JP2015211111A - Junction structure for electronic device and electronic device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a junction structure for an electronic device excellent in the bond strength and heat resistance.SOLUTION: A junction structure for an electronic device includes a first metal layer 11 containing nickel, and a second metal layer 12 formed on the first metal layer 11 and containing gold, tin and nickel. When the content of gold in the second metal layer 12 is x mass% for the whole second metal layer 12, and the content of tin in the second metal layer 12 is y mass% for the whole second metal layer 12, the y/x is 0.8-5.0.

Description

本発明は電子デバイス用の接合構造及び当該接合構造を備える電子デバイスに関する。   The present invention relates to a bonding structure for an electronic device and an electronic device including the bonding structure.

電子デバイスを構成する部材同士をAuSn系ろう材を介して接合する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。「ろう材(braze material)」とは、接合される部材(基板又は導体層等)よりも融点の低い合金を意味する。AuSn系ろう材を用いた接合では、接合される一対の部材の両方の表面に予めAuめっき層を形成する。そして、一対のAuめっき層の間に挟んだAuSn系ろう材を加熱して溶融させることで、部材間に接合構造が形成され、部材同士が電気的に接続される。この接合方法において、Auめっき層は、部材表面に対するAuSn系ろう材の濡れ性を向上させる。   A method of joining members constituting an electronic device via an AuSn brazing material is known (see, for example, Patent Document 1). “Braze material” means an alloy having a melting point lower than that of a member to be joined (such as a substrate or a conductor layer). In joining using an AuSn brazing material, an Au plating layer is formed in advance on both surfaces of a pair of members to be joined. Then, by heating and melting the AuSn brazing material sandwiched between the pair of Au plating layers, a joining structure is formed between the members, and the members are electrically connected. In this joining method, the Au plating layer improves the wettability of the AuSn brazing material to the member surface.

特開2005−262317号公報JP 2005-262317 A

従来のAuSn系ろう材を用いた接合方法では、AuSn系ろう材から形成されたAuSn系ろう層とこれに隣接するAu層(Auめっき層に由来する層)との界面(接合界面)に、ボイド(気泡)又はクラック(ひび)が発生し易い。接合界面にボイド又はクラックが形成された接合構造に剪断力が加わると、接合構造は接合界面において破損し易い。つまり、従来のAuSn系ろう材を用いて形成した接合構造では、部材間の十分な接合強度を達成することが困難である。したがって、従来の接合構造を備える電子デバイスに落下等の衝撃が加わると、接合構造が容易に破損して、部材間の電気的接続が破断してしまう。   In the conventional bonding method using the AuSn brazing material, the interface (bonding interface) between the AuSn brazing layer formed from the AuSn brazing material and the adjacent Au layer (layer derived from the Au plating layer) Voids (bubbles) or cracks are likely to occur. When a shearing force is applied to a bonded structure in which voids or cracks are formed at the bonded interface, the bonded structure is easily damaged at the bonded interface. That is, it is difficult to achieve a sufficient bonding strength between members in a bonding structure formed using a conventional AuSn brazing material. Therefore, when an impact such as dropping is applied to an electronic device having a conventional joining structure, the joining structure is easily broken and the electrical connection between members is broken.

また、従来の接合構造はAuSn共晶を含むため、従来の接合構造の融点は低く、278℃程度である。したがって、ろう材を用いた2回以上の部材同士の接合(加熱工程)が必要とされる電子デバイスの製造過程では、1次接合によって形成された接合構造が、2次接合の際に再び溶融し、接合構造を介した部材間の電気的接続が破断してしまうことがある。つまり、従来の接合構造は耐熱性に劣る。   In addition, since the conventional bonding structure includes AuSn eutectic, the melting point of the conventional bonding structure is low and is about 278 ° C. Therefore, in the manufacturing process of an electronic device that requires the joining (heating process) of two or more members using a brazing material, the joining structure formed by the primary joining is melted again during the secondary joining. In addition, the electrical connection between the members via the joint structure may be broken. That is, the conventional joint structure is inferior in heat resistance.

本願発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、接合強度及び耐熱性に優れた電子デバイス用の接合構造、及び当該接合構造を備える電子デバイスを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the junction structure for electronic devices excellent in joining strength and heat resistance, and an electronic device provided with the said joining structure.

本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造は、ニッケルを含む第1金属層と、第1金属層の上に形成され、金、スズ及びニッケルを含む第2金属層と、を備え、第2金属層における金の含有量が、第2金属層の全体に対してx質量%であり、第2金属層におけるスズの含有量が、第2金属層の全体に対してy質量%であるとき、y/xが0.8〜5.0である。   A bonding structure for an electronic device according to one aspect of the present invention includes a first metal layer containing nickel, and a second metal layer formed on the first metal layer and containing gold, tin, and nickel, The gold content in the second metal layer is x mass% with respect to the entire second metal layer, and the tin content in the second metal layer is y mass% with respect to the entire second metal layer. In some cases, y / x is between 0.8 and 5.0.

本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、第2金属層におけるニッケルの含有量が、第2金属層の全体に対して5〜25質量%であってもよい。   In the junction structure for an electronic device according to one aspect of the present invention, the content of nickel in the second metal layer may be 5 to 25% by mass with respect to the entire second metal layer.

本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、第2金属層が、パラジウムを含でいてもよい。   In the junction structure for an electronic device according to one aspect of the present invention, the second metal layer may contain palladium.

本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Aが、第2金属層内に存在していてもよい。   In the junction structure for an electronic device according to one aspect of the present invention, a portion A in which the content of palladium is larger than the content of other elements may be present in the second metal layer.

本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、部位Aが、第1金属層及び第2金属層の間の界面に垂直な方向における第2金属層の中央に位置していてもよい。   In the junction structure for an electronic device according to one aspect of the present invention, the site A may be located at the center of the second metal layer in a direction perpendicular to the interface between the first metal layer and the second metal layer. .

本発明の一側面に係る電子デバイスは、上記接合構造を備える。   The electronic device which concerns on 1 side of this invention is equipped with the said junction structure.

本願発明によれば、接合強度及び耐熱性に優れた電子デバイス用の接合構造、及び当該接合構造を備える電子デバイスが提供される。   According to the present invention, there are provided a bonding structure for an electronic device excellent in bonding strength and heat resistance, and an electronic device including the bonding structure.

本発明の一実施形態に係る電子デバイスの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the electronic device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る接合構造の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the junction structure which concerns on one Embodiment of this invention. 図3(a)及び図3(b)は、本発明の一実施形態に係る接合構造の製造方法を示す模式図であって、接合構造がパラジウムを含まない場合の製造方法を示す図である。FIG. 3A and FIG. 3B are schematic views showing a method for manufacturing a junction structure according to an embodiment of the present invention, and are diagrams showing a method for manufacturing when the junction structure does not contain palladium. . 図4(a)及び図4(b)は、本発明の一実施形態に係る接合構造の製造方法を示す模式図であって、接合構造がパラジウムを含む場合の製造方法を示す図である。FIG. 4A and FIG. 4B are schematic views showing a method for manufacturing a junction structure according to an embodiment of the present invention, and are diagrams showing a method for manufacturing when the junction structure contains palladium.

以下、場合により図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、各図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付与す。図1〜4は模式図に過ぎず、接合構造及び電子デバイスの形状及び縦横比は図1〜4に示すものに限定されない。   Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings as the case may be. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the drawings, the same or equivalent elements are given the same reference numerals. 1-4 are only schematic diagrams, and the shape and aspect ratio of the junction structure and the electronic device are not limited to those shown in FIGS.

(接合構造及び電子デバイス)
図1は、本実施形態の電子デバイス100(モジュール)の断面を示す。断面とは、第1基板40及び第2基板60の表面に垂直な方向(基板が互いに対向する方向)における断面である。本実施形態の電子デバイス100は、第1基板40、第2基板60、チップ90、及び接合構造10を備えてよい。接合構造10は、第1基板40と第2基板60との間に位置し、第1基板40と第2基板60とを接合して、これらを電気的に接続する。また接合構造10は、第2基板60とチップ90の間に位置し、第2基板60とチップ90とを接合して、これらを電気的に接続する。なお、電子デバイス100は、接合構造10によって接合された一対の電子部品を備えてもよい。
(Junction structure and electronic device)
FIG. 1 shows a cross section of an electronic device 100 (module) of this embodiment. The cross section is a cross section in a direction perpendicular to the surfaces of the first substrate 40 and the second substrate 60 (a direction in which the substrates face each other). The electronic device 100 of this embodiment may include the first substrate 40, the second substrate 60, the chip 90, and the bonding structure 10. The bonding structure 10 is located between the first substrate 40 and the second substrate 60, bonds the first substrate 40 and the second substrate 60, and electrically connects them. The bonding structure 10 is located between the second substrate 60 and the chip 90, bonds the second substrate 60 and the chip 90, and electrically connects them. Note that the electronic device 100 may include a pair of electronic components joined by the joining structure 10.

第1基板40及び第2基板60は、Si又はセラミック等の無機物から構成される基板であってよい。また、第1基板40及び第2基板60は、樹脂等の有機化合物から構成される基板(例えばマザーボード)であってもよい。ただし、第1基板40及び第2基板60は、接合構造10の形成に要する加熱温度よりも高い融点を有する無機物からなっていてよい。融点が高い無機物からなる第1基板40及び第2基板60は、接合構造10の形成に必要な加熱によって溶融し難く、損傷し難いからである。チップ90は、半導体素子等の電子部品であればよい。   The first substrate 40 and the second substrate 60 may be substrates made of an inorganic material such as Si or ceramic. Moreover, the 1st board | substrate 40 and the 2nd board | substrate 60 may be a board | substrate (for example, motherboard) comprised from organic compounds, such as resin. However, the first substrate 40 and the second substrate 60 may be made of an inorganic material having a melting point higher than the heating temperature required for forming the bonding structure 10. This is because the first substrate 40 and the second substrate 60 made of an inorganic material having a high melting point are not easily melted and damaged by the heating necessary for forming the bonding structure 10. The chip 90 may be an electronic component such as a semiconductor element.

図2は、本実施形態に係る電子デバイス100用の接合構造10の断面を示す。断面とは、第1基板40及び第2基板60の表面に垂直な方向(基板が互いに対向する方向)における断面である。第1基板40の上には、第1導体層15が形成されている。接合構造10は、第1導体層15上に積層された第1金属層11と、第1金属層11上に積層された第2金属層12と、を備える。第1金属層11はニッケル(Ni)を含む。第1金属層11はニッケルのみからなっていてもよい。第2金属層12は、金(Au)、スズ(Sn)及びニッケルを含む。第2金属層12は、金、スズ及びニッケルからなっていてもよい。接合構造10は、第2金属層12上に積層された第3金属層13を備えていてもよい。第3金属層13上には、第2導体層14が形成されていてもよい。第3金属層13が含む金属は、例えば、ニッケル又はチタン(Ti)等であってよい。第1導体層15及び第2導体層14は、金、銀(Ag)、銅(Cu)又はアルミニウム(Al)等の電気伝導性に優れた物質からなっていてよい。第1導体層15及び第2導体層14を設けることにより、第1基板40と第2基板60との間の電気伝導性が高まる。また、第1導体層15と第1基板40との間に、チタン等からなるシード(seed)層16を設けてもよい。シード層16により、第1導体層15と第1基板40との密着性が向上する。第2導体層14と第2基板60との間に、チタン等からなるシード層17を設けてもよい。シード層17により、第2導体層14と第2基板60との密着性が向上する。   FIG. 2 shows a cross section of the bonding structure 10 for the electronic device 100 according to the present embodiment. The cross section is a cross section in a direction perpendicular to the surfaces of the first substrate 40 and the second substrate 60 (a direction in which the substrates face each other). A first conductor layer 15 is formed on the first substrate 40. The bonding structure 10 includes a first metal layer 11 stacked on the first conductor layer 15 and a second metal layer 12 stacked on the first metal layer 11. The first metal layer 11 includes nickel (Ni). The first metal layer 11 may be made of only nickel. The second metal layer 12 includes gold (Au), tin (Sn), and nickel. The second metal layer 12 may be made of gold, tin, and nickel. The bonding structure 10 may include a third metal layer 13 stacked on the second metal layer 12. A second conductor layer 14 may be formed on the third metal layer 13. The metal included in the third metal layer 13 may be, for example, nickel or titanium (Ti). The first conductor layer 15 and the second conductor layer 14 may be made of a material having excellent electrical conductivity such as gold, silver (Ag), copper (Cu), or aluminum (Al). By providing the first conductor layer 15 and the second conductor layer 14, electrical conductivity between the first substrate 40 and the second substrate 60 is increased. Further, a seed layer 16 made of titanium or the like may be provided between the first conductor layer 15 and the first substrate 40. The seed layer 16 improves the adhesion between the first conductor layer 15 and the first substrate 40. A seed layer 17 made of titanium or the like may be provided between the second conductor layer 14 and the second substrate 60. The seed layer 17 improves the adhesion between the second conductor layer 14 and the second substrate 60.

第2金属層12における金の含有量が、第2金属層12の全体に対してx質量%であり、第2金属層12におけるスズの含有量が、第2金属層12の全体に対してy質量%であるとき、y/xは0.8〜5.0である。y/xは0.8〜4.8であってもよい。y/xが上記範囲である場合、第2金属層12は従来のAuSn系ろう材よりも多量のスズを含むため、第2金属層12内では、過剰なスズが、金のみならず、ニッケルと金属間化合物を形成している。つまり、第2金属層12は、スズ及び金から構成される金属間化合物(若しくは合金)のみならず、スズ及びニッケルから構成される金属間化合物(若しくは合金)を含む。または、第2金属層12は、スズ、金及びニッケルから構成される金属間化合物(若しくは合金)を含む。その結果、第2金属層12は、AuSn共晶から構成される層(従来のAuSn系ろう層)よりも高い融点を有する。したがって、本実施形態に係る接合構造10の耐熱性は、従来の接合構造に比べて向上する。また、第1金属層11及び第2金属層12の組成が、ニッケルを含有する点において連続的であるため、第1金属層11及び第2金属層12は、強固に接合されている。したがって、本実施形態に係る接合構造10は接合強度にも優れる。   The gold content in the second metal layer 12 is x mass% with respect to the entire second metal layer 12, and the tin content in the second metal layer 12 is with respect to the entire second metal layer 12. When y% by mass, y / x is 0.8 to 5.0. y / x may be 0.8 to 4.8. When y / x is in the above range, the second metal layer 12 contains a larger amount of tin than the conventional AuSn brazing filler metal. Therefore, excess tin in the second metal layer 12 is not only gold but also nickel. And form intermetallic compounds. That is, the second metal layer 12 includes not only an intermetallic compound (or alloy) composed of tin and gold, but also an intermetallic compound (or alloy) composed of tin and nickel. Alternatively, the second metal layer 12 includes an intermetallic compound (or alloy) composed of tin, gold, and nickel. As a result, the second metal layer 12 has a higher melting point than a layer composed of AuSn eutectic (conventional AuSn brazing layer). Therefore, the heat resistance of the joint structure 10 according to the present embodiment is improved as compared with the conventional joint structure. Moreover, since the composition of the 1st metal layer 11 and the 2nd metal layer 12 is continuous in the point containing nickel, the 1st metal layer 11 and the 2nd metal layer 12 are joined firmly. Therefore, the bonding structure 10 according to the present embodiment is excellent in bonding strength.

本実施形態の接合構造10は耐熱性に優れるため、2回以上の部材同士の接合(加熱工程)が必要とされる電子デバイスの製造過程において、1次接合によって形成された接合構造10が、2次接合の際に再び溶融し難く、接合構造10を介した部材間の電気的接続が破断し難い。   Since the bonding structure 10 of the present embodiment is excellent in heat resistance, the bonding structure 10 formed by primary bonding in the manufacturing process of an electronic device that requires bonding (heating process) between two or more members, It is difficult to melt again during the secondary joining, and the electrical connection between the members via the joining structure 10 is difficult to break.

第2金属層12におけるニッケルの含有量は、第2金属層12の全体に対して5〜25質量%、又は、6〜24質量%であってよい。第2金属層12におけるニッケルの含有量が、上記範囲にある場合、接合構造10の接合強度が向上し易く、接合構造10の耐熱性が向上し易い傾向がある。   The content of nickel in the second metal layer 12 may be 5 to 25% by mass or 6 to 24% by mass with respect to the entire second metal layer 12. When the content of nickel in the second metal layer 12 is in the above range, the bonding strength of the bonding structure 10 tends to be improved, and the heat resistance of the bonding structure 10 tends to be improved.

第2金属層12はパラジウム(Pd)を含んでいてもよい。第2金属層12は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムからなっていてもよい。第2金属層12は、スズ、金及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属と、パラジウムとから構成される金属間化合物(又は合金)を含んでよい。第2金属層12が、パラジウム、又はパラジウム及びスズを含む金属間化合物(若しくは合金)を含むことにより、第2金属層12の融点がより高まり、接合構造10の耐熱性がより向上する傾向がある。第2金属層12におけるパラジウムの含有量は、特に限定されないが、第2金属層12の全体に対して3.0〜35.0質量%、3.3〜34.7質量%、6.7〜34.7質量%、又は、17.0〜34.7質量%であってよい。第2金属層12におけるパラジウムの含有量が上記範囲にある場合、第2金属層12の融点が高まり易く、接合構造10の耐熱性が向上し易い傾向がある。   The second metal layer 12 may contain palladium (Pd). The second metal layer 12 may be made of gold, tin, nickel, and palladium. The second metal layer 12 may include an intermetallic compound (or alloy) composed of palladium and at least one metal selected from the group consisting of tin, gold, and nickel. When the second metal layer 12 contains palladium or an intermetallic compound (or alloy) containing palladium and tin, the melting point of the second metal layer 12 is further increased, and the heat resistance of the bonding structure 10 tends to be further improved. is there. Although content of palladium in the 2nd metal layer 12 is not specifically limited, it is 3.0-35.0 mass% with respect to the whole 2nd metal layer 12, 3.3-34.7 mass%, 6.7. It may be -34.7 mass% or 17.0-34.7 mass%. When the content of palladium in the second metal layer 12 is in the above range, the melting point of the second metal layer 12 tends to increase, and the heat resistance of the bonding structure 10 tends to improve.

第2金属層12がパラジウムを含む場合、y/xは、1.0〜5.0、1.3〜4.8、3.0〜5.0、3.1〜4.8、又は3.1〜3.5であってよい。第2金属層12がパラジウムを含まない場合、y/xは0.8〜3.0、又は0.8〜2.9であってよい。   When the 2nd metal layer 12 contains palladium, y / x is 1.0-5.0, 1.3-4.8, 3.0-5.0, 3.1-4.8, or 3 .1 to 3.5. When the 2nd metal layer 12 does not contain palladium, y / x may be 0.8-3.0, or 0.8-2.9.

第2金属層12がパラジウムを含む場合、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Aが、第2金属層12内に存在していてもよい。この場合、第2金属層12の融点が高まり易く、接合構造10の耐熱性が向上し易い傾向がある。   When the 2nd metal layer 12 contains palladium, the site | part A where content of palladium is larger than content of another element may exist in the 2nd metal layer 12. FIG. In this case, the melting point of the second metal layer 12 tends to increase, and the heat resistance of the bonding structure 10 tends to improve.

部位Aは、第1金属層11及び第2金属層12の間の界面Bに垂直な方向における第2金属層12の中央Cに位置していてもよい。この場合、第2金属層12の融点が高まり易く、接合構造10の耐熱性が向上し易い傾向がある。   The part A may be located at the center C of the second metal layer 12 in the direction perpendicular to the interface B between the first metal layer 11 and the second metal layer 12. In this case, the melting point of the second metal layer 12 tends to increase, and the heat resistance of the bonding structure 10 tends to improve.

第1金属層11におけるニッケル含有量は、特に限定されないが、第1金属層11全体に対して60〜100質量%程度であってよい。第1金属層11は、リン(P)、硫黄(S)、又は炭素(C)等を含有してもよい。これらの元素が第1金属層11に含まれる場合、第1金属層11の硬さが向上し易く、接合構造10の接合強度が向上し易い傾向がある。   Although nickel content in the 1st metal layer 11 is not specifically limited, About 60-100 mass% may be sufficient with respect to the 1st metal layer 11 whole. The first metal layer 11 may contain phosphorus (P), sulfur (S), carbon (C), or the like. When these elements are included in the first metal layer 11, the hardness of the first metal layer 11 tends to be improved, and the bonding strength of the bonding structure 10 tends to be improved.

第3金属層13はニッケルを含んでよい。第3金属層13がニッケルを含む場合、第2金属層12及び第3金属層13の組成が、ニッケルを含有する点において連続的であるため、第2金属層12及び第3金属層13は強固に接合されている。したがって、接合構造10の接合強度が向上し易い傾向がある。第3金属層13がニッケルを含む場合、第3金属層13の組成は第1金属層11の組成と略同じであってよい。   The third metal layer 13 may contain nickel. When the third metal layer 13 contains nickel, since the composition of the second metal layer 12 and the third metal layer 13 is continuous in that it contains nickel, the second metal layer 12 and the third metal layer 13 are It is firmly joined. Therefore, the joining strength of the joining structure 10 tends to be improved. When the third metal layer 13 includes nickel, the composition of the third metal layer 13 may be substantially the same as the composition of the first metal layer 11.

接合構造10内の任意の位置における各元素の含有量(単位:質量%)は、例えば、以下の方法により測定される。まず、接合構造10を、積層方向(第1金属層11及び第2金属層12の間の界面Bに垂直な方向)に沿って切断する。露出した接合構造10の断面を、エネルギー分散型X線分光(EDS)又はオージェ電子分光(AES)等の方法で分析することにより各元素の含有量を特定する。金の含有量x、及びスズの含有量yは、第2金属層12の断面から任意に選んだ複数の箇所(例えば3箇所、又は5箇所)において測定した金及びスズ其々の含有量を平均することにより算出される。   The content (unit: mass%) of each element at an arbitrary position in the bonding structure 10 is measured, for example, by the following method. First, the bonding structure 10 is cut along the stacking direction (direction perpendicular to the interface B between the first metal layer 11 and the second metal layer 12). The content of each element is specified by analyzing the exposed cross section of the bonding structure 10 by a method such as energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) or Auger electron spectroscopy (AES). The gold content x and the tin content y are the contents of gold and tin measured at a plurality of locations (for example, 3 locations or 5 locations) arbitrarily selected from the cross section of the second metal layer 12. Calculated by averaging.

第1金属層11の厚さは、特に限定されないが、0.1〜5μm程度であればよい。   Although the thickness of the 1st metal layer 11 is not specifically limited, What is necessary is just about 0.1-5 micrometers.

第2金属層12の厚さは、特に限定されないが、0.1〜5μm程度であればよい。   Although the thickness of the 2nd metal layer 12 is not specifically limited, What is necessary is just about 0.1-5 micrometers.

第3金属層13の厚さは、特に限定されないが、0.1〜5μm程度であればよい。   Although the thickness of the 3rd metal layer 13 is not specifically limited, What is necessary is just about 0.1-5 micrometers.

第1導体層15の厚さは、特に限定されないが、1〜50μm程度であればよい。   Although the thickness of the 1st conductor layer 15 is not specifically limited, What is necessary is just about 1-50 micrometers.

第2導体層14の厚さは、特に限定されないが、1〜50μm程度であればよい。   Although the thickness of the 2nd conductor layer 14 is not specifically limited, What is necessary is just about 1-50 micrometers.

接合構造10が備える各層の厚さは、例えば、以下の方法により測定される。まず、接合構造10を、積層方向に沿って切断する。露出した接合構造10の断面を、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて10万倍程度に拡大して観察する。そして、断面から任意に選んだ複数の箇所(例えば3箇所、又は5箇所)において測定した各層の厚さを平均することにより、各層の厚さが算出される。   The thickness of each layer with which the joining structure 10 is provided is measured by the following method, for example. First, the joining structure 10 is cut along the stacking direction. The cross section of the exposed bonding structure 10 is observed with a magnification of about 100,000 times using, for example, a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). And the thickness of each layer is calculated by averaging the thickness of each layer measured in the some place (for example, 3 places or 5 places) arbitrarily selected from the cross section.

(接合構造の製造方法)
本実施形態の接合構造10の製造方法を、以下に説明する。本実施形態の接合構造10の製造方法のうち、パラジウムを含まない第2金属層12を備える接合構造10の製造方法を、以下では、「第1の製造方法」と記す。パラジウムを含む第2金属層12を備える接合構造10の製造方法を、以下では「第2の製造方法」と記す。
(Method of manufacturing a joint structure)
A method for manufacturing the joint structure 10 of this embodiment will be described below. The manufacturing method of the joining structure 10 provided with the 2nd metal layer 12 which does not contain palladium among the manufacturing methods of the joining structure 10 of this embodiment is described as a "1st manufacturing method" below. Hereinafter, a method for manufacturing the joint structure 10 including the second metal layer 12 containing palladium is referred to as a “second manufacturing method”.

図3(a)及び図3(b)に示すように、接合構造10の第1の製造方法は、第1基板40の表面に第1前駆体構造21を形成する工程と、第2基板60の表面に第2前駆体構造22を形成する工程と、第1前駆体構造21と第2前駆体構造22とを接合する工程と、を備える。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the first manufacturing method of the bonding structure 10 includes the step of forming the first precursor structure 21 on the surface of the first substrate 40, and the second substrate 60. Forming a second precursor structure 22 on the surface of the first precursor structure 22 and joining the first precursor structure 21 and the second precursor structure 22.

図4(a)及び図4(b)に示すように、接合構造10の第2の製造方法は、第1基板40の表面に第1前駆体構造21を形成する工程と、第2基板60の表面に第2前駆体構造28を形成する工程と、第1前駆体構造21と第2前駆体構造28とを接合する工程と、を備える。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the second manufacturing method of the bonding structure 10 includes the step of forming the first precursor structure 21 on the surface of the first substrate 40, and the second substrate 60. Forming a second precursor structure 28 on the surface thereof, and joining the first precursor structure 21 and the second precursor structure 28.

<第1の製造方法>
[第1前駆体構造21の形成工程]
まず、第1の製造方法について説明する。図3(b)は、第1基板40上に形成された第1前駆体構造21の断面を模式的に示す。第1前駆体構造21は、第1基板40上に形成されたシード層16と、シード層16上に形成された第1導体層15と、第1導体層15上に形成され、ニッケルを主成分として含むニッケル層23(第1下地層)と、ニッケル層23上に形成され、スズを主成分として含むスズ層24(第1表層)と、を備える。第1前駆体構造21は以下の方法により形成される。
<First manufacturing method>
[Step of Forming First Precursor Structure 21]
First, the first manufacturing method will be described. FIG. 3B schematically shows a cross section of the first precursor structure 21 formed on the first substrate 40. The first precursor structure 21 is formed on the seed layer 16 formed on the first substrate 40, the first conductor layer 15 formed on the seed layer 16, and the first conductor layer 15. A nickel layer 23 (first base layer) containing as a component and a tin layer 24 (first surface layer) formed on the nickel layer 23 and containing tin as a main component are provided. The first precursor structure 21 is formed by the following method.

第1基板40の上にシード層16及び第1導体層15を形成する。シード層16及び第1導体層15は、スパッタリング、化学気相蒸着又はめっき等によって形成すればよい。シード層16を構成する材料は、例えば、チタン又はクロム等であってよい。シード層16は、第1基板40と第1導体層15との密着性を高める。シード層16を介在させずに第1基板40の表面に直接第1導体層15を形成してもよい。第1導体層15を構成する金属は、例えば、銅、金、銀又はアルミニウム等の電気伝導性に優れた金属であってよい。レジストフィルムを用いた第1導体層15のパターニングを行ってもよい。レジストフィルム及びシード層16を第1基板40の表面(第1導体層15が形成された部分を除く。)から剥離する前の時点では、後述する各層を電解めっき又は無電解めっきのどちらで形成してもよい。レジストフィルム及びシード層16を第1基板40の表面から剥離した後では、各層の位置及び形状を調整し易い無電解めっきを用いればよい。   The seed layer 16 and the first conductor layer 15 are formed on the first substrate 40. The seed layer 16 and the first conductor layer 15 may be formed by sputtering, chemical vapor deposition, plating, or the like. The material constituting the seed layer 16 may be titanium or chromium, for example. The seed layer 16 improves the adhesion between the first substrate 40 and the first conductor layer 15. The first conductor layer 15 may be formed directly on the surface of the first substrate 40 without the seed layer 16 interposed. The metal which comprises the 1st conductor layer 15 may be a metal excellent in electrical conductivity, such as copper, gold | metal | money, silver, or aluminum, for example. The first conductor layer 15 may be patterned using a resist film. At the time before peeling the resist film and the seed layer 16 from the surface of the first substrate 40 (excluding the portion where the first conductor layer 15 is formed), each layer described later is formed by either electrolytic plating or electroless plating. May be. After peeling off the resist film and the seed layer 16 from the surface of the first substrate 40, electroless plating that allows easy adjustment of the position and shape of each layer may be used.

第1導体層15に対して、必要に応じて前処理を行った後、第1導体層15上に、ニッケル層23(第1下地層)を形成する。第1導体層15が、金、銀若しくは銅又はこれらを主に含む合金からなる場合、第1導体層15の前処理として、脱脂、酸洗及び活性化処理等を行えばよい。第1導体層15が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、第1導体層15の前処理として、脱脂、酸洗及びジンケート処理等を行えばよい。   After pre-treating the first conductor layer 15 as necessary, a nickel layer 23 (first base layer) is formed on the first conductor layer 15. When the first conductor layer 15 is made of gold, silver, copper, or an alloy mainly containing these, as a pretreatment of the first conductor layer 15, degreasing, pickling, activation treatment, and the like may be performed. When the first conductor layer 15 is made of aluminum or an aluminum alloy, degreasing, pickling, zincate treatment, or the like may be performed as pretreatment of the first conductor layer 15.

ニッケル層23の形成方法は、例えば、無電解ニッケルめっき又は電解ニッケルめっきであればよい。無電解ニッケルめっきでは、例えば、ニッケル塩、錯化剤及び還元剤を含むめっき液から、ニッケル層23を形成する。無電解ニッケルめっきの作業性(浴の安定性、ニッケルの析出速度)を向上させるために、還元剤として次亜リン酸を含むめっき液を用いてよい。無電解ニッケルめっき液の温度は、例えば、50〜95℃、又は60〜90℃であればよい。無電解ニッケルめっき液はリンを含んでもよい。無電解ニッケルめっき液のpHは4.0〜6.0程度であればよい。pHは、例えば希硫酸やアンモニアを用いて調整すればよい。   The formation method of the nickel layer 23 should just be electroless nickel plating or electrolytic nickel plating, for example. In electroless nickel plating, for example, the nickel layer 23 is formed from a plating solution containing a nickel salt, a complexing agent, and a reducing agent. In order to improve the workability of the electroless nickel plating (bath stability, nickel deposition rate), a plating solution containing hypophosphorous acid as a reducing agent may be used. The temperature of the electroless nickel plating solution may be 50 to 95 ° C. or 60 to 90 ° C., for example. The electroless nickel plating solution may contain phosphorus. The pH of the electroless nickel plating solution may be about 4.0 to 6.0. The pH may be adjusted using, for example, dilute sulfuric acid or ammonia.

電解ニッケルめっきでは、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケル及びホウ酸を含むめっき液を用いればよい。また、電解ニッケルめっき液はリンを含んでもよい。この場合、めっき液のpHは、例えば、4.5〜5.5であればよい。めっき液の温度は、例えば、40〜60℃であればよい。めっき時の電流密度は、例えば、1〜7A/dmであればよい。 In electrolytic nickel plating, for example, a plating solution containing nickel sulfate, nickel chloride and boric acid may be used. Moreover, the electrolytic nickel plating solution may contain phosphorus. In this case, the pH of the plating solution may be 4.5 to 5.5, for example. The temperature of a plating solution should just be 40-60 degreeC, for example. Current density during plating may be, for example, 1~7A / dm 2.

ニッケル層23上にスズ層24(第1表層)を形成する。スズ層24は、例えば、還元型無電解スズめっき又は電解スズめっきにより形成することができる。   A tin layer 24 (first surface layer) is formed on the nickel layer 23. The tin layer 24 can be formed by, for example, reduced electroless tin plating or electrolytic tin plating.

還元型無電解スズめっきでは、例えば、スズ化合物、有機錯化剤、有機イオウ化合物、酸化防止剤、及び還元剤(チタン化合物)を含むめっき液を用いればよい。めっき液の温度は、例えば、40〜90℃又は50〜80℃であればよい。   In reducing electroless tin plating, for example, a plating solution containing a tin compound, an organic complexing agent, an organic sulfur compound, an antioxidant, and a reducing agent (titanium compound) may be used. The temperature of a plating solution should just be 40-90 degreeC or 50-80 degreeC, for example.

電解スズめっきでは、フェロスタン法、ハロゲン法又はアルカリ法等を採用すればよい。フェロスタン法及びハロゲン法では、酸性浴を用いる。フェロスタン法では、フェノールスルホン酸スズを使用する。ハロゲン法では、塩化第一スズを使用する。アルカリ法では、スズ酸ソーダを主成分とするめっき液を用いる。その他、硫酸第一スズ又はホウフッ化スズを主成分として含有するめっき液を用いてもよい。   In electrolytic tin plating, a ferrostan method, a halogen method, an alkali method, or the like may be employed. In the ferrostan method and the halogen method, an acidic bath is used. In the ferrostan method, tin phenol sulfonate is used. In the halogen method, stannous chloride is used. In the alkaline method, a plating solution containing sodium stannate as a main component is used. In addition, a plating solution containing stannous sulfate or tin borofluoride as a main component may be used.

以上の工程によって、シード層16、第1導体層15、ニッケル層23(第1下地層)及びスズ層24(第1表層)が順次積層された第1前駆体構造21が第1基板40上に形成される。   Through the above steps, the first precursor structure 21 in which the seed layer 16, the first conductor layer 15, the nickel layer 23 (first underlayer), and the tin layer 24 (first surface layer) are sequentially laminated is formed on the first substrate 40. Formed.

[第2前駆体構造22の形成工程]
図3(a)は、第2基板60上に形成された第2前駆体構造22の断面を模式的に示す。第2前駆体構造22は、第2基板60上に設けられたシード層17と、シード層17上に形成された第2導体層14と、第2導体層14上に形成され、ニッケル又はチタン等の金属を主成分として含む層(第2下地層27)と、第2下地層27上に形成され、金を主成分として含む金層25(第2表層)とから構成される。シード層17を介在させずに、第1基板40の表面に直接第2導体層14が形成されていてもよい。第2下地層27を設けずに、第2導体層14上に金層25が形成されていてもよい。
[Step of Forming Second Precursor Structure 22]
FIG. 3A schematically shows a cross section of the second precursor structure 22 formed on the second substrate 60. The second precursor structure 22 is formed on the seed layer 17 provided on the second substrate 60, the second conductor layer 14 formed on the seed layer 17, and the second conductor layer 14, and is formed of nickel or titanium. A layer containing the metal such as the main component (second base layer 27) and a gold layer 25 (second surface layer) formed on the second base layer 27 and containing gold as the main component. The second conductor layer 14 may be formed directly on the surface of the first substrate 40 without the seed layer 17 interposed. The gold layer 25 may be formed on the second conductor layer 14 without providing the second base layer 27.

第2基板60の上にシード層17及び第2導体層14を形成する。シード層17及び第2導体層14は、第1前駆体構造21の場合と同様の方法で形成すればよい。   The seed layer 17 and the second conductor layer 14 are formed on the second substrate 60. The seed layer 17 and the second conductor layer 14 may be formed by the same method as that for the first precursor structure 21.

第2導体層14に対して、必要に応じて前処理を行った後、第2導体層14上に第2下地層27を形成する。第2下地層27の形成方法は、無電解めっき又は電解めっきであってよい。第2下地層27が主成分としてニッケルを含む場合、第2下地層27は、第1前駆体構造21のニッケル層23と同様の形成方法で形成すればよい。   A pretreatment is performed on the second conductor layer 14 as necessary, and then a second underlayer 27 is formed on the second conductor layer 14. The method for forming the second underlayer 27 may be electroless plating or electrolytic plating. When the second underlayer 27 contains nickel as a main component, the second underlayer 27 may be formed by the same formation method as the nickel layer 23 of the first precursor structure 21.

第2下地層27上に金層25(第2表層)を形成する。金層25の形成方法は、例えば、無電解金めっき又は電解金めっきであってよい。例えば、無電解金めっきでは、第2下地層27を無電解金めっき液に浸漬すればよい。これにより、第2下地層27の表面に金層25が形成される。金層25の厚さ及び組成は、無電解金めっき液の種類、めっき液の温度、pH、第2下地層27をめっき液に浸漬する時間等によって自在に制御できる。無電解金めっき液としては、市販の無電解金めっき液を用いてもよい。   A gold layer 25 (second surface layer) is formed on the second underlayer 27. The formation method of the gold layer 25 may be, for example, electroless gold plating or electrolytic gold plating. For example, in electroless gold plating, the second underlayer 27 may be immersed in an electroless gold plating solution. Thereby, the gold layer 25 is formed on the surface of the second underlayer 27. The thickness and composition of the gold layer 25 can be freely controlled by the type of electroless gold plating solution, the temperature and pH of the plating solution, the time during which the second underlayer 27 is immersed in the plating solution, and the like. A commercially available electroless gold plating solution may be used as the electroless gold plating solution.

以上の工程によって、シード層17、第2導体層14、第2下地層27及び金層25(第2表層)が順次積層された第2前駆体構造22が第2基板60上に形成される。   Through the above steps, the second precursor structure 22 in which the seed layer 17, the second conductor layer 14, the second underlayer 27, and the gold layer 25 (second surface layer) are sequentially stacked is formed on the second substrate 60. .

[第1前駆体構造21及び第2前駆体構造22の接合工程]
第1前駆体構造21のスズ層24(第1表層)と、第2前駆体構造22の金層25(第2表層)とが対向するように、第1基板40上に第2基板60を載置する。
[Joint Step of First Precursor Structure 21 and Second Precursor Structure 22]
The second substrate 60 is placed on the first substrate 40 so that the tin layer 24 (first surface layer) of the first precursor structure 21 and the gold layer 25 (second surface layer) of the second precursor structure 22 face each other. Place.

第1前駆体構造21と第2前駆体構造22とを加熱しながら圧着する。加熱により、融点の低いスズ層24が金層25よりも先に溶融し、溶融したスズ層24が金層25の表面全体を濡らし、金層25の表面全体に広がる。また、ニッケル層23の一部が溶融したスズ層24内へ移動(拡散)する。なお、溶融したスズ層24は、溶融した従来のAuSn系ろう材に比べて、ニッケルの移動(拡散)を助長し易い。次いで、溶融したスズ層24、金層25、及びスズ層24内へ移動したニッケルが混合する。これらの金属を冷却することにより、ニッケル層23が第1金属層11となり、金、スズ及びニッケルを含む第2金属層12が、第1金属層11上に形成される。溶融したスズ層24が金層25の表面全体を斑なく濡らし、金層25の表面全体に広がるので、接合構造10におけるボイド及びクラックの発生が抑制される。ニッケル層23の一部が、溶融したスズ層24内へ移動(拡散)するので、第1金属層11及び第2金属層12の組成は、ニッケルを含有する点において連続的になる。第2下地層27は第3金属層13となり、第2金属層12上に形成される。第2下地層27がニッケルを含む場合、接合工程において、第2下地層27中のニッケルの一部も拡散して、第2金属層12に混合されてよい。その結果、第2金属層12及び第3金属層13の組成が、ニッケルを含有する点において連続的になる。   The first precursor structure 21 and the second precursor structure 22 are pressure bonded while heating. By heating, the tin layer 24 having a low melting point is melted before the gold layer 25, and the molten tin layer 24 wets the entire surface of the gold layer 25 and spreads over the entire surface of the gold layer 25. Further, a part of the nickel layer 23 moves (diffuses) into the molten tin layer 24. In addition, the molten tin layer 24 is easy to promote the movement (diffusion) of nickel as compared with the molten conventional AuSn brazing material. Next, the molten tin layer 24, the gold layer 25, and the nickel that has moved into the tin layer 24 are mixed. By cooling these metals, the nickel layer 23 becomes the first metal layer 11, and the second metal layer 12 containing gold, tin, and nickel is formed on the first metal layer 11. Since the molten tin layer 24 wets the entire surface of the gold layer 25 without unevenness and spreads over the entire surface of the gold layer 25, the occurrence of voids and cracks in the bonded structure 10 is suppressed. Since a part of the nickel layer 23 moves (diffuses) into the molten tin layer 24, the composition of the first metal layer 11 and the second metal layer 12 is continuous in that it contains nickel. The second underlayer 27 becomes the third metal layer 13 and is formed on the second metal layer 12. When the second underlayer 27 contains nickel, a part of nickel in the second underlayer 27 may be diffused and mixed with the second metal layer 12 in the bonding step. As a result, the composition of the second metal layer 12 and the third metal layer 13 is continuous in that it contains nickel.

本実施形態において、仮にニッケル層23が存在しない場合、接合工程においてスズ層24を構成するスズ原子が第1導体層15へ向かって過度に移動(拡散)して、第1導体層15を構成する原子と反応し、脆いスズ合金が形成されることがある。しかし、本実施形態では、ニッケル層23が、スズ層24から第1導体層15へのスズの移動を抑制し、脆いスズ合金が生成する反応を抑制する。脆いスズ合金の生成が抑制されることにより、接合構造10の接合強度が向上する。ニッケル層23の場合と同様に、第2下地層27も、スズ層24から第2導体層14へのスズの移動を抑制し、第2導体層14を構成する原子とスズとの反応を抑制し、脆いスズ合金の生成を抑制する。   In the present embodiment, if the nickel layer 23 is not present, the tin atoms constituting the tin layer 24 are excessively moved (diffused) toward the first conductor layer 15 in the joining step, thereby forming the first conductor layer 15. May react with the atoms to form a brittle tin alloy. However, in this embodiment, the nickel layer 23 suppresses the movement of tin from the tin layer 24 to the first conductor layer 15 and suppresses the reaction in which a brittle tin alloy is generated. By suppressing the formation of a brittle tin alloy, the joint strength of the joint structure 10 is improved. As in the case of the nickel layer 23, the second underlayer 27 also suppresses the movement of tin from the tin layer 24 to the second conductor layer 14 and suppresses the reaction between the atoms constituting the second conductor layer 14 and tin. And suppresses the formation of brittle tin alloys.

上述した工程を経て、接合構造10が形成され、第1基板40と第2基板60とが接合構造10を介して接合される。   Through the steps described above, the bonding structure 10 is formed, and the first substrate 40 and the second substrate 60 are bonded via the bonding structure 10.

従来のAuSn系ろう材を用いた接合構造の製造では、第1前駆体構造21のスズ層24の代わりに、AuSn系ろう材からなる層(AuSn系ろう層)を形成していた。溶融したAuSn系ろう層の濡れ性(wettability)は、同一の温度で溶融したスズ層24に比べて劣る。したがって、従来は、AuSn系ろう材が濡れ広がり易い金層を、第1前駆体構造の第1下地層とAuSn系ろう層との間に設ける必要があった。つまり、従来のAuSnろう材を用いた接合では、接合される一対の部材の双方に金層を設ける必要があった。一方、本実施形態では、第1前駆体構造21が、従来のAuSn系ろう層ではなく、スズ層24を有するので、第1前駆体構造21が金層を有する必要がない。つまり、本実施形態では、部材の一方(第2前駆体構造22)にのみ金層25を設けることにより、接合強度に優れた接合構造10を製造することができる。したがって、本実施形態では、接合構造の製造に必要な金の量を低減し、接合構造の製造コストが低減される。   In the manufacture of a joining structure using a conventional AuSn brazing material, a layer made of AuSn brazing material (AuSn brazing layer) is formed instead of the tin layer 24 of the first precursor structure 21. The wettability of the molten AuSn brazing layer is inferior to that of the tin layer 24 melted at the same temperature. Therefore, conventionally, it has been necessary to provide a gold layer in which the AuSn-based brazing material easily spreads between the first underlayer of the first precursor structure and the AuSn-based brazing layer. That is, in the joining using the conventional AuSn brazing material, it was necessary to provide a gold layer on both of the pair of members to be joined. On the other hand, in the present embodiment, since the first precursor structure 21 has the tin layer 24 instead of the conventional AuSn-based brazing layer, the first precursor structure 21 does not need to have a gold layer. That is, in the present embodiment, the bonding structure 10 having excellent bonding strength can be manufactured by providing the gold layer 25 only on one of the members (second precursor structure 22). Therefore, in this embodiment, the amount of gold necessary for manufacturing the joint structure is reduced, and the manufacturing cost of the joint structure is reduced.

第1金属層11の組成及び厚さ、第2金属層12の組成及び厚さ、並びに第3金属層13の組成及び厚さは、以下の条件によって自在に制御される。
ニッケル層23(第1下地層)の組成、厚さ及びめっき法。
スズ層24(第1表層)の組成、厚さ及びめっき法。
金層25(第2表層)の組成、厚さ及びめっき方法。
第2下地層27の組成、厚さ及びめっき法。
接合工程における加熱温度及び加熱時間。
The composition and thickness of the first metal layer 11, the composition and thickness of the second metal layer 12, and the composition and thickness of the third metal layer 13 are freely controlled by the following conditions.
Composition, thickness and plating method of the nickel layer 23 (first underlayer).
Composition, thickness and plating method of the tin layer 24 (first surface layer).
Composition, thickness and plating method of the gold layer 25 (second surface layer).
Composition, thickness and plating method of the second underlayer 27.
Heating temperature and heating time in the joining process.

第1前駆体構造21におけるスズ層24(第1表層)の厚さがT1であり、第2前駆体構造22における金層25(第2表層)の厚さがT2であるとき、T1/T2は、例えば、2.0〜13.0であればよい。T1/T2を上記範囲に調整することにより、y/xを0.8〜5.0、又は0.8〜4.8に制御することができる。第1の製造方法では、T1/T2は、2.0〜8.0であってもよい。この場合、y/xを、0.8〜3.0、又は0.8〜2.9に制御することができる。   When the thickness of the tin layer 24 (first surface layer) in the first precursor structure 21 is T1, and the thickness of the gold layer 25 (second surface layer) in the second precursor structure 22 is T2, T1 / T2 May be, for example, 2.0 to 13.0. By adjusting T1 / T2 to the above range, y / x can be controlled to 0.8 to 5.0 or 0.8 to 4.8. In the first manufacturing method, T1 / T2 may be 2.0 to 8.0. In this case, y / x can be controlled to 0.8 to 3.0 or 0.8 to 2.9.

第1前駆体構造21におけるスズ層24(第1表層)の厚さT1は、例えば、0.1〜5μm程度であればよい。   The thickness T1 of the tin layer 24 (first surface layer) in the first precursor structure 21 may be about 0.1 to 5 μm, for example.

第2前駆体構造22における金層25(第2表層)の厚さT2は、例えば、0.1〜1μm程度であればよい。金は高価であるため、金層25が薄いほど接合構造10の製造コストが抑制される。   The thickness T2 of the gold layer 25 (second surface layer) in the second precursor structure 22 may be about 0.1 to 1 μm, for example. Since gold is expensive, the manufacturing cost of the joint structure 10 is suppressed as the gold layer 25 is thinner.

第1前駆体構造21におけるニッケル層23の厚さは、特に限定されないが、0.1〜5μm程度であればよい。   Although the thickness of the nickel layer 23 in the 1st precursor structure 21 is not specifically limited, What is necessary is just about 0.1-5 micrometers.

第2前駆体構造22における第2下地層27の厚さは、特に限定されないが、0.1〜5μm程度であればよい。   The thickness of the second underlayer 27 in the second precursor structure 22 is not particularly limited, but may be about 0.1 to 5 μm.

第1前駆体構造21及び第2前駆体構造22が備える各層の厚さは、例えば、蛍光X線分析(XRF)を用いて測定される。例えば、第1前駆体構造21のスズ層24(第1表層)の厚さT1を測定する場合、スズ層24の表面から任意に選んだ複数の箇所(例えば3箇所)におけるスズ層24の厚さを、蛍光X線膜厚計を用いて測定する。各箇所におけるスズ層24の厚さを平均することにより、スズ層24(第1表層)の厚さT1が算出される。例えば、第2前駆体構造22の金層25(第2表層)の厚さT2を測定する場合、金層25の表面から任意に選んだ複数の箇所(例えば3箇所)における金層25の厚さを、蛍光X線膜厚計を用いて測定する。各箇所における金層25の厚さを平均することにより、金層25(第2表層)の厚さT2が算出される。   The thickness of each layer provided in the first precursor structure 21 and the second precursor structure 22 is measured using, for example, fluorescent X-ray analysis (XRF). For example, when measuring the thickness T1 of the tin layer 24 (first surface layer) of the first precursor structure 21, the thickness of the tin layer 24 at a plurality of locations (for example, three locations) arbitrarily selected from the surface of the tin layer 24 The thickness is measured using a fluorescent X-ray film thickness meter. By averaging the thickness of the tin layer 24 at each location, the thickness T1 of the tin layer 24 (first surface layer) is calculated. For example, when measuring the thickness T2 of the gold layer 25 (second surface layer) of the second precursor structure 22, the thickness of the gold layer 25 at a plurality of locations (for example, three locations) arbitrarily selected from the surface of the gold layer 25. The thickness is measured using a fluorescent X-ray film thickness meter. By averaging the thickness of the gold layer 25 at each location, the thickness T2 of the gold layer 25 (second surface layer) is calculated.

第1前駆体構造21及び第2前駆体構造22の接合工程は、フリップチップボンダー又はリフロー炉を用いて、第1前駆体構造21と、第2前駆体構造22とを加熱すればよい。例えば、第1前駆体構造21と、第2前駆体構造22とを、280〜400℃で加熱すればよい。例えば、第1前駆体構造21と、第2前駆体構造22とを、0.1〜120秒間加熱すればよい。加熱温度及び加熱時間がこれらの範囲内である場合、スズ層24が溶融し易く、接合強度に優れた接合構造10が形成され易い。   The joining process of the 1st precursor structure 21 and the 2nd precursor structure 22 should just heat the 1st precursor structure 21 and the 2nd precursor structure 22 using a flip chip bonder or a reflow furnace. For example, what is necessary is just to heat the 1st precursor structure 21 and the 2nd precursor structure 22 at 280-400 degreeC. For example, the first precursor structure 21 and the second precursor structure 22 may be heated for 0.1 to 120 seconds. When the heating temperature and the heating time are within these ranges, the tin layer 24 is easily melted, and the bonding structure 10 having excellent bonding strength is easily formed.

<第2の製造方法>
[第1前駆体構造21の形成工程]
以下では、第2の製造方法を説明する。第1の製造方法及び第2の製造方法に共通する事項の説明は省略する。図4(b)は、第1基板40上に形成された第1前駆体構造21の断面を模式的に示す。第2の製造方法における第1前駆体構造21は、第1の製造方法における第1前駆体構造21と同一であってよい。第2の製造方法における第1前駆体構造21の形成方法は、第1の製造方法における第1前駆体構造21の形成方法と同一であってよい。
<Second production method>
[Step of Forming First Precursor Structure 21]
Below, a 2nd manufacturing method is demonstrated. Description of matters common to the first manufacturing method and the second manufacturing method is omitted. FIG. 4B schematically shows a cross section of the first precursor structure 21 formed on the first substrate 40. The first precursor structure 21 in the second manufacturing method may be the same as the first precursor structure 21 in the first manufacturing method. The method for forming the first precursor structure 21 in the second manufacturing method may be the same as the method for forming the first precursor structure 21 in the first manufacturing method.

[第2前駆体構造28の形成工程]
図4(a)は、第2基板60上に形成された第2前駆体構造28の断面を模式的に示す。第2前駆体構造28は、第2基板60上に設けられたシード層17と、シード層17上に形成された第2導体層14と、第2導体層14上に形成され、ニッケル又はチタン等の金属を主成分として含む層(第2下地層27)と、第2下地層27上に形成され、パラジウムを主成分として含むパラジウム層26(中間層)と、パラジウム層26上に形成され、金を主成分として含む金層25(第2表層)と、を備える。シード層17を介在させずに、第1基板40の表面に直接第2導体層14が形成されていてもよい。第2下地層27を設けずに、第2導体層14上にパラジウム層26が形成されていてもよい。
[Step of Forming Second Precursor Structure 28]
FIG. 4A schematically shows a cross section of the second precursor structure 28 formed on the second substrate 60. The second precursor structure 28 is formed on the seed layer 17 provided on the second substrate 60, the second conductor layer 14 formed on the seed layer 17, and the second conductor layer 14. Formed on the second underlayer 27, a palladium layer 26 (intermediate layer) containing palladium as a main component, and a palladium layer 26. And a gold layer 25 (second surface layer) containing gold as a main component. The second conductor layer 14 may be formed directly on the surface of the first substrate 40 without the seed layer 17 interposed. The palladium layer 26 may be formed on the second conductor layer 14 without providing the second base layer 27.

第2基板60の上にシード層17、第2導体層14、及び第2下地層27を形成する。第2の製造方法におけるシード層17の組成及び形成方法は、第1の製造方法において形成されるシード層17と同じであってよい。第2の製造方法における第2導体層14の組成及び形成方法は、第1の製造方法において形成される第2導体層14と同じであってよい。第2の製造方法における第2下地層27の組成及び形成方法は、第1の製造方法において形成される第2下地層27と同じであってよい。   A seed layer 17, a second conductor layer 14, and a second underlayer 27 are formed on the second substrate 60. The composition and formation method of the seed layer 17 in the second manufacturing method may be the same as the seed layer 17 formed in the first manufacturing method. The composition and formation method of the second conductor layer 14 in the second manufacturing method may be the same as those of the second conductor layer 14 formed in the first manufacturing method. The composition and formation method of the second underlayer 27 in the second manufacturing method may be the same as those of the second underlayer 27 formed in the first manufacturing method.

第2下地層27上にパラジウム層26(中間層)を形成する。パラジウム層26の形成方法は、例えば、無電解パラジウムめっき又は電解パラジウムめっきであってよい。例えば、無電解パラジウムめっきでは、第2下地層27を無電解パラジウムめっき液に浸漬する。これにより、パラジウム層26が第2下地層27の表面に形成される。パラジウム層26の厚さ及び組成は、無電解パラジウムめっき液の種類、温度、pH、及び第2下地層27をめっき液に浸漬する時間等によって自在に制御できる。無電解パラジウムめっき液として、市販の無電解パラジウムめっき液を用いてもよい。   A palladium layer 26 (intermediate layer) is formed on the second underlayer 27. The method for forming the palladium layer 26 may be, for example, electroless palladium plating or electrolytic palladium plating. For example, in electroless palladium plating, the second underlayer 27 is immersed in an electroless palladium plating solution. Thereby, the palladium layer 26 is formed on the surface of the second underlayer 27. The thickness and composition of the palladium layer 26 can be freely controlled by the type of electroless palladium plating solution, temperature, pH, time for immersing the second underlayer 27 in the plating solution, and the like. A commercially available electroless palladium plating solution may be used as the electroless palladium plating solution.

パラジウム層26の形成後、第1の製造方法と同様の方法で、金層25(第二表層)をパラジウム層26(中間層)上に形成する。以上の工程により、第2前駆体構造28が形成される。なお、金層25を第2下地層27上に形成した後、パラジウム層26を金層25上に形成してもよい。   After the formation of the palladium layer 26, a gold layer 25 (second surface layer) is formed on the palladium layer 26 (intermediate layer) in the same manner as in the first manufacturing method. Through the above steps, the second precursor structure 28 is formed. Note that the palladium layer 26 may be formed on the gold layer 25 after the gold layer 25 is formed on the second underlayer 27.

[第1前駆体構造21及び第2前駆体構造28の接合工程]
第1前駆体構造21のスズ層24と、第2前駆体構造28の金層25とが対向するように、第1基板40上に第2基板60を載置する。
[Joint Step of First Precursor Structure 21 and Second Precursor Structure 28]
The second substrate 60 is placed on the first substrate 40 so that the tin layer 24 of the first precursor structure 21 and the gold layer 25 of the second precursor structure 28 face each other.

第1前駆体構造21と第2前駆体構造28とを加熱しながら圧着する。加熱により、融点の低いスズ層24が金層25よりも先に溶融し、溶融したスズ層24が金層25の表面全体を濡らし、金層25の表面全体に広がる。また、ニッケル層23の一部が溶融したスズ層24内へ移動(拡散)する。なお、溶融したスズ層24は、溶融した従来のAuSn系ろう材に比べて、ニッケルの移動(拡散)を助長し易い。次いで、溶融したスズ層24、金層25、パラジウム層26、及びスズ層24内へ移動したニッケルが混合する。これらの金属を冷却することにより、ニッケル層23が第1金属層11となり、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含む第2金属層12が第1金属層11上に形成される。溶融したスズ層24が金層25の表面全体を斑なく濡らし、金層25の表面全体に広がるので、接合構造10におけるボイド及びクラックの発生が抑制される。ニッケル層23の一部が、溶融したスズ層24内へ移動(拡散)するので、第1金属層11及び第2金属層12の組成は、ニッケルを含有する点において連続的になる。第2下地層27は第3金属層13となり、第2金属層12上に形成される。第2下地層27がニッケルを含む場合、接合工程において、第2下地層27中のニッケルの一部も拡散して、第2金属層12へ混合されてよい。その結果、第2金属層12及び第3金属層13の組成は、ニッケルを含有する点において連続的になる。   The first precursor structure 21 and the second precursor structure 28 are pressure bonded while heating. By heating, the tin layer 24 having a low melting point is melted before the gold layer 25, and the molten tin layer 24 wets the entire surface of the gold layer 25 and spreads over the entire surface of the gold layer 25. Further, a part of the nickel layer 23 moves (diffuses) into the molten tin layer 24. In addition, the molten tin layer 24 is easy to promote the movement (diffusion) of nickel as compared with the molten conventional AuSn brazing material. Next, the molten tin layer 24, the gold layer 25, the palladium layer 26, and the nickel that has moved into the tin layer 24 are mixed. By cooling these metals, the nickel layer 23 becomes the first metal layer 11, and the second metal layer 12 containing gold, tin, nickel, and palladium is formed on the first metal layer 11. Since the molten tin layer 24 wets the entire surface of the gold layer 25 without unevenness and spreads over the entire surface of the gold layer 25, the occurrence of voids and cracks in the bonded structure 10 is suppressed. Since a part of the nickel layer 23 moves (diffuses) into the molten tin layer 24, the composition of the first metal layer 11 and the second metal layer 12 is continuous in that it contains nickel. The second underlayer 27 becomes the third metal layer 13 and is formed on the second metal layer 12. When the second underlayer 27 contains nickel, a part of nickel in the second underlayer 27 may be diffused and mixed with the second metal layer 12 in the bonding step. As a result, the composition of the second metal layer 12 and the third metal layer 13 is continuous in that it contains nickel.

接合工程では、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Aが第2金属層12の内部(例えば、第2金属層12の中央C)に形成されることがある。部位Aが形成される原因は、必ずしも定かではない。スズとパラジウムとの親和性が高いため、溶融したスズ層24、金層25、スズ層24内へ移動したニッケル及びパラジウム層26の混合に伴い、パラジウムの移動(拡散)が助長される結果、部位Aが第2金属層12の内部(例えば、第2金属層12の中央)に形成される、と推測される。   In the joining step, a part A in which the content of palladium is larger than the content of other elements may be formed inside the second metal layer 12 (for example, the center C of the second metal layer 12). The cause of the formation of site A is not always clear. As a result of the high affinity between tin and palladium, the movement (diffusion) of palladium is promoted with the mixing of molten tin layer 24, gold layer 25, nickel moved into tin layer 24 and palladium layer 26, It is presumed that the portion A is formed inside the second metal layer 12 (for example, the center of the second metal layer 12).

上述した工程を経て、接合構造10が形成され、第1基板40と第2基板60とが接合構造10を介して接合される。   Through the steps described above, the bonding structure 10 is formed, and the first substrate 40 and the second substrate 60 are bonded via the bonding structure 10.

接合構造10のうち、第1金属層11の組成及び厚さ、第2金属層12の組成及び厚さ、並びに第3金属層13の組成及び厚さは、以下の条件によって自在に制御される。
ニッケル層23(第1下地層)の組成、厚さ及びめっき法。
スズ層24(第1表層)の組成、厚さ及びめっき法。
金層25(第2表層)の組成、厚さ及びめっき方法。
パラジウム層26(中間層)の組成、厚さ及びめっき法。
第2下地層27の組成、厚さ及びめっき法。
接合工程における加熱温度及び加熱時間。
In the bonding structure 10, the composition and thickness of the first metal layer 11, the composition and thickness of the second metal layer 12, and the composition and thickness of the third metal layer 13 are freely controlled by the following conditions. .
Composition, thickness and plating method of the nickel layer 23 (first underlayer).
Composition, thickness and plating method of the tin layer 24 (first surface layer).
Composition, thickness and plating method of the gold layer 25 (second surface layer).
Composition, thickness and plating method of the palladium layer 26 (intermediate layer).
Composition, thickness and plating method of the second underlayer 27.
Heating temperature and heating time in the joining process.

T1/T2は、例えば、2.0〜13.0であればよい。第2の製造方法では、T1/T2は、3.6〜13.0であってもよい。この場合、y/xを1.0〜5.0、又は1.3〜4.8に制御することができる。第2の製造方法では、T1/T2は、8.0〜13.0であってもよい。この場合、y/xを3.0〜5.0、又は3.1〜4.8に制御することができる。   T1 / T2 may be, for example, 2.0 to 13.0. In the second manufacturing method, T1 / T2 may be 3.6 to 13.0. In this case, y / x can be controlled to 1.0 to 5.0 or 1.3 to 4.8. In the second manufacturing method, T1 / T2 may be 8.0 to 13.0. In this case, y / x can be controlled to 3.0 to 5.0, or 3.1 to 4.8.

第2前駆体構造28におけるパラジウム層26(中間層)の厚さがT3であるとき、T3/T2は、例えば、0.1〜4.0であってよい。   When the thickness of the palladium layer 26 (intermediate layer) in the second precursor structure 28 is T3, T3 / T2 may be, for example, 0.1 to 4.0.

第2前駆体構造28におけるパラジウム層26(中間層)の厚さT3は、特に限定されないが、0.1〜1μm程度であればよい。   The thickness T3 of the palladium layer 26 (intermediate layer) in the second precursor structure 28 is not particularly limited, but may be about 0.1 to 1 μm.

第2前駆体構造28が備えるパラジウム層26(中間層)の厚さT3は、例えば、蛍光X線分析(XRF)を用いて測定される。例えば、金層25をパラジウム層26上に形成する前に、パラジウム層26の表面から任意に選んだ複数の箇所(例えば3箇所、又は5箇所)におけるパラジウム層26の厚さを、蛍光X線膜厚計を用いて測定する。各箇所におけるパラジウム層26の厚さを平均することにより、パラジウム層26の厚さT3が算出される。   The thickness T3 of the palladium layer 26 (intermediate layer) included in the second precursor structure 28 is measured using, for example, fluorescent X-ray analysis (XRF). For example, before the gold layer 25 is formed on the palladium layer 26, the thickness of the palladium layer 26 at a plurality of locations (for example, three or five locations) arbitrarily selected from the surface of the palladium layer 26 is expressed by fluorescent X-rays. Measure using a film thickness meter. By averaging the thickness of the palladium layer 26 at each location, the thickness T3 of the palladium layer 26 is calculated.

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。   As mentioned above, although one suitable embodiment of the present invention was described, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment.

例えば、ニッケル層23(第1下地層)、スズ層24(第1表層)及び第2下地層27を無電解めっき又は電解めっきでなく、スパッタリング又は化学気相蒸着によって形成してもよい。金層25(第2表層)及びパラジウム層26(中間層)を、無電解めっき又は電解めっきではなく、スパッタリング又は化学気相蒸着によって形成してもよい。   For example, the nickel layer 23 (first base layer), the tin layer 24 (first surface layer), and the second base layer 27 may be formed by sputtering or chemical vapor deposition instead of electroless plating or electrolytic plating. The gold layer 25 (second surface layer) and the palladium layer 26 (intermediate layer) may be formed by sputtering or chemical vapor deposition instead of electroless plating or electrolytic plating.

上記の本実施形態と同様の方法で、基板と電子部品とを接合構造10によって接合してもよく、電子部品同士を接合構造10によって接合してもよい。   The substrate and the electronic component may be bonded by the bonding structure 10 or the electronic components may be bonded by the bonding structure 10 by the same method as in the present embodiment.

以下、本発明の内容を実施例及び比較例を用いてより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the content of the present invention is explained in detail using an example and a comparative example, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
[第1前駆体構造の形成工程]
第1基板としてシリコン基板を準備した。第1基板の寸法は10×10mmであり、第1基板の厚さは0.6mmであった。第1基板の表面(被接合部位)に、チタンからなるシード層を形成した後、電解銅めっきにより、銅からなる第1導体層をシード層上に形成した。このとき、レジストフィルムを用いたパターニングにより、第1導体層の寸法及び厚さを調整した。第1導体層の厚さは5μmであり、導体層の寸法は100×100μmであった。電解銅めっき用のめっき液として、硫酸銅を含む酸性の電解銅めっき液を用いた。
Example 1
[Formation process of first precursor structure]
A silicon substrate was prepared as the first substrate. The dimension of the first substrate was 10 × 10 mm, and the thickness of the first substrate was 0.6 mm. A seed layer made of titanium was formed on the surface (bonded portion) of the first substrate, and then a first conductor layer made of copper was formed on the seed layer by electrolytic copper plating. At this time, the dimension and thickness of the first conductor layer were adjusted by patterning using a resist film. The thickness of the first conductor layer was 5 μm, and the dimensions of the conductor layer were 100 × 100 μm. An acidic electrolytic copper plating solution containing copper sulfate was used as a plating solution for electrolytic copper plating.

レジストフィルム及びシード層を第1基板の表面(第1導体層が形成された部分を除く。)から剥離した。電解ニッケルめっきにより、ニッケル層(第1下地層)を第1導体層の表面に形成した。ニッケル層(第1下地層)の厚さは、下記表1に示す値に調整した。電解ニッケルめっき用のめっき液として、硫酸ニッケルを含む弱酸性の電解ニッケルめっき液を用いた。   The resist film and the seed layer were peeled from the surface of the first substrate (excluding the portion where the first conductor layer was formed). A nickel layer (first underlayer) was formed on the surface of the first conductor layer by electrolytic nickel plating. The thickness of the nickel layer (first base layer) was adjusted to the values shown in Table 1 below. As the plating solution for electrolytic nickel plating, a weakly acidic electrolytic nickel plating solution containing nickel sulfate was used.

電解スズめっきにより、スズ層(第1表層)をニッケル層の表面に形成した。以上の工程により、第1前駆体構造を第1基板上に形成した。スズ層(第1表層)の厚さT1は、下記表1に示す値に調整した。電解スズめっき用のめっき液として、硫酸第一スズを含む酸性の電解スズめっき液を用いた。   A tin layer (first surface layer) was formed on the surface of the nickel layer by electrolytic tin plating. Through the above steps, the first precursor structure was formed on the first substrate. The thickness T1 of the tin layer (first surface layer) was adjusted to the values shown in Table 1 below. An acidic electrolytic tin plating solution containing stannous sulfate was used as a plating solution for electrolytic tin plating.

[第2前駆体構造の形成工程]
第2基板としてシリコン基板を準備した。第2基板の寸法は0.2×0.2mmであり、第2基板の厚さは0.6mmであった。次に、第2基板の被接合部位に、上記の方法で、チタンからなるシード層、及び銅からなる第2導体層を形成した。レジストフィルムを用いたパターニングにより、第2導体層の寸法及び厚さを調整した。第2導体層の厚さは5μmであり、第2導体層の寸法は100×100μmであった。
[Formation process of second precursor structure]
A silicon substrate was prepared as the second substrate. The dimension of the second substrate was 0.2 × 0.2 mm, and the thickness of the second substrate was 0.6 mm. Next, a seed layer made of titanium and a second conductor layer made of copper were formed on the bonded portion of the second substrate by the above method. The dimension and thickness of the second conductor layer were adjusted by patterning using a resist film. The thickness of the second conductor layer was 5 μm, and the dimension of the second conductor layer was 100 × 100 μm.

レジストフィルム及びシード層を第2基板の表面(第2導体層が形成された部分を除く。)から剥離した。第1下地層の場合の同様の電解ニッケルめっきにより、ニッケル層(第2下地層)を第2導体層の表面に形成した。ニッケル層(第2下地層)の厚さは、下記表1に示す値に調整した。   The resist film and the seed layer were peeled from the surface of the second substrate (excluding the portion where the second conductor layer was formed). A nickel layer (second underlayer) was formed on the surface of the second conductor layer by the same electrolytic nickel plating as in the case of the first underlayer. The thickness of the nickel layer (second base layer) was adjusted to the values shown in Table 1 below.

電解金めっきにより、金層(第2表層)をニッケル層(第2下地層)の表面に形成した。金層(第2表層)の厚さT2は、下記表1に示す値に調整した。電解金めっき用のめっき液として、シアン化金カリウムを含む弱酸性の電解金めっき液を用いた。以上の工程により、第2前駆体構造を第2基板上に形成した。   A gold layer (second surface layer) was formed on the surface of the nickel layer (second base layer) by electrolytic gold plating. The thickness T2 of the gold layer (second surface layer) was adjusted to the value shown in Table 1 below. As the plating solution for electrolytic gold plating, a weakly acidic electrolytic gold plating solution containing potassium gold cyanide was used. Through the above steps, the second precursor structure was formed on the second substrate.

[第1前駆体構造及び第2前駆体構造の接合工程]
第1前駆体構造のスズ層(第1表層)と第2前駆体構造の金層(第2表層)とが対向するように、第1基板上に第2基板を載置した。この第1前駆体構造及び第2前駆体構造を、窒素雰囲気において60秒間300℃で加熱することにより、両者を圧着し、急冷した。この熱圧着にはフリップチップボンダーを用いた。以上の工程により、実施例1の接合構造を作製した。
[Joint Step of First Precursor Structure and Second Precursor Structure]
The second substrate was placed on the first substrate so that the tin layer (first surface layer) having the first precursor structure and the gold layer (second surface layer) having the second precursor structure were opposed to each other. The first precursor structure and the second precursor structure were heated at 300 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere, whereby both were pressure-bonded and rapidly cooled. A flip chip bonder was used for the thermocompression bonding. The bonded structure of Example 1 was manufactured through the above steps.

(実施例2)
第2前駆体構造の金層(第2表層)の厚さT2を下記表1に示す値に調整したこと以外は実施例1と同様の方法で、実施例2の接合構造を作製した。
(Example 2)
The junction structure of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness T2 of the gold layer (second surface layer) of the second precursor structure was adjusted to the value shown in Table 1 below.

(実施例3)
実施例3では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を、下記表1に示す値に調整した。
(Example 3)
In Example 3, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the value shown in Table 1 below.

実施例3の第2前駆体構造の作製では、電解ニッケルめっきの代わりに、無電解ニッケルめっきによって、リンを含むニッケル層(第2下地層)を形成した。無電解ニッケルめっきでは、次亜リン酸イオン(還元剤)を含む無電解ニッケルめっき液を用いた。   In the production of the second precursor structure of Example 3, a nickel layer (second base layer) containing phosphorus was formed by electroless nickel plating instead of electrolytic nickel plating. In electroless nickel plating, an electroless nickel plating solution containing hypophosphite ions (reducing agent) was used.

実施例3の第2前駆体構造の作製では、電解金めっきの代わりに、無電解金めっきによって、金層(第2表層)を形成した。無電解金めっき用のめっき液として、ホルマリン(還元剤)を含む無電解金めっき液を用いた。金層(第2表層)の厚さT2を、下記表1に示す値に調整した。   In the production of the second precursor structure of Example 3, a gold layer (second surface layer) was formed by electroless gold plating instead of electrolytic gold plating. As a plating solution for electroless gold plating, an electroless gold plating solution containing formalin (reducing agent) was used. The thickness T2 of the gold layer (second surface layer) was adjusted to the value shown in Table 1 below.

以上の事項以外は実施例1と同様の方法で、実施例3の接合構造を作製した。   A joined structure of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except for the above items.

(実施例4)
第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表1に示す値に調整したこと以外は実施例3と同様の方法で、実施例4の接合構造を作製した。
Example 4
A joined structure of Example 4 was produced in the same manner as in Example 3 except that the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the value shown in Table 1 below.

(実施例5)
第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表1に示す値に調整したこと以外は実施例3と同様の方法で、実施例5の接合構造を作製した。
(Example 5)
A joined structure of Example 5 was produced in the same manner as in Example 3 except that the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the value shown in Table 1 below.

(比較例1)
比較例1では、第1基板上に形成されたシード層と、シード層上に形成された第1導体層と、第1導体層15上に形成された金層(第1下地層)と、金層上に形成されたAuS系ろう層(第1表層)と、から構成される第1前駆体構造を形成した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a seed layer formed on the first substrate, a first conductor layer formed on the seed layer, a gold layer (first base layer) formed on the first conductor layer 15, A first precursor structure composed of an AuS brazing layer (first surface layer) formed on the gold layer was formed.

つまり、比較例1の第1前駆体構造の作製では、第1下地層として、ニッケル層の代わりに、金層を形成した。金層は、実施例1の第2表層と同様の電解金めっきによって形成した。金層(第1下地層)の厚さは、下記表1に示す値に調整した。   That is, in the production of the first precursor structure of Comparative Example 1, a gold layer was formed as the first underlayer instead of the nickel layer. The gold layer was formed by electrolytic gold plating similar to the second surface layer of Example 1. The thickness of the gold layer (first base layer) was adjusted to the values shown in Table 1 below.

また、比較例1の第1前駆体構造の作製では、第1表層として、スズ層の代わりに、AuSn系ろう材からなるAuSn系ろう層を形成した。AuSn系ろう層は、スパッタリングによって形成した。AuSn系ろう層における金の含有量を79質量%に調整し、AuSn系ろう層におけるスズの含有量を21質量%に調整した。AuSn系ろう層(第1表層)の厚さT1は、下記表1に示す値に調整した。   In the production of the first precursor structure of Comparative Example 1, an AuSn brazing layer made of an AuSn brazing material was formed as the first surface layer instead of the tin layer. The AuSn brazing layer was formed by sputtering. The gold content in the AuSn brazing layer was adjusted to 79% by mass, and the tin content in the AuSn brazing layer was adjusted to 21% by mass. The thickness T1 of the AuSn brazing layer (first surface layer) was adjusted to the values shown in Table 1 below.

以上の事項を除いて実施例3と同様の方法で、比較例1の接合構造を作製した。   A joined structure of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(比較例2)
比較例2では、AuSn系ろう層における金の含有量を66質量%に調整し、AuSn系ろう層におけるスズの含有量を34質量%に調整した。AuSn系ろう層の組成を変更したこと以外は比較例1と同様の方法で、比較例2の接合構造の作製を試みた。しかし、比較例2では、第1前駆体構造及び第2前駆体構造を窒素雰囲気において60秒間300℃で加熱しても、両構造が接合されなかった。つまり、比較例2の接合構造を形成することはできなかった。このことは、比較例2のAuSn系ろう層の融点が高過ぎたため、60秒間300℃で加熱してもAuSn系ろう層が溶融しなかったことに起因する、と本発明者らは推測する。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the gold content in the AuSn brazing layer was adjusted to 66% by mass, and the tin content in the AuSn brazing layer was adjusted to 34% by mass. An attempt was made to produce a joint structure of Comparative Example 2 by the same method as Comparative Example 1 except that the composition of the AuSn brazing layer was changed. However, in Comparative Example 2, even when the first precursor structure and the second precursor structure were heated at 300 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere, the structures were not joined. That is, the joint structure of Comparative Example 2 could not be formed. The inventors speculate that this is because the AuSn brazing layer of Comparative Example 2 was too high in melting point, and thus the AuSn brazing layer did not melt even when heated at 300 ° C. for 60 seconds. .

実施例1〜5其々のT1/T2を、下記表1に示す。実施例1〜5其々のT1は、第1前駆体構造が備えるスズ層(第1表層)の厚さである。実施例1〜5其々のT2は、第2前駆体構造が備える金層(第2表層)の厚さである。   Tables 1 and 2 below show T1 / T2 of Examples 1 to 5, respectively. Examples 1 to 5 Each T1 is the thickness of a tin layer (first surface layer) included in the first precursor structure. Examples 1-5 Each T2 is the thickness of the gold layer (2nd surface layer) with which a 2nd precursor structure is provided.

上述した実施例1〜5並びに比較例1及び2其々の第1下地層、第1表層、第2表層及び第2下地層の形成方法を、下記表2にまとめる。   The methods for forming the first underlayer, the first surface layer, the second surface layer, and the second underlayer of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 described above are summarized in Table 2 below.

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<接合構造の構造及び組成の分析>
実施例1〜5及び比較例1の各接合構造を、各接合構造の積層方向に沿って切断した。各接合構造の積層方向における断面をSEMで観察した。各断面の組成をEDSにより分析した。
<Analysis of structure and composition of bonding structure>
Each joining structure of Examples 1-5 and Comparative Example 1 was cut along the stacking direction of each joining structure. The cross section in the lamination direction of each joining structure was observed with SEM. The composition of each cross section was analyzed by EDS.

実施例1〜5其々の接合構造は、第1導体層上に積層された第1金属層と、第1金属層上に積層された第2金属層と、第2金属層上に積層された第3金属層と、を備えることが確認された。実施例1〜5其々の接合構造を介して、第1基板の第1導体層と、第2基板の第2導体層とが、接合されていることが確認された。実施例1〜5其々の接合構造では、第1金属層及び第3金属層はニッケルを含み、第2金属層は、金、スズ及びニッケルを含むことが確認された。実施例3〜5其々の第3金属層は、ニッケルに加えてリンも含むことが確認された。   In each of the first to fifth embodiments, the first metal layer laminated on the first conductor layer, the second metal layer laminated on the first metal layer, and the second metal layer are laminated. And a third metal layer. It was confirmed that the 1st conductor layer of the 1st substrate and the 2nd conductor layer of the 2nd substrate were joined via each joined structure of Examples 1-5. In each joint structure of Examples 1 to 5, it was confirmed that the first metal layer and the third metal layer contain nickel, and the second metal layer contains gold, tin and nickel. Examples 3 to 5 Each third metal layer was confirmed to contain phosphorus in addition to nickel.

比較例1の接合構造は、第1導体層上に積層された第1金属層と、第1金属層上に積層された第2金属層と、第2金属層上に積層された第3金属層と、を備えることが確認された。比較例1の接合構造によって、第1基板の第1導体層と、第2基板の第2導体層とが、接合されていることが確認された。比較例1の第1金属層は、金を含むことが確認された。比較例1の第2金属層は、金、スズ及びニッケルを含み、第2金属層中の金及びスズはAuSn共晶を形成していることが確認された。比較例1の第3金属層は、ニッケル及びリンを含むことが確認された。   The joining structure of Comparative Example 1 includes a first metal layer laminated on the first conductor layer, a second metal layer laminated on the first metal layer, and a third metal laminated on the second metal layer. And a layer. With the joint structure of Comparative Example 1, it was confirmed that the first conductor layer of the first substrate and the second conductor layer of the second substrate were joined. The first metal layer of Comparative Example 1 was confirmed to contain gold. It was confirmed that the 2nd metal layer of comparative example 1 contained gold, tin, and nickel, and gold and tin in the 2nd metal layer formed AuSn eutectic. It was confirmed that the 3rd metal layer of comparative example 1 contains nickel and phosphorus.

実施例1〜5及び比較例1其々の第2金属層の断面に属し、第1金属層及び第2金属層の界面に対して略平行に並ぶ5箇所において、ニッケル、スズ及び金其々の含有量を測定した。5箇所における各元素の含有量をそれぞれ平均した。実施例1〜5及び比較例1其々の第2金属層における各元素の含有量の平均値を、下記表3に示す。下記表3中のyは、第2金属層におけるスズの含有量の平均値を意味する。下記表3中のxは、第2金属層における金の含有量の平均値を意味する。実施例1〜5及び比較例1其々のy/xを算出した。各y/xを、下記表3に示す。   Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 Nickel, tin, and gold, respectively, belong to the cross section of each second metal layer and are arranged in substantially parallel to the interface between the first metal layer and the second metal layer. The content of was measured. The content of each element at five locations was averaged. Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 The average values of the contents of the respective elements in the second metal layers are shown in Table 3 below. Y in the following Table 3 means an average value of tin content in the second metal layer. X in the following Table 3 means an average value of the gold content in the second metal layer. The y / x of each of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 was calculated. Each y / x is shown in Table 3 below.

<構造的欠陥の評価>
SEMで撮影した実施例1〜5及び比較例1其々の接合構造の積層方向における断面の写真に基づき、各接合構造の断面における構造的欠陥(クラック及びボイド)の有無を確認した。各接合構造の断面における構造的欠陥の有無を、下記表3に示す。表3に示すように、実施例1〜5の接合構造の断面には、クラック及びボイドがなかった。一方、比較例1の接合構造の断面には、クラック及びボイドがあることが確認された。
<Evaluation of structural defects>
The presence or absence of structural defects (cracks and voids) in the cross section of each bonded structure was confirmed based on photographs of the cross sections in the stacking direction of the bonded structures of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 taken by SEM. The presence or absence of structural defects in the cross section of each joint structure is shown in Table 3 below. As shown in Table 3, there were no cracks or voids in the cross sections of the bonded structures of Examples 1 to 5. On the other hand, it was confirmed that the cross section of the joint structure of Comparative Example 1 had cracks and voids.

<接合強度の評価>
実施例1〜5及び比較例1其々の接合構造の接合強度(shear強度)を、以下の方法で評価した。接合強度の評価には、shear testerを用いた。
<Evaluation of bonding strength>
Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 The joint strength (shear strength) of each joint structure was evaluated by the following method. A shear tester was used for the evaluation of the bonding strength.

接合構造と接合された第1基板を固定した。同接合構造と接合された第2基板に対して、第2基板の表面に略平行な剪断力を作用させた。剪断力を増加させたときに、接合構造が破壊された時点における剪断力(接合構造の最大強度)を測定した。接合構造が破壊された時点における剪断力が大きいことは、接合構造が接合強度に優れることを意味する。接合強度の評価結果を、下記表3に示す。表3に記載の「A」とは、接合構造が破壊された時点における剪断力が100gf以上であったことを意味する。表3に記載の「B」とは、接合構造が破壊された時点における剪断力が100gf未満であったことを意味する。表3に記載の「C」とは、第1前駆体構造及び第2前駆体構造を、窒素雰囲気において60秒間300℃で加熱しても、接合構造が形成されなったことを意味する。   The first substrate bonded to the bonding structure was fixed. A shear force substantially parallel to the surface of the second substrate was applied to the second substrate bonded to the bonding structure. When the shearing force was increased, the shearing force (maximum strength of the joining structure) at the time when the joining structure was broken was measured. A large shearing force at the time when the joint structure is destroyed means that the joint structure is excellent in joint strength. The evaluation results of the bonding strength are shown in Table 3 below. “A” described in Table 3 means that the shearing force at the time when the bonded structure was destroyed was 100 gf or more. “B” described in Table 3 means that the shearing force at the time when the bonded structure was destroyed was less than 100 gf. “C” described in Table 3 means that the bonding structure was not formed even when the first precursor structure and the second precursor structure were heated at 300 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere.

<耐熱性の評価>
実施例1〜5及び比較例1其々の接合構造の耐熱性を、以下の試験1〜3により評価した。
<Evaluation of heat resistance>
Examples 1-5 and Comparative Example 1 The heat resistance of each joint structure was evaluated by the following tests 1-3.

試験1では、接合構造を介して第2基板と接合された第1基板を垂直に立てて固定した状態で、300℃で1分間、接合構造を加熱した。この加熱に伴う、第2基板の垂直方向における移動量(自重によるズレ量)を測定した。大きい移動量は、接合構造(又はその第2金属層)が溶融し易く、接合構造が耐熱性に劣ることを意味する。   In Test 1, the bonded structure was heated at 300 ° C. for 1 minute in a state where the first substrate bonded to the second substrate via the bonded structure was vertically fixed. The amount of movement of the second substrate in the vertical direction accompanying this heating (the amount of deviation due to its own weight) was measured. A large amount of movement means that the joining structure (or the second metal layer) is easily melted and the joining structure is inferior in heat resistance.

試験2では、接合構造を介して第2基板と接合された第1基板を垂直に立てて固定した状態で、330℃で1分間、接合構造を加熱した。この加熱に伴う、第2基板の垂直方向における移動量を測定した。   In Test 2, the bonded structure was heated at 330 ° C. for 1 minute in a state where the first substrate bonded to the second substrate through the bonded structure was vertically fixed. The amount of movement in the vertical direction of the second substrate accompanying this heating was measured.

試験3では、接合構造を介して第2基板と接合された第1基板を垂直に立てて固定した状態で、360℃で1分間、接合構造を加熱した。この加熱に伴う、第2基板の垂直方向における移動量を測定した。   In Test 3, the bonded structure was heated at 360 ° C. for 1 minute in a state where the first substrate bonded to the second substrate through the bonded structure was vertically fixed. The amount of movement in the vertical direction of the second substrate accompanying this heating was measured.

試験1〜3の結果を、下記表3に示す。表3に記載の「pass」とは、第2基板の垂直方向における移動量が1μm未満であったことを意味する。表3に記載の「fail」とは、第2基板の垂直方向における移動量が1μm以上であったことを意味する。表3のgradeの欄に記載の「B」とは、試験1の結果が「pass」であり、試験2及び3の結果が「fail」であったことを意味する。表3のgradeの欄に記載の「C」とは、試験1〜3の結果が「fail」であったことを意味する。   The results of Tests 1 to 3 are shown in Table 3 below. “Pass” described in Table 3 means that the amount of movement of the second substrate in the vertical direction was less than 1 μm. “Fail” described in Table 3 means that the amount of movement of the second substrate in the vertical direction is 1 μm or more. “B” described in the grade column of Table 3 means that the result of Test 1 was “pass” and the results of Tests 2 and 3 were “fail”. “C” described in the grade column of Table 3 means that the results of tests 1 to 3 were “fail”.

Figure 2015211111
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表3に示すように、実施例1〜5のy/xは0.8〜5.0の範囲内であることが確認された。実施例1〜5の接合構造の接合強度は、比較例1の接合構造の接合強度よりも優れることが確認された実施例1〜5の接合構造の耐熱性は、比較例1の接合構造の耐熱性よりも優れていることが確認された。   As shown in Table 3, it was confirmed that y / x of Examples 1 to 5 was in the range of 0.8 to 5.0. The heat resistance of the bonding structures of Examples 1 to 5 confirmed that the bonding strength of the bonding structures of Examples 1 to 5 is superior to the bonding strength of the bonding structure of Comparative Example 1 is that of the bonding structure of Comparative Example 1. It was confirmed that it was superior to heat resistance.

(実施例6)
[第1前駆体構造の形成工程]
スズ層(第1表層)の厚さを下記表4に示す値に調整以外は実施例1と同様の方法で、実施例6の第1前駆体構造を第1基板上に形成した。
(Example 6)
[Formation process of first precursor structure]
A first precursor structure of Example 6 was formed on the first substrate in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the tin layer (first surface layer) was adjusted to the values shown in Table 4 below.

[第2前駆体構造の形成工程]
第2基板としてシリコン基板を準備した。第2基板の寸法は0.2×0.2mmであり、第2基板の厚さは0.6mmであった。次に、第2基板の被接合部位に、上記の方法でチタンからなるシード層、及び銅からなる第2導体層を形成した。レジストフィルムを用いたパターニングにより、第2導体層の寸法及び厚さを調整した。導体層の厚さは5μmであり、導体層の寸法は100×100μmであった。
[Formation process of second precursor structure]
A silicon substrate was prepared as the second substrate. The dimension of the second substrate was 0.2 × 0.2 mm, and the thickness of the second substrate was 0.6 mm. Next, a seed layer made of titanium and a second conductor layer made of copper were formed on the bonded portion of the second substrate by the above method. The dimension and thickness of the second conductor layer were adjusted by patterning using a resist film. The thickness of the conductor layer was 5 μm, and the dimension of the conductor layer was 100 × 100 μm.

レジストフィルム及びシード層を第2基板の表面(導体層が形成された部分を除く。)から剥離した。無電解ニッケルめっきによって、リンを含むニッケル層(第2下地層)を第2導体層の表面に形成した。ニッケル層(第2下地層)の厚さは、下記表1に示す値に調整した。無電解ニッケルめっき用のめっき液として、次亜リン酸イオン(還元剤)を含む無電解ニッケルめっき液を用いた。   The resist film and the seed layer were peeled from the surface of the second substrate (excluding the portion where the conductor layer was formed). A nickel layer (second base layer) containing phosphorus was formed on the surface of the second conductor layer by electroless nickel plating. The thickness of the nickel layer (second base layer) was adjusted to the values shown in Table 1 below. As a plating solution for electroless nickel plating, an electroless nickel plating solution containing hypophosphite ions (reducing agent) was used.

無電解パラジウムめっきにより、リンを含むパラジウム層(中間層)をニッケル層(第2下地層)の表面に形成した。パラジウム層(中間層)の厚さT3を、下記表4に示す値に調整した。無電解パラジウムめっき用のめっき液として、亜リン酸二ナトリウム(還元剤)を含む無電解パラジウムめっき液を用いた。   A palladium layer (intermediate layer) containing phosphorus was formed on the surface of the nickel layer (second underlayer) by electroless palladium plating. The thickness T3 of the palladium layer (intermediate layer) was adjusted to the values shown in Table 4 below. As a plating solution for electroless palladium plating, an electroless palladium plating solution containing disodium phosphite (reducing agent) was used.

無電解金めっきにより、金層(第2表層)をパラジウム層(中間層)の表面に形成した。金層(第2表層)の厚さT2を、下記表4に示す値に調整した。無電解金めっきでは、実施例3の金層の形成に用いたものと同じめっき液を用いた。以上の工程により、第2前駆体構造を第2基板上に形成した。   A gold layer (second surface layer) was formed on the surface of the palladium layer (intermediate layer) by electroless gold plating. The thickness T2 of the gold layer (second surface layer) was adjusted to the values shown in Table 4 below. In electroless gold plating, the same plating solution as that used for forming the gold layer of Example 3 was used. Through the above steps, the second precursor structure was formed on the second substrate.

[第1前駆体構造及び第2前駆体構造の接合工程]
第1前駆体構造のスズ層(第1表層)と第2前駆体構造の金層(第2表層)とが対向するように、第1基板上に第2基板を載置した。第1前駆体構造及び第2前駆体構造を、窒素雰囲気において60秒間300℃で加熱することにより、両者を圧着し、急冷した。この熱圧着にはフリップチップボンダーを用いた。以上の工程により、実施例6の接合構造を作製した。
[Joint Step of First Precursor Structure and Second Precursor Structure]
The second substrate was placed on the first substrate so that the tin layer (first surface layer) having the first precursor structure and the gold layer (second surface layer) having the second precursor structure were opposed to each other. By heating the first precursor structure and the second precursor structure at 300 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere, both were pressure-bonded and rapidly cooled. A flip chip bonder was used for the thermocompression bonding. Through the above steps, the junction structure of Example 6 was produced.

(実施例7)
実施例7では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整した。また実施例7では、第2前駆体構造のパラジウム層(中間層層)の厚さT3を下記表4に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例6と同様の方法で、実施例7の接合構造を作製した。
(Example 7)
In Example 7, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. In Example 7, the thickness T3 of the palladium layer (intermediate layer) of the second precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. Except for these matters, the joint structure of Example 7 was produced in the same manner as in Example 6.

(実施例8)
第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整したこと以外は実施例7と同様の方法で、実施例8の接合構造を作製した。
(Example 8)
A junction structure of Example 8 was produced in the same manner as Example 7 except that the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the value shown in Table 4 below.

(実施例9)
第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整したこと以外は実施例7と同様の方法で、実施例9の接合構造を作製した。
Example 9
A joined structure of Example 9 was produced in the same manner as in Example 7 except that the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the value shown in Table 4 below.

(実施例10)
実施例10では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整した。また実施例10では、第2前駆体構造のパラジウム層(中間層層)の厚さT3を下記表4に示す値に調整した。これらの以外は実施例6と同様の方法で、実施例10の接合構造を作製した。
(Example 10)
In Example 10, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. In Example 10, the thickness T3 of the palladium layer (intermediate layer) of the second precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. Except for these, the junction structure of Example 10 was produced in the same manner as in Example 6.

(実施例11)
実施例11では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整した。また実施例11では、第2前駆体構造のパラジウム層(中間層層)の厚さT3を下記表4に示す値に調整した。これらの以外は実施例6と同様の方法で、実施例11の接合構造を作製した。
(Example 11)
In Example 11, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. In Example 11, the thickness T3 of the palladium layer (intermediate layer) of the second precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. Except for these, the junction structure of Example 11 was produced in the same manner as in Example 6.

(実施例12)
実施例12では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整した。
(Example 12)
In Example 12, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the value shown in Table 4 below.

実施例12の第2前駆体構造の作製では、無電解ニッケルめっきの代わりに、電解ニッケルめっきによって、ニッケル層(第2下地層)を形成した。電解ニッケルめっきでは、実施例1のニッケル層(第1下地層)の形成に用いたものと同じめっき液を用いた。   In the production of the second precursor structure of Example 12, a nickel layer (second base layer) was formed by electrolytic nickel plating instead of electroless nickel plating. In electrolytic nickel plating, the same plating solution as that used for forming the nickel layer (first underlayer) in Example 1 was used.

実施例12の第2前駆体構造の作製では、無電解パラジウムめっきの代わりに、電解パラジウムめっきにより、パラジウム層(中間層)を形成した。電解パラジウムめっき用のめっき液として、塩化パラジウムを含む酸性の電解パラジウムめっき液を用いた。パラジウム層(中間層)の厚さT3を、下記表4に示す値に調整した。   In the production of the second precursor structure of Example 12, a palladium layer (intermediate layer) was formed by electrolytic palladium plating instead of electroless palladium plating. An acidic electrolytic palladium plating solution containing palladium chloride was used as a plating solution for electrolytic palladium plating. The thickness T3 of the palladium layer (intermediate layer) was adjusted to the values shown in Table 4 below.

実施例12の第2前駆体構造の作製では、無電解金めっきの代わりに、電解金めっきにより、金層(第2表層)を形成した。電解金めっきでは、実施例1の金層(第2表層)の形成に用いたものと同じめっき液を用いた。金層(第2表層)の厚さT3を、下記表4に示す値に調整した。   In the production of the second precursor structure of Example 12, a gold layer (second surface layer) was formed by electrolytic gold plating instead of electroless gold plating. In the electrolytic gold plating, the same plating solution as that used for forming the gold layer (second surface layer) of Example 1 was used. The thickness T3 of the gold layer (second surface layer) was adjusted to the values shown in Table 4 below.

以上の事項以外は実施例6と同様の方法で、実施例12の接合構造を作製した。   A junction structure of Example 12 was produced in the same manner as in Example 6 except for the above items.

(実施例13)
実施例13では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整した。また実施例13では、第2前駆体構造のパラジウム層(中間層)の厚さT3を、下記表4に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例12と同様の方法で、実施例13の接合構造を作製した。
(Example 13)
In Example 13, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. In Example 13, the thickness T3 of the palladium layer (intermediate layer) of the second precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. A junction structure of Example 13 was produced in the same manner as in Example 12 except for these matters.

(実施例14)
実施例14では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整した。また実施例14では、第2前駆体構造の金層(第2表層)の厚さT2を、下記表4に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例13と同様の方法で、実施例14の接合構造を作製した。
(Example 14)
In Example 14, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. In Example 14, the thickness T2 of the gold layer (second surface layer) of the second precursor structure was adjusted to the value shown in Table 4 below. A junction structure of Example 14 was produced in the same manner as in Example 13 except for these matters.

(比較例3)
第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整したこと以外は実施例1と同様の方法で、比較例3の接合構造を作製した。
(Comparative Example 3)
A joined structure of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) of the first precursor structure was adjusted to the value shown in Table 4 below.

(比較例4)
比較例4では、第1前駆体構造のスズ層(第1表層)の厚さT1を下記表4に示す値に調整した。比較例4では、第2前駆体構造の金層(第2表層)の厚さT2を、下記表4に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例13と同様の方法で、比較例4の接合構造を作製した。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the thickness T1 of the tin layer (first surface layer) having the first precursor structure was adjusted to the values shown in Table 4 below. In Comparative Example 4, the thickness T2 of the gold layer (second surface layer) having the second precursor structure was adjusted to a value shown in Table 4 below. Except for these matters, the joint structure of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 13.

(比較例5)
AuSn系ろう層(第1表層)の厚さを下記表4に示す値に調整したこと以外は比較例1と同様の方法で、比較例5の第1前駆体構造を作製した。比較例5では、比較例4と同様の第2前駆体構造を作製した。第1前駆体構造のAuSn系ろう層(第1表層)と第2前駆体構造の金層(第2表層)とが対向するように、第1基板上に第2基板を載置した。第1前駆体構造及び第2前駆体構造を、窒素雰囲気において60秒間300℃で加熱することにより、両者を圧着し、急冷した。この熱圧着にはフリップチップボンダーを用いた。以上の工程により、比較例5の接合構造を作製した。
(Comparative Example 5)
A first precursor structure of Comparative Example 5 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the thickness of the AuSn brazing layer (first surface layer) was adjusted to the values shown in Table 4 below. In Comparative Example 5, a second precursor structure similar to Comparative Example 4 was produced. The second substrate was placed on the first substrate so that the AuSn-based brazing layer (first surface layer) having the first precursor structure and the gold layer (second surface layer) having the second precursor structure were opposed to each other. By heating the first precursor structure and the second precursor structure at 300 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere, both were pressure-bonded and rapidly cooled. A flip chip bonder was used for the thermocompression bonding. The bonded structure of Comparative Example 5 was produced through the above steps.

実施例6〜14並びに比較例3及び4其々のT1/T2を、下記表4に示す。実施例6〜14並びに比較例3及び4其々のT1は、第1前駆体構造が備えるスズ層(第1表層)の厚さである。実施例6〜14及び比較例3及び4其々のT2は、第2前駆体構造が備える金層(第2表層)の厚さである。   The T1 / T2 of Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 and 4 are shown in Table 4 below. Examples 6-14 and Comparative Examples 3 and 4 T1 is the thickness of the tin layer (first surface layer) included in the first precursor structure. Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 and 4 T2 is the thickness of the gold layer (second surface layer) included in the second precursor structure.

実施例6〜14並びに比較例3及び4其々のT3/T2を、下記表4に示す。   Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 and 4 show T3 / T2 in Table 4 below.

実施例6〜14並びに比較例3〜5其々の第1下地層、第1表層、第2表層、中間層及び第2下地層の形成方法を、下記表5にまとめる。   Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 to 5 show the formation methods of the first underlayer, the first surface layer, the second surface layer, the intermediate layer, and the second underlayer in Table 5 below.

Figure 2015211111
Figure 2015211111

Figure 2015211111
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<接合構造の構造及び組成の分析>
実施例1等と同様の方法で、実施例6〜14及び比較例及3〜5其々の接合構造の構造及び組成を分析した。
<Analysis of structure and composition of bonding structure>
The structures and compositions of the junction structures of Examples 6 to 14, Comparative Examples, and 3 to 5 were analyzed in the same manner as Example 1 and the like.

実施例6〜14並びに比較例3〜5其々の接合構造は、第1導体層上に積層された第1金属層と、第1金属層上に積層された第2金属層と、第2金属層上に積層された第3金属層と、を備えることが確認された。実施例6〜14並びに比較例3〜5其々の接合構造によって、第1基板上に形成された第1導体層と、第2基板上に形成された第2導体層とが、接合されていることが確認された。   Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 to 5 each have a first metal layer laminated on the first conductor layer, a second metal layer laminated on the first metal layer, and a second bonding structure. And a third metal layer laminated on the metal layer. The first conductor layer formed on the first substrate and the second conductor layer formed on the second substrate are joined by the joining structures of Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 to 5 respectively. It was confirmed that

実施例6〜14の接合構造では、第1金属層及び第3金属層はニッケルを含み、第2金属層は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含むことが確認された。実施例6〜11其々の第3金属層は、ニッケルに加えてリンも含むことが確認された。   In the junction structures of Examples 6 to 14, it was confirmed that the first metal layer and the third metal layer contain nickel, and the second metal layer contains gold, tin, nickel, and palladium. Examples 6 to 11 Each third metal layer was confirmed to contain phosphorus in addition to nickel.

実施例3及び4の接合構造では、第1金属層及び第3金属層が、ニッケルを含むことが確認された。比較例3の第2金属層は、金、スズ及びニッケルを含み、パラジウムを含まないことが確認された。比較例4の第2金属層は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含むことが確認された。比較例3及び4の第2金属層中の金及びスズは、AuSn共晶を形成していることが確認された。   In the joint structures of Examples 3 and 4, it was confirmed that the first metal layer and the third metal layer contain nickel. It was confirmed that the second metal layer of Comparative Example 3 contained gold, tin, and nickel and did not contain palladium. It was confirmed that the 2nd metal layer of comparative example 4 contained gold, tin, nickel, and palladium. It was confirmed that the gold and tin in the second metal layers of Comparative Examples 3 and 4 formed AuSn eutectic.

比較例5の第1金属層は、金を含むことが確認された。比較例5の第2金属層は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含み、第2金属層中の金及びスズはAuSn共晶を形成していることが確認された。比較例5の第3金属層は、ニッケルを含むことが確認された。   The first metal layer of Comparative Example 5 was confirmed to contain gold. It was confirmed that the 2nd metal layer of comparative example 5 contained gold, tin, nickel, and palladium, and gold and tin in the 2nd metal layer formed AuSn eutectic. It was confirmed that the 3rd metal layer of comparative example 5 contains nickel.

実施例6〜14及び比較例及3〜5其々の第2金属層の断面に属する下記部分a1、a2及びa3の3箇所において、ニッケル、パラジウム、スズ及び金其々の含有量を測定した。測定結果を下記表6に示す。
部分a1:第2金属層及び第3金属層の界面近傍に位置する部分。
部分a2:部分a1と部分a3との間に位置し、部分a1からの距離と部分a3からの距離とが等しい部分。つまり、第1金属層及び第2金属層の間の界面に垂直な方向における第2金属層の中央に位置する部分。
部分a3:第1金属層及び第2金属層の界面近傍に位置する部分。
Examples 6 to 14 and Comparative Examples and 3 to 5 The contents of nickel, palladium, tin, and gold were measured at the following three portions a1, a2, and a3 belonging to the cross section of each second metal layer. . The measurement results are shown in Table 6 below.
Part a1: A part located near the interface between the second metal layer and the third metal layer.
Part a2: A part located between the part a1 and the part a3, and the distance from the part a1 is equal to the distance from the part a3. That is, a portion located at the center of the second metal layer in the direction perpendicular to the interface between the first metal layer and the second metal layer.
Part a3: A part located in the vicinity of the interface between the first metal layer and the second metal layer.

部分a1、a2及びa3における各元素の含有量をそれぞれ平均した。実施例6〜14及び比較例及3〜5其々の第2金属層における各元素の含有量の平均値を、下記表7に示す。下記表7中のzは、第2金属層におけるパラジウムの含有量の平均値を意味する。実施例6〜14及び比較例及3〜5其々のy/xを算出した。各y/xを、下記表3に示す。実施例6〜14及び比較例及3〜5其々のz/xを算出した。各z/xを、下記表3に示す。   The content of each element in the parts a1, a2, and a3 was averaged. The average values of the contents of the respective elements in the second metal layers of Examples 6 to 14 and Comparative Examples and 3 to 5 are shown in Table 7 below. Z in the following Table 7 means an average value of the content of palladium in the second metal layer. The y / x of each of Examples 6 to 14 and Comparative Examples and 3 to 5 was calculated. Each y / x is shown in Table 3 below. The z / x values of Examples 6 to 14 and Comparative Examples and 3 to 5 were calculated. Each z / x is shown in Table 3 below.

<構造的欠陥の評価>
SEMで撮影した実施例6〜14及び比較例3〜5其々の接合構造の積層方向における断面の写真に基づき、各接合構造の断面における構造的欠陥(クラック及びボイド)の有無を確認した。各接合構造の断面における構造的欠陥の有無を、下記表7に示す。表7に示すように、実施例6〜14並びに比較例3及び4の接合構造の断面には、クラック及びボイドはなかった。一方、比較例5の接合構造の断面には、クラック及びボイドがあることが確認された。
<Evaluation of structural defects>
Based on the photograph of the cross section in the lamination direction of each joining structure of Examples 6-14 and Comparative Examples 3-5 photographed by SEM, the presence or absence of structural defects (cracks and voids) in the section of each joining structure was confirmed. The presence or absence of structural defects in the cross section of each joint structure is shown in Table 7 below. As shown in Table 7, there were no cracks or voids in the cross sections of the bonded structures of Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 and 4. On the other hand, it was confirmed that the cross section of the joint structure of Comparative Example 5 had cracks and voids.

<接合強度の評価>
実施例1等と同様の方法で、実施例6〜14及び比較例3〜5其々の接合構造の接合強度を評価した。接合強度の評価結果を、下記表7に示す。
<Evaluation of bonding strength>
In the same manner as in Example 1 and the like, the joint strengths of the joint structures of Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 to 5 were evaluated. The evaluation results of the bonding strength are shown in Table 7 below.

<耐熱性の評価>
実施例1等と同様の方法で、実施例6〜14及び比較例3〜5其々の接合構造の耐熱性を、試験1〜3により評価した。試験1〜3の結果を、下記表7に示す。表7のgradeの欄に記載の「A」とは、試験1及び2の結果が「pass」であり、試験3の結果が「fail」であったことを意味する。表7のgradeの欄に記載の「A+」とは、試験1〜3の結果が「pass」であったことを意味する。
<Evaluation of heat resistance>
By the method similar to Example 1 etc., the heat resistance of each junction structure of Examples 6-14 and Comparative Examples 3-5 was evaluated by Tests 1-3. The results of Tests 1 to 3 are shown in Table 7 below. “A” described in the grade column of Table 7 means that the results of tests 1 and 2 were “pass” and the result of test 3 was “fail”. “A +” described in the grade column of Table 7 means that the results of tests 1 to 3 were “pass”.

Figure 2015211111
Figure 2015211111

Figure 2015211111
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表7に示すように、実施例6〜14では、y/xが0.8〜5.0の範囲内であることが確認された。   As shown in Table 7, in Examples 6 to 14, it was confirmed that y / x was in the range of 0.8 to 5.0.

実施例6〜14並びに比較例3及び4の接合強度は、比較例5の接合強度よりも優れていることが確認された。   It was confirmed that the bonding strengths of Examples 6 to 14 and Comparative Examples 3 and 4 were superior to those of Comparative Example 5.

実施例6〜14の接合構造の耐熱性は、比較例3〜5の接合構造の耐熱性よりも優れていることが確認された。y/xが3.1〜3.5の範囲内である実施例6、10及び11の接合構造の耐熱性は、他の実施例の接合構造の耐熱性に比べて優れていることが確認された。実施例6、10及び11の第2金属層のうち、実施例6及び10の第2金属層は、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Aを含むことが確認された。実施例6及び10の部位Aは、第1金属層及び第2金属層の間の界面に垂直な方向における第2金属層の中央(部分a2)に位置することが確認された。   It was confirmed that the heat resistance of the joining structures of Examples 6 to 14 was superior to the heat resistance of the joining structures of Comparative Examples 3 to 5. It was confirmed that the heat resistance of the joining structures of Examples 6, 10 and 11 in which y / x is in the range of 3.1 to 3.5 is superior to the heat resistance of the joining structures of other examples. It was done. Among the second metal layers of Examples 6, 10 and 11, it was confirmed that the second metal layer of Examples 6 and 10 includes a portion A in which the content of palladium is larger than the content of other elements. . It was confirmed that the part A of Examples 6 and 10 was located at the center (part a2) of the second metal layer in the direction perpendicular to the interface between the first metal layer and the second metal layer.

本発明によれば、接合強度及び耐熱性に優れた接合構造を備える電子デバイスを製造することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to manufacture an electronic device provided with the joining structure excellent in joining strength and heat resistance.

10…接合構造、11…第1金属層、12…第2金属層、13…第3金属層、14…第2導体層、15…第1導体層、16,17…シード層、21…第1前駆体構造、22,28…第2前駆体構造、23…ニッケル層(第1下地層)、24…スズ層(第1表層)、25…金層(第2表層)、26…パラジウム層(中間層)、27…第2下地層、40…第1基板、60…第2基板、90…チップ(電子部品)、100…電子デバイス、A…パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位、B…第1金属層及び第2金属層の間の界面、C…第2金属層の中央。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Joining structure, 11 ... 1st metal layer, 12 ... 2nd metal layer, 13 ... 3rd metal layer, 14 ... 2nd conductor layer, 15 ... 1st conductor layer, 16, 17 ... Seed layer, 21 ... 1st 1 precursor structure, 22, 28 ... 2nd precursor structure, 23 ... nickel layer (first underlayer), 24 ... tin layer (first surface layer), 25 ... gold layer (second surface layer), 26 ... palladium layer (Intermediate layer), 27 ... second underlayer, 40 ... first substrate, 60 ... second substrate, 90 ... chip (electronic component), 100 ... electronic device, A ... the content of palladium is the content of other elements Larger than B, B: interface between the first metal layer and the second metal layer, C: center of the second metal layer.

Claims (6)

ニッケルを含む第1金属層と、
前記第1金属層の上に形成され、金、スズ及びニッケルを含む第2金属層と、
を備え、
前記第2金属層における金の含有量が、前記第2金属層の全体に対してx質量%であり、
前記第2金属層におけるスズの含有量が、前記第2金属層の全体に対してy質量%であるとき、
y/xが0.8〜5.0である、
電子デバイス用の接合構造。
A first metal layer comprising nickel;
A second metal layer formed on the first metal layer and comprising gold, tin and nickel;
With
The gold content in the second metal layer is x mass% with respect to the entire second metal layer,
When the content of tin in the second metal layer is y% by mass with respect to the entire second metal layer,
y / x is 0.8 to 5.0,
Bonding structure for electronic devices.
前記第2金属層におけるニッケルの含有量が、前記第2金属層の全体に対して5〜25質量%である、
請求項1に記載の電子デバイス用の接合構造。
The content of nickel in the second metal layer is 5 to 25% by mass with respect to the entire second metal layer.
The junction structure for an electronic device according to claim 1.
前記第2金属層が、パラジウムを含む、
請求項1又は2に記載の電子デバイス用の接合構造。
The second metal layer includes palladium;
The junction structure for electronic devices according to claim 1 or 2.
パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Aが、前記第2金属層内に存在する、
請求項3に記載の電子デバイス用の接合構造。
Site A where the content of palladium is larger than the content of other elements is present in the second metal layer.
The junction structure for an electronic device according to claim 3.
前記部位Aが、前記第1金属層及び前記第2金属層の間の界面に垂直な方向における前記第2金属層の中央に位置する、
請求項4に記載の電子デバイス用の接合構造。
The portion A is located at the center of the second metal layer in a direction perpendicular to the interface between the first metal layer and the second metal layer;
The joining structure for an electronic device according to claim 4.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の接合構造を備える、
電子デバイス。
Comprising the joining structure according to any one of claims 1 to 5,
Electronic devices.
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