JP2007209989A

JP2007209989A - 高温ろう材

Info

Publication number: JP2007209989A
Application number: JP2006029448A
Authority: JP
Inventors: Nobumoto Mori; 伸幹森
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】良好な濡れ性と塑性加工性とを併せ持つＺｎ系はんだ合金からなる高温ろう材を提供する。
【解決手段】０．１質量％〜１質量％のＡｌ、０．０５質量％〜１質量％のＧｅ、０．０１質量％〜１．０質量％のＶ、および、０．０１質量％〜０．５質量％のＰからなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるＺｎ系はんだ合金からなる高温ろう材とする。半導体装置は、接着部が、前記の高温ろう材を使用して得られる。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子部品や機械部品の組立などにおける高温はんだ付け用の高温ろう材、特に、Ｚｎ系はんだ合金からなる高温ろう材に関する。

パワートランジスタ素子のダイボンディングを始めとする各種電子部品の組立工程におけるはんだ付けでは、高温はんだ付けが行われ、比較的、高温の３００℃前後の融点を有するはんだ合金（以下、高融点のはんだ合金と記載する）が、高温ろう材として用いられている。高温ろう材として、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ合金に代表される合金（Ｐｂ系はんだ合金）、およびＡｕ−２０質量％Ｓｎ合金が従来より用いられていた。

しかし、近年、環境汚染に対する配慮から、Ｐｂの使用を制限する動きが強くなり、こうした動きに対応して、電子部品の組立の分野においても、Ｐｂを含まない高融点のはんだ合金が求められている。また、Ａｕを含有する高融点のはんだ合金は高価であるため、Ａｕを含有しない高融点のはんだ合金が求められている。

このように、Ｐｂを含有せず、かつ、Ａｕを含有しない高融点のはんだ合金として、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ合金およびＺｎ−Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇ合金が、特開２０００−２０８５３３号公報に記載されている。

しかし、Ａｇめっきに対する濡れ性は得られたものの、ＣｕやＮｉに対しては濡れ性が不足するために接合することができず、さらに、塑性加工性が悪く、高価であった。

また、濡れ性を改善することを目的としたＺｎ−Ａｌ−Ｇｅ−Ｐが、特開２００４−３５８５４０号公報に記載され、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇａ−Ｐが、特開２００４−３５８５３９号公報に記載されているが、これらの公報に記載されている発明では、濡れ性は改善されるものの、塑性加工性が悪く、また高価であった。

特開２０００−２０８５３３号公報

特開２００４−３５８５４０号公報

特開２００４−３５８５３９号公報

本発明の目的は、このような事情に鑑み、良好な濡れ性と塑性加工性とを併せ持つＺｎ系はんだ合金からなる高温ろう材を提供することにある。

本発明の高温ろう材は、０．１質量％〜１質量％のＡｌ、０．０５質量％〜１質量％のＧｅ、０．０１質量％〜１．０質量％のＶ、および、０．０１質量％〜０．５質量％のＰからなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる。

本発明の半導体装置は、接着部が、前記の高温ろう材を使用して得られる。

本発明の高温ろう材は、Ｐｂを含有せず、かつ、Ａｕを含有しないＺｎ系はんだ合金からなり、良好な濡れ性と塑性加工性とを合わせ持ち、かつ、安く生産できるため、半導体装置の組立において、広範囲に適用できる。その結果、Ｐｂを含まないことにより、環境に配慮した半導体装置を提供することができる。

本発明の高温ろう材は、融点が４２０℃であるＺｎをベースとし、Ａｌ、Ｇｅ、ＶおよびＰからなる群から選ばれる少なくとも一種を添加することにより、Ａｇのみならず、ＣｕやＮｉに対しても、良好な濡れ性を確保しつつ、良好な塑性加工性をも有している。

本発明の高温ろう材は、前述の特開２００４−３５８５４０号公報記載のろう材と比較して、ＡｌおよびＧｅの量が少なく、融点低下の効果はないものの、接合温度が４２０℃以上であれば、良好に接合でき、かつ、ＡｌおよびＧｅの量が少ないことより、良好な塑性加工性が得られる。

Ａｌ、Ｇｅ、ＶおよびＰは、いずれも濡れ性を改善する元素であり、これらの添加により、Ａｇのみでなく、ＣｕやＮｉに対しても、良好な濡れ性を確保することができる。これは、ろう材溶解時に、酸素が優先的にＡｌ、Ｇｅ、ＶまたはＰと反応し、溶体表面に酸化皮膜が発生することを防止できることによると、本発明者らは推定している。

Ａｌを添加する場合には、Ａｌの含有量は、０．１質量％〜１質量％とする。０．１質量％未満では、良好な濡れ性を確保しがたく、接合時に接合不良を発生する確率が高くなってしまい、１質量％を超えると、接合時にＡｌの酸化皮膜が多く生成し、良好な濡れ性が確保しがたくなる。加えて、得られるＺｎ系はんだ合金の硬度が高くなり、塑性加工性が低下してしまう。

Ｇｅを添加する場合には、Ｇｅの含有量は、０．０１質量％〜１．０質量％とする。０．０１質量％未満では、良好な濡れ性を確保しがたく、接合時に接合不良を発生する確率が高くなってしまい、１．０質量％を超えると、接合時にＧｅの酸化皮膜が多く生成し、良好な濡れ性が確保できなくなる。加えて、得られるＺｎ系はんだ合金の硬度が高くなり、塑性加工性が低下してしまう。

Ｖを添加する場合には、Ｖの含有量は、０．０１質量％〜１．０質量％とする。０．０１質量％未満では、良好な濡れ性を確保しがたく、接合時に接合不良を発生する確率が高くなってしまい、１．０質量％を超えると、接合時にＧｅの酸化皮膜が多く生成し、良好な濡れ性が確保しがたくなる。加えて、得られるＺｎ系はんだ合金の硬度が高くなり、塑性加工性が低下してしまう。

Ｐを添加する場合には、Ｐの含有量は、０．０１質量％〜０．５質量％とする。０．０１質量％未満では、良好な濡れ性を確保しがたく、接合時に接合不良を発生する確率が高くなってしまい、０．５質量％を超える添加は、得られるＺｎ系はんだ合金内にＰが溶け込まず、製造が困難になる。

［実施例１〜２２、比較例１〜８］
Ｚｎ地金と、Ａｌ地金、金属Ｇｅ、金属Ｖおよび金属Ｐ（以上の原料は、いずれも純度９９．９質量％）を用いて、大気溶解炉により高温ろう材を溶製した。

得られた高温ろう材の組成を、化学分析により測定した。分析結果を、表１に示す。

さらに、得られた高温ろう材について、濡れ性の評価を次のように行った。

（１）４２０℃窒素気流中で保持するろう材浴を調製する。

（２）銅片と、Ｎｉめっきを施した銅片とを、（１）で調製したろう材浴の中に５秒間、浸漬した後、取り出して、観察する。

（３）銅面およびＮｉめっき面のそれぞれにおいて、ろう材が濡れ広がった場合に「良」と評価し、濡れ広がらなかった場合に「不良」と評価した。評価結果を、表１に示す。

塑性加工性の評価として、得られた高温ろう材を幅１０ｍｍ、厚み１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの板状に切削加工し、冷間圧延で厚み０．１ｍｍまで圧延を行った。０．１ｍｍまで板が切断されなかった場合を「良」と評価し、圧延中にクラックが発生したり、板が切断された場合を「不良」と評価した。評価結果を、表１に示す。

表１に示されるように、比較例１〜８で得られた高温ろう材は、Ｎｉめっき面への濡れ性が不良であり、比較例１、５、７、８で得られた高温ろう材は、銅面への濡れ性も不良であった。

また、実施例１〜２２で得られた高温ろう材は、ＣｕやＮｉに対しても良好な濡れ性が得られ、塑性加工性も良好であり、電子部品や機械部品の組み立てにおける高温はんだ付け用に好適であり、広範囲に適用できることがわかる。

Claims

０．１質量％〜１質量％のＡｌ、０．０５質量％〜１質量％のＧｅ、０．０１質量％〜１．０質量％のＶ、および、０．０１質量％〜０．５質量％のＰからなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温ろう材。
接着部が、請求項１に記載の高温ろう材を使用して得られることを特徴とする半導体装置。