JP3142912B2 - はんだ材料 - Google Patents
はんだ材料Info
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- JP3142912B2 JP3142912B2 JP23793491A JP23793491A JP3142912B2 JP 3142912 B2 JP3142912 B2 JP 3142912B2 JP 23793491 A JP23793491 A JP 23793491A JP 23793491 A JP23793491 A JP 23793491A JP 3142912 B2 JP3142912 B2 JP 3142912B2
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- solder
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明ははんだ材料、詳しくは半
導体装置などＡu 被膜が施された電極部のはんだ付け用
に使用されるＰb-Ｓn 系はんだ材料に関する。
導体装置などＡu 被膜が施された電極部のはんだ付け用
に使用されるＰb-Ｓn 系はんだ材料に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】従来、半導体装置の接続、詳し
くはワイヤレスボンディング法、特にフリップチップボ
ンディング法またはテープキャリアボンディング法によ
り半導体チップを基板に接続する場合、図１に示すよう
にチップ１上に形成されたＴi 層、Ｎi層、Ａu 層から
なる下地金属２上にＰb-Ｓn 系のはんだバンプ３を圧着
して設け（図１Ａ）、それをフラックス中所定温度でリ
フロー処理をすることによって、前記バンプ３上に基板
４のＮi 層を溶着して接続している（図１Ｂ）。
くはワイヤレスボンディング法、特にフリップチップボ
ンディング法またはテープキャリアボンディング法によ
り半導体チップを基板に接続する場合、図１に示すよう
にチップ１上に形成されたＴi 層、Ｎi層、Ａu 層から
なる下地金属２上にＰb-Ｓn 系のはんだバンプ３を圧着
して設け（図１Ａ）、それをフラックス中所定温度でリ
フロー処理をすることによって、前記バンプ３上に基板
４のＮi 層を溶着して接続している（図１Ｂ）。
【０００３】上記下地金属２のＡu 層は、高濃度であっ
てＮi 層の酸化防止用として必要であるが、このＡu 層
にはんだ材料であるバンプ３が接合するため、その接合
界面領域のはんだ材料中にＡu が溶出し該領域にＡu-Ｓ
n 化合物が析出して脆化し、疲労寿命低下の原因となる
など半導体装置の信頼性を損なうことが問題点となって
いた。
てＮi 層の酸化防止用として必要であるが、このＡu 層
にはんだ材料であるバンプ３が接合するため、その接合
界面領域のはんだ材料中にＡu が溶出し該領域にＡu-Ｓ
n 化合物が析出して脆化し、疲労寿命低下の原因となる
など半導体装置の信頼性を損なうことが問題点となって
いた。
【０００４】その問題点を解消せんとして従来は、200
〜300 nm（ナノメ−タ）程度のＡu層の膜厚を、100 nm
程度（接合界面領域のＡu 濃度は約0.3 wt％）に薄くす
る改良が施されているが、その場合の蒸着法、メッキ法
など膜形成手段では膜厚にバラツキが生じたり、均一な
膜厚分布が得られないことから、Ａu 膜の厚い部分がで
きてしまい結果として装置の故障発生を防止し得なかっ
た。
〜300 nm（ナノメ−タ）程度のＡu層の膜厚を、100 nm
程度（接合界面領域のＡu 濃度は約0.3 wt％）に薄くす
る改良が施されているが、その場合の蒸着法、メッキ法
など膜形成手段では膜厚にバラツキが生じたり、均一な
膜厚分布が得られないことから、Ａu 膜の厚い部分がで
きてしまい結果として装置の故障発生を防止し得なかっ
た。
【０００５】本発明は斯る従来事情に鑑み、Ａu 被膜が
施された電極部のＡu 層とはんだ材料との接合に伴う脆
化を防止して疲労寿命を改善するＰb-Ｓn 系はんだ材料
を提供することを目的とする。
施された電極部のＡu 層とはんだ材料との接合に伴う脆
化を防止して疲労寿命を改善するＰb-Ｓn 系はんだ材料
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】斯る本発明のはんだ材料
は、Ｐb-Ｓn はんだ中に、0.0001〜0.5 wt％のＰ、また
は0.0001〜1.0 wt％のＳb を添加せしめたことを特徴と
する。
は、Ｐb-Ｓn はんだ中に、0.0001〜0.5 wt％のＰ、また
は0.0001〜1.0 wt％のＳb を添加せしめたことを特徴と
する。
【０００７】
【作用】本発明によれば、Ｐb-Ｓn はんだ中に、Ｐ（リ
ン）またはＳb （アンチモン）が添加されることによっ
て、該はんだ材料をＡu 層に接合させたときに、はんだ
材料中に析出するＡu-Ｓn 化合物の結晶粒が微細化さ
れ、かつ均一な分散状態が得られ、従ってＡu-Ｓn化合
物の析出に伴う脆化を防止することができる。
ン）またはＳb （アンチモン）が添加されることによっ
て、該はんだ材料をＡu 層に接合させたときに、はんだ
材料中に析出するＡu-Ｓn 化合物の結晶粒が微細化さ
れ、かつ均一な分散状態が得られ、従ってＡu-Ｓn化合
物の析出に伴う脆化を防止することができる。
【０００８】上記Ｐ，Ｓb は、それぞれの添加量が0.00
01wt％未満では前述した作用が得られず、Ｐの添加量が
0.5 wt％を越える場合、Ｓb の添加量が1.0 wt％を越え
る場合では、はんだ材料自体が硬くなって脆化し接合強
度、疲労寿命が低下する。従って、Ｐ，Ｓb の添加量は
Ｐが0.0001〜0.5 wt％、Ｓb が0.0001〜1.0 wt％とす
る。
01wt％未満では前述した作用が得られず、Ｐの添加量が
0.5 wt％を越える場合、Ｓb の添加量が1.0 wt％を越え
る場合では、はんだ材料自体が硬くなって脆化し接合強
度、疲労寿命が低下する。従って、Ｐ，Ｓb の添加量は
Ｐが0.0001〜0.5 wt％、Ｓb が0.0001〜1.0 wt％とす
る。
【０００９】
【実施例】一般的に使用されているＰb-Ｓn 系はんだ材
料（Ｓnを２〜５wt％含有）の中からＰb-２Ｓn はんだ
（Ｓn を２wt％含有）およびＰb-５Ｓn はんだ（Ｓn を
５wt％含有）を選択し、それらはんだ材料にＰを０〜0.
6 wt％、Ｓb を０〜2.0 wt％の範囲で所定量添加して表
に記載したＮo.１〜２１の試料を作製した。
料（Ｓnを２〜５wt％含有）の中からＰb-２Ｓn はんだ
（Ｓn を２wt％含有）およびＰb-５Ｓn はんだ（Ｓn を
５wt％含有）を選択し、それらはんだ材料にＰを０〜0.
6 wt％、Ｓb を０〜2.0 wt％の範囲で所定量添加して表
に記載したＮo.１〜２１の試料を作製した。
【００１０】各試料を用いて、それぞれ図１（Ａ）
（Ｂ）で説明した通りバンプ３を前記下地金属２のＡu
層上に形成した後、該バンプ３上に基板４のＮi 層を溶
着し、各試料度にそれぞれ熱サイクル数を測定し疲労強
度（寿命）をみた。
（Ｂ）で説明した通りバンプ３を前記下地金属２のＡu
層上に形成した後、該バンプ３上に基板４のＮi 層を溶
着し、各試料度にそれぞれ熱サイクル数を測定し疲労強
度（寿命）をみた。
【００１１】上記各試料は、それぞれの組成からなるは
んだ材料を急冷凝固法により細いワイヤー状に作製され
たもので、その各試料のワイヤー先端を加熱してボール
を形成し、該ボールを下地金属２のＡu 層上に圧着させ
た状態で試料ワイヤーを引張ることにより切断して前記
バンプ３を形成したものである。又、下地金属２のＡu
層は、Ａu が及ぼす影響を顕著にするために，従来一般
的な膜厚200 〜300 nmより若干大きい330 nm程度（接合
界面領域のＡu 濃度は約１wt％）とした。
んだ材料を急冷凝固法により細いワイヤー状に作製され
たもので、その各試料のワイヤー先端を加熱してボール
を形成し、該ボールを下地金属２のＡu 層上に圧着させ
た状態で試料ワイヤーを引張ることにより切断して前記
バンプ３を形成したものである。又、下地金属２のＡu
層は、Ａu が及ぼす影響を顕著にするために，従来一般
的な膜厚200 〜300 nmより若干大きい330 nm程度（接合
界面領域のＡu 濃度は約１wt％）とした。
【００１２】熱サイクル数の測定は、各試料を図１
（Ｂ）に示す組付け状態で、室温・５分→−５５℃・３
０分→室温・５分→−１５０℃・３０分を一サイクルと
し、電気抵抗がバンプ当たり１０Ωに達したサイクル数
を測定した。その測定結果は表の通りであった。
（Ｂ）に示す組付け状態で、室温・５分→−５５℃・３
０分→室温・５分→−１５０℃・３０分を一サイクルと
し、電気抵抗がバンプ当たり１０Ωに達したサイクル数
を測定した。その測定結果は表の通りであった。
【表１】
【００１３】この技術分野においては、熱サイクル数に
関し1000サイクル前後が判断基準となっていることか
ら、それを考慮して表をみれば、Ｐの添加については
（試料２〜６，１４〜１７）、添加量 0.0001 wt％が下
限であり、0.5 wt％が上限であることが確認された。
又、Ｓb の添加については（試料７〜１２，１８〜２
１）、添加量 0.0001 wt％が下限であり、1.0 wt％が上
限であることが確認された。尚、上記Ｐ，Ｓn の上限値
0.5wt％，1.0 wt％は該値を微少量越える場合でも熱サ
イクルが1000サイクル前後ではあるが、前記上限値で熱
サイクル数が下降傾向にあること、および増量に応じた
効果が得られないことを考慮して前記上限値とした。
関し1000サイクル前後が判断基準となっていることか
ら、それを考慮して表をみれば、Ｐの添加については
（試料２〜６，１４〜１７）、添加量 0.0001 wt％が下
限であり、0.5 wt％が上限であることが確認された。
又、Ｓb の添加については（試料７〜１２，１８〜２
１）、添加量 0.0001 wt％が下限であり、1.0 wt％が上
限であることが確認された。尚、上記Ｐ，Ｓn の上限値
0.5wt％，1.0 wt％は該値を微少量越える場合でも熱サ
イクルが1000サイクル前後ではあるが、前記上限値で熱
サイクル数が下降傾向にあること、および増量に応じた
効果が得られないことを考慮して前記上限値とした。
【００１４】上記実施例においては、半導体装置の接続
用はんだ材料として説明したが、その用途に制限されな
いことは容易に理解されよう。又、チップ１上に形成さ
れた下地金属２は、Ｔi 層、Ｎi 層、Ａu 層からなる多
層膜の場合を説明したが、それに代えて Ｃr 層、Ｃu
層、Ａu 層の多層膜についても同様の効果が得られる。
さらに、上記はんだ材料は、急冷凝固法により細いワイ
ヤー状に作製された場合を示したが、それに限定される
ものではなく一般的な製造法によることも自由である。
用はんだ材料として説明したが、その用途に制限されな
いことは容易に理解されよう。又、チップ１上に形成さ
れた下地金属２は、Ｔi 層、Ｎi 層、Ａu 層からなる多
層膜の場合を説明したが、それに代えて Ｃr 層、Ｃu
層、Ａu 層の多層膜についても同様の効果が得られる。
さらに、上記はんだ材料は、急冷凝固法により細いワイ
ヤー状に作製された場合を示したが、それに限定される
ものではなく一般的な製造法によることも自由である。
【００１５】
【効果】本発明によれば、ＰまたはＳb の添加によっ
て、はんだ材料をＡu 濃度の高い層に接合させたとき
に、はんだ材料中にＡu-Ｓn 化合物が析出することに伴
う脆化を防止して疲労寿命を改善することができ、この
はんだ材料を使用した製品の信頼性を向上させることが
できる。
て、はんだ材料をＡu 濃度の高い層に接合させたとき
に、はんだ材料中にＡu-Ｓn 化合物が析出することに伴
う脆化を防止して疲労寿命を改善することができ、この
はんだ材料を使用した製品の信頼性を向上させることが
できる。
【００１６】又、Ａu 層の膜厚を薄化する従来技術の不
具合もなく、膜形成手段が容易となる等の副次的効果も
ある。
具合もなく、膜形成手段が容易となる等の副次的効果も
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明はんだ材料の使用例を説明する断面図
１ 半導体チップ ２ 下地金属 ３ はんだバンプ ４ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 35/26 C22C 11/00 - 11/10
Claims (1)
- 【請求項１】Ａu 被膜が施された電極部のはんだ付け用
はんだ材料において、Ｓn を２〜５wt％含有したＰb 基
はんだ中に、0.0001〜0.5 wt％のＰ、または0.0001〜1.
0 wt％のＳb を添加せしめたことを特徴とするはんだ材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23793491A JP3142912B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | はんだ材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23793491A JP3142912B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | はんだ材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0577083A JPH0577083A (ja) | 1993-03-30 |
| JP3142912B2 true JP3142912B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=17022626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23793491A Expired - Fee Related JP3142912B2 (ja) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | はんだ材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142912B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3160583B2 (ja) | 1999-01-27 | 2001-04-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 樹脂製基板 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6216748B2 (ja) | 2015-08-28 | 2017-10-18 | 旭化成株式会社 | 有機酸の製造方法 |
-
1991
- 1991-09-18 JP JP23793491A patent/JP3142912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6216748B2 (ja) | 2015-08-28 | 2017-10-18 | 旭化成株式会社 | 有機酸の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0577083A (ja) | 1993-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |