JPH0435278B2 - - Google Patents
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- JPH0435278B2 JPH0435278B2 JP60111867A JP11186785A JPH0435278B2 JP H0435278 B2 JPH0435278 B2 JP H0435278B2 JP 60111867 A JP60111867 A JP 60111867A JP 11186785 A JP11186785 A JP 11186785A JP H0435278 B2 JPH0435278 B2 JP H0435278B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy solder
- foil material
- oxygen content
- less
- thermal fatigue
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Continuous Casting (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、特にトランジスタやIC、さらに
LSIなどの半導体装置の製造に際して、構造部材
の組立てや、さらにスパツタリングによる基板表
面への回路配線薄膜などの蒸着形成に用いられる
ターゲツトのバツキングプレートへの接合などに
用いるのに適したSn合金はんだ箔材の製造法に
関するものである。 〔従来の技術〕 従来、例えば半導体装置の製造において、スパ
ツタリングにより基板上に回路配線薄膜を蒸着形
成するに際しては、前記薄膜の蒸発源としてター
ゲツトが用いられ、このターゲツトはバツキング
プレートにはんだ付けした状態で用いられてお
り、さらにこのターゲツトの表面に磁気が部分的
に付加され、この磁気付加部分でスパツタリング
がなされ、かつこの部分を所定時間ごとに移動さ
せて、その表面の均一化をはかりながらスパツタ
リングを行なう方法が知られている。 また、同様に半導体装置の組立てに際しては、
Siなどの半導体チツプをリードフレームやセラミ
ツクケースにはんだ付けしたり、封着板をセラミ
ツクケースにはんだ付けすることが行なわれてい
る。 このようなターゲツトのバツキングプレートへ
のはんだ付けや、半導体チツプのリードフレーム
およびセラミツクケースへのはんだ付けには、通
常、重量％（以下％は重量％を示す）で、 Ag：１〜30％、 Sb：0.5〜25％、 のうちの１種または２種を含有し、残りがSnと
不可避不純物からなる組成を有するSn合金はん
だ箔材が用いられている。 これらのSn合金はんだ箔材は、一般に、真空
溶解法にて調製した溶湯をインゴツトに鋳造し、
このインゴツトを押し出し加工により条材とした
後、冷間圧延と温間圧延によつて最終厚さの箔材
とすることにより製造されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上記のターゲツトにおいては、上記の
ようにスパツタリング部とその他の部分とでは熱
負荷が異なり、スパツタリング部は200〜400℃に
も達し、一方その他の部分は高々50℃以下であ
り、この条件はスパツタリングの移動によつて繰
り返し付加されるものであり、また組立てられた
半導体装置においても、特に半導体チツプの接合
部は装置の作動に伴い、繰り返しの温度上昇があ
るなどきびしい熱疲労条件下にさらされるもので
あり、したがつてこれらのはんだ付け接合部には
すぐれた熱疲労特性が要求されるが、上記のSn
合金はんだ箔材を用いて形成したはんだ付け接合
部は、十分な熱疲労特性を具備するものではない
ために、前記Sn合金はんだが原因で接合部に比
較的短時間で剥離が発生するようになるのを避け
ることができないのが現状である。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、上記の従来方法で製造されたSn合金はんだ
箔材に着目し、はんだ付け接合部の熱疲労特性を
向上させるべく研究を行なつた結果、 (a) 従来方法で製造されたSn合金はんだ箔材を
用いた場合、はんだ付け接合部が十分な熱疲労
特性を具備しないのは、特に温間圧延での酸化
と結晶粗大化によつて箔材中の酸素含有量が
10ppm以上、平均結晶粒径が20μｍ以上になつ
ていることに原因があること。 (b) 一方、真空溶解炉を用い、高真空下で酸素含
有量を5ppmとしたSn合金はんだを溶製し、つ
いでこの溶湯を、回転冷却ロール表面上で１×
105℃／秒以上の冷却速度で凝固して、平均結
晶粒径：3μｍ以下を有する箔材とすると、こ
の結果のSn合金はんだ箔材は、前記溶湯酸素
含有量と実質的に同一の5ppm以下の酸素含有
量を保持するので、前記微細結晶粒と相まつ
て、これをターゲツトや、半導体チツプおよび
封着板のはんだ付けに用いた場合、これらの接
合部はすぐれた熱疲労特性をもつようになり、
この結果剥離の発生がなくなり、長期に亘つて
の安定した使用が可能となること。 以上(a)および(b)に示される研究結果を得たのであ
る。 したがつて、この発明は、上記の研究結果にも
とづいてなされたものであつて、真空溶解炉を用
いて、 Ag：１〜30％、 Sb：0.5〜25％ のうちの１種または２種を含有し、残りがSnと
不可避不純物からなり、かつ、 不可避不純物としての酸素含有量：5ppm以下、
とした組成を有するSn合金はんだを溶製し、 ついで、上記Sn合金はんだの溶湯を、回転冷
却ロール表面上で、１×105℃／秒以上の冷却速
度で凝固させて、平均結晶粒径：3μｍ以下を有
する箔材を形成することによつて熱疲労特性のす
ぐれたはんだ付け接合部を形成することができる
Snはんだ箔材を製造する方法に特徴を有するも
のである。 なお、この発明の方法において、Sn合金はん
だ箔材のAgおよびSbの含有量を、それぞれAg：
１〜30％、 Sb：0.5〜25％と限定したのは、そ
の含有量がそれぞれAg：１％未満およびSb：0.5
％未満では、はんだ付け接合部に所望に機械的強
度を確保することができず、一方Agにあつては
30％、Sbにあつては25％を越えて含有させると、
はんだのぬれ性が低下するようになつて強固な接
合をはかることができないという理由によるもの
である。 また、この発明の方法において、溶湯の回転冷
却ロール表面上での冷却速度を１×105℃／秒以
上としたのは、冷却速度が１×105℃／秒未満で
あると、凝固後の箔材の平均結晶粒径が3μｍを
越えて大きくなつてしまい、はんだ付け接合部に
すぐれた熱疲労特性を確保することができなくな
るという理由によるものであり、このことは酸素
含有量にも云えることであつて、たとえば箔材の
平均結晶粒径が3μｍ以下であつても酸素含有量
が5ppmを越えるとはんだ付け接合部に良好な熱
疲労特性を確保するのは困難であることから、不
可避不純物としての酸素含有量を5ppm以下と定
めたのである。 〔実施例〕 つぎに、この発明のSn合金はんだ箔材の製造
法を実施例により具体的に説明する。 溶湯の酸素含有量を5ppm以下にするために、
真空溶解炉の雰囲気圧力を10-4torr以下の所定の
高真空とした条件で、それぞれ第１表に示される
成分組成をもつた各種のSn合金はんだ溶湯を調
製し、この溶湯を、Ar雰囲気中、400〜430℃の
範囲内の所定温度で溶解るつぼの下端に形成した
ノズルの0.3mm×20mmの寸法を有するスリツトか
ら、Arガスを用い、0.7Kg／cm2のガス圧で、その
直下に配した直径：200mmを有し、かつ周速15
ｍ／秒で回転し、さらに内部を循環する冷却水の
温度を10〜80℃の範囲内の所定温度とした銅製冷
却ロール表面に噴射して急冷凝固、すなわち前記
スリツトから噴射される溶湯温度と前記冷却ロー
ル内部を循環する冷却水温度を調整して、それぞ
れ第１表に示される冷却速度（なお、冷却速度
は、噴射時の溶湯温度と冷却ロールの周速および
表面温度から算出）とした条件で急冷凝固するこ
とにより本発明法１〜７を実施し、それぞれ幅：
20mm×厚さ：50μｍの寸法をもつたSn合金はんだ
箔材（以下、本発明Sn合金はんだ箔材１〜７と
いう）を製造した。 また、比較の目的で、通常の真空溶解雰囲気圧
力である10-2torrの真空中、第１表に示される成
分組成をもつた各種のSn合金はんだ溶湯を調製
し、インゴツトに鋳造した後、このインゴツトに
押し出し加工を施して幅：20mm×厚さ：１mmの寸
法をもつた条材とし、さらに通常の条件で冷間圧
延と温間圧延を施することにより従来法１〜７を
行ない、それぞれ厚さ：50μｍを有するSn合金は
んだ箔材（以下、従来Sn合金はんだ箔材１〜７
という）を製造した。 ついで、この結果得られた各種のSn合金はん
LSIなどの半導体装置の製造に際して、構造部材
の組立てや、さらにスパツタリングによる基板表
面への回路配線薄膜などの蒸着形成に用いられる
ターゲツトのバツキングプレートへの接合などに
用いるのに適したSn合金はんだ箔材の製造法に
関するものである。 〔従来の技術〕 従来、例えば半導体装置の製造において、スパ
ツタリングにより基板上に回路配線薄膜を蒸着形
成するに際しては、前記薄膜の蒸発源としてター
ゲツトが用いられ、このターゲツトはバツキング
プレートにはんだ付けした状態で用いられてお
り、さらにこのターゲツトの表面に磁気が部分的
に付加され、この磁気付加部分でスパツタリング
がなされ、かつこの部分を所定時間ごとに移動さ
せて、その表面の均一化をはかりながらスパツタ
リングを行なう方法が知られている。 また、同様に半導体装置の組立てに際しては、
Siなどの半導体チツプをリードフレームやセラミ
ツクケースにはんだ付けしたり、封着板をセラミ
ツクケースにはんだ付けすることが行なわれてい
る。 このようなターゲツトのバツキングプレートへ
のはんだ付けや、半導体チツプのリードフレーム
およびセラミツクケースへのはんだ付けには、通
常、重量％（以下％は重量％を示す）で、 Ag：１〜30％、 Sb：0.5〜25％、 のうちの１種または２種を含有し、残りがSnと
不可避不純物からなる組成を有するSn合金はん
だ箔材が用いられている。 これらのSn合金はんだ箔材は、一般に、真空
溶解法にて調製した溶湯をインゴツトに鋳造し、
このインゴツトを押し出し加工により条材とした
後、冷間圧延と温間圧延によつて最終厚さの箔材
とすることにより製造されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上記のターゲツトにおいては、上記の
ようにスパツタリング部とその他の部分とでは熱
負荷が異なり、スパツタリング部は200〜400℃に
も達し、一方その他の部分は高々50℃以下であ
り、この条件はスパツタリングの移動によつて繰
り返し付加されるものであり、また組立てられた
半導体装置においても、特に半導体チツプの接合
部は装置の作動に伴い、繰り返しの温度上昇があ
るなどきびしい熱疲労条件下にさらされるもので
あり、したがつてこれらのはんだ付け接合部には
すぐれた熱疲労特性が要求されるが、上記のSn
合金はんだ箔材を用いて形成したはんだ付け接合
部は、十分な熱疲労特性を具備するものではない
ために、前記Sn合金はんだが原因で接合部に比
較的短時間で剥離が発生するようになるのを避け
ることができないのが現状である。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、上記の従来方法で製造されたSn合金はんだ
箔材に着目し、はんだ付け接合部の熱疲労特性を
向上させるべく研究を行なつた結果、 (a) 従来方法で製造されたSn合金はんだ箔材を
用いた場合、はんだ付け接合部が十分な熱疲労
特性を具備しないのは、特に温間圧延での酸化
と結晶粗大化によつて箔材中の酸素含有量が
10ppm以上、平均結晶粒径が20μｍ以上になつ
ていることに原因があること。 (b) 一方、真空溶解炉を用い、高真空下で酸素含
有量を5ppmとしたSn合金はんだを溶製し、つ
いでこの溶湯を、回転冷却ロール表面上で１×
105℃／秒以上の冷却速度で凝固して、平均結
晶粒径：3μｍ以下を有する箔材とすると、こ
の結果のSn合金はんだ箔材は、前記溶湯酸素
含有量と実質的に同一の5ppm以下の酸素含有
量を保持するので、前記微細結晶粒と相まつ
て、これをターゲツトや、半導体チツプおよび
封着板のはんだ付けに用いた場合、これらの接
合部はすぐれた熱疲労特性をもつようになり、
この結果剥離の発生がなくなり、長期に亘つて
の安定した使用が可能となること。 以上(a)および(b)に示される研究結果を得たのであ
る。 したがつて、この発明は、上記の研究結果にも
とづいてなされたものであつて、真空溶解炉を用
いて、 Ag：１〜30％、 Sb：0.5〜25％ のうちの１種または２種を含有し、残りがSnと
不可避不純物からなり、かつ、 不可避不純物としての酸素含有量：5ppm以下、
とした組成を有するSn合金はんだを溶製し、 ついで、上記Sn合金はんだの溶湯を、回転冷
却ロール表面上で、１×105℃／秒以上の冷却速
度で凝固させて、平均結晶粒径：3μｍ以下を有
する箔材を形成することによつて熱疲労特性のす
ぐれたはんだ付け接合部を形成することができる
Snはんだ箔材を製造する方法に特徴を有するも
のである。 なお、この発明の方法において、Sn合金はん
だ箔材のAgおよびSbの含有量を、それぞれAg：
１〜30％、 Sb：0.5〜25％と限定したのは、そ
の含有量がそれぞれAg：１％未満およびSb：0.5
％未満では、はんだ付け接合部に所望に機械的強
度を確保することができず、一方Agにあつては
30％、Sbにあつては25％を越えて含有させると、
はんだのぬれ性が低下するようになつて強固な接
合をはかることができないという理由によるもの
である。 また、この発明の方法において、溶湯の回転冷
却ロール表面上での冷却速度を１×105℃／秒以
上としたのは、冷却速度が１×105℃／秒未満で
あると、凝固後の箔材の平均結晶粒径が3μｍを
越えて大きくなつてしまい、はんだ付け接合部に
すぐれた熱疲労特性を確保することができなくな
るという理由によるものであり、このことは酸素
含有量にも云えることであつて、たとえば箔材の
平均結晶粒径が3μｍ以下であつても酸素含有量
が5ppmを越えるとはんだ付け接合部に良好な熱
疲労特性を確保するのは困難であることから、不
可避不純物としての酸素含有量を5ppm以下と定
めたのである。 〔実施例〕 つぎに、この発明のSn合金はんだ箔材の製造
法を実施例により具体的に説明する。 溶湯の酸素含有量を5ppm以下にするために、
真空溶解炉の雰囲気圧力を10-4torr以下の所定の
高真空とした条件で、それぞれ第１表に示される
成分組成をもつた各種のSn合金はんだ溶湯を調
製し、この溶湯を、Ar雰囲気中、400〜430℃の
範囲内の所定温度で溶解るつぼの下端に形成した
ノズルの0.3mm×20mmの寸法を有するスリツトか
ら、Arガスを用い、0.7Kg／cm2のガス圧で、その
直下に配した直径：200mmを有し、かつ周速15
ｍ／秒で回転し、さらに内部を循環する冷却水の
温度を10〜80℃の範囲内の所定温度とした銅製冷
却ロール表面に噴射して急冷凝固、すなわち前記
スリツトから噴射される溶湯温度と前記冷却ロー
ル内部を循環する冷却水温度を調整して、それぞ
れ第１表に示される冷却速度（なお、冷却速度
は、噴射時の溶湯温度と冷却ロールの周速および
表面温度から算出）とした条件で急冷凝固するこ
とにより本発明法１〜７を実施し、それぞれ幅：
20mm×厚さ：50μｍの寸法をもつたSn合金はんだ
箔材（以下、本発明Sn合金はんだ箔材１〜７と
いう）を製造した。 また、比較の目的で、通常の真空溶解雰囲気圧
力である10-2torrの真空中、第１表に示される成
分組成をもつた各種のSn合金はんだ溶湯を調製
し、インゴツトに鋳造した後、このインゴツトに
押し出し加工を施して幅：20mm×厚さ：１mmの寸
法をもつた条材とし、さらに通常の条件で冷間圧
延と温間圧延を施することにより従来法１〜７を
行ない、それぞれ厚さ：50μｍを有するSn合金は
んだ箔材（以下、従来Sn合金はんだ箔材１〜７
という）を製造した。 ついで、この結果得られた各種のSn合金はん
【表】
【表】
第２表に示される結果から、本発明法で製造さ
れた本発明Sn合金はんだ箔材１〜７を用いては
んだ付けを行なつた場合には、きびしい熱疲労条
件下でもはんだ付け接合部に剥離の発生が見られ
ないのに対して、従来法で製造された従来Sn合
金はんだ箔材１〜７を用いた場合には、いずれも
短時間ではんだ付け接合部に剥離が発生すること
が明らかである。 上述のように、この発明の方法によれば、
5ppm以下の低酸素含有量にして、平均結晶粒径
が3μｍ以下の微細結晶粒のSn合金はんだ箔材を
製造することができ、したがつて、これを特に半
導体装置の組立てや、ターゲツトのバツキングプ
レートへのはんだ付けに用いた場合、すぐれた熱
疲労特性を有するはんだ付け接合部を形成するこ
とができるので、その作動中にはんだ付け接合部
が剥離するという現象が皆無となることから、高
い信頼性が得られるようになるなど工業上有用な
効果がもたらされるのである。
れた本発明Sn合金はんだ箔材１〜７を用いては
んだ付けを行なつた場合には、きびしい熱疲労条
件下でもはんだ付け接合部に剥離の発生が見られ
ないのに対して、従来法で製造された従来Sn合
金はんだ箔材１〜７を用いた場合には、いずれも
短時間ではんだ付け接合部に剥離が発生すること
が明らかである。 上述のように、この発明の方法によれば、
5ppm以下の低酸素含有量にして、平均結晶粒径
が3μｍ以下の微細結晶粒のSn合金はんだ箔材を
製造することができ、したがつて、これを特に半
導体装置の組立てや、ターゲツトのバツキングプ
レートへのはんだ付けに用いた場合、すぐれた熱
疲労特性を有するはんだ付け接合部を形成するこ
とができるので、その作動中にはんだ付け接合部
が剥離するという現象が皆無となることから、高
い信頼性が得られるようになるなど工業上有用な
効果がもたらされるのである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空溶解炉を用いて、重量％で、 Ag：１〜30％、 Sb：0.5〜25％、 のうちの１種または２種、 を含有し、残りがSnと不可避不純物からなり、 かつ、 不可避不純物としての酸素含有量：5ppm以下、
とした組成を有するSn合金はんだを溶製し、 ついで、上記Sn合金はんだの溶湯を、回転冷
却ロール表面上で、１×105℃／秒以上の冷却速
度で急冷凝固して3μｍ以下の平均結晶粒径を有
する箔材を形成することを特徴とする熱疲労特性
のすぐれたはんだ付け接合部を形成することがで
きるSn合金はんだ箔材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11186785A JPS61269998A (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | Ｓｎ合金はんだ箔材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11186785A JPS61269998A (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | Ｓｎ合金はんだ箔材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61269998A JPS61269998A (ja) | 1986-11-29 |
| JPH0435278B2 true JPH0435278B2 (ja) | 1992-06-10 |
Family
ID=14572151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11186785A Granted JPS61269998A (ja) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | Ｓｎ合金はんだ箔材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61269998A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2340393A1 (en) * | 1999-06-11 | 2000-12-21 | Katsuaki Suganuma | Lead-free solder |
| JP2002361405A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-12-18 | Showa Denko Kk | 熱交換器の製造方法 |
| US20040187976A1 (en) | 2003-03-31 | 2004-09-30 | Fay Hua | Phase change lead-free super plastic solders |
| JP5161847B2 (ja) * | 2009-08-18 | 2013-03-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
| DE112014002345B4 (de) | 2013-05-10 | 2021-02-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS586793A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-14 | Hitachi Ltd | ろう材 |
-
1985
- 1985-05-24 JP JP11186785A patent/JPS61269998A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61269998A (ja) | 1986-11-29 |
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