[发明专利]无Pb焊膏

说明书

技术领域

本发明涉及不包含铅(Pb)的无Pb焊膏。更特别地，本发明涉及用于高温应用的无Pb焊膏。

背景技术

近年来，对环境有害的化学物质的限制已经越来越严格，并且对用于将电子部件等接合至基板的焊料材料的限制也没有例外。Pb自古以来一直被用作焊料材料的主要组分，但是已经被例如RoHS指令指定为受限制物质。因此，已积极研发不包含Pb的焊料(无Pb焊料)。

用于将电子部件接合至基板的焊料基于它们的工作温度限制大致分为高温焊料(约260-400℃)以及中低温焊料(约140-230℃)。关于中低温焊料，实际上已经使用了主要包含Sn的无Pb焊料。例如，专利文献1公开了包含Sn作为主要组分、1.0-4.0质量%的Ag、2.0质量%以下的Cu、0.5质量%以下的Ni和0.2质量%以下的P的无Pb-焊料合金组合物。此外，专利文献2公开了包含0.5-3.5质量%的Ag、0.5-2.0质量%的Cu和余量为Sn的无Pb-焊料合金组合物。

另一方面，高温应用的无Pb焊料材料在各种组织中处于研发中。例如，专利文献3公开了包含30-80质量%的Bi并且具有350-500℃的熔融温度的Bi/Ag硬钎料材料(brazing filler material)。此外，专利文献4公开了通过将二元共晶合金添加至包含Bi的共晶合金并通过进一步加入添加元素而获得的焊料合金，并且记载了该焊料合金是四元以上的焊料，即多组分焊料，但是可以调节其液相线温度并减少组成的变动。

专利文献5公开了通过添加Cu-Al-Mn、Cu或Ni至Bi中获得的焊料合金，并且记载了当此类焊料合金用于将具有Cu表面层的功率半导体器件接合至具有Cu表面层的绝缘体基板时，不期望的反应产物不太可能在焊料和各Cu层的接合界面之间形成，因此能够抑制如裂纹等缺陷的出现。

专利文献6公开了包含以下的焊料组合物：基于焊料组合物的总质量，94.5质量%以上的Bi作为第一金属元素、2.5质量%的Ag作为第二金属元素和总计0.1-3.0质量%的选自由0.1-0.5质量%的Sn、0.1-0.3质量%的Cu、0.1-0.5质量%的In、0.1-3.0质量%的Sb和0.1-3.0质量%的Zn组成的组的至少一种作为第三金属元素。

专利文献7公开了包含含有Ag、Cu、Zn和Sb的至少一种作为副组分的Bi-基合金和0.3-0.5质量%的Ni的无Pb焊料组合物。专利文献7进一步记载了该无Pb焊料具有250℃以上的固相线温度或300℃以下的液相线温度。此外，专利文献8公开了包含Bi的二元合金，并且记载了该二元合金具有抑制焊接结构体内部中出现裂纹的效果。

专利文献9公开了具有270℃以上的熔融温度并包含0.2-0.8质量%的Cu和0.2-0.02质量%的Ge的Bi合金。专利文献10公开了具有至少262.5℃的固相线温度并包含2-18质量%的Ag和82-98质量%的Bi的Bi合金。专利文献11公开了具有260℃以上的固相线温度并且包含至少80质量%的Bi的Bi合金。

专利文献12公开了Bi-Sn-系焊膏和借助于该焊膏接合的制品，其中该焊膏包含30质量%以上的金属合金粉末形式的Bi。该焊膏提供较高的接合后的接合强度，并且即使要接合的对象物包括Au也不产生空隙。例如，专利文献12公开了包含30-98重量%的Bi、0.01-0.5重量%的Al或Mn和余量为Sn的焊膏。

专利文献13公开了以下焊膏，该焊膏包括具有铋或主要包含铋的合金并且具有250℃以上的固相线温度和370℃以下的液相线温度的焊料粉末，在比焊料粉末的固相线温度高的温度下熔融并且具有支持通过在焊接之后残留的焊料的强度的功能的热塑性树脂，和焊剂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开11-077366

专利文献2：日本专利申请特开8-215880

专利文献3：日本专利申请特开2002-160089

专利文献4：日本专利申请特开2006-167790

专利文献5：日本专利申请特开2007-281412

专利文献6：日本专利3671815

专利文献7：日本专利申请特开2004-025232

专利文献8：日本专利申请特开2007-181880

专利文献9：日本专利申请特开2007-313526

专利文献10：日本专利申请特表2004-533327

专利文献11：日本专利申请特表2004-528992