焊料合金和使用其的接合结构体制造技术

一种焊料合金，其中，Sb的含有率为3wt％以上且30wt％以下，Te的含有率为0.01wt％以上且1.5wt％以下，Au的含有率为0.005wt％以上且1wt％以下，所述焊料合金包含Ag和Cu中的至少一者，Ag和Cu中的至少一者的含有率为0.1wt％以上且20wt％以下，并且Ag与Cu的含有率之和为0.1wt％以上且20wt％以下，余量为Sn。

Solder alloys and bonding structures using them

A solder alloy in which the content of Sb is more than 3wt% and less than 30wt%, Te is more than 0.01wt% and less than 1.5wt%, Au is more than 0.005wt% and less than 1wt%. The solder alloy contains at least one of Ag and Cu, and at least one of Ag and Cu is more than 0.1wt% and 20wt%. The sum of Ag and Cu content is more than 0.1wt% and less than 20wt%, and the remainder is Sn.

【技术实现步骤摘要】
焊料合金和使用其的接合结构体
本专利技术涉及用于电源模块等的焊料合金和使用其的接合结构体。
技术介绍
作为现有的焊料合金和使用其的接合结构体，例如日本特许第4147875号中记载了一种钎料和使用该钎料组装而成的半导体装置，所述钎料的特征在于，其包含5质量％以上且20质量％以下的Sb、0.01质量％以上且5质量％以下的Te，余量由Sn、任意的添加物和不可避免的杂质组成。
技术实现思路
日本特许第4147875号中记载的焊料合金通过向Sn中添加Te、Ag、Cu、Fe、Ni而提高了接合可靠性，但其温度循环试验仅实施到500个循环。因此，就需要能够耐受1000个循环以上的温度循环试验这一程度的可靠性的车载等目的而言，其接合可靠性有可能不充分。本专利技术是为了解决上述现有课题而进行的，其目的在于，提供使焊料接合部的耐裂纹性提高、实现高可靠性的焊料合金。本专利技术的焊料合金中，Sb的含有率为3wt％以上且30wt％以下，Te的含有率为0.01wt％以上且1.5wt％以下，Au的含有率为0.005wt％以上且1wt％以下，Ag和Cu中的至少一种元素的含有率为0.1wt％以上且20wt％以下，并且，Ag与Cu的含有率之和为0.1wt％以上且20wt％以下，余量为Sn。根据本专利技术，可提供使焊料接合部的耐裂纹性提高、实现高可靠性的焊料合金、以及使用其的接合结构体。附图说明图1是本专利技术的一个实施方式中的接合结构体的制造方法的说明图。图2是本专利技术的一个实施方式中的接合结构体的说明图。具体实施方式在说明实施方式之前，先简单说明现有的问题点。日本特许第4147875号中记载的焊料合金通过向Sn中添加Te、Ag、Cu、Fe、Ni而提高了接合可靠性，但其温度循环试验仅实施到500个循环。因此，就需要能够耐受1000个循环以上的温度循环试验这一程度的可靠性的车载等目的而言，其接合可靠性有可能不充分。本专利技术是为了解决上述现有课题而进行的，其目的在于，提供使焊料接合部的耐裂纹性提高、实现高可靠性的焊料合金。本专利技术的焊料合金中，Sb的含有率为3wt％以上且30wt％以下，Te的含有率为0.01wt％以上且1.5wt％以下，并且，Au的含有率为0.005wt％以上且1wt％以下，所述焊料合金包含Ag和Cu中的至少一者，Ag和Cu中的至少一者的含有率为0.1wt％以上且20wt％以下，并且，Ag与Cu的含有率之和为0.1wt％以上且20wt％以下，余量为Sn。本说明书中，“含有率”是指各元素的重量相对于焊料合金整体的重量的比例，使用wt％(重量百分比)的单位来表示。本说明书中，“焊料合金”是指：在其金属组成实质上由列举的金属构成的条件下，也可以包含不可避免地混入的微量金属(例如小于0.005wt％)。焊料合金可以具有任意的形态，例如可以单独用于焊接，或者与除了金属之外的其它成分(例如助焊剂等)一同用于焊接。本专利技术的焊料合金中，以具有规定含有率的方式添加了Te，因此因Te在Sn中固溶而发生伸长率的提高。进而，本专利技术的焊料合金中，以具有规定含有率的方式添加了Te和Au这两者，因此在高温下，离子半径不同的Au与固溶于Sn的Te复杂地进行置换，并产生位错，从而发生高温下的伸长率的提高。因此，本专利技术的焊料合金与仅添加Te的SnSb系焊料相比，具有高温下的更优异的伸长率。由此，能够吸收在热循环时产生的反复应力，从而能够实现接合结构体的高可靠性。此外，本专利技术的焊料合金包含Ag和Cu中的至少一者，因此析出Ag与Sn的金属间化合物或者Cu与Sn的金属间化合物。由于金属间化合物析出而使接合强度提高，能够实现接合结构体的高可靠性。一个实施方式的接合结构体中，半导体元件与电路基板借助焊料接合层进行了接合，所述焊料接合层包含Sb、Te、Au、选自Ag和Cu中的至少一者、以及Sn，在半导体元件的金属层与焊料接合层的界面处、以及电路基板的镀层与焊料接合层的界面处形成有SnNi合金或SnCu合金。由于上述实施方式的接合结构体的焊料接合层包含Te和Au，因此高温和室温下的伸长率得以改善，热循环中的耐裂纹性优异。因此，本专利技术的接合结构体可实现高可靠性。以下，针对本专利技术的焊料合金的实施方式，使用附图进行说明。<焊料合金105>焊料合金105是包含Sb、Te、Au、选自Ag和Cu中的至少一者，且余量为Sn的合金。焊料合金105中的Sb的含有率为3wt％以上且30wt％以下。通过使焊料合金中的Sb的含有率处于这样的范围，能够改善焊料接合部的热疲劳特性。此外，通过使焊料合金105中的Sb的含有率为15wt％以上且30wt％以下，能够有效地发生Sb在Sn中的固溶，能够有效地改善焊料合金105的强度和伸长率。焊料合金105中的Te的含有率为0.01wt％以上且1.5wt％以下，Au的含有率为0.005wt％以上且1wt％以下，余量为Sn。此处，焊料合金105中的Au也可通过对包含Sb、Te、选自Ag和Cu中的至少一者且余量为Sn的焊料合金105的表面实施镀敷来提供。这种情况下，在焊料合金105熔融时，Au熔入至焊料合金105。本专利技术的焊料合金中，以具有规定含有率的方式添加了Te和Au这两者，因此在高温下，离子半径不同的Au与固溶于Sn的Te复杂地进行置换，并产生位错，由此产生高温下的伸长率的提高。因此，本专利技术的焊料合金与仅添加Te的SnSb系焊料相比，具有高温下的更优异的伸长率。因此，能够吸收在热循环时产生的反复应力，使耐裂纹性提高，从而能够实现接合结构体的高可靠性。此外，焊料合金105中的选自Ag和Cu中的至少一者的含有率为0.1wt％以上且20wt％以下，更优选为1wt％以上且15wt％以下，并且Ag与Cu的含有率之和处于0.1wt％以上且20wt％以下的范围。通过使Ag和Cu中的至少一者的含有率为0.1wt％以上且20wt％以下，能够使Ag与Sn的金属间化合物或者Cu与Sn的金属间化合物有效地析出。由此，能够提高焊料合金的接合强度，能够实现接合结构体的高可靠性。此外，通过使Ag和Cu中的至少一者处于这样的范围，Ag与Sn的金属间化合物或者Cu与Sn的金属间化合物促进固溶于Sn的Te、Sb和Au等的转移，因此与仅添加Te的情况相比，能够提高焊料合金在高温下的伸长率。此外，通过使Ag和Cu中的至少一者处于这样的范围，会析出Ag与Sn的金属间化合物Ag3Sn或者Cu与Sn的金属间化合物Cu6Sn5，因此能够提高高温下的强度、提高耐裂纹性。焊料合金105的尺寸可因所制造的接合结构体而异，例如可以使用10mm见方、具有0.05mm以上且0.5mm以下的厚度的焊料合金105。通过使焊料合金105的厚度为0.5mm以下，所形成的焊料接合部的热阻不会变高，能够使半导体元件101的热高效地逸散。通过使焊料合金105的厚度为0.05mm以上，能够抑制焊料接合时产生空隙，能够降低焊料接合部的热阻。接下来，针对本专利技术的实施方式的接合结构体，使用附图进行说明。<半导体元件101>图1中，半导体元件101包含：硅芯片102、形成于硅芯片102的下表面的电阻层103、以及形成于电阻层103的下表面的金属层104。从制造容易性出发，硅芯片102优选纵向长度为10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料合金，其中，Sb的含有率为3wt％以上且30wt％以下，Te的含有率为0.01wt％以上且1.5wt％以下，Au的含有率为0.005wt％以上且1wt％以下，所述焊料合金包含Ag和Cu中的至少一者，Ag和Cu中的至少一者的含有率为0.1wt％以上且20wt％以下，并且Ag与Cu的含有率之和为0.1wt％以上且20wt％以下，余量为Sn。

【技术特征摘要】
2017.05.11 JP 2017-0949711.一种焊料合金，其中，Sb的含有率为3wt％以上且30wt％以下，Te的含有率为0.01wt％以上且1.5wt％以下，Au的含有率为0.005wt％以上且1wt％以下，所述焊料合金包含Ag和Cu中的至少一者，Ag和Cu中的至少一者的含有率为0.1wt％以上且20wt％以下，并且Ag与Cu的含有率之和为0.1wt％以上且20wt％以下，余量为Sn。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井一树，古泽彰男，北浦秀敏，日根清裕，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP