高温无铅焊料合金制造技术

本发明专利技术提供即使通过缓慢冷却而凝固也不生成低熔点相、且具有优异的连接可靠性的Sn-Sb-Ag-Cu系高温无铅焊料合金。其具有：以质量%计，由Sb：35～40%、Ag：13～18%、Cu：6～8%、和余量的Sn构成的合金组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供即使通过缓慢冷却而凝固也不生成低熔点相、且具有优异的连接可靠性的Sn-Sb-Ag-Cu系高温无铅焊料合金。其具有：以质量%计，由Sb：35～40%、Ag：13～18%、Cu：6～8%、和余量的Sn构成的合金组成。【专利说明】局温无铅焊料合金
本专利技术涉及Sn-Sb-Ag-Cu系高温无铅焊料合金。
技术介绍
近年来，半导体伴随其所需特性高度化，使用环境也变得越来越严酷。因此，一直以来虽然使用Si作为半导体元件材料(称为Si半导体元件)，但也渐渐开始使用SiC、GaAs、GaN等。以下分别称为SiC半导体元件、GaAs半导体元件、GaN半导体元件。SiC、GaAs、GaN的各半导体元件具备耐压性优异、可实现工作温度的提高、带隙扩大等优异的特性，适用于功率晶体管、LED等光学装置。这些半导体元件被称为新一代半导体，可进行高温工作，因此，其所使用的焊料接合部有时会达到250?280°C左右。因此，需要可用于这种新一代半导体的高温焊料。另外，通常，半导体元件有时会为了散热而与金属芯、陶瓷板等散热板连接，在这种用途中也使用高温焊料。迄今为止，几种高温焊料已尽为人知，作为这种现有的高温无铅焊料合金，已知属于Au-Sn共晶组成合金的Au-20Sn焊料合金。Au_20Sn焊料合金的共晶温度为280°C，因此可以在250°C以上且不足280°C下使用，但它是非常昂贵的材料。作为成本更低的高温无铅焊料合金的例子，可列举出Sn-Sb系焊料合金、Bi系焊料合金、Zn系焊料合金、含Ag烧结体合金。其中，Sn-Sb系焊料合金从热导率、耐腐蚀性、接合强度的观点出发比Bi系、Zn系的各焊料合金、含Ag粉末烧结体的焊料更优异。此处，专利文献I?3中公开了在Sn-Sb焊料合金中添加有Ag和Cu的Sn-Sb-Ag-Cu焊料合金作为即使在250?280°C的温度范围也可以使用的高温焊料合金。即，专利文献I中，着眼于Sn与Sb的含有比，从而公开了固相线温度超过300°C的Sn-Sb-Ag-Cu焊料合金。专利文献2中也公开了与专利文献I同样地固相线温度超过300°C的Sn-Sb-Ag-Cu焊料合金。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2005-340267号公报专利文献2:日本特表2007-152385号公报专利文献3:日本特开2005-340268号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，已知Sn-Sb系焊料合金在焊接后的冷却时会由于凝固偏析而在焊接部(也称为“焊料接头”)生成在230?240°C下开始熔融的低熔点相。S卩，对于用Sn-Sb系焊料合金焊接而成的焊料接头而言，这种低熔点相存在时，在半导体元件的工作温度250?280°C下，该低熔点相会熔融，从而在焊料接头产生固液共存的低强度部分。对该低强度部分进一步施加载荷会导致裂纹扩大，存在焊料接头断裂的担心。上述低熔点相在凝固时的冷却速度慢时变得容易产生，但从最近的焊接技术的发展趋势来看，在通常的回流焊接中，有时采用例如l°c /秒这样的相当慢的冷却速度。本说明书中为了方便起见将其统称为“缓慢冷却”。需要说明的是，通常焊接时的冷却速度被假定为约0.8?50°C/秒。因此，在使用高温焊料的半导体装置中，例如，由于半导体元件的自发热造成的基板和半导体构件的热应变，焊料接合部会被施加热应力，因此，这样的低熔点相存在时，有发生接合界面会以因如上所述的自发热而熔融了的低熔点相作为起点而断裂这样的重大问题之虞。这不是低熔点相生成多少的问题，而是意味着即使低熔点相少量存在，发生该问题的可能性也非常高。即，需要即使通过缓慢冷却而凝固也不生成低熔点相、且具有优异的连接可靠性的高温无铅焊料合金。需要说明的是，通常，在焊接装置中，熔融焊料的冷却速度从装置规格的角度出发被控制在一定范围，而非每次焊接时进行控制的操作因素。进而，过度的急速冷却有时会对进行焊接的电子设备施加不必要的热应力。专利文献I虽然公开了高温焊料，但在其实施例中公开了含有11质量％Ag的焊料合金。但是，专利文献I中公开的焊料合金由于Ag的含量少、为11质量％，因此，在如上所述的缓慢冷却条件下的焊接中，无法避免低熔点相的生成。因此，同一文献所记载的用焊料合金接合而成的焊料接头在240°C以上使用时焊料合金的一部分熔融，因此，半熔融部分有可能低强度化并断裂，连接可靠性存在问题。另外，在专利文献2的实施例中记载了虽然Ag的含量为15重量％、但仅含有4重量％的&1的焊料合金。因此，对同一文献所记载的焊料合金而言，在适用于焊接时，由于Cu含量少，因此与专利文献I所记载的焊料合金同样，焊料接合部有可能断裂。由此，对专利文献1、2所记载的焊料合金而言，在形成焊料接头时，生成的低熔点相有时会在构成焊料接头的焊料合金组织中偏析。此处，焊料接头的“连接可靠性”是指在半导体装置的工作中不发生焊料接合部的断裂，在本说明书中，其为根据上述“低熔点相”的存在的有无来评价的特性。本专利技术的课题是提供在焊接时不生成低熔点相、且具有优异的连接可靠性的Sn-Sb-Ag-Cu系高温无铅焊料合金。具体而言，本专利技术的课题是提供可形成熔融开始温度为280°C以上的焊料接头的Sn-Sb-Ag-Cu系高温无铅焊料合金。用于解决问题的方案本专利技术人等反复进行了研究，结果发现，通过在Sn-Sb-Ag-Cu系高温无铅焊料合金中精密调节Ag和Cu的含量，焊接时完全不会生成低熔点相，从而完成了本专利技术。此处，本专利技术如下所述。(I) 一种高温无铅焊料合金，其具有:以质量％计，由Sb:35?40%、Ag:13?18%、Cu:6?8%、和余量的Sn构成的合金组成。(2)根据上述(I)所述的高温无铅焊料合金，其中，以质量％计，还含有Ni:0.01?0.1%。 (3 )根据上述(I)或上述(2 )所述的高温无铅焊料合金，其中，前述合金组成的含有比满足下述式(I)~(III)。2.20 ( Sb/Ag ≤ 2.75 (I)4.90 ( Sb/Cu ≤ 6.20 (II)2.05 ( Ag/Cu ≤ 2.55 (III)(4) 一种焊料接头，其使用上述(I)~上述(3)中的任一项所述的高温无铅焊料合金，所述高温无铅焊料合金在280°C下的固相率为100%。(5) —种预成型材料，其是由上述(I)~上述(3)中的任一项所述的高温无铅焊料合金形成的。( 6 ) —种焊膏，其含有由上述(I)~上述(4)中的任一项所述的高温无铅焊料合金形成的焊料粉末和焊剂。专利文献3中虽然记载了即使在260°C下也不熔融的合金组成，但关于在280°C下的固相率没有任何公开。另外，在同一文献中，记载了虽然Ag的含量为12重量％但还含有10重量％的Cu的焊料合金。该焊料合金与专利文献I和2所述的焊料合金同样，存在固相线温度230~240°C的低熔点相会生成的担心。【专利附图】【附图说明】图1是示出使用本专利技术的高温无铅焊料合金的实施例的示意图。图2是示出比较例14的焊料合金的DSC曲线的曲线图。图3是示出实施例2的焊料合金的DSC曲线的曲线图。图4是示出比较例7的焊料合金的DSC曲线的曲线图。【具体实施方式】以下更详细地说明本专利技术。在本说明书中，与焊料合金组成相关的“％”在没有特别指定的情况下为“质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温无铅焊料合金，其具有：以质量%计，由Sb：35～40%、Ag：13～18%、Cu：6～8%、以及余量的Sn构成的合金组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：上岛稔，藤卷礼，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP