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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein bleifreies Lötmittel, das eine exzellente
Oxidations-Widerstandsfähigkeit,
mechanische Eigenschaften und Benetzungs-Eigenschaften aufweist
und leicht plastisch bearbeitet werden kann, ein durch Verbinden
mit dem bleifreien Lötmittel
hergestelltes Lötmittelverbindungs-Produkt sowie eine
elektronische Komponente.
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Stand
der Technik
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In
den vergangenen Jahren bestanden wachsende Bedenken in Bezug auf
Umweltprobleme vom Gesichtspunkt des globalen Umweltschutzes aus.
Unter solchen Umständen
wird der Anstieg der Menge an deponierten Industrieabfällen ein
ernstes Problem. Lötmittel
wird beispielsweise in Substraten von Computern für die elektrische
Energiesteuerung, in elektrischen Haushaltsanwendungen und Personalcomputern,
die sämtlich
zu Industrieabfällen
zählen,
verwendet. Schädliche
Schwermetalle sowie Blei fließen
manchmal aus diesem Lötmittel
aus. Beispielsweise wirkt das Blei, wenn es ausfließt, auf
sauren Regen und dergleichen ein, um eine Blei enthaltende wässrige Lösung zu
erzeugen, und diese wässrige
Lösung
tritt häufig
in das Grundwasser ein.
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In
Japan wurde das Recycling-Gesetz für Haushaltsgeräte im Jahre
1998 in Kraft gesetzt und das Recycling von gebrauchten Geräten wurde
für elektrische
Haushaltsgeräte
im Jahr 2001 erforderlich. In Europa wurde die Verwendung von Blei
als spezielle Substanz durch eine Richtlinie des Europäischen Parlaments
sowie des Rats über
Abfälle
von elektrischen und elektronischen Geräten seit dem Jahr 2004 verboten.
Auf diese Weise wurde eine gesetzliche Regulierung in Bezug auf
die Verwendung von Blei verschärft
und die Entwicklung von bleifreiem Lötmittel wurde dringend erforderlich
(siehe beispielsweise das Nicht-Patent-Dokument Nr. 1).
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Lötmittel
spielt eine wichtige Rolle bei der mechanischen und elektrischen
Verbindung einer Vielzahl von Element-Komponenten, die unter erschwerten
Bedingungen inklusive Wärmezyklen,
mechanischen Einwirkungen, mechanischer Vibration und dergleichen
verwendet werden. Auch bei bleifreiem Lötmittel wurde ein bleifreies
Lötmittel
gefordert, das einen Schmelzpunkt ähnlich dem von konventionellem
Zinn(Sn)-Blei(Pb)-Lötmittel
hat, exzellente mechanische Eigenschaften und Benetzungs-Eigenschaften
aufweist und eine exzellente plastische Bearbeitbarkeit, die gut
genug ist, in ein Band oder eine Fadenform umgeformt zu werden,
aufweist.
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In
konventionellem bleifreiem Lötmittel
ist es jedoch übliche
Praxis, Sn(Zinn)-Zn(Zink) oder Sn(Zinn)-Bi(Wismuth)-Lötmittel anzuwenden, und einen
Schmelzpunkt ähnlich
dem von Sn(Zinn)-37 Gew-% Pb(Blei)-Lötmittel (Schmelzpunkt: 183 °C) zur Verfügung zu
stellen, oder eine große
Menge an In (Indium) oder Bi (Wismuth) beispielsweise zu Sn(Zinn)-Cu(Kupfer),
Sn(Zinn)-Ag(Silber) oder zu Sn(Zinn-Cu(Kupfer)-Ag(Silber) Lötmittel
hinzuzugeben, um den Schmelzpunkt abzusenken. Beispielsweise werden
Sn(Zinn)-9,0 Gew-% Zn(Zink) (Schmelzpunkt: 199 °C), Sn(Zinn)-58,0 Gew-% Bi(Wismuth)
(Schmelzpunkt: 138 °C),
Sn(Zinn)-0,5 Gew-% Cu(Kupfer)-4,0 Gew-% Ag(Silber)-8 Gew-% In(Indium) (Schmelzpunkt:
208 °C)
als solche Lötmittel
erwähnt.
Da diese Lötmittel
jedoch eine große Menge
von Elementen enthalten, die beispielsweise für eine Versprödung ursächlich sind,
werden die mechanischen Eigenschaften und die plastische Bearbeitbarkeit
gestört,
was es erschwert, eine ausreichende Lötmittel-Bindungsfestigkeit
und -Zuverlässigkeit
zu gewährleisten.
Darüber
hinaus bewirken diese bleifreien Lötmittel möglicherweise einen Sprödbruch oder
dergleichen als Folge der plastischen Bearbeitung und somit ist
es sehr schwer, dass diese bleifreien Lötmittel erfolgreich einer Extrusion,
Walzung, einem Drahtziehprozess und dergleichen unterzogen werden
können.
Dementsprechend konnten geformte Produkte in Band- oder Fadenform bisher
im Wesentlichen nicht produziert werden. Aufgrund dessen waren die
Anwendungen von bleifreiem Lötmittel
bisher stark begrenzt.
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[Nicht-Patentdokument
Nr. 1] Vorschlag für eine
Richtlinie des Europäischen
Parlaments und des Rats in Bezug auf Abfälle von elektrischem und elektronischem
Gerät,
Kommission der Europäischen
Union, Brüssel,
13. Juni 2000.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Wie
oben beschrieben, ist es, da konventionelle bleifreie Lötmittel
große
Mengen an Elementen enthalten, die beispielsweise für eine Versprödung ursächlich sind,
und daher die mechanischen Eigenschaften und die plastische Bearbeitbarkeit
gestört sind,
schwierig, eine ausreichende Lötmittel-Bindefestigkeit
und -Zuverlässigkeit
zu gewährleisten.
Darüber
hinaus bewirken diese bleifreien Lötmittel einen Sprödbruch oder
dergleichen als Folge der plastischen Bearbeitung und somit ist
es für
diese bleifreien Lötmittel
sehr schwierig, erfolgreich einer Extrusion, Walzung, einem Drahtzieh-Prozess
und dergleichen unterzogen zu werden. Dementsprechend konnten umgeformte
Produkte des Lötmittels
in Band- oder Fadenform bisher im Wesentlichen nicht erzeugt werden.
Aufgrund dessen waren bisher die Anwendungen von bleifreiem Lötmittel
stark eingeschränkt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick darauf gemacht, die oben
genannten Probleme des Stands der Technik zu lösen und es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein bleifreies Lötmittel
zur Verfügung
zu stellen, welches einen exzellenten Oxidations-Widerstand, mechanische
Eigenschaften und plastische Bearbeitbarkeit aufweist und das eine ausreichende
Lötmittel-Bindefestigkeit
und -Zuverlässigkeit
gewährleisten
kann und in ein Band oder einen Faden umgeformt werden kann, sowie
ein hochgradig zuverlässiges
Lötmittelverbindungs-Produkt
zur Verfügung
zu stellen, das durch die Verbindung mit bleifreiem Lötmittel
hergestellt wurde, sowie eine elektronische Komponente zur Verfügung zu stellen.
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Das
oben genannte Ziel kann durch ein bleifreies Lötmittel erreicht werden, das
eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die einen Tantal(Ta)-Gehalt
von nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% aufweist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das
eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger
als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht
weniger als 0,1 Gew-% und nicht mehr als 10,0 Gew-% Zink (Zn) mit
einem Rest, der aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen
besteht, umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel bereitgestellt, das
eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger
als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht
weniger als 0,1 Gew-% und nicht mehr als 60,0 Gew-% Wismuth (Bi) mit
einem Rest, der aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen
besteht, umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das
eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger
als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht
weniger als 0,1 Gew-% und nicht mehr als 10,0 Gew-% Indium (In)
mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen,
umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das
eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger
als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht
weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 7,5 Gew-% Kupfer (Cu)
mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen,
umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das
eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger
als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht
weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 5,0 Gew-% Silber (Ag)
mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen,
umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das
eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger
als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta), nicht
weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 5,0 Gew-% Silber (Ag)
und nicht weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 7,5 Gew-% Kupfer
(Cu) mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen
Verunreinigungen, umfasst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des bleifreien Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die auf Zinn basierende Legierung zumindest ein
additives Element (Y), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Indium und
Wismuth besteht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des bleifreien Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt
in der auf Zinn basierenden Legierung der Gehalt des additiven Elements
(Y), ausgewählt
aus der Gruppe, die aus Indium und Wismuth besteht, nicht mehr als
10 Gew-% für
Indium und nicht mehr als 60% für
Wismuth).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des bleifreien Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die auf Zinn basierende Legierung zumindest ein
additives Element (X), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kobalt (Co),
Titan (Ti), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Antimon (Sb), und Germanium
(Ge) besteht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des bleifreien Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in der auf Zinn basierenden Legierung der Gehalt des
additiven Elements (X), das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Kobalt, Titan, Nickel, Blei, Antimon und Germanium besteht,
dergestalt, dass für
jedes der additiven Elemente (X) der Gehalt nicht mehr als 0,5 Gew-%
beträgt
und dann, wenn eine Vielzahl von additiven Elementen (X) enthalten
sind, der Gesamtgehalt der Vielzahl von additiven Elementen (X)
nicht mehr als 1,0 Gew-% beträgt.
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Das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in der Form einer Creme, eines Bands, eines Fadens
oder einer Stange vorliegen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein Lötmittelverbindungs-Produkt
zur Verfügung
gestellt, das durch Verbindung mit einem der oben genannten bleifreien
Lötmittel
hergestellt wurde.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine elektronische Komponente zur Verfügung gestellt, die
durch Verbindung mit einem der oben genannten bleifreien Lötmittel
hergestellt wurde.
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Das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine exzellente Oxidations-Widerstandsfähigkeit auf und kann eine plastische
Bearbeitung sowie Extrusion, Walzen und ein Drahtziehen sehr leicht
und gut realisieren. Darüber
hinaus ist das bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung dann, wenn es als Lötmittel
verwendet wird, exzellent in verschiedenen Eigenschaften, die für Lötmittel
erforderlich sind, beispielsweise in Bezug auf mechanische Eigenschaften
und Benetzungs-Eigenschaften. Somit kann die vorliegende Erfindung
ein bleifreies Lötmittel
zur Verfügung
stellen, das einen exzellenten Oxidations-Widerstand, mechanische Eigenschaften
und plastische Bearbeitbarkeit aufweist und kann ein Lötmittel
gewährleisten,
das eine ausreichende Binde-Festigkeit und -Zuverlässigkeit
aufweist und plastisch in ein Band oder einen Faden bearbeitet werden
kann.
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Da
das bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung verbesserte Benetzungs-Eigenschaften aufweist, die ohne
einen wesentlichen Anstieg des Schmelzpunkts realisiert werden können, kann
eine signifikante Verbesserung bei der Lötmittel-Bindefestigkeit und
-Zuverlässigkeit
realisiert werden, während
eine Störung
in einem zu verbindenden Objekt durch Wärme effektiv verhindert werden
kann. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung Lötmittelverbindungs-Produkte
zur Verfügung
stellen, die eine exzellente Binde-Festigkeit und Binde-Zuverlässigkeit
aufweisen, vorzugsweise elektronische Komponenten mit verschiedenen
elektronischen Elementen, beispielsweise LED Licht emittierende
Elemente, SEDs (surface-cunduction electron-emitter displays) oder
damit verbundene befestigte Substrate.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Fotografie, die den Zustand eines dünnen Films einer Schmelze aus
einem Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, das auf einem Substrat ausgebildet ist;
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2 ist
eine Fotografie, die den Zustand eines dünnen Films eines Sn-3Ag-0,5Cu-Lötmittels zeigt,
das auf einem Substrat ausgebildet ist;
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3 ist
eine Fotografie, die den Zustand eines dünnen Films eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-Lötmittels zeigt,
das auf einem Substrat ausgebildet ist;
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4 ist
ein Diagramm, das die Form eines Tröpfchens eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, das auf bei der Bewertung der Oberflächenspannung
des Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittels
mittels Tropfverfahrens ausgebildet wurde;
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5 ist
ein Diagramm, das die Form eines Tröpfchens eines Sn-3Ag-0,5Cu-Lötmittels
zeigt, welches bei der Bewertung der Oberflächenspannung des Sn-3Ag-0,5Cu-Lötmittels
mittels eines Tropfverfahrens ausgebildet wurde;
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6 ist
ein Diagramm, das die Form eines Tröpfchens eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-Lötmittels
zeigt, welches bei der Bewertung der Oberflächenspannung eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-Lötmittels mittels eines Tropf-Verfahrens
ausgebildet wurde; und
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7 ist eine Zeichnung, die kurz den "thermischen Zyklustest" illustriert, der
in den Beispielen 1 und 2 ausgeführt
wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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<Bleifreies Lötmittel>
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Das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine auf Sn (Zinn) basierende Legierung, die nicht
weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Ta (Tantal)
umfasst. Der Begriff "bleifreies
Lötmittel", wie er hierin verwendet wird,
bezieht sich generell auf eine Legierung mit einem Pb(Blei)-Gehalt
von nicht mehr als 1000 ppm.
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Bleifreie
Lötmittel
gemäß der vorliegenden Erfindung,
die eine vorab bestimmte Menge an Tantal enthalten, können klassifiziert
werden in (i) auf Sn-Ta basierende Legierungen, (ii) auf Sn-Zn-Ta
basierende Legierungen, (iii) auf Sn-Bi-Ta basierende Legierungen,
(iv) auf Sn-Cu-Ta basierende Legierungen, (v) auf Sn-Cu-Ta basierende
Legierungen und (vi) auf Sn-Cu-Ag-Ta basierenden Legierungen.
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In
der vorliegenden Erfindung sollte auch dann, wenn ein bleifreies
Lötmittel
zu eine der Legierungen (i) bis (vi) gehört, Tantal als unersetzliche Komponente
in einer Menge von nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr
als 2,0 Gew-% enthalten sein.
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Tantal
ist eine Komponente, die hauptsächlich
zur Verbesserung der Benetzungs-Eigenschaften des Lötmittels
und der mechanischen Eigenschaften des Lötmittel-Verbindungsteils wichtig
ist. Dass Tantal als hinzugegebenes Element reduziert die Oberflächenspannung
einer Schmelze aus Zinn oder einer Zinnlegierung, um die Eignung
des Lötmittels
zu verbessern, das zu lötende
Element zu benetzen. Darüber
hinaus bewirkt Tantal die Keimbildung einer Sn-Ta-intermetallischen
Verbindung beim Erstarrungsprozess des Zinns oder der Zinnlegierung und
trägt somit
zur Verfeinerung des Kristallgefüges bei.
Wenn der Tantal-Gehalt geringer als 0,005 Gew-% ist, kann der Effekt
der Verbesserung der Benetzungseigenschaften, die von der Reduzierung
der Oberflächenspannung
herrühren,
nicht erreicht werden, obwohl ein ausreichender Effekt der Verfeinerung
der Erstarrungsstruktur erreicht werden kann. Auf der anderen Seite
wird dann, wenn der Tantal-Gehalt mehr als 2,0 Gew-% beträgt, in einigen Fällen eine
grobe Sn-Ta-intermetallische Verbindung unter bestimmten Abkühlbedingungen
ausgebildet, was zu einer verringerten Löt-Festigkeit führt, obwohl exzellente
Benetzungseigenschaften realisiert werden können. Der Gehalt an Tantal
in dem bleifreien Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 1,0 Gew-%,
insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew-%, da das
beste Gleichgewicht zwischen den Benetzungseigenschaften und der
mechanischen Eigenschaft erreicht werden kann und die besten Löt-Eigenschaften
realisiert werden können.
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Das
auf Sn-Ta-basierende bleifreie Lötmittel (i)
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst Zinn, die vorher bestimmten Mengen an Tantal und
optional verschiedene zugegebene Elemente (die detailliert im Folgenden
beschrieben werden) sowie unvermeidliche Verunreinigungen. Da das
auf Sn-Ta-basierende
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden Erfindung
eine kleine Menge an Tantal enthält,
weist dieses bleifreie Lötmittel
exzellente Benetzungseigenschaften und mechanische Eigenschaften
gleichzeitig auf, ohne den Schmelzpunkt von 232 °C für reines Zinn in diesem Schmelzpunkt-Bereich
zu verändern.
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Die
eutektische Zusammensetzung von Sn-9 Gew-% Zn weist den niedrigsten
Schmelzpunkt (Schmelzpunkt: 198 °C)
auf und wird üblicherweise als
bleifreies Lötmittel
mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Dieses Lötmittel weist jedoch das Problem
auf, dass sich wahrscheinlich aufgrund des hohen Zink-Gehalts eine
große
eutektische Struktur ausbilden wird und infolgedessen eine ausreichende Lötmittel-Festigkeit
und -Zuverlässigkeit
nicht bereitgestellt werden kann. Das auf Sn-Zn-Ta basierende bleifreie
Lötmittel
(ii) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist insbesondere bei der Lösung des oben genannten Problems
am effektivsten. Insbesondere reduziert das in dem Lötmittel
enthaltene Tantal die Oberflächenspannung
und verfeinert signifikant die eutektische Struktur Sn-Zn, um ein
verfeinertes und gleichmäßiges eutektisches
Sn-Zn-Gefüge
zu realisieren.
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Hierdurch
werden die mechanischen Eigenschaften verbessert. Insbesondere.
wird die Sprödheit
signifikant verbessert und das Auftreten von Rissen aufgrund der
Erstarrung kann unterdrückt
werden. Dieser Mechanismus ist ebenso bei einer Sn-Zn-übereutektischen
Zusammensetzung mit einem Zink-Gehalt von mehr als 9 Gew-% und bei
einer untereutektischen Zusammensetzung mit einem Zinkgehalt von
weniger als 9 Gew-% sehr effektiv und die Zusammensetzung ist nicht
besonders beschränkt.
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Das
auf Sn-Bi-Ta-basierende bleifreie Lötmittel (iii) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ähnlich
dem auf Sn-Zn-Ta-basierenden bleifreien Lötmittel (ii) gemäß der vorliegenden
Erfindung und eine Sn-57 Gew-% Bi eutektische Zusammensetzung (Schmelzpunkt:
139 °C)
wird üblicherweise
als bleifreies Lötmittel
mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Obwohl ein Teil des Wismuths
in dem Zinn gelöst wird,
um eine feste Lösung
einzugehen, bildet ein Hauptteil des Wismuths als einfache Substanz
eine eutektische Struktur, die unter bestimmten Abkühlbedingungen
vergröbert
wird. Das Vorliegen dieser groben eutektischen Struktur ist ein
Hauptgrund für
den Sprödbruch
in dem Lötteil.
Dann, wenn die Lötmittel-Festigkeit und -Zuverlässigkeit
gewährleistet
werden sollen, sollte der Wismuth-Gehalt nicht mehr als 5,0 Gew-%
betragen. Der Wismuth-Gehalt liegt besonders bevorzugt im Bereich
von 0,1 bis 1,0 Gew-%.
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Das
auf Sn-Cu-Ta basierende bleifreie Lötmittel (iv), das auf Sn-Ag-Ta
basierende bleifreie Lötmittel
(v) sowie das auf Sn-Cu-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel
(vi) gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen ebenso den Effekt der Tantal-Einbindung auf, den
das auf Sn-Zn-Ta basierende bleifreie Lötmittel und das auf Sn-Bi-Ta
basierende bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt. Generell werden eine Zusammensetzung nahe der
eutektischen Zusammensetzung Sn-0,5 bis 0,75 Gew-% Cu sowie eine
Zusammensetzung nahe der ternären
eutektischen Zusammensetzung Sn-0,5 bis 0,75 Gew-% Cu-3,0 bis 3,5
Gew-% Silber verwendet. Um den Schmelzpunkt des Lötmittels
(Liquidus-Linien-Temperatur) anzuheben, wird ebenso eine übereutektische
Zusammensetzung mit einem Kupfergehalt von mehr als 7,5 Gew-%, die
deutlich höher
als der Kupfergehalt von Sn-0,7 Gew-% Cu eutektischer Zusammensetzung
liegt, oder eine untereutektische Zusammensetzung mit einem Kupfergehalt
von weniger als 0,5 Gew-%, was deutlich niedriger als der Kupfergehalt
von Sn-0,7 Gew-% Cu der eutektischen Zusammensetzung ist, verwendet.
In sämtlichen
Zusammensetzungen des auf Sn-Cu basierenden bleifreien Lötmittels
kann der Effekt der Tantal-Einbindung erreicht werden. Dies gilt
auch für
die auf Sn-Ag basierenden bleifreien Lötmittel und die auf Sn-Cu-Ag
basierenden bleifreien Lötmittel.
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In
den bleifreien Lötmitteln
(i) bis (vi) gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie oben beschrieben wurden, können falls notwendig verschiedene zusätzliche
Elemente verwendet werden. Zumindest ein hinzugefügtes Element
(x), das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Kobalt (Co), Titan (Ti), Nickel (Ni), Blei (Pb), Antimon
(Sb) und Germanium (Ge) besteht, kann als speziell bevorzugtes Beispiel
des hinzugegebenen Elements angegeben werden. Die Verwendung des
additiven Elements (X) kann die Oberflächenspannung des geschmolzenen
bleifreien Lötmittels
reduzieren und kann die Benetzbarkeit verbessern. Beispielsweise
beschreibt die japanische Patentanmeldung Nr. 65858/2004, dass die Oberflächenspannung
durch die Hinzufügung
von Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Palladium (Pd) reduziert werden
kann.
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Für sämtliche
hinzugegebenen Kobalt, Titan, Nickel, Blei, Antimon und Germanium
im bleifreien Lötmittel
gemäß der, vorliegenden
Erfindung ist die Zugabemenge bevorzugt nicht kleiner als 0,005 Gew-%
und nicht mehr als 0,5 Gew-%. Wenn die Zugabemenge geringer als
0,005 Gew-% ist, kann eine zufriedenstellende Reduzierung der Oberflächenspannung
nicht gewährleistet
werden. Auf der anderen Seite wird dann, wenn die Zugabemenge 0,5 Gew-% übersteigt,
eine grobe intermetallische Verbindung sehr wahrscheinlich unter
bestimmten Abkühlbedingungen
ausgebildet und somit werden die mechanischen Eigenschaften manchmal
gestört. Wenn
eine Vielzahl von additiven Elementen (X) in dem bleifreien Lötmittel
enthalten sind, ist der Gesamtgehalt der addtiven Elemente (X) vorzugsweise nicht
größer als
1,0 Gew-%, besonders bevorzugt nicht größer als 0,7 Gew-%.
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Wenn
das bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung das auf Sn-Cu-Ta basierende bleifreie Lötmittel
(iv), das auf Sn-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel (v) oder das auf Sn-Cu-Ag-Ta
basierende bleifreie Lötmittel
(Vi) ist, können
zusätzlich zu
den oben erwähnten
additiven Elementen (X) andere additive Elemente optional verwendet
werden. Zumindest ein additives Element (Y), das aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die aus Indium (In) und Wismuth (Bi) besteht, kann als besonders
bevorzugtes Beispiel für
das andere additive Element herausgehoben werden. Wenn das additive
Element (Y) in dem bleifreien Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, kann das additive Element (x) vorliegen
oder abwesend sein. Darüber
hinaus können
in dem bleifreien Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung zusätzliche
additive Elemente vorliegen, die sich von den additiven Elementen
(X) und den additiven Elementen (Y) unterscheiden, solange der Effekt
der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
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Indium
(In) ist hauptsächlich
eine Komponente, die zur Absenkung des Schmelzpunkts des bleifreien
Lötmittels
verwendbar ist und genau dann spezifiziert wird, wenn das Gleichgewicht
zwischen dem erlaubten Temperaturbereich einer anzubringenden elektronischen
Komponente und den Materialkosten in Betracht gezogen werden. Generell
ist die Zugabemenge für
Indium vorzugsweise nicht mehr als 10,0 Gew-%, besonders bevorzugt
nicht mehr als 50 Gew-% im Hinblick auf den Oxidations-Widerstand.
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Wismuth
(Bi) ist hauptsächlich
eine Komponente, die zur Absenkung des Schmelzpunkts des bleifreien
Lötmittels
verwendbar ist und die Zusammensetzung des Wismuths ist nicht besonders
beschränkt.
Wie oben bereits beschrieben, sollte jedoch dann, wenn die Lötmittelfestigkeit
und die – Zuverlässigkeit
sichergestellt werden sollte, der Wismuth-Gehalt nicht mehr als 5 Gew-% betragen,
besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 Gew-% bis 1,0 Gew-% liegen.
Wenn Wismuth zusammen mit Indium enthalten ist, liegt insbesondere
der Wismuth-Gehalt vorzugsweise im Bereich von 0,1 Gew-% bis 1,0 Gew-%.
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Die
bleifreien Lötmittel
(i) bis (vi) gemäß der vorliegenden
Erfindung und die optional hinzugegebene Elemente (X) und die additive
Elemente (Y) enthaltenen bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung
können
sehr leicht und gut einer plastischen Bearbeitung unterzogen werden,
beispielsweise einer Extrusion, einem Walzen und einem Drahtziehen.
Darüber
hinaus sind die bleifreien Lötmittel
(i) bis (vi) gemäß der vorliegenden
Erfindung sowie die optional das additive Element (X) und das additive Element
(Y) enthaltenen bleifreien Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung dann, wenn sie als Lötmittel
verwendet werden, besonders exzellent in verschiedenen Eigenschaften,
die für
Lötmittel
erforderlich sind, beispielsweise in Bezug auf die Bindefestigkeit,
mechanische Eigenschaften sowie die Benetzungseigenschaften.
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Dementsprechend
kann die vorliegende Erfindung Lötmittelverbindungs-Produkte
und insbesondere elektronische Komponenten mit verschiedenen elektronischen
Elementen, beispielsweise LED Licht emittierende Elemente, SEDs
(surface-conduction electron-emitter displays) oder damit verbundene
befestigte Substrate mit exzellenter Bindefestigkeit und -Zuverlässigkeit
zur Verfügung
stellen.
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Das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann unter Anwendung jedes gewünschten Verfahrens ohne besondere
Beschränkung
erzeugt werden. Beispielsweise kann das bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch das Schmelzkneten unentbehrlicher Komponenten, d.h.
von Zinn (Sn) und Tantal (Ta) sowie Zink (Zn), Wismuth (Bi), Kupfer
(Cu) oder Silber (Ag), optionaler Komponenten, d.h. ein zugegebenes
Element (X) oder ein zugegebenes Element (Y) und falls erforderlich
andere Komponenten hergestellt werden, um so ein bleifreies Lötmittel
mit einer beabsichtigten Zusammensetzung oder einer Temperatur am oder
oberhalb des Schmelzpunkts jeder der Komponenten zur Verfügung zu
stellen, und dann durch Abkühlen
der Mischung. Das bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird besonders vorteilhaft durch eine vorab erfolgende
Zulegierung von Zinn in einer erforderlichen Menge oder einer kleineren
Menge als für
die Bildung des beabsichtigten bleifreien Lötmittels mit einem oder zumindest
zwei der oben erwähnten
unentbehrlichen Komponenten und/oder optionalen Komponenten, und
dann Zulegieren des legierten Produkts (vorlegiertes Produkt) mit
der verbleibenden Menge der erforderlichen Menge an Zinn und der
verbleibenden Menge der unentbehrlichen Komponenten und/oder optionalen
Komponenten erzeugt werden, um so das beabsichtigte bleifreie Lötmittel
herzustellen. Somit kann ein Lötmittel,
das Zinn und die oben angegebenen metallischen Komponenten umfasst,
welche homogen und eng dispergiert wurden, leicht erzeugt werden.
Um eine Störung
der Eigenschaften durch Oxidation des bleifreien Lötmittels
zu verhindern, werden das bleifreie Lötmittel und seine Bilde-Komponenten vorzugsweise
in einer inerten Atmosphäre,
beispielsweise in einer Stickstoff-Argon- oder Heliumgas-Atmosphäre behandelt.
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Das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Feststoff oder liegt bei Raumtemperatur in Pastenform
vor, abhängig
beispielsweise von der Zusammensetzung des bleifreien Lötmittels,
den speziellen Produktionsbedingungen und anderen Bedingungen.
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Das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung, welches so erzeugt wurde, kann sehr leicht und gut einer
plastischen Bearbeitung unterzogen werden, beispielsweise einer
Extrusion, einem Walzprozess und einem Drahtziehprozess. Darüber hinaus
ist das bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung dann, wenn es als Lötmittel
verwendet wird, exzellent in verschiedenen Eigenschaften, die für Lötmittel
erforderlich sind, beispielsweise in Bezug auf die Bindefestigkeit,
mechanische Eigenschaften sowie die Benetzungs-Eigenschaften.
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Die
Benetzungseigenschaften des bleifreien Lötmittels gemäß der vorliegenden
Erfindung sind so, dass die prozentuale Nassspreizung (%) ausgedrückt in JIS
Z 3198-3 75 bis 80% beträgt
für (i)
das auf Sn-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 60 bis 70% beträgt für (ii) das
auf Sn-Zn-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 80 bis 90% beträgt für (iii)
das auf Sn-Bi-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 70 bis 85% beträgt für (iv) das
auf Sn-Cu-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 75 bis 85% beträgt für (v) das
auf Sn-Ta-Ag basierende bleifreie Lötmittel, sowie 75 bis 85% beträgt für (vi) das
auf Sn-Cu-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel. Für jedes diese bleifreien Lötmittel
kann eine Verbesserung um 15% oder mehr bei den Benetzungs-Eigenschaften
(prozentuale Spreizung) über
die gleichen Lötmittel
wie oben beschrieben realisiert werden, außer dass Tantal nicht enthalten
ist.
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Die
Benetzungs-Eigenschaften des bleifreien Lötmittels können ebenso dadurch bewertet
werden, dass eine Lötmittelschicht
mit einer vorbestimmten Dicke auf einem Substrat platziert wird,
die Zusammensetzung in einer Luftatmosphäre auf eine Temperatur bei
oder oberhalb des Schmelzpunkts des Lötmittels erhitzt wird und visuell
der Zustand des Lötmittelfilms,
der von dem geschmolzenen Lötmittel ausgebildet
ist, überwacht
wird.
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1 ist
ein Diagramm, das den Zustand eines Lötmittelbands (2) zeigt, das
durch Bereitstellen eines Lötmittelbands
aus Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta mit einer Größe von 25 mm-Länge × 25 mm
Breite × 150 μm Dicke als
Lötmittel
gemäß der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt wurde, das Platzieren des Lötmittel-Bands auf einer sauerstofffreien
Kupferplatte (1), die mit einem Flussmittel beschichtet ist, die Wärmebehandlung
der Zusammensetzung bei einer Temperatur von 250 °C zur Aufschmelzung
des Lötmittels,
sowie anschließende
Erstarrung des Lötmittels. 2 ist
ein Diagramm, das das gleiche Lötmittel-Band
wie in 1 zeigt, außer
dass Sn-3Ag-0,5Cu anstelle des oben beschriebenen Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wurde. 3 ist ein
Diagramm, das das gleiche Lötmittel-Band
wie in 1 zeigt, außer
dass Sn-3Ag-0,5Cu-4In anstelle des oben beschriebenen Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wurde.
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Wie
aus diesen Zeichnungen ersichtlich wird, weist das bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung gute Benetzungs-Eigenschaften auf und kann einen Lötmittelfilm
mit im Wesentlichen gleicher Dicke auf einem Substrat ausbilden.
Auf der anderen Seite wird bei anderen Lötmitteln, da die Benetzungs-Eigenschaften
nicht ausreichend sind, ein Teil des Lötmittels im geschmolzenen Zustand
von dem Substrat abgestoßen.
Als Ergebnis hiervon kann ein gleichmäßiger Lötmittelfilm nicht ausgebildet
werden und ein nicht anhaftender Teil 3 oder ein exzessiv vorstehender
Teil 4 des Lötmittelfilms
tritt auf. Darüber
hinaus ist die Kontur des Lötmittelfilms unklar.
Bei dem Lötmittel
mit schlechter Benetzbarkeit kann eine ausreichende Lötmittel-Bindefestigkeit nicht
realisiert werden und darüber
hinaus besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass das Lötmittel
in nicht erwünschte
Bereiche ausläuft.
Dementsprechend ist ein derartiges Lötmittel besonders nicht in
Anwendungen geeignet, wo eine hochgradig genaue Lötmittel-Verbindungsqualität erforderlich
ist, beispielsweise als Lötmittel
zur Verbindung von Verkabelungen oder hochpräzisen elektronischen Elementen.
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Darüber hinaus
können
die Benetzungs-Eigenschaften des Lötmittels ebenso durch Messung der
Oberflächenspannung
des Lötmittels
in geschmolzenem Zustand mittels eines Tropfverfahrens bewertet
werden. Das Tropfverfahren ist ein Verfahren zum Messen der Oberflächenspannung
unter Verwendung einer solchen Eigenschaft, dass dann, wenn eine
Flüssigkeit
durch eine kreisförmigen
Rohröffnung
abtropft, ein Lötmittel-Tröpfchen als
Ergebnis davon abtropft, dass das Gewicht des Lötmittel-Tröpfchens die Oberflächenspannung
des Tröpfchens übersteigt.
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4 zeigt
die Form eines Lötmittel-Tröpfchens
direkt bevor dem Abtropfen in dem Fall, wo eine Schmelze aus Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung schrittweise durch eine kreisförmige Rohröffnung mit einem Durchmesser
von 0,7 mm ausfließt. 5 zeigt
die Formen des gleichen Lötmittel-Tröpfchens
wie in 4, außer
dass Sn-3Ag-0,5Cu anstelle des Lötmittels
aus 4 verwendet wurde. 6 zeigt
die Formen des gleichen Lötmittel-Tröpfchens
wie in 4, außer
dass Sn-3Ag-0,5Cu-4In
anstelle des Lötmittels
aus 4 verwendet wurde. In jeder Zeichnung wurde die
Oberflächenspannung γ des geschmolzenen
Lötmittels
aus der Beziehung zwischen dem maximalen Durchmesser de des Lötmittel-Tröpfchens
in horizontaler Richtung direkt vor dem Abtropfen des Lötmittel-Tröpfchens
sowie den Durchmesser ds des Lötmittel-Tröpfchens
in horizontaler Richtung bei einer Position der Distanz de von dem
vorderen Ende des Lötmittel-Tröpfchens
berechnet. γ =
g·ρ·(de)·2/Hwobei γ die Oberflächenspannung,
g die Gravitationskonstante, de den maximalen Durchmesser und H
einen Korrekturfaktor (H = ds/de) bezeichnet.
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Wie
aus der oben angegebenen Gleichung abgeleitet, ist je größer der
ds-Wert, desto geringer die Oberflächenspannung. Je geringer die
Oberflächenspannung
des Lötmittels
ist, desto besser ist die Benetzbarkeit.
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Die
Oberflächenspannung
des Lötmittels Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,1Ta gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in 4 gezeigt ist, beträgt 0,4 bis
0,42 N/m,
die Oberflächenspannung
des konventionellen Lötmittels
Sn-3Ag-0,5Cu, wie es in 5 gezeigt ist, beträgt 0,38
bis 0,40 N/m und
die Oberflächenspannung
des konventionellen Lötmittels
Sn-3Ag-0,5Cu-4In, wie es in 6 gezeigt
ist, beträgt
0,43 bis 0,46 N/m.
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Aus
den oben angegebenen Ergebnissen wird ersichtlich, dass die Einbindung
von 4In in ein konventionelles Lötmittel
Sn-3Ag-0,5Cu die Oberflächenspannung
anhebt und die Einbindung von 0,1Ta in das Lötmittel die Oberflächenspannung
reduziert, um gute Benetzungs-Eigenschaften zu verwirklichen.
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Das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist exzellente Oxidations-Widerstandsfähigkeit
auf und somit wurde eine Störung
der verschiedenen Eigenschaften basierend auf der Oxidation hochgradig
unterdrückt
und darüber
hinaus ist die Erzeugung einer sogenannten "Krätze", die hauptsächlich aus
Oxiden des Lötmittels
zusammengesetzt ist, sehr unwahrscheinlich. Beispielsweise wird
in dem bleifreien Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Menge an erzeugter Krätze um etwa ein Fünftel im
Vergleich zu einem Fall eines Tantalum-freien bleifreien Lötmittels
reduziert.
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<Verfahren zur Herstellung eines geformten
Produkts aus bleifreiem Lötmittel>
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Der
Herstellungsprozess eines geformten Produkts aus bleifreiem Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird gekennzeichnet dadurch, dass er einen Brammen-Gießschritt
der Auflösung und
des Gießens
des bleifreien Lötmittels
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, um einen Gussblock – auszubilden, sowie einen
plastischen Bearbeitungsschritt der plastischen Bearbeitung dieses Gussblocks,
um ein geformtes Produkt herzustellen.
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Generell
können
konventionelle bleifreie Lötmittel
nicht ohne Schwierigkeiten plastisch bearbeitet werden und auch
dann, wenn die plastische Bearbeitung erfolgreich abgeschlossen
wurde, ist es schwierig, mechanische Eigenschaften, Benetzungs-Eigenschaften
und andere Eigenschaften, die für
ein Lötmittel
ausreichend sind, zu verwirklichen. Auf der anderen Seite kann das
bleifreie Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung sehr leicht und gut plastisch bearbeitet werden, und auch
nach der plastischen Bearbeitung liegen gute mechanische Eigenschaften,
Benetzungs-Eigenschaften, Lötmittel-Bindefestigkeit und
andere Eigenschaften, die für
Lötmittel
bevorzugt werden, vor.
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Gemäß dem Herstellungsprozess
für ein
geformtes Produkt aus einem bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein geformtes Lötmittel-Produkt
mit einer gewünschten
Form und Größe, das
Eigenschaften, die bei einem Lötmittel bevorzugt
sind, leicht hergestellt werden. In der vorliegenden Erfindung konnte
bisher ein geformtes Produkt aus einem bleifreien Lötmittel
in einer gewünschten
Form unter Verwendung eines konventionellen generell bleifreien
Lötmittels,
beispielsweise als Band, Faden oder Stab nicht hergestellt werden.
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Spezielle
Beispiele von bevorzugten bandförmigen
geformten Produkten aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung
beinhalten diejenigen, die eine Dicke von 50 bis 500 μm und besonders
bevorzugt 100 bis 150 μm aufweisen.
Spezielle Beispiele von bevorzugten faserförmigen geformten Produkten
aus bleifreiem Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhalten diejenigen, die einen Faserdurchmesser von
0,1 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm bis 0,5 mm, aufweisen.
Die Form und die Dimension des stangenförmigen geformten Produkts aus
bleifreiem Lötmittel
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind nicht besonders begrenzt. Um die Seigerung der chemischen
Bestandteile in einem gegossenen stangenförmigen geformten Produkt aus
bleifreiem Lötmittel
zu minimieren, ist die Abkühlrate
jedoch vorzugsweise nicht geringer als 1°C/sec. Darüber hinaus beinhalten Beispiele
von stangenförmigen
geformten Produkten aus bleifreiem Lötmittel diejenigen stangenförmigen geformten
Produkte aus bleifreiem Lötmittel,
die eine homogene Struktur aufweisen, welche durch Extrusion eines
gegossenen Gussblocks hergestellt wurden, das Unterziehen des Extrudats
einer plastischen Bearbeitung sowie des Walzens, oder aber das Herstellen
eines geformten stangenförmigen
Produkts aus bleifreiem Lötmittel, welches
durch direktes Walzen eines geschmolzen bleifreien Lötmittels
erzeugt wurde.
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Das
geformte Produkt aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung
ist besonders geeignet als geformtes Lötmittelprodukt für die Lötverbindung
von beispielsweise elektronischen Komponenten mit verschiedenen
elektronischen Elementen, beispielsweise LED Licht emittierende
Elemente sowie SEDs (survace-conduction electron-emitter displays)
und befestigte Substrate.
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Das
bleifreie Lötmittel
sowie die geformten Produkte aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung
haben im Wesentlichen den gleichen Schmelzpunkt wie konventionelles,
Blei enthaltendes Zinn-Lötmittel
und weisen eine exzellente Lötmittel-Verbindungsfestigkeit
und eine Zuverlässigkeit auf,
die gleich oder besser als diejenigen von konventionellem bleifreien
Lötmittel
und geformten Produkten aus bleifreiem Lötmittel sind.
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BEISPIELE
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<Beispiel 1>
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Ein
bleifreies Lötmittel,
das aus Zinn-9,0 Gew-% Zink-0,1
Gew-% Tantal zusammengesetzt war, wurde erschmolzen und die Schmelze
wurde in eine Bramme mit einem Durchmesser von 100 mm und einer
Länge von
300 mm gegossen. Danach wurde die Bramme in ein Stangenmaterial
mit einer Dicke von 10 mm und einer Breite von 70 mm extrudiert.
Das Stangenmaterial wurde anschließend gewalzt, um ein Band mit
einer Dicke von 100 μm
und einer Breite von 70 mm zu erzeugen.
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Danach
wurde, wie dies in 7 gezeigt ist, ein
Flussmittel auf eine Oberfläche
einer Kupferplatte 100 mit einer Dicke von 3 mm, einer
Breite von 50 mm und einer Länge
von 60 mm, wie dies in 7 gezeigt ist,
beschichtet und ein Band-Lötmittel 102 mit
einer Dicke von 100 μm,
eine Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm wurde anschließend auf der
beschichteten Kupferplatte 100 platziert. Danach wurde
ein mit Kupfer metallisiertes SiN-Substrat 101 mit einer
Dicke von 0,5 mm, einer Breite von 30 mm sowie einer Länge von
40 mm auf dem oberen Teil des Band-Lötmittels 102 platziert.
Die Zusammensetzung wurde in einer Stickstoffgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von
230 °C für 45 Sekunden
zum Rückfließen erhitzt.
Das Verbindungsprodukt, welches so erhalten wurde, wurde einem thermischen Zyklustest
unter Bedingungen von –25 °C bis 125 °C unterworfen.
Nach einem 2000-fachen thermischen Zyklustest wurde das Verbindungsprodukt
durch einen Ultraschall-Fehler-Inspektionstest
untersucht. Als Ergebnis wurden weder Risse noch eine Trennung ermittelt.
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<Beispiel 2>
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Ein
bleifreies Lötmittel,
das aus Zinn-0,5 Gew-% Kupfer-2-5
Gew-% Silber-4,0 Gew-% In-0,1 Gew-% Kobalt zusammengesetzt war,
wurde erschmolzen und die Schmelze wurde in einen Gussblock mit
einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 300 mm gegossen. Danach
wurde der Gussblock in ein Stangenmaterial mit einer Dicke von 10
mm und einer Breite von 70 mm extrudiert. Das Stangenmaterial wurde
anschließend
gewalzt, um ein Band mit einer Dicke von 100 μm und einer Breite von 70 mm
bereitzustellen.
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Danach
wurde, wie dies in 7 gezeigt ist, ein
Flussmittel auf einer Oberfläche
einer Kupferplatte 100 mit einer Dicke von 3 mm, einer
Breite von 50 mm und einer Länge
von 60 mm aufgebracht und ein Band-Lötmittel 102 mit einer
Dicke von 100 μm,
einer Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm wurde anschließend auf
der beschichteten Kupferplatte 100 platziert. Danach wurde
ein mit Kupfer metallisiertes SiN-Substrat 102 mit einer
Dicke von 0,5 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von
40 mm auf dem oberen Teil des Band-Lötmittels 101 platziert. Die
Zusammensetzung wurde in einer Stickstoffgas-Atmosphäre bei einer
Temperatur von 250 °C zum
Rückfließen erhitzt.
Das Verbindungsprodukt, das so erhalten wurde, wurde einem thermischen
Zyklustest unter Bedingungen von –25 °C bis 125 °C unterzogen. Nach einem 4000-fachen
thermischen Zyklustest wurde das Verbindungsprodukt durch einen
Ultraschall-Fehler-Inspektionstest untersucht. Als Ergebnis wurden
weder Risse noch Trennungen beobachtet.
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<Vergleichsbeispiel 1>
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Ein
bleifreies Lötmittel,
das aus Zinn-9,0 Gew-% Zink bestand, wurde erschmolzen und die Schmelze
wurde anschließend
in einen Gussblock mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von
300 mm gegossen. Der Gussblock wurde anschließend in eine Sektion mit einer
Dicke von 10 mm und einer Breite von 70 mm extrudiert. Als Ergebnis wurde
herausgefunden, dass eine Anzahl von Rissen in der Sektion in deren
Kantenteil in einer Richtung senkrecht zur Extrusionsrichtung auftragen.
Das extrudierte Material wurde gewalzt, um ein Band-Lötmittel
mit einer Dicke von 100 μm,
einer Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm herzustellen,
welche anschließend
geschnitten und als Probe verwendet wurde.
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Danach
wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ein Flussmittel auf
eine Oberfläche
einer Kupferplatte 100 mit einer Dicke von 3 mm, einer Breite
von 50 mm und einer Länge
von 60 mm aufgebracht und ein Band-Lötmittel 102 mit einer
Dicke von 100 μm,
einer Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm wurde anschließend auf
der beschichteten Kupferplatte 100 platziert. Danach wurde
ein kupfermetallisiertes SiN-Substrat 102 mit einer Dicke
von 0,5 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von 40 mm auf dem oberen
Teil des Band-Lötmittels 101 platziert.
Die Zusammensetzung wurde in einer Stickstoffgas-Atmosphäre bei einer
Temperatur von 230 °C
für 45
Sekunden zum Rückfließen erhitzt.
Das Verbindungsprodukt, das so erhalten wurde, wurde einem thermischen
Zyklustest unter Bedingungen von –25 °C bis 125 °C unterworfen. Nach einem 750-fachen
thermischen Zyklustest wurde das Verbindungsprodukt durch einen
Ultraschall-Fehler-Inspektionstest untersucht. Als Ergebnis wurde
eine Anzahl von Rissen an vier Ecken des Verbindungsprodukts beobachtet.