JP2007109829A - Solder joint forming method - Google Patents

Solder joint forming method Download PDF

Info

Publication number
JP2007109829A
JP2007109829A JP2005298239A JP2005298239A JP2007109829A JP 2007109829 A JP2007109829 A JP 2007109829A JP 2005298239 A JP2005298239 A JP 2005298239A JP 2005298239 A JP2005298239 A JP 2005298239A JP 2007109829 A JP2007109829 A JP 2007109829A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder
substrate
layer
electronic device
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005298239A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Oshika
嘉和 大鹿
Masayuki Nakano
雅之 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dowa Holdings Co Ltd
Original Assignee
Dowa Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dowa Holdings Co Ltd filed Critical Dowa Holdings Co Ltd
Priority to JP2005298239A priority Critical patent/JP2007109829A/en
Publication of JP2007109829A publication Critical patent/JP2007109829A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83909Post-treatment of the layer connector or bonding area
    • H01L2224/83948Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solder joint forming method capable of enhancing initial joint strength in solder joint, and of securely solder joining electronic devices or the like. <P>SOLUTION: An electronic device mounting substrate 1 includes a substrate 2, an electrode layer 4 formed on the substrate, and a solder layer 5 formed on the electrode layer. The solder joint is formed beforehand by applying heat treatment at a low heat treatment temperature lower than a melting point of the solder layer 5 to the electronic device mounting substrate 1, where an electronic device is joined with the solder layer 5. The initial joint strength can be made ≥30 MPa as an equilibrium state by heat treating a solder constituting the solder layer 5 after the solder junction of the electronic device. Failure soldering of the electronic device is reduced to improve the yield in the electronic device mounting. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板に設けた半田層へ半導体装置などの電子デバイスを接合する際の、半田接合形成方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a solder joint when an electronic device such as a semiconductor device is joined to a solder layer provided on a substrate.

通常、各種の電子部品はプリント基板上に形成される銅配線パターン上の所定箇所に搭載され、半田付けされて電子回路の結線を行っている。
しかしながら、プリント基板の材料として、紙フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの各種樹脂が使用されている場合には、基板は低コストではあるが、放熱性がよくない。
Normally, various electronic components are mounted at predetermined locations on a copper wiring pattern formed on a printed circuit board and soldered to connect electronic circuits.
However, when various resins such as paper phenol resin, epoxy resin, and glass epoxy resin are used as the material of the printed circuit board, the substrate is low in cost but has poor heat dissipation.

特許文献1には、半導体搭載用回路基板の高密度実装化のために、Al,Cu等のパターニングされたメタルベース基板上に、絶縁フィラーを流し込んで、回路を形成するようにした半導体実装用回路基板が開示されている。この文献に記載された基板においては、絶縁フィラーとして、厚さ100μmのシリカ含有エポキシ樹脂を用い、この樹脂の上面にアルミニウム及び銅からなる箔が配線層として形成されている。   Patent Document 1 discloses a semiconductor mounting circuit in which an insulating filler is poured onto a patterned metal base substrate made of Al, Cu or the like to form a circuit for high-density mounting of a circuit board for mounting a semiconductor. A circuit board is disclosed. In the substrate described in this document, a silica-containing epoxy resin having a thickness of 100 μm is used as an insulating filler, and a foil made of aluminum and copper is formed as a wiring layer on the upper surface of the resin.

特許文献2には、AlNからなるセラミック基板上に、Cu等の導電層を貼付等により設けて、この導電層をパターンニングすることにより、回路を形成するようにした、ICパッケージなどに用いることができる金属薄膜積層セラミック基板が開示されている。   In Patent Document 2, a conductive layer made of Cu or the like is provided on a ceramic substrate made of AlN by pasting or the like, and this conductive layer is patterned to form a circuit, which is used for an IC package or the like. A metal thin film multilayer ceramic substrate that can be used is disclosed.

上記の各種基板においては、さらに、導電層上に半田層を形成し、この半田層に半導体装置や抵抗やコンデンサなどの各種部品を半田接合により実装している。近年、半田層は、環境負荷低減のため、鉛(Pb)を含まない所謂Pbフリー半田、例えば、Au−Sn、Ag−Sn、In−Sn、Zn−Snなどの半田で形成することが提案されている。   In the various substrates described above, a solder layer is further formed on the conductive layer, and various components such as a semiconductor device, a resistor, and a capacitor are mounted on the solder layer by solder bonding. In recent years, it has been proposed to form a solder layer with a so-called Pb-free solder that does not contain lead (Pb), for example, a solder such as Au—Sn, Ag—Sn, In—Sn, or Zn—Sn, in order to reduce environmental burden. Has been.

サブマウント基板上に最上層が金(Au)からなる電極層を形成し、この電極層上に半田層をAu−SnなどのPbフリー半田で形成する場合、半田層が加熱されることにより一旦溶解し、その後急冷されて硬化する。このため、半田層を構成する半田自体が非平衡状態になりやすく、初期接合強度が不安定な状態になってしまうことが知られている。例えば、非特許文献1には、Pbフリー半田を室温に放置しても平衡に達するまでには10ケ月以上掛かることが、報告されている。   When an electrode layer whose uppermost layer is made of gold (Au) is formed on the submount substrate, and a solder layer is formed on the electrode layer with Pb-free solder such as Au-Sn, the solder layer is heated once. Dissolve, then quench and harden. For this reason, it is known that the solder itself constituting the solder layer tends to be in a non-equilibrium state, and the initial bonding strength becomes unstable. For example, Non-Patent Document 1 reports that even if Pb-free solder is left at room temperature, it takes 10 months or more to reach equilibrium.

このため、Pbフリー半田を用いて半田層を構成する半田自体が非平衡状態になりやすく、初期接合強度が不安定な状態になってしまうことが知られている。非特許文献2においては、Pbフリー半田を用いた半導体レーザパッケージにおいて、半田接合後の熱サイクルによる負荷が加わった場合に、この熱サイクル負荷により、徐々に半田接合の接合強度が変化することが報告されている。したがって、半導体装置等の電子デバイスの実装時に、電子デバイスのPbフリー半田接合の初期接合強度が、比較的低くなってしまう。   For this reason, it is known that the solder itself constituting the solder layer using Pb-free solder is likely to be in an unbalanced state, and the initial bonding strength is unstable. In Non-Patent Document 2, in a semiconductor laser package using Pb-free solder, when a load due to a thermal cycle after solder bonding is applied, the bonding strength of the solder junction gradually changes due to the thermal cycle load. It has been reported. Therefore, when an electronic device such as a semiconductor device is mounted, the initial bonding strength of the Pb-free solder bonding of the electronic device is relatively low.

特許第3156798号公報Japanese Patent No. 3156798 特許第2762007号公報Japanese Patent No. 2762007 V. SIMIC and Z. MARINKOVIC, “Thin film interdiffusion of Au and Sn at room temperature", J. Less-Common Metals, 51, pp.177-179, 1977V. SIMIC and Z. MARINKOVIC, “Thin film interdiffusion of Au and Sn at room temperature”, J. Less-Common Metals, 51, pp.177-179, 1977 J-H. Kuang 他5名, “Effect of Temperature Cycling on Joint Strength of PbSn and AuSn Solders in Laser Packages", IEEE Trans., Adv. Pack, Vol.24, No.4, pp.563-568, 2001J-H. Kuang and five others, “Effect of Temperature Cycling on Joint Strength of PbSn and AuSn Solders in Laser Packages”, IEEE Trans., Adv. Pack, Vol.24, No.4, pp.563-568, 2001

従来の半田接合において、半導体装置等の電子デバイスと半田層との接合強度を向上させるためには、300℃以上の温度で接合することが好ましい。しかしながら、300℃以上の温度で半田接合を行なった場合には、半導体装置や電子部品などの電子デバイスへの熱負荷が大きくなり、半導体装置のチップ自体等の損傷が生じる場合がある。
一方、300℃以下の温度で半田接合を行なった場合には、電子デバイスへの熱負荷が小さくなるので、半導体装置のチップ自体等の損傷が生じる可能性は低くなるが、半田接合の初期接合強度が弱く、落下等により半田接合が外れてしまうおそれがあることから、電子部品を実装した基板の取扱いに注意が必要である。したがって、半田接合の接合強度を短期間に増大させることが課題となっている。
In conventional solder bonding, it is preferable to bond at a temperature of 300 ° C. or higher in order to improve the bonding strength between an electronic device such as a semiconductor device and a solder layer. However, when solder bonding is performed at a temperature of 300 ° C. or higher, a thermal load on an electronic device such as a semiconductor device or an electronic component increases, and the semiconductor device chip itself may be damaged.
On the other hand, when solder bonding is performed at a temperature of 300 ° C. or lower, the thermal load on the electronic device is reduced, so that the possibility of damage to the chip of the semiconductor device is reduced. Since the strength is weak and there is a possibility that the solder joint may come off due to dropping or the like, attention must be paid to the handling of the board on which the electronic component is mounted. Therefore, it is a problem to increase the bonding strength of solder bonding in a short time.

この発明は、以上の点に鑑み、半田接合における初期接合強度を高め、電子デバイス等が確実に半田接合され得るようにした、半田接合形成方法を提供することを目的としている。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide a method for forming a solder joint in which an initial joint strength in solder joint is increased and an electronic device or the like can be securely soldered.

上記目的を達成するために、本発明の半田接合形成方法は、基板と、基板上に形成される電極層と、電極層上に形成される半田層と、を含む電子デバイス実装基板において、予め電子デバイスが半田層に接合された電子デバイス実装基板を、半田層の融点よりも低温の熱処理温度にて熱処理を施すことを特徴とする。
本発明の半田接合形成方法は、基板と、基板上に形成される電極層と、電極層上に形成される半田層とを含む電子デバイス実装基板への電子デバイスの半田接合形成方法であって、電子デバイスを、半田層により半田接合する工程と、半田層を、半田層の融点よりも低温の熱処理温度にて熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for forming a solder joint according to the present invention includes, in advance, an electronic device mounting substrate including a substrate, an electrode layer formed on the substrate, and a solder layer formed on the electrode layer. The electronic device mounting substrate in which the electronic device is bonded to the solder layer is heat-treated at a heat treatment temperature lower than the melting point of the solder layer.
The method for forming a solder joint of the present invention is a method for forming a solder joint of an electronic device to an electronic device mounting substrate including a substrate, an electrode layer formed on the substrate, and a solder layer formed on the electrode layer. And a step of soldering the electronic device with a solder layer, and a step of heat-treating the solder layer at a heat treatment temperature lower than the melting point of the solder layer.

上記構成によれば、半田層を構成する半田が、加熱による電子デバイスの接合後に、熱処理されることによって、電子デバイスの初期接合強度を向上させ、電子デバイスが確実に半田接合されることになる。したがって、電子デバイスの半田付け不良が低減され、電子デバイス実装における歩留まりが向上すると共に、電子デバイスを実装した基板の取扱いが容易になる。   According to the above configuration, the solder constituting the solder layer is heat-treated after the electronic device is joined by heating, so that the initial joining strength of the electronic device is improved and the electronic device is securely soldered. . Therefore, defective soldering of the electronic device is reduced, the yield in mounting the electronic device is improved, and handling of the board on which the electronic device is mounted becomes easy.

上記構成において、半田接合を行なう温度は、好ましくは300℃以下である。また、熱処理温度は、好ましくは125℃以上である。熱処理の時間は、好ましくは25時間以上とする。
上記構成によれば、半田接合温度を300℃以下とすることで、半導体装置のチップなどの損傷を防ぐことができる。そして、半田層の熱処理により電子デバイスの初期接合強度を30MPa以上に高めることができる。
In the above configuration, the temperature at which solder bonding is performed is preferably 300 ° C. or less. The heat treatment temperature is preferably 125 ° C. or higher. The heat treatment time is preferably 25 hours or longer.
According to the above configuration, damage to the chip of the semiconductor device can be prevented by setting the solder bonding temperature to 300 ° C. or lower. The initial bonding strength of the electronic device can be increased to 30 MPa or more by heat treatment of the solder layer.

本発明によれば、電子デバイスの半田接合後に、半田層を構成する半田を熱処理することによって、初期接合強度を30MPa以上とすることができる。これにより、電子デバイスの半田接合の初期接合強度が高められるので、電子デバイスが確実に半田接合されることになり、電子デバイスの半田付け不良が低減され、電子デバイス実装における歩留まりが向上する。   According to the present invention, the initial bonding strength can be set to 30 MPa or more by heat-treating the solder constituting the solder layer after the solder bonding of the electronic device. As a result, the initial bonding strength of the solder bonding of the electronic device is increased, so that the electronic device is securely soldered, the soldering failure of the electronic device is reduced, and the yield in mounting the electronic device is improved.

以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
最初に、本発明の半田接合形成方法に用いる基板について説明する。
図1は、本発明の半田接合形成方法に用いる基板の構造を模式的に示す断面図である。図1に示すように、電子デバイス実装基板1は、サブマウント基板2の片面及び/又は両面に形成される電極層4と、この電極層4表面の所定箇所に形成される半田層5と、から構成されている。この半田層5は、密着層3を介して電極層4上に形成されてもよい。ここで、電極層4の所定箇所としては、発光ダイオードなどの場合には、全面でもよいし、電極パターンであってもよい。また、電極層4の一部には、金線を接続して電気回路を形成してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.
First, the substrate used in the solder joint forming method of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a substrate used in the solder joint forming method of the present invention. As shown in FIG. 1, an electronic device mounting substrate 1 includes an electrode layer 4 formed on one side and / or both sides of a submount substrate 2, a solder layer 5 formed at a predetermined position on the surface of the electrode layer 4, It is composed of The solder layer 5 may be formed on the electrode layer 4 through the adhesion layer 3. Here, the predetermined portion of the electrode layer 4 may be the entire surface or an electrode pattern in the case of a light emitting diode or the like. Further, a gold wire may be connected to a part of the electrode layer 4 to form an electric circuit.

サブマウント基板2としては、熱伝導率の高い窒化アルミニウム(AlN)、シリコンカーバイド(SiC)、ダイヤモンドIIaなどを用いることができる。また、サブマウント基板2の側面にも、上記と同様な電極層を形成してサブマウント基板2の上面と下面を電気的に接続してもよい。   As the submount substrate 2, aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), diamond IIa, or the like having high thermal conductivity can be used. Further, an electrode layer similar to the above may be formed on the side surface of the submount substrate 2 to electrically connect the upper surface and the lower surface of the submount substrate 2.

図2及び図3は、本発明の半田接合形成方法に用いる基板の別の例として、金属−セラミック複合基板の構造を模式的に示す断面図である。図2において、金属−セラミック複合基板10は、金属基板11と、この金属基板11の表面及び裏面にてこの金属基板11の全体を覆うように形成されたセラミック層12,12と、この表面側のセラミック層12の一部または全面を覆うようにセラミック層12の表面に形成された電極層13と、この電極層13表面の所定箇所13Aに形成された半田層14と、から構成されている。   2 and 3 are cross-sectional views schematically showing the structure of a metal-ceramic composite substrate as another example of the substrate used in the solder joint forming method of the present invention. In FIG. 2, the metal-ceramic composite substrate 10 includes a metal substrate 11, ceramic layers 12 and 12 formed so as to cover the entire metal substrate 11 on the front and back surfaces of the metal substrate 11, and the surface side thereof. The electrode layer 13 is formed on the surface of the ceramic layer 12 so as to cover a part or the entire surface of the ceramic layer 12, and the solder layer 14 is formed at a predetermined position 13 </ b> A on the surface of the electrode layer 13. .

ここで、電極層13の所定箇所13Aとしては、発光ダイオードなどの場合には、全面でもよい。また、半田層が形成されない電極層13Bがあってもよい。この電極層13Bにはパターンが形成されていてもよい。また、電極層13Bの一部には、金線を接続して電気回路を形成してもよい。   Here, the predetermined portion 13A of the electrode layer 13 may be the entire surface in the case of a light emitting diode or the like. There may also be an electrode layer 13B on which no solder layer is formed. A pattern may be formed on the electrode layer 13B. Further, an electric circuit may be formed by connecting a gold wire to a part of the electrode layer 13B.

金属基板11の裏面側にも、電極層13や半田層14を設けてもよい。図3に示す金属−セラミック複合基板10Aの場合には、金属基板11の裏面側に、セラミック層12と電極層13と半田層14と、を順に積層した例を示している。また、上記金属基板11とセラミック層12との間及び/又は上記電極層13と半田層14との間には、成膜時の密着性を高めるために密着層を配置してもよい。密着層としては、チタンを好適に用いることができる。   An electrode layer 13 and a solder layer 14 may also be provided on the back side of the metal substrate 11. In the case of the metal-ceramic composite substrate 10 </ b> A shown in FIG. 3, an example is shown in which the ceramic layer 12, the electrode layer 13, and the solder layer 14 are sequentially laminated on the back surface side of the metal substrate 11. In addition, an adhesion layer may be disposed between the metal substrate 11 and the ceramic layer 12 and / or between the electrode layer 13 and the solder layer 14 in order to improve adhesion during film formation. Titanium can be suitably used as the adhesion layer.

上記金属基板11としては、銅,アルミニウム等の金属からなるメタルベース基板が使用されることができる。このようなメタルベース基板は、例えば200W/mK以上の熱伝導率を有していることが望ましい。   As the metal substrate 11, a metal base substrate made of a metal such as copper or aluminum can be used. Such a metal base substrate desirably has a thermal conductivity of, for example, 200 W / mK or more.

上記セラミック層12は、金属基板11との密着性が良好なセラミック薄膜、好ましくは熱抵抗が小さい窒化アルミニウム(AlN)等の窒化物系セラミック薄膜を使用することができる。   As the ceramic layer 12, a ceramic thin film having good adhesion to the metal substrate 11, preferably a nitride ceramic thin film such as aluminum nitride (AlN) having a low thermal resistance can be used.

本発明の半田接合形成方法に用いる電子デバイス実装基板1,10の2例を説明したが、上記例示に限らず、電極層4,13とその上部に形成される半田層5,14を備え、電子デバイスが半田層5,14により接合される、即ち実装できる基板であればどのような構造の基板でもよい。   Although two examples of the electronic device mounting substrates 1 and 10 used in the solder joint forming method of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above examples, and includes electrode layers 4 and 13 and solder layers 5 and 14 formed thereon. A substrate having any structure may be used as long as the electronic device is bonded by the solder layers 5 and 14, that is, can be mounted.

電極層4,13は、金属が望ましく、特に金(Au),白金(Pt),銀(Ag),銅(Cu),鉄(Fe),アルミニウム(Al),チタン(Ti),タングステン(W)の何れか、あるいはこれらの金属の何れかを含む合金が使用され得る。   The electrode layers 4 and 13 are preferably made of metal, particularly gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe), aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W Or alloys containing any of these metals may be used.

半田層5,14には、鉛(Pb)を含まない、すなわちPbフリーハンダが望ましい。さらに好ましくは、銀,金,銅,亜鉛(Zn),ニッケル(Ni),インジウム(In),ガリウム(Ga),ビスマス(Bi),アルミニウム,スズ(Sn)のうち、2種類以上の元素を含んだ半田を好ましく用いることができる。   The solder layers 5 and 14 are preferably free of lead (Pb), that is, Pb-free solder. More preferably, two or more kinds of elements of silver, gold, copper, zinc (Zn), nickel (Ni), indium (In), gallium (Ga), bismuth (Bi), aluminum, and tin (Sn) are used. The contained solder can be preferably used.

密着層3は、サブマウント基板1との密着性が良好で、半田層5との相互拡散が生じにくい高融点の金属を使用することが好ましい。密着層3に用いる金属材料としては、チタン(Ti),Cr(クロム),Ni(ニッケル),Mo(モリブデン)などの何れか一つを主成分とする材料を用いることができる。また、Ti,Ni,Cr,Moの何れか一つの合金を主成分とする材料を用いて形成してもよい。   For the adhesion layer 3, it is preferable to use a metal having a high melting point that has good adhesion to the submount substrate 1 and hardly causes mutual diffusion with the solder layer 5. As the metal material used for the adhesion layer 3, a material mainly containing any one of titanium (Ti), Cr (chromium), Ni (nickel), Mo (molybdenum), and the like can be used. Moreover, you may form using the material which has any one alloy of Ti, Ni, Cr, Mo as a main component.

次に、本発明に用いる基板1や金属−セラミック複合基板10による半導体装置の実装について説明する。
図4は、本発明のサブマウントに半導体装置を実装した構造を模式的に示す断面図である。図4に示すようにサブマウント1において、半導体装置7は半田層5aにより半田接合をすることができる。
Next, mounting of a semiconductor device using the substrate 1 or the metal-ceramic composite substrate 10 used in the present invention will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a structure in which a semiconductor device is mounted on the submount of the present invention. As shown in FIG. 4, in the submount 1, the semiconductor device 7 can be soldered by the solder layer 5a.

図5は、図3の金属−セラミック複合基板に半導体装置を実装した構造を模式的に示す断面図である。図5に示すように、本発明に用いる金属−セラミック複合基板10において、半導体装置15の下部電極15Aは半田層14により金属−セラミック複合基板10へ半田接合をすることができる。また、汎用的に使用されているAu−Sn合金からなる半田層14を用いた場合には、半導体装置15はフラックス無しで半田接合をすることができる。   FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a structure in which a semiconductor device is mounted on the metal-ceramic composite substrate of FIG. As shown in FIG. 5, in the metal-ceramic composite substrate 10 used in the present invention, the lower electrode 15 </ b> A of the semiconductor device 15 can be soldered to the metal-ceramic composite substrate 10 by the solder layer 14. Further, when the solder layer 14 made of Au—Sn alloy that is used for general purposes is used, the semiconductor device 15 can be soldered without flux.

一方、図示するように、右側の電極層13Aとは絶縁され、かつ、半田層が形成されていない左側の電極層13B上には、半導体装置15の上部電極15BをAu線16などによりワイヤーボンディングして接続することができる。   On the other hand, as shown in the drawing, the upper electrode 15B of the semiconductor device 15 is wire-bonded by Au wire 16 or the like on the left electrode layer 13B that is insulated from the right electrode layer 13A and has no solder layer formed thereon. Can be connected.

ここで、半導体装置7,15とは、レーザーダイオード又は発光ダイオードのような発光素子、ダイオード、高周波増幅やスイッチングに使用されるトランジスタやサイリスタのような能動素子、集積回路などである。
なお、図4及び図5においては実装する電子部品として半導体装置7,15を示しているが、受動素子や各種能動素子を含む、所謂電子デバイスであれば何でもよく、複数の電子デバイスが基板上の半田層5,14に半田接合されてもよい。
Here, the semiconductor devices 7 and 15 are light emitting elements such as laser diodes or light emitting diodes, diodes, active elements such as transistors and thyristors used for high frequency amplification and switching, integrated circuits, and the like.
4 and 5, the semiconductor devices 7 and 15 are shown as electronic components to be mounted, but any so-called electronic device including passive elements and various active elements may be used, and a plurality of electronic devices may be mounted on the substrate. The solder layers 5 and 14 may be soldered together.

ここで、半導体装置7,15の下部の電極層4a,13Aへのハンダ接合は、詳細には以下のようにして行なわれる。
図6は、本発明の基板への半田接合形成方法における工程を順次に示すフローチャートである。基板としては、図2に示した金属−セラミック複合基板10として説明するが、図1に示した電子デバイス実装基板1でも同様である。図6のフローチャートに示すように、ステップS1にて、まず半導体装置15の下部電極15Aが、金属−セラミック複合基板10の半田層14上に載置される。
Here, the solder bonding to the lower electrode layers 4a and 13A of the semiconductor devices 7 and 15 is performed in detail as follows.
FIG. 6 is a flowchart sequentially showing the steps in the method of forming a solder joint on a substrate according to the present invention. The substrate will be described as the metal-ceramic composite substrate 10 shown in FIG. 2, but the same applies to the electronic device mounting substrate 1 shown in FIG. As shown in the flowchart of FIG. 6, in step S <b> 1, first, the lower electrode 15 </ b> A of the semiconductor device 15 is placed on the solder layer 14 of the metal-ceramic composite substrate 10.

続いて、ステップS2にて、半田層14が、ランプ加熱法等によって、例えば300℃大気中雰囲気にて加熱され、半田層14を構成する半田が溶解する。これにより、上記半田が半導体装置15の下部電極15Aに接触し、いわゆる濡れた状態となる。加熱が終了すると、半田層14を構成する半田は、次のステップS3で行なう熱処理温度まで降温されることで硬化し、半田接合される。このとき、上記半田層14を構成する半田は、熱処理温度まで降温されても、初期接合強度が不安定な状態にある。この場合、熱処理温度までの降温は、早すぎると冷却中に半田層14に歪みが入り、残留応力が発生するので好ましくない。熱処理温度までの降温は、例えば、加熱に用いる炉を所謂炉冷して行なってもよい。   Subsequently, in step S2, the solder layer 14 is heated, for example, in an air atmosphere at 300 ° C. by a lamp heating method or the like, and the solder constituting the solder layer 14 is dissolved. As a result, the solder comes into contact with the lower electrode 15A of the semiconductor device 15 and is in a so-called wet state. When the heating is completed, the solder constituting the solder layer 14 is cured by being lowered to the heat treatment temperature performed in the next step S3, and is soldered. At this time, even if the solder constituting the solder layer 14 is lowered to the heat treatment temperature, the initial bonding strength is unstable. In this case, if the temperature is lowered to the heat treatment temperature too early, the solder layer 14 is distorted during cooling and residual stress is generated, which is not preferable. The temperature lowering to the heat treatment temperature may be performed, for example, by so-called furnace cooling of a furnace used for heating.

また、半田接合した後で室温まで冷却して、その後、半田層14または電子デバイス実装基板1,10を、後述する熱処理温度まで昇温してもよい。   Alternatively, after soldering, the solder layer 14 or the electronic device mounting substrates 1 and 10 may be heated to a heat treatment temperature to be described later.

次に、ステップS3にて、半田層14を、所定の熱処理温度で所定時間熱処理する。これにより、半田層14を構成する半田の初期接合強度を向上させることができる。この場合、熱処理温度は、加熱に用いる炉を一定温度を保つように温度制御されることが好適である。   Next, in step S3, the solder layer 14 is heat-treated at a predetermined heat treatment temperature for a predetermined time. Thereby, the initial joining strength of the solder which comprises the solder layer 14 can be improved. In this case, the heat treatment temperature is preferably temperature-controlled so that the furnace used for heating is kept at a constant temperature.

上記熱処理は、熱処理温度を2段階以上で行なってもよい。例えば、最初の熱処理温度を150℃とし、次に200℃で行なうようにすることができる。また、最初の125℃以上の熱処理温度から所定の熱処理温度まで、半田層14の融点を越えない温度領域で連続的に変化させてもよい。また、熱処理時間は、それぞれの熱処理温度を考慮して、最終的に半田接合の接合強度を30MPa以上となるようにすればよい。好ましくは、35MPa以上である。例えば、上記熱処理温度で熱処理した後、一度室温まで冷却した後、再度熱処理を施してもよい。熱処理は、半田接合に用いる加熱装置や、専用の熱処理用の電気炉などを用いた加熱装置により実施することができる。   The heat treatment may be performed in two or more stages. For example, the first heat treatment temperature may be 150 ° C., and then 200 ° C. Further, the temperature may be continuously changed from the first heat treatment temperature of 125 ° C. or higher to a predetermined heat treatment temperature in a temperature range not exceeding the melting point of the solder layer 14. Further, the heat treatment time may be such that the bonding strength of the solder joint finally becomes 30 MPa or more in consideration of each heat treatment temperature. Preferably, it is 35 MPa or more. For example, after heat treatment at the above heat treatment temperature, the heat treatment may be performed again after cooling to room temperature. The heat treatment can be performed by a heating device used for solder bonding or a heating device using a dedicated electric furnace for heat treatment.

上記ステップS1〜S3は、所定のガス雰囲気で行なうことが好ましい。このようなガスとして、大気、窒素のような不活性ガス、不活性ガスに水素などを混合したガスなどを用いることができる。また、予め、電子デバイス実装基板1,10に電子デバイスを半田接合した後で、これらの基板に上記熱処理を施してもよい。このようにすれば、予め大量に作っておいた多数枚の基板に形成された半田接合の熱処理を一括処理、即ちバッチ処理を行うことができる。   The steps S1 to S3 are preferably performed in a predetermined gas atmosphere. As such a gas, air, an inert gas such as nitrogen, a gas obtained by mixing an inert gas with hydrogen, or the like can be used. In addition, after the electronic device is soldered to the electronic device mounting substrates 1 and 10 in advance, the heat treatment may be performed on these substrates. By doing so, it is possible to perform batch processing, that is, batch processing, of heat treatment for solder bonding formed on a large number of substrates prepared in large quantities in advance.

半田層14として、その融点が300℃以下の組成を有するAuとSnからなる半田を用いた場合には、上記熱処理温度としては、例えば、125℃以上、200℃以下とすることが好ましい。この熱処理温度においては、効果的に接合強度を向上させることができる。また、同一の熱処理温度で熱処理を施す場合には、熱処理時間として25時間以上とすれば、半導体装置15と半田層14との初期接合強度を30MPa以上とすることができ、後述するテープ剥離試験に耐える接合強度が得られる。したがって、低温で長時間熱処理を行なうことにより、半田層14の残留応力を無くすことができる。そして、比較的高温で短時間の熱処理を行なう場合には、短時間で接合強度を向上させることができるので、量産性に優れた半田接合形成を実施することができる。   When solder composed of Au and Sn having a composition with a melting point of 300 ° C. or lower is used as the solder layer 14, the heat treatment temperature is preferably 125 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, for example. At this heat treatment temperature, the bonding strength can be effectively improved. When heat treatment is performed at the same heat treatment temperature, the initial bonding strength between the semiconductor device 15 and the solder layer 14 can be set to 30 MPa or more by setting the heat treatment time to 25 hours or more. Bond strength that can withstand Therefore, the residual stress of the solder layer 14 can be eliminated by performing the heat treatment for a long time at a low temperature. And when performing heat processing for a short time at comparatively high temperature, since joint strength can be improved in a short time, the solder joint formation excellent in mass-productivity can be implemented.

このようにして、熱処理により平衡状態とされた半田層5,14を介して、半導体装置7,15は、基板の電極層4,13に対して半田接合されることにより、半田層5,14の残留応力14が低減し、半田層5,14の組織の再配列が行なわれる。このため、半田接合の初期接合強度が安定するので、半田接合が確実に行なわれることになる。したがって、電子デバイスの実装工程における半田不良の発生が抑制され、電子デバイス実装の歩留まりが向上する。   In this manner, the semiconductor devices 7 and 15 are soldered to the electrode layers 4 and 13 of the substrate through the solder layers 5 and 14 brought into an equilibrium state by the heat treatment. The residual stress 14 is reduced, and the rearrangement of the structure of the solder layers 5 and 14 is performed. For this reason, since the initial joining strength of solder joining is stabilized, solder joining is reliably performed. Therefore, the occurrence of solder defects in the electronic device mounting process is suppressed, and the yield of electronic device mounting is improved.

上述した実施形態においては、上記セラミック層12は、金属基板11の表面全体に形成してもよい。
また、必要に応じて金属基板11の表面の所定部分に形成してもよい。この場合には、セラミック層12の堆積の前に、フォトリソグラフィー法でパターニングを施した後でセラミック層12を堆積し、その後でパターニングに用いたレジスト膜をエッチングする、所謂リフトオフ法で、所定の領域にのみセラミック層12を形成することができる。
また、所定部分が開口した金属マスクを金属基板11の上に載置した状態で、セラミック層12を堆積してもよい。この場合には金属マスクの開口部だけにセラミック層12が形成される。
In the embodiment described above, the ceramic layer 12 may be formed on the entire surface of the metal substrate 11.
Moreover, you may form in the predetermined part of the surface of the metal substrate 11 as needed. In this case, before the ceramic layer 12 is deposited, the ceramic layer 12 is deposited after the patterning by the photolithography method, and then the resist film used for the patterning is etched. The ceramic layer 12 can be formed only in the region.
Further, the ceramic layer 12 may be deposited in a state where a metal mask having a predetermined portion opened is placed on the metal substrate 11. In this case, the ceramic layer 12 is formed only in the opening of the metal mask.

上述した実施形態においては、上記金属−セラミック複合基板10は、片面基板として構成されているが、金属基板11の表面側の片面だでけでなく裏面側にも、即ち両面に、セラミック層12,電極層13,半田層14を設けてもよく、さらに必要に応じて、セラミック層12と電極層13との間に、セラミック層保護膜を挿入してもよい。   In the embodiment described above, the metal-ceramic composite substrate 10 is configured as a single-sided substrate, but the ceramic layer 12 is not only on one side on the front side of the metal substrate 11 but also on the back side, that is, on both sides. The electrode layer 13 and the solder layer 14 may be provided, and a ceramic layer protective film may be inserted between the ceramic layer 12 and the electrode layer 13 as necessary.

以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
最初に、実施例に用いた金属−セラミック複合基板の製造方法について説明する。
50mm×50mmの大きさで、厚さが300μmであり、熱伝導率が300W/mKのCuからなる金属基板11の両面を洗浄して表面清浄化を行ない、この金属基板11の表面及び裏面全体に、厚さ10μmのAlNからなるセラミック層12をPVD法(物理蒸着法:physical vapor deposition)により形成した。PVD法としては、スパッタ装置を用いた。ターゲットとしてAlを用い、さらに、窒素ガスを同時に供給することでAlN薄膜12を堆積した。このAlN薄膜の熱伝導率は200W/mKであった。
次に、図1に示した金属−セラミック複合基板において、さらに、AlN薄膜12の表面及び裏面の全面にセラミック層保護膜となる、熱伝導率が20W/mKのTiを、真空蒸着装置により0.05μm堆積した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
Initially, the manufacturing method of the metal-ceramic composite substrate used for the Example is demonstrated.
The surface of the metal substrate 11 is cleaned by cleaning both surfaces of the metal substrate 11 made of Cu having a size of 50 mm × 50 mm, a thickness of 300 μm, and a thermal conductivity of 300 W / mK. Further, a ceramic layer 12 made of AlN having a thickness of 10 μm was formed by a PVD method (physical vapor deposition). As the PVD method, a sputtering apparatus was used. AlN thin film 12 was deposited by using Al as a target and supplying nitrogen gas simultaneously. The thermal conductivity of this AlN thin film was 200 W / mK.
Next, in the metal-ceramic composite substrate shown in FIG. 1, Ti having a thermal conductivity of 20 W / mK and serving as a ceramic layer protective film on the entire front and back surfaces of the AlN thin film 12 is further reduced to 0 by a vacuum deposition apparatus. .05 μm deposited.

続いて、フォトリソグラフィー法によるパターニングを行うため、AlN薄膜12及びセラミック層保護膜を形成した金属基板11の表面全体をスピナーを用いてレジストを均一に塗布した後、ベーキング炉によって所定のベーキングを行い、マスクアライナー装置を用いてガンマ線コンタクト露光を行った。露光用のマスクは1mm角のサブマウント寸法で2500個分を同時にパターニングできるように、マスクを設計した。
露光後、テトラメチルアミン系液現像液により、電極層13となる部分のレジストを溶解し、セラミック層保護膜を露出させた。この際、金属基板11の裏面側のセラミック層保護膜には、パターニングを施さなかった。
次に、真空蒸着装置により金属基板11の表面及び裏面側のセラミック層保護膜に、熱熱伝導率が315W/mKの金を蒸着した。そして、金属基板11の表面側のセラミック層保護膜に形成したレジストパターンにリフトオフ工程を施した。具体的には、アセトンを用いてレジスト全体を溶解させることにより、電極層13以外のAuを除去し、所定の電極層13を形成した。電極層13の厚さは0.1μmであり、そのサイズは両面共に800μm角であった。
Subsequently, in order to perform patterning by photolithography, a resist is uniformly applied to the entire surface of the metal substrate 11 on which the AlN thin film 12 and the ceramic layer protective film are formed using a spinner, and then predetermined baking is performed in a baking furnace. Then, gamma ray contact exposure was performed using a mask aligner. The mask for exposure was designed so that 2500 masks could be simultaneously patterned with a 1 mm square submount size.
After the exposure, the resist for the portion that becomes the electrode layer 13 was dissolved with a tetramethylamine-based liquid developer to expose the ceramic layer protective film. At this time, the ceramic layer protective film on the back surface side of the metal substrate 11 was not patterned.
Next, gold having a thermal thermal conductivity of 315 W / mK was vapor-deposited on the ceramic layer protective films on the front and back sides of the metal substrate 11 by a vacuum vapor deposition apparatus. And the lift-off process was given to the resist pattern formed in the ceramic layer protective film of the surface side of the metal substrate 11. FIG. Specifically, by dissolving the entire resist using acetone, Au other than the electrode layer 13 was removed, and a predetermined electrode layer 13 was formed. The thickness of the electrode layer 13 was 0.1 μm, and the size was 800 μm square on both sides.

続いて、電極層13と同様にフォトリソグラフィー法および真空蒸着装置を用い、金属基板11の表面に形成した電極層13の一部に、厚さ5μmの半田層14をリフトオフ工程により形成した。半田層14としては、熱熱伝導率が50W/mKで融点が278℃のAu0.7 Sn0.3 を使用した。半田層14のサイズは、半導体素子接合面が500μm角、サブマウント接合面が800μm角である。この際、金属基板11の裏面側に設けたAu層上の半田層14には、パターニングを施さなかった。 Subsequently, a solder layer 14 having a thickness of 5 μm was formed on a part of the electrode layer 13 formed on the surface of the metal substrate 11 by a lift-off process using the photolithography method and the vacuum vapor deposition apparatus similarly to the electrode layer 13. As the solder layer 14, Au 0.7 Sn 0.3 having a thermal thermal conductivity of 50 W / mK and a melting point of 278 ° C. was used. The size of the solder layer 14 is 500 μm square at the semiconductor element bonding surface and 800 μm square at the submount bonding surface. At this time, the solder layer 14 on the Au layer provided on the back side of the metal substrate 11 was not patterned.

最後に、得られた金属基板11を、ダイシング装置を用いて1mm角に切断し、金属−セラミック複合基板を製造した。   Finally, the obtained metal substrate 11 was cut into 1 mm square using a dicing apparatus to produce a metal-ceramic composite substrate.

この金属−セラミック複合基板に発光ダイオードを半田接合した。具体的には、金属−セラミック複合基板をランプ加熱し、大気雰囲気中において280℃で発光ダイオードの半田接合を行ない、半田接合の後、室温まで急冷した。次に、大気雰囲気中において、125℃で、それぞれ25,50,75時間の熱処理を施し、実施例1の実装例とした。   A light emitting diode was soldered to this metal-ceramic composite substrate. Specifically, the metal-ceramic composite substrate was heated with a lamp, and light emitting diode soldering was performed at 280 ° C. in an air atmosphere. After soldering, the metal-ceramic composite substrate was rapidly cooled to room temperature. Next, heat treatment was performed at 125 ° C. for 25, 50, and 75 hours, respectively, in an air atmosphere to obtain a mounting example of Example 1.

実施例2としては、熱処理温度を150℃とし、25,50,75時間の熱処理を施した以外は実施例1と同様にして、発光ダイオードを実装した。   In Example 2, a light emitting diode was mounted in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 150 ° C. and heat treatment was performed for 25, 50, and 75 hours.

実施例3としては、熱処理温度を175℃とし、25,50,75時間の熱処理を施した以外は実施例1と同様にして、発光ダイオードを実装した。   In Example 3, a light emitting diode was mounted in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 175 ° C. and heat treatment was performed for 25, 50, and 75 hours.

実施例4としては、熱処理温度を200℃とし、25,50,75時間の熱処理を施した以外は実施例1と同様にして、発光ダイオードを実装した。   In Example 4, a light emitting diode was mounted in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was 200 ° C. and heat treatment was performed for 25, 50, and 75 hours.

次に、比較例について説明する。
(比較例)
実施例の半田接合後の熱処理を行なわないことを除いては、実施例と同様に発光ダイオードを、金属−セラミック複合基板に半田接合した。
Next, a comparative example will be described.
(Comparative example)
A light emitting diode was soldered to a metal-ceramic composite substrate in the same manner as in the example except that the heat treatment after soldering in the example was not performed.

次に、実施例1〜4及び比較例の半田接合の接合強度をテープ剥離テストにより調べた。テープ剥離テストは、一般に金属の密着強度測定に用いられる手法と同じであり、使用するテープは、一定の粘着力を持つものを使用した。接合した発光ダイオードの半田接合のうち、テープ剥離テストにより剥離の起こったものを半田接合不良とし、サンプル数に対する半田接合不良個数の割合をテープ剥離率(%)とした。ここで、サンプル数は実施例及び比較例共に各20個とした。なお、実施例1〜4の何れの場合にも、上記半田接合時にチップの損傷は生じなかった。   Next, the bonding strength of the solder bonding in Examples 1 to 4 and the comparative example was examined by a tape peeling test. The tape peel test is the same as the method generally used for measuring the adhesion strength of metal, and the tape used has a certain adhesive strength. Of the solder joints of the light-emitting diodes that were joined, those that were peeled off by the tape peel test were regarded as poor solder joints, and the ratio of the number of poor solder joints to the number of samples was defined as the tape peel rate (%). Here, the number of samples was 20 for each of the examples and comparative examples. In any case of Examples 1 to 4, the chip was not damaged during the solder bonding.

表1は実施例1のテープ剥離率(%)を示す表である。表1に示すように、熱処理温度が125℃の実施例1のテープ剥離率は、熱処理時間が25時間では10%であったが、熱処理時間が50時間及び75時間の場合には、テープ剥離が生じないことが分かった。実施例2〜4では、熱処理時間が25時間、50時間及び75時間の何れの場合にも、テープ剥離が生じないことが分かった。
一方、比較例の場合には、テープ剥離率が15%であり、実施例1〜4よりもテープ剥離が生じやすいことが分かった。このように、比較例では280℃の半田接合だけでは、少なからずテープ剥離が生じた。

Figure 2007109829
Table 1 is a table showing the tape peeling rate (%) of Example 1. As shown in Table 1, the tape peeling rate of Example 1 with a heat treatment temperature of 125 ° C. was 10% when the heat treatment time was 25 hours, but when the heat treatment time was 50 hours and 75 hours, the tape peeling It turns out that does not occur. In Examples 2-4, it turned out that tape peeling does not arise in any case where heat processing time is 25 hours, 50 hours, and 75 hours.
On the other hand, in the case of the comparative example, the tape peeling rate was 15%, and it was found that tape peeling was more likely to occur than in Examples 1 to 4. Thus, in the comparative example, tape peeling occurred not a little by soldering at 280 ° C. alone.
Figure 2007109829

次に、実施例1〜4及び比較例において、上記テープ剥離テストで剥離しなかったサンプルを使用して、発光ダイオードチップのダイシェアせん断試験を行ない、所謂チップせん断強度を測定した。ダイシェアせん断試験は、MIL規格(MIL−STD−883C、Method 2019.4)に準拠して行ない、各条件N数=10とし、その平均値からチップせん断強度を得た。   Next, in Examples 1 to 4 and the comparative example, a sample that was not peeled by the tape peel test was used to perform a die shear test of the light emitting diode chip, and so-called chip shear strength was measured. The die shear test was carried out in accordance with the MIL standard (MIL-STD-883C, Method 2019.4), each condition N number = 10, and the chip shear strength was obtained from the average value.

表2は、実施例1〜4の熱処理に対するダイシェアせん断試験により測定したチップせん断強度(MPa)を示す表である。
表2から明らかなように、実施例1〜4においては、熱処理時間を増すにつれて、チップせん断強度が増大することが分かった。具体的には、実施例1(熱処理温度=125℃)のチップせん断強度は、熱処理時間を25,50,75時間とした場合に、それぞれ、28.3MPa,30.1MPa,30.2MPaと増大し、ほぼ50時間の熱処理で30MPa以上のチップせん断強度を得た。

Figure 2007109829
Table 2 is a table | surface which shows the chip | tip shear strength (MPa) measured by the die shear shear test with respect to the heat processing of Examples 1-4.
As is clear from Table 2, in Examples 1 to 4, it was found that the chip shear strength increases as the heat treatment time is increased. Specifically, the chip shear strength of Example 1 (heat treatment temperature = 125 ° C.) increases to 28.3 MPa, 30.1 MPa, and 30.2 MPa when the heat treatment time is 25, 50, and 75 hours, respectively. Then, a chip shear strength of 30 MPa or more was obtained by heat treatment for about 50 hours.
Figure 2007109829

実施例2(熱処理温度=150℃)のチップせん断強度は、熱処理時間を25,50,75時間とした場合に、それぞれ、31.3MPa,35.2MPa,36.3MPaと増大し、25時間以上の熱処理で31MPa以上のチップせん断強度が得られることが分かった。   The chip shear strength of Example 2 (heat treatment temperature = 150 ° C.) increased to 31.3 MPa, 35.2 MPa, and 36.3 MPa when the heat treatment time was 25, 50, and 75 hours, respectively, and 25 hours or more. It was found that a chip shear strength of 31 MPa or more can be obtained by this heat treatment.

実施例3(熱処理温度=175℃)のチップせん断強度は、熱処理時間を25,50,75時間とした場合に、それぞれ、35.3MPa,36.3MPa,36.5MPaと増大し、25時間以上の熱処理で35MPa以上のチップせん断強度が得られることが分かった。   The chip shear strength of Example 3 (heat treatment temperature = 175 ° C.) increased to 35.3 MPa, 36.3 MPa, and 36.5 MPa, respectively, when the heat treatment time was 25, 50, and 75 hours, and 25 hours or more. It was found that a chip shear strength of 35 MPa or more can be obtained by this heat treatment.

実施例4(熱処理温度=200℃)のチップせん断強度は、熱処理時間を25,50,75時間とした場合に、それぞれ、32.2MPa,31.3MPa,32.8MPaとほぼ同じになり、25時間以上の熱処理で約31MPa以上のチップせん断強度が得られることが分かった。   The chip shear strength of Example 4 (heat treatment temperature = 200 ° C.) is approximately the same as 32.2 MPa, 31.3 MPa, and 32.8 MPa when the heat treatment time is 25, 50, and 75 hours, respectively. It was found that a chip shear strength of about 31 MPa or more can be obtained by heat treatment for more than an hour.

この結果から明らかなように、半田層として融点が278℃のAu0.7 Sn0.3 を用いた場合には、実施例1においては、熱処理温度を125℃とし、熱処理時間をほぼ50時間以上とすれば、30MPa以上のチップせん断強度が得られた。さらに、実施例2〜4の熱処理温度がそれぞれ150℃,175℃,200℃では、熱処理時間を25時間以上とすれば、30MPa以上のチップせん断強度が得られた。 As is apparent from this result, when Au 0.7 Sn 0.3 having a melting point of 278 ° C. is used as the solder layer, in Example 1, the heat treatment temperature is set to 125 ° C. and the heat treatment time is set to approximately 50 hours or more. A chip shear strength of 30 MPa or more was obtained. Furthermore, when the heat treatment temperatures of Examples 2 to 4 were 150 ° C., 175 ° C., and 200 ° C., respectively, a chip shear strength of 30 MPa or more was obtained if the heat treatment time was 25 hours or more.

一方、比較例のチップせん断強度は、27.7MPaであった。   On the other hand, the chip shear strength of the comparative example was 27.7 MPa.

上記実施例及び比較例によれば、実施例の半田接合形成方法によれば、接合強度を、確実に30MPa以上に向上できることが判明した。   According to the above examples and comparative examples, it has been found that according to the solder bonding formation method of the examples, the bonding strength can be reliably improved to 30 MPa or more.

上述した実施形態においては、電子デバイスとして半導体装置15を実装する場合について説明したが、これに限らず、裏面電極を有する半導体装置や回路部品等の電子デバイスであれば適用でき、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、半導体装置は発光ダイオードなどにに限定されることなく、また、金属基板11として、Cu,Alを使用した場合について説明したが、これに限らず、金属基板11は、他の金属から構成されていてもよいし、基板はサブマウントや他の基板でもよい。また、上述した実施形態においては、セラミック層12は、AlNから構成されているが、これに限らず、他のセラミック材料から構成されていてもよい。さらに、電極層4,13や半田層5,14のパターンは、目的の回路構成となるように適宜に設計すればよい。   In the above-described embodiments, the case where the semiconductor device 15 is mounted as an electronic device has been described. However, the present invention is not limited to this, and any electronic device such as a semiconductor device or a circuit component having a back electrode can be applied. It is needless to say that various modifications are possible within the scope of the invention described in, and these are also included within the scope of the present invention. For example, the semiconductor device is not limited to a light emitting diode or the like, and the case where Cu or Al is used as the metal substrate 11 is described. However, the present invention is not limited to this, and the metal substrate 11 is made of another metal. The substrate may be a submount or another substrate. Moreover, in the embodiment mentioned above, although the ceramic layer 12 is comprised from AlN, it may comprise not only this but another ceramic material. Furthermore, the patterns of the electrode layers 4 and 13 and the solder layers 5 and 14 may be appropriately designed so as to obtain a target circuit configuration.

本発明の電子デバイス実装に用いる基板の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the board | substrate used for the electronic device mounting of this invention. 本発明の電子デバイス実装に用いる金属−セラミック複合基板の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the metal-ceramic composite board | substrate used for the electronic device mounting of this invention. 本発明の電子デバイス実装に用いる金属−セラミック複合基板の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the metal-ceramic composite board | substrate used for the electronic device mounting of this invention. 本発明のサブマウントに半導体装置を実装した構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure which mounted the semiconductor device in the submount of this invention. 図3の金属−セラミック複合基板に半導体装置を実装した構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure which mounted the semiconductor device on the metal-ceramic composite substrate of FIG. 本発明の金属−セラミック複合基板の半田接合形成方法における工程を順次に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in the solder joint formation method of the metal-ceramic composite board | substrate of this invention in order.

符号の説明Explanation of symbols

1:電子デバイス実装基板
2:サブマウント基板
3:密着層
4,13:電極層
5,14:半田層
7,15:半導体装置
10:金属−セラミック複合基板
11:金属基板
12:セラミック層(セラミック薄膜)
15A:半導体装置の上部電極
15B:半導体装置の下部電極
16:Au線
1: Electronic device mounting substrate 2: Submount substrate 3: Adhesion layer 4, 13: Electrode layer 5, 14: Solder layer 7, 15: Semiconductor device 10: Metal-ceramic composite substrate 11: Metal substrate 12: Ceramic layer (ceramic Thin film)
15A: Upper electrode 15B of the semiconductor device: Lower electrode 16 of the semiconductor device: Au wire

Claims (5)

基板と、該基板上に形成される電極層と、該電極層上に形成される半田層と、を含む電子デバイス実装基板において、予め電子デバイスが上記半田層に接合された電子デバイス実装基板を、上記半田層の融点よりも低温の熱処理温度にて熱処理を施すことを特徴とする、半田接合形成方法。   An electronic device mounting substrate comprising: a substrate; an electrode layer formed on the substrate; and a solder layer formed on the electrode layer. An electronic device mounting substrate in which an electronic device is bonded to the solder layer in advance. A method for forming a solder joint, wherein the heat treatment is performed at a heat treatment temperature lower than the melting point of the solder layer. 基板と、該基板上に形成される電極層と、該電極層上に形成される半田層とを含む電子デバイス実装基板への電子デバイスの半田接合形成方法であって、
上記電子デバイスを、上記半田層により半田接合する工程と、
上記半田層を、上記半田層の融点よりも低温の熱処理温度にて熱処理する工程と、を含むことを特徴とする、半田接合形成方法。
A method for forming a solder joint of an electronic device to an electronic device mounting substrate comprising a substrate, an electrode layer formed on the substrate, and a solder layer formed on the electrode layer,
Soldering the electronic device with the solder layer;
And a step of heat-treating the solder layer at a heat treatment temperature lower than the melting point of the solder layer.
前記半田接合を行なう温度が、300℃以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半田接合形成方法。   The method for forming a solder joint according to claim 1 or 2, wherein a temperature at which the solder joint is performed is 300 ° C or lower. 前記熱処理温度が、125℃以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半田接合形成方法。   The method for forming a solder joint according to claim 1, wherein the heat treatment temperature is 125 ° C. or higher. 前記熱処理の時間が、25時間以上であることを特徴とする、1又は2に記載の半田接合形成方法。
3. The method for forming a solder joint according to 1 or 2, wherein the heat treatment time is 25 hours or more.
JP2005298239A 2005-10-12 2005-10-12 Solder joint forming method Pending JP2007109829A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005298239A JP2007109829A (en) 2005-10-12 2005-10-12 Solder joint forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005298239A JP2007109829A (en) 2005-10-12 2005-10-12 Solder joint forming method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007109829A true JP2007109829A (en) 2007-04-26

Family

ID=38035465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005298239A Pending JP2007109829A (en) 2005-10-12 2005-10-12 Solder joint forming method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007109829A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114338A (en) * 2009-11-27 2011-06-09 Ind Technol Res Inst Die-bonding method of led chip, and led manufactured by the method
US9018835B2 (en) 2010-05-31 2015-04-28 Sharp Kabushiki Kaisha Organic EL device, electronic device, and process for production of organic EL device
US11575095B2 (en) 2018-03-19 2023-02-07 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion device, process cartridge, and image forming apparatus

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107238A (en) * 1979-02-09 1980-08-16 Hitachi Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPS57128932A (en) * 1981-02-02 1982-08-10 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
JPH11284000A (en) * 1998-01-28 1999-10-15 Ngk Spark Plug Co Ltd Wiring board and manufacture thereof
JP2001144111A (en) * 1999-11-12 2001-05-25 Tanaka Electronics Ind Co Ltd Manufacturing method of semiconductor device
JP2001230541A (en) * 2000-02-15 2001-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Printed wiring board, its heat treating method and heater
JP2001284792A (en) * 2000-03-30 2001-10-12 Tanaka Electronics Ind Co Ltd Solder material and method for manufacturing semiconductor device using the same
JP2003224157A (en) * 2002-01-28 2003-08-08 Hitachi Metals Ltd Manufacturing method for electronic part and solder ball

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107238A (en) * 1979-02-09 1980-08-16 Hitachi Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPS57128932A (en) * 1981-02-02 1982-08-10 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
JPH11284000A (en) * 1998-01-28 1999-10-15 Ngk Spark Plug Co Ltd Wiring board and manufacture thereof
JP2001144111A (en) * 1999-11-12 2001-05-25 Tanaka Electronics Ind Co Ltd Manufacturing method of semiconductor device
JP2001230541A (en) * 2000-02-15 2001-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Printed wiring board, its heat treating method and heater
JP2001284792A (en) * 2000-03-30 2001-10-12 Tanaka Electronics Ind Co Ltd Solder material and method for manufacturing semiconductor device using the same
JP2003224157A (en) * 2002-01-28 2003-08-08 Hitachi Metals Ltd Manufacturing method for electronic part and solder ball

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114338A (en) * 2009-11-27 2011-06-09 Ind Technol Res Inst Die-bonding method of led chip, and led manufactured by the method
US8236687B2 (en) 2009-11-27 2012-08-07 Industrial Technology Research Institute Die-bonding method of LED chip and LED manufactured by the same
US8716737B2 (en) 2009-11-27 2014-05-06 Industrial Technology Research Institute Die-bonded LED
US9018835B2 (en) 2010-05-31 2015-04-28 Sharp Kabushiki Kaisha Organic EL device, electronic device, and process for production of organic EL device
US11575095B2 (en) 2018-03-19 2023-02-07 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion device, process cartridge, and image forming apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5413707B2 (en) Metal-ceramic composite substrate and manufacturing method thereof
TWI401825B (en) A bonding method for led chip and bonded led
JP5120653B2 (en) Solder layer, device bonding substrate using the same, and method for manufacturing the device bonding substrate
WO2006098454A1 (en) Submount and method for manufacturing same
JP2006261569A (en) Sub-mount and its manufacturing method
JPH06209058A (en) Semiconductor device, its manufacture, and its mounting method
JP3627591B2 (en) Power semiconductor module manufacturing method
JPH0722435A (en) Semiconductor device and its manufacture
TWI411069B (en) Solder layer, heat-dissipating substrate using the same and manufacturing method thereof
JP5526336B2 (en) Solder layer, device bonding substrate using the same, and manufacturing method thereof
JP2006278463A (en) Sub-mount
JP2002373960A (en) Element bonding substrate and its forming method
JP2007109829A (en) Solder joint forming method
JP2005032834A (en) Joining method of semiconductor chip and substrate
JP5120917B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017168635A (en) Substrate for power module and manufacturing method of power module
JPH04137552A (en) Lead frame
JP3070176B2 (en) Joining method of aluminum nitride substrate and copper plate
JP2015056646A (en) Semiconductor device and semiconductor module
JPH0140514B2 (en)
JPH08264591A (en) Tab connection method
JPH03283553A (en) Ic package
JP2001284506A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080904

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110405

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111018