JPH0734997B2 - 金属化構造体 - Google Patents
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- JPH0734997B2 JPH0734997B2 JP4024153A JP2415392A JPH0734997B2 JP H0734997 B2 JPH0734997 B2 JP H0734997B2 JP 4024153 A JP4024153 A JP 4024153A JP 2415392 A JP2415392 A JP 2415392A JP H0734997 B2 JPH0734997 B2 JP H0734997B2
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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＜９
０％）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＜９
０％）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：
【０００９】米国再発行特許第２９、５６３号では、６
３％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。
３％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０．０
０５〜０．２％のアルミニウムの使用を示す。
錫、鉛、及び酸化抵抗力を上げるため付加された０．０
０５〜０．２％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】
【００２５】
【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、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、前記金属バリヤー
層上のハンダ湿潤性金属層、及び実質的に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ハンダ湿潤性金属層
上のハンダ合金層を含む相互結合金属化構造体を提供す
る。
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、前記金属バリヤー
層上のハンダ湿潤性金属層、及び実質的に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ハンダ湿潤性金属層
上の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（℃） ”Ｓｏｌ”＝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
【００３３】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。Ｓ
ｂ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）。
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。Ｓ
ｂ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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０１ Ｆ 7128−4Ｅ (72)発明者 スティーヴン ギルバーグ ゴニア アメリカ合衆国13827、ニューヨーク州オ ウゴ、アイヴォリー ガーデン アパート メンツ、アパートメント ナンバービー８ (72)発明者 ジェイムズ ケネス レイク アメリカ合衆国13760、ニューヨーク州エ ンディコット、ウエスト ウェンデル ス トリート 620 (72)発明者 ランディー クリントン ロング アメリカ合衆国18818、ペンシルバニア州 フレンズヴィル、ボックス 34エイ、アー ル．アール．ナンバー１ (72)発明者 ジェフリー フレデリック ロウダー アメリカ合衆国06804、コネチカット州ブ ルックフィールド、ロングメドウ ヒル ロード ４ (72)発明者 ロジャー ニール ワイルド アメリカ合衆国13827、ニューヨーク州オ ウゴ、デイ ホロウ ロード 3360 (56)参考文献 特開 昭56−144893（ＪＰ，Ａ) 田中和吉著「マイクロソルダリング」日 刊工業新聞社（昭和60年）第28頁図４．３
Claims (4)
- 【請求項１】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、前記金属バリヤー層上のハンダ湿潤性
金属層と、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
から成る前記ハンダ湿潤性金属層上のハンダ合金層と、
を含む金属化構造体。 - 【請求項２】前記ハンダ湿潤性金属層と前記ハンダ合金
層の間に介在する保護層を更に含む請求項１に記載の金
属化構造体。 - 【請求項３】前記ハンダ湿潤性金属層がコバルト、銅ま
たはニッケルを含む請求項１または２に記載の金属化構
造体。 - 【請求項４】前記銀の濃度が１．７〜２．０％である請
求項１から３のいずれか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 JPH04333392A (ja) | 1992-11-20 |
| JPH0734997B2 true 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) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0652072A1 (en) * | 1993-11-09 | 1995-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solder |
| 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 |
| WO2020157167A2 (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-06 | Metallo Belgium | Improved tin production |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 | |
| JPS56144893A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-11 | Senjiyu Kinzoku Kogyo Kk | Solder alloy for fitting lead on silver electrode |
| 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. |
| DE69021438T2 (de) * | 1989-05-16 | 1996-01-25 | Marconi Gec Ltd | Verfahren zur Herstellung einer Flip-Chip-Lötstruktur für Anordnungen mit Gold-Metallisierung. |
-
1992
- 1992-02-10 JP JP4024153A patent/JPH0734997B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-13 EP EP92480042A patent/EP0507718A1/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 田中和吉著「マイクロソルダリング」日刊工業新聞社（昭和６０年）第２８頁図４．３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04333392A (ja) | 1992-11-20 |
| EP0507718A1 (en) | 1992-10-07 |
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