JP2023524690A - 混合はんだ粉末を含む高温用途の無鉛はんだペースト - Google Patents

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    • H01L2924/15747—Copper [Cu] as principal constituent

Abstract

本発明のいくつかの実施態様は、複数の基板レベルのリフロー作業を含む高温はんだ付け用途に特に適した混合はんだ粉末を有する、無鉛はんだペーストに関連する。１つの実施形態では、はんだペーストは、Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、少なくとも８０重量％のＳｎを含むＳｎはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される。【選択図】図３

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年４月２９日に出願された米国仮特許出願番号第６３／０１７，４６９、名称「Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒ Ｐａｓｔｅ ｗｉｔｈ Ｍｉｘｅｄ Ｓｏｌｄｅｒ Ｐｏｗｄｅｒｓ Ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」の利益を主張するものであり、参照することにより全体が本明細書に援用される。
本発明は無鉛はんだペーストに関する。
電子アセンブリの廃棄によって発生する鉛（Ｐｂ）は、環境および人間の健康にとって有害とみなされている。電子相互接続および電子実装業界では、Ｐｂベースのはんだの使用が、規則により急速に禁止されている。２００６年７月１日に施行された電気電子機器に含まれる特定有害物質の使用制限（ＲｏＨＳ）により、ＳｎＰｂはんだ合金からＰｂフリーのはんだ合金への移行が成功裏に進んでいる。半導体およびエレクトロニクス産業においてＳｎＡｇ、ＳｎＣｕおよびＳｎＡｇＣｕ（ＳＡＣ）ベースのはんだは、相互接続を形成するのに評価の高いはんだとなっている。しかし、従来の鉛含有率の高いはんだ（例えば、Ｐｂ－５ＳｎおよびＰｂ－５Ｓｎ－２．５Ａｇ）に置き換わる、高融点のＰｂフリーはんだの開発はいまだ初期段階にある。
高融点はんだの一般的な使用は、チップがリード間に、またはリードフレーム上に接合される半導体表面用マウンティング装置／部品のダイアタッチメントである。次いで、この表面マウンティング部品／装置は、１つ以上の連続する基板レベルのはんだ工程で使用される。例えば、高融点はんだを使用して、シリコンダイがリードフレームにはんだ付けされ、アセンブリを形成する。続いて、（カプセル型またはそれ以外の）装置が、基板レベルのリフローによって、プリント基板（ＰＷＢ）上に取り付けられる。同じ基板が複数のリフローに曝露されることができる。全工程の間、シリコンダイとリードフレームとの間の相互接続は良好に維持されるであろう。高融点はんだは、いかなる機能不全も発生させることなく、複数のリフローはんだ付け工程に耐えることが求められる。
過渡液相接合（ＴＬＰＢ）技術は、低融点合金と高融点合金との間の金属間化合物（ＩＭＣｓ）の形成を介したはんだ接合の、より高い再溶融温度を実現することを目的としている。ＴＬＰＢ構造において、高融点標的に到達するために、低融点相は、リフローの間にその大部分が消費されるか、または完全に消費される。リフローの間、高融点合金の表面における界面ＩＭＣの形成、および、継続的なＩＭＣの成長が、低融点合金と高融点合金との両方を犠牲にすることとなる。
本発明のいくつかの実施態様は、複数の基板レベルのリフロー作業を含む高温はんだ付け用途に特に適した混合はんだ粉末を有する、無鉛はんだペーストに関連する。
１つの実施形態では、はんだペーストは、Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、少なくとも８０重量％のＳｎを含むＳｎはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される。
いくつかの実施態様では、はんだペーストは、５０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、１０重量％から５０重量％の第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスで構成される。いくつかの実施態様では、はんだペーストは、７５重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、１０重量％から２５重量％の第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される。
いくつかの実施態様では、はんだペーストは、５０重量％未満の第１のはんだ合金粉末と、５０重量％を超える第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される。
いくつかの実施態様では、第１のはんだ合金粉末の固相線温度は３００℃から３６０℃であり、第２のはんだ合金粉末の固相線温度は２００℃から２５０℃である。いくつかの実施態様では、第２のはんだ合金粉末の固相線温度は２１５℃から２４５℃である。いくつかの実施態様では、第１のはんだ合金粉末の液相線温度は３６０℃以下である。いくつかの実施態様では、第２のはんだ合金粉末の液相線温度は２４５℃以下である。
いくつかの実施態様では、第１のはんだ合金粉末は、４重量％から１０重量％のＣｕ、４重量％から２０重量％のＡｇ、任意で、０．５重量％以下のＢｉ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐ、またはＺｎ、および、０．７５：１．１の割合の残余分のＳｎおよびＳｂで構成される。
いくつかの実施態様では、第２のはんだ合金粉末は、ＳｎＡｇ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇＣｕＳｂ、ＳｎＡｇＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）、ＳｎＣｕＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）、ＳｎＡｇＣｕＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）、またはＳｎＡｇＣｕＳｂＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）である。
いくつかの実施態様では、第２のはんだ合金粉末は、０．１重量％から４重量％のＡｇ、０．１重量％から１重量％のＣｕ、または、０．１重量％から１１重量％のＳｂを含む。いくつかの実施態様では、第２のはんだ合金粉末は、０．１重量％から４重量％のＡｇ、０．１重量％から１重量％のＣｕ、および、０．１重量％から１１重量％のＳｂを含む。
いくつかの実施態様では、第２のはんだ合金粉末は、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎでドープされる。
いくつかの実施態様では、はんだペーストの第２の溶融ピークからの熱吸収に対するはんだペーストの第１の溶融ピークからの熱吸収の比率は０．１５以下である。
１つの実施形態では、方法は、基板と装置の間にはんだペーストを塗布し、アセンブリを形成するステップであって、はんだペーストは、Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、少なくとも８０重量％のＳｎを含むＳｎはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成されるステップと、はんだペーストからはんだ接合を形成するように、３２０℃よりも高いピーク温度で、アセンブリに第１のリフローはんだ工程を実施するステップと、はんだ接合を形成した後に、２３０℃から２７０℃のピーク温度で、アセンブリに第２のリフローはんだ工程を実施するステップと、を含む。いくつかの実施態様では、装置はシリコンダイであり、基板はＣｕリードフレームを含み、はんだペーストはＣｕリードフレームとシリコンダイとの間に塗布される。いくつかの実施態様では、第２のリフローはんだ工程の間、はんだ接合は、１０ＭＰａ以上のせん断接着強度を維持する。
１つの実施形態では、はんだ接合は、基板と装置との間にはんだペーストを塗布し、アセンブリを形成するステップと、アセンブリをリフローはんだ付けして、はんだ接合を形成するステップと、を含む工程で形成され、はんだペーストは、Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、少なくとも８０重量％のＳｎを含むＳｎはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスで構成される。
本発明の他の特徴および態様は、様々な実施形態に従った特徴を例示的に示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。この概要は、ここに添付された特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を制限することを意図していない。
１つ以上の様々な実施形態に従って本明細書に開示される技術は、ここに含まれる図を参照しながら詳細に説明される。図は、説明の目的のみのために提供され、単に例示的な実施を表しているに過ぎない。
図１は、いくつかの無鉛接合材料および高鉛はんだの温度の関数としてせん断接着強度をＭＰａで示すチャートである。
図２は、ＳｎＳｂの位相図である。
図３は、５つの異なるはんだペーストの、異なる試験温度（℃）のせん断接着強度をＭＰａで示すチャート図面である。
図４は、図３に示された５つのはんだペーストの、ＴＡ Ｑ２０００ ＤＳＣで実施された示差走査熱量計（ＤＳＣ）加熱曲線を示す。
図は、網羅的であること、または開示された正確な形態に本発明を限定することを意図していない。本発明は、修正および変更を加えて実施することができ、開示された技術は、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ制限されることが理解されるべきである。
エレクトロニクス産業で使用されるはんだリフローのプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に適合するために、高温はんだのいくつかの重要な特徴は、（ｉ）（典型的なＳＭＴはんだリフロープロファイルに準じて）約２６０℃か、それよりも高い固相線温度、（ｉｉ）良好な耐熱疲労性、（ｉｉｉ）高度な熱伝導性／電気伝導性、および／または（ｉｖ）低コスト、を含むことができる。これまで、パワーディスクリート市場におけるダイアタッチメント用途は、高い鉛含有量のはんだが主流であった。
本発明の実施態様は、複数の基板レベルのリフロー作業を含む高温はんだ付け用途に特に適した混合はんだ粉末を有する、無鉛はんだペーストを対象とする。はんだペーストは、２つのはんだ粉末とフラックスとを含む。一方のはんだ粉末は、別のはんだ粉末よりも大幅に高い溶融温度を有する。例えば、一方のはんだ粉末は３００℃から３６０℃の第１のはんだ合金の固相線温度を有することができ、別のはんだ粉末は２００℃から２５０℃の第２のはんだ合金の固相線温度を有することができる。より高温の固相線温度の（高温用）はんだ粉末は、約０．７５と１．１の間のＳｎ：Ｓｂ重量比を有するＳｎＳｂベースのはんだ合金である。より低温の固相線温度の（低温用）はんだ粉末は、高Ｓｎはんだ、すなわち、Ｓｎ含有量が８０重量％よりも多いはんだ合金である。
高温用はんだ粉末は、５０重量％から９０重量％のはんだペーストを含み、低温用はんだ粉末は、１０重量％から５０重量％のはんだペーストを含み、フラックスは９重量％から２０重量％のはんだペーストを含む。以下でさらに説明されるように、この組成のおかげで、高温用はんだ粉末が、溶融挙動および熱機械的挙動を含む最終的なはんだ接合の高温性能に優位となることができる。延性のある高Ｓｎはんだ粉末は、リフロー中の湿潤を改善し、最終的な接合の延性を強化することができる。さらに、ペースト内の高Ｓｎはんだの存在が、比較的低いリフロー温度を可能にしうる。
以下でさらに説明されるように、本発明のいくつかの実施態様に従い、はんだペーストに、低温用はんだペーストと高温用はんだペーストとを選択することで、以下の特性の１つ以上を満足させることができる。（１）リフロー工程中に、はんだ粉末が互いに対して完全に、または部分的に溶解する。（２）リフローはんだ付けの後、最終接合における低融点相の残りが量的に最適化され、高融点ＳｎＳｂマトリックスによって分離し、２７０℃よりも高温で所望の接合の機械的性能を維持することができる。（３）はんだ接合は、典型的なダイアタッチメント用途の温度サイクル試験に耐えることができる。実際のところ、いずれのはんだ合金粉末も、リフロー中に互いに対して完全に、または部分的に溶解することができる。これにより、高温用はんだ合金粉末から溶液への継続的な溶解を可能とし、溶解を停滞させる粉末表面上の界面ＩＭＣを形成させない。設計において、低温合金粉末と高温合金粉末の比率は、高融点マトリックス内部で低融点相が分離される一方で、高温合金粉末が最終接合の高温性能を優位にできるように最適化されることが可能である。
本書で説明されるはんだペーストは、部品装置（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｄｅｖｉｃｅｓ）のダイアタッチメントや表面実装を含む、様々な高温はんだ付け用途に使用されることができる。
図１は、いくつかの無鉛接合材料および高鉛はんだで形成された接合の温度の関数としてせん断接着強度をメガパスカル（ＭＰａ）で示すチャートである。示されているように、無鉛はんだの多くが、高鉛はんだよりも高いせん断接着強度を有している。高Ｓｎはんだは、はんだの融点（ＳｎＡｇＣｕは約２１７℃、Ｓｎ１０Ｓｂは２４３℃）に近づくと、せん断接着強度が顕著に低下する。融点に到達した後、高Ｓｎはんだは溶融するため、そのせん断接着強度ゼロに近い値に低下する。このように、高Ｓｎはんだのより低い融点のせいで、高い溶融温度でせん断接着強度を維持することができないことがある。それと比較して、高鉛はんだは２５０℃で約１０Ｍｐａのせん断接着強度を有し、それよりも高い温度では、せん断接着強度がさらに低下する。ダイアタッチ材料としての高鉛はんだを含む表面実装装置は、最大２６０℃のピーク温度でのその後のＳＭＴリフローに耐えることが証明されている。よって、本書で説明される新規なはんだペーストは、その後のＳＭＴ工程に耐えるために、高鉛対応物よりも優れて、２７０℃またはそれよりも高温で、１０ＭＰａを超えるせん断接着強度を維持するように設計されている。
Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇＸ（Ｘ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｚｎ、または他のいくつかのドーパント）合金は、約３００℃から３６０℃の間の固相線／液相線温度範囲である高温用はんだ合金の群である。図１に示されるように、ＳｎＳｂＣｕＡｇＸ合金は、最大約２８０℃の温度で、高温せん断接着強度を十分に維持することができる。ただし、ＳｎＳｂＣｕＡｇＸ合金は、硬くて脆い。Ｃｕダイアタッチメント上のＳｉの試験において、ＳｎＳｂＣｕＡｇＸはんだは、温度サイクル試験中、またはリフロー直後ですら、Ｓｉダイが割れる原因となる。なぜなら、ＳｎＳｂＣｕＡｇＸはんだは、ＳｉとＣｕの熱膨張係数の不一致によるひずみに対応するには、硬質すぎるからである。従って、ＳｎＳｂＣｕＡｇＸはんだ合金は、それ自体がダイアタッチ用途におけるダイアタッチメントには不向きである。
ＳｎＳｂＣｕＡｇＸはんだ合金と高Ｓｎはんだ合金とは、個々には高温はんだ付け用途には適さないかもしれないが、２つのはんだ合金の互いの弱点を最小化または除去しながら、それらの恩恵を組み合わせれば、鉛ベースのはんだ合金に代わる適切な無鉛はんだ合金の選択肢となり得る。本発明に従って、両方のはんだ合金の恩恵が、高Ｓｎ合金粉末、ＳｎＳｂＣｕＡｇＸはんだ合金粉末、およびフラックスの組み合わせであるはんだペーストを形成することによって得られる。
本書で説明されるはんだペーストは、はんだ接合を形成するためにリフローされることができる。リフローされたはんだペーストは、両方のはんだ合金の恩恵、すなわち、高Ｓｎ合金の延性とＳｎＳｂＣｕＡｇＸはんだ合金の高温特性とを証明する。これらの恩恵を得るために、高Ｓｎ粉末とＳｎＳｂＣｕＡｇＸ粉末との割合は、最終的な接合が（１）２７０℃またはそれ以上の温度で良好な機械的強度（＞１０ＭＰａ）、および、（２）ＳｉダイとＣｕの間での不一致によるひずみに対応する良好な延性、を示すように選ばれてもよい。これらの恩恵を得るために、複合材料と同様の、低温はんだ合金の高Ｓｎ相が高温用はんだ合金のＳｎＳｂマトリックスに埋め込まれた形態で、はんだ接合を形成することができる。ＳｎＳｂマトリックス内で分離された高Ｓｎ相は、はんだ接合の高温強度に大きな影響を与えないであろう。なぜなら、はんだ接合の多くはＳｎＳｂマトリックス、および、強化されたＣｕ含有およびＡｇ含有粒子だからである。同時に、延性のある高Ｓｎ相は、少なくとも部分的に、ＳｉダイとＣｕリードフレームの間のＣＴＥ不一致によるひずみに対応するように、クリープにより容易に変形しうる。
上述のように、はんだペーストにおいて大部分を占める（＞５０重量％）高温用はんだ合金は約２７０℃以上で高融点性能に優位となることができる。この恩恵を得るために、高温用はんだ合金におけるＳｎとＳｂとの比率は約０．７５：１．１に維持されることができ、Ｓｎ３Ｓｂ２金属間化合物およびＳｎＳｂ固溶体（β）が形成され、約３２３℃から３６０℃の間の溶融温度を有する。上記は図２のＳｎＳｂ位相図によって示されている。延性を増加するために、ＣｕおよびＡｇをＳｎＳｂ合金との合金とし、これにより、ＳｎＳｂマトリックス中にＡｇ３Ｓｎ粒子とＣｕ６Ｓｎ５粒子、およびＳｎ３Ｓｂ２粒子が沈殿し、転位の動きと、その後の亀裂核形成および成長を遅らせることができる。ただし、追加されるＣｕおよびＡｇの量によっては、はんだ合金の固相線温度は、内容物に応じて３００℃前後で維持されることができる。従って、いくつかの実施態様では、高融点はんだ合金は、約４重量％から１０重量％のＣｕ、および約４重量％から２０重量％のＡｇを有することが好ましい。
以下の表１は、本発明の実施態様に従った、高温用はんだ合金に使用可能なＳｎＳｂＣｕＡｇ合金の例を示している。いくつかの実施態様において、沈着物および界面ＩＭＣを安定させるために、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、ＰまたはＺｎといった、０．５％未満のドーパントをＳｎＳｂＣｕＡｇ合金に加えてもよい。
Figure 2023524690000002
上述のとおり、より低融点のはんだ合金は、高Ｓｎはんだ合金（Ｓｎ＞８０重量％）でありうる。例えば、当該合金は、ＳｎＡｇ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂまたは他のドーパント）、ＳｎＣｕＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、または他のドーパント）、または、ＳｎＡｇＣｕＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、Ｚｎ、または他のドーパント）でありうる。低温用はんだ合金の固相線温度は、約２００℃から２５０℃の範囲でありうる。以下の表２は、本発明の実施態様に従った、低温用はんだ合金に使用されることが可能な高Ｓｎ合金の例を示している。いくつかの実施態様では、延性を強化する、または、濡れ性能を向上するために、Ｂｉ、Ｉｎ、および／またはＮｉの添加剤がはんだ合金に含まれることができる。
Figure 2023524690000003
いくつかの実施態様では、高温用はんだ粉末は、１０重量％から９０重量％のはんだペーストを含み、低温用はんだ粉末は、１０重量％から９０重量％のはんだペーストを含む。最終的なはんだ接合の高温性能と延性を維持するために、第１のはんだ合金と第２のはんだ合金との比率を調整することができる。第２のはんだ合金に対する第１のはんだ合金の比率（重量％）が不十分である場合、最終的なはんだ接合の高温性能が維持できないことがある。一方、第２のはんだ合金に対する第１のはんだ合金の比率（重量％）を必要以上にすると、はんだ接合が硬くなりすぎて、Ｓｉダイの破損につながる可能性がある。従って、ペースト中の第１のはんだ合金と第２のはんだ合金との相対比率は、高温性能と十分な延性をともに満足するように選択されてもよい。この目的のために、いくつかの実施態様では、高温はんだ粉末は、より好ましくは、はんだペーストの５０重量％から９０重量％を含むことができ、低温はんだ粉末は、はんだペーストの１０重量％から５０重量％を含むことができる。いくつかの実施態様では、高温はんだ粉末は、より好ましくは、はんだペーストの７５重量％から９０重量％を含むことができ、低温はんだ粉末は、はんだペーストの１０重量％から２５重量％を含むことができる。いくつかの実施態様では、低温はんだ粉末は、はんだペーストの５０重量％よりも大きい重量％を含むことができる。このようなはんだペーストの実施態様は、必ずしも高温強度を必要としない電力モジュール用途に特に適していることがある。
表３は、本発明に従ったはんだペーストの、はんだ合金元素組成、（重量％）およびリフローはんだ接合のはんだ元素組成（重量％）を示している。このはんだペーストはＨＴＬＦ（高温無鉛）ダイアタッチ用途、または他の適した高温はんだ付け用途に使用されることができる。これらの例で示されているように、第１のはんだ合金と第２のはんだ合金との比率は９：１から５：５の範囲であってもよい。
Figure 2023524690000004
パワーディスクリート装置／用途におけるはんだペーストの使用を含むいくつかの実施態様では、はんだペーストから形成されるはんだ接合におけるＳｎ：Ｓｂの比率は、おおよそ１：１から１．３：１であることが可能である。電力モジュール装置／用途におけるはんだペーストの使用を含むいくつかの実施態様では、はんだペーストから形成されるはんだ接合におけるＳｎ：Ｓｂの比率は、おおよそ１：１から１．８：１であることが可能である。
図３は５つの異なるはんだペーストから形成されたはんだ接合の、異なる試験温度（℃）のせん断接着強度（ＭＰａ）を示すチャート図面である。具体的には、図３は、表３の最初の５つのはんだペーストのせん断接着強度を示し、８７４－３３－１は表１の１つ目のはんだペーストを表し、８４７－３３－２は表３の２つ目のはんだペーストを表す。ここに示されているように、５つのはんだペーストのうち３つ（８７４－３３－１、８７４－３３－２および８７４－３３－３）が２７０℃以上で少なくとも１０ＭＰａのせん断接着強度を維持する。
図４は、図３に示された５つのはんだペーストの、ＴＡ Ｑ２０００ ＤＳＣで測定された示差走査熱量計（ＤＳＣ）加熱曲線を示している。例示されているように、良好な高温機械的強度を維持する３つのはんだペースト（８７４－３３－１、８７４－３３－２および８７４－３３－３）に関して、Ｈ１／Ｈ２（Ｈ１：ＤＳＣの第１のピークからの熱吸収、およびＨ２：ＤＳＣの第２のピークからの熱吸収）の比率は０．０９未満であり、一方で他の２つのはんだペースト（８７４－３３－４および８７４－３３－５）に関するＨ１／Ｈ２の割合は０．１０よりも高い。下記の表４はＤＳＣ曲線の特徴を示している。
Figure 2023524690000005
本発明にしたがったはんだペーストで実施されたＤＳＣ試験に基づいて、はんだペーストの第２の溶融ピークからの熱吸収に対するはんだペーストの第１の溶融ピークからの熱吸収のより好適な比率は、約０．１５またはそれよりも低いことが発見された。この比率において、はんだペーストから形成された接合が、（例えば、十分な量の高融点はんだ粉末を有することで）十分な高温せん断強度（２８０℃であっても、＞１５ＭＰａ）、および（例えば、十分な量の高Ｓｎ粉末を有することで）良好な延性を維持することができることが発見された。実施態様において、はんだ粉末との選択と、当該はんだ粉末の相対的な重量％とは、Ｈ１／Ｈ２の割合に基づくことができる。
本書で説明される実施態様は、ＴＬＰＢ技術とは対照的に、低融点合金を消費することによる高融点合金の表面上でのＩＭＣの形成を介した、はんだ接合の融点の上昇に依存しない。ＴＬＰＢ設計では、リフロー中、低融点合金を消費して、融点金属／合金粉末の表面上にＩＭＣが形成および成長する。ＩＭＣ層の厚さが増加することにより、成長率は顕著に遅くなる。対照的に、本書で説明されるはんだペーストによって形成されたはんだ接合は、高温性能を実現するために、リフロー中のＩＭＣ形成に依存しない。むしろ、最終接合における高温融解相の適切なパーセンテージを選択すること、および、固形化後、低温融解相を高温融解相で限定することにより、高温性能を得ることができる。
開示された技術の様々な実施形態が上述されたが、それらは例示としてのみ提示されたものであり、限定するものではないことを理解されたい。同様に、様々な図は、開示される技術のための例示的なアーキテクチャまたは他の構成を描いているかもしれないが、これは、開示される技術に含まれ得る特徴および機能の理解を助けるために行われるものである。図示された実施形態及びその様々な代替案は、図示された例に限定されることなく実施することができる。さらに、フロー図、動作説明、および方法の請求項に関して、本明細書においてステップが示される順序は、文脈が他に指示しない限り、様々な実施形態が同じ順序で言及された機能を実行するように実装されることを義務付けるものではないものとする。
開示された技術は、様々な例示的な実施形態及び実装の観点から上述されているが、個々の実施形態の１つ以上に記載された様々な特徴、側面及び機能性は、それらが記載されている特定の実施形態への適用性が制限されず、代わりに、かかる実施形態が記載されているか否か及びかかる特徴が記載された実施形態の一部であるとして示されているか否かにかかわらず、開示される技術の他の実施形態の１つ以上に単独又は様々に組み合わせて適用できることを理解されたい。従って、本明細書に開示される技術の広さ及び範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではない。
本書で使用される用語およびフレーズ、およびその変形は、特に明示されない限り、限定的ではなく、オープンエンドとして解釈されるべきである。前記の例として 用語「含む」は、「制限なく含む」等の意味として読まれるべきである；用語「例」は、議論中の項目の例示的な例を提供するために用いられ、その網羅的または限定的なリストではない；用語「ａ」または「ａｎ」は、「少なくとも１つ」、「１つ以上」等の意味として読まれるべきである。また、「従来」、「伝統的」、「通常」、「標準」、「既知」などの形容詞や同様の意味の用語は、記載された項目を所定の期間または所定の時点で利用可能な項目に限定するものと解釈すべきではなく、現在または将来の任意の時点で利用または知られている従来の技術、従来の技術、通常の技術または標準の技術を包含するものとして読まれるべきものである。同様に、本書が、当業者にとって明白または既知の技術に言及する場合、かかる技術は、現在または将来のいかなる時点においても当業者にとって明白または既知の技術を包含する。
ある例における「１つ以上」、「少なくとも」、「しかし限定されない」または他の同様のフレーズのような広義の語句の存在は、そのような広義の語句が存在しないかもしれない例において、狭義の場合が意図または要求されているという意味に読み替えてはならない。

Claims (20)

  1. Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、
    少なくとも８０重量％のＳｎを含むＳｎはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第２のはんだ合金粉末と、
    残余分のフラックスと、で構成される、はんだペースト。
  2. 前記はんだペーストは、５０重量％から９０重量％の前記第１のはんだ合金粉末と、１０重量％から５０重量％の前記第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される、請求項１に記載のはんだペースト。
  3. 前記はんだペーストは、７５重量％から９０重量％の前記第１のはんだ合金粉末と、１０重量％から２５重量％の前記第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される、請求項２に記載のはんだペースト。
  4. 前記第１のはんだ合金粉末の固相線温度は３００℃から３６０℃であり、前記第２のはんだ合金粉末の固相線温度は２００℃から２５０℃である、請求項２に記載のはんだペースト。
  5. 前記第２のはんだ合金粉末の固相線温度は２１５℃から２４５℃である、請求項４に記載のはんだペースト。
  6. 前記第１のはんだ合金粉末の液相線温度は３６０℃以下である、請求項４に記載のはんだペースト。
  7. 前記第２のはんだ合金粉末の液相線温度は２５０℃以下である、請求項４に記載のはんだペースト。
  8. 前記第２のはんだ合金粉末の液相線温度は２４５℃以下である、請求項５に記載のはんだペースト。
  9. 前記第１のはんだ合金粉末は、
    ４重量％から１０重量％のＣｕ、
    ４重量％から２０重量％のＡｇ、
    任意で、０．５重量％以下のＢｉ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐ、またはＺｎ、および、
    残余分の０．７５：１．１の割合のＳｎおよびＳｂで構成される、請求項１に記載のはんだペースト。
  10. 前記第２のはんだ合金粉末は、ＳｎＡｇ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇＣｕＳｂ、ＳｎＡｇＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）、ＳｎＣｕＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）、ＳｎＡｇＣｕＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）、またはＳｎＡｇＣｕＳｂＹ（Ｙ＝Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎ）である、請求項１に記載のはんだペースト。
  11. 前記第２のはんだ合金粉末は、０．１重量％から４重量％のＡｇ、０．１重量％から１重量％のＣｕ、または、０．１重量％から１１重量％のＳｂを含む、請求項１０に記載のはんだペースト。
  12. 前記第２のはんだ合金粉末は、０．１重量％から４重量％のＡｇ、０．１重量％から１重量％のＣｕ、および、０．１重量％から１１重量％のＳｂを含む、請求項１１に記載のはんだペースト。
  13. 前記第２のはんだ合金粉末は、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｂ、またはＺｎでドープされる、請求項１２に記載のはんだペースト。
  14. 前記はんだペーストの第２の溶融ピークからの熱吸収に対する前記はんだペーストの第１の溶融ピークからの熱吸収の比率は０．１５以下である、請求項１に記載のはんだペースト。
  15. 前記はんだペーストは、５０重量％未満の前記第１のはんだ合金粉末と、５０重量％を超える前記第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される、請求項１に記載のはんだペースト。
  16. 基板と装置との間にはんだペーストを塗布して、アセンブリを形成するステップであって、前記はんだペーストは、Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、少なくとも８０重量％のＳｎを含むＳｎはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスとで構成される、ステップと、
    前記はんだペーストからはんだ接合を形成するように、３２０℃よりも高いピーク温度で、前記アセンブリに第１のリフローはんだ工程を実施するステップと、
    前記はんだ接合を形成した後に、２３０℃から２７０℃のピーク温度で、前記アセンブリに第２のリフローはんだ工程を実施するステップと、を含む、方法。
  17. 前記装置はシリコンダイであり、前記基板はＣｕリードフレームを含み、前記はんだペーストは前記Ｃｕリードフレームと前記シリコンダイとの間に塗布される、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記はんだペーストは、５０重量％から９０重量％の前記第１のはんだ合金粉末と、１０重量％から５０重量％の前記第２のはんだ合金粉末と、残余分のフラックスで構成され、
    前記第１のはんだ合金粉末の固相線温度は３００℃から３６０℃であり、
    前記第２のはんだ合金粉末の固相線温度は２００℃から２５０℃である、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記第２のリフローはんだ工程の間、前記はんだ接合は、１０ＭＰａ以上のせん断接着強度を維持する、請求項１６に記載の方法。
  20. 基板と装置との間にはんだペーストを塗布して、アセンブリを形成するステップと、
    前記アセンブリをリフローはんだ付けしてはんだ接合を形成するステップと、によって形成されるはんだ接合であって、
    前記はんだペーストは、
    Ｓｎ：Ｓｂの重量％比が０．７５：１．１であるＳｎＳｂＣｕＡｇはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第１のはんだ合金粉末と、
    少なくとも８０重量％のＳｎを含むＳｎはんだ合金で構成される、１０重量％から９０重量％の第２のはんだ合金粉末と、
    残余分のフラックスで構成される、はんだ接合。
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