本發(fā)明涉及軟釬料合金，特別是涉及在使側(cè)面的電極的面積小的部件與鋁基板(以下，稱為Al基板)進(jìn)行軟釬焊時(shí)為了提高可靠性而謀求的軟釬料合金。

背景技術(shù)：

以往，對(duì)于軟釬焊的部件，進(jìn)行了在一定的條件下、判定能否維持所需要的性能/功能的可靠性評(píng)價(jià)，實(shí)施對(duì)應(yīng)于用途的各種檢查、例如檢查接合部的強(qiáng)度等。例如，在熱循環(huán)試驗(yàn)中，以一定的間隔重復(fù)低溫狀態(tài)與高溫狀態(tài)，將直至軟釬料接合部成為規(guī)定狀態(tài)(強(qiáng)度)為止的次數(shù)作為強(qiáng)度的基準(zhǔn)。通常，根據(jù)使用情況所要求的可靠性的性質(zhì)不同，還結(jié)合其性質(zhì)不同來(lái)確定最佳軟釬料合金的組成，因此，例如專利文獻(xiàn)1中提出并研究了：得到最佳可靠性的各種軟釬料合金的組成。

專利文獻(xiàn)1的權(quán)利要求1中公開(kāi)了“一種高溫軟釬料，其用于形成耐熱疲勞特性優(yōu)異的軟釬焊部，包含具有Ag超過(guò)3.0％且為5.0重量％以下、Cu為0.5～3.0重量％和余量為Sn的組成的合金”；權(quán)利要求2中公開(kāi)了“根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫軟釬料，還含有5％以下的Sb”。

專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了如下LED部件：“對(duì)于構(gòu)成將在絕緣性基板上安裝半導(dǎo)體芯片而成的表面安裝型器件的絕緣性基板的電極結(jié)構(gòu)，形成為通過(guò)多個(gè)連接電極連接其表面電極與背面電極而得到的可靠性高的電極結(jié)構(gòu)，而且能夠可靠地檢查出這種電極結(jié)構(gòu)中的、表面電極或背面電極與多個(gè)連接電極中的任意者的連接不良”。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平05-050286號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2012-49480號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

一直以來(lái)，提出了適合于使用環(huán)境、用途這樣的軟釬料合金的各種組成，但主要是針對(duì)普通的部件的軟釬焊用的組成，關(guān)于對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光元件、特別是LED部件進(jìn)行軟釬焊時(shí)的最佳組成并未進(jìn)行研究。

另一方面，近年來(lái)，還包括照明用途，從其發(fā)光效率高的方面考慮，逐漸開(kāi)始廣泛使用LED部件，針對(duì)制法、使用方法提出了各種技術(shù)。通常，LED部件是用Au-Sn合金、Ag燒結(jié)糊劑等在260℃條件下不會(huì)熔融的金屬使發(fā)光元件與Si3N4、SiC、Al2O3、AlN、SiO2等陶瓷基材接合，進(jìn)而，在陶瓷基材上通過(guò)Cu、Ag等形成電極，利用Au、Cu、Al的導(dǎo)線對(duì)發(fā)光元件和形成于陶瓷基材上的電路電極進(jìn)行焊接。因此，LED部件的機(jī)械特性變得幾乎與陶瓷等同，熱膨脹線膨脹系數(shù)為3～6ppm/℃左右時(shí)，多為熱膨脹小的部件。

另外，對(duì)于LED部件，安裝的發(fā)光元件的放熱較大，故需要提高散熱性，隨著亮度的進(jìn)一步提高，逐漸開(kāi)始大量使用散熱性高的Al基板。如此，將LED部件與Al基板進(jìn)行軟釬焊而得到的材料稱為L(zhǎng)ED組件。Al基板的線膨脹系數(shù)為23ppm/℃左右時(shí)，熱膨脹較大，在Al基板上進(jìn)行軟釬焊時(shí)，對(duì)軟釬料接合部的負(fù)荷變得很大。Al基板是指將散熱性良好的Al作為基材，在其上夾持絕緣材料并用銅箔形成電路的基板。

進(jìn)而，LED部件的制造工序中，側(cè)面的電極與下表面電極、以及設(shè)置有發(fā)光元件的上表面的電極同時(shí)形成在一張?zhí)沾苫迳?，故?cè)面電極同時(shí)在貫穿孔處形成。然后，進(jìn)行元件的芯片接合、引線接合，進(jìn)而將元件模制、陶瓷基板被切斷。在切斷時(shí)，貫穿孔出現(xiàn)在側(cè)面的情況下，會(huì)形成若干側(cè)面電極，但即使形成若干側(cè)面電極，陶瓷基材側(cè)面的電極面積也小，與未形成電極部分的部件側(cè)面無(wú)法形成圓角(fillet)。這種LED部件的側(cè)面電極的面積為該側(cè)面的面積的30％以下，LED部件僅與下表面電極進(jìn)行軟釬料接合，由熱疲勞導(dǎo)致軟釬焊部容易剝離，LED部件中，由于裂紋向下表面電極擴(kuò)展而存在接合部的壽命變短的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的在于解決這種課題，即使是側(cè)面電極在貫穿孔處形成、且部件側(cè)面的電極僅存在于貫穿孔部的LED部件，也提供熱疲勞強(qiáng)、接合部的壽命長(zhǎng)的LED部件用的軟釬料合金。

用于解決問(wèn)題的方案

本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)：側(cè)面電極在貫穿孔處形成、側(cè)面電極僅存在于貫穿孔部，與印刷基板進(jìn)行軟釬焊時(shí)，對(duì)于軟釬料僅與下表面電極接合這樣的、LED部件與Al基板的軟釬焊用的軟釬料合金，在Sn-Cu系軟釬料合金基體中添加了Sb的物質(zhì)較為適宜，從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明為一種軟釬料合金，其用于使主體由陶瓷形成的部件與Al基板接合而得到的組件，該軟釬料合金包含以質(zhì)量％計(jì)Ag：0～4％(包括0)、Cu：0.3～1.2％、Sb：3～10％、余量為Sn。

通常，為了對(duì)Sn-Cu系的軟釬料合金賦予熱疲勞特性，進(jìn)行了添加Bi。即，添加了Bi的Sn系軟釬料合金對(duì)于提高兩面形成整面電極的芯片電阻部件、與FR-4等印刷基板的軟釬料接合部的可靠性來(lái)說(shuō)，是非常有效的。但是，與芯片電阻部件相比，對(duì)于線膨脹系數(shù)不會(huì)發(fā)生很大變化的陶瓷基材的LED部件與Al基板的軟釬料接合部來(lái)說(shuō)，Sb是特別有效的而B(niǎo)i幾乎沒(méi)有延長(zhǎng)壽命的效果。

Sb添加量與Bi添加量的最大差異是，Bi固溶于Sn中，在添加過(guò)量的Bi時(shí)，Bi本身在軟釬料中結(jié)晶，使伸長(zhǎng)率大幅度降低。特別是，Bi在軟釬料凝固時(shí)一部分容易偏析，局部產(chǎn)生延性較差的部分。若一旦裂紋擴(kuò)展，則應(yīng)力向裂紋前端部集中，裂紋的擴(kuò)展逐漸加速，故如Bi那樣為高強(qiáng)度、但延性極低的Bi發(fā)生粗大偏析這樣的軟釬料接合部作為在側(cè)面整面沒(méi)有電極、且無(wú)法形成較大焊接圓角(solder fillet)的陶瓷基材的LED部件與Al基材的基板的軟釬焊合金是不適合的。

另一方面，Sb也同樣，固溶于Sn中，但Sb在焊接圓角中不會(huì)發(fā)生較大偏析，無(wú)法固溶的Sb以SnSb金屬間化合物的形式微細(xì)地分散于軟釬料合金中。相反，微細(xì)地分散的SnSb金屬間化合物可以改善軟釬料合金的強(qiáng)度而不會(huì)使延性大幅度降低，故對(duì)于這種LED部件與Al基材的基板的軟釬料接合部來(lái)說(shuō)，是非常有效的添加元素。

LED部件的制造工序中，側(cè)面的電極與下表面電極、以及設(shè)置有發(fā)光元件的上表面的電極同時(shí)形成在一張?zhí)沾苫迳?，故?cè)面電極同時(shí)在貫穿孔處形成。并且，其特征在于，進(jìn)行元件的芯片接合、引線接合，進(jìn)而將元件模制、陶瓷基板被切斷。

因此，與芯片電阻、芯片電容器等其他陶瓷制的部件不同，部件側(cè)面幾乎不存在電極，故無(wú)法形成可以形成芯片電阻、芯片電容器等其他陶瓷制的部件的部件側(cè)面的焊接圓角，僅通過(guò)部件下表面與Al基板之間的軟釬料接合部接合。通常，若部件側(cè)面的電極面積低至該側(cè)面的總面積的30％以下，則無(wú)法形成部件側(cè)面的焊接圓角，故由于僅通過(guò)部件下表面與Al基板之間的軟釬料接合部進(jìn)行接合，因此，本發(fā)明的LED部件的構(gòu)成采用了側(cè)面的電極面積為該側(cè)面的總面積的30％以下、且由陶瓷形成的部件。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中所謂的側(cè)面的電極面積是指從側(cè)面觀察部件時(shí)能夠觀察到的電極部分的面積，而不是指貫穿孔的半圓形的內(nèi)側(cè)側(cè)面的面積。

本發(fā)明為一種軟釬料合金，其用于使部件與Al基板接合而得到的組件，該部件的側(cè)面的電極為該側(cè)面的總面積的30％以下、且主體由陶瓷形成，該軟釬料合金包含以質(zhì)量％計(jì)Ag：0～4％、Cu：0.3～1.2％、Sb：3～10％、余量為Sn。

一種軟釬料合金，在前述軟釬料合金中進(jìn)一步添加了以質(zhì)量％計(jì)總和為0.15％以下的選自Ni和Co中的1種以上的元素。

一種軟釬料合金，在前述軟釬料合金中進(jìn)一步添加了以質(zhì)量％計(jì)總和為0.1％以下的選自P和Ge中的1種以上的元素。

進(jìn)而，前述軟釬料合金的平均剪切應(yīng)力為25MPa以上。

進(jìn)而，前述軟釬料合金的最小剪切應(yīng)力為15MPa以上。

另外，一種軟釬料合金，其特征在于，前述部件為L(zhǎng)ED部件。

進(jìn)而，一種LED組件，其搭載有：具有前述軟釬料合金的LED部件。

進(jìn)而，一種LED組件，其特征在于，其是用權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的軟釬料合金使LED部件與Al基板接合而得到的，

該LED部件是在陶瓷基板上載置發(fā)光元件并將該發(fā)光元件模制后在陶瓷基板的貫穿孔部處進(jìn)行切斷而得到的，且該LED部件的側(cè)面的電極面積為該側(cè)面的總面積的30％以下，

該Al基板在其上形成有絕緣層，且具有形成在該絕緣層上的Cu電極。

發(fā)明的效果

本發(fā)明的軟釬料合金具有如下優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)在Sn-Cu系軟釬料合金中添加3～10％的Sb，SnSb金屬間化合物被微細(xì)地分散于軟釬料合金中，改善軟釬料合金的強(qiáng)度，故即使是側(cè)面電極在貫穿孔處形成、且與下表面電極形成焊接圓角的LED部件，也能夠抑制裂紋的產(chǎn)生，而不會(huì)使剪切應(yīng)力降低。

附圖說(shuō)明

圖1為示出LED部件的底面的一例的示意圖。

圖2為示出側(cè)面電極的面積為該側(cè)面的總面積的30％以下的、LED部件的側(cè)面的一例的示意圖。

圖3為示出使LED部件與Al基板進(jìn)行軟釬焊而得到的LED組件的側(cè)面的一例的示意圖。

圖4為示出使芯片電阻部件與玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板(FR-4)進(jìn)行軟釬焊而得到的組件的側(cè)面的一例的示意圖。

圖5為拍攝常規(guī)的LED部件的圖像。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。在本說(shuō)明書中，關(guān)于軟釬料合金組成的“％”，只要沒(méi)有特別指定為“質(zhì)量％”。

如上所述，對(duì)于LED部件，大多線膨脹系數(shù)為3～6ppm/℃左右，但是Al基板的線膨脹系數(shù)非常大，為23ppm/℃左右，不僅對(duì)軟釬料接合部的負(fù)荷變得非常大，而且還根據(jù)LED部件的制造工序的情況，陶瓷基材側(cè)面的電極面積變小，焊接圓角變小，或即使可見(jiàn)形成有圓角，未形成電極的部件側(cè)面與軟釬料也不會(huì)進(jìn)行接合，從而因熱疲勞而容易剝離。因此，LED部件中，根據(jù)下表面電極與基板的接合部的軟釬料的裂紋推進(jìn)來(lái)確定接合部的壽命。

(部件的結(jié)構(gòu))

圖1示出LED部件的底面101，電極102具有陽(yáng)極和陰極。側(cè)面的電極面積為該側(cè)面的總面積的30％以下的LED部件的情況下，陽(yáng)極與陰極的總和的電極面積被設(shè)計(jì)為部件下表面整體的10％～80％。在未設(shè)置散熱用接合部時(shí)，能夠相對(duì)增大加合了陰極與陽(yáng)極的電極面積，但特別是為高亮度的類型時(shí)，如果不在發(fā)光元件的正下方設(shè)置散熱用電極，則無(wú)法滿足散熱性，結(jié)果不得不使陰極與陽(yáng)極的面積縮小，故接合有電極的軟釬焊部的裂紋的擴(kuò)展進(jìn)一步加速。

圖2表示LED部件的側(cè)面201，為了向發(fā)光元件供給下表面電極的電流，在該側(cè)面設(shè)置有向部件上表面流通電流的電極202。另外，通過(guò)部件經(jīng)由陶瓷基板內(nèi)的貫穿孔進(jìn)行電流供給，也有時(shí)未設(shè)置側(cè)面電極情況，此時(shí)，完全沒(méi)有能夠接合軟釬料的下表面的電極以外的側(cè)面電極。因此，在該狀態(tài)的側(cè)面形成用于向發(fā)光半導(dǎo)體元件流通下表面電極的電流的電路時(shí)，最大為30％的電極面積。

LED部件的制造工序中，側(cè)面的電極與下表面電極、以及設(shè)置有發(fā)光元件的上表面的電極同時(shí)形成在一張?zhí)沾苫迳?，故?cè)面電極同時(shí)在貫穿孔處形成。然后，進(jìn)行元件的芯片接合、引線接合，進(jìn)而將元件模制、陶瓷基板被切斷。在切斷時(shí)，貫穿孔出現(xiàn)在側(cè)面的情況下，會(huì)形成若干側(cè)面電極，但即使那樣，與側(cè)面整體形成有電極的通常的芯片電阻部件等相比電極的形成方法也完全不同。

圖3為示意地示出使LED部件301與Al基板306進(jìn)行軟釬焊而得到的LED組件的側(cè)面圖。LED組件大致由LED部件301和Al基板306構(gòu)成，它們是通過(guò)軟釬料303接合的部件。LED部件301通過(guò)通電直接電流而發(fā)出單色的可見(jiàn)光。LED部件301在其下表面具備Ni/鍍Sn或Ni/鍍Au電極302。Al基板306具備Cu電極304和絕緣層305。

若使圖3的LED部件301與Al基板306進(jìn)行軟釬焊，則軟釬料303用于接合發(fā)光元件的Ni基底的Sn電極或Ni基底的Au電極302、與Al基板306的Cu電極304之間，直至LED部件301的側(cè)面不會(huì)附著軟釬料合金。圖3示出了完全沒(méi)有側(cè)面電極的情況。即使在如圖2那樣的側(cè)面的電極面積僅為整個(gè)側(cè)面面積的30％以下時(shí)，也不會(huì)附著對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生有效影響的軟釬料，故與圖3所示的例子相同。

另一方面，圖4為現(xiàn)有的使芯片電阻部件401與玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板(FR-4)405進(jìn)行軟釬焊而得到的組件的側(cè)面圖。普通的組件大致由芯片電阻部件401和玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板(FR-4)405構(gòu)成，它們是通過(guò)軟釬料403接合的部件。芯片電阻部件401在側(cè)面兩端具備Ni/鍍Sn電極，玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板(FR-4)405具備Cu電極404。在為芯片電阻部件時(shí)，側(cè)面形成有軟釬料403的圓角，從玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板(FR-4)與芯片電阻部件的底面至側(cè)面牢固地進(jìn)行了軟釬焊。但是，圖3的LED組件中，僅底面進(jìn)行了軟釬焊，故軟釬料的接合部分的強(qiáng)度降低。

圖5為拍攝作為本發(fā)明的對(duì)象的常規(guī)的LED部件的圖像。左上方為上表面，右上方為從斜上方觀察到的側(cè)面，右下方為底面，左下方為從斜下方觀察到的側(cè)面。如圖5的右下方的底面圖像所示，LED部件的用于與基板進(jìn)行軟釬焊的Cu、Sn等軟釬料層設(shè)置于與光射出一側(cè)相反面的下表面，通常在該金屬部分以基板與LED部件接合的方式進(jìn)行軟釬焊。如圖5的右上方和左下方的側(cè)面圖像所示，軟釬料層幾乎不形成于LED部件的側(cè)面。因此，認(rèn)為：使LED部件與Al基板進(jìn)行軟釬焊時(shí)，以圖3所示的形狀進(jìn)行軟釬焊，因此，與現(xiàn)有的芯片部件相比，接合部的強(qiáng)度變低。

以上，從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)出發(fā)，說(shuō)明了對(duì)LED部件進(jìn)行軟釬焊時(shí)，與以往的芯片部件相比，特別是關(guān)于熱疲勞強(qiáng)度降低，如下在以上結(jié)構(gòu)的特征的基礎(chǔ)上，從軟釬料合金的組成的觀點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)將LED部件進(jìn)行軟釬焊時(shí)的軟釬料的特性進(jìn)行說(shuō)明。

即，從這種軟釬焊的狀態(tài)的特異性出發(fā)，對(duì)于LED部件隨著組成差異而變化的熱循環(huán)特性，也與芯片部件隨著組成差異而變化的熱循環(huán)特性不同。例如，如后述實(shí)施例所示那樣，芯片部件進(jìn)行軟釬焊時(shí)，使用硬度增大的組成的軟釬料合金，與此相應(yīng)地?zé)嵫h(huán)壽命也變長(zhǎng)，而對(duì)于LED部件，即使使用硬度高的組成的軟釬料合金，有時(shí)熱循環(huán)壽命也會(huì)變短。

然而，對(duì)于強(qiáng)度低的Sn-3Ag-0.5Cu合金，若一旦裂紋擴(kuò)展，則軟釬料本身的強(qiáng)度低，裂紋容易貫通。進(jìn)而，若考慮合金添加元素與因熱疲勞導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展的關(guān)系，則裂紋擴(kuò)展較大程度依賴于改善強(qiáng)度至軟釬料的強(qiáng)度以上的元素，故將對(duì)各種組成的軟釬料合金進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果作為關(guān)于特別是在高溫下使用的軟釬料特性的比較例。

觀察利用各組成的軟釬料合金進(jìn)行軟釬焊的狀態(tài)時(shí)，Ag在軟釬料中形成細(xì)針狀的金屬間化合物Ag3Sn，通過(guò)分散在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上，能夠提高軟釬料的強(qiáng)度而抑制裂紋的擴(kuò)展，因125℃以上的溫度負(fù)荷和應(yīng)力而Ag3Sn容易粗大化，特別是，在裂紋擴(kuò)展的前端部強(qiáng)度改善效果消失。因此，僅利用添加有Ag的合金時(shí)，對(duì)于如LED部件這樣的在側(cè)面幾乎未形成焊接圓角的部件來(lái)說(shuō)，會(huì)因最高溫度達(dá)到125℃以上的熱疲勞導(dǎo)致難以抑制裂紋擴(kuò)展。

另外，即使在添加Cu、Ni的情況下，通過(guò)使Cu6Sn5、(CuNi)6Sn5、Ni3Sn4等金屬間化合物分散在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上而改善軟釬料的強(qiáng)度，但與Ag相比強(qiáng)度改善效果降低，因125℃以上的溫度負(fù)荷和應(yīng)力而容易粗大化，其強(qiáng)度改善效果消失。另一方面，Sb、Bi分散于Sn中，能夠改善Sn本身的強(qiáng)度，故即使基于125℃以上的溫度負(fù)荷、應(yīng)力，其效果也幾乎不會(huì)發(fā)生變化。

然而，Bi的過(guò)量添加會(huì)使軟釬料的延性大幅度降低(Sn-3Ag-0.8Cu-3Bi-0.02Ni的軟釬料組成中伸長(zhǎng)率為24％)，因此，在LED部件接合時(shí)，線膨脹系數(shù)差如LED部件與Al基板那樣，線膨脹系數(shù)差為15ppm以上，部件本身的大小超過(guò)2mm見(jiàn)方，且在部件側(cè)面幾乎未形成焊接圓角時(shí)，通過(guò)熱循環(huán)向焊接圓角產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，進(jìn)而，軟釬料接合部的應(yīng)變范圍也較大，故重復(fù)負(fù)荷應(yīng)變時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。進(jìn)而，因添加Bi而產(chǎn)生的延性的降低效果即使在150℃的高溫區(qū)也能充分顯現(xiàn)，會(huì)妨礙軟釬料本身的變形，緩和應(yīng)力變得困難。

另一方面，Sb也會(huì)與Bi同樣地改善軟釬料的強(qiáng)度，但即使是Sb，若添加量超過(guò)10％，則在室溫下伸長(zhǎng)率變成39％(Sn-3Ag-10Sb-1Cu-0.02Ni)而延性降低。但是，在125℃的高溫區(qū)域時(shí)，反而能夠改善延性，伸長(zhǎng)率變成53％。如此，從改善Sn本身的強(qiáng)度的觀點(diǎn)來(lái)看，即使是同類的Bi和Sb，特別是高溫下的延性行為明顯不同，故添加Sb能夠改善軟釬料本身的強(qiáng)度，且也能夠提高在高溫下的應(yīng)力緩和性，故對(duì)于需要在高強(qiáng)度和高溫下的應(yīng)力緩和性的LED部件與Al基板的接合來(lái)說(shuō)是有效的，通過(guò)因添加Sb來(lái)改善強(qiáng)度而能夠大幅度地延長(zhǎng)接合部的壽命。

已知：Bi、Sb固溶于Sn中，使Sn的強(qiáng)度增加，提高安裝于FR-4等印刷基板的芯片電阻部件等的熱循環(huán)特性。芯片電阻部件的特征是在兩側(cè)的側(cè)面整體形成有金屬電極，有軟釬料的強(qiáng)度越高，壽命越延長(zhǎng)的傾向。在芯片電阻部件的底部的軟釬料接合部，裂紋較容易擴(kuò)展，但有較大焊接圓角，故對(duì)于焊接圓角中的裂紋的擴(kuò)展減慢，特別是拉伸強(qiáng)度、尤其在高溫下的拉伸強(qiáng)度高的合金來(lái)說(shuō)，壽命較長(zhǎng)。

然而，陶瓷基材的LED部件在LED部件的制造的工序中，側(cè)面整體無(wú)法形成電極，進(jìn)而，為了使自LED產(chǎn)生的熱有效地釋放，目前，使用有Al基材的基板。Al基材與通常的FR-4相比，線膨脹系數(shù)大且剛性高，熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)對(duì)軟釬料接合部的負(fù)荷逐漸增大。進(jìn)而，LED部件難以如芯片電阻部件那樣，在側(cè)面整體設(shè)置電極，故必須以LED部件的下表面電極維持接合。

專利文獻(xiàn)2中說(shuō)明了通過(guò)在一個(gè)側(cè)面設(shè)置兩個(gè)電極，即使一個(gè)斷裂，也可以用另一個(gè)電極維持導(dǎo)通，但對(duì)于這種陶瓷基材的LED部件與Al基材的基板的軟釬料接合部來(lái)說(shuō)，裂紋自底面的中央部位擴(kuò)展軟釬料接合部，在一個(gè)側(cè)面電極的一部分產(chǎn)生裂紋的狀態(tài)下，裂紋已經(jīng)擴(kuò)展至陽(yáng)極側(cè)或者陰極側(cè)的軟釬料接合部分的大部分，雖然發(fā)生導(dǎo)通，但是之后裂紋立即完全貫通單側(cè)的電極，變成導(dǎo)通不良。因此，只要實(shí)質(zhì)上不防止軟釬料裂紋的產(chǎn)生，熱循環(huán)試驗(yàn)中就無(wú)法實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)壽命。

進(jìn)而，LED部件的軟釬料接合部除了導(dǎo)通以外，還具有釋放在LED部件產(chǎn)生的熱的重要功能。導(dǎo)通不良會(huì)導(dǎo)致LED變得無(wú)法發(fā)光等故障，但若散熱性降低，則根據(jù)情況也有可能因其熱而導(dǎo)致LED、周邊的有機(jī)物燃燒。因此，與FR-4等有機(jī)基材相比，優(yōu)選不會(huì)燃燒的Al等金屬基板。無(wú)論如何，為了防止LED本身的燃燒，不僅單純地維持導(dǎo)通，而且必須充分抑制裂紋的擴(kuò)展。

添加了Bi的Sn-Cu系軟釬料合金對(duì)于兩面形成整面電極的芯片電阻部件與FR-4等印刷基板的軟釬料接合部的可靠性提高來(lái)說(shuō)，是非常有效的。但是，與芯片電阻部件相比，對(duì)于線膨脹系數(shù)不會(huì)大幅度變化的陶瓷基材的LED部件與Al基板的軟釬料接合部來(lái)說(shuō)，Bi幾乎沒(méi)有延長(zhǎng)壽命效果，Sb是特別有效的。若Bi和Sb向SnAgCu合金中添加的添加量增加，則在室溫、125℃以上的高溫下，拉伸強(qiáng)度均增加，形成同樣的機(jī)械特性，但隨著B(niǎo)i的添加量變多，伸長(zhǎng)率降低，對(duì)于Sn3Ag1Cu5Bi合金，成為20％以下。

另一方面，對(duì)于Sb，即使添加量增加，伸長(zhǎng)率也不會(huì)大幅度降低，如果添加10％以下，則在室溫、125℃下均會(huì)成為30％以上。在部件的側(cè)面具有較大焊接圓角時(shí)，伸長(zhǎng)率幾乎不會(huì)對(duì)裂紋的擴(kuò)展帶來(lái)影響，對(duì)于沒(méi)有伸長(zhǎng)的合金來(lái)說(shuō)，利用兩側(cè)的圓角牢固地按住部件，故如同具有將軟釬料接合部本身模制那樣的效果。

然而，若無(wú)法在側(cè)面整體形成電極，則從兩側(cè)按住部件的效果變小，部件底部的軟釬料本身的特性變得非常重要。對(duì)于部件底部，由Al基材與部件的線膨脹系數(shù)差而在熱循環(huán)中軟釬料發(fā)生明顯變形。對(duì)于添加了Bi的SnAgCu合金，延性降低，故盡管強(qiáng)度提高，也無(wú)法耐受如此大的變形，如Sb那樣，能夠兼?zhèn)鋸?qiáng)度提高和延性的添加元素是有效的。

Sb添加量與Bi添加量的最大差異是，Bi固溶于Sn中，在添加過(guò)量的Bi時(shí)，Bi本身在軟釬料中結(jié)晶，使伸長(zhǎng)率大幅度降低。特別是，Bi在軟釬料凝固時(shí)一部分容易偏析，產(chǎn)生延性局部較差的部分。若一旦裂紋擴(kuò)展，則應(yīng)力向裂紋前端部集中，裂紋的擴(kuò)展逐漸加速，故如Bi那樣為高強(qiáng)度、但延性極低的Bi發(fā)生粗大偏析這樣的軟釬料接合部作為在側(cè)面整面沒(méi)有電極、且無(wú)法形成較大焊接圓角的陶瓷基材的LED部件與Al基材的基板的軟釬焊合金是不適合的。

另一方面，Sb也同樣，固溶于Sn中，但Sb在焊接圓角中不會(huì)發(fā)生較大偏析，無(wú)法固溶的Sb以SnSb金屬間化合物的形式微細(xì)地分散。相反，微細(xì)地分散的SnSb金屬間化合物可以改善強(qiáng)度而不會(huì)使延性大幅度降低，故對(duì)于這種LED部件與Al基材的基板的軟釬料接合部來(lái)說(shuō)，是非常有效的添加元素。若Sb添加量過(guò)少，則Sb僅固溶于Sb中，SnSb的微細(xì)的金屬間化合物不會(huì)固溶于Sn基體中，故無(wú)法抑制裂紋的擴(kuò)展。因此，需要添加至少3％的Sb。

另一方面，若過(guò)量地添加Sn，則SnSb的金屬間化合物變得粗大，例如，即使是微細(xì)地分散的SnSb金屬間化合物，延性也會(huì)大幅度降低，裂紋的擴(kuò)展會(huì)加速。因此，Sb添加量?jī)?yōu)選為10％以下。

另外，Ag的添加也會(huì)使拉伸強(qiáng)度提高，添加Sb時(shí)，添加Ag可以進(jìn)一步抑制因熱循環(huán)試驗(yàn)導(dǎo)致的裂紋的擴(kuò)展，但若過(guò)量添加，則較多的Ag3Sn會(huì)使伸長(zhǎng)率大幅度降低，故優(yōu)選1～3％。對(duì)于陶瓷基材的LED部件來(lái)說(shuō)，電極形成中大多使用Ni，進(jìn)而在最表面鍍覆Au、Ag等。因此，在軟釬料不包含Cu時(shí)，Ni電極的腐蝕變得劇烈，電極會(huì)從LED剝離，故至少需要添加0.3％以上。另外，若Cu添加量過(guò)多，則形成粗大的Cu6Sn5，會(huì)加速LED底部的軟釬料接合部的裂紋擴(kuò)展，故最多1.2％以內(nèi)即可。

進(jìn)而，通過(guò)Cu、Ag的添加帶來(lái)的強(qiáng)度改善效果會(huì)因熱疲勞而受到損害，但具有使接合部的裂紋擴(kuò)展延遲的效果，進(jìn)而通過(guò)使化合物分散在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上，能夠抑制因Sb不均勻分布而導(dǎo)致的Sn基體的強(qiáng)度局部降低，能夠極端地使裂紋擴(kuò)展的可能性降低。

進(jìn)而，添加Ni、Co時(shí)，在軟釬料凝固的初始，以與Sn的金屬間化合物的形式析出，具有使Sn枝晶(dendrite)微細(xì)化、使軟釬料組織均質(zhì)的效果，結(jié)果能夠使可靠性提高。即，Ni、Co以初晶的形式進(jìn)行結(jié)晶時(shí)，化合物周邊的熔融軟釬料的Cu濃度暫時(shí)會(huì)降低，局部地形成固相線高的組成。進(jìn)而，化合物的結(jié)晶也發(fā)生過(guò)冷卻狀態(tài)，故一旦形成Cu濃度低的液層，Sn的結(jié)晶立即開(kāi)始。若添加選自Ni、Co中的元素的總和超過(guò)0.15％，則軟釬料的潤(rùn)濕性變差。

進(jìn)而，添加P、Ge具有防止軟釬料的變色的效果。特別是，LED部件中，有可能對(duì)LED的發(fā)光色帶來(lái)影響的焊接圓角未變色較佳，圓角的顏色為銀白色較佳。若選自P、Ge中的元素的總和超過(guò)0.1％，則軟釬料的硬度增加，變得難以抑制軟釬料接合部的裂紋擴(kuò)展。

如此，在對(duì)LED部件進(jìn)行軟釬焊時(shí)，由于LED部件在發(fā)光時(shí)容易引起放熱，因此，在高溫區(qū)域強(qiáng)、與現(xiàn)有的芯片部件不同的組成的軟釬料合金有成為有效的可能性。具體而言，在為L(zhǎng)ED部件的情況下，通常與容易抑制結(jié)晶應(yīng)變的Bi相比，實(shí)際上添加Sb使熱循環(huán)壽命延長(zhǎng)等、作為L(zhǎng)ED部件用的軟釬料合金具有特異的組成。

實(shí)施例

在此，作為軟釬料合金，使用了表1的實(shí)施例和比較例中列舉的合金。此時(shí)，使用各組成的軟釬料合金，通過(guò)熱循環(huán)試驗(yàn)來(lái)判斷如下軟釬料接合部的強(qiáng)度：側(cè)面的電極為該側(cè)面的總面積的0％和25％的、2.8mm×2.8mm尺寸的LED部件(以下，稱為“LED部件”。)、和側(cè)面的電極為該側(cè)面的總面積的100％的、3.2mm×1.6mm尺寸(3216R)的芯片電阻部件(以下，稱為“芯片電阻部件”。)各10～14個(gè)與1.5mm厚的Al基板進(jìn)行軟釬焊時(shí)的軟釬料接合部。需要說(shuō)明的是，LED部件設(shè)置在Ni/鍍Au電極上、芯片電阻部件設(shè)置在鍍Sn端。軟釬焊基于氮?dú)鈿夥?氧氣<<500ppm)下的240度的回流焊方式。熱循環(huán)試驗(yàn)通過(guò)在-55度～125度下高溫時(shí)保持30分鐘而反復(fù)1000個(gè)循環(huán)后，在室溫下通過(guò)速度83.3μm/s的剪切試驗(yàn)而實(shí)施。剪切循環(huán)后的強(qiáng)度除以基板的Cu焊盤的面積，將剪切應(yīng)力以每單位面積的應(yīng)力(以下，稱為剪切應(yīng)力)表示。將剪切應(yīng)力的平均值作為平均剪切應(yīng)力，將單側(cè)貫通有裂紋時(shí)的應(yīng)力的1.5倍作為最小剪切應(yīng)力。應(yīng)力試驗(yàn)時(shí)，單側(cè)貫通有裂紋時(shí)，部件會(huì)旋轉(zhuǎn)而不是平行搖動(dòng)。

以下示出表1的結(jié)果。

[表1]

對(duì)于端部被電極覆蓋的芯片電阻部件，平均剪切應(yīng)力本身小于LED部件，但通常芯片電阻部件的寬度較窄，這是由于原本接合面積小。因此，單純地比較剪切應(yīng)力時(shí)，與LED部件相比應(yīng)力變低，但用上述剪切應(yīng)力表示時(shí)，成為較近的值。對(duì)于芯片電阻部件，根據(jù)合金組成，雖然有若干剪切應(yīng)力的差異，但平均剪切應(yīng)力為25MPa以上，另外，應(yīng)力試驗(yàn)時(shí)，芯片電阻部件的單側(cè)首先被切，不會(huì)以旋轉(zhuǎn)的方式發(fā)生斷裂。對(duì)于芯片電阻部件，在1000個(gè)循環(huán)左右?guī)缀醪粫?huì)有合金的差異。

另一方面，對(duì)于LED部件，如果僅單純地維持導(dǎo)通，則10MPa左右的剪切應(yīng)力是充分的，但此時(shí)存在于側(cè)面的單側(cè)的兩個(gè)電極中，一個(gè)發(fā)生斷裂的情況較多，此時(shí)，殘留的電極也立即發(fā)生斷裂，本試驗(yàn)的N數(shù)量為10～14個(gè)左右，因此，將裂紋明顯擴(kuò)展的剪切應(yīng)力的1.5倍的15MPa作為外觀上不會(huì)明顯確認(rèn)到裂紋的最小剪切應(yīng)力。另外，認(rèn)為：平均剪切應(yīng)力為25MPa以上時(shí)，剪切應(yīng)力試驗(yàn)時(shí)LED部件的兩側(cè)的端子同時(shí)斷裂，例如即使產(chǎn)生裂紋，其擴(kuò)展也較小，能夠確保充分的接合面積。因此，對(duì)于此次的LED部件，作為平均剪切應(yīng)力必須為25MPa以上。

從表1來(lái)看，本申請(qǐng)的軟釬料合金即使在側(cè)面的電極面積為該側(cè)面的總面積的25％、0％(未形成側(cè)面的圓角)的情況下，最小剪切應(yīng)力也具有20MPa以上，即使與側(cè)面的電極面積為100％(形成側(cè)面的圓角)相比，也毫不遜色。相對(duì)于此，對(duì)于比較例的軟釬料合金，側(cè)面的電極面積為100％(形成側(cè)面的圓角)時(shí)剪切應(yīng)力接近20MPa，側(cè)面的電極面積為25％、0％(未形成側(cè)面的圓角)時(shí)，剪切應(yīng)力減半。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

通過(guò)使用具有面向以上的LED部件的各種用途的組成的軟釬料合金進(jìn)行軟釬焊，能夠形成更適合于目標(biāo)用途的LED部件的軟釬焊結(jié)構(gòu)，得到軟釬料接合部的高可靠性。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

101 LED部件底面

102、202 電極

201 LED部件側(cè)面

301 LED部件

302 Ni/鍍Sn電極或Ni/鍍Au電極

303、403 軟釬料

304、404 Cu電極

305 絕緣層

306 Al基板

401 芯片電阻部件

402 Ni/鍍Sn電極

405 玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板