JP2006320913A

JP2006320913A - 高温はんだ合金

Info

Publication number: JP2006320913A
Application number: JP2005143983A
Authority: JP
Inventors: Nobumoto Mori; 伸幹森; Shuichi Nomura; 修一野村
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】ＣｕやＮｉに対する濡れ性を向上させ、Ｐｂを含まない高温はんだ合金によるろう材を提供する。
【解決手段】Ｇｅを２〜９質量％、Ａｌを２〜９質量％、Ｖを０．０１〜１．０質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるろう材か、あるいは、Ｇｅを２〜９質量％、Ａｌを２〜９質量％、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％、Ｖを０．０１〜１．０質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるろう材を溶製する。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子部品や機械部品の組立などにおけるろう材として用いる高温はんだ合金に関し、特に、Ｚｎ系はんだ合金に関する。

パワートランジスタ素子のダイボンディングを始めとする各種電子部品の組立工程におけるはんだ付けでは、高温はんだ付けが行われ、比較的高温の３００℃前後の融点を有するはんだ合金が、ろう材として用いられている。かかるろう材として、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ合金に代表されるＰｂ合金（Ｐｂ系はんだ合金）が、従来より用いられている。

しかし、近年、環境汚染に対する配慮から、Ｐｂの使用を制限する動きが強くなってきている。こうした動きに対応して電子組立の分野においても、Ｐｂを含まない高温はんだ合金によるろう材が求められている。

Ｐｂを含まないろう材として、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇ合金が、特開２０００−２０８５３３号に記載されている。かかる合金により、３５０℃前後の温度で、ダイボンディングが可能で、かつ、ワイヤボンディング性や接合信頼性に優れたろう材が提供される。しかし、かかる合金では、Ａｇめっきに対する濡れ性は得られるものの、ＣｕやＮｉに対しては濡れ性が不足して接合することができないという問題があった。

特開２０００−２０８５３３号公報

本発明の目的は、前記事情に鑑み、ＣｕやＮｉに対する濡れ性を向上させ、Ｐｂを含まない高温はんだ合金によるろう材を提供することにある。

本発明の高温はんだ合金は、Ｇｅを２〜９質量％、Ａｌを２〜９質量％、Ｖを０．０１〜１．０質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる。

あるいは、Ｇｅを２〜９質量％、Ａｌを２〜９質量％、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％Ｖを０．０１〜１．０質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる。

本発明の半導体装置は、前記のいずれかの高温はんだ合金をろう材として用いて組み立てられる。

本発明の高温はんだ合金は、Ｐｂを含まないＺｎ系合金からなり、かつ、従来のＺｎ系合金に比べてＣｕやＮｉに対する濡れ性が向上するため、ろう材として、半導体装置の組立に、広範囲に適用できる。その結果、Ｐｂを含まない環境に配慮した半導体装置を提供できる。

本発明の高温はんだ合金は、融点が４２０℃であるＺｎをベースとし、ＧｅおよびＶを添加することにより、Ａｇのみならず、ＣｕやＮｉに対しても、濡れ性を向上させ、さらに、Ａｌを添加することにより、半導体装置の組立に際するダイボンディング温度を低温化させている。

Ｇｅは、２〜９質量％、含有する。２質量％未満では、特にＡｇに対する濡れ性の向上が不十分で、ダイボンディング時に接合不良を発生する確率が高くなる。また、９質量％を超えると、合金硬度が高くなりすぎて、熱サイクル試験等の耐環境試験においてチップ割れを発生するようになる。好ましくは、３〜７質量％、含有する。

Ａｌは、２〜９質量％、含有する。２質量％未満では、ダイボンディング温度の低下効果が不十分となる。また、９質量％を超えると、ダイボンディング温度の低下効果が飽和するだけでなく、濡れ性が低下してダイボンディング時に接合不良を発生するようになる。好ましくは、４〜８質量％、含有する。

Ｖは、特にＣｕやＮｉに対する濡れ性を改善する元素である。Ｖの添加によりＺｎ−Ａｌ−Ｇａ合金の濡れ性を、Ａｇに対してだけではなく、ＣｕやＮｉに対しても向上させることができる。これは、ろう材の溶解時に、酸素がＶと優先的に反応し、溶解体表面に酸化膜が発生するのを防止し、濡れ性がより改善されるためと推定している。Ｖは、０．０１〜１．０質量％、含有する。０．０１質量％未満では、前記濡れ性を向上させる効果が低すぎてしまう。また、１．０質量％を超えると、Ｖの酸化物により濡れ性が低下してしまう。

前記組成に加えて、さらにＭｇを添加することが好ましい。Ｍｇは、合金の耐食性を向上させることにより、素子使用中での接合の信頼性を向上させる働きをする元素である。Ｍｇは、０．０１〜０．５質量％、含有することが好ましい。０．０１質量％未満では、添加効果が不十分である。また、０．５質量％を超えると、合金の濡れ性が低下して、ダイボンディング時に接合不良を発生するようになる。好ましくは、０．１〜０．３質量％、含有する。

［実施例１〜１２、比較例１〜２］
Ｚｎ地金、Ａｌ地金、Ｍｇ地金、金属Ｇｅおよび金属Ｖ（以上の原料は、いずれも純度９９．９質量％）を用い、大気溶解炉により、各組成が異なる１４種類のろう材を溶製した。得られたろう材を化学分析した。結果を表１に示す。

前記溶製したろう材について、濡れ性の評価を次のように行った。

（１）４００℃窒素気流中で保持するろう材浴を調製する。

（２）片面にＮｉめっきを施した銅片を、前記ろう材浴中に５秒間浸漬した後、取り出して、観察する。

（３）Ｎｉめっき面および銅面にろう材が濡れ広がった場合に「良」と評価し、濡れ広がらなかった場合に「不良」と評価する。その評価の結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜１２のろう材を使用した場合は、ＣｕやＮｉに対しても良好な濡れ性が得られ、電子部品や機械部品の組立における高温はんだ付用に好適であり、かつ、広範囲に適用できることがわかる。

Claims

Ｇｅを２〜９質量％、Ａｌを２〜９質量％、Ｖを０．０１〜１．０質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ合金。
Ｇｅを２〜９質量％、Ａｌを２〜９質量％、Ｍｇを０．０１〜０．５質量％、Ｖを０．０１〜１．０質量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温はんだ合金。
請求項１または２に記載の高温はんだ合金をろう材として用いて組み立てられることを特徴とする半導体装置。