JPS63123594A

JPS63123594A - 低温接合用合金

Info

Publication number: JPS63123594A
Application number: JP26779486A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Nakano; 博隆中野; Tsuneichi Yoshino; 吉野　常一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1988-05-27

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。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の目的）（産業上の利用分野）本発明は低温で作業可能な接合用合金、特に金属はもち
ろん、表面に酸化皮膜を有する金属、セラミックス、ガ
ラス、半導体に対し低温で作業可能な接合用合金に関す
る。

（従来の技術）従来、金属、セラミックス、ガラス、半導体を低温層で
接合するためには、予め表面に金メッキ、銅メッキ、ニ
ッケルメッキ等の電気メッキや無電解メッキを行う方法
が知られていた。これらの方法は、接合しようとする面
に予め前処理を施しておかねばならず、高価、複雑な工
程を必要とする。

これらの方法に代って、上述の材料に比較的低温で、前
処理を施さずに直接接合可能な半田組成物として、特公
昭５２−２１９８０号公報に知られるものがおる。この
半田組成物は、ｌｉｔ％で、Ｐｂ２〜９８．５％、Ｓ　
ｎ　１〜９７．５％、Ｚ　ｎ　０．０５〜１０％、Ｃｄ
Ｏ，５〜６０％、Ｓｂ５％以下より成る。この半田組成
物の固相線は、１４２℃〜１４５℃の温度範囲にあり、
液相線は１４２℃〜２３０℃の温度範囲にある。

固相線と液相線の温度が等しい場合は、共晶点となる組
成物である。この半田組成物を用いて半田付けを行うに
は、溶！４Ｉ温度、即ち液相線より上の温度にて半田組
成物を溶融させ、超音波振動、低周波振動等の振動を与
えながら半田付けをすると良いとしている。即ち、実際
に半田付けを行う作業温度は半田組成物の溶融温度で１
７０℃乃至２００℃である。

一方、近年電子部品、材料の分野での低温プロセスの要
望は強い。特に液晶テレビ用モジュールの実装技術に於
ては、偏光板、液晶の耐熱性の点で、１５０℃以下の低
温プロセスが要求される。この場合、ＩＣ実装技術に於
けるＩＬＢ（インナー・リード・ボンディング）やＯＬ
Ｂ　（アウター・リード・ボンディング）を始め、接合
技術が多く用いられる。例えば、フィルムキャリアを用
いるＩＬＢに於ては、１５０℃以下の低温プロセスとし
て、特開昭５７−１５２１４７号公報で転写バンプ技術
が知られている。即ち、予め基板上に金突起を形成して
おき、この突起をフィルムキャリアのリードへ転写する
。次にリードに転写された金突起を、半導体素子上のア
ルミニウムからなる電極端子に接合することを主旨とす
る。リードは例えばＣｕに５ｎメツキを施したものが用
いられている。しかし、転写バンプ方式には次のような
欠点を有する。

（ｉ）金属突起をリードに転写するための作業と、１０
石の実際の接続を行うボンディングの作業を２度行わな
ければならず、作業が煩雑となる。

（ｉｉ）２度の接合（ボンディング作業）により、突起
物でおる金が加工硬化し硬度が増す。このため、２度目
の接合のＩＣとの接続時には時には圧力を増さなければ
ならず、ＩＣが損傷を受は易い。

従って、転写バンプ方式に代り、安価な半田付は法によ
り前記半導体素子上のＡ１電極端子とリードとの接続を
半田付は法により行うことが考えられる。これを、通常
のＰｂ−３ｎ半田を用いて行おうとすると、Ａ１電極端
子の表面が自然酸化物により覆われているため、接合す
ることは出来ない。そこでＰｂ−３ｎ半田に代り、前述
の特公昭５２−２１９８０号公報に記載の半田組成物を
用いてＩＬＢを行うことが考えられるが、それには次の
ような問題点がある。

（ｉ）　　半田付けする時の温度が低くとも１７０℃乃
至２００℃と高温である。そのため偏光板等信の部材に
損傷を与える。

（ｉｉ）　　半田付けするには、溶融しなければならず
、このため、半導体素子上のＡＩ電極の位置から半田が
流れ出てしまう。それ故、電極端子の形状が崩れるだけ
でなく、電気的に短絡してしまう。

（ｉｉｉ）　Ａ　Ｉ電極は、薄膜であり、概ね数千への
膜厚である。それ故、しばしばＡ１電極が半田付けされ
た後に、半田に食われ、その結果、下の半導体基板より
剥離が生ずる。この現象はＡｕやＡＱ等の他の金属膜の
場合でも生ずる。

（ｉｖ）　　Ｃｄが添加されている。Ｃｄは法律上特定
化学物質に指定されており、使用すること、並びに民生
用として流布することは公害の面で望ましくない。

マタ、特公昭５Ｂ−３６８０５号公報には、ＰｂとＳｎ
を主成分とし、ｏ、ｉ〜１０重量％の５ｂ１０．１〜１
０重社％のｚｎが添加された封管材を介して、ｉ像管の
真空外囲器とフェースプレートとを、封管材の融点より
も低い温度、例えば１６０℃乃至１８０℃で封着するこ
とが開示されている。しかし、この様な封着材の融点よ
りも低い温度での接合技術を適応しても、未だ接合温度
は充分に低く出来ない。

（売明が解決しようとする問題点）以上のように、従来技術では表面に酸化皮膜を有する金
属、セラミックス、ガラス、半導体を低温で接合するこ
とができなかった。

従って、本発明は表面に酸化皮膜を有する金属、セラミ
ックス、ガラス、半導体に低温で接合可能であり、かつ
接合部の形状が大きく崩れることもなく微細パターンと
の接合が可能な、また無公害の新規な接合用合金を提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、ＰｂとＳｎを主成分とし、必要に応じＳｂが
添加された接合用合金に於て、少なくともＺｎ、Ａｌ、
Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、希土類金属のうちの一種類を
含有し、凝固点降下用金属を含有することにより、固相
線温度が１１０℃乃至１４０℃の温度範囲に、また液相
線温度が１１０℃乃至２５０℃の温度範囲にあることを
特徴とする低温接合用金属である。

（作　用）本発明によれば、通常低温で接合がむずかしい、表面に
酸化皮膜を有する金属、セラミックス、ガラス、半導体
に直接接合可能となり、同相領域または固相線と液相線
の中間の温度範囲で圧接することにより、接合用合金が
流出せず接合部の形状が大きく崩れることなく接合出来
る。それ故地部材に損傷を与えることなく、また電気的
に５ｒ１絡することなく無公害に接合可能となる。

本発明の接合用合金の組成は、ｆｆｌｆｆｌ％で、Ｐｂ
が２乃至９５％、ｓｎが２乃至９８％、Ｓｂが１０％以
下、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、希土類金属
のうちの少なくとも一種類以上の金属の合計が０．１乃
至２０％、凝固点降下用の金属が１乃至５０％の範囲に
おることが好ましい。

酸化皮膜、セラミックス、ガラス等と強固に接合させる
ため、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ。

Ｎｂ、希土類金属のうちの少なくとも一種類以上の金属
が添加されている。ここで希土類金属とはｓｃ、ｙ並び
に原子番号５７乃至７１の１ａ系列の金属である。凝固
点降下用金属としてはＩｎ、１３ｉが挙【：ｆられる。

また耐熱性および接合強度を増すためＳｂを添加するこ
とができる。なお、Ｚｎ。

Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、　Ｎｂ、希土類金属、Ｓｂは
接合用合金の凝固点を上昇させるので、その添加旦は自
ずと制限される。

凝固点降下用金属としては、特にＩｎが凝固点降下の効
果と圧接による接着性向上の効果がある。

固相線温度ならびに液相線温度を低下させるためには、
Ｉｎを多く添加すれば良い。Ｉｎが５０重は％になると
固相線（共晶線）の温度は、１１０℃までに降下する。

更にｉｎｎ含有分多くし、１１０℃以下の固相線温度に
すると、高温保存試験、高温高湿試験、温湿度サイクル
試験等の信頼性試験に耐えることができなくなる。なお
、３ｉは５％以上添加させると接合性を劣化させる。

また、Ｐｂが２重量％以下、または９５重置屋以上、あ
るいはＳｎが２重量％以下または９８重分％以上では、
固相線と液相線の間の温度領域が狭くなり、また１５０
℃以下の温度で同相領域となり、圧接も困難となる。

本発明の接合用合金は、酸化皮膜を有する金属としてＡ
１の他、強固な酸化皮膜を有する金属、例えばｚｒ等の
接合に対しても適用出来る。尚、強固な酸化皮膜である
か否かの目安は、酸化皮膜の体積が、その部分の酸化さ
れる前の金属の体積よりも大きいことである。また、Ｉ
　Ｔ　Ｏ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎ　０ｘｉｄｅ）の他、ｓ
ｎｏ　　や■ｎ２０３の透明尋電膜に対する接合におい
ても適用出来る。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

〈実施例１〉接合用合金としてｐｂが２０重ｆｆｉ％、Ｓｎが６６重
量％、ｚｎが■糧％、Ｉｎ’が１０＠ｆｔ％、Ｓｂが２
置屋％の組成の合金を作製した。この合金の固相線温度
（共晶線温度）は１３４℃、液相線温度は１６０℃であ
った。

〈実施例２〉ｐｂが２０重置屋、Ｓｎが６６６重丸、Ｚｎが２＠曾％
、Ｉｎが１２２重丸の接合用合金を作製した。

この合金の固相線温度は１３０℃、液相線温度は１５４
℃でめった。

〈実施例３〉上述実施例では、固相線の温度が低い共晶点近傍の組成
であるＰｂが２０重重量、Ｓｎが６６重量％の場合を示
したが、ＰｂとＳｎの割合を任意に変化させても良い。

例えばｐｂが６６６重丸、Ｓｎが２０’ｆＸｍ％、Ｚｎ
が２重量％、Ｉｎが１０重四％、Ｓｂが２重量％の接合
用合金を作製したところ、この合金の固相線温度（共晶
線の温度であるが）は１３４℃、液相線温度は２２０℃
であった。

次に本発明の接合用合金を用いた接合方法の例を説明す
る。

く応用例１〉実施例１の接合用合金を線引き、圧延することにより、
肉厚１００μ°ｍのリボンとする。次に、第１図及び第
２図に示すように、両側にスプロケット（２４）の形成
された長尺のポリイミド樹脂テープ（２１）に、接着剤
（２６）を介して予め貼合された、例えば厚さは３５μ
ｍ銅箔（２５）の表面に、上記接合用合金リボンを合せ
て、１００℃１窒素雰囲気中で温間圧延を行い、銅箔（
２５）表面に接合用合金を圧接する。尚、銅箔（２５）
の表面にはＳｎメッキを施しても良い。

次いでＰＥＰ（写真蝕刻工程）を経て、インナーリード
孔（２２）とアウターリード孔（２３）　（第１図を参
照）が形成され、更に所定形状の銅箔（２５）パターン
及び接合用合金（２７）パターン゛（第２図を参照）が
形成されたフィルムキャリア（２）を作製する。尚、イ
ンナーリード孔（２２）の部分では半導体素子の電極端
子と接合用合金（２７）とが接合され、またアウターリ
ード孔（２３）の部分ではフィルムキャリア（２）に形
成した導体パターンと他の回′ｔ！１Ｍ板の電極端子と
が接合される次に、第２図に示す接合用合金（２７）と半導体素子（
１）のＡｌ１極との接合について説明する。電子部品例
えば半導体素子（１）上には絶縁層としての酸化膜（１
１）を介して、アルミニウムからなる電極端子（１２）
が複数個形成されている。尚、この電極端子（１２）の
内側には、機能回路部（１３）が形成されている。

この半導体素子（１）の電極端子（１２）と、フィルム
キャリア（２）の銅箔すなわち電極リード（２５）とを
接合するためには、電極リード（２５）上の接合用合金
（２７）と電極端子（１２）との位ｉ合せを行い、ツー
ル（３）で矢印（４）の方向へ大気中雰囲気下で加圧、
加熱する。尚、加圧圧力は８０Ｋｇ／ｃｒｌ、温度は１
４０℃（固相線と液相線の中間の温度）で行う。

加圧時間は２秒とした。これにより、低温接合用合金（
２７）は電極リード（２５）と電＠端子（１２）との間
で、加圧、加熱され塑性変形すると同時に、電極リード
（２５）と電極端子（１２）とが圧接された。接合後、
リードの引張試験を行ったところ、接合部の強度は約５
０乃至７０Ｋｙ／ｃｒＡの範囲にあった。

〈応用例２〉実施例２の接合用合金を用いて、上記応用例１と同様の
フィルムキャリアを作成した。アウターリード孔（２３
）部において、銅リード（２５）上に形成された接合用
合金の突起を介して、液晶表示器のガラス基板上に形成
されたＩＴＯ電極に銅リード（２５）を接合した。尚、
接合時の温度は９０℃（同相領域）であり、加圧は９５
Ｋｇ／ｃｍで行った。加圧時間は２秒とした。なお、接
合用合金の肉厚は５０μｍとした。接合後、リードの引
張試験を行ったところ、接合部の強度は約５０乃至７０
に’ｌ／ｃｔｄの範囲にあった。

以上応用例１及び応用例２で形成した接合部を、８０℃
、ｉ　ｏｏｏ時間の高温保存試験、８０℃、ＲＨ９０％
、ｉ　ｏｏｏ時間の高温高湿試験、−４０℃〜８０℃，
ＲＨ９０％、１０サイクルの温湿度サイクル試験等の信
頼性試験の結果では、接合部の強度の劣化は見られず、
低温度、低圧力で確実な高信頼度の接合ができたことが
確認された。

く応用例３〉実施例１の接合用合金を用いて、上記応用例１と同様の
フィルムキャリアを作成した。アウターリード孔（２３
）部において、銅リード（２５）上に形成された接合用
合金の突起を介して、ガラス基板上にナトリウム拡散防
止用の５ｉ０３を介してＩＴＯ電極を形成した液晶表示
器の電極端子に、銅り一部（２５）を接合した。接合条
件は応用例１と同じく、加圧圧力は８０に’ｊ／　ｄ！
、接合時のツール温度は１４０℃、加圧時間は２秒とし
た。接合後のリードの引張試験を行ったところ、接合強
度は約１００句／Ｃｄであった。

実施例３の接合用合金を用いた場合にも、自然酸化膜を
有するアルミニウムおよびＩＴＯ等の透明導電膜にも接
合可能であった。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の低温接合用合金によれば、同相領
域、または固相線と液相線の中間の温度範囲に於て圧接
をすることにより、低温でしかも、形状の崩れがなく、
またＡ１電極等の薄膜が半田に蝕われて剥離するという
現象も起こらずに接合ができる。また接合部の接合強度
も強く、高信頼性の実装を提供することが出来る。

従って、本発明による低温接合用合金によれば、簡便に
低温でしかも低圧力で、接合が可能であるため、液晶テ
レビ用モジュールのＩＬＢ、ＯＬＢを始め、低温プロセ
スを必要とする各種実装技術に適用出来る。しかも金属
のみならず、酸化皮膜を有する金属、セラミックス、ガ
ラス、半導体にも接合可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による接合用合金を用いたフィルムキャ
リアの一例、第２図は本発明による接合用合金を用いた
フィルムキャリアを用いた接合方法の一例を示す図でお
る。１・・・半導体素子２・・・フィルムキャリア３・・・ツール１２・・・電＠嫡子２７・・・接合用合金代理人　弁理士　則　近　恵　佑同　　大胡典夫

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＰｂとＳｎを主成分とし、必要に応じＳｂが添加
された接合用合金に於て、少なくともＺｎ、Ａｌ、Ｓｉ
、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、希土類金属のうちの一種類と、凝
固点降下用金属とを添加してなり、固相線温度が１１０
℃乃至１４０℃の温度範囲に、また液相線温度が１１０
℃乃至２５０℃の温度範囲にあることを特徴とする低温
接合用合金。
（２）前記凝固点降下用金属がＩｎまたはＢｉであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低温接合用
合金。
（３）重量％で、Ｐｂが２乃至９５％、Ｓｎが２乃至９
８％、Ｓｂが１０％以下、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｎｂ、希土類金属のうち少なくとも一種類以上の金
属の合計が０．１乃至２０％、凝固点降下用金属合金が
１乃至５０％の範囲にあることを特徴とする特許請求の
範囲第２項記載の低温接合用合金。