JP4692479B2 - Bonding materials and modular structures - Google Patents
Bonding materials and modular structures Download PDFInfo
- Publication number
- JP4692479B2 JP4692479B2 JP2006351243A JP2006351243A JP4692479B2 JP 4692479 B2 JP4692479 B2 JP 4692479B2 JP 2006351243 A JP2006351243 A JP 2006351243A JP 2006351243 A JP2006351243 A JP 2006351243A JP 4692479 B2 JP4692479 B2 JP 4692479B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bonding material
- tin
- copper
- module
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/1012—Auxiliary members for bump connectors, e.g. spacers
- H01L2224/10152—Auxiliary members for bump connectors, e.g. spacers being formed on an item to be connected not being a semiconductor or solid-state body
- H01L2224/10165—Alignment aids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8112—Aligning
- H01L2224/81136—Aligning involving guiding structures, e.g. spacers or supporting members
- H01L2224/81138—Aligning involving guiding structures, e.g. spacers or supporting members the guiding structures being at least partially left in the finished device
- H01L2224/8114—Guiding structures outside the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Description
本発明は、鉛を含まない接合材料およびモジュール構造体に関するものである。 The present invention relates to a bonding material and a module structure that do not contain lead.
1つのパッケージ内に複数の電子部品と半導体素子を搭載するモジュール部品内の接合材料(以降モジュール部品内の接合材料を「第1の接合材料」と呼ぶ)は、モジュール部品とマザーボードを接合する際のリフロー実装(2次実装)温度(一般的に240〜260℃)で第1の接合材料が溶融しないことが信頼性上重要である。現在、一般的にモジュール部品の内部に使用される第1の接合材料は、マザーボードにモジュール部品を接合するために使用する接合材料(以降マザーボードにモジュール部品を接合するための接合材料を「第2の接合材料」と呼ぶ)と融点が異なる材料を用いている。 A bonding material in a module component in which a plurality of electronic components and semiconductor elements are mounted in one package (hereinafter, the bonding material in the module component is referred to as a “first bonding material”) is used when the module component and the motherboard are bonded. It is important for reliability that the first bonding material does not melt at the reflow mounting (secondary mounting) temperature (generally 240 to 260 ° C.). At present, the first bonding material generally used in the interior of the module component is a bonding material used for bonding the module component to the motherboard (hereinafter referred to as “second bonding material for bonding the module component to the motherboard”. A material having a melting point different from that of the bonding material.
はじめにモジュール部品の製作とマザーボードへの実装プロセスについて図6を用いて説明する。図6は、モジュール部品製作およびマザーボードへの2次実装工程プロセスを示した図である。モジュール部品の製作は、図6(a)に示すようにモジュール基板101上に第1の接合材料102(例えば、鉛を主成分として含み、約15質量%の錫を含む、溶融温度288℃の鉛−錫合金が用いられている)を印刷後、複数の半導体素子103および電子部品104をモジュール基板101に搭載する。
First, the fabrication of module parts and the mounting process on the motherboard will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing module component production and a secondary mounting process on the mother board. As shown in FIG. 6A, the module component is manufactured by a first bonding material 102 (for example, containing lead as a main component and about 15% by mass of tin having a melting temperature of 288 ° C. on the
次に図6(b)に示すように、リフロー実装(1次実装)により290〜330℃の加熱を行い、第1の接合材料102を溶融させ接合させ、図6(c)に示すように封止樹脂105等によりモジュール部品106を製作している。
Next, as shown in FIG. 6B, heating at 290 to 330 ° C. is performed by reflow mounting (primary mounting) to melt and bond the
次に図6(d)に示すように、上記モジュール部品106は、マザーボード107上に第2の接合材料108(例えば、3質量%銀−0.5質量%銅で残部が錫からなり融点約217℃)を印刷後、モジュール部品106等を含む電子部品をマザーボード107に搭載し、リフロー実装(2次実装)により240〜260℃の加熱を行い、第2の接合材料108を溶融させ接合させている(図6(e))。このように、モジュール部品106等の内部接合に使用する第1の接合材料102は、マザーボード実装(2次実装)時のリフロー温度により再溶融させないため、第2の接合材料108より融点が高い材料を用いている(第1の接合材料102および第2の接合材料108は、一般にはんだ材料を用いている)。
Next, as shown in FIG. 6 (d), the
しかし、第1の接合材料102に鉛−錫合金を用いた場合、製品が使用された後、廃棄物となった製品中のはんだ材料から、鉛が土壌に溶出することが懸念される。そこで近年、地球環境保護への関心が高まってきている中、鉛を含まないはんだ(鉛フリーはんだ)の開発が進められている。しかしながらモジュール部品106の内部に使用する第1の接合材料102として、鉛を含まず溶融温度が270℃以上の接合材料は、まだ実用化の目処がたっていないのが現実である。
However, when a lead-tin alloy is used for the
上記の課題に対し、従来技術としては銅ボールおよび錫ボールからなる接合材料を用いて、リフロー(1次および2次実装)により銅と錫の金属間化合物層(銅―錫の金属間化合物の融点は約400℃)を形成することで、錫が金属間化合物に消費され、錫(融点232℃)量が減少する。その結果、2次実装時のリフロー温度(240〜260℃)で接合材料が再溶融しないことが提案されている。(例えば特許文献1参照)。この従来技術の接合材料を模式的に示した図が図7である。図7(a)に示すように、銅ボール109および錫ボール120からなる接合材料が250℃以上のリフロー(1次および2次実装)により、図7(b)に示すような錫ボール120が溶融し溶融錫121となり、銅と錫の金属間化合物の形成により、錫量が減少する。
しかしながら、この従来技術の第1の接合材料の代替として提案されている銅ボールおよび錫ボールからなる上記接合材料は、2次実装温度で再溶融しないことを特徴としているが、次のような課題が考えられる。モジュール部品内部に使用される電子部品は、電極のめっき材料として種々のめっき処理が施されているが、大別すると錫および錫系めっきと、錫を使用しないめっき(金めっきやパラジウムめっきなど)処理に分けられる。 However, the above-mentioned joining material composed of copper balls and tin balls proposed as an alternative to the first joining material of the prior art is characterized by not being remelted at the secondary mounting temperature. Can be considered. Electronic parts used in module parts are subjected to various plating treatments as electrode plating materials, but can be broadly divided into tin and tin-based plating, and plating that does not use tin (gold plating, palladium plating, etc.) Divided into processing.
前者の電極めっきに錫および錫系のめっき処理が施されていた場合、第1の接合材料は、リフロー(1次実装)時に電極めっきからの錫が混入するため、化合物形成に必要な銅ボールの量を増やす必要がある。 When the former electrode plating is subjected to tin and tin-based plating, the first bonding material contains tin from the electrode plating during reflow (primary mounting), so the copper balls necessary for compound formation It is necessary to increase the amount.
また後者の電極めっきが錫を使用しないめっきの場合(例えば、金めっきやパラジウムめっきなど)、前述の錫めっきに合わせた銅と錫ボールの配合された第1の接合材料を用いれば錫ボールと比較し銅ボールの含有量が多いこととなる。その結果、融点の高い銅ボールは1次実装では溶融せず、錫のみが溶融する。この時、錫の溶融は、銅との金属間化合物層の形成に消費され、電子部品への第1の接合材料の濡れ上がりは不足することが考えられる。したがって、第1の接合材料と電子部品の接続強度が低下することとなる。 In the case where the latter electrode plating is a plating that does not use tin (for example, gold plating or palladium plating), if the first bonding material in which copper and tin balls are mixed with the above-mentioned tin plating is used, In comparison, the content of copper balls is large. As a result, the copper ball having a high melting point does not melt in the primary mounting, but only tin melts. At this time, melting of tin is consumed for forming an intermetallic compound layer with copper, and wetting of the first bonding material to the electronic component may be insufficient. Therefore, the connection strength between the first bonding material and the electronic component is reduced.
また、第1の接合材料は、金属間化合物による接合のため、リフロー(1次および2次実装)時の加熱温度の制御が重要となる。そのため、モジュール部品内に搭載される電子部品電極の熱容量やさまざまな電子部品の電極めっき処理に合わせ、製品毎に銅および錫ボールの配合割合を決める必要があり、第1の接合材料としての共用性が劣る。 In addition, since the first bonding material is bonded by an intermetallic compound, it is important to control the heating temperature during reflow (primary and secondary mounting). Therefore, it is necessary to determine the mixing ratio of copper and tin balls for each product according to the heat capacity of the electronic component electrodes mounted in the module components and the electrode plating treatment of various electronic components. Inferior.
本発明は、モジュール部品内に搭載される電子部品の電極めっきの処理に関わらず、共用性があり、2次実装でも再溶融されない、モジュール部品内に使用される接合材料と、前記接合材料を用いたモジュール構造体を提供することを目的とする。 The present invention relates to a bonding material used in a module component that is compatible and is not remelted even in secondary mounting, regardless of the electrode plating treatment of the electronic component mounted in the module component, and the bonding material. An object is to provide a used module structure.
上記目的を達成するために、本発明の接合材料は、15〜30質量%の銅粒子、0.2〜0.8質量%の銅、0.02〜0.2質量%のゲルマニウムおよび69〜84.78質量%のビスマスのみで構成され、前記銅とゲルマニウムとビスマスのみではんだボールを構成する。 In order to achieve the above object, the bonding material of the present invention comprises 15 to 30% by mass of copper particles, 0.2 to 0.8% by mass of copper , 0.02 to 0.2% by mass of germanium, and 69 to The solder ball is composed of only 84.78% by mass of bismuth , and the copper, germanium, and bismuth alone .
この構成により、電子部品の電極が錫および錫系めっき以外の場合(例えば、金めっきやパラジウムめっきなど)においても接合材料の70〜85質量%のビスマス−銅−ゲルマニウム(融点:274℃)が、1次実装時のリフロー熱により溶融するため、電子部品への濡れ上がり性は向上し、接合材料中には、錫が存在しないため、2次実装時のリフローによる再溶融の発生もない。 With this configuration, even when the electrode of the electronic component is other than tin and tin-based plating (for example, gold plating, palladium plating, etc.), 70 to 85% by mass of bismuth-copper-germanium (melting point: 274 ° C.) of the bonding material. Since it is melted by reflow heat at the time of primary mounting, the wettability to the electronic component is improved, and since there is no tin in the bonding material, there is no occurrence of remelting due to reflow at the time of secondary mounting.
また電子部品の電極が錫および錫系めっきの場合においても、接合材料に銅粒子が添加されているため、リフロー時(1次実装)の錫の混入を銅と錫の金属間化合物を形成することで、2次実装時の錫の再溶融を防止することが可能である。すなわち、本発明の接合材料は、ビスマス、銅、ゲルマニウムのはんだボールからなる材料に銅粒子を混合することで、電子部品の電極めっきの錫と接合材料中の銅粒子にて金属間化合物を形成させるとともに、銅粒子の表面に形成した金属間化合物層の周りを溶融したビスマス、銅、ゲルマニウムで覆うものである。 Even when the electrode of the electronic component is tin and tin-based plating, since copper particles are added to the bonding material, the intermixing of copper and tin forms a mixture of tin during reflow (primary mounting). Thus, it is possible to prevent remelting of tin at the time of secondary mounting. That is, the bonding material of the present invention forms an intermetallic compound with tin of electrode plating of electronic parts and copper particles in the bonding material by mixing copper particles with a material consisting of solder balls of bismuth, copper and germanium. In addition, the periphery of the intermetallic compound layer formed on the surface of the copper particles is covered with molten bismuth, copper, and germanium.
また、錫系以外のめっき処理された電子部品の場合は、2次実装温度(260℃)より融点が低い金属(例えば錫ボール)が存在しないため、再溶融することはない。従って、電極めっきにおいてどのような処理が施された電子部品に本発明の接合材料を用いても実装後再溶融がなく、電子部品への濡れ上がり性も高く、共用性の高い接合材料となる。 Further, in the case of an electronic component plated other than tin, there is no metal having a melting point lower than the secondary mounting temperature (260 ° C.) (for example, a tin ball), and therefore it does not remelt. Therefore, even if the bonding material of the present invention is used for an electronic component that has been subjected to any treatment in electrode plating, it does not remelt after mounting, has high wettability to the electronic component, and becomes a highly common bonding material. .
また、本発明のモジュール構造体は、複数の電子部品または半導体素子と、前述の接合材料を用いて、前記電子部品の電極または前記半導体素子の電極とモジュール基板との接合部が構成されていることを特徴とする。 In the module structure of the present invention, a plurality of electronic components or semiconductor elements and the bonding material described above are used to form a bonding portion between the electrode of the electronic component or the electrode of the semiconductor element and the module substrate. It is characterized by that.
この構成により、本発明のモジュール構造体をマザーボードに搭載し、リフロー実装(2次実装)により加熱を行っても、そのモジュール構造体内の接合材料が再溶融しないため品質の良いモジュール構造体であることとなる。 With this configuration, even if the module structure of the present invention is mounted on a mother board and heated by reflow mounting (secondary mounting), the bonding material in the module structure does not remelt, so that the module structure is of high quality. It will be.
以上のように、本発明の接合材料によれば、接合材料に2次実装の加熱温度(240〜260℃)で溶融する金属(例えば錫:融点232℃)が存在しないため、2次実装時に接合材料が溶融することは無い。また、金属間化合物層の形成に対して、1次実装および2次実装のリフロー温度条件、電子部品の熱容量や電極のめっき処理など製品により銅と錫の配合を変えることが不要となり、共用性の高い接合材料となる。この結果、錫−鉛の第1の接合材料に代わる鉛フリー化された接合材料を提供することが出来る。
As described above, according to the bonding material of the present invention, there is no metal (for example, tin:
また本発明のモジュール構造体によれば、本発明の接合材料を用いることにより、信頼性の高いモジュール構造体を提供することが出来る。 According to the module structure of the present invention, Ri by the the use of a bonding material of the present invention, it is possible to provide a highly reliable module structure.
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における接合材料を模式的に示した図である。この接合材料(以降第1の接合材料1と呼ぶ)は、モジュール部品の内部接合に用いるものであり、図1は、リフロー実装(1次実装)前の状態を示している。この第1の接合材料1は、0.2〜0.8質量%の銅と0.02〜0.2質量%のゲルマニウムと69〜84.78質量%のビスマスからなるはんだボール2と、15〜30質量%の銅粒子3からなり、フラックス4と共に構成されている。ビスマスと銅およびゲルマニウムからなるはんだボール2を用いる理由は、ビスマスと銅およびゲルマニウムにより270℃以上の溶融温度を得ることが出来るためである。即ち、第1の接合材料1の満たすべき条件は、複数の半導体素子および電子部品をモジュール基板に搭載し、リフロー実装(1次実装)により290〜330℃の加熱により溶融させ内部接合させ、封止樹脂などによりモジュール部品を製作できることであり、また前述のモジュール部品をマザーボードに実装する2次実装時のリフロー加熱(240〜260℃)により、モジュール部品の内部接合に用いられた前述の第1の接合材料1が再溶融されないことである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a bonding material according to
ここで270℃以上の溶融温度を有する接合材料を得る方法について説明する。270℃以上の溶融温度を有する接合材料を得る方法は、共晶点温度が270℃以上である2元合金(2種の元素からなる合金)をベース(母材)に選択することが有効である。その場合、多くの元素の中から共晶点温度が270℃以上となる元素の組み合わせを選ぶ際に重視すべき点は、元素の毒性の有無と価格である。Pb、Hg、Sb、Se等の元素は、毒性の点から除外される。 Here, a method for obtaining a bonding material having a melting temperature of 270 ° C. or higher will be described. In order to obtain a bonding material having a melting temperature of 270 ° C. or higher, it is effective to select a binary alloy (alloy consisting of two elements) whose eutectic point temperature is 270 ° C. or higher as the base (base material). is there. In that case, when selecting a combination of elements having an eutectic point temperature of 270 ° C. or higher from many elements, the importance and price of element toxicity are important. Elements such as Pb, Hg, Sb and Se are excluded from the point of toxicity.
次に2元合金の選択方法について説明する。図2は、2元合金の共晶点温度を示した図である。縦軸の元素と横軸の元素との交点に示した数値は、それら2種の元素からなる合金の共晶点温度を示す。図2から、例えばSn−Ag合金の共晶点温度は221℃であり、Ni−Cu合金には共晶点が存在しないことがわかる。また、BiとCuとの組み合わせ、または、BiとGeとの組み合わせが、共晶点温度が270〜300℃の合金を与えることがわかる。 Next, a method for selecting a binary alloy will be described. FIG. 2 is a graph showing the eutectic point temperature of the binary alloy. The numerical value shown at the intersection of the element on the vertical axis and the element on the horizontal axis indicates the eutectic point temperature of the alloy composed of these two elements. FIG. 2 shows that the eutectic point temperature of, for example, a Sn—Ag alloy is 221 ° C., and the eutectic point does not exist in the Ni—Cu alloy. Moreover, it turns out that the combination of Bi and Cu or the combination of Bi and Ge gives the alloy whose eutectic point temperature is 270-300 degreeC.
ここで、BiとCuとの共晶合金は、99.5質量%のBiと0.5質量%のCuとを含む(Bi−0.5%Cu)ことが知られている。またBiとGeとの共晶合金は、99質量%のBiと1質量%のGeとを含む(Bi−1%Ge)ことが知られている。しかしながら、前述のGeの価格は、Cuの約420倍と高価であり、安価な材料を提供する観点から考慮すれば、BiとCuとの組み合わせが有利であると考える。0.2〜0.8質量%のCuを含むBi−Cu合金は、270℃未満の温度で溶融しない点では優れた接合材料である。しかし、メニスカス法による試験では、濡れ性が低いという知見が得られている。Bi−Cu合金は、99.5質量%という多量のBiを含むため、合金内における酸化物の生成量が多くなっており、このことが濡れ性に影響していると考えられる。Biの酸化は、Biよりも優先的に酸化する元素を、Bi−Cu合金に微量添加することにより、抑制できると考えられる。Biよりも優先的に酸化する元素としては、Ge、Al、Li、P等が挙げられる。特に、Bi−Cu合金の酸化を抑制するためには、Geの含有量は0.02〜0.2質量%の添加が適している。その結果、0.2〜0.8質量%の銅と0.02〜0.2質量%のゲルマニウム含み、69〜84.78質量%がビスマスからなるベースとなるはんだ材料を選定した。 Here, it is known that the eutectic alloy of Bi and Cu contains 99.5 mass % Bi and 0.5 mass % Cu (Bi-0.5% Cu). Further, it is known that a eutectic alloy of Bi and Ge contains 99% by mass of Bi and 1% by mass of Ge (Bi-1% Ge). However, the price of the aforementioned Ge is about 420 times as high as that of Cu. From the viewpoint of providing an inexpensive material, the combination of Bi and Cu is considered advantageous. A Bi—Cu alloy containing 0.2 to 0.8% by mass of Cu is an excellent bonding material in that it does not melt at a temperature below 270 ° C. However, in the test by the meniscus method, the knowledge that the wettability is low is obtained. Since the Bi—Cu alloy contains a large amount of Bi of 99.5% by mass, the amount of oxide generated in the alloy is increased, which is considered to affect the wettability. It is considered that the oxidation of Bi can be suppressed by adding a trace amount of an element that oxidizes preferentially over Bi to the Bi—Cu alloy. Examples of elements that oxidize preferentially over Bi include Ge, Al, Li, and P. In particular, in order to suppress oxidation of the Bi—Cu alloy, it is suitable that the Ge content is 0.02 to 0.2 mass %. As a result, a solder material containing 0.2 to 0.8% by mass of copper and 0.02 to 0.2% by mass of germanium and 69 to 84.78% by mass of bismuth was selected.
このはんだ材料に添加された銅粒子の目的は、モジュール部品内部の電子部品の電極めっきが錫の場合、リフロー実装時(2次実装)の加熱によるモジュール部品内部の第1の接合材料1を溶融させず、銅と錫の金属間化合物を形成させるためである。銅以外にも錫と金属間化合物を形成し易い亜鉛や銀なども可能である。また、銅粒子3のビスマス、銅、ゲルマニウムからなるはんだボール2に対する添加量は少ない方がよい。なぜなら、銅粒子3の添加量を少なくすることは、融点が約1,084℃であり、1次実装時のリフロー温度で溶融することは考慮する必要が無いため、銅粒子の添加量が多いことによる第1の接合材料1の部品電極への濡れ広がり性の低下を防ぐためである。そのため、添加される銅粒子は、径を小径化し、表面積を増やすことが望ましい。
The purpose of the copper particles added to the solder material is to melt the
銅粒子3の含有量は、接合材料の15〜30質量%が好適である。しかしながら、前述の銅粒子3の含有量は、現在一般的に使用されている電子部品の電極めっき(5μm〜10μm)の体積と密度から算出しているが、電子部品の電極めっきを2μm以下にすることで、銅粒子3の含有量は5質量%以下にすることも可能であると考える。電極めっき一般に電子部品のモジュール基板のランドは、接合信頼性や実装条件、実装面積から、ほぼ業界で統一されている。また、電子部品の大きさに合わせて電極のサイズも業界で統一されている。今回使用した、チップコンデンサーの0603サイズでは、モジュール基板のランド上の第1の接合材料1に電極めっきの錫の混入は最大、約30質量%と予想される。従って、概ねの電子部品に対してモジュール基板のランドとの関係から銅粒子3の最大含有量は30質量%とした。銅粒子3を30質量%以上第1の接合材料1に添加しないことは、モジュール部品製作時のリフロー実装では銅粒子3は溶融しないため、含有量を増やすことで、リフロー実装時の電子部品の電極への第1の接合材料1の濡れ性が低下する可能性がある。一方、銅粒子3の最低限必要な質量は、後述の評価から15質量%とした。
The content of the
第1の接合材料1のひとつの製造方法として、ビスマス、銅およびゲルマニウムからなる金属を配合し混合させて溶融する。その後、一般的なボール製造として、非酸化雰囲気の媒体中で加熱溶融させることで、上記配合された材料の表面張力を利用し球形のはんだボール2を得る。同様に銅粒子3も製造することが可能であるが、粒径が5μm程度以下となると酸化が進むため非酸化雰囲気でフラックス4等に均一な銅粒子3を混ぜ合わせる必要がある。その後、球形のはんだボール2とフラックス4の付着した銅粒子3を規定の配合である15〜30質量%の銅粒子3(銅粒子3の粒子径は約1μmを採用)と0.2〜0.8質量%の銅と0.02〜0.2質量%のゲルマニウムと69〜84.78質量%のビスマスの配合で混ぜ合わせた。上記で製造された第1の接合材料1を後述の再溶融評価により銅粒子3の必要な最低含有量を決定した。
As one manufacturing method of the
再溶融の評価方法として、第1の接合材料1をモジュール基板に印刷後、電子部品(チップコンデンサー0603:電極めっきが5μmの錫めっき品)を搭載し、リフロー実装温度(1次実装)280〜290℃で第1の接合材料1を溶融させ電子部品(チップコンデンサー0603)とモジュール基板を接合した。このモジュール基板を2次実装リフローの温度雰囲気の最大温度である260℃の環境化において、電子部品(チップコンデンサー0603)のシェア強度試験を実施し、接合強度および接合部の破壊状況により再溶融の有無を確認した。再溶融した場合は、接合強度はなく断面表面も滑らかな表面(塑性破壊していない)であった。この結果(表1)銅粒子の最低限必要な質量を15質量%と設定した。
As a remelting evaluation method, after printing the
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2における接合材料について説明する。
(Embodiment 2)
Next, the joining material in
銅粒子に使用する銅粒子径は、0.5〜30μmとした。粒子径が現在の接合材料のはんだボールの径(一般的に20〜30μm程度)より大きくなるとモジュール基板への第1の接合材料を供給する印刷工程において、印刷マスクに目詰まり等の問題を発生させるため、最大径として30μmとした。銅粒子の径は、小径化なるに従い表面積が増加するため、電子部品の電極めっきに用いられた錫の混入に対して、金属間化合物を形成し易い。そのため小径化することが望ましい。しかし、0.5μm以下になると、銅粒子の粒子径の小径化に伴い粒子の酸化が促進される。また、粒子径の小径化に伴い、表面エネルギーが増大するため、粒子同士の焼結(粒子同士が引っ付く)が進んでいく。したがって、現在段階では、1μmから10μmの銅粒子径が好適である。 The copper particle diameter used for a copper particle was 0.5-30 micrometers. When the particle diameter is larger than the diameter of the solder ball of the current bonding material (generally about 20 to 30 μm), problems such as clogging in the printing mask occur in the printing process for supplying the first bonding material to the module substrate. Therefore, the maximum diameter is set to 30 μm. Since the surface area of the copper particles increases as the diameter decreases, it is easy to form an intermetallic compound against the contamination of tin used for electrode plating of electronic components. Therefore, it is desirable to reduce the diameter. However, when the thickness is 0.5 μm or less, the oxidation of the particles is promoted as the particle size of the copper particles is reduced. Further, since the surface energy increases as the particle diameter is reduced, the particles are sintered (the particles are attracted). Accordingly, a copper particle diameter of 1 μm to 10 μm is suitable at the present stage.
(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態2における接合材料について説明する。
(Embodiment 3)
Next, the joining material in
図3は、第1の接合材料1における銅粒子3にゲルマニウム、金またはパラジウムの何れかにより表面がめっき5を施された状態を示した図である。銅粒子3に施されためっき厚さは1μm以下で、電気めっき方法によって銅粒子表面にめっき処理を施した。銅粒子表面を緻密にめっき処理することで酸化膜の形成を抑制し、銅粒子3同士が焼結(粒子同士が引っ付く)することを防止する効果がある。銅粒子3が酸化されると第1の接合材料1としての印刷性や電子部品への第1の接合材料1の濡れ広がりに課題を発生させる。また、銅粒子3の表面に酸化防止を施すことで、銅粒子3を酸化から防止するための活性力の強力なフラックスを用いることはなく、フラックスの選定範囲も広がるため、製造工程での作業性改善が図れる。従って、銅粒子3に拡散速度の速いめっき処理を施すことは効果が高い。
FIG. 3 is a view showing a state in which the surface of the
(実施の形態4)
次に本発明の実施の形態4におけるモジュール構造体について説明する。
(Embodiment 4)
Next, the module structure in Embodiment 4 of this invention is demonstrated.
まず、モジュール構造体(例えばパワアンプ(PA)モジュール)に第1の接合材料を用いた場合について説明する。PAモジュールは、複数個の電子部品と半導体素子から構成されている。モジュール基板上に0.2〜0.8質量%の銅と0.02〜0.2質量%のゲルマニウムと69〜84.7質量%のビスマスからなるはんだボールと、15〜30質量%の銅粒子からなる第1の接合材料を印刷し、複数個の電子部品をモジュール基板に搭載し、約290℃のリフロー(1次実装)加熱により第1の接合材料を溶融させ、電子部品とモジュール基板を接続する。その後、第1の接合材料からモジュール基板表面に付着したフラックスを洗浄し、導電性ペースト(銀ペーストなど)を用いて半導体素子とモジュール基板を加熱接合する。(この時、例えば錫および錫系のめっき処理された電子部品を第1の接合材料にてリフロー(1次実装)で接合した場合、銅と錫の金属間化合物の形成が遅れた場合でも、導電ペーストの硬化を行う際の加熱温度で金属間化合物の形成を補うことが可能である)その後、半導体素子の電極とモジュール基板の電極とを金のワイヤーを用いて接続し、モジュール基板に搭載された電子部品や半導体素子を封止樹脂などによってモジュール部品を製作する。 First, a case where the first bonding material is used for a module structure (for example, a power amplifier (PA) module) will be described. The PA module is composed of a plurality of electronic components and semiconductor elements. And solder balls on the module substrate made of 0.2 to 0.8 wt% of copper and 0.02 to 0.2% by weight of germanium and 69 to 84.7% by weight of bismuth, 15-30% by weight of copper The first bonding material made of particles is printed, a plurality of electronic components are mounted on the module substrate, and the first bonding material is melted by reflow (primary mounting) heating at about 290 ° C. Connect. Thereafter, the flux adhering to the module substrate surface from the first bonding material is washed, and the semiconductor element and the module substrate are heated and bonded using a conductive paste (silver paste or the like). (At this time, for example, when an electronic component plated with tin and tin is bonded by reflow (primary mounting) with the first bonding material, even if the formation of the intermetallic compound of copper and tin is delayed, (It is possible to compensate for the formation of intermetallic compounds with the heating temperature when curing the conductive paste) Then, the electrode of the semiconductor element and the electrode of the module substrate are connected using a gold wire and mounted on the module substrate A module part is manufactured by using a sealing resin or the like for the electronic part or the semiconductor element.
その後、マザーボードに第2の接合材料(例えば、3質量%銀−0.5質量%銅で残部が錫からなり融点約217℃)を印刷し、モジュール部品を搭載後、リフロー(2次実装)によってマザーボードとモジュール部品を接続する。その結果、本発明の第1の接合材料を用いることで、2次実装時のリフロー温度で第1の接合材料は再溶融しないことを実施の形態1と同様の評価方法を用いて確認を行った。
After that, a second bonding material (for example, 3% by weight silver-0.5% by weight copper with the balance being tin and having a melting point of about 217 ° C.) is printed on the motherboard, and after mounting the module parts, reflow (secondary mounting) Connect the motherboard with the module parts. As a result, by using the first bonding material of the present invention, it is confirmed using the same evaluation method as in
また、断面の解析としてSEMなどを利用し実施をしたところ、第1の接合材料には銅粒子が全て銅―錫の化合物にならず、0.3〜30μmまでの粒子径をもつ銅粒子として存在していることが検出できた。この粒子径の範囲は、次のような考察であると推測される。 In addition, when the cross-sectional analysis was performed using SEM or the like, the first bonding material was not a copper-tin compound, but copper particles having a particle diameter of 0.3 to 30 μm. It was detected that it was present. This range of particle diameter is presumed to be the following consideration.
図4は、モジュール基板に錫めっき処理された電極を第1の接合材料でリフロー実装された後の断面図である。電子部品の電極めっきが錫めっき6の場合、1次実装時に第1の接合材料1中のはんだボールが溶融し、溶融されたはんだボール8と銅粒子3が接合に使用されるので、検出された銅粒子3の外表面7が化合物化され、比較的小さな銅粒子(0.5μmの径など)が0.3μmになり、その他の銅粒子も本来の銅粒子の径よりも小さくなったと推測される。これは実装後の粒子径が多少小さくなるのは、銅と錫の化合物が形成されたからである。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the module substrate after the tin-plated electrode is reflow-mounted with the first bonding material. When the electrode plating of the electronic component is tin plating 6, the solder balls in the
次に電極めっきが錫を使用しないめっき(金やパラジウムなど)の場合を説明する。図5は、モジュール基板に錫を使用しないめっき処理された電極を第1の接合材料でリフロー実装された後の断面図である。電子部品の電極めっきが錫を使用しないめっき9(金やパラジウムなど)の場合、第1の接合材料1中の銅粒子3が残り、0.5〜30μmの径で存在していると推測される。
Next, the case where the electrode plating is plating that does not use tin (gold, palladium, etc.) will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of the module substrate after reflow mounting a plated electrode that does not use tin with a first bonding material. When the electrode plating of the electronic component is plating 9 that does not use tin (such as gold or palladium), it is assumed that the
以上より本発明のモジュール構造体は、本発明の接合材料を用いて製作されるため、2次実装後にもモジュール構造体中の接合材料が再溶融されないことから、信頼性の高いものであると言える。 As described above, since the module structure of the present invention is manufactured using the bonding material of the present invention, the bonding material in the module structure is not remelted even after the secondary mounting. I can say that.
本発明は、モジュール部品をマザーボードに実装する際のリフロー温度にて、モジュール部品内の接合部がリフロー時の熱で再溶融することなく接合できる。また、環境負荷物質である鉛を含まないはんだ材料を供給することが出来る。モジュール内部の接合のほかに、ダイボンド材料やフリップ、BGA接続の用途にでも適用できる。 According to the present invention, at a reflow temperature when a module component is mounted on a mother board, the joint portion in the module component can be joined without being remelted by heat during reflow. In addition, it is possible to supply a solder material that does not contain lead, which is an environmentally hazardous substance. In addition to bonding inside the module, it can also be applied to die bonding materials, flip and BGA connection applications.
1 第1の接合材料
2 はんだボール
3 銅粒子
4 フラックス
5 めっき
6 錫めっき
7 外表面
8 溶融されたはんだボール
9 錫を使用しないめっき
101 モジュール基板
102 第1の接合材料
103 半導体素子
104 電子部品
105 封止樹脂
106 モジュール部品
107 マザーボード
108 第2の接合材料
109 銅ボール
120 錫ボール
121 溶融錫
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006351243A JP4692479B2 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Bonding materials and modular structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006351243A JP4692479B2 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Bonding materials and modular structures |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008161881A JP2008161881A (en) | 2008-07-17 |
JP4692479B2 true JP4692479B2 (en) | 2011-06-01 |
Family
ID=39692045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006351243A Expired - Fee Related JP4692479B2 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Bonding materials and modular structures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4692479B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103753049A (en) * | 2013-12-27 | 2014-04-30 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | Cu@Sn core-shell-structured high-temperature solder and preparation method thereof |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2228168A4 (en) * | 2007-12-27 | 2011-01-05 | Panasonic Corp | Bonding material, electronic component, and bonded structure |
JP2010108958A (en) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Kyocera Corp | Thermoelectric module, and method of manufacturing the same |
JP2011147982A (en) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Solder, electronic component, and method for manufacturing the electronic component |
JP2012174332A (en) | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Fujitsu Ltd | Conductive jointing material, method of jointing conductor, and method of manufacturing semiconductor |
CN105364340B (en) * | 2015-11-26 | 2018-02-27 | 芜湖雅葆轩电子科技股份有限公司 | Signal processing substrate tin cream and preparation method thereof |
CN105364243B (en) * | 2015-11-26 | 2018-02-27 | 芜湖雅葆轩电子科技股份有限公司 | signal processing substrate |
CN105364341B (en) * | 2015-11-26 | 2018-02-27 | 芜湖雅葆轩电子科技股份有限公司 | signal processing substrate |
CN105397343B (en) * | 2015-11-26 | 2018-02-27 | 芜湖雅葆轩电子科技股份有限公司 | Signal processing substrate tin cream and preparation method thereof |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0347693A (en) * | 1989-07-13 | 1991-02-28 | Tamura Seisakusho Co Ltd | Solder paste |
JPH0417994A (en) * | 1990-05-10 | 1992-01-22 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Solder composition |
JPH08141780A (en) * | 1994-11-22 | 1996-06-04 | Sony Corp | Solder paste |
JP2001205477A (en) * | 2000-01-25 | 2001-07-31 | Murata Mfg Co Ltd | Soldering structure and feed-through ceramic capacitor |
JP2001353590A (en) * | 2000-06-12 | 2001-12-25 | Murata Mfg Co Ltd | Composition of solder and soldered article |
JP2004025232A (en) * | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Murata Mfg Co Ltd | Lead-free solder composition and soldered article |
JP2004114093A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | High temperature brazing filler metal |
JP2004528992A (en) * | 2001-06-12 | 2004-09-24 | イーエスイーシー トレイディング エスエー | Lead-free brazing material |
-
2006
- 2006-12-27 JP JP2006351243A patent/JP4692479B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0347693A (en) * | 1989-07-13 | 1991-02-28 | Tamura Seisakusho Co Ltd | Solder paste |
JPH0417994A (en) * | 1990-05-10 | 1992-01-22 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Solder composition |
JPH08141780A (en) * | 1994-11-22 | 1996-06-04 | Sony Corp | Solder paste |
JP2001205477A (en) * | 2000-01-25 | 2001-07-31 | Murata Mfg Co Ltd | Soldering structure and feed-through ceramic capacitor |
JP2001353590A (en) * | 2000-06-12 | 2001-12-25 | Murata Mfg Co Ltd | Composition of solder and soldered article |
JP2004528992A (en) * | 2001-06-12 | 2004-09-24 | イーエスイーシー トレイディング エスエー | Lead-free brazing material |
JP2004025232A (en) * | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Murata Mfg Co Ltd | Lead-free solder composition and soldered article |
JP2004114093A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | High temperature brazing filler metal |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103753049A (en) * | 2013-12-27 | 2014-04-30 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | Cu@Sn core-shell-structured high-temperature solder and preparation method thereof |
CN103753049B (en) * | 2013-12-27 | 2017-02-01 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | Cu@Sn core-shell-structured high-temperature solder and preparation method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008161881A (en) | 2008-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4692479B2 (en) | Bonding materials and modular structures | |
KR100867871B1 (en) | Solder paste and electronic device | |
EP3062956B1 (en) | Lead-free, silver-free solder alloys | |
WO2010122764A1 (en) | Soldering material and electronic component assembly | |
US20110268985A1 (en) | Mixed alloy solder paste | |
KR102156373B1 (en) | Solder paste | |
US10328533B2 (en) | Hybrid lead-free solder wire | |
WO2013132942A1 (en) | Bonding method, bond structure, and manufacturing method for same | |
JP2018511482A (en) | Hybrid alloy solder paste | |
JP2007268569A (en) | Powder solder material and joining material | |
TW200826266A (en) | Modified solder alloys for electrical interconnects, methods of production and uses thereof | |
US20030178476A1 (en) | Solder paste, electronic -component assembly and soldering method | |
JP5169354B2 (en) | Joining material and joining method using the same | |
CN109789518A (en) | Leadless welding alloy including at least one of Sn, Bi and Mn, Sb, Cu and its purposes for electronic component to be soldered to substrate | |
JP2011062736A (en) | Lead-free high-temperature solder material | |
JP5699472B2 (en) | Solder material, manufacturing method thereof, and manufacturing method of semiconductor device using the same | |
JP2008006499A (en) | Solder paste | |
WO2016114028A1 (en) | Conductive material, connection method using same, and connection structure | |
JP2005254254A (en) | Lead-free solder, its manufacturing method and electronic component | |
JP2003245793A (en) | Soldering composition, soldering method, and electronic component | |
JP4071049B2 (en) | Lead-free solder paste | |
JP5741137B2 (en) | Electronic circuit module parts | |
US20150258637A1 (en) | Solder alloy for die bonding | |
JP3596445B2 (en) | Soldering method and mounting structure | |
JP2006000909A (en) | Soldering material, and electronic component soldered by the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090302 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20090414 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101102 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101222 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110125 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110207 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140304 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4692479 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |