JP2001246492A - ダイボンディング用合金ろう材 - Google Patents
ダイボンディング用合金ろう材Info
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接合後のろう材層の厚みを安定化できる
機能を有する合金ろう材を、加工工程を増やすことな
く、したがって従来と変わらないコストで提供すること
を課題とする。 【解決手段】 Ｓｎを主体とし、Ａｇを重量濃度で０．
０５〜３．５％を含有した合金ろう材をベースとし、Ｇ
ｅを０．１％〜５．０％含有し、かつ最大粒径が５〜８
０μｍの範囲内のＧｅ析出粒子が存在する合金ろう材。
機能を有する合金ろう材を、加工工程を増やすことな
く、したがって従来と変わらないコストで提供すること
を課題とする。 【解決手段】 Ｓｎを主体とし、Ａｇを重量濃度で０．
０５〜３．５％を含有した合金ろう材をベースとし、Ｇ
ｅを０．１％〜５．０％含有し、かつ最大粒径が５〜８
０μｍの範囲内のＧｅ析出粒子が存在する合金ろう材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料または表
面に金属層を形成した金属あるいは非金属材料を接合す
るために使用する、Ｓｎが主元素である合金ろう材であ
って、接合した後のろう材層の厚みを制御することが望
まれるような接合に使用される合金ろう材に関する。
面に金属層を形成した金属あるいは非金属材料を接合す
るために使用する、Ｓｎが主元素である合金ろう材であ
って、接合した後のろう材層の厚みを制御することが望
まれるような接合に使用される合金ろう材に関する。
【０００２】
【従来の技術】トランジスタやＩＣのような半導体装置
の組み立てにおいては、裏面にＡｕやＡｇの薄膜を形成
したシリコンチップをＣｕあるいはＣｕにＮｉ，Ａｇめ
っきをほどこした基板上にＳｎを主体とした合金ろう材
を用いて接合する場合がある。
の組み立てにおいては、裏面にＡｕやＡｇの薄膜を形成
したシリコンチップをＣｕあるいはＣｕにＮｉ，Ａｇめ
っきをほどこした基板上にＳｎを主体とした合金ろう材
を用いて接合する場合がある。
【０００３】このとき、ろう材層は、半導体チップの断
続動作に伴い発生する熱によるシリコンチップと基板の
熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩和し、それ
と同時に発生する熱を速やかに基板側へ伝え放散すると
いう重要な役割を担っている。この接合後のろう材層が
薄すぎると熱応力を緩和することができなくなり、また
逆に厚すぎると熱放散性が低下するため、ろう材層の厚
みは１０μｍから１００μｍの間とすることが望まれて
いる。
続動作に伴い発生する熱によるシリコンチップと基板の
熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩和し、それ
と同時に発生する熱を速やかに基板側へ伝え放散すると
いう重要な役割を担っている。この接合後のろう材層が
薄すぎると熱応力を緩和することができなくなり、また
逆に厚すぎると熱放散性が低下するため、ろう材層の厚
みは１０μｍから１００μｍの間とすることが望まれて
いる。
【０００４】ろう材層をこのような厚さに調整する手段
として、たとえば特開平６−１５５０８１号記載の方法
がある。すなわち、シリカなどの所定粒径の耐熱性微小
粒子を二層の半田の中間に挟み込むことにより、ダイボ
ンディング時に半田層の厚さを安定させるものである。
として、たとえば特開平６−１５５０８１号記載の方法
がある。すなわち、シリカなどの所定粒径の耐熱性微小
粒子を二層の半田の中間に挟み込むことにより、ダイボ
ンディング時に半田層の厚さを安定させるものである。
【０００５】しかしこの場合、いったん圧延加工により
成形した半田のフープ材を２つ準備し、片方の半田に微
小粒子を塗布しながらもう一方の半田をその上に重ね合
わせて圧延機を通して一体化させた半田を用いることが
必要となる。
成形した半田のフープ材を２つ準備し、片方の半田に微
小粒子を塗布しながらもう一方の半田をその上に重ね合
わせて圧延機を通して一体化させた半田を用いることが
必要となる。
【０００６】しかし、通常の半導体装置組立て用合金ろ
う材は、溶解鋳造によりインゴットを作成した後、押し
出し加工・圧延加工・せん断加工などをを経て所望の形
状に成型される。
う材は、溶解鋳造によりインゴットを作成した後、押し
出し加工・圧延加工・せん断加工などをを経て所望の形
状に成型される。
【０００７】このため、耐熱性微小粒子が挟み込まれた
ようなろう材は、圧延加工の後に微小粒子を挟み込む前
記工程が必要となるので、製造工程が多くなってしまう
ために従来のろう材に比べて高価なものにならざるを得
ないという問題がある。
ようなろう材は、圧延加工の後に微小粒子を挟み込む前
記工程が必要となるので、製造工程が多くなってしまう
ために従来のろう材に比べて高価なものにならざるを得
ないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のことから、本発
明は、接合後のろう材層の厚みを安定化できる機能を有
する合金ろう材を、加工工程を増やすことなく、したが
って従来と変わらないコストで提供することを課題とす
る。
明は、接合後のろう材層の厚みを安定化できる機能を有
する合金ろう材を、加工工程を増やすことなく、したが
って従来と変わらないコストで提供することを課題とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、Ｓｎを主体とし、Ａｇを重量濃度で０．０５〜
３．５％を含有した合金ろう材をベースとし、Ｇｅを
０．１％〜５．０％含有し、かつ存在するＧｅ析出粒子
の最大粒径が５〜８０μｍの範囲内であることを特徴と
する合金ろう材である。
明は、Ｓｎを主体とし、Ａｇを重量濃度で０．０５〜
３．５％を含有した合金ろう材をベースとし、Ｇｅを
０．１％〜５．０％含有し、かつ存在するＧｅ析出粒子
の最大粒径が５〜８０μｍの範囲内であることを特徴と
する合金ろう材である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の合金ろう材は、Ｓｎを主
体とし、必要に応じてＡｇを０．０５〜３．５％以下の
範囲で含有した合金ろう材をベースとし、Ｇｅを０．１
％から５．０％添加し、かつ凝固過程で晶出するＧｅ粒
子の最大粒径が５〜８０μｍの範囲内のものである。
体とし、必要に応じてＡｇを０．０５〜３．５％以下の
範囲で含有した合金ろう材をベースとし、Ｇｅを０．１
％から５．０％添加し、かつ凝固過程で晶出するＧｅ粒
子の最大粒径が５〜８０μｍの範囲内のものである。
【００１１】本発明のろう材を得るには、所定組成に組
成調合し、溶融してインゴットを得た後、該インゴット
を押し出し加工や圧延加工・せん断加工などして所望の
形状の合金ろう材とする。この過程で生成したＧｅ粒子
は、部材の接合時にろう材を溶融させても固体状態で存
在するために、図1に示したようにその大きさでもって
接合後のろう材層の板厚が制御される。
成調合し、溶融してインゴットを得た後、該インゴット
を押し出し加工や圧延加工・せん断加工などして所望の
形状の合金ろう材とする。この過程で生成したＧｅ粒子
は、部材の接合時にろう材を溶融させても固体状態で存
在するために、図1に示したようにその大きさでもって
接合後のろう材層の板厚が制御される。
【００１２】さらに、このＧｅ粒子は通常の合金ろう材
製造工程の中の溶解鋳造工程において生成させるもので
あるため、加工工程が増えることがなく、したがって従
来と変わらないコストでろう材を供給することができ
る。
製造工程の中の溶解鋳造工程において生成させるもので
あるため、加工工程が増えることがなく、したがって従
来と変わらないコストでろう材を供給することができ
る。
【００１３】Ｇｅ粒子をろう材中に生成させ、その粒径
を制御するために、溶解鋳造時の溶湯温度を制御する。
すなわち、いったんすべての原料元素を坩堝内で完全に
溶解させたのち、徐々に温度を下げていくと溶融温度の
高いＧｅが溶湯から晶出してくる。さらに温度を下げて
いくにしたがって晶出したＧｅは成長し粗大化する。
を制御するために、溶解鋳造時の溶湯温度を制御する。
すなわち、いったんすべての原料元素を坩堝内で完全に
溶解させたのち、徐々に温度を下げていくと溶融温度の
高いＧｅが溶湯から晶出してくる。さらに温度を下げて
いくにしたがって晶出したＧｅは成長し粗大化する。
【００１４】したがって、晶出したＧｅ粒子が所望の粒
径となる温度に熔湯を保持した上で鋳型に流し込み、あ
るいは連続鋳造して急冷し、該粒子の成長を停止させれ
ば、合金内に目的とする大きさのＧｅ粒子が分散したイ
ンゴットを作製することができる。その後押し出し加工
や圧延加工・せん断加工などを経て所望の形状の合金ろ
う材とするが、これらの加工工程ではろう材は再熔融さ
れないので、インゴット作製時に生成したＧｅ粒子がそ
のままの大きさを保って提供されることになる。
径となる温度に熔湯を保持した上で鋳型に流し込み、あ
るいは連続鋳造して急冷し、該粒子の成長を停止させれ
ば、合金内に目的とする大きさのＧｅ粒子が分散したイ
ンゴットを作製することができる。その後押し出し加工
や圧延加工・せん断加工などを経て所望の形状の合金ろ
う材とするが、これらの加工工程ではろう材は再熔融さ
れないので、インゴット作製時に生成したＧｅ粒子がそ
のままの大きさを保って提供されることになる。
【００１５】このようにして作製した合金ろう材は、マ
トリックス成分はその融点で溶解するが、この融点より
高い融点を持つＧｅ粒子は溶解しない。よって、接合時
にＧｅ粒子が固体状態で存在することになるため、その
粒径によって接合後のろう材層の厚みが確保され、かつ
そのばらつきも小さい安定した接合をおこなうことがで
きる。
トリックス成分はその融点で溶解するが、この融点より
高い融点を持つＧｅ粒子は溶解しない。よって、接合時
にＧｅ粒子が固体状態で存在することになるため、その
粒径によって接合後のろう材層の厚みが確保され、かつ
そのばらつきも小さい安定した接合をおこなうことがで
きる。
【００１６】本発明の合金ろう材では、Ａｇを含有して
いるが、Ａｇはろう材の濡れ広がり性を改善したり、ろ
う材の機械的強度を高めるという効果がある。ただし、
Ａｇもまた３．５％を超える添加量とするとＳｎと結び
ついて金属間化合物を生成するため第３の元素を添加し
てＧｅ析出粒子の粒径を制御したとしても、ＳｎとＡｇ
が結びついた化合物がせっかくの効果を邪魔してしまう
ことになるので、Ａｇを添加する場合には３．５％以下
とする必要がある。
いるが、Ａｇはろう材の濡れ広がり性を改善したり、ろ
う材の機械的強度を高めるという効果がある。ただし、
Ａｇもまた３．５％を超える添加量とするとＳｎと結び
ついて金属間化合物を生成するため第３の元素を添加し
てＧｅ析出粒子の粒径を制御したとしても、ＳｎとＡｇ
が結びついた化合物がせっかくの効果を邪魔してしまう
ことになるので、Ａｇを添加する場合には３．５％以下
とする必要がある。
【００１７】ただし、このＧｅを添加する場合には、そ
の添加量が０．１％未満では、鋳造時の温度を種々変化
させてもＧｅ粒子が一旦消失してしまうため所望の効果
が得られず、また５．０％を越えると、鋳造時の温度を
制御することで晶出するＧｅ析出粒子の最大粒径を５μ
ｍから８０μｍの範囲に保つことが困難になるので、
０．１％から５．０％の範囲内にしておく必要がある。
の添加量が０．１％未満では、鋳造時の温度を種々変化
させてもＧｅ粒子が一旦消失してしまうため所望の効果
が得られず、また５．０％を越えると、鋳造時の温度を
制御することで晶出するＧｅ析出粒子の最大粒径を５μ
ｍから８０μｍの範囲に保つことが困難になるので、
０．１％から５．０％の範囲内にしておく必要がある。
【００１８】また、生成するＧｅ粒子の最大粒径が５μ
ｍよりも小さいと、接合後のろう材層の厚さが１０μｍ
に満たない場合が発生し、熱応力を緩和するのに不十分
な厚さとなり、逆に８０μｍを越えると接合後のろう材
層の厚さが１００μｍを越えてしまう場合があり、シリ
コンチップで発生する熱を効率よく基板側へ放散するこ
とが困難になってしまう。このため、最大粒径は５μｍ
から８０μｍの範囲にすることが必要である。
ｍよりも小さいと、接合後のろう材層の厚さが１０μｍ
に満たない場合が発生し、熱応力を緩和するのに不十分
な厚さとなり、逆に８０μｍを越えると接合後のろう材
層の厚さが１００μｍを越えてしまう場合があり、シリ
コンチップで発生する熱を効率よく基板側へ放散するこ
とが困難になってしまう。このため、最大粒径は５μｍ
から８０μｍの範囲にすることが必要である。
【００１９】
【実施例】次に実施例を用いて本発明をさらに説明す
る。 （実施例１〜１０）Ｓｎ、Ａｇ、Ｇｅを、表１の１〜１
０（実施例１〜１０）に示した合金組成に配合して黒鉛
坩堝に入れ、高周波誘導溶解炉にて大気中で溶解し、第
１表の鋳造温度で水冷鋳型に鋳込み鋳塊としたのち、押
し出し加工・圧延加工により厚さを１００μｍとし、さ
らに１辺の長さが３ｍｍの正方形に打ち抜き加工をおこ
なった。
る。 （実施例１〜１０）Ｓｎ、Ａｇ、Ｇｅを、表１の１〜１
０（実施例１〜１０）に示した合金組成に配合して黒鉛
坩堝に入れ、高周波誘導溶解炉にて大気中で溶解し、第
１表の鋳造温度で水冷鋳型に鋳込み鋳塊としたのち、押
し出し加工・圧延加工により厚さを１００μｍとし、さ
らに１辺の長さが３ｍｍの正方形に打ち抜き加工をおこ
なった。
【００２０】これらの合金ろう材を用いて、下地ニッケ
ル、表面に金の蒸着膜を形成した１辺の長さが５ｍｍの
正方形のシリコンチップを、下地ニッケル、表面にＡｇ
のメッキが施された銅板に窒素雰囲気中で２７０℃のヒ
ーターブロック上で接合した。それぞれの合金ろう材に
対して１０点の接合試料を作製し、断面研磨をおこなっ
て接合後の半田の厚さを調査した。その結果、表２に示
したとおり、本発明合金ろう材を使用して接合をおこな
うと、半田中に存在するＧｅ析出粒子によって半田の厚
みが確保され、かつその厚さのばらつきは、Ｇｅの添加
量が０．１〜５．０％の範囲では小さくなっていること
がわかった。
ル、表面に金の蒸着膜を形成した１辺の長さが５ｍｍの
正方形のシリコンチップを、下地ニッケル、表面にＡｇ
のメッキが施された銅板に窒素雰囲気中で２７０℃のヒ
ーターブロック上で接合した。それぞれの合金ろう材に
対して１０点の接合試料を作製し、断面研磨をおこなっ
て接合後の半田の厚さを調査した。その結果、表２に示
したとおり、本発明合金ろう材を使用して接合をおこな
うと、半田中に存在するＧｅ析出粒子によって半田の厚
みが確保され、かつその厚さのばらつきは、Ｇｅの添加
量が０．１〜５．０％の範囲では小さくなっていること
がわかった。
【００２１】（比較例１〜４）Ｓｎ、Ａｇ、Ｇｅを、表
１の資料番号１１〜１４に示した合金組成に配合して黒
鉛坩堝に入れ、高周波誘導溶解炉にて大気中で溶解し、
第１表の鋳造温度で水冷鋳型に鋳込み鋳塊としたのち、
押し出し加工・圧延加工により厚さを１００μｍとし、
さらに１辺の長さが３ｍｍの正方形に打ち抜き加工をお
こなった。なお、１１，１２はＴｅを添加しない、ある
いは本発明の範囲より少なくした場合（比較例１，
２）、１３，１４はＧｅを５％より多く添加した場合
（比較例３，４）である。
１の資料番号１１〜１４に示した合金組成に配合して黒
鉛坩堝に入れ、高周波誘導溶解炉にて大気中で溶解し、
第１表の鋳造温度で水冷鋳型に鋳込み鋳塊としたのち、
押し出し加工・圧延加工により厚さを１００μｍとし、
さらに１辺の長さが３ｍｍの正方形に打ち抜き加工をお
こなった。なお、１１，１２はＴｅを添加しない、ある
いは本発明の範囲より少なくした場合（比較例１，
２）、１３，１４はＧｅを５％より多く添加した場合
（比較例３，４）である。
【００２２】これらの合金ろう材を用いて、実施例と同
様にシリコンチップを接合した。それぞれの合金ろう材
に対して１０点の接合試料を作製し、断面研磨をおこな
って接合後の半田の厚さを調査した。その結果を第２表
の資料番号１２〜１５に示した。表より、本発明合金ろ
う材を使用して接合をおこなうと、Ｇｅの添加量が０．
０５以下では十分な厚みが得られず、５．０％を越える
と、厚すぎ、かつばらつきも極めて大きくなることがわ
かった。
様にシリコンチップを接合した。それぞれの合金ろう材
に対して１０点の接合試料を作製し、断面研磨をおこな
って接合後の半田の厚さを調査した。その結果を第２表
の資料番号１２〜１５に示した。表より、本発明合金ろ
う材を使用して接合をおこなうと、Ｇｅの添加量が０．
０５以下では十分な厚みが得られず、５．０％を越える
と、厚すぎ、かつばらつきも極めて大きくなることがわ
かった。
【００２３】 表１ 試料 合金組成 鋳造温度 Ｇｅ粒子の粒径 番号 単位：重量％ 単位：℃ （任意に２０点測定） 単位：μｍ Ａｇ Ｇｅ Ｓｎ 平均値 最大値 最小値 １ 3.0 0.1 残部 600 5.0 15.0 2.0 ２ 2.0 0.3 残部 600 6.5 15.0 5.0 ３ 3.0 1.0 残部 600 8.5 23.0 3.0 ４ 3.0 1.0 残部 700 8.0 20.0 5.0 ５ 2.0 1.0 残部 600 8.5 21.0 3.0 ６ 3.0 3.0 残部 600 10.5 23.0 5.0 ７ 3.0 3.0 残部 700 9.0 22.0 5.0 ８ 2.0 3.0 残部 600 11.0 25.0 5.0 ９ 3.0 5.0 残部 600 12.5 25.0 5.0 １０ 3.0 5.0 残部 700 12.5 20.0 5.0 １１ 3.0 0.0 残部 600 存在せず 存在せず 存在せず １２ 3.0 0.05 残部 600 1.2 2.0 1.0 １３ 3.0 6.0 残部 600 15.0 50.0 5.0 １４ 3.0 6.0 残部 700 15.5 30.0 5.0
【００２４】 表２ 試料 合金組成 接合後のろう材層の厚さ 番号 単位：重量％ （１０試料の各中心部分の厚さ平均） 単位：μｍ Ａｇ Ｇｅ Ｓｎ 平均値 最大値 最小値 ばらつき １ 3.0 0.1 残部 12.0 23.0 11.0 12.0 ２ 2.0 0.3 残部 16.0 20.5 10.5 10.0 ３ 3.0 1.0 残部 17.0 20.0 12.5 8.5 ４ 3.0 1.0 残部 15.0 22.5 10.0 12.5 ５ 2.0 1.0 残部 18.0 25.0 12.0 13.0 ６ 3.0 3.0 残部 20.0 25.0 15.0 10.0 ７ 3.0 3.0 残部 18.0 22.5 12.5 10.0 ８ 2.0 3.0 残部 22.0 30.0 12.5 17.5 ９ 3.0 5.0 残部 30.0 40.0 20.0 20.0 １０ 3.0 5.0 残部 32.0 40.0 15.0 25.0 １１ 3.0 0.0 残部 5.0 15.0 1.0 14.0 １２ 3.0 0.05 残部 5.0 15.0 1.0 14.0 １３ 3.0 6.0 残部 72.0 120.0 35.0 85.0 １４ 3.0 6.0 残部 60.0 100.0 40.0 60.0
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の合金ろう
材では、Ｇｅ粒子を介在させるため、接合後に得られる
半田層の厚みのばらつきが小さくなる。また、本発明の
合金ろう材は従来の合金ろう材と全く同一の製造工程で
作製することができるので、製造コストの上昇を伴わな
い。よって、半導体装置組立において、その組立歩留り
を、部材コストを上昇させることなく改善することがで
きる。
材では、Ｇｅ粒子を介在させるため、接合後に得られる
半田層の厚みのばらつきが小さくなる。また、本発明の
合金ろう材は従来の合金ろう材と全く同一の製造工程で
作製することができるので、製造コストの上昇を伴わな
い。よって、半導体装置組立において、その組立歩留り
を、部材コストを上昇させることなく改善することがで
きる。
【図１】本発明合金ろう材を使用した接合状態断面模式
図である。
図である。
１―――シリコンチップ ２―――合金ろう材 ３―――基板 ４―――Ｇｅ析出粒子
Claims (1)
- 【請求項１】Ｓｎを主体とし、Ａｇを重量濃度で０．０
５〜３．５％を含有した合金ろう材をベースとし、Ｇｅ
を０．１％〜５．０％含有し、かつ存在するＧｅ析出粒
子の最大粒径が５〜８０μｍの範囲内であることを特徴
とするダイボンディング用合金ろう材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061877A JP2001246492A (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | ダイボンディング用合金ろう材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061877A JP2001246492A (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | ダイボンディング用合金ろう材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001246492A true JP2001246492A (ja) | 2001-09-11 |
Family
ID=18581957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000061877A Pending JP2001246492A (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | ダイボンディング用合金ろう材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001246492A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1284353A2 (en) | 2001-08-15 | 2003-02-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel injection control for start-up of internal combustion engine |
| JP2008188611A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Zojirushi Corp | Ｐｂ・Ｓｂフリーはんだ合金、プリント配線基板および電子機器製品 |
-
2000
- 2000-03-02 JP JP2000061877A patent/JP2001246492A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1284353A2 (en) | 2001-08-15 | 2003-02-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel injection control for start-up of internal combustion engine |
| JP2008188611A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Zojirushi Corp | Ｐｂ・Ｓｂフリーはんだ合金、プリント配線基板および電子機器製品 |
| JP4673860B2 (ja) * | 2007-02-02 | 2011-04-20 | 象印マホービン株式会社 | Ｐｂ・Ｓｂフリーはんだ合金、プリント配線基板および電子機器製品 |
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