焊锡合金制造技术

本发明专利技术的焊锡合金是在Sn-Cu过共晶区域内包含0.006～0.15重量％的Al或/和Al2O3的焊锡合金。此外，本发明专利技术的焊锡合金是包含0.7～7.6重量％的Cu、0.006～0.5重量％的Al或/和Al2O3、以及其余部分的Sn的焊锡合金。Cu的含量优选为2.0重量％以上。此外，本发明专利技术的焊锡合金是在上述组成中将0.03～0.1重量％的Sn置换成Ni的焊锡合金。另外，本发明专利技术的焊锡合金是在上述组成中将0.1～3.5重量％的Sn置换成Ag的焊锡合金。

Solder alloy

The solder alloy of the present invention is a solder alloy containing 0.006 to 0.15 wt.% Al or / and Al2O3 in the Sn-Cu hypereutectic region. In addition, the solder alloy of the present invention is a solder alloy containing 0.7 to 7.6 wt.% Cu, 0.006 to 0.5 wt.% Al or / and Al2O3, and Sn of the remainder. The content of Cu is preferably 2 wt.% or more. In addition, the solder alloy of the present invention is a solder alloy in which the 0.03 to 0.1 wt% Sn is replaced by Ni in the above composition. In addition, the solder alloy of the present invention is a solder alloy in which the 0.1 to 3.5 wt% Sn is replaced by Ag in the above composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊锡合金
本专利技术涉及一种在锡铜系的焊锡合金中能提高拉伸强度和焊锡接合物的开裂强度的焊锡合金组成。
技术介绍
铅对人体造成不良影响，因此在焊锡合金中，不含铅的组成也越来越常见。由于熔点低、并且能以较便宜的价格生产，因此广泛采用Sn作为基本组成，开发了添加有0.7重量％左右的Cu的Sn-Cu 二元系共晶组成的锡铜系焊锡合金，还开发了为了确保强度而添加有Ag的焊锡合金。另外，通过技术改良，IC等的电路设计技术提高，并且实现了电子仪器的小型化，IC的导线间的间距变得非常狭窄，相应于此要求焊锡接合物的大小也极小。例如，关于现已广泛普及的焊锡球的大小，在实际安装中使用的是直径为20微米的焊锡球。现有技术文献 专利文献 专利文献1:国际公开第99/48639号 专利文献2:日本专利特开2005-238328号公报 专利文献3:日本专利特开2005-319470号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 众所周知的是，在以Sn作为主要金属的焊锡合金和Cu基板之间生成Cu6Sn5金属间化合物。这种金属间化合物如果在制造软钎焊接头时在接合界面上大量存在，则会导致接合强度降低。为了避免该问题，开发了添加微量的Ni来抑制接合界面的Cu6Sn5的生成的技术(专利文献I)。像该组成那样在Sn-Cu中添加有Ni的合金在熔融状态下流动性提高，最适合于波焊锡。然而，在Sn-Cu焊锡合金的过共晶区域(Cu0.7?7.6重量％ )内Cu6Sn5作为初相结晶析出时，需要谋求用于抑制Cu6Sn5金属间化合物的生长的方法。例如，为BGA焊锡球时，因为其尺寸极小，所以初相Cu6Sn5金属间化合物有可能通过BGA的直径生长。将该BGA用作软钎焊接头时，如果施加冲击，则可能会沿着作为初相结晶析出的Cu6Sn5金属间化合物在焊锡合金中发生开裂。因此，金属间化合物的大幅生长对电子电路的小型化造成不良影响。此外，已知Ni的添加使得在焊锡合金和Cu基板之间形成的Cu6Sn5金属间化合物的晶体结构以六方晶的形式稳定化，提高接合界面的接合强度，但尚不知Ni的添加对作为初相在焊锡合金中结晶析出的Cu6Sn5金属间化合物的微细化或抑制其生长的效果的知识。另外，作为现有技术的专利文献I中，如上所述通过在Sn-Cu中添加Ni来抑制共晶的Cu6Sn5金属间化合物的产生，是在Sn-Cu中Ni的存在不可或缺的专利技术。专利文献2中，在以Sn为母材的亚共晶组成中将粗大的初晶β -Sn相的组织微细化，提高该相的硬度，使其与共晶相大致相同，为了实现该目的而添加微量的Al。专利文献3中，添加包含实质上不溶于共晶Sn-Cu-Ag系无铅焊锡材料的元素的微粒，使接合部的金属组织进一步微细化，作为该元素，选择性地使用Al。上述专利文献2和3中含有微量的Al,但如者的目的是提闻亚共晶组成中的初晶β-Sn相的硬度，后者是为了使接合部的共晶组织微细化而添加Al。然而，这些专利文献均未着眼于过共晶Sn-Cu合金中必然会产生的初相Cu6Sn5金属间化合物容易以树状比较大幅地生长这一点。本专利技术的课题是避免过共晶Sn-Cu合金的初相Cu6Sn5金属间化合物对软钎焊接头的物性造成不良影响，特别是以公开一种能极力地防止软钎焊接头本身的开裂的焊锡合金组成为目的。用于解决课题的手段 为了解决上述课题，本专利技术组成了一种焊锡合金，其包含超过0.7重量％且在7.6重量％以下的作为锡铜的共晶点的Cu、0.006?0.15重量％的Al、以及其余部分的Sn。并且在该组成中进一步将0.03?0.1重量％的Ni与其余部分的Sn进行部分置换而得的Sn-Cu-N1-Al焊锡合金。另外，还针对权利要求1的组成，将0.1?3.5重量％的Ag与其余部分的Sn进行部分置换，组成Sn-Cu-Ag-Al焊锡合金。添加Al2O3来代替Al也可以选择性地作为方案采用。还有，作为更优选的Cu的添加量的下限值，合适的是2.0重量％以上。Al是熔点为660.2°C、密度为2.7g/cm3的轻金属，容易氧化成为Al2O3。本专利技术中，作为添加对象的是Al或Al2O3中的任一种。还有，单独的Al、单独的Al2O3或由它们混合而成的组成中的任一种都可以成为对象。为了确认通过Al的添加、初相Cu6Sn5金属间化合物如何生长，在Sn_4% Cu中添加Al而制成试样，用SEM照片来示出凝固体的截面，即为图1。专利技术人等制备了 Al的添加量不同的4种试样，确认了 300倍及1000倍的放大照片。Al的添加量自图1的照片的上方起为0ppm、60ppm、200ppm、800ppm。这里明确的事实是,未添加Al的试样中,初相Cu6Sn5金属间化合物沿着倾斜方向长长地结晶析出，并且同样地以树枝状长长地生长。另一方面，添加有Al的试样中，初相Cu6Sn5金属间化合物不生长，呈粒子状。该现象根据Al的添加量而有一定程度的不同，但在3种试样中均确认为粒子状。添加有Al时的初相Cu6Sn5金属间化合物的生长受到抑制的机理迄今为止尚未得出明确的结论，但认为是由如下原因引起的:分散的Al微粒分别成为初相Cu6Sn5金属间化合物的核，因此成核频率提高，因而生长速度减慢。另外，Al的添加不是使Cu6Sn5金属间化合物的总量减少的主要原因，而是原本呈树状结构的Cu6Sn5金属间化合物不以树状生长的主要原因。另外，图1所示的各试样中的Al的添加量是实测值。Al与Sn相比密度小，有均匀扩散的Al和漂浮在熔融金属表面的Al。本专利技术中，为了精密地确定有效地发挥作用的Al的添加量，针对Al的添加量，测定了凝固体中的Al的量。如果初相Cu6Sn5金属间化合物大量析出，则在该部分，焊锡凝固体的内部形成不均一的部分。而且，如果该状态存在于软钎焊接头内部，则在施加冲击时可能会发生开裂。特别是由近年来的非常微小的BGA来形成软钎焊接头时，在图1的未添加Al的状态下，初相Cu6Sn5金属间化合物在软钎焊接头的整个长度范围内穿行的可能性高。即，如果在该状态下，则不仅会部分产生裂纹，而且整个软钎焊接头都发生开裂，通过BGA接合的基板彼此剥离。另一方面，添加有Al的3种试样中，均一的Sn-Cu相是连续的，因此能避免由Cu6Sn5金属间化合物引起的开裂等的发生。图2所示为在Sn-4% Cu-0.05% N1-0.007% Ge中与图1同样地未添加Al的试样和.添加有Al的3种试样的SEM照片的比较。另外，该试样中虽然添加有Ge，但Ge本身与Sn及Cu不反应，因此推测，即使是未添加Ge的试样，也能得到同样的现象。由图2所示的各照片也可知，与未添加Al的试样相比,在分别添加有60ppm、400ppm和IOOOppm的Al的试样中，确认初相Cu6Sn5金属间化合物未沿着长度方向生长，而是呈大量的粒状，生长停止。即，即使是如图2所示含有Ni的焊锡合金，通过添加Al,Cu6Sn5金属间化合物也不会沿着长度方向大幅生长，Sn-Cu-Ni相连续地出现。图3是确认在Sn中含有2.0重量％的Cu时、Al的添加对Cu6Sn5金属间化合物的生长造成的影响的图，在与图1及图2同样的试验条件下进行。由该结果可知，在未添加Al的合金中时，Cu6Sn5金属间化合物沿着倾斜方向长长地生长，与之相对，在添加有0.05重量％的Al时本文档来自技高网...

【技术保护点】
焊锡合金，其中，在Sn?Cu过共晶区域内，包含7.6重量％以下的Cu、以及0.006～0.15重量％的Al或/和Al2O3。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.08 JP 2011-0861831.焊锡合金，其中，在Sn-Cu过共晶区域内，包含7.6重量％以下的Cu、以及0.006?0.15重量％的Al或/和A1A。2.焊锡合金，其包含0.7?7.6重量％的Cu、0.006?0.15重量％的Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村哲郎，野北和宏，SD麦唐纳德，JJ雷德，T文图拉，
申请(专利权)人：日本斯倍利亚社股份有限公司，昆士兰大学，
类型：
国别省市：