DE102006061636A1

DE102006061636A1 - Lead-free solder, solder joint product and electronic component

Info

Publication number: DE102006061636A1
Application number: DE102006061636A
Authority: DE
Inventors: Long Thantrong; Yuuji Hisazato
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-08-09
Also published as: US20070178007A1; JP2007196289A; KR20070069069A; KR100829465B1; CN101209516A; CN101209516B

Abstract

Diese Erfindung stellt bleifreie Lötmittel zur Verfügung, die eine exzellente Oxidationswiederstandsfähigkeit aufweisen und plastisch leicht und gut bearbeitet werden können. Die bleifreien Lötmittel und geformten Produkte dieser bleifreien Lötmittel können mittels Lötung verbundene Produkte und insbesondere elektronische Komponenten zur Verfügung stellen, die hochgradig zuverlässig sind, beispielsweise in Bezug auf die mechanische Festigkeit und die Festigkeit der Verbindung. Die bleifreien Lötmittel, das Lötmittel-Verbindungsprodukt und die elektronischen Komponenten sind die Folgenden. Ein bleifreies Lötmittel, umfassend eine Legierung auf Zinn(Sn)-Basis, mit einem Tantal(Ta)-Gehalt von nicht weniger als 0,005 Gew.-% und nicht mehr als 2,0 Gew.-%. Ein bleifreies Lötmittel, umfassend eine Legierung auf Zinn(Sn)-Basis, umfassend nicht weniger als 0,005 Gew.-% und nicht mehr als 2,0 Gew.-% Tantal (Ta) und nicht weniger als 0,1 Gew.-% und nicht mehr als 10,0 Gew.-% Zink (Zn) mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen. Ein bleifreies Lötmittel, umfassend eine Legierung auf Zinn(Sn)-Basis, umfassend nicht weniger als 0,005 Gew.-% und nicht mehr als 2,0 Gew.-% Tantal (Ta) und nicht weniger als 0,1 Gew.-% und nicht mehr als 60,0 Gew.-% Wismuth (Bi) mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen. Ein bleifreies Lötmittel, umfassend eine Legierung auf Zinn(Sn)-Basis, umfassend nicht weniger als 0,005 ...This invention provides lead-free solders that have excellent oxidation resistance and can be plastically easily and well machined. The lead-free solders and molded products of these lead-free solders can provide solder-bonded products and, in particular, electronic components that are highly reliable, for example, in terms of mechanical strength and joint strength. The lead-free solders, the solder compound product and the electronic components are the following. A lead-free solder comprising a tin (Sn) -based alloy having a tantalum (Ta) content of not less than 0.005 wt% and not more than 2.0 wt%. A lead-free solder comprising a tin (Sn) -based alloy comprising not less than 0.005 wt% and not more than 2.0 wt% tantalum (Ta) and not less than 0.1 wt% and not more than 10.0% by weight of zinc (Zn) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities. A lead-free solder comprising a tin (Sn) -based alloy comprising not less than 0.005 wt% and not more than 2.0 wt% tantalum (Ta) and not less than 0.1 wt% and not more than 60.0% by weight of bismuth (Bi) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities. A lead-free solder comprising a tin (Sn) based alloy comprising not less than 0.005 ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bleifreies Lötmittel, das eine exzellente Oxidations-Widerstandsfähigkeit, mechanische Eigenschaften und Benetzungs-Eigenschaften aufweist und leicht plastisch bearbeitet werden kann, ein durch Verbinden mit dem bleifreien Lötmittel hergestelltes Lötmittelverbindungs-Produkt sowie eine elektronische Komponente.The The present invention relates to a lead-free solder which has an excellent soldering potential Oxidation resistance, has mechanical properties and wetting properties and can be easily plasticized, one by joining with the lead-free solder manufactured solder joint product as well as a electronic component.

Stand der Technikwas standing of the technique

In den vergangenen Jahren bestanden wachsende Bedenken in Bezug auf Umweltprobleme vom Gesichtspunkt des globalen Umweltschutzes aus. Unter solchen Umständen wird der Anstieg der Menge an deponierten Industrieabfällen ein ernstes Problem. Lötmittel wird beispielsweise in Substraten von Computern für die elektrische Energiesteuerung, in elektrischen Haushaltsanwendungen und Personalcomputern, die sämtlich zu Industrieabfällen zählen, verwendet. Schädliche Schwermetalle sowie Blei fließen manchmal aus diesem Lötmittel aus. Beispielsweise wirkt das Blei, wenn es ausfließt, auf sauren Regen und dergleichen ein, um eine Blei enthaltende wässrige Lösung zu erzeugen, und diese wässrige Lösung tritt häufig in das Grundwasser ein.In There have been growing concerns over the past few years Environmental problems from the point of view of global environmental protection. under such circumstances is the increase in the amount of landfilled industrial waste serious problem. solder is used for example in substrates of computers for the electrical Energy control, in household electrical appliances and personal computers, all of them to industrial waste counting, used. harmful Heavy metals and lead flow sometimes from this solder out. For example, the lead acts as it flows out acid rain and the like to give a lead-containing aqueous solution generate, and this watery solution occurs frequently into the groundwater.

In Japan wurde das Recycling-Gesetz für Haushaltsgeräte im Jahre 1998 in Kraft gesetzt und das Recycling von gebrauchten Geräten wurde für elektrische Haushaltsgeräte im Jahr 2001 erforderlich. In Europa wurde die Verwendung von Blei als spezielle Substanz durch eine Richtlinie des Europäischen Parlaments sowie des Rats über Abfälle von elektrischen und elektronischen Geräten seit dem Jahr 2004 verboten. Auf diese Weise wurde eine gesetzliche Regulierung in Bezug auf die Verwendung von Blei verschärft und die Entwicklung von bleifreiem Lötmittel wurde dringend erforderlich (siehe beispielsweise das Nicht-Patent-Dokument Nr. 1).In Japan became the recycling law for home appliances in the year 1998 came into force and the recycling of used equipment was for electrical domestic appliances required in 2001. In Europe, the use of lead as a specific substance through a directive of the European Parliament and of the Council scraps banned from electrical and electronic equipment since 2004. In this way, a legal regulation was made regarding tightened the use of lead and the development of lead-free solder was urgently needed (see, for example, Non-Patent Document No. 1).

Lötmittel spielt eine wichtige Rolle bei der mechanischen und elektrischen Verbindung einer Vielzahl von Element-Komponenten, die unter erschwerten Bedingungen inklusive Wärmezyklen, mechanischen Einwirkungen, mechanischer Vibration und dergleichen verwendet werden. Auch bei bleifreiem Lötmittel wurde ein bleifreies Lötmittel gefordert, das einen Schmelzpunkt ähnlich dem von konventionellem Zinn(Sn)-Blei(Pb)-Lötmittel hat, exzellente mechanische Eigenschaften und Benetzungs-Eigenschaften aufweist und eine exzellente plastische Bearbeitbarkeit, die gut genug ist, in ein Band oder eine Fadenform umgeformt zu werden, aufweist.solder plays an important role in the mechanical and electrical Connection of a variety of element components that made difficult Conditions including heat cycles, mechanical effects, mechanical vibration and the like be used. Even with lead-free solder was a lead-free solder required a melting point similar to that of conventional Tin (Sn) -lead (Pb) -Lötmittel has excellent mechanical properties and wetting properties has excellent plastic workability and good is enough to be transformed into a ribbon or a thread shape, having.

In konventionellem bleifreiem Lötmittel ist es jedoch übliche Praxis, Sn(Zinn)-Zn(Zink) oder Sn(Zinn)-Bi(Wismuth)-Lötmittel anzuwenden, und einen Schmelzpunkt ähnlich dem von Sn(Zinn)-37 Gew-% Pb(Blei)-Lötmittel (Schmelzpunkt: 183 °C) zur Verfügung zu stellen, oder eine große Menge an In (Indium) oder Bi (Wismuth) beispielsweise zu Sn(Zinn)-Cu(Kupfer), Sn(Zinn)-Ag(Silber) oder zu Sn(Zinn-Cu(Kupfer)-Ag(Silber) Lötmittel hinzuzugeben, um den Schmelzpunkt abzusenken. Beispielsweise werden Sn(Zinn)-9,0 Gew-% Zn(Zink) (Schmelzpunkt: 199 °C), Sn(Zinn)-58,0 Gew-% Bi(Wismuth) (Schmelzpunkt: 138 °C), Sn(Zinn)-0,5 Gew-% Cu(Kupfer)-4,0 Gew-% Ag(Silber)-8 Gew-% In(Indium) (Schmelzpunkt: 208 °C) als solche Lötmittel erwähnt. Da diese Lötmittel jedoch eine große Menge von Elementen enthalten, die beispielsweise für eine Versprödung ursächlich sind, werden die mechanischen Eigenschaften und die plastische Bearbeitbarkeit gestört, was es erschwert, eine ausreichende Lötmittel-Bindungsfestigkeit und -Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus bewirken diese bleifreien Lötmittel möglicherweise einen Sprödbruch oder dergleichen als Folge der plastischen Bearbeitung und somit ist es sehr schwer, dass diese bleifreien Lötmittel erfolgreich einer Extrusion, Walzung, einem Drahtziehprozess und dergleichen unterzogen werden können. Dementsprechend konnten geformte Produkte in Band- oder Fadenform bisher im Wesentlichen nicht produziert werden. Aufgrund dessen waren die Anwendungen von bleifreiem Lötmittel bisher stark begrenzt.In conventional lead-free solder but it is usual Practice to apply Sn (tin) zinc (zinc) or Sn (tin) -Bi (bismuth) solder, and a Melting point similar of Sn (tin) -37 wt% Pb (lead) solder (melting point: 183 ° C) ask, or a big one Amount of In (indium) or Bi (bismuth), for example, Sn (tin) -Cu (copper), Sn (tin) Ag (silver) or Sn (tin-Cu (copper) Ag (silver) solder Add to lower the melting point. For example Sn (tin) -9.0% by weight Zn (zinc) (melting point: 199 ° C), Sn (tin) -58.0% by weight Bi (bismuth) (Melting point: 138 ° C), Sn (tin) -0.5% by weight Cu (copper) -4.0% by weight Ag (silver) -8% by weight In (indium) (melting point: 208 ° C) as such, solder mentioned. Because these solders but a lot contain elements that are responsible, for example, for embrittlement, become the mechanical properties and plastic workability disturbed, which makes it difficult to have sufficient solder bond strength and -reliability to ensure. About that In addition, these lead-free solders may cause a brittle fracture or the like as a result of plastic working and thus it's very hard for these lead-free solders to successfully extrude, Rolling, a wire drawing process and the like are subjected can. Accordingly, molded products in ribbon or filament shape have hitherto been possible essentially not be produced. Because of that were the Applications of lead-free solder previously severely limited.

[Nicht-Patentdokument Nr. 1] Vorschlag für eine Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rats in Bezug auf Abfälle von elektrischem und elektronischem Gerät, Kommission der Europäischen Union, Brüssel, 13. Juni 2000.[Non-Patent Document No. 1] Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council on waste electrical and electronic Device, Commission of the European Union, Brussels, June 13, 2000.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION

Wie oben beschrieben, ist es, da konventionelle bleifreie Lötmittel große Mengen an Elementen enthalten, die beispielsweise für eine Versprödung ursächlich sind, und daher die mechanischen Eigenschaften und die plastische Bearbeitbarkeit gestört sind, schwierig, eine ausreichende Lötmittel-Bindefestigkeit und -Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus bewirken diese bleifreien Lötmittel einen Sprödbruch oder dergleichen als Folge der plastischen Bearbeitung und somit ist es für diese bleifreien Lötmittel sehr schwierig, erfolgreich einer Extrusion, Walzung, einem Drahtzieh-Prozess und dergleichen unterzogen zu werden. Dementsprechend konnten umgeformte Produkte des Lötmittels in Band- oder Fadenform bisher im Wesentlichen nicht erzeugt werden. Aufgrund dessen waren bisher die Anwendungen von bleifreiem Lötmittel stark eingeschränkt.As described above, it is because conventional lead-free solder size Contain quantities of elements that are responsible, for example, for embrittlement, and therefore the mechanical properties and plastic workability are disturbed, difficult to have sufficient solder bond strength and -reliability to ensure. About that In addition, these lead-free solders cause a brittle fracture or the like as a result of plastic working and thus it for these lead-free solders very difficult, successful extrusion, rolling, a wire drawing process and the like. Accordingly, could be reshaped Products of the solder so far essentially not be produced in ribbon or thread form. Because of this, so far, the applications of lead-free solder have been highly limited.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick darauf gemacht, die oben genannten Probleme des Stands der Technik zu lösen und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung zu stellen, welches einen exzellenten Oxidations-Widerstand, mechanische Eigenschaften und plastische Bearbeitbarkeit aufweist und das eine ausreichende Lötmittel-Bindefestigkeit und -Zuverlässigkeit gewährleisten kann und in ein Band oder einen Faden umgeformt werden kann, sowie ein hochgradig zuverlässiges Lötmittelverbindungs-Produkt zur Verfügung zu stellen, das durch die Verbindung mit bleifreiem Lötmittel hergestellt wurde, sowie eine elektronische Komponente zur Verfügung zu stellen.The The present invention has been made in view of the above It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art Invention, a lead-free solder to disposal to provide an excellent oxidation resistance, mechanical Has properties and plastic workability and sufficient Solder bonding strength and -reliability guarantee can and can be reshaped into a ribbon or thread, as well a highly reliable one Solder joint product to disposal To put, by the connection with lead-free solder and to provide an electronic component.

Das oben genannte Ziel kann durch ein bleifreies Lötmittel erreicht werden, das eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die einen Tantal(Ta)-Gehalt von nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% aufweist.The above target can be achieved by a lead-free solder, the a tin (Sn) based alloy comprising a tantalum (Ta) content of not less than 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht weniger als 0,1 Gew-% und nicht mehr als 10,0 Gew-% Zink (Zn) mit einem Rest, der aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, umfasst.According to the present Invention is also provided a lead-free solder, the a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.1% by weight and not more than 10.0% by weight of zinc (Zn) with a residue consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities consists of.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel bereitgestellt, das eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht weniger als 0,1 Gew-% und nicht mehr als 60,0 Gew-% Wismuth (Bi) mit einem Rest, der aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, umfasst.According to the present Invention is also provided a lead-free solder, the a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.1% by weight and not more than 60.0% by weight of bismuth (Bi) with a residue consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities consists of.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht weniger als 0,1 Gew-% und nicht mehr als 10,0 Gew-% Indium (In) mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen, umfasst.According to the present Invention is also provided a lead-free solder, the a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.1% by weight and not more than 10.0% by weight of indium (In) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities, includes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 7,5 Gew-% Kupfer (Cu) mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen, umfasst.According to the present Invention is also provided a lead-free solder, the a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.01% by weight and not more than 7.5% by weight of copper (Cu) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities, includes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta) und nicht weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 5,0 Gew-% Silber (Ag) mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen, umfasst.According to the present Invention is also provided a lead-free solder, the a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.01% by weight and not more than 5.0% by weight of silver (Ag) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities, includes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung gestellt, das eine auf Zinn (Sn) basierende Legierung umfasst, die nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Tantal (Ta), nicht weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 5,0 Gew-% Silber (Ag) und nicht weniger als 0,01 Gew-% und nicht mehr als 7,5 Gew-% Kupfer (Cu) mit einem Rest, bestehend aus Zinn (Sn) und unvermeidlichen Verunreinigungen, umfasst.According to the present Invention is also provided a lead-free solder, the a tin (Sn) based alloy comprising not less than 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta), not less than 0.01% by weight and not more than 5.0% by weight of silver (Ag) and not less than 0.01% by weight and not more than 7.5% by weight of copper (Cu) with a remainder consisting of tin (Sn) and unavoidable Impurities.

In einer bevorzugten Ausführungsform des bleifreien Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die auf Zinn basierende Legierung zumindest ein additives Element (Y), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Indium und Wismuth besteht.In a preferred embodiment of the lead-free solder according to the present The invention includes the tin-based alloy at least one additive element (Y) selected from the group consisting of indium and Bismuth exists.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des bleifreien Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt in der auf Zinn basierenden Legierung der Gehalt des additiven Elements (Y), ausgewählt aus der Gruppe, die aus Indium und Wismuth besteht, nicht mehr als 10 Gew-% für Indium und nicht mehr als 60% für Wismuth).In a further preferred embodiment of the lead-free solder according to the present Invention is in the tin-based alloy, the content of the additive element (Y), selected from the group consisting of indium and bismuth, not more than 10% by weight for Indium and not more than 60% for Bismuth).

In einer bevorzugten Ausführungsform des bleifreien Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die auf Zinn basierende Legierung zumindest ein additives Element (X), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kobalt (Co), Titan (Ti), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Antimon (Sb), und Germanium (Ge) besteht.In a preferred embodiment of the lead-free solder according to the present The invention includes the tin-based alloy at least one additive element (X) selected from the group consisting of cobalt (Co), Titanium (Ti), nickel (Ni), palladium (Pd), antimony (Sb), and germanium (Ge) exists.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des bleifreien Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der auf Zinn basierenden Legierung der Gehalt des additiven Elements (X), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kobalt, Titan, Nickel, Blei, Antimon und Germanium besteht, dergestalt, dass für jedes der additiven Elemente (X) der Gehalt nicht mehr als 0,5 Gew-% beträgt und dann, wenn eine Vielzahl von additiven Elementen (X) enthalten sind, der Gesamtgehalt der Vielzahl von additiven Elementen (X) nicht mehr als 1,0 Gew-% beträgt.In a further preferred embodiment of the lead-free solder according to the present Invention is in the tin-based alloy, the content of additive element (X) selected from the group consisting of cobalt, titanium, nickel, lead, antimony and germanium, such that for each of the additive elements (X) the content not more than 0.5 wt% is and then, when containing a plurality of additive elements (X) are the total content of the plurality of additive elements (X) is not more than 1.0% by weight.

Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann in der Form einer Creme, eines Bands, eines Fadens oder einer Stange vorliegen.The lead-free solder according to the present The invention may be in the form of a cream, a ribbon, a thread or a rod.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein Lötmittelverbindungs-Produkt zur Verfügung gestellt, das durch Verbindung mit einem der oben genannten bleifreien Lötmittel hergestellt wurde.In accordance with the present invention, a solder joint product is also available made by combining with one of the above lead-free solders.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Komponente zur Verfügung gestellt, die durch Verbindung mit einem der oben genannten bleifreien Lötmittel hergestellt wurde.According to the present The invention provides an electronic component which by combining with one of the above lead-free solders was produced.

Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine exzellente Oxidations-Widerstandsfähigkeit auf und kann eine plastische Bearbeitung sowie Extrusion, Walzen und ein Drahtziehen sehr leicht und gut realisieren. Darüber hinaus ist das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn es als Lötmittel verwendet wird, exzellent in verschiedenen Eigenschaften, die für Lötmittel erforderlich sind, beispielsweise in Bezug auf mechanische Eigenschaften und Benetzungs-Eigenschaften. Somit kann die vorliegende Erfindung ein bleifreies Lötmittel zur Verfügung stellen, das einen exzellenten Oxidations-Widerstand, mechanische Eigenschaften und plastische Bearbeitbarkeit aufweist und kann ein Lötmittel gewährleisten, das eine ausreichende Binde-Festigkeit und -Zuverlässigkeit aufweist und plastisch in ein Band oder einen Faden bearbeitet werden kann.The lead-free solder according to the present Invention has excellent oxidation resistance and can be a plastic Machining and extrusion, rolling and wire drawing very easy and realize well. About that In addition, the lead-free solder according to the present Invention then when it is used as a solder is used excellently in different properties, for soldering are required, for example, in terms of mechanical properties and wetting properties. Thus, the present invention a lead-free solder to disposal provide an excellent oxidation resistance, mechanical properties and plastic workability, and may be a solder guarantee, the sufficient binding strength and reliability and plastically processed in a tape or thread can.

Da das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung verbesserte Benetzungs-Eigenschaften aufweist, die ohne einen wesentlichen Anstieg des Schmelzpunkts realisiert werden können, kann eine signifikante Verbesserung bei der Lötmittel-Bindefestigkeit und -Zuverlässigkeit realisiert werden, während eine Störung in einem zu verbindenden Objekt durch Wärme effektiv verhindert werden kann. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung Lötmittelverbindungs-Produkte zur Verfügung stellen, die eine exzellente Binde-Festigkeit und Binde-Zuverlässigkeit aufweisen, vorzugsweise elektronische Komponenten mit verschiedenen elektronischen Elementen, beispielsweise LED Licht emittierende Elemente, SEDs (surface-cunduction electron-emitter displays) oder damit verbundene befestigte Substrate.There the lead-free solder according to the present Invention has improved wetting properties without a substantial increase in the melting point can be realized a significant improvement in solder bond strength and -Reliability be realized while a disorder be effectively prevented by heat in an object to be connected can. Accordingly, the present invention can provide solder joint products to disposal Provide excellent binding strength and binding reliability have, preferably electronic components with different electronic elements, such as LED light-emitting Elements, SEDs (surface-cunduction electron-emitter displays) or associated bonded substrates.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 ist eine Fotografie, die den Zustand eines dünnen Films einer Schmelze aus einem Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, das auf einem Substrat ausgebildet ist; 1 Fig. 10 is a photograph showing the state of a thin film of a melt of Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta solder according to the present invention formed on a substrate;

2 ist eine Fotografie, die den Zustand eines dünnen Films eines Sn-3Ag-0,5Cu-Lötmittels zeigt, das auf einem Substrat ausgebildet ist; 2 Fig. 10 is a photograph showing the state of a thin film of Sn-3Ag-0.5Cu solder formed on a substrate;

3 ist eine Fotografie, die den Zustand eines dünnen Films eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-Lötmittels zeigt, das auf einem Substrat ausgebildet ist; 3 Fig. 10 is a photograph showing the state of a thin film of Sn-3Ag-0.5Cu-4In solder formed on a substrate;

4 ist ein Diagramm, das die Form eines Tröpfchens eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, das auf bei der Bewertung der Oberflächenspannung des Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittels mittels Tropfverfahrens ausgebildet wurde; 4 Fig. 12 is a diagram showing the shape of a droplet of Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta solder according to the present invention, which was used in the evaluation of the surface tension of Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0 , 05Ta solder was formed by dripping method;

5 ist ein Diagramm, das die Form eines Tröpfchens eines Sn-3Ag-0,5Cu-Lötmittels zeigt, welches bei der Bewertung der Oberflächenspannung des Sn-3Ag-0,5Cu-Lötmittels mittels eines Tropfverfahrens ausgebildet wurde; 5 Fig. 12 is a diagram showing the shape of a droplet of Sn-3Ag-0.5Cu solder formed in the evaluation of the surface tension of the Sn-3Ag-0.5Cu solder by a dropping method;

6 ist ein Diagramm, das die Form eines Tröpfchens eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-Lötmittels zeigt, welches bei der Bewertung der Oberflächenspannung eines Sn-3Ag-0,5Cu-4In-Lötmittels mittels eines Tropf-Verfahrens ausgebildet wurde; und 6 Fig. 12 is a diagram showing the shape of a droplet of Sn-3Ag-0.5Cu-4In solder formed in the evaluation of the surface tension of an Sn-3Ag-0.5Cu-4In solder by a dropping method; and

7 ist eine Zeichnung, die kurz den "thermischen Zyklustest" illustriert, der in den Beispielen 1 und 2 ausgeführt wurde. 7 is a drawing illustrating briefly the "thermal cycle test" carried out in Examples 1 and 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine auf Sn (Zinn) basierende Legierung, die nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% Ta (Tantal) umfasst. Der Begriff "bleifreies Lötmittel", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich generell auf eine Legierung mit einem Pb(Blei)-Gehalt von nicht mehr als 1000 ppm.The lead-free solder according to the present Invention includes a Sn (tin) based alloy that does not less than 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of Ta (tantalum) includes. The term "unleaded Solder "as used herein generally refers to an alloy with a Pb (lead) content of not more than 1000 ppm.

Bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine vorab bestimmte Menge an Tantal enthalten, können klassifiziert werden in (i) auf Sn-Ta basierende Legierungen, (ii) auf Sn-Zn-Ta basierende Legierungen, (iii) auf Sn-Bi-Ta basierende Legierungen, (iv) auf Sn-Cu-Ta basierende Legierungen, (v) auf Sn-Cu-Ta basierende Legierungen und (vi) auf Sn-Cu-Ag-Ta basierenden Legierungen.lead-free solder according to the present invention, which contain a predetermined amount of tantalum can be classified become (i) Sn-Ta based alloys, (ii) Sn-Zn-Ta based alloys, (iii) Sn-Bi-Ta based alloys, (iv) Sn-Cu-Ta based alloys, (v) Sn-Cu-Ta based ones Alloys and (vi) Sn-Cu-Ag-Ta based alloys.

In der vorliegenden Erfindung sollte auch dann, wenn ein bleifreies Lötmittel zu eine der Legierungen (i) bis (vi) gehört, Tantal als unersetzliche Komponente in einer Menge von nicht weniger als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 2,0 Gew-% enthalten sein.In The present invention should also be considered a lead-free solder belongs to one of the alloys (i) to (vi), tantalum as an irreplaceable component in an amount of not less than 0.005% by weight and not more be contained as 2.0% by weight.

Tantal ist eine Komponente, die hauptsächlich zur Verbesserung der Benetzungs-Eigenschaften des Lötmittels und der mechanischen Eigenschaften des Lötmittel-Verbindungsteils wichtig ist. Dass Tantal als hinzugegebenes Element reduziert die Oberflächenspannung einer Schmelze aus Zinn oder einer Zinnlegierung, um die Eignung des Lötmittels zu verbessern, das zu lötende Element zu benetzen. Darüber hinaus bewirkt Tantal die Keimbildung einer Sn-Ta-intermetallischen Verbindung beim Erstarrungsprozess des Zinns oder der Zinnlegierung und trägt somit zur Verfeinerung des Kristallgefüges bei. Wenn der Tantal-Gehalt geringer als 0,005 Gew-% ist, kann der Effekt der Verbesserung der Benetzungseigenschaften, die von der Reduzierung der Oberflächenspannung herrühren, nicht erreicht werden, obwohl ein ausreichender Effekt der Verfeinerung der Erstarrungsstruktur erreicht werden kann. Auf der anderen Seite wird dann, wenn der Tantal-Gehalt mehr als 2,0 Gew-% beträgt, in einigen Fällen eine grobe Sn-Ta-intermetallische Verbindung unter bestimmten Abkühlbedingungen ausgebildet, was zu einer verringerten Löt-Festigkeit führt, obwohl exzellente Benetzungseigenschaften realisiert werden können. Der Gehalt an Tantal in dem bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 1,0 Gew-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew-%, da das beste Gleichgewicht zwischen den Benetzungseigenschaften und der mechanischen Eigenschaft erreicht werden kann und die besten Löt-Eigenschaften realisiert werden können.Tantalum is a component that is primarily important for improving the wetting properties of the solder and the mechanical properties of the solder joint. The fact that tantalum as an added element reduces the surface tension of a melt of tin or a tin alloy to improve the suitability of the solder to wet the element to be soldered. In addition, tantalum causes the nucleation of a Sn-Ta intermetallic compound in the solidification process of the tin or tin alloy and thus contributes to the refinement of the crystal structure. When the tantalum content is less than 0.005% by weight, the effect of improving the wetting properties resulting from the reduction of the surface tension can not be achieved, though a sufficient effect of refining the solidification structure can be achieved. On the other hand, when the tantalum content is more than 2.0% by weight, in some cases, a coarse Sn-Ta intermetallic compound is formed under certain cooling conditions, resulting in reduced soldering resistance, though excellent in wetting properties can be realized. The content of tantalum in the lead-free solder according to the present invention is preferably in the range of 0.05 to 1.0% by weight, more preferably in the range of 0.1 to 0.5% by weight, because the best balance between the Wetting properties and mechanical properties can be achieved and the best soldering properties can be realized.

Das auf Sn-Ta-basierende bleifreie Lötmittel (i) gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst Zinn, die vorher bestimmten Mengen an Tantal und optional verschiedene zugegebene Elemente (die detailliert im Folgenden beschrieben werden) sowie unvermeidliche Verunreinigungen. Da das auf Sn-Ta-basierende bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung eine kleine Menge an Tantal enthält, weist dieses bleifreie Lötmittel exzellente Benetzungseigenschaften und mechanische Eigenschaften gleichzeitig auf, ohne den Schmelzpunkt von 232 °C für reines Zinn in diesem Schmelzpunkt-Bereich zu verändern.The Sn-Ta based lead-free solders (i) according to the present The invention includes tin containing previously determined amounts of tantalum and optionally various added elements (which are detailed below described) and inevitable impurities. Since that Sn-Ta based lead-free solder according to the present invention contains a small amount of tantalum, has this lead-free solder excellent wetting properties and mechanical properties at the same time, without the melting point of 232 ° C for pure tin in this melting point range to change.

Die eutektische Zusammensetzung von Sn-9 Gew-% Zn weist den niedrigsten Schmelzpunkt (Schmelzpunkt: 198 °C) auf und wird üblicherweise als bleifreies Lötmittel mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Dieses Lötmittel weist jedoch das Problem auf, dass sich wahrscheinlich aufgrund des hohen Zink-Gehalts eine große eutektische Struktur ausbilden wird und infolgedessen eine ausreichende Lötmittel-Festigkeit und -Zuverlässigkeit nicht bereitgestellt werden kann. Das auf Sn-Zn-Ta basierende bleifreie Lötmittel (ii) gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere bei der Lösung des oben genannten Problems am effektivsten. Insbesondere reduziert das in dem Lötmittel enthaltene Tantal die Oberflächenspannung und verfeinert signifikant die eutektische Struktur Sn-Zn, um ein verfeinertes und gleichmäßiges eutektisches Sn-Zn-Gefüge zu realisieren.The eutectic composition of Sn-9 wt% Zn has the lowest Melting point (melting point: 198 ° C) on and is commonly called lead-free solder used with low melting point. However, this solder has the problem probably because of its high zinc content size eutectic structure will form and, as a result, sufficient solder strength and -reliability can not be provided. The Sn-Zn-Ta based lead-free solder (ii) according to the present Invention is particularly in the solution of the above-mentioned problem most effective. In particular, this reduces in the solder tantalum contained the surface tension and significantly refines the eutectic structure Sn-Zn refined and even eutectic Sn-Zn structure to realize.

Hierdurch werden die mechanischen Eigenschaften verbessert. Insbesondere. wird die Sprödheit signifikant verbessert und das Auftreten von Rissen aufgrund der Erstarrung kann unterdrückt werden. Dieser Mechanismus ist ebenso bei einer Sn-Zn-übereutektischen Zusammensetzung mit einem Zink-Gehalt von mehr als 9 Gew-% und bei einer untereutektischen Zusammensetzung mit einem Zinkgehalt von weniger als 9 Gew-% sehr effektiv und die Zusammensetzung ist nicht besonders beschränkt.hereby the mechanical properties are improved. Especially. becomes brittleness significantly improved and the occurrence of cracks due to the Solidification can be suppressed become. This mechanism is also true for Sn-Zn hypereutectic Composition with a zinc content of more than 9% by weight and at a hypoeutectic composition with a zinc content of less than 9% by weight is very effective and the composition is not especially limited.

Das auf Sn-Bi-Ta-basierende bleifreie Lötmittel (iii) gemäß der vorliegenden Erfindung ist ähnlich dem auf Sn-Zn-Ta-basierenden bleifreien Lötmittel (ii) gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Sn-57 Gew-% Bi eutektische Zusammensetzung (Schmelzpunkt: 139 °C) wird üblicherweise als bleifreies Lötmittel mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Obwohl ein Teil des Wismuths in dem Zinn gelöst wird, um eine feste Lösung einzugehen, bildet ein Hauptteil des Wismuths als einfache Substanz eine eutektische Struktur, die unter bestimmten Abkühlbedingungen vergröbert wird. Das Vorliegen dieser groben eutektischen Struktur ist ein Hauptgrund für den Sprödbruch in dem Lötteil. Dann, wenn die Lötmittel-Festigkeit und -Zuverlässigkeit gewährleistet werden sollen, sollte der Wismuth-Gehalt nicht mehr als 5,0 Gew-% betragen. Der Wismuth-Gehalt liegt besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1,0 Gew-%.The Sn-Bi-Ta-based lead-free solders (iii) according to the present invention Invention is similar the Sn-Zn-Ta-based lead-free solder (ii) according to the present invention Invention and a Sn-57% by weight bi eutectic composition (melting point: 139 ° C) becomes common as a lead-free solder used with low melting point. Although a part of bismuth in which tin is dissolved, a firm solution To enter is a major part of bismuth as a simple substance a eutectic structure that under certain cooling conditions coarsened becomes. The presence of this coarse eutectic structure is a Main reason for the brittle fracture in the soldering part. Then, if the solder strength and reliability guaranteed should be the bismuth content not more than 5.0% by weight be. The bismuth content is particularly preferably in the range from 0.1 to 1.0% by weight.

Das auf Sn-Cu-Ta basierende bleifreie Lötmittel (iv), das auf Sn-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel (v) sowie das auf Sn-Cu-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel (vi) gemäß der vorliegenden Erfindung weisen ebenso den Effekt der Tantal-Einbindung auf, den das auf Sn-Zn-Ta basierende bleifreie Lötmittel und das auf Sn-Bi-Ta basierende bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt. Generell werden eine Zusammensetzung nahe der eutektischen Zusammensetzung Sn-0,5 bis 0,75 Gew-% Cu sowie eine Zusammensetzung nahe der ternären eutektischen Zusammensetzung Sn-0,5 bis 0,75 Gew-% Cu-3,0 bis 3,5 Gew-% Silber verwendet. Um den Schmelzpunkt des Lötmittels (Liquidus-Linien-Temperatur) anzuheben, wird ebenso eine übereutektische Zusammensetzung mit einem Kupfergehalt von mehr als 7,5 Gew-%, die deutlich höher als der Kupfergehalt von Sn-0,7 Gew-% Cu eutektischer Zusammensetzung liegt, oder eine untereutektische Zusammensetzung mit einem Kupfergehalt von weniger als 0,5 Gew-%, was deutlich niedriger als der Kupfergehalt von Sn-0,7 Gew-% Cu der eutektischen Zusammensetzung ist, verwendet. In sämtlichen Zusammensetzungen des auf Sn-Cu basierenden bleifreien Lötmittels kann der Effekt der Tantal-Einbindung erreicht werden. Dies gilt auch für die auf Sn-Ag basierenden bleifreien Lötmittel und die auf Sn-Cu-Ag basierenden bleifreien Lötmittel.The Sn-Cu-Ta based lead-free solders (iv) based on Sn-Ag-Ta based lead-free solder (v) and the Sn-Cu-Ag-Ta based lead-free solder (vi) according to the present Invention also have the effect of tantalum incorporation, the Sn-Zn-Ta based lead-free solder and Sn-Bi-Ta based lead-free solders according to the present invention Invention possesses. Generally, a composition close to the eutectic composition Sn-0.5 to 0.75 wt% Cu and a Composition near the ternary eutectic composition Sn-0.5 to 0.75 wt% Cu-3.0 to 3.5 % By weight of silver used. Around the melting point of the solder (Liquidus line temperature), also becomes a hypereutectic Composition having a copper content of more than 7.5% by weight, the significantly higher as the copper content of Sn-0.7 wt% Cu eutectic composition or a hypoeutectic composition with a copper content of less than 0.5% by weight, which is significantly lower than the copper content of Sn-0.7 wt% Cu of the eutectic composition is used. In all Compositions of the Sn-Cu based lead-free solder the effect of tantalum integration can be achieved. this applies also for Sn-Ag based lead-free solders and Sn-Cu-Ag based lead-free solder.

In den bleifreien Lötmitteln (i) bis (vi) gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurden, können falls notwendig verschiedene zusätzliche Elemente verwendet werden. Zumindest ein hinzugefügtes Element (x), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kobalt (Co), Titan (Ti), Nickel (Ni), Blei (Pb), Antimon (Sb) und Germanium (Ge) besteht, kann als speziell bevorzugtes Beispiel des hinzugegebenen Elements angegeben werden. Die Verwendung des additiven Elements (X) kann die Oberflächenspannung des geschmolzenen bleifreien Lötmittels reduzieren und kann die Benetzbarkeit verbessern. Beispielsweise beschreibt die japanische Patentanmeldung Nr. 65858/2004, dass die Oberflächenspannung durch die Hinzufügung von Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Palladium (Pd) reduziert werden kann.In the lead-free solders (i) to (vi) according to the present invention Invention as described above may, if necessary, have various additional Elements are used. At least one added element (x) selected from the group is made of cobalt (Co), titanium (Ti), nickel (Ni), lead (Pb), antimony (Sb) and germanium (Ge) may, as a particularly preferred example of the added element. The use of the additive element (X) can be the surface tension of the molten lead-free solder reduce and can improve the wettability. For example Japanese Patent Application No. 65858/2004 describes that the surface tension by the addition of cobalt (Co), nickel (Ni) and palladium (Pd) can.

Für sämtliche hinzugegebenen Kobalt, Titan, Nickel, Blei, Antimon und Germanium im bleifreien Lötmittel gemäß der, vorliegenden Erfindung ist die Zugabemenge bevorzugt nicht kleiner als 0,005 Gew-% und nicht mehr als 0,5 Gew-%. Wenn die Zugabemenge geringer als 0,005 Gew-% ist, kann eine zufriedenstellende Reduzierung der Oberflächenspannung nicht gewährleistet werden. Auf der anderen Seite wird dann, wenn die Zugabemenge 0,5 Gew-% übersteigt, eine grobe intermetallische Verbindung sehr wahrscheinlich unter bestimmten Abkühlbedingungen ausgebildet und somit werden die mechanischen Eigenschaften manchmal gestört. Wenn eine Vielzahl von additiven Elementen (X) in dem bleifreien Lötmittel enthalten sind, ist der Gesamtgehalt der addtiven Elemente (X) vorzugsweise nicht größer als 1,0 Gew-%, besonders bevorzugt nicht größer als 0,7 Gew-%.For all Added cobalt, titanium, nickel, lead, antimony and germanium in lead-free solder according to the present Invention, the addition amount is preferably not smaller than 0.005 wt% and not more than 0.5% by weight. If the addition amount is less than 0.005 wt%, can be a satisfactory reduction in surface tension not guaranteed become. On the other hand, if the addition amount exceeds 0.5% by weight, a coarse intermetallic compound is likely under certain cooling conditions trained and thus the mechanical properties sometimes disturbed. If a plurality of additive elements (X) in the lead-free solder are included, the total content of the additive elements (X) is preferably not greater than 1.0% by weight, more preferably not larger than 0.7% by weight.

Wenn das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung das auf Sn-Cu-Ta basierende bleifreie Lötmittel (iv), das auf Sn-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel (v) oder das auf Sn-Cu-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel (Vi) ist, können zusätzlich zu den oben erwähnten additiven Elementen (X) andere additive Elemente optional verwendet werden. Zumindest ein additives Element (Y), das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Indium (In) und Wismuth (Bi) besteht, kann als besonders bevorzugtes Beispiel für das andere additive Element herausgehoben werden. Wenn das additive Element (Y) in dem bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann das additive Element (x) vorliegen oder abwesend sein. Darüber hinaus können in dem bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzliche additive Elemente vorliegen, die sich von den additiven Elementen (X) und den additiven Elementen (Y) unterscheiden, solange der Effekt der vorliegenden Erfindung erreicht wird.If the lead-free solder according to the present Invention the Sn-Cu-Ta based lead-free solder (iv), the Sn-Ag-Ta based lead-free solder (v) or Sn-Cu-Ag-Ta based lead-free solder (Vi) is, can in addition to the above mentioned additive elements (X) other additive elements optionally used become. At least one additive element (Y) coming from the group selected is, which consists of indium (in) and bismuth (bi) can be as special preferred example of the other additive element is lifted out. If the additive Element (Y) in the lead-free solder according to the present Invention is used, the additive element (x) may be present or be absent. About that can out in the lead-free solder according to the present Invention additional additive elements exist, different from the additive elements (X) and the additive elements (Y) differ as long as the effect of the present invention is achieved.

Indium (In) ist hauptsächlich eine Komponente, die zur Absenkung des Schmelzpunkts des bleifreien Lötmittels verwendbar ist und genau dann spezifiziert wird, wenn das Gleichgewicht zwischen dem erlaubten Temperaturbereich einer anzubringenden elektronischen Komponente und den Materialkosten in Betracht gezogen werden. Generell ist die Zugabemenge für Indium vorzugsweise nicht mehr als 10,0 Gew-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 50 Gew-% im Hinblick auf den Oxidations-Widerstand.indium (In) is mainly a component that helps lower the melting point of the lead-free solder is usable and is specified exactly when the balance between the allowed temperature range of an electronic to be attached Component and material costs should be considered. As a general rule is the addition amount for Indium is preferably not more than 10.0% by weight, more preferably not more than 50% by weight in terms of the oxidation resistance.

Wismuth (Bi) ist hauptsächlich eine Komponente, die zur Absenkung des Schmelzpunkts des bleifreien Lötmittels verwendbar ist und die Zusammensetzung des Wismuths ist nicht besonders beschränkt. Wie oben bereits beschrieben, sollte jedoch dann, wenn die Lötmittelfestigkeit und die – Zuverlässigkeit sichergestellt werden sollte, der Wismuth-Gehalt nicht mehr als 5 Gew-% betragen, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 Gew-% bis 1,0 Gew-% liegen. Wenn Wismuth zusammen mit Indium enthalten ist, liegt insbesondere der Wismuth-Gehalt vorzugsweise im Bereich von 0,1 Gew-% bis 1,0 Gew-%.bismuth (Bi) is mainly a component that helps lower the melting point of the lead-free solder is usable and the composition of bismuth is not special limited. As already described above, however, when the solder resistance should be and the - reliability should be ensured, the bismuth content is not more than 5% by weight, particularly preferably in the range of 0.1% by weight to 1.0% by weight. In particular, if bismuth is included with indium the bismuth content is preferably in the range of 0.1% by weight to 1.0% by weight.

Die bleifreien Lötmittel (i) bis (vi) gemäß der vorliegenden Erfindung und die optional hinzugegebene Elemente (X) und die additive Elemente (Y) enthaltenen bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung können sehr leicht und gut einer plastischen Bearbeitung unterzogen werden, beispielsweise einer Extrusion, einem Walzen und einem Drahtziehen. Darüber hinaus sind die bleifreien Lötmittel (i) bis (vi) gemäß der vorliegenden Erfindung sowie die optional das additive Element (X) und das additive Element (Y) enthaltenen bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn sie als Lötmittel verwendet werden, besonders exzellent in verschiedenen Eigenschaften, die für Lötmittel erforderlich sind, beispielsweise in Bezug auf die Bindefestigkeit, mechanische Eigenschaften sowie die Benetzungseigenschaften.The lead-free solder (i) to (vi) according to the present invention Invention and optionally added elements (X) and the additive Elements (Y) contained lead-free solder according to the present invention can very light and well plasticized, for example, extrusion, rolling and wire drawing. About that In addition, the lead-free solder (i) to (vi) according to the present invention Invention and optionally the additive element (X) and the additive element (Y) contained lead-free solder according to the present Invention then when used as a solder used, especially excellent in different properties, the for solder necessary, for example with regard to the bond strength, mechanical properties and wetting properties.

Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung Lötmittelverbindungs-Produkte und insbesondere elektronische Komponenten mit verschiedenen elektronischen Elementen, beispielsweise LED Licht emittierende Elemente, SEDs (surface-conduction electron-emitter displays) oder damit verbundene befestigte Substrate mit exzellenter Bindefestigkeit und -Zuverlässigkeit zur Verfügung stellen.Accordingly For example, the present invention can provide solder joint products and in particular electronic components with various electronic Elements, such as LED light-emitting elements, SEDs (surface-conduction electron-emitter displays) or related attached substrates with excellent bond strength and reliability to disposal put.

Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Anwendung jedes gewünschten Verfahrens ohne besondere Beschränkung erzeugt werden. Beispielsweise kann das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Schmelzkneten unentbehrlicher Komponenten, d.h. von Zinn (Sn) und Tantal (Ta) sowie Zink (Zn), Wismuth (Bi), Kupfer (Cu) oder Silber (Ag), optionaler Komponenten, d.h. ein zugegebenes Element (X) oder ein zugegebenes Element (Y) und falls erforderlich andere Komponenten hergestellt werden, um so ein bleifreies Lötmittel mit einer beabsichtigten Zusammensetzung oder einer Temperatur am oder oberhalb des Schmelzpunkts jeder der Komponenten zur Verfügung zu stellen, und dann durch Abkühlen der Mischung. Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung wird besonders vorteilhaft durch eine vorab erfolgende Zulegierung von Zinn in einer erforderlichen Menge oder einer kleineren Menge als für die Bildung des beabsichtigten bleifreien Lötmittels mit einem oder zumindest zwei der oben erwähnten unentbehrlichen Komponenten und/oder optionalen Komponenten, und dann Zulegieren des legierten Produkts (vorlegiertes Produkt) mit der verbleibenden Menge der erforderlichen Menge an Zinn und der verbleibenden Menge der unentbehrlichen Komponenten und/oder optionalen Komponenten erzeugt werden, um so das beabsichtigte bleifreie Lötmittel herzustellen. Somit kann ein Lötmittel, das Zinn und die oben angegebenen metallischen Komponenten umfasst, welche homogen und eng dispergiert wurden, leicht erzeugt werden. Um eine Störung der Eigenschaften durch Oxidation des bleifreien Lötmittels zu verhindern, werden das bleifreie Lötmittel und seine Bilde-Komponenten vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise in einer Stickstoff-Argon- oder Heliumgas-Atmosphäre behandelt.The lead-free solder according to the present invention can be produced by any desired method without particular limitation. For example, the lead-free solder according to the present invention may be obtained by melt-kneading indispensable components, ie, tin (Sn) and tantalum (Ta) and zinc (Zn), bismuth (Bi), copper (Cu) or silver (Ag), optional components, ie an added Ele ment (X) or an added element (Y) and, if necessary, other components are prepared so as to provide a lead-free solder having an intended composition or temperature at or above the melting point of each of the components, and then cooling the mixture , The lead-free solder according to the present invention becomes particularly advantageous by preliminarily alloying tin in a required amount or a smaller amount than for forming the intended lead-free solder with one or at least two of the above-mentioned indispensable components and / or optional components, and then alloying the alloyed product (prealloyed product) with the remaining amount of the required amount of tin and the remaining amount of the indispensable components and / or optional components to produce the intended lead-free solder. Thus, a solder comprising tin and the above-mentioned metallic components which have been homogeneously and closely dispersed can be easily produced. In order to prevent disturbance of the properties by oxidation of the lead-free solder, the lead-free solder and its image components are preferably treated in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen-argon or helium gas atmosphere.

Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Feststoff oder liegt bei Raumtemperatur in Pastenform vor, abhängig beispielsweise von der Zusammensetzung des bleifreien Lötmittels, den speziellen Produktionsbedingungen und anderen Bedingungen.The lead-free solder according to the present Invention is a solid or is in paste form at room temperature before, depending for example, the composition of the lead-free solder, the special production conditions and other conditions.

Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung, welches so erzeugt wurde, kann sehr leicht und gut einer plastischen Bearbeitung unterzogen werden, beispielsweise einer Extrusion, einem Walzprozess und einem Drahtziehprozess. Darüber hinaus ist das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn es als Lötmittel verwendet wird, exzellent in verschiedenen Eigenschaften, die für Lötmittel erforderlich sind, beispielsweise in Bezug auf die Bindefestigkeit, mechanische Eigenschaften sowie die Benetzungs-Eigenschaften. The lead-free solder according to the present Invention thus produced can be very light and good be subjected to plastic processing, such as a Extrusion, a rolling process and a wire drawing process. Furthermore is the lead-free solder according to the present Invention then when it is used as a solder is used excellently in different properties, for soldering necessary, for example with regard to the bond strength, mechanical properties and wetting properties.

Die Benetzungseigenschaften des bleifreien Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung sind so, dass die prozentuale Nassspreizung (%) ausgedrückt in JIS Z 3198-3 75 bis 80% beträgt für (i) das auf Sn-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 60 bis 70% beträgt für (ii) das auf Sn-Zn-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 80 bis 90% beträgt für (iii) das auf Sn-Bi-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 70 bis 85% beträgt für (iv) das auf Sn-Cu-Ta basierende bleifreie Lötmittel, 75 bis 85% beträgt für (v) das auf Sn-Ta-Ag basierende bleifreie Lötmittel, sowie 75 bis 85% beträgt für (vi) das auf Sn-Cu-Ag-Ta basierende bleifreie Lötmittel. Für jedes diese bleifreien Lötmittel kann eine Verbesserung um 15% oder mehr bei den Benetzungs-Eigenschaften (prozentuale Spreizung) über die gleichen Lötmittel wie oben beschrieben realisiert werden, außer dass Tantal nicht enthalten ist.The Wetting properties of the lead-free solder according to the present Invention are such that the percent wet spread (%) expressed in JIS Z 3198-3 is 75 to 80% for (i) The Sn-Ta based lead-free solder, 60 to 70%, is for (ii) the Sn-Zn-Ta based lead-free solders, 80 to 90%, for (iii) the Sn-Bi-Ta based lead-free solder, 70 to 85% for (iv) that Sn-Cu-Ta based lead-free solders, 75-85% for (v) Sn-Ta-Ag based lead-free solders and 75-85% for (vi) Sn-Cu-Ag-Ta based lead-free solder. For each of these lead-free solders can improve by 15% or more in wetting properties (percentage spread) over the same solders as described above, except that tantalum is not included is.

Die Benetzungs-Eigenschaften des bleifreien Lötmittels können ebenso dadurch bewertet werden, dass eine Lötmittelschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf einem Substrat platziert wird, die Zusammensetzung in einer Luftatmosphäre auf eine Temperatur bei oder oberhalb des Schmelzpunkts des Lötmittels erhitzt wird und visuell der Zustand des Lötmittelfilms, der von dem geschmolzenen Lötmittel ausgebildet ist, überwacht wird.The Wetting properties of the lead-free solder may also be evaluated thereby be that a solder layer with a predetermined thickness placed on a substrate, the composition in an air atmosphere at a temperature or above the melting point of the solder, and visually the state of the solder film, formed by the molten solder is, supervised becomes.

1 ist ein Diagramm, das den Zustand eines Lötmittelbands (2) zeigt, das durch Bereitstellen eines Lötmittelbands aus Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta mit einer Größe von 25 mm-Länge × 25 mm Breite × 150 μm Dicke als Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wurde, das Platzieren des Lötmittel-Bands auf einer sauerstofffreien Kupferplatte (1), die mit einem Flussmittel beschichtet ist, die Wärmebehandlung der Zusammensetzung bei einer Temperatur von 250 °C zur Aufschmelzung des Lötmittels, sowie anschließende Erstarrung des Lötmittels. 2 ist ein Diagramm, das das gleiche Lötmittel-Band wie in 1 zeigt, außer dass Sn-3Ag-0,5Cu anstelle des oben beschriebenen Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. 3 ist ein Diagramm, das das gleiche Lötmittel-Band wie in 1 zeigt, außer dass Sn-3Ag-0,5Cu-4In anstelle des oben beschriebenen Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. 1 Fig. 12 is a diagram showing the state of a solder tape (2) obtained by providing a solder tape of Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta having a size of 25 mm long × 25 mm wide × 150 μm thick Solder according to the present invention has been provided, placing the solder tape on an oxygen-free copper plate (1) coated with a flux, heat treating the composition at a temperature of 250 ° C to reflow the solder, and then solidifying the solder , 2 is a diagram that has the same solder band as in 1 except that Sn-3Ag-0.5Cu was used instead of the above-described solder according to the present invention. 3 is a diagram that has the same solder band as in 1 except that Sn-3Ag-0.5Cu-4In was used instead of the above-described solder according to the present invention.

Wie aus diesen Zeichnungen ersichtlich wird, weist das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung gute Benetzungs-Eigenschaften auf und kann einen Lötmittelfilm mit im Wesentlichen gleicher Dicke auf einem Substrat ausbilden. Auf der anderen Seite wird bei anderen Lötmitteln, da die Benetzungs-Eigenschaften nicht ausreichend sind, ein Teil des Lötmittels im geschmolzenen Zustand von dem Substrat abgestoßen. Als Ergebnis hiervon kann ein gleichmäßiger Lötmittelfilm nicht ausgebildet werden und ein nicht anhaftender Teil 3 oder ein exzessiv vorstehender Teil 4 des Lötmittelfilms tritt auf. Darüber hinaus ist die Kontur des Lötmittelfilms unklar. Bei dem Lötmittel mit schlechter Benetzbarkeit kann eine ausreichende Lötmittel-Bindefestigkeit nicht realisiert werden und darüber hinaus besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass das Lötmittel in nicht erwünschte Bereiche ausläuft. Dementsprechend ist ein derartiges Lötmittel besonders nicht in Anwendungen geeignet, wo eine hochgradig genaue Lötmittel-Verbindungsqualität erforderlich ist, beispielsweise als Lötmittel zur Verbindung von Verkabelungen oder hochpräzisen elektronischen Elementen.As can be seen from these drawings, the lead-free solder according to the present invention has good wetting characteristics and can form a solder film of substantially the same thickness on a substrate. On the other hand, in other solders, since the wetting properties are insufficient, part of the solder in the molten state is repelled from the substrate. As a result, a uniform solder film can not be formed, and a non-adherent part 3 or an excessively protruded part 4 of the solder film occurs. In addition, the contour of the solder film is unclear. With the solder having poor wettability, sufficient solder bonding strength can not be realized, and moreover, there is a high possibility that the solder leaks into undesirable areas. Accordingly, such a solder is not particularly suitable in applications where a highly accurate solder joint quality is required, for example as solder for joining Ver cabling or high-precision electronic elements.

Darüber hinaus können die Benetzungs-Eigenschaften des Lötmittels ebenso durch Messung der Oberflächenspannung des Lötmittels in geschmolzenem Zustand mittels eines Tropfverfahrens bewertet werden. Das Tropfverfahren ist ein Verfahren zum Messen der Oberflächenspannung unter Verwendung einer solchen Eigenschaft, dass dann, wenn eine Flüssigkeit durch eine kreisförmigen Rohröffnung abtropft, ein Lötmittel-Tröpfchen als Ergebnis davon abtropft, dass das Gewicht des Lötmittel-Tröpfchens die Oberflächenspannung des Tröpfchens übersteigt.Furthermore can the wetting properties of the solder as well by measuring the surface tension of the solder evaluated in the molten state by means of a dropping method become. The dripping method is a method of measuring the surface tension using such a property that if one liquid through a circular tube opening drips, a solder droplet as Result of it drips off that the weight of the solder droplet the surface tension of the droplet exceeds.

4 zeigt die Form eines Lötmittel-Tröpfchens direkt bevor dem Abtropfen in dem Fall, wo eine Schmelze aus Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,05Ta-Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung schrittweise durch eine kreisförmige Rohröffnung mit einem Durchmesser von 0,7 mm ausfließt. 5 zeigt die Formen des gleichen Lötmittel-Tröpfchens wie in 4, außer dass Sn-3Ag-0,5Cu anstelle des Lötmittels aus 4 verwendet wurde. 6 zeigt die Formen des gleichen Lötmittel-Tröpfchens wie in 4, außer dass Sn-3Ag-0,5Cu-4In anstelle des Lötmittels aus 4 verwendet wurde. In jeder Zeichnung wurde die Oberflächenspannung γ des geschmolzenen Lötmittels aus der Beziehung zwischen dem maximalen Durchmesser de des Lötmittel-Tröpfchens in horizontaler Richtung direkt vor dem Abtropfen des Lötmittel-Tröpfchens sowie den Durchmesser ds des Lötmittel-Tröpfchens in horizontaler Richtung bei einer Position der Distanz de von dem vorderen Ende des Lötmittel-Tröpfchens berechnet. γ = g·ρ·(de)·2/Hwobei γ die Oberflächenspannung, g die Gravitationskonstante, de den maximalen Durchmesser und H einen Korrekturfaktor (H = ds/de) bezeichnet. 4 Fig. 10 shows the shape of a solder droplet just before dripping in the case where a melt of Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta solder according to the present invention is progressively passed through a circular pipe opening having a diameter of 0.7 mm flows out. 5 shows the shapes of the same solder droplet as in 4 except that Sn-3Ag-0.5Cu instead of the solder out 4 has been used. 6 shows the shapes of the same solder droplet as in 4 except that Sn-3Ag-0.5Cu-4In is used instead of the solder 4 has been used. In each drawing, the surface tension γ of the molten solder was determined from the relationship between the maximum diameter de of the solder droplet in the horizontal direction immediately before the dropping of the solder droplet and the diameter ds of the solder droplet in the horizontal direction at a position of the distance de calculated from the front end of the solder droplet. γ = g · ρ · (en) · 2 /H where γ denotes the surface tension, g the gravitational constant, de the maximum diameter and H a correction factor (H = ds / de).

Wie aus der oben angegebenen Gleichung abgeleitet, ist je größer der ds-Wert, desto geringer die Oberflächenspannung. Je geringer die Oberflächenspannung des Lötmittels ist, desto besser ist die Benetzbarkeit.As Derived from the equation given above, the larger the ds value, the lower the surface tension. The lower the surface tension of the solder the better the wettability.

Die Oberflächenspannung des Lötmittels Sn-3Ag-0,5Cu-4In-0,1Ta gemäß der vorliegenden Erfindung, die in 4 gezeigt ist, beträgt 0,4 bis 0,42 N/m,
die Oberflächenspannung des konventionellen Lötmittels Sn-3Ag-0,5Cu, wie es in 5 gezeigt ist, beträgt 0,38 bis 0,40 N/m und
die Oberflächenspannung des konventionellen Lötmittels Sn-3Ag-0,5Cu-4In, wie es in 6 gezeigt ist, beträgt 0,43 bis 0,46 N/m.The surface tension of the solder Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.1Ta according to the present invention, which is described in U.S. Pat 4 is 0.4 to 0.42 N / m,
the surface tension of the conventional solder Sn-3Ag-0.5Cu, as in 5 is 0.38 to 0.40 N / m and
the surface tension of the conventional solder Sn-3Ag-0.5Cu-4In, as it is in 6 is 0.43 to 0.46 N / m.

Aus den oben angegebenen Ergebnissen wird ersichtlich, dass die Einbindung von 4In in ein konventionelles Lötmittel Sn-3Ag-0,5Cu die Oberflächenspannung anhebt und die Einbindung von 0,1Ta in das Lötmittel die Oberflächenspannung reduziert, um gute Benetzungs-Eigenschaften zu verwirklichen.Out From the above results, it can be seen that incorporation from 4In to a conventional solder Sn-3Ag-0.5Cu the surface tension and the inclusion of 0.1Ta in the solder raises the surface tension reduced in order to realize good wetting properties.

Das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung weist exzellente Oxidations-Widerstandsfähigkeit auf und somit wurde eine Störung der verschiedenen Eigenschaften basierend auf der Oxidation hochgradig unterdrückt und darüber hinaus ist die Erzeugung einer sogenannten "Krätze", die hauptsächlich aus Oxiden des Lötmittels zusammengesetzt ist, sehr unwahrscheinlich. Beispielsweise wird in dem bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung die Menge an erzeugter Krätze um etwa ein Fünftel im Vergleich zu einem Fall eines Tantalum-freien bleifreien Lötmittels reduziert.The lead-free solder according to the present Invention has excellent oxidation resistance on and thus became a disorder of the various properties based on the oxidation highly repressed and above In addition, the production of a so-called "scabies", consisting mainly of Oxides of the solder is very unlikely. For example in the lead-free solder according to the present Invention the amount of dross produced by about one-fifth in Comparison to a case of a tantalum-free lead-free solder reduced.

Der Herstellungsprozess eines geformten Produkts aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung wird gekennzeichnet dadurch, dass er einen Brammen-Gießschritt der Auflösung und des Gießens des bleifreien Lötmittels gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, um einen Gussblock – auszubilden, sowie einen plastischen Bearbeitungsschritt der plastischen Bearbeitung dieses Gussblocks, um ein geformtes Produkt herzustellen.Of the Manufacturing process of a molded product of lead-free solder according to the present The invention is characterized in that it comprises a slab casting step the resolution and of the casting of the lead-free solder according to the present Invention to form a ingot - form, as well as a plastic processing step of the plastic working of this ingot, to produce a molded product.

Generell können konventionelle bleifreie Lötmittel nicht ohne Schwierigkeiten plastisch bearbeitet werden und auch dann, wenn die plastische Bearbeitung erfolgreich abgeschlossen wurde, ist es schwierig, mechanische Eigenschaften, Benetzungs-Eigenschaften und andere Eigenschaften, die für ein Lötmittel ausreichend sind, zu verwirklichen. Auf der anderen Seite kann das bleifreie Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung sehr leicht und gut plastisch bearbeitet werden, und auch nach der plastischen Bearbeitung liegen gute mechanische Eigenschaften, Benetzungs-Eigenschaften, Lötmittel-Bindefestigkeit und andere Eigenschaften, die für Lötmittel bevorzugt werden, vor.As a general rule can conventional lead-free solder not be plastically processed without difficulty and also then when the plastic working completed successfully was, it is difficult to mechanical properties, wetting properties and other properties for a solder are sufficient to realize. On the other hand, that can lead-free solder according to the present Invention be easily and well plastically processed, and also after plastic working there are good mechanical properties, Wetting properties, solder bond strength and other properties for solder preferred.

Gemäß dem Herstellungsprozess für ein geformtes Produkt aus einem bleifreien Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein geformtes Lötmittel-Produkt mit einer gewünschten Form und Größe, das Eigenschaften, die bei einem Lötmittel bevorzugt sind, leicht hergestellt werden. In der vorliegenden Erfindung konnte bisher ein geformtes Produkt aus einem bleifreien Lötmittel in einer gewünschten Form unter Verwendung eines konventionellen generell bleifreien Lötmittels, beispielsweise als Band, Faden oder Stab nicht hergestellt werden.According to the manufacturing process for a shaped product of a lead-free solder according to the present invention can be a molded solder product with a desired Shape and size, that Properties that are preferred for a solder are easy to manufacture. In the present invention could previously a molded product of a lead-free solder in a desired Form using a conventional generally lead-free solder, For example, as a band, thread or rod are not made.

Spezielle Beispiele von bevorzugten bandförmigen geformten Produkten aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung beinhalten diejenigen, die eine Dicke von 50 bis 500 μm und besonders bevorzugt 100 bis 150 μm aufweisen. Spezielle Beispiele von bevorzugten faserförmigen geformten Produkten aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung beinhalten diejenigen, die einen Faserdurchmesser von 0,1 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm bis 0,5 mm, aufweisen. Die Form und die Dimension des stangenförmigen geformten Produkts aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht besonders begrenzt. Um die Seigerung der chemischen Bestandteile in einem gegossenen stangenförmigen geformten Produkt aus bleifreiem Lötmittel zu minimieren, ist die Abkühlrate jedoch vorzugsweise nicht geringer als 1°C/sec. Darüber hinaus beinhalten Beispiele von stangenförmigen geformten Produkten aus bleifreiem Lötmittel diejenigen stangenförmigen geformten Produkte aus bleifreiem Lötmittel, die eine homogene Struktur aufweisen, welche durch Extrusion eines gegossenen Gussblocks hergestellt wurden, das Unterziehen des Extrudats einer plastischen Bearbeitung sowie des Walzens, oder aber das Herstellen eines geformten stangenförmigen Produkts aus bleifreiem Lötmittel, welches durch direktes Walzen eines geschmolzen bleifreien Lötmittels erzeugt wurde.Specific Examples of preferred band-shaped molded products of lead-free solder according to the present invention include those having a thickness of 50 to 500 microns and especially preferably 100 to 150 microns have. Specific examples of preferred fibrous shaped products made of lead-free solder according to the present Invention include those having a fiber diameter of 0.1 mm to 1 mm, particularly preferably 0.2 mm to 0.5 mm. The shape and dimension of the bar-shaped molded product lead-free solder according to the present Invention are not particularly limited. To the segregation of the chemical Ingredients in a molded rod-shaped molded product lead-free solder to minimize, is the cooling rate but preferably not lower than 1 ° C / sec. In addition, examples include of rod-shaped molded products made of lead-free solder those rod-shaped Products made of lead-free solder, which have a homogeneous structure, which by extrusion of a poured cast ingot, subjecting the extrudate a plastic processing and rolling, or manufacturing a shaped rod-shaped Products made of lead-free solder, which by directly rolling a molten lead-free solder was generated.

Das geformte Produkt aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet als geformtes Lötmittelprodukt für die Lötverbindung von beispielsweise elektronischen Komponenten mit verschiedenen elektronischen Elementen, beispielsweise LED Licht emittierende Elemente sowie SEDs (survace-conduction electron-emitter displays) und befestigte Substrate.The molded product of lead-free solder according to the present invention is particularly suitable as a shaped solder product for the solder joint from, for example, electronic components with various ones electronic elements, such as LED light-emitting Elements as well as SEDs (survace-conduction electron-emitter displays) and attached substrates.

Das bleifreie Lötmittel sowie die geformten Produkte aus bleifreiem Lötmittel gemäß der vorliegenden Erfindung haben im Wesentlichen den gleichen Schmelzpunkt wie konventionelles, Blei enthaltendes Zinn-Lötmittel und weisen eine exzellente Lötmittel-Verbindungsfestigkeit und eine Zuverlässigkeit auf, die gleich oder besser als diejenigen von konventionellem bleifreien Lötmittel und geformten Produkten aus bleifreiem Lötmittel sind.The lead-free solder and the molded products of lead-free solder according to the present invention have essentially the same melting point as conventional, Lead-containing tin solder and have excellent solder joint strength and a reliability, the same or better than those of conventional lead-free solder and molded products of lead-free solder.

BEISPIELEEXAMPLES

Ein bleifreies Lötmittel, das aus Zinn-9,0 Gew-% Zink-0,1 Gew-% Tantal zusammengesetzt war, wurde erschmolzen und die Schmelze wurde in eine Bramme mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 300 mm gegossen. Danach wurde die Bramme in ein Stangenmaterial mit einer Dicke von 10 mm und einer Breite von 70 mm extrudiert. Das Stangenmaterial wurde anschließend gewalzt, um ein Band mit einer Dicke von 100 μm und einer Breite von 70 mm zu erzeugen.One lead-free solder, that of tin-9.0% by weight zinc-0.1 % Tantalum was melted and melted was in a slab with a diameter of 100 mm and a length of Poured 300 mm. Thereafter, the slab was in a bar material extruded with a thickness of 10 mm and a width of 70 mm. The bar stock was then rolled to form a belt a thickness of 100 microns and a width of 70 mm.

Danach wurde, wie dies in 7 gezeigt ist, ein Flussmittel auf eine Oberfläche einer Kupferplatte 100 mit einer Dicke von 3 mm, einer Breite von 50 mm und einer Länge von 60 mm, wie dies in 7 gezeigt ist, beschichtet und ein Band-Lötmittel 102 mit einer Dicke von 100 μm, eine Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm wurde anschließend auf der beschichteten Kupferplatte 100 platziert. Danach wurde ein mit Kupfer metallisiertes SiN-Substrat 101 mit einer Dicke von 0,5 mm, einer Breite von 30 mm sowie einer Länge von 40 mm auf dem oberen Teil des Band-Lötmittels 102 platziert. Die Zusammensetzung wurde in einer Stickstoffgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 230 °C für 45 Sekunden zum Rückfließen erhitzt. Das Verbindungsprodukt, welches so erhalten wurde, wurde einem thermischen Zyklustest unter Bedingungen von –25 °C bis 125 °C unterworfen. Nach einem 2000-fachen thermischen Zyklustest wurde das Verbindungsprodukt durch einen Ultraschall-Fehler-Inspektionstest untersucht. Als Ergebnis wurden weder Risse noch eine Trennung ermittelt.After that, as was in 7 is shown, a flux on a surface of a copper plate 100 with a thickness of 3 mm, a width of 50 mm and a length of 60 mm, as in 7 Shown is coated and a ribbon solder 102 with a thickness of 100 microns, a width of 40 mm and a length of 50 mm was then applied to the coated copper plate 100 placed. Thereafter, a copper metallized SiN substrate 101 with a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm and a length of 40 mm on the upper part of the tape solder 102 placed. The composition was heated to reflux in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 230 ° C for 45 seconds. The compound product thus obtained was subjected to a thermal cycle test under conditions of -25 ° C to 125 ° C. After a 2000-fold thermal cycle test, the compound product was examined by an ultrasonic defect inspection test. As a result, neither cracks nor separation were detected.

Ein bleifreies Lötmittel, das aus Zinn-0,5 Gew-% Kupfer-2-5 Gew-% Silber-4,0 Gew-% In-0,1 Gew-% Kobalt zusammengesetzt war, wurde erschmolzen und die Schmelze wurde in einen Gussblock mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 300 mm gegossen. Danach wurde der Gussblock in ein Stangenmaterial mit einer Dicke von 10 mm und einer Breite von 70 mm extrudiert. Das Stangenmaterial wurde anschließend gewalzt, um ein Band mit einer Dicke von 100 μm und einer Breite von 70 mm bereitzustellen.One lead-free solder, that of tin-0.5% by weight of copper 2-5 % By weight of silver 4.0% by weight of In-0.1% by weight of cobalt, was melted and the melt was in a cast block with a diameter of 100 mm and a length of 300 mm poured. After that The ingot was made into a bar stock with a thickness of 10 mm and a width of 70 mm extruded. The bar material was subsequently rolled to a tape having a thickness of 100 microns and a width of 70 mm provide.

Danach wurde, wie dies in 7 gezeigt ist, ein Flussmittel auf einer Oberfläche einer Kupferplatte 100 mit einer Dicke von 3 mm, einer Breite von 50 mm und einer Länge von 60 mm aufgebracht und ein Band-Lötmittel 102 mit einer Dicke von 100 μm, einer Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm wurde anschließend auf der beschichteten Kupferplatte 100 platziert. Danach wurde ein mit Kupfer metallisiertes SiN-Substrat 102 mit einer Dicke von 0,5 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von 40 mm auf dem oberen Teil des Band-Lötmittels 101 platziert. Die Zusammensetzung wurde in einer Stickstoffgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 250 °C zum Rückfließen erhitzt. Das Verbindungsprodukt, das so erhalten wurde, wurde einem thermischen Zyklustest unter Bedingungen von –25 °C bis 125 °C unterzogen. Nach einem 4000-fachen thermischen Zyklustest wurde das Verbindungsprodukt durch einen Ultraschall-Fehler-Inspektionstest untersucht. Als Ergebnis wurden weder Risse noch Trennungen beobachtet.After that, as was in 7 is shown a flux on a surface of a copper plate 100 with a thickness of 3 mm, a width of 50 mm and a length of 60 mm applied and a tape solder 102 with a thickness of 100 microns, a width of 40 mm and a length of 50 mm was then applied to the coated copper plate 100 placed. Thereafter, a copper metallized SiN substrate 102 with a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm and a length of 40 mm on the upper part of the tape solder 101 placed. The composition was heated to reflux in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 250 ° C. The compound product thus obtained was subjected to a thermal cycle test under conditions of -25 ° C to 125 ° C. After a 4000-fold thermal cycle test, the compound product was examined by an ultrasonic defect inspection test. As a result, neither cracks nor separations observed.

Ein bleifreies Lötmittel, das aus Zinn-9,0 Gew-% Zink bestand, wurde erschmolzen und die Schmelze wurde anschließend in einen Gussblock mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 300 mm gegossen. Der Gussblock wurde anschließend in eine Sektion mit einer Dicke von 10 mm und einer Breite von 70 mm extrudiert. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass eine Anzahl von Rissen in der Sektion in deren Kantenteil in einer Richtung senkrecht zur Extrusionsrichtung auftragen. Das extrudierte Material wurde gewalzt, um ein Band-Lötmittel mit einer Dicke von 100 μm, einer Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm herzustellen, welche anschließend geschnitten und als Probe verwendet wurde.One lead-free solder, which consisted of tin-9.0% by weight of zinc, was melted and the melt was subsequently into a cast block with a diameter of 100 mm and a length of Poured 300 mm. The ingot was then placed in a section with a Thickness of 10 mm and a width of 70 mm extruded. As a result became found out that a number of cracks in the section in their Apply the edge part in one direction perpendicular to the extrusion direction. The extruded material was rolled to form a tape solder with a thickness of 100 μm, a width of 40 mm and a length of 50 mm, which subsequently cut and used as a sample.

Danach wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ein Flussmittel auf eine Oberfläche einer Kupferplatte 100 mit einer Dicke von 3 mm, einer Breite von 50 mm und einer Länge von 60 mm aufgebracht und ein Band-Lötmittel 102 mit einer Dicke von 100 μm, einer Breite von 40 mm und einer Länge von 50 mm wurde anschließend auf der beschichteten Kupferplatte 100 platziert. Danach wurde ein kupfermetallisiertes SiN-Substrat 102 mit einer Dicke von 0,5 mm, einer Breite von 30 mm und einer Länge von 40 mm auf dem oberen Teil des Band-Lötmittels 101 platziert. Die Zusammensetzung wurde in einer Stickstoffgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 230 °C für 45 Sekunden zum Rückfließen erhitzt. Das Verbindungsprodukt, das so erhalten wurde, wurde einem thermischen Zyklustest unter Bedingungen von –25 °C bis 125 °C unterworfen. Nach einem 750-fachen thermischen Zyklustest wurde das Verbindungsprodukt durch einen Ultraschall-Fehler-Inspektionstest untersucht. Als Ergebnis wurde eine Anzahl von Rissen an vier Ecken des Verbindungsprodukts beobachtet.Thereafter, in the same manner as in Example 1, a flux was applied to a surface of a copper plate 100 with a thickness of 3 mm, a width of 50 mm and a length of 60 mm applied and a tape solder 102 with a thickness of 100 microns, a width of 40 mm and a length of 50 mm was then applied to the coated copper plate 100 placed. Thereafter, a copper-metallized SiN substrate 102 with a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm and a length of 40 mm on the upper part of the tape solder 101 placed. The composition was heated to reflux in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 230 ° C for 45 seconds. The compound product thus obtained was subjected to a thermal cycle test under conditions of -25 ° C to 125 ° C. After a 750-fold thermal cycle test, the compound product was examined by an ultrasonic flaw inspection test. As a result, a number of cracks were observed at four corners of the bonding product.

Claims

Lead-free solder, comprising a tin (Sn) based alloy having a tantalum (Ta) content of not less than 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight.

Lead-free solder, comprising a tin (Sn) based alloy comprising no more as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.1% by weight and not more than 10.0% by weight of zinc (Zn) with a residue consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities.

Lead-free solder, comprising a tin (Sn) based alloy comprising no more as 0.005 wt% and not more than 2.0 wt% dumbbell (Ta) and not less than 0.1% by weight and not more than 60.0% by weight of bismuth (Bi) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities.

Lead-free solder, comprising a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005 wt% and not more than 2.0 wt% dumbbell (Ta) and not less than 0.1% by weight and not more than 10.0% by weight of indium (In) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities.

Lead-free solder, comprising a tin (Sn) -based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.01% by weight and not more than 7.5% by weight of copper (Cu) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities.

Lead-free solder, comprising a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.01% by weight and not more than 5.0% by weight of silver (Ag) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities.

Lead-free solder, comprising a tin (Sn) based alloy comprising not less as 0.005% by weight and not more than 2.0% by weight of tantalum (Ta) and not less than 0.01% by weight and not more than 5.0% by weight of silver (Ag) and not less than 0.01% by weight and not more than 7.5% by weight of copper (Cu) with a balance consisting of tin (Sn) and unavoidable impurities.

Lead-free solder according to one the claims 1 to 7, wherein the tin-based alloy further further at least comprises an additive element (Y) selected from the group which consists of indium and bismuth.

Lead-free solder according to claim 8, wherein in the tin-based alloy the content of the additive Elements (Y) selected from the group consisting of indium and Bismuth is not more than 10% by weight for indium and not more than 60% by weight for Bismuth is.

Lead-free solder according to one the claims 1 to 9, wherein the tin-based alloy further at least comprises an additive element (X) selected from the group cobalt (Co), titanium (Ti), nickel (Ni), palladium (Pd), antimony (Sb) and germanium (Ge) exists.

The lead-free solder according to claim 10, wherein in the tin-based alloy, the content of the additive element (X) selected from the group is selected from the group consisting of cobalt, titanium, palladium, antimony and germanium, such that for each additive element (X) the content is not more than 0.05% by weight, and when a plurality of additive elements (X. ), which is the total content of the plurality of additive elements (X) and not more than 1.0% by weight.

Lead-free solder according to one the claims 1 to 11, this being in the form of a cream, a ribbon, a Thread or rod is present.

Lötmittelverbindungsprodukt, made by bonding with a lead-free solder according to one the claims 1 to 12.

Electronic component made by joining with a lead-free solder according to one of the claims 1 to 12.