焊料合金、以及焊料接头制造技术

本发明专利技术提供拉伸强度较高、能够抑制Ni侵蚀并且抑制接合界面的气孔的产生的焊料合金、以及焊料接头。焊料合金以质量％计具有Ag为1％～4％、Cu为0.1％～1.0％、Ni为0.005％～0.09％、Co为0.0025％～0.1％、P为0.001％～0.015％、以及余量由Sn构成的合金组分，合金组分满足下述(1)式。0.00020＜(Ni/Co)×(1/Ag)×P＜0.025(1)。在上述(1)式中，Ni、P、Ag以及Co分别表示合金组分的含量(质量％)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊料合金、以及焊料接头
本专利技术涉及具有较高的拉伸强度、并且抑制Ni侵蚀以及接合界面的气孔(void)的产生的焊料合金、以及焊料接头。
技术介绍
近年来，对电子设备要求高集成化、大容量化、高速化。例如使用QFP(QuadFlatPackage，方型扁平式封装)等半导体封装，实现半导体芯片级的高集成化、高功能化。在QFP的制造中，采用了将从硅晶圆切割出的硅片在引线架进行贴片(diebonding)的封装工艺。在对BGA(BallGridArray，球栅阵列)那样的微小电极进行接合的QFP中，利用焊料合金将硅片和引线架进行贴片而形成焊料接头。在硅片中，为了改善与焊料的润湿性并提高粘附强度，例如在最外层形成具备Ni层的背衬金属(backmetal)。不过，若最外层的Ni层与熔融焊料接触，则Ni层熔融在熔融焊料中而产生Ni侵蚀。在此，通常在背衬金属中，为了抑制Ni向硅片扩散，而形成Ti等的屏障层。若Ni侵蚀不断深入而Ti层露出，则由于焊料合金向Ti的润湿性非常差，因此背衬金属排斥润湿熔融焊料。另外，即使Ni层残存极少，Ni原子也向熔融焊料中扩散并且Ti也基本不在Ni中扩散。因此，在作为屏障层的Ti层与Ni层的界面处气孔以原子级增加，残存极少的Ni层和与Ti层的界面的粘附强度降到极低。其结果是，贴片后的接合部在耐冲击性、耐热循环性方面变差。这样，使背衬金属的Ni层残存对于贴片是极重要的。此外，一直以来广泛使用Sn-Ag-Cu焊料合金，在贴片中也有所应用。不过，在使用了该焊料合金的情况下，在近年来的各种的要求中，产生了改善耐热循环性、耐冲击性、耐变色性的需要。因此，关于一直以来被广泛使用的Sn-Ag-Cu焊料合金，为了改善这些特性而进行了各种的研究。例如在专利文献1中，公开了在Sn-Ag-Cu焊料合金中作为任意元素而含有Co、Ni并且作为选择性必要元素而含有P等的焊料合金。公开了该焊料合金在含有Co、Ni的情况下表现出耐热循环性，在含有P的情况下表现出耐冲击性、耐变色性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第4144415号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题如上所述，专利文献1中公开的焊料合金是能够同时发挥耐冲击性、耐变色性、以及耐热循环性三种效果的优质合金。不过，可以认为在合金设计上还有进一步的改善的余地。在专利文献1的实施例4中，公开了在Sn-Ag-Cu焊料合金中同时含有P、Co、以及Ni的合金组分。而且，在专利文献1的实施例14中，公开了与实施例4相比较而不含有Co的合金组分。在此，在专利文献1中，如前所述记载有Co、Ni是为了表现出耐热循环性而最好含有的任意元素。这样一来，可以认为同时含有Ni以及Co的两元素的实施例4与仅含有Ni的实施例14相比而耐热循环性得以提高。然而，实施例4和实施例14表现为耐热循环性相同的结果。可以认为这是实施例14的Cu含量为实施例4的1/10、实施例14含有Sb所引起的。另外，在专利文献1中，记载有Ag是提高焊接性的元素，其意图通过熔融焊料充分地润湿开来而表现出较高的耐冲击性。然而，比实施例4含有更多Ag的实施例3在耐冲击性方面变差。可以认为这是由于实施例3与实施例4相比较而P含量较多、并且不含有Co所引起的。在焊料合金中，尽管各元素存在固有的添加意义，但焊料合金是将全部的构成元素组合而成的一体的物质，且各构成元素相互产生影响，因此需要作为整体而平衡性良好地含有构成元素。在专利文献1记载的焊料合金中，各构成元素的含量分别被个别优化，可以认为在专利文献1的申请时为了得到专利文献1中记载的效果是足够的。不过，在想要在具有同样的构成元素的焊料合金中提高其他特性以能够应对近年来的要求的情况下，需要在对各构成元素的含量逐个优化的基础上，进一步地平衡性良好地含有构成元素。在专利文献1记载的专利技术中，虽然进行了假定BGA那样的微小电极的情况下的合金设计，但由于即使在用作接合面积较大的贴片的情况下也无法忽略外部应力导致的断裂，因此希望提高焊料合金本身的强度。另外，在如贴片那样进行接合面积较大的焊接的情况下，要求在抑制Ni侵蚀、Ni的扩散的基础上，还抑制在接合界面产生气孔。这样，由于近年来的电子设备的高集成化、大容量化、高速化，需要不仅能够应用于BGA所采用的贴片、而且还能够应用于QFP所采用的贴片中的焊料合金。本专利技术的问题在于，提供拉伸强度较高、能够抑制Ni侵蚀并且抑制接合界面的气孔的产生的焊料合金、以及焊料接头。用于解决问题的手段焊料合金由两种以上的元素构成，各自单独的效果也会对焊料合金整体的特性产生影响，但如前所述，由于是通过全部的构成元素而形成一体的物质，因此各构成元素相互关联。因此，本专利技术人着眼于，进行拉伸强度较高且抑制Ni侵蚀、气孔的产生那样的合金设计，以使得即使是与专利文献1中记载的焊料合金相同的构成元素也不限于BGA而也能够应对QFP。具体地，本专利技术人在对各构成元素的添加意义进行再研究的基础上，为了使拉伸强度较高且抑制Ni侵蚀、气孔的产生，考虑各构成元素的平衡而详细地进行了组分探索。首先，进行了为了通过Sn-Ag-Cu焊料合金抑制Ni侵蚀的研究。本专利技术人考虑到如果通过Ni含量的增加而使液相线温度急剧上升，则能对Ni侵蚀进行抑制。即，本专利技术人尝试了即使在背衬金属的Ni层产生侵蚀的情况下，也能将该侵蚀限制在最小限度那样的合金设计。具体地，为了仅通过熔融焊料的Ni含量稍微增加就使液相线温度急剧地上升，详细地调查了Ni含量、液相线温度的上升开始温度以及上升率之间的关系。其结果是，获知当Co含量在规定的范围内而Ni稍微增加的情况下，液相线温度开始上升并且急剧地上升。因此，本专利技术人注意到Co和Ni的含有比是为了抑制Ni侵蚀所需要的。接下来，为了抑制在接合界面产生气孔，本专利技术人着眼于P的含量。已知P在与Sn共存的情况下，会吸收大气中的氧而形成磷酸锡。虽然磷酸锡在熔融焊料的表面形成为脆弱且较薄的氧化膜，但由于该氧化膜也容易因熔融焊料本身的对流、将芯片载置于熔融焊料上时施加在熔融焊料的外压而发生破坏，因此不会对熔融焊料的对流造成阻碍。因此，含有P的焊料合金能够将在接合界面产生的气孔排出至外部。为了抑制Ni侵蚀和气孔的产生，需要平衡性良好地配合Co、Ni、以及P。进一步地，由于通过Ag的添加而在结晶粒界析出Ag3Sn来使焊料合金的强度提高，因此也需要考虑Ag含量的平衡。因此，针对Sn-Ag-Cu-Ni-Co-P焊料合金，本专利技术人考虑Co和Ni的含有比、P含量以及Ag含量的整体的平衡而进行了详细研究，其结果是，获知其表现出较高的拉伸强度并且抑制Ni侵蚀以及气孔的产生，从而完成了本专利技术。通过这些见解而得到的本专利技术如下。(1)一种焊料合金，其特征在于，所述焊料合金以质量％计具有Ag为1％～4％、Cu为0.1％～1.0％、Ni为0.005％～0.09％、Co为0.0025％～0.1％、P为0.001％～0.015％、以及余量由Sn构成的合金组分，合金组分满本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料合金，其特征在于，/n所述焊料合金以质量％计具有Ag为1％～4％、Cu为0.1％～1.0％、Ni为0.005％～0.09％、Co为0.0025％～0.1％、P为0.001％～0.015％、以及余量由Sn构成的合金组分，所述合金组分满足下述(1)式：/n0.00020＜(Ni/Co)×(1/Ag)×P＜0.025 (1)，/n在上述(1)式中，Ni、P、Ag以及Co分别表示所述合金组分的含量(质量％)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180724 JP 2018-1389151.一种焊料合金，其特征在于，
所述焊料合金以质量％计具有Ag为1％～4％、Cu为0.1％～1.0％、Ni为0.005％～0.09％、Co为0.0025％～0.1％、P为0.001％～0.015％、以及余量由Sn构成的合金组分，所述合金组分满足下述(1)式：
0.00020＜(Ni/Co)×(1/Ag)×P＜0.025(1)，
在上述(1)式中，Ni、P、Ag以及Co分别表示所述合金组分的含量(质量％)。


2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂本健志，小贺俊辅，田口稔孙，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP