JPH11347785A - 半導体ダイボンディング用半田とそのテープ及び半導体装置 - Google Patents
半導体ダイボンディング用半田とそのテープ及び半導体装置Info
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- JPH11347785A JPH11347785A JP10155583A JP15558398A JPH11347785A JP H11347785 A JPH11347785 A JP H11347785A JP 10155583 A JP10155583 A JP 10155583A JP 15558398 A JP15558398 A JP 15558398A JP H11347785 A JPH11347785 A JP H11347785A
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- Die Bonding (AREA)
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、放熱基板と半導体ペレット間
に介在する半田の厚みを所定値に確保できる半導体ダイ
ボンディング用半田とそのテープ及びそれを用いた半導
体装置を提供する。 【解決手段】本発明は、重量で、Ｓｎ２.５〜１０％，
Ａｇ０.５〜５％，Ｃｕ及びＮｉの１種又は２種０.１〜
１％ ，Ｐ０.００５〜０.５％を含み、残部が８０％以
上のＰｂから成る半導体ダイボンディング用半田にあ
る。
に介在する半田の厚みを所定値に確保できる半導体ダイ
ボンディング用半田とそのテープ及びそれを用いた半導
体装置を提供する。 【解決手段】本発明は、重量で、Ｓｎ２.５〜１０％，
Ａｇ０.５〜５％，Ｃｕ及びＮｉの１種又は２種０.１〜
１％ ，Ｐ０.００５〜０.５％を含み、残部が８０％以
上のＰｂから成る半導体ダイボンディング用半田にあ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は新規な半導体ダイボ
ンディング用半田に関し、特にパワートランジスタ等の
半導体装置の製造において、放熱基板上に半導体ペレッ
トをマウントするに際して使用される半導体ダイボンデ
ィング用半田とそれを用いた半導体装置に関する。
ンディング用半田に関し、特にパワートランジスタ等の
半導体装置の製造において、放熱基板上に半導体ペレッ
トをマウントするに際して使用される半導体ダイボンデ
ィング用半田とそれを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワートランジスタ等の半導体装置の構
造では図４に示すように放熱基板１上に半田２を供給し
た上で、その半田を溶融させた後、コレット６に吸着保
持した半導体ペレット４を溶融した半田上に所定の荷重
でもって戴置することにより、上記半導体ペレットを放
熱基板上にマウントするようにしている。
造では図４に示すように放熱基板１上に半田２を供給し
た上で、その半田を溶融させた後、コレット６に吸着保
持した半導体ペレット４を溶融した半田上に所定の荷重
でもって戴置することにより、上記半導体ペレットを放
熱基板上にマウントするようにしている。
【０００３】特開昭58−215289号公報には、Ｓｎ１〜１
０％，Ａｇ１〜２６％，Ｃｕ０.４〜３％及び残部Ｐｂ
からなる半導体ダイボンディング用半田が知られてい
る。更に特開昭61−273296号公報には、Ｓｎ５〜６０
％，Ｂｉ０.１〜１５％ にＧｅ０.０５〜１％，Ｔｅ０.
０５〜１％，Ｃａ０.０５〜１％，Ｎｉ０.０１〜0.05
％，Ｐ０.０１〜２％，Ｐｄ０.０１〜０.３％，Ｃｕ０.
０１〜０.５％，Ａｇ0.01〜３％の１種又は２種以上を
含み、残部Ｐｂからなる自動車用ラジエータ等の組立て
に使用する耐食はんだが知られている。
０％，Ａｇ１〜２６％，Ｃｕ０.４〜３％及び残部Ｐｂ
からなる半導体ダイボンディング用半田が知られてい
る。更に特開昭61−273296号公報には、Ｓｎ５〜６０
％，Ｂｉ０.１〜１５％ にＧｅ０.０５〜１％，Ｔｅ０.
０５〜１％，Ｃａ０.０５〜１％，Ｎｉ０.０１〜0.05
％，Ｐ０.０１〜２％，Ｐｄ０.０１〜０.３％，Ｃｕ０.
０１〜０.５％，Ａｇ0.01〜３％の１種又は２種以上を
含み、残部Ｐｂからなる自動車用ラジエータ等の組立て
に使用する耐食はんだが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置は、
最終的に放熱基板と半導体ペレットとの間に介在する半
田の厚みを放熱性を確保する関係上、所定値に設定する
必要がある。上記に用いられる半田材は一般にＰｂ−Ｓ
ｎ系及びＳｎ−Ｓｂ系であるが、Ｓｎ−Ｓｂ系はＰｂ−
Ｓｎ系に比較して融点が低く、なおかつ硬いため、本発
明の対象とする自動車等の高温環境下での半導体装置の
半田材としては適当ではない。また、Ｐｂ−Ｓｎ系半田
材を用いた場合でも半導体装置の製造において、コレッ
トにより半導体ペレットを溶融した半田上に戴置する際
に、放熱基板上に半田を定量供給したとしても、コレッ
トから半導体ペレットに付与される荷重のばらつきによ
って、半田の厚みにばらつきが発生する。すなわちコレ
ットによる荷重が大きすぎると、半導体ペレットが溶融
した半田を外周に大きく押し広げすぎ、結果として半田
の厚みが小さくなる。半田の厚みが小さくなると放熱基
板と半導体ペレットとの熱膨張係数の差を緩衝する機能
を有する半田が少ないことになり、熱膨張係数の差が半
田に直接作用してクラックが発生し、これを原因として
放熱性の低下を来す。逆にコレットによる荷重が小さす
ぎると溶融した半田がそのままの状態で硬化することに
なり、半田の厚みが大きいままとなる。半田の厚みが大
きいと十分な放熱性を確保できなくなる。このように、
半田の厚みにばらつきがあると製品化された半導体装置
の信頼性が、放熱性の面で大幅に低下するという問題が
あった。
最終的に放熱基板と半導体ペレットとの間に介在する半
田の厚みを放熱性を確保する関係上、所定値に設定する
必要がある。上記に用いられる半田材は一般にＰｂ−Ｓ
ｎ系及びＳｎ−Ｓｂ系であるが、Ｓｎ−Ｓｂ系はＰｂ−
Ｓｎ系に比較して融点が低く、なおかつ硬いため、本発
明の対象とする自動車等の高温環境下での半導体装置の
半田材としては適当ではない。また、Ｐｂ−Ｓｎ系半田
材を用いた場合でも半導体装置の製造において、コレッ
トにより半導体ペレットを溶融した半田上に戴置する際
に、放熱基板上に半田を定量供給したとしても、コレッ
トから半導体ペレットに付与される荷重のばらつきによ
って、半田の厚みにばらつきが発生する。すなわちコレ
ットによる荷重が大きすぎると、半導体ペレットが溶融
した半田を外周に大きく押し広げすぎ、結果として半田
の厚みが小さくなる。半田の厚みが小さくなると放熱基
板と半導体ペレットとの熱膨張係数の差を緩衝する機能
を有する半田が少ないことになり、熱膨張係数の差が半
田に直接作用してクラックが発生し、これを原因として
放熱性の低下を来す。逆にコレットによる荷重が小さす
ぎると溶融した半田がそのままの状態で硬化することに
なり、半田の厚みが大きいままとなる。半田の厚みが大
きいと十分な放熱性を確保できなくなる。このように、
半田の厚みにばらつきがあると製品化された半導体装置
の信頼性が、放熱性の面で大幅に低下するという問題が
あった。
【０００５】また、特開昭58−215289号公報に記載の半
田では信頼性が十分でなく、更に特開昭61−273296号公
報の半田では同じく信頼性に問題がある。
田では信頼性が十分でなく、更に特開昭61−273296号公
報の半田では同じく信頼性に問題がある。
【０００６】本発明の目的は、放熱基板に半導体素子を
ダイボンディングする際の半田の厚みを目的とする所定
値に確保できる半導体ダイボンディング用半田とそのテ
ープ及びそれを用いた半導体装置を提供することにあ
る。
ダイボンディングする際の半田の厚みを目的とする所定
値に確保できる半導体ダイボンディング用半田とそのテ
ープ及びそれを用いた半導体装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ダイボン
ディング用半田は、重量で、Ｓｎ２.５〜１０％ ，Ａｇ
０.５〜５％，Ｃｕ０.１〜１％，Ｐ０.００５〜０.５％
を含み、残部が８０％以上、好ましくは８５〜９５％、
より好ましくは９０〜９５％のＰｂから成る半田；Ｓｎ
２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜５％，Ｎｉ０.１〜１％，
Ｐ０.００５〜０.５％を含み、残部が前述と同様のＰｂ
を有する半田及びＳｎ２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜５
％，ＣｕとＮｉの和が０.１〜１％，Ｐ０.００５〜０.
５％を含み、残部が前述と同様のＰｂを有する半田材で
あることを特徴とする。本発明においては、半田内部に
Ｎｉ−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の微小粒子
が均一な分散状態で含有することが望ましい。また、本
発明は前述の半田組成を有する半導体ダイボンディング
用テープ、更に、このテープを用いて、半導体素子が放
熱基板となるリードフレーム上にマウント接合され、リ
ードフレームの外部端子となる部分を除き、全体が樹脂
に被われている半導体装置にある。
ディング用半田は、重量で、Ｓｎ２.５〜１０％ ，Ａｇ
０.５〜５％，Ｃｕ０.１〜１％，Ｐ０.００５〜０.５％
を含み、残部が８０％以上、好ましくは８５〜９５％、
より好ましくは９０〜９５％のＰｂから成る半田；Ｓｎ
２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜５％，Ｎｉ０.１〜１％，
Ｐ０.００５〜０.５％を含み、残部が前述と同様のＰｂ
を有する半田及びＳｎ２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜５
％，ＣｕとＮｉの和が０.１〜１％，Ｐ０.００５〜０.
５％を含み、残部が前述と同様のＰｂを有する半田材で
あることを特徴とする。本発明においては、半田内部に
Ｎｉ−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の微小粒子
が均一な分散状態で含有することが望ましい。また、本
発明は前述の半田組成を有する半導体ダイボンディング
用テープ、更に、このテープを用いて、半導体素子が放
熱基板となるリードフレーム上にマウント接合され、リ
ードフレームの外部端子となる部分を除き、全体が樹脂
に被われている半導体装置にある。
【０００８】Ｐｂ−Ｓｎ系半田材において、Ｓｎは半田
自身の機械的強度を向上するために添加するが、２.５
ｗｔ％ 未満では十分な強度を確保することができず１
０wt％を越えると半田材が脆くなり塑性加工が困難とな
るため、実用的範囲は通常2.5〜１０ｗｔ％である。Ａ
ｇは２〜５ｗｔ％添加すると半田の融点が上昇するので
高温半田として利用できるものの作業性、仕上がり及び
経済性の観点から通常０.５〜２ｗｔ％ のＡｇを含んだ
半田が使用される。したがって、本発明におけるＡｇの
配合割合は高温半田としての利用を考えて０.５〜５ｗ
ｔ％ とする。本発明では、ＳｎとＡｇの外にＮｉ及び
Ｃｕを必須成分とする。ＮｉとＣｕを添加すると半田材
中には当然金属間化合物が生成することになるが、この
場合の金属間化合物は半田テープ中に均一に分散してお
り、マウント時において基板と半田材の界面に金属間化
合物層を生じることはない。一般にＰｂ−Ｓｎ系半田を
用いて、放熱基板となるリードフレーム上に半導体ペレ
ットをマウントすると、基板と半田材の界面には基板に
Ｎｉメッキが施されている場合にはＮｉ−Ｓｎ，めっき
が施されていないリードフレームの場合にはＣｕ−Ｓｎ
の金属間化合物が生成する。これらの金属間化合物層は
いずれも機械的に硬くて脆いため、接合後の熱履歴によ
り成長して必要以上に厚くなると、半田が基板の熱膨張
率と半導体ペレットの熱膨張率の差を緩和できなくな
り、基板と半田の接合界面近傍にクラックなどの欠陥が
発生する。しかし、本発明はすでに半田テープ内にＮｉ
−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物が生成してお
り、マウント時及びその後の熱履歴においても、上記の
ような金属間化合物層の成長がないので半導体装置の信
頼性維持の妨げとはならない。また、半田材の内部に金
属間化合物粒子が均一に分散含有されることにより、放
熱基板となるリードフレーム上に半導体素子を半田を介
してマウントする際には、その放熱基板と半導体素子と
の間に半田材中の金属間化合物の微小粒子でもって、半
田材の厚みを確保することが可能となる。さらに、金属
間化合物が微細分散することによる二次的な効果とし
て、半田材の高温強度が向上することもあげられる。Ｎ
ｉとＣｕの量が各々あるいはその和が0.1ｗｔ％未満で
は金属間化合物粒子が少なく、また、１ｗｔ％を越える
と半田材中に金属間化合物の粗大粒ができて脆くなるた
め、それらの範囲は０.１〜１wt％である。また、Ｎｉ
とＣｕを添加した半田材は基板上への濡れ広がり性が低
下するが、これはさらにＰを添加することにより改善で
きる。この濡れ広がり性を改善できるＰの濃度は０.０
０５〜０.５ｗｔ％であり、また、Ｂｉ，Ｆｅ等の不純
物が０.１％ 以下若干含まれている。
自身の機械的強度を向上するために添加するが、２.５
ｗｔ％ 未満では十分な強度を確保することができず１
０wt％を越えると半田材が脆くなり塑性加工が困難とな
るため、実用的範囲は通常2.5〜１０ｗｔ％である。Ａ
ｇは２〜５ｗｔ％添加すると半田の融点が上昇するので
高温半田として利用できるものの作業性、仕上がり及び
経済性の観点から通常０.５〜２ｗｔ％ のＡｇを含んだ
半田が使用される。したがって、本発明におけるＡｇの
配合割合は高温半田としての利用を考えて０.５〜５ｗ
ｔ％ とする。本発明では、ＳｎとＡｇの外にＮｉ及び
Ｃｕを必須成分とする。ＮｉとＣｕを添加すると半田材
中には当然金属間化合物が生成することになるが、この
場合の金属間化合物は半田テープ中に均一に分散してお
り、マウント時において基板と半田材の界面に金属間化
合物層を生じることはない。一般にＰｂ−Ｓｎ系半田を
用いて、放熱基板となるリードフレーム上に半導体ペレ
ットをマウントすると、基板と半田材の界面には基板に
Ｎｉメッキが施されている場合にはＮｉ−Ｓｎ，めっき
が施されていないリードフレームの場合にはＣｕ−Ｓｎ
の金属間化合物が生成する。これらの金属間化合物層は
いずれも機械的に硬くて脆いため、接合後の熱履歴によ
り成長して必要以上に厚くなると、半田が基板の熱膨張
率と半導体ペレットの熱膨張率の差を緩和できなくな
り、基板と半田の接合界面近傍にクラックなどの欠陥が
発生する。しかし、本発明はすでに半田テープ内にＮｉ
−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物が生成してお
り、マウント時及びその後の熱履歴においても、上記の
ような金属間化合物層の成長がないので半導体装置の信
頼性維持の妨げとはならない。また、半田材の内部に金
属間化合物粒子が均一に分散含有されることにより、放
熱基板となるリードフレーム上に半導体素子を半田を介
してマウントする際には、その放熱基板と半導体素子と
の間に半田材中の金属間化合物の微小粒子でもって、半
田材の厚みを確保することが可能となる。さらに、金属
間化合物が微細分散することによる二次的な効果とし
て、半田材の高温強度が向上することもあげられる。Ｎ
ｉとＣｕの量が各々あるいはその和が0.1ｗｔ％未満で
は金属間化合物粒子が少なく、また、１ｗｔ％を越える
と半田材中に金属間化合物の粗大粒ができて脆くなるた
め、それらの範囲は０.１〜１wt％である。また、Ｎｉ
とＣｕを添加した半田材は基板上への濡れ広がり性が低
下するが、これはさらにＰを添加することにより改善で
きる。この濡れ広がり性を改善できるＰの濃度は０.０
０５〜０.５ｗｔ％であり、また、Ｂｉ，Ｆｅ等の不純
物が０.１％ 以下若干含まれている。
【０００９】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明に係る
パワートランジスタの断面図及び図２はその斜視図であ
る。
パワートランジスタの断面図及び図２はその斜視図であ
る。
【００１０】図１，図２において、１は放熱基板を兼ね
た銅合金製リードフレーム、４はシリコン素子である半
導体素子であり、銅リードフレーム１は半導体素子４の
放熱効果を上げるため、引き出しリード側８とは厚みを
異にする異厚材となっている。２は半導体素子４を取り
付けるための半田、７は半導体素子４に電流を流すワイ
ヤリードで通常アルミ線が使用される。５はモールドさ
れた樹脂である。図１のリードフレーム１は図２に示す
ごとく、引き出しリード側８は数本に分かれており、端
子となるが、その先端は予めダイバー部として整列固定
されている。図１，図２はそのダイバー部を切り落とし
た形状である。
た銅合金製リードフレーム、４はシリコン素子である半
導体素子であり、銅リードフレーム１は半導体素子４の
放熱効果を上げるため、引き出しリード側８とは厚みを
異にする異厚材となっている。２は半導体素子４を取り
付けるための半田、７は半導体素子４に電流を流すワイ
ヤリードで通常アルミ線が使用される。５はモールドさ
れた樹脂である。図１のリードフレーム１は図２に示す
ごとく、引き出しリード側８は数本に分かれており、端
子となるが、その先端は予めダイバー部として整列固定
されている。図１，図２はそのダイバー部を切り落とし
た形状である。
【００１１】半導体素子４は熱伝導率の高い銅材である
リードフレーム１に半田２により融着され、つぎにアル
ミ線からなるワイヤリード７を通常超音波により半導体
素子４に接合し、エポキシ樹脂５によりモールドパッケ
ージされる。
リードフレーム１に半田２により融着され、つぎにアル
ミ線からなるワイヤリード７を通常超音波により半導体
素子４に接合し、エポキシ樹脂５によりモールドパッケ
ージされる。
【００１２】放熱基板となるリードフレーム１はＣｕ合
金にＮｉめっきが施されたものが用いられる。
金にＮｉめっきが施されたものが用いられる。
【００１３】本実施例においては放熱基板となるリード
フレーム１に半導体素子４をマウントする際に、半田材
２にその組成が重量でＳｎ２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜
５％，Ｃｕ及びＮｉの少なくとも一方を０.１〜１％ ，
Ｐ０.００５〜０.５％及び残部Ｐｂより構成される半田
材を用いた点にある。半田材にＣｕ及びＮｉを配合する
ことにより、Ｃｕ−ＳｎあるいはＮｉ−Ｓｎの金属間化
合物粒子が放熱基板と半導体ペレットの間に介在するた
め、所望の半田厚が確保でき、トランジスタの熱サイク
ルによる熱疲労を吸収できる。この構造では放熱基板に
Ｃｕ合金材及びＣｕ合金材にＮｉめっきが施されたもの
が用いられる。
フレーム１に半導体素子４をマウントする際に、半田材
２にその組成が重量でＳｎ２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜
５％，Ｃｕ及びＮｉの少なくとも一方を０.１〜１％ ，
Ｐ０.００５〜０.５％及び残部Ｐｂより構成される半田
材を用いた点にある。半田材にＣｕ及びＮｉを配合する
ことにより、Ｃｕ−ＳｎあるいはＮｉ−Ｓｎの金属間化
合物粒子が放熱基板と半導体ペレットの間に介在するた
め、所望の半田厚が確保でき、トランジスタの熱サイク
ルによる熱疲労を吸収できる。この構造では放熱基板に
Ｃｕ合金材及びＣｕ合金材にＮｉめっきが施されたもの
が用いられる。
【００１４】以下に本発明によるダイボンディング用半
田とそれを用いた半導体装置の試験結果について述べ
る。
田とそれを用いた半導体装置の試験結果について述べ
る。
【００１５】Ｐｂ−５％Ｓｎ−２.５％ Ａｇからなる半
田材にＮｉ及びＰを表１に示す組成に配合し、黒鉛ルツ
ボに入れ、高周波誘導加熱炉にて大気中で溶解した後、
鋳型に鋳込み鋳塊とした。その鋳塊から、押し出し加
工，圧延加工，打ち抜き加工を経て、最終的に圧延，切
断加工により、縦，横４mm，厚さ０.１mm の半田テープ
を得た。これらの半田テープをＣｕ合金材及びＣｕ合金
材にＮｉめっきが施された放熱基板と半導体ペレットの
間に介在させ、３８０℃程度で加熱してマウントして前
述した半導体装置を製作した。これらの半導体装置のマ
ウント時の半田濡れ性試験と半導体装置を１５０℃に加
熱し、常温まで冷却する熱サイクル試験を１０００回繰
り返す熱疲労試験を行い、各々における半田濡れ性と半
田接合部のクラック発生状況を調べた。その結果を表１
に示す。
田材にＮｉ及びＰを表１に示す組成に配合し、黒鉛ルツ
ボに入れ、高周波誘導加熱炉にて大気中で溶解した後、
鋳型に鋳込み鋳塊とした。その鋳塊から、押し出し加
工，圧延加工，打ち抜き加工を経て、最終的に圧延，切
断加工により、縦，横４mm，厚さ０.１mm の半田テープ
を得た。これらの半田テープをＣｕ合金材及びＣｕ合金
材にＮｉめっきが施された放熱基板と半導体ペレットの
間に介在させ、３８０℃程度で加熱してマウントして前
述した半導体装置を製作した。これらの半導体装置のマ
ウント時の半田濡れ性試験と半導体装置を１５０℃に加
熱し、常温まで冷却する熱サイクル試験を１０００回繰
り返す熱疲労試験を行い、各々における半田濡れ性と半
田接合部のクラック発生状況を調べた。その結果を表１
に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１に示す様に、ＮｉとＰを含まないもの
は半田濡れ性が良いが、クラックが発生する。これにＮ
ｉを含有させることによりクラッチの発生はなくなる
が、半田濡れ性が悪くなる。更に、Ｐが０.７％ と高
く、更にＮｉが１.５％ と高いものは半田濡れ性が悪く
なること、また、Ｎｉが１.５％と高くなっても、０.０
５％と低くなってもクラックが発生してしまう。
は半田濡れ性が良いが、クラックが発生する。これにＮ
ｉを含有させることによりクラッチの発生はなくなる
が、半田濡れ性が悪くなる。更に、Ｐが０.７％ と高
く、更にＮｉが１.５％ と高いものは半田濡れ性が悪く
なること、また、Ｎｉが１.５％と高くなっても、０.０
５％と低くなってもクラックが発生してしまう。
【００１８】（実施例２）実施例１に代えてＰｂ−５％
Ｓｎ−２.５％ Ａｇからなる半田材にＣｕ及びＰを表２
に示す組成に配合し、黒鉛ルツボに入れ、高周波誘導加
熱炉にて大気中で溶解した後、鋳型に鋳込み鋳塊とし
た。その鋳塊から、押し出し加工，圧延加工，打ち抜き
加工を経て、最終的に圧延，切断加工により、縦，横４
mm，厚さ0.1mmの半田テープを得た。これらの半田テー
プをＣｕ合金材及びＣｕ合金材にＮｉめっきが施された
放熱基板と半導体ペレットの間に介在させ、３８０℃程
度で加熱してマウントして半導体装置を製作した。これ
らの半導体装置のマウント時の半田濡れ性試験と半導体
装置を１５０℃に加熱し、常温まで冷却する熱サイクル
試験を１０００回繰り返す熱疲労試験を行い、各々にお
ける半田濡れ性及び半田接合部のクラック発生状況を調
べた。その結果を表２に示す。
Ｓｎ−２.５％ Ａｇからなる半田材にＣｕ及びＰを表２
に示す組成に配合し、黒鉛ルツボに入れ、高周波誘導加
熱炉にて大気中で溶解した後、鋳型に鋳込み鋳塊とし
た。その鋳塊から、押し出し加工，圧延加工，打ち抜き
加工を経て、最終的に圧延，切断加工により、縦，横４
mm，厚さ0.1mmの半田テープを得た。これらの半田テー
プをＣｕ合金材及びＣｕ合金材にＮｉめっきが施された
放熱基板と半導体ペレットの間に介在させ、３８０℃程
度で加熱してマウントして半導体装置を製作した。これ
らの半導体装置のマウント時の半田濡れ性試験と半導体
装置を１５０℃に加熱し、常温まで冷却する熱サイクル
試験を１０００回繰り返す熱疲労試験を行い、各々にお
ける半田濡れ性及び半田接合部のクラック発生状況を調
べた。その結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】表２に示す様に、Ｃｕ量及びＰ量の効果は
Ｎｉ量とＰ量との関係とほぼ同様であった。
Ｎｉ量とＰ量との関係とほぼ同様であった。
【００２１】（実施例３）実施例１と同様にＰｂ−５％
Ｓｎ−２.５％ Ａｇからなる半田材にＮｉ，Ｃｕ及びＰ
を表３に示す組成に配合し、黒鉛ルツボに入れ、高周波
誘導加熱炉にて大気中で溶解した後、鋳型に鋳込み鋳塊
とした。その鋳塊から、押し出し加工，圧延加工，打ち
抜き加工を経て、最終的に圧延，切断加工により、縦，
横４mm，厚さ０.１mm の半田テープを得た。これらの半
田テープをＣｕ合金材及びＣｕ合金材にＮｉめっきが施
された放熱基板と半導体ペレットの間に介在させ、３８
０℃程度で加熱してマウントして半導体装置を製作し
た。これらの半導体装置のマウント時の半田濡れ性試験
及び半導体装置を１５０℃に加熱し、常温まで冷却する
熱サイクル試験を１０００回繰り返す熱疲労試験を行
い、各々における半田濡れ性及び半田接合部のクラック
発生状況を調べた。その結果を表３に示す。
Ｓｎ−２.５％ Ａｇからなる半田材にＮｉ，Ｃｕ及びＰ
を表３に示す組成に配合し、黒鉛ルツボに入れ、高周波
誘導加熱炉にて大気中で溶解した後、鋳型に鋳込み鋳塊
とした。その鋳塊から、押し出し加工，圧延加工，打ち
抜き加工を経て、最終的に圧延，切断加工により、縦，
横４mm，厚さ０.１mm の半田テープを得た。これらの半
田テープをＣｕ合金材及びＣｕ合金材にＮｉめっきが施
された放熱基板と半導体ペレットの間に介在させ、３８
０℃程度で加熱してマウントして半導体装置を製作し
た。これらの半導体装置のマウント時の半田濡れ性試験
及び半導体装置を１５０℃に加熱し、常温まで冷却する
熱サイクル試験を１０００回繰り返す熱疲労試験を行
い、各々における半田濡れ性及び半田接合部のクラック
発生状況を調べた。その結果を表３に示す。
【００２２】
【表３】
【００２３】表３で明らかなように、ＮｉとＣｕの配合
量が各々０.１ｗｔ％ 未満あるいは１ｗｔ％を越えると
マウント時の半田濡れ性及び接合部のクラック発生のい
ずれかに問題が生じる。また、ＮｉとＣｕの配合量の和
が０.１ｗｔ％ 未満あるいは１ｗｔ％を越えると同じよ
うにマウント時の半田濡れ性及び接合部のクラック発生
のいずれかに問題が生じる。したがって、ＮｉとＣｕの
配合量及びＮｉとＣｕの配合量の和は０.１〜１ｗｔ％
が適当である。また、Ｐを添加したものはマウント時の
半田濡れ性に効果がみられ、その最適濃度範囲は０.０
０５〜０.５wt％の範囲である。
量が各々０.１ｗｔ％ 未満あるいは１ｗｔ％を越えると
マウント時の半田濡れ性及び接合部のクラック発生のい
ずれかに問題が生じる。また、ＮｉとＣｕの配合量の和
が０.１ｗｔ％ 未満あるいは１ｗｔ％を越えると同じよ
うにマウント時の半田濡れ性及び接合部のクラック発生
のいずれかに問題が生じる。したがって、ＮｉとＣｕの
配合量及びＮｉとＣｕの配合量の和は０.１〜１ｗｔ％
が適当である。また、Ｐを添加したものはマウント時の
半田濡れ性に効果がみられ、その最適濃度範囲は０.０
０５〜０.５wt％の範囲である。
【００２４】（実施例４）実施例１で得た本発明のダイ
ボンディンク用半田を用いた半導体装置（パワートラン
ジスタ）の信頼性を評価した。これは、ＰＮ接合部と室
温との温度差が１００℃になる条件下でトランジスタの
ベース，エミッタ間に電圧を印加して断続動作させ、熱
抵抗を測定してその変化（△ＶBE）を測定して寿命の判
定を行った。その結果を図３に示す。同図において横軸
は断続動作回数、縦軸はトランジスタの動作停止後一定
時間における△ＶBEの変化率であり、初期値から１.３
倍以上変化した場合故障と判定する。図から明らかなよ
うに、従来の半田（Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ−２.５ｗｔ％
Ａｇ)を用いたパワートランジスタが約５０００回の断
続動作で故障するのに対し、本発明の半田(Ｐｂ−５ｗ
ｔ％Ｓｎ−２.５ｗｔ％Ａｇ−０.５ｗｔ％Ｃｕ−０.１
ｗｔ％Ｐ）を用いたパワートランジスタは30000回と６
倍以上の伸びを示した。なお、本発明の半田でＮｉを配
合したもの及びＮｉとＣｕの両方を適量配合したものも
同じ傾向を示した。本試験後の試料を断面研磨して半田
接合部を観察した。その結果、溶融した半田中にＮｉ−
ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物粒子が半導体ペ
レットの下方部分に集中して存在することが確認され
た。このことは本発明の半田テープを使用して放熱基板
上に半導体ペレットをマウントした場合、その半田中に
分散したＮｉ−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物
粒子が放熱基板と半導体ペレット間に介在するため、そ
の微小粒子でもって、半田の厚みを所定値に規制できた
ためと考えられる。
ボンディンク用半田を用いた半導体装置（パワートラン
ジスタ）の信頼性を評価した。これは、ＰＮ接合部と室
温との温度差が１００℃になる条件下でトランジスタの
ベース，エミッタ間に電圧を印加して断続動作させ、熱
抵抗を測定してその変化（△ＶBE）を測定して寿命の判
定を行った。その結果を図３に示す。同図において横軸
は断続動作回数、縦軸はトランジスタの動作停止後一定
時間における△ＶBEの変化率であり、初期値から１.３
倍以上変化した場合故障と判定する。図から明らかなよ
うに、従来の半田（Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ−２.５ｗｔ％
Ａｇ)を用いたパワートランジスタが約５０００回の断
続動作で故障するのに対し、本発明の半田(Ｐｂ−５ｗ
ｔ％Ｓｎ−２.５ｗｔ％Ａｇ−０.５ｗｔ％Ｃｕ−０.１
ｗｔ％Ｐ）を用いたパワートランジスタは30000回と６
倍以上の伸びを示した。なお、本発明の半田でＮｉを配
合したもの及びＮｉとＣｕの両方を適量配合したものも
同じ傾向を示した。本試験後の試料を断面研磨して半田
接合部を観察した。その結果、溶融した半田中にＮｉ−
ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物粒子が半導体ペ
レットの下方部分に集中して存在することが確認され
た。このことは本発明の半田テープを使用して放熱基板
上に半導体ペレットをマウントした場合、その半田中に
分散したＮｉ−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物
粒子が放熱基板と半導体ペレット間に介在するため、そ
の微小粒子でもって、半田の厚みを所定値に規制できた
ためと考えられる。
【００２５】（実施例５）実施例１〜３に記載の半田は
圧延によって必要の厚さのテープに製造され、巻回され
る。そして使用時に必要な長さに短冊状に切断し、その
上で短冊状の半田部材を更に引き抜き加工によりより薄
いテープ状に成形される。これにより、所定の厚みを有
する半田テープが製作され、半導体素子の平面形状と同
じ形状に切断して、それを半導体素子を接合する部分に
真空チャックを使って載置し、その上に素子を同様に載
置して半田を溶融することによりダイボンディングされ
る。なお、ＮｉとＣｕの少なくとも一方は前述の金属間
化合物が形成される含有量となる。
圧延によって必要の厚さのテープに製造され、巻回され
る。そして使用時に必要な長さに短冊状に切断し、その
上で短冊状の半田部材を更に引き抜き加工によりより薄
いテープ状に成形される。これにより、所定の厚みを有
する半田テープが製作され、半導体素子の平面形状と同
じ形状に切断して、それを半導体素子を接合する部分に
真空チャックを使って載置し、その上に素子を同様に載
置して半田を溶融することによりダイボンディングされ
る。なお、ＮｉとＣｕの少なくとも一方は前述の金属間
化合物が形成される含有量となる。
【００２６】（実施例６）図４はパワートランジスタの
製造方法の半導体チップのボンディング工程であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）はその一部分の断面図である。
半導体装置の製造工程における前工程においてパワート
ランジスタ素子を作り込まれたウエハはダイシング工程
で個々のペレットに分断され半導体素子４となる。分断
された半導体素子４はピックアップ工程においてコレッ
ト６に真空吸着されてピックアップされる。ピックアッ
プされた半導体素子４はコレット６が適当な移動装置に
よって移動されることにより、ペレットボンディング工
程へ供給される。コレット６の構造は下面が開放され上
面が閉塞されたペレット保持体の上面に通気管９が接続
されており、通気管９は図示外の真空源に接続されてい
る。そして、真空吸着により、半導体素子４はコレット
保持体の下面に吸着保持される。このとき、コレット６
による半導体素子４の吸着はコレット６の下面の下方に
チップが若干突出した状態とする。ペレットボンディン
グは半導体素子４を真空吸着したコレット６が移動装置
によってリードフレーム１へ移送され、リードフレーム
上に配置された溶融した半田上に押し付けて半田付けさ
れる。このときの押し付け荷重により、溶融した半田が
四方に逃げるため、従来半田では所望の半田厚さが確保
できないが、本発明の半田材を用いることにより半導体
素子４を半田付け(マウント)すると、半田中に分散した
Ｎｉ−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物粒子がリ
ードフレーム１と半導体素子４の間に介在するため、そ
の微小粒子でもって半田の厚みを所定値に規制すること
ができた。
製造方法の半導体チップのボンディング工程であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）はその一部分の断面図である。
半導体装置の製造工程における前工程においてパワート
ランジスタ素子を作り込まれたウエハはダイシング工程
で個々のペレットに分断され半導体素子４となる。分断
された半導体素子４はピックアップ工程においてコレッ
ト６に真空吸着されてピックアップされる。ピックアッ
プされた半導体素子４はコレット６が適当な移動装置に
よって移動されることにより、ペレットボンディング工
程へ供給される。コレット６の構造は下面が開放され上
面が閉塞されたペレット保持体の上面に通気管９が接続
されており、通気管９は図示外の真空源に接続されてい
る。そして、真空吸着により、半導体素子４はコレット
保持体の下面に吸着保持される。このとき、コレット６
による半導体素子４の吸着はコレット６の下面の下方に
チップが若干突出した状態とする。ペレットボンディン
グは半導体素子４を真空吸着したコレット６が移動装置
によってリードフレーム１へ移送され、リードフレーム
上に配置された溶融した半田上に押し付けて半田付けさ
れる。このときの押し付け荷重により、溶融した半田が
四方に逃げるため、従来半田では所望の半田厚さが確保
できないが、本発明の半田材を用いることにより半導体
素子４を半田付け(マウント)すると、半田中に分散した
Ｎｉ−ＳｎあるいはＣｕ−Ｓｎの金属間化合物粒子がリ
ードフレーム１と半導体素子４の間に介在するため、そ
の微小粒子でもって半田の厚みを所定値に規制すること
ができた。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、半田部材内に分散した
微小な金属間化合物粒子が含有されることにより、放熱
基板上に半田部材を介して半導体ペレットをマウントし
た際、その放熱基板と半導体素子間に半田部材内の微小
粒子が介在することになり、その粒子でもって半田部材
の所望の厚みを確保することが可能となり、半導体装置
の信頼性が大幅に向上する。更に、本発明に用いられる
半田材は従来の半田材と同様の取り扱い性を確保する一
方で接着強度が増し、信頼性が飛躍的に向上する。
微小な金属間化合物粒子が含有されることにより、放熱
基板上に半田部材を介して半導体ペレットをマウントし
た際、その放熱基板と半導体素子間に半田部材内の微小
粒子が介在することになり、その粒子でもって半田部材
の所望の厚みを確保することが可能となり、半導体装置
の信頼性が大幅に向上する。更に、本発明に用いられる
半田材は従来の半田材と同様の取り扱い性を確保する一
方で接着強度が増し、信頼性が飛躍的に向上する。
【図１】本発明の半導体装置の断面図。
【図２】本発明の半導体装置の斜視図。
【図３】本発明の半導体装置の断続動作試験結果を示す
特性図。
特性図。
【図４】本発明の半田テープを使用した半導体ペレット
のマウント状態を示す平面図と断面図。
のマウント状態を示す平面図と断面図。
１…リードフレーム、２…半田、４…半導体素子、６…
コレット、７…ワイヤリード。
コレット、７…ワイヤリード。
Claims (6)
- 【請求項１】重量で、Ｓｎ２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜
５％，Ｃｕ０.１〜１％，Ｐ0.005〜０.５％ を含み、残
部が８０％以上のＰｂから成ることを特徴とする半導体
ダイボンディング用半田。 - 【請求項２】重量で、Ｓｎ２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜
５％，Ｎｉ０.１〜１％，Ｐ0.005〜０.５％ を含み、残
部が８０％以上のＰｂから成ることを特徴とする半導体
ダイボンディング用半田。 - 【請求項３】重量で、Ｓｎ２.５〜１０％，Ａｇ０.５〜
５％，ＣｕとＮｉの和が０.１〜１％，Ｐ０.００５〜
０.５％を含み、残部が８０％以上のＰｂから成ること
を特徴とする半導体ダイボンディング用半田。 - 【請求項４】半田内部にＮｉ−Ｓｎ又はＣｕ−Ｓｎ金属
間化合物が分散したことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の半導体ダイボンディング用半田。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の半田より
なることを特徴とする半導体ダイボンディング用テー
プ。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の半導体ダ
イボンディング用半田によって放熱基板となるリードフ
レーム上に半導体素子が接合され、前記リードフレーム
の外部端子となる部分を除き前記リードフレーム及び前
記半導体素子が樹脂によって被われていることを特徴と
する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10155583A JPH11347785A (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 半導体ダイボンディング用半田とそのテープ及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10155583A JPH11347785A (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 半導体ダイボンディング用半田とそのテープ及び半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11347785A true JPH11347785A (ja) | 1999-12-21 |
Family
ID=15609225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10155583A Pending JPH11347785A (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 半導体ダイボンディング用半田とそのテープ及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11347785A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103262645A (zh) * | 2011-05-10 | 2013-08-21 | 法国圣戈班玻璃厂 | 具有电连接元件的窗玻璃 |
| US10355378B2 (en) | 2011-05-10 | 2019-07-16 | Saint-Gobain Glass France | Pane having an electrical connection element |
| CN112157257A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-01 | 中国科学院电工研究所 | 一种强韧一体性Cu/Sn/Ag焊接材料原位增韧方法 |
| CN112997284A (zh) * | 2018-11-08 | 2021-06-18 | 三菱电机株式会社 | 接合结构体、半导体装置及其制造方法 |
| US11217907B2 (en) | 2011-05-10 | 2022-01-04 | Saint-Gobain Glass France | Disk having an electric connecting element |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP10155583A patent/JPH11347785A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103262645A (zh) * | 2011-05-10 | 2013-08-21 | 法国圣戈班玻璃厂 | 具有电连接元件的窗玻璃 |
| JP2014519150A (ja) * | 2011-05-10 | 2014-08-07 | サン−ゴバン グラス フランス | 電気的な接続素子を備えているガラス板 |
| US10305239B2 (en) | 2011-05-10 | 2019-05-28 | Saint-Gobain Glass France | Pane comprising an electrical connection element |
| US10355378B2 (en) | 2011-05-10 | 2019-07-16 | Saint-Gobain Glass France | Pane having an electrical connection element |
| US11217907B2 (en) | 2011-05-10 | 2022-01-04 | Saint-Gobain Glass France | Disk having an electric connecting element |
| US11456546B2 (en) | 2011-05-10 | 2022-09-27 | Saint-Gobain Glass France | Pane having an electrical connection element |
| CN112997284A (zh) * | 2018-11-08 | 2021-06-18 | 三菱电机株式会社 | 接合结构体、半导体装置及其制造方法 |
| CN112157257A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-01 | 中国科学院电工研究所 | 一种强韧一体性Cu/Sn/Ag焊接材料原位增韧方法 |
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