TW586982B - Improved compositions, methods and devices for high temperature lead-free solder - Google Patents

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TW586982B
TW586982B TW091122745A TW91122745A TW586982B TW 586982 B TW586982 B TW 586982B TW 091122745 A TW091122745 A TW 091122745A TW 91122745 A TW91122745 A TW 91122745A TW 586982 B TW586982 B TW 586982B
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Description

586982 A7
不含錯之焊料和焊料物質 本發明的範疇是 背景— 質將積體電路内附者方法利用含高錯之焊料或焊料物 及接供Γ痴 之半導體晶粒附著至引線框以便機械連接 ，、V…性和導電性在晶粒與引線框間。雖 峰料相當價廉且顯示各種需要之物理-化學性質夕：： 自衣±兄和職業健康觀點，使用斜在晶粒附著方面及其他 料中變得更加審慎。因&，從事各種探討使用不含絡之晶 粒附著組合物代替含鉛之焊料。 日曰 舉例而言，一種探討中，利用聚合之黏合劑（例如環氧 樹脂或氰酸酯樹脂）來附著晶粒至基板上如下列各美國專 利案中所述：No. 5,150，195 ; 5，195,299 ; ; 5,399,907和5,3 86,000。聚合之黏合劑一般在通常低於 2 00 C之溫度下相當短時間内固化，且在固化後可能甚至 保持結構靈活性而容許積體電路的晶粒附著至撓性基板上 如美國專利案5,612,403中所示。然而，許多聚合之黏合劑 會將產生樹脂滲出可能，導致所不欲之減少晶粒與基板之 電接蝕，或甚至使晶粒部份或全部脫離。 為了避免隨著樹脂滲出之至少某些問題，可利用含有石夕 酮之晶粒附著黏合劑例如頒予Mitani等之美國專利案 No· 5，982，041中所述。雖然此等黏合劑會將改良電線黏合 以及樹脂密封劑與半導體晶片、基板、、封裝及/或引線框 間之黏合，但是至少某些此類黏合劑之固化過程需要高能 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公爱) A7 B7 586982 五、發明説明（2 ^原，可此增加甚大成本至晶粒附著程序。 了利用包括向斜·石夕酸鹽玻璃之玻璃糊，例如分| 予D_等之美國專利㈣。· 4,459，166號中所述，藉以通靠 避免尚能量固化步驟。然而，許多包括高鉛硼矽酸鹽玻蹲 之玻璃糊需要425t和更高之溫度來永久黏合晶粒至基柄 而且，在加熱和冷卻期間，玻璃糊經常會將結晶，藉以 降低黏合層的黏附品質。 ^尚有另外之探討中，利用各種高炫點焊料將晶粒附著 相引線框。焊接晶粒至基板上具有各種優點，包括 。:二早：工：不含溶劑施加及在某些情況中相當低成本 ^項技蟄中熟知各種高熔點焊料。 :…焊料具有一或數種缺點。舉;:言所 掘 Sn ’ Au_3% Si，Au]2% 以和心挪 相…且經常經驗到低於理想之機械性質。或者， 可使用合金J (Ag-10% Sb-65〇/〇 Sn，例如 〆斤 之盖P5I奎苳丨由 多閱刀員予Olsen等 之吴國專利案No. 4,170,472)在各種高熔 然而，合全J呈右22ίΤΓ夕, 门以2坏科應用中。 至I、有228 C之固相線溫度且亦细 之機械性能。 、、二驗到相當不良 雖然各種方法及焊料之組成#σ晶粒 中係熟知，但是所有或幾乎所有彼等經驗項技藝 。因此，仍Μ要提供改良之焊料組成和 S㈣重缺點 不含錯之谭料。 特別是關於
發明概I 本文中所揭示之論題係關於方法、 、、且成和裝置其包括包 -5- 本紙張尺度適财國g家鮮(CNS) A4規格(21GX297^Jy
五、發明説明（ 含AM〇m合金之焊料其中^以約2重量百分數（赠 18重量。/。之數量存在而別以98重量％至82重量％之 在。所考慮之焊料具有不低於約262 5t之固相線和= 於約400°C之液相線。所考岸 ^ ’應之J:干枓及/或焊料物質 括至少一種的鋅、鎳、鍺或其組人' 匕 至約麵ppm。 …其數里-圍自約H) ppm 本發明論題之第一觀點’合金中之銀以約2重量 重量％之數量存在而鉍以約98重量％至約93重量％之數旦 存在，或合金中之銀以約7重量％至約18重量％之： 而祕以約93重量％至約82重量％之數量存纟，或合 銀以約5重量％至約9重量％之數量存在而鉍以約 至約9 1重量％存在。所老麿夕〜人p ;…卜興-去甘-彳慮另外包括具有氧親 和力之化學兀素其南於至少—種的合金中主要組分 和力，較佳之元素包括A1、Ba、Ca、Ce、cs、Hf、u、
Mg Nd Sc、Sr、P、T1、Y、Ge和Zr而特別考慮之元素 是破和鍺。所考慮之元素的漠度—般在約i。ppm至約 1⑻0 PPm之範圍β 然而，亦考慮另外之範圍。 本發明論題之另外觀點，所考慮之焊料具有至少9 Κ 之導熱性並顯示：依據i秒鐘後浸潤平衡，大概〇.2微 •爪的潤溼各種基板之潤座力，包括潤澄包含cu、岣、 Ni和Au之基板。可將所考慮之組合物形成為各種形 包括線、扁帶、預製坯、圓球或錠。 尚有另外觀點，所考慮之組合物包㈣（85重量％至98 重量％)和峄（2重量％至15重量％)及範圍自約1〇啊至約 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公复) 586982 A7 -----— ____ B7 五、發明説明（^- " 匕舌石外其範圍約10 ppm至500 ppm。所考庹之組入 物的一個實例包括合金其中，Bi以約89重量％存^、八二 重量:存在而至少1 重的辞、"或其組二 PPm存在（連同視需要添加高達250 ppm磷），复中 勿改良不含鋅、鎳、鍺、•及/或其組合之相… 物中至少Cu與Ni之潤溼性。 似、、且。 本發明論題的另外顴 人物耦人$ “ 經由所考慮之组 = 導體晶粒，其中㈣所考慮之半導體 二=梦、錯和石申化鎵等晶粒。另外所考慮者：可將此 丨知，阳拉或一部份之表面的至少一者用銀金 。在另>卜2之親點’該表面包括使用銀金屬化之引線框 、、，利用所考慮之焊料在面陣列電子封妒中其 二式二Λ多的，塊在半導體晶粒上而充作晶粒與封裝基板 ^吊冉為例&片）間或印刷電路板（通常稱 :)間之電互連。或者，可將所考慮之焊料以許= =式制來連接封裝至基板（通常稱㈣狀柵極陣列 封衣體，關於主題呈有年姦 刷電路板。或連接晶粒至基板或印 本發明論題之更另外觀點中，製造焊料組合物的方法且 =:=步驟其中，㈣和銀各自以98重量％至82重量从 ==量：的數量提供…至少-種的鋅、鎳' ，將^ s以南達約i _ p p m之數量存在。在另外步驟中 、鉍和至少一種的鋅 '鎳、鍺或其組合在至少約
裝
586982 五、發明説明（5 96〇 C之溫度下熔化而形成具有不低於約％ :不：於約鐵之液相線之合金。所考慮之St 元：：要添加之具有氧親和力大於合金的氧親和力之化: 本务明之各種目的，特徵，觀點和 々1炎點自連同附隨圖式 》明較佳具體實施例的T列評述將變 ”，、貝…、了見。 圖1是Ag-Bi相圖。 圖2是例示之Ag_Bi合金的電子顯微照片。 圖3是Ge-Ni相圖。 裝 圖4是一幅圖表描述Ag-Bi之導熱性與變 旦 繪。 人心1所 圖5 A與5 B是圖表描述不同基板上所考慮之合金的潤溼 圖6是一幅表顯示··所計算之各種合金的接觸角。 圖7疋具有不同濃度的鍺之鍵Ni引線框上所考慮人金 例示潤溼性狀照片。 ^ °至、 線 圖8是所考慮之電子裝置的示意垂直截面。 圖9A與9B是使用例示之合金將晶粒附著至引線框之照 相/ SAM顯微照相。 圖10A是Ni-Bi相圖。 圖1 0B是特別關於Ni和Bi，一種例示合金的電子顯微照 片。 …a 圖1 1A與1 1B是顯示完全Ag清除之基板的電子顯微照片。 -8-
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圖1 2是幅表概述··各種合金的各種物理性質。 洋細敛述 頁毛現·在其他需要之性質中，可能有利地利用所 之，合物作為接近偶入取代在各種晶粒附著應用中含高:: 之坏料彳寸別，所考慮之組合物是具有不低於約26(Γ(：(較 仏=低於約262.5 °C )之固相線及不高於約4〇(rc液相線之 έ^所考慮之方法和組合物的各種觀點揭示於门 在申請中pct申請案PCT/US01/17491，該案之全文以引 的方式併入本文中。 一組的所考慮之組合物包括可使用作為焊料之二元合金 且包括約2重量％至約18重量％數量之銀及約98重量= 82重量％數量之鉍。圖i顯示：Ag_Bi相圖。本文中所考慮 之組合物可經由a)提供適當稱量數量（前述）的純金屬之: 料，b)在真空或惰性大氣（例如氮或氦）下在耐火或耐熱容 态（例如石墨坩堝）中加熱金屬至約96〇。〇至丨〇〇〇 C間之溫 度直至形成液體溶液及c)在該溫度下攪拌金屬歷足以保證 兩金屬完全混合和熔化之時間予以製備。可將鎳、鋅、鍺 或其組合以高達約1000 ppm之摻雜劑數量加至 物質中，而更佳高達約500 ppm。 跑 然後將熔融混合物或熔化物快速倒入一具模子中，經由 冷卻至周圍溫度而容許固化及經由習用之擠壓技術製造成 絲，其包括加熱坯段至大概19〇t，或經由一種方法成為 扁帶，此方法中，首先將長方形厚塊在約225力至25〇它間 之溫度下退火，然後在相同溫度下熱軋。或者，可擠壓扁 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公爱）
装
586982 A7 _____ B7 五、發明説明（7 ) 帶隨後可將其輥壓成較薄之尺寸。化步驟亦可在空氣下進 行只要將形成之熔渣在將混合物傾入模子中前移除。圖2 顯不：電子顯微照片，其中Ag-Bi合金顯現形成一種亞共 晶合金其中主組分（銀）由細低共熔結構所環繞。如自該電 子顯示照片可見，僅有材料之可略而不計之相互溶解，因 此產生較级金屬較具延性之材料。 在其他具體實例中，特別需要較高之液相線溫度之情況 ’所考慮之組合物可包括約7重量％至約18重量％數量之 Ag及約93重量％至約82重量％數量之則在合金中。在另一 方面’在需要相當低之液相線溫度之情況，所考慮之組合 物可包括約2重量％至約7重量％之Ag及約98重量％至約93 重里％數1之Βι在合金中。然而，通常所考慮者：大多數 曰曰粒附著應用可採用一種組合物其中Ag以約5重量％至約 12重量％之數量及Bi以約95重量％至約89重量％之數量存 在合金中。關於此等具體實施例，一種例示之合金可具有 約89重量％之Bi及約U重量〇/。之Ag的組成。 關於此點，應瞭解··除非在其他情況指示，表示本說明 書^申請專利範圍中所使用之成分，組成，反應條件等的 數量之所有數字在所有實例中應了解係由術語“大約，，予以 修飾。因此，除非和這相反之指示，本說明書及附隨申請 專利範圍中所特舉出之數字參數是近似值，其可以企圖: 由本文中所述之内容而獲得之所需要性質為基準而變更>。 至少，且並非試圖限制應用同義語學說至申請專利範圍的 辜巳圍，應將每-數字參數至少按照所報導之有效數字的數 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規;^(210><297公£5---— ____
裝
發明説明 屬的加成或增效效應可更進一步改良對於至少某些基板（例 如對於上述，包括Ag之基板）之潤溼性。關於此點，可添 加一種化學元素與鎳、銅、金、銀或其組合形成一種金屬 間錯合物或化合物。 亦可添加一或數種金屬而改良不含鉛焊料的熱-機械性 質（例如導熱性、熱膨脹係數、硬度、糊幅度、延展性， 對於各種鍍金屬之基板的潤溼性等）。所考慮之金屬包括 銦、錫、銻、鋅和鎳。然而，除去前述金屬以外之各種金 屬亦適合連同本文中所述之教旨而使用只要此等金屬改良 至少一種熱-機械性質。因此，另外所考慮之金屬包括銅 、金、鍺和珅。 因此，特別考慮之合金可包括約2重量％至約丨8重量％數 量之Ag，約98重量％至約82重量％數量之則及以特別熱-機 械性質為基準，第三元素其數量高達約5 〇重量％，更一般 在約10 ppm至約1000卯爪的範圍内。例示之所考慮第三元 素包括Au、Cu、Pt、Sb、In、Sn、川及/或以的至少一種 而特別考慮之第三元素是鋅、鎳、鍺及/或其組合的至少 一種。 於第二70素包括鋅、鎳、鍺（Ge)或其組合之至少一種情 況，所考慮者：鋅、鎳、鍺或其組合之至少一種以約 10 ppm至約1000 ppm的範圍存在於較佳之合金中，更一般 在約200 ppm至約700 ppm之範圍内而最佳係在約5⑼ppm 之濃度。觀察到添加至少一種的鋅、鎳、鍺或其組合改良 了對於使用各種金屬（特別包括銅和鎳）所鍍敷之基板的潤 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4«^21^97^¥) 586982 A7
漤性，或尚未鍍敷之裸金屬例
51線框（引線框中，以约 = PPm至約⑽ppm之數量添加有至少—種 J =組合)之潤渔性。雖然不願受特別學說束缚，但是: 考慮者·至少一種的鋅、鎳、鍺咬 八砰 4其組合可與Ni有利形成 孟屬間錯合物，或經由容許優先氧〆 p, ^ g b而減^、氧化物膜而藉 以促成增加潤溼加Ni-Ge相圖顯示於圖3中，露員示各種州 Ge金屬間錯合物之位能及部份Ge_Ni固體溶解度。再者， :考慮者：錯的優先表面氧化可能發生。以此項討論為基 準’所考慮之組合物包括一種合金其包括(或包含)約8” 1% Bi’約"重量％ Ag及至少一種的鋅1、鍺或其組 合，其範圍在約10 ppm至約1000 ppm間，更佳是約5〇〇卯如 。此類所考慮之合金可另外包括數量高達約1〇〇〇 ppm (更 佳約200 ppm)之磷。再者，應了解：添加約i〇 ppm至約 1⑽〇 ppm範圍内之Ge至所考慮之組合物中不會顯著降低此 等組合物之固相線溫度。雖然較佳之合金包括約1〇卯爪至 1000 ppm數量之Ge，但是亦應公認：<^亦可以約1〇 ppm 至約1 ppm (甚至更低）之濃度存在作為摻雜劑，或以約 1000 ppm至約5重量％間之濃度作為合金組份，及甚至更 高之濃度（例如約5重量％至約7重量％間，或約7重量％至約 10重量％間及甚至更高）。 因此’且以第三元素（至少一種的鋅、鎳、鍺或其組合 之至少一種）的濃度/數量為基準，應公認：此等合金可具 有不低於約23 0 °C之固相線溫度，更佳不低於約24 8。(3，最 佳不低於約2 5 8 °C以及不高於約4 0 0 °C之液相線溫度。此類 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
訂
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發明説明 、曾w勺特別考慮之用途包括晶粒附著應用（例如，附著半 V體B曰粒至基板）。因此，所考慮者：電子裝置可包括經 由包括組合物（其包括所考慮之三元（或較高）合金）之一 ^ 材料=以耦合至表面上之半導體晶粒。關於製造所考慮之 二兀合金，應用如上文所略述之相同考慮。就大體而論， 所考慮者·將第三元素（或各元素）以適當數量加至二元合 金或二元合金組份。 另外’應了解：加成化學元素或金屬而改良一或數種物 理化學或熱機械性質可以任何次序而作成只要合金中所有 組份大體上（即：至少95%之每種組份）被熔化，亦所考慮 者：加成之順序不限制本發明之本題。相似地，應了解^ 雖然考慮、.在溶化步驟_，將銀與叙聯合’但是亦考慮： 可將銀和鉍分開熔化及隨後將熔化之銀和熔化之鉍混ς: 可添加更進-步延長加熱之步驟i高於銀之熔點的溫度以 保證：此等組份的實質上完全溶化和混合。特別應了解： 當包括-或數種附加元素時’所考慮之合金的固相線溫度 可能降低。。因λ ’具有此等附加元素所考慮合金可具有約 2:0至255。。範圍内之固相線溫度，較佳在約…至”。。。之 粑圍内，在約250至245t之範圍内，在約245至235。(：之範 圍内，甚至更低。 於添加附加之元素時，特別添加至少一種的辞、鎳、錯 或其組合之情％ ’所考慮者··可將至少一種的鋅、鎳、鍺 或其組合以任何適當形式（例如粉末、料點或碎片）及以足 夠提供至少-種的鋅、#、鍺或其組合之所需要濃度的數 -14- 本紙張尺度適财® ®冑辟(CNS) A4規格(2iGX297yy
观982 五、發明説明（ 12 里添加’又添加（各）第三元素可在熔化Bi和Ag前，期間咬 其後進行。 & 關於所考慮之合金的導熱性’所考慮者：本文中所揭示 之:合物具有不低於約5 — κ之傳導度，較佳不低於約 觸κ而最佳不低於約15W/mKM吏用雷射閃光方法對 於某些所考慮之合金的導熱性分析顯示：至少9 w/m K之 導熱性’將其描述於圖4中。另外所考慮者H组合物 (例如Ag連同約5⑽ppm叫包括具有約125微n/_至 約235微N/mm間（約1秒後之浸潤平衡）之潤澄力的焊料來潤 滢Ag，Ni ’ Au或Cu (例如參閲：如圖从和5B中所示之例 示圖表其描述各種經塗覆之基板上所考慮合金的試驗結果） 。改良之潤溼性亦反映在所計算之接觸角的改變（空氣， 具有含水之助熔劑），將其描述於圖6中。而且，將所考慮 之合金在i^/H2大氣下施加至鍍Ni之引線框’關於Bi_ llAg-xGe (x=1，10和5〇〇 ppm)，結果描述於圖7中其中上 系列是在適度低p〇2含量時而下系列是在較低p〇2含量時。 更更進一步考慮的是，所考慮之組合物的特別形狀對於 本發明之主題並不重要H最好將所考慮之組合物形 成為線形，爲帶形或圓球形（焊料凸塊）。 /在各種其他用途中，可使用所考慮之化合物（例如呈線 形式）來連合第一材料至第二材料。舉例而言，可利用所 考慮之組合物（及包括所考慮之組合物材 中來連合半導體晶粒(例”、錯、她== 框如圖8中所描述。此圖中，電子裝置1〇〇包括使用銀層 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂 線 13 五、發明説明（ 2予以孟屬化之引線框11 0。將第二銀層1 22沉積在半導 體晶粒120上（例如經由背面銀金屬化）。晶粒和引線框係 經由利用所考慮之組合物13〇其各自之銀層予以互相耦合 (此處例如，包括一種合金之焊料，其包括約2重量％至 約1 8重量％數量之Ag及約98重量％至約82重量％數量之則 ’其中該合金具有不低於約262.5t之固相線溫度及不高 ;、力4 0 0 C之液相線溫度）。在最適宜晶粒附著程序中，將 斤考慮之組合物加熱至咼於特別合金的液相線溫度約㈣。c 歷15秒，較佳不高於約々川它歷不超過3〇秒。焊接可在還 原大氣（例如氫或成形氣體）下進行。晶粒附著實驗使用包 括所考慮之合金的焊線連同Ni塗覆之引線框及半導體晶粒 予以實施如圖9A (照#)及叩（SAM [掃㈣顯微術]分析） 在另外替代觀點，所考慮者：可將本文中所揭示之化人 物利用於除去晶粒附著應用以外之許多悍接程序中。事^ 上，所考慮之組合物在所有，或幾乎所有焊料應用步驟中 可能特別有用其中隨後之焊接步驟係在低於所考慮 的熔化溫度之溫度下予以實施。再者心 口 Ά ^丹嘗亦可利用所考慮之 組合物作為焊料在各種應用中（其中必須將高錯焊料^不 含叙之焊料取代，且需要大於約26代之固相線溫度卜 2另-用途包括❹所考慮之焊料在熱交換器的連接组 件中作為不熔化之支座圓球或電/熱互連。 ’ 由於各種材料的熱膨脹係數之差別，焊料接頭經常會經 -16- 586982 A7
歷剪切負載，因此，特別 低剪切模數而因此，具有 言，在晶粒附著應用中， 勞性協助止晶粒之裂化， 支架之情況。 需要：耦合此等材料之合金具有 良好之抗熱機械疲勞性。舉例而 低剪切模數和良好之抗熱機械疲 特別於將相當大晶粒偶合至實心 以所熟知之純金屬的彈性模數，該事實：^Bi顯示部 份之固體互溶性及該事實：Ag_BU統不含金屬間相或中
間相等為基準，經計算：所考岸之A ^少 勺乜之Ag-m合金的室溫剪切 杈數係在約13至16 GPa之範圍内（假定室溫剪切模數是一 個加成性（質），即：遵循混合物之法則）。與Au_25% =和
Au-20% Sn兩種合金之25 GPa (經由相同方法所計算並作 成相同假定）以及合金J (Ag-l〇% Sb_65% Sn)之21 Gpa (連 同22.3 GPa係合金J之量測數值）作比較，所考慮之合金的 約13-16 GPa範圍内之室溫剪切模數特別良好。另外之實 驗證實先前計算並確定下列合金之下列剪切模數：^一 llAg=13.28 GPa； Bi-9Ag=13.24 GPa； Au-20Sn-21.26 GPa ;Sn-25sb-10Ag (合金 J) = 21.72 GPa;及 Pb_5Sn = 9 34 GPa 更另外之灵驗（數據未顯示）顯示：B i -11 a g和p b _ 5 § n的 抗剪強度可相比擬。 另外之機械性質證述於下表1中概括焊線之液相線溫度 ，UTS和延展性（延展％)之數據： -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 586982 A7 B7 五、發明説明（ 15 ) 表1 合金 液相線溫度 UTS 延展性 Pb-5Sn 315 25.4 38.0 PB-2.5Ag-2Sn 296 31.5 22.0 Sn-8.5Sb 246 52.4 55.0 Bi-llAg 360 59.0 34.6 Bi-llAg-0.05Ge 360 69.7 19.1 Sn-25Ag-10Sb 395 109.4 10.4 亦實施各種實驗來鑑別所考慮之合金中第三金屬（此實 例中係Ge)的適當濃度以便改良此等合金對於使用各種金 屬包括Ag， Ni，Au和Cu所鑛之基板的潤溼性如表2中所示 (所有數字以μΝ/mm計；關於Cu鍍敷，添加100 於所有其他金屬鑛敷組添加1 〇〇 ppm)。 ppm礙而關 表2 5000 ppm 2000 ppm 1000 ppm 500 ppm 500 ppm Ge Bi-9Ag Bi-9Ag Ge Ge Ge Ge + 200 ppm P + P 鍛銅 200 200 200 200 200 100 150 鍍 Ni 125 100 125 125 150 50 110 鍍 Ag 225 235 N/A 225 235 215 225 鍍 Au 225 235 N/A 235 245 230 250 相似地， 關於添加及未添加500 ppm Ge 之 Bi-llAg，獲 得數據結果列於表3中： 表3 500 ppm Ge Bi-llAg 鍛銅 185 165 鍍 Ni 125 65 鍍 Ag 225 215 鍍 Au 235 230 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐） 五、發明説明（16 因此’添加G e至B i -1 1 Δ m、’ 中 · Ag~加最大潤溼力（μΝ/mm)如表4 丁尸吓· 鍍Ni 」考慮添加鍺來增加潤溼力，但是亦應了解：許多替 、、一素（4寸另J H、鋅及/或其組合連同或無錯）亦經認為適合 於本文中使用，特別所考慮之元素包括可與連接至其上合 金之金屬形成金屬間錯合物之那些元素。 上 、由以Ag-89 /〇 Βι合金連合至引線框上之矽晶粒所構成之 試驗組合顯示：在1 500熱老化循環後未見到故障之象徵， f現象是對於所考慮之Ag_Bi合金的言十算和見到之低剪切 $數之另外支持。在另外組的實驗中，將所考慮之合金連 口至鍍Ni之基板上。如自圖1〇A中所描述之圖可預 ’則，可將金屬間錯合物形成在Ni焊料合金界面上如圖i〇b 中所示。相似地，將所考慮之合金連合至鍍Ag之基板 ’並在如圖Π A與1 1 B中所示之條件下，可見到銀清除。 的 結合強度量測使用各種樣品予以實施，其結果和樣品W 平均示於下列表5中（^411^8丁〇-883丑方法2019.5要求2.5什 克之最小力或其倍數）。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 586982 五、發明説明（17
—·——___ 方厘米）抗前強麿(仟弃備註
-------30.9 ，考慮之合金（及比較合金）的某些物理性質和成本之概 要描述於圖12中，其清楚顯示所考慮之合金的總優點。 '在試驗組合物及各種其他晶粒附著應用巾，通常將焊料 造成為薄片並將其放置在晶粒與欲將它焊接至其上之基板 間。隨後加熱可炫化焊料而形成接頭。或者可將基板加轨 接著將焊料以薄片，線，溶化之焊料或其他形式放置在: 熱之基板上而造成焊料之料、淹，/ πσ , 又干丁十之U滴，於該處放置半導體晶粒而 形成接頭。 關於面陣列封裝’可將所考慮之焊料以圓球、小預製链 ’自焊料粉所造成之糊或其他形成放置而造成通常使用於 此項應用之許多焊料接頭。或者’可使用所考慮之焊料在 各種程序中包括自鍵浴中鑛敷、自固體或液體形式蒸發。 -20- 自噴嘴印刷像噴墨印 頭之-陣列的焊料凸^那樣或㈣而造成使用以創造接 在所考慮之方法中 - 體媒液中之谭料於支b將圓球體使用助炼劑或焊料糊（液 適當位置直到將彼％力:敎置而在二裝上：塾上來維持球體在 焊料圓球體炫化之溫"^ 封裝上。溫度可能是使 時，談K幻度或當使用較低炫點組合物的焊料糊 球之^ % &於4料之H然後將具有附著之焊料 熱而形成接頭。n㈣基板上之面陣列對準並加 括:字t ί體晶粒附著至封裝或印刷電路板上之較佳方法包 ==過掩模印刷焊料糊而造«料凸、塊、通過掩模 則s焊料’或將焊料鑛在—陣列 等技術所造成之凸挣式广π _ θ + 干使匕上、..工由此 开…t 塊或仃列可具有勻相組成以使當加熱而 2接頭％整個凸塊或行列炫化，或在垂直於半導體晶粒 、之方向可以不勾相以便僅—部份的凸塊或行列溶化。 因此，業已揭示不含鉛之焊料之特定具體實施例和應用 。然而，熟諳此藝者應顯然可見：只要不脫離本文中之發 明概念’除去已敘述者以外，許多更多修正係屬可能。因 ，’除去附隨之申請專利範圍的主旨以外，本發明主題不 又限制*且在解釋說明書及申請專利範圍時，應將所 有術語以與上下文一致之最廣義可能方式予以解釋。特別 術5吾包括和‘包含”應以非獨特方式解釋為述及元件、 組件或步驟，指示··所參考之元件、組件或步驟可能存在 ，或利用，或與並非明確提及之其他元件，組件或步驟聯 合0

Claims (1)

  1. 8 8 8 8 A B CD 586982 、申請專利範圍 1 · 一種組合物，包括： 包括一種合金之焊料，其包括約2重量％至約18重量0/〇 數量之Ag，約98重量％至約82重量％數量之Bi，及至少 一種的鋅、鎳、鍺或其組合，其數量為高達約1〇〇〇 ρρπι ’其中該合金具有不低於約262.5 °C之固相線溫度及不 南於約40〇°c之液相線溫度。 2 ·如申晴專利範圍第1項之組合物，其中合金中之Ag以約 7重里/〇至約1 8重量％數量存在而b i以約9 3重量％至約8 2 重量％之數量存在。 3 _如申請專利範圍第1項之組合物，其中合金中之Ag以約 1 1重1 %之數量存在而Bi以約89重量％之數量存在。 4 ·如申請專利範圍第1項之組合物，其中至少一種的鋅、 鎳、鍺或其組合以約500 ppm之數量存在。 5.如申請專利範圍第1項之組合物，其中焊料具有不低於 9 W/mK之導熱性。 6 ·如申請專利範圍第1項之組合物，其中焊料具有依據^秒 後之浸潤平衡，大概0.2微N/mm的潤溼力來潤溼Ag、Ni 、Au或 Cu。 7 _如申請專利範圍第1項之組合物，另外包括具有氧親和 力之一種化學元素，此氧親和力高於至少一種的合金中 主要組份之氧親和力。 8 ·如申請專利範圍第7項之組合物，其中該化學元素是碟。 9 ·如申請專利範圍第8項之組合物，其中該化學元素以約 10 ppm至約1〇〇〇 ppm間之濃度存在。 -22- I紙張尺度適用㈣时料(CNS) M規格(21()><297公^ 一 --
    ABCD 586982 六、申請專利範圍 10.如申請專利範圍第1項之組合物，其中將該合金形成為 線、爲帶、預製述、陽極、圓球、糊及一種蒸發金屬塊 的至少一種。 1 1.如申請專利範圍第1項之組合物，另外包括一種化學元 素其與鎳、銅、金、銀或其組合形成金屬間錯合物或化 合物。 12. 如申請專利範圍第11項之組合物，其中該化學元素是碌 或鍺。 13. 如申請專利範圍第12項之組合物，其中該化學元素以約 1 0 ppm至約1 000 ppm間之濃度存在。 14. 一種電子裝置，包括經由包括申請專利範圍第1項之組 合物之物質耦合至表面之半導體晶粒。 15. 如申請專利範圍第14項之電子裝置，其中將至少一部份 的半導體晶粒使用Ag金屬化。 16. 如申請專利範圍第14項之電子裝置，其中將至少一部份 的表面使用Ag、Cu、Ni或Au金屬化。 17. 如申請專利範圍第14項之電子裝置，其中表面包括銀金 屬化或鎳金屬化之引線框。 18. —種製造焊料組合物之方法，包括： 提供A g、B i和至少一種的鋅、鎳、鍺或其組合，其 中Ag以Ag與B i的總重量之約2重量％至約1 8重量％之數 量存在，Bi以約98重量％至約82重量％之數量存在，及 以高達約1000 ppm數量存在之至少一種的鋅、鎳、鍺 或其組合；及 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
    申請專利範圍 熔化Ag和Bi至至少約96(rC之溫度而形成一種合金其 具有不低於約262.5。(3之固相線溫度及不高於約4〇〇°C之 液相線溫度。 19·如申請專利範圍第18項之方法，其中聯合八§與Bi之步 驟在熔化Ag與Bi之步驟之先。 2〇.如申請專利範圍第18項之方法，另外包括添加具有氧親 矛力之種化學元素，此氧親和力高於合金的氧親和力。 2 1 ·如申明專利範圍第1 8項之方法，其中Ag以約7重量％至 約18重量％之數量存在而Bi以約98重量％至約82重量％ 之數量存在。 22.如申請專利範圍第18項之方法，其中至少—種的鋅、鎳 鍺或其組合以約500 ppm之數量存在。 23·—種包括一種合金之焊料，此合金包括約2重量％至約 18重量％數量之Ag，約98重量％至約82重量％數量之⑴ 及至少一種的鋅、鎳、鍺或其組合其數量高達約1〇〇〇 ppm ，其中該合金具有不低於約262.5 t之固相線溫度和不 高於約400°C之液相線溫度。 24. 如申請專利範圍第23項之焊料，其中至少—種的鋅、鎳 、鍺或其組合以約500 ppm之數量存在。 25. 如申請專利範圍第23或24項之焊料，另外包括數量高達 1 000 ppm之碟 〇 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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