(57)【要約】【課題】  本発明は、鉛含有のはんだペーストを用いたはんだ接合に於いて、ボイドの発生を抑制できるはんだペースト組成物並びにはんだ継手の提供を目的とする。【解決手段】  はんだペーストを構成するはんだ合金粉末に於いて、融点の異なるはんだ合金粉末を２種以上含有し、少なくとも一つのはんだ合金粉末にＰｂを０．１質量％以上含有させ、更に、融点の異なるはんだ合金粉末の固相線温度の差が５０℃〜１５０℃の範囲になるように組合せることにより、はんだ接合部に発生するボイドが抑制される。また、当該はんだ合金粉末とフラックスを混合したはんだペーストを用いることにより、はんだ接合部に発生するボイドを抑制することができる。【選択図】  無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点の異なるはんだ合金粉末を２種以上含有し、少なくとも１種のはんだ合金粉末にＰｂが０．１質量％以上含有することを特徴とするはんだペースト。
【請求項２】
請求項１記載の融点の異なるはんだ合金粉末の固相線温度の差異が５０℃〜１５０℃の範囲となる組合せであることを特徴とするはんだペースト。
【請求項３】
はんだ合金粉末の１種にＰｂを８０質量％以上含有させることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載のはんだペースト。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載のはんだペーストを用いて接合することを特徴とするはんだ接合並びにはんだ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだペースト組成物に関し、詳しくは、融点の異なるはんだ合金粉末を含有し、ボイドの発生を低減するはんだペースト組成物、及びそれを用いたはんだ接合に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の接合材料として、地球環境への負荷低減を考慮した鉛フリーはんだが広く普及しており、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ系はんだやＳｎ-Ｃｕ-Ｎｉ系はんだがその代表的な組成である。
一方、融点が２８０℃以上の高温はんだの分野に於いてはＲｏＨＳ指令適用除外項目として、鉛含有率が重量で８５％以上の鉛ベースの合金が広く使用されているのも現状である。
ところで、近年、電子機器等のダウンサイジングにより、電子機器等に搭載する電子部品の微細化が進み、それに伴い、はんだ接合に於いてもマイクロソルダリングと呼ばれる微細はんだ接合技術が求められている。
【０００３】
そして、マイクロソルダリングには、一般的に、フラックスにはんだ合金の微粉末を混合したはんだペーストが用いられている。
このはんだペーストは、通常、ロジン類、活性剤、チクソ剤、及び溶剤を含有するフラックスと、はんだ合金粉末との混合物であり、はんだ合金粉末は接合対象に対応して粒子サイズの微細化が進んでいる。
また、はんだペーストを用いた電子部品等の基板への実装方法として、プリント基板上にはんだペーストをパターンに合わせて印刷し、その上に電子部品を置いた後、リフロー炉を通過させることにより、リフロー炉内ではんだペーストが加熱され、はんだ合金粉末が溶融し、電子部品をプリント基板に接合する方法が多く採用されている。
【０００４】
従来、このリフロー方式でのはんだ接合の場合、はんだ接合部に発生するボイドが問題として知られている。
ボイド発生は、ボイドの原因となるガスやフラックス固形成分が溶融しているはんだ接合系内より抜けない状態ではんだ合金が固まり、閉じ込められたガスやフラックス成分によって発生することが、一因として考えられている。
【０００５】
そして、ボイド発生を抑制する方法として、特許文献１では、はんだペーストを構成するフラックス成分中にアルコール変性ジシクロペンタジエン系樹脂の水素化物を配合した技術が開示されている。
また、特許文献２では、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末の成分である錫の酸化を阻止するため、銀や銅等で被覆した錫粉末を用いる技術が開示されている。
更に、特許文献３及び特許文献４では、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末を２種以上用いる技術として、特許文献３が融点の異なるはんだ合金粉末を用いる技術、特許文献４が特定のはんだ合金組成を組合せて用いる技術が、其々開示されている。
しかし、特許文献１〜特許文献４で開示されている技術は、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末組成が鉛フリーはんだ合金であり、鉛を含有したはんだペーストを対象としたものではない。
一方、特許文献５でははんだ合金粉末組成として鉛を含有させた２種のはんだ合金粉末を用いた技術が開示されているが、２００℃以上の高温域に於ける機械的性質並びに耐疲労性維持を目的としており、ボイド発生の抑制を目的とするものではなく、ボイド発生抑制を目的とする技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５４１７０号公報
【特許文献２】特開２００８−１４９３６５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２９８６８号公報
【特許文献４】特開２００４−１６７５６９号公報
【特許文献５】特開平９−１０８８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、鉛含有のはんだペーストを用いたはんだ接合に於いて、ボイドの発生を抑制できるはんだペースト組成物並びにボイドを低減したはんだ継手の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者は、上記の課題を解決すために、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末に着目し、鋭意検討を重ねた結果、融点の異なるはんだ合金粉末を２種以上含有し、少なくとも一つのはんだ合金粉末にＰｂを０．１質量％以上含有させ、更に、融点の異なるはんだ合金粉末の固相線温度の差が５０℃〜１５０℃の範囲になるようにはんだ合金粉末の組成を組合せることにより、はんだ接合部に発生するボイドが抑制されることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００９】
即ち、本発明は、はんだペーストを構成するはんだ合金粉末として、融点の異なる２種以上のはんだ合金粉末が含有され、少なくとも一つのはんだ合金粉末の組成にＰｂが０．１質量％以上含有され、更に、融点の異なるはんだ合金の固相線温度の差が５０℃〜１５０℃の範囲にある特徴を有すること、当該はんだ合金粉末とフラックスを混合したはんだペーストを用いることにより、はんだ接合部に発生するボイドを抑制することを可能とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、ボイド発生が抑制されたはんだペーストであるため、信頼性の高いはんだ接合が可能となり、特に２００℃以上の高温域で用いられるはんだ接合や高温状態に曝されるはんだ接合に広く応用が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明のはんだペーストに用いることができるはんだ合金粉末は、本発明の効果を有する範囲であれば特に限定はされないが、２００℃以上の高温域で耐えられる組成が好ましく、更に、Ｐｂを８０質量％以上含有する組成が好ましい。
そして、はんだ合金粉末の構成を粒径の異なるはんだ合金粉末の組合せにすることにより、ボイド発生抑制効果が更に期待できる。
【００１２】
本発明のはんだペーストに用いることができるフラックスは、本発明の効果を有する範囲に於いて、特に限定はなく公知の成分を用いることができ、当該フラックスを構成する成分としては、ロジン類、活性剤、チクソ剤、及び溶剤などが例示できる。
また、本発明のはんだペーストの製法に関しても、本発明の効果を有する範囲に於いて特に限定されない。
【実施例】
【００１３】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００１４】
＜はんだ合金粉末＞
表１に示す４種のはんだ合金粉末を準備した。
表２には、４種のはんだ合金粉末の特性を示す。
＜フラックス＞
表３に示す２種のフラックスを準備した。
表４には、フラックス組成を開示する。
＜はんだペーストの作製＞
フラックス成分を加熱し、均一に溶解する。
次に、表５に示す割合でフラックスとはんだ合金粉末を均一に混合して、実施例１〜実施例６及び比較例１〜比較例４を作製した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
2017087248.tif 000003
【００１７】
表２よりわかるように、はんだ合金粉末Ａとはんだ合金粉末Ｂの固相線温度の差は６９℃、はんだ合金粉末Ａとはんだ合金粉末Ｃの固相線温度の差は１１３℃、はんだ合金粉末Ａと合金粉末Ｄの固相線温度の差は７０４℃以上である。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
【表４】
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【００２０】
【表５】
2017087248.tif 000006
【００２１】
次に、接合評価サンプル及び接合方法に関して説明する。
以下の条件で、実施例１〜実施例６及び比較例１〜比較例４のはんだペーストを用いて接合評価サンプルを作製した。
＜接合サンプル＞
・チップ：シリコンチップ
・基板：無酸素銅板
・接合面積：０．９ｍｍ×０．９ｍｍ
＜接合方法＞
・無酸素銅板上に、はんだペーストを０．２９ｍｇ取り均一に塗布し、その上からシリコンチップで押込み、所定のプロファイルで溶融、接合した。
＜接合条件＞
・装置：マルコム社製リフローシュミレーター  ＳＲＳ−１
・温度プロファイル：昇温速度＝４℃／秒，ピーク温度は以下の通り。
実施例１〜実施例６及び比較例１、３、４＝３３０℃，比較例２＝２４０℃
・ピーク温度保持時間：４０秒
・雰囲気：Ｎ２（酸素濃度５００ｐｐｍ以下）
【００２２】
次に、接合サンプルの評価方法に関して説明する。
評価基準は、接合部に発生する最大ボイド率（％）で評価した。
（ボイド率＝ボイド面積／接合面積）
その評価基準は、表６に示す通りである。
また、接合サンプルの最大ボイド率の測定は、島津製作所製Ｘ線透視装置「ＳＭＸ−１６０ＣＴ」を用いて、接合サンプルに発生したボイドを計測した。
【００２３】
【表６】
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【００２４】
評価結果について、実施例を表７に、比較例を表８に其々示す。
【００２５】
【表７】
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【００２６】
【表８】
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【００２７】
表８に示す比較例に対し、表７の実施例１〜実施例６全てが最大ボイド率１０％以下となり、ボイドの発生が大きく抑制されていることがわかる。
従って、本発明のはんだペーストを用いて接合することにより、ボイドの発生が抑制されることは明白である。
また、表８の結果より、本発明のはんだペーストを用いたはんだ接合並びにはんだ継手が、ボイド発生を抑制することも明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のはんだペーストは、はんだ接合に於いて接合部に発生するボイドを極めて効果的に抑制することができるため、特に２００℃以上の高温域で用いられるはんだ接合に於いて信頼性の高いはんだ接合が可能となり、高温状態に曝されるはんだ接合に広く応用が期待できる。