导电性材料、使用它的连接方法和连接结构技术

本发明专利技术提供例如作为焊油使用时，焊接工序中的第1金属和第2金属的扩散性良好，以低温且短时间生成熔点高的金属间化合物，在焊接后几乎不残留第1金属，耐热强度优异的导电性材料和使用它的连接可靠性高的连接方法及连接构造。上述导电性材料为具备下述要素的构成，即，含有由第1金属和熔点比第1金属高的第2金属构成的金属成分，第1金属为Sn或含有70重量%以上的Sn的合金，第2金属为与第1金属生成显示310℃以上的熔点的金属间化合物的、且与在第2金属的周围生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上的金属或合金。另外，使第2金属在金属成分中所占的比例为30体积%以上。作为第2金属，使用Cu-Mn合金或Cu-Ni合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及导电性材料、使用它的连接方法和连接结构，详细而言，涉及在例如，电子部件的安装、通孔连接等中使用的导电性材料、以及使用它的连接方法和连接结构。
技术介绍
作为安装电子部件时使用的导电性材料，广泛使用焊料。然而，对于以往广泛使用的Sn-Pb系焊料而言，广泛使用温阶连接(温度階層接続)的方法，即，使用例如富含Pb的Pb-5Sn(熔点:314 310°C )、Pb_10Sn(熔点:302 275°C)等作为高温系焊料，在330 350°C的温度进行焊接，其后，使用例如低温系焊料的Sn-37Pb共晶(183°C )等，在上述高温系焊料的熔点以下的温度进行焊接，由此在先前的焊接所使用的高温系焊料不熔融的情况下，通过焊接进行连接。这样的温阶连接用于例如小片接合芯片型的半导体装置、倒装片连接型的半导体装置等，是在利用焊接在半导体装置的内部进行连接后，进一步利用焊接使该半导体装置自身与基板连接这样的情况下使用的重要技术。作为在该用途中使用的导电性材料，例如，提出了含有(a)由Cu、Al、Au、Ag等第2金属或含有它们的高熔点合金构成的第2金属(或合金)球、和(b)由Sn或In构成的第I金属球的混合体的焊膏(参照专利文献I)。另外，在该专利文献I中，公开了使用焊膏的接合方法、电子设备的制造方法。使用该专利文献I的焊膏进行焊接时，如图4 Ca)示意所示，含有低熔点金属(例如Sn)球51、高熔点金属(例如Cu)球52和助焊剂53的焊膏被加热而发生反应，在焊接后，如图4 (b)所示，多个高熔点金属球52通过在来自低熔点金属球的低熔点金属与来自高熔点金属球的高熔点金属之间形成的金属间化合物54被连结，利用该连结体连接.连结(焊接)连接对象物。然而，对于该专利文献I的焊膏而言，在焊接工序中通过加热焊膏，生成高熔点金属(例如Cu)和低熔点金属(例如Sn)的金属间化合物，但组合Cu (高熔点金属)和Sn (低熔点金属)时，Sn扩散速度慢，所以作为低熔点金属的Sn残留。对于残留Sn的焊膏而言，高温下的接合强度大幅度降低，根据要连接的制品的种类有时无法使用。另外，存在焊接的工序中残留的Sn可能在其后的焊接工序中熔融而流出，作为温阶连接中使用的高温焊料而言可靠性低这样的问题点。S卩，例如在半导体装置的制造工序中，经过进行焊接的工序制造半导体装置后，想要用回流焊的方法将该半导体装置安装于基板时，半导体装置的制造工序中的焊接工序中残留的Sn可能在回流焊的工序中熔融而流出。另外，为了不残留Sn而使低熔点金属完全成为金属间化合物，在焊接工序中，需要高温且长时间的加热，但也要兼顾生产率，因此实际上不可实用。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2002-254194号公报
技术实现思路
本专利技术解决上述课题，其目的在于提供一种导电性材料以及使用它的连接可靠性高的连接方法和连接结构，该导电性材料是可作为焊油、通孔填充材料使用的导电性材料，例如作为焊油使用时，焊接工序中的第I金属和第2金属的扩散性良好，以低温且短时间生成熔点高的金属间化合物，在焊接后不残留低熔点成分，耐热强度优异。为了解决上述课题，本专利技术的导电性材料是含有由第I金属和熔点比上述第I金属高的第2金属构成的金属成分的导电性材料，其特征在于，上述第I金属为Sn或含有70重量％以上的Sn的合金，上述第2金属是与上述第I金属生成显示310°C以上的熔点的金属间化合物、且作为在上述第2金属的周围最初生成的金属间化合物的晶格常数与上述第2金属成分的晶格常数之差的晶格常数差为50%以上的金属或合金。特别优选上述第I金属为Sn或含有85重量％以上的Sn的合金。另外，本专利技术的导电性材料优选含有助焊剂成分。另外，上述第2金属在上述金属成分中所占的比例优选为30体积％以上。另外，上述第I金属优选为Sn单质或含有选自Cu、N1、Ag、Au、Sb、Zn、B1、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、S1、Sr、Te、P 中的至少 I 种和 Sn 的合金。另外，上述第2金属优选为Cu-Mn合金或Cu-Ni合金。上述第2金属优选为Mn在上述第2金属中所占的比例为10 15重量％的Cu-Mn合金、或Ni在上述第2金属中所占的比例为10 15重量％的Cu-Ni合金。另外，上述第2金属的比表面积优选为0.05m2.g 1以上。另外，优选上述第I金属中的至少一部分涂布在上述第2金属的周围。另外，本专利技术的连接方法，是使用导电性材料对连接对象物进行连接的方法，其特征在于，使用技术方案I 8中任一项所述的导电性材料，对其进行加热而使构成上述导电性材料的上述第I金属全部变成与构成上述导电性材料的上述第2金属的金属间化合物，将连接对象物进行连接。另外，本专利技术的连接结构是使用技术方案I 8中任一项所述的导电性材料将连接对象物连接而成的连接结构，其特征在于，使连接对象物连接的连接部以来自上述导电性材料的上述第2金属以及含有上述第2金属和Sn的金属间化合物为主要的成分,来自上述导电性材料的上述第I金属相对于金属成分整体的比例为30体积％以下。另外，在本专利技术的连接结构中，优选上述金属间化合物是在作为来自上述导电性材料的上述第2金属的Cu-Mn合金或Cu-Ni合金与作为来自上述导电性材料的上述第I金属的 Sn 单质或含有选自 Cu、N1、Ag、Au、Sb、Zn、B1、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、S1、Sr、Te、P中的至少I种和Sn的合金之间形成的金属间化合物。本专利技术的导电性材料是含有由第I金属和熔点比第I金属高的第2金属构成的金属成分的导电性材料，由于包含Sn或含有70重量％以上的Sn的合金作为第I金属，并且包含与第I金属生成显示310°C以上的熔点的金属间化合物、且与在其周围最初生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上的金属或合金作为第2金属，所以第I金属和第2金属的扩散快速进行，促进向更高熔点的金属间化合物的转变，不残留低熔点成分，因此能够进行耐热强度大的连接(例如使用本专利技术的导电性材料作为焊油时进行焊接)。特别是通过使第I金属为Sn或含有85重量％以上的Sn的合金，从而能够更可靠地发挥上述效果。S卩，通过使用本专利技术的导电性材料，例如在半导体装置的制造工序中，在经过进行焊接的工序而制造半导体装置后，即便用回流焊的方法将该半导体装置安装于基板这样的情况下，由于之前的焊接工序中的焊接部分耐热强度优异，所以在回流焊的工序中也不会再次熔融，能够进行可靠性高的安装。应予说明，在本专利技术中“晶格常数差”被定义为:用金属间化合物的晶格常数减去第2金属的晶格常数而得的值除以第2金属的晶格常数，将所得的数值的绝对值放大100倍的数值(％)。即，该晶格常数差是表示在与第2金属的界面新生成的金属间化合物的晶格常数相对于第2金属的晶格常数有多大的差的值，与任一方的晶格常数的大小无关。应予说明，用计算式表示如下。晶格常数差(％) = {(金属间化合物的晶格常数一第2金属的晶格常数)/第2金属的晶格常数} X100图1是示意表示使用本专利技术的导电性材料进行连接时的行为的图。如图1所示，使用本专利技术的导电性材料连接一对电极IlaUlb时，如图1(a)所示，首先，使导电性材料10位于一对电极lla、ll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】2010.11.19 JP 2010-259131;2011.02.01 JP 2011-019621.一种导电性材料，是含有由第I金属和熔点比所述第I金属高的第2金属构成的金属成分的导电性材料，其特征在于， 所述第I金属为Sn或含有70重量％以上的Sn的合金， 所述第2金属为与所述第I金属生成显示310°C以上的熔点的金属间化合物、且作为在所述第2金属的周围最初生成的金属间化合物的晶格常数与所述第2金属成分的晶格常数之差的晶格常数差为50%以上的金属或合金。2.根据权利要求1所述的导电性材料，其特征在于，含有助焊剂成分。3.根据权利要求1或2所述的导电性材料，其特征在于，所述第I金属为Sn或含有85重量％以上的Sn的合金。4.根据权利要求1 3中任一项所述的导电性材料，其特征在于，所述第2金属在所述金属成分中所占的比例为30体积％以上。5.根据权利要求1 4中任一项所述的导电性材料，其特征在于，所述第I金属为Sn单质或含有选自 Cu、N1、Ag、Au、Sb、Zn、B1、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、S1、Sr、Te、P中的至少I种和Sn的合金。6.根据权利要求1 5中任一项所述的导电性材料,其特征在于，所述第2金属为Cu-Mn合金或Cu-Ni合金。7.根据权利要求1 6中任一项所述的导电性材料，其特征在于，所述第2...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野公介，高冈英清，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：
国别省市：