CN105531075A - Bi基钎料合金和使用其的电子部件的接合方法以及电子部件安装基板 - Google Patents

Bi基钎料合金和使用其的电子部件的接合方法以及电子部件安装基板 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在Bi-Ag中含有特定量的Al，使含Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成的Bi基钎料合金，和使用该Bi基钎料合金的经镀Ag处理的电子部件或裸Cu框架电子部件或经镀Ni处理的电子部件等的接合方法，以及电子部件安装基板。还提供一种Bi基钎料合金等，其特征在于，其为含有Ag和Al，实质上不含有Pb，Bi的含有率在80质量％以上，并且熔点的固相线在265℃以上，液相线在390℃以下的Bi基钎料合金，Ag的含量为0.6-18质量％，而且，Al的含量为0.1-3质量％并且为Ag的含量的1/20-1/2，使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成。

Description

Bi基钎料合金和使用其的电子部件的接合方法以及电子部件安装基板
技术领域
本发明涉及一种Bi基钎料合金和使用其的电子部件的接合方法以及电子部件安装基板，进一步详细而言，涉及一种实质上不含有Pb，固相线温度在265℃以上，液相线温度在390℃以下，机械加工性、机械强度以及接合可靠性优异的Bi钎料合金，和使用该Bi钎料合金的经镀Ag处理的电子部件、裸Cu框架电子部件或经镀Ni处理的电子部件等的接合方法以及电子部件安装基板。
背景技术
在接合电子部件时，一般进行的是首先用钎料将半导体元件芯片等的电子部件接合(芯片接合)到引线框架上，接着，使钎料再熔融(回流)以安装到半导体封装体等的印刷基板上。
以往，在将电子部件安装到基板上时，作为中低温用钎料，Sn/37质量％的Pb共晶钎料(熔点为183℃)被广泛使用，安装时，在220-230℃下进行回流。另一方面，在电子部件内部的接合中，为了防止在安装时的回流温度(220-230℃)下的再熔融所导致的连接不良，使用了具有比安装时的回流温度更高温度的固相线温度的高温用钎料，Pb/5质量％的Sn(固相线温度为305℃)、Pb/3质量％的Sn(固相线温度为315℃)。
但是，使用含铅(Pb)钎料的制品被指出具有在废弃处理后，Pb从制品中流出并浸透到土壤中，在农作物等中蓄积给人来带来健康危害的危险性，并且进一步的被指出酸雨会加速Pb从废弃处理的制品中流出，因此近年来盛行不含Pb的无铅钎料的开发。
作为中低温用的含Pb钎料的代替品，已实际使用了Sn-Ag-Cu等的不含Pb的无铅钎料。
但是，Sn-Ag-Cu等的无铅钎料的熔点，比现有的Pb/Sn共晶钎料高，约为220℃上下，安装时的回流温度为250-260℃附近。因此，需要一种即使是在回流温度260℃下保持10秒钟的循环被重复5次左右之后，电子部件内部的接合可靠性等也不会产生问题的高温用的无铅钎料(专利文献1)。
即，高温用的无铅钎料，除了散热性、应力缓和性、耐热疲劳性、导电性等的特性以外，为了防止在安装时的回流温度(即，250-260℃)下的再熔融所导致的连接不良，还需要具有至少超过260℃的固相线，若考虑到回流时的温度偏差(5℃左右)，则要求265℃以上的固相线温度。
而且，在无铅钎料的液相线温度在400℃以上的情况下，需要将芯片接合时的作业温度提高到400℃以上，存在产生芯片特性变化、部件氧化加快等负面影响的可能性。因此，需要使液相线温度低于400℃，若考虑到实际的生产工艺，则优选在390℃以下，进一步优选在350℃以下。
作为具有265℃-390℃的熔点的无铅钎料，提出了Au-Sn钎料、Bi-Ag钎料等。该Au-Sn钎料的熔点为280℃，虽然没有安装时的再熔融的问题，但是由于价格高，在成本上不实用，因此Bi-Ag钎料被提出的更多。
Bi/2.5质量％的Ag共晶钎料(熔点为262℃)是Bi-Ag钎料中的代表性钎料，但是由于其固相线温度不足265℃，因此存在安装时发生再熔融问题的情况。而且，Bi钎料具有特有的脆弱的机械特性，在直接应用情况下，会给接合可靠性、机械加工性以及装置的连续供应性带来负面影响。
在专利文献2中，公开了一种Bi为30-80质量％的Bi/Ag钎料，其固相线为262℃，存在再熔融的可能性。而且，由于其液相线温度高达400-700℃，因此恐会产生芯片特性变化、部件氧化加快等的负面影响。
而且，在专利文献3中，公开了一种含Bi的多元系钎料的制造方法，据其记载，能够生产出减少了液相线温度的偏差，熔点为250-300℃的高温钎料材料。但是，关于Bi系钎料特有的脆弱的机械特性的改善则没有记载。
而且，在专利文献4中，提出了一种在Bi中含有Al、Cu，进一步含有Sn的钎料合金。但是，由于添加Sn，恐会出现139℃的低熔点层，在260℃的回流时发生再熔融。
进一步的，对于高温用的无铅钎料，在实际使用中要求其具有针对在功率器件等中的大电流、大量产热所产生的对钎料连接部的热应力的充分的可靠性、钎料线等的预成型形状的钎料(预成型钎料)的机械加工性、装置的连续供应的使用可能性，但是，现有的Bi-Ag钎料，由于其机械特性的脆弱性，仅能够以糊状来进行供应，作为预成型钎料的代替有很多不充分的方面，要求对其进行改良。
再有，有时还会在涂覆钎料合金的引线框架岛部上预先施加镀Ag，但是在车辆相关的器件中，近年来大多进行镀Ni处理来代替镀Ag。这是因为，在调查可靠性的温度循环试验等中，有时可抑制Ni-钎料间的接合界面反应层的生长，长期接合可靠性变高。
可是，若在涂覆钎料合金的引线框架岛部上施加镀Ni，则存在钎料的润湿性降低，接合不足导致接合强度降低这样的问题。这样，就要求对用于施加了镀Ni的电子部件的钎料合金进行改良以使钎料的润湿性不会降低，接合后的接合强度不会降低。
另一方面，为了降低费用，也存在对引线框架岛部不进行这些镀Ag或镀Ni等处理的情况。这种处理被称作裸Cu框架，多用于晶体管等的通用器件，钎料的润湿延展性很重要。
可是，若将钎料合金涂覆在裸Cu框架的引线框架岛部上，则Cu会优先与钎料中的特定元素，例如Sn开始反应，由于在其表面上具有氧化膜，因此容易给润湿延展性的降低带来影响。而且，由于Cu基本不熔于Bi系钎料合金、Pb系钎料合金，因此存在润湿延展性比镀Ag更低的倾向。即，在裸Cu框架上，存在表面氧化容易进行，在表面粗糙度的影响下钎料润湿延展性容易变差这样的问题。这样，就要求对钎料合金进行改良以使得其在与裸Cu框架接合时不会降低润湿延展性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2002-321084号公报
专利文献2日本特开2002-160089号公报
专利文献3日本特开2006-167790号公报
专利文献4日本特开2012-066270号公报
发明内容
发明要解决的课题
鉴于上述现有技术的问题点，本发明的目的在于提供一种实质上不含有Pb，固相线温度在265℃以上，液相线温度在390℃以下，机械加工性、机械强度以及接合可靠性优异的Bi钎料合金，和使用该Bi钎料合金的经镀Ag处理的电子部件、裸Cu框架电子部件或经镀Ni处理的电子部件等的接合方法以及电子部件安装基板。
解决课题的手段
为了解决上述问题，本发明人反复深入研究，结果发现，若在现有的Bi-Ag钎料中，进一步混合特定量的Al并使其合金化，使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内，则能够得到在接合时不会发生热导致的电子部件的劣化、损伤，不会发生钎料回流时的热导致的再熔融的缺陷，接合可靠性高的Bi基钎料合金，以至于完成了本发明。
而且，本发明人还发现，若在该Bi-Ag-Al钎料合金内添加P或Ge，则能够提高对裸Cu框架的润湿延展性，能够得到对于电子部件的充分的接合强度，进一步的，若在Bi-Ag-Al钎料合金内含有Sn或Zn，则即使是在涂覆钎料合金的引线框架岛部上进行了镀Ni处理的情况下，钎料的润湿性也不会降低，能够得到对于电子部件的充分的接合强度。
即，根据本发明的第1发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，其为含有Ag和Al，实质上不含有Pb，Bi的含有率在80质量％以上，并且熔点的固相线在265℃以上，液相线在390℃以下的Bi基钎料合金，Ag的含量为0.6-18质量％，而且，Al的含量为0.1-3质量％并且为Ag的含量的1/20-1/2，该Bi基钎料合金通过使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成。
而且，根据本发明的第2发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，其为含有Ag和Al，实质上不含有Pb，Bi的含有率在80质量％以上，并且熔点的固相线在265℃以上，液相线在390℃以下的Bi基钎料合金，Ag的含量为0.6-18质量％，而且，Al的含量为0.1-3质量％并且为Ag的含量的1/20-1/2，该Bi基钎料合金通过使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成，进一步含有0.001-0.3质量％的P和Ge中的一种以上。
而且，根据本发明的第3发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，其为含有Ag和Al，实质上不含有Pb，Bi的含有率在80质量％以上，并且熔点的固相线在265℃以上，液相线在390℃以下的Bi基钎料合金，Ag的含量为0.6-18质量％，而且，Al的含量为0.1-3质量％并且为Ag的含量的1/20-1/2，该Bi基钎料合金通过使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成，进一步含有0.01-3质量％的Sn和Zn中的一种以上。
而且，根据本发明的第4发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，在第1-3的任一项发明中，相对于上述粒子整体的总体积，97体积％以上的粒子的粒径不足50μm。
而且，根据本发明的第5发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，在第1-3的任一项发明中，Al的含量为Ag的含量的1/15-1/4。
而且，根据本发明的第6发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，在第1-3的任一项发明中，进一步含有0.01-1质量％的选自Te、Ni和Cu中的一种以上。
而且，根据本发明的第7发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，在第3发明中，进一步含有0.001-0.3质量％的P和Ge中的一种以上。
而且，根据本发明的第8发明，提供一种Bi基钎料合金，其特征在于，在第1-3的发明中，使钎料合金的熔液流入到铸造模具中后，通过以3℃/sec以上的冷却速度快速冷却到260℃以进行固化，使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在合金内。
而且，根据本发明的第9发明，提供一种电子部件的接合方法，其特征在于，使用第1-8中任一项发明涉及的Bi基钎料合金，接合经镀Ag处理或经镀Ni处理的电子部件或裸Cu框架电子部件。
而且，根据本发明的第10发明，提供一种电子部件安装基板，使用第1-8中任一项发明涉及的Bi基钎料合金，将回流作业峰值温度设置为260-265℃来安装电子部件。
发明效果
本发明的Bi基钎料合金，由于其实质上不含有Pb，固相线温度在265℃以上，液相线温度在390℃以下，在钎料合金内分散有含有Ag与Al的金属间化合物的微细的粒子，因此能够提供在接合时不会发生热导致的电子部件的劣化、损伤，不会发生钎料回流时的热导致的再熔融的缺陷，接合可靠性高的Bi基钎料合金，并且能够在作为电子部件内部的接合的芯片接合等中适宜地使用。而且，通过提高机械强度以及机械加工性，能够成形、卷绕成线状的预成型钎料，特别适合作为芯片接合用高温钎料合金的预成型材料。
而且，作为添加元素，除了上述Ag、Al以外，若进一步含有P和Ge中的任意一种以上，则能够改善钎料的润湿性，并减少接合时的空隙的发生，而不会降低对于裸Cu框架的接合强度。
而且，作为添加元素，除了上述Ag、Al以外，若进一步含有Sn和Zn中的任意一种以上，则在涂覆钎料合金的引线框架岛部上进行镀Ni处理的情况下，能够在不会降低钎料的润湿性，也不会降低接合后的接合强度的条件下接合电子部件。
进一步的，根据使用本发明的Bi基钎料合金的电子部件、将电子部件接合到基板上的方法，能够提供不会发生芯片特性变化、部件氧化，且机械强度高的电子部件安装基板。
附图说明
图1是表示使用了本发明的Bi基钎料合金的半导体封装体的一个例子的剖面图。
图2是表示现有的Bi基钎料合金(Bi/2.5Ag)的熔点测定结果的图表。
图3是表示作为本发明的一个例子的Bi基钎料合金(Bi/3Ag/0.5Al)的测定结果的图表。
图4是表示作为本发明的一个例子的Bi基钎料合金(Bi/5Ag/1Al/0.05Ge)的熔点测定结果的图表。
图5是表示作为本发明的一个例子的Bi基钎料合金(Bi/5Ag/1Al/0.3Sn)的熔点测定结果的图表。
图6是表示现有的Bi基钎料合金(Bi/2.5Ag)的拉伸试验结果的图表。
图7是表示作为本发明的一个例子的Bi基钎料合金(Bi/3Ag/0.5Al)的拉伸试验结果的图表。
图8是表示作为本发明的一个例子的Bi基钎料合金(Bi/5Ag/1Al/0.05Ge)的拉伸试验结果的图表。
图9是表示作为本发明的一个例子的Bi基钎料合金(Bi/5Ag/1Al/0.3Sn)的拉伸试验结果的图表。
具体实施方式
本发明涉及一种在Bi-Ag中含有特定量的Al，通过使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成的Bi基钎料合金，和使用了该Bi基钎料合金的经镀Ag处理的电子部件或裸Cu框架电子部件或经镀Ni处理的电子部件等的接合方法以及电子部件安装基板。
1.Bi基钎料合金的成分及组成
(1)Bi-Ag
本发明的Bi基钎料合金以属于周期表的Va族元素，晶体结构为对称性低的三方晶系(菱形晶系)且非常脆弱的金属Bi为主要成分。
如上所述，现有的Bi-Ag钎料已知为不含有铅，且具有高于电子部件在基板上安装时的回流温度上限260℃的固相线的高温钎料。例如，Bi-2.5质量％的Ag钎料为共晶型合金，其固相线温度为262℃，比纯Bi的熔点271℃约低9℃。
而且，如图6所示，现有的Bi-Ag钎料，即使是Bi/2.5Ag的共晶型钎料合金也仅表现出8％左右的延伸率。由于其脆弱性，现有的Bi-Ag钎料在接合时和之后的可靠性试验中容易发生缺陷，并且不能够确保预成型钎料的机械加工性、装置的连续供应性。
于是，本申请人为了提高Bi-Ag钎料的固相线温度，着眼于在与Bi组合的情况下，与Bi-Ag共晶相比熔点降低得较小或者不降低的元素Al，结果发现通过含有相对于Ag的特定比例的Al，能够使其具有高固相线温度和适度的液相线温度，并提高机械强度、机械加工性等。
即，在本发明中，以Bi-Ag钎料为基础，通过将Ag与Al的比例设置在特定的范围内，试图得到265℃以上的固相线温度。而且，本发明的Bi基钎料合金，安装在基板上后也不会再熔融，能够保持电子部件内部的钎料的初始状态，并且机械强度、机械加工性等优异。
以下，对在本发明的Bi基钎料合金中使用的各成分、使用该钎料合金的电子部件的接合方法、所得到的安装基板等进行详细说明。
在本发明中，Bi的含量虽然是根据其他的必须添加元素Ag、Al等的添加量来决定的，但是相对于钎料合金的总量，Bi的含量必须在80质量％以上。若Bi的含量不足80质量％，则液相线的提高变大，恐会产生芯片特性变化、部件氧化加快等负面影响。
在本发明的钎料合金中，Ag与Al一起形成后述的AgAl金属间化合物，通过使该粒子分散在Bi中，分散强化Bi基体的脆弱性以进行改善。
将Ag的含量设置为0.6-18质量％。若Ag的含量不足0.6质量％，则不能充分地产生AgAl化合物，Bi基体的脆弱的机械特性成为主导，不能充分地改善其延伸性，无法确保接合可靠性、钎料的机械加工性、装置的连续供应性。
而若Ag的含量超过18质量％，则由于钎料的润湿性不良而缺乏接合可靠性。在本发明中，Ag的含量优选为1-15质量％。
(2)Al
在本发明的Bi基钎料合金中，Al提高了Bi-Ag钎料的固相线温度，进一步的，改善了Bi系钎料特有的脆弱的机械特性。
Al的含量为0.1-3质量％。若Al的含量不足0.1质量％，则Bi-Ag固相线温度的提高不充分，达不到265℃以上，有可能会发生由再熔融导致的接合可靠性不良，另一方面，若超过3质量％，则液相线温度提高，在400℃以下的接合作业温度下会出现润湿不良。
Al的量根据Ag的含量来决定，即，在Ag-Al状态图中，在5-33wt％Al的比例下，存在中间层ζ相的Ag2Al金属间化合物、中间层μ相的Ag3Al金属间化合物，因此将Al的量设置为Ag的含量的1/20-1/2。若在该范围之外，则钎料的润湿性不良，缺乏接合可靠性。Al的量优选为Ag的含量的1/15-1/4。
在本发明的Bi-Ag-Al系合金中，AgAl金属间化合物以粒子状存在于钎料合金内。通过使该AgAl金属间化合物粒子分散在Bi中，能够分散强化Bi基体的脆弱性以进行改善。在这里，虽然AgAl金属间化合物是指含有Ag与Al的金属间化合物，但是也包含Ag或Al金属中的任一项的量为极少的化合物、后述的Te、Ni、Cu、Sn、Zn、P或Ge等。
含有AgAl金属间化合物的粒子的粒径优选为小于50μm。而且，相对于粒子总体积，粒径不足50μm的粒子优选为97体积％以上，更优选为98体积％以上，特别优选为99体积％以上。这是因为，若粒径为50μm以上的粒子在3体积％以上，则恐会在局部上未被化合物分散强化，残留有Bi基体的脆弱性，从该部分起发生破坏，使整体的脆弱性得不到改善。在这种情况下，其成为接合可靠性不足、操作不良的原因。含有AgAl金属间化合物的粒子的粒径更优选为小于40μm，特别优选为小于30μm。
另外，对含有AgAl金属间化合物的粒子，能够通过光学显微镜观察容易地判断析出粒子的大小、分布状态。粒径的测定是用200倍的光学显微镜观察各试片，在对视野中的全部的含有金属间化合物的粒子的数量进行计数的同时，测定粒子的截面直径，将该测定值乘以1.12倍而求出的。以该粒径为基础，将全部的金属间化合物粒子作为正球形，计算出各金属间化合物粒子的体积，以体积％算出全部的粒子中粒径不足50μm的粒子的比例。
(3)Te、Ni、Cu
本发明的Bi基钎料合金，作为任意添加元素，可以含有选自Te、Ni和Cu中的一种以上。由于Te或Ni、Cu是在比Bi-Ag-Al合金的液相线温度更高的温度下析出的元素，因此成为在钎料合金内最先析出的初晶成分，具有使之后析出的Ag-Al金属间化合物、基体的晶粒(粒子)微细地析出的效果。
其结果是，作为钎料合金整体，凝固组织的粗大化被抑制，与没有添加Te或Ni、Cu的情况相比，钎料的组织成为微细的凝固组织，难以发生破裂。
Te、Ni或Cu的含量优选为0.01-1质量％，更优选为0.05-0.8质量％。这是因为，若Te、Ni或Cu的添加量超过1质量％，则有时会作为粗大的初晶成分生成，若添加量低于0.01质量％，则无法对凝固组织的微细化充分地作出贡献。
本发明的钎料合金优选作为用于经镀Ag处理的电子部件的钎料合金来使用，其实质上不含有Pb，以Bi、Ag以及Al作为必须添加成分，可以进一步含有Te、Ni、Cu中的任意一种作为任意添加成分。在这里，“实质上”是指作为不可避免的杂质而可能含有。在钎料合金中，除了Pb以外，还可以在不会给本发明的钎料合金的性质带来影响的范围内含有Sb、Te等不可避免的杂质。
在含有不可避免的杂质的情况下，考虑到对固相线温度、润湿性、接合可靠性的影响，理想的是总计不足100ppm。
(4)P、Ge
本发明的Bi基钎料合金，在用于裸Cu电子部件的情况下，作为添加元素，除上述Bi、Ag以及Al之外，进一步含有P和Ge中的任意一种以上。P或Ge是为了改善钎料的润湿性，减少接合时的空隙的发生而添加的。若添加P、Ge，则P、Ge优先被氧化，抑制了钎料表面的氧化，因此能够改善钎料的润湿性，减少接合时的空隙的发生。
P、Ge的添加量为0.001-0.3质量％。若P、Ge的添加量超过0.3质量％，则P、Ge形成较多的氧化物，会给润湿性带来负面影响。而若P、Ge的添加量低于0.001质量％，则添加效果会变得不充分。P或Ge的含量优选为0.003-0.1质量％，更优选为0.005-0.05质量％。
本发明的Bi基钎料合金，在用于裸Cu电子部件的情况下，优选进一步含有上述(3)中的Cu作为任意成分。Cu具有促进与裸Cu框架的反应，改善润湿延展性的效果。
作为钎料中的向裸Cu框架扩散的元素，大多是Al优先移动并进行反应，但是若钎料中存在添加的Cu，则在与裸Cu框架表面之间产生Cu原子彼此间的扩散移动，其结果是，可得到改善润湿延展性的效果。
而且，由于Cu是在比Bi-Ag-Al合金的液相线温度更高的温度下析出的元素，因此成为最先析出的初晶成分，具有使之后析出的Ag-Al化合物、基体的晶粒微细地析出的效果，作为整体能够抑制凝固组织的粗大化。其结果是，与没有添加Cu的情况相比，钎料的组织成为微细的凝固组织，难以发生破裂。
Cu的添加量为0-1质量％。若Cu的添加量超过1质量％，则有时会作为粗大的初晶成分生成。而若Cu的添加量低于0.01质量％，则有时无法对凝固组织的微细化充分地作出贡献，因此Cu的含量更优选为0.01-1质量％，进一步优选为0.03-0.8质量％。
(5)Sn、Zn
本发明的Bi基钎料合金，在用于经镀Ni处理的电子部件的情况下，除了上述Bi、Ag、Al元素以外，为了改善钎料的润湿性，提高接合后的接合强度，进一步作为添加元素添加Sn和Zn中的任意一种以上。可认为，由于Sn或Zn比Bi、Ag、Al元素更优先地向接合界面移动，与Ni等接合界面的物质形成反应层，因此能够改善钎料的润湿性，提高接合后的接合强度。
Sn或Zn的含量为0.01-3质量％，优选为0.05-2.0质量％，更优选为0.1-1.5质量％。若Sn或Zn的添加量超过3质量％，则对于Sn来说，作为低熔点层的Bi-Sn会较多地残留在钎料中，使用时会产生低熔点异常部，对于Zn来说，由于形成厚的氧化膜层，因而会给润湿性带来负面影响。而若Sn、Zn的添加量低于0.01质量％，则作为添加效果的对于镀Ni的润湿性变得不充分，因此不优选。
本发明的Bi基钎料合金，作为添加元素，除上述之外，优选进一步含有上述(3)的Cu作为任意元素。Cu具有促进与镀Ni的反应，改善润湿延展性的效果。
作为钎料中的向镀Ni扩散的元素，大多是Al优先移动并且进行反应，但是若钎料中存在添加的Cu，则在与镀Ni表面之间的Cu原子与Ni原子之间产生扩散移动，其结果是，可以得到改善润湿延展性的效果。
而且，由于Cu是在比Bi-Ag-Al合金的液相线温度更高的温度下析出的元素，因此成为最先析出的初晶成分，具有使之后析出的Ag-Al化合物、基体的晶粒微细地析出的效果，作为整体能够抑制凝固组织的粗大化。其结果是，与没有添加Cu的情况相比，钎料的组织成为微细的凝固组织，难以发生破裂。
Cu的添加量为0-1质量％。若Cu的添加量超过1质量％，则有时会作为粗大的初晶成分生成，熔融时的润湿性降低。而若Cu的添加量低于0.01质量％，则有时无法对凝固组织的微细化充分地作出贡献，因此Cu的含量更优选为0.01-1质量％，进一步优选为0.03-0.8质量％。
本发明的钎料合金实质上不含有Pb，以Bi、Ag以及Al为主要成分，并且以Sn或Zn为必须添加元素，在用于经镀Ni处理的电子部件的情况下，可以进一步含有选自P和Ge的一种以上作为任意的添加元素。
P或Ge的含量为0.001-0.3质量％，优选为0.01-0.1质量％。若P、Ge的添加量超过0.3质量％，则P、Ge会形成较多的氧化物，会给润湿性带来负面影响。而若P、Ge的添加量低于0.001质量％，则添加效果会变得不充分。P或Ge的含量优选为0.003-0.1质量％，更优选为0.005-0.05质量％。
2.Bi基钎料合金的制造
本发明的Bi基钎料合金的制造方法没有特别限定，可以使用以下各原料成分通过现有的公知的方法来制造：在用于经镀Ag处理的电子部件的情况下，上述Bi、Ag、Al为必须，在用于裸Cu电子部件的情况下，添加P或Ge，而且，在用于经镀Ni处理的电子部件的情况下，Bi、Ag、Al为必须，并进一步添加Sn或Zn。
作为原料，为了在钎料合金内形成粒径不足50μm的粒子(Ag与Al的金属间化合物)，优选使用球形颗粒状(shot形)或单片的加工品的直径在5mm以下，特别是3mm以下的微细的原料。
将该原料投入熔解炉，为了抑制原料的氧化设置为氮气或惰性气体气氛，在500-600℃，优选为500-550℃下加热熔融。此时，在对熔解温度在500℃以上的熔液进行铸造时，例如可以使用内径为30mm以下，壁厚为10mm左右的圆筒状的石墨制成的铸造模具。金属一旦开始熔融，就充分地进行搅拌，持续进行充分的搅拌以使其不会产生局部的组成偏差。虽然搅拌时间因装置、原料的量等而不同，但是优选为1-5分钟。
之后，在该铸造模具的外侧贴上热传导性良好的材料，例如由Cu制成的冷模，或者优选贴上为中空结构的通入有冷却水的冷模，使熔液流入到该铸造模具中后，虽然也取决于组成，但是优选以3℃/sec以上，更优选的以20℃/sec以上的冷却速度快速使其冷却到260℃左右以进行固化。通过这样的方法，能够确实地稳定地制造出几乎全部的析出粒子的粒径都不足50μm的钎料材料的铸块。
而且，在考虑生产效率而使用连续铸造方法的情况下，优选使连续铸造得到的铸块的截面积成为较小的形状。例如，使用内径为30mm以下的模具，并且为了在短时间内使熔液冷却固化，优选用水冷夹套覆盖住模具，并以50℃/sec以上的冷却速度进行冷却。
这样得到的本发明的Bi基钎料合金，由于实质上不含有Pb，固相线温度在265℃以上，液相线温度在390℃以下，因此在安装在基板上后也不会再熔融，能够保持电子部件内部的钎料的初始形状。
固相线温度使用差示扫描热量测定装置(DSC)来测定，为265℃以上，优选为267℃以上，更优选为268℃以上。而且，液相线温度使用差示扫描热量测定装置(DSC)的测定以及熔融试验来确认，为390℃以下，优选为380℃以下，更优选为360-380℃。
而且，本发明的Bi基钎料合金的机械强度、机械加工性以及接合可靠性优异。
本发明的Bi基钎料合金的延伸率优选为15-50％，更优选为20-45％。另外，例如进行直径φ0.75mm的挤出加工，制作成线形的预成型钎料后，通过拉伸试验机(Tensilon万能试验机)来测定延伸率以及拉伸强度。
3.电子部件的接合方法
在经镀Ag处理的电子部件、裸Cu框架电子部件或经镀Ni处理的电子部件等的接合方法中使用本发明的Bi基钎料合金，能够容易地制造电子部件安装基板。
(1)对经镀Ag处理的电子部件的接合
图1表示使用了本发明的Bi基钎料合金的电子部件的半导体封装体的剖面图。该半导体封装体，在引线框架岛部4中央的表面上涂覆本发明的Bi基钎料合金3并载置半导体芯片1，进行接合(芯片接合)后，半导体芯片1上的电极2通过接合线6与引线框架5连接，然后，除了引线框架5的外周部以外，用铸模树脂7覆盖住其整体。
由于在涂覆有本发明的钎料合金3的引线框架岛部4上施加有镀Ag，在钎料合金内分散有含有Ag与Al的金属间化合物的微细粒子，因此在接合时，不会发生由热导致的电子部件的劣化、损伤，不会发生由钎料回流时的热导致的再熔融的缺陷。
(2)对裸Cu框架电子部件的接合
另一方面，在引线框架岛部4上没有进行镀Ag、镀Ni等处理的裸Cu框架中，钎料的润湿延展性很重要。但是，在将钎料合金3涂覆在引线框架岛部4上时，虽然Cu会与钎料中的特定元素，例如Ag优先开始反应，但是由于在其表面上具有氧化膜，因此容易给润湿延展性的降低带来影响。而且，由于Cu基本不熔于Bi、Pb，因此存在润湿延展性比镀Ag更低的倾向。即，在裸Cu框架中，存在表面氧化容易进行，在表面粗糙度的影响下钎料的润湿延展性容易变差这样的问题。
针对这一问题，在本发明中，由于在用于裸Cu框架电子部件的钎料合金中添加了P或Ge，因此抑制了润湿性的降低。即，Ag在与Al生成金属间化合物的同时引起金属反应，进一步的还与熔融的Bi形成共晶组成，熔入到钎料中。此时，由于钎料合金中的P、Ge，金属间化合物的组织变得微细，进一步提高了在裸Cu框架上的润湿延展性。而且，由于P、Ge优先被氧化，抑制了钎料表面的氧化，因此改善了钎料的润湿性，降低了接合时的空隙的发生。
即，根据本发明的电子部件的接合方法，能够使用Bi基钎料合金，将电子部件接合在Cu材表面上没有形成由电镀产生的Ag层、Ni层的裸Cu框架的安装基板上。
进行了接合(芯片接合)的半导体芯片1，在安装到基板上时，虽然被加热到回流温度的260℃附近，但是由于本发明的Bi基钎料合金的固相线温度在265℃以上，因此电子部件不会发生芯片特性的变化、部件氧化，能够维持机械强度。
(3)对经镀Ni处理的电子部件的接合
在图1的引线框架岛部4上，一般会施加镀Ag，但有时会进行作为能够控制与钎料的反应性的电镀的镀Ni处理代替镀Ag，多用于车辆相关领域。
Ni虽然会与钎料中的Sn、Zn优先反应，但是其反应速度慢于Ag、Cu。进一步的，其基本不溶于Bi、Pb。因此，虽然存在镀Ni的润湿延展性比裸Cu框架更低的倾向，但是认为其在可靠性试验的温度循环试验等中有时也会抑制接合界面反应层的生长，长期可靠性高。但是，由于镀Ni的润湿延展性不佳，因此有必要通过确定条件等来设定合适的条件。
即，若将钎料合金3涂覆在引线框架岛部4上，则润湿延展性比镀Ag或裸Cu的润湿延展性更差，接合不足导致接合强度降低。
可是，在本发明中，若在钎料合金中添加Sn或Zn，则可抑制润湿性降低所导致的接合强度降低。如上所述，Ag在与Al生成金属间化合物的同时引起金属反应，进一步的还与熔融的Bi形成共晶组成，熔入到钎料中。此时，由于钎料合金中的Sn或Zn，确实地确保了钎料与Ni引线框架的接合强度。
这是因为，如上所述，虽然镀Ni与Bi基本上不发生合金反应，但是钎料中的Sn、Zn与Ni优先开始反应，保持了与接合部整个面的接合性。若不能确实地确保接合，则在温度循环试验等可靠性试验时，从未接合部分的周边开始，发生由应力集中导致的破裂并扩展，不能得到可靠性，但是在本发明的钎料合金和镀Ni之间能够确实地保持接合性及可靠性。
即，根据本发明的电子部件的接合方法，能够使用Bi基钎料合金将电子部件接合在铜材表面上形成有镀Ni层的安装基板上。
进行了接合(芯片接合)的半导体芯片1，虽然在安装到基板上时，会被加热到回流温度的260℃附近，但是由于本发明的Bi基钎料合金的固相线温度在265℃以上，因此电子部件不会发生芯片特性变化、部件氧化，能够维持机械强度。
4.电子部件安装基板
本发明的电子部件安装基板是使用上述各种Bi基钎料合金，使回流作业峰值温度为260-265℃来安装电子部件的基板。
另外，作为用于安装电子部件的基板，可以使用现有公知的基板，一般是陶瓷的，但是也可以使用印刷基板、Si基板。
通过实施例对本发明进行进一步详细的说明，但是本发明不限于这些实施例。另外，在实施例中使用的测定方法、评价方法如下。
(1)固相线温度、液相线温度
使用差示扫描热量测定装置(DSC)来测定固相线温度、液相线温度。
(2)拉伸强度、延伸率
首先，通过后述的方法使用大气熔解炉熔制表1所示的各成分组成的Bi合金，并进行直径φ0.75mm的挤出加工，制作成线形的预成型钎料样品。
将得到的直径φ0.75mm的线形的钎料切断成规定的长度，作为用于测定拉伸强度的试验样品。将其置于拉伸试验机(装置名：Tensilon万能试验机)中，以自动测定来测定拉伸强度以及延伸率。
(3)AgAl金属间化合物的观察和粒子直径
首先，准备表1中所示的各成分组成的Bi合金，使用大气熔解炉进行熔制，并进行直径φ0.75mm的挤出加工，制作成线形的预成型钎料样品。
将得到的直径φ0.75mm的线埋入到树脂中，进行截面研磨。通过将其浸渍在常温的硝酸水溶液(硝酸浓度为20％)中5秒钟以进行蚀刻，作为用于进行截面的合金组织观察的试片。
该试片，由于主要元素的Bi母相被腐蚀看起来较黑，另一方面，金属间化合物等的析出粒子看起来发白光，因此通过光学显微镜观察，能够容易地判断析出粒子的大小和分布状态。用200倍的光学显微镜观察各试片，在对视野中的全部的含有金属间化合物的粒子的数量进行计数的同时，测定粒子的截面直径，将该测定值乘以1.12倍得到的值作为粒径。以该粒径为基础，将全部的金属间化合物粒子作为正球形，计算各金属间化合物粒子的体积，以体积％算出全部粒子中的粒径不足50μm的粒子的比例。
(4)润湿性
将芯片接合机(NEC机械公司制造，CPS-400)设定为氮气气氛中、390℃，设置通过上述(2)得到的直径φ0.75mm的样品，供应到引线框架上。之后，将在硅芯片的芯片接合面上蒸镀Au而制成的仿制芯片(dummychip)芯片接合到引线框架上。
此时，作为钎料润湿性评价，将没有从芯片的周围溢出钎料的情况评价为“不良”，将存在溢出的情况评价为“良”，将存在更加均匀的溢出的情况评价为“优”。
(5)接合可靠性
进一步，用环氧树脂对已将上述仿制芯片芯片接合到引线框架上的样品进行铸模。使用铸模后的样品，首先进行260℃的回流试验，之后实施500次循环(或700次循环)的-50℃/150℃的温度循环试验。之后，将树脂开封，观察芯片接合的接合部。
可靠性按照以下进行评价：将芯片以及接合部没有发生破裂的情况评价为“良”并示出循环次数，将发生了接合不良、破裂的情况评价为“不良”。
(实施例1-11)
(1)用于经镀Ag处理的电子部件的钎料合金(预成型钎料)的制造
首先，作为原料，准备Bi、Ag、Al、Te、Cu、Ni(各元素的纯度：99.99重量％以上)。原料使用直径φ3mm以下的球形颗粒状的原料，在原料为大的薄片或块状的情况下，在注意使熔解后的合金中没有因采样场所导致的组成偏差且均匀的同时对原料进行切断、粉碎等，将其细化为3mm以下的大小。接着，从这些原料中称量规定量放入高频熔解炉用的石墨坩埚中。
接着，将放入了原料的坩埚放入高频熔解炉中，为了抑制氧化，以每1kg原料0.7L/分以上的流量流入氮气。在该状态下，以5℃/sec的升温速度将熔解炉的内部加热到500℃，使原料加热熔融。金属一旦开始熔融，就用搅拌棒充分搅拌，进行3分钟的搅拌以使其不会引起局部的组成偏差。确认已充分熔融后，切断高频电源，迅速取出坩埚，使坩埚内的熔液流入钎料母合金的铸造模具中。
铸造模具使用内径为30mm以下壁厚为10mm左右的圆筒状的石墨制成的铸造模具，在该铸造模具的外侧贴上热传导性良好的材料(由铜制成的，为中空结构的通入有冷却水的冷模)，将熔液流入到该铸造模具中后，虽然还取决于组成，但是以5℃/sec的冷却速度快速冷却固化到260℃左右。
另外，在实施例4中，使用在模具的周围配备有水冷夹套的连续铸造机，加热熔融原料后以约60℃/sec的冷却速度冷却熔融物。
将得到的固化物的一部分作为样品，以上述方法测定在钎料合金内形成的粒径不足50μm的粒子(Ag与Al的金属间化合物)的量。
之后，将得到的固化物的余下部分移到大气熔解炉中，在下述条件下进行直径0.75mm的挤出加工，制造线形的预成型钎料。另外，在全部的实施例中，都可以加工、卷绕成线形。
(2)物性、性能试验
使用通过上述方法得到的线形的预成型钎料样品，进行固相线温度、液相线温度的测定，以及含有Ag-Al金属间化合物的粒子直径的观察及测定。
而且，进一步将预成型钎料样品芯片接合到镀Ag引线框架上，评价润湿性，用环氧树脂铸模后，进行温度循环试验及回流试验，评价接合可靠性。将其结果表示在表1中。
(对比例1-4)
按照与实施例1同样的方式制造钎料合金，不同之处在于将原料按照表1所示的组成混合。将得到的固化物的一部分作为样品，以上述方法测定在钎料合金内形成的粒径不足50μm的粒子(Ag与Al的金属间化合物)的量。制造线形的预成型钎料。另外，在全部的对比例中，都可以加工、卷绕成线形。
而且，使用得到的线形的预成型钎料样品，进行固相线温度、液相线温度的测定，以及含有Ag-Al金属间化合物的粒子直径的观察及测定。
而且，进一步将预成型钎料样品芯片接合到镀Ag引线框架上，评价润湿性评价，用环氧树脂铸模后，进行温度循环试验及回流试验，评价接合可靠性。将其结果表示在表1中。
表1
(评价)
在实施例1-7中，Al为0.1-3质量％，相对于Ag的Al的含有比例(X)在1/20≤X≤1/2的范围内，以实施例3的图3的情况为代表，确认分别为265℃以上的固相线温度。而且，在实施例1-5中，以实施例3的图7的情况为代表，延伸率为15％以上，可确认改善了脆弱性。进一步的，在含有0.5质量％以上的Al的实施例2-5中，延伸率超过30％，可以说接合可靠性、钎料的机械加工性、装置的连续供应性非常优异。
而且，对于实施例1-7，通过剖面观察，确认钎料线中的添加物、金属间化合物化的粒子的97％以上粒径不足50μm。对于实施例4，由于冷却速度比其他更快，因此几乎全部是20μm上下的粒子，成为比其他实施例的粒子更微细的粒子。润湿性良好，即使经过温度循环试验(500次循环)，芯片及接合部也不发生破裂，接合可靠性的评价结果为“良”。另外，对于在芯片接合机上的连续供应，能够无问题地实施。
进一步的，对于实施例1-7，安装在印刷基板等的安装基板上后，实施5次260℃10秒的回流试验，调查回流试验后的芯片及接合部是否有异常。皆未看到异常，也未能确认到明显的空隙。因此，确认用本发明的用于经镀Ag处理的电子部件的钎料合金接合的部位，即使经过5次左右的在回流温度260℃下保持10秒钟，也能够保持不熔融。
进一步的，在实施例8-10中，在含有与实施例1同量的Bi、Ag、Al的基础上，进一步添加了Te、Ni、Cu中的任意一种。而且，在实施例11中，在含有与实施例6同量的Bi、Ag、Al的基础上，进一步添加了Ni和Cu这两者。确认钎料线中的添加物、金属间化合物化的粒子的97％以上粒径不足50μm。润湿性均很良好，即使经过温度循环试验(700次循环)及回流实验，芯片及接合部也不发生破裂，接合可靠性的评价结果为“良”。另外，对于在芯片接合机上的连续供应，能够无问题地实施。
另一方面，在对比例1中，由于Al的含量高于必要含量，因此在390℃的润湿性试验中发生“不良”，经过温度循环试验，芯片或接合部发生破裂，接合可靠性的评价结果也为“不良”。而且，对比例2的Ag含有比例也较高，进一步的，Al相对于Ag的含有比例(X)在1/20≤X≤1/2的范围之外，因此未达到超过265℃的固相线温度。如图2所示，对比例3的Bi/2.5Ag共晶钎料合金的固相线、液相线低于Bi单质熔点的271℃，如状态图所示为262℃，润湿性试验为“良”，但是由于不含有Al，因此仅表现出8％左右的延伸率，由于其脆弱的特性，因此接合可靠性为“不良”。而且，对比例4，虽然润湿性试验为“良”，但是由于Al的含量低于必要含量，因此仅表现出12％的延伸率，由于其脆弱的特性，因此经过温度循环试验，芯片或接合部发生破裂，接合可靠性的评价结果为“不良”。
如上所述，可以说，在用本发明的用于经镀Ag处理的电子部件的钎料合金接合的部位上，即使是在为了将电子部件安装在基板上而进行回流时，也不会发生剥离及空隙等，电子部件的特性不会产生问题。
(实施例12-24)
(1)用于裸Cu电子部件的钎料合金(预成型钎料)的制造
按照与上述实施例1-11同样的方式制造线形的预成型钎料，不同之处在于使用Bi、Ag、Al、P、Ge、Cu(各元素的纯度：99.99重量％以上)作为原料。在全部的实施例中，都可以加工、卷绕成线形。
(2)物性、性能试验
使用通过上述方法得到的线形的预成型钎料样品，进行固相线温度、液相线温度的测定，以及含有Ag-Al金属间化合物的粒子直径的观察以测定。之后，进一步将预成型钎料样品芯片接合到Cu制引线框架上，评价润湿性，用环氧树脂铸模后，进行温度循环试验及回流试验，评价接合可靠性。将其结果表示在表2中。
(对比例5-16)
按照与实施例同样的方式制造钎料合金，不同之处在于将原料按照表2所示的组成混合。在全部的对比例中，都可以加工、卷绕成线形。
而且，使用得到的线形的预成型钎料样品，进行固相线温度、液相线温度的测定，以及含有Ag-Al金属间化合物的粒子直径的观察及测定。之后，进一步将预成型钎料样品芯片接合到Cu制引线框架上，评价润湿性，用环氧树脂铸模后，进行温度循环试验及回流试验，评价接合可靠性。将其结果表示在表2中。
表2
“评价”
在实施例12-24中，Al为0.1-3质量％，Al相对于Ag的含有比例(X)在1/20≤X≤1/2的范围内，以实施例14的图4的情况为代表，确认分别为265℃以上的固相线温度。而且，对于实施例12-22、24，通过剖面观察，确认钎料线中的添加物、金属间化合物化的粒子的97％以上粒径不足50μm。进一步的，在实施例12-17、20中，以实施例14的图8的情况为代表，延伸率为15％以上，可确认改善了脆弱性。在循环次数较少的500次循环下，芯片及接合部没有发生破裂，接合可靠性的评价结果为“良”。可认为这是因为，由于含有P、Ge，因此确保了润湿延展性，并且提高了可靠性。
在实施例18-19以及实施例21-22中，由于除了P或Ge以外还含有Cu因此进一步确保了润湿延展性，若Cu为0.01-1.0％，则即使经过循环次数较多的700次循环的温度循环试验，芯片及接合部也不发生破裂，接合可靠性的评价结果为“良”。
接着，将铸模后的芯片的一部分以260℃在基板上安装5次，调查安装后的芯片及接合部有无异常，其结果是，皆未看到异常，也未能确认到明显的空隙。因此，确认用本发明的用于裸Cu电子部件的钎料接合的部位，即使经过5次左右的在回流温度260℃下保持10秒钟，也能够保持不熔融。
而且，在本发明的范围之外的对比例5-9，或者不含有P、Ge，或者其含量在必要含量的上下限之外，在390℃的润湿性试验中，对于裸Cu框架的润湿延展性不足，润湿性试验、信赖性试验的评价结果为“不良”。另外，如图2所示，现有的Bi/2.5Ag共晶钎料合金的固相线、液相线，低于Bi单质熔点的271℃，如状态图所示为262℃，润湿性试验为“良”，但是由于不含有Al，因此如图6所示，仅表现出8％左右的延伸率，由于其脆弱的特性，因此接合可靠性为“不良”。
而且，在对比例10-11中，通过添加本发明的范围内的Ge，润湿性良好，但是Ag或Al在本发明的范围外，在可靠性试验时钎料层发生破裂，在500次循环的评价中为不合格。
虽然对比例12-13配合了本发明的范围内的Bi、Ag、Al以及P或Ge，但是在对比例12中，Al相对于Ag的配合量不足1/20，在可靠性试验时钎料层发生破裂，在500次循环的评价中为不合格，在对比例13中，由于Al相对于Ag的配合量超过1/2，因此在接合部的一部分上发生Al的偏析所导致的润湿不良，从接合不足的部分开始发生破裂，在500次循环的评价中为不合格。
在对比例14中，虽然在对比例10的钎料合金中添加了本发明的范围内的Cu，但是钎料层的破裂没有得到改善，在500次循环的评价中为不合格。在对比例15中，虽然在对比例13的钎料合金中添加了本发明的范围内的Cu，但是润湿不良没有得到改善，在500次循环的评价中为不合格。在对比例16中，液相线为400℃，在390℃的接合温度下呈部分熔解残留的状态，润湿延展性不足。而且，存在一部分没有接合的面，在500次循环的评价中为不合格。
如上所述，可以说，在用本发明的用于裸Cu电子部件的Bi基钎料合金接合的部位上，即使是在为了将电子部件安装在基板上而进行回流时，也不会发生剥离及空隙等，电子部件的特性不会产生问题。
(实施例25-37)
(1)用于经镀Ni处理的电子部件的钎料合金(预成型钎料)的制造
按照与上述实施例1-11同样的方式制造线形的预成型钎料，不同之处在于使用Bi、Ag、Al、Sn、Zn、P、Ge、Cu(各元素的纯度：99.99重量％以上)作为原料。在全部的实施例中，都可以加工、卷绕成线形。
(2)物性、性能试验
使用通过上述方法得到的线形的预成型钎料样品，进行固相线温度、液相线温度的测定，以及含有AgAl金属间化合物的粒子直径的观察及测定。
而且，进一步将预成型钎料样品芯片接合在镀Ni引线框架上，评价润湿性，用环氧树脂铸模后，进行循环试验，评价接合可靠性。将其结果表示在表3中。
(对比例17-30)
按照与上述实施例同样的方式制造钎料合金，不同之处在于将原料粉末按照表4所示的组成混合。在全部的对比例中，都可以加工、卷绕成线形。
而且，使用得到的线形的预成型钎料样品，进行固相线温度、液相线温度的测定，以及含有AgAl金属间化合物的粒子直径的观察及测定。
而且，进一步将预成型钎料样品芯片接合在引线框架上，评价润湿性，用环氧树脂铸模后，进行循环试验，评价接合可靠性。将其结果表示在表4中。
“评价”
在实施例25-37中，如表3所示，Al为0.1-3质量％，Al相对于Ag的含有比例(X)在1/20≤X≤1/2的范围内，以实施例28的图5的情况为代表，确认分别为265℃以上的固相线温度。而且，通过剖面观察，确认钎料线中的添加物、金属间化合物化的粒子的97％以上粒径不足50μm。进一步的，以实施例28的图9的情况为代表，延伸率为15％以上，可确认改善了脆弱性。
而且，在实施例25-37中，由于添加了Sn或Zn，因此即使是对于润湿延展性差的Ni表面的引线框架，也会引起Sn和Zn与Ni的界面反应，润湿延展性变得良好，提高了润湿性。在实施例25-30中，在循环次数较少的500次循环下，芯片及接合部不发生破裂，接合可靠性的评价结果为“良”。这是因为，由于含有Sn、Zn，因此能够确保润湿延展性，能够确实地确保钎料-引线框架间的接合强度，并确实地保持可靠性。
在实施例31-37中，由于除了Sn或Zn之外还含有Cu，因此由于组织的微细化提高了可靠性，即使经过循环次数较多的700次循环的温度循环试验，芯片及接合部也不发生破裂，接合可靠性的评价结果为“良”。
进一步的，在实施例29-30以及实施例32-37中，由于不仅添加了Sn、Zn，还添加了进一步改良润湿延展性的P、Ge，因此对于润湿延展性差的Ni表面的引线框架来说，也具有P、Ge的效果，Sn和Zn与Ni进行界面反应，进一步提高了润湿延展性，润湿性的评价结果为“优”。而且，对于机械性质，在实施例25-37的添加元素的范围内，皆得到了高强度，在芯片接合机上的连续供应能够不断线地实施。
接着，将铸模后的芯片一部分以260℃安装在基板上5次，调查安装后的芯片及接合部有无异常，其结果是，皆未看到异常，也未能确认到明显的空隙。因此，确认用本发明的用于经镀Ni处理的电子部件的钎料接合的部位，即使经过5次左右的在回流温度260℃下保持10秒钟，也能够保持不熔融。
与此相对地，在对比例17-21中，如表4所示，或者不含有Sn、Zn，或者其含量在必要含量的上下限之外，虽然在Ag表面的引线框架上能够确保润湿延展性，但是对于难以确保润湿延展性的Ni表面的引线框架来说，也有润湿延展性不充分的样品。这可以认为，在添加量少的情况下，与Ni表面的反应少，润湿不足，而在添加量多的情况下，形成粗大的粒子，凝集力妨害了润湿延展性。
另外，如图2所示，现有的Bi/2.5Ag共晶钎料合金的固相线、液相线低于Bi单质熔点的271℃，如状态图所示为262℃，润湿性试验为“良”，但是由于不含有Al，因此如图6所示，仅表现出8％左右的延伸率，由于其脆弱的特性，因此接合可靠性为“不良”。
在对比例22-30中，或者Bi、Ag、Al的含量在必要含量的上下限之外，或者Al的含量与Ag的含量之比在本发明的范围之外，发生了配线的破裂、接合不良，接合可靠性试验的结果为不足500次循环。
如上所述，可以说，在用本发明的用于经镀Ni处理的电子部件的钎料合金接合的部位上，即使是在为了将电子部件安装在基板上而进行回流时，也不会发生剥离及空隙等，施加了镀Ni的电子部件的特性不会产生问题。
产业上的利用可能性
本发明的Bi基钎料合金，作为Pb/5Sn等的高温钎料的代替，能够作为经镀Ag处理的电子部件、裸Cu框架电子部件或经镀Ni处理的电子部件等的预成型钎料、糊状钎料来适宜地使用，能够特别适宜地使用在功率器件、功率模块等的半导体封装体的芯片接合等上。
符号说明
1芯片
2电极
3钎料
4引线框架岛部
5引线框架
6接合线
7铸模树脂

Claims (10)

1.一种Bi基钎料合金，其特征在于，其为含有Ag和Al，实质上不含有Pb，Bi的含有率在80质量％以上，并且熔点的固相线在265℃以上，液相线在390℃以下的Bi基钎料合金，Ag的含量为0.6-18质量％，而且，Al的含量为0.1-3质量％并且为Ag的含量的1/20-1/2，所述Bi基钎料合金通过使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成。
2.一种Bi基钎料合金，其特征在于，其为含有Ag和Al，实质上不含有Pb，Bi的含有率在80质量％以上，并且熔点的固相线在265℃以上，液相线在390℃以下的Bi基钎料合金，Ag的含量为0.6-18质量％，而且，Al的含量为0.1-3质量％并且为Ag的含量的1/20-1/2，所述Bi基钎料合金通过使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成，进一步含有0.001-0.3质量％的P和Ge中的一种以上。
3.一种Bi基钎料合金，其特征在于，其为含有Ag和Al，实质上不含有Pb，Bi的含有率在80质量％以上，并且熔点的固相线在265℃以上，液相线在390℃以下的Bi基钎料合金，Ag的含量为0.6-18质量％，而且，Al的含量为0.1-3质量％并且为Ag的含量的1/20-1/2，所述Bi基钎料合金通过使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在钎料合金内而形成，进一步含有0.01-3质量％的Sn和Zn中的一种以上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的Bi基钎料合金，其特征在于，相对于所述粒子整体的总体积，97体积％以上的粒子的粒径不足50μm。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的Bi基钎料合金，其特征在于，Al的含量为Ag的含量的1/15-1/4。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的Bi基钎料合金，其特征在于，进一步含有0.01-1质量％的选自Te、Ni和Cu中的一种以上。
7.根据权利要求3所述的Bi基钎料合金，其特征在于，进一步含有0.001-0.3质量％的P或Ge。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的Bi基钎料合金，其特征在于，使钎料合金的熔液流入到铸造模具中后，通过以3℃/sec以上的冷却速度快速冷却到260℃以进行固化，使含有Ag与Al的金属间化合物的粒子分散在合金内。
9.一种电子部件的接合方法，其特征在于，使用权利要求1-8中任一项所述的Bi基钎料合金，接合经镀Ag处理的电子部件、裸Cu框架电子部件或经镀Ni处理的电子部件。
10.一种电子部件安装基板，使用权利要求1-8中任一项所述的Bi基钎料合金，将回流作业峰值温度设置为260-265℃来安装电子部件。
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