Effect of Third Element Addition on Eutectic Microstructure of Lead Free Low Temperature Sn-Bi Based Solders

第三元素添加对无铅低温锡铋基焊料共晶组织的影响

基本信息

批准号：
19560728
负责人：
UENISHI Keisuke
金额：
$ 3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

Sn-Bi共晶系はんだは、その融点が140℃と低いため、低温実装用材料として期待されている。しかし、その延性が乏しいことが実用化の阻害要因となっており、その改善が求められている。研究者らはこれまで、Sn-Bi共晶はんだに1mass%以下のAgを添加することにより、共晶組織を微細化し、延性を改善することができることを報告した。またAg以外にはCu、Geなどの元素を添加することによっても同様な微細化効果があることが確認された更に添加元素としてSbを添加量を1mass%以下に制御することにより、比較的遅い冷却速度においてもSn/Biの共晶組織を著しく微細化することが明らかとなった。この材料は引張り試験による伸びが40%以上と、従来のSn-Pb共晶はんだよりも延性にすぐれ、かつ融点が140℃前後の新しい低融点はんだ材料として有望であることが確認された。Sb添加が有効である要因としては、元素添加により新たに形成する金属間化合物相が、他の添加元素では晶出によって形成されるため、ローカルには粗大化したものが形成されやすいのに対して、Sbを添加したときに形成するSnSb相は過飽和なSn固溶体から析出するため、微細にSnとBiの粒界に分散するためであることが、計算状態図による熱力学的考察により明らかとなったこの開発したSn-Bi-SbはんだBGAボールを用いて、Cu基板との接合を行ったところ、160℃という従来のはんだ材料の場合よりも低温のリフローで接合が可能でバンププル引張り試験によっても高い引張り強度を示すなど、その接合性も良好であることが確認された

Sn-Bi共晶焊料的熔点较低，为140℃，因此有望成为低温安装材料。但其延展性较差，限制了其实际应用，需要改进。研究人员此前报道，在Sn-Bi共晶焊料中添加1质量％或更少的Ag可以细化共晶结构并提高延展性。另外，还确认了添加Cu、Ge等Ag以外的元素也具有同样的精炼效果。另外，通过将作为添加元素的Sb的添加量控制在1质量%以下，可以结果表明，通过改变冷却速度，Sn/Bi共晶组织也得到了显着的细化。该材料在拉伸测试中伸长率超过40%，这表明它比传统的Sn-Pb共晶焊料具有更好的延展性，并且熔点在140°C左右，是一种很有前途的新型低熔点焊料材料。添加Sb之所以有效，是因为添加该元素新形成的金属间化合物相是通过与其他添加元素结晶而形成的，因此容易局部形成较粗大的相，因此，添加Sb时形成SnSb相。从过饱和的Sn固溶体中析出，因此微细地分散在Sn和Bi晶界处。使用该开发的 Sn-Bi-Sb 焊料 BGA 球与 Cu 基板进行接合时，通过计算相图的热力学考虑可知，接合温度为 160℃，高于传统焊料材料的接合温度。经证实，其接合性能良好，可通过低温回流焊进行接合，并且在凸块拉力测试中显示出高拉伸强度。