JP5699472B2 - はんだ材料とその作製方法、及びこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
前記Xは、Cu、Ni、Snからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であり、
前記Yは、Ag、Au、Mg、Rh、Zn、Sb、Co、Li、Alからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素である。
Cu粒子の表面に、X−Y合金の皮膜又は突起を形成し、ここで、XはCu、Ni、Snからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素、YはAg、Au、Mg、Rh、Zn、Sb、Co、Li、Alからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であり、
前記X−Y合金の皮膜又は突起が形成されたCu粒子と、スズ-ビスマス合金材料とを混合する、
工程を含む。
前記はんだ材料が配置された前記電極に対して、半導体素子の突起電極をつき合わせ、
前記はんだ材料を加熱、溶融して前記半導体素子の前記突起電極と前記基板上の前記電極を接合する。
Cu粒子にX−Y合金の突起形成も被覆も行わず、またX−Y粒子を混合せずに、Cu粒子とSn−Bi粒子とフラックスを混合して導電ペーストを作成した。図9に示すように半導体装置を作製し、実施例1と同様にして導通測定および落下衝撃試験を実施した。その結果、落下衝撃試験3サイクル後の接続抵抗値は実施例1の10倍であり、10サイクル後の接続抵抗上昇率は5倍であった。また、はんだ接合部65の断面SEM/EPMA解析を行った結果、接合部65のCu粒子界面上にBiが層状に偏析しており、同箇所にてクラックが形成していることを確認した。
(付記1)
スズ-ビスマス(Sn-Bi)合金と、銅(Cu)と、X−Yで表記される合金、を含むはんだ材料であって、
前記Xは、Cu、Ni、Snからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であり、
前記Yは、Ag、Au、Mg、Rh、Zn、Sb、Co、Li、Alからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であることを特徴とするはんだ材料。
(付記2)
前記Cuは粒子の状態で前記はんだ材料に含まれ、
前記X−Y合金は、前記Cu粒子の表面に形成された突起又は皮膜であることを特徴とする付記1に記載のはんだ材料。
(付記3)
前記X−Y合金の突起は、クレータ状又はスパイク状の突起であることを特徴とする付記2に項記載のはんだ材料。
(付記4)
前記突起の長さは、前記Cu粒子の直径の10%〜50%であることを特徴とする付記3に記載のはんだ材料。
(付記5)
前記スズ-ビスマス合金、前記Cu、及び前記X−Y合金は粉末状態で前記はんだ材料に混合されていることを特徴とする付記1に記載のはんだ材料。
(付記6)
前記X及びYは、前記はんだ材料の加熱、溶融後に、前記Biを取り込んで、X−Y−Biで表記される共晶組成のN元系合金(Nは3以上)を形成することを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載のはんだ材料。
(付記7)
Cu粒子の表面に、X−Y合金の皮膜又は突起を形成し、ここで、XはCu、Ni、Snからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素、YはAg、Au、Mg、Rh、Zn、Sb、Co、Li、Alからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であり、
前記X−Y合金の皮膜又は突起が形成されたCu粒子と、スズ-ビスマス合金材料とを混合する、
工程を含むはんだ材料の作製方法。
(付記8)
前記突起の形成は、
前記Cu粒子の表面の少なくとも一部が露出するように無機微粒子又は有機微粒子を付着し、
前記付着した無機微粒子又は有機微粒子をマスクとして前記Cu粒子の露出した表面に前記X−Y合金膜を形成し、
前記X−Y合金膜の形成後に、前記無機微粒子又は有機微粒子を除去する
工程を含むことを特徴とする付記7に記載のはんだ材料の作製方法。
(付記9)
前記無機微粒子又は有機微粒子の付着は、シラン系化合物の一方の末端に有機官能基が結合し、他方の末端に前記無機微粒子又は有機微粒子が結合した化合物と、前記Cu粒子とを溶媒中で混合、分散させる工程を含むことを特徴とする付記8に記載のはんだ材料の作製方法。
(付記10)
前記無機微粒子又は有機微粒子の直径は、前記Cu粒子の直径の1%〜30%であることを特徴とする付記9に記載のはんだ材料の作製方法。
(付記11)
前記無機微粒子又は有機微粒子の付着は、前記当該Cu粒子の表面の1%〜50%が露出するように行うことを特徴とする付記9に記載のはんだ材料の作製方法。
(付記12)
基板上の電極上に、付記1〜6のいずれかのはんだ材料を配置し、
前記はんだ材料が配置された前記電極に対して、半導体素子の突起電極をつき合わせ、
前記はんだ材料を加熱、溶融して前記半導体素子の前記突起電極と前記基板上の前記電極を接合する、
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11 Cu粒子
12 SnBi粒子
13 Cu−Sn合金層
16 X−Y合金粒子
17 X−Y−Bi合金層(共晶組成)
26、46A、46B X−Y合金の突起
31 無機又は有機微粒子
32 シラン系化合物
36 X−Y合金皮膜
51 半導体素子
53 はんだバンプ(突起電極)
61 プリント基板
62 電極
63 はんだペースト
65 接合部
70 半導体装置
Claims (8)
- スズ-ビスマス(Sn-58Bi)合金と、
銅(Cu)粒子と、
前記Cu粒子の表面に形成されたX−Y合金の突起と、
を含み、
前記Xは、Cu、Ni、Snからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であり、
前記Yは、Ag、Au、Mg、Rh、Zn、Sb、Co、Li、Alからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であり、
前記XとYの組み合わせは、共晶温度で前記X−Y合金中に前記スズ−ビスマス合金中のビスマスを取り込んでX−Y−Biで表記される共晶組成のN元系合金(Nは3以上)を形成する組み合わせであることを特徴とするはんだ材料。 - 前記X−Y合金の突起は、クレータ状又はスパイク状の突起であることを特徴とする請求項1に項記載のはんだ材料。
- 前記突起の長さは、前記Cu粒子の直径の10%〜50%であることを特徴とする請求項2に記載のはんだ材料。
- 前記X−Y合金は、Sn−15Ag、Cu−10Zn、Cu−18Ag、Cu−2.3Al、Cu−10Zn、85Cu−5Sn−4Zn−1Ni、および97Cu−1Zn−2Niから選択されることを特徴とする請求項1に記載のはんだ材料。
- Cu粒子の表面に、X−Y合金の突起を形成し、ここで、XはCu、Ni、Snからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素、YはAg、Au、Mg、Rh、Zn、Sb、Co、Li、Alからなる金属元素グループから選択される少なくとも1つの金属元素であり、前記XとYの組み合わせは、共晶温度で前記X−Y合金中にビスマスを取り込んでX−Y−Biで表記される共晶組成のN元系合金(Nは3以上)を形成する組み合わせであり、
前記X−Y合金の突起が形成されたCu粒子と、スズ-ビスマス(Sn-58Bi)合金材料とを混合する、
工程を含むはんだ材料の作製方法。 - 前記突起の形成は、
前記Cu粒子の表面の少なくとも一部が露出するように無機微粒子又は有機微粒子を付着し、
前記付着した無機微粒子又は有機微粒子をマスクとして前記Cu粒子の露出した表面に前記X−Y合金の膜を形成し、
前記X−Y合金の膜の形成後に、前記無機微粒子又は有機微粒子を除去する
工程を含むことを特徴とする請求項5に記載のはんだ材料の作製方法。 - 前記無機微粒子又は有機微粒子の付着は、シラン系化合物の一方の末端に有機官能基が結合し、他方の末端に前記無機微粒子又は有機微粒子が結合した化合物と、前記Cu粒子とを溶媒中で混合、分散させる工程を含むことを特徴とする請求項6に記載のはんだ材料の作製方法。
- 基板上の電極上に、請求項1〜4のいずれかのはんだ材料を配置し、
前記はんだ材料が配置された前記電極に対して、半導体素子の突起電極をつき合わせ、
前記はんだ材料を加熱、溶融して前記X−Y−Biで表記される共晶組成のN元系合金(Nは3以上)によって前記半導体素子の前記突起電極と前記基板上の前記電極を接合する、
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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