焊料合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种润湿性与接合性优异、进而具有较高接合可靠性的焊料合金。
【背景技术】
[0002] 使用于电子零件接合的焊料要求较高的接合可靠性。为了应对该要求，对基板等 的润湿性与接合性必须优异。作为焊料的种类，大致区分有Pb系、Sn系、Au系、In系等，根 据用途使用各个种类。然而，无论在何种焊料中，均必须满足对于上述润湿性与接合性的要 求，这一点不会改变。虽然基于此种情况，为了润湿性等改善提高而进行有各种研究，但目 前仍存在大量问题。
[0003] 例如，专利文献1及2中，记载有：在主成分为Sn且包含Cu的焊料合金中，添加 P、Ge、Ga作为氧化抑制元素，并添加 Ag作为润湿性改善元素，借此改善焊料合金的润湿性。 专利文献3中，记载有：对电路基板、电子零件等的接合部实施镀Au,在非氧化性或还原性 氛围中将焊料加热熔融，使焊料的新生面露出而确保润湿性。
[0004] 专利文献4中，记载有一种Sn-Au合金焊料膏，其特征在于：其由Sn-Au合金焊料 粉末与焊剂的混合物所构成，该Sn-Au合金焊料粉末具有含有6. 5~9. 8质量％的Au且其 余部分由Sn及不可避免的杂质所构成的成分组成。该Sn-Au合金焊料膏的润湿性优异且 空隙产生较少。
[0005] 专利文献1 :日本特开2004-154864号
[0006] 专利文献2 :日本特开2004-181485号
[0007] 专利文献3 :日本特开平6-326448号
[0008] 专利文献4 :日本特开2008-137017号
【发明内容】
[0009][发明所要解决的问题]
[0010] 然而，专利文献1及2中，未明确记载氧化抑制元素或润湿性改善元素以何种机制 发挥效果。Ge的氧化性（或还原性）与Sn大致同等，难以认为借由Ge氧化还原的现象使 润湿性提高。P虽然可期待在焊料熔融时将焊料等还原的效果，但P氧化物为气体，因此在 接合时成为空隙或接合不良的原因的可能性。因此，凭借这些专利文献无法理解在Sn-Cu 系合金中P显示何种举动而改善润湿性。
[0011] 专利文献3中，关于新生面露出机制或接合时氛围控制等未详细地叙述。并且，专 利文献3的技术中，在焊料制造时所形成的焊料表面的氧化膜无法去除，即便氧化膜破裂 等而新生面露出，也由于焊料表面的氧化物残留在电路基板与电子零件等之间而无法避免 导致空隙产生或接合强度降低。专利文献3中，对于这种问题无任何涉及，可认为在如焊料 表面的氧化物残留在电路基板与电子零件等之间的接合状态下，无法获得较高的接合可靠 性。
[0012] 专利文献4中，未明确记载润湿性提高的机制，而且，若为上述组成范围，则与通 常所使用的Au-20质量％ Sn焊料相比容易氧化的Sn较多且难以氧化的Au较少，因此难以 认为润湿性优异。如上所述，虽然提出有各种润湿性改善的技术，但仍难以认为充分。另一 方面，目前，自高成本的膏材置换、借由空隙率降低或接合稳定性提高等的产率提高、及接 合可靠性提高等要求不断增强。
[0013] 本发明鉴于上述现有技术的情况，目的在于提供一种为了用于具有各种电子零件 的电子装置组装等中而润湿性与接合性优异、进而具有较高接合可靠性的焊料合金、以及 将该焊料合金使用于电子零件接合的电子装置。
[0014] [解决问题的技术手段]
[0015] 为了达成上述目的，本发明人等对不限定于焊料组成而使润湿性与接合性提高的 手段进行研究，着眼于焊料表面的状态，结果发现：存在于焊料表面的氧化物层的厚度以及 焊料表面的表面粗糙度对润湿性与接合性产生较大影响，从而完成了本发明。
[0016] 本发明的焊料合金的氧化物层的厚度为120nm以下且表面粗糙度（Ra)为0. 60 μ m 以下，这些为必须事项。并且，关于本发明焊料合金的组成，较佳为以Bi、Pb、Sn、Au、In及 Zn中任一种为主成分。并且，关于焊料形状完全无限定，例如，可为片材形状、线形状、棒形 状、球形状、膏用细粉等。
[0017] 若对本发明的焊料合金具体地列举较佳组成，则第一焊料合金含有85质量％以 上的主成分Bi。
[0018] 第二焊料合金为含有0. 01质量％以上且13. 5质量％以下Zn的上述第一焊料合 金。
[0019] 第三焊料合金为含有0. 01质量％以上且12. 0质量％以下Ag的上述第一焊料合 金。
[0020] 第四焊料合金含有40质量％以上且未达85质量％的Bi，且含有60质量％以下的 Sn，于含有Bi与Sn以外元素的情形时，其含量为5质量％以下。
[0021] 第五焊料合金以Pb为主成分，且含有Sn、Ag、Cu、In、Te及P中至少一种作为第二 元素群，Pb与第二元素群的合计为80质量％以上。
[0022] 第六焊料合金以Sn为主成分，且含有Ag、Sb、Cu、Ni、Ge及P中至少一种作为第二 元素群，Sn与第二元素群的合计为80质量％以上。
[0023] 第七焊料合金以Au为主成分，且含有Ge、Sn及Si中至少一种作为第二元素群，Au 与第二元素群的合计为90质量％以上。
[0024] 第八焊料合金含有40质量％以上的In，且含有Ag、Sn、Cu、Zn及P中至少一种。
[0025] 第九焊料合金含有合计80质量％以上的Zn与Sn,不含有Al。
[0026][发明效果]
[0027] 根据本发明，可不实质地限制合金组成而提供一种润湿性与接合性优异、进而具 有较高接合可靠性的焊料合金。因此，借由使用本发明焊料合金将电子零件接合，可提供一 种具备较高可靠性的电子零件安装基板及电子装置。
【附图说明】
[0028] 图1为关于焊料合金表面氧化物层的厚度的定义的说明图。
【具体实施方式】
[0029] 通常，焊料是将半导体元件与引线框架等基板接合时使用。由于借由焊料进行接 合并组装而成的半导体封装体系搭载于家电或汽车等，因此要求较高的可靠性。为了获得 较高的可靠性，必须承受因气温变化或半导体元件发热等而反复施加的热应力等，为了实 现此情况而必须使润湿性与接合性为良好。
[0030] 无论于何种焊料中均要求润湿性与接合性，所述润湿性与接合性是焊料所要求的 最重要特性之一。作为可谓对所有焊料共用的为使润湿性提高的方法，可列举减少焊料表 面的氧化物层。即，润湿性降低的主要原因是焊料表面的氧化物层。若表面存在氧化物层， 则在使用焊料进行接合时，即便焊料熔融，氧化物层也存在，因此，焊料金属与基板金属无 法直接接触，因此无法合金化，从而无法接合。
[0031] 本发明的焊料合金可借由使表面氧化物层的厚度变薄并且使表面粗糙度变小而 减少每焊料单位量（例如，单位重量或单位体积）的氧化物量，借此，润湿性或接合性变得 特别优异。具体而言，本发明的焊料合金的最大特征在于氧化物层的厚度为120nm以下且 表面粗糙度（Ra)为0. 60μπι以下，其合金组成并无特别限定，但较佳为以Bi、Pb、Sn、Au、In 及Zn中任一种为主成分者。
[0032] 熟知通常在焊料合金中，不要求较高可靠性的情形也较多，因此，未对氧化物层 的厚度或表面粗糙度等表面状态严格地进行管理。因此，例如，通常使用表面粗糙度超过 0. 3 μ m的辊对焊料合金进行最终压延，因此，有其成形后表面粗糙度超过0. 60 μ m的情况。 并且，挤出成形时的模嘴产生损伤，或铸造时铸模的表面粗糙度变粗糙，表面粗糙度超过 0. 60 μ m的情况也较多。进而，Pb系焊料等中，为了削减成本而在熔解铸造时不使不活性气 体流动或流量较少，因此生成大量氧化物，夹带该氧化物而进行浇铸，结果，氧化物层的厚 度通常超过120nm。
[0033] 以下，关于本发明的焊料合金，对焊料表面的氧化物层、表面粗糙度、制造方法、焊 料组成等详细地进行说明。
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