软钎料合金、焊料球和钎焊接头制造技术

提供：管脚接通性优异、显示出高的接合强度的软钎料合金、焊料球和钎焊接头。软钎料合金具有如下合金组成：以质量％计为Ag：0.8～1.5％、Cu：0.1～1.0％、Ni：0.01～0.10％、P：0.006％～0.009％、且余量由Sn组成。优选合金组成满足(1)式和(2)式。2.0≤Ag

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软钎料合金、焊料球和钎焊接头


[0001]本专利技术涉及软钎料合金、焊料球和钎焊接头。

技术介绍

[0002]近年来，电子设备被要求高集成化、轻薄短小等。伴随于此，搭载于电子设备的电子部件也被要求小型化、薄型化。作为满足这些要求的半导体封装，例如作为面阵型的表面安装型封装的BGA(球栅阵列(Ball Grid Array))是主流。BGA具有在封装体的安装基板上将焊料球以等间隔排列成格子状的外部电极端子。焊料球载置于电极后连同安装基板一起在回流焊炉中进行加热并熔融，从而形成焊料凸块。
[0003]另外，在现有的BGA中，逐渐使用以Sn
‑
3.0Ag
‑
0.5Cu为代表的Sn
‑
Ag
‑
Cu系软钎料合金。然而，该软钎料合金与以往使用的Sn
‑
Pb系软钎料合金相比润湿性差，因此，有时会由于落下等冲击而导致在电极与软钎料合金的界面产生剥离。
[0004]因此，专利文献1中公开了一种软钎料合金，其通过在Sn
‑
Ag
‑
Cu系软钎料合金中添加规定量的Ni和P，从而耐落下冲击性改善，还抑制变色。记载了如下内容：如果在Sn
‑
Ag
‑
Cu系软钎料合金中添加Ni，则将形成于界面的Cu6Sn5的Cu原子位点用Ni置换，从而Cu6Sn5的应力得到缓和，耐冲击性改善。
[0005]专利文献2中，作为除耐冲击性、黄变抑制效果之外还满足高的耐热循环特性的软钎料合金，公开了一种软钎料合金，其在Sn
‑
Ag
‑
Cu软钎料合金中含有P、Ge、Al、Si中的任1种或2种以上，进而含有Ni作为可选方案之一。
[0006]专利文献3中也公开了一种软钎料合金作为满足耐热循环特性、耐冲击性、黄变抑制的软钎料合金，其在Sn
‑
Sb
‑
Ni软钎料合金中含有Ag或Cu、并且含有规定量的P、Ge、Ga、和Co中的至少1种。
[0007]专利文献4中，为了改善耐落下冲击性、且抑制未融合和变色，公开了一种软钎料合金，其在Sn
‑
Ag
‑
Cu
‑
Ni软钎料合金中含有选自Bi、In、Sb、P、Ge中的至少1种。该文献中记载了减薄Cu6Sn5的金属间化合物层来实现耐落下冲击性的改善，抑制Cu与Ni的金属间化合物的析出来抑制焊料球与焊膏的未融合。另外，还记载了通过添加P、Ge等，从而变色得到抑制。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本专利第5030442号公报
[0011]专利文献2：日本专利第4144415号公报
[0012]专利文献3：日本特开2004
‑
141910号公报
[0013]专利文献4：日本专利第5633837号公报

技术实现思路

[0014]专利技术要解决的问题
[0015]如上所述，专利文献1～4中公开的软钎料合金显示出高的耐冲击性和耐变色性。特别是专利文献2和3中公开的软钎料合金除这些之外还显示出优异的耐热循环特性，专利文献4中公开的软钎料合金是除这些之外还能抑制未融合的优异的专利技术。
[0016]虽然可以认为专利文献2～4中公开的软钎料合金可以形成不易断裂的钎焊接头，但是，为了确认钎焊接头是否通电，例如需要将探针前端的管脚直接插入构成钎焊接头的软钎料合金来进行导通试验。在管脚没有顺利刺入软钎料合金的情况下，即使该被检查对象导通也判断为导通不良，有时会发生成品率不必要地恶化之类的问题。
[0017]另外，专利文献1～4中记载的软钎料合金虽然针对耐冲击性、耐变色性、耐热循环特性进行了研究，但在钎焊接头中，作为最重要的特性之一可列举接合强度。将电子部件搭载于安装基板时，安装基板与电子部件均在回流焊炉中被加热，但安装基板、电子部件和软钎料合金的线膨胀系数各自不同。因此，如果熔融软钎料因为冷却而凝固，则应力会集中于钎焊接头。钎焊接头的接合强度如果弱，则钎焊接头会断裂。
[0018]如此，用于形成钎焊接头的软钎料合金除用于确认钎焊接头的电特性的管脚接通(pin contact)性之外，还需要同时满足作为机械特性的接合强度。
[0019]可以认为专利文献1～4中记载的软钎料合金为了实现各自的目的而进行了最优化，但对于钎焊接头而言需要满足各种特性，因此，必须根据目的将构成软钎料合金的各构成元素的含量最优化。因此，为了解决上述问题，必须详细地重新研究专利文献1～4中记载的软钎料合金的合金组成。
[0020]本专利技术的课题在于，提供：管脚接通性优异从而成品率高、显示出高的接合强度的软钎料合金、焊料球和钎焊接头。
[0021]用于解决问题的方案
[0022]在制品化前的导通试验中，需要进行印刷电路板上的几千～几万的接合部的导通确认。一直以来进行的导通试验中，例如进行将探针前端的管脚插入至构成钎焊接头的软钎料合金的管脚接通试验。在管脚不易刺入软钎料合金的情况下，判断为导通不良，检查的成品率恶化。因此，必须使得原本导通的钎焊接头不会被判断为未导通。如前所述，本专利技术的课题在于，提供：不易判断为导通不良、此外可得到接合强度高的接合部的软钎料合金。本专利技术人等作为用于解决本专利技术的课题的手段之一，着眼于“管脚变得容易刺入软钎料合金”，基于软钎料合金的冶金学见解进行了研究。
[0023]由于管脚的刺入容易度根据软钎料合金的合金组成而改变，因此即使改善了探针、测定装置也无法改善管脚的刺入容易度。因此，在现状是无论如何均必须通过软钎料合金的合金组成来进行改善。
[0024]本专利技术人等首先为了改善管脚接通性而着眼于构成软钎料合金的晶相的粒径产生的影响。晶粒直径如果大，则各晶相变得容易发生弹性变形，推测管脚会变得容易刺入软钎料合金。于是，为了增大Sn
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Ag
‑
Cu
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Ni
‑
P软钎料合金中Sn的晶粒直径而注意到需要提高软钎料合金的凝固起始温度。详细而言，关注到软钎料合金的凝固起始温度即液相线温度越高，则直至达到凝固结束温度即固相线温度为止的温度范围越宽，作为初相的Sn越会在凝固时生长。
[0025]另外，为了增大晶粒直径，需要抑制凝固时的过冷却，为此，认为应当研究含有规定量的作为凝固核发挥作用的元素的合金组成。但是，液相线温度如果过高，则在通常的回
流焊温度下，软钎料合金变得不易熔融。从这些观点出发，本专利技术人等对于作为凝固核发挥作用的元素，特意选择了以往作为软钎料合金表面的变色抑制元素而含有的P，在此基础上，以液相线温度不变得过高的方式详细地调查了与各构成元素的含量的关系。此时，为了改善接合强度，还一并研究了需要使形成于接合界面的金属间化合物微细。在该研究中，为了改善专利文献1～4中公开的Sn
‑
Ag
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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：0.8～1.5％、Cu：0.1～1.0％、Ni：0.01～0.10％、P：0.006％～0.009％、且余量由Sn组成。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(1)式和(2)式，2.0≤Ag
×
Cu
×
Ni/P≤25
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(1)式0.500≤Sn
×
P≤0.778
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(2)式所述(1)式和(2)式中，Ag、Cu、Ni、P和Sn为各所述合金组成的质量％含量。3.根据权利要求1或2所述的软钎料合金，其中，所述合金组成满足下述(3)式，221≤(Ag+Cu+Ni)/P≤309
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(3)式所述(3)式中，Ag、Cu、Ni和P为各所述合金组成的质量％含量。4.一种软钎料合金，其特征在于，具有如下合金组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭岛裕贵，冈田弘史，吉川俊策，斋藤岳，出井宽大，松藤贵大，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：