WO2006049024A1 - 高温鉛フリーはんだおよび半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

高温鉛フリーはんだおよび半導体素子収納用パッケージ Download PDF

Info

Publication number
WO2006049024A1
WO2006049024A1 PCT/JP2005/019472 JP2005019472W WO2006049024A1 WO 2006049024 A1 WO2006049024 A1 WO 2006049024A1 JP 2005019472 W JP2005019472 W JP 2005019472W WO 2006049024 A1 WO2006049024 A1 WO 2006049024A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
mass
solder
lead
free solder
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/019472
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rikiya Kato
Takenori Azuma
Original Assignee
Senju Metal Industry Co., Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Senju Metal Industry Co., Ltd filed Critical Senju Metal Industry Co., Ltd
Priority to JP2006543117A priority Critical patent/JP4305511B2/ja
Publication of WO2006049024A1 publication Critical patent/WO2006049024A1/ja

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/02—Alloys based on gold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006—Ag as the principal constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/04—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing tin or lead
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/10—Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01004—Beryllium [Be]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01057—Lanthanum [La]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01063—Europium [Eu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01066—Dysprosium [Dy]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01067—Holmium [Ho]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01327—Intermediate phases, i.e. intermetallics compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/1515—Shape
    • H01L2924/15153—Shape the die mounting substrate comprising a recess for hosting the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/15165—Monolayer substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16152—Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap
    • H01L2924/1617—Cavity coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

【課題】近時、Pb規制からSn主成分の鉛フリーはんだが多く用いられてくるようになった。この鉛フリーはんだは、液相線温度が220°C近辺であるため、この鉛フリーはんだを実装用に使うときの高温はんだは固相線温度が270°C以上のものでなければんらない。固相線温度が270°C以上の高温はんだとしてはAu-Sn共晶合金があるが、Auの添加量が多いため高価であった。 【解決手段】本発明の高温はんだは、Ag2～12質量％、Au40～55質量％、残部Snからなる高温はんだであり、また該高温はんだで容器本体と蓋部材が接合されている半導体収納用パッケージである。

Description

明 細 書
高温鉛フリーはんだおよび半導体素子収納用パッケージ
技術分野
[0001] 本発明は、鉛フリーの高温はんだと該高温はんだを用いた半導体素子収納用パッ ケージに関する。
背景技術
[0002] 一般に高温はんだを用いるのは、半導体素子を収納するパッケージの組み立てや 電子機器使用時に高温に曝される電子部品のはんだ付け等である。
[0003] 半導体素子収納用パッケージ (以下、単にパッケージと 、う）とは、図 1に示すように 凹状となった容器本体 1の内部底面に半導体素子 2が収納されており、該半導体素 子の電極は容器本体 1とボンディングワイヤ 4で電気的に接続されて ヽる。そして容 器本体 1の上に蓋部材 3が高温はんだ 5により気密状態で接合されている。このよう にパッケージを用いる電子部品としては、携帯電話で使用される SAWフィルターや水 晶振動子等である。ノ ッケージの容器本体はアルミナセラミック製であり、接合部はタ ングステンメタライズされていて、さらにその上に金メッキが施されている。蓋部材はコ バール、 42ァロイ、ステンレス等の材料が用いられている。この容器本体と蓋部材を 高温はんで気密状態で接合するのは、半導体素子が空気中の湿気や酸素で腐食し たり酸ィ匕したりするのを防止するためであり、またパッケージで作られた電子部品を一 般はんだでプリント基板に実装するときに、封止しているはんだが再溶融してはなら ないからである。
[0004] 電子機器使用時に高温に曝される電子部品とは、パワートランジスターやコイル部 品のように、通電したときに自ら発熱するようなものである。このような電子部品を融点 の低いはんだではんだ付けすると、発熱で高温に曝されたときに、はんだ付け部が 溶融したり、また溶融しないまでも接合強度が弱くなつて少しの外的衝撃や振動では んだ付け部が簡単に外れたりするため、融点の高い高温はんだを用いる。高温はん だとは、確立した定義はないが、ここでは固相線温度が Snの融点である 232°C以上の 合金を言う。 [0005] 従来、電子部品をプリント基板にはんだ付けする実装用のはんだ合金は Sn-Pb合 金のうちで融点が最も低 、63Sn-Pbの共晶組成のはんだ合金や該共晶組成に近 、S n-Pbはんだ合金が使用されており、このときに使用する高温はんだ合金は、 Pb-5Sn 、 Pb- 10Sn等の Pbを主成分とするものであった。
[0006] ところで AV機器やコンピュータ一等の電子機器は、故障したり機能が低下したりし た場合は修理や機能アップ等をせず廃棄処分されて!、た。廃棄処分された電子機 器類は省資源の問題力も再使用できる材料は回収されていたが、プリント基板ゃパッ ケージ力もなる電子部品は回収されずに廃棄処分されていた。なぜならばプリント基 板やパッケージは接合部がはんだと金属的に接合されているため、これらを完全に 分離することができないからである。そのため、プリント基板やパッケージは回収する ことなく埋め立て処分されて!、た。この埋め立て処分されたプリント基板やパッケージ に酸度の高い酸性雨が接触すると、プリント基板やパッケージに付着したはんだから Pbが溶出し、それが地下水に混入する。そして Pb成分を含んだ地下水を人間や家 畜が飲用すると、長年月間に Pb成分が体内に蓄積されて鉛中毒を起こすとされてい る。そこで電子機器業界力もは Pbを含まな 、所謂「鉛フリーはんだ」が要求されて ヽ た。
[0007] 現状の鉛フリーはんだは、 Snを主成分とし、これに Ag、 Cu、 Bi、 In、 Zn、 Sb、 Co、 Cr、 Ni、 Mo、 Fe、 Ge、 Ga、 P等の金属元素を添カ卩したものであり、一般に電子機器で多く 使用されている鉛フリーはんだは Sn- 0.7Cu (融点： 227°C)、 Sn- 3.5Ag (融点： 221°C)、 Sn-3Ag-0.5Cu (融点： 217°C)等である。
[0008] 高温はんだも鉛フリーにしなければならないこと力も Snを主成分としたもので高温は んだを得るためには融点の高い金属、例えば Ag、 Cu、 Sb、 Ni、 Cr、 Mo等を Snに大量 に添加することが考えられる。し力しながら Snに高融点金属を大量に添加した場合、 液相線温度は上昇するが固相線温度を 232°C以上に上げることはできない。従って、 現在のところ Sn主成分の鉛フリー高温はんだは存在しな力つた。そこで従来よりパッ ケージ用の鉛フリーの高温はんだとしては、 Au-Sn合金が用いられていた。 Auと Snは 、 Au80質量％、 Sn20質量％の組成で共晶となり、その融点は 278°Cである。この Au-S n共晶合金は、 Sn主成分の鉛フリーはんだで電子部品を実装するようなときに、パッ ケージの糸且み立てにぉ 、て温度的には最適なものであり、また容器本体の金メッキと の相性もよいため現在パッケージ用として広く使用されている。（特許文献 1〜3) [0009] 電子部品に用いる高温はんだとしては、固相線温度が実装用に使う鉛フリーはん だの液相線温度よりも少なくとも 50°C以上高くなくてはならな 、。なぜならば電子部品 をはんだ付けするときに、はんだ付け温度は、はんだの液相線温度 + 20〜50°Cとされ て 、るため、ノ ッケージに使われて 、る高温はんだがはんだ付け温度で再溶融して はならないからである。つまり Sn主成分の鉛フリーはんだは、液相線温度が 220°C前 後であるため、この鉛フリーはんだを電子部品の実装用に使用する場合の高温はん だは、固相線温度が少なくとも 270°C以上でなければならない。従来のパッケージの 組み立てに用いられていた Au-Sn共晶合金は、固相線温度が 278°Cであるため、 Sn 主成分の鉛フリーはんだを実装用に使用したときに適したものである。
特許文献 1：特開平 15-224223号公報
特許文献 2：特開 2000-68396号公報
特許文献 3：特開 2001-345394号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 従来の Au-Snの共晶合金は、高価な Auが 80質量％も添加されて ヽるため、材料自 体が非常に高価となり、ノ ッケージを用いた電子部品のコストアップの原因となって いた。そこで電子部品業界からは、 Au-Sn共晶合金よりも安価な鉛フリーの高温はん だの出現が強く望まれていたものである。
[0011] 電子機器にはパワートランジスターやコイル部品等のように通電したときに発熱する 部品が使われており、電子機器内は使用 ·不使用時の温度の上下動によるヒートサイ クルに曝される。ところでパッケージは、前述のように蓋部材にはコバール、 42ァロイ 、ステンレスのような金属が用いられており、容器本体にはアルミナセラミックが用いら れているが、これらは熱膨張率が桁違いに差がある。従って、電子機器内部に実装 されたパッケージがヒートサイクルに曝されると、蓋部材と本体容器を接合した高温は んだが金属疲労を起こして、ついにはクラックが発生したり、接合部が剥離したりして しまう。そのためパッケージに用いる高温はんだは耐ヒートサイクルに優れていなけれ ばならないものである。従来の Au-Sn共晶高温はんだは、耐ヒートサイクルには優れ ているが、高価であることが問題であり、また従来の Sn主成分の高温鉛フリーはんだ と言われた Sn-20Agや Sn-22Sbは耐ヒートサイクルが充分でな!、と!/、う問題があった。
[0012] さらに携帯電話やノート型パソコンのような所謂モパイル電子機器では、使用中や 搬送中に落下させることが多ぐこのときパッケージの蓋部材と容器本体の接合部が 剥離することがある。つまりモパイル電子機器を落下させてしまうと、その衝撃でパッ ケージの接合部が剥離してしまうため、該接合部に使用する高温はんだは機械的強 度も優れていなければならないものである。しかるに従来の鉛フリー高温はんだは機 械的強度が充分でな力つた。
[0013] 前述のように現在、一般に電子部品の実装用に用いられている鉛フリーはんだは、 Sn- 3.5Ag (液相線温度： 220°C)、 Sn- 0.7Cu (液相線温度： 217°C)、 Sn- 3Ag- 0.5Cu (液 相線温度: 217°C)であるため、これら鉛フリーはんだを用いたはんだ付け温度は、 24 0〜270°Cとなる。従って、これらの鉛フリーはんだのはんだ付け温度に耐えるために は、高温はんだの固相線温度は少なくとも 270°C以上となる。本発明は、 Auの添加量 が従来の Au-Sn共晶合金よりも少なくて済むば力りでなぐ固相線温度が 270°C以上 である鉛フリーはんだ高温はんだを提供することにあり、また本発明は、容器本体と 蓋部材間の接合部が耐ヒートサイクルや機械的強度に優れたパッケージを提供する ことにある。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明者らは、価格的な面を考慮して Au-Sn共晶合金よりも Auの添加量を従来の A u-Sn共晶合金よりも少なくしたときに、固相線温度が 270°C以上で、液相線温度が 42 0°C以下になるような組成にっ 、て鋭意研究を行った結果、 Ag-Au-Sn合金が適して おり、 Ag、 Au、 Snの配合量を適宜選択することにより高温はんだに適した固相線温度 が得られるとともに、該合金は耐ヒートサイクル性や機械的強度に優れていることを見 い出して本発明を完成させた。
[0015] 請求項 1の発明は、 Ag2〜12質量％、 Au40〜55質量％、残部 Snからなることを特 徴とする高温鉛フリーはんだである。
[0016] 請求項 2の発明は、 Agll質量％、 Au40質量％、残部 Snと、 Agll質量％、 Au55質量 %、残部 Snと、 Ag2質量％、 Au50質量％、残部 Snの 3点の組成域に囲まれた範囲の 合金組成であることを特徴とする高温鉛フリーはんだである。
[0017] 請求項 3の発明は、請求項 1〜2に記載の高温鉛フリーはんだに、さらに Cu、 In、 Bi 、 Sb、 Geから選ばれた 1種以上を合計で 5質量％以下含有する高温鉛フリーはんだ である。
[0018] 請求項 4の発明は、請求項 1〜3記載の高温鉛フリーはんだに、さらにランタノイドを
0.5質量％以下含有する高温鉛フリーはんだである。
[0019] 請求項 5の発明は、容器本体と蓋部材が請求項 1乃至 4記載の高温鉛フリーはん だで接合されているとともに、該接合部は耐ヒートサイクルが 1000以上であることを特 徴とする半導体素子収納用パッケージである。
発明の効果
[0020] 本発明の高温はんだは高価な Auの添加量が従来の Au-Sn共晶合金よりも少なくて 済むため、電子部品のコストダウンに寄与するものであり、また本発明のパッケージ は容器本体と蓋部材の接合部が耐ヒートサイクル性ゃ強 ヽ機械的強度を有して ヽる ため、長年月にわたつて安定した機能を発揮できるという信頼性に優れたものである
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明の高温はんだは、 Agの添加量が 2質量％よりも少な 、と、耐熱温度目標値 の 270°C以下に固相温度が低下し、 12質量％を超えて添加されると液相温度が高く なり作業温度も高くなつて部品の耐熱温度を超えてしまう。また Auの添加量が 40質量 %より少ないと上記と同様に固相温度の低下および耐熱温度が低下して目標とする 特性にならず、しかるに 55質量％より多く添加しても価格が高くなるば力りで温度的ま たは強度的な特性に対しての利得が少ない。そして Snは、濡れ性の向上と固相線温 度調整の機能をおこなうものであり、これらの機能を発揮するためには少なくとも 30質 量％以上は必要である。
[0022] 本発明の高温はんだにおける最適な組成は、 Agll質量％、 Au40質量％、残部 Sn と、 Agll質量％、 Au55質量％、残部 Snと、 Ag2質量％、 Au50質量％、残部 Snで囲ま れた部分である。この囲まれた組成は、耐ヒートサイクル性と機械的強度がさらに良 好となる。
[0023] 本発明では、 Ag-Au-Sn系の高温はんだに機械的強度を向上させる目的で、 Cu、 In 、 Bi、 Sb、 Geから選ばれた 1種以上を合計で 5質量％含有させてもよい。これらの機械 的強度向上用の元素は、 Ag、 Au、 Sn等と金属間化合物を生成し、該金属間化合物 がマトリックス中に分散して機械的強度を向上させる。し力るにこれらの機械的強度 向上元素が 5質量％よりも多く添加されると、固相線温度が 270°Cよりも下がってしまう
[0024] また本発明では、 Ag-Au-Sn系合金、または該合金に前記機械的強度向上元素を 添加した合金に、さらにランタノイドを 0.5質量％以下添加してもよい。しかるにランタノ イドの添加量が 0.5質量％を超えると、はんだ付け性を阻害するようになる。ランタノィ ドは、マトリックス自体を微細化させるため、やはり高温はんだの機械的強度を向上さ せるものである。本発明に使用するランタノイドとは、原子番号 57から 71までの希土類 元素であり、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Luである。
[0025] 本発明の実施例と比較例を表 1に示す。
表 1において耐ヒートサイクル性は、 JIS C 0025に準じて実施した。ただし、低温を 55°C、高温を + 150°C、低温および高温に維持されている時間を 30分とした。耐 ヒートサイクル性の評価基準は、蓋部材と容器本体の接合部がヒビ割れしたり、剥離 したりするときを終点として、終点に至るまでの回数を測定する。ヒートサイクルが 1000 回以上であれば、ノ ッケージのはんだ付けに用いて全く問題はない。また機械的強 度の測定方法は、 JIS Z 3198-2に準じた。本発明のはんだ合金の機械的強度は、 50 MPa以上であれば携帯電話やノート型パソコンのようなモパイル電子機器のはんだ 付けに用いても、常用の衝撃に対して充分耐えられるものである。
[表 1] 組成 (》靈¾) 耐ヒ-トサイク 機械^虚
備考
Sn Au その他 固相 液相 ル性 (回） ( Pa)
1 残 10 40 277 323 1000以上 54
2 残 2 48 274 328 1000以上 53
3 残 5 50 283 324 1000以上 58
4 残 12 48 290 331 1000以上 63
5 8 55 288 326 1000以上 67 実 残
6 40 Cu0.8 275 327 1000以上 56 施 残 10
7 残 2 48 SB1 272 326 1000以上 57 例
8 残 10 40 In1.3 282 322 1000以上 55
9 残 5 50 BiO.5 285 332 1000以上 57
10 残 10 40 Ge2 284 329 1000以上 61
11 残 5 50 Cu0.5,Sb1,ln0.5Bi1fGe2 273 322 1000以上 72
12 残 10 40 Cu0.5.La0.05.Ce0.05 275 325 1000以上 68
1 残 20 40 277 374 1000以上 68 Ag過剰 比 2 残 80 278 278 1000以上 59 Au - Sn共晶 較 3 残 20 Ga1 220 380 635 43 特開平 2-179387 例 4 残 SB22 241 340 420 58 特開平 11-151591
5 殍 Pb90 268 301 1000以上 29 Sn - Pbはんだ
[0026] 表 1から分力るように、本発明の高温はんだは、液相線温度が 270°C以上であるた め、 Sn主成分の鉛フリーはんだで電子部品を実装したときに、パッケージの組み立て や使用時に高温に曝される電子部品のはんだ付けに適したものである。また本発明 のパッケージは、パッケージが 1000回以上のヒートサイクルに曝されても、接合部に 亀裂や剥離が起こらず、しかも機械的強度に優れているため長期間にわたって信頼 のある機能を発揮できる。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]パッケージの断面図である。
符号の説明
[0028] 1 容器本体
2 半導体素子
3 蓋部材
4 ボンディングワイヤ
5 高温はんだ
産業上の利用可能性
[0029] 本発明では、ノ ッケージの組み立てや高温環境において優れた効果のあることを 説明したが、本発明の高温はんだは従来の高温はんだが使用されるところであれば 如何なるところにも使用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] Ag2〜12質量％、 Au40〜55質量％、残部 Sn力もなることを特徴とする高温鉛フリー はんだ。
[2] Agll質量％、 Au40質量％、残部 Snと、 Agll質量％、 Au55質量％、残部 Snと、 Ag2質 量％、 Au50質量％、残部 Snの 3点の組成域に囲まれた範囲の合金組成であることを 特徴とする高温鉛フリーはんだ。
[3] 請求項 1および 2に記載の高温鉛フリーはんだに、さらに Cu、 In、 Bi、 Sb、 Geから選ば れた 1種以上を合計で 5質量％以下含有する高温鉛フリーはんだ。
[4] 請求項 1〜3に記載の高温鉛フリーはんだに、さらにランタノイドを 0.5質量％以下含 有する高温鉛フリーはんだ。
[5] 容器本体と蓋部材が請求項 1乃至 4記載の高温鉛フリーはんだで接合されているとと もに、該接合部の耐ヒートサイクルが 1000以上であることを特徴とする半導体素子収 納用パッケージ。
PCT/JP2005/019472 2004-11-01 2005-10-24 高温鉛フリーはんだおよび半導体素子収納用パッケージ WO2006049024A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006543117A JP4305511B2 (ja) 2004-11-01 2005-10-24 高温鉛フリーはんだおよび半導体素子収納用パッケージ

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004317709 2004-11-01
JP2004-317709 2004-11-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006049024A1 true WO2006049024A1 (ja) 2006-05-11

Family

ID=36319038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/019472 WO2006049024A1 (ja) 2004-11-01 2005-10-24 高温鉛フリーはんだおよび半導体素子収納用パッケージ

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP4305511B2 (ja)
CN (1) CN101048521A (ja)
WO (1) WO2006049024A1 (ja)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008080392A (ja) * 2006-09-29 2008-04-10 Toshiba Corp 接合体および接合方法
CN102615447A (zh) * 2012-03-26 2012-08-01 广东工业大学 一种锡基无铅焊料及其制备方法
JP2012206142A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Nichia Corp 半田及び半田を用いた半導体装置並びに半田付け方法
JP2014018859A (ja) * 2012-07-24 2014-02-03 Nippon Genma:Kk はんだ
US20140097232A1 (en) * 2011-06-16 2014-04-10 Fujikura Ltd. Bonding method and production method
US8763884B2 (en) 2006-09-29 2014-07-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Joint with first and second members with a joining layer located therebetween containing Sn metal and another metallic material; methods for forming the same joint
JP2015098048A (ja) * 2013-11-19 2015-05-28 住友金属鉱山株式会社 Ｐｂを含まないＺｎ−Ｇｅ系はんだ合金およびそれを用いた電子部品
WO2015087588A1 (ja) * 2013-12-10 2015-06-18 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだ合金並びにこのＡｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
JP2016068091A (ja) * 2014-09-26 2016-05-09 住友金属鉱山株式会社 ボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金並びにこのボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
JP2016068123A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金及びこれを用いて封止若しくは接合された電子機器並びに該電子機器を搭載した電子装置
JP2016073979A (ja) * 2014-10-02 2016-05-12 住友金属鉱山株式会社 ボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金並びにこのボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
WO2016075983A1 (ja) * 2014-11-11 2016-05-19 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだ合金とはんだ材料並びにこのはんだ合金又ははんだ材料を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
WO2016170906A1 (ja) * 2015-04-22 2016-10-27 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだペースト並びにこのＡｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだペーストを用いて接合もしくは封止された電子部品
EP3354633A1 (en) * 2017-01-31 2018-08-01 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Synthetic quartz glass lid precursor, synthetic quartz glass lid, and preparation methods thereof

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI436710B (zh) * 2011-02-09 2014-05-01 Murata Manufacturing Co Connection structure
CN102368681A (zh) * 2011-09-22 2012-03-07 武汉昊昱微电子股份有限公司 一种晶振焊接封装方法
JP2015157307A (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金並びにこのＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
JP2018069243A (ja) * 2015-03-05 2018-05-10 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだペースト並びにこのＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだペーストを用いて接合もしくは封止された電子部品
CN113369745B (zh) * 2021-05-21 2022-11-04 北京理工大学 四元共晶焊料及制备方法、以及焊料成分

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001009587A (ja) * 1999-04-27 2001-01-16 Nec Kansai Ltd ろう材，ろう付け部材およびろう付け方法
JP2004261863A (ja) * 2003-01-07 2004-09-24 Senju Metal Ind Co Ltd 鉛フリーはんだ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001009587A (ja) * 1999-04-27 2001-01-16 Nec Kansai Ltd ろう材，ろう付け部材およびろう付け方法
JP2004261863A (ja) * 2003-01-07 2004-09-24 Senju Metal Ind Co Ltd 鉛フリーはんだ

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008080392A (ja) * 2006-09-29 2008-04-10 Toshiba Corp 接合体および接合方法
US8763884B2 (en) 2006-09-29 2014-07-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Joint with first and second members with a joining layer located therebetween containing Sn metal and another metallic material; methods for forming the same joint
JP2012206142A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Nichia Corp 半田及び半田を用いた半導体装置並びに半田付け方法
US20140097232A1 (en) * 2011-06-16 2014-04-10 Fujikura Ltd. Bonding method and production method
CN102615447A (zh) * 2012-03-26 2012-08-01 广东工业大学 一种锡基无铅焊料及其制备方法
CN102615447B (zh) * 2012-03-26 2014-11-05 广东工业大学 一种锡基无铅焊料及其制备方法
JP2014018859A (ja) * 2012-07-24 2014-02-03 Nippon Genma:Kk はんだ
JP2015098048A (ja) * 2013-11-19 2015-05-28 住友金属鉱山株式会社 Ｐｂを含まないＺｎ−Ｇｅ系はんだ合金およびそれを用いた電子部品
WO2015087588A1 (ja) * 2013-12-10 2015-06-18 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだ合金並びにこのＡｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
JP2015131340A (ja) * 2013-12-10 2015-07-23 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金並びにこのＡｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
JP2016068091A (ja) * 2014-09-26 2016-05-09 住友金属鉱山株式会社 ボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金並びにこのボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
JP2016068123A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金及びこれを用いて封止若しくは接合された電子機器並びに該電子機器を搭載した電子装置
JP2016073979A (ja) * 2014-10-02 2016-05-12 住友金属鉱山株式会社 ボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金並びにこのボール状Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
WO2016075983A1 (ja) * 2014-11-11 2016-05-19 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだ合金とはんだ材料並びにこのはんだ合金又ははんだ材料を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
JP2016087681A (ja) * 2014-11-11 2016-05-23 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金とはんだ材料並びにこのはんだ合金又ははんだ材料を用いて封止された電子部品及び電子部品搭載装置
EP3219432A4 (en) * 2014-11-11 2018-05-23 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Au-sn-ag solder alloy and solder material, electronic component sealed using said solder alloy or solder material, and mounted-electronic component device
US10589387B2 (en) 2014-11-11 2020-03-17 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Au—Sn—Ag-based solder alloy and solder material, electronic component sealed with the same Au—Sn—Ag based solder alloy or solder material, and electronic component mounting device
WO2016170906A1 (ja) * 2015-04-22 2016-10-27 住友金属鉱山株式会社 Ａｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだペースト並びにこのＡｕ－Ｓｎ－Ａｇ系はんだペーストを用いて接合もしくは封止された電子部品
EP3354633A1 (en) * 2017-01-31 2018-08-01 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Synthetic quartz glass lid precursor, synthetic quartz glass lid, and preparation methods thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2006049024A1 (ja) 2008-05-29
CN101048521A (zh) 2007-10-03
JP4305511B2 (ja) 2009-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4305511B2 (ja) 高温鉛フリーはんだおよび半導体素子収納用パッケージ
KR100412765B1 (ko) 납땜재, 그 납땜재를 사용한 디바이스 및 그 납땜재를 사용한 디바이스의 제조방법
JP4770733B2 (ja) はんだ及びそれを使用した実装品
CN102066042B (zh) 无铅焊料
EP2589459B1 (en) Bi-Sn-BASED HIGH-TEMPERATURE SOLDER ALLOY
JP2004528992A (ja) 無鉛ろう材
JP4401671B2 (ja) 高温鉛フリーはんだ合金および電子部品
TW201615854A (zh) 用於焊料層次的低溫高可靠度合金
JP4811403B2 (ja) 無電解Ｎｉめっき部のはんだ付け方法
EP1897649A1 (en) Lead-free solder alloy
JP5614507B2 (ja) Ｓｎ−Ｃｕ系鉛フリーはんだ合金
JP2011156558A (ja) 鉛フリーはんだ合金
JP2012121053A (ja) Ｚｎを主成分とするＰｂフリーはんだ合金
JP5849421B2 (ja) 半田及び半田を用いた半導体装置並びに半田付け方法
WO2012002147A1 (ja) Ｐｂフリーはんだ合金
US20070235503A1 (en) Solder alloy and soldering method
US20070122646A1 (en) Solder composition and soldering structure
JP4392020B2 (ja) 鉛フリーはんだボール
JP5140644B2 (ja) はんだ付け組成物および電子部品
JP5379402B2 (ja) 鉛フリーＳｎ−Ａｇ系半田合金及び半田合金粉末
WO2004039533A1 (ja) 鉛フリーはんだ及びはんだ付け物品
JP2005072173A (ja) 電子部品およびソルダペースト
JP2009158725A (ja) 半導体装置およびダイボンド材
JP2016059943A (ja) ボール状Ａｕ−Ｇｅ−Ｓｎ系はんだ合金及び該はんだ合金を用いた電子部品
CN108284286B (zh) 用于芯片焊接的钎焊合金

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV LY MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200580036464.7

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006543117

Country of ref document: JP

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05795094

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1