[发明专利]无铅焊料合金

说明书

本发明的目的在于提供一种无铅焊料合金以及焊料接合部，即使在焊料接合后的高温状态中也不会降低接合强度，可维持高的接合强度的同时，具有高的可靠性，并且具有通用性。本发明通过将Sn‑Cu‑Ni作为基本成分，并通过作成含有0.1～2.0质量％的Cu、0.01～0.5质量％的Ni、还含有0.1～5.0质量％的Bi、含有76.0～99.5质量％的Sn的无铅焊料合金成分，由此实现在接合时，即使在高温中长时间暴露的状态下也不会降低焊料接合部的接合强度、并且具有高可靠性的焊料接合。

本申请为2015年12月28日提交的申请号为201580001155.X且发明名称为“无铅焊料合金”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及经时劣化小、具有良好的长期可靠性的无铅焊料合金，以及使用了该焊料合金的接头。

背景技术

为了减少地球环境负荷，无铅焊料作为电子产品的接合材料而大范围普及，Sn-Ag-Cu系焊料合金以及Sn-Cu-Ni系焊料合金是其代表成分。

近年来，除了Sn-Ag-Cu系焊料合金以及Sn-Cu-Ni系焊料合金以外，提出与添加了Bi、In或者Sb等的无铅焊料合金以及Sn-Zn系焊料合金等的接合用途以及特性对应的无铅焊料合金。

尤其以提高接合部的机械强度以及降低固相线温度为目的，公开了添加Bi、Sb或者In的无铅焊料合金。

例如，专利文献1中公开了以下的无铅焊料合金：在Sn-Cu-Ni基本成分中添加0.01～3重量％的Bi，由此容易进行焊料的熔点控制。

另外，专利文献2中公开了以下的无铅焊料合金：在Sn-Cu-Sb基本成分中以1重量％以下的比例添加Bi，由此提高机械强度。

而且，专利文献3中公开了以下的无铅焊料合金：在Sn中添加0.001～5重量％的Cu、Ni以及Bi，由此具有提高粘结强度以及降低固相线温度的效果。

并且，申请人在专利文献4中公开以下的无铅焊料合金：通过在Sn-Bi共晶成分中添加一定量的Ni以及Cu，在焊料接合部以及焊料接合界面形成具有密排六方结构的金属间化合物，由此焊料接合时具有强接合强度。

但是，专利文献1～4中公开的技术中也留下问题，例如专利文献1中公开的焊料合金成分Cu的添加量为2～5重量％，并且需要其焊接温度比代表性无铅焊料成分Sn-Ag-Cu系焊料合金以及Sn-Cu-Ni系焊料合金高150℃以上、即超过400℃。

另外，专利文献2中公开的焊料合金成分，由于向基本成分中添加10重量％以上的Sb，因此如实施例所述，固相线温度为230℃以上，与专利文献1同样，与现有的代表性无铅焊料合金相比，需要高温下的焊接工序。

而且，专利文献3中公开的技术仅限于极细线焊料的焊料合金成分，并不对应于各种焊料接合，在通用性方面留下问题。

另一方面，专利文献4中公开的技术的目的在于，通过形成接合界面中具有NiAs型结构的金属间化合物而实现强固的接合，其添加的Sn以及Bi的比例为Sn：Bi＝76～37原子量％：23～63原子量％，并将共晶点附近作为对象。

并且，专利文献5中公开的技术涉及由极低温度时防止锡瘟的发生的、具有良好的润湿性和耐冲击性的Sn-Cu-Ni-Bi组成的焊料合金成分，从该发明的目的出发，Cu添加量被限定为0.5～0.8质量％、Ni添加量被限定为0.02～0.04质量％、Bi添加量被限定为0.1质量％以上且小于1质量％的数值。

另外，在电子设备的焊料接合部中，通常在电子设备被使用的情况下，焊料接合部是通电的状态，由此可能发生焊料接合部被暴露在高温的情况。

由此，在焊料接合的可靠性中，不仅焊料接合时的接合强度很重要，被暴露在高温下的接合强度也很重要。