JPH07204884A - 耐疲労はんだのための表面処理方法 - Google Patents
耐疲労はんだのための表面処理方法Info
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- JPH07204884A JPH07204884A JP6246564A JP24656494A JPH07204884A JP H07204884 A JPH07204884 A JP H07204884A JP 6246564 A JP6246564 A JP 6246564A JP 24656494 A JP24656494 A JP 24656494A JP H07204884 A JPH07204884 A JP H07204884A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高度に活性のフラックスあるいは
腐食性の化学薬品を使用することなしに耐疲労共晶錫鉛
はんだの濡れを改善することを目的とする。 【構成】 カドミウム、インジウムおよびアンチモンか
ら成るグループから選択された１以上のドーパントを約
０．１乃至１重量％ドープされた共晶の錫鉛はんだを、
塩酸、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムのような酸
性塩化物または酸性硝酸塩水溶液を含んでいるエッチン
グ溶液中に浸漬することを特徴とする。このような処理
により表面の酸化（Ｏ）は僅かであり、Ｃｄ，Ｉｎが表
面で濃縮されることも避けられる。
腐食性の化学薬品を使用することなしに耐疲労共晶錫鉛
はんだの濡れを改善することを目的とする。 【構成】 カドミウム、インジウムおよびアンチモンか
ら成るグループから選択された１以上のドーパントを約
０．１乃至１重量％ドープされた共晶の錫鉛はんだを、
塩酸、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムのような酸
性塩化物または酸性硝酸塩水溶液を含んでいるエッチン
グ溶液中に浸漬することを特徴とする。このような処理
により表面の酸化（Ｏ）は僅かであり、Ｃｄ，Ｉｎが表
面で濃縮されることも避けられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、錫鉛共晶はんだに関
し、特にこのようなはんだの耐疲労性を改善する方法に
関する。
し、特にこのようなはんだの耐疲労性を改善する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】共晶およびほぼ共晶の錫鉛はんだ合金
は、種々の電気装置においてはんだ接合を供給するため
に使用されている。電気接続を行うのに加えて、はんだ
接合は電気装置とコネクタの間に重要な機械的結合を行
う。
は、種々の電気装置においてはんだ接合を供給するため
に使用されている。電気接続を行うのに加えて、はんだ
接合は電気装置とコネクタの間に重要な機械的結合を行
う。
【０００３】動作中、多くの電気装置は振動および温度
において連続的な変化を受ける。はんだ接合部およびそ
の付近のそれぞれ様々な材料の熱膨脹係数は異なる。結
果として、温度における連続的な変化によって、はんだ
接合の応力および歪みの程度が連続的に変化する原因と
なる。はんだ接合は、接合に対してはたらく振動および
その他の力による連続的な応力を受ける。
において連続的な変化を受ける。はんだ接合部およびそ
の付近のそれぞれ様々な材料の熱膨脹係数は異なる。結
果として、温度における連続的な変化によって、はんだ
接合の応力および歪みの程度が連続的に変化する原因と
なる。はんだ接合は、接合に対してはたらく振動および
その他の力による連続的な応力を受ける。
【０００４】構造上強く、機械的あるいは温度による応
力および歪みによる疲労に耐えるはんだ接合を提供する
ことは望ましい。このような耐疲労はんだは極度の温度
変動および機械的負荷を受ける電気装置における使用に
特に適切である。さらに、耐疲労はんだは、長い寿命時
間が必要とされる電気装置における使用に望ましい。
力および歪みによる疲労に耐えるはんだ接合を提供する
ことは望ましい。このような耐疲労はんだは極度の温度
変動および機械的負荷を受ける電気装置における使用に
特に適切である。さらに、耐疲労はんだは、長い寿命時
間が必要とされる電気装置における使用に望ましい。
【０００５】耐疲労はんだは、本出願人による1993年２
月10日出願の米国特許出願第08/015,875明細書において
開示されている。耐疲労はんだは銀および金を含まない
錫鉛共晶はんだであり、カドミウム、インジウムおよび
アンチモンから成るグループから選択された少なくとも
１つのドーパントの１重量％未満でドーピングされてい
る。ドーピングされたはんだは、ドーピングされていな
いはんだにまさる耐疲労の改善が得られる。
月10日出願の米国特許出願第08/015,875明細書において
開示されている。耐疲労はんだは銀および金を含まない
錫鉛共晶はんだであり、カドミウム、インジウムおよび
アンチモンから成るグループから選択された少なくとも
１つのドーパントの１重量％未満でドーピングされてい
る。ドーピングされたはんだは、ドーピングされていな
いはんだにまさる耐疲労の改善が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらの耐疲労はんだ
に関する引き続きの検討によれば、所望のフラックス材
料が濡れを改善し、はんだがボールを形成する傾向を減
少するために使用されることはできないことが認められ
ている。この理由は、はんだ粒子の表面でＣｄ、Ｉｎお
よびＳｄドーパントの酸化物が増加し、これらの酸化物
がはんだ付けされる金属表面が濡れることを阻止するた
めである。さらに、それらは単一の大きな塊のはんだ接
合におけるはんだ粒子の融着を阻止する。
に関する引き続きの検討によれば、所望のフラックス材
料が濡れを改善し、はんだがボールを形成する傾向を減
少するために使用されることはできないことが認められ
ている。この理由は、はんだ粒子の表面でＣｄ、Ｉｎお
よびＳｄドーパントの酸化物が増加し、これらの酸化物
がはんだ付けされる金属表面が濡れることを阻止するた
めである。さらに、それらは単一の大きな塊のはんだ接
合におけるはんだ粒子の融着を阻止する。
【０００７】特に、ＣｄおよびＩｎを含んでいるはんだ
における本発明者による実験では、これらのドーパント
がはんだの表面で分離し、酸化する傾向があることが発
見された。それらの実験は、あまり活性でないフラック
スがそれらの金属状態までカドミウムおよびインジウム
ドーパント材料の酸化物を化学的に還元するには不十分
な活性であることを示唆する。それ故に、これらのはん
だ合金の粒子をこのようなフラックスに混合することに
よって形成されたはんだペーストが再溶融されるとき、
これらの成分の酸化物がはんだ粒子の表面に付着し、全
はんだ粒子がはんだ接合部に融着することを阻止する。
代りに、はんだの小さなボールがはんだ接合に隣接して
形成される。これらのはんだボールは、異なる電気的電
位の導体間に存在する場合に電気的短絡となる。さら
に、これらの表面酸化物は、融解したはんだがはんだ表
面の表面自由エネルギを低下することによって接合され
る金属表面が濡れるのを防ぎ、それによって濡れに対す
る駆動力を表す濡れた状態と濡れていない状態の間の自
由エネルギの差を減少する。さらに、はんだ接合におけ
る溶融されていない酸化物で被覆されたはんだ粒子は、
はんだ接合部の早期故障を導く潜在的な欠点である。
における本発明者による実験では、これらのドーパント
がはんだの表面で分離し、酸化する傾向があることが発
見された。それらの実験は、あまり活性でないフラック
スがそれらの金属状態までカドミウムおよびインジウム
ドーパント材料の酸化物を化学的に還元するには不十分
な活性であることを示唆する。それ故に、これらのはん
だ合金の粒子をこのようなフラックスに混合することに
よって形成されたはんだペーストが再溶融されるとき、
これらの成分の酸化物がはんだ粒子の表面に付着し、全
はんだ粒子がはんだ接合部に融着することを阻止する。
代りに、はんだの小さなボールがはんだ接合に隣接して
形成される。これらのはんだボールは、異なる電気的電
位の導体間に存在する場合に電気的短絡となる。さら
に、これらの表面酸化物は、融解したはんだがはんだ表
面の表面自由エネルギを低下することによって接合され
る金属表面が濡れるのを防ぎ、それによって濡れに対す
る駆動力を表す濡れた状態と濡れていない状態の間の自
由エネルギの差を減少する。さらに、はんだ接合におけ
る溶融されていない酸化物で被覆されたはんだ粒子は、
はんだ接合部の早期故障を導く潜在的な欠点である。
【０００８】この問題の１つの解決法は、はんだ再溶融
中にこれらの酸化物を分解するために、ロジン活性化
（ＲＡ）のようなさらに高度な活性はんだフラックスあ
るいは塩素を含んでいるフラックスを使用することであ
る。しかしながら、これは通常望ましくない。それは、
これらの高度な活性フラックスは腐蝕性であるので、は
んだ後にプリント配線装置から完全に除去されなければ
ならないからである。残留したフラックスは、プリント
配線装置およびこれらのはんだフラックスで形成された
その他の装置の寿命期間を減少させる。このため、米軍
および信頼性の高い電子装置の製造業者はこのような高
度な活性のフラックスの使用を禁止あるいは反対する。
中にこれらの酸化物を分解するために、ロジン活性化
（ＲＡ）のようなさらに高度な活性はんだフラックスあ
るいは塩素を含んでいるフラックスを使用することであ
る。しかしながら、これは通常望ましくない。それは、
これらの高度な活性フラックスは腐蝕性であるので、は
んだ後にプリント配線装置から完全に除去されなければ
ならないからである。残留したフラックスは、プリント
配線装置およびこれらのはんだフラックスで形成された
その他の装置の寿命期間を減少させる。このため、米軍
および信頼性の高い電子装置の製造業者はこのような高
度な活性のフラックスの使用を禁止あるいは反対する。
【０００９】したがって、高度に活性のフラックスある
いは腐蝕性の化学薬品を使用することなしに耐疲労はん
だの濡れを改善する必要がある。
いは腐蝕性の化学薬品を使用することなしに耐疲労はん
だの濡れを改善する必要がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、カドミ
ウム、インジウムおよびアンチモンの少なくとも１つの
ドーピング成分を含んでいる対疲労性の共晶およびほぼ
共晶の鉛／錫はんだの表面を処理する方法が提供され
る。結果的な処理は、低活性のおだやかに還元するフラ
ックスに匹敵するはんだを与える。
ウム、インジウムおよびアンチモンの少なくとも１つの
ドーピング成分を含んでいる対疲労性の共晶およびほぼ
共晶の鉛／錫はんだの表面を処理する方法が提供され
る。結果的な処理は、低活性のおだやかに還元するフラ
ックスに匹敵するはんだを与える。
【００１１】本発明の表面処理方法は、カドミウム、イ
ンジウム、およびまたはアンチモン、および錫および鉛
の酸化物の存在を除去あるいは実質的に減少させるのに
十分な期間塩素あるいは硝酸塩の酸性溶液にはんだの表
面を晒し、実質上錫および鉛である表面を残すものであ
る。
ンジウム、およびまたはアンチモン、および錫および鉛
の酸化物の存在を除去あるいは実質的に減少させるのに
十分な期間塩素あるいは硝酸塩の酸性溶液にはんだの表
面を晒し、実質上錫および鉛である表面を残すものであ
る。
【００１２】ここで開示された表面処理法は、酸化ある
いは還元された形ではんだ表面上のカドミウム（Ｃｄ）
の量を減少させる。さらに、本発明の表面処理法は、イ
ンジウムを含むはんだの表面上のインジウム（Ｉｎ）の
量およびアンチモンを含むはんだの表面上のアンチモン
（Ｓｂ）の量を減少する。さらに、この表面処理法はは
んだの主成分である錫（Ｓｎ）および鉛（Ｐｂ）の酸化
の程度を減少し、錫および鉛から構成された主として金
属的な濡れやすく再溶融可能な表面を残す。
いは還元された形ではんだ表面上のカドミウム（Ｃｄ）
の量を減少させる。さらに、本発明の表面処理法は、イ
ンジウムを含むはんだの表面上のインジウム（Ｉｎ）の
量およびアンチモンを含むはんだの表面上のアンチモン
（Ｓｂ）の量を減少する。さらに、この表面処理法はは
んだの主成分である錫（Ｓｎ）および鉛（Ｐｂ）の酸化
の程度を減少し、錫および鉛から構成された主として金
属的な濡れやすく再溶融可能な表面を残す。
【００１３】本発明の表面処理がはんだ粉末に適応され
るとき、粉末から形成されたペーストは、銅およびはん
だメッキされプリント配線回路トレース、部品リード、
およびリードレスチップキャリア端子のような金属表面
の濡れを改善する。
るとき、粉末から形成されたペーストは、銅およびはん
だメッキされプリント配線回路トレース、部品リード、
およびリードレスチップキャリア端子のような金属表面
の濡れを改善する。
【００１４】さらに、この表面処理法ははんだペースト
の再溶融中のはんだボール形成を最小にする。はんだ粒
子は、融解された金属表面が互いに接触するときに再溶
融中に融着する。しかしながら、粒子表面が多量に酸化
される場合、酸化物層は所望の融着に対する物理的およ
び化学的バリアとして作用する。これらの条件下では、
小さなはんだボールが形成される。本発明の表面処理法
では、再溶融中の融着はんだ粒子を増加するために表面
酸化物を減少させる。
の再溶融中のはんだボール形成を最小にする。はんだ粒
子は、融解された金属表面が互いに接触するときに再溶
融中に融着する。しかしながら、粒子表面が多量に酸化
される場合、酸化物層は所望の融着に対する物理的およ
び化学的バリアとして作用する。これらの条件下では、
小さなはんだボールが形成される。本発明の表面処理法
では、再溶融中の融着はんだ粒子を増加するために表面
酸化物を減少させる。
【００１５】
【実施例】はんだフラックスの目的は、はんだがはんだ
接合を形成する処理においてそれ自体およびこれらの金
属表面をぬらすことができるように、金属はんだ表面を
被覆する酸化物および接合される金属表面を被覆する酸
化物を化学的に還元し、除去することである。おだやか
な活性フラックスは、ＳｎおよびＰｂの酸化物を化学的
に還元するのに必要な最小の化学的活性度を有するが、
他の金属表面を迅速に腐蝕させるには不十分であるため
に望ましい。
接合を形成する処理においてそれ自体およびこれらの金
属表面をぬらすことができるように、金属はんだ表面を
被覆する酸化物および接合される金属表面を被覆する酸
化物を化学的に還元し、除去することである。おだやか
な活性フラックスは、ＳｎおよびＰｂの酸化物を化学的
に還元するのに必要な最小の化学的活性度を有するが、
他の金属表面を迅速に腐蝕させるには不十分であるため
に望ましい。
【００１６】耐疲労はんだ合金は、錫（Ｓｎ）および鉛
（Ｐｂ）以外のものを含む。それらは、カドミウム（Ｃ
ｄ）、インジウム（Ｉｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）の
ドーパント材料の少なくとも１つを含む。ドーパント材
料の全体の濃度ははんだ組成物の約１重量％を越えず、
約０．１乃至０．８重量％の範囲であることが好まし
い。
（Ｐｂ）以外のものを含む。それらは、カドミウム（Ｃ
ｄ）、インジウム（Ｉｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）の
ドーパント材料の少なくとも１つを含む。ドーパント材
料の全体の濃度ははんだ組成物の約１重量％を越えず、
約０．１乃至０．８重量％の範囲であることが好まし
い。
【００１７】本発明の実施において使用される耐疲労は
んだ合金は、共晶（６３重量％の錫、およびそれと平衡
した鉛）およびほぼ共晶の錫鉛合金を含むことが好まし
い。ここで使用された用語「ほぼ共晶」は、これらの錫
鉛はんだを含む意味で使用され、錫および鉛の割合は６
３／３７重量％の共晶混合物より約３重量％高いか低い
かである。さらにここで使用された用語「共晶」は、特
定されない限り「ほぼ共晶」の組成物を含むことを意図
している。
んだ合金は、共晶（６３重量％の錫、およびそれと平衡
した鉛）およびほぼ共晶の錫鉛合金を含むことが好まし
い。ここで使用された用語「ほぼ共晶」は、これらの錫
鉛はんだを含む意味で使用され、錫および鉛の割合は６
３／３７重量％の共晶混合物より約３重量％高いか低い
かである。さらにここで使用された用語「共晶」は、特
定されない限り「ほぼ共晶」の組成物を含むことを意図
している。
【００１８】本発明によれば、それらの金属状態までカ
ドミウム、インジウムおよびアンチモンの酸化物を還元
し、はんだ表面のこれらのドーパント材料の量を減少す
るようにはんだの表面を処理する方法が提供される。は
んだははんだ粉末および１以上のおだやかな活性フラッ
クスを含むペーストとして使用されることがあるので、
本発明の処理ははんだパウダーの製造後に行われること
ができる。処理後の不活性雰囲気中の密閉した容器中に
おけるはんだパウダーを密閉することは、再酸化の可能
性を最小にすることによってパウダーの貯蔵寿命を延長
するであろう。その代りに、表面処理は、はんだペース
トを形成するためにはんだ粒子をおだやかな活性フラッ
クスと混合する直前に行われることができる。はんだフ
ラックスははんだ粒子の表面を被覆し、表面の広範囲な
再酸化を防ぎ、パウダーの長い貯蔵寿命を与えるペース
トを与える。
ドミウム、インジウムおよびアンチモンの酸化物を還元
し、はんだ表面のこれらのドーパント材料の量を減少す
るようにはんだの表面を処理する方法が提供される。は
んだははんだ粉末および１以上のおだやかな活性フラッ
クスを含むペーストとして使用されることがあるので、
本発明の処理ははんだパウダーの製造後に行われること
ができる。処理後の不活性雰囲気中の密閉した容器中に
おけるはんだパウダーを密閉することは、再酸化の可能
性を最小にすることによってパウダーの貯蔵寿命を延長
するであろう。その代りに、表面処理は、はんだペース
トを形成するためにはんだ粒子をおだやかな活性フラッ
クスと混合する直前に行われることができる。はんだフ
ラックスははんだ粒子の表面を被覆し、表面の広範囲な
再酸化を防ぎ、パウダーの長い貯蔵寿命を与えるペース
トを与える。
【００１９】本発明によって処理されたパウダーの大き
さは重要ではなく、１０乃至７５μｍ程度の大きさか
ら、相互接続のために使用されるはんだボールすなわち
球体、ワイヤプレフォーム等のような大きさにまで及
ぶ。
さは重要ではなく、１０乃至７５μｍ程度の大きさか
ら、相互接続のために使用されるはんだボールすなわち
球体、ワイヤプレフォーム等のような大きさにまで及
ぶ。
【００２０】本発明の表面処理は、エッチング溶液には
んだパウダーを浸し、フィルターを通して溶液およびは
んだパウダーを注ぐことによって溶液を除去し、通常の
方法を使用して水で濯ぐことによって行われる。エッチ
ング溶液にサンプルをさらし、エッチング溶液を完全に
除去する任意の別の方法も使用されることができる。こ
れらの方法は、当業者に良く知られている。
んだパウダーを浸し、フィルターを通して溶液およびは
んだパウダーを注ぐことによって溶液を除去し、通常の
方法を使用して水で濯ぐことによって行われる。エッチ
ング溶液にサンプルをさらし、エッチング溶液を完全に
除去する任意の別の方法も使用されることができる。こ
れらの方法は、当業者に良く知られている。
【００２１】実施するために本発明の還元中に行われる
実験において、小さなはんだインゴットがパウダーの代
りに使用され、これははんだの表面のオージェ（Ａｕｇ
ｅｒ）分析を実行することを可能にし、それによって本
発明の表面処理の効果を決定する。インゴットは溶液に
浸漬され、続いて脱イオン水で濯がれ、イソプロピルア
ルコールで超音波洗浄され、試験の前に乾燥される。こ
れらのインゴットに関して実行される試験は、以下に報
告されるオージェ分析である。
実験において、小さなはんだインゴットがパウダーの代
りに使用され、これははんだの表面のオージェ（Ａｕｇ
ｅｒ）分析を実行することを可能にし、それによって本
発明の表面処理の効果を決定する。インゴットは溶液に
浸漬され、続いて脱イオン水で濯がれ、イソプロピルア
ルコールで超音波洗浄され、試験の前に乾燥される。こ
れらのインゴットに関して実行される試験は、以下に報
告されるオージェ分析である。
【００２２】図１、２、３および４は、本発明によって
解決される問題を示す。図１は、０．４％のカドミウム
（Ｃｄ）および０．４％のインジウム（Ｉｎ）を含んで
いる耐疲労はんだの処理されていないサンプルの表面の
オージェスペクトルであり、その平衡は錫（Ｓｎ）およ
び鉛（Ｐｂ）のほぼ共晶の合金である。雰囲気汚染を洗
浄するためにイオン衝撃によって表面から約１５オング
ストロームの材料の除去後に得られるこのオージェスペ
クトルは、Ｉｎと共にＣｄ、およびわずかなＳｎあるい
はＰｂにおいて高度に酸化され濃縮された表面を示す。
その他の表面汚染物質も存在する。
解決される問題を示す。図１は、０．４％のカドミウム
（Ｃｄ）および０．４％のインジウム（Ｉｎ）を含んで
いる耐疲労はんだの処理されていないサンプルの表面の
オージェスペクトルであり、その平衡は錫（Ｓｎ）およ
び鉛（Ｐｂ）のほぼ共晶の合金である。雰囲気汚染を洗
浄するためにイオン衝撃によって表面から約１５オング
ストロームの材料の除去後に得られるこのオージェスペ
クトルは、Ｉｎと共にＣｄ、およびわずかなＳｎあるい
はＰｂにおいて高度に酸化され濃縮された表面を示す。
その他の表面汚染物質も存在する。
【００２３】図２は、イオン衝撃によって１，０００オ
ングストロームの材料の除去後の図１と同様のサンプル
を示す。表面に存在する主材料はＳｎおよびＰｂであ
り、はんだの本体中における低い濃度から予想されるよ
うにＣｄおよびＩｎは非常に低いレベルで存在してい
る。この化学的性質は、融解したはんだを冷却するとき
に形成する表面の特徴である以前の化学的性質と全く異
なるはんだの本体の特徴である。これは、図１に存在
し、図３に見られる表面濃縮を説明する。これら２つの
スペクトルに存在する別の表面汚染物質は、濡れの問題
に付随して起こる。
ングストロームの材料の除去後の図１と同様のサンプル
を示す。表面に存在する主材料はＳｎおよびＰｂであ
り、はんだの本体中における低い濃度から予想されるよ
うにＣｄおよびＩｎは非常に低いレベルで存在してい
る。この化学的性質は、融解したはんだを冷却するとき
に形成する表面の特徴である以前の化学的性質と全く異
なるはんだの本体の特徴である。これは、図１に存在
し、図３に見られる表面濃縮を説明する。これら２つの
スペクトルに存在する別の表面汚染物質は、濡れの問題
に付随して起こる。
【００２４】図３は、アイソプロピルアルコール（ＩＰ
Ａ）において超音波洗浄されており、イオン衝撃されて
いない類似したサンプルのオージェスペクトルを示す。
Ｃｄ酸化物は超音波振動中に明瞭に剥落され、表面はＣ
ｄおよびＩｎが濃縮され、強力に酸化される。これは、
図１から得られた結論を支持する。
Ａ）において超音波洗浄されており、イオン衝撃されて
いない類似したサンプルのオージェスペクトルを示す。
Ｃｄ酸化物は超音波振動中に明瞭に剥落され、表面はＣ
ｄおよびＩｎが濃縮され、強力に酸化される。これは、
図１から得られた結論を支持する。
【００２５】図４は、１５オングストロームの材料がイ
オン衝撃によって除去された後、図３において使用され
た同様のサンプルを示す。同様のＣｄおよびＩｎの濃
縮、および同様の強力に酸化された表面が得られる。
オン衝撃によって除去された後、図３において使用され
た同様のサンプルを示す。同様のＣｄおよびＩｎの濃
縮、および同様の強力に酸化された表面が得られる。
【００２６】図１乃至４に示され、上記されたスペクト
ルは、濡れを低下させ、はんだボール形成を生じる厄介
な、強力に酸化された表面を示す。図５乃至１０に示さ
れ、下記されるスペクトルは、表面酸化物を除去し、お
よびまたは、はんだ表面のドーパント濃度を減少させる
ために設計された様々な溶液による本発明によって処理
されるサンプルから形成される。
ルは、濡れを低下させ、はんだボール形成を生じる厄介
な、強力に酸化された表面を示す。図５乃至１０に示さ
れ、下記されるスペクトルは、表面酸化物を除去し、お
よびまたは、はんだ表面のドーパント濃度を減少させる
ために設計された様々な溶液による本発明によって処理
されるサンプルから形成される。
【００２７】第１の効果的な表面処理は、室温で１モル
の塩酸（ＨＣｌ）の溶液に２時間はんだを浸すことであ
る。図５は、３０オングストロームの材料がイオン衝撃
によって除去された後のこのようなサンプルの表面を示
す。表面はわずかに酸化されており、ＣｄあるいはＩｎ
は濃縮されていない。
の塩酸（ＨＣｌ）の溶液に２時間はんだを浸すことであ
る。図５は、３０オングストロームの材料がイオン衝撃
によって除去された後のこのようなサンプルの表面を示
す。表面はわずかに酸化されており、ＣｄあるいはＩｎ
は濃縮されていない。
【００２８】図６は、イオン衝撃による数千オングスト
ロームの材料の除去後の図５と同様のサンプルの表面を
示す。少量の酸化物、表面カーボン、および塩素の除去
を除けば、スペクトルは図５と同様である。明らかに、
ＨＣｌ処理はサンプルの表面からのＣｄおよびＩｎ酸化
物および金属の除去に効果的である。さらに、ＨＣｌは
Ｐｂに比較してＳｎを優先的に溶融する傾向がある。こ
れは、ＳｎおよびＰｂピークのピーク間の高さにおける
変化から明らかである。
ロームの材料の除去後の図５と同様のサンプルの表面を
示す。少量の酸化物、表面カーボン、および塩素の除去
を除けば、スペクトルは図５と同様である。明らかに、
ＨＣｌ処理はサンプルの表面からのＣｄおよびＩｎ酸化
物および金属の除去に効果的である。さらに、ＨＣｌは
Ｐｂに比較してＳｎを優先的に溶融する傾向がある。こ
れは、ＳｎおよびＰｂピークのピーク間の高さにおける
変化から明らかである。
【００２９】第２の効果的な表面処理は、２時間塩化ア
ンモニウムの飽和溶液にはんだを浸すことである。図７
は、１５オングストロームの材料がイオン衝撃によって
除去された後のこのサンプルの表面のオージェスペクト
ルである。サンプルは部分的に酸化され、Ｉｎは濃縮さ
れているが、Ｃｄは激減されている。
ンモニウムの飽和溶液にはんだを浸すことである。図７
は、１５オングストロームの材料がイオン衝撃によって
除去された後のこのサンプルの表面のオージェスペクト
ルである。サンプルは部分的に酸化され、Ｉｎは濃縮さ
れているが、Ｃｄは激減されている。
【００３０】図８は、イオン衝撃による数千オングスト
ロームの材料の除去後の図７と同様のサンプル表面のオ
ージェスペクトルを示す。この本体の組成は、図２およ
び６において示された組成と類似している。明らかに、
塩化アンモニウムは表面からのカドミウム酸化物および
カドミウムの除去に効果的である。表面の全体的な酸化
の割合は減少されたが、表面上のＩｎの量は減少しな
い。
ロームの材料の除去後の図７と同様のサンプル表面のオ
ージェスペクトルを示す。この本体の組成は、図２およ
び６において示された組成と類似している。明らかに、
塩化アンモニウムは表面からのカドミウム酸化物および
カドミウムの除去に効果的である。表面の全体的な酸化
の割合は減少されたが、表面上のＩｎの量は減少しな
い。
【００３１】第３の効果的な表面処理は、２時間硝酸ア
ンモニウムの飽和溶液にはんだを浸すことである。図９
は、１５オングストロームの材料がイオン衝撃によって
除去された後のサンプルの表面のオージェスペクトルで
ある。オージェスペクトルは、塩化アンモニウムで処理
されている図７のオージェスペクトルにほぼ等しい。
ンモニウムの飽和溶液にはんだを浸すことである。図９
は、１５オングストロームの材料がイオン衝撃によって
除去された後のサンプルの表面のオージェスペクトルで
ある。オージェスペクトルは、塩化アンモニウムで処理
されている図７のオージェスペクトルにほぼ等しい。
【００３２】図１０は、イオン衝撃による数千オングス
トロームの材料の除去後の図９と同様のサンプルの表面
のオージェスペクトルを示す。この本体の組成は、図
２、６および８に見られる組成と同様である。明らか
に、硝酸アンモニウムは表面からのカドミウム酸化物お
よびカドミウムの除去に効果的である。さらに、表面の
全体的な酸化の割合は減少されたが、表面上のＩｎの量
は減少しない。
トロームの材料の除去後の図９と同様のサンプルの表面
のオージェスペクトルを示す。この本体の組成は、図
２、６および８に見られる組成と同様である。明らか
に、硝酸アンモニウムは表面からのカドミウム酸化物お
よびカドミウムの除去に効果的である。さらに、表面の
全体的な酸化の割合は減少されたが、表面上のＩｎの量
は減少しない。
【００３３】これらの経験から、１モルのＨＣｌがはん
だの表面からのカドミウムおよびインジウムの酸化物の
両方、および金属成分の除去に最も効果的であることは
明らかである。アンチモンおよびその酸化物に関する可
溶性データは、それがＨＣｌによって除去されることを
示す。塩化アンモニウムおよび硝酸アンモニウムは、は
んだ上の表面酸化物の除去、およびはんだ表面からのカ
ドミウム酸化物および金属カドミウムの除去に同様に効
果的である。酸化された、あるいは部分的に除去された
インジウムは、この処理後のはんだ表面に残る。これら
３つの処理は、カドミウム、インジウム、および、また
はアンチモンを含んでいるＲＡおよびＲＭＡフラックス
を有する耐疲労はんだの特性を改善することが期待され
ている。
だの表面からのカドミウムおよびインジウムの酸化物の
両方、および金属成分の除去に最も効果的であることは
明らかである。アンチモンおよびその酸化物に関する可
溶性データは、それがＨＣｌによって除去されることを
示す。塩化アンモニウムおよび硝酸アンモニウムは、は
んだ上の表面酸化物の除去、およびはんだ表面からのカ
ドミウム酸化物および金属カドミウムの除去に同様に効
果的である。酸化された、あるいは部分的に除去された
インジウムは、この処理後のはんだ表面に残る。これら
３つの処理は、カドミウム、インジウム、および、また
はアンチモンを含んでいるＲＡおよびＲＭＡフラックス
を有する耐疲労はんだの特性を改善することが期待され
ている。
【００３４】これらの表面処理のその他の変形もまた本
発明の実施において有効であり、溶液中における時間の
短縮およびここで使用されたものと異なる濃度の溶液を
含む。
発明の実施において有効であり、溶液中における時間の
短縮およびここで使用されたものと異なる濃度の溶液を
含む。
【００３５】本発明の実施において使用されるエッチン
グ溶液は、ｐＨが６より小さい塩化物および硝酸塩の酸
性水溶液として特徴付けられている。これらの溶液の陽
イオンは、水素およびアンモニウムから成るグループか
ら好ましく選択される。
グ溶液は、ｐＨが６より小さい塩化物および硝酸塩の酸
性水溶液として特徴付けられている。これらの溶液の陽
イオンは、水素およびアンモニウムから成るグループか
ら好ましく選択される。
【００３６】エッチング溶液の濃度は、約０．１モルか
ら飽和状態まで（塩化アンモニウムおよび硝酸アンモニ
ウムのような固体塩の場合において）、あるいは約０．
１乃至１２モル（塩化水素のような気体塩の場合におい
て）の範囲に及ぶ。
ら飽和状態まで（塩化アンモニウムおよび硝酸アンモニ
ウムのような固体塩の場合において）、あるいは約０．
１乃至１２モル（塩化水素のような気体塩の場合におい
て）の範囲に及ぶ。
【００３７】はんだは、表面から酸化物および（錫ある
いは鉛以外の）金属成分を除去するのに十分な期間エッ
チング溶液に晒される。典型的に、少なくとも約３０秒
が必要とされる。しかしながら、使用される実際の時間
はエッチング溶液の温度、および溶液が流れているか静
止しているかに依存する。高温で流れている溶液は、低
温で静止している溶液より必要なエッチング時間が少な
い。
いは鉛以外の）金属成分を除去するのに十分な期間エッ
チング溶液に晒される。典型的に、少なくとも約３０秒
が必要とされる。しかしながら、使用される実際の時間
はエッチング溶液の温度、および溶液が流れているか静
止しているかに依存する。高温で流れている溶液は、低
温で静止している溶液より必要なエッチング時間が少な
い。
【００３８】フッ化塩および硫酸塩がそれらの濡れを改
善するためにＣｄ、ＩｎおよびまたはＳｂでドープされ
たＳｎ−Ｐｎはんだの表面の処理において有効でないこ
とに注意すべきである。フッ化物は鉛と反応して可溶性
の不十分なフッ化塩を形成する傾向があり、硫酸塩は鉛
と反応して可溶性の不十分な硝酸塩を形成する傾向があ
る。
善するためにＣｄ、ＩｎおよびまたはＳｂでドープされ
たＳｎ−Ｐｎはんだの表面の処理において有効でないこ
とに注意すべきである。フッ化物は鉛と反応して可溶性
の不十分なフッ化塩を形成する傾向があり、硫酸塩は鉛
と反応して可溶性の不十分な硝酸塩を形成する傾向があ
る。
【００３９】このように、耐疲労はんだの濡れを改善す
るためにカドミウム、インジウムおよびアンチモンの少
なくとも１つのドーパント成分でドーピングされた錫鉛
はんだを処理する方法が開示されている。明瞭な性質の
様々な変化および変更が特許請求の範囲に限定された本
発明の技術的範囲から逸脱することなしに行われること
は、当業者によって認識されるであろう。
るためにカドミウム、インジウムおよびアンチモンの少
なくとも１つのドーパント成分でドーピングされた錫鉛
はんだを処理する方法が開示されている。明瞭な性質の
様々な変化および変更が特許請求の範囲に限定された本
発明の技術的範囲から逸脱することなしに行われること
は、当業者によって認識されるであろう。
【図１】カドミウムおよびインジウムドーパントを含ん
でいる耐疲労はんだの処理されていないサンプルの特性
図。
でいる耐疲労はんだの処理されていないサンプルの特性
図。
【図２】イオン衝撃による１，０００オングストローム
の除去後の図１と同様のサンプルの特性図。
の除去後の図１と同様のサンプルの特性図。
【図３】アイソプロピルアルコールで超音波洗浄後のイ
オン衝撃されていない図１と同様の成分を有しているサ
ンプルの特性図。
オン衝撃されていない図１と同様の成分を有しているサ
ンプルの特性図。
【図４】イオン衝撃による１５オングストロームの除去
後の図３と同様のサンプルの特性図。
後の図３と同様のサンプルの特性図。
【図５】本発明の実施例による処理後およびイオン衝撃
による３０オングストロームの除去後の図１と同様の組
成を有しているサンプルの特性図。
による３０オングストロームの除去後の図１と同様の組
成を有しているサンプルの特性図。
【図６】イオン衝撃による多量の材料の除去後の図５と
同様のサンプルの特性図。
同様のサンプルの特性図。
【図７】本発明の別の実施例による処理後およびイオン
衝撃による１５オングストロームの除去後の図１と同様
の組成を有しているサンプルの特性図。
衝撃による１５オングストロームの除去後の図１と同様
の組成を有しているサンプルの特性図。
【図８】イオン衝撃による多量の材料の除去後の図７と
同様のサンプルの特性図。
同様のサンプルの特性図。
【図９】本発明のさらに別の実施例による処理後および
イオン衝撃による１５オングストロームの除去後の図１
と同様の組成を有しているサンプルの特性図。
イオン衝撃による１５オングストロームの除去後の図１
と同様の組成を有しているサンプルの特性図。
【図１０】イオン衝撃による多量の材料の除去後の図９
と同様のサンプルの特性図。
と同様のサンプルの特性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブーン・ウォン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91306、カノガ・パーク、アーミンタ・ス トリート 20441
Claims (10)
- 【請求項１】 カドミウム、インジウムおよびアンチモ
ンから成るグループから選択された１以上のドーパント
を約０．１乃至１重量％ドープされた共晶錫鉛はんだの
処理方法において、 前記はんだを、酸性塩化物または酸性硝酸塩水溶液を含
んでいるエッチング溶液中に浸漬することを特徴とする
共晶錫鉛はんだの処理方法。 - 【請求項２】 前記酸性塩化物および酸性硝酸塩が水素
およびアンモニウムから成るグループから選択された陽
イオンを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記エッチング溶液が本質的に塩化水
素、塩化アンモニウムあるいは硝酸アンモニウムの水溶
液から構成されている請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記酸性塩化物あるいは酸性硝酸塩が固
体であり、前記エッチング溶液が約０．１モルから飽和
状態までの範囲の水中の前記酸性塩化物および酸性硝酸
塩の濃度を有する請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記酸性塩化物あるいは酸性硝酸塩が気
体であり、エッチング溶液が約０．１乃至１２モルの範
囲の水中の前記酸性塩化物あるいは酸性硝酸塩の濃度を
有する請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記はんだが、カドミウム、インジウム
あるいはアンチモン、ならびに錫および鉛の酸化物の存
在を少なくとも実質上減少させるのに十分な期間前記エ
ッチング溶液に浸漬され、実質上錫および鉛である表面
を残す請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記はんだが、約３０秒乃至２時間の範
囲の期間前記エッチング溶液に浸漬される請求項６記載
の方法。 - 【請求項８】 前記はんだが粉末、ボールあるいはワイ
ヤの形態である請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記はんだが前記粉末として最初に形成
され、前記エッチング溶液に浸漬され、不活性の雰囲気
の容器に密閉され、その後はんだペーストを形成するた
めに１つ以上のおだやかな活性フラックスと混合される
請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記はんだが前記粉末として最初に形
成され、前記エッチング溶液に浸漬され、はんだペース
トを形成するために１つ以上のおだやかな活性フラック
スと直ちに混合される請求項８記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US134720 | 1987-12-18 | ||
| US08/134,720 US5340411A (en) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | Surface treatment method for fatigue-resistant solder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07204884A true JPH07204884A (ja) | 1995-08-08 |
Family
ID=22464669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6246564A Pending JPH07204884A (ja) | 1993-10-12 | 1994-10-12 | 耐疲労はんだのための表面処理方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5340411A (ja) |
| EP (1) | EP0649702B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07204884A (ja) |
| DE (1) | DE69407021T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5340411A (en) * | 1993-10-12 | 1994-08-23 | Hughes Aircraft Company | Surface treatment method for fatigue-resistant solder |
| US6250540B1 (en) | 1999-04-30 | 2001-06-26 | International Business Machines Corporation | Fluxless joining process for enriched solders |
| US6607613B2 (en) | 1998-07-10 | 2003-08-19 | International Business Machines Corporation | Solder ball with chemically and mechanically enhanced surface properties |
| US6056831A (en) * | 1998-07-10 | 2000-05-02 | International Business Machines Corporation | Process for chemically and mechanically enhancing solder surface properties |
| SE515028C2 (sv) * | 1999-04-21 | 2001-05-28 | Ericsson Telefon Ab L M | Förbättrade lodkulor samt användning av dylika |
| US6319617B1 (en) | 1999-12-17 | 2001-11-20 | Agere Systems Gaurdian Corp. | Oxide-bondable solder |
| US6869007B2 (en) * | 2001-01-26 | 2005-03-22 | Lucent Technologies Inc. | Oxidation-resistant reactive solders and brazes |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US139297A (en) * | 1873-05-27 | Improvement in soldering compounds | ||
| US803802A (en) * | 1905-06-14 | 1905-11-07 | John Wm Ball | Brazing compound. |
| US3175285A (en) * | 1963-10-04 | 1965-03-30 | Coast Metals Inc | Method of treating metal powders for brazing purposes |
| JPS61108491A (ja) * | 1984-10-31 | 1986-05-27 | Sony Corp | クリ−ムはんだ |
| CA2078538C (en) * | 1991-10-28 | 1998-10-06 | Boon Wong | Fatigue resistant eutectic solder |
| US5340411A (en) * | 1993-10-12 | 1994-08-23 | Hughes Aircraft Company | Surface treatment method for fatigue-resistant solder |
-
1993
- 1993-10-12 US US08/134,720 patent/US5340411A/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-10-11 DE DE69407021T patent/DE69407021T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-10-11 EP EP94116023A patent/EP0649702B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-12 JP JP6246564A patent/JPH07204884A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0649702A1 (en) | 1995-04-26 |
| EP0649702B1 (en) | 1997-11-26 |
| US5340411A (en) | 1994-08-23 |
| DE69407021D1 (de) | 1998-01-08 |
| DE69407021T2 (de) | 1998-07-09 |
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