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

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