本發(fā)明專利技術(shù)提供可以用于車(chē)載電路的錫焊的具有優(yōu)異耐熱循環(huán)性或機(jī)械強(qiáng)度的Sn-Ag-Cu-Bi無(wú)鉛焊料。包含2.8～4質(zhì)量％的Ag、1.5～6質(zhì)量％的Bi、0.8～1.2質(zhì)量％的Cu、剩余量的Sn。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及在溫度變化大的嚴(yán)酷條件下使用的無(wú)鉛焊料、例如，正如汽車(chē)的引擎附近那樣的在使用時(shí)與停止時(shí)溫度差增大的環(huán)境下使用的無(wú)鉛焊料，以及使用了該無(wú)鉛焊料的車(chē)載電路。
技術(shù)介紹
·鉛由于給人體帶來(lái)不良影響，所以含鉛焊料越來(lái)越受到限制，普遍使用以Sn為主成分的無(wú)鉛焊料?，F(xiàn)在，大量用于電視機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)、電腦等所謂“民用電子設(shè)備”的無(wú)鉛焊料是Sn-3Ag-0. 5Cu焊料。該無(wú)鉛焊料雖然錫焊性稍差于現(xiàn)有的Pb-Sn焊料，但通過(guò)改良焊劑裝置或焊錫裝置就能沒(méi)有問(wèn)題地使用，通常在民用電子設(shè)備的耐用年限內(nèi)使用時(shí)不發(fā)生剝離之類的問(wèn)題。民用電子設(shè)備中，錫焊部的耐久試驗(yàn)采用熱循環(huán)試驗(yàn)。民用電子設(shè)備較多采用的熱循環(huán)試驗(yàn)如下將大小為3. 2X1. 6X0. 6 (mm)的芯片電阻零件錫焊于印制電路板，將錫焊部在_40°C、+85°C的高溫與低溫下各保持30分鐘，將上述加熱·冷卻進(jìn)行500個(gè)循環(huán)。然后，進(jìn)行導(dǎo)體間通電狀態(tài)的測(cè)定，如果通電，則是合格程度的樣品。汽車(chē)上也搭載有于印制電路板錫焊也就是安裝電子零件得到的電路(以下稱為車(chē)載電路)，車(chē)載電路也進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)。車(chē)載電路中采用的熱循環(huán)試驗(yàn)如下所述，是在所述民用電子設(shè)備的熱循環(huán)試驗(yàn)中所不能想象的非常嚴(yán)酷條件下的試驗(yàn)。目前也提出了許多耐熱循環(huán)性優(yōu)異的無(wú)鉛焊料。參照專利文獻(xiàn)I至3。但是，對(duì)車(chē)載電路的錫焊部進(jìn)行現(xiàn)在所要求的熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)并未顯示充分的耐熱循環(huán)性。專利文獻(xiàn)I :日本專利特開(kāi)平5-228685號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開(kāi)平9-326554號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本專利特開(kāi)2000-349433號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
實(shí)際上，關(guān)于專利文獻(xiàn)I至3的實(shí)施例所公開(kāi)的具體組成例，根據(jù)現(xiàn)今所要求的基準(zhǔn)，將上述從-40°C至+85°C的熱循環(huán)進(jìn)行500個(gè)循環(huán)的熱循環(huán)試驗(yàn)、與將從-55°C至+125°C的熱循環(huán)進(jìn)行1500個(gè)循環(huán)的熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，均未得到滿意的結(jié)果。例如，焊料的耐熱循環(huán)性無(wú)法用現(xiàn)在進(jìn)行的整體特性值試驗(yàn)、例如抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、疲勞試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。已知的標(biāo)準(zhǔn)是在評(píng)價(jià)焊料接頭部的耐熱循環(huán)性時(shí)，最好進(jìn)行實(shí)際安裝了零件的印制電路板的熱循環(huán)試驗(yàn)。特別是車(chē)載電路的熱循環(huán)試驗(yàn)比民用電子設(shè)備的熱循環(huán)試驗(yàn)(測(cè)定將_40°C +85°C的加熱 冷卻進(jìn)行500個(gè)循環(huán)是否通電)嚴(yán)格，在將-55°C +125°C的加熱·冷卻循環(huán)進(jìn)行至少1500個(gè)循環(huán)、更優(yōu)選3000個(gè)循環(huán)的非常嚴(yán)酷的熱循環(huán)試驗(yàn)中，要求具有規(guī)定的接合強(qiáng)度。但是，現(xiàn)有的無(wú)鉛焊料并不能滿足該基準(zhǔn)。但是，車(chē)載電路用于電控制引擎、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車(chē)等設(shè)備，對(duì)于汽車(chē)行駛而言是非常重要的保安零件，所以必須可以長(zhǎng)期在沒(méi)有故障、穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。特別是用于控制引擎的車(chē)載電路也有設(shè)置于引擎附近的電路，使用環(huán)境相當(dāng)嚴(yán)格。實(shí)際上，設(shè)置有上述車(chē)載電路的引擎附近在引擎旋轉(zhuǎn)時(shí)為100°c以上的高溫，停止引擎旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果是外部環(huán)境溫度、例如北美或西伯利亞等寒冷地域，冬季達(dá)到-30°C以下的低溫。因此，車(chē)載電路因反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)引擎與停止引擎而處于-30°C以下、+IOO0C以上的熱循環(huán)。車(chē)載電路被長(zhǎng)期置于如上所述溫度劇烈變化的環(huán)境(以下稱為熱循環(huán)環(huán)境)時(shí)，引起焊料與印制電路板分別熱膨脹·收縮。但是，金屬的焊料與樹(shù)脂制印制電路板由于熱膨脹率有差異，所以兩者上施加有壓力。此時(shí)，樹(shù)脂制印制電路板因伸縮而不存在問(wèn)題，但金屬焊料在長(zhǎng)期的膨脹·收縮下引起金屬疲勞，歷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間后，有出現(xiàn)裂縫而斷裂的現(xiàn)象。也就是說(shuō)，由于因長(zhǎng)期的壓力引起金屬疲勞，所以也考慮車(chē)載電路中，雖然開(kāi)始使用新車(chē)后暫時(shí)沒(méi)有問(wèn)題，但長(zhǎng)期行駛時(shí)，錫焊部的焊料發(fā)生剝離。其原因在于，錫焊部在熱循環(huán)環(huán)境中雖然不至于斷裂，但接合強(qiáng)度減弱時(shí)，因受到來(lái)自路面的巨大沖擊或受到來(lái)自弓I擎的連續(xù)微小的振動(dòng)而發(fā)生剝離。因此，用于車(chē)載電路的焊料要求在熱循環(huán)環(huán)境中顯示優(yōu)異的耐熱循環(huán)性。作為車(chē)載電路的錫焊，優(yōu)選使用已經(jīng)用于民用電子設(shè)備的Sn-3Ag-0. 5Cu的無(wú)鉛焊料。但是，該無(wú)鉛焊料由于對(duì)于嚴(yán)酷的熱循環(huán)環(huán)境不具有充分的耐熱循環(huán)性，所以無(wú)法用于像汽車(chē)那樣高溫與低溫之差非常大的嚴(yán)格的熱循環(huán)環(huán)境。為此，本專利技術(shù)的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出用于車(chē)載電路的焊料合金，所述焊料合金耐受認(rèn)為從現(xiàn)狀來(lái)看嚴(yán)格的以_55°C +125°C的熱循環(huán)為基準(zhǔn)的1500個(gè)循環(huán)。作為用于車(chē)載電路的焊料，當(dāng)然不僅錫焊性優(yōu)異，還必須可以在錫焊時(shí)不給電子零件或印制電路板帶來(lái)熱影響的溫度下錫焊。通常認(rèn)為錫焊溫度為焊料的液相線+10 300C，焊料的液相線溫度提高時(shí)，錫焊溫度也必須提高，錫焊溫度高時(shí)，使電子零件或印制電路板熱損傷或者機(jī)械劣化。回流錫焊電子零件或印制電路板時(shí)，如果錫焊溫度為250°C以下，則不使電子零件或印制電路板熱損傷。因此，必需為250°C以下的錫焊溫度時(shí)，液相線溫度為240°C以下，優(yōu)選為235°C以下。進(jìn)而，作為用于車(chē)載電路的焊料，優(yōu)選固相線溫度為170°C以上。其原因在于，設(shè)置有錫焊部的環(huán)境為高溫時(shí)，其高溫與焊料的固相線溫度越近，焊料的接合強(qiáng)度越弱。也就是說(shuō)，設(shè)置有車(chē)載電路的部位在引擎室內(nèi)時(shí)，引擎室內(nèi)是接近于100°c的高溫，所以固相線溫度比引擎室溫度至少高70°C以上，優(yōu)選為170°C以上。此處，本專利技術(shù)的目的在于提供可以用于車(chē)載電路的錫焊、發(fā)揮高可靠性的無(wú)鉛焊料以及使用了該焊料的車(chē)載電路。更具體而言，本專利技術(shù)提供下述車(chē)載電路用無(wú)鉛焊料合金以及使用其的車(chē)載電路，所述無(wú)鉛焊料合金在于_55°C與+125°C的各溫度下保持30分鐘的熱循環(huán)試驗(yàn)中經(jīng)過(guò)1500個(gè)循環(huán)后焊料接頭部也未見(jiàn)裂縫貫穿，發(fā)揮優(yōu)異的耐熱循環(huán)性?！な褂霉β誓K(power module)或陶瓷基板或金屬基板的混合半導(dǎo)體電路的主要功能是改變輸入電源的電壓或電流或頻率。其輸入電源是高輸出的鋰離子電池、用于汽車(chē)或雙輪車(chē)的鉛蓄電池或利用汽車(chē)或電車(chē)等的馬達(dá)進(jìn)行的發(fā)電或輸電線、從IOOV至220V的家庭用電源。通過(guò)改變上述輸入電源使馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)部工作，或打開(kāi)汽車(chē)頭燈之類需要較大電力的頭燈，以及轉(zhuǎn)化馬達(dá)制動(dòng)時(shí)由電磁線圈產(chǎn)生的電，對(duì)鋰電池或鉛蓄電池進(jìn)行充電。因此，從電路內(nèi)產(chǎn)生的熱量多。另外，形成電路所必需的電阻或電容等芯片零件也使用尺寸為3216的大型零件。因此，上述電路中，與印制電路板的接合部容易被熱循環(huán)破壞。功率模 塊是其電路內(nèi)使用功率晶體管的電路，用于電源電路等。由于大多配置有放熱板等，大電流流動(dòng)，所以其特征是配線粗、接合部面積廣?；旌习雽?dǎo)體電路也稱為混合集成電路，是在形成配線與電阻或電容器等的陶瓷基板上焊接半導(dǎo)體芯片得到的。該電路是上一代集成電路，但使用硅晶片的集成電路具有耐熱性差的缺點(diǎn)，所以大電流流動(dòng)且耐熱性強(qiáng)的混合半導(dǎo)體電路仍作為車(chē)載用電路使用。在上述混合半導(dǎo)體電路中，使用的芯片零件也使用大型零件。本專利技術(shù)提供最適合功率模塊或混合半導(dǎo)體電路的車(chē)載電路用無(wú)鉛焊料合金以及使用該合金的車(chē)載用功率模塊或混合半導(dǎo)體電路。本專利技術(shù)人知道現(xiàn)有的耐熱循環(huán)性優(yōu)異的無(wú)鉛焊料作為車(chē)載電路用電路無(wú)法滿足更高的可靠性，必須進(jìn)一步改良。因此，本專利技術(shù)人針對(duì)各種組成與組織的焊料合金，實(shí)際使用安裝有電子零件的印制電路板測(cè)定熱循環(huán)試驗(yàn)后的電子零件與基板的接合強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)特定組成的焊料合金特別是具有析出復(fù)元型固溶體組織的合金對(duì)于抑制熱循環(huán)試驗(yàn)導(dǎo)致的接合強(qiáng)度劣化本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種車(chē)載用無(wú)鉛焊料，其特征在于，包含2.8～4質(zhì)量％的Ag、1.5～6質(zhì)量％的Bi、0.9～1.2質(zhì)量％的Cu、和剩余量的Sn。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：川又勇司，上島稔，田村豐武，松下和裕，坂本真志，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：千住金屬工業(yè)株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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