WO2023248302A1 - はんだ接合部材、半導体装置、はんだ接合方法、および、半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a solder joint member, a semiconductor device, a solder joint method, and a method for manufacturing a semiconductor device.
- solder which does not contain lead (Pb), which is a substance subject to environmental regulations, is being adopted as the solder used for joining such joints.
- Pb lead
- solder having a composition of Sn-3Ag-0.5Cu (wt%) (Sn-3Ag-0.5Cu solder) is known.
- the melting point of Sn-3Ag-0.5Cu solder is 220°C.
- the members to be joined may warp or accumulate high residual stress due to thermal contraction. Therefore, in joint reliability evaluation (heat cycle test, power cycle test) after cooling, stress is released and cracks are likely to occur in the solder joint at an early stage.
- Bi, In, etc. which have the effect of lowering the melting point, are added to the Sn-3Ag-0.5Cu solder.
- Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-120085
- a lead-free solder alloy has a melting temperature lower than 215° C. and contains substantially 76-96% tin, 0.2-2.5%
- a solder alloy is disclosed consisting of % copper, 2.5-4.5% silver, and greater than 0 up to 12% indium. It is stated that this makes it possible to provide a lead-free solder that has a moderate melting temperature range (175 to 210° C.) useful for mainstream electronic manufacturing, and provides high strength and high fatigue resistance.
- Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-149558
- a lead-free solder alloy is disclosed that contains 1% by mass or more and 6% by mass or less of In, with the remainder being Sn. Further, a lead-free solder alloy is disclosed which further contains Bi in an amount of 1% by mass or more and 5.5% by mass or less in addition to the above composition.
- preheating is from 170°C to 190°C for 110 seconds, the peak temperature is 245°C, and the time at 200°C or higher is 65 seconds. , it is disclosed that the time at 220°C or higher is 45 seconds, and the cooling rate from the peak temperature to 200°C is 3 to 8°C/second.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 do not pay attention to the structure (structure) of the joint after soldering, and there are problems in actual use.
- Sn which is the main component of the solder
- Sn which is the main component of the solder
- other additive elements are locally concentrated relative to Sn, the main component, and a phase with a melting point different from the melting point of the solder itself before use occurs. is formed.
- the other additive element is Bi
- a Sn-Bi eutectic phase melting point 140° C.
- the main phase solidifies first, and then a phase having a lower melting point (eg, Sn--Bi phase) solidifies.
- Such a timing shift in solidification causes shrinkage cavities (crevasse-like gaps that occur during the solidification process), stress due to thermal contraction, and the like, which may damage the semiconductor elements that are the members to be joined.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 the addition of In has the effect of lowering the melting point of the solder.
- In is a metal that is easily oxidized, if the solder contains a large amount of In, there is a possibility that voids may be formed due to oxidation of In during initial bonding. For this reason, in practice, it is necessary to make the amount of In added smaller than that described in the above-mentioned literature.
- An object of the present disclosure is to provide a solder that can suppress the occurrence of defects caused by joints formed using solder.
- the solder joint member of this embodiment is A solder joint member that joins a first object and a second object, Sn as a main component, 3% by mass or more but less than 4% by mass of Ag, 0.5% by mass or more and less than 1.0% by mass of Cu, 2.5% by mass or more and less than 4% by mass of Bi, and 0.5% by mass or more and less than 4% by mass of Bi.
- Sn--Bi--Sb alloy phase that covers at least a portion of the Sn--Bi alloy phase and has a melting point of 170° C. or more and less than 180° C.
- solder joint member of the present disclosure has two phases with a lower melting point than the main phase inside near the joint interface with the target object (joint object), the stress generated during thermal contraction (solidification contraction) is alleviated. , the occurrence of defects caused by stress is suppressed. Therefore, a highly reliable junction (and a semiconductor device having the same) is provided.
- the stress generated after bonding is also alleviated, so a bonded portion (and a semiconductor device having the same) that can maintain high reliability even after bonding is provided.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the first step in FIG. 1.
- FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the second step in FIG. 1.
- FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the third step in FIG. 1.
- FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the fourth step in FIG. 1.
- FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the fifth step in FIG. 1.
- 3 is a DSC measurement result of a solder joint member of Comparative Example 1.
- 3 is a cross-sectional observation result of the solder joint member of Example 1.
- 3 is a cross-sectional observation result of a solder joint member of Comparative Example 1.
- 1 is a schematic cross-sectional view of a solder joint member according to Embodiment 1.
- the solder joint member 4 of this embodiment is a member that joins the first object 2 (for example, a substrate) and the second object 3 (for example, a semiconductor element) (see FIG. 6).
- the solder joint member 4 is a member made of solder (solder alloy) that is solidified after being melted in a heating process, and is a member that is made of solder (solder alloy) that is solidified after being melted in a heating process, and is a member that is made of solder (solder alloy) that is solidified after being melted in a heating process. It is a member that exists in a state where it is joined to both.
- the solder joint member 4 of this embodiment has a multiphase structure, and includes a plurality of separated phases having different melting points.
- the Sn-Bi-Sb alloy phase 11 (medium melting point phase), the Sn-Bi alloy phase 10 (low melting point phase), and the main phase 12 (high melting point phase) are basically: They exist in this order from the member to be joined (first object 2 or second object 3) side.
- the Ag content is 3% by mass or more and less than 4% by mass
- the Cu content is 0.5% by mass or more and less than 1.0% by mass. It has been confirmed that the effects of the present disclosure can be obtained if the contents of Ag and Cu are within this range.
- the heating temperature (maximum temperature reached) is 220°C or more and less than 230°C
- the heating time (time during which the temperature is maintained at 220°C or more and less than 230°C) is 10 minutes or more and less than 20 minutes.
- the solder joint member of this embodiment can be formed more reliably, and the effects of the solder joint member described above can be obtained.
- Embodiment 4 ⁇ Method for manufacturing semiconductor devices>
- the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment is a method of manufacturing a semiconductor device including a substrate and a semiconductor element.
- the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment is similar to that in Embodiment 3.
- the method includes the step of joining a substrate (substrate wiring such as a copper plate) and a semiconductor element using a soldering method. This provides a highly reliable semiconductor device.
- Example 1 An example of a procedure for manufacturing a semiconductor element assembly (a assembly of a semiconductor element and a substrate) in the semiconductor device manufacturing method of this embodiment will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 1. .
- the solder sheet 1 is cut into a predetermined size (see FIG. 2).
- a roll-shaped solder sheet 1 was produced by a rolling process at 100° C. or lower so that the thickness was 100 ⁇ m. Thereafter, it was cut into a size of 5 mm x 5 mm, which is the same size as the semiconductor element size described below.
- solder sheet 1 was placed on the substrate 2 (copper plate) (see FIG. 3).
- a tough pitch copper plate (thickness: 1 mm, size: 10 mm x 10 mm) was used.
- the outermost surface of the substrate 2 is made of solid copper, and no plating treatment is applied to the outermost surface.
- a predetermined amount of a rust preventive agent having a decomposition temperature of 100° C. or lower that does not affect bondability may be applied to the outermost surface of the CuMo alloy plate to prevent oxidation.
- an organic agent that thermally decomposes at a high temperature of 100° C. or higher may be used as a tack material so that the solder sheet 1 does not shift from its initial position.
- the viscosity of the tack material is preferably 200 Pa ⁇ s or more.
- a resist film may be applied to areas other than the joints of the Cu plates so that the solder sheet 1 does not shift.
- the solder sheet 1 may be slightly curved during cutting or handling. This is because the solder sheet 1 is completely melted by heating, so there is no influence from the initial shape of the solder sheet 1. However, since a semiconductor element will be mounted in the next step, if the curve is so large that the semiconductor element cannot be mounted, it may be corrected to be parallel on another flat plate.
- the laminate of each member obtained in the above steps was placed on the hot plate 6 in the heating furnace 5 (see FIG. 5). Then, formic acid, which is a typical organic acid capable of reducing an oxide film, is sealed in the heating furnace 5, and the solder sheet 1 is heated at 180°C for 5 minutes and then at 230°C for 10 minutes. was melted to form a solder joint member 4.
- formic acid which is a typical organic acid capable of reducing an oxide film
- the sample (semiconductor element assembly) on which the solder joint member 4 was formed was placed on the cooling plate 7 and cooled (see FIG. 6).
- the sample was gradually cooled over 360 seconds to 130° C. (for a 100° C. temperature drop from 230° C. to 130° C.) at which the sample could be taken out.
- FIG. 7 is a schematic cross section showing a bonding interface part 8 (a part of the solder bonding member 4 and substrate 2 side, including the bonding interface between the two) of the semiconductor element assembly (see FIG. 6) obtained after the fifth step. It is a diagram.
- the bonding interface 8 includes, in order from the substrate 2 side, an interfacial compound 9 (a compound containing the components of the substrate 2 and the components of the solder sheet 1), a Sn--Bi alloy phase 10 (low melting point phase), a Sn-Bi-Sb alloy phase 11 (medium melting point phase), and a main phase 12.
- each phase in the entire solder joint member 4 including the substrate 2 side and the semiconductor element 3 side is as shown in FIG. 12.
- Figure 8 shows the DSC measurement results of the sample.
- the horizontal axis represents the heating temperature in DSC measurement
- the vertical axis represents the heat flow of the solder joint member 4. Note that when changing from solid to liquid, an endothermic reaction occurs, so the heat flow has a negative value.
- the vertical axis is a logarithmic axis, the unit of heat flow is mW, and the numerical values shown in FIG. 8 are relative values (values relative to the Pt pan).
- the bonding strength of the sample was measured by a die shear test. As a result, the bonding strength was 48 MPa. This value is higher than the target value of 40 MPa. Note that when a similar bonded body was obtained using general-purpose Sn-3Ag-0.5Cu solder, the peel strength of the bonded body was 40 MPa, so a bonding strength higher than this was set as the target value. The reason why the bonding strength was high is presumed to be that the addition of Bi and Sb to the solder caused a solid solution strengthening mechanism to work in part.
- the amount of warpage (maximum distance from the substrate) of the semiconductor element in the sample (semiconductor element assembly) was measured. As a result, the amount of warpage in the entire semiconductor element was 10 ⁇ m or less, exceeding the target of 30 ⁇ m or less. On the other hand, when using general-purpose Sn-3Ag-0.5Cu solder, the amount of warpage was 40 ⁇ m, which did not meet the target.
- Example 1 In order to consider the effect of adding Sb, the same procedure as in Example 1 was performed except that solder sheet 1 did not contain Sb (solder sheet 1 had a composition of Sn-3.5Ag-0.7Cu-3.3Bi). A sample (semiconductor element assembly) was prepared using the same method, and the same evaluation was performed.
- FIG. 9 shows the DSC measurement results of Comparative Example 1.
- Comparative Example 1 no intermediate melting point phase was observed, and the low melting point phase was also outside the range of "135° C. or higher and lower than 145° C.” of Example 1. This is considered to be because the added Sb has the effect of increasing the melting points of the low melting point phase and the intermediate melting point phase.
- the main phase 12 as in Example 1, a peak corresponding to a phase having a melting point of 210° C. or more and less than 220° C. is observed. It is thought that this became more obvious due to the concentration of Sb at the bonding interface.
- Example 2 The amounts of Bi and Sb added were varied as shown in Table 1. With respect to the bonded samples obtained in the same manner as in Example 1 except for the above, the presence or absence of solidification cracks was visually confirmed using SEM photographs. The confirmation results are shown in Table 1. In Table 1, “OK” indicates that there is no solidification cracking, and “NG” indicates that there is solidification cracking.
- Solder sheet 1 Solder sheet, 2 First object (substrate: copper plate), 3 Second object (semiconductor element), 4 Solder joint member, 5 Heating furnace, 6 Hot plate, 7 Cooling plate, 8 Bonding interface, 9 Interfacial compound , 10 Sn-Bi alloy phase (low melting point phase), 11 Sn-Bi-Sb alloy phase (medium melting point phase), 12 main phase.
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Abstract
第１対象物（２）と第２対象物（３）とを接合する、はんだ接合部材（４）であって、主成分としてのＳｎ、３質量％以上４質量％未満のＡｇ、０．５質量％以上１．０質量％未満のＣｕ、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを含み、Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕを含み、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する、主相（１２）と、前記主相（１２）の少なくとも一部を被覆し、１３５℃以上１４５℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ合金相（１０）と、前記Ｓｎ－Ｂｉ合金相（１０）の少なくとも一部を被覆し、１７０℃以上１８０℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相（１１）と、を有する、はんだ接合部材（４）。
Description
本開示は、はんだ接合部材、半導体装置、はんだ接合方法、および、半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体素子と回路基板とを含む半導体装置に対して、信頼性の要求はますます高まっている。半導体装置において、特に半導体素子と回路基板との接合部（接合体）については、両者の熱膨張係数差が大きく欠陥が生じやすいため、信頼性の向上が求められている。
一方、環境負荷低減のため、そのような接合部の接合に用いられるはんだとして、環境規制対象物質である鉛（Ｐｂ）を含まない鉛フリーはんだの採用が進められている。従来の代表的な鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕ（ｗｔ％）の組成を有するはんだ（Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ）が知られている。
Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだの融点は２２０℃である。その鉛フリーはんだを溶融させて流動性を上げる（被接合面に濡れ広がらせる）ためには、加熱温度を融点よりも３０℃高い２５０℃程度まで上げる必要がある。その後の冷却時には、熱収縮により、被接合部材が反ったり、あるいは高い残留応力を溜め込んだりする。そのため、冷却後の接合信頼性評価（ヒートサイクル試験、パワーサイクル試験）においては、応力が解放されて、早期にはんだ接合部にクラックが入りやすい。
このようなはんだ接合後の残留応力を小さくするために、上記Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだには、融点を下げる効果を有するＢｉ、Ｉｎ等が添加される。
例えば、特許文献１（特開２００２－１２００８５号公報）では、鉛フリーはんだ合金は、２１５℃より低い融解温度を有し、実質的に、７６～９６％の錫、０．２～２．５％の銅、２．５～４．５％の銀、及び０より多く１２％までのインジウムからなるはんだ合金が開示されている。これにより、主流の電子製造に有用な適度な融解温度の範囲（１７５～２１０℃）を有し、高強度と高い疲れ抵抗をもたらす鉛フリーはんだを提供できる旨記載されている。
また、特許文献２（特開２０１８－１４９５５８号公報）では、１質量%以上４質量％以下のＡｇと、０．１質量％以上１質量％以下のＣｕと、１．５質量％以上５質量％以下のＳｂと、１質量％以上６質量％以下のＩｎとを含み、残部がＳｎからなる、鉛フリーはんだ合金が開示されている。また、上記組成に加えて更に１質量％以上５．５質量％以下のＢｉを含有する、鉛フリーはんだ合金が開示されている。
なお、特許文献２には、具体的なリフロー条件（温度プロファイル）について、プリヒートが１７０℃から１９０℃で１１０秒間であり、ピーク温度が２４５℃であり、２００℃以上の時間が６５秒間であり、２２０℃以上の時間が４５秒間であり、ピーク温度から２００℃までの冷却速度を３～８℃／秒であることが開示されている。
特許文献１および特許文献２では、はんだ接合後の接合部の組織（構成）には着目されておらず、実際の使用上の問題がある。
具体的には、被接合面において、はんだの主成分であるＳｎは金属間化合物を形成する。その金属間化合物とその周囲との界面の近傍では、局部的に主成分のＳｎに対して相対的に他の添加元素が濃化され、使用前のはんだ単体の融点とは異なる融点を有する相が形成される。例えば、他の添加元素がＢｉである場合、Ｓｎ－Ｂｉ共晶相（融点１４０℃）相が形成される。このため、はんだ接合後の凝固収縮時において、まず主相が凝固した後に、それより低い融点を有する相（例えば、Ｓｎ－Ｂｉ相）が凝固する。このような凝固のタイミングのずれによって、引け巣（凝固過程において生じるクレバスのようなすき間）、熱収縮による応力などが発生するため、被接合部材である半導体素子が破損する可能性がある。
また、はんだ接合後に被接合部材（半導体素子または基板）に反り、凹凸等が生じると、半導体素子の電気特性がはんだ接合部ごとに変わってしまい、電機設計上の問題がある。さらに、半導体素子に凹凸が生じると、その後のワイヤボンド工程（電気配線）の時に、半導体素子にワイヤボンド時の応力が掛かり、半導体素子素子が割れたり、あるいはワイヤボンド不良が生じたりする可能性もある。
なお、特許文献１および特許文献２において、Ｉｎの添加は、はんだの融点を低下させる効果を有する。しかし、Ｉｎは酸化し易い金属であるため、はんだがＩｎを多量に含むと、初期接合時にＩｎの酸化によって空隙を生じる可能性がある。このため、実用上は、Ｉｎ添加量を上記文献に記載された添加量よりも少なくする必要がある。
本開示の目的は、はんだを用いて形成された接合部に起因する欠陥の発生を抑制することのできるはんだを提供することである。
本実施の形態のはんだ接合部材は、
第１対象物と第２対象物とを接合する、はんだ接合部材であって、
主成分としてのＳｎ、３質量％以上４質量％未満のＡｇ、０．５質量％以上１．０質量％未満のＣｕ、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを含み、
Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕを含み、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する、主相と、
前記主相の少なくとも一部を被覆し、１３５℃以上１４５℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ合金相と、
前記Ｓｎ－Ｂｉ合金相の少なくとも一部を被覆し、１７０℃以上１８０℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相と、を有する。
第１対象物と第２対象物とを接合する、はんだ接合部材であって、
主成分としてのＳｎ、３質量％以上４質量％未満のＡｇ、０．５質量％以上１．０質量％未満のＣｕ、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを含み、
Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕを含み、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する、主相と、
前記主相の少なくとも一部を被覆し、１３５℃以上１４５℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ合金相と、
前記Ｓｎ－Ｂｉ合金相の少なくとも一部を被覆し、１７０℃以上１８０℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相と、を有する。
本開示によれば、はんだを用いて形成された接合部に起因する欠陥の発生を抑制することができる。
本開示のはんだ接合部材は、対象物（被接合物）との接合界面の近傍に内部の主相よりも融点の低い２つの相を有するため、熱収縮（凝固収縮）時に生じる応力が緩和され、応力に起因する欠陥の発生が抑制される。このため、信頼性の高い接合部（および、それを有する半導体装置）が提供される。
また、上記の２つの相を有することで、接合後に生じる応力も緩和されるため、接合後も高い信頼性を維持することのできる接合部（および、それを有する半導体装置）が提供される。
以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
実施の形態１．
＜はんだ接合部材＞
本実施の形態のはんだ接合部材４は、第１対象物２（例えば、基板）と第２対象物３（例えば、半導体素子）とを接合する部材である（図６参照）。なお、はんだ接合部材４は、後述のはんだシート１とは異なり、加熱工程により溶融した後に凝固したはんだ（はんだ合金）からなる部材であり、被接合部材（第１対象物および第２対象物）の両者と接合した状態で存在する部材である。
＜はんだ接合部材＞
本実施の形態のはんだ接合部材４は、第１対象物２（例えば、基板）と第２対象物３（例えば、半導体素子）とを接合する部材である（図６参照）。なお、はんだ接合部材４は、後述のはんだシート１とは異なり、加熱工程により溶融した後に凝固したはんだ（はんだ合金）からなる部材であり、被接合部材（第１対象物および第２対象物）の両者と接合した状態で存在する部材である。
本実施の形態のはんだ接合部材４は、主成分としてのＳｎ、３質量％以上４質量％未満のＡｇ、０．５質量％以上１．０質量％未満のＣｕ、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを含む。
また、本実施の形態のはんだ接合部材４は、
Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕを含み、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する、主相１２（高融点相）と、
主相１２の少なくとも一部を被覆し、１３５℃以上１４５℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０（低融点相）と、
Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０の少なくとも一部を被覆し、１７０℃以上１８０℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相１１（中融点相）と、
を有する（図７および図１２参照）。
Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕを含み、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する、主相１２（高融点相）と、
主相１２の少なくとも一部を被覆し、１３５℃以上１４５℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０（低融点相）と、
Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０の少なくとも一部を被覆し、１７０℃以上１８０℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相１１（中融点相）と、
を有する（図７および図１２参照）。
このように、本実施の形態のはんだ接合部材４は、多相構造を有しており、分離した融点の異なる複数の相を有している。
なお、はんだ接合部材４において、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相１１（中融点相）、Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０（低融点相）、および、主相１２（高融点相）は、基本的に、被接合部材（第１対象物２または第２対象物３）側からこの順で存在する。
本実施の形態のはんだ接合部材４は、Ｓｎを主成分として含む。ここで、「主成分」とは、はんだ接合部材４に含まれる成分のうち最も量が多い成分である。はんだ接合部材４中のＳｎの含有率は、好ましくは６０質量％以上であり、より好ましくは７０質量％以上であり、さらに好ましくは８０質量％以上である。
本実施形態のはんだ接合部材４において、Ａｇの含有率は３質量％以上４質量％未満であり、Ｃｕの含有率は０．５質量％以上１．０質量％未満である。ＡｇおよびＣｕの含有率がこの範囲内であれば、本開示の効果が得られることが確認されている。
なお、ＡｇやＣｕの添加は、Ｓｎ単体の融点が２３２℃であるのに対してＳｎ－Ａｇ－Ｃｕの共晶の融点が２２０℃であるという融点低下効果を有している。また、Ａｇの添加は、Ａｇ－Ｓｎ化合物の微細分散強化による高強度化効果を奏する。Ｃｕの添加は、接合界面でＳｎが粗大な界面化合物を形成しないようにする効果を奏する。なお、Ｃｕが無い場合、接合界面での化合物反応が進み、Ｓｎが消失してＢｉが濃化し易いため、Ｃｕ添加量を上記範囲内とすることが好ましい。
なお、はんだ接合部材４は、上記以外の元素を含んでいてもよく、例えば、他の添加元素として、融点低下効果を有するＩｎを０．１質量％以上１質量％未満の量で含んでいてもよい。この場合でも、接合性には大きな影響を与えず、上記と同様の効果が得られる。
実施の形態２．
＜半導体装置＞
本実施の形態に係る半導体装置は、基板２と半導体素子３とを備える。基板２と半導体素子３とは、実施の形態１に記載のはんだ接合部材４を介して接合されている。これにより、信頼性の高い半導体装置が提供される。
＜半導体装置＞
本実施の形態に係る半導体装置は、基板２と半導体素子３とを備える。基板２と半導体素子３とは、実施の形態１に記載のはんだ接合部材４を介して接合されている。これにより、信頼性の高い半導体装置が提供される。
実施の形態３．
＜はんだ接合方法＞
本実施形態のはんだ接合方法は、第１対象物２（例えば、基板）と第２対象物３（例えば、半導体素子）とを接合する、はんだ接合方法である（図１～図６参照）。
＜はんだ接合方法＞
本実施形態のはんだ接合方法は、第１対象物２（例えば、基板）と第２対象物３（例えば、半導体素子）とを接合する、はんだ接合方法である（図１～図６参照）。
本実施形態のはんだ接合方法は、主成分としてのＳｎ、３質量％以上４質量％未満のＡｇ、０．５質量％以上１．０質量％未満のＣｕ、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを含む、はんだシート１を、第１対象物２と第２対象物３との間に挟まれた状態で、加熱する加熱工程を含む。
加熱工程を経ることにより、はんだシート１がはんだ接合部材４となり、第１対象物２および第２対象物３が接合される。なお、加熱工程以外の工程については、実施例において後述する。
加熱工程において、加熱温度（最高到達温度）は２２０℃以上２３０℃未満であり、加熱時間（２２０℃以上２３０℃未満の温度に維持されている時間）は１０分以上２０分未満であることが好ましい。この場合、より確実に、本実施の形態のはんだ接合部材が形成され、上記のはんだ接合部材の効果を得ることができる。
さらに本開示では、はんだシート１内の酸素濃度も重要である。Ｂｉは酸化し易く、Ｂｉを添加して真空デシケータ等で保管してないとはんだ濡れ性が悪く良好な接合が得られない。はんだシート１に含まれる酸素の濃度は０ｐｐｍより多く５００ｐｐｍ未満であることが好ましく、この場合、より確実に上記と同様の効果が得られる。
実施の形態４．
＜半導体装置の製造方法＞
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、基板と半導体素子とを備える半導体装置の製造方法である。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、実施の形態３．のはんだ接合方法を用いて、基板（銅板などの基板配線）と半導体素子とを接合する工程を含む。これにより、信頼性の高い半導体装置が提供される。
＜半導体装置の製造方法＞
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、基板と半導体素子とを備える半導体装置の製造方法である。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、実施の形態３．のはんだ接合方法を用いて、基板（銅板などの基板配線）と半導体素子とを接合する工程を含む。これにより、信頼性の高い半導体装置が提供される。
以下に実施例を挙げて本開示をさらに詳細に説明するが、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
以下、図１に示されるフローチャートを参照して、本実施の形態の半導体装置の製造方法において半導体素子接合体（半導体素子と基板との接合体）を作製する際の手順の一例について、説明する。
以下、図１に示されるフローチャートを参照して、本実施の形態の半導体装置の製造方法において半導体素子接合体（半導体素子と基板との接合体）を作製する際の手順の一例について、説明する。
最初に、第１工程（Ｓ１）として、はんだシート１を所定のサイズにカットする（図２参照）。
具体的には、まず、はんだ組成の代表例としてＳｎ－３．５Ａｇ－０．７Ｃｕ－３．３Ｂｉ－２．０Ｓｂ（数値は質量％を示す。Ｓｎは他の元素の組成比の残部である。）で示される組成となるように各元素を添加し溶解して、バルク体を作製した。
次に、厚みが１００μｍになるように、１００℃以下の圧延プロセスにより、ロール状のはんだシート１を作製した。その後、下記半導体素子サイズと同じサイズ５ｍｍ×５ｍｍにカットした。
なお、はんだシート１の製造については、圧延だけでなく、バルク体を溶融させて薄いスリットから溶けたはんだを順次流し込むことにより、はんだシート１を製造してもよい。また、上記のように元素の組み合わせが５元素であり多い場合、溶解炉の温度バラつきによって、バルク体の組成が不均一になる場合がある。その場合はＳｎ－Ａｇ－Ｃｕのバルク体を最初に製造し、その後再度溶解させて残りのＢｉおよびＳｂを所定量添加することではんだ組成の調整をしてもよい。他に、一旦はんだボール化して、そのはんだボールを均一に平板にばらまき、圧縮成型してシートを製造してもよい。
次に、第２工程（Ｓ２）として、基板２（銅板）にはんだシート１を載せた（図３参照）。
基板２は、タフピッチ銅製の板（厚み：１ｍｍ、サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ）を使用した。基板２の最表面は銅無垢であり、該最表面にめっき処理は施されていない。
なお、ＣｕＭｏ合金板の最表面には、酸化防止のため、接合性に影響を与えない分解温度１００℃以下の防錆剤を所定量塗布してもよい。また、はんだシート１を載せる際、はんだシート１が初期の位置からズレないように、１００℃以上の高温で熱分解する有機剤をタック材として使用してもよい。タック材の粘度としては２００Ｐａ・ｓ以上が好ましい。あるいは、はんだシート１がズレないようにＣｕ板の接合部以外にはレジスト膜を塗布しておけばよい。
はんだシート１については、カット時あるいはハンドリング時に多少の湾曲が生じていてもよい。これは、はんだシート１が加熱によって完全溶融するので、はんだシート１の初期形状による影響が無いためである。ただし、次工程で半導体素子を載せるため、半導体素子を載せられない程、大きく湾曲している場合は別の平板上で平行に矯正してもよい。
次に、第３工程（Ｓ３）として、半導体素子３をはんだシート１上に載せた（図４参照）。半導体素子３は材料はＳｉで、厚み１００μｍ、サイズ５ｍｍ×５ｍｍである。被接合面側にははんだが濡れるようにＮｉ膜が形成されている。また、半導体素子３とはんだシート１との間に、搭載位置を固定させるため、上述のタック材を塗布してもよい。
次に、第４工程として、上記の工程で得られた各部材の積層体を、加熱炉５内のホットプレート６上に載置した（図５参照）。そして、加熱炉５内に酸化膜を還元できる代表的な有機酸であるギ酸を封入し、１８０℃での５分間の加熱、および、その後の２３０℃での１０分間の加熱により、はんだシート１を溶融させてはんだ接合部材４を形成した。
次に、第５工程（Ｓ５）として、はんだ接合部材４が形成された試料（半導体素子接合体）を冷却プレート７上に置き、冷却をおこなった（図６参照）。
この際、はんだの熱収縮によって半導体素子が反る、あるいはうねる（凹凸が生じる）と半導体素子３の電気特性がばらつく原因になる。よって、冷却工程では、試料を取り出せる１３０℃まで（２３０℃から１３０℃までの１００℃の温度低下のために）３６０秒をかけて、徐々に冷却を行った。
尚、このような冷却（徐冷）工程は、汎用のはんだ製造プロセスでは行われない。それは、このような徐冷工程によって、はんだ接合のタクト（作業時間）が長くなってしまうからである。しかし、上述の半導体素子３の影響を考慮して、応力を極力下げるために上記のような徐冷をおこなった。
以上の工程により、半導体素子接合体を得た。
図７は、第５工程後に得られた半導体素子接合体（図６参照）の接合界面部８（はんだ接合部材４および基板２側の一部で、両者の接合界面を含む）を示す概略断面図である。図７に示されるように、接合界面部８には、基板２側から順に、界面化合物９（基板２の成分とはんだシート１の成分とを含む化合物）、Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０（低融点相）、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相１１（中融点相）、および、主相１２が存在している。
図７は、第５工程後に得られた半導体素子接合体（図６参照）の接合界面部８（はんだ接合部材４および基板２側の一部で、両者の接合界面を含む）を示す概略断面図である。図７に示されるように、接合界面部８には、基板２側から順に、界面化合物９（基板２の成分とはんだシート１の成分とを含む化合物）、Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０（低融点相）、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相１１（中融点相）、および、主相１２が存在している。
なお、基板２側および半導体素子３側を含むはんだ接合部材４の全体における各相の構成は、図１２に示されるとおりである。
＜評価＞
得られた試料（半導体素子接合体）に対して、半導体素子３を取り除き、はんだ接合部材４の一部を半導体素子３側から削り取ることで、基板（Ｃｕ板）２側の接合界面部８のみを残した。なお、試料は、作製時に加工油、研磨クズ、水分等が混入するため、事前にエタノールで洗浄し、洗浄後室温で２４時間放置された試料を用いた。
得られた試料（半導体素子接合体）に対して、半導体素子３を取り除き、はんだ接合部材４の一部を半導体素子３側から削り取ることで、基板（Ｃｕ板）２側の接合界面部８のみを残した。なお、試料は、作製時に加工油、研磨クズ、水分等が混入するため、事前にエタノールで洗浄し、洗浄後室温で２４時間放置された試料を用いた。
はんだ接合部材４の接合界面部８に対して、示差走査熱量（ＤＳＣ：Differential scanning calorimetry）測定をおこなった。試料を入れるパンにはＰｔ（白金）を用いた。ＤＳＣ測定（装置）は、試料の状態変化を測定する方法（装置）であり、ＤＳＣ測定によって、接合界面部８におけるはんだ接合部材４の融点を確認することができる。ＤＳＣ測定の際の昇温速度は２℃／分とした。
試料のＤＳＣ測定結果を図８に示す。図８において、横軸はＤＳＣ測定における加熱温度であり、縦軸ははんだ接合部材４の熱流を示している。なお、固体から液体に変わる際は吸熱反応が起きるため、熱流は負の値となる。縦軸は対数軸であり、熱流は単位がｍＷであり、今回図８に示した数値は相対値（Ｐｔパンに対する相対的な値）である。
図８に示される結果から、主に３つの熱流のピーク（逆ピーク）が観察された。この３つのピークは、１３５℃以上１４５℃未満の融点を有する相（低融点相：Ｓｎ－Ｂｉ合金相１０）と、１７０℃以上１８０℃未満の融点を有する相（中融点相：Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相１１）と、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する相（主相１２）と、に相当する。
この結果から、本実施例においては、接合時の界面反応によって、図７に示される第５工程後の接合界面部８（はんだ接合部材４の基板側の一部）のように、複数の相が形成されていることが確認できる。
次に、試料（半導体素子接合体）の接合強度をダイシア試験により測定した。その結果、接合強度は４８ＭＰａであった。この値は、目標値である４０ＭＰａ以上である。なお、汎用のＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだを用いて同様の接合体を得た場合の接合体の剥離強度が４０ＭＰａであったため、これよりも高い接合強度を目標値に設定した。接合強度が高かった理由は、ＢｉおよびＳｂをはんだに添加したことで、一部で固溶強化機構が働いたためであると推定される。
また、試料（半導体素子接合体）における半導体素子の反り量（基板からの最大距離）を測定した。その結果、半導体素子全体において、反り量は１０μｍ以下であり、目標の３０μｍ以下をクリアした。一方、汎用のＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだを持ち苛では、反り量は４０μｍであり、目標をクリアできなかった。
（比較例１）
Ｓｂ添加の効果について考察するため、はんだシート１がＳｂを含まない（はんだシート１がＳｎ－３．５Ａｇ－０．７Ｃｕ－３．３Ｂｉの組成を有する）点以外は、実施例１と同様にして試料（半導体素子接合体）を作製し、同様の評価をおこなった。
Ｓｂ添加の効果について考察するため、はんだシート１がＳｂを含まない（はんだシート１がＳｎ－３．５Ａｇ－０．７Ｃｕ－３．３Ｂｉの組成を有する）点以外は、実施例１と同様にして試料（半導体素子接合体）を作製し、同様の評価をおこなった。
図９に比較例１のＤＳＣ測定結果を示す。図９に示されるように、比較例１では中融点相は見られず、低融点相も実施例１の「１３５℃以上１４５℃未満」の範囲から外れていた。これは、添加したＳｂが低融点相、中融点相の融点を上げる効果を有するためであると考えられる。なお、主相１２については、実施例１と同様に、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する相に相当するピークが見られる。これは接合界面にＳｂが濃化することでより顕在化したと考えられる。
上記メカニズムを明らかにするため、Ｓｂ入りはんだシート１（Ｓｎ－３．５Ａｇ－０．７Ｃｕ－３．３Ｂｉ－２．０Ｓｂ）を用いて作製された実施例１の試料のはんだ接合部材４の元素マッピングをおこなった。その結果、図１０に示されるように、特に接合界面部において、ＳｂとＢｉが濃化されており、これが低融点相および中融点相であることが示された。
更に、図１１のＳＥＭ写真に示されるように、Ｓｂを添加していないはんだシート１（Ｓｎ－３．５Ａｇ－０．７Ｃｕ－３．３Ｂｉ）を用いて作製された比較例１の試料において、界面化合物９の上に凝固収縮による引け巣の発生が確認された。これは、Ｓｂが添加されないと、主相１２が凝固し、その後に低融点相が凝固する際に、一気に凝固されるために、このような引け巣が発生したと考えられる。つまり、Ｓｂの添加は、本開示において接合部の残留応力を抑制するための徐冷プロセスにおいて、接合界面に形成された相分離による低融点相の凝固収縮割れを抑制する効果があると考えられる。
（実施例２）
ＢｉおよびＳｂの添加量を表１に示されるように変化させた。それ以外の点は実施例１と同様にして得られた接合サンプルについて、凝固割れの有無をＳＥＭ写真で目視により確認した。確認結果を表１に示す。表１において、「OK」は凝固割れが無いことを示し、「NG」は凝固割れが有ることを示す。
ＢｉおよびＳｂの添加量を表１に示されるように変化させた。それ以外の点は実施例１と同様にして得られた接合サンプルについて、凝固割れの有無をＳＥＭ写真で目視により確認した。確認結果を表１に示す。表１において、「OK」は凝固割れが無いことを示し、「NG」は凝固割れが有ることを示す。
表１に示される結果から、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを添加した場合は、凝固割れが無く、良好な接合が可能であることが分かる。また、この場合、接合サンプルの接合強度は４０ＭＰａ以上であることが確認された。これは、凝固割れ（引け巣）が無いため、高い接合強度が維持されたためであると考えられる。半導体素子の反り量についても１０μｍ以下であり、良好であった。
Ｂｉが２．５質量％未満の場合、十分なはんだ濡れ性が得られず、接合強度が不充分（４０ＭＰａ未満）であった。Ｂｉが４質量％以上の場合、低融点相の割合が増えてしまって、凝固割れを生じ、接合強度が不充分（４０ＭＰａ未満）であった。
Ｓｂが０．５質量％未満の場合、中融点相の十分な効果が得られず、凝固割れを生じ接合強度が不充分（４０ＭＰａ未満）であった。Ｓｂが３質量％以上の場合、主相１２の融点も上昇してしまい、十分なはんだ濡れ性が得られず、接合強度が不充分（４０ＭＰａ未満）であった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ はんだシート、２ 第１対象物（基板：銅板）、３ 第２対象物（半導体素子）、４ はんだ接合部材、５ 加熱炉、６ ホットプレート、７ 冷却プレート、８ 接合界面部、９ 界面化合物、１０ Ｓｎ－Ｂｉ合金相（低融点相）、１１ Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相（中融点相）、１２ 主相。
Claims (8)
- 第１対象物と第２対象物とを接合する、はんだ接合部材であって、
主成分としてのＳｎ、３質量％以上４質量％未満のＡｇ、０．５質量％以上１．０質量％未満のＣｕ、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを含み、
Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕを含み、２１０℃以上２２０℃未満の融点を有する、主相と、
前記主相の少なくとも一部を被覆し、１３５℃以上１４５℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ合金相と、
前記Ｓｎ－Ｂｉ合金相の少なくとも一部を被覆し、１７０℃以上１８０℃未満の融点を有する、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｓｂ合金相と、を有する、はんだ接合部材。 - さらに０．１質量％以上１質量％未満のＩｎを含む、請求項１に記載のはんだ接合部材。
- 第１対象物は基板であり、第２対象物は半導体素子である、請求項１または２に記載のはんだ接合部材。
- 基板と半導体素子とを備え、
前記基板と前記半導体素子とが、請求項１～３のいずれか１項に記載のはんだ接合部材を介して接合されている、半導体装置。 - 第１対象物と第２対象物とを接合する、はんだ接合方法であって、
主成分としてのＳｎ、３質量％以上４質量％未満のＡｇ、０．５質量％以上１．０質量％未満のＣｕ、２．５質量％以上４質量％未満のＢｉ、および、０．５質量％以上３質量％未満のＳｂを含む、はんだシートを、前記第１対象物と前記第２対象物との間に挟まれた状態で、加熱する加熱工程を含み、
前記加熱工程において、加熱温度は２２０℃以上２３０℃未満であり、加熱時間は１０分以上２０分未満である、はんだ接合方法。 - 前記はんだシートに含まれる酸素の総量は、０ｐｐｍより多く５００ｐｐｍ未満である、請求項５に記載のはんだ接合方法。
- 第１対象物は基板であり、第２対象物は半導体素子である、請求項５または６に記載のはんだ接合方法。
- 基板と半導体素子とを備える半導体装置の製造方法であって、
請求項７に記載のはんだ接合方法を用いて、前記基板と前記半導体素子とを接合する工程を含む、半導体装置の製造方法。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| WO2010050185A1 (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | パナソニック株式会社 | 半導体の実装構造体およびその製造方法 |
| JP2012081521A (ja) * | 2003-04-25 | 2012-04-26 | Cookson Electronics Assembly Materials Group Alpha Metals Loetsysteme Gmbh | Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕからなるはんだ物質 |
| WO2018193760A1 (ja) * | 2017-04-18 | 2018-10-25 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP2018181605A (ja) * | 2017-04-13 | 2018-11-15 | ニホンハンダ株式会社 | 金属製部材接合用シート、金属製部材の接合方法および金属製部材接合体 |
| JP2020157349A (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手 |
| WO2021261486A1 (ja) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金、ソルダペースト、はんだボール、ソルダプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ｅｃｕ電子回路、車載電子回路装置、及びｅｃｕ電子回路装置 |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012081521A (ja) * | 2003-04-25 | 2012-04-26 | Cookson Electronics Assembly Materials Group Alpha Metals Loetsysteme Gmbh | Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕからなるはんだ物質 |
| WO2010050185A1 (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | パナソニック株式会社 | 半導体の実装構造体およびその製造方法 |
| JP2018181605A (ja) * | 2017-04-13 | 2018-11-15 | ニホンハンダ株式会社 | 金属製部材接合用シート、金属製部材の接合方法および金属製部材接合体 |
| WO2018193760A1 (ja) * | 2017-04-18 | 2018-10-25 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP2020157349A (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金、はんだボール、はんだプリフォーム、はんだペースト及びはんだ継手 |
| WO2021261486A1 (ja) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金、ソルダペースト、はんだボール、ソルダプリフォーム、はんだ継手、車載電子回路、ｅｃｕ電子回路、車載電子回路装置、及びｅｃｕ電子回路装置 |
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