JP6803107B1 - プリフォームはんだ及び該プリフォームはんだを用いて形成されたはんだ接合体 - Google Patents
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Abstract
Description
バインダー(イソボロニルシクロヘキサノール)1.2質量部、アジピン酸0.4質量部、デカノール0.8質量部のフラックス剤、Niの含有量が5.5atm%(5.1質量%)のCu−Ni合金の金属粉末6.8質量部、Snを主成分とする鉛フリーはんだ合金粉末(株式会社日本スペリア社製、SN100C(登録商標)、Sn−Cu−Ni系はんだ合金)10.8質量部の混合物を加熱溶融した後冷却し、シート状のプリフォームはんだ1を作製した。
得られたプリフォームはんだ1の厚み方向断面をSEMにより確認した。図2に示すように得られたプリフォームはんだは、Ni含量が5.1質量%でCu濃度が高い金属粒子を用いて形成したものであったが、はんだ合金中に金属粒子が維持されていることが確認された。つまり、Cu−Ni合金の金属粒子にSnが拡散し、(Cu、Ni)6Sn5が表面に形成されたと考えられる。
<鉛フリーはんだのはんだ箔1の作製>
0.7Cu、0.05Ni、0.005Ge、残部Sn組成のはんだ合金(株式会社日本スペリア社製、SN100C(登録商標))を用いて、定法に従って、幅15mm、長さ15mm、厚さ2.5mmのはんだ箔1を作製した。
Niの含有量が30質量%のCu−Ni合金の金属粒子を、プリフォームはんだの状態で表1に示す含有率となり得るようにフラックス剤(株式会社日本スペリア社製、フラックスRM−5)に練り込み、混練物を作製した。次いで、この混練物を前述のはんだ箔1の一方の面の表面の中心部分に、幅10mm、長さ10mmとなるように均一に塗布した。次いで、混練物が表面に塗布されたはんだ箔1を、200℃に保持したホットプレートに載置して、はんだ箔1を加熱すると同時に、はんだごて(こて先の温度:350℃)を、混練物が塗布された面の側から接触させ、はんだ箔1の表層を溶融し、Cu−Ni合金の金属粒子をはんだ箔1の合金内に埋入した。その後、自然冷却して、金属粒子を鉛フリーはんだ合金中に含むはんだ箔2を得た。はんだ箔2の表裏両面を研磨して厚みを2mmとし、幅10mm、長さ10mmに加工し、はんだ箔3としてシート状のプリフォームはんだ2を得た。得られたプリフォームはんだ2を評価用の試料として用いた。
前述のはんだ箔1の表面を研磨して厚さ2mmとした後、幅10mm、長さ10mmに裁断してはんだ箔4を得た。得られたはんだ箔4を評価用の試料として用いた。
<熱拡散率の測定>
エアゾール乾性黒鉛被膜形成潤滑剤DGF(日本船舶工具(有)製)を用いて黒化処理を行った実施例2及び比較例1の各試料を、レーザーフラッシュアナライザーLFA457(NETZSCH社製)を用いて、大気中、室温における熱拡散率の測定を行った。
アルキメデス法に従い、実施例2及び比較例1の各試料を内径が当該試料と合同の容器中の水に沈め、試料投入前後の液面の変化より試料体積を測定し、試料重量より算出した。
示差走査熱量測定装置DSC3500(NETZSCH社製)を用い、サファイアを基準物質として、アルゴン雰囲気下、室温条件にて、DSC法により実施例2及び比較例1の各試料の比熱を測定した。
実施例2及び比較例1の各試料について、前述のようにして得られた、熱拡散率、密度、比熱から、下記式に従って熱伝導率を算出した。
熱伝導率(W/(m・K)) = 熱拡散率(m2/s)×密度(Kg/m3)×比熱(J/(Kg・K))
Coの含有量が30質量%のCu−Co合金の金属粒子(平均粒子径85μm、球形状、図3参照)を用いた以外は、実施例2と同様にしてプリフォームはんだ3を得た。
<はんだ接合体の断面構造の観察>
得られたプリフォームはんだ3を、2枚の基材である銅箔の間に挟み、定法に従って、250℃で1〜2分間加熱して、プリフォームはんだ3を溶融させた後、冷却して、両銅箔がプリフォームはんだ3のはんだ接合部を介して接合されているはんだ接合体を作製した。得られたはんだ接合体の厚み方向断面のデジタルマイクロスコープ及び走査電子顕微鏡(SEM)による撮像を取得し、断面を観察するととともに、画像処理ソフトにより、プリフォームはんだ3の層の厚み、及び、同層に含まれる金属間化合物で被覆された金属粒子の寸法を測定した。取得した画像を図4、5に示す。図5は、図4の符号3aで示される金属粒子の近傍の拡大図(700倍)である。また、図5に示すはんだ接合体の厚み方向断面において、エネルギー分散型X線分析装置により金属成分分析を行って、Sn、Cu、Coの分布を測定した。測定結果を図6〜8に示す。金属成分分析の測定条件は、ZAF法による簡易定量分析とし、フィッティング係数は0.7108、加速電圧は20.0kV、照射電流は1.00000nAとした。図6〜8は、図5に示す断面における、それぞれSn、Cu、Coの分布を示している。尚、図6〜8は、白黒で示されているが、実際の画像は濃度分布がカラーの点の分布で示されている。図6〜8の符号7で示すインジケータは、対応するカラー画像では、図中下から上に向かって黒、青系、黄緑系、赤系の順に配列され、各系は図中上側の方が淡色系となるように、順に配列されたスペクトルとして示されている。また、インジケータ7は、図中下から上に向かって順に濃度が高くなるように示されている。尚、以下の図6〜8を参照した説明では、必要に応じてカラー画像の表示を括弧書きで示している。
2 はんだ合金
3、3a、3b 金属粒子
4、4a、4b (Cu、Ni)6Sn5
5 銅箔(基材)
Claims (2)
- Snを主成分とする鉛フリーはんだ、及び、該鉛フリーはんだよりも融点の高い金属粒子を含むプリフォームはんだであって、
前記金属粒子は、Co含量が0.1〜90質量%であるCu−Co合金で形成されており、
前記鉛フリーはんだはNiを含有し、
前記金属粒子の表面に(Cu、Ni)6Sn5が形成されている、プリフォームはんだ。 - 基材と、該基材と接合した請求項1記載のプリフォームはんだにより構成されるはんだ接合部とを含む、はんだ接合体。
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