[发明专利]焊料合金

说明书

本发明提供一种可在高温区使用的下述新的无铅焊料合金。本发明的焊料合金含有Sn、Bi及Cu，Sn含量为1.9～4.3质量％，Cu含量为1.9～4.5质量％，剩余部分为Bi及不可避免的杂质，Sn含量与Cu含量满足下式：Cu含量(质量％)≤1.50×Sn含量(质量％)－1.00，Cu含量(质量％)≥1.45×Sn含量(质量％)－1.63。

技术领域

本发明涉及一种焊料合金。

背景技术

出于环境方面的考虑，推荐使用不含铅的焊料合金。焊料合金根据其组成，适宜作为焊料使用的温度区会有所变化。

功率装置作为电力转换用元件用于油电混合车、送变电等广泛领域。现有可利用Si晶片的装置因应，但在要求高耐压、大电流用途、高速作动的领域中，带隙大于Si的SiC、GaN等近年来受到了关注。

在现有的功率模组中，作动温度最多为170℃左右，但认为在下一代型SiC、GaN等中可能成为200℃或200℃以上的温度区。伴随于此，对于搭载有这些晶片的模组所使用的各材料要求耐热性及散热性。

关于接合材料，就无Pb的观点而言，优选为Sn－3.0Ag－0.5Cu焊料，但在下一代型模组中作动温度可能超过200℃，因此与熔点为220℃附近的Sn－3.0Ag－0.5Cu焊料相比，进一步要求耐热性。具体而言，就散热器的冷却及发动机周围的温度的容许性而言，谋求优选为具有250℃以上的熔点的焊料。再者，焊料的组成若无特别说明，则以质量百分比表示，上述Sn－3.0Ag－0.5Cu为Ag：3.0质量百分比、Cu：0.5质量百分比、剩余部分Sn的组成。虽并非为RoHS的限制对象，但若为就环境限制的观点而言欠佳的Pb焊料(Pb－5Sn)，则可适应下一代型模组的作动温度。与Pb焊料同样地使用Au系焊料(Au－Ge、Au－Si、Au－Sn)作为耐热焊料(非专利文献1～3)。作为廉价的焊料，已知有Sn基焊料(专利文献1、2)。

因此，近年来，金属细粉膏作为下一代型模组的接合材料而受到了关注。由于金属粉的尺寸小，故而表面能量高，在远低于该金属的熔点的温度会开始烧结。并且，与焊料不同，一旦进行烧结，若不升温至该金属的熔点附近，则不会进行再熔融。利用此种特性，以Ag细粉膏进行开发(专利文献3)。

Pb－5Sn焊料作为下一代型功率模组的接合材料的功能虽然足够，但含有铅，就将来的环境限制的观点而言亦较理想为不使用。又，Au系焊料就功能、环境方面而言作为接合材料较为理想，但存在材料价格的问题。Sn基焊料的熔点低，例如于250℃的高温环境下有使接合强度降低的忧虑。又，Ag细粉膏视条件可对接合层赋予足够的接合强度、耐热性，但存在材料价格的问题。

专利文献4的焊膏，虽设计成混合有组成不同的多种粉末，在其熔融后成为合金，但因此而需要进行超过各粉末的熔点的加热，例如若使用Cu粉，如果不加热至Cu的熔点1084.6℃以上，则无法期望完全熔融，而担忧依存于焊接时加热操作的不均匀性。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9－271981号公报

专利文献2：日本特开2000－141079号公报

专利文献3：国际公开WO2011/155055号

专利文献4：国际公开W02007/055308号。

非专利文献

非专利文献1：P.Alexandrov,W.Wright,M.Pan,M.Weiner,L.Jiao and J.H.Zhao,Solid－State Electron.,47(2003)p.263.

非专利文献2：R.W.Johnson and L.Williams,Mater.Sci.Forum 483－485(2005)p.785.