本发明专利技术的课题是在管芯键合中可使用无铅焊锡。在半导体芯片１与Ｃｕ合金制的键和焊盘４之间配置应力缓冲板８，通过用以固相温度大于等于２７０℃且液相温度小于等于４００℃的Ｓｎ－Ｓｂ－Ａｇ－Ｃｕ为主要构成元素的无铅焊锡的接合材料１０、９接合半导体芯片１与应力缓冲板８和应力缓冲板８与键和焊盘４，可使用无铅焊锡进行管芯键合而不发生芯片裂纹。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别是涉及应用于固定半导体元件的无铅焊锡有效的技术。
技术介绍
以前的管芯键合用合金部件以0.05～0.5mm厚度的纯Al板或42合金材料为基体材料，在其两面上设置了0.005～0.1mm厚度的接合用合金层。再者，作为上述接合用合金层，使用了具有小于等于400℃的液相线温度、大于等于280℃的固相线温度的不含Pb的合金或280℃中的液相的体积比例小于等于15％的不含Pb的合金(例如，参照专利文献1)。专利文献1特开2001-127076号公报(第2-3页)。作为可应用于半导体器件的管芯键合的焊锡材料的性质，以下的4个项目是重要的。第1是工艺温度，可进行小于等于400℃的管芯键合，以液相温度小于等于400℃及与引线框架材料的润湿性方面良好为条件。第2，以具有耐受2次安装半导体器件时的260℃的加热冷却的耐热性且固相温度大于等于270℃为条件。第3，在将Si芯片接合到Cu合金的键和焊盘上的情况下，焊锡接合部缓和伴随热膨胀差的热变形，防止因热应力引起的硅芯片的破损。第4，对于由半导体元件的发热引起的温度变动，焊锡接合部的热疲劳寿命充分地长。以前已知的ZnAlGe材料或ZnAlMgGa材料等的ZnAl类焊锡材料的固相和液相的温度是309℃和347℃或359℃和375℃，满足耐受管芯键合的小于等于400℃的工艺温度或260℃的2次安装工艺温度的要求，但焊锡材料的热膨胀率大且材质硬，弹性率或屈服强度高，故存在芯片产生裂纹这样的问题。此外，由于Al在焊锡材料的表面上形成牢固的氧化膜，故对于Ni或Cu等的引线框架材料来说，润湿性差，存在不能进行良好的管芯键合的问题。另一方面，SnSbAg(15～20wt％)焊锡满足管芯键合的工艺温度小于等于400℃和管芯键合性，防止因热应力引起的芯片裂纹，但对于液相温度280℃～315℃来说，固相温度低，为250℃，故在260℃的安装工艺中，焊锡材料部分地熔融，由于此时密封材料的树脂因热膨胀对芯片给予剥离方向的外力，故存在焊锡接合部中产生剥离的问题。此外，在模拟了伴随半导体元件的发热的温度变化的温度循环试验中，在SnSb焊锡内在短时间内发生因疲劳引起的剥离裂纹，存在元件的电特性急速地恶化这样的温度循环可靠性的问题。此外，存在下述问题SnSb(20～40wt％)焊锡较硬，产生芯片裂纹，由于固相温度是250℃，故不能耐受260℃的回流(reflow)，SnSb(大于等于43wt％)焊锡的液相线大于等于400℃，难以进行小于等于400℃的管芯键合。再有，在上述专利文献1(特开2001-127076号公报)中公开了ZnAl类、ZnSn类、AuSn类和AuGe类等的接合用合金，但Zn类合金的润湿性差，此外，Au类合金的成本高，这些分别是问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供在管芯键合中可使用无铅焊锡的技术。根据本说明书的记述和附图，本专利技术的上述和其它的目的以及新的特征会很明白的。如果简单地说明本申请中被公开的专利技术中具有代表性的内容的概要，则如下所述。即，本专利技术在半导体元件与键和焊盘之间配置应力缓冲部件，利用固相温度大于等于270℃且液相温度小于等于400℃的以Sn-Sb-Ag-Cu或Bi-Ag-Sb为主要构成元素的无铅焊锡接合了半导体元件与应力缓冲部件。此外，在本专利技术中，在引线框架的键和焊盘上供给由膏状或粒状构成且不含铅的焊锡并使其熔融，进而用焊锡固定粘接其热膨胀、屈服应力或弹性率比Cu合金的热膨胀、屈服应力或弹性率低的应力缓冲板，其后，在应力缓冲板上供给由膏状或粒状构成且不含铅的焊锡并使其熔融，进而在应力缓冲板上的焊锡上配置半导体元件并利用该焊锡固定粘接半导体元件，其后电连接半导体元件的电极与引线框架的引线。如果简单地说明利用在本申请中被公开的专利技术中具有代表性的内容得到的效果，则如下所述。在管芯键合中既可防止芯片裂纹，又可实现无铅焊锡的应用。附图说明图1是透过密封体示出本专利技术的实施形态的半导体器件的内部结构的一例的平面图。图2是示出沿图1中示出的A-A线切断了的剖面的结构的剖面图。图3是示出在本专利技术的实施形态的半导体器件的组装中被使用的引线框架的结构的一例的图，(a)是部分平面图，(b)是示出沿(a)的A-A线切断了的剖面的结构的剖面图。图4是示出本专利技术的实施形态的半导体器件的组装顺序的一例的制造工艺流程图。图5是示出以装入本专利技术的实施形态的半导体器件中的应力缓冲板和焊锡为参数的半导体器件的评价结果的一例的结果数据图。图6是透过密封体示出作为本专利技术的实施形态的半导体器件的变形例的晶体管的内部结构的平面图。图7是示出沿图6中示出的A-A线切断了的剖面的结构的剖面图。图8是示出本专利技术的实施形态的变形例的半导体器件的结构的部分剖面图。图9是示出图8中示出的半导体器件的结构的平面图。图10是示出本专利技术的实施形态的变形例的半导体器件的结构的部分剖面图。图11是示出沿图10中示出的A-A线切断了的剖面的结构的剖面图。图12是示出本专利技术的实施形态的变形例的半导体器件的结构的部分剖面图。图13是示出本专利技术的实施形态的变形例的半导体器件的结构的部分剖面图。图14是示出在本专利技术的实施形态的半导体器件中被使用的Bi-Ag-Sb类合金的固相、液相温度的评价结果的一例的数据图。图15是示出在本专利技术的实施形态的半导体器件中被使用的Sn-Sb-Ag-Cu类合金的固相、液相温度的评价结果的一例的数据图。图16是示出在本专利技术的实施形态的半导体器件中被使用的Bi-Ag类合金的2元状态图的一例的状态图。图17是示出作为本专利技术的实施形态的半导体器件的变形例的晶体管的结构的剖面图。图18是示出作为本专利技术的实施形态的变形例的半导体器件的背面一侧的结构的背面图。图19是示出沿图18中示出的B-B线切断了的剖面的结构的剖面图。具体实施例方式在以下的实施形态中，除特别必要时外，原则上不重复同一或同样的部分的说明。再者，在以下的实施形态中，为了方便起见而有其必要时，分割为多个部分或实施形态来说明，但除了特别明确地示出的情况外，这些多个部分或实施形态彼此不是无关系的，一方处于另一方的一部分或全部的变形例、细节、补充说明等的关系。此外，在以下的实施形态中，在提及要素的数目等(包含个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明确地示出的情况和在原理上明显地被限定于特定的数目的情况等外，不限定于该特定的数目，可以大于等于或小于等于特定的数目。以下，根据附图详细地说明本专利技术的实施形态。再有，在说明实施形态的全部的图中，对具有同一功能的部件附以同一符号，省略其重复的说明。(实施形态)图1是透过密封体示出本专利技术的实施形态的半导体器件的内部结构的一例的平面图，图2是示出沿图1中示出的A-A线切断了的剖面的结构的剖面图，图3是示出在本专利技术的实施形态的半导体器件的组装中被使用的引线框架的结构的一例的图，(a)是部分平面图，(b)是示出沿(a)的A-A线切断了的剖面的结构的剖面图，图4是示出本专利技术的实施形态的半导体器件的组装程序的一例的制造工艺流程图，图5是示出以装入本专利技术的实施形态的半导体器件中的应力缓冲板和焊锡为参数的半导体器件的评价结果的一例的结果数据图，图6是透过密封体示出作为本专利技术的实施形态的半导体器件的变形例的晶体管的内部结本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于：具有：半导体元件，具备主面、其相反一侧的背面、在上述主面上形成的电极、在上述背面上形成的电极和在上述主面上形成的电路；导电性的键和焊盘，与上述半导体元件的上述背面的电极接合；导电性 的引线，与上述半导体元件的上述主面的电极电连接；密封体，密封上述半导体元件、上述键和焊盘和上述引线的一部分；以及应力缓冲部件，配置在上述半导体元件与上述键和焊盘之间，而且其热膨胀、屈服应力或弹性率比形成上述键和焊盘的主材料的 热膨胀、屈服应力或弹性率低，利用固相温度大于等于２７０℃且液相温度小于等于４００℃的以Ｓｎ－Ｓｂ－Ａｇ－Ｃｕ为主要构成元素的合金和以Ｂｉ－Ａｇ－Ｓｂ为主要构成元素的合金中的任一种接合材料接合了上述半导体元件与上述应力缓冲部件。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梶原良一，伊藤和利，键井秀政，冈浩伟，中村弘幸，
申请(专利权)人：株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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