[发明专利]焊锡材料及电子部件接合体

说明书

本申请是申请号：201080001875.3，申请日：2010.04.19，发明名称：“焊锡材料及电子部件接合体”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及无铅的焊锡材料、使用该焊锡材料的电子部件接合体及电子部件接合体的制造方法。

另外，本说明书中，为了说明焊锡材料的金属组成，有时在Sn以外的金属元素前表示数值或数值范围，这像在该技术领域中通常所使用的那样，用数值或数值范围表示各元素在金属组成中所占的重量％，平衡部分由Sn构成。

背景技术

将电子部件安装于基板时，通常利用电连接性优异且生产性与作业性高的锡焊进行接合。

作为焊锡材料，目前开始使用含铅的Sn-Pb共晶焊锡，但作为代替Sn-Pb共晶焊锡的材料，引入研究了各种无铅焊锡并开始应用于实际。

现在，作为无铅焊锡，通常使用Sn-0.7Cu、Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In等(例如参见专利文献1)。上述无铅焊锡具有与Sn-Pb共晶焊锡同等程度的连接可靠性，例如即使实施1000次在-40℃与85℃之间的温度循环试验，也可以得到不发生导致产品功能停止的连接不良的接合品质。

另外，提出了在Sn-Ag-In-Bi系焊锡中添加选自Sb、Zn、Ni、Ga、Ge及Cu中的至少1种而成的无铅焊锡(参见专利文献2)。更详细而言，专利文献2公开了含有0.5～5重量％Ag、0.5～20重量％In、0.1～3重量％Bi、3重量％以下选自Sb、Zn、Ni、Ga、Ge及Cu中的至少一种以及余量为Sn的无铅焊锡，其实施例中记载了即使实施1000～2000次在-40℃与125℃之间的温度循环试验，焊锡合金也未见变形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利3040929号公报

专利文献2:日本特开2004-188453号公报

对于暴露于汽车发动机室等严酷的温度环境中的用途，要求焊锡接合部具有更高的耐久性，更详细而言，要求耐热疲劳特性。作为与汽车的发动机室相当的可靠性条件，要求进行在-40℃与150℃之间的温度循环试验，即使实施3000次上述试验，也不发生导致产品功能停止的连接不良(以下，本说明书中简单称为“连接不良”)。

但是，上述现有的无铅焊锡不具有能够满足被暴露于上述严酷的温度环境下的用途的耐热疲劳特性。

例如，将使用Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In(专利文献1)的焊锡材料得到的电子部件接合体实施-40℃与150℃之间的温度循环试验时，至1000个循环时发生连接不良。

进而，即使是使用Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In-0.5Sb(专利文献2)的焊锡材料由回流焊(reflow soldering)得到的电子部件接合体，也能发生图8所示的龟裂67(图8中，龟裂67表示龟裂的假想路径)。

本发明人等发现是在电子部件与基板之间的焊锡接合部产生龟裂(或裂缝)，而该龟裂最终导致了断开，从而发生了连接不良，并探明了其原因。在图8所示的电子部件接合体70中，电子部件63的由铜构成的电极部63a通过使用Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In-0.5Sb而被接合于基板61的由铜构成的电极焊盘61a(未被抗蚀剂61b覆盖)。随着加热或时间的经过，Cu-Sn金属间化合物65a分别在电极部63a及电极焊盘61a的表面生长，但焊锡母相65b在上述Cu-Sn金属间化合物65a之间连续地残留。Cu-Sn金属间化合物65a具有硬且脆的性质，在Cu-Sn金属间化合物65a与焊锡母相65b之间形成脆弱的接合界面，龟裂67通过焊锡母相65的连续相传播，最终导致断开，发生连接不良。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无铅的焊锡材料，其即使在汽车发动机室等严酷的温度环境下，也显示高耐热疲劳特性，能有效地降低导致制品功能停止的连接不良的发生。另外，本发明的目的在于提供使用上述焊锡材料的电子部件接合体及电子部件接合体的制造方法。

发明人等发现利用In相对于Sn的含量可以控制焊锡接合部的应力缓和性，并且通过添加选自Cu、Ni、Co、Fe及Sb中的1种以上元素，从而该添加元素熔解到焊锡材料与被接合金属之间形成的金属间化合物层中，能促进其形成及生长，从而完成了本发明。

根据本发明的一个主旨，提供一种焊锡材料，其含有1.0～4.0重量％Ag、4.0～6.0重量％In、0.1～1.0重量％Bi、总计1重量％以下(其中不包括0重量％)选自Cu、Ni、Co、Fe及Sb中的1种以上元素，余量为Sn。