焊料合金、焊料粉末以及焊接接头制造技术

本发明专利技术提供一种抑制焊膏的经时变化、润湿性优异、液相线温度与固相线温度的温度差小且具有高机械特性的焊料合金、焊料粉末以及焊接接头。焊料合金具有含有As：10质量ppm以上且小于25质量ppm、以及Bi：0～25000质量ppm和Pb：0～8000质量ppm中的至少一种、以及余量Sn的合金组成，且满足下述式(1)和式(2)。300≤3As+Bi+Pb(1)，0＜2.3

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊料合金、焊料粉末以及焊接接头


[0001]本专利技术涉及一种能够抑制焊膏的经时变化、润湿性优异、液相线温度与固相线温度的温度差小的焊料合金、焊料粉末以及焊接接头。

技术介绍

[0002]近年来，要求CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等具有焊接接头的电子器件小型化、高性能化。随之，需要印刷基板和电子器件的电极的小型化。由于电子器件通过电极与印刷基板连接，所以随着电极的小型化，连接两者的焊接接头也变小。
[0003]为了通过这样的微细电极连接电子器件和印刷基板，一般使用焊膏。通过印刷等将焊膏提供到印刷基板的电极上。焊膏的印刷是通过将设有开口部的金属掩模放置在印刷基板上，一边将刮板按压在金属掩模上一边使其移动，从金属掩模的开口部将焊膏一并涂布在印刷基板上的电极上而进行的。另外，在购买了焊膏的情况下，通常不会在一次印刷中全部用完。这样，为了不损害对基板的印刷性能，焊膏必须维持制备当初的适度的粘度。
[0004]但是，近年来，随着电极的小型化的发展，焊膏的印刷面积也在狭小化，因此，到将已购买的焊膏用完为止的时间也在长期化。焊膏是将焊料粉末和助焊剂混炼而成的，在长期保管的情况下，根据保管状况，焊膏的粘度上升，有时不能发挥出购买当初的印刷性能。
[0005]因此，例如在专利文献1中，为了抑制焊膏的经时变化，公开了含有Sn和选自Ag、Bi、Sb、Zn、In和Cu中的一种或两种以上，并且含有规定量的As的焊料合金。该文献中示出了在25℃下2周后的粘度与制作当初的粘度相比小于140％的结果。
[0006]现有技术文件
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本专利技术专利公开公报特开2015
‑
98052号

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的问题
[0010]如上所述，专利文献1所记载的专利技术是除了Sn和As以外还可以选择性地含有6种元素的焊料合金。另外，该文献中示出了As含量多时熔融性差的结果。
[0011]在此，可以认为在专利文献1中评价的熔融性相当于熔融焊料的润湿性。该文献中公开的熔融性是用显微镜观察熔融物的外观，根据有无未完全熔融的焊料粉末来进行评价的。这是因为，如果熔融焊料的润湿性高，则未完全熔融的焊料粉末难以残留。
[0012]通常，为了提高熔融焊料的润湿性，需要使用高活性的助焊剂。在专利文献1记载的助焊剂中，为了抑制As导致的润湿性的劣化，认为使用高活性的助焊剂即可。但是，如果使用高活性的助焊剂，则由于进行焊料合金和活性剂的反应而膏的粘度上升。另外，鉴于专利文献1的记载，为了抑制粘度的上升，需要增加As含量。为了使专利文献1中记载的焊膏显示更低的粘度上升率和优异的润湿性，需要不断增加助焊剂的活性力和As含量，导致恶性循环。
[0013]最近，要求焊膏不依赖于使用环境、保管环境而长期维持稳定的性能，另外，由于焊接接头的微细化，还要求更高的润湿性。如果使用专利文献1记载的焊膏来应对最近的要求，则如上所述，不能避免恶性循环。
[0014]进而，为了接合微细的电极，需要提高焊接接头的机械特性等。根据元素，含量变多时，液相线温度上升，液相线温度和固相线温度扩大，凝固时偏析形成不均匀的合金组织。当焊料合金具有这样的合金组织时，拉伸强度等机械特性差，焊接接头容易因来自外部的应力而断裂。该问题随着近年来电极的小型化而变得显著。
[0015]本专利技术的课题在于提供一种抑制焊膏的经时变化、润湿性优异、液相线温度与固相线温度的温度差小且具有高机械特性的焊料合金、焊料粉末以及焊接接头。
[0016]解决问题的手段
[0017]在抑制膏的经时变化和同时改善优异的润湿性时，需要使用具有高活性力的助焊剂和避免因As含量增加而引起的恶性循环。本专利技术人等着眼于焊料粉末的合金组成，为了实现抑制膏的经时变化和优异的润湿性的兼得而进行了深入研究。
[0018]首先，本专利技术人等对以作为焊料合金一直以来使用的Sn、SnCu、SnAgCu焊料合金为基本组成，在其中含有As的焊料粉末进行了研究。而且，着眼于在使用该焊料粉末的情况下抑制焊膏的经时变化的原因，调查了As含量。
[0019]焊膏的粘度随时间上升的原因，被认为是焊料粉末和助焊剂反应的缘故。而且，如果比较专利文献1的表1的实施例4和比较例2的结果，则As含量超过100质量ppm时，显示出粘度上升率低的结果。鉴于这些情况，在着眼于抑制膏的经时变化的效果(以下，适当称为“增粘抑制效果”)的情况下，认为可以进一步增加As含量。然而，当As含量增加时，尽管增粘抑制效果随As含量而轻微增加，但并不能获得与As含量的增加相对应的增粘抑制效果。认为这是由于在焊料合金的表面浓化的As量存在限度，即使含有规定量以上的As，焊料合金内部的As量变多，难以发挥增粘抑制效果。此外，确认了如果As含量过多，则焊料合金的润湿性变差。
[0020]因此，本专利技术人等想到，在将As含量的范围扩展到以往As含量少而不能发挥增粘抑制效果的范围的基础上，除了As以外还需要添加能够发挥增粘抑制效果的元素，从而对各种元素进行了调查。结果，偶然得到Bi和Pb发挥与As同样的效果的见解。其理由尚不明确，但推测如下。
[0021]由于增粘抑制效果通过抑制与助焊剂的反应而发挥，因此作为与助焊剂的反应性低的元素，可举出离子化倾向低的元素。一般地，合金的离子化以作为合金组成的离子化倾向、即标准电极电位来考虑。例如，含有相对于Sn为贵的Ag的SnAg合金比Sn难以离子化。因此，推测含有比Sn贵的元素的合金难以离子化，焊膏的增粘抑制效果高。
[0022]在此，专利文献1中，除了Sn、Ag、Cu以外，作为等价的元素还举出Bi、Sb、Zn和In，但作为离子化倾向，这些元素中Zn是最贱的元素，是比Sn贱的元素。即，专利文献1中记载了即使添加作为贱元素的Zn也可得到增粘抑制效果。因此，认为含有根据离子化倾向而选定的元素的焊料合金与专利文献1所记载的焊料合金相比，可得到同等以上的增粘抑制效果。另外，如上所述，As含量增加时，润湿性劣化。
[0023]本专利技术人等对发挥增粘抑制效果的Bi和Pb进行了详细调查。Bi和Pb降低了焊料合金的液相线温度，因此在焊料合金的加热温度恒定的情况下，提高了焊料合金的润湿性。但
是，由于固相线温度因含量而显著降低，因此液相线温度与固相线温度的温度差ΔT变得过宽。如果ΔT过宽，则在凝固时会产生偏析，导致机械强度等机械特性的降低。ΔT变宽的现象在同时添加Bi和Pb时表现得显著，因此需要严格的管理。
[0024]在Sn、SnCu焊料合金以及SnAgCu焊料合金中，为了显示出增粘抑制效果、优异的润湿性以及ΔT的狭窄化全部优异的结果，认为不是分别管理As、Bi和Pb的含量，而是需要综合地管理这些元素的含量。因此，本专利技术人等对这三种元素的含量进行了各种研究，结果偶然得到了以下见解，从而完成了本专利技术，即，当各元素的含量在规定量的范围内满足规定的关系式时，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，该焊料合金具有含有As：10质量ppm以上且小于25质量ppm、以及Bi：0～25000质量ppm和Pb：0～8000质量ppm中的至少一种、以及余量Sn的合金组成，且满足下述式(1)和式(2)，300≤3As+Bi+Pb(1)0＜2.3
×
10
‑4×
Bi+8.2
×
10
‑4×
Pb≤7(2)上述式(1)和式(2)中，As、Bi和Pb分别表示所述合金组成中的含量(质量ppm)。2.一种焊料合金，其特征在于，该焊料合金具有含有As：10质量ppm以上且小于25质量ppm、以及Bi：超过0质量ppm且25000质量ppm以下和Pb：超过0质量ppm且8000质量ppm以下中的至少一种、以及余量Sn的合金组成，且满足下述式(1)和式(2)，300≤3As+Bi+Pb(1)0＜2.3
×
10
‑4×
Bi+8.2
×
10
‑4×
Pb≤7(2)上述式(1)和式(2)中，As、Bi和Pb分别表示所述合金组成中的含量(质量ppm)。3.一种焊料合金，其特征在于，该焊料合金具有含有As：10质量ppm以上且小于25质量ppm、以及Bi：50～25000质量ppm和Pb：超过0质量ppm且8000质量ppm以下中的至少一种、以及余量Sn的合金组成，且满足下述式(1)和式(2)，300≤3As+Bi+Pb(1)0＜2.3
×
10
‑4×
Bi+8.2
×
10
‑4×
Pb≤7(2)上述式(1)和式(2)中，As、Bi和Pb分别表示所述合金组成中的含量(质量ppm)。4.一种焊料合金，其特征在于，该焊料合金具有含有As：10质量ppm以上且小于25质量ppm、以及Bi：超过0质量ppm且25000质量ppm以下和Pb：50～8000质量ppm中的至少一种、以及余量Sn的合金组成，且满足下述式(1)和式(2)，300≤3As+Bi+Pb(1)0＜2.3
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Bi+8.2
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Pb≤7(2)上述式(1)和式(2)中，As、Bi和Pb分别表示所述合金组成中的含量(质量ppm)。5.一种焊料合金，其特征在于，该焊料合金具有含有As：10质量ppm以上且...

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