[发明专利]无铅软钎料合金

说明书

技术领域

本发明涉及Sn-Bi-Sb系无铅软钎料合金，特别是涉及连接可靠性优异的Sn-Bi-Sb系无铅软钎料合金。

背景技术

近年来，移动电话等电子设备趋于小型化、薄型化。这种电子设备所使用的半导体装置等电子部件中，逐渐开始使用厚度薄至几mm左右～1mm以下的基板。

另一方面，以往，作为无铅软钎料广泛使用Sn-Ag-Cu软钎料合金。Sn-Ag-Cu软钎料合金的熔点比较高，即使是作为共晶组成的Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金也会表现出220℃左右的熔点。因此，利用Sn-Ag-Cu软钎料合金对前述那样的薄基板的端子(电极)进行软钎焊时，由于接合时的热而使基板发生应变，有时产生接合不良。

针对这种接合不良，正在实施如下对策：通过在低温下进行软钎焊，从而抑制薄基板的应变，提高连接可靠性。作为能够用于实现该目的的低熔点软钎料合金，已知有Sn-Bi软钎料合金。该Sn-Bi软钎料合金中，Sn-58Bi软钎料合金的熔点非常低，为140℃左右，能够抑制基板的应变。

但是，Bi原本是较脆的元素，Sn-Bi软钎料合金也较脆。即使减少Sn-Bi软钎料合金中的Bi含量，该软钎料合金也会由于Bi在Sn中偏析而发生脆化。使用Sn-Bi软钎料合金进行软钎焊而得到的钎焊接头存在如下担心：在施加很大应力时因其脆性而产生龟裂，机械强度劣化。

此外，为了应对电子部件的小型化，必须缩小其使用的基板的面积，必须实现电极的小型化、电极间的低间距化。进而，用于对各电极进行软钎焊的软钎料合金的用量减少，因此软钎料接合部的机械强度降低。

从这些问题出发，进行了如下研究：在能够抑制基板的应变的低熔点的Sn-Bi软钎料合金中添加某种元素，来实现以机械强度为代表的各种特性的提高。

专利文献1中，公开了通过在Sn-Bi软钎料合金中添加Sb来改善延性。

专利文献2中，公开了通过在Sn-Bi软钎料合金中添加Sb和Ga来改善Sn-Bi软钎料合金的脆性，从而提高接合强度。

专利文献3中，公开了通过在Sn-Bi软钎料合金中添加Cu来抑制电极的Cu腐蚀，此外，通过添加Sb来实现软钎料合金的机械强度的提高。

专利文献4中，公开了通过在Sn-Bi软钎料合金中添加Ag、Cu、In、Ni作为必需元素，能够缓和伸长率、由直至龟裂产生为止的经过时间表示的机械疲劳强度(龟裂产生寿命)的降低。该文献中，也记载了通过添加Sb来降低龟裂产生寿命。

如上所述，近年来的电子部件的小型化也招致钎焊接头的小型化。因此，接合端子(电极)的焊膏的用量也少，软钎料接合强度也降低。因此，专利文献5中，公开了为了弥补软钎料接合强度而在Sn-Bi系软钎料合金中含有热固化性粘接剂的软钎料接合材料。公开了热固化性粘接剂可以以含有触变剂、固化剂和助焊剂等热固化性粘接剂成分的形态使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-167472号公报

专利文献2：日本特开平07-040079号公报

专利文献3：日本特开平11-320177号公报

专利文献4：日本特开2004-017093号公报

专利文献5：日本特开2007-090407号公报

发明内容

发明要解决的问题

通常，由铜(Cu)形成的电子部件的端子(电极)在化学镀Ni后，大多通过如镀Au或镀Pd和镀Au的组合这样的贵金属镀覆进行处理。镀Au层是为了防护其下层的镀Ni层使其不被氧化，并且提高熔融软钎料的表面润湿性而设置的。关于化学镀Ni，通常会形成含有相当大量的磷(P)的Ni覆膜。该磷主要源自化学镀中使用的还原剂(例如，次膦酸钠)。通常，这种Ni镀覆膜的P含量为几质量％以上，例如2～15％质量％。

专利文献1和2中公开的发明中，例如对经化学镀Ni处理的端子(电极)进行软钎焊时，Ni向软钎料合金中的扩散系数大于P的扩散系数，因此镀覆膜中的Ni优先地在软钎料合金中扩散。而且，在与软钎料接合部的界面与Ni相比P析出较多，在界面形成所谓的P富集(高浓度)层。即使Au覆膜这样的贵金属覆膜存在于Ni覆膜上而形成Ni/Au镀覆膜，如后述那样Au等贵金属镀覆膜非常薄而无法阻止Ni的扩散，因此也会发生Ni的优先扩散。