Bi-Sn系高温焊料合金制造技术

本发明专利技术涉及高温焊料合金，其为含有90质量%以上Bi的Bi-Sn系的焊料合金，其还含有Sn：1～5质量%，选自Sb和/或Ag的至少一种元素：分别为0.5～5质量%，进一步优选含有P：0.0004～0.01质量%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及B1-Sn系高温焊料合金。
技术介绍
电子设备为将电子部件配置在印刷电路基板等外部电路上而构成的、发挥特定的功能的设备。在电子部件与印刷电路基板等外部电路的接合中，从可以在低温下接合、廉价、接合可靠性高的观点出发，迄今一直使用焊料。此外，在电子设备所使用的电子部件中设置有接合印刷电路基板的部件引线等端子，在电子部件内部将发挥电子部件原本功能的部件元件与部件引线等接合的位置处也使用焊料。以下，将这种在电子部件内部进行的焊接称为电子部件的“内部接合焊接”，将在这种用途中使用的焊料称为电子部件的“内部接合用”焊料。并且，如此得到的焊接接头为“内部接合焊接接头”。对于在电子设备的焊接中使用的焊料合金，在Sn与Pb的焊料合金中使用熔融温度低的Sn60%左右的焊料合金。特别是Sn63-Pb37的组成的焊料合金由于固相线温度与液相线温度相同均为183°C，因此焊料冷却时的裂纹的发生少，Sn63-Pb37的组成的焊料合金由于在Sn与Pb的各种焊料合金中熔融温度最低，因此由热导致的对电子部件的损伤小。因此其被广泛使用，以至于通常所说的焊料绝大多数是指Sn63-Pb37焊料合金。然而，若在电子部件的内部接合用途中使用这样的Sn63-Pb37焊料合金，则在制造电子设备时，会为了焊接电子部件与印刷电路基板的外部电路而进行加热，此时的加热会导致在电子部件内部焊料熔出产生短路、或者导致用焊料接合的部件元件与部件引线分离、不能实现作为电子部件的功能。由此电子部件的内部接合用焊料使用比Sn63-Pb37焊料合金熔融温度高的焊料合金。这些焊料合金与印刷电路基板的焊接中所使用的Sn63-Pb37等焊料合金相比熔融温度高，因此被称为高温焊料。用于电子部件的内部接合用途的现有的高温焊料的组成有Pb-1OSn (固相线温度268°C、液相线温度302°C)、Pb-5Sn (固相线温度307°C、液相线温度313°C )、Pb_2Ag-8Sn (固相线温度275°C、液相线温度346°C)、Pb-5Ag (固相线温度304°C、液相线温度365°C)等，主要以Pb为主要成分。由于这些高温焊料的固相线温度在260°C以上，因此即使使用了用于印刷电路基板的焊接的Sn63-Pb37共晶焊料的焊接温度达到偏高的230°C，用上述高温焊料焊接的电子部件内部的焊接部也不会在印刷电路基板焊接时熔融。然而，近年来Pb成分的毒性成为问题，开始逐渐广泛采用所谓的无铅焊料。目前，作为大多使用的无铅焊料，为Sn-3Ag-0. 5Cu (固相线温度217°C、液相线温度220°C)、Sn-8Zn-3Bi (固相线温度190°C、液相线温度197。。)、Sn_2，5Ag_0. 5Cu_lBi (固相线温度214°C、液相线温度221°C)等。这些无铅焊料与以往的Sn63-Pb37焊料合金相比，焊料合金的熔融温度增高了约40 0C左右。然而，由于Pb的限制，即使想要在最初的焊接中使用高温的无铅焊料，至今也没有以Sn为主要成分且固相线温度在260°C以上的高温焊料。例如，在固相线温度(共晶温度)为221°C的Sn-Ag系中，即使增加Ag上升的也是液相线温度、而固相线温度却未能上升。固相线温度227°C的Sn-Sb系是极度增加Sb的情况，液相线温度也极度上升。在它们中即使添加其他的元素，固相线温度也不变高，不能改变该特性。认为无铅焊料不能作为电子部件的内部接合用的高温焊料使用。本申请人在专利文献I中公开了焊膏作为代替Pb-Sn高温焊料的焊料合金的专利技术，所述焊膏的特征在于，其是由Bi粉末或选自B1-Ag系、B1-Cu系、B1-Sb系、B1-Zn系的固相线温度在260°C以上且液相线温度在360°C以下的以Bi为主要成分的高温焊料粉末、和含有热固化性的粘接剂的助焊剂(flux)组成的。此外，专利文献2中公开了在Bi和作为第2元素的Ag中添加选自Sn、Cu、In、Sb、Zn的第3元素的焊料组合物。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2005-72173号公报专利文献2 :日本特开2001-353590号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，关于本申请人在专利文献I中公开的在Bi中添加Ag、Cu等的焊料合金，由于这些Bi合金的强度低，因此不能实用化。关于在专利文献2中公开的B1-Ag系焊料合金，其为在Bi和Ag中添加选自Sn、Cu、In、Sb、Zn中的一种元素而得到的焊料组合物，其具有即使与玻璃等脆的物质接合也不破碎的特性，虽然利用了不凝固收缩这一 Bi的特性，但专利文献2的专利技术的焊料合金的强度低，以外装树脂的使用为前提，因此不能用在无法进行外装树脂的被覆的部位。如上所述，现有的B1-Ag系高温焊料合金由于焊料合金自身的强度低，不能避免外装树脂的使用。因此，所使用的部位受到限制。本专利技术的目的在于提供即使不使用外装树脂等，也可实现与现有的Pb-Sn系高温焊料同样使用的B1-Sn系焊料合金及焊接接头。用于解决问题的方案本专利技术人等发现，在B1-Sn系焊料合金中，若将Sn的含量限制在I 5质量％，并添加O. 5 5质量％Sb，则焊料合金的强度提高，可以得到与现有的Pb-Sn系高温焊料相同的焊料强度，从而完成了本专利技术。本专利技术人等进而发现，Ag也可在B1-Sn系焊料合金中发挥出与Sb相同的作用效果O本专利技术涉及的焊料合金的特征在于，其在含有90质量％以上的B1、I 5质量％的Sn的B1-Sn焊料合金中添加有Sb :0. 5 5质量％和Ag :0. 5 5质量％中的至少一种。根据本专利技术的优选方式，上述焊料合金还可以含有P :0. 0004 O. 01质量％。根据其他的方式，本专利技术为具有上述焊料合金的组成的高温焊接接头，特别为内部接合焊接接头。需要说明的是，在本说明书中，对于各成分的含有比例，有出于方便而仅单纯地用数字表示的情况、用“％”表示的情况以及用“质量％”表示的情况，它们均指“质量％”。专利技术的效果基于本专利技术，可以得到焊料强度高、润湿性高的高温B1-Sn系焊料合金及耐热性优异的焊接接头。此外，不需要现有的B1-Ag系焊料合金所需要的外装树脂，以往适用位置是限定的，而本专利技术的B1-Sn系焊料合金可以不挑选使用位置进行使用。附图说明图1为示出实施例中耐热性试验结果的焊接接头的剖视图。图2为示出比较例的耐热性试验结果的焊接接头的剖视图。具体实施例方式迄今为止，B1-Sn系合金容易形成B1-Sn的共晶组织，因此如专利文献I所示那样，仅有Sn含量最高为O. 5%这样的极少量添加的例子。然而，本专利技术人等发现即使是包含Sn :1 5质量％的B1-Sn系合金，通过添加Sb，抑制具有硬、脆特性的B1-Sn的共晶组织的形成，竟然可以得到合金自身的强度高的B1-Sn系焊料合金。Sb的添加所带来的抑制B1-Sn共晶组织的形成的理由尚未明确，推测与在本专利技术的B1-Sn系焊料合金中添加的Sb为与Bi完全固溶的金属有关。相同的效果也会由于Ag的添加而产生，因此推测抑制B1-Sn共晶组织生成的机理因Sb、Ag而有所不同。特别是,添加Ag时,可以进一步提高B1-Sn焊料合金的润湿性。在本专利技术的B1-Sn焊料合金中添加的Ag即使单独添加到B1-Sn焊料中也可确认到效果,但通过使其与Sb共存，可改善由于添本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.30 JP 2010-1503181.一种高温焊料合金，其特征在于，其具有如下合金组成:90质量％以上的B1、l 5质量％的Sn、分别为0.5 5质量％的选自Sb和/或Ag中的至少一种元素、余量...

【专利技术属性】
技术研发人员：上岛稔，稻川芳实，丰田实，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：
国别省市：