软钎料合金、焊膏、焊料球、预成型软钎料和钎焊接头制造技术

[课题]提供：熔融温度为规定的范围内、拉伸强度和剪切强度高、空隙的发生被抑制、且氧化覆膜薄从而安装性优异的软钎料合金、焊膏、焊料球、预成型软钎料和钎焊接头。[解决方案]软钎料合金具有如下合金组成：以质量％计为Ag：2.5～3.7％、Cu：0.25～0.95％、Bi：3.0～3.9％、In：0.5～2.3％、且余量由Sn组成，前述合金组成满足下述(1)式和(2)式。8.1≤Ag+2Cu+Bi+In≤11.5(1)1.00≤(Bi+In)/Ag≤1.66(2)上述(1)式和(2)式中，Ag、Cu、Bi和In表示各合金组成的含量(质量％)。的含量(质量％)。

【技术实现步骤摘要】
软钎料合金、焊膏、焊料球、预成型软钎料和钎焊接头


[0001]本专利技术涉及可靠性优异的软钎料合金、焊膏、焊料球、预成型软钎料和钎焊接头。

技术介绍

[0002]功率半导体装置例如为在形成有铜电路的绝缘基板(以下，简称为“DCB(Direct Copper Bonding)”)上连接有多个元件、散热器的结构。将功率半导体装置安装于基板的工序在绝缘基板上接合Si芯片等电子部件，之后向该基板接合散热片。如此，功率半导体装置的安装中例如采用的是：第1次进行电子部件与安装基板的回流软钎焊、第2次进行散热器的回流软钎焊的分步软钎焊。
[0003]在分步软钎焊的第1次进行的软钎焊中，作为高温无铅软钎料合金，例如采用熔点为245℃的Sn
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10Sb软钎料合金。在分步软钎焊的第2次进行的软钎焊中，选择显示出低于第1次使用的软钎料合金的固相线温度的熔融温度的合金组成。
[0004]作为熔融温度低于前述高温无铅软钎料合金的合金组成，例如可列举出一直以来使用的Sn
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3Ag
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0.5Cu。使用了该软钎料合金的回流焊接通常在235～240℃下进行，因此，与上述那样的高温无铅软钎料合金的熔点的温度差小。因此，对于热容量大的部件，在分步软钎焊的第2次中进行软钎焊的情况下，不易确保温度裕度。另外，Sn
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3Ag
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0.5Cu的长期可靠性不足。
[0005]因此，例如专利文献1～3中，从改善Sn
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Ag
‑r/>Cu软钎料合金的可靠性的观点出发，公开了含有Bi和In的Sn
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Ag
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Cu
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Bi
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In软钎料合金。专利文献1中记载的专利技术中，评价了热循环试验后的裂纹进展、高速剪切强度、空隙、Cu浸析。专利文献2中记载的专利技术中，进行了热循环试验后的龟裂和剥离、空隙的评价。专利文献3中记载的专利技术中，评价了熔点、高温下的拉伸强度和伸长率。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2019
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209350号
[0009]专利文献2：日本特开2016
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26879号
[0010]专利文献3：日本特开平10
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193169号

技术实现思路

[0011]专利技术要解决的问题
[0012]专利文献1中记载了如下内容：Bi的含量如果少，则龟裂进展抑制效果降低，Bi的含量如果多，则会引起脆性断裂。此外，还记载了如下内容：与Bi一起将In添加至软钎料合金，从而软钎料合金的强度改善，但是In是容易氧化的合金元素，因此，有时也根据其含量、与其他合金元素的组合等而在钎焊接合部产生空隙。从这种观点出发，专利文献1中，为了解决这些问题而公开了包含低于3质量％的Bi和In的软钎料合金。具体而言，专利文献1中公开了Sn
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3.0Ag
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0.7Cu
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2.5Bi
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2.0In软钎料合金。作为比较例，公开了Sn
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3.0Ag
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0.7Cu
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3.0Bi
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3.0In软钎料合金。
[0013]专利文献2中记载了如下内容：Bi的含量如果为规定量，则会提高钎焊接合部的龟裂进展抑制效果。另外，记载了如下内容：如果含有规定量的In，则无铅软钎料合金的熔融温度降低，且机械特性和龟裂进展抑制效果改善。具体而言，专利文献2中公开了Sn
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3.0Ag
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0.5Cu
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3.0Bi
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0.25In软钎料合金。
[0014]然而，专利文献1和2中虽然记载了软钎料合金的强度得到改善，但并未对拉伸强度进行具体评价。这是由于，专利文献1和2中记载的专利技术中只不过抽象地说明了为了抑制龟裂的进展而需要一定程度的强度。另外，专利文献1中记载了抑制In所导致的氧化，但这只不过在为了抑制空隙的发生而抑制氧化的观点上进行了记载。但是，该程度的氧化抑制效果中，空隙的发生如果被抑制，则在软钎料合金熔融时和凝固后也可以形成有一定厚度的氧化覆膜。如果形成厚的氧化覆膜，则例如将这种软钎料合金用于焊膏的情况下，通过助焊剂去除的氧化物的残渣增加，或者有时会导致润湿性的劣化，为了改善安装性而尚留有改善的余地。
[0015]专利文献3中记载了如下内容：通过In和Bi对Sn
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Ag软钎料合金的复合添加、进一步添加Cu，从而降低熔点，且赋予优异的机械特性。然而，专利文献3中具体公开的软钎料合金中包含液相线温度(以下，适宜称为“熔融温度”)高的软钎料合金，包含不适于分步软钎焊的合金组成。另一方面，作为熔融温度相对较低的合金组成，公开了Sn
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3.0Ag
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1.0Cu
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3.0Bi
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1.0In软钎料合金和Sn
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3.0Ag
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0.5Cu
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3.0Bi
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1.0In软钎料合金。然而，专利文献3中记载的专利技术中，虽然评价了拉伸强度和润湿性，但是未评价钎焊接头所需的剪切强度，另外，关于空隙发生的抑制也未进行评价。因此，即使为专利文献3中记载的软钎料合金，也有剪切强度低而发生空隙的可能性，因此，尚留有改善的余地。
[0016]如此，即使专利文献1～3中记载的软钎料合金可以解决各自的课题，也未考虑到例如安装功率半导体装置时的实际情况，因此，难以说可以解决分步软钎焊中的各种课题。即，凭借这些文献中记载的专利技术无法同时满足专利文献1～3中公开的期望的熔点、高的拉伸强度和剪切强度、空隙发生的抑制以及氧化覆膜的薄膜化。如上所述，专利文献1～3中记载的专利技术中虽然关注到了Bi、In的含量，但是关于Ag、Cu是分别调制的。软钎料合金在全部构成元素成为一体时才首次能够发挥固有的效果，各构成元素各行其道地发挥功能。因此，为了同时解决安装功率半导体装置时的各种课题，需要各构成元素作为整体均衡性良好地含有。为了提供可以全部同时解决上述课题的软钎料合金，进一步的组成探索是必不可少的。
[0017]因此，本专利技术的课题在于，提供：熔融温度为规定的范围内、拉伸强度和剪切强度高、空隙的发生被抑制、且氧化覆膜薄从而安装性优异的软钎料合金、焊膏、焊料球、预成型软钎料和钎焊接头。
[0018]用于解决问题的方案
[0019]本专利技术人等着眼于专利文献所公开的软钎料合金中需要能用于分步软钎焊。如前所述，Sn
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3Ag
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0.5Cu软钎料合金的回流焊温度为235～240℃，因此，使用热容量大的部件的情况下，可能需要在前述温度范围的高温侧进行回流软钎焊。如此，Sn
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3Ag
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0.5Cu软钎本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软钎料合金，其特征在于，具有如下合金组成：以质量％计为Ag：2.5～3.7％、Cu：0.25～0.95％、Bi：3.0～3.9％、In：0.5～2.3％、且余量由Sn组成，且所述合金组成满足下述(1)式和(2)式，8.1≤Ag+2Cu+Bi+In≤11.5(1)1.00≤(Bi+In)/Ag≤1.66(2)所述(1)式和(2)式中，Ag、Cu、Bi和In表示各所述合金组成的含量(质量％)。2.根据权利要求1所述的软钎料合金，其中，所述合金组成满足下述(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：立花芳惠，堀江竜气，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：