JPH0275493A

JPH0275493A - 鉛系高融点はんだ合金

Info

Publication number: JPH0275493A
Application number: JP22758988A
Authority: JP
Inventors: Kozo Shimizu; 浩三清水
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1990-03-15
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JP2584842B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　要〕はんだ合金、より詳しくは、ＩＣなどの半導体装置のア
ッセンブリー（組み立て）の際に部材接合用はんだ材料
として使用するのに適した鉛（Ｐｂ）系高融点はんだ合
金に関し、耐酸化性とはんだぬれ性とが良好で、ボイド発生量を低
減し、熱疲労寿命の長い高融点はんだ材料を提供するこ
とを目的とし、０、１〜１．０ｗｔ％のゲルマニウム、０．５〜１．５
ｗｔ％の錫、１．０〜２．０ｗｔ％の銀および残部が鉛
と不可避的不純物からなる鉛系高融点はんだ合金に構成
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、はんだ合金、より詳しくは、ＩＣなどの半導
体装置のアッセンブリ−（組み立て）の際に部材接合用
はんだ材料として使用するのに適した鉛（Ｐｂ）系高融
点はんだ合金に関する。

近年、ｔＣなどの半導体装置そしてコンピュータの高密
度、高実装化に伴い、温度階層をもったはんだ付は技術
が必要となり、通常の５ｎ−Ｐｂはんだ以外に低融点あ
るいは高融点のはんだ材料が求められている。特に、半
導体装置の部材接合には、高融点のはんだ材料が求めら
れている。

〔従来の技術〕

電子工業での上述した高融点はんだ材料として、金−錫
（Ａｕ−３ｎ）系合金はんだが使用されているが、この
はんだは非常に硬い材料であり、接合部に柔軟性が要求
される場合には、使用できない。

また、Ａｕ量が多いために、コスト高となっているので
、安価でかつ機械的性質に優れている鉛（Ｐｂ）系高融
点はんだの使用が考えられている。

ｐｂ系はんだのなかで広く用いられている鉛−錫（Ｐｂ
−３ｎ）系合金はんだは、凝固時の温度幅、すなわち、
合金状態図での液相線温度と固相線温度の差があるため
に、凝固組織が粗大化してしまう。その結果として、柔
軟性の目安となる引張試験による伸びが小さいことから
、機械的特性に問題があり、熱疲労寿命がはんだ接合部
に要求される場合にはＰ　ｂ−Ｓ　ｎ系合金はんだは接
合信鎖性に欠ける。そこで、機械的特性に優れ、熱疲労
寿命が長く、かつ凝固温度幅がないｐｂ系はんだ合金と
して、Ｐｂ−２，５ｗｔ％Ａｇ　　、　Ｐｂ−１，５ｗ
ｔ％Ａｇ−１ｗｔ％Ｓｎなどの共晶はんだ合金が提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｐｂ−２，５ｗｔ％Ａｇはんだは、はんだ材料として大
切なぬれ性に問題があり、また、Ｐｂ−１，５ｗｔ％Ａ
ｇ−１ｗｔ％Ｓｎはんだは、ぬれ性は改善されるが、ｐ
ｂが主成分のために、酸化され易く、また、凝固の際の
ひけ巣に起因するボイド（ボア）が発生し易いために信
鎖性の高い接合部が得られなかった。

本発明の目的は、耐酸化性とはんだぬれ性とが良好で、
ボイド発生量を低減し、熱疲労寿命の長い高融点はんだ
材料を提供することである。

本発明の別の目的は、Ｐｂ−１，５ｗｔ％Ａｇ−１ｗｔ
％Ｓｎ共晶はんだをベースとしてこのはんだの特性を向
上させることであ為。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、０．１〜１．０ｗｔ％のゲルマニウム（
Ｇｅ）、０．５〜１．５ｗｔ％の錫（Ｓｎ）、１．　Ｏ
〜２．０ｗｔ％の銀（Ａｇ）および残部が鉛（Ｐｂ）と
不可避的不純物からなる鉛系高融点はんだ合金によって
達成される。

〔作　用〕

Ｇｅ（０，１〜１．　Ｏｗｔ％）の微量添加によって、
熱疲労寿命に優れかつぬれ性の改善されたＰ　ｂ−１，
５ｗｔ％Ａｇ−１ｗｔ％Ｓｎの特性を損なうことなく、
すなわち、共晶組成での緻密な組織とそれによる良好な
機械的特性とを維持して、耐酸化性向上およびボイド低
減を図る。

Ｇｅ微量添加ははんだ表面に薄い保護膜を形成して、外
部との熱のやりとりを小さくしより均一な冷却となり、
ひけ巣を減少させ、また、酸化も防止する。Ｇｅ添加量
の下限である０、１ｗｔ％未満では酸化防止の効果があ
まり見られず、一方、上限である１、０ｗｔ％を越える
と第１図に示すように凝固温度幅（共温温度と凝固開始
温度との差）が大きくなり、組織が粗大化し、気密性の
低下による疲労寿命に問題がある。ＡｇおよびＳｎの含
有量範囲は、共晶組成より±０．５ｗｔ％であれば凝固
組織の大部分は共晶組織であって良好な特性が維持でき
る。

なお、第１図は、共晶Ｐｂ−１，５ｗｔ％Ａｇ−１％１
ｔ％ＳｎはんだにＧｅ添加を行って、凝固開始温度を測
定することによって得られた結果を示す。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例および比較例
によって本発明の詳細な説明する。

あらかじめアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でＳｎ　　。

ＡｇおよびＧｅを所定の組成に溶解鋳造し、この合金と
ｐｂとを大気中において溶解炉によって溶解合金化して
、第１表に示す組成の試料１〜２４のはんだ合金を調製
した。第１表中、試料１，２゜１１〜１３および１９〜
２４が比較例であり、残りは本発明に係るＰｂ−Ａｇ−
３ｎ−Ｇｅはんだである。

溶解合金インゴットを圧延加工して０．２龍厚さの板材
とし、第２図に示すようにセラミック（アルミナ）基板
１とフランジ（４２Ｎｉ−Ｆｅ）２との間にはんだ合金
板３を配置し、加熱してはんだ付けを行った。そして、
その接合部のはんだ付は性、気密性および耐酸化性を調
べ、その結果を第１表に示す。はんだ付は性の評価は、
はんだが接着面全体に広がっている場合をＯとし、一部
欠けている場合（ボンド・ボアなどがある場合）を△と
し、そして、はんだ接着面全体に広がっていない場合を
×として行った。気密性はプローブ法Ｈｅリーク試験に
よって測定し、Ｉ　Ｘ　１０−８ａｔｓ＋−ｃｃ／ｓｅ
ｃ以下であれば気密性は良好である。酸化防止効果は、
溶融時のはんだの表面、およびはんだ付は後の接合部を
母合金（はんだ合□金板）と目視で比較することにより
評価した。また、はんだ合金の機械的特性を調べるため
に、溶解合金でＪＩＳ規格１３１３号板状試験片を鋳造
加工により作製し、引張試験を行った（歪み速度は０．
５１１／ｍｉｎであった）。

はんだ合金の伸びと引張り強度（ｋｇ　ｈ−）とを第１
表に示す。

第１表第１表（−ｙｊき）第１表（′ｙｊき）注１：※・・・比較例注２：試料１〜１４の母合金はＰｂ−１，５ｗＬ％Ａｇ
−１ｗＬ％Ｓｎである。

第１表かられかるように、Ｇｅ添加量は０．１〜１．０
ｗｔ％が耐酸化性、ぬれ性を向上させ、気密性の低下が
ない。

〔発明の効果〕

本発明に係るはんだ合金は酸化防止、ひけ巣の低減によ
るはんだ付は性等の改善効果があるので、半導体装置、
電子機器のアッセンブリーに際して良好なはんだ接合部
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｇｅ添加量とＰｂ−１，５ｗｔ％Ａｇ−１ｗ
ｔ％Ｓｎはんだの凝固温度幅との関係を示すグラフであ
り、第２図は、はんだ付けしたセラミック基板およびフラン
ジの概略断面図である。１・・・セラミック基板、　　２・・・フランジ、３・
・・はんだ合金板。

Claims

【特許請求の範囲】

１、０．１〜１．０ｗｔ％のゲルマニウム、０．５〜１
．５ｗｔ％の錫、１．０〜２．０ｗｔ％の銀および残部
が鉛と不可避的不純物からなる鉛系高融点はんだ合金。