JPH0146228B2 - - Google Patents
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- JPH0146228B2 JPH0146228B2 JP56164344A JP16434481A JPH0146228B2 JP H0146228 B2 JPH0146228 B2 JP H0146228B2 JP 56164344 A JP56164344 A JP 56164344A JP 16434481 A JP16434481 A JP 16434481A JP H0146228 B2 JPH0146228 B2 JP H0146228B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
-
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- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3013—Au as the principal constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明は鑞接方法に係り、更に具体的に云え
ば、電子装置の製造に於けるチツプに特に有用で
ある鑞接方法に係る。 電子装置の製造に於ける或る工程は、電子的チ
ツプ上の金属パツドに電気的接続ピンを鑞接する
ことを含む。その様な接着のために一般に用いら
れている鑞材料は80Au−20Snより成る。或る典
型的な製造方法に於ては、更にチツプが基板に接
着されそして素子に修正、修理及び設計変更が行
われるときに、該素子は加熱されそして10回又は
15回も、或は恐らくそれ以上に再加熱され得る。
それらの再加熱即ち再溶融工程毎に、既に設けら
れているすべての鑞接部が或る程度再加熱され
る。その様な既に設けられている鑞接部の再加熱
は該鑞接部の金属の劣化を生ぜしめ得る。これ
は、鑞接部の強度を低下させて、基板の取扱中に
ピンの傾きそして更にはその完全な脱落をも生ぜ
しめ得る。 上記問題に対する幾つかの解決手段が本出願人
により提案されており（特公昭58−8960号公報参
照）、その提案に於て示されている如く、鑞接面
に他の金属（例えば、第1B族及び第族の金属）
を接触させると有利であり得る。これは、形成さ
れた鑞接部の溶融温度を、始めに該鑞接部を形成
するために用いられた鑞の溶融温度よりも実質的
に高い温度にする。従つて、形成された鑞接部が
後の再溶融によつて影響される可能性が相当に少
なくなる。 上記公告公報の発明とは異なり、本発明は、
80Au−20Sn鑞に接する銅（Cu）の膜を設け、そ
れらを加熱することによりAu−Sn−Cuの三元合
金を含む鑞接部を形成するようにしたことを特徴
としている。80Au−20Sn鑞は280℃程度で溶融
するが、本発明によれば、溶融した鑞中に銅が拡
散して上述の三元合金を形成、それにより、冷却
後の鑞接部の溶融温度はそれまでの280℃から350
℃に上昇する。更に、三元合金を含む鑞接部は繰
返し再溶融されても安定している。銅以外の金
属、例えばニツケル又はパラジウムは、上記公告
公報にも記載されているように鑞中のSnをゲツ
タリングする働きはあるが、単独では本発明のよ
うに溶融温度を上昇させられない。本発明の方法
の一好実施例に於ては、Cu膜は、一方の鑞接面
にそれをめつきすることによつて設けられる。本
発明の方法のもう１つの実施例に於ては、Cu膜
は、鑞のプリフオーム（予備成形体）とともに用
いられ得る銅のプリフオームにより設けられる。 次に、図面を参照して、本発明をその好実施例
について詳細に説明する。第１図は、従来の方法
により厚さ略３ミクロンのニツケル（Ni）の層
で保護されているモリブテン（Mo）のパツドを
支持している多層セラミツク基板の一部を示して
いる。Niの上面には、金（Au）の膜（略1/4ミ
クロン）が設けらている。又、第１図には、厚さ
略４ミクロンのパラジウム（pd）の膜で被覆さ
れそしてその上に更に厚さ略１ 1/4ミクロンのも
う１つのAuの膜が用いられている、主としてコ
バールから成る電気的接続ピンが上記パツドに鑞
接される様に準備されて示されている。上記ピン
を上記パツドに接着するために、80Au−20Sn鑞
が設けられている。 上記パラグラフの記載はすべて、ピンをパツド
に接着させる方法に於て従来用いられている技術
であるが、第１図には更に、本発明の方法に於て
用いられるもう１つの部分、即ちMo−Ni−Au
パツドの上面にめつきされた、好ましくは厚さ略
８ミクロンの銅（Cu）の層が示されている。そ
の銅層は、例えば蒸着又は電気的付着或は任意の
他の当業者に知られている方法によつて、上記パ
ツド上に前以つてめつきされ得る。 80Au−20Sn鑞を用いて上記ピンを上記パツド
に鑞接する方法は、Cu層が更に設けられていな
い場合と全く同様にして進められる。鑞及び鑞接
方面が略280℃（80/20共融合金の液相点
（liquidus point））よりも高く加熱されると、そ
の鑞は溶融しそして銅がそのAu−Sn鑞中に拡散
して、Au−Sn−Cuの三元合金が形成される。銅
は他の鑞中に極めて迅速に拡散するので、その拡
散は鑞接サイクルに対して極めて短時間で完了
し、恐らく僅かに数秒間のことである。冷却され
た後、得られた鑞接部は、Cuが加えられたこと
によつて、始めに該鑞接部を形成するために必要
とされた280℃の温度に対して略350℃の固相点
（solidus point）を有する。従つて、基板を含め
て上記鑞接部を略350℃程度迄加熱し得るその後
再溶融はその鑞接部の一体性に何ら影響を与えな
い。 形成された鑞接部の構造が第２図に示されてい
る。パツドの表面上に、一部のCuが残されて、
パツドの上層に接着されている。そのCu上には、
実質的にAu、Sn及びCuから成る鑞接部自体が形
成されている。本発明の方法により形成された鑞
接部を分析した結果、該鑞接部は実質的にCu−
Au−Sn合金（鑞接部の略70％）、Au−Sn合金
（鑞接部の略25％）、及びAu−Sn−Pd−Ni合金
（鑞接部の略５％）から成ることが示された。上
記Au−Sn−Pd−Ni合金はピン及びパツドから
Pd及びNiが移動する結果形成される。 次の表は鑞接部を更に詳細に示す。
ば、電子装置の製造に於けるチツプに特に有用で
ある鑞接方法に係る。 電子装置の製造に於ける或る工程は、電子的チ
ツプ上の金属パツドに電気的接続ピンを鑞接する
ことを含む。その様な接着のために一般に用いら
れている鑞材料は80Au−20Snより成る。或る典
型的な製造方法に於ては、更にチツプが基板に接
着されそして素子に修正、修理及び設計変更が行
われるときに、該素子は加熱されそして10回又は
15回も、或は恐らくそれ以上に再加熱され得る。
それらの再加熱即ち再溶融工程毎に、既に設けら
れているすべての鑞接部が或る程度再加熱され
る。その様な既に設けられている鑞接部の再加熱
は該鑞接部の金属の劣化を生ぜしめ得る。これ
は、鑞接部の強度を低下させて、基板の取扱中に
ピンの傾きそして更にはその完全な脱落をも生ぜ
しめ得る。 上記問題に対する幾つかの解決手段が本出願人
により提案されており（特公昭58−8960号公報参
照）、その提案に於て示されている如く、鑞接面
に他の金属（例えば、第1B族及び第族の金属）
を接触させると有利であり得る。これは、形成さ
れた鑞接部の溶融温度を、始めに該鑞接部を形成
するために用いられた鑞の溶融温度よりも実質的
に高い温度にする。従つて、形成された鑞接部が
後の再溶融によつて影響される可能性が相当に少
なくなる。 上記公告公報の発明とは異なり、本発明は、
80Au−20Sn鑞に接する銅（Cu）の膜を設け、そ
れらを加熱することによりAu−Sn−Cuの三元合
金を含む鑞接部を形成するようにしたことを特徴
としている。80Au−20Sn鑞は280℃程度で溶融
するが、本発明によれば、溶融した鑞中に銅が拡
散して上述の三元合金を形成、それにより、冷却
後の鑞接部の溶融温度はそれまでの280℃から350
℃に上昇する。更に、三元合金を含む鑞接部は繰
返し再溶融されても安定している。銅以外の金
属、例えばニツケル又はパラジウムは、上記公告
公報にも記載されているように鑞中のSnをゲツ
タリングする働きはあるが、単独では本発明のよ
うに溶融温度を上昇させられない。本発明の方法
の一好実施例に於ては、Cu膜は、一方の鑞接面
にそれをめつきすることによつて設けられる。本
発明の方法のもう１つの実施例に於ては、Cu膜
は、鑞のプリフオーム（予備成形体）とともに用
いられ得る銅のプリフオームにより設けられる。 次に、図面を参照して、本発明をその好実施例
について詳細に説明する。第１図は、従来の方法
により厚さ略３ミクロンのニツケル（Ni）の層
で保護されているモリブテン（Mo）のパツドを
支持している多層セラミツク基板の一部を示して
いる。Niの上面には、金（Au）の膜（略1/4ミ
クロン）が設けらている。又、第１図には、厚さ
略４ミクロンのパラジウム（pd）の膜で被覆さ
れそしてその上に更に厚さ略１ 1/4ミクロンのも
う１つのAuの膜が用いられている、主としてコ
バールから成る電気的接続ピンが上記パツドに鑞
接される様に準備されて示されている。上記ピン
を上記パツドに接着するために、80Au−20Sn鑞
が設けられている。 上記パラグラフの記載はすべて、ピンをパツド
に接着させる方法に於て従来用いられている技術
であるが、第１図には更に、本発明の方法に於て
用いられるもう１つの部分、即ちMo−Ni−Au
パツドの上面にめつきされた、好ましくは厚さ略
８ミクロンの銅（Cu）の層が示されている。そ
の銅層は、例えば蒸着又は電気的付着或は任意の
他の当業者に知られている方法によつて、上記パ
ツド上に前以つてめつきされ得る。 80Au−20Sn鑞を用いて上記ピンを上記パツド
に鑞接する方法は、Cu層が更に設けられていな
い場合と全く同様にして進められる。鑞及び鑞接
方面が略280℃（80/20共融合金の液相点
（liquidus point））よりも高く加熱されると、そ
の鑞は溶融しそして銅がそのAu−Sn鑞中に拡散
して、Au−Sn−Cuの三元合金が形成される。銅
は他の鑞中に極めて迅速に拡散するので、その拡
散は鑞接サイクルに対して極めて短時間で完了
し、恐らく僅かに数秒間のことである。冷却され
た後、得られた鑞接部は、Cuが加えられたこと
によつて、始めに該鑞接部を形成するために必要
とされた280℃の温度に対して略350℃の固相点
（solidus point）を有する。従つて、基板を含め
て上記鑞接部を略350℃程度迄加熱し得るその後
再溶融はその鑞接部の一体性に何ら影響を与えな
い。 形成された鑞接部の構造が第２図に示されてい
る。パツドの表面上に、一部のCuが残されて、
パツドの上層に接着されている。そのCu上には、
実質的にAu、Sn及びCuから成る鑞接部自体が形
成されている。本発明の方法により形成された鑞
接部を分析した結果、該鑞接部は実質的にCu−
Au−Sn合金（鑞接部の略70％）、Au−Sn合金
（鑞接部の略25％）、及びAu−Sn−Pd−Ni合金
（鑞接部の略５％）から成ることが示された。上
記Au−Sn−Pd−Ni合金はピン及びパツドから
Pd及びNiが移動する結果形成される。 次の表は鑞接部を更に詳細に示す。
【表】
上記の表は、分析により鑞接部の種々の部分に
於て見出された金属の重量％を示している。各部
分について、２組の数字が示されている。第１組
の数字は、鑞接されたとき即ち鑞接直後の鑞接部
に於ける種々の金属の重量％を示し、第２組の数
字は、略350℃で15回再溶融された後の鑞接部の
組成を示している。その表に示されている最も重
要な点は、鑪接部が多数の再溶融を通して極めて
安定していることである。（第１組と第２組との
数字の間の差は、(1)測定精度、及び(2)第１組及び
第２組が異なる鑞接部の測定であることにある程
度起因している。 上記表は更にもう１つの重要な点を示してい
る。それは、鑞接部のバルク全体が略７重量％の
Cuを含んでいることである。そのために、本発
明の方法の好実施例に於ては、最終的な鑞接部の
少くとも７重量％を形成するために充分なCuが
存在する様に、充分な量のCuが供給される。充
分な量の銅を供給する１つの好ましい方法は、
Au−Su鑞の略1/8の厚さを有する銅のフイルム
を設けることである。本発明の方法の１つの特徴
は、供給される銅の正確な量が厳密である必要が
なく、充分な量が供給されればよいことである。
第２図に示されている如く、余分の銅（即ち、鑞
接部自体に合金化されていない銅）があれば、そ
れは単純に一表面から該鑞接部へ滑らかに移行す
る部分を形成する。パツドからピンへのすべての
移行部分は滑らかで均質である。更に第２図に示
されている如く、本発明の方法を用いることによ
つて、実質的に金属間化合物及び極小間隙を有し
ていない鑞接部が形成される。当業者に知られて
いる如く、鑞接部に於ける金属間化合物及び間隙
の存在は該鑞接部に欠陥を生ぜしめる実質的な原
因となる。 第３図は本発明の方法のもう１つの実施例を示
している。第３図も又、パツド２に接着されるべ
きピン１を示しているが、この場合には、鑞材料
が２つの8Au−20Sn層３及び４を含み、一方の
層はピン１に接触しそして他方の層はパツド２に
接触している。本発明の方法のこの実施例に於て
は、それら２つのAu−Sn層の間に更にCu層５が
設けられる。鑞接が行われるとき、Cu層５は前
述の場合と同様にして鑞接部中に拡散する。 以上に於て示された本発明の方法の好実施例に
於ては、各々Pd、Au表面及びNi、Au表面を有
するピン及びパツドの例が用いられたが、Cuが
配置され得る表面はCuがメタラ−ジカルに又は
機械的にでも接着され得る任意の表面でよいこと
を理解されたい。 又、以上に於ては、Au−Sn鑞を用いた方法に
ついて述べたが、例えばAu−Inの如き、金を豊
富に含む他の鑞も用いられ得ることを理解された
い。 前述の如く、一方の鑞接面上に銅を電気めつき
することが好ましいが、銅を該表面上に配置する
ために他の多くの適当な方法も用いられ得ること
は当業者により容易に理解されよう。 上述の記載から明らかである本発明の方法のも
う１つの利点は、従来の鑞接方法に更に一工程が
加えられるが、Cu膜を設けるその工程は従来の
鑞接方法に於ける他の工程に何ら影響を与えない
ことである。又、重要な点は、当業者に極めて身
近である通常のAu−Sn鑞が何ら変更せずに用い
られ得ることである。 以上に於て、本発明の方法をその好実施例につ
いて述べたが、本発明の方法の要旨及び範囲を何
ら逸脱することなく、他の変更が成され得ること
を理解されたい。
於て見出された金属の重量％を示している。各部
分について、２組の数字が示されている。第１組
の数字は、鑞接されたとき即ち鑞接直後の鑞接部
に於ける種々の金属の重量％を示し、第２組の数
字は、略350℃で15回再溶融された後の鑞接部の
組成を示している。その表に示されている最も重
要な点は、鑪接部が多数の再溶融を通して極めて
安定していることである。（第１組と第２組との
数字の間の差は、(1)測定精度、及び(2)第１組及び
第２組が異なる鑞接部の測定であることにある程
度起因している。 上記表は更にもう１つの重要な点を示してい
る。それは、鑞接部のバルク全体が略７重量％の
Cuを含んでいることである。そのために、本発
明の方法の好実施例に於ては、最終的な鑞接部の
少くとも７重量％を形成するために充分なCuが
存在する様に、充分な量のCuが供給される。充
分な量の銅を供給する１つの好ましい方法は、
Au−Su鑞の略1/8の厚さを有する銅のフイルム
を設けることである。本発明の方法の１つの特徴
は、供給される銅の正確な量が厳密である必要が
なく、充分な量が供給されればよいことである。
第２図に示されている如く、余分の銅（即ち、鑞
接部自体に合金化されていない銅）があれば、そ
れは単純に一表面から該鑞接部へ滑らかに移行す
る部分を形成する。パツドからピンへのすべての
移行部分は滑らかで均質である。更に第２図に示
されている如く、本発明の方法を用いることによ
つて、実質的に金属間化合物及び極小間隙を有し
ていない鑞接部が形成される。当業者に知られて
いる如く、鑞接部に於ける金属間化合物及び間隙
の存在は該鑞接部に欠陥を生ぜしめる実質的な原
因となる。 第３図は本発明の方法のもう１つの実施例を示
している。第３図も又、パツド２に接着されるべ
きピン１を示しているが、この場合には、鑞材料
が２つの8Au−20Sn層３及び４を含み、一方の
層はピン１に接触しそして他方の層はパツド２に
接触している。本発明の方法のこの実施例に於て
は、それら２つのAu−Sn層の間に更にCu層５が
設けられる。鑞接が行われるとき、Cu層５は前
述の場合と同様にして鑞接部中に拡散する。 以上に於て示された本発明の方法の好実施例に
於ては、各々Pd、Au表面及びNi、Au表面を有
するピン及びパツドの例が用いられたが、Cuが
配置され得る表面はCuがメタラ−ジカルに又は
機械的にでも接着され得る任意の表面でよいこと
を理解されたい。 又、以上に於ては、Au−Sn鑞を用いた方法に
ついて述べたが、例えばAu−Inの如き、金を豊
富に含む他の鑞も用いられ得ることを理解された
い。 前述の如く、一方の鑞接面上に銅を電気めつき
することが好ましいが、銅を該表面上に配置する
ために他の多くの適当な方法も用いられ得ること
は当業者により容易に理解されよう。 上述の記載から明らかである本発明の方法のも
う１つの利点は、従来の鑞接方法に更に一工程が
加えられるが、Cu膜を設けるその工程は従来の
鑞接方法に於ける他の工程に何ら影響を与えない
ことである。又、重要な点は、当業者に極めて身
近である通常のAu−Sn鑞が何ら変更せずに用い
られ得ることである。 以上に於て、本発明の方法をその好実施例につ
いて述べたが、本発明の方法の要旨及び範囲を何
ら逸脱することなく、他の変更が成され得ること
を理解されたい。
第１図は本発明の方法によりピンに鑞接される
べき接続パツドを有する多層セラミツク基板の一
部を示す図であり、第２図は本発明の方法により
鑞接された後の鑞接部の構造を詳細に示す図であ
り、第３図は本発明の方法のもう１つの実施例を
示している第１図と同様な図である。 １……ピン、２……パツド、３，４……80Au
−20Su層、５……Cu層。
べき接続パツドを有する多層セラミツク基板の一
部を示す図であり、第２図は本発明の方法により
鑞接された後の鑞接部の構造を詳細に示す図であ
り、第３図は本発明の方法のもう１つの実施例を
示している第１図と同様な図である。 １……ピン、２……パツド、３，４……80Au
−20Su層、５……Cu層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 80Au−20Sn鑞を用いて２つの構造体を相互
に鑞接する鑞接方法であつて、 上記80Au−20Sn鑞に接する銅の膜を設け、そ
れらを加熱することによりAu−Sn−Cuの三元合
金を含む鑞接部を形成することを特徴とする鑞接
方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US22160380A | 1980-12-31 | 1980-12-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57112972A JPS57112972A (en) | 1982-07-14 |
| JPH0146228B2 true JPH0146228B2 (ja) | 1989-10-06 |
Family
ID=22828497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16434481A Granted JPS57112972A (en) | 1980-12-31 | 1981-10-16 | Brazing method |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0055368B1 (ja) |
| JP (1) | JPS57112972A (ja) |
| CA (1) | CA1175297A (ja) |
| DE (1) | DE3171139D1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4634638A (en) * | 1981-12-17 | 1987-01-06 | International Business Machines Corporation | High melting point copper-gold-tin brazing alloy for chip carriers |
| US4492842A (en) * | 1983-08-08 | 1985-01-08 | International Business Machines Corporation | Process of brazing using low temperature braze alloy of gold-indium tin |
| DE4224012C1 (de) * | 1992-07-21 | 1993-12-02 | Heraeus Gmbh W C | Lötfähiges elektrisches Kontaktelement |
| JP3271475B2 (ja) * | 1994-08-01 | 2002-04-02 | 株式会社デンソー | 電気素子の接合材料および接合方法 |
| US5881945A (en) * | 1997-04-30 | 1999-03-16 | International Business Machines Corporation | Multi-layer solder seal band for semiconductor substrates and process |
| US5990560A (en) * | 1997-10-22 | 1999-11-23 | Lucent Technologies Inc. | Method and compositions for achieving a kinetically controlled solder bond |
| DE10314876B4 (de) | 2003-04-01 | 2008-02-14 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum mehrstufigen Herstellen von Diffusionslötverbindungen und seine Verwendung für Leistungsbauteile mit Halbleiterchips |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441251A (en) * | 1977-09-07 | 1979-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | Brazing filler metal |
| JPS54115656A (en) * | 1978-01-27 | 1979-09-08 | Sumitomo Metal Mining Co | Gold soldering material |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR932746A (fr) * | 1945-05-30 | 1948-03-31 | Int Standard Electric Corp | Perfectionnements aux méthodes de soudure de pièces métalliques |
| GB677012A (en) * | 1949-09-05 | 1952-08-06 | Ronald Colgan Jewell | Improvements in or relating to solders |
| FR1052958A (fr) * | 1952-03-18 | 1954-01-29 | Csf | Procédé de brasure métal-métal, notamment pour la fermeture des tubes électroniques |
| FR1418430A (fr) * | 1963-12-02 | 1965-11-19 | Balzers Patent Beteilig Ag | Procédé de réalisation par évaporation sous vide d'un revêtement métallique adhérent, électriquement conducteur et pouvant être brasé, sur une base solide, et non métallique, par exemple verre ou matière céramique |
| GB1444350A (en) * | 1972-10-03 | 1976-07-28 | Johnson Matthey Co Ltd | Dental alloys |
-
1981
- 1981-10-16 JP JP16434481A patent/JPS57112972A/ja active Granted
- 1981-10-27 DE DE8181108983T patent/DE3171139D1/de not_active Expired
- 1981-10-27 EP EP19810108983 patent/EP0055368B1/en not_active Expired
- 1981-10-29 CA CA000389006A patent/CA1175297A/en not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441251A (en) * | 1977-09-07 | 1979-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | Brazing filler metal |
| JPS54115656A (en) * | 1978-01-27 | 1979-09-08 | Sumitomo Metal Mining Co | Gold soldering material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0055368A1 (en) | 1982-07-07 |
| EP0055368B1 (en) | 1985-06-26 |
| CA1175297A (en) | 1984-10-02 |
| JPS57112972A (en) | 1982-07-14 |
| DE3171139D1 (en) | 1985-08-01 |
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