[发明专利]抑制缩孔的无铅焊料合金

说明书

技术领域

本发明涉及抑制缩孔的无铅焊料合金和使用该焊料合金的焊膏以及钎焊方法。

背景技术

目前所使用的无铅焊料的主流是Sn-Ag-Cu系焊料合金。Sn-Ag-Cu系无铅焊料合金温度循环特性优异，并且，在无铅焊料中湿润性优异，而且，与现有的Sn-Pb系焊料同样可以加工成各种形态。但是，Sn-Ag-Cu系无铅焊料与Sn-Ag系无铅焊料同样，由于凝固的不均匀性，焊料表面产生粗糙(微细凹凸)，基本上不会显示出光泽，而且还会发生被称为缩孔的龟裂一样的凝固缺陷。该现象出现的原因是因为Sn-Ag的过共晶引起的枝晶(dendrites)的成长。

Sn-Ag系或Sn-Ag-Cu系无铅焊料在熔融焊料凝固时，首先Sn的枝晶作为初晶析出，接着Sn-Ag或Sn-Ag-Cu共晶组织凝固，但由于此时的体积收缩，在焊料表面产生微细的凹凸和缩孔。如果详细进行观察，缩孔沿着枝晶产生。

如此，缩孔是沿着枝晶的晶界产生的凝固裂纹，仅存留在焊料的表面。因此，缩孔不会作为破裂的起点引发破裂，也不会损害钎焊的可靠性。但是，从外观上不能够容易地识别缩孔和破裂的不同，根据缩孔的大小不能够排除对于钎焊的可靠性的影响的可能性，因此，如下所述，缩孔的发生也被视为问题。

即，钎焊间隔越发微细化，因此，在检查员的目视外观检查中，难以区分缩孔和破裂之间的区别，根据情况，只能通过非常高价的电子显微镜等装置进行确认。但是，电子显微镜能够观察的试料的大小受到限制，而且，观察时间也要花费通常的外观检查装置的数百倍以上，因此，用于全部的检查是不可能的。

使用焊膏的回流法的钎焊的情况下，随着钎焊间隔的微细化，焊膏的印刷厚度也薄到50μm左右。此时，回流后生成的焊料接合部(solder fillets)的厚度成为25μm左右，焊料量变少。在如此薄的焊料接合部发生10μm左右的缩孔时，局部的焊料接合部的厚度变为10μm左右，有可能对钎焊的可靠性产生不良影响。

在使用回流法中具有代表性的焊料供给方法的焊膏的印刷基板的实装中，通过图像识别等光学方法对通过印刷在规定部位涂布焊膏通过回流形成钎焊部的基板进行检查，确认钎焊状态。现在销售的光学检查机器，作为无铅焊料用，设计为能够识别光泽度低的焊料。但是，在Sn-Ag系无铅焊料或Sn-Ag-Cu系无铅焊料中发生的焊料表面的微细凹凸和缩孔，并非是仅因为焊料组成的原因发生，根据钎焊条件和冷却条件等的外部因素会发生变动，因此，难以捕捉到光度的平均值，容易发生检查失误。

本发明人在先公开了一种无铅焊料焊球(下述专利文献1)，具有Sn-4.0～6.0质量％Ag-1.0～2.0质量％Cu的组成，焊球表面状态良好，抑制焊料表面的微细凹凸和缩孔。另外，还公开了波峰焊的钎焊方法(下述专利文献2)，在使用Sn-Ag-Cu系无铅焊料Sn基焊料合金通过波峰焊进行钎焊时，使焊浴的Ag浓度为超过3.8质量％但在4.2质量％以下，Cu浓度为0.8～1.2质量％，同时进行钎焊，如此防止钎焊部的缩孔。

这些专利文献与作为现有的无铅焊料合金被广泛使用的Sn-3.5Ag-0.7Cu和Sn-3.0Ag-0.5Cu的组成相比，通过更多量地添加Ag和Cu来实现降低焊料表面的微细凹凸和缩孔。即，通过使Ag和Cu含量增加，相对降低Sn含量，从而降低Sn的枝晶产生，抑制表面凹凸和缩孔的发生。但是，特别是由于大量含有高价的Ag，所以材料成本变高。另外，由于Ag和Cu含量增大，焊料的融融温度(特别是液相线温度)变高，难以用于回流法。

专利文献1：特开2003-1481号公报

专利文献2：特开2005-186160号公报

发明内容

本发明的目的在于提供无损Sn-Ag-Cu系无铅焊料的耐温度循环特性，抑制焊料表面的微细凹凸和缩孔的无铅焊料合金。

本发明的另外的目的在于通过不增大高价的Ag含量，并且，焊料的液相线温度与现有的Sn-Ag-Cu系焊料同程度的无铅焊料合金，来抑制无铅焊料表面的微细凹凸和缩孔的发生。

本发明者有了如下发现从而完成了本发明：通过降低Sn-Ag-Cu系无铅焊料的Ag，降低焊料表面的微细凹凸和缩孔，作为被削减的Ag的替代，通过添加Bi，从而实现无损耐温度循环特性，降低焊料表面的微细凹凸和缩孔。