JP2001246493A - ハンダ材及びこれを用いたデバイス又は装置並びにその製造方法 - Google Patents
ハンダ材及びこれを用いたデバイス又は装置並びにその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 汎用性原料を用い安価且つ容易に高温ハンダ
付けに使用可能な無鉛ハンダ及びこれを用いて接合形成
したデバイスを提供する。 【解決手段】 ハンダ材は、錫と亜鉛との重量比が９
７：３〜７９：２１で、錫及び亜鉛の合計と銀との重量
比が８８：１２〜５０：５０、又は、錫と亜鉛との重量
比が７０：３０〜５：９５で、銀の割合が、銀、錫及び
亜鉛の合計量の１５重量％以下である錫−亜鉛−銀系ハ
ンダ材、あるいは、０．０１〜２重量％のゲルマニウム
及び／又はアルミニウムと残部錫とからなる錫ベースハ
ンダ材、あるいは鈴と亜鉛の重量比が８０：２０〜７
０：３０のハンダ材であり、これにより耐熱動作を必要
とするデバイスの電気接続を形成する。複数のハンダ付
け工程のうち先の工程を上記ハンダ材を用いてデバイス
製造を行う。
付けに使用可能な無鉛ハンダ及びこれを用いて接合形成
したデバイスを提供する。 【解決手段】 ハンダ材は、錫と亜鉛との重量比が９
７：３〜７９：２１で、錫及び亜鉛の合計と銀との重量
比が８８：１２〜５０：５０、又は、錫と亜鉛との重量
比が７０：３０〜５：９５で、銀の割合が、銀、錫及び
亜鉛の合計量の１５重量％以下である錫−亜鉛−銀系ハ
ンダ材、あるいは、０．０１〜２重量％のゲルマニウム
及び／又はアルミニウムと残部錫とからなる錫ベースハ
ンダ材、あるいは鈴と亜鉛の重量比が８０：２０〜７
０：３０のハンダ材であり、これにより耐熱動作を必要
とするデバイスの電気接続を形成する。複数のハンダ付
け工程のうち先の工程を上記ハンダ材を用いてデバイス
製造を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気、電子又は機
械部品を接合するための鉛を含有しないハンダ材及びこ
れを用いて接合したデバイス及びデバイスの製造方法に
関する。詳細には、昇温状態での使用耐性を必要とする
製品の製造において接合材として用いられる高温ハンダ
に適した、鉛を含有しない錫系のハンダ材及びこれを用
いて接合したデバイス及びデバイスの製造方法に関す
る。
械部品を接合するための鉛を含有しないハンダ材及びこ
れを用いて接合したデバイス及びデバイスの製造方法に
関する。詳細には、昇温状態での使用耐性を必要とする
製品の製造において接合材として用いられる高温ハンダ
に適した、鉛を含有しない錫系のハンダ材及びこれを用
いて接合したデバイス及びデバイスの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現代の産業において、ハンダ付けは電子
機器等の各種装置における接合、組立に幅広く使用され
ている。例えば、実装基板においては、半導体、マイク
ロプロセッサー、メモリー、抵抗などの電子部品を基板
に実装するための接合等に用いられている。
機器等の各種装置における接合、組立に幅広く使用され
ている。例えば、実装基板においては、半導体、マイク
ロプロセッサー、メモリー、抵抗などの電子部品を基板
に実装するための接合等に用いられている。
【０００３】一般的に用いられる従来のハンダは、錫と
鉛とによる共晶ハンダで、その理論共晶点が１８３℃で
あり、多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも
低い。このため、錫／鉛共晶ハンダは、基板等の接合に
用いられた時にプリント基板などを熱によって損傷しな
くて済むという特長を有している。従って、錫／鉛共晶
ハンダは、電子機器の製造における部品の接合、組立に
おいて重要な材料である。一方、パワートランジスタ等
の高電圧、高電流が負荷され大きな発熱を伴う半導体装
置では、接合の耐熱性を確保するために、Ｐｂ−５Ｓｎ
等の高温ハンダ材が使用される。
鉛とによる共晶ハンダで、その理論共晶点が１８３℃で
あり、多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも
低い。このため、錫／鉛共晶ハンダは、基板等の接合に
用いられた時にプリント基板などを熱によって損傷しな
くて済むという特長を有している。従って、錫／鉛共晶
ハンダは、電子機器の製造における部品の接合、組立に
おいて重要な材料である。一方、パワートランジスタ等
の高電圧、高電流が負荷され大きな発熱を伴う半導体装
置では、接合の耐熱性を確保するために、Ｐｂ−５Ｓｎ
等の高温ハンダ材が使用される。
【０００４】近年、廃棄物によって環境問題が生じるこ
とが危ぶまれており、ハンダ接合の分野においても、廃
棄された電子機器等から鉛イオンが土壌中へ溶出するこ
とが懸念されている。これを解決するために、鉛を含ま
ないハンダを用いた接合技術が必要とされている。
とが危ぶまれており、ハンダ接合の分野においても、廃
棄された電子機器等から鉛イオンが土壌中へ溶出するこ
とが懸念されている。これを解決するために、鉛を含ま
ないハンダを用いた接合技術が必要とされている。
【０００５】しかし、鉛を他の金属に代えたハンダや別
の金属の組合せによるハンダは、濡れ性、ハンダ付け温
度、材料強度、経済性等のハンダに必要とされる性質に
関して研究が不十分であるため、未だ汎用製品として多
量に用いられる程の普及に至っておらず、特定の用途に
限定した使用が期待される程度である。
の金属の組合せによるハンダは、濡れ性、ハンダ付け温
度、材料強度、経済性等のハンダに必要とされる性質に
関して研究が不十分であるため、未だ汎用製品として多
量に用いられる程の普及に至っておらず、特定の用途に
限定した使用が期待される程度である。
【０００６】このような中、本願発明者らは、廃棄物中
の鉛による環境問題を解決し、鉛を含有しない汎用性の
高い金属によるハンダ材による接合を可能とするため
に、接合条件等を適切に調整することによる錫−亜鉛ハ
ンダの使用を提案している（特開平８−２４３７８２号
公報）。錫−亜鉛共晶組成物は、融点が低いので、錫−
亜鉛ハンダが本来有する濡れ性を引出しさえすれば、従
来の錫−鉛ハンダと同様に低温ハンダとして広く使用す
ることが可能である。これにより、低融点ハンダの領域
での無鉛化は実現可能と考えられる。
の鉛による環境問題を解決し、鉛を含有しない汎用性の
高い金属によるハンダ材による接合を可能とするため
に、接合条件等を適切に調整することによる錫−亜鉛ハ
ンダの使用を提案している（特開平８−２４３７８２号
公報）。錫−亜鉛共晶組成物は、融点が低いので、錫−
亜鉛ハンダが本来有する濡れ性を引出しさえすれば、従
来の錫−鉛ハンダと同様に低温ハンダとして広く使用す
ることが可能である。これにより、低融点ハンダの領域
での無鉛化は実現可能と考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高温域でハン
ダ付けされる高温ハンダの実用化の問題が残されてい
る。
ダ付けされる高温ハンダの実用化の問題が残されてい
る。
【０００８】従来の高温ハンダであるＰｂ−５Ｓｎハン
ダの代用となる無鉛の高温ハンダとして、特開平１−１
７２３５２号公報ではＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系ハンダが提案
されている。しかし、この材料は加工性に難があり、酸
化し易い元素系で構成されているために濡れ性が悪い。
従って、実用には適していない。
ダの代用となる無鉛の高温ハンダとして、特開平１−１
７２３５２号公報ではＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系ハンダが提案
されている。しかし、この材料は加工性に難があり、酸
化し易い元素系で構成されているために濡れ性が悪い。
従って、実用には適していない。
【０００９】又、Ｓｎ−Ｃｕ系ハンダの実用化も試みら
れているが、このハンダにおいては錫と銅との金属間化
合物からなるη相が生じるため、銅製の部品との接合が
脆くなり強度が劣化するという問題がある。
れているが、このハンダにおいては錫と銅との金属間化
合物からなるη相が生じるため、銅製の部品との接合が
脆くなり強度が劣化するという問題がある。
【００１０】本発明は、汎用性の高い原料を用い安価で
高温域でのハンダ付けに容易に使用可能な無鉛の高温ハ
ンダを提供することである。
高温域でのハンダ付けに容易に使用可能な無鉛の高温ハ
ンダを提供することである。
【００１１】又、本発明は、汎用性の高い原料を用いた
無鉛高温ハンダを用いて接合形成及び／又は組立が行な
われる耐熱性を有するデバイス、組立体又は装置を提供
することである。
無鉛高温ハンダを用いて接合形成及び／又は組立が行な
われる耐熱性を有するデバイス、組立体又は装置を提供
することである。
【００１２】又、汎用性の高い原料を用いた無鉛高温ハ
ンダを用いて接合形成及び／又は組立を行なうデバイ
ス、組立体又は装置の製造方法を提供することである。
ンダを用いて接合形成及び／又は組立を行なうデバイ
ス、組立体又は装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
錫−亜鉛ハンダを基礎として、鉛を含有しない汎用性の
高い金属を用いたハンダ付けについて鋭意研究を重ねた
結果、錫をベースとして、亜鉛及び銀を含有する組成
物、又は、ゲルマニウムあるいはアルミニウムを含有す
る組成物が、高温ハンダとして好適に使用可能であるこ
とを見出し、本発明のハンダ材及び装置を完成するに至
った。
錫−亜鉛ハンダを基礎として、鉛を含有しない汎用性の
高い金属を用いたハンダ付けについて鋭意研究を重ねた
結果、錫をベースとして、亜鉛及び銀を含有する組成
物、又は、ゲルマニウムあるいはアルミニウムを含有す
る組成物が、高温ハンダとして好適に使用可能であるこ
とを見出し、本発明のハンダ材及び装置を完成するに至
った。
【００１４】本発明の一態様によれば、ハンダ材は、
錫、亜鉛及び銀を含有するハンダ材であって、錫と亜鉛
との重量比が９７：３〜７９：２１であり、錫及び亜鉛
の合計と銀との重量比が８８：１２〜５０：５０である
ことを要旨とする。
錫、亜鉛及び銀を含有するハンダ材であって、錫と亜鉛
との重量比が９７：３〜７９：２１であり、錫及び亜鉛
の合計と銀との重量比が８８：１２〜５０：５０である
ことを要旨とする。
【００１５】本発明の他の態様によれば、ハンダ材は、
錫、亜鉛及び銀を含有するハンダ材であって、錫と亜鉛
との重量比が７０：３０〜５：９５であり、銀の割合
は、錫、亜鉛及び銀の合計量の１５重量％以下であるこ
とを要旨とする。
錫、亜鉛及び銀を含有するハンダ材であって、錫と亜鉛
との重量比が７０：３０〜５：９５であり、銀の割合
は、錫、亜鉛及び銀の合計量の１５重量％以下であるこ
とを要旨とする。
【００１６】本発明の更に他の態様によれば、ハンダ材
は、錫及び亜鉛を含有するハンダ材であって、錫と亜鉛
との重量比が８０：２０〜７０：３０であることを要旨
とする。
は、錫及び亜鉛を含有するハンダ材であって、錫と亜鉛
との重量比が８０：２０〜７０：３０であることを要旨
とする。
【００１７】本発明の更に他の態様によれば、ハンダ材
は、ゲルマニウム及びアルミニウムからなる群より選択
される金属元素０．０１〜２重量％と残部錫（但し、不
可避量の不純物を含み得る）とからなることを要旨とす
る。
は、ゲルマニウム及びアルミニウムからなる群より選択
される金属元素０．０１〜２重量％と残部錫（但し、不
可避量の不純物を含み得る）とからなることを要旨とす
る。
【００１８】又、本発明の一態様によれば、デバイス
は、上記のいずれかのハンダ材を用いて接合される部品
を有することを要旨とする。
は、上記のいずれかのハンダ材を用いて接合される部品
を有することを要旨とする。
【００１９】上記デバイスは、電子管、外部接続用電
極、トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯ、整流器及びバ
リアブルコンデンサからなる群より選択されるパワーエ
レクトロニクスデバイスを含む。
極、トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯ、整流器及びバ
リアブルコンデンサからなる群より選択されるパワーエ
レクトロニクスデバイスを含む。
【００２０】更に、本発明の一態様によれば、デバイス
の製造方法は、第１のハンダ接合工程と、該第１のハン
ダ接合工程より後に行われる第２のハンダ接合工程とを
有し、該第１のハンダ接合工程のハンダ付け温度は該第
２のハンダ接合工程のハンダ付け温度より高く、該第１
のハンダ接合工程を上記のいずれかに記載のハンダ材を
用いて行うことを要旨とする。
の製造方法は、第１のハンダ接合工程と、該第１のハン
ダ接合工程より後に行われる第２のハンダ接合工程とを
有し、該第１のハンダ接合工程のハンダ付け温度は該第
２のハンダ接合工程のハンダ付け温度より高く、該第１
のハンダ接合工程を上記のいずれかに記載のハンダ材を
用いて行うことを要旨とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】パワートランジスタ等のようなパ
ワー半導体素子は、高電圧、高電流の負荷により大きな
発熱を生じる。このため、パワー半導体素子を含んだデ
バイス・装置の作動・停止によって昇温・降温が繰り返
され、材料の線膨張率の違いによって熱応力が発生して
デバイス・装置中の部品接合部に歪を生じる。昇温が激
しい場合には接合部を構成するハンダ材が溶融する。歪
や溶融によりクラック、破断等の物理的損傷ができると
デバイスの性能が変化する。従って、熱疲労の影響は重
大である。このため、このような種類のデバイスの接合
部には、温度変化を伴う使用に対する耐性を有する高温
ハンダ材を用いる必要がある。又、温度上昇を伴う電気
機器においても同様に高温ハンダ材が用いられる。
ワー半導体素子は、高電圧、高電流の負荷により大きな
発熱を生じる。このため、パワー半導体素子を含んだデ
バイス・装置の作動・停止によって昇温・降温が繰り返
され、材料の線膨張率の違いによって熱応力が発生して
デバイス・装置中の部品接合部に歪を生じる。昇温が激
しい場合には接合部を構成するハンダ材が溶融する。歪
や溶融によりクラック、破断等の物理的損傷ができると
デバイスの性能が変化する。従って、熱疲労の影響は重
大である。このため、このような種類のデバイスの接合
部には、温度変化を伴う使用に対する耐性を有する高温
ハンダ材を用いる必要がある。又、温度上昇を伴う電気
機器においても同様に高温ハンダ材が用いられる。
【００２２】種々の金属材料について研究を重ねた結
果、本願発明者らは、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｇ系ハンダ材、Ｓ
ｎ−Ｚｎ［２０〜３０wt％Ｚｎ］系ハンダ材及びＳｎ−
（Ｇｅ及び／又はＡｌ）系ハンダ材が高温ハンダとして
有用であることを見出した。以下、これらのハンダ材に
ついて説明する。
果、本願発明者らは、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｇ系ハンダ材、Ｓ
ｎ−Ｚｎ［２０〜３０wt％Ｚｎ］系ハンダ材及びＳｎ−
（Ｇｅ及び／又はＡｌ）系ハンダ材が高温ハンダとして
有用であることを見出した。以下、これらのハンダ材に
ついて説明する。
【００２３】（１）Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｇ系ハンダ材 錫−亜鉛共晶組成物は、融点が錫及び亜鉛よりかなり低
く、更に溶融状態での表面張力も錫及び亜鉛より小さ
い。従って、ハンダ材として使用したときに低い温度で
のハンダ付けが可能であって且つ濡れ性も本質的には高
い。亜鉛を含有するハンダ材の濡れ性の低下は酸素の存
在によって起こるものであって、酸素がなければきわめ
て良好な濡れ性を有するハンダ材であり、接合後の強度
も優れている。また、従来のハンダ材である錫−鉛合金
に比べて、錫−亜鉛合金は、導電性がよく通電による発
熱が少ないため、導電接合のエネルギー消費や熱対策の
点でも有利である。従って、このような利点を活かして
錫−亜鉛合金をハンダ付け温度が約２５０〜４００℃の
高温ハンダに適用することは非常に好ましい。これは、
錫−亜鉛組成に銀を添加することによって実現される。
く、更に溶融状態での表面張力も錫及び亜鉛より小さ
い。従って、ハンダ材として使用したときに低い温度で
のハンダ付けが可能であって且つ濡れ性も本質的には高
い。亜鉛を含有するハンダ材の濡れ性の低下は酸素の存
在によって起こるものであって、酸素がなければきわめ
て良好な濡れ性を有するハンダ材であり、接合後の強度
も優れている。また、従来のハンダ材である錫−鉛合金
に比べて、錫−亜鉛合金は、導電性がよく通電による発
熱が少ないため、導電接合のエネルギー消費や熱対策の
点でも有利である。従って、このような利点を活かして
錫−亜鉛合金をハンダ付け温度が約２５０〜４００℃の
高温ハンダに適用することは非常に好ましい。これは、
錫−亜鉛組成に銀を添加することによって実現される。
【００２４】錫−亜鉛組成物に銀を添加して得られる高
温ハンダに適した組成物には、２つのタイプがある。
温ハンダに適した組成物には、２つのタイプがある。
【００２５】第１のタイプは、錫−亜鉛共晶組成物又は
共晶組成に近い組成物に所定量の銀を添加するものであ
る。具体的には、錫と亜鉛との重量比が９７：３〜７
９：２１で、錫及び亜鉛の合計と銀との重量比が８８：
１２〜５０：５０となるように配合される。この錫−亜
鉛−銀ハンダ材は、溶融時の表面張力が小さく、良好な
濡れ性を示し、銀の添加による液相線温度の上昇によっ
て高温ハンダとしての使用に適応する。つまり、錫−亜
鉛ハンダが本来有する濡れ性を活かしたものである。し
かも、溶融亜鉛の表面張力は高温になるに従って溶融銀
より小さくなり、錫−亜鉛−銀系組成は、錫−銀系組成
に比べて高温における濡れ性が良い。亜鉛の割合が上記
範囲外であると、溶融ハンダ材の表面張力が増加し、濡
れ性が低下する。従って、亜鉛の割合は、共晶組成付
近、つまり、錫と亜鉛との割合が重量比で９７：３〜７
９：２１、好ましくは９３：７〜８７：１３とする。
又、錫及び亜鉛の合計重量と銀とが８８：１２の割合よ
り銀が少なくなると、固相線温度が低下し高温ハンダと
しての使用が難しくなり、５０：５０より銀の割合が多
くなると、液相線温度が上昇してハンダ付け温度で十分
に溶融し難くなる。
共晶組成に近い組成物に所定量の銀を添加するものであ
る。具体的には、錫と亜鉛との重量比が９７：３〜７
９：２１で、錫及び亜鉛の合計と銀との重量比が８８：
１２〜５０：５０となるように配合される。この錫−亜
鉛−銀ハンダ材は、溶融時の表面張力が小さく、良好な
濡れ性を示し、銀の添加による液相線温度の上昇によっ
て高温ハンダとしての使用に適応する。つまり、錫−亜
鉛ハンダが本来有する濡れ性を活かしたものである。し
かも、溶融亜鉛の表面張力は高温になるに従って溶融銀
より小さくなり、錫−亜鉛−銀系組成は、錫−銀系組成
に比べて高温における濡れ性が良い。亜鉛の割合が上記
範囲外であると、溶融ハンダ材の表面張力が増加し、濡
れ性が低下する。従って、亜鉛の割合は、共晶組成付
近、つまり、錫と亜鉛との割合が重量比で９７：３〜７
９：２１、好ましくは９３：７〜８７：１３とする。
又、錫及び亜鉛の合計重量と銀とが８８：１２の割合よ
り銀が少なくなると、固相線温度が低下し高温ハンダと
しての使用が難しくなり、５０：５０より銀の割合が多
くなると、液相線温度が上昇してハンダ付け温度で十分
に溶融し難くなる。
【００２６】第２のタイプは、錫−亜鉛共晶組成より亜
鉛を多く含む組成物に所定量の銀を添加するものであ
る。具体的には、錫と亜鉛との重量比が７０：３０〜
５：９５であり、錫及び亜鉛の合計と銀との重量比が１
００：０〜８５：１５であるように配合される。この錫
−亜鉛−銀ハンダ材は、銀−亜鉛化合物によってハンダ
材の組織が緻密化し、亜鉛の割合が多いことによる固相
線温度の上昇によって高温ハンダとしての使用に適応す
る。錫と亜鉛との割合が７０：３０より亜鉛が少なくな
ると、固相線温度が低下し高温ハンダとしての使用が難
しくなる。又、錫と亜鉛との割合が５：９５より亜鉛が
多くなると、液相線温度が上昇してハンダ付け温度で十
分に溶融し難くなる。この錫−亜鉛−銀ハンダ材におい
ては、銀の添加により銀−亜鉛化合物が生成してハンダ
の組織が緻密化されて機械強度が向上するが、銀の割合
が増加するに従って高温ハンダのハンダ付け温度領域に
おける濡れ性が低下し、得られるハンダ接合の接合強度
が低くなる。従って、錫及び亜鉛の合計と銀との割合は
８５：１５より銀が多くならないように、好ましくは９
０：１０より銀が多くならないように設定される。
鉛を多く含む組成物に所定量の銀を添加するものであ
る。具体的には、錫と亜鉛との重量比が７０：３０〜
５：９５であり、錫及び亜鉛の合計と銀との重量比が１
００：０〜８５：１５であるように配合される。この錫
−亜鉛−銀ハンダ材は、銀−亜鉛化合物によってハンダ
材の組織が緻密化し、亜鉛の割合が多いことによる固相
線温度の上昇によって高温ハンダとしての使用に適応す
る。錫と亜鉛との割合が７０：３０より亜鉛が少なくな
ると、固相線温度が低下し高温ハンダとしての使用が難
しくなる。又、錫と亜鉛との割合が５：９５より亜鉛が
多くなると、液相線温度が上昇してハンダ付け温度で十
分に溶融し難くなる。この錫−亜鉛−銀ハンダ材におい
ては、銀の添加により銀−亜鉛化合物が生成してハンダ
の組織が緻密化されて機械強度が向上するが、銀の割合
が増加するに従って高温ハンダのハンダ付け温度領域に
おける濡れ性が低下し、得られるハンダ接合の接合強度
が低くなる。従って、錫及び亜鉛の合計と銀との割合は
８５：１５より銀が多くならないように、好ましくは９
０：１０より銀が多くならないように設定される。
【００２７】亜鉛を含有するハンダ材が酸化すると、溶
融温度が急激に上昇し濡れ性や強度等も極端に低下する
ので、ハンダ材の調製、特に溶融・混合工程は、得られ
るハンダ材の含有酸素量が１００ppm （重量比）以下と
なるように窒素やアルゴンなどの非酸化雰囲気を用いて
酸化を防止しながら行うことが好ましい。又、原料とし
て用いる錫、亜鉛又は銀に含まれる酸素を減少させるに
は、これらの溶融原料に、融点が低く酸素と反応し易い
リンやマグネシウム等を脱酸素剤として添加する方法が
ある。これにより、脱酸素剤と溶融原料中の酸素が化合
してスラグとして溶融原料表面に浮遊し、容易に除去す
ることができる。脱酸素剤の使用量は原料の０．０１〜
０．１重量％程度が好ましい。このような方法で脱酸素
した原料を用いると、含有酸素量が３０ppm 以下に減少
した固形ハンダを調製することができる。
融温度が急激に上昇し濡れ性や強度等も極端に低下する
ので、ハンダ材の調製、特に溶融・混合工程は、得られ
るハンダ材の含有酸素量が１００ppm （重量比）以下と
なるように窒素やアルゴンなどの非酸化雰囲気を用いて
酸化を防止しながら行うことが好ましい。又、原料とし
て用いる錫、亜鉛又は銀に含まれる酸素を減少させるに
は、これらの溶融原料に、融点が低く酸素と反応し易い
リンやマグネシウム等を脱酸素剤として添加する方法が
ある。これにより、脱酸素剤と溶融原料中の酸素が化合
してスラグとして溶融原料表面に浮遊し、容易に除去す
ることができる。脱酸素剤の使用量は原料の０．０１〜
０．１重量％程度が好ましい。このような方法で脱酸素
した原料を用いると、含有酸素量が３０ppm 以下に減少
した固形ハンダを調製することができる。
【００２８】調製したハンダ材は、必要に応じ、通常の
処方に従って線ハンダやハンダ粉末に加工して使用する
ことができる。ハンダ粉末をフラックスと混合すること
によりソルダーペーストが調製される。フラックスは、
化学的作用及び物理的作用を効率よく発現させるべく必
要に応じて種々の物質を配合して調製する。
処方に従って線ハンダやハンダ粉末に加工して使用する
ことができる。ハンダ粉末をフラックスと混合すること
によりソルダーペーストが調製される。フラックスは、
化学的作用及び物理的作用を効率よく発現させるべく必
要に応じて種々の物質を配合して調製する。
【００２９】上述に従って調製したハンダ材、特に第２
のタイプのハンダ材を用いると、ハンダ付けする部材を
フラックスを使用することなく良好にハンダ付けするこ
とも可能である。これは特に、母材表面の酸化膜形成な
どによる酸素量が少ないときに特に容易であり、又、銀
の添加量が少ない第２のタイプのハンダ材を用いた場合
に最も有効である。この理由は、ハンダ材中の亜鉛がハ
ンダ材の溶融時、特に高温において、接合界面で部材表
面の酸素と反応して部材表面を活性化することによると
考えられる。ハンダ付け方法としては、例えば、ハンダ
材を部材表面上で加熱溶融する方法や、ディップ方式に
従って加熱溶融したハンダ材に部材を浸漬する方法等を
用いることができる。母材表面が例えば金のような酸化
し難い材料である時は、そのまま錫−亜鉛−銀ハンダ材
をハンダ付けでき、母材表面が例えば銅等の酸化膜が生
じ易い材料による場合は、水素；メタノール蒸気、エタ
ノール蒸気、プロパノール蒸気等のアルコール蒸気、蟻
酸、酢酸等の酸蒸気、アンモニアや水素等の還元性ガス
などを用いた還元処理によって部材表面の酸素量を低下
させれば、容易にハンダ付けできる。又、超音波などの
振動エネルギーを用いて部材の表面状態を改善してもよ
い。ハンダ付けは、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化
雰囲気中または酸素濃度が１０００ppm 以下の低酸素雰
囲気中で行う。
のタイプのハンダ材を用いると、ハンダ付けする部材を
フラックスを使用することなく良好にハンダ付けするこ
とも可能である。これは特に、母材表面の酸化膜形成な
どによる酸素量が少ないときに特に容易であり、又、銀
の添加量が少ない第２のタイプのハンダ材を用いた場合
に最も有効である。この理由は、ハンダ材中の亜鉛がハ
ンダ材の溶融時、特に高温において、接合界面で部材表
面の酸素と反応して部材表面を活性化することによると
考えられる。ハンダ付け方法としては、例えば、ハンダ
材を部材表面上で加熱溶融する方法や、ディップ方式に
従って加熱溶融したハンダ材に部材を浸漬する方法等を
用いることができる。母材表面が例えば金のような酸化
し難い材料である時は、そのまま錫−亜鉛−銀ハンダ材
をハンダ付けでき、母材表面が例えば銅等の酸化膜が生
じ易い材料による場合は、水素；メタノール蒸気、エタ
ノール蒸気、プロパノール蒸気等のアルコール蒸気、蟻
酸、酢酸等の酸蒸気、アンモニアや水素等の還元性ガス
などを用いた還元処理によって部材表面の酸素量を低下
させれば、容易にハンダ付けできる。又、超音波などの
振動エネルギーを用いて部材の表面状態を改善してもよ
い。ハンダ付けは、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化
雰囲気中または酸素濃度が１０００ppm 以下の低酸素雰
囲気中で行う。
【００３０】上述ハンダ材を用いて調製したソルダーペ
ーストを用いてハンダ付けを行う場合は、常法に従っ
て、ハンダ付けする部材上にスクリーン印刷方式等の技
術を用いて塗布した後に、接合する部分を対向接触させ
てリフローを行えばよい。リフローは大気雰囲気中で行
うことも可能であるが、非酸化性雰囲気で行うのが望ま
しい。
ーストを用いてハンダ付けを行う場合は、常法に従っ
て、ハンダ付けする部材上にスクリーン印刷方式等の技
術を用いて塗布した後に、接合する部分を対向接触させ
てリフローを行えばよい。リフローは大気雰囲気中で行
うことも可能であるが、非酸化性雰囲気で行うのが望ま
しい。
【００３１】ソルダーペーストを調製する場合、その保
存性を向上させるために、ベリリウム、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ガ
リウム、インジウム、タリウム、燐、アンチモン、ビス
マス、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム等の亜鉛より
蒸気圧の高い固体成分をハンダ材に少量添加してもよ
い。配合量はハンダ材全量の１重量％以下、好ましくは
０．５重量％以下とするのがよい。又、接合後の錫−亜
鉛−銀ハンダの経時変化を抑制するために、スカンジウ
ム、イットリウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、
クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、ホウ素、ア
ルミニウム又は珪素をハンダ材全量の１重量％以下、好
ましくは０．５重量％以下添加してもよい。
存性を向上させるために、ベリリウム、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ガ
リウム、インジウム、タリウム、燐、アンチモン、ビス
マス、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム等の亜鉛より
蒸気圧の高い固体成分をハンダ材に少量添加してもよ
い。配合量はハンダ材全量の１重量％以下、好ましくは
０．５重量％以下とするのがよい。又、接合後の錫−亜
鉛−銀ハンダの経時変化を抑制するために、スカンジウ
ム、イットリウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、
クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、ホウ素、ア
ルミニウム又は珪素をハンダ材全量の１重量％以下、好
ましくは０．５重量％以下添加してもよい。
【００３２】（２）Ｓｎ−Ｚｎハンダ材 錫と亜鉛との重量比が８０：２０〜７０：３０の錫−亜
鉛ハンダ材は、その線膨張係数が、錫単体、亜鉛単体及
び現行の鉛含有ハンダ材（９５Ｐｂ−３．５Ｓｎ−１．
５Ａｇ）よりも小さく、銅の線膨張係数（１．６２×１
０−５［／Ｋ］）に近い。従って、ハンダ付けする部分
が銅製のデバイスや装置にこのタイプのＳｎ−Ｚｎハン
ダ材を用いると、昇温・降温の繰り返しによって発生す
る熱応力が軽減され、クラックの発生も抑制できる。銅
は、半導体デバイスの基板電極や部品のリードに用いら
れるので、この錫−亜鉛ハンダ材はパワー半導体素子を
含んだデバイス及び装置の接合材料として特に有用であ
る。又、銅以外の線膨張係数が小さい金属、例えば、
鉄、ニッケル等で形成された部材の接合に用いた場合に
も同様に有用である。
鉛ハンダ材は、その線膨張係数が、錫単体、亜鉛単体及
び現行の鉛含有ハンダ材（９５Ｐｂ−３．５Ｓｎ−１．
５Ａｇ）よりも小さく、銅の線膨張係数（１．６２×１
０−５［／Ｋ］）に近い。従って、ハンダ付けする部分
が銅製のデバイスや装置にこのタイプのＳｎ−Ｚｎハン
ダ材を用いると、昇温・降温の繰り返しによって発生す
る熱応力が軽減され、クラックの発生も抑制できる。銅
は、半導体デバイスの基板電極や部品のリードに用いら
れるので、この錫−亜鉛ハンダ材はパワー半導体素子を
含んだデバイス及び装置の接合材料として特に有用であ
る。又、銅以外の線膨張係数が小さい金属、例えば、
鉄、ニッケル等で形成された部材の接合に用いた場合に
も同様に有用である。
【００３３】近年特に微細化が進められている電子部品
の組立・実装においては、熱応力による歪を少なくする
ことが重要であり、線膨張係数が適正な範囲にあるハン
ダ材の選択は、製造する電子製品に耐熱性を付与する上
で有効である。銅製の接合部材のハンダ付けでは、線膨
張係数が銅の値の約１．４倍（２．２５×１０−５［／
Ｋ］以内であることが好ましく、亜鉛と錫との重量比が
８０：２０〜７０：３０の錫−亜鉛ハンダ材はこれを満
足する。亜鉛と錫との重量比が７５：２５のハンダ材の
線膨張係数が最も銅に近い。
の組立・実装においては、熱応力による歪を少なくする
ことが重要であり、線膨張係数が適正な範囲にあるハン
ダ材の選択は、製造する電子製品に耐熱性を付与する上
で有効である。銅製の接合部材のハンダ付けでは、線膨
張係数が銅の値の約１．４倍（２．２５×１０−５［／
Ｋ］以内であることが好ましく、亜鉛と錫との重量比が
８０：２０〜７０：３０の錫−亜鉛ハンダ材はこれを満
足する。亜鉛と錫との重量比が７５：２５のハンダ材の
線膨張係数が最も銅に近い。
【００３４】Ｓｎ−Ｚｎ系ハンダ材は、構成金属成分の
単味金属を加熱し溶融混合することによって調製でき、
溶融方法は特に限定されないが、雰囲気の制御が可能な
電気炉やアーク溶融法等を用いるのが好ましい。溶融金
属の酸化を防止するために、非酸化性雰囲気、例えば、
窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気を用いるのが望ま
しく、その純度は９９．９％以上であると好ましい。雰
囲気を非酸化性雰囲気に置換する際には、予め、５×１
０−３Ｐａ以下、より好ましくは１×１０−５Ｐａ以下
の真空度に減圧して大気を除去するとよい。また、必要
に応じて、前述のＳｎ−Ｚｎ−Ａｇ系ハンダ材の調製で
述べた脱酸素剤を用いて原料金属又は調製したハンダ材
の脱酸素を行っても良い。
単味金属を加熱し溶融混合することによって調製でき、
溶融方法は特に限定されないが、雰囲気の制御が可能な
電気炉やアーク溶融法等を用いるのが好ましい。溶融金
属の酸化を防止するために、非酸化性雰囲気、例えば、
窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気を用いるのが望ま
しく、その純度は９９．９％以上であると好ましい。雰
囲気を非酸化性雰囲気に置換する際には、予め、５×１
０−３Ｐａ以下、より好ましくは１×１０−５Ｐａ以下
の真空度に減圧して大気を除去するとよい。また、必要
に応じて、前述のＳｎ−Ｚｎ−Ａｇ系ハンダ材の調製で
述べた脱酸素剤を用いて原料金属又は調製したハンダ材
の脱酸素を行っても良い。
【００３５】調製したハンダ材は、必要に応じて、通常
の処方に従って線ハンダやハンダ粉末に加工して使用す
ることができる。ハンダ粉末をフラックスと混合するこ
とによりソルダーペーストが調製される。フラックス
は、化学的作用及び機械的作用を効率よく発現させるべ
く必要に応じて種々の物質を配合して調製する。
の処方に従って線ハンダやハンダ粉末に加工して使用す
ることができる。ハンダ粉末をフラックスと混合するこ
とによりソルダーペーストが調製される。フラックス
は、化学的作用及び機械的作用を効率よく発現させるべ
く必要に応じて種々の物質を配合して調製する。
【００３６】ソルダーペーストを調製する場合、その保
存性を向上させるために、ベリリウム、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ガ
リウム、インジウム、タリウム、燐、アンチモン、ビス
マス、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム等の亜鉛より
蒸気圧の高い固体成分をハンダ材に少量添加してもよ
い。配合量はハンダ材全量の１重量％以下、好ましくは
０．５重量％以下とするのがよい。又、接合後の錫−亜
鉛ハンダの経時変化を抑制するために、スカンジウム、
イットリウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、クロ
ム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、ホウ素、アルミ
ニウム又は珪素をハンダ材全量の１重量％以下、好まし
くは０．５重量％以下添加してもよい。
存性を向上させるために、ベリリウム、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ガ
リウム、インジウム、タリウム、燐、アンチモン、ビス
マス、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム等の亜鉛より
蒸気圧の高い固体成分をハンダ材に少量添加してもよ
い。配合量はハンダ材全量の１重量％以下、好ましくは
０．５重量％以下とするのがよい。又、接合後の錫−亜
鉛ハンダの経時変化を抑制するために、スカンジウム、
イットリウム、ランタン、チタン、ジルコニウム、クロ
ム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、ホウ素、アルミ
ニウム又は珪素をハンダ材全量の１重量％以下、好まし
くは０．５重量％以下添加してもよい。
【００３７】ハンダ付け方法は、例えば、ハンダ材を部
材表面上で加熱溶融する方法や方法ディップ方式等を用
いることができ、酸化膜が生じ易い材料による母材の場
合は、還元性ガスなどを用いて部材表面の酸素量を低下
させる。超音波などを用いてもよい。ハンダ付けを行う
雰囲気は、大気でも良いが、窒素ガス、アルゴンガス等
の非酸化雰囲気中または酸素濃度が１０００ppm 以下の
低酸素雰囲気であれば更に好ましい。
材表面上で加熱溶融する方法や方法ディップ方式等を用
いることができ、酸化膜が生じ易い材料による母材の場
合は、還元性ガスなどを用いて部材表面の酸素量を低下
させる。超音波などを用いてもよい。ハンダ付けを行う
雰囲気は、大気でも良いが、窒素ガス、アルゴンガス等
の非酸化雰囲気中または酸素濃度が１０００ppm 以下の
低酸素雰囲気であれば更に好ましい。
【００３８】ソルダーペーストの形態でハンダ付けを行
う場合は、常法に従って、スクリーン印刷方式等の技術
を用いてペーストを塗布した後にリフロー等によって接
合する。リフローは大気雰囲気中で行うことも可能であ
るが、非酸化性雰囲気で行うのが望ましい。
う場合は、常法に従って、スクリーン印刷方式等の技術
を用いてペーストを塗布した後にリフロー等によって接
合する。リフローは大気雰囲気中で行うことも可能であ
るが、非酸化性雰囲気で行うのが望ましい。
【００３９】（３）Ｓｎ−（Ｇｅ及び／又はＡｌ）系ハ
ンダ材 このハンダ材は、ゲルマニウム及びアルミニウムのうち
少なくとも１種を錫に配合した錫ベース合金であり、そ
の組成割合は、重量百分率で（Ｇｅ，Ａｌ）：Ｓｎ＝
Ｘ：（１００−Ｘ）となり、Ｘは０．０１重量％以上、
２重量％以下である。ゲルマニウム及び／又はアルミニ
ウムと錫とを上記の成分比で非酸化性雰囲気中で溶解混
合することによりハンダ材が得られ、精製原料に伴う不
可避不純物の存在は許容される。
ンダ材 このハンダ材は、ゲルマニウム及びアルミニウムのうち
少なくとも１種を錫に配合した錫ベース合金であり、そ
の組成割合は、重量百分率で（Ｇｅ，Ａｌ）：Ｓｎ＝
Ｘ：（１００−Ｘ）となり、Ｘは０．０１重量％以上、
２重量％以下である。ゲルマニウム及び／又はアルミニ
ウムと錫とを上記の成分比で非酸化性雰囲気中で溶解混
合することによりハンダ材が得られ、精製原料に伴う不
可避不純物の存在は許容される。
【００４０】錫にゲルマニウム又はアルミニウムを添加
することによる効果は、含有量がゲルマニウム、アルミ
ニウム及び錫の合計量の約０．０１重量％以上において
認識でき、０．０１〜２重量％配合すると固相線温度が
２３０℃前後（ゲルマニウムの場合は２３１℃、アルミ
ニウムの場合は２２８℃）のハンダ材が得られる。ゲル
マニウム及びアルミニウムを両方用いても良く、この場
合は、含有量の合計が０．０１〜２重量％、好ましくは
０．０５〜２重量％となるように調整する。但し、固相
線温度が必要以上に下がるのを防止するためにはゲルマ
ニウム又はアルミニウムの単独での使用が望ましい。ゲ
ルマニウム及び／又はアルミニウムの含有量が２重量％
を超えると、固相線温度が２２５℃より低くなり高温ハ
ンダとして使用できず、また、ハンダ材が酸化し易くな
る。アルミニウムを含有する錫合金は、アルミニウム製
の部材に対して良好の濡れ性を示し、強固な接合を形成
する。
することによる効果は、含有量がゲルマニウム、アルミ
ニウム及び錫の合計量の約０．０１重量％以上において
認識でき、０．０１〜２重量％配合すると固相線温度が
２３０℃前後（ゲルマニウムの場合は２３１℃、アルミ
ニウムの場合は２２８℃）のハンダ材が得られる。ゲル
マニウム及びアルミニウムを両方用いても良く、この場
合は、含有量の合計が０．０１〜２重量％、好ましくは
０．０５〜２重量％となるように調整する。但し、固相
線温度が必要以上に下がるのを防止するためにはゲルマ
ニウム又はアルミニウムの単独での使用が望ましい。ゲ
ルマニウム及び／又はアルミニウムの含有量が２重量％
を超えると、固相線温度が２２５℃より低くなり高温ハ
ンダとして使用できず、また、ハンダ材が酸化し易くな
る。アルミニウムを含有する錫合金は、アルミニウム製
の部材に対して良好の濡れ性を示し、強固な接合を形成
する。
【００４１】Ｓｎ−（Ｇｅ及び／又はＡｌ）系ハンダ材
は、構成金属成分の単味金属を加熱し溶融混合すること
によって調製でき、溶融方法は特に限定されないが、雰
囲気の制御が可能な電気炉やアーク溶融法等を用いるの
が好ましい。溶融金属の酸化を防止するために、非酸化
性雰囲気、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲
気を用いるのが望ましく、その純度は９９．９％以上で
あると好ましい。雰囲気を非酸化性雰囲気に置換する際
には、予め、５×１０−３Ｐａ以下、より好ましくは１
×１０−５Ｐａ以下の真空度に減圧して大気を除去する
とよい。また、必要に応じて、前述のＳｎ−Ｚｎ−Ａｇ
系ハンダ材の調製で述べた脱酸素剤を用いて原料金属又
は調製したハンダ材の脱酸素を行っても良い。
は、構成金属成分の単味金属を加熱し溶融混合すること
によって調製でき、溶融方法は特に限定されないが、雰
囲気の制御が可能な電気炉やアーク溶融法等を用いるの
が好ましい。溶融金属の酸化を防止するために、非酸化
性雰囲気、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲
気を用いるのが望ましく、その純度は９９．９％以上で
あると好ましい。雰囲気を非酸化性雰囲気に置換する際
には、予め、５×１０−３Ｐａ以下、より好ましくは１
×１０−５Ｐａ以下の真空度に減圧して大気を除去する
とよい。また、必要に応じて、前述のＳｎ−Ｚｎ−Ａｇ
系ハンダ材の調製で述べた脱酸素剤を用いて原料金属又
は調製したハンダ材の脱酸素を行っても良い。
【００４２】調製したハンダ材は、必要に応じて、通常
の処方に従って線ハンダやハンダ粉末に加工して使用す
ることができる。ハンダ粉末をフラックスと混合するこ
とによりソルダーペーストが調製される。フラックス
は、化学的作用及び機械的作用を効率よく発現させるべ
く必要に応じて種々の物質を配合して調製する。
の処方に従って線ハンダやハンダ粉末に加工して使用す
ることができる。ハンダ粉末をフラックスと混合するこ
とによりソルダーペーストが調製される。フラックス
は、化学的作用及び機械的作用を効率よく発現させるべ
く必要に応じて種々の物質を配合して調製する。
【００４３】ハンダ付け方法は、例えば、ハンダ材を部
材表面上で加熱溶融する方法や方法ディップ方式等を用
いることができ、酸化膜が生じ易い材料による母材の場
合は、還元性ガスなどを用いて部材表面の酸素量を低下
させる。超音波などを用いてもよい。ハンダ付けを行う
雰囲気は、大気でも良いが、窒素ガス、アルゴンガス等
の非酸化雰囲気中または酸素濃度が１０００ppm 以下の
低酸素雰囲気であれば更に好ましい。
材表面上で加熱溶融する方法や方法ディップ方式等を用
いることができ、酸化膜が生じ易い材料による母材の場
合は、還元性ガスなどを用いて部材表面の酸素量を低下
させる。超音波などを用いてもよい。ハンダ付けを行う
雰囲気は、大気でも良いが、窒素ガス、アルゴンガス等
の非酸化雰囲気中または酸素濃度が１０００ppm 以下の
低酸素雰囲気であれば更に好ましい。
【００４４】ソルダーペーストの形態でハンダ付けを行
う場合は、常法に従って、スクリーン印刷方式等の技術
を用いてペーストを塗布した後にリフロー等によって接
合する。リフローは大気雰囲気中で行うことも可能であ
るが、非酸化性雰囲気で行うのが望ましい。
う場合は、常法に従って、スクリーン印刷方式等の技術
を用いてペーストを塗布した後にリフロー等によって接
合する。リフローは大気雰囲気中で行うことも可能であ
るが、非酸化性雰囲気で行うのが望ましい。
【００４５】（４）ハンダ材の使用 本発明のハンダ材は、鉛を含有しない汎用性の高い材料
であり、現状の製品の組立製造工程において用いられて
いる高温ハンダ用の装置及び設備を利用して部品の接合
が行える。従って、本発明のハンダ材は、従来の高温ハ
ンダの代替物として使用することができ、温度上昇を伴
う電気機器や、パワー半導体デバイス及びこれを用いた
装置において、接合形成、皮膜形成に適した材料であ
る。例えば、電気機器では、各種ランプ、電子管及びそ
の外部接続用電極、整流器、バリアブルコンデンサ等の
接合部に用いられる。パワー半導体デバイスは、パワー
素子として、トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯサイリ
スタ、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴなどを用いており、パ
ワートランジスタモジュール等のパワーモジュールやパ
ワーＩＣ等の形態に構成される。このようなデバイス中
の接合及びデバイスが組み込まれた装置における接合形
成に用いることができる。銅、銀、金、ニッケル、アル
ミニウム、ＳＵＳステンレス鋼等の単種の金属製の部材
だけでなく、合金材及び複合金属材等の部材の接合につ
いても適用可能である。又、精細なハンダ接合にも十分
対応でき、狭い間隔を有する細線状の金属部材のハンダ
接合に対応できる。接合する部材の材質に応じて、部材
に予め金属プリコートをメッキや圧着法等によって施し
てもよく、プリコートの組成やプリコート方法は適宜選
択することができる。
であり、現状の製品の組立製造工程において用いられて
いる高温ハンダ用の装置及び設備を利用して部品の接合
が行える。従って、本発明のハンダ材は、従来の高温ハ
ンダの代替物として使用することができ、温度上昇を伴
う電気機器や、パワー半導体デバイス及びこれを用いた
装置において、接合形成、皮膜形成に適した材料であ
る。例えば、電気機器では、各種ランプ、電子管及びそ
の外部接続用電極、整流器、バリアブルコンデンサ等の
接合部に用いられる。パワー半導体デバイスは、パワー
素子として、トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯサイリ
スタ、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴなどを用いており、パ
ワートランジスタモジュール等のパワーモジュールやパ
ワーＩＣ等の形態に構成される。このようなデバイス中
の接合及びデバイスが組み込まれた装置における接合形
成に用いることができる。銅、銀、金、ニッケル、アル
ミニウム、ＳＵＳステンレス鋼等の単種の金属製の部材
だけでなく、合金材及び複合金属材等の部材の接合につ
いても適用可能である。又、精細なハンダ接合にも十分
対応でき、狭い間隔を有する細線状の金属部材のハンダ
接合に対応できる。接合する部材の材質に応じて、部材
に予め金属プリコートをメッキや圧着法等によって施し
てもよく、プリコートの組成やプリコート方法は適宜選
択することができる。
【００４６】図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係るハン
ダ材を用いてリードフレームに接合される電子部品の接
合の一例を示す断面図である。図中、符号１は銅製のリ
ードフレームを示し、図２はこの平面図である。符号２
はリードフレーム１の接合部に供給されたハンダ材であ
り、符号３は、ハンダ材２の濡れ性を得るために、集積
回路を施された半導体素子４の裏面に施されたメッキ層
である。メッキ層３を形成するメッキの種類、メッキ方
法、層の厚さは必要に応じて一般的に用いられるものか
ら適宜選択することができ、メッキの種類としては、例
えば、金メッキ、銀メッキなどが挙げられる。リードフ
レーム１の接合部分に予めメッキを施してもよい。
ダ材を用いてリードフレームに接合される電子部品の接
合の一例を示す断面図である。図中、符号１は銅製のリ
ードフレームを示し、図２はこの平面図である。符号２
はリードフレーム１の接合部に供給されたハンダ材であ
り、符号３は、ハンダ材２の濡れ性を得るために、集積
回路を施された半導体素子４の裏面に施されたメッキ層
である。メッキ層３を形成するメッキの種類、メッキ方
法、層の厚さは必要に応じて一般的に用いられるものか
ら適宜選択することができ、メッキの種類としては、例
えば、金メッキ、銀メッキなどが挙げられる。リードフ
レーム１の接合部分に予めメッキを施してもよい。
【００４７】リードフレーム１と半導体素子４との接合
は、例えば、以下のような操作によって行われる。この
例では、ハンダ材２として１３．６Ａｇ−３Ｚｎ−Ｓｎ
ハンダを用い、メッキ層３は金を用いて１μｍの厚さに
設けられる。
は、例えば、以下のような操作によって行われる。この
例では、ハンダ材２として１３．６Ａｇ−３Ｚｎ−Ｓｎ
ハンダを用い、メッキ層３は金を用いて１μｍの厚さに
設けられる。
【００４８】まず、非酸化性雰囲気として窒素ガスが供
給されたハンダ付け装置中に、リードフレーム１を搬送
して３５０℃に６０秒間程度加熱し、リードフレーム１
の接合部５の中央部分にハンダ材２を数秒間接触させ
る。溶融したハンダ材２がリードフレーム１上に施与さ
れ、ハンダ材２をリードフレーム１から引き離して図１
（ａ）のような状態となるとすぐに、図１（ｂ）のよう
に半導体素子４の接合部分をハンダ材２と接触させてリ
ードフレーム１上に半導体素子４を載置し、３６０℃に
加熱した後冷却する。固化したハンダ材２により半導体
素子４はリードフレーム１に接合され、この例において
は、メッキ層３の金の殆どがハンダ材２中に拡散する。
この後、ワイヤボンディングやモールド加工が半導体素
子４に対して行われ、得られるデバイスは、低融点ハン
ダを用いてプリント基板などに実装することができる。
給されたハンダ付け装置中に、リードフレーム１を搬送
して３５０℃に６０秒間程度加熱し、リードフレーム１
の接合部５の中央部分にハンダ材２を数秒間接触させ
る。溶融したハンダ材２がリードフレーム１上に施与さ
れ、ハンダ材２をリードフレーム１から引き離して図１
（ａ）のような状態となるとすぐに、図１（ｂ）のよう
に半導体素子４の接合部分をハンダ材２と接触させてリ
ードフレーム１上に半導体素子４を載置し、３６０℃に
加熱した後冷却する。固化したハンダ材２により半導体
素子４はリードフレーム１に接合され、この例において
は、メッキ層３の金の殆どがハンダ材２中に拡散する。
この後、ワイヤボンディングやモールド加工が半導体素
子４に対して行われ、得られるデバイスは、低融点ハン
ダを用いてプリント基板などに実装することができる。
【００４９】図３は、上述と同様の工程を用いて組み立
てられるパワー半導体デバイスの一例としてＯＡ機器等
のステッピングモータ駆動用のワンチップインバータＩ
Ｃを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は
断面図である。このＩＣ１０は、リードフレーム１１上
に上述の高温ハンダ材１３を用いて接合したＳＯＩ構造
の半導体素子１２を有し、半導体素子１２は、金線１４
を用いたワイヤボンディングによりリードフレーム１１
と電気接続され、熱硬化性樹脂１５を用いて、ワイヤ１
４及び半導体素子１２の封止、及び、半導体素子１２と
反対側のヒートシンク１６の取り付けが行われる。半導
体素子１２の動作による発熱は、熱硬化性樹脂１５を介
してヒートシンク１６によって外部に放出されるが、ハ
ンダ材１３の接合は、このような熱的環境において温度
変化による歪や変形に比較的強く、ワイヤ１４の破断を
生じるような変化を生じにくい。
てられるパワー半導体デバイスの一例としてＯＡ機器等
のステッピングモータ駆動用のワンチップインバータＩ
Ｃを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は
断面図である。このＩＣ１０は、リードフレーム１１上
に上述の高温ハンダ材１３を用いて接合したＳＯＩ構造
の半導体素子１２を有し、半導体素子１２は、金線１４
を用いたワイヤボンディングによりリードフレーム１１
と電気接続され、熱硬化性樹脂１５を用いて、ワイヤ１
４及び半導体素子１２の封止、及び、半導体素子１２と
反対側のヒートシンク１６の取り付けが行われる。半導
体素子１２の動作による発熱は、熱硬化性樹脂１５を介
してヒートシンク１６によって外部に放出されるが、ハ
ンダ材１３の接合は、このような熱的環境において温度
変化による歪や変形に比較的強く、ワイヤ１４の破断を
生じるような変化を生じにくい。
【００５０】図４（ａ）〜（ｃ）は、ＢＧＡ型半導体パ
ッケージのプリント基板への実装の一例を示す図であ
り、（ａ）はハンダボールが供給される前の半導体パッ
ケージ２０である。この半導体パッケージ２０は、基板
２１上に搭載されたＬＳＩチップと、ＬＳＩチップを基
板に電気接続するワイヤと、ＬＳＩチップ及びワイヤを
封止する樹脂２２とを有しており、半導体パッケージの
基板２１は、（ａ）のように、チップと反対側に銅製の
電極２３を有する。電極２３表面にフラックスを塗布
し、上述の高温ハンダ材、好ましくは錫−亜鉛−銀ハン
ダ材で形成したハンダボール２４を載せてボール表面を
加熱溶融した後冷却することにより、（ｂ）のように電
極２３とボール２４とが接合され、ＢＧＡ型半導体パッ
ケージとなる。この半導体パッケージ２０をプリント基
板２３に実装するために、プリント基板の接合する電極
に低温ハンダ、例えば錫−亜鉛共晶ハンダのペーストを
スクリーン印刷等の方法により塗布する。半導体パッケ
ージ２０をプリント基板上に位置決めしてボールを低温
ハンダペーストと接触させ、低温ハンダの溶融温度でハ
ンダ付けすることにより、（ｃ）のようにパッケージが
プリント基板に実装された半導体装置が得られる。半導
体パッケージ２０のＬＳＩチップとして、例えばＳＯＩ
を用いると、この半導体装置は、冷蔵庫に用いられるワ
ンチップインバータになる。
ッケージのプリント基板への実装の一例を示す図であ
り、（ａ）はハンダボールが供給される前の半導体パッ
ケージ２０である。この半導体パッケージ２０は、基板
２１上に搭載されたＬＳＩチップと、ＬＳＩチップを基
板に電気接続するワイヤと、ＬＳＩチップ及びワイヤを
封止する樹脂２２とを有しており、半導体パッケージの
基板２１は、（ａ）のように、チップと反対側に銅製の
電極２３を有する。電極２３表面にフラックスを塗布
し、上述の高温ハンダ材、好ましくは錫−亜鉛−銀ハン
ダ材で形成したハンダボール２４を載せてボール表面を
加熱溶融した後冷却することにより、（ｂ）のように電
極２３とボール２４とが接合され、ＢＧＡ型半導体パッ
ケージとなる。この半導体パッケージ２０をプリント基
板２３に実装するために、プリント基板の接合する電極
に低温ハンダ、例えば錫−亜鉛共晶ハンダのペーストを
スクリーン印刷等の方法により塗布する。半導体パッケ
ージ２０をプリント基板上に位置決めしてボールを低温
ハンダペーストと接触させ、低温ハンダの溶融温度でハ
ンダ付けすることにより、（ｃ）のようにパッケージが
プリント基板に実装された半導体装置が得られる。半導
体パッケージ２０のＬＳＩチップとして、例えばＳＯＩ
を用いると、この半導体装置は、冷蔵庫に用いられるワ
ンチップインバータになる。
【００５１】上記のようなパワーエレクトロニクスデバ
イスにおける使用では、基板等の他の材料の耐熱性の観
点から、ハンダ付け温度を２０５〜２２５℃程度に設定
可能な高温ハンダ材を選択するのが好ましい。
イスにおける使用では、基板等の他の材料の耐熱性の観
点から、ハンダ付け温度を２０５〜２２５℃程度に設定
可能な高温ハンダ材を選択するのが好ましい。
【００５２】本発明に係る高温ハンダ材は、発熱または
加熱を伴う電気機器、例えば電灯等の接合部分にも適用
される。図５は、その一例として低圧水銀ランプ３０を
示し、水銀原子及び希ガスが封入された石英管３１と、
この両端が嵌着される口金３２とを有する。石英管３１
の両端のフィラメント３３は、石英管３１内部から外部
に貫通し、口金３２の端子３３と高温ハンダ材３５によ
り接続されており、安定器を介して外部から端子３３に
供給される電力によりフィラメント間で放電し発光す
る。このような使用においては、一般的に、ハンダ付け
温度を２２０〜３８０℃程度、より好ましくは２３０〜
３００℃程度に設定可能な高温ハンダが用いられる。白
熱電球や回転灯の口金部分におけるフィラメントの接合
も図５と同様である。
加熱を伴う電気機器、例えば電灯等の接合部分にも適用
される。図５は、その一例として低圧水銀ランプ３０を
示し、水銀原子及び希ガスが封入された石英管３１と、
この両端が嵌着される口金３２とを有する。石英管３１
の両端のフィラメント３３は、石英管３１内部から外部
に貫通し、口金３２の端子３３と高温ハンダ材３５によ
り接続されており、安定器を介して外部から端子３３に
供給される電力によりフィラメント間で放電し発光す
る。このような使用においては、一般的に、ハンダ付け
温度を２２０〜３８０℃程度、より好ましくは２３０〜
３００℃程度に設定可能な高温ハンダが用いられる。白
熱電球や回転灯の口金部分におけるフィラメントの接合
も図５と同様である。
【００５３】上述のような半導体素子等の部品の接合・
組立を行った装置・デバイスにおけるハンダ付けの信頼
性を評価する方法の一つに、サーマルサイクル試験（Ｔ
ＣＴ）と呼ばれる評価方法がある。これは、外部からの
加熱・冷却による昇温・降温を一定時間繰り返し、電
流、電圧等の物性値に表れる素子特性の変化や、熱疲労
により生じるクラック等の機械的変化がハンダ接合に発
生するまでの時間等を測定するもので、このような測定
結果に基づいて温度変化を伴う使用に対する装置の耐性
を評価することができる。従って、ハンダ材で接合した
装置は、上述のようなＴＣＴを応用して、検出される特
性の変化により評価することができる。
組立を行った装置・デバイスにおけるハンダ付けの信頼
性を評価する方法の一つに、サーマルサイクル試験（Ｔ
ＣＴ）と呼ばれる評価方法がある。これは、外部からの
加熱・冷却による昇温・降温を一定時間繰り返し、電
流、電圧等の物性値に表れる素子特性の変化や、熱疲労
により生じるクラック等の機械的変化がハンダ接合に発
生するまでの時間等を測定するもので、このような測定
結果に基づいて温度変化を伴う使用に対する装置の耐性
を評価することができる。従って、ハンダ材で接合した
装置は、上述のようなＴＣＴを応用して、検出される特
性の変化により評価することができる。
【００５４】電子機器の高機能化に伴って、１つの装置
を構成する電子デバイス等の部品は多数且つ多種類にな
り、多数のハンダ接合が形成される。しかし、装置構成
や組立作業上の都合などによっては、装置の組立におけ
るハンダ付けを複数段階に分けて行わなければならない
場合が生じる。この場合、組立中の部品は、ハンダ付け
のための加熱に繰り返し曝される。従って、ハンダ付け
の全てを単一のハンダ材を用いて行うと、一度接合を形
成したハンダが次のハンダ付け工程において再度溶融し
て接合の変形や解離が生じる。従って、このような組立
を行うためには、ハンダ付け工程数と等しい数だけ溶融
温度の異なるハンダ材が必要となり得る。このような場
合、最初のハンダ付け工程において最も溶融温度の高い
ハンダ材を用いて接合し、工程が進むにつれてハンダ付
け温度が低下するように使用するハンダ材を変えること
により、一旦接合した部品の脱離や接合部の変形は防止
される。つまり、高温ハンダは、耐熱性を要する装置の
接合形成だけでなく、多段階の接合工程を必要とする装
置の組立・製造にとっても有用である。このような多段
階接合を行う場合の前段に使用するハンダ材の溶融温度
（厳密には固相線温度であるが、液相線温度が高ければ
実質的に溶融が起こる温度））と後段におけるハンダ付
け温度との差は、５℃以上、好ましくは１５℃以上とな
るように各ハンダ付け工程で使用するハンダ材及びハン
ダ付け温度を設定する。例えば、２段階のハンダ付け工
程が必要な場合、第１のハンダ材の組成（重量比）をＳ
ｎ／Ａｌ＝９９．４／０．６、第２のハンダ材をＳｎ／
Ｚｎ＝９１／９とすると、ハンダ付け温度を１５℃程度
低下させることができる。
を構成する電子デバイス等の部品は多数且つ多種類にな
り、多数のハンダ接合が形成される。しかし、装置構成
や組立作業上の都合などによっては、装置の組立におけ
るハンダ付けを複数段階に分けて行わなければならない
場合が生じる。この場合、組立中の部品は、ハンダ付け
のための加熱に繰り返し曝される。従って、ハンダ付け
の全てを単一のハンダ材を用いて行うと、一度接合を形
成したハンダが次のハンダ付け工程において再度溶融し
て接合の変形や解離が生じる。従って、このような組立
を行うためには、ハンダ付け工程数と等しい数だけ溶融
温度の異なるハンダ材が必要となり得る。このような場
合、最初のハンダ付け工程において最も溶融温度の高い
ハンダ材を用いて接合し、工程が進むにつれてハンダ付
け温度が低下するように使用するハンダ材を変えること
により、一旦接合した部品の脱離や接合部の変形は防止
される。つまり、高温ハンダは、耐熱性を要する装置の
接合形成だけでなく、多段階の接合工程を必要とする装
置の組立・製造にとっても有用である。このような多段
階接合を行う場合の前段に使用するハンダ材の溶融温度
（厳密には固相線温度であるが、液相線温度が高ければ
実質的に溶融が起こる温度））と後段におけるハンダ付
け温度との差は、５℃以上、好ましくは１５℃以上とな
るように各ハンダ付け工程で使用するハンダ材及びハン
ダ付け温度を設定する。例えば、２段階のハンダ付け工
程が必要な場合、第１のハンダ材の組成（重量比）をＳ
ｎ／Ａｌ＝９９．４／０．６、第２のハンダ材をＳｎ／
Ｚｎ＝９１／９とすると、ハンダ付け温度を１５℃程度
低下させることができる。
【００５５】亜鉛を含有するハンダ材は、溶融した際に
表面に亜鉛が濃縮した層が形成されるので、一旦固化し
た錫−亜鉛−銀ハンダ材は、外側を高融点層が被覆した
構造となる。従って、固相線温度以上に加熱されたとき
のハンダ材の溶融挙動は、熱供給の状況により、均一な
状態に比べると溶融変形の始まりが遅れ易い。換言すれ
ば、短時間加熱には比較的耐性がある。又、錫及び亜鉛
を含有するハンダ材は、繊維状亜鉛が分散した組織を有
し、特に共晶組成より亜鉛が多いハンダ材は、半溶融状
態でも形状を維持し易い。
表面に亜鉛が濃縮した層が形成されるので、一旦固化し
た錫−亜鉛−銀ハンダ材は、外側を高融点層が被覆した
構造となる。従って、固相線温度以上に加熱されたとき
のハンダ材の溶融挙動は、熱供給の状況により、均一な
状態に比べると溶融変形の始まりが遅れ易い。換言すれ
ば、短時間加熱には比較的耐性がある。又、錫及び亜鉛
を含有するハンダ材は、繊維状亜鉛が分散した組織を有
し、特に共晶組成より亜鉛が多いハンダ材は、半溶融状
態でも形状を維持し易い。
【００５６】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
る。
【００５７】（実施例１） ［試料の調製］酸素濃度１００ppm 以下の窒素雰囲気中
で、純度９９．９８％の錫、純度９９．９９％の亜鉛及
び純度９９．９７％の銀を表１の配合割合に従って溶融
槽に投入し、加熱溶融した後室温まで冷却して試料１〜
１４の均一なハンダ材を得た。得られたハンダ材の液相
線温度を示差走差熱量計（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分
の昇温速度において測定し、表１に示す。（温度の測定
値は最大±２０℃の誤差を含み得る）。
で、純度９９．９８％の錫、純度９９．９９％の亜鉛及
び純度９９．９７％の銀を表１の配合割合に従って溶融
槽に投入し、加熱溶融した後室温まで冷却して試料１〜
１４の均一なハンダ材を得た。得られたハンダ材の液相
線温度を示差走差熱量計（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分
の昇温速度において測定し、表１に示す。（温度の測定
値は最大±２０℃の誤差を含み得る）。
【００５８】
【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 錫 亜鉛 銀 液相線温度 （重量部） （重量部） （重量部） （℃） −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− １ ９７ ３ １３．６ ２６２ ２ ９７ ３ １００ ４６７ ３ ７９ ２１ １３．６ ４４０ ４ ７９ ２１ １００ ４５２ ５ ９１ ９ ４２．９ ３８３ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ６ ７０ ３０ ０ ３２８ ７ ７０ ３０ １１ ４５６ ８ ７０ ３０ １２．７５ ４６４ ９ ５ ９５ ０ ４００ １０ ５ ９５ １１ ４８０ １１ ５ ９５ １２．７５ ５０６ １２ ４０ ６０ ０ ３７０ １３ ４０ ６０ １１ ４７３ １４ ６０ − ４０ ４４０ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ［試料の評価］上記試料１〜１４のハンダ材各々を窒素
雰囲気中の溶融槽に投入し５２０℃に加熱して溶融し、
５mm×５０mmの銅板（予め表面を酸で洗浄したもの）を
溶融ハンダに浸漬して銅板のハンダ付けを行った。銅板
の表面がハンダで濡れているか否かについて目視により
判断することによってハンダ材の濡れ性を確認し、浸漬
した銅板表面の９８％以上が濡れたものをＡ、９５〜９
８％をＢ、９５％以下をＣとした。結果は表２の通りで
ある。
雰囲気中の溶融槽に投入し５２０℃に加熱して溶融し、
５mm×５０mmの銅板（予め表面を酸で洗浄したもの）を
溶融ハンダに浸漬して銅板のハンダ付けを行った。銅板
の表面がハンダで濡れているか否かについて目視により
判断することによってハンダ材の濡れ性を確認し、浸漬
した銅板表面の９８％以上が濡れたものをＡ、９５〜９
８％をＢ、９５％以下をＣとした。結果は表２の通りで
ある。
【００５９】
【表２】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 10 11 12 13 14 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 評価 Ａ Ａ Ａ Ｃ Ｂ Ａ Ａ Ｂ Ａ Ａ Ｂ Ａ Ａ Ｃ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 窒素雰囲気が供給されたハンダ付け装置内に、図２に示
すようなリードフレーム１を搬送して加熱板上で５１０
℃に６０秒間加熱し、リードフレーム１上の半導体素子
を搭載する位置に上記試料１〜１４の各々を０．５mmφ
の線状に加工したハンダ材を２秒間接触させた後、ハン
ダ材をリードフレーム１から引き上げると同時に、リー
ドフレーム１上のハンダ材２に半導体素子４を搭載し
て、加熱板を５２０℃に２秒間加熱した。この後、リー
ドフレーム１及び半導体素子４を室温まで冷却すること
により、リードフレーム１と半導体素子４とは接合し
た。
すようなリードフレーム１を搬送して加熱板上で５１０
℃に６０秒間加熱し、リードフレーム１上の半導体素子
を搭載する位置に上記試料１〜１４の各々を０．５mmφ
の線状に加工したハンダ材を２秒間接触させた後、ハン
ダ材をリードフレーム１から引き上げると同時に、リー
ドフレーム１上のハンダ材２に半導体素子４を搭載し
て、加熱板を５２０℃に２秒間加熱した。この後、リー
ドフレーム１及び半導体素子４を室温まで冷却すること
により、リードフレーム１と半導体素子４とは接合し
た。
【００６０】半導体素子４とリードフレーム１とを金ワ
イヤで接続し、エポキシ樹脂でモールドした。
イヤで接続し、エポキシ樹脂でモールドした。
【００６１】上記のハンダ接合の機能を評価するため
に、下記の条件で加熱及び冷却を繰り返す温度サイクル
試験を行った。尚、初めに、半導体素子４に一定電圧を
印加して流れる電流を測定した。
に、下記の条件で加熱及び冷却を繰り返す温度サイクル
試験を行った。尚、初めに、半導体素子４に一定電圧を
印加して流れる電流を測定した。
【００６２】温度範囲：−６５℃〜１５０℃ 保持時間：−６５℃及び１５０℃の各々で３０分 繰り返しサイクル：５００サイクル及び１０００サイク
ル 上記温度サイクル試験において５００サイクル後及び１
０００サイクル後に半導体素子４に流れる順方向電流を
測定し、電流初期値に対する電流増加が５００サイクル
後において５％以内であり、１０００サイクル後におい
て１５％以内の場合をＡ、５００サイクル後において５
％以内であり、１０００サイクル後において２０％以内
の場合をＢ、いずれでもない場合をＣとした。結果は表
３の通りである。
ル 上記温度サイクル試験において５００サイクル後及び１
０００サイクル後に半導体素子４に流れる順方向電流を
測定し、電流初期値に対する電流増加が５００サイクル
後において５％以内であり、１０００サイクル後におい
て１５％以内の場合をＡ、５００サイクル後において５
％以内であり、１０００サイクル後において２０％以内
の場合をＢ、いずれでもない場合をＣとした。結果は表
３の通りである。
【００６３】
【表３】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 10 11 12 13 14 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 評価 Ａ Ｂ Ａ Ｃ Ｂ Ａ Ａ Ｂ Ａ Ｂ Ｂ Ａ Ａ Ｃ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− （実施例２） ［試料の調製］重量組成比がＧｅ：Ｓｎ＝０．１５：９
９．８５となるように、純度９９．９９wt％の錫及びゲ
ルマニウムのショット材を電子天秤で秤量して、高純度
アルミナ（ＳＳＡ−Ｓ）製坩堝に投入し、電気炉内に装
填した。電気炉内を２×１０− ３Ｐａの真空度まで減圧
した後、純度９９．９９％の高純度アルゴンを１Ｌ／分
の流量で供給してアルゴン雰囲気に置換した。電気炉を
昇温して坩堝を３５０℃で１０分間加熱して内容物を溶
解し、溶解物を室温まで冷却して固化させ、試料１５の
ハンダ材としてＧｅ−Ｓｎ合金を得た。同様に、ゲルマ
ニウム、錫、アルミニウムを表４に示す配合割合に従っ
て坩堝に投入し、加熱溶融した後室温まで冷却して試料
１６〜２０の均一なハンダ材を得た。
９．８５となるように、純度９９．９９wt％の錫及びゲ
ルマニウムのショット材を電子天秤で秤量して、高純度
アルミナ（ＳＳＡ−Ｓ）製坩堝に投入し、電気炉内に装
填した。電気炉内を２×１０− ３Ｐａの真空度まで減圧
した後、純度９９．９９％の高純度アルゴンを１Ｌ／分
の流量で供給してアルゴン雰囲気に置換した。電気炉を
昇温して坩堝を３５０℃で１０分間加熱して内容物を溶
解し、溶解物を室温まで冷却して固化させ、試料１５の
ハンダ材としてＧｅ−Ｓｎ合金を得た。同様に、ゲルマ
ニウム、錫、アルミニウムを表４に示す配合割合に従っ
て坩堝に投入し、加熱溶融した後室温まで冷却して試料
１６〜２０の均一なハンダ材を得た。
【００６４】試料１４のハンダ材の一部を粉砕してＸ線
回折法で調べたところ、主としてβ−Ｓｎ３の相が観察
された。更に、合金の断面組織をＳＥＭによって調べた
ところ、ゲルマニウムの多い相が微細な針状に析出して
いるのが確認された。また、合金の組成をＩＣＰ発光分
光法で分析し、配合時の組成比と一致しているのを確認
した。
回折法で調べたところ、主としてβ−Ｓｎ３の相が観察
された。更に、合金の断面組織をＳＥＭによって調べた
ところ、ゲルマニウムの多い相が微細な針状に析出して
いるのが確認された。また、合金の組成をＩＣＰ発光分
光法で分析し、配合時の組成比と一致しているのを確認
した。
【００６５】［試料の評価］ ・固相線温度 試料１５のＧｅ−Ｓｎ合金ハンダ材の固相線温度を示差
走差熱量計（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分の昇温速度に
おいて測定したところ、２３１℃であった。同様に試料
１６〜２０のハンダ材についても測定した。結果を表４
に示す。
走差熱量計（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分の昇温速度に
おいて測定したところ、２３１℃であった。同様に試料
１６〜２０のハンダ材についても測定した。結果を表４
に示す。
【００６６】・濡れ性 試料１５のＧｅ−Ｓｎ合金ハンダ材を大気中で２５０℃
に加熱して溶融し、溶融合金上にＪＩＳ Ｃ００５０付
属書Ｃ規定のフラックス（ロジン２５％、イソプロピル
アルコール７５％）を供給した。この中に縦８mm×横４
mm×幅０．２５mmの銅製薄板試験片を２mm／秒の速度で
５mmの深さまで浸漬して３秒間保持した後引き上げて、
試験片の浸漬表面積に対する合金で被覆された面積の比
率を求めることにより濡れ性の評価を行ったところ、比
率は８０％であった。同様に、試料１６〜２０のハンダ
材についても、合金で被覆された面積の比率を求めた。
結果を表４に示す。
に加熱して溶融し、溶融合金上にＪＩＳ Ｃ００５０付
属書Ｃ規定のフラックス（ロジン２５％、イソプロピル
アルコール７５％）を供給した。この中に縦８mm×横４
mm×幅０．２５mmの銅製薄板試験片を２mm／秒の速度で
５mmの深さまで浸漬して３秒間保持した後引き上げて、
試験片の浸漬表面積に対する合金で被覆された面積の比
率を求めることにより濡れ性の評価を行ったところ、比
率は８０％であった。同様に、試料１６〜２０のハンダ
材についても、合金で被覆された面積の比率を求めた。
結果を表４に示す。
【００６７】・耐熱性 窒素雰囲気が供給されたハンダ付け装置内に、図２に示
すようなリードフレーム１を搬送して加熱板上で２９０
℃に６０秒間加熱し、リードフレーム１上の半導体素子
を搭載する位置に上記試料１５〜２０の各々を０．５mm
φの線状に加工したハンダ材を２秒間接触させた後、ハ
ンダ材をリードフレーム１から引き上げると同時に、リ
ードフレーム１上のハンダ材２に半導体素子４を搭載し
て、加熱板を３００℃に２秒間加熱した。この後、リー
ドフレーム１及び半導体素子４を室温まで冷却すること
により、リードフレーム１と半導体素子４とを接合し
た。
すようなリードフレーム１を搬送して加熱板上で２９０
℃に６０秒間加熱し、リードフレーム１上の半導体素子
を搭載する位置に上記試料１５〜２０の各々を０．５mm
φの線状に加工したハンダ材を２秒間接触させた後、ハ
ンダ材をリードフレーム１から引き上げると同時に、リ
ードフレーム１上のハンダ材２に半導体素子４を搭載し
て、加熱板を３００℃に２秒間加熱した。この後、リー
ドフレーム１及び半導体素子４を室温まで冷却すること
により、リードフレーム１と半導体素子４とを接合し
た。
【００６８】上記のハンダ接合の機能を評価するため
に、下記の条件で温度サイクル試験を行う前後の接合体
各々におけるハンダ接合の強度をシェア強度の測定に従
って調べた。
に、下記の条件で温度サイクル試験を行う前後の接合体
各々におけるハンダ接合の強度をシェア強度の測定に従
って調べた。
【００６９】温度範囲：−４０℃〜１５０℃ 保持時間：−４０℃及び１５０℃の各々で３０分 繰り返しサイクル：１０００サイクル 上記温度サイクル試験前後のハンダ接合の強度を比較し
て強度低下の有無を調べたところ、試料１５の強度の低
下は認められなかった。同様に、試料１６〜２０のハン
ダ材についても、温度サイクル試験前後のハンダ接合の
強度低下の有無を調べた。結果を表４に示す。
て強度低下の有無を調べたところ、試料１５の強度の低
下は認められなかった。同様に、試料１６〜２０のハン
ダ材についても、温度サイクル試験前後のハンダ接合の
強度低下の有無を調べた。結果を表４に示す。
【００７０】
【表４】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 配合割合（重量％） 固相線温度 濡れ性 強度低下 Ｓｎ Ｇｅ Ａｌ （℃） （％） −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− １５ ９９．８５ ０．１５ − ２３１ ８０ 無し １６ ９９．９ ０．１ − ２３１ ９５ 無し １７ ９９．４ − ０．６ ２２８ ９３ 無し １８ ９９．０ ０．５ ０．５ ２２５ ９４ 無し １９ ９７．０ − ３．０ ２２８ ６０ 有り ２０ ９６．０ ２．０ ２．０ ２２０ ６３ 有り −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− （実施例３） ［試料の調製］酸素濃度１００ppm 以下の窒素雰囲気中
で、純度９９．９８％の錫及び純度９９．９９％の亜鉛
を表５の配合割合に従って溶融槽に投入し、加熱溶融し
た後室温まで冷却して試料２１〜２５の均一なハンダ材
を得た。得られたハンダ材の液相線温度を示差走差熱量
計（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分の昇温速度において測
定し、表１に示す。（温度の測定値は最大±２０℃の誤
差を含み得る）。
で、純度９９．９８％の錫及び純度９９．９９％の亜鉛
を表５の配合割合に従って溶融槽に投入し、加熱溶融し
た後室温まで冷却して試料２１〜２５の均一なハンダ材
を得た。得られたハンダ材の液相線温度を示差走差熱量
計（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分の昇温速度において測
定し、表１に示す。（温度の測定値は最大±２０℃の誤
差を含み得る）。
【００７１】
【表５】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 錫 亜鉛 液相線温度 線膨張係数 （重量部） （重量部） （℃）部） （／Ｋ） −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ２１ １００ ０ ２３２ ２．３５×１０−５ ２２ ８０ ２０ ２８５ ２．２４×１０−５ ２３ ７５ ２５ ３１３ ２．１７×１０−５ ２４ ７０ ３０ ３２７ ２．２３×１０−５ ２５ ０ １００ ４１９ ３．１０×１０−５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ［試料の評価］上記試料２１〜２５のハンダ材各々を窒
素雰囲気中の溶融槽に投入し４５０℃に加熱して溶融
し、５mm×５０mmの銅板（予め表面を酸で洗浄したも
の）を溶融ハンダに浸漬して銅板のハンダ付けを行っ
た。銅板の表面がハンダで濡れているか否かについて目
視により判断することによってハンダ材の濡れ性を確認
し、浸漬した銅板表面の９８％以上が濡れたものをＡ、
９５〜９８％をＢ、９５％以下をＣとした。結果は表６
の通りである。
素雰囲気中の溶融槽に投入し４５０℃に加熱して溶融
し、５mm×５０mmの銅板（予め表面を酸で洗浄したも
の）を溶融ハンダに浸漬して銅板のハンダ付けを行っ
た。銅板の表面がハンダで濡れているか否かについて目
視により判断することによってハンダ材の濡れ性を確認
し、浸漬した銅板表面の９８％以上が濡れたものをＡ、
９５〜９８％をＢ、９５％以下をＣとした。結果は表６
の通りである。
【００７２】
【表６】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−− 評価 Ａ Ａ Ａ Ａ Ｃ −−−−−−−−−−−−−−−−−−− 窒素雰囲気が供給されたハンダ付け装置内に、図２に示
すようなリードフレーム１を搬送して加熱板上で３５０
℃に６０秒間加熱し、リードフレーム１上の半導体素子
を搭載する位置に上記試料２１〜２５の各々を０．５mm
φの線状に加工したハンダ材を２秒間接触させた後、ハ
ンダ材をリードフレーム１から引き上げると同時に、リ
ードフレーム１上のハンダ材２に半導体素子４を搭載し
て、加熱板を３６０℃に２秒間加熱した。この後、リー
ドフレーム１及び半導体素子４を室温まで冷却すること
により、リードフレーム１と半導体素子４とは接合し
た。
すようなリードフレーム１を搬送して加熱板上で３５０
℃に６０秒間加熱し、リードフレーム１上の半導体素子
を搭載する位置に上記試料２１〜２５の各々を０．５mm
φの線状に加工したハンダ材を２秒間接触させた後、ハ
ンダ材をリードフレーム１から引き上げると同時に、リ
ードフレーム１上のハンダ材２に半導体素子４を搭載し
て、加熱板を３６０℃に２秒間加熱した。この後、リー
ドフレーム１及び半導体素子４を室温まで冷却すること
により、リードフレーム１と半導体素子４とは接合し
た。
【００７３】半導体素子４とリードフレーム１とを金ワ
イヤで接続し、エポキシ樹脂でモールドした。
イヤで接続し、エポキシ樹脂でモールドした。
【００７４】上記のハンダ接合の機能を評価するため
に、下記の条件で加熱及び冷却を繰り返す温度サイクル
試験を行った。尚、初めに、半導体素子４に一定電圧を
印加して流れる電流を測定した。
に、下記の条件で加熱及び冷却を繰り返す温度サイクル
試験を行った。尚、初めに、半導体素子４に一定電圧を
印加して流れる電流を測定した。
【００７５】温度範囲：−６５℃〜１５０℃ 保持時間：−６５℃及び１５０℃の各々で３０分 繰り返しサイクル：５００サイクル及び１０００サイク
ル 上記温度サイクル試験において５００サイクル後及び１
０００サイクル後に半導体素子４に流れる順方向電流を
測定し、電流初期値に対する電流増加が５００サイクル
後において５％以内であり、１０００サイクル後におい
て１５％以内の場合をＡ、５００サイクル後において５
％以内であり、１０００サイクル後において２０％以内
の場合をＢ、いずれでもない場合をＣとした。結果は表
７の通りである。
ル 上記温度サイクル試験において５００サイクル後及び１
０００サイクル後に半導体素子４に流れる順方向電流を
測定し、電流初期値に対する電流増加が５００サイクル
後において５％以内であり、１０００サイクル後におい
て１５％以内の場合をＡ、５００サイクル後において５
％以内であり、１０００サイクル後において２０％以内
の場合をＢ、いずれでもない場合をＣとした。結果は表
７の通りである。
【００７６】
【表７】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−− 評価 Ｃ Ｂ Ａ Ｂ Ｃ −−−−−−−−−−−−−−−−−−− 本発明の高温ハンダ材は、電気抵抗が小さい接合材料
で、電気接続を形成した場合、デバイスの作動中に接続
上での発熱を減少させることができるので、デバイスを
構成する他の材料に対しても、耐熱性の要求を軽減する
ことができる。
で、電気接続を形成した場合、デバイスの作動中に接続
上での発熱を減少させることができるので、デバイスを
構成する他の材料に対しても、耐熱性の要求を軽減する
ことができる。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、汎用性が高い原料を用
いて安価且つ容易に調製でき、高温域でのハンダ付けに
使用可能な無鉛高温ハンダを提供することができる。従
って、鉛を含まないハンダの実用化にとって極めて有効
で、ハンダ付けを通して組立・製造されるデバイス・装
置の廃棄物に含まれる鉛の問題を解決することができ
る。故に、本発明は産業上及び環境対策上極めて有用で
ある。
いて安価且つ容易に調製でき、高温域でのハンダ付けに
使用可能な無鉛高温ハンダを提供することができる。従
って、鉛を含まないハンダの実用化にとって極めて有効
で、ハンダ付けを通して組立・製造されるデバイス・装
置の廃棄物に含まれる鉛の問題を解決することができ
る。故に、本発明は産業上及び環境対策上極めて有用で
ある。
【図１】本発明のハンダ材を用いた接合形成の一例を示
す断面図。
す断面図。
【図２】図２の接合形成によって接合が形成される部品
を示す平面図。
を示す平面図。
【図３】本発明のハンダ材を用いたパワー半導体デバイ
スの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は断面図。
スの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は断面図。
【図４】本発明のハンダ材を用いたパワー半導体装置の
組立工程の一例を示す側面図（ａ）〜（ｃ）。
組立工程の一例を示す側面図（ａ）〜（ｃ）。
【図５】本発明のハンダ材を用いた電気機器の一例を示
す概略構成図。
す概略構成図。
１ リードフレーム、 ２ ハンダ材、 ３ メッキ
層、 ４ 半導体素子、１０ ワンチップインバータＩ
Ｃ、１３ 高温ハンダ材、２０ 半導体パッケージ、
２４ ハンダボール、３０ 低圧水銀ランプ、 ３５
高温ハンダ材、
層、 ４ 半導体素子、１０ ワンチップインバータＩ
Ｃ、１３ 高温ハンダ材、２０ 半導体パッケージ、
２４ ハンダボール、３０ 低圧水銀ランプ、 ３５
高温ハンダ材、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｅ 21/60 Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｃ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０３Ｂ ６０４Ｈ (72)発明者 手島 光一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 立石 浩史 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 松本 一高 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 堀 哲二 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内
Claims (7)
- 【請求項１】 錫、亜鉛及び銀を含有するハンダ材であ
って、錫と亜鉛との重量比が９７：３〜７９：２１であ
り、錫及び亜鉛の合計と銀との重量比が８８：１２〜５
０：５０であることを特徴とするハンダ材。 - 【請求項２】 錫、亜鉛及び銀を含有するハンダ材であ
って、錫と亜鉛との重量比が７０：３０〜５：９５であ
り、銀の割合は、錫、亜鉛及び銀の合計量の１５重量％
以下であることを特徴とするハンダ材。 - 【請求項３】 錫及び亜鉛を含有するハンダ材であっ
て、錫と亜鉛との重量比が８０：２０〜７０：３０であ
ることを特徴とするハンダ材。 - 【請求項４】 ゲルマニウム及びアルミニウムからなる
群より選択される金属元素０．０１〜２重量％と残部錫
（但し、不可避量の不純物を含み得る）とからなること
を特徴とするハンダ材。 - 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載のハンダ
材を用いて接合される部品を有することを特徴とするデ
バイス又は装置。 - 【請求項６】 トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯサイ
リスタ、ダイオード及びＭＯＳＦＥＴからなる群より選
択されるパワー半導体素子を有することを特徴とする請
求項５記載のデバイス又は装置。 - 【請求項７】 第１のハンダ接合工程と、該第１のハン
ダ接合工程より後に行われる第２のハンダ接合工程とを
有するデバイスの製造方法であって、該第１のハンダ接
合工程のハンダ付け温度は該第２のハンダ接合工程のハ
ンダ付け温度より高く、該第１のハンダ接合工程を請求
項１〜３のいずれかに記載のハンダ材を用いて行うこと
を特徴とするデバイス又は装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000395906A JP3721073B2 (ja) | 1999-12-28 | 2000-12-26 | ハンダ材及びこれを用いたデバイス又は装置並びにその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-373404 | 1999-12-28 | ||
| JP37340499 | 1999-12-28 | ||
| JP2000395906A JP3721073B2 (ja) | 1999-12-28 | 2000-12-26 | ハンダ材及びこれを用いたデバイス又は装置並びにその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001246493A true JP2001246493A (ja) | 2001-09-11 |
| JP3721073B2 JP3721073B2 (ja) | 2005-11-30 |
Family
ID=26582493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000395906A Expired - Lifetime JP3721073B2 (ja) | 1999-12-28 | 2000-12-26 | ハンダ材及びこれを用いたデバイス又は装置並びにその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3721073B2 (ja) |
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- 2000-12-26 JP JP2000395906A patent/JP3721073B2/ja not_active Expired - Lifetime
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