无铅焊料合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及经时劣化小、具有良好的长期可靠性的无铅焊料合金，以及使用了该 焊料合金的接头。
【背景技术】
[0002] 为了减少地球环境负荷，无铅焊料作为电子产品的接合材料而大范围普及， Sn-Ag-Cu系焊料合金以及Sn-Cu-Ni系焊料合金是其代表成分。
[0003] 近年来，除了 Sn-Ag-Cu系焊料合金以及Sn-Cu-Ni系焊料合金以外，提出与添加了 Bi、In或者Sb等的无铅焊料合金以及Sn-Zn系焊料合金等的接合用途以及特性对应的无 铅焊料合金。
[0004] 尤其以提高接合部的机械强度以及降低固相线温度为目的，公开了添加 Bi、Sb或 者In的无铅焊料合金。
[0005] 例如，专利文献1中公开了以下的无铅焊料合金：在Sn-Cu-Ni基本成分中添加 0. 01~3重量％的Bi，由此容易进行焊料的熔点控制。
[0006] 另外，专利文献2中公开了以下的无铅焊料合金：在Sn-Cu-Sb基本成分中以1重 量％以下的比例添加 Bi，由此提高机械强度。
[0007] 而且，专利文献3中公开了以下的无铅焊料合金：在Sn中添加0. 001~5重量％ 的Cu、Ni以及Bi，由此具有提高粘结强度以及降低固相线温度的效果。
[0008] 并且，申请人在专利文献4中公开以下的无铅焊料合金：通过在Sn-Bi共晶成分中 添加一定量的Ni以及Cu，在焊料接合部以及焊料接合界面形成具有密排六方结构的金属 间化合物，由此焊料接合时具有强接合强度。
[0009] 但是，专利文献1~4中公开的技术中也留下问题，例如专利文献1中公开的焊 料合金成分Cu的添加量为2~5重量％，并且需要其焊接温度比代表性无铅焊料成分 Sn-Ag-Cu系焊料合金以及Sn-Cu-Ni系焊料合金高150°C以上、即超过400°C。
[0010] 另外，专利文献2中公开的焊料合金成分，由于向基本成分中添加10重量％以上 的Sb，因此如实施例所述，固相线温度为230°C以上，与专利文献1同样，与现有的代表性无 铅焊料合金相比，需要高温下的焊接工序。
[0011] 而且，专利文献3中公开的技术仅限于极细线焊料的焊料合金成分，并不对应于 各种焊料接合，在通用性方面留下问题。
[0012] 另一方面，专利文献4中公开的技术的目的在于，通过形成接合界面中具有NiAs 型结构的金属间化合物而实现强固的接合，其添加的Sn以及Bi的比例为Sn :Bi = 76~37 原子量％ :23~63原子量％，并将共晶点附近作为对象。
[0013] 并且，专利文献5中公开的技术涉及由极低温度时防止锡瘟的发生的、具有良好 的润湿性和耐冲击性的Sn-Cu-Ni-Bi组成的焊料合金成分，从该发明的目的出发，Cu添加 量被限定为〇. 5~0. 8质量％、Ni添加量被限定为0. 02~0. 04质量％、Bi添加量被限定 为0. 1质量％以上且小于1质量％的数值。
[0014] 另外，在电子设备的焊料接合部中，通常在电子设备被使用的情况下，焊料接合部 是通电的状态，由此可能发生焊料接合部被暴露在高温的情况。
[0015] 由此，在焊料接合的可靠性中，不仅焊料接合时的接合强度很重要，被暴露在高温 下的接合强度也很重要。
[0016] 然而，专利文献1~5中公开的技术中并没有给出任何关于被长时间地暴露在高 温下的接合强度的启示。
[0017] 而且，要求以下的无铅焊料合金：可在电子设备的长期使用中充分耐受的、具有高 的可靠性的焊料接合，并且在焊料接合中具有通用性。
[0018] 现有技术文献
[0019] 专利文献
[0020] 专利文献1 :日本特开2001-334384号公报；
[0021] 专利文献2 :日本特开2004-298931号公报；
[0022] 专利文献3 :日本特开2006-255762号公报；
[0023] 专利文献4 :日本特开2013-744号公报；
[0024] 专利文献 5 :W02009/131114 公报。
【发明内容】
[0025] 发明所要解决的课题
[0026] 本发明的目的在于提供一种无铅焊料合金以及焊料接合部，其在焊料接合后的高 温状态中也不会降低接合强度，维持高的接合强度的同时具有高的可靠性，并且具有通用 性。
[0027] 解决技术问题的手段
[0028] 本发明人为了达到上述目的，着眼于无铅焊料合金成分以及金属间化合物并多次 进行深入研究，其结果是，发现通过在以Sn-Cu-Ni作为基本成分的无铅焊料合金中添加一 定量的Bi，在焊料接合部即使被暴露在高温的状态下也能够抑制接合强度的降低，由此完 成本发明。
[0029] 即，本发明以Sn-Cu-Ni作为基本成分，通过作成含有76. 0~99. 5质量％的Sn、 0. 1~2. 0质量％的Cu、0. 01~0. 5质量％的Ni、还含有0. 1~5. 0质量％的Bi的无铅焊 料合金成分，由此实现不仅仅在接合时，即使在高温中长时间暴露的状态下也不会降低焊 料接合部的接合强度、并且具有维持接合强度的高可靠性的焊料接合。
[0030] 发明效果
[0031] 本发明是不受限于焊料产品的使用方法以及方式的具有通用性的无铅焊料合金， 即使在焊料接合部处于高温状态中被长时间暴露的情况下也不会降低接合强度，不但可应 用于电子设备的接合，还能够广泛应用于具有大电流流通的焊料接合部的设备或者高温状 态中暴露的设备等。
【附图说明】
[0032] 图1是示出试验结果的图表；
[0033] 图2是总结了具有表2的成分的各样品的拉伸强度的测定结果的图表；
[0034] 图3是总结了具有表4的成分的各样品的拉伸强度的测定结果的图表；
[0035] 图4是总结了具有不同的Cu添加量的样品的拉伸强度的测定结果的图表；
[0036] 图5是总结了具有不同的Ni添加量的样品的拉伸强度的测定结果的图表；
[0037] 图6是总结了具有不同的Ge添加量的样品的拉伸强度的图表；
[0038] 图7是总结了具有不同的In添加量的样品的拉伸强度的测定结果的图表；
[0039] 图8是总结了随In变化的样品的拉伸率的测定结果的图表；
[0040] 图9是总结了添加了添加元素之后的样品的拉伸强度的测定结果的图表。
【具体实施方式】
[0041] 下面，对本发明进行详细的说明。
[0042] 以往，在电子设备等的焊料接合中，作为重要项目可以举出焊料接合时的接合强 度，并进行提高了焊料接合时的接合强度的焊料合金的开发以及提供。
[0043] 但是，在电子设备的使用中，用于电子设备等中的焊料接合部，尤其容易变成流通 电流的状态或者被暴露在高温中，并且随着外部的环境而可能加速焊料接合部的温度上 升，因此为了提高焊料接合部的可靠性，需要抑制高温状态中的焊料接合部的经时劣化。
[0044] 另一方面，已知以下的情况：作为焊料接合部的评价，通常使用被称为热循环试验 的试验方法而进行评价，但在该方法中，由于在高温状态之后在冷温状态下放置一定时间， 因此试验后的焊料接合部的状态与高温状态下长时间放置的老化试验的情况不相同，其 中，热循环试验是指将焊料接合部反复在冷温状态以及高温状态下放置一定时间的试验。
[0045] 本发明是涉及以下的焊料合金成分的发明：抑制在高温状态下连续暴露焊料接合 部而造成的焊料接合部的接合强度的降低，其中，高温状态是示出一种与实际的电子设备 实际使用对应的状况的环境。
[0046] 本发明涉及一种无铅焊料合金，其特征在于，含有76. 0~99. 5质量％的Sn、 0· 1~2. 0质量％的&1、0· 01~0· 5质量％的附、0· 1~5. 0质量％的扮，本发明还涉及使 用该无铅焊料合金的焊料接合部。
[0047] 另外，能够在含有76. 0~99. 5质量％的Sn、0. 1~2. 0质量％的Cu、0. 01~0· 5 质量％的附、0. 1~5. 0质量％的扮的基本成分中添加选自0. 1~5. 0质量％的313、0. 1~ 10.0质量％的Ιη、0·001~1.0质量％的66、以及0.001~1.0质量％的6&中的一种或者 两种以