时间的推移而增加。因此，在现有的焊料合金中无法实现除了热循环特性以外还同时满足用于焊膏时的增粘抑制效果，需要进一步研究。
[0016]本专利技术要解决的课题在于提供一种焊料合金，其不仅能够长期耐受低温为
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40℃、高温为125℃这样苛刻的温度循环特性，而且对于登上路缘石或与前面的车碰撞等中产生的来自外部的力也能够长期耐受，进而还能够抑制焊膏的粘度的经时变化。除此之外，本专利技术所要解决的课题还在于，提供使用了上述焊料合金的焊膏、焊球、焊料预制件、由它们形成的焊接接头以及具备该焊接接头的车载电子电路、ECU电子电路、车载电子电路装置和ECU电子电路装置。
[0017]解决问题的手段
[0018]本专利技术人等得到了如下见解：为了耐受长期的温度循环后的来自外部的力，添加固溶于Sn相的元素来制作固溶强化型的合金是有效的见解，为了制作固溶析出强化型的合金，Sb为最佳的元素的见解，以及Sb向Sn基质中的添加形成微细的SnSb金属间化合物，还表现出析出分散强化的效果的见解。
[0019]本专利技术的焊料合金的冶金学组织上的特征在于，焊料合金由在Sn基质中固溶有Sb的组织构成。该组织例如在125℃的高温下呈现Sb稳定固溶的状态，但随着温度降低，Sb相
对于Sn基质逐渐以过饱和状态固溶，而且，例如在
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40℃的低温下，作为SnSb金属间化合物析出Sb。
[0020]本专利技术的焊料合金在暴露于温度循环后也形成微细的Sb的析出物，不产生化合物的粗大化这样的组织劣化的理由考虑如下。
[0021]通过回流焊接接合的焊料合金，低温模拟寒冷地区，高温模拟发动机室，实施
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40℃～+125℃的温度循环试验。在本专利技术的焊料合金中，反复进行如下工序：所含有的Sb在例如125℃这样的高温状态下再固溶于Sn基体中，在例如
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40℃这样的低温状态下析出SnSb金属间化合物。因此，SnSb金属间化合物的粗大化停止，在实施温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种焊料合金，其特征在于，该焊料合金以质量％计含有Ag：1～4％、Cu：0.5～1.0％、Bi：1.5～5.5％和Sb：1.0～5.3％或Bi：超过5.5％且7.0％以下和Sb：2.0～5.3％、Ni：0.01～0.2％、As：0.0040～0.0250％、余量Sn，且具有As浓化层，所述As浓化层的存在是通过以下的判定基准确认的，所述As浓化层是从焊料合金的最表面起至以SiO2换算的深度计2
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D1(nm)为止的区域，所述As浓化层的SiO2换算的厚度为0.5～8.0nm，(判定基准)在5.0mm
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5.0mm大小的样品中，选定任意的700μm
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300μm的区域，进行并用了离子溅射的XPS分析；对每个样品选定一个区域，对三个样品分别各进行一次、合计进行三次分析；在全部三次分析中均S1＞S2时，判断为形成有As浓化层，其中，S1：在XPS分析的图中，在SiO2换算的深度为0～2
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D1(nm)的区域中的As的检测强度的积分值S2：在XPS分析的图中，在SiO2换算的深度为2
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D1～4
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D1(nm)的区域中的As的检测强度的积分值D1：在XPS分析的图中，在比O原子的检测强度成为最大的SiO2换算的深度(Do
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max...

【专利技术属性】
技术研发人员：川崎浩由，白鸟正人，川又勇司，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：