JP2019188456A - Solder alloy, solder paste, mold solder, and semiconductor device using solder alloy - Google Patents

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Abstract

To obtain a solder alloy with a high melting point and high ductility.SOLUTION: The solder alloy contains nickel, which is 0.03 mass%-0.09 mass% of the total mass%, and bismuth, which is the balance of it, excluding the nickel and unavoidable impurities.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、不可避不純物以上のPb(鉛)を含まないはんだ合金、ソルダペースト、成形はんだ、及びはんだ合金を用いた半導体装置に関する。   The present invention relates to a solder alloy, a solder paste, a molded solder, and a semiconductor device using a solder alloy that does not contain Pb (lead) above inevitable impurities.

はんだ合金には、融点の高い高温はんだと称されるものがある。高温はんだの用途の一つは、階層はんだ付けである。階層はんだ付けは、少なくとも2度のはんだ接合が行われることを言う。階層はんだ付けの一例を、IC(Integrated Circuit)等のパッケージ部品の場合で説明する。ダイパッド上に半導体チップを搭載し、ダイパッドと半導体チップとを接合するとき、1度目のはんだ接合が行われる。続いて、半導体チップ及びダイパッドを樹脂封止することで、パッケージ部品が作製される。その後、パッケージ部品をプリント基板上に表面実装する際、リードフレームをはんだでプリント配線に接合する2度目のはんだ接合が行われる。2度目のはんだ接合はリフロー工程と呼ばれている。2度目のはんだ接合で、パッケージ部品内のはんだが溶融しないためには、その融点が2度目のはんだ接合の温度よりも高い必要がある。   Some solder alloys are called high-temperature solders with a high melting point. One application of high temperature soldering is hierarchical soldering. Hierarchical soldering means that at least two solder joints are made. An example of hierarchical soldering will be described in the case of a package component such as an IC (Integrated Circuit). When a semiconductor chip is mounted on the die pad and the die pad and the semiconductor chip are joined, the first solder joint is performed. Subsequently, the semiconductor chip and the die pad are resin-sealed to produce a package component. Thereafter, when the package component is surface-mounted on the printed circuit board, a second solder bonding is performed in which the lead frame is bonded to the printed wiring with solder. The second solder joint is called a reflow process. In order that the solder in the package component does not melt in the second solder joint, the melting point needs to be higher than the temperature of the second solder joint.

従来、高温はんだとして、Pbが90質量%以上のPb基はんだ合金が知られている。しかし、Pb基はんだ合金は、環境に有害な鉛を含んでいるため、その使用が制限される傾向がある。以下では、はんだ合金組成に関して、読みやすさの観点から一部の「質量%」を「%」と省略して表記し、「質量%」と「%」が併存している。   Conventionally, a Pb-based solder alloy having a Pb of 90% by mass or more is known as a high-temperature solder. However, since the Pb-based solder alloy contains lead harmful to the environment, its use tends to be limited. In the following, regarding the solder alloy composition, some “mass%” is abbreviated as “%” from the viewpoint of readability, and “mass%” and “%” coexist.

一方、Pbフリーの高温系はんだとして、Sn(スズ)及びSb(アンチモン)を含むSn−(5〜10)%Sb(融点:235〜243℃)が、一般に知られている。しかし、Snを主成分とした鉛フリーはんだを用いると、はんだ付け部を、例えば250℃といった高温下に暴露することになり、電子部品内部の接続では、電極の溶解又は断線など、いわゆる耐熱性不良の問題が発生する場合がある。従って階層はんだ付けのためのPbフリーはんだとしては、リフロー温度240〜250℃でも溶融しない260℃以上の融点が求められている。   On the other hand, Sn— (5-10)% Sb (melting point: 235-243 ° C.) containing Sn (tin) and Sb (antimony) is generally known as a Pb-free high-temperature solder. However, when lead-free solder containing Sn as a main component is used, the soldered portion is exposed to a high temperature of, for example, 250 ° C., and so-called heat resistance such as melting or disconnection of electrodes is caused in the connection inside the electronic component. Defect issues may occur. Accordingly, a Pb-free solder for layer soldering is required to have a melting point of 260 ° C. or higher that does not melt even at a reflow temperature of 240 to 250 ° C.

高温はんだの別の用途は、パワーデバイスにおける接合材である。パワーデバイスの分野においては、近年、高温使用の要求が高まっている。従来、動作温度仕様の上限が自己発熱レベルの150℃程度であったが、近年、175℃及び200℃など、パワーデバイスの製品に要求される動作温度仕様の上限が上昇している。そのため、パワーデバイスの接合部についても耐熱性向上が求められている。   Another application of high temperature solders is as a bonding material in power devices. In the field of power devices, the demand for high temperature use has increased in recent years. Conventionally, the upper limit of the operating temperature specification was about 150 ° C., which is a self-heating level, but in recent years, the upper limit of the operating temperature specification required for power device products such as 175 ° C. and 200 ° C. has increased. Therefore, improvement in heat resistance is also required for the joint portion of the power device.

パワーデバイスは、例えば、絶縁基板の両面に銅回路板が接合された基板に半導体チップが搭載された構成である。絶縁基板は、例えば、アルミナセラミックス板である。絶縁基板の上面側の銅回路板に半導体チップがダイボンド材で接合される。絶縁基板の下面側の銅回路板に放熱板がダイボンド材で接合される。このダイボンド材に、はんだが用いられている。半導体チップと上面側の銅回路板とを接合するはんだを上部ダイボンド材と称し、下面側の銅回路板と放熱板とを接合するはんだを下部ダイボンド材と称する。このように、パワーデバイスでは上下2か所の接合部ではんだが使用される。以下では、パワーデバイスの接合部で使用されるはんだを、ダイボンド用はんだと称する。   The power device has, for example, a configuration in which a semiconductor chip is mounted on a substrate in which a copper circuit board is bonded to both surfaces of an insulating substrate. The insulating substrate is, for example, an alumina ceramic plate. A semiconductor chip is bonded to the copper circuit board on the upper surface side of the insulating substrate with a die bond material. A heat sink is bonded to the copper circuit board on the lower surface side of the insulating substrate with a die bond material. Solder is used for this die bond material. The solder that joins the semiconductor chip and the copper circuit board on the upper surface side is called an upper die bond material, and the solder that joins the copper circuit board on the lower surface side and the heat sink is called a lower die bond material. Thus, in the power device, solder is used at the joints at two places on the upper and lower sides. Hereinafter, the solder used at the joint of the power device is referred to as die bonding solder.

パワーデバイスは自己発熱が大きいため、ダイボンド用はんだは、一般に固相線温度が高いことが要求される。そのため、従来、90質量%以上の鉛を含有するPb基はんだ合金のうち、固相線温度が高いものが使用されてきた。固相線温度の高いPb基はんだ合金として、例えば、母材となるPbにSnが添加されたPb−5%Snがある。Pb−5%Snの固相線温度は300℃である。その他にも、母材となるPbにSn及び銀(Ag)が添加されたPb−5%Sn−1.5%Agが知られている。Pb−5%Sn−1.5%Agの固相線温度は296℃である。このような、固相線温度の高いはんだ合金が、ダイボンド用はんだに使用されていた。   Since power devices generate large amounts of self-heating, die bonding solder is generally required to have a high solidus temperature. Therefore, conventionally, a Pb-based solder alloy containing 90% by mass or more of lead having a high solidus temperature has been used. An example of a Pb-based solder alloy having a high solidus temperature is Pb-5% Sn in which Sn is added to Pb as a base material. The solidus temperature of Pb-5% Sn is 300 ° C. In addition, Pb-5% Sn-1.5% Ag in which Sn and silver (Ag) are added to Pb as a base material is known. The solidus temperature of Pb-5% Sn-1.5% Ag is 296 ° C. Such a solder alloy having a high solidus temperature has been used as a solder for die bonding.

Pb基はんだ合金は安価で接合信頼性が高いが、上述したように、環境に有害な鉛を含んでいるため、ダイボンド用はんだにも鉛フリー化が求められている。そのため、動作温度が150℃程度のパワーデバイスには、ダイボンド用はんだとして、Sn−Ag−Cu系の鉛フリーはんだが使われるようになってきた。Sn−Ag−Cu系のはんだ合金は、接合信頼性がPb基はんだ合金に劣るという欠点があるが、固相線温度が220℃付近にあるという利点がある。   Pb-based solder alloys are inexpensive and have high bonding reliability. However, as described above, lead-free solder is also required for die bonding solder because it contains lead harmful to the environment. For this reason, Sn—Ag—Cu-based lead-free solder has come to be used as die bonding solder for power devices having an operating temperature of about 150 ° C. The Sn—Ag—Cu based solder alloy has the disadvantage that the bonding reliability is inferior to that of the Pb-based solder alloy, but has the advantage that the solidus temperature is around 220 ° C.

しかし、既にSiパワーデバイスの動作温度の上限はで175℃であり、今後、SiCパワーデバイスでは動作温度が200℃以上に高温化すると見込まれている。このような動作温度仕様を満たす、従来のPbフリーはんだとして、Au(金)を多く含むAu−20%Snが知られている。Au−20%Snは、共晶温度が280℃という利点があるが、Au含有量が多いため、高価という欠点がある。そのため、Au−20%Snの汎用化は容易ではない。   However, the upper limit of the operating temperature of the Si power device is already 175 ° C., and the operating temperature of the SiC power device is expected to increase to 200 ° C. or higher in the future. As a conventional Pb-free solder satisfying such an operating temperature specification, Au-20% Sn containing a large amount of Au (gold) is known. Au-20% Sn has an advantage that the eutectic temperature is 280 ° C., but has a disadvantage that it is expensive because of a large Au content. Therefore, generalization of Au-20% Sn is not easy.

そのため、融点がより高い、Pbフリーはんだが必要となる。具体的には、このような高温動作パワーデバイス用の高温はんだとしては、固相線温度260℃以上が必要になると言われている。ただし、いまだ周辺部材の耐熱性が高くないこと及び冷却時の残留応力の観点から、液相線温度は300℃以下であることが望ましいと言われている(例えば、非特許文献1参照)。   Therefore, Pb-free solder having a higher melting point is required. Specifically, it is said that a high temperature solder for such a high temperature operation power device requires a solidus temperature of 260 ° C. or higher. However, it is said that the liquidus temperature is desirably 300 ° C. or lower from the viewpoint that the heat resistance of the peripheral members is not yet high and the residual stress at the time of cooling is desirable (for example, see Non-Patent Document 1).

固相線温度が260℃〜300℃の範囲に属する条件に合致するはんだ合金の一例として、Sn−高Sb系はんだ合金が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、SnにAg及びCuを加えさらにAlを微量添加したSn−37%Sb−15%Ag−6%Cu−0.013%Alの成分のはんだ合金が開示されている。このはんだ合金は、固相線温度が297.7℃であり、液相線温度が357.0℃である。   An Sn-high Sb solder alloy has been proposed as an example of a solder alloy that satisfies the conditions where the solidus temperature falls within the range of 260 ° C to 300 ° C (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a solder alloy having a component of Sn-37% Sb-15% Ag-6% Cu-0.013% Al in which Ag and Cu are added to Sn and a small amount of Al is added. This solder alloy has a solidus temperature of 297.7 ° C. and a liquidus temperature of 357.0 ° C.

また、固相線温度が260℃〜300℃の範囲に属する条件に合致するはんだ合金の別の例として、Bi(ビスマス)−Ag系はんだ合金が提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2には、Bi−2.5%Ag−0.1%Sbの成分のはんだ合金が開示されている。このはんだ合金は、固相線温度が263℃であり、液相線温度が280℃である。   Moreover, Bi (bismuth) -Ag solder alloy has been proposed as another example of a solder alloy that meets the conditions that the solidus temperature falls within the range of 260 ° C. to 300 ° C. (see, for example, Patent Document 2). . Patent Document 2 discloses a solder alloy having a component of Bi-2.5% Ag-0.1% Sb. This solder alloy has a solidus temperature of 263 ° C. and a liquidus temperature of 280 ° C.

特許第5585746号公報Japanese Patent No. 5585746 特許第3671815号公報Japanese Patent No. 3671815

平塚大祐、外2名、「パワー半導体の高温動作を可能にするダイボンド材料及び焼結接合技術」、東芝レビュー、株式会社東芝、2015年11月、Vol.70、No.11、P.46−49Daisuke Hiratsuka and two others, “Die-bonding materials and sintered bonding technology that enable high-temperature operation of power semiconductors”, Toshiba Review, Toshiba Corporation, November 2015, Vol. 70, no. 11, P.I. 46-49

Au−Sn系はんだ合金、Sn−高Sb系はんだ合金およびBi−Ag系はんだ合金は、室温での延性が極めて低いという欠点がある。例えば、Au−20%Sn、Sn−2.5%Ag−0.1%Sb及びSn−2.5%Agの各はんだ合金の室温での伸び率は、僅か2〜3パーセントである。パワーデバイスのダイボンド用はんだにおいて、伸び率が低いことは、接合信頼性において不安要素となる。   Au-Sn solder alloys, Sn-high Sb solder alloys, and Bi-Ag solder alloys have a drawback that ductility at room temperature is extremely low. For example, each of the solder alloys of Au-20% Sn, Sn-2.5% Ag-0.1% Sb, and Sn-2.5% Ag has an elongation at room temperature of only 2 to 3 percent. In the solder for power device die-bonding, the low elongation rate is an uneasy factor in bonding reliability.

例えば、パワーデバイスが動作すると、半導体チップが発熱し、その発熱量が大きいため、半導体チップ及び放熱板が熱膨張する。半導体チップ及び放熱板の膨張係数が異なるため、半導体チップ裏面と放熱板とを接合するはんだは、引き伸ばされることになる。また、パワーデバイスの動作が停止すると、半導体チップ及び放熱板が常温に戻るため、はんだは収縮する。パワーデバイスの動作と停止との繰り返しによる熱サイクルに伴って、はんだの伸縮も繰り返される。その結果、はんだに亀裂が生じ、ついには接合不良が生じてしまうおそれがある。はんだの伸縮の繰り返しによる材料劣化は、熱疲労又は低サイクル疲労と呼ばれている。低サイクル疲労とは、弾性変形領域(弾性ひずみ範囲)ではなく、変形の大きい塑性変形領域(非弾性ひずみ範囲)で変形が繰り返されるため、1万回以下の少ない回数で生じる劣化現象である。熱疲労及び低サイクル疲労による寿命を、疲労寿命と称する。   For example, when the power device operates, the semiconductor chip generates heat, and the amount of generated heat is large, so that the semiconductor chip and the heat dissipation plate thermally expand. Since the expansion coefficients of the semiconductor chip and the heat radiating plate are different, the solder for joining the back surface of the semiconductor chip and the heat radiating plate is stretched. When the operation of the power device is stopped, the semiconductor chip and the heat sink return to room temperature, so that the solder contracts. As the power device is repeatedly operated and stopped, the expansion and contraction of the solder is repeated. As a result, cracks may occur in the solder, which may result in poor bonding. Material deterioration due to repeated solder expansion and contraction is called thermal fatigue or low cycle fatigue. Low cycle fatigue is a deterioration phenomenon that occurs in a small number of times of 10,000 or less because deformation is repeated not in an elastic deformation region (elastic strain range) but in a plastic deformation region (inelastic strain range) with large deformation. The life due to thermal fatigue and low cycle fatigue is referred to as fatigue life.

疲労寿命と非弾性ひずみ範囲との関係は、式(1)に示すManson−Coffin則に従うことが明らかになっている。   It has been clarified that the relationship between the fatigue life and the inelastic strain range follows the Manson-Coffin rule shown in Equation (1).

Figure 2019188456
Figure 2019188456

式(1)において、Δεは非弾性ひずみ範囲であり、Nfは破断までの繰り返し数である。べき数αは材料によって異なるが、概ね0.3〜0.5程度である。また、Cは一定値であり、材料の破断延性と強く関連する値である。式(1)から2つの重要なことが分かる。一つ目は、ΔεとNfが逆比例の関係があり、非弾性ひずみ範囲Δεが大きくなると、破断までの繰り返し数Nfが小さくなることである。もう一つは、伸び率に関係するCが大きいはんだ材料ほど、破断までの繰り返し数Nfが大きくなることである。固相線温度が260℃から300℃の範囲のはんだ合金であっても、延性が低いと、熱サイクルで劣化が早まってしまう。 In equation (1), Δε p is the inelastic strain range, and N f is the number of repetitions until breakage. Although the power number α varies depending on the material, it is about 0.3 to 0.5. C is a constant value and is strongly related to the fracture ductility of the material. Two important things can be seen from equation (1). The first is that Δε p and N f are inversely proportional to each other, and when the inelastic strain range Δε p is increased, the number of repetitions N f until fracture is reduced. The other is that the larger the C related to the elongation rate, the larger the number of repetitions N f to break. Even in the case of a solder alloy having a solidus temperature in the range of 260 ° C. to 300 ° C., if the ductility is low, deterioration is accelerated by thermal cycling.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、融点が高温で、かつ延性の大きいはんだ合金、ソルダペースト、成形はんだ、及びはんだ合金を用いた半導体装置を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a semiconductor device using a solder alloy, solder paste, molded solder, and solder alloy having a high melting point and high ductility. .

本発明に係るはんだ合金は、全体の質量%のうち、0.03質量%〜0.09質量%のニッケルと、全体から前記ニッケル及び不可避不純物を除いた残部であるビスマスと、からなるものである。   The solder alloy according to the present invention is composed of 0.03% by mass to 0.09% by mass of nickel and bismuth which is the balance obtained by removing the nickel and unavoidable impurities from the total. is there.

本発明に係るソルダペーストは、上記のはんだ合金の粉末と、フラックスと、を有するものである。   The solder paste according to the present invention has the above solder alloy powder and flux.

本発明に係る成形はんだは、上記のはんだ合金が一定の形状の成形されたものである。   The molded solder according to the present invention is obtained by molding the above solder alloy into a certain shape.

本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを支持するダイパッドと、前記半導体チップと前記ダイパッドとの間に設けられた上記のはんだ合金と、前記半導体チップ及び前記ダイパッドを覆う樹脂と、を有するものである。   A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor chip, a die pad that supports the semiconductor chip, the solder alloy provided between the semiconductor chip and the die pad, and a resin that covers the semiconductor chip and the die pad. , Has.

また、本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを支持する絶縁基板と、前記絶縁基板と前記半導体チップとの間に設けられた上記のはんだ合金と、を有するものである。   The semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor chip, an insulating substrate that supports the semiconductor chip, and the solder alloy provided between the insulating substrate and the semiconductor chip.

さらに、本発明に係る半導体装置は、半導体チップを支持する絶縁基板と、前記半導体チップから発生する熱を放出する放熱板と、前記絶縁基板と前記放熱板との間に設けられた上記のはんだ合金と、を有するものである。   Furthermore, a semiconductor device according to the present invention includes an insulating substrate that supports a semiconductor chip, a heat radiating plate that releases heat generated from the semiconductor chip, and the solder provided between the insulating substrate and the heat radiating plate. And an alloy.

本発明によれば、Bi単体に0.03質量%〜0.09質量%のNiを添加することで、融点が高温で、かつ延性を向上させることができる。   According to the present invention, by adding 0.03% to 0.09% by mass of Ni to Bi alone, the melting point is high and ductility can be improved.

Bi−Ni系合金の二元系状態図である。It is a binary system phase diagram of a Bi-Ni type alloy. 延性評価に用いた3点曲げ試験装置の一構成例を示す外観図である。It is an external view which shows one structural example of the 3 point | piece bending test apparatus used for ductility evaluation. 評価対象の試験片について3点曲げ試験後の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state after a 3-point bending test about the test piece of evaluation object. BiへのNi添加量と曲げたわみとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Ni addition amount to Bi, and bending deflection. 比較例となるBi単体の冷間圧延後の外観形状を示す写真である。It is a photograph which shows the external appearance shape after the cold rolling of Bi simple substance used as a comparative example. 本発明の実施の形態1に係るはんだ合金の冷間圧延後の外観形状を示す写真である。It is a photograph which shows the external appearance shape after cold rolling of the solder alloy which concerns on Embodiment 1 of this invention. はんだの濡れ広がり率の定義を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the definition of the wetting spread rate of a solder. 比較例となるBi単体の濡れ広がりと実施の形態1のはんだ合金の濡れ広がりとを示す写真である。It is a photograph which shows the wetting spread of the Bi simple substance used as a comparative example, and the wetting spread of the solder alloy of Embodiment 1. BiへのNi添加量と電気抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Ni addition amount to Bi, and electrical resistance. 本発明の実施の形態2に係るソルダペーストを用いたパッケージ部品の製造から表面実装までの工程を示す図である。It is a figure which shows the process from manufacture of the package components using the solder paste which concerns on Embodiment 2 of this invention to surface mounting. 本発明の実施の形態2に係るソルダペーストをダイボンド材に用いた半導体装置の一構成例を示す側面図である。It is a side view which shows one structural example of the semiconductor device which used the solder paste which concerns on Embodiment 2 of this invention for the die-bonding material.

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.

実施の形態1.
本実施の形態1のはんだ合金は、融点が、例えば、260℃以上の高温はんだ合金に属するものである。本実施の形態1のはんだ合金は、全体の質量%のうち、質量%が0.03質量%〜0.09質量%のNi(ニッケル)と、全体からNi及び不可避不純物を除いた残部であるBiとを有する。本実施の形態1では、例えば、Niの質量%が0.03質量%〜0.09質量%である場合、Bi−0.03%〜0.09%Ni合金と表記する。
Embodiment 1 FIG.
The solder alloy of the first embodiment belongs to a high temperature solder alloy having a melting point of, for example, 260 ° C. or higher. The solder alloy of the first embodiment is Ni (nickel) whose mass% is 0.03 mass% to 0.09 mass% in the total mass%, and the balance obtained by removing Ni and inevitable impurities from the whole. Bi. In the first embodiment, for example, when the mass% of Ni is 0.03% by mass to 0.09% by mass, it is expressed as a Bi-0.03% to 0.09% Ni alloy.

(Bi−Ni合金の製造方法)
本実施の形態1のはんだ合金として、Bi−0.03%〜0.09%Ni合金の製造方法を説明する。Bi及びNiの各原料は純度が99.9%以上のものを使用することが好ましい。Bi−0.03%〜0.09%Ni合金は、Bi及びNiと、不可避不純物とからなる。不可避不純物とは、主として、Cu(銅)、Ni、Zn(亜鉛)、Fe(鉄)、Al(アルミニウム)、As(ヒ素)、Cd(カドミウム)、Ag、Au(金)、In(インジウム)、P(リン)、Pb及びSnなどである。本実施の形態1では、Niを除いた不可避不純物の合計の質量%は、はんだ合金全体のうち、0.01%未満である。特に、Snについて、本実施の形態1のはんだ合金は、不可避不純物としての質量%しか含んでいない。Bi−Sn共晶組成がはんだ合金の融点を低下させることを防ぐためである。
(Production method of Bi-Ni alloy)
As a solder alloy according to the first embodiment, a method for producing a Bi-0.03% to 0.09% Ni alloy will be described. It is preferable to use Bi and Ni raw materials having a purity of 99.9% or more. The Bi-0.03% to 0.09% Ni alloy is composed of Bi and Ni and inevitable impurities. Inevitable impurities are mainly Cu (copper), Ni, Zn (zinc), Fe (iron), Al (aluminum), As (arsenic), Cd (cadmium), Ag, Au (gold), In (indium). , P (phosphorus), Pb and Sn. In the first embodiment, the total mass% of inevitable impurities excluding Ni is less than 0.01% of the entire solder alloy. In particular, for Sn, the solder alloy of the first embodiment contains only mass% as an inevitable impurity. This is to prevent the Bi—Sn eutectic composition from lowering the melting point of the solder alloy.

融解において、Bi融点の271℃に対して、Ni融点は1451℃であり、両元素の融点差が大きすぎるため、純金属のBiにNiを添加すると、Ni添加時におけるNiの酸化又はNiの蒸発などによって目的組成にならないことが多い。そのため、添加する元素を目標濃度よりも高濃度に母材に含ませた母合金をあらかじめ作製し、作製した母合金に母材の元素を必要量添加することで、目的組成の合金を得る方法を採用した。母合金の組成は、Bi単体の融点に近いことが望ましい。   In melting, Ni melting point is 1451 ° C with respect to Bi melting point of 271 ° C, and the difference in melting point between both elements is too large. Therefore, when Ni is added to pure metal Bi, oxidation of Ni or Ni In many cases, the target composition is not obtained by evaporation or the like. Therefore, a method for obtaining an alloy having a target composition by preparing in advance a mother alloy in which the element to be added is contained in the base material at a concentration higher than the target concentration, and adding the necessary amount of the element of the base material to the prepared mother alloy. It was adopted. The composition of the mother alloy is preferably close to the melting point of Bi alone.

例えば、Bi−0.5%Ni合金である場合、この合金の融点は326℃であり、Bi融点に近い。そのため、Bi−0.5%Ni合金は母合金として適当である。例えば、目的組成の合金がBi−0.05%Ni合金である場合、100gのBi−0.5%合金に、900gのBiを配合し、融解後凝固させる。このようにして、目的組成のBi−0.05%Ni合金を作製できる。   For example, in the case of a Bi-0.5% Ni alloy, the melting point of this alloy is 326 ° C., which is close to the Bi melting point. Therefore, a Bi-0.5% Ni alloy is suitable as a mother alloy. For example, when the alloy having the target composition is a Bi-0.05% Ni alloy, 900 g of Bi is added to 100 g of Bi-0.5% alloy and solidified after melting. In this way, a Bi-0.05% Ni alloy having the target composition can be produced.

(BiへのNi添加による延性の変化)
本実施の形態1のはんだ合金の基本特性として、Bi−Ni系合金の二元系状態図について説明する。図1は、Bi−Ni系合金の二元系状態図である。図1の横軸はBiへのNiの添加量[質量%]であり、縦軸は温度である。図1では、Niの添加量が0〜0.4%の範囲の状態図を示し、温度については、272℃以上の状態図の表示を省略している。
(Change in ductility due to Ni addition to Bi)
As a basic characteristic of the solder alloy according to the first embodiment, a binary phase diagram of a Bi—Ni alloy will be described. FIG. 1 is a binary phase diagram of a Bi—Ni alloy. The horizontal axis in FIG. 1 is the amount of Ni added to Bi [% by mass], and the vertical axis is temperature. In FIG. 1, a state diagram in which the addition amount of Ni is in a range of 0 to 0.4% is shown, and a state diagram of 272 ° C. or higher is omitted for the temperature.

図1を参照すると、Niの添加量が0〜0.4%の範囲で、固相線温度は一定の269.65℃であるが、液相線温度はNi添加量が0.23%までは添加量が増すと低下する。Niを添加しないBi単体では液相線温度は271.35℃である。一方、0.23%Niでは、液相線温度は269.65℃である。Ni添加量が0.23%を超えると液相線温度は急に高くなり、図1に示していないが、0.35%で液相線温度は300℃になる。したがって、固相線温度が260℃以上かつ液相線温度が300℃以下という要求に対しては、Ni添加量が0〜0.35%であればよいことがわかる。なお、Ni添加量が0.09%では液相線温度は、270.70℃である。   Referring to FIG. 1, the solidus temperature is a constant 269.65 ° C. in the range of 0 to 0.4% of Ni addition, but the liquidus temperature is up to 0.23% of Ni addition amount. Decreases with increasing amount. The liquidus temperature is 271.35 ° C. for Bi alone without adding Ni. On the other hand, at 0.23% Ni, the liquidus temperature is 269.65 ° C. When the Ni addition amount exceeds 0.23%, the liquidus temperature suddenly increases, and although not shown in FIG. 1, the liquidus temperature becomes 300 ° C. at 0.35%. Therefore, it is understood that the Ni addition amount should be 0 to 0.35% for the requirement that the solidus temperature is 260 ° C. or higher and the liquidus temperature is 300 ° C. or lower. When the Ni addition amount is 0.09%, the liquidus temperature is 270.70 ° C.

次に、Ni添加がBiの延性に及ぼす影響について説明する。Bi−Ni系合金の延性の評価を3点曲げ試験装置を用いて行った。図2は、延性評価に用いた3点曲げ試験装置の一構成例を示す外観図である。図2に示すように、3点曲げ試験装置10は、押金具7と、評価対象物を支持する2つの支持台8と、2つの支持台8が設置された土台9とを有する。   Next, the influence of Ni addition on the ductility of Bi will be described. Evaluation of the ductility of the Bi-Ni alloy was performed using a three-point bending test apparatus. FIG. 2 is an external view showing a configuration example of a three-point bending test apparatus used for ductility evaluation. As shown in FIG. 2, the three-point bending test apparatus 10 includes a metal fitting 7, two support bases 8 that support an evaluation object, and a base 9 on which the two support bases 8 are installed.

評価対象の試験片6として、比較のためのBi単体と、Ni添加量の異なるBi−Ni系合金とを準備した。Ni添加量の異なるBi−Ni系合金の試験片6は7種類準備した。全ての試験片6の寸法を共通にした。具体的には、各試験片6の寸法は、幅20mm、厚さ10mm、長さ150mmである。   As a test piece 6 to be evaluated, a Bi simple substance for comparison and a Bi—Ni alloy having a different Ni addition amount were prepared. Seven types of Bi-Ni alloy test pieces 6 having different Ni addition amounts were prepared. The dimensions of all the test pieces 6 were made common. Specifically, each test piece 6 has a width of 20 mm, a thickness of 10 mm, and a length of 150 mm.

図2に示す3点曲げ試験装置10において、支持台8の支持間隔は130mmであり、支持肩部の円柱半径は5mmであり、押金具7の先端の円柱半径は5mmである。試験室の室内の温度を25℃に一定に保ち、各試験片6を同じ環境下で試験した。試験片6毎に、試験片6を2つの支持台8で支持されるように置き、押金具7を速度10mm/minで試験片6の中央付近に降下させる3点曲げ試験を行った。3点曲げ試験では、試験片6に亀裂が入るまで押金具7を降下させた。   In the three-point bending test apparatus 10 shown in FIG. 2, the support interval of the support base 8 is 130 mm, the columnar radius of the support shoulder is 5 mm, and the columnar radius of the tip of the pressing metal 7 is 5 mm. The temperature inside the test room was kept constant at 25 ° C., and each test piece 6 was tested under the same environment. For each test piece 6, a three-point bending test was performed in which the test piece 6 was placed so as to be supported by the two support bases 8, and the pusher 7 was lowered near the center of the test piece 6 at a speed of 10 mm / min. In the three-point bending test, the metal fitting 7 was lowered until the test piece 6 was cracked.

図3は、評価対象の試験片について3点曲げ試験後の状態を示す写真である。図3には、Bi−Ni系合金について、7種類の試験片6のうち、代表的な4種類を示している。図3に示す4種類のBi−Ni系合金は、Bi−0.035%Ni合金、Bi−0.053%Ni合金、Bi−0.13%Ni合金、及びBi−0.21%Ni合金である。図3に示すように、Bi−0.053%Ni合金を除く4種類の試験片6には、亀裂が入っている。一方、Bi−0.053%Ni合金の試験片6は、大きくたわんでいるが、亀裂が入っていない。これは、試験片6の中央付近が土台9に接触するまで試験片6がたわんでも亀裂が入らず、亀裂が入るまで押金具7を降下させることができなかったためである。Bi−0.053%Ni合金は、他の4種類の試験片6と比べて、曲げたわみが大きく、延性が大きいことがわかる。   FIG. 3 is a photograph showing a state after a three-point bending test on the test piece to be evaluated. FIG. 3 shows four representative types of the seven types of test pieces 6 for the Bi—Ni-based alloy. The four types of Bi-Ni alloys shown in FIG. 3 are Bi-0.035% Ni alloy, Bi-0.053% Ni alloy, Bi-0.13% Ni alloy, and Bi-0.21% Ni alloy. It is. As shown in FIG. 3, the four types of test pieces 6 excluding the Bi-0.053% Ni alloy have cracks. On the other hand, the Bi-0.053% Ni alloy test piece 6 is largely bent, but is not cracked. This is because a crack does not occur even when the test piece 6 is bent until the vicinity of the center of the test piece 6 comes into contact with the base 9, and the pusher 7 cannot be lowered until the crack is formed. It can be seen that the Bi-0.053% Ni alloy has a larger bending deflection and a higher ductility than the other four types of test pieces 6.

図4は、BiへのNi添加量と曲げたわみとの関係を示すグラフである。図4の縦軸は、上述した3点曲げ試験において、試験片6に亀裂が入るまでの曲げたわみを示し、横軸はBiへのNiの添加量[質量%]を示す。矢印のあるプロットは、図2に示した3点曲げ試験装置10の寸法上の制約から、亀裂が入るまでたわませることができなかったことを示す。図4に示すグラフから、BiへのNi添加量が増加するにつれて、合金の延性が向上し、Ni添加量が0.05%〜0.07%で合金の延性がピークを示し、それ以上Ni添加量が増加すると、合金の延性が低下することがわかる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of Ni added to Bi and the bending deflection. The vertical axis in FIG. 4 indicates the bending deflection until the test piece 6 is cracked in the above-described three-point bending test, and the horizontal axis indicates the addition amount [mass%] of Ni to Bi. A plot with an arrow indicates that the three-point bending test apparatus 10 shown in FIG. 2 cannot be deflected until it cracks due to dimensional constraints. From the graph shown in FIG. 4, as the amount of Ni added to Bi increases, the ductility of the alloy improves, and when the amount of Ni added is 0.05% to 0.07%, the ductility of the alloy shows a peak. It can be seen that as the amount added increases, the ductility of the alloy decreases.

Bi単体は、高い融点を示すが脆いため、熱疲労による劣化が生じ易かった。このようなBi単体にNiを添加することで、上述したように、合金の延性が向上し、耐熱疲労性を向上させることができる。ダイボンド用はんだとして実績のある高鉛はんだの一例であるPb−10%Sn−2.5%Agの伸び率が15%に対し、Bi単体の伸び率は5%である。このことから、はんだに適用し得る、Bi単体へのNi添加による延性改善の目安として、押込み長を3倍とした。Bi単体にNiを添加しない場合、押込み長が8mmで折れることから、押込み長が3倍となる24mmになるNi添加量は、0.03%〜0.09%であればよい。   Bi alone has a high melting point but is fragile, so that deterioration due to thermal fatigue is likely to occur. By adding Ni to such Bi alone, as described above, the ductility of the alloy can be improved and the thermal fatigue resistance can be improved. The elongation of Pb-10% Sn-2.5% Ag, which is an example of a high lead solder that has been proven as a solder for die bonding, is 15%, whereas the elongation of Bi alone is 5%. For this reason, the indentation length was tripled as a measure for improving ductility by adding Ni to Bi alone, which can be applied to solder. When Ni is not added to Bi alone, the indentation length is broken at 8 mm, and therefore the Ni addition amount to be 24 mm, which is three times the indentation length, may be 0.03% to 0.09%.

はんだ合金におけるNiの役目として、例えば、Sn−Ag−Cu系合金において、はんだと銅基板との接合界面における金属間化合物の形成を抑制することは知られている。これに対して、今回、上述の3点曲げ試験及び評価結果で説明したように、NiがBi単体に延性を向上させる効果を生じさせることがわかった。以下では、Bi−Ni系合金が高温はんだとして適用し得るか、さらに評価した結果を説明する。   As a role of Ni in a solder alloy, for example, in a Sn—Ag—Cu-based alloy, it is known to suppress formation of an intermetallic compound at a joint interface between a solder and a copper substrate. On the other hand, as described in the above-described three-point bending test and evaluation results, it has been found that Ni causes an effect of improving ductility in Bi alone. Below, the result of having further evaluated whether a Bi-Ni-type alloy can be applied as a high temperature solder is demonstrated.

(Niを添加したBi基合金の圧延)
本実施の形態1のはんだ合金は、BiにNiを添加したBi基合金に相当するが、Niを0.03質量%〜0.09質量%含有するものである。本実施の形態1のはんだ合金のうち、Niを0.05質量%〜0.07質量%含有する場合、延性がより大きくなり、塑性加工性の観点からより優れている。ここでは、Bi−0.07%Ni合金について圧延評価の結果を説明する。
(Rolling Bi-based alloy with Ni added)
The solder alloy according to the first embodiment corresponds to a Bi-based alloy obtained by adding Ni to Bi, but contains 0.03% by mass to 0.09% by mass of Ni. In the solder alloy of the first embodiment, when Ni is contained in an amount of 0.05% by mass to 0.07% by mass, the ductility becomes larger and is more excellent from the viewpoint of plastic workability. Here, the results of the rolling evaluation for the Bi-0.07% Ni alloy will be described.

図5は、比較例となるBi単体の冷間圧延後の外観形状を示す写真である。具体的には、図5は、Bi単体に対して、冷間圧延により0.5mm厚さのはんだテープ製造を試みたものを示す。図6は、本発明の実施の形態1に係るはんだ合金の冷間圧延後の外観形状を示す写真である。図6は、Bi−0.07%Ni合金に対して、冷間圧延により厚さ0.3mmの成形はんだを作製したものを示す。   FIG. 5 is a photograph showing the external shape after cold rolling of a single Bi as a comparative example. Specifically, FIG. 5 shows an attempt to produce a 0.5 mm thick solder tape by cold rolling for Bi alone. FIG. 6 is a photograph showing the external shape of the solder alloy according to Embodiment 1 of the present invention after cold rolling. FIG. 6 shows a Bi-0.07% Ni alloy produced by forming a formed solder having a thickness of 0.3 mm by cold rolling.

図5に示すように、Biは単体では非常に脆く、冷間圧延すると割れてしまうため、成形はんだにならない。一方、図6に示すように、Bi−0.07%Ni合金は延性があり冷間圧延ができることがわかる。   As shown in FIG. 5, Bi is very brittle by itself and cracks when cold-rolled, so it does not become a molded solder. On the other hand, as shown in FIG. 6, it can be seen that the Bi-0.07% Ni alloy is ductile and can be cold rolled.

ここで、成形はんだの作製方法を詳しく説明する。約5mmの厚さの鋳込み材を、圧下率50%で冷間圧延を繰り返し、0.5mm厚さのテープ状にした。その後の冷間圧延では、0.1mmずつテープの厚さを減少させ、厚さ0.3mmのテープとした後、テープをカットして、厚さが0.3mmで、一辺が4mmの正方形の成形はんだを作製した。図6に示すように、本実施の形態1のはんだ合金は、Bi基合金であっても、圧延が可能であることが明らかである。なお、圧延について、はんだ合金がBi−0.07%Ni合金の場合で説明したが、Ni添加量が0.03%〜0.09%の範囲で、はんだとして使用できるものであった。   Here, a method for producing the molded solder will be described in detail. The cast material having a thickness of about 5 mm was repeatedly cold-rolled at a reduction rate of 50% to form a tape having a thickness of 0.5 mm. In the subsequent cold rolling, the thickness of the tape is reduced by 0.1 mm to obtain a tape having a thickness of 0.3 mm, and then the tape is cut into a square having a thickness of 0.3 mm and a side of 4 mm. Molded solder was produced. As shown in FIG. 6, it is apparent that the solder alloy of the first embodiment can be rolled even if it is a Bi-based alloy. In addition, about rolling, although demonstrated when the solder alloy was a Bi-0.07% Ni alloy, it could be used as a solder in the range of Ni addition amount 0.03% to 0.09%.

(Ni添加したBi基合金の濡れ性向上)
本実施の形態1のはんだ合金について、濡れ性を評価した。濡れ性評価では、比較例としてBi単体を用いた。濡れ性の評価には、濡れ広がり試験における濡れ広がり率を用いた。評価に用いた濡れ広がり率の定義を、図7を参照して説明する。図7は、はんだの濡れ広がり率の定義を説明するための模式図である。
(Improvement of wettability of Bi-based alloys with Ni added)
The wettability of the solder alloy according to the first embodiment was evaluated. In the wettability evaluation, Bi alone was used as a comparative example. For the evaluation of wettability, the wet spread rate in the wet spread test was used. The definition of the wetting spread rate used for the evaluation will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the definition of the solder spreading rate.

試験に使用されるはんだについて、溶融前の基板上のはんだを直径Dの球体と考える。直径Dの球体という形状から、はんだの量が決まる。球体と仮定したはんだを10%の水素を含む窒素中で320℃の温度で溶融させると、はんだは、Niめっき板に濡れ広がる。溶融後に基板上に広がったはんだの高さをHとすると、濡れ広がり率は、式(2)で定義される。濡れ広がり率に関連する直径D及び高さHは、JIS Z3197:1999に準拠した方法で測定した。   Regarding the solder used in the test, the solder on the substrate before melting is considered as a sphere having a diameter D. The amount of solder is determined from the shape of a sphere of diameter D. When the solder assumed to be a sphere is melted at a temperature of 320 ° C. in nitrogen containing 10% hydrogen, the solder wets and spreads on the Ni-plated plate. Assuming that the height of the solder spread on the substrate after melting is H, the wetting spread rate is defined by equation (2). The diameter D and the height H related to the wet spreading rate were measured by a method based on JIS Z3197: 1999.

Figure 2019188456
Figure 2019188456

図8は、比較例となるBi単体の濡れ広がりと実施の形態1のはんだ合金の濡れ広がりとを示す写真である。図8(a)がBi単体の場合を示し、図8(b)はBi−0.07%Ni合金の場合を示す。図8を参照すると、図8(b)に示すBi−0.07%Ni合金の濡れ広がりの方が、図8(a)に示すBi単体の濡れ広がりに比べて広がりが大きいことは、明らかである。   FIG. 8 is a photograph showing the wetting and spreading of Bi alone as a comparative example and the wetting and spreading of the solder alloy of the first embodiment. FIG. 8A shows the case of Bi alone, and FIG. 8B shows the case of Bi-0.07% Ni alloy. Referring to FIG. 8, it is clear that the Bi-0.07% Ni alloy wet spread shown in FIG. 8B is larger than the Bi single wet spread shown in FIG. 8A. It is.

Bi単体の濡れ広がり率は、直径D及び高さHの測定値を式(2)に代入することで、58%と算出される。一方、はんだ合金がBi−0.07%Niである場合、濡れ広がり率は、直径D及び高さHの測定値を式(2)に代入することで、74%と算出された。図8に示した外観形状だけでなく、濡れ性の評価値で比較しても、Bi単体よりもBi−0.07%Niが優れていることがわかった。BiにNiを添加することで、Bi単体と比較して、濡れ性が改善する効果が得られる。なお、濡れ性について、はんだ合金がBi−0.07%Ni合金の場合で説明したが、Ni添加量が0.03%〜0.09%の範囲で、はんだとして使用できるものであった。   The wet spread rate of Bi alone is calculated as 58% by substituting the measured values of the diameter D and the height H into the equation (2). On the other hand, when the solder alloy is Bi-0.07% Ni, the wetting spread rate was calculated as 74% by substituting the measured values of the diameter D and the height H into the formula (2). When comparing not only the appearance shape shown in FIG. 8 but also the evaluation value of wettability, it was found that Bi-0.07% Ni was superior to Bi alone. By adding Ni to Bi, an effect of improving wettability can be obtained as compared with Bi alone. The wettability has been described in the case where the solder alloy is a Bi-0.07% Ni alloy. However, it was possible to use it as solder when the Ni addition amount was in the range of 0.03% to 0.09%.

(Ni添加したBi基合金の電気抵抗の改善)
Bi単体は、融点が高い点では、Pbフリー高温はんだの候補の1つとなり得るが、電気抵抗が従来のPbフリー高温はんだに比べて大きい。図9は、BiへのNi添加量と電気抵抗との関係を示すグラフである。
(Improvement of electrical resistance of Ni-added Bi-based alloy)
Bi alone can be one of the candidates for Pb-free high-temperature solder because of its high melting point, but its electrical resistance is higher than that of conventional Pb-free high-temperature solder. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of Ni added to Bi and the electrical resistance.

図9に示すように、Ni添加量が0%から増加するにつれて電気抵抗が減少し、Ni添加量が0.06%付近で電気抵抗が最小になる。Ni添加量が0.06%より大きくなると、電気抵抗が増大する傾向がある。図9に示すグラフから、Bi単体の電気抵抗が1.7μΩ・mに対し、Biに0.03%〜0.09%のNi添加を行うと、1.20〜1.33μΩ・mとなる。そのため、Bi−0.03〜0.09%Niの電気抵抗はBi単体に比べて24〜31%低下しており、電気抵抗が改善される。また、Biに0.05%〜0.07%のNi添加では、電気抵抗は1.20〜1.23μΩ・mとなり、Bi単体に比べて30〜31%の改善がはかれる。   As shown in FIG. 9, the electrical resistance decreases as the Ni addition amount increases from 0%, and the electrical resistance is minimized when the Ni addition amount is around 0.06%. When the amount of Ni added is greater than 0.06%, the electrical resistance tends to increase. From the graph shown in FIG. 9, when the electric resistance of Bi alone is 1.7 μΩ · m and Ni is added in an amount of 0.03% to 0.09% to Bi, it becomes 1.20 to 1.33 μΩ · m. . Therefore, the electrical resistance of Bi-0.03 to 0.09% Ni is 24 to 31% lower than that of Bi alone, and the electrical resistance is improved. Moreover, when 0.05% to 0.07% Ni is added to Bi, the electric resistance is 1.20 to 1.23 μΩ · m, which is 30% to 31% improvement over Bi alone.

本実施の形態1のはんだ合金は、全体の質量%のうち、0.03質量%〜0.09質量%のNiと、全体からNi及び不可避不純物を除いた残部であるBiとからなるものである。本実施の形態1によれば、Bi単体に比べて延性が向上する。Bi単体にNiを添加することは、Biの延性を向上させるという新たな効果をもたらすものである。また、本実施の形態1のはんだ合金は、高温はんだとしての融点の条件を満たす。さらに、本実施の形態1のはんだ合金は、はんだとしての濡れ性の条件を満たし、Bi単体に比べて電気抵抗も改善する。本実施の形態1では、固相線温度が260℃から300℃の範囲で融点が高く、延性の大きいPbフリーはんだ合金を提供することができる。   The solder alloy according to the first embodiment is composed of 0.03% by mass to 0.09% by mass of Ni in the total mass%, and Bi which is the balance excluding Ni and inevitable impurities from the entire mass%. is there. According to the first embodiment, ductility is improved as compared with Bi alone. Adding Ni to Bi alone brings about a new effect of improving the ductility of Bi. Further, the solder alloy of the first embodiment satisfies the melting point condition as a high-temperature solder. Furthermore, the solder alloy according to the first embodiment satisfies the condition of wettability as a solder and improves the electric resistance as compared with Bi alone. In the first embodiment, it is possible to provide a Pb-free solder alloy having a high melting point and a high ductility when the solidus temperature is in the range of 260 ° C. to 300 ° C.

また、本実施の形態1のはんだ合金は、Niを0.05質量%〜0.07質量%含有してもよい。この場合、はんだ合金の延性がさらに向上するとともに、電気抵抗がさらに小さくなる。   Moreover, the solder alloy of the first embodiment may contain 0.05 mass% to 0.07 mass% of Ni. In this case, the ductility of the solder alloy is further improved and the electric resistance is further reduced.

実施の形態2.
実施の形態1で説明したはんだ合金の使用形態の一例として、はんだ合金の粉末とフラックスとを混錬したソルダペーストが考えられる。本実施の形態2は、実施の形態1で説明したはんだ合金をソルダペーストに適用したものである。
Embodiment 2. FIG.
As an example of the usage form of the solder alloy described in the first embodiment, a solder paste in which a solder alloy powder and a flux are kneaded can be considered. In the second embodiment, the solder alloy described in the first embodiment is applied to a solder paste.

本実施の形態2のソルダペーストは、Bi−0.03%〜0.07%Ni合金の粉末と、フラックスとが混錬されたものである。はんだ合金の粉末の粒径としては、粒径分布が5〜50μmの範囲にあるものが好ましく、粒径分布が25〜45μmの範囲にあるものがさらに好ましい。   The solder paste according to the second embodiment is obtained by kneading Bi-0.03% to 0.07% Ni alloy powder and flux. The solder alloy powder preferably has a particle size distribution in the range of 5 to 50 μm, more preferably a particle size distribution in the range of 25 to 45 μm.

フラックスとしては、任意のフラックスを用いることができ、例えば、ロジン系フラックスを用いてもよい。好ましくは、45〜55質量部の重合ロジン、41〜51質量部のブチルカルビトール、0.5〜1質量部のシクロヘキシルアミンHBr塩、0.5〜1質量部のアジピン酸、及び2〜4質量部の水素添加ヒマシ油を組成とするフラックスを、はんだ合金粉末に組み合わせることは、濡れ性の改善により効果的である。このフラックス以外にも、45〜55質量部の混合ロジン(重合ロジン:水素添加ロジン=1:3)、41〜51質量部のヘキシルジグリコール、0.5〜5質量部の2,3−ジブロモ−1,4−ブテンジオール、0.5〜1質量部のアジピン酸、及び2〜4質量部の水素添加ヒマシ油を組成とするフラックスを用いてもよい。フラックスとはんだ合金粉末との質量比は、80:20〜90:10とすることが好ましく、85:15〜90:10とすることがさらに好ましい。   Arbitrary flux can be used as a flux, For example, you may use a rosin-type flux. Preferably, 45-55 parts by weight polymerized rosin, 41-51 parts by weight butyl carbitol, 0.5-1 part by weight cyclohexylamine HBr salt, 0.5-1 part by weight adipic acid, and 2-4 It is more effective to improve the wettability to combine the flux composed of part by mass of hydrogenated castor oil with the solder alloy powder. In addition to this flux, 45 to 55 parts by mass of mixed rosin (polymerized rosin: hydrogenated rosin = 1: 3), 41 to 51 parts by mass of hexyl diglycol, 0.5 to 5 parts by mass of 2,3-dibromo A flux composed of -1,4-butenediol, 0.5 to 1 part by mass of adipic acid, and 2 to 4 parts by mass of hydrogenated castor oil may be used. The mass ratio of the flux to the solder alloy powder is preferably 80:20 to 90:10, and more preferably 85:15 to 90:10.

本実施の形態2のソルダペーストがICなどの半導体装置に用いられる場合を説明する。図10は、本発明の実施の形態2に係るソルダペーストを用いたパッケージ部品の製造から表面実装までの工程を示す図である。   A case where the solder paste of the second embodiment is used in a semiconductor device such as an IC will be described. FIG. 10 is a diagram showing steps from manufacture of a package component using the solder paste according to the second embodiment of the present invention to surface mounting.

図10(a)に示すように、ダイパッド21上に半導体チップ22を搭載した後、本実施の形態2のソルダペースト23でダイパッド21と半導体チップ22とを接合する。続いて、半導体チップ22のパッドとリードフレーム24とを接続するワイヤーボンディングを行った後、図10(b)に示すように、半導体チップ22及びダイパッド21を樹脂25で覆い、パッケージ部品26が作製される。   As shown in FIG. 10A, after mounting the semiconductor chip 22 on the die pad 21, the die pad 21 and the semiconductor chip 22 are joined with the solder paste 23 of the second embodiment. Subsequently, after wire bonding for connecting the pads of the semiconductor chip 22 and the lead frame 24 is performed, the semiconductor chip 22 and the die pad 21 are covered with a resin 25 as shown in FIG. Is done.

パッケージ部品26は、半導体チップ22と、半導体チップ22を支持するダイパッド21と、半導体チップ22とダイパッド21との間に設けられたはんだ合金23aと、半導体チップ22及びダイパッド21を覆う樹脂25とを有する。その後、図10(c)に示すように、パッケージ部品26をプリント基板27の上に搭載し、ソルダペースト28でリードフレーム24と配線29とを接合するリフローが行われる。このリフロー工程は、例えば、温度260℃のリフロー工程である。   The package component 26 includes a semiconductor chip 22, a die pad 21 that supports the semiconductor chip 22, a solder alloy 23 a provided between the semiconductor chip 22 and the die pad 21, and a resin 25 that covers the semiconductor chip 22 and the die pad 21. Have. Thereafter, as shown in FIG. 10C, the package component 26 is mounted on the printed circuit board 27, and reflow is performed to join the lead frame 24 and the wiring 29 with the solder paste 28. This reflow process is a reflow process at a temperature of 260 ° C., for example.

リードフレーム24と配線29とを接合するリフロー工程において、温度が260℃になっても、パッケージ部品26内のはんだ合金23aの融点は260℃よりも高いため、再溶融しない。そのため、本実施の形態2では、耐リフロー性を確保し、階層はんだ付けの接合信頼性を確保することができる。   In the reflow process for joining the lead frame 24 and the wiring 29, even if the temperature reaches 260 ° C., the melting point of the solder alloy 23a in the package component 26 is higher than 260 ° C., and therefore does not remelt. Therefore, in this Embodiment 2, reflow resistance can be ensured and the joining reliability of hierarchical soldering can be ensured.

本実施の形態2のソルダペーストがパワーデバイスのダイボンド材に用いられる場合を説明する。図11は、本発明の実施の形態2に係るソルダペーストをダイボンド材に用いた半導体装置の一構成例を示す側面図である。半導体装置30は、例えば、パワーデバイスである。半導体装置30は、半導体チップ1と、半導体チップ1を支持する絶縁基板3と、絶縁基板3と半導体チップ1との間に設けられたはんだ合金2とを有する。半導体チップ1は、パワー半導体チップである。絶縁基板3は、銅回路板3a及び3cと、銅回路板3a及び3cに挟まれたアルミナセラミックス板3bとを有する。図11に示す半導体装置30では、上部ダイボンド材として、本実施の形態2のソルダペーストが用いられている。はんだ合金2は本実施の形態2のソルダペーストに含まれるはんだ合金である。   The case where the solder paste of this Embodiment 2 is used for the die-bonding material of a power device is demonstrated. FIG. 11 is a side view showing a configuration example of a semiconductor device using the solder paste according to the second embodiment of the present invention as a die bond material. The semiconductor device 30 is, for example, a power device. The semiconductor device 30 includes a semiconductor chip 1, an insulating substrate 3 that supports the semiconductor chip 1, and a solder alloy 2 provided between the insulating substrate 3 and the semiconductor chip 1. The semiconductor chip 1 is a power semiconductor chip. The insulating substrate 3 has copper circuit boards 3a and 3c and an alumina ceramic board 3b sandwiched between the copper circuit boards 3a and 3c. In the semiconductor device 30 shown in FIG. 11, the solder paste of the second embodiment is used as the upper die bond material. Solder alloy 2 is a solder alloy contained in the solder paste of the second embodiment.

半導体装置30の上部ダイボンド材に本実施の形態2のソルダペーストを用いることで、はんだ合金2は、延性が大きいため、半導体装置30の動作と停止との繰り返しによる熱サイクルに起因する劣化が抑制される。その結果、従来のPbフリー高温はんだ合金に比べて、接合信頼性が向上する。   By using the solder paste of the second embodiment for the upper die bond material of the semiconductor device 30, the solder alloy 2 has high ductility, so that deterioration due to a thermal cycle due to repeated operation and stop of the semiconductor device 30 is suppressed. Is done. As a result, the bonding reliability is improved as compared with the conventional Pb-free high temperature solder alloy.

また、図11に示すように、半導体装置30において、半導体チップ1から発生する熱を放出する放熱板5が、絶縁基板3の裏面に設けられていてもよい。絶縁基板3と放熱板5とは、はんだ合金4で接合されている。図11に示す半導体装置30では、下部ダイボンド材として、本実施の形態2のソルダペーストが用いられてもよい。この場合、はんだ合金4は、本実施の形態2のソルダペーストに含まれるはんだ合金である。   In addition, as shown in FIG. 11, in the semiconductor device 30, a heat radiating plate 5 that releases heat generated from the semiconductor chip 1 may be provided on the back surface of the insulating substrate 3. The insulating substrate 3 and the heat sink 5 are joined with a solder alloy 4. In the semiconductor device 30 shown in FIG. 11, the solder paste of the second embodiment may be used as the lower die bond material. In this case, the solder alloy 4 is a solder alloy included in the solder paste of the second embodiment.

例えば、上部ダイボンド材に要求される融点が300℃以上の高温である場合、下部ダイボンド材として選択されるはんだ合金4の融点が300℃より低くなるように、本実施の形態2のソルダペーストを適用することができる。この場合、半導体チップ1及び絶縁基板3を接合した後、絶縁基板3及び放熱板5を接合する際、300℃の高温で加熱しても、上部ダイボンド材が溶融しない。   For example, when the melting point required for the upper die bond material is a high temperature of 300 ° C. or higher, the solder paste of the second embodiment is used so that the melting point of the solder alloy 4 selected as the lower die bond material is lower than 300 ° C. Can be applied. In this case, after bonding the semiconductor chip 1 and the insulating substrate 3, the upper die-bonding material does not melt even when heated at a high temperature of 300 ° C. when bonding the insulating substrate 3 and the heat sink 5.

なお、半導体装置30が、パワー半導体チップを有するパワーデバイスの場合で説明したが、半導体装置はパワーデバイスに限らない。半導体装置30は、動作すると高温を発生する半導体チップが搭載されていれば、本実施の形態2のソルダペーストをダイボンド材に適用できる。   Although the semiconductor device 30 has been described as a power device having a power semiconductor chip, the semiconductor device is not limited to a power device. As long as the semiconductor device 30 is mounted with a semiconductor chip that generates a high temperature when it operates, the solder paste of the second embodiment can be applied to the die bond material.

実施の形態3.
実施の形態1で説明したBi−0.05%〜0.07%Ni合金は、延性がより大きく、圧延可能であることから、はんだの使用形態として、実施の形態2で説明したソルダペーストだけでなく、成形はんだとすることができる。本実施の形態3は、実施の形態1で説明したはんだ合金を、成形はんだに適用したものである。
Embodiment 3 FIG.
Since the Bi-0.05% to 0.07% Ni alloy described in the first embodiment has higher ductility and can be rolled, only the solder paste described in the second embodiment is used as a solder usage pattern. Instead, it can be formed solder. In the third embodiment, the solder alloy described in the first embodiment is applied to molded solder.

本実施の形態3の成形はんだは、0.05質量%〜0.07質量%のNiと、Ni及び不可避不純物を除いた残部であるBiとで構成される。本実施の形態3による成形はんだとしては、板状、線状及びリング状等の形状が可能である。本実施の形態3による成形はんだは、用途に合わせて、一定の形状に成形されたものである。成形はんだの形状及び寸法は、限定されない。接合対象に適合するように、成形のはんだの形状及び寸法を適宜、選択すればよい。   The molded solder according to the third embodiment is composed of 0.05 mass% to 0.07 mass% of Ni and Bi which is the balance excluding Ni and inevitable impurities. The molded solder according to the third embodiment can have a plate shape, a line shape, a ring shape, or the like. The molded solder according to the third embodiment is formed into a certain shape according to the application. The shape and dimensions of the molded solder are not limited. What is necessary is just to select suitably the shape and dimension of the shaping | molding solder so that it may suit a joining object.

実施の形態1で説明したBi−0.05%〜0.07%Ni合金を成形はんだとする場合、実施の形態2で説明したフラックスを接合対象部材に塗布し、その上に成形はんだを置いて、決められた温度プロファイルで接合すればよい。また、フラックスの体積は、成形はんだと同体積、又は成形はんだの1.2倍程度の体積になるように、フラックスを用いればよい。温度プロファイルの具体例として、150〜220℃、好ましくは170〜200℃で100〜130秒加熱する予備加熱工程の後、加熱ピーク温度を350℃以下として、270℃以上で40〜120秒保持する加熱工程を行うことが考えられる。本実施の形態3のはんだ合金を、最適なフラックスと組み合わせ、上記温度プロファイルで接合することで、はんだ合金の濡れ性を著しく改善することができる。   When the Bi-0.05% to 0.07% Ni alloy described in the first embodiment is used as a molded solder, the flux described in the second embodiment is applied to a member to be joined, and the molded solder is placed thereon. Then, it is only necessary to bond with a predetermined temperature profile. Moreover, what is necessary is just to use a flux so that the volume of a flux may become the same volume as a molded solder, or about 1.2 times the volume of a molded solder. As a specific example of the temperature profile, after the preheating step of heating at 150 to 220 ° C., preferably 170 to 200 ° C. for 100 to 130 seconds, the heating peak temperature is set to 350 ° C. or lower and held at 270 ° C. or higher and held for 40 to 120 seconds. It is conceivable to perform a heating step. The wettability of the solder alloy can be remarkably improved by combining the solder alloy of the third embodiment with the optimum flux and joining with the above temperature profile.

また、本実施の形態3の成形はんだでは、フラックスを使用せずに、水素又はギ酸など活性雰囲気の環境下で接合することもできる。この場合、加熱温度をBiの固相線温度270℃以上とし、加熱ピーク温度を合金の液相線温度+30℃程度に設定する。加熱時間は少なくとも60秒以上保持することで、良好な濡れ性が得られる。加熱ピーク温度に関しては、必ずしも液相線温度以上である必要はなく、純粋なBiにより近い成分の場合は、純粋なBiの固相線温度である270℃+30℃程度の加熱をすることで、活性雰囲気においても良好な接合が確保できる。   Further, the molded solder of the third embodiment can be joined in an active atmosphere environment such as hydrogen or formic acid without using a flux. In this case, the heating temperature is set to 270 ° C. or higher for the Bi solidus temperature, and the heating peak temperature is set to about the liquidus temperature of the alloy + 30 ° C. Good wettability can be obtained by maintaining the heating time for at least 60 seconds. With regard to the heating peak temperature, it is not always necessary to be higher than the liquidus temperature, and in the case of a component closer to pure Bi, by heating at about 270 ° C. + 30 ° C., which is the solidus temperature of pure Bi, Good bonding can be secured even in an active atmosphere.

また、本実施の形態3の成形はんだを、図11に示した半導体装置30の上部ダイボンド材及び下部ダイボンド材のうち、一方又は両方に適用することができる。成形はんだにおいては、フラックスを使用せず、水素又はギ酸など活性雰囲気の環境下で接合することが一般的であるが、フラックスを接合対象部材に塗布し、その上に成形はんだを置いて、決められた温度プロファイルで接合してもよい。   Further, the molded solder according to the third embodiment can be applied to one or both of the upper die bond material and the lower die bond material of the semiconductor device 30 shown in FIG. In the case of molded solder, it is common to bond in an active atmosphere environment such as hydrogen or formic acid without using flux. However, the flux is applied to the members to be bonded, and the molded solder is placed on it and determined. Bonding may be performed with a given temperature profile.

本発明のはんだ合金は、電子機器全般において、半導体チップ等のダイボンド接合部に適用することができる。本発明のはんだ合金は、例えば、ICなどパッケージ部品に好適である。また、発熱の大きい部品、例えば、LED素子及びパワーダイオードなどパワー半導体デバイスのダイボンド接合部に、本発明のはんだ合金を適用することができる。さらに、プリント配線板などに搭載される電子部品全般におけるIC素子などの内部接続のダイボンド接合部に、本発明のはんだ合金は好適である。応用される製品として、上記のLED素子を用いた照明部品、インバータの駆動回路、及びパワーモジュールといわれる電力変換機などが対象として挙げられる。   The solder alloy of the present invention can be applied to die bond joints such as semiconductor chips in all electronic devices. The solder alloy of the present invention is suitable for package parts such as an IC. Also, the solder alloy of the present invention can be applied to components that generate large amounts of heat, for example, die-bonded joints of power semiconductor devices such as LED elements and power diodes. Furthermore, the solder alloy of the present invention is suitable for internal connection die-bond joints such as IC elements in all electronic components mounted on printed wiring boards and the like. Examples of products to be applied include lighting components using the above LED elements, inverter drive circuits, and power converters called power modules.

1 半導体チップ、2 はんだ合金、3 絶縁基板、3a 銅回路板、3b アルミナセラミックス板、3c 銅回路板、4 はんだ合金、5 放熱板、6 試験片、7 押金具、8 支持台、9 土台、10 3点曲げ試験装置、21 ダイパッド、22 半導体チップ、23 ソルダペースト、23a はんだ合金、24 リードフレーム、26 パッケージ部品、27 プリント基板、28 ソルダペースト、29 配線、30 半導体装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor chip, 2 Solder alloy, 3 Insulation board, 3a Copper circuit board, 3b Alumina ceramic board, 3c Copper circuit board, 4 Solder alloy, 5 Heat sink, 6 Test piece, 7 Pressing bracket, 8 Support base, 9 Base, 10 3 point bending test equipment, 21 die pad, 22 semiconductor chip, 23 solder paste, 23a solder alloy, 24 lead frame, 26 package component, 27 printed circuit board, 28 solder paste, 29 wiring, 30 semiconductor device.

Claims (7)

全体の質量%のうち、0.03質量%〜0.09質量%のニッケルと、
全体から前記ニッケル及び不可避不純物を除いた残部であるビスマスと、
からなるはんだ合金。
Of the total mass%, 0.03 mass% to 0.09 mass% nickel,
Bismuth which is the balance excluding the nickel and inevitable impurities from the whole,
Solder alloy consisting of
前記ニッケルを0.05質量%〜0.07質量%含有する、請求項1に記載のはんだ合金。   The solder alloy according to claim 1, wherein the nickel is contained in an amount of 0.05 mass% to 0.07 mass%. 請求項1又は2に記載のはんだ合金の粉末と、
フラックスと、
を有するソルダペースト。
The solder alloy powder according to claim 1 or 2,
With flux,
Solder paste having
請求項1又は2に記載のはんだ合金が一定の形状に成形された成形はんだ。   A molded solder in which the solder alloy according to claim 1 or 2 is molded into a fixed shape. 半導体チップと、
前記半導体チップを支持するダイパッドと、
前記半導体チップと前記ダイパッドとの間に設けられた、請求項1又は2に記載のはんだ合金と、
前記半導体チップ及び前記ダイパッドを覆う樹脂と、
を有する半導体装置。
A semiconductor chip;
A die pad for supporting the semiconductor chip;
The solder alloy according to claim 1 or 2, provided between the semiconductor chip and the die pad;
A resin covering the semiconductor chip and the die pad;
A semiconductor device.
半導体チップと、
前記半導体チップを支持する絶縁基板と、
前記絶縁基板と前記半導体チップとの間に設けられた、請求項1又は2に記載のはんだ合金と、
を有する半導体装置。
A semiconductor chip;
An insulating substrate for supporting the semiconductor chip;
The solder alloy according to claim 1 or 2, provided between the insulating substrate and the semiconductor chip,
A semiconductor device.
半導体チップを支持する絶縁基板と、
前記半導体チップから発生する熱を放出する放熱板と、
前記絶縁基板と前記放熱板との間に設けられた、請求項1又は2に記載のはんだ合金と、
を有する半導体装置。
An insulating substrate that supports the semiconductor chip;
A heat sink that releases heat generated from the semiconductor chip; and
The solder alloy according to claim 1 or 2, provided between the insulating substrate and the heat sink,
A semiconductor device.
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WO2024048887A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 서울과학기술대학교 산학협력단 Method for manufacturing sinter bonding film, and method for manufacturing power semiconductor package

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021153447A1 (en) * 2020-01-30 2021-08-05 ローム株式会社 Semiconductor device
WO2024048887A1 (en) * 2022-09-01 2024-03-07 서울과학기술대학교 산학협력단 Method for manufacturing sinter bonding film, and method for manufacturing power semiconductor package

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