JPH06226488A - はんだペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強固なろう付けを行なうことのできる金はん
だペーストを提供する。 【構成】 Ａｕ−Ｓｉ合金粉末、Ａｕ−Ｓｎ合金粉末、
Ａｕ−Ｇｅ合金粉末、金粉末とＳｉ粉末の混合粉末、金
粉末とＳｎ粉末の混合粉末、または金粉末とＧｅ粉末の
混合粉末：８０〜９８重量％、ペースト化剤：２〜２０
重量％からなり、粘度：２５，０００〜３００，０００
センチポアズを有するはんだペーストにおいて、上記は
んだペースト化剤に含まれる酸素を１００ppm 以下にし
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、印刷に用いたり、転
写や吐出などを行なうことができ、かつはんだ付け部に
はんだの溶け残りや酸化物、さらにフラックス残渣が見
られず、強固なろう付けが可能なはんだペーストに関す
るものであり、特に半導体装置用はんだペーストに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置
の製造に際して、例えばセラミックスケースのアルミナ
基板上に、これに焼結されたＡｇ−Ｐｄ合金などからな
る電極を介して、ＳｉチップやＧａ−Ａｓチップなどの
半導体チップをダイボンディングすることが行なわれて
いる。

【０００３】このダイボンディングには、重量％で（以
下、％は重量％を示す）、Ｓｉ：１〜１０％を含有する
Ａｕ−Ｓｉ系合金箔、Ｓｎ：４〜３８％を含有するＡｕ
−Ｓｎ系合金箔、Ｇｅ：１〜５０％を含有するＡｕ−Ｇ
ｅ系合金箔などの金合金からなる箔を所定の形状に打抜
いた金合金はんだが用いられている。

【０００４】しかし、これらの金合金はんだは極めて脆
く割れやすい性質を有するために厚さ：５０μｍ程度ま
でにしか薄くすることができず、その取扱いも非常に難
しいために、上記金合金を粉末化してＡｕ合金粉末と
し、このＡｕ合金粉末をペースト化剤と混練して得られ
た金合金はんだペーストが使用されるようになってき
た。

【０００５】例えば、特開平３−１５５４９３号公報に
は、金合金はんだペーストが記載されており、この金合
金はんだペーストは、いずれも粒径：１００μｍ以下の
Ａｕ−Ｓｉ系合金粉末、Ａｕ−Ｓｎ系合金粉末、または
Ａｕ−Ｇｅ系合金粉末からなるＡｕ合金粉末：８０〜９
８％に対し、パラフィンワックスと流動パラフィンワッ
クス、またはパラフィンワックスとテトラリンからなる
ペースト化剤を２〜２０％を混練して得られ、その粘度
は２５，０００〜３００，０００センチポアズであると
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の金
合金はんだペーストを用いてはんだ付けを行っても、依
然としてはんだ付け部に溶け残りや酸化物が存在して所
望のはんだ付け強度が得られないことがあり、特に長期
間保存された上記従来の金合金はんだペーストについて
その傾向が顕著に表われ、さらに従来の金合金はんだペ
ーストは加熱雰囲気に酸素が少しでも混入すると金合金
はんだペーストに含まれる金合金粉末の表面に分厚い酸
化被覆が形成され、そのため大気中でＮ₂ ＋Ｈ₂ の混合
ガスを吹付けながらダイボンディングを行うことは不可
能であり、露点を−７０℃程度まで下げたリフロー炉内
など特殊な雰囲気中でしかはんだ付けを行うことができ
なかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
かかる課題を解決し、従来よりも優れた金合金はんだペ
ーストを得るべく研究を行った結果、（１） 特に長期
間保存された金合金はんだペーストを用いてはんだ付け
した接合部に酸化物が残存するのは、従来の金合金はん
だペーストに含まれるペースト化剤に酸素が０．１％以
上含まれているからで、この酸素が金合金はんだペース
ト中のＡｕ合金粉末表面に分厚い酸化被膜を形成し、そ
のためにはんだ付け接合部に酸化物が多量に残存し、は
んだ付け接合強度を低下せしめるものであり、したがっ
て、ペースト化剤に含まれる酸素含有量を１００ppm 以
下に脱酸し、この脱酸ペースト化剤と金合金はんだ粉末
を混練して得られた酸素含有量：１００ppm 以下のはん
だペーストを用いるとはんだ付け部に残留する酸化物は
激減し、接合部強度を大幅に向上せしめる、（２） Ａ
ｕ粉末、Ｓｉ粉末、Ｓｎ粉末、Ｇｅ粉末など各要素粉末
の混合粉末として添加する方が、従来のようにＡｕ−Ｓ
ｉ合金粉末、Ａｕ−Ｓｎ合金粉末、またはＡｕ−Ｇｅ合
金粉末などの合金はんだ粉末として添加するよりも、は
んだ付け接合部に残存する酸化物は少なくなりしたがっ
て接合強度が一層向上する、などの研究結果が得られた
のである。

【０００８】この発明は、かかる研究結果にもとづいて
なされたものであって、金はんだ粉末：８０〜９８％、
ペースト化剤：２〜２０％を含有し、粘度：２５，００
０〜３００，０００センチポアズを有するはんだペース
トにおいて、はんだペーストに含まれる酸素量は１００
ppm 以下であるはんだペーストを特徴とするものであ
る。

【０００９】上記金はんだ粉末は、Ａｕ−Ｓｉ合金はん
だ粉末、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末、またはＡｕ−Ｇｅ
合金はんだ粉末であってもよいが、Ａｕ粉末とＳｉ粉
末、Ａｕ粉末とＳｎ粉末、またはＡｕ粉末とＧｅ粉末の
各要素純金属粉末をはんだ合金となる割合で混合した混
合粉末である方が好ましい。

【００１０】その理由として、Ａｕ−Ｓｉ合金はんだ粉
末、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末、Ａｕ−Ｇｅ合金はんだ
粉末などの金合金粉末は、一般に表面から奥深くまでＳ
ｉ，ＳｎまたはＧｅ成分が酸化され、Ｓｉ，Ｓｎまたは
Ｇｅの分厚い酸化皮膜が形成されるが、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇ
ｅの各要素純金属粉末は表面に薄い酸化皮膜が形成され
るだけで酸化の進行がほぼ停止するため、合金粉末より
要素粉末の混合粉のほうが酸化量が少なくなるためと考
えられる。

【００１１】酸素含有量：１００ppm 以下のペースト化
剤は、次のようにして得ることができる。すなわち、市
販のパラフィンワックスは加熱溶融して、流動パラフィ
ンは常温で、それぞれＡｒやＨｅなどの不活性ガスをバ
ブリングさせて、混合している酸素と水分を除去し、ま
た、テトラリンとジエチルベンゼンは蒸留や乾燥剤の使
用によって酸素と水分を除去する。このように脱水され
た各ペースト化剤を不活性ガスの雰囲気中で加熱溶融さ
せペースト化剤を作成する。

【００１２】なお、上記市販のパラフィンワックス、流
動パラフィン、テトラリン、ジエチルベンゼンには、通
常０．１％以上の酸素が含まれている。

【００１３】次にこの発明のはんだペーストにおいて、
上記の通りに限定した理由を説明する。

【００１４】（ａ） 金はんだ粉末 金はんだ粉末は、Ｓｉ：１〜１０％含有するＡｕ−Ｓｉ
系合金はんだ粉末、Ｓｎ：４〜３８％含有するＡｕ−Ｓ
ｎ系合金はんだ粉末もしくはＧｅ：１〜５０％含有する
Ａｕ−Ｇｅ系合金はんだ粉末、またはＳｉ粉末：１〜１
０％とＡｕ粉末：９０〜９９％からなる混合粉末、Ｓｎ
粉末：４〜３８％とＡｕ粉末：６２〜９６％からなる混
合粉末、Ｇｅ：１〜５０％とＡｕ粉末：５０〜９９％か
らなる混合粉末のいずれでもよい。しかし合金はんだ粉
末よりも混合粉末の方が好ましい。

【００１５】上記粉末の粒径は、１００μｍを越える
と、はんだ付け時に半導体チップに施されるスクライブ
によりチップ裏面が損傷をうけることから１００μｍ以
下であることが好ましい。

【００１６】（ｂ） 金はんだ粉末とペースト化剤の相
互割合、金はんだ粉末の割合が８０％未満になると、相
対的にペースト化剤の割合が２０％を越えて多くなりす
ぎ、昇温中に金はんだ粉末が流され、広がるようになる
ため、印刷や吐出などによって定量の金はんだ粉末の供
給が行なわれても、はんだ付け部における金はんだ粉末
が減少することから、はんだ付け不良が発生するように
なり、一方、金はんだ粉末の割合が９８％を越えると、
相対的にペースト化剤の割合が２％未満となってしま
い、所定のペースト化をはかることができず、印刷や転
写が不可能となることから、その割合をそれぞれ、金は
んだ粉末：８０〜９８％、ペースト化剤：２〜２０％と
定めた。

【００１７】（ｃ） ペースト化剤 通常、いずれも市販のパラフィンワックス、流動パラフ
ィン、テトラリン、ジエチルベンゼンを用いて作製した
ペースト化剤は０．１％以上（１０００ppm 以上）の酸
素が含まれているが、ペースト化剤に含まれる酸素は１
００ppm を越えると金はんだ粉末の表面に分厚い酸化被
膜が形成されるところから、ペースト化剤に含まれる酸
素含有量は１００ppm 以下に定めた。この酸素含有量：
１００ppm 以下のペースト化剤は、従来のペースト化剤
を不活性ガスによりバブリングしたり、蒸留することに
より得られ、このバブリング等により脱酸して酸素含有
量：１００ppm 以下に低減せしめたペースト化剤と上記
金はんだ粉末を混練することにより、酸素含有量：１０
０ppm 以下のはんだペーストを得ることができる。

【００１８】また、上記ペースト化剤には、必要に応じ
て還元剤を０．１〜３０％添加することにより加熱中に
金はんだ粉末の酸化皮膜を還元剤が溶解し、良好なはん
だ接合を得ることができる。

【００１９】（ｄ） はんだペーストの粘度 ２５，０００センチポアズ未満の粘度では、印刷や転写
などにより供給されたはんだペーストが流れて、横に広
がるようになり、供給時の状態を保持することができな
くなり、はんだ付け不良などを起すようになり、一方３
００，０００センチポアズを越えた粘度になると、印刷
や転写などによる供給が困難になることから、その粘度
を２５，０００〜３００，０００センチポアズと定め
た。

【００２０】

【実施例】

実施例１ Ｓｉ：３．１５％を含有し、残りがＡｕおよび不可避不
純物からなり、平均粒径：６５μｍのＡｕ−Ｓｉ合金は
んだ粉末（以下、Ａ合金粉末という）、Ｓｎ：２０．０
％を含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなり、
平均粒径：５０μｍのＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末（以
下、Ｂ合金粉末という）、Ｇｅ：１２．５％を含有し、
残りがＡｕおよび不可避不純物からなり、平均粒径：３
８μｍのＡｕ−Ｇｅ合金はんだ粉末（以下、Ｃ合金粉末
という）をそれぞれ用意した。さらに市販のパラフィン
ワックス、並びに炭化水素溶剤として流動パラフィンワ
ックス、テトラリンおよびジエチルベンゼンを用意し
た。上記パラフィンワックスを９０℃に加熱溶融し、こ
の温度に保持しながらＡｒガスを３ｌ／min で２４時間
吹込むことによりバブリングを施し、炭化水素溶剤を蒸
留精製した後、バブリングの終了した溶融パラフィンワ
ックスにＡｒ雰囲気を保持しながら混合溶解させ、ペー
スト化剤に含まれる酸素を除去した。

【００２１】このようにして得られた脱酸ペースト化剤
と上記Ａ合金粉末、Ｂ合金粉末またはＣ合金粉末とを混
練し、表１に示される酸素含有量および粘度を有する本
発明はんだペースト１〜９を作製した。

【００２２】一方、比較のために、上記市販のパラフィ
ンワックス、流動パラフィンワックス、テトラリン、ジ
エチルベンゼンを大気中で混合し、バブリングを施すこ
となく非脱酸のペースト化剤を作製し、この非脱酸ペー
スト化剤に先に用意したＡ合金粉末、Ｂ合金粉末または
Ｃ合金粉末とを混練し、表２に示される酸素含有量およ
び粘度を有する従来はんだペースト１〜９を作製した。

【００２３】さらに、基板として、２５mm×２５mmの平
面寸法を有し、表面に同じく平面寸法で２mm×２mmのＡ
ｇ−Ｐｄ合金からなる焼成電極を形成した基板を使用
し、本発明はんだベースト１〜９および従来はんだペー
スト１〜９を上記焼成電極上に、平面寸法：１mm×１m
m、厚さ：５０〜２００μｍの範囲内の所定厚さとなる
ようにスクリーン印刷し、この上に裏面に１μｍのＡｕ
メッキを施した平面寸法：１mm×１mmのＳｉチップを乗
せ、Ａｒ雰囲気中、ホットプレート上で、昇温過程で２
５０℃に１分間保持し、ついでＳｉチップにスクライブ
を施しながら、はんだ付け温度である４５０℃に１分間
保持し、以降の冷却過程で２５０℃に１分間保持したの
ち、室温冷却の条件ではんだ付けを行ない、はんだ付け
部の剪断強度を測定し、この結果を表１および表２に示
した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】 表１および表２に示される結果から、酸素含有量が１０
０ppm 以下の本発明はんだペースト１〜９を用いて形成
されたはんだ付け部は、酸素含有量が１０００ppm
（０．１％）以上の従来はんだペースト１〜９を用いて
形成されたはんだ付け部に比べて、剪断強度が格段に優
れていることがわかる。

【００２６】実施例２ いずれも平均粒径：２０μｍのＡｕ粉末、Ｓｉ粉末、Ｓ
ｎ粉末およびＧｅ粉末を用意し、これら粉末を用いて、
Ｓｉ粉末：３．１５％、Ａｕ粉末：９６．８５％からな
る混合粉末（以下、Ａ混合粉末という）、Ｓｎ粉末：２
０．０％、Ａｕ粉末：８０．０％からなる混合粉末（以
下、Ｂ混合粉末という）、Ｇｅ粉末：１２．５％、Ａｕ
粉末：８７．５％からなる混合粉末（以下、Ｃ混合粉末
という）、の各混合粉末を作製した。これら混合粉末を
実施例１で作製した脱酸ペースト化剤に添加して混練
し、表４に示される酸素含有量および粘度を有する本発
明はんだペースト１０〜１８を作製した。

【００２７】一方、比較のために、表２のＡ合金粉末、
Ｂ合金粉末およびＣ合金粉末に代えてそれぞれ上記Ａ混
合粉末、Ｂ混合粉末およびＣ混合粉末をバブリングを施
さないペースト化剤に添加混練し、比較はんだペースト
１〜９を作製した。

【００２８】これら本発明はんだペースト１０〜１８お
よび比較はんだペースト１〜９を用いて実施例１と同様
にしてはんだ付けを行ない、はんだ付け部の剪断強度を
測定し、その測定結果を表３および表４に示した。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】 表３および表４に示される結果から、本発明はんだペー
スト１０〜１８を用いて形成されたはんだ付け部は、比
較はんだペースト１〜９を用いて形成されたはんだ付け
部に比べて剪断強度が優れており、さらに本発明はんだ
ペースト１０〜１８を用いて形成されたはんだ付け部
は、表２の従来はんだペースト１〜９によるはんだ付け
部に比べて、剪断強度が格段に優れていることもわか
る。

【００３１】実施例３ 実施例１で得られた脱酸ペースト化剤に、さらに表５に
示される還元剤を添加したのち、実施例１で用意したＡ
合金粉末、Ｂ合金粉末およびＣ合金粉末を添加して混練
し、表５に示される酸素含有量および粘度を有する本発
明はんだペースト１９〜２７を作製した。

【００３２】これら本発明はんだペースト１９〜２７を
実施例１と同様にしてはんだ付けを行ない、はんだ付け
部の剪断強度を測定し、その測定結果を表５に示した。

【００３３】

【表５】 実施例４ 実施例１で、得られた脱酸ペースト化剤に、さらに還元
剤を添加したのち、実施例２で用意したＡ混合粉末、Ｂ
混合粉末およびＣ混合粉末を添加混練し、表６に示され
る酸素含有量および粘度を有する本発明はんだペースト
２８〜３６を作製した。

【００３４】これら本発明はんだペースト２８〜３６を
用い、実施例１と同様にしてはんだ付けを行ない、はん
だ付け部の剪断強度を測定し、その測定結果を表６に示
した。

【００３５】

【表６】 実施例３および実施例４で得られた本発明はんだペース
ト１９〜３６を用いて形成されたはんだ付け部の剪断強
度は、従来はんだペースト１〜９および比較はんだペー
スト１〜９により形成されたはんだ付け部の剪断強度に
比べて、いずれも格段に優れた値を示すことがわかる。

【００３６】

【発明の効果】上述のように、この発明のはんだペース
トは、強固なはんだ付けを行なうことができるので、は
んだ付け部の信頼性が一層向上し、産業上すぐれた効果
をもたらすものである。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で（以下、％は重量％を示す）、
   金はんだ粉末：８０〜９８％、ペースト化剤：２〜２０
   ％からなり、粘度：２５，０００〜３００，０００セン
   チポアズを有するはんだペーストにおいて、 上記はんだペースト化剤に含まれる酸素は１００ppm 以
   下であることを特徴とするはんだペースト。
2. 【請求項２】 上記ペースト化剤は、パラフィンワック
   スおよび水に溶解せず常温で揮発の少ない炭化水素溶剤
   からなる酸素含有量：１００ppm 以下の混合体であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のはんだペースト。
3. 【請求項３】 上記ペースト化剤を構成する水に溶解せ
   ず常温で揮発の少ない炭化水素溶剤は、流動パラフィ
   ン、テトラリン、ジエチルベンゼンのうちのいずれかで
   あることを特徴とする請求項２記載のはんだペースト。
4. 【請求項４】 上記金はんだ粉末は、Ｓｉ：１〜１０％
   を含有するＡｕ−Ｓｉ合金はんだ粉末、Ｓｎ：４〜３８
   ％を含有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末、またはＧｅ：
   １〜５０％を含有するＡｕ−Ｇｅ合金はんだ粉末からな
   ることを特徴とする請求項１記載のはんだペースト。
5. 【請求項５】 上記金はんだ粉末は、 Ｓｉ粉末：１〜１０％、Ａｕ粉末：９０〜９９％の割合
   で配合し混合された混合粉末、 Ｓｎ粉末：４〜３８％、Ａｕ粉末：６２〜９６％の割合
   で配合し混合された混合粉末、 Ｇｅ粉末：１〜５０％、Ａｕ粉末：５０〜９９％の割合
   で配合し混合された混合粉末、 のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載
   のはんだペースト。
6. 【請求項６】上記ペースト化剤は、パラフィンワック
   ス、水に溶解せず常温で揮発の少ない炭化水素溶剤およ
   び酸化物還元剤からなる酸素含有量が１００ppm 以下の
   混合体であることを特徴とする請求項１記載のはんだペ
   ースト。
7. 【請求項７】 上記ペースト化剤に含まれる水に溶解せ
   ず常温で揮発の少ない炭化水素溶剤は、流動パラフィ
   ン、テトラリン、ジエチルベンゼンの内のいずれかであ
   り、上記酸化物還元剤は、カーボン数が４以上をもつ有
   機塩酸塩、有機フッ酸塩、または脂肪酸であることを特
   徴とする請求項６記載のはんだペースト。
8. 【請求項８】 上記金はんだ粉末は、Ｓｉ：１〜１０％
   を含有するＡｕ−Ｓｉ系合金粉末、Ｓｎ：４〜３８％を
   含有するＡｕ−Ｓｎ系合金粉末、またはＧｅ：１〜５０
   ％を含有するＡｕ−Ｇｅ系合金粉末からなることを特徴
   とする請求項６記載のはんだペースト。
9. 【請求項９】 上記金はんだ粉末は、 Ｓｉ粉末：１〜１０％、Ａｕ粉末：９０〜９９％の割合
   で配合し混合された混合粉末、 Ｓｎ粉末：４〜３８％、Ａｕ粉末：６２〜９６％の割合
   で配合し混合された混合粉末、 Ｇｅ粉末：１〜５０％、Ａｕ粉末：５０〜９９％の割合
   で配合し混合された混合粉末、 のうちのいずれかであることを特徴とする請求項６記載
   のはんだペースト。