[发明专利]无铅焊料合金

说明书

技术领域

本发明关于一种不含铅的无铅焊料合金，尤其是关于一种高温用的无铅焊料合金、及使用此无铅焊料合金进行接合的电子基板。

背景技术

近年来，针对对环境有害的化学物质的限制日益严格，该限制对于以将电子零件等接合于基板为目的来使用的焊接材料也不例外。焊接材料自先前以来一直使用Pb(铅)作为主成分，现已于RoHS指令等中成为限制对象物质。因此，业界正盛行不含Pb的焊料(以下也称为无铅焊料)的开发。

将电子零件接合于基板时所使用的焊料根据其使用极限温度，大致分为高温用(约260℃～400℃)与中低温用(约140℃～230℃)，这些当中，关于中低温用焊料，利用以Sn作为主成分的焊料而将无铅实用化。例如专利文献1中记载了以Sn作为主成分，含有1.0～4.0质量％的Ag、2.0质量％以下的Cu、0.5质量％以下的Ni、0.2质量％以下的P的无铅焊料合金组成。另外，专利文献2中记载了含有0.5～3.5质量％的Ag、0.5～2.0质量％的Cu，剩余部分由Sn所构成的合金组成的无铅焊料。

另一方面，各种机构也正开发高温用的无铅焊接材料。例如专利文献3中揭示了含有30～80质量％的Bi，熔融温度为350～500℃的Bi/Ag焊料。另外，专利文献4中揭示了在含有Bi的共晶合金中加入二元共晶合金、进而加入添加元素的焊料合金，显示该焊料合金虽为四元系以上的多元系焊料，但可实现液相线温度的调整与不均的减少。

进一步，专利文献5中揭示了在Bi中添加有Cu-Al-Mn、Cu或Ni的焊料合金，记载了这些焊料合金在用于表面具备Cu层的电力半导体模块或绝缘体基板的情形时，不易在与焊料的接合界面形成不需要的反应生成物，因而可抑制裂痕等不良情况的产生。

另外，专利文献6中揭示了一种焊料组成物，该焊料组成物100质量％由如下成分构成：由94.5质量％以上的Bi所构成的第1金属元素；由2.5质量％的Ag所构成的第2金属元素；含有合计为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及0.1～3.0质量％的Zn所组成的组中的至少一种的第3金属元素。

另外，专利文献7中揭示了在含有Ag、Cu、Zn及Sb中的至少一种作为副成分的Bi基合金中含有0.3～0.5质量％的Ni的无铅焊料组成物，且记载了该无铅焊料的固相线温度为250℃以上，液相线温度为300℃以下。进一步，专利文献8中揭示了含有Bi的二元合金，且记载了该二元合金具有在焊接构造体内部抑制裂痕的产生的效果。

进一步，专利文献9中记载了具有270℃以上的熔融温度，且含有0.2～0.8质量％的Cu与0.2～0.02质量％的Ge的Bi合金；专利文献10中记载了具有至少260℃的固相线温度，且含有2～18质量％的Ag的Bi合金。另外，专利文献11中记载了具有262.5℃以上的固相线温度，且含有98～82质量％以上的Bi的Bi合金。

专利文献1：日本特开平11-077366号公报

专利文献2：日本特开平8-215880号公报

专利文献3：日本特开2002-160089号公报

专利文献4：日本特开2006-167790号公报

专利文献5：日本特开2007-281412号公报

专利文献6：日本专利第3671815号

专利文献7：日本特开2004-025232号公报

专利文献8：日本特开2007-181880号公报

专利文献9：日本特开2007-313526号公报

专利文献10：日本特表2004-533327号公报

专利文献11：日本特表2004-528992号公报

发明内容

关于高温用的无铅焊接材料，虽然如上所述有各种机构正进行开发，但实际情况为尚未发现在实用化方面具有可充分令人满意的特性的焊接材料。

即，一般而言电子零件或基板多使用热塑性树脂或热硬化性树脂等耐热温度相对较低的材料，因而需使操作温度低于400℃，较佳为370℃以下。然而，例如专利文献3所揭示的Bi/Ag焊料由于液相线温度较高，为400～700℃，因而推测接合时的操作温度也成为400～700℃以上，会超过被接合的电子零件或基板的耐热温度。