软钎料及使用该软钎料的电子器件制造技术

无铅高温软钎焊材料，并且液相线温度是２００－３５０℃。将以Ｓｎ为基体金属，配入规定量的Ｐｄ，真空熔炼后锻造成合金锭，轧制成带材，经冲压加工制成软钎料小圆片。优选的成分是含９５．０％（重量）以上的Ｓｎ和０．００５－３．０％（重量）的Ｐｄ，再添加０．１－５．０％（重量）平均粒径４０μｍ左右的Ｎｉ、Ｃｕ等金属或合金粒子。通过ＩＣ芯片下面的镀Ｎｉ层和管芯表面的镀Ｎｉ层，用软钎料将基板与芯片状的电子元件半导体ＩＣ芯片大致平行地连接（芯片焊接）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于不使用铅、具有良好的热疲劳性能且对环境没有不利影响的高温软钎料。该软钎料特别适合用于电子元件等的管芯焊接或混合集成电路等发热部件的钎焊。另外，本专利技术还涉及使用该软钎料的电子器件。近年来，随着电子仪器的废弃处理和防止环境污染的要求，对于不使用铅的无铅软钎料的呼声越来越高。但是，电子器件等的钎焊以往一直是使用Pb-Sn系软钎料。Pb-Sn系软钎料有很多优点，例如粘结性好，通过调整两种成分的相对含量可以在很宽的温度范围内选择熔点。特别是63％(重量)Sn-Pb其晶软钎料，其熔点很低，只有183℃，可以在低温下对电子器件进行钎焊，对电子器件的热影响很小，因此得到广泛应用。另一方面，在电子器件的安装工序中或者安装完毕后，电子器件上经过第一次钎焊的部位有时还会受到第二次加热。例如半导体器件，将半导体元件芯片钎焊到引线框(特别是管芯)上之后，为了引线接合，需要对管芯加热，又如在印刷电路板的两面安装电子器件的混合集成电路，在一面上搭载、钎焊电子器件后，还要在另一面上搭载、钎焊电子器件，进行所谓的二次钎焊，再有，在安装完毕后，由于电子元件本身的发热也会受到加热。因此，为了防止一次钎焊的材料再进行二次加热时软钎料熔化，致使一次焊接的器件脱落，必须使用液相线温度高的高温软钎料。考虑到减小对电子元件的热影响，这样的高温软钎料要求液相线温度在200-350℃。作为不含铅且满足高温条件的无铅高温软钎焊材料，曾有人提出以Sn为主要成分并添加少量Cu的Sn-Cu系软钎料，其液相线温度是200-350℃(特开昭61-156823)。另外，作为其它的无铅高温软钎焊材料，有人提出了Sn-In系(特开昭61-55774)、Sn-Cu-Zn系软钎料(特开昭62-163335)。另外，为了控制芯片焊接材料的厚度，还有人提出在芯片焊接材料中添加金属或绝缘物等的粒子，加压粘结，进行芯片焊接的方案(例如特开平6-685)。但是，以往的无铅高温软钎焊材料(Sn-Cu)系等在用于管芯焊接或混合集成电路等发热部件的钎焊时，电子仪器在长期使用过程中，钎焊的高温软钎料处龟裂，导致导通不良。究其原因是由于，在使用过程中因电子仪器内部的电子器件发热而使温度升高，使用完毕后又恢复到室温，这种温度变化循环往复(即所谓的热循环)引起热疲劳。无铅高温软钎焊材料很长时间以来就己经为人们所知，但以往的无铅高温软钎焊材料存在热疲劳性能差的问题，因此，含有Pb、热疲劳性能高的含铅高温软钎料仍然得到广泛使用。另外，其它一些现有的无铅高温软钎焊材料存在着钎焊性能差的问题。本专利技术的目的是，解决上述现有技术的问题，提供基本上不含铅且液相线温度在200-350℃的无铅高温软钎焊材料及使用该软钎料的电子器件，该无铅高温软钎焊材料可以提高热疲劳性能，提高电子仪器的可靠性，并且对环境没有不利影响。本专利技术的另一目的是，在电子元件与基板之间夹持软钎料进行管芯焊接等时，解决由于添加物偏置的倾斜粘结引起的热阻增大和可靠性的问题，克服由于软钎料内各成分的比重不同而引起的成分分布偏析，消除因添加物偏置而引起的倾斜粘结。为了达到上述目的，本专利技术的第1种软钎料含有0.005-3.0％(重量)钯(Pd)和97.0-99.995％(重量)锡(Sn)，并且液相线温度在200-350℃的范围。本专利技术的第2种软钎料含有0.005-3.0％(重量)选自钯(Pd)和锗(Ge)中的至少一种元素，其合计量不超过5.0％(重量)，并且还含有95.0-99.995％(重量)锡(Sn)。在上述第1种软钎料中，优选的是，用0.005-2.0％(重量)选自Ag、Ge、P、Zn、Cu、B、Sb、Bi和In中的至少一种元素代替Pd或Sn的至少一部分。在上述第2种软钎料中，优选的是，用0.005-2.0％(重量)选自Ag、P、Zn、Cu、B、Sb、Bi和In中的至少一种元素代替Pd、Sn或Ge的至少一部分。在上述第1-2种软钎料中，优选的是，用0.001-5.0％(重量)的金属或合金粒子代替Pd或Sn的至少一部分。在上述构成中，优选的是，金属或合金粒子的比重为Sn(比重7.28)的±2的范围内。在上述构成中，优选的是，金属或合金粒子是从选自o、Ni和Fe的金属、氧化物、碳化物、氮化物、合金中选择的粒子。在上述构成中，优选的是，金属或合金粒子的平均粒径是5-100μm。在上述构成中，优选的是，金属或合金粒子的平均粒径是20-60μm。在上述构成中，优选的是，金属或合金粒子的熔点是400℃以上。在上述构成中，优选的是，Sn原料的纯度是99.9％(重量)以上。在上述构成中，优选的是，软钎料中的铅含量减少到相当于不可避免的杂质中所含有的微量程度。另外，本专利技术的第1种电子器件是，使用含有0.005-3.0％(重量)钯(Pd)和97.0-99.995％(重量)锡(Sn)并且液相线温度是200-350℃的软钎料、将基板与电子元件连接而构成。本专利技术的第2种电子器件是，使用含有0.005-3.0％(重量)选自钯(Pd)和锗(Ge)中的至少一种元素，其合计量不超过5.0％(重量)，并且还含有95.0-99.995％(重量)锡(Sn)的软钎料、将基板与电子元件连接而构成。在上述第1种电子器件中，优选的是，用0.005-2.0％(重量)选自Ag、Ge、P、Zn、Cu、B、Sb、Bi和In中的至少一种元素代替Pd或Sn的至少一部分。在上述第2种电子器件中，优选的是，用0.005-2.0％(重量)选自Ag、P、Zn、Cu、B、Sb、Bi和In中的至少一种元素代替Pd、Sn或Ge的至少一部分。在上述第1-2种电子器件中，优选的是，用0.001-5.0％(重量)的金属或合金粒子代替Pd或Sn的至少一部分。在上述第1-2种电子器件中，优选的是，金属或合金粒子的比重为Sn(比重7.28)的±2的范围内。在上述第1-2种电子器件中，金属或合金粒子的平均粒径是20-60μm。另外，本专利技术的第3种电子器件是，使用相对于锡(Sn)含有0.5-2.0％(重量)钯(Pd)且液相线温度在320℃以下的软钎料将电子元件芯片焊接而构成。在上述第3种电子器件中，优选的是，软钎料中含有比重为Sn(比重7.28)±2的金属粒子，在熔融低下该软钎料的表面上配置电子元件而构成。另外，在上述第3种电子器件中，优选的是，在形成以Ni为主体的膜的基板表面与电子元件表面之间设置软钎料，用上述以Ni为主体的膜夹持软钎料，将上述基板与电子元件连接起来。在上述第1-3中电子器件中，优选的是，软钎料中的铅含量降低到相当于不可避免的杂质中所含有的微量程度。本专利技术的优选的组成是，含有95.0％(重量)以上的锡(Sn)和0.005-3.0％(重量)钯(Pd)、余量为其它成分且液相线温度为200-350℃的高温无铅软钎料。上面所述的其它成分，优选的是含有0.005-2.0％(重量)选自Ag、Ge、P、Zn、Cu、B、Sb、Bi和In中的至少一种元素。另外，本专利技术优选的是，将比重与Sn大致相等且含有0.1-5.0％(重量)的40μm左右的金属或合金粒子的无铅高温软钎焊材料设置在大致平行配置的电子元件和基板之间将其连接而成的电子器件。另外，本专利技术优选的是，在电子元件和基板的至少一方上使用硅、GaAs本文档来自技高网...

【技术保护点】
软钎料，其特征在于，含有０．００５－３．０％（重量）钯（Ｐｄ）和９７．０－９９．９９５％（重量）锡（Ｓｎ），并且液相线温度是２００－３５０℃。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小柏俊典，有川孝俊，横沢真覩，青井和廣，泽田良治，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]