(11−11) はんだ添加成分の影響
(11−1−1) 主なはんだと接合金属で形成される金属間化合物
添加成分の存在形態
SnとIMCを形成する
ほとんどの金属
SnとIMCを形成しない
Pb、Bi、Zn、Al、Ga、Ge、Si
Sn以外の成分とIMCを形成
Pb→Au
Al→Cu、Ag
Zn→Cu、Ni、Ag
Cu基体との反応
Cu6Sn5で固溶・置換
Cu置換 Ni、Co、Au
Sn置換 In
*IMC層形態変化
Cu6Sn5 Ni、Co
IMC相変化
量が増えると Cu−Sn IMCから Cu−X IMC →Zn
*Niははんだに多くは添加しない
Ni基体との反応
Ni3Sn4で固溶・置換
Ni置換 Cu、Au
Sn置換 In
*IMC層形態変化
IMC相変化
量が増えると Ni−Sn IMCから
Cu (Cu,Ni)6Sn5 IMC
Zn Ni−Zn IMC
はんだ中主要含有成分と反応
Au
Auと反応しIMC
AuSn4で固溶・置換
Ag
Agと反応しIMC
Ag3Snで固溶・置換
*半導体のリードフレーム材料の微量添加成分
半導体のリードフレーム材料としては樹脂との密着性からはFe−Ni合金が良いが、放熱性や導電性、非磁性といった観点から
Cu合金が多く利用されるようになっている。
Cu合金
◎C19400(Cu−2.3Fe−0.12Zn−0.03P)
◎C50710(Cu−2Sn−0.2Ni−0.1P)
◎C19210(Cu−0.1Fe−0.03P)
◎C18040(Cu−0.3Cr−0.25Sn−0.2Zn)
*C14410(Cu−0.15Sn)
C18045(Cu−0.3Cr−0.25Sn−0.2Zn−0.02Si)
C70250(Cu−3.0Ni−0.65Si−0.15Mg)
C64730(Cu−3.2Ni−0.7Si−1.25Sn−0.3Zn)
C72500(Cu−9Ni−2.3Sn)
挿入部品
C19210(Cu−0.1Fe−0.03P)
C14410(Cu−0.15CSn−0.01P)
C15150(Cu−0.02Zr)
C15100(Cu−0.1Zr)
(11−11−1) 主なはんだと接合金属で形成される金属間化合物
Sunによると主なはんだと接合金属で形成される金属間化合物は
*Sn−Zn(−Bi)はんだとNiの場合Ni5Sn21というのは明らかに誤りでNi−Zn IMCである。
主なはんだと接合金属で形成される金属間化合物
はんだ\IMC |
はんだバルク |
Cu基体界面 |
Ni/Au基体界面 |
Sn-37Pb |
− |
Cu6Sn5 |
Ni3Sn4 |
Sn-Pb-Ag |
Ag3Sn |
Cu6Sn5 |
Ni3Sn4 |
Pb-5Sn |
− |
Cu3Sn |
|
Sn-Ag |
Ag3Sn |
Cu3Sn |
Ni3Sn4 |
Sn-Ag-Bi |
Ag3Sn |
Cu3Sn |
Ni3Sn4 |
Sn-Ag-Zn |
Ag3Sn、Ag5Zn8 |
Cu6Sn5、Cu5Zn8、Ag5Zn8
Zn量に依存 |
Ni3Sn4、Ni5Zn21
Zn量に依存 |
Sn-Ag-In |
γAgIn、(Ag3Sn)、(γSnIn) |
Cu6Sn5 |
|
Sn-Ag-Cu |
Ag3Sn、Cu6Sn5 |
Cu6Sn5 |
(Ni,Cu)3Sn4、(Cu,Ni)6Sn5
Cu量に依存 |
Sn-Ag-Ni |
Ag3Sn、Ni3Sn4 |
(Cu,Ni)6Sn5 |
Ni3Sn4 |
Sn-Ag-Co |
Ag3Sn、CoSn2? |
(Cu,Co)6Sn5 |
|
Sn-Cu |
Cu6Sn5 |
Cu6Sn5 |
(Cu,Ni)6Sn5 |
Sn-Co-Cu |
(Cu,Co)6Sn5、(Co,Cu)Sn2 |
Cu6Sn5 |
(Cu,Ni)6Sn5 |
Sn-Cu-Ni |
(Cu,Ni)6Sn5 |
(Cu,Ni)6Sn5 |
|
Sn-Zn |
− |
Cu5Zn8? |
Au-Zn、Ni-Zn? |
Sn-Zn-Bi |
− |
Cu5Zn8? |
Au-Zn、Ni-Zn? |
Sn-Zn-Ag |
Ag-Zn |
Cu5Zn8 |
− |
Sn-Zn-In |
|
Cu5Zn8 |
Ni5Zn21 |
Sn-Bi |
− |
Cu6Sn5 |
Ni3Sn4 |
Sn-52In |
β(In3Sn)、γ(InSn4) |
Cu6(Sn,In)5 |
電解:AuIn2
無電解:Ni3(Sn,In)4 |
Sn-Sb |
(SnSb) |
Cu6Sn5 |
|
Au-20Sn |
Au5Sn(ζ’)、AuSn(δ) |
(Cu,Au)6Sn5 |
(Au,Ni)3Sn2:(Au,Ni)3Sn |
*注
Yoon Sn−ZnとNi/AuではAu-Zn、AuZn3、AuZn8
Fima Sn−ZnではCuとCu5Zn8、NiとNi5Zn21
Yoon Au−20SnとNi/Auで(Au,Ni)3Sn2:(Au,Ni)3Sn
注意すべきはNi/Au基体では形成されるIMCはCuの影響を受けることである。
またZnによりCu、Ni基体ともIMCがZnのIMCとなり、Zn、Inが添加されるとNi/Au基体で界面にAuのIMCが形成される。
なおNi/Au基体などのようにAu保護膜が形成されている場合でははんだ中に当然Au4Snが形成される。
電極との反応でSn-CuあるいはSn-Niに第3成分が関わると
基本的に影響がない
Ag、Bi、Sbなど
IMC種の変化、組成が影響
Znなど、(Ni,Cu)3Sn4→(Cu,Ni,)6Sn5
IMCへの固溶(置換)
(Cu,Au,Ni,)6Sn5、(Ni,Cu)3Sn4、(Au,Ni)Sn4など
が生じる。
合金基材(電極)では
42アロイでは(Fe,Ni)Sn2の2層構造で基材側は均一ではんだ側凸凹している。反応は遅い。
黄銅(Cu−Zn)ではCu6Sn5。その他銅合金もCu6Sn5。
詳しくは→(11)
はんだ相互接合界面