焊膏和焊料接合体制造技术

本发明专利技术涉及一种焊膏，其包含以Sn为主要成分的无铅焊料合金粉末和熔点比该无铅焊料合金高的金属颗粒，上述金属颗粒由Ni含量为0.1～90质量％的Cu

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊膏和焊料接合体


[0001]本专利技术涉及焊膏和焊料接合体。

技术介绍

[0002]在现有设计中，当将例如功率转换元件等电子元件固定到铜基板上时，有时采用在所需部位配置焊膏或焊料片并利用回流焊炉等加热以进行焊接的方法。在这种基于回流焊方式的焊接方法中，有时加热熔融的焊料因电子元件等的自重而从被接合部件之间挤出，结果导致接合力下降。此外，当利用焊料凸点(solder bump)将电子元件连接到线路板时，有时会出现凸点(bump)高度不均、电子元件倾斜着与基板接合的情况。一旦这样接合，长期使用的结果就是热应力施加到凸点低的部分，有时会发生凸点断裂等情况。另外，除了此类焊接时的缺陷以外，有时在高的工作温度下，在电子元件的焊料接合部暴露于高温的状况下，焊料接合部软化(硬度和强度等低于室温)，焊料接合部的高度会因所接合的部件的自重或振动等外力发生变化而变得不均匀，因此而导致接合不良。
[0003]作为这些情形的改善措施，例如，提出了金属颗粒分散到焊料合金中的复合材料(专利文献1～3)。
[0004]专利文献1公开了一种板状焊料中分散有高熔点金属颗粒的以Sn为主要成分的无铅型焊料，其中，上述金属颗粒为Ni或Cu，具有比焊料合金的熔点高300℃以上的熔点，粒径为20～300μm，该高熔点金属颗粒的粒径的偏差在粒径的40％以内，且在高熔点金属颗粒的周围形成有焊料的主要成分与高熔点金属颗粒的合金层，该合金层在金属颗粒为Ni时为选自Ni3Sn、Ni3Sn2和Ni3Sn4中的至少一种的合金层，在金属颗粒为Cu时为选自Cu3Sn、Cu6Sn5中的至少一种的合金层。于是，通过这样的结构，在将半导体元件与基板焊接后，由于半导体元件不会倾斜着与基板接合，因而不会出现因焊料量不足而造成接合强度的降低，并且由于在金属颗粒的周围形成有与焊料的合金层，因而金属颗粒与焊料的接合强度提升。
[0005]专利文献2公开了一种焊料片，其分散有熔点比构成基质的焊料高的金属球，上述金属球的直径的平均值为30～300μm，直径分布的标准偏差在2.0μm以下。于是，通过这样的结构，能够在基板的电极部与电子元件的端子之间保持适度的间隔(焊点高度，stand
‑
off height)，所以，关于阻碍热传导的焊料层的厚度，能够在基板与电子元件的热膨胀系数差缓和的区域尽可能地抑制焊点高度。
[0006]专利文献3公开了一种半导体装置，其特征在于，将芯片元件与接线部件固接了的焊料层由树脂层密封，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。于是，通过这样的结构，能够提供当将作为电路元件的芯片元件搭载在基板上，再将对搭载芯片元件进行树脂密封而制成的半导体装置搭载于外部线路板上时，能够防止初级安装焊料的流出以及因此而导致的短路、断路、芯片元件的错位的半导体装置。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特许第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课题
[0013]不过，近年来，作为功率半导体的材料，开关特性等优异的SiC和GaN等因其特性而受到关注。因此，例如使用了SiC半导体的功率组件等因能够激活其工作性能的温度为高温，所以，将功率组件等固接在基板上的焊料合金就需要比以往更高的耐热性、导热性、可靠性。此外，由于第5代通信技术的实现，在通信终端之间交换大量数据，因此通信终端的印刷板与电子元件的端子的接合部所使用的焊料合金也需要比以往更高的耐热性、导热性、可靠性。
[0014]本专利技术的专利技术人对具有高耐热性、导热性、可靠性的焊料合金反复研究后发现，作为能够具有这种特性的焊料合金，使焊料合金中析出金属间化合物是有效的(日本特开2011
‑
41970号公报)。虽然这种焊料合金在一定程度上能够满足市场需求，但仍具有改善的空间。
[0015]在专利文献1所记载的专利技术中，高熔点金属颗粒为Ni或Cu，金属颗粒与作为焊料主要成分的Sn的合金层为选自Ni3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4中的至少一种、或者为选自Cu3Sn、Cu6Sn5中的至少一种。但是，例如当金属颗粒为Ni时，根据本专利技术的专利技术人的研究，金属颗粒相对于以Sn为主要成分的无铅焊料合金的浸润性低，有时不能充分形成合金层。此外，确认了当金属颗粒为Cu时，由于加热引起的Sn与Cu界面处的相互扩散不平衡，出现克氏孔洞(Kirkendall void)，热传导率和接合强度下降。
[0016]在专利文献2所记载的专利技术中，作为合适的金属球，使用由以Ni为主体的组成构成的金属球。但是，专利文献2仅记载了在预先轧薄的焊带之间一边投入金属球一边轧制而形成的焊料片，在所得到的焊料片中不存在金属间化合物。此外，作为由以Ni为主体的组成构成的金属球，专利文献2仅公开了由纯Ni金属片形成。而且，如上所述，Ni金属球相对于以Sn为主要成分的无铅焊料合金的浸润性低，有时不能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，该复合体在由包括无铅焊料合金在内的各种焊料合金形成的基质金属中分散有由各种合金形成的金属粉末。但是，尽管专利文献3中有关于由焊料合金和金属粉末构成的糊状焊料的记载，但并未着眼于金属间化合物。并且，专利文献3中明确记载的金属粉末在应对市场的高性能需求方面尚存在改善的空间。
[0018]为此，本专利技术的目的在于提供一种能够形成包括耐热性、导热性、可靠性比现有技术优异的焊料接合部的焊料接合体的焊膏。另一目的在于提供具有这种焊料接合部的焊料接合体。
[0019]解决课题的技术手段
[0020]本专利技术的专利技术人为了解决上述课题进行了深入研究。结果发现：通过使以Sn为主要成分的无铅焊料合金中存在特定的Cu
‑
Ni合金的金属颗粒、或者使以Sn为主要成分并含有Ni的无铅焊料合金中存在特定的Cu
‑
Co合金的金属颗粒，能够解决上述课题。
[0021]本专利技术的第一方面涉及一种焊膏，其包含以Sn为主要成分的无铅焊料合金粉末、和熔点比该无铅焊料合金高的金属颗粒，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合金所形成。
[0022]本专利技术的第二方面涉及一种焊料接合体，其包括使用上述焊膏所形成的焊料接合部：在上述焊料接合部中，在上述金属颗粒与焊料的界面形成有(Cu,Ni)6Sn5或(Cu,Co)6Sn5；或者形成有形成上述金属颗粒的合金被取代为(Cu,Ni)6Sn5或(Cu,Co)6Sn5的颗粒。
[0023]专利技术的效果
[0024]本专利技术的焊膏能够形成耐热性、导热性、可靠性比现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种焊膏，其包含：以Sn为主要成分的无铅焊料合金粉末、和熔点比所述无铅焊料合金高的金属颗粒，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合金所形成。2.一...

【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：