JPH04333392A - 金属化構造体 - Google Patents
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Classifications
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- 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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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
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-
- H—ELECTRICITY
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は概して金属合金に関し、
特に高い割合の含量の錫と低い割合の含量の鉛を含む四
元ハンダ合金と、この四元ハンダ合金を組み込んだ相互
結合金属化構造体に関する。
特に高い割合の含量の錫と低い割合の含量の鉛を含む四
元ハンダ合金と、この四元ハンダ合金を組み込んだ相互
結合金属化構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリイミド等の低誘電高分子材料は、半
導体チップパッケージングにおいて層を絶縁して不活性
化するため使用が増加している。絶縁特性のゆえ有用で
あるが、これらの材料は劣化を防ぐため低温処理を必要
とする。
導体チップパッケージングにおいて層を絶縁して不活性
化するため使用が増加している。絶縁特性のゆえ有用で
あるが、これらの材料は劣化を防ぐため低温処理を必要
とする。
【0003】従ってポリイミド絶縁体を用いる半導体ダ
イスのハンダ接合は、低温処理とハンダを必要とする。 しかしながら、低温ハンダの場合、ハンダ付けされた相
互結合金属化構造体の作動温度はより高いハンダ溶融温
度のフラクションを含み、熱活性化されたハンダ材料の
劣化が問題になる。
イスのハンダ接合は、低温処理とハンダを必要とする。 しかしながら、低温ハンダの場合、ハンダ付けされた相
互結合金属化構造体の作動温度はより高いハンダ溶融温
度のフラクションを含み、熱活性化されたハンダ材料の
劣化が問題になる。
【0004】特に、この劣化は典型的に過剰クリープと
過剰電気移動から成る。ヒートシンクの圧力荷重により
悪化された過剰クリープは、隣接する相互結合金属化構
造体の短絡によって故障となりうる。高い電流密度によ
り発生する過剰電気移動は、相互結合金属化構造体の回
路離間及び機械的故障となりうる。
過剰電気移動から成る。ヒートシンクの圧力荷重により
悪化された過剰クリープは、隣接する相互結合金属化構
造体の短絡によって故障となりうる。高い電流密度によ
り発生する過剰電気移動は、相互結合金属化構造体の回
路離間及び機械的故障となりうる。
【0005】クリープと電気移動に加えて、疲労による
故障は相互結合金属化構造体と基板又はダイスとの熱膨
張係数間のほんの僅かな不一致と結合された熱サイクル
より生じる。
故障は相互結合金属化構造体と基板又はダイスとの熱膨
張係数間のほんの僅かな不一致と結合された熱サイクル
より生じる。
【0006】鉛/錫ハンダ合金の使用は、ここで論じた
タイプの相互結合金属化構造体の技術においてよく知ら
れている。しかしながら、鉛/錫合金は、高濃度の鉛(
鉛>90%)が望ましくない高い融点と望ましい低いク
リープを有する合金となる一方、低濃度の鉛(鉛<90
%)がより低い融点だが望ましくない高いクリープをも
つ合金となるという点で取り替えなければならない。
タイプの相互結合金属化構造体の技術においてよく知ら
れている。しかしながら、鉛/錫合金は、高濃度の鉛(
鉛>90%)が望ましくない高い融点と望ましい低いク
リープを有する合金となる一方、低濃度の鉛(鉛<90
%)がより低い融点だが望ましくない高いクリープをも
つ合金となるという点で取り替えなければならない。
【0007】勿論、クリープ、電気移動、疲労が問題で
ない他の適用や、或いはチップ接合には望ましくないが
、これらの特性が低い溶融温度等の他の好ましい合金特
性を最適化するために含まれうる他の適用がある。従っ
て、所望の最終結果によって本技術に多くの種類の金属
合金が提案されてきた。
ない他の適用や、或いはチップ接合には望ましくないが
、これらの特性が低い溶融温度等の他の好ましい合金特
性を最適化するために含まれうる他の適用がある。従っ
て、所望の最終結果によって本技術に多くの種類の金属
合金が提案されてきた。
【0008】例えば参考文献は以下の通りである:
【0
009】米国再発行特許第29、563号では、63%
の錫と37%の鉛のより高価な共晶の低温融点の代用品
として、50〜57.5%の錫、1.5〜4%のアンチ
モン、及び残部が鉛から成るハンダ合金の使用を教示し
ている。
009】米国再発行特許第29、563号では、63%
の錫と37%の鉛のより高価な共晶の低温融点の代用品
として、50〜57.5%の錫、1.5〜4%のアンチ
モン、及び残部が鉛から成るハンダ合金の使用を教示し
ている。
【0010】米国特許第4、740、099号では、6
2%の錫、36%の鉛、2%の銀から成るハンダ合金に
接続された”剥離”ハンダ付けされたメッキを利用する
メカニズムを示している。
2%の錫、36%の鉛、2%の銀から成るハンダ合金に
接続された”剥離”ハンダ付けされたメッキを利用する
メカニズムを示している。
【0011】米国特許第4、608、230号では、電
解腐食に対する抵抗力とハンダ付性により選択され、特
に自動車のラジエータへの使用に役立つ、87.5〜9
6.5%の鉛、3〜10%の錫、0.5〜2.0%のア
ンチモン、及び0〜0.5%の銀から成るハンダ合金の
使用を示す。
解腐食に対する抵抗力とハンダ付性により選択され、特
に自動車のラジエータへの使用に役立つ、87.5〜9
6.5%の鉛、3〜10%の錫、0.5〜2.0%のア
ンチモン、及び0〜0.5%の銀から成るハンダ合金の
使用を示す。
【0012】米国特許第3、574、925号では、自
動ハンダ付け処理における柔らかさと再生可能な結果に
より選択された60%の錫、36%の鉛、及び4%の銀
から成るハンダ合金の使用を示す。
動ハンダ付け処理における柔らかさと再生可能な結果に
より選択された60%の錫、36%の鉛、及び4%の銀
から成るハンダ合金の使用を示す。
【0013】日本特許公告番号61年56、542号で
は、銀鉛のハンダ付けに特に適するように選択された1
5〜65%の錫、0.5〜3.5%の銀、3.0〜10
%のアンチモン、及び残部が鉛から成るハンダ合金の使
用を示す(この参考文献では、熱処理に続いて結合力を
維持するため、特に3%未満のアンチモンの使用に反対
している)。
は、銀鉛のハンダ付けに特に適するように選択された1
5〜65%の錫、0.5〜3.5%の銀、3.0〜10
%のアンチモン、及び残部が鉛から成るハンダ合金の使
用を示す(この参考文献では、熱処理に続いて結合力を
維持するため、特に3%未満のアンチモンの使用に反対
している)。
【0014】米国特許第4、070、192号では、少
なくとも35%の鉛、10%の錫、及びx%の銀から成
るハンダ合金の使用を示す。ここでxはwt%の錫の関
数であり、ハンダ合金がアルミニウムメンバの接合に関
連して最適化される。
なくとも35%の鉛、10%の錫、及びx%の銀から成
るハンダ合金の使用を示す。ここでxはwt%の錫の関
数であり、ハンダ合金がアルミニウムメンバの接合に関
連して最適化される。
【0015】米国特許第3、508、118号では、回
路においてハンダ付けを行うために、高い鉛含量のハン
ダ、例えば、97.5%の鉛と2.5%の錫の使用を示
す。
路においてハンダ付けを行うために、高い鉛含量のハン
ダ、例えば、97.5%の鉛と2.5%の錫の使用を示
す。
【0016】米国特許第4、937、045号では、高
速で、装飾手付けハンダを容易にするために最適化され
た51〜56%の錫、僅か1%のアンチモン、及び釣り
合う鉛から成るハンダ合金の使用を示す。
速で、装飾手付けハンダを容易にするために最適化され
た51〜56%の錫、僅か1%のアンチモン、及び釣り
合う鉛から成るハンダ合金の使用を示す。
【0017】米国特許第3、644、115号では、錫
、鉛、及び酸化抵抗力を上げるため付加された0.00
5〜0.2%のアルミニウムの使用を示す。
、鉛、及び酸化抵抗力を上げるため付加された0.00
5〜0.2%のアルミニウムの使用を示す。
【0018】望ましくない電気移動を最小限にするため
電流拡散層を利用する、ボール限界冶金(BLM)構造
が知られている。例えば、米国特許第4、514、75
1号では、高い電流密度の適用において電流を拡散して
電気移動を削減するため、BLM構造にて導電性銅層を
用いている。
電流拡散層を利用する、ボール限界冶金(BLM)構造
が知られている。例えば、米国特許第4、514、75
1号では、高い電流密度の適用において電流を拡散して
電気移動を削減するため、BLM構造にて導電性銅層を
用いている。
【0019】種々のタイプの適用のために知られる多数
のハンダ合金があるにもかかわらず、クリープ、電気移
動及び疲労といった望ましくない特性を最小限にすると
共に、低溶融温度を提供するようなハンダ合金の必要性
がある。そのようなハンダ合金は、感温(temper
ature−sensitive)ポリイミドが絶縁体
として使われ、相互結合金属化構造体の圧縮がヒートシ
ンクの機械的圧力から生じるような半導体チップパッケ
ージタイプの相互結合金属化構造体に有効である。
のハンダ合金があるにもかかわらず、クリープ、電気移
動及び疲労といった望ましくない特性を最小限にすると
共に、低溶融温度を提供するようなハンダ合金の必要性
がある。そのようなハンダ合金は、感温(temper
ature−sensitive)ポリイミドが絶縁体
として使われ、相互結合金属化構造体の圧縮がヒートシ
ンクの機械的圧力から生じるような半導体チップパッケ
ージタイプの相互結合金属化構造体に有効である。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低い
溶融温度とクリープに対する高い抵抗力を示すハンダ合
金を提供することである。
溶融温度とクリープに対する高い抵抗力を示すハンダ合
金を提供することである。
【0021】本発明の他の目的は、そのようなハンダ合
金を組み込み、電気移動を最小限にするためボール限界
冶金と組み合わせてハンダ合金の受益特性を利用する、
相互結合金属化構造体を提供することである。
金を組み込み、電気移動を最小限にするためボール限界
冶金と組み合わせてハンダ合金の受益特性を利用する、
相互結合金属化構造体を提供することである。
【0022】本発明の更に他の目的は、構造上比較的安
価で最小限の数の金属層を利用するような相互結合金属
化構造体を提供することである。
価で最小限の数の金属層を利用するような相互結合金属
化構造体を提供することである。
【0023】本発明のまた他の目的は、ポリイミド処理
(パッシベーション)層を含むチップダイスの接合に適
するような、ハンダ合金及びこのハンダ合金を用いる相
互結合金属化構造体を提供することである。
(パッシベーション)層を含むチップダイスの接合に適
するような、ハンダ合金及びこのハンダ合金を用いる相
互結合金属化構造体を提供することである。
【0024】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の一態様に
従って、実質的に61〜68%の錫、0.2〜3.9%
の銀、0.2〜1.5%のアンチモン、及び残部は鉛か
ら成るハンダ合金が提供される。
従って、実質的に61〜68%の錫、0.2〜3.9%
の銀、0.2〜1.5%のアンチモン、及び残部は鉛か
ら成るハンダ合金が提供される。
【0025】本発明の他の態様に従って、金属付着層、
前記金属付着層上の金属伝導層、前記金属伝導層上の金
属バリヤー層、及び前記金属伝導層上の、実質的に61
〜68%の錫、0.2〜3.9%の銀、0.5〜1.5
%のアンチモン、及び残部が鉛から成るハンダ合金層を
含む相互結合金属化構造体を提供する。
前記金属付着層上の金属伝導層、前記金属伝導層上の金
属バリヤー層、及び前記金属伝導層上の、実質的に61
〜68%の錫、0.2〜3.9%の銀、0.5〜1.5
%のアンチモン、及び残部が鉛から成るハンダ合金層を
含む相互結合金属化構造体を提供する。
【0026】
【実施例】図1を参照すると、接合された半導体チップ
10と基板12を含む半導体チップパッケージの小部分
が示されている。チップ10は上部にあるポリイミドか
ら成るパッシベーティング層14と、チップと絶縁層の
表面との間に延びる金属充填通路(バイア)16を含む
。相互結合金属化構造体20は、電気的に金属充填通路
16を基板12の金属電気的分布層18に接続する。 ヒートシンク/ピストン26は、圧縮ばね28を用いて
圧力によってチップ10の背面に対して保持される。
10と基板12を含む半導体チップパッケージの小部分
が示されている。チップ10は上部にあるポリイミドか
ら成るパッシベーティング層14と、チップと絶縁層の
表面との間に延びる金属充填通路(バイア)16を含む
。相互結合金属化構造体20は、電気的に金属充填通路
16を基板12の金属電気的分布層18に接続する。 ヒートシンク/ピストン26は、圧縮ばね28を用いて
圧力によってチップ10の背面に対して保持される。
【0027】上記の従来の技術の項で述べられた通り、
ポリイミド層14は熱劣化される比較的低い転移温度を
有する。従って、上述のチップ/基板接合を、相互結合
金属化構造体20のハンダの湿潤を経て、比較的低い温
度、即ち、約250℃未満、で達成する必要がある。し
かしながら、ピストン26を介してばね28により与え
られる圧力のため、相互結合金属化構造体20がクリー
プに対して抵抗力がある必要もまたある。
ポリイミド層14は熱劣化される比較的低い転移温度を
有する。従って、上述のチップ/基板接合を、相互結合
金属化構造体20のハンダの湿潤を経て、比較的低い温
度、即ち、約250℃未満、で達成する必要がある。し
かしながら、ピストン26を介してばね28により与え
られる圧力のため、相互結合金属化構造体20がクリー
プに対して抵抗力がある必要もまたある。
【0028】図2を参照すると、チップ10と基板12
が図1に明らかな特性の”ハンダボール”形を生成する
ために接合される前に、本発明に従って形成される、相
互結合金属化構造体の拡大断面図が示されている。簡潔
に述べると、相互結合金属化構造体20は五層金属積層
部32に付着される四元ハンダ合金層30を含む。金属
積層部32はボール限界冶金(BLM)として技術的に
知られている。金属充填通路16の面取りエッジ33は
、図2、3に明らかである。これらの図に最も良く示さ
れるように、金属充填通路16は通路内のチップ10の
表面に付着される金属ライン17と、金属積層部32の
内の金属ラインに接触するように通路へと広がる部分を
含む。
が図1に明らかな特性の”ハンダボール”形を生成する
ために接合される前に、本発明に従って形成される、相
互結合金属化構造体の拡大断面図が示されている。簡潔
に述べると、相互結合金属化構造体20は五層金属積層
部32に付着される四元ハンダ合金層30を含む。金属
積層部32はボール限界冶金(BLM)として技術的に
知られている。金属充填通路16の面取りエッジ33は
、図2、3に明らかである。これらの図に最も良く示さ
れるように、金属充填通路16は通路内のチップ10の
表面に付着される金属ライン17と、金属積層部32の
内の金属ラインに接触するように通路へと広がる部分を
含む。
【0029】第一のハンダ合金30を記述しながら、本
発明者らは低い融点とクリープに対する高い抵抗力から
成る所望の特性を最適化する四元合金を発見した。より
明確には、この合金は61〜68%の錫(Sn)、0.
2〜3.9%の銀(Ag)、0.2〜1.5%のアンチ
モン(Sb)、及び残部が鉛(Pb)から成る。ここで
用いられる通り、全ての”%”測定は重量における割合
を表示している。
発明者らは低い融点とクリープに対する高い抵抗力から
成る所望の特性を最適化する四元合金を発見した。より
明確には、この合金は61〜68%の錫(Sn)、0.
2〜3.9%の銀(Ag)、0.2〜1.5%のアンチ
モン(Sb)、及び残部が鉛(Pb)から成る。ここで
用いられる通り、全ての”%”測定は重量における割合
を表示している。
【0030】以下の表は、さまざまなハンダ合金につい
ての実験的クリープと疲労試験の結果を説明している。 Creep1(第1クリープ試験)と名付けられた試験
は、直径0.15”及びゲージ長1.25”のバルク張
力試験片を、565psi及び100℃で定常状態のク
リープ率を測定する。Creep2(第2クリープ試験
)と名付けられた試験は、直径0.006”の球の試験
片を、圧縮荷重の下において200psi及び80℃で
定常状態のクリープ率を測定する。Fat.と名付けら
れた試験は、デルタ−R=0.3ミリオームを故障基準
として、5サイクル/分及び4.3%のひずみにおける
、直径0/100”及びゲージ長0.125”の試験片
の疲労寿命を測定する。
ての実験的クリープと疲労試験の結果を説明している。 Creep1(第1クリープ試験)と名付けられた試験
は、直径0.15”及びゲージ長1.25”のバルク張
力試験片を、565psi及び100℃で定常状態のク
リープ率を測定する。Creep2(第2クリープ試験
)と名付けられた試験は、直径0.006”の球の試験
片を、圧縮荷重の下において200psi及び80℃で
定常状態のクリープ率を測定する。Fat.と名付けら
れた試験は、デルタ−R=0.3ミリオームを故障基準
として、5サイクル/分及び4.3%のひずみにおける
、直径0/100”及びゲージ長0.125”の試験片
の疲労寿命を測定する。
【0031】
【表1】
【0032】
表1の略語解:”−”=試験せず、”*”=データなし
”No.”=合金、”Liq”=液相線温度(℃)”S
ol”=固相線温度(℃) ”Crp1”=第1クリープ試験、単位=10−2/秒
”Crp2”=第2クリープ試験、単位=10−2/秒
”#cls”=疲労故障に対する熱サイクル数
”No.”=合金、”Liq”=液相線温度(℃)”S
ol”=固相線温度(℃) ”Crp1”=第1クリープ試験、単位=10−2/秒
”Crp2”=第2クリープ試験、単位=10−2/秒
”#cls”=疲労故障に対する熱サイクル数
【003
3】上述の実験データの表1の結果を評価すると、二元
合金1(Sn61.9%、Pb38.1%)は低い溶融
温度をもつが、クリープに対する抵抗力が弱い。三元合
金2から6に示される、概して0.2〜3.9%の量の
Agの付加により、合金のクリープ率は大幅に減少する
が、依然として上述のタイプの相互結合金属化構造体に
望ましい基準ではない。三元合金7から12に示され、
特に0.2%を越える量のAgからSbへの置換(即ち
、三元合金8から12)も、合金のクリープ率を減少さ
せるが、またもや望ましい基準ではない。Sbを含む三
元合金もまた、クリープ率が下がるにつれ疲労寿命が短
くなる(特に合金10と12及び、関連する比較的短い
疲労寿命を参照せよ)。
3】上述の実験データの表1の結果を評価すると、二元
合金1(Sn61.9%、Pb38.1%)は低い溶融
温度をもつが、クリープに対する抵抗力が弱い。三元合
金2から6に示される、概して0.2〜3.9%の量の
Agの付加により、合金のクリープ率は大幅に減少する
が、依然として上述のタイプの相互結合金属化構造体に
望ましい基準ではない。三元合金7から12に示され、
特に0.2%を越える量のAgからSbへの置換(即ち
、三元合金8から12)も、合金のクリープ率を減少さ
せるが、またもや望ましい基準ではない。Sbを含む三
元合金もまた、クリープ率が下がるにつれ疲労寿命が短
くなる(特に合金10と12及び、関連する比較的短い
疲労寿命を参照せよ)。
【0034】四元合金13から17を見ると、本発明者
らはAgと0.2〜1.5%のSbの付加により、予期
しなかった低いクリープ、二元合金1より低い融点、及
び二元合金より長く(四元合金13から15参照)実質
上少なくとも二元合金と同等(四元合金16参照)の範
囲の疲労寿命を有する合金が生成されることを発見した
。
らはAgと0.2〜1.5%のSbの付加により、予期
しなかった低いクリープ、二元合金1より低い融点、及
び二元合金より長く(四元合金13から15参照)実質
上少なくとも二元合金と同等(四元合金16参照)の範
囲の疲労寿命を有する合金が生成されることを発見した
。
【0035】三元合金2から6の性能を基にすると、本
発明者らは、上述の四元合金がAgが0.2〜3.9%
の範囲において望ましい作動特性を示し、最適性能が合
金14から17に示される2%のAgにより得られると
いうことを決定した。
発明者らは、上述の四元合金がAgが0.2〜3.9%
の範囲において望ましい作動特性を示し、最適性能が合
金14から17に示される2%のAgにより得られると
いうことを決定した。
【0036】金属積層部32について述べると、通路1
6の金属ライン17の金属と、この通路に隣接する絶縁
層14の表面に付着する能力により選択される付着層6
0は通路に直接付着される。金属ライン17がAlから
Cu合金を含む限りにおいて、付着層60はクロム、チ
タン、タンタル、又はタングステンを含むことがある。 電流を伝える能力によって選択される、例えば銅、ニッ
ケル、又はコバルトを含む伝導層62は、付着層60に
付着される。
6の金属ライン17の金属と、この通路に隣接する絶縁
層14の表面に付着する能力により選択される付着層6
0は通路に直接付着される。金属ライン17がAlから
Cu合金を含む限りにおいて、付着層60はクロム、チ
タン、タンタル、又はタングステンを含むことがある。 電流を伝える能力によって選択される、例えば銅、ニッ
ケル、又はコバルトを含む伝導層62は、付着層60に
付着される。
【0037】金属積層部32について続いて述べると、
錫の伝導層との反応を防ぐため錫相互拡散防止能力によ
り選択される、例えばクロム、チタン、タンタル、又は
タングステンを含むバリヤー層64は伝導層62に付着
される。ハンダ層30を湿す能力によって選択されるハ
ンダ湿潤性金属層66は、バリヤー層64に付着される
。層66は、例えば、コバルト、銅又はニッケルを含む
ことがある。最後に、湿潤性金属層66の酸化防止のた
め選択される、例えば金を含む、保護層68はハンダ湿
潤性金属層66に付着される。
錫の伝導層との反応を防ぐため錫相互拡散防止能力によ
り選択される、例えばクロム、チタン、タンタル、又は
タングステンを含むバリヤー層64は伝導層62に付着
される。ハンダ層30を湿す能力によって選択されるハ
ンダ湿潤性金属層66は、バリヤー層64に付着される
。層66は、例えば、コバルト、銅又はニッケルを含む
ことがある。最後に、湿潤性金属層66の酸化防止のた
め選択される、例えば金を含む、保護層68はハンダ湿
潤性金属層66に付着される。
【0038】積層部32とハンダ合金30を含む相互結
合金属化構造体層は、例えば金属マスク(図示せず)を
介する周知の方法を用いて、金属ライン17とその周囲
の領域のポリイミド層14に付着される。同様のBLM
構造(図示せず)は、図1の金属電気分布層18に望ま
しく形成される。
合金属化構造体層は、例えば金属マスク(図示せず)を
介する周知の方法を用いて、金属ライン17とその周囲
の領域のポリイミド層14に付着される。同様のBLM
構造(図示せず)は、図1の金属電気分布層18に望ま
しく形成される。
【0039】図2に示されるような構造は、次に炉に配
置され、ハンダ合金30の融点より20から40℃高い
範囲の温度で加熱されて、ハンダ合金30を特有のボー
ル形状へと溶解する。次に、チップ10は図1に示され
る方法で相互結合構造体20を介して基板12に整合さ
れ、ハンダ30を介してチップ10/金属ライン17が
基板12/金属電気分布層18と接合するよう再度加熱
される。アビエチン酸等(図示せず)、適切なハンダフ
ラックスが、好ましくはこれら最後の整合と加熱工程の
前に使われる。
置され、ハンダ合金30の融点より20から40℃高い
範囲の温度で加熱されて、ハンダ合金30を特有のボー
ル形状へと溶解する。次に、チップ10は図1に示され
る方法で相互結合構造体20を介して基板12に整合さ
れ、ハンダ30を介してチップ10/金属ライン17が
基板12/金属電気分布層18と接合するよう再度加熱
される。アビエチン酸等(図示せず)、適切なハンダフ
ラックスが、好ましくはこれら最後の整合と加熱工程の
前に使われる。
【0040】図3を参照すると、上述の方法でチップ接
合が完成した後の図2の金属化構造体の断面図が示され
ている。層66と68は、金属間化合物層69を形成す
るため層30からのハンダ合金と結合している。更に示
されるように、ボイド70が電気移動のため相互結合金
属化構造体20内に続いて形成されることがある。本発
明の他の特徴に従って、電流I(図3の矢印によって図
解される)がつぶれた相互結合金属化構造体20に流れ
ると、伝導層62はこの電流を上層64、69、30の
中に平均して分配させる傾向がある。次に電流は伝導層
62によって収集されて、層60を介して金属ライン1
7に流れる。
合が完成した後の図2の金属化構造体の断面図が示され
ている。層66と68は、金属間化合物層69を形成す
るため層30からのハンダ合金と結合している。更に示
されるように、ボイド70が電気移動のため相互結合金
属化構造体20内に続いて形成されることがある。本発
明の他の特徴に従って、電流I(図3の矢印によって図
解される)がつぶれた相互結合金属化構造体20に流れ
ると、伝導層62はこの電流を上層64、69、30の
中に平均して分配させる傾向がある。次に電流は伝導層
62によって収集されて、層60を介して金属ライン1
7に流れる。
【0041】この電流の分配には、電気移動により誘導
される高い電流密度がボイド70のエッジにおいて形成
され、その結果故障が発生するのを防ぐという重要な利
点がある。そのような故障は先行技術において一般的で
ある。
される高い電流密度がボイド70のエッジにおいて形成
され、その結果故障が発生するのを防ぐという重要な利
点がある。そのような故障は先行技術において一般的で
ある。
【0042】従って、新たに改良されたハンダ合金と、
チップ装填パッケージに有利になるようにこのハンダ合
金を利用する新たに改良された相互結合金属化構造体が
提供される。ハンダ合金は、クリープに対する抵抗力と
共に溶融温度が低いという有利な特性を有する。ハンダ
合金を組み込んだ相互結合金属化構造体は、電気移動に
よる故障に対する抵抗力がある。ハンダ合金と相互結合
金属化構造体は共に、従来の半導体製造材料と方法を用
いて製造される。更に、相互結合金属化構造体は比較的
安価で、先行技術の複雑な構造に比べて製造が簡単であ
る。
チップ装填パッケージに有利になるようにこのハンダ合
金を利用する新たに改良された相互結合金属化構造体が
提供される。ハンダ合金は、クリープに対する抵抗力と
共に溶融温度が低いという有利な特性を有する。ハンダ
合金を組み込んだ相互結合金属化構造体は、電気移動に
よる故障に対する抵抗力がある。ハンダ合金と相互結合
金属化構造体は共に、従来の半導体製造材料と方法を用
いて製造される。更に、相互結合金属化構造体は比較的
安価で、先行技術の複雑な構造に比べて製造が簡単であ
る。
【0043】
【発明の効果】本発明は、クリープを最小限にし、比較
的低い溶融温度を維持することが望まれるハンダ付け環
境に適用できる。そのような環境はかもめ翼型パッケー
ジの鉛のハンダ付け及び、記述されたタイプのチップ接
合パッケージを含む。本発明は圧力装填チップとヒート
シンクを利用し、超大規模集積(VLSI)回路をパッ
ケージするため用いられるタイプの高出力チップパッケ
ージにおいて特に適用される。
的低い溶融温度を維持することが望まれるハンダ付け環
境に適用できる。そのような環境はかもめ翼型パッケー
ジの鉛のハンダ付け及び、記述されたタイプのチップ接
合パッケージを含む。本発明は圧力装填チップとヒート
シンクを利用し、超大規模集積(VLSI)回路をパッ
ケージするため用いられるタイプの高出力チップパッケ
ージにおいて特に適用される。
【図1】本発明を組み込んだ半導体チップパッケージの
一部の平面図である。
一部の平面図である。
【図2】図1の相互結合金属化構造体の付着状態での拡
大断面図である。
大断面図である。
【図3】図1の相互結合金属化構造体のチップ/基板の
接合後の拡大断面図である。
接合後の拡大断面図である。
10 半導体チップ
12 基板
14 処理(パッシベーティング)層16
金属充填通路(バイア) 17 金属ライン 18 金属電気分布層 20 相互結合金属化構造体 26 ヒートシンク/ピストン 28 圧縮ばね 30 四元ハンダ合金層 32 五層金属積層部 33 面取りエッジ 60 付着層 62 伝導層 64 バリヤー層 66 ハンダ湿潤性金属層 68 保護層 69 金属間化合物層 70 ボイド
金属充填通路(バイア) 17 金属ライン 18 金属電気分布層 20 相互結合金属化構造体 26 ヒートシンク/ピストン 28 圧縮ばね 30 四元ハンダ合金層 32 五層金属積層部 33 面取りエッジ 60 付着層 62 伝導層 64 バリヤー層 66 ハンダ湿潤性金属層 68 保護層 69 金属間化合物層 70 ボイド
Claims (5)
- 【請求項1】 実質的に61〜68%の錫、0.2〜
3.9%の銀、0.5〜1.5%のアンチモン、及び残
部が鉛から成るハンダ合金。 - 【請求項2】 前記銀の濃度が1.7〜2.0%であ
る請求項1に記載のハンダ合金。 - 【請求項3】 金属化構造体であって、金属付着層と
、前記金属付着層上の金属伝導層と、前記金属伝導層上
の金属バリヤー層と、実質的に61〜68%の錫、0.
2〜3.9%の銀、0.5〜1.5%のアンチモン、及
び残部が鉛から成る前記金属伝導層上のハンダ合金層と
、を含む金属化構造体。 - 【請求項4】 前記金属バリヤー層とハンダ合金層の
間に介在する金属ハンダ湿潤性層を更に含む請求項3に
記載の金属化構造体。 - 【請求項5】 前記銀の濃度が1.7〜2.0%であ
る請求項3に記載の金属化構造体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US68020691A | 1991-04-04 | 1991-04-04 | |
US680206 | 1991-04-04 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04333392A true JPH04333392A (ja) | 1992-11-20 |
JPH0734997B2 JPH0734997B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=24730174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4024153A Expired - Lifetime JPH0734997B2 (ja) | 1991-04-04 | 1992-02-10 | 金属化構造体 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0507718A1 (ja) |
JP (1) | JPH0734997B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5690890A (en) * | 1993-11-09 | 1997-11-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solder |
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JPH10146690A (ja) * | 1996-11-14 | 1998-06-02 | Senju Metal Ind Co Ltd | チップ部品のはんだ付け用ソルダペースト |
US6581367B1 (en) | 2002-07-05 | 2003-06-24 | Neena R. Virag | Jewelry having the appearance of barbed wire |
US7696611B2 (en) * | 2004-01-13 | 2010-04-13 | Halliburton Energy Services, Inc. | Conductive material compositions, apparatus, systems, and methods |
TW202035716A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-10-01 | 比利時商梅泰洛比利時公司 | 經改良之錫產物 |
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JPS56144893A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-11 | Senjiyu Kinzoku Kogyo Kk | Solder alloy for fitting lead on silver electrode |
Family Cites Families (7)
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---|---|---|---|---|
GB555844A (en) * | 1942-04-09 | 1943-09-09 | British Non Ferrous Metals Res | Improvements in soft solders and in the production of same |
FR1603977A (en) * | 1968-11-07 | 1971-06-21 | Autoscouring solder wires and rods - by temp powder - metallurgy | |
US4514751A (en) * | 1982-12-23 | 1985-04-30 | International Business Machines Corporation | Compressively stresses titanium metallurgy for contacting passivated semiconductor devices |
DE3523808C3 (de) * | 1984-07-03 | 1995-05-04 | Hitachi Ltd | Verfahren zum Löten von Teilen einer elektronischen Anordnung aus unterschiedlichen Werkstoffen und dessen Verwendung |
JP2543941B2 (ja) * | 1988-03-17 | 1996-10-16 | 大豊工業株式会社 | はんだ材 |
DE68907033T2 (de) * | 1988-12-23 | 1993-12-02 | Ibm | Löten und Verbinden von Halbleiterkontakten. |
EP0398485B1 (en) * | 1989-05-16 | 1995-08-09 | Gec-Marconi Limited | A method of making a Flip Chip Solder bond structure for devices with gold based metallisation |
-
1992
- 1992-02-10 JP JP4024153A patent/JPH0734997B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-13 EP EP92480042A patent/EP0507718A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0507718A1 (en) | 1992-10-07 |
JPH0734997B2 (ja) | 1995-04-19 |
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