JP2731277B2 - ダイボンディング用半田 - Google Patents

ダイボンディング用半田

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JP2731277B2 JP2047510A JP4751090A JP2731277B2 JP 2731277 B2 JP2731277 B2 JP 2731277B2 JP 2047510 A JP2047510 A JP 2047510A JP 4751090 A JP4751090 A JP 4751090A JP 2731277 B2 JP2731277 B2 JP 2731277B2
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体基板と半導体素子の接合に使用する
ダイボンディング用半田に関する。
(従来の技術) 従来から組立工程に主として利用するリードフレーム
に半導体素子を固着するには、いわゆるダイボンディン
グ(Die Bonding)が主に利用されている。
このリードフレームには、固着させる半導体素子の種
類に対応してDIPなど複数の形式が知られているが、い
ずれにもマウント用のベッド部が設置してあり、両者間
の接合には、金−シリコン共晶、熱圧着法、導電性接着
剤及び半田などの方式が知られている。
一方、その材質には、純鉄、鉄−ニッケル合金、鉄−
ニッケル−コバルト合金更にクラッド材料などが適用さ
れているが、半導体素子との組立工程に利用されている
ワイヤボンディング工程と無縁でない。
と言うのは、ワイヤボンディング用金細線の経費削減
を目指して代用材料としては、Alに加えて銅もしくは銅
合金、または銅クラッド材製のリードフレーム(以後銅
製リードフレームとの記載はこの全材料を表す)が銅細
線用として使用されるようになっている。しかも、この
銅製リードフレームを利用する組立工程では、銅細線と
の熱圧着により所定の接合強度を確実に得るのに不可欠
な酸化防止対策が採られている。即ち、銅製リードフレ
ームと銅細線の熱圧着により所定の接合強度(Bondabil
ity)を得るのには、熱圧着部分における酸化物層の除
去が必要であるためである。
即ち、ダイボンディング工程およびワイヤボンディン
グ工程用装置では、被ボンディング材を搬送する際不活
性気体により保護し、また装置間を移動するのにも特別
な治具が利用されている。更に、銅製リードフレーム
は、従来から利用していた銀を被覆する工程を省略でき
る利点もあるので、経費削減上の観点からも大きな利点
がある。
ところで、半導体基板とりわけシリコン半導体基板を
銅製リードフレームにダイボンデイングするに当たって
は、第3図のように銅製リードフレーム50上に載置した
半田の融点以上の温度で接合される手段が利用されてい
る。この場合、半田51が酸化していたり、半導体基板52
や銅製リードフレーム50と半田層51間の濡れ性が悪いと
接合後の半田層51内に気泡が混入し、これに伴って接合
不良が発生していた。
(発明が解決しようとする課題) マウント用半田の酸化が激しかったり、半導体素子ま
たは銅製リードフレームとの濡れ性が悪い時の対策とし
ては、複雑な構造の装置を使用したり、不活性ガスまた
は還元性ガスを多量に使用するなどの手法が採用されて
いた。
具体的には、(1)半導体基板の裏面に形成するメタ
ライズ間の酸化防止、濡れ性対策として頂面に金層をメ
タライズしている。(2)一方銅製リードフレームに対
しては、組立装置の搬送路を不活性ガスや還元性ガス雰
囲気としたり、銅製リードフレームに銅メッキ層を形成
している。(3)半田の対策には、リボン状またはワイ
ヤに成形後不活性ガスで包装している。このように、経
費削減の点では必ずしも十分でなかった。
本発明は、このような事情により成されたもので、特
に、放熱性、熱疲労性を十分満足し、気泡の混入や接合
不良を防止し、その上安価なダイボンディング用半田を
提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 錫及び鉛からなる群から選定する一種または双方から
なる主成分に加えて、アンチモン1〜10重量%、銀0.5
〜6重量%、及び1重量%の銅を含む組成から成り、更
に、りんを0.01重量%から1.0重量%未満を含有する点
に本発明に係わるダイボンディング用半田の特徴があ
る。
(作 用) 本発明に係わるダイボンディング用半田は、半導体素
子即ち能動素子や受動素子または両者をシリコン半導体
基板に形成したものを銅製リードフレームにマウントす
る際に好適な配合比率を確認した事実を基に完成したも
のである。しかも、マウント後に施す熱圧着工程では、
接合強度の観点から酸化を極端に排除しなければならな
いため、マウント工程でもこの点を十分配慮した半田を
完成したものである。このダイボンディング用半田で
は、錫−鉛の外に錫−鉛−アンチモンおよび錫−鉛−銀
−りん半田も対象となる。
この半田は、上記のようにアンチモンを1〜10重量%
含有しているが、機械的強度と電気抵抗を増加させるた
めに配合しており、また外観を良くする観点から本発明
におけるダイボンディング用半田におけるアンチモンの
配合比率をこの配合比とした。
銀については、混入すると半田の融点が降下するもの
の、強度が拡がり性及び半田付け後の光沢も増すが、2
〜6重量%が混入すると半田の融点が上昇するので高温
半田として利用できるものの、一般用では0.5〜2重量
%が適当である。即ち、高温半田用の含有率では、作業
性、仕上り及び経済性の観点から0.5〜2重量%の銀を
含んだ半田が通常使用される。更に、1.5重量%以下の
銀を混入すると接合強度の増加及び半田付け面の酸化が
少なくなる効果が発揮される。
従って、本発明におけるダイボンディング用半田にお
ける銀の配合比率を高温半田としての利用を考えて0.5
〜6重量%とする。
また、アンチモンと銀の外に銅を必須成分とする。即
ち、融点の上昇による接合強度の増大、1重量%以内の
混入によりクリープ抵抗が若干増大させることができる
利点が発揮できる比率として1重量%以内を採用した。
更に、このような必須成分を混入する主成分として
は、錫と鉛からなる群から選択する一種または双方であ
る。いいかえれば錫か鉛の単独か、または双方からなる
もので、後述するりんの含有率1〜0.1重量%、アンチ
モン、銀及び銅(最大1%最小0.1%とした)を除外し
た89.0〜99.09重量%である。
更に、りんの含有率の決定について説明する。上記の
ようにこのダイボンディング用半田は、アンチモン、銀
及び銅を必須成分としており、この含有比率はアンチモ
ンを1〜10重量%、銀0.5〜6重量%及び銅1重量%以
内と固定し、これにりんを混入した半田によりシリコン
半導体基板を銅製リードフレームにマウントして、気泡
の混入程度と熱抵抗値を測定した。作成した試料を以下
に示すと、 試料(1)鉛−錫 半田、 試料(2)錫−アンチモン 半田 試料(3)鉛−錫−りん(P:0.05重量%)半田 試料(4)鉛−アンチモン−りん(P:0.05重量%)半田 このような半田によりシリコン半導体基板を銅製リー
ドフレームにマウント後、接合面積に対する気泡の割合
いを以下の表に示した。
表−1 試 料 (1) (2) (3) (4) 気泡率(%) 12 8 3 2 また、縦軸に熱抵抗値にmV、横軸に上記組成を採った
第1図に明らかなように、組成(3)と(4)即ちりん
を含有した半田でマウントした半導体素子熱抵抗値がそ
れ以外のものに比べて明らかに有利である。
更に、錫−鉛の主成分と上記の必須成分のアンチモ
ン、銀及び銅を固定した上でりんの含有量を変化してダ
イボンディング用半田を形成後マウントした半導体素子
の熱抵抗値の測定結果を第2図に示したが、各半田の組
成を以下に明らかにする。ただし第1図と同様にりんを
除く成分は上記比率範囲内に限定したので、下記の表示
はりんだけにし、単位は重量%である。
(5)りん:0.001、(6)りん:0.005、(7)りん:0.0
1、 (8)りん:0.05、(9)りん:0.1、(10)りん:0.5、 (11)りん:1.0、(12)りん:1.5。
この組成の各半田と第2図の熱抵抗値の対応関係を見
ると、りん含有量が0.01から1.0重量%の範囲が他の成
分の半田による熱抵抗値より極めて有利な値となってい
る。
従って本発明に係わるダイボンディング半田では錫、
鉛からなる群から選定する一方もしくは双方の主成分
と、アンチモン、錫及び銅からなりしかも上記の含有量
の必須成分に加えて0.01から1.0重量%のりんを含有す
るものである。
(実施例) 以下に実施例に説明する。本発明に係わるダイボンデ
ィング用半田により半導体素子をマウントするリードフ
レームとしては、公知のSIP、DIPまたは両者の混合型が
機種により選定されるが、材質には銅製かニッケルめっ
きした銅製のリードフレームを利用する。また、ダイボ
ンディング用半田の組成に伴う判断材料として製造され
る半導体素子の熱抵抗値を使用する。この半導体素子
は、例えばある導電型を示すシリコン半導体単結晶基板
に反対導電型の不純物を導入して能動層または受動層を
設置して特定の特性を発揮させる。半導体単結晶として
は、シリコンに限らずGaAsなども利用できることは勿論
である。以下に銅製がニッケルめっきした銅製のリード
フレームにシリコン半導体素子をマウントする半田の組
成を表にまとめて実施例とする。
このような組成の半田によりマウントされ所定の工程
を経て完成された半導体素子の熱抵抗値はいずれも20mV
程度であり、従来の半田より明らかに有利であり、その
上半田中への気泡の混入は少なく、良好な熱抵抗値が得
られかつバラツキもない。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明に関するダイボンディング用半
田は、銅製リードフレームまたはニッケルめっきを施し
た銅製リードフレームに適用するとシリコン半導体基板
を良好にマウントでき、半導体層への気泡の混入は少な
くしかも良好な熱抵抗値が得られかつバラツキもない。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明に係わる半田の特性を示す
図、第3図は従来のマウント工程により半田層内に気泡
が混入した状態を示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−63382(JP,A) 特開 昭59−153857(JP,A) 特開 昭61−273296(JP,A) 特開 昭52−65150(JP,A) 特開 平3−204194(JP,A) 特公 昭57−39880(JP,B2) ろう接便覧編集委員会編「ろう接便 覧」(昭42−11−15),株式会社産報, P.112

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】錫及び鉛からなる群から選定する一種また
    は双方からなる主成分に加えて、アンチモン1〜10重量
    %、銀0.5〜6重量%、及び1重量%以内の銅を含む組
    成から成り、更に、りんを0.01重量%から1.0重量%未
    満を含有することを特徴とするダイボンディング用半
    田。
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