预制焊料和使用该预制焊料形成的焊料接合体制造技术

通过本发明专利技术的预制焊料能够形成耐热性、热传导性和可靠性比现有技术优异的焊料接合部，该预制焊料含有以Sn为主成分的无铅焊料和熔点高于上述无铅焊料高的金属颗粒，其中：上述金属颗粒由Ni含量为0.1～90质量％的Cu－Ni合金或Co含量为0.1～90质量％的Cu－Co合金形成，上述无铅焊料在上述金属颗粒为上述Cu－Ni合金时可以含有Ni，在上述金属颗粒为上述Cu－Co合金时含有Ni，在上述金属颗粒的表面形成有(Cu、Ni)6Sn5。。。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预制焊料和使用该预制焊料形成的焊料接合体


[0001]本专利技术涉及预制焊料和使用该预制焊料形成的焊料接合体。

技术介绍

[0002]目前，将例如电力转换元件等电子零件固定在铜基板时，有时采用在所需部位配置焊料膏或焊料片并利用回流炉等加热来进行软钎焊的方法。在这种利用回流方式的软钎焊方法中，由于电子零件等的自重，加热而熔融的焊料从被接合部件之间挤出，其结果，接合力有时下降。而且，在利用焊料凸点将电子零件连接在配线基板时，有时凸点的高度变得不均匀，使电子零件倾斜地接合在基板。在这样接合时，经长时间使用，热应力施加在凸点变低的部分，有时发生凸点的破裂等。另外，除了这种软钎焊时的不良以外，在高温工作温度下电子零件的焊料接合部暴露在高温的状况下，通过焊料接合部软化(与常温时相比硬度和强度下降)，由于接合零件的自重和振动等的外力，焊料接合部的高度发生变化而变得不均匀，有时还会由此引起接合不良。
[0003]作为这些问题的改善方案，例如提出了在焊料合金中分散有金属颗粒的复合材料(专利文献1～3)。
[0004]专利文献1中公开了，在板状焊料中分散有高熔点金属粒的Sn主成分的无铅成型焊料中，上述金属粒为Ni或Cu，焊料合金的熔点具有+300℃以上的熔点，粒径为20～300μm，该高熔点金属粒的粒径的偏差为粒径的40％以内，并且，在高熔点金属粒的周围形成有焊料的主成分与高熔点金属粒的合金层，在金属粒为Ni时，该合金层为选自Ni3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4中的至少1种该合金层，在金属粒为Cu时，该合金层为选自Cu3Sn、Cu6Sn5中的至少1种合金层。通过这种构成，在将半导体元件和基板进行软钎焊时，由于半导体元件不会相对于基板倾斜地接合，不会因焊料量不足导致接合强度下降，并且，由于在金属粒的周围形成有与焊料的合金层，与金属粒的焊料接合强度提高。
[0005]专利文献2中记载了，在分散有比构成基质的焊料熔点高的金属球的焊料片中，上述金属球的直径的平均值为30～300μm，直径分布的标准偏差为2.0μm以下。通过这种构成，能够适当地保持基板的电极部与电子零件的端子间的间隔(基准距(stand－off)高度)，因此，能够对阻碍热传导的焊料层的厚度，在缓解基板与电子部件的热膨胀差的区域内尽可能地抑制基准距高度。
[0006]专利文献3中公开了一种半导体装置，其特征在于，将芯片零件和配线部件进行固着的焊料层被树脂层密封，上述焊料层由在基质金属中分散有熔点比上述基质金属的熔点高的金属粉末的复合体构成。通过这种构成能够提供如下的半导体装置，其在基板上搭载作为电路元件的芯片零件，并将树脂密封所搭载芯片零件而成的半导体装置搭载于外部配线基板时，能够防止1次组装焊料材的流出以及由此发生的短路、断线、芯片零件的位置偏移。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本专利第5369682号公报
[0010]专利文献2：日本特开2005－161338号公报
[0011]专利文献3：国际公开第2003/021664号

技术实现思路

[0012]专利技术要解决的技术问题
[0013]然而，近年来，SiC半导体由于能够在比Si半导体更高的温度下工作而受到关注。因此，对于将例如使用SiC半导体的电源模块等固着于基板上的焊料合金，要求比现有技术更高的耐热性、热传导性和可靠性。并且，随着第5代通信技术的实现，大量的数据在通信终端间传输，因此，对于在通信终端的印刷基板和电子零件的端子的接合部所使用的焊料合金，也要求比现有技术更高的耐热性、热传导性和可靠性。
[0014]本专利技术的专利技术人对具有高耐热性、热传导性和可靠性的焊料合金进行了反复研究，并发现作为具有这种特性的焊料合金，在焊料合金中使金属间化合物析出是有效的(日本特开2011－41970号公报)。虽然这种焊料合金能够一定程度满足市场的要求，但仍存在改善的余地。
[0015]在专利文献1所记载的专利技术中，高熔点金属粒为Ni或Cu，金属粒与焊料的主成分Sn的合金层为选自Ni3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4或者选自Cu3Sn、Cu6Sn5中的至少1种。然而，例如金属粒为Ni时，根据本专利技术的专利技术人的研究，对于以Sn为主成分的无铅焊料合金的润湿性低，可能无法充分形成合金层。
[0016]在专利文献2所记载的专利技术中，作为合适的金属球，使用了由Ni为主体的组成构成的金属球。然而，在专利文献2中，只记载了对于预先压延较薄的焊料带彼此，边在它们之间投入金属球边压延而形成的焊料片，所得到的焊料片中不存在金属间化合物。并且，在专利文献2中，作为由Ni为主体的组成构成的金属球，只公开了由纯Ni金属片形成的。而且，如上所述，Ni的金属球对于以Sn为主成分的无铅焊料合金的润湿性低，可能无法充分形成金属间化合物。
[0017]在专利文献3所记载的专利技术中，作为实施例，记载了由复合体构成的焊料层，该复合体通过在由包含无铅焊料合金的各种焊料合金形成的基质金属中分散由各种合金形成的金属粉末而形成。然而，虽然在专利文献3中公开了由焊料合金和金属粉末构成的片状焊料材料，但没有着眼于金属间化合物。而且，通过专利文献3中明示的金属粉末无法满足市场的高要求性能，仍存在改善余地。
[0018]因此，本专利技术的目的在于，提供能够形成耐热性、热传导性和可靠性比现有技术优异的焊料接合部的预制焊料。并且，提供具有这种焊料接合部的焊料接合体。
[0019]用于解决技术问题的技术方案
[0020]本专利技术的专利技术人为了解决上述技术问题进行了深入研究。结果发现，通过使特定的Cu－Ni合金的金属颗粒存在于以Sn为主成分的无铅焊料合金(例如片状的无铅焊料合金)中，或者使特定的Cu－Co合金的金属颗粒存在于以Sn为主成分且含有Ni的无铅焊料合金(例如片状的无铅焊料合金)中，能够解决上述技术问题。
[0021]本专利技术涉及一种预制焊料，其含有以Sn为主成分的无铅焊料和熔点高于上述无铅焊料高的金属颗粒，其中：上述金属颗粒由Ni含量为0.1～90质量％的Cu－Ni合金或Co含量
为0.1～90质量％的Cu－Co合金形成，上述无铅焊料在上述金属颗粒为上述Cu－Ni合金时可以含有Ni，在上述金属颗粒为上述Cu－Co合金时含有Ni，在上述金属颗粒的表面形成有(Cu、Ni)6Sn5。还涉及使用上述预制焊料形成的焊料接合体。
[0022]专利技术的效果
[0023]本专利技术所涉及的预制焊料能够形成耐热性、热传导性和可靠性比现有技术优异的焊料接合部。并且，能够提供具有这种焊料接合部的焊料接合体。
附图说明
[0024]图1是用于说明实施方式所涉及的片形状的预制焊料的内部构造的厚度方向的截面图。
[0025]图2是表示通过SEM观察实施例所得到的预制焊料的厚度方向截面的一部分时得到的照片的图。
[0026]图3是通过扫描电子显微镜拍摄实施例3所使用的Cu－Co合金的金属颗粒的外观而得的照片的图。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种预制焊料，其含有以Sn为主成分的无铅焊料和熔点高于所述无铅焊料高的金属颗粒，其中：所述金属颗粒由Ni含量为0.1～90质量％的Cu－Ni合金或Co含量为0.1～90质量％的Cu－Co合金形成，所述无铅焊料在...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村哲郎，
申请(专利权)人：日本斯倍利亚社股份有限公司，
类型：发明
国别省市：