專利名稱：焊錫箔、半導(dǎo)體器件及電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將含有金屬顆粒(例如銅(Cu)顆?；蛑?和焊錫顆粒(例如錫(Sn)顆?；蛑?的材料壓延后形成的焊錫箔，以及利用該焊錫箔的半導(dǎo)體器件和電子器件。
背景技術(shù)：
在Sn-Pb系列的焊錫中，可進(jìn)行溫度分層焊接，即，以富鉛(Pb)的Pb-5Sn(熔點(diǎn)314～310℃)、Pb-10Sn(熔點(diǎn)302～275℃)等作為高溫系列焊錫在330℃左右的溫度下進(jìn)行焊接，然后，用低溫系列焊錫的Sn-37Pb共晶(熔點(diǎn)183℃)進(jìn)行焊接而不熔化原先已焊接的部分。這些焊錫柔軟，容易變形，因此可以將易損壞的Si芯片等焊接在熱膨脹系數(shù)不同的基板上。這種溫度分層焊接法被用于將芯片進(jìn)行小片鍵合的類型的半導(dǎo)體器件和將芯片進(jìn)行倒裝芯片鍵合的BGA、CSP等半導(dǎo)體器件中。即，半導(dǎo)體器件內(nèi)部使用的焊錫和將半導(dǎo)體器件自身焊接在基板上的焊錫意味著用溫度分層焊接法進(jìn)行焊接。
如今，在所有領(lǐng)域內(nèi)都在推行無鉛化。
無鉛焊錫的主流為Sn-Ag共晶系列(熔點(diǎn)221℃)、Sn-Ag-Cu共晶系列(熔點(diǎn)221～217℃)、Sn-Cu共晶系列(熔點(diǎn)227℃)。從部件的耐熱性的角度考慮，希望表面安裝時(shí)的焊接溫度低，可是，因?yàn)楸仨毚_保沾潤(rùn)性從而確保焊接的可靠性，即使使用溫度均勻性控制良好的加熱爐，如考慮基板內(nèi)的溫度分散性，現(xiàn)狀是，在溫度盡可能低的Sn-Ag-Cu共晶系列中，也需要235～245℃。因此，作為能耐受該焊接溫度的分層用焊錫，其熔點(diǎn)至少必須在250℃以上。現(xiàn)實(shí)情況是，沒有能與這些焊錫組合使用的高溫側(cè)的溫度分層用無鉛焊錫。最有可能性的組成為Sn-5Sb(熔點(diǎn)240～232℃)，但該焊錫也會(huì)融化，因此不能用于溫度分層焊接。
另外，作為高溫系列的焊錫已知有Au-20Sn(熔點(diǎn)280℃)，但該焊錫很硬，且成本高，因此使用被限制于狹窄的范圍。尤其是將Si小片鍵合在熱膨脹系數(shù)不同的材料上和焊接大型芯片時(shí)，由于Au-20Sn焊錫較硬，損壞Si芯片的可能性較高，因此不被使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用全新的錫焊方法焊接的半導(dǎo)體器件及電子器件。尤其是可實(shí)現(xiàn)在溫度分層焊接中的高溫側(cè)的錫焊。
另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種全新的焊錫箔。
本發(fā)明提供將含有金屬顆粒(例如Cu顆粒或珠)和焊錫顆粒(例如Sn顆?；蛑?的材料壓延后形成的焊錫箔。
本發(fā)明還提供具有如下特征的電子器件，即，具有第一電子器件、第二電子器件、以及第三電子器件，該第一電子器件與該第二電子器件是用上述的第一焊錫箔焊接的，該第二電子器件與該第三電子器件是用熔點(diǎn)低于該第一焊錫的第二焊錫焊接的。
本發(fā)明還提供具有如下特征的半導(dǎo)體器件，即，具有半導(dǎo)體芯片、配置該半導(dǎo)體芯片的接頭、以及成為與外部連接的連接端子的引線，該半導(dǎo)體芯片具有的電極與該引線利用焊絲鍵合連接，該半導(dǎo)體芯片與該接頭用將上述金屬顆粒和焊錫顆粒混合后獲得的焊錫箔焊接。


圖1是利用復(fù)合珠制作的復(fù)合體金屬的制作工序示意圖；圖2是在使彈性體塑料珠分散的狀態(tài)下壓延前、后的剖面模型圖；圖3是示出小片鍵合工藝的一例的剖面模型圖；圖4是利用Cu、Sn配合焊錫箔進(jìn)行小片鍵合的小片鍵合連接部的剖面模型圖；圖5將LSI和管帽焊接在基板上的剖面模型圖；圖6是功率組件的剖面模型圖；圖7是將組件安裝在印刷基板上的剖面模型圖；圖8是RF組件安裝的剖面模型圖；圖9是示出RF組件安裝的工藝的流程圖；圖10是高輸出樹脂封裝的平面、剖面模型圖；圖11是示出高輸出樹脂封裝的工藝的流程圖；圖12是塑料封裝的剖面模型圖；圖13是用金屬纖維配合的模型的斜視圖和剖面圖；
圖14是用了交叉金屬纖維的模型的斜視圖；圖15是用了金屬網(wǎng)絡(luò)纖維模型的剖面圖；圖16是將細(xì)長(zhǎng)的金屬纖維隨機(jī)放置后平坦化了的平面圖和剖面圖；圖17用了長(zhǎng)條形金屬、非金屬纖維的模型的剖面圖；符號(hào)說明1碳夾具，2Cu珠，3Sn珠，4Sn，5輥筒，6塑料珠，7電阻加熱器，8Si芯片，9真空吸孔，10氮，11焊錫箔，12硅膠，13Al2O3基板，14W(燒結(jié))鍍銅電極，15預(yù)熱用加熱器，16測(cè)溫用熱電偶，17Cu、Sn混合箔，18凸點(diǎn)，19軟樹脂，20引線，21焊錫珠凸點(diǎn)，22印刷基板，23Al散熱片，24與散熱片的焊接部，25與引線的焊接部，26引線，27焊錫箔，28基板端子，29組件基板，30端子，31Cu，32有機(jī)基板，33Cu通孔導(dǎo)體，34Ag-Pb導(dǎo)體，35焊絲鍵合，36AIN中繼基板，37連接端子，38Cr-Cu-Au，39小片鍵合，40焊錫箔，41加壓體，42鍍Ni-Au的金屬化層，43中繼基板，44Cr-Ni-Au金屬化層，45化學(xué)鍍Ni，46電鍍Ni，47焊錫，48圓Cu板，49Cu基座，50Al2O3絕緣基板，51Cu引線，52芯片部件，53Cu焊點(diǎn)，54TQFP-LST，55Sn-Ag-Cu系列焊錫，56引線，57擋堤切斷部，58樹脂，59通孔，60W-Ni-Au厚膜電極，61W-Ni(或Ag-Pb、Ag)厚膜導(dǎo)體，62鍍Au電極，63鉚接部分，64散熱板(頭部)，65引線框架，66接頭，67導(dǎo)電膏，68焊錫，69纖維，70Cu網(wǎng)(剖面) 71Cu網(wǎng)(縱剖面)，72焊錫(海)，73細(xì)長(zhǎng)纖維，74長(zhǎng)條形纖維具體實(shí)施方式
現(xiàn)簡(jiǎn)單說明為了達(dá)到上述目的，本申請(qǐng)所揭示的發(fā)明中具有代表性的概要如下(1)是將含有金屬顆粒與焊錫顆粒的材料壓延后形成的焊錫箔。
(2)是將含有Cu顆粒與Sn顆粒的材料壓延后形成的焊錫箔。
(3)是對(duì)含有Cu與Sn的焊錫施加壓力后形成的焊錫箔，在該箔中，Cu以顆粒狀態(tài)存在，Sn以埋在該Cu顆粒之間的狀態(tài)存在。
(4)是如上述(2)或(3)所述的焊錫箔，使該焊錫箔進(jìn)行回流處理后Cu顆粒的表面至少有一部分被Cu6Sn5覆蓋。
(5)是如上述(2)或(3)所述的焊錫箔，在將該焊錫箔進(jìn)行回流處理后Cu顆粒與塑性形變后的Sn被含有Cu6Sn5的化合物鍵合在一起。
(6)是如上述(2)至(5)所述的焊錫箔，該Cu顆粒的粒徑為10～40μm。
(7)是如上述(2)至(5)所述的焊錫箔，該Cu顆粒的粒徑為3～10μm。
(8)是如上述(2)至(7)所述的焊錫箔，所述Cu顆粒的表面具有Ni鍍層或Ni/Au鍍層。
(9)是如上述(2)至(9)所述的焊錫箔，至少在該箔的Cu露出的部分鍍Sn。
(10)是如上述(1)至(9)所述的焊錫箔，該焊錫箔的厚度為80μm～150μm。
(11)是如上述(1)至(9)所述的焊錫箔，該焊錫箔的厚度為150μm～250μm。
(12)是如上述(1)至(11)所述的焊錫箔，具有塑料顆粒。
(13)是如上述(2)或(3)所述的焊錫箔，具有熱膨脹系數(shù)小于上述Cu的其它顆粒。
(14)是如上述(2)或(3)所述的焊錫箔，熱膨脹系數(shù)小于上述Cu的其它顆粒為殷鋼(Invar)合金系列、二氧化硅、氧化鋁、AlN(氮化鋁)、SiC顆粒。
(15)是如上述(2)或(3)所述的焊錫箔，還含有In顆粒。
(16)是如上述(2)或(3)所述的焊錫箔，將Cu顆粒與Sn顆粒在真空中、還原性氣氛中或惰性氣氛中混合后，通過加壓制作成箔狀。
(17)是如上述(2)或(3)所述的焊錫箔，其壓延率為15％～20％。
(18)是將含有金屬纖維與焊錫顆粒的材料壓延后形成的焊錫箔。
(19)是將含有Cu金屬纖維與Sn顆粒的焊錫材料壓延后形成的焊錫箔。
(20)是如上述(19)所述的焊錫箔，該焊錫材料中的該Cu金屬纖維為長(zhǎng)條形。
(21)是將含有Al、Au、Ag中的任一種顆粒與Sn顆粒的材料壓延后形成的焊錫箔。
(22)是將含有Zn-Al系列合金顆粒、Au-Sn系列合金顆粒與Sn顆粒的焊錫材料壓延后形成的焊錫箔。
(23)是具有第一電子器件、第二電子器件、以及第三電子器件的電子器件，該第一電子器件與該第二電子器件用上述(1)至(22)所述的第一焊錫箔焊接，該第二電子器件與該第三電子器件用熔點(diǎn)低于該第一焊錫的第二焊錫焊接。
(24)是利用將含有Cu顆粒與Sn顆粒的焊錫材料壓延后形成的焊錫箔將第一電子器件與第二電子器件焊接在一起、利用熔點(diǎn)低于該焊錫箔的焊錫將該第二電子器件與第三電子器件焊接在一起的電子器件。
(25)是具有半導(dǎo)體芯片、配置該半導(dǎo)體芯片的接頭、以及成為與外部連接的連接端子的引線，該半導(dǎo)體芯片具有的電極與該引線用焊絲鍵合法焊接的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體芯片與該接頭用混合了金屬顆粒與焊錫顆粒的焊錫箔焊接。
(26)是如上述(25)所述的半導(dǎo)體器件，上述焊錫箔是將金屬顆粒與焊錫顆?；旌狭说牟牧蠅貉雍笮纬傻暮稿a箔。
(27)是如上述(25)所述的半導(dǎo)體裝置，上述焊錫箔是將含有Cu顆粒與Sn顆粒的焊錫材料壓延后形成的焊錫箔。
(28)是一種電子器件，具有電路基板和半導(dǎo)體芯片，該電路基板具有的電極與該半導(dǎo)體芯片具有的電極用焊絲鍵合法焊接，該電路基板與該半導(dǎo)體芯片用混合了金屬顆粒與焊錫顆粒的焊錫箔焊接。
(29)是一種電子器件，具有電路基板和半導(dǎo)體芯片，該電路基板具有的電極與該半導(dǎo)體芯片具有的電極用焊絲鍵合法焊接，該電路基板與該半導(dǎo)體芯片用將含有Cu顆粒與Sn顆粒的焊錫材料壓延后形成的焊錫箔焊接。
另外，是一種將含有與焊錫沾潤(rùn)的單質(zhì)金屬、合金、化合物或這些混合物的金屬珠與含有Sn、In兩者中任一者以上的焊錫珠混合，掩埋間隙、壓入充填后，壓延形成的焊錫箔。
另外，是一種將含有與焊錫沾潤(rùn)的單質(zhì)金屬、合金、化合物或這些混合物的金屬珠與含有Sn、In兩者中任一者以上的焊錫珠混合后，放入可以施加均勻壓力的容易進(jìn)行預(yù)壓延的模具中，以均勻的壓力壓入、掩埋，使其沒有間隙后，將該復(fù)合體壓延制成的焊錫箔。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，該焊錫除了Sn、In以外，含有Ag、Bi、Cu、Zn、Ni、Pd、Au、Sb中任一者以上。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，上述金屬珠為含有Cu、Cu合金、Cu6Sn5化合物、Ag、Ag-Sn化合物、Au、Au-Sn化合物、Al、Al-Ag化合物、Al-Au化合物、Zn-Al系列焊錫、或這些混合物的珠。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，在該壓延箔或焊錫復(fù)合材料上鍍Sn或用在Sn中含有Bi、In、Ag、Au、Cu、Ni、Pd中的任一者以上的焊錫材料進(jìn)行鍍覆。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，當(dāng)含有該單質(zhì)金屬、合金、化合物或它們的混合物的金屬珠不沾潤(rùn)時(shí)，是對(duì)其表面鍍Ni、Ni-Au、Cu、Ag、Sn、Au等，或鍍這些金屬的復(fù)合物，或鍍這些后再鍍Sn系列等與錫沾潤(rùn)的金屬化層。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，其粒度分布考慮了含有該單質(zhì)金屬、合金、化合物或它們的混合物的金屬珠的最密充填。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，為了減小復(fù)合焊錫的剛性，使進(jìn)行了與焊錫沾潤(rùn)的金屬化的塑料珠分散在表面上。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，是一種具有為了減小復(fù)合焊錫的熱膨脹系數(shù)，將熱膨脹系數(shù)低于含有單質(zhì)金屬、合金、化合物或它們的混合物的金屬的顆粒，在表面上施以與焊錫沾潤(rùn)的金屬化層，或者施以在其上再鍍Sn、In等焊錫的鍍層并使之呈分散狀態(tài)。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，作為具有低熱膨脹系數(shù)的顆粒，其材料為殷鋼合金系列(Fe-36Ni合金)、二氧化硅、氧化鋁、AIN、SiC等。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，該塑料珠的材料為聚亞胺類樹脂、耐熱環(huán)氧類樹脂、硅酮類樹脂，各種聚合物小珠、或是由這些變成的材料、或是將這些混合的材料。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，其形狀為帶狀、線狀、珠狀、塊狀。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，用金屬纖維或鍍銅的碳、玻璃、陶瓷等的纖維，或?qū)⒃摻饘僦榉稚⒒旌显谠摻饘倮w維中來替代上述金屬珠。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，通過交叉重疊金屬纖維或鍍銅的碳、玻璃、陶瓷等纖維，或?qū)⒃摻饘僦榕c該交叉纖維分散來替代上述金屬珠。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，使金屬纖維或鍍銅的碳、玻璃、陶瓷等纖維成為網(wǎng)狀、或?qū)⒃摻饘僦榉稚⒃谠摼W(wǎng)上來替代上述金屬珠。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，該纖維的直徑為1～20μm，最好為3～15μm。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，用金屬短纖維或鍍銅的碳、玻璃、陶瓷等短纖維，或?qū)⒃摻饘僦榉稚⒃谠摱汤w維中來替代該金屬珠。
另外，是一種如上所述的焊錫箔，該短纖維的直徑為1～10μm，最好為1～5μm，長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)度/直徑)為2～5。
將Cu等金屬珠與Sn系列焊錫珠各50％進(jìn)行配制后壓延，可以得到Cu顆粒彼此之間接觸、Sn嵌入該間隙的復(fù)合焊錫。如將該箔夾在芯片與基板之間后加壓并回流，則復(fù)合焊錫部的Cu珠之間以Cu-Sn化合物連接，在該復(fù)合焊錫部與芯片及基板之間形成Cu珠與芯片電極的化合物、Cu珠與基板端子的化合物，成為在280℃的高溫下也能確保鍵合強(qiáng)度的無鉛化的溫度分層結(jié)構(gòu)。由此可以提供無鉛焊錫中的設(shè)置溫度分層的焊接方法。
可是，如果考慮溫度分層焊接，則已經(jīng)焊接的高溫側(cè)焊錫即使有一部分熔融，只要其它剩余部分沒有熔融，就能充分確保在后續(xù)的錫焊工藝中的耐熔強(qiáng)度。我們正在研究分散混入了金屬珠(Cu、Ag、Au、經(jīng)過表面處理的Al、Zn-Al系列焊錫等)與焊錫珠的焊錫材料。一旦利用該焊錫材料進(jìn)行焊接，例如，在后續(xù)的錫焊工藝中即便通過供Sn-Ag-Cu系列焊錫用的回流爐(最高溫度為250℃)，則焊接部分中的Sn部分雖然熔化，但由于Cu珠之間、Cu珠與芯片之間、以及Cu珠與基板之間被高熔點(diǎn)的金屬間化合物(Cu6Sn5)連接，在回流爐(最高溫度為250℃)的設(shè)定溫度下焊接得以保證，可以確保充分的連接強(qiáng)度。即，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Sn-Ag-Cu系列焊錫的溫度分層焊接。另外，該金屬間化合物形成的效果不限于Cu-Sn，在Ni-Sn(Ni3Sn4)、Ag-Sn(Ag3Sn)等化合物、Au-Sn中也一樣。另外，焊錫中以In來替代Sn也一樣。雖然合金層的生長(zhǎng)速度不同，但通過擴(kuò)散而形成的合金層的熔點(diǎn)高，形成后不會(huì)在280℃下熔化。
用該焊錫材料的焊接處于Cu彼此之間不完全受束縛的狀態(tài)，例如即使用于小片鍵合焊接，也具有對(duì)上下、左右的某種程度的自由度，可以期待Cu與焊錫的中間水平的機(jī)械特性，在溫度循環(huán)試驗(yàn)中也可以期待由Sn引起的耐熱疲勞性和由Cu顆粒(珠)引起的防裂紋擴(kuò)展的高的可靠性。
可是，隨著研究的進(jìn)展，我們了解到利用將Cu珠與焊錫珠混合的復(fù)合膏，Sn系列焊錫原本具有不易在Cu上沾潤(rùn)擴(kuò)展的性質(zhì)，而且，盡管需要與Cu沾潤(rùn)的部分多，但不限于與Cu珠完全地沾潤(rùn)，此外，由于Cu與焊錫珠最初以架橋狀態(tài)受到束縛，即使焊錫熔化，該部分也成為空間而被保留，故成為空洞的概率高等等。因此，這種軟膏方式必然成為空洞增多的工藝，成為不適合用于焊接的材料。如果在安裝電子部件時(shí)能消除空洞還可以，但例如Si芯片的小片鍵合、功率組件的鍵合等由于是面與面焊接的形態(tài)，在結(jié)構(gòu)上很難消除空洞。若殘留空洞，就會(huì)引起因空洞而產(chǎn)生的裂紋、阻礙必須的熱擴(kuò)散等問題。
因此，我們?cè)噲D使用按如下方法，即，將該焊錫材料放入具有容易進(jìn)行預(yù)壓延形狀的模具中，在真空中、還原性氣氛中或惰性氣氛中，將整體均勻地壓縮，使Sn系列焊錫珠在金屬珠之間進(jìn)行塑性流動(dòng)，使其變成以焊錫(塑性形變后的Sn系列焊錫)充填間隙后的復(fù)合成形體，通過將其壓延而得到的焊錫箔。
如下事實(shí)已被證實(shí)，例如，將該復(fù)合成形體壓延制成Si芯片等的小片鍵合用的焊錫箔時(shí)，Cu-Cu等金屬珠之間通過壓縮而接觸，小片鍵合時(shí)金屬珠之間容易形成金屬間化合物，整體被高熔點(diǎn)的金屬有機(jī)地連接，在280℃下也能確保強(qiáng)度。當(dāng)然，由于在焊接部分中的空隙在真空中被壓縮掩埋，所以可以進(jìn)行空洞少的焊接。如下事實(shí)已被證實(shí)若在氮?dú)庵杏玫蜏責(zé)釅?，則在Cu珠及Sn系列焊錫珠的粒徑大時(shí)(約為40μm)，Sn系列焊錫會(huì)顯示97％以上的空隙充填率。另外，若在箔的表面施以厚度適度的Sn鍍層，即使氧化顯著的材料也可以防止氧化。
如下事實(shí)也已被證實(shí)用該焊錫將Cu箔引線之間焊接，將膠合后的搭接接頭在270℃下以50mm/min的拉伸速度進(jìn)行抗剪拉伸試驗(yàn)，得到了約0.3Kgf/mm2的值，由此充分確保了高溫下的強(qiáng)度。
本方式是用金屬珠預(yù)先掩埋焊錫材料內(nèi)部的空間的方式，因此可以預(yù)想空洞會(huì)相應(yīng)地減少，其空洞率與現(xiàn)有的焊錫箔的情形為相同水平或更小(是難以形成多空洞的結(jié)構(gòu))。因此，對(duì)于本方式的焊錫而言，應(yīng)提供以在大面積基礎(chǔ)上無空洞化為重要課題的例如適合于Si的小片鍵合、功率組件的鍵合等的無鉛材料(主動(dòng)地不含鉛)。即，可以提供適合于溫度分層焊接等的高質(zhì)量的高溫?zé)o鉛材料。
另外，對(duì)于軟膏方式而言，還可以據(jù)此解決因?yàn)槿菀籽趸茈y無焊劑化的問題。即，在厭惡殘余焊劑的領(lǐng)域中，用軟膏方式焊接后需要清洗焊劑，但利用無焊劑化的焊接可以省去焊劑的清洗。
除此之外，在具有所希望熔點(diǎn)的硬的、剛性強(qiáng)的焊錫，例如Au-20Sn，Au-(50～55)Sn(熔點(diǎn)309～370℃)，Au-12Ge(熔點(diǎn)356℃)等的情況下，也可以將上述合金作為金屬珠使用，再通過使柔軟且具有彈性的橡膠顆粒與Sn、In等的軟焊錫珠一起分散混入，使用金屬珠的焊錫的固相線溫度約在280℃以上，從而可以期待具有高溫下的焊接強(qiáng)度、處于顆粒之間的軟Sn或In或橡膠可以對(duì)變形起緩解作用的、彌補(bǔ)了這些焊錫的缺點(diǎn)的新效果。
下面說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1示出用復(fù)合珠(金屬珠、焊錫珠)制作的復(fù)合體金屬的制作工序的概要，(a)為將作為金屬珠的Cu珠2與作為焊錫珠的Sn珠3放入真空熱壓機(jī)的碳夾具1中的狀態(tài)，(b)為真空熱壓后，焊錫經(jīng)過塑性流動(dòng)后的復(fù)合珠決的剖面形狀模型，其中，Sn和Cu變形成‘海島結(jié)構(gòu)’。(c)為還用輥筒5將該復(fù)合珠塊壓延以制成焊錫箔的模型。
在圖中，將10～40μm的Cu珠與10～40μm的Sn珠按體積比配合，使Cu珠占50～60％。對(duì)于Cu珠，可以加入更加微細(xì)的顆粒，通過最密充填配合(例如，三輪茂雄；粉體工學(xué)通論，P39,1981/2/5，日刊工業(yè)新聞社)可以使Cu珠之間的接觸增多。若為最密充填，在理論上Cu的體積比約占74％，焊錫占26％。另外，也可以形成為10μm以下的微細(xì)顆粒，這樣可以使合金層的網(wǎng)格變細(xì)，適用于高密度下的精細(xì)焊接。作為一個(gè)例子，當(dāng)兩種顆粒分別為3～8μm的Cu珠與10～40μm的Sn珠、3～10μm的Cu珠與10～40℃的Sn珠、或5～15μm的Cu珠與10～40μm的Sn珠時(shí)，雖然箔的焊錫充填密度下降，但獲得了良好的焊接效果。另外，不言而喻，對(duì)于Cu珠及Sn珠等的直徑(尺寸)來說，不需將所有顆粒都包含在所揭示的尺寸中，在不影響發(fā)明效果的范圍內(nèi)，可以含有或大于或小于所揭示的尺寸的珠。在氮?dú)庵袑⑦@些珠混合，裝入圖1(a)所示的用碳夾具制成的壓力容器中。抽真空后，如長(zhǎng)時(shí)間從周圍均勻地施加壓力，則只有Sn一邊進(jìn)行塑性形變，一邊掩埋Cu珠之間的間隙。雖然Sn的熔點(diǎn)為232℃，但在室溫下，通過加長(zhǎng)時(shí)間也能使之流動(dòng)。在室溫下不能使之流動(dòng)到各個(gè)角落時(shí)，通過提高溫度至某種程度(100～150℃)就能容易地使之流動(dòng)。在該工序中，Cu和Sn越不發(fā)生反應(yīng)，在界面就越?jīng)]有束縛，因此自由度增加，Sn容易變形(流動(dòng))。然后，再用輥筒將該通過真空熱壓等形成的復(fù)合珠塊壓延成焊錫箔。通過壓延使Cu珠之間的間隙更趨消失，結(jié)果可形成空洞少的箔。另外，因?yàn)榇藭r(shí)的目的是制作厚度為150μm(±10μm)的焊錫箔，所以從降低壓延率的角度出發(fā)，最好事先準(zhǔn)備具有接近于該尺寸形狀的模具。如壓延率上升，Cu彼此之間的接觸部分就會(huì)增加，因此，束縛就會(huì)因接觸面積的增加而增加。從而，如考慮到具有與溫度循環(huán)等的變形對(duì)應(yīng)的柔軟性，希望減少連接部，最終的壓延率最好在20％以下。壓延率若為15～20％則更好。
另外，當(dāng)在形成的焊錫箔中有Cu等露出時(shí)，最好是通過再鍍厚度為0.5～2μm的Sn來防止露出部的Cu的氧化。
從制作容易、配合時(shí)容易均勻地分散、以及容易操作等方面來看，希望金屬珠，例如Cu珠及焊錫珠為球狀，但不一定必須是球狀?？梢允荂u珠的表面具有很多凹凸的形狀、棒狀、針狀、纖維狀、角狀、樹枝狀、或?qū)⑦@些組合起來的形狀，只要鍵合后Cu彼此之間纏結(jié)在一起即可。但是，若上述壓縮使Cu彼此之間過于受束縛，自由度變得不起作用，則錫焊時(shí)失去緩沖性，容易產(chǎn)生焊接不良，此時(shí)，最好是Cu珠表面比珠狀具有更多凹凸的形狀、棒狀、針狀、纖維狀、角狀、樹枝狀、或?qū)⑦@些組合起來的形狀。而且，如圖2所示，除了Cu2、Sn3珠以外，還可以使耐熱性的軟彈性體的金屬化了的(無電解鍍Ni-鍍Au，或無電解鍍Ni-鍍焊錫)的塑料珠(橡膠)6分散，降低楊氏模量，確保緩沖性。圖2(a)表示壓延前，圖2(b)表示壓延后。樹脂珠直徑理想情況下在10μm以下，最好在1μm的水平。例如，最好在0.5～5μm。作為配合量，體積比即使為百分之幾也有效。
在本發(fā)明中，對(duì)‘金屬’和‘焊錫’使用了兩種術(shù)語‘顆粒’和‘珠’，但從上述說明可知，兩者的含義大致相同。若要強(qiáng)加區(qū)分，則‘顆?！邪ā椤趦?nèi)的稍寬的意義。
其次，作為另一金屬珠的例子，說明使用Al時(shí)的情況。
高熔點(diǎn)的金屬通常較硬，可是純鋁是既廉價(jià)又柔軟的金屬。純鋁(99.99％)雖然柔軟(Hv17)，通常卻不易與Sn沾潤(rùn)。因此，最好是鍍Ni-Au或鍍Ni-Sn等。也可以用濺射等在Al表面薄薄地覆蓋一層Au。制作柔軟的純Al的微細(xì)顆粒因有爆炸等安全性的問題而帶來困難，但在惰性氣氛中制作，即，在表面鍍Ni-Au，使Al不與大氣接觸，則可以確保安全。另外，Al顆粒即使形成一些氧化膜也可以利用鍍覆處理去除，因此沒有問題。另外，在壓延工序中Al的氧化膜也容易被破壞，生成Al的新生面，所以，不會(huì)對(duì)焊接有那么大的影響。另外，作為對(duì)Al表面的金屬化層不限于這些，而需要在焊錫箔制成后，該焊錫與Cu、Ni等沾潤(rùn)，在高溫下確保鍵合強(qiáng)度。因此，在Al顆粒與鍍Ni的銅板之間、以及Al顆粒與Si芯片的Ni的鍍層之間，需要通過形成在Al顆粒上的金屬化層和Ni的Sn化合物來連接。
在獲得復(fù)合珠塊時(shí)，由于Al在真空中尤其在高溫下容易擴(kuò)散，可以使用含有Ag的Sn焊錫等形成與Al的化合物。除了Ag以外，也可以在Sn中加入微量的Zn、Cu、Ni、Sb等，使之容易與Al產(chǎn)生反應(yīng)，由此來制作用于鋁焊接的焊錫。在Sn中加入微量的Ag、Zn、Cu、Ni、Sb等時(shí)，Al的表面不需要金屬化層，成本方面的效益很可觀。
可以與Al表面完全沾潤(rùn)，也可以沾潤(rùn)成斑狀。這與金屬化層的區(qū)域有關(guān)，這取決于是形成斑狀金屬化層還是形成整個(gè)金屬化層。若形成斑狀，則在施加應(yīng)力時(shí)，由于變形時(shí)束縛力變小，所以容易變形，而且不沾潤(rùn)的部分作為摩擦損耗而吸收能量，所以是變形性能優(yōu)越的材料。當(dāng)然，可以確保焊接強(qiáng)度。
可以在直徑為20～40μm左右的Al線上鍍Sn、Ni-Sn、Au等以后切斷成顆粒狀、棒狀，來代替使Al成為珠狀。另外，珠狀的Al顆?？梢栽诘?dú)庵欣渺F化法等低成本地大量制作。
下面說明Au珠。
在獲得復(fù)合珠塊時(shí)，由于Au珠容易與Sn系列焊錫沾潤(rùn)，如為短時(shí)間的焊接，則不需要金屬化層。但是，錫焊時(shí)間一長(zhǎng)，Sn就會(huì)明顯地?cái)U(kuò)散，對(duì)脆性的Au-Sn化合物的形成會(huì)留下隱患。因此，制成柔軟的結(jié)構(gòu)時(shí)鍍以Au擴(kuò)散少的In等也是有效的，也可以用Ni、Ni-Au等形成阻擋層。阻擋層過薄，Au珠就容易變形。只要是能夠抑制與Au的合金層生長(zhǎng)的金屬化結(jié)構(gòu)，用其它結(jié)構(gòu)也可以。在壓延以前，可以通過抑制溫度來抑制擴(kuò)散。在小片鍵合中短時(shí)間鍵合時(shí)，由于在晶粒邊界處生成的合金層很薄，即使不設(shè)置阻擋層也可以期待Au的柔軟性所產(chǎn)生的效果。也可以將Au珠與In焊料珠組合起來使用。
下面說明Ag珠。
Ag珠也與Au珠一樣，但由于Ag3Sn化合物的機(jī)械性能不壞，可以用通常的工藝將Ag顆粒之間用化合物連接起來。也可以混在Cu等中使用。
下面說明使用合金材料作為金屬珠時(shí)的情形。
作為合金系列的代表例，有Zn-Al系列、Au-Sn系列等。Zn-Al系列焊錫的熔點(diǎn)以330～370℃的范圍為主，是適合于Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系列焊錫等進(jìn)行分層焊接的溫度范圍，可以將這些合金系列用作金屬珠。作為Zn-Al系列的代表例，有Zn-Al-Mg、Zn-Al-Mg-Ga、Zn-Al-Ge、Zn-Al-Mg-Ge、以及在這些合金系列中再含有Sn、In、Ag、Cu、Ni等中的一種以上的合金。
可是，有人指出因Zn-Al系列氧化嚴(yán)重、焊錫的剛性高等原因，使Si鍵合時(shí)擔(dān)心Si芯片會(huì)產(chǎn)生裂紋(清水等人‘適合于小片連接的無鉛焊錫用的Zn-Ai-Mg-Ga合金’Mate99，1999-2)，若只作為復(fù)合珠塊的金屬珠來使用，則需要解決這些課題。
因此，由于必須闡明這些課題，為了降低焊錫的剛性，可以使鍍了Ni-焊錫或鍍了Au的耐熱性的塑料珠與Sn珠和Zn-Al系列珠一道均勻地分散來降低楊氏模量。若在整體中混入10～50％的Sn珠，熔融的Sn就會(huì)進(jìn)入Zn-Al系列焊錫間。此時(shí)，雖然一部分的Zn-Al珠彼此之間鍵合，但其它部分主要存在被析出的低溫的柔軟Sn-Zn相和沒有熔化的Sn。變形由該Sn、Sn-Zn相及塑料珠的橡膠來分擔(dān)。
實(shí)際利用該焊錫箔進(jìn)行焊接時(shí)，例如進(jìn)行小片鍵合時(shí)，在焊接后留下一部分Sn層，從而可以用Sn來吸收變形。通過塑料珠與Sn層的復(fù)合作用可以期待進(jìn)一步地緩和剛性。另外，此時(shí)由于Zn-Al系列焊錫的固相線溫度確保在280℃以上，在高溫下強(qiáng)度不會(huì)有問題。
塑料珠比起Zn-Al系列珠最好減小直徑、并使之均勻地分散。變形時(shí)具有柔軟彈性的1μm水平的塑料珠在變形時(shí)，熱沖擊緩解、機(jī)械沖擊緩解的效果非常大。市售品有耐熱性的塑料珠。由于塑料珠大致均勻地進(jìn)入Zn-Al系列焊錫的珠之間，在焊接時(shí)的短時(shí)間的熔融期間，該分散不會(huì)發(fā)生大的偏離。該耐熱樹脂的熱分解溫度約為300℃，希望有更加耐熱的材料，但在短時(shí)間的小片鍵合時(shí)沒有問題。
如前所述，在真空中利用熱壓成形時(shí)，通過在鍍Sn的塑料珠上的Sn不熔化的溫度(Sn熔點(diǎn)232℃)下均勻地壓縮，使其產(chǎn)生塑性流動(dòng)。此時(shí)，Zn-Al珠不太變形。通過均勻地壓縮，用塑料珠和Sn等將空間充填，壓延成150μm左右，制成焊錫箔。在小片鍵合下使用時(shí)可以卷成卷，用連續(xù)工序來提供。
由于Zn-Al容易氧化，若考慮到保存時(shí)的情形，最好在表面上鍍置換了Cu的Sn。該Cu和Sn例如在小片鍵合時(shí)會(huì)溶解于Zn-Al系列焊錫中。通過在表面存在Sn，例如容易進(jìn)行對(duì)Cu電極上的Ni-Au鍍層的焊接。對(duì)于Si芯片來說，例如對(duì)Ti-Ni-Au金屬化也一樣容易鍵合。由于在200℃以上的高溫下，Ni與Sn合金層(Ni3Sn4)的生長(zhǎng)速度在Cu-Sn以上，不會(huì)因化合物的形成不充分而不能鍵合。
也可以視情況用Zn-Al系列焊錫珠與塑料珠構(gòu)成復(fù)合珠塊。
另外，可以在Zn-Al系列焊錫中大量加入Sn、In，直至固相線溫度確保在280℃的水平，進(jìn)行溫度分層焊接。若大量加入Sn、In等，雖然一部分會(huì)局部地生成Zn-Sn的共晶等低強(qiáng)度相，但焊接強(qiáng)度由成為骨架的Zn-Al系列的固相來承擔(dān)，所以在高溫下強(qiáng)度沒有問題。
另外，若在Zn-Al系列焊錫上鍍置換了Cu的Sn，則將溫度提高到Zn-Al系列焊錫的液相線溫度以上時(shí)，Sn容易沾潤(rùn)擴(kuò)展，一邊使薄的Cu固溶，一邊溶解于Zn-Al系列焊錫中。若Sn較多(例如在7％左右)，就不能固溶于Zn-Al中，在晶粒邊界處會(huì)析出低溫的Sn-Zn相。通過有意地將多個(gè)Sn相分散析出，可以用Sn-Zn相來分擔(dān)變形，用Zn-Al系列的固相來分擔(dān)鍵合強(qiáng)度。所以，也可以通過將Zn-Al系列焊錫珠鍍Sn，有意地留下不能固溶于珠中的Sn相，用Sn層來吸收變形，緩解Zn-Al的剛性。即，可以緩解焊接部分的焊錫的剛性，減少焊接不良。
圖3表示利用上述的焊錫箔11在Al2O3基板13上的鍍W-Cu金屬化層(鍍Ni也可以)14上小片鍵合Si芯片8的一個(gè)實(shí)例。作為焊錫箔11的代表例，有金屬珠為Cu、焊錫為Sn的組合。由于Cu比較柔軟，與Sn的反應(yīng)活潑，金屬間化合物(Cu6Sn5)的機(jī)械性能良好，所以即使生長(zhǎng)很厚也不容易呈現(xiàn)脆性。萬一化合物的生長(zhǎng)明顯，出現(xiàn)了弊端，可以通過在Sn中加入微量的Cu等來抑制合金層的 生長(zhǎng)速度。在此，重要的是希望在短時(shí)間焊接時(shí)用金屬間化合物可靠地將Cu珠之間連接起來，使反應(yīng)變得活潑，所以生長(zhǎng)過剩不會(huì)成為問題。與其相比，在Sn與芯片以及Sn與基板的焊接中，提高Sn的沾潤(rùn)性和沾潤(rùn)擴(kuò)展性更加重要。因此，可以期待通過在Sn中添加微量的Cu、Bi來提高流動(dòng)性，降低表面張力，由此取得改善沾潤(rùn)性的效果。另外，可以期待添加微量的Ni、Ag、Zn用于提高與界面的強(qiáng)度的效果。另外，在提高Sn的熔點(diǎn)時(shí)，可以用Sn-Sb(5～10％)來替代Sn，增加形成Cu-Sn化合物、Ni-Sn化合物時(shí)的焊錫中的Sb濃度，將焊錫的熔點(diǎn)提高到246℃。
作為另一代表例，在比Cu更軟的純Al珠的情況下，其對(duì)于溫度循環(huán)的變形性能很好。課題是Al珠與芯片、基板的金屬化層之間的反應(yīng)。可以通過在Al表面鍍Ni或鍍薄的Ni-Au，用Sn來同樣地確保Al珠之間及Al珠與鍍Ni的芯片之間、鍍Ni的基板之間的鍵合強(qiáng)度。Ni與Sn之間的金屬化合物通常為Ni3Sn4，在200℃以上時(shí)比Cu-Sn的生長(zhǎng)速度快，因此不必?fù)?dān)心反應(yīng)不足的情況。在Cu與Ni同時(shí)存在的部位，一部分往往也會(huì)形成混合了(NiCu)3Sn4的合金層?？梢酝ㄟ^在Sn中加入微量的Ag、Ni、Zn、Ti等，使焊錫與Al珠直接反應(yīng)，可使Al珠之間的焊接由焊接條件來決定。
對(duì)于Au珠也可以采取同樣的步驟。Au既柔軟又容易形成與Sn的化合物，所以如果除了成本方面外，這是有用的組成?？墒牵捎诟籗n系列中的化合物的熔點(diǎn)低，為了具有280℃以上的熔點(diǎn)，需要形成Sn占55％以下的組成比的AuSn、AuSn2的化合物。因此，需要提高焊接溫度，使鍵合部中的Sn少，從而，在Si芯片側(cè)的金屬化層，例如通過設(shè)置Cr-Ni-Sn來使Au-Sn、AuSn容易形成?？紤]到降低成本，也可以使Cu、Al、Ag等混入Au珠中。
Ag珠同樣也是強(qiáng)有力的候選者，可以通過形成高熔點(diǎn)的Ag3Sn化合物，進(jìn)行在280℃下也不會(huì)熔化的焊接。
其次，說明對(duì)既硬而熔點(diǎn)又低的Zn-Al系列珠的應(yīng)用例。從熔點(diǎn)和脆性方面看，由于Zn-Al系列中的Al通常落在3～5％的范圍內(nèi)，為了進(jìn)一步降低熔點(diǎn)，加入Mg、Ge、Ga等，再加入Sn、In等主要來降低固相線溫度。另外，為了確保沾潤(rùn)性和強(qiáng)度，往往也加入Cu、Ag、Ni等。這些金屬的熔點(diǎn)為280～360℃的水平。例如，在使用Zn-4Al-2Mg-1Ag-10Sn時(shí)，若混合Sn珠來作為焊錫珠，則即使兩者成熔融狀態(tài)，Sn也只是有一部分固溶于Zn-Al系列珠中，而剩余的大部分仍為原來的Sn。另外，此時(shí)由于可以使不能固溶于焊錫中的多余的Sn、In等以顆粒的狀態(tài)良好地分散，使其孤立分散在焊錫中，因此可以期待相同的效果。在Zn-Al系列珠上鍍厚的Sn也是使Sn孤立分散的一種方法。
對(duì)于Zn-Al系列珠來說，由于焊接時(shí)整體熔化，受表面張力的作用，具有其表面形狀容易成為自然形狀等的特征。另外，Zn-Al系列的表面氧化嚴(yán)重，因此包括預(yù)熱過程，要在不使其氧化上下工夫。作為箔使用時(shí)，可以通過在表面鍍Cu(0～0.2μm)-Sn(1μm)取得防止氧化的效果。另外，在Zn-Al系列珠之間存在Sn時(shí)，Sn對(duì)于溫度循環(huán)時(shí)的變形能起到緩沖材料的作用，但其作用不充分時(shí)，可以通過分散并混合微細(xì)的鍍Sn的塑料珠的橡膠，來進(jìn)一步提高變形性和耐沖擊性，降低楊氏模量，提高耐熱疲勞性。
同樣，作為既硬而熔點(diǎn)又低的合金系列有Au-Sn系列等，可以采取相同的步驟。
在所使用的Al2O3基板13上形成了W(燒結(jié))-鍍Cu(3μm)38(或鍍W-Ni)的電極。作為陶瓷基板，另外還有莫來石、玻璃陶瓷、AIN等。若焊接時(shí)使用焊劑、或預(yù)熱階段能在在惰性氣氛中或還原性氣氛中使用，則仍可以用Cu電極。
使用的Si芯片8的尺寸為5mm見方，焊錫箔11的尺寸為4mm見方、厚度為0.15mm，但芯片的尺寸不受限制，也可以是大型芯片。
對(duì)于后工序的兩次回流來說，化合物層可以確保在高溫下的強(qiáng)度，對(duì)其后的熱疲勞，Sn系列焊錫起主要作用，局部彈性耦合的部位對(duì)部分應(yīng)力嚴(yán)重的部位能發(fā)揮最大限度的效果(部分耐受不了的部位會(huì)受到破壞)，與沒有彈性耦合時(shí)相比會(huì)提高壽命。因此，在化合物層中不受被強(qiáng)有力束縛的損傷，一部分化合物在焊錫中形成網(wǎng)狀即可。在施加大的應(yīng)變、應(yīng)力的芯片周邊部，通過在焊接界面形成化合物，不易引起因強(qiáng)固焊接而造成的破壞。而在同為周邊部位置的焊錫箔中央，若網(wǎng)絡(luò)鍵合少，則施加在最外周部的應(yīng)力、應(yīng)變就會(huì)施加在箔中央的Sn上，因此可以緩解施加于上下界面部的應(yīng)力。
首先，通過真空吸引將Al2O3基板13固定在架臺(tái)上，Si芯片8也通過真空吸引9保持在作為安裝夾具的電阻加熱器7上。然后通過使電阻加熱器7下降等，使Si芯片8隔著焊錫箔11與Al2O3基板13接觸，通過加熱(最高380℃)、加壓(初期2Kgf)保持5秒鐘。另外，用于測(cè)量溫度的熱電偶16埋在電阻加熱器內(nèi)與芯片接觸的附近，可以控制溫度。
另外，焊錫箔11的溫度若達(dá)到該熔點(diǎn)，則焊錫箔的Sn等瞬間熔化，壓力施加在金屬珠之間的鍵合部位，開始熔化。因此，為了防止金屬珠之間的鍵合部位被破壞，在達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，使電阻加熱器7以對(duì)焊錫箔11加壓時(shí)的位置為起點(diǎn)，從該位置移動(dòng)到焊錫箔厚度的約10％(最多20％)以下的位置，由此來控制從芯片中焊錫的溢出量。由于焊錫箔的厚度影響熱疲勞壽命，通常設(shè)定在80～150μm左右。用該焊錫厚度和焊錫箔的尺寸相對(duì)于芯片的尺寸來控制破壞量。可是，由于在本方式中包含一半的Cu，且其被連接成網(wǎng)狀，有利于熱傳導(dǎo)，因此即使在200～250μm時(shí)，熱性能也優(yōu)于從前。
將Al2O3基板13的預(yù)熱器15設(shè)定為約100℃。由于急劇的溫度上升、下降會(huì)對(duì)接頭施加大的應(yīng)力，預(yù)熱在緩解熱沖擊的意義上起著重要的作用。
用電阻加熱器進(jìn)行小片鍵合時(shí)，為了防止焊接時(shí)焊錫箔11的氧化，設(shè)置了從周圍局部吹氮?dú)?0的機(jī)構(gòu)。另外，最好對(duì)吸附Si芯片8的電阻加熱器7的周圍也吹氮?dú)?0，使鍵合部的氧純度始終保持在50～100ppm的水平。
該焊錫箔在氫氣爐或氮?dú)獾鹊亩栊詺夥諣t中，以最高270℃左右的溫度，可以進(jìn)行Si芯片等的小片鍵合、功率組件等的鍵合。使用加熱爐時(shí)，對(duì)Sn來說最高溫度可以從260℃到350℃，但需要在考慮了化合物形成狀態(tài)的條件后進(jìn)行選擇。
圖4示出了利用電阻加熱器的小片鍵合、及利用氫氣爐或氮?dú)獾榷栊詺夥諣t進(jìn)行小片鍵合的具有代表性的鍵合部的剖面模型。從如此進(jìn)行了小片鍵合的芯片的上表面，利用焊絲鍵合等連接在基板的端子上，既可用管帽將芯片密封，又可用樹脂密封，再將小型芯片部件等焊接到基板周圍(此時(shí)的焊接，也可以將適合于端子的箔事先暫時(shí)貼附在芯片部件的電極上，并將此焊接在基板上，或?qū)釅汉蟮牟考瑫r(shí)在回流爐內(nèi)焊接)、從基板的背面引出外部連接端子(通常用Sn-3Ag-0.5Cu等焊錫鍵合)，從而制成組件。
Cu珠2彼此之間、Cu珠與芯片側(cè)的金屬化層44(例如Cr-Ni-Au；由于Au太薄，實(shí)際上在Cu-Sn-Ni之間形成合金層)、Cu珠與基板側(cè)的金屬化層42(例如在Ag-Pd導(dǎo)體上鍍Ni；在Cu-Sn-Ni之間形成合金層)各自牢固地形成合金層，確保連接狀態(tài)。雖然芯片的金屬化層的組合有多種，但與焊錫中的Sn反應(yīng)的大部分是Cu或Ni。主要為了防止氧化，往往在表面層使用Au，但Au顆粒在0.1μm水平以下時(shí)可以固溶于Sn中，不會(huì)參與合金層的形成。另一方面，基板也是一樣，雖然基底有多種，但與Sn的反應(yīng)層與芯片上的情形一樣為Ni或Cu。特殊情況下也有Ag、Ag-Pt、Ag-Pd、Au-Pd等的厚膜導(dǎo)體等。在進(jìn)行功率芯片的小片鍵合時(shí)，熱傳導(dǎo)面上若有空洞對(duì)特性就有很大影響，所以非常重視無空洞化。使用焊錫膏時(shí)，由于焊劑的反應(yīng)、溶劑的揮發(fā)等會(huì)產(chǎn)生很多氣體，所以焊錫膏適用于氣體容易逃逸的接頭結(jié)構(gòu)、例如細(xì)長(zhǎng)的端子、小型Si芯片的小片鍵合等。所以，在大、中型Si芯片的小片鍵合中，通常用在惰性氣氛中在無焊劑狀態(tài)下使用焊錫箔的電阻加熱器的小片鍵合，或使用氫氣爐或氮?dú)獾榷栊詺怏w爐的小片鍵合。另外，在用本發(fā)明制作的焊錫箔中，內(nèi)含的空洞有隨Cu粒徑的減小而增多的趨勢(shì)，但在結(jié)構(gòu)上以小于粒徑的方式被微細(xì)地分散，因此不會(huì)有至此看到的大的空洞的損傷，預(yù)計(jì)對(duì)特性的影響很小。使用粒徑為3～8μm的Cu顆粒、Sn顆粒時(shí)，箔中的焊錫充填率為80％左右(空洞率20％)。從上可知，若將該箔夾在鍍Sn的Cu板之間，在氮?dú)夥罩杏眯∑I合機(jī)進(jìn)行加壓鍵合，則Cu珠與Cu板之間會(huì)牢固地形成Cu6Sn5的金屬間化合物，而且多余的Sn會(huì)被焊錫內(nèi)部的微細(xì)空間部(空洞)吸收，從而獲得良好的鍵合部。剖面觀察結(jié)果也證實(shí)，焊接后箔的充填率與焊接前相比有了提高。由此可知，為現(xiàn)有課題的空洞問題在本方式中不會(huì)有太大的問題。另外，若Cu顆粒的粒徑微細(xì)化到3μm的水平或其以下，則在焊接溫度為300℃以上的高溫下進(jìn)行焊接時(shí)或在高溫下的保持時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，由于Cu與Sn的反應(yīng)活潑，Cu顆粒的形狀受到破壞，Cu-Sn化合物會(huì)起到連接的作用，但耐高溫強(qiáng)度等的特性本身不會(huì)變。當(dāng)特別想抑制反應(yīng)時(shí)，可以進(jìn)行Ni/Au的化學(xué)鍍(在高溫下也不容易形成厚的化合物)，或使用Ag顆粒等。Cu顆粒為30μm水平的粗大顆粒時(shí)，空洞率在3％以下，而且是分散的空洞，因此可以說是不會(huì)影響特性的空洞。
可是，用上述實(shí)施例中示出的工序制作的焊錫箔可以卷成卷，在包括切斷工序在內(nèi)的后續(xù)工序中連續(xù)供給。所以，用于需要進(jìn)行溫度分層的部件的封口部、端子連接部的焊接時(shí)，可以通過沖壓加工、激光加工等將焊錫箔加工成與焊接部相匹配的形狀。然后，可以通過用脈沖方式的加壓型加熱器在氮?dú)夥障聦⒃摬考姆饪诓俊⒍俗舆B接部加熱、加壓，進(jìn)行無焊劑的焊接。為了防止預(yù)熱時(shí)的氧化、確保沾潤(rùn)性，最好用鍍Sn的焊錫箔。對(duì)于間距大、端子數(shù)少的部件的焊接等，由于焊錫箔的配置、部件端子的定位、利用脈沖電流的電阻加熱電極進(jìn)行的加壓焊接等容易實(shí)施，因此焊接容易進(jìn)行。
圖5(a)是BGA、CSP型的芯片載體的剖面圖，該芯片制作如下不使用焊劑，在氮?dú)夥罩?，利用脈沖加熱的電阻加熱器，將圖5(c)所示的上述焊錫箔39放在芯片8與中繼基板36之間進(jìn)行小片鍵合后，利用Au的鍵合焊絲35將芯片上的端子與中繼基板36上的端子連接，將箔放在鍍Ni的Al等管帽23與中繼基板36之間，在氮?dú)夥罩杏秒娮杓訜崞髟跓o焊劑的情況下進(jìn)行封口。也可以將焊錫箔暫時(shí)粘結(jié)在被鍵合體上進(jìn)行鍵合。另外，中繼基板36由圖中未示出的通孔進(jìn)行上下之間的電連接，即，確保了芯片8與外部連接端子之間的電連接。本結(jié)構(gòu)是通常組件結(jié)構(gòu)的代表例，圖中雖未示出，但在中繼基板36上可以安裝電阻器、電容器等芯片部件。另外，使用大功率的芯片時(shí)，從散熱效率的角度出發(fā)，最好使用導(dǎo)熱性好的AIN中繼基板。該組件的外部連接端子的焊錫組成為Sn-3Ag-0.5Cu，端子間距大時(shí)以珠的形式供給，間距小時(shí)用膏形成。另外，也往往直接用Cu端子或鍍Ni-Au的端子。此后，將組件安裝在印刷基板上，利用Sn-3Ag-0.5Cu焊錫(熔點(diǎn)217～221℃)膏，與其它部件一起在最高為240℃的溫度下進(jìn)行回流焊接，而如前所述，在該回流溫度下，可以確保焊錫箔自身的鍵合，因此可以在印刷基板上進(jìn)行可靠性高的焊接。即，安裝組件的焊接與印刷基板上的焊接可以實(shí)現(xiàn)溫度分層焊接。雖然外部連接端子的形狀有多種，但都可以通過使用焊錫箔來實(shí)現(xiàn)對(duì)外部連接端子與印刷基板焊接的溫度分層焊接。另外，不言而喻，本結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于所謂的BGA型半導(dǎo)體器件，該BGA型半導(dǎo)體器件形成如下用焊錫箔將半導(dǎo)體芯片以小片鍵合方式焊接在基板上，用焊絲鍵合將半導(dǎo)體芯片的端子與基板上的端子焊接，在基板的背面形成作為外部連接端子的焊錫珠。此時(shí)，芯片的安裝面上實(shí)施樹脂模塑。另外，為了進(jìn)一步改善焊接部外圍部的沾潤(rùn)性，利用脈沖加熱電阻加熱器進(jìn)行焊接后，還可以在氮?dú)鉅t或氫氣爐等中進(jìn)行回流，形成良好的接頭。
圖5(b)是在圖5(a)所示的結(jié)構(gòu)中，在氮?dú)夥罩?，將鍍Ni的Al散熱片23放置在其上有箔的中繼基板43上，用電阻加熱器在無焊劑的狀態(tài)下進(jìn)行封口的例子。
圖5(b)左是用Cu珠、Sn珠制作后用沖壓法沖壓成的焊錫箔40，圖5(b)右是在氮?dú)夥罩杏妹}沖加熱的電阻加熱器41，將焊錫箔40(左圖的B-B’剖面)與鍍Ni的Al散熱片23加熱后密封在中繼基板上的端子部(Ni-Au薄鍍層42)上的模型剖面圖。在圖5(b)右的狀態(tài)下焊接后成為圖5(a)的鍵合部24的形狀。該焊錫箔與上述相同，使用了圖5(c)所示的焊錫箔。
另外，也可以在氫氣等還原性氣氛的加熱爐中進(jìn)行無焊劑的回流焊接。另外，如使用可以確保長(zhǎng)時(shí)間絕緣性的以松香為基礎(chǔ)的焊劑時(shí)，由于沒有腐蝕問題，所以也有可能視產(chǎn)品的情況使用無清洗的回流焊接。
可是，回流焊接的課題的關(guān)鍵在于，使用高熔點(diǎn)金屬珠時(shí)，為了在焊錫箔的兩面容易擴(kuò)散焊接，使焊錫箔與待焊接的一側(cè)成為接觸狀態(tài)，最好是通過加壓使兩者接觸。因此，最好采用具有暫時(shí)粘附工序或加壓工序的工藝。例如，可以事先與引線、部件的電極部壓接后提供。另外，Zn-Al系列全部是熔化型的，所以不必?fù)?dān)心。
圖6是用于功率組件焊接的例子。SI芯片8以10mm見方水平的尺寸為對(duì)象的情況居多。因此，以往使用柔軟的富鉛的高溫系列焊錫。若是無Pb焊錫，則有Sn-3.5Ag(221℃)、Sn-0.7Cu(227℃)或Sn-5Sb(235℃)。如果考慮Sb有對(duì)環(huán)境的負(fù)荷問題，則現(xiàn)狀是只有Sn-3.5Ag、Sn-0.7Cu。由于Zn-Al系列較硬，如果原樣使用很可能引起Si芯片出現(xiàn)裂紋。
此時(shí)的焊錫不能用作溫度分層焊接的高溫焊錫，由于發(fā)熱高，現(xiàn)有的Sn-5Sb等也不能確保可靠性，因此曾一直使用Pb-5Sn系列。由于沒有能夠替代富Pb焊錫的無鉛軟焊錫，本發(fā)明將成為其替代品。在車輛中很少能夠達(dá)到230℃水平的狀態(tài)，作為工藝規(guī)格則要求車輛用的焊錫達(dá)到230℃的程度。而且還要求能夠耐受260℃的回流。在進(jìn)行260℃的回流時(shí)，該復(fù)合焊錫中的Sn雖然熔化，但金屬間化合物以網(wǎng)絡(luò)狀相連，所以可以確保高溫下的強(qiáng)度。另外，對(duì)于有機(jī)會(huì)暴露于220℃水平的高溫的車輛來說，為了防止在高溫下瞬時(shí)局部熔化，通過使用作為Sn系列焊錫的Sn-(5～7)％Sb焊錫(熔點(diǎn)236～243℃)珠，可使Sn與Cu珠之間的反應(yīng)、Sn與基板端子(Cu，Ni)之間的發(fā)應(yīng)中Sb濃度在10％以上，可使下限溫度提高到高于Sn(232℃)的245℃的水平。因此，即使達(dá)到220℃也不用擔(dān)心局部熔化。另外，在280℃下，本方式的抗剪強(qiáng)度可以確保在1N/mm2以上。
另一方面，Sn-Ag-Cu系列焊錫與Sn-Pb共晶不同，就是說，它的強(qiáng)度高、剛性強(qiáng)、變形性差，會(huì)給元件、部件帶來不良影響。因此，通過使用具有柔軟性的Sn-In系列、Sn-Cu-In系列、Sn-(0～1)Ag-CU、Sn-(0～1)Ag-Cu-In系列等的焊錫，焊錫的熔點(diǎn)雖然稍許下降，下降到200℃的水平，但焊錫本身會(huì)適應(yīng)變形，因此有望用于要求耐沖擊性的便攜式裝置等的安裝用的溫度分層焊錫。當(dāng)然，該結(jié)構(gòu)最好形成如下二次焊接時(shí)所需的強(qiáng)度可作為利用化合物與發(fā)育成網(wǎng)絡(luò)狀的Cu的連接時(shí)的高溫強(qiáng)度來確保，特別是，在施加了最大應(yīng)力、應(yīng)變的芯片、部件等的最外圍部的基板的界面部，有望通過形成與Cu珠的化合物以形成阻止界面附近遭到破壞、但在焊錫內(nèi)部則被破壞的網(wǎng)絡(luò)。
因此，這里使用Cu珠與Sn珠的焊錫箔。可以將10～30μm的軟銅珠與10～30μm的Sn珠按大約1∶1的重量比混合，在真空中或還原氣氛中使Sn在Cu珠之間進(jìn)行塑性流動(dòng)，再經(jīng)過壓延后制成焊錫箔?；蛘咭部梢詫?～8μm的軟銅珠與3～8μm的Sn珠按大約1∶1的重量比混合，在真空中或還原氣氛中使Sn在Cu珠之間進(jìn)行塑性流動(dòng)，再經(jīng)過壓延后制成焊錫箔。將該箔切斷成所需尺寸，將該焊錫箔安裝在鍍Ni的Cu引線51與Si芯片之間；Si芯片8與鍍Ni 46的圓Cu板(或圓Mo板)48之間；圓Cu板48與在W金屬化層上鍍Ni46的氧化鋁絕緣基板50之間；以及上述氧化鋁絕緣基板50與電鍍了Ni46的Cu底板49之間，在280℃的氫氣爐中一并進(jìn)行回流焊接。由此，在Cu珠之間、Cu珠與Cu引線之間、Cu珠與芯片之間、Cu珠與鍍Ni的銅板之間、Cu珠與鍍Ni的氧化鋁絕緣基板之間、以及Cu珠與鍍Ni的Cu底板之間用Cu與Ni金屬間化合物進(jìn)行鍵合。以此進(jìn)行了焊接的焊接件已被耐高溫的金屬間化合物(在Cu的情況下為Cu6Sn5，在Ni的情況下為Ni3Sn4)連接，因而在260℃(在260℃～280℃也可)下能保持強(qiáng)度，在后工序的回流中不會(huì)成為問題。通過對(duì)該接頭進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)、功率循環(huán)試驗(yàn)后證實(shí)，與迄今為止的富鉛焊錫具有同等的壽命。
另外，通過使鍍Sn的塑料珠的橡膠分散，可以降低楊氏模量，從而進(jìn)一步提高耐熱沖擊性，進(jìn)行更大型的Si芯片的鍵合。另外，以利用脈沖加熱方式的小片鍵合機(jī)吹氮?dú)猓谧罡?50℃的溫度下，加壓5秒鐘(5～10秒鐘也可)的鍵合方式也可以進(jìn)行安裝。另外，可以利用脈沖加熱方式進(jìn)行暫時(shí)粘附，在界面上切實(shí)地進(jìn)行了接觸后，在氫氣爐中一并進(jìn)行回流，由此來確保外圍部分的沾潤(rùn)和鍵合界面的焊接。另外，在芯片周邊部最好形成光滑的倒角，所以也可以在焊錫箔的外圍部設(shè)置只有Sn的層。
使用在Zn-Al系列(Zn-Al-Mg、Zn-Al-Ge、Zn-Al-Mg-Ge、Zn-Al-Mg-Ga等)焊錫珠中分散混入Sn、In等珠以代替Cu珠、進(jìn)而使用分散混入鍍Sn的塑料珠的橡膠的壓延箔，結(jié)果同樣可以獲得耐溫度循環(huán)性、緩解耐沖擊性、確保高可靠性。如果只用Zn-Al系列焊錫，則由于較硬(Hv約為120～160)、剛性高，所以擔(dān)心大型Si芯片容易受到損壞。因此，通過部分地在珠的周邊設(shè)置柔軟的低溫的Sn層、In層，并將橡膠分散在珠的周圍，可以使其有效地變形，從而降低剛性，提高可靠性。
另外，通過在熱膨脹系數(shù)低的充填物(SiO2、AIN、殷鋼合金等)中混入鍍Ni、鍍Ni-Au的顆粒，可以使熱膨脹系數(shù)接近于Si等，使作用應(yīng)力減小，從而可以期待延長(zhǎng)壽命。
圖7示出將用于便攜式電話等的信號(hào)處理用的高頻RF(RadioFrequency)組件安裝在印刷基板上的例子。
在這種形態(tài)中，通常將元件的背面鍵合在導(dǎo)熱性優(yōu)良的中繼基板上，用焊絲鍵合法引到中繼基板的端子部。多數(shù)例子為R、C等芯片部件被配置在幾個(gè)芯片上及其周圍，形成MCM(多芯片組件)?，F(xiàn)有的HIC(混合IC)、功率MOSIC等是有代表性的例子。作為組件基板的材料有Si薄膜基板、低熱膨脹系數(shù)且高熱傳導(dǎo)的AIN基板、低熱膨脹系數(shù)的玻璃陶瓷基板、熱膨脹系數(shù)接近于GaAs的Al2O3基板、高耐熱性且提高了導(dǎo)熱性的殷鋼合金等的金屬芯有機(jī)基板等。
圖7(a)是在Si組件基板29上安裝Si芯片8的例子。在Si組件基板29上可以用薄膜來形成R、C等，因而可以進(jìn)行高密度的安裝，只有Si芯片8主要作為倒裝芯片而被安裝。對(duì)印刷基板22的安裝通過QFP-LSI型的軟Cu系列引線20來進(jìn)行。引線20與Si組件基板29之間的焊接利用本案的切斷了的焊錫箔17，經(jīng)加壓、加熱來進(jìn)行。然后，用硅酮等的軟樹脂19最終進(jìn)行保護(hù)和增強(qiáng)。用Sn-3Ag(熔點(diǎn)221℃)構(gòu)成Si芯片的焊錫凸點(diǎn)18后連接在中繼基板29上。用Sn-Ag-Cu系列無Pb焊錫21焊接到印刷基板22上。焊錫凸點(diǎn)18即使在Sn-Ag-Cu系列無Pb焊錫21回流時(shí)被再次熔化，在安裝到印刷基板22上時(shí)Si芯片8也會(huì)由于自身的重量而幾乎保持不變，且由于是Si-Si的焊接，不會(huì)有應(yīng)力的負(fù)擔(dān)，可靠性沒有問題。在結(jié)束對(duì)印刷基板22的安裝后，也可以在Si芯片8上包一層用于保護(hù)的硅膠12等。
作為另外一種方法，可以用Au珠凸點(diǎn)來替代Si芯片8的焊錫凸點(diǎn)18，對(duì)在中繼基板29上形成的端子鍍Sn，通過熱壓接獲得Au-Sn鍵合，在對(duì)印刷基板22進(jìn)行安裝時(shí)，在250℃的回流溫度下不會(huì)熔化，因此可以進(jìn)行溫度分層焊接，成為能夠充分耐受回流的鍵合。
如前所述，在用焊錫箔17焊接時(shí)，用在Cu等金屬珠之間形成的金屬間化合物來保護(hù)鍵合，在對(duì)印刷基板22進(jìn)行安裝時(shí)，在250℃的回流溫度下也能確保強(qiáng)度。由此可以實(shí)現(xiàn)迄今為止是重大課題的進(jìn)行溫度分層的無鉛焊接。
另外，用AIN基板、玻璃陶瓷基板、Al2O3基板等的厚膜基板來替代Si基板時(shí)，在制作功能元件方面需要安裝R、C等芯片部件。另外，也有通過對(duì)厚膜膏進(jìn)行激光微調(diào)以形成R、C的方法。用厚膜膏形成R、C時(shí)，可以采取與上述Si基板相同的安裝方式。
圖7(b)是將使用了GaAs芯片8和導(dǎo)熱性、機(jī)械特性優(yōu)良的Al2O3組件基板29的組件絕緣密封在帶有Al散熱片23的盒中的情形。由于GaAs與Al2O3的熱膨脹系數(shù)接近，倒裝芯片安裝在可靠性方面沒有問題。在這些芯片部件的端子焊接中，只要端子面積在0.6mm見方以上，就可以將厚度t為0.05～0.10的焊錫箔暫時(shí)粘附在端子數(shù)少的元件、芯片部件上，或基板側(cè)的端子上，在氮?dú)夥罩杏秒娮杓訜崞鱾€(gè)別地進(jìn)行加壓焊接，或者在還原性氣氛中或惰性氣氛中回流進(jìn)行焊接。另外，可以使用厚度t為0.15～0.25的焊錫箔。在此沒有示出對(duì)應(yīng)于大功率輸出的情形，但作為芯片安裝法，通常是利用本案的箔(芯片背面8)進(jìn)行小片鍵合、將端子進(jìn)行焊絲鍵合的方法。
焊接Al散熱片時(shí)，使用其形狀能將散熱片周圍裹住的箔，在氮?dú)夥罩杏秒娮杓訜崞鬟M(jìn)行加壓焊接。圖7(c)的左側(cè)為端子焊接的例子，右側(cè)為Al散熱片23的例子，兩者都是將該焊錫箔27夾在組件基板的端子28與散熱片連接部的端子之間進(jìn)行焊接。此時(shí)，可以事先將箔暫時(shí)粘附在基板或散熱片上。在Al的情形中，可對(duì)端子部鍍Ni等。
圖7(d)是安裝在殷鋼合金等的C的有機(jī)基板32上的階段模型。對(duì)于發(fā)熱芯片來說，如使用熱膨脹系數(shù)低且耐熱性好的金屬芯聚亞胺樹脂等有機(jī)基板、適用于高密度安裝的復(fù)合基板等，就可以直接安裝GaAs芯片。在高發(fā)熱芯片的情形中，也可以設(shè)置虛設(shè)的端子，使熱直接傳到金屬上。
另外，雖然作為本案的元件的實(shí)施例提出了RF組件，但對(duì)于用作各種移動(dòng)通信機(jī)的帶通濾波器的SAW(彈性表面波)元件結(jié)構(gòu)、PA(高頻功率放大器)組件、其它組件、元件等同樣可以應(yīng)用。另外，作為產(chǎn)品領(lǐng)域，不限于便攜式電話、筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)等，在迎接數(shù)字化時(shí)代的到來中，包括可以用于新家電產(chǎn)品的組件安裝件。
圖8是將對(duì)RF組件安裝的應(yīng)用更加具體化的情形。圖8(a)是模型的剖面圖，圖8(b)是透過部件23俯視得到的平面圖模型。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，為了使產(chǎn)生電波的約2mm見方的芯片8的幾個(gè)MOSFET元件適應(yīng)于多頻帶化，用面朝上的焊接來安裝，再在周邊利用R，C芯片部件52等形成能高效地產(chǎn)生電波的高頻電路。芯片部件也進(jìn)行了小型化，使用1005等，組件的縱橫尺寸也可以設(shè)在7×14左右，進(jìn)行高密度的安裝。在此，只考慮了焊錫的功能面，因此，作為代表示出了安裝1個(gè)元件、一個(gè)芯片部件的模型例子。另外，如以后所述，芯片8、芯片部件52被焊接在Al2O3基板13上。芯片8的端子通過焊絲鍵合連接在Al2O3基板13具有的電極上，再通過通孔59、厚膜導(dǎo)體61與作為基板背面的外部連接部的厚膜電極60電連接。圖中雖未示出，基板所具有的與芯片及芯片部件相連的電極62與通孔59之間由布線電連接。覆蓋組件整體的部件(Al散熱片)23與Al2O3基板13通過鉚接連接。另外，本組件通過與對(duì)印刷基板等成為外部連接部的厚膜電極60的焊接來安裝，需要溫度分層焊接。
圖9是以使用了圖8所示結(jié)構(gòu)中的焊錫箔進(jìn)行Si(或GaAs)芯片的小片鍵合為前提的四道工藝的流程圖。(1)、(2)的工藝是對(duì)1005等小型的R、C芯片部件從操作性來選擇現(xiàn)有的Ag膏的方式，(1)是基板表面在清潔的狀態(tài)下不用焊劑，在氮?dú)夥罩欣煤稿a箔進(jìn)行短時(shí)間的小片鍵合后，進(jìn)行焊絲鍵合，然后利用Ag膏焊接芯片部件的方式。(2)是事先用Ag膏焊接芯片部件的方式，若為了使樹脂固化而使用加熱爐，則基板表面受到污染，有可能影響到后工序的焊絲鍵合，因此這時(shí)應(yīng)進(jìn)行清洗后再進(jìn)行焊絲鍵合。(3)同樣是為了確保高溫側(cè)的溫度分層性，其鍵合原理與焊錫箔相同，但對(duì)小型芯片的部件供給操作性優(yōu)良的金屬珠與焊錫珠的混合膏的方式，混合膏既可以用印刷供給，又可以用調(diào)配器供給。在回流后進(jìn)行清洗，由于大功率輸出的Si芯片極其需要無空洞化，所以用適用于無空洞化的焊錫箔進(jìn)行小片鍵合，最后進(jìn)行焊絲鍵合。另外，如果在(3)的工序中先進(jìn)行小片鍵合、焊絲鍵合，也可以省去焊劑的清洗工序。(4)是先進(jìn)行小片鍵合、焊絲鍵合的方式，在后工序中有兩種方式。一種方式是在后工序中在氮?dú)夥罩性跓o焊劑的狀態(tài)下將芯片部件逐一進(jìn)行焊接的方式。這種方式的缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)。另一種方式是在(4)所示的工藝中，先利用焊劑將芯片部件暫時(shí)粘附后用回流一并焊接的方式。具體地說，小片鍵合、焊絲鍵合后，將例如由Cu珠與Sn珠構(gòu)成、表面鍍了約1μm的Sn(在幾乎所有情形中芯片部件上需事先鍍Ni，而此時(shí)不需鍍Sn)的復(fù)合焊錫箔切成斷大致與電極相同的尺寸后，通過加壓加熱(也可以使用助焊劑)將其暫時(shí)固定在電極部上，最好通過熱壓接將暫時(shí)固定了的該部件暫時(shí)固定在Al2O3基板上的鍍W-Ni-Au的電極部上，使之達(dá)到焊錫產(chǎn)生塑性形變的程度。另外，不言而喻，若在氮?dú)夥障吕妹}沖電阻加熱器在300～350℃下將各部件逐一地加壓5秒鐘，則會(huì)可靠地形成用來提供連接的金屬間化合物，在260℃以上的高溫下也能確保強(qiáng)度。然后，若通過回流爐(最高270～320℃)，則壓接的部分與Cu、Ni一起被金屬層連接。該連接無需是完全的連接，只要在某處連接即可，即使強(qiáng)度小，在高溫下也不會(huì)有問題。
小型芯片部件不會(huì)有元件般的高溫，但在長(zhǎng)期使用時(shí)以及Ag膏的劣化成為問題時(shí)，可以通過使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)要素的焊錫來確保高可靠性。課題是可靠地用熱壓接逐一固定小型芯片部件，該課題很費(fèi)時(shí)。
圖8(c)是將上述的組件錫焊在印刷基板22上的例子，除了組件外還錫焊了電子部件52和BGA型的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件被形成如下將半導(dǎo)體芯片8放在中繼基板43上，利用上述的焊錫箔，在面朝上的狀態(tài)下進(jìn)行焊接；利用焊絲鍵合35將半導(dǎo)體芯片的端子與中繼基板43具有的端子進(jìn)行焊接；用樹脂58將其周圍密封。另外，在中繼基板43的下側(cè)形成了焊錫珠凸點(diǎn)21。例如，將Sn-2.5Ag-0.5Cu的焊錫用來形成焊錫珠凸點(diǎn)21。另外，焊錫珠30最好用Sn-(1～2.5)Ag-0.5Cu，例如可以用Sn-1.0Ag-0.5Cu，另外，電子部件也被錫焊在該背面，是所謂的兩面安裝的例子。
作為安裝的一種形態(tài)，首先，在印刷基板上的電極部分印刷例如Sn-3Ag-0.5Cu的焊錫(熔點(diǎn)217～221℃)膏。然后，為了從電子部件54的安裝面?zhèn)乳_始進(jìn)行錫焊，首先安裝電子部件50，在最高為240℃的溫度下通過回流焊接來實(shí)現(xiàn)。其次，安裝電子部件、組件、半導(dǎo)體器件，在最高為240℃的溫度下通過回流焊接來實(shí)現(xiàn)兩面安裝。這樣，通常先將具有耐熱性的輕部件進(jìn)行回流，之后再焊接沒有耐熱性的重部件。在之后進(jìn)行回流焊接時(shí)，理想情況是，最初焊接一側(cè)的焊錫不再熔化。
如前所述，此時(shí)，在對(duì)印刷基板進(jìn)行安裝時(shí)的回流溫度下，組件內(nèi)的用于焊接的焊錫箔本身的鍵合可以確保，因此，可以將組件及半導(dǎo)體器件高可靠性地焊接在印刷基板上。即，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件及組件內(nèi)的焊接和印刷基板上的焊接的溫度分層焊接。另外，印刷基板的兩面使用相同的焊錫進(jìn)行了焊接，但對(duì)于作為電子部件54的1005等重量輕的小型部件來說，在進(jìn)行電子部件、組件、半導(dǎo)體器件的回流焊接時(shí)，即使焊錫熔化，也由于自身輕，表面張力的作用大于重力，從而不會(huì)脫落。因此，在考慮到最壞的情況時(shí)，即使與基板的端子之間沒有形成金屬間化合物，僅用Sn連接時(shí)也不會(huì)有問題。另外，對(duì)在組件內(nèi)安裝的小型部件來說，考慮到生產(chǎn)率時(shí)，希望使用混合了Cu、Sn的焊錫膏的組合優(yōu)于暫時(shí)固定混合了Cu、Sn的焊錫箔的方式。
其次，示出對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)IC等大功率輸出的芯片的樹脂封裝的應(yīng)用例。圖10(a)是將引線框架65與散熱板64粘接后鉚接的平面圖，鉚接部位63有兩處。圖10(b)是封裝的剖面圖，圖10(c)是其局部放大圖。從3W級(jí)的發(fā)熱芯片8產(chǎn)生的熱量通過焊錫47傳遞到頭部的散熱板(熱膨脹系數(shù)低的Cu系列復(fù)合材料)64中。引線材料例如用42合金系列材料構(gòu)成。
圖11是封裝的工序圖。首先將引線框架與散熱板鉚接。然后，在鉚接了的散熱板64上隔著焊錫、擋堤57以小片鍵合焊接半導(dǎo)體芯片8。然后，如圖所示，用引線56與金絲35等將小片鍵合焊接后的半導(dǎo)體芯片8進(jìn)行焊絲鍵合。然后，在進(jìn)行樹脂模塑、切斷擋堤之后鍍Sn系列焊錫。然后，引線被切斷成形并進(jìn)行散熱板的切斷以完成外形。Si芯片8的背面的電極只要是Cr-Ni-Au、Cr-Cu-Au、Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au等通常使用的金屬化層即可。在富Au的情況下，也只要形成高熔點(diǎn)Au-Sn的富Au側(cè)的化合物即可。芯片的小片鍵合利用脈沖式電阻加熱器，在吹氮?dú)?、初期加?Kgf、350℃的條件下進(jìn)行了5秒鐘。焊錫厚度的控制設(shè)置在從初期加壓時(shí)的位置(70μm膜厚)下降了10μm的位置處，形成在機(jī)構(gòu)上確保膜厚的系統(tǒng)，以提高耐熱疲勞性。除了上述方法之外，還在初期加壓1Kgf、350℃的條件下進(jìn)行了5～10秒鐘。焊錫厚度的控制被設(shè)置在從初期加壓時(shí)的位置(150μm膜厚)下降了10μm的位置處，結(jié)果也一樣。由于是大功率輸出的芯片，降低空洞率很重要，達(dá)到了5％以下的目標(biāo)。由于Cu珠在分散均勻的狀態(tài)下被包含在該焊錫內(nèi)，從結(jié)構(gòu)上很難產(chǎn)生大的空洞。對(duì)于嚴(yán)峻的熱疲勞性來說，Sn、Sn系列焊錫本身的耐熱疲勞性就很優(yōu)良，且變形性也優(yōu)良。另外，由于金屬間化合物以網(wǎng)絡(luò)狀形成于Cu顆粒之間、Cu顆粒與電極之間，在260℃以上的高溫下也能確保強(qiáng)度。若Cu顆粒之間等的鍵合過強(qiáng)(在Cu顆粒之間等的邊界處合金層形成面很多)，則由于受束縛而失去自由度，成為很強(qiáng)的彈性體鍵合，對(duì)元件等不利。必須存在適度的鍵合。尤其是在芯片的周邊，若使用現(xiàn)有的焊錫，在應(yīng)力集中的鍵合界面附近就會(huì)受到破壞，而在焊錫內(nèi)部則不易引起破壞。在本方式中，由于焊接界面與Cu珠之間發(fā)生反應(yīng)，不易引起界面破壞，而在焊錫內(nèi)部則可以形成能破損的網(wǎng)絡(luò)。小片鍵合、焊絲鍵合后，進(jìn)行樹脂模塑，切斷擋堤、在引線上鍍2～8μm的Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Cu系列的無鉛焊錫。然后，引線被切斷成形并切除多余部分的散熱板，以完成外形。
圖12是應(yīng)用于通常的塑料封裝的例子。用導(dǎo)電膏67將Si芯片的背面粘接在42合金的接頭66上。元件通過焊絲鍵合35連接在引線56上，用樹脂58進(jìn)行模塑。然后，對(duì)引線施以對(duì)應(yīng)于無鉛化的Sn-Bi系列的鍍層。以往，對(duì)于印刷基板的安裝，可以使用熔點(diǎn)為183℃的Sn-37Pb共晶焊錫，因此可以進(jìn)行最高溫度為220℃的回流焊接。如果符合無鉛化的要求，就要用Sn-3Ag-0.5Cu(熔點(diǎn)217～221℃)進(jìn)行回流焊接，從而最高溫度為240℃，比現(xiàn)有最高溫度高出20℃。因此，可以設(shè)想，在Si芯片8與42合金的接頭66的焊接中，若使用現(xiàn)有的耐熱性導(dǎo)電膏或粘結(jié)劑，則在高溫下粘結(jié)力會(huì)減小，其后的可靠性將受到影響。因此，通過使用該焊錫箔來替代導(dǎo)電膏，在最高溫度為270～350℃的高溫下確保強(qiáng)度，從而可以進(jìn)行無鉛焊錫的溫度分層焊接。這種對(duì)塑料封裝的應(yīng)用可以適用于所有將Si芯片與接頭焊接的塑料封裝結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上講，有鷗翼型、平臺(tái)型、J-引線型、對(duì)接引線型、無引線型。
圖13是形成復(fù)合焊錫箔前的階段的模型結(jié)構(gòu)的一例。將鍍了3～15μm水平的Sn的Cu等金屬纖維69(在高溫下成形、壓延時(shí)，為了抑制Cu與Sn的反應(yīng)，可以進(jìn)行Ni/Au等的表面處理)排成一列，在其上放置將Sn等焊錫珠與鍍Sn的銅等金屬珠以適當(dāng)比例(約50％)混合的混合物，通過成形、壓延，加工成150～250μm水平的箔。其中，還可以加入用于降低楊氏模量的鍍Sn的耐熱性塑料珠數(shù)、或作為金屬珠的一部分的鍍Cu/Sn的熱膨脹系數(shù)低的二氧化硅、殷鋼合金等。在成形、壓延的階段中，柔軟的焊錫珠進(jìn)入金屬珠、金屬纖維之間的間隙，形成‘海島結(jié)構(gòu)’中的海的形狀。金屬纖維的直徑不限于上述3～15μm，金屬纖維在中央部成為核，在與被焊接體的焊接界面上，金屬珠起主要作用。在連續(xù)壓延等工序中，使金屬纖維的方向與壓延方向一致，可以使作業(yè)容易進(jìn)行。另外，可以使用在其上鍍Cu(或Cu/焊錫)的可成為更細(xì)的絲并且膨脹系數(shù)低的碳纖維，此外還可以使用在其上鍍Ni/Au、Ni/焊錫、Cu(或Cu/焊錫)等的陶瓷、玻璃、殷鋼合金等的纖維，以代替金屬纖維。
圖13是將成為箔的核的金屬纖維排成一列的例子，圖14是排成交叉形狀(角度自由)的例子，形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在交叉的金屬纖維的間隙中放入了將Sn等焊錫珠和鍍Sn銅等金屬珠以適當(dāng)比例(約50％)混合的混合物，其應(yīng)用與圖13相同。
圖15是使用網(wǎng)絡(luò)狀金屬纖維71的箔的剖面，將向里延伸的金屬網(wǎng)絡(luò)剖面以標(biāo)記“X”70表示。圖15(a)是由金屬網(wǎng)絡(luò)與焊錫構(gòu)成的箔。要減小金屬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)孔是有限制的，現(xiàn)在市售品的最小網(wǎng)孔為325目，通過的粒徑大至44μm，且形成網(wǎng)絡(luò)的線徑也粗，使鍵合界面處的接觸面積減小(化合物形成區(qū)域)，確保高溫下的強(qiáng)度是一個(gè)課題。在圖15(b)中示出了在金屬網(wǎng)絡(luò)70、71的間隙內(nèi)充填將Sn等焊錫珠和鍍Sn的銅等金屬珠2以適當(dāng)比例(約50％)混合的混合物而制成的箔的剖面。成為焊錫72進(jìn)入了間隙中的結(jié)構(gòu)。需要確保在高溫下的強(qiáng)度時(shí)，以稍高的比例加入Cu珠，將重點(diǎn)放在與被焊接體的界面上的化合物的形成上，重視接頭的熱疲勞時(shí)，以稍高的比例加入焊錫，使將重點(diǎn)放在焊錫的耐熱疲勞性上的控制成為可能。另外，充填的金屬珠也不限于珠，后述的纖維等也很好。金屬珠與焊錫的配比與金屬的形狀、接觸狀態(tài)等有關(guān)，可能有很大的差異。
圖16是像制紙那樣將細(xì)長(zhǎng)的金屬纖維73隨機(jī)鋪平后作為骨架，在其兩側(cè)充填了將Sn等焊錫珠68和鍍Sn的銅等金屬珠2以適當(dāng)?shù)嘏浔?約50％)混合的混合物的狀態(tài)模型。圖16(a)是平面圖，圖16(b)是剖面圖。
圖17表示可以用長(zhǎng)條形金屬纖維或鍍Cu(或Cu/焊錫)的可得到低膨脹系數(shù)的碳纖維、此外還可以用鍍Ni/Au、Ni/焊錫、Cu(或Cu/焊錫)的陶瓷、玻璃、殷鋼合金等的長(zhǎng)條形纖維來替代金屬珠。通過形成長(zhǎng)條形纖維可以大幅度地增加焊錫的配合量。另外，可以通過將金屬珠混入間隙中，強(qiáng)化化合物形成的網(wǎng)絡(luò)。該結(jié)構(gòu)只受到金屬珠束縛，成為剛體結(jié)構(gòu)，但通過如此分散長(zhǎng)條形纖維，可預(yù)期獲得富于變形性與彈性的結(jié)構(gòu)，認(rèn)為可獲得小片鍵合時(shí)或?qū)崞诘膬?yōu)良性能。箔的厚度取200μm時(shí)，長(zhǎng)條的長(zhǎng)度最好在1/10以下。作為一例，直徑最好在1～5μm、長(zhǎng)度最好在5～15μm水平的范圍內(nèi)。
工業(yè)上利用的可能性根據(jù)本發(fā)明，可以提供用全新的方法焊接的電子器件和半導(dǎo)體器件。尤其可以實(shí)現(xiàn)溫度分層焊接的高溫側(cè)的錫焊。
另外，可以提供新的焊錫箔，在工業(yè)上具有很高的利用性。
權(quán)利要求
1.一種電子器件，它具有第一電子部件、第二電子部件和第三電子部件，其特征在于上述第一電子部件與上述第二電子部件，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接，上述第二電子部件與上述第三電子部件，采用具有與上述第一焊錫不同熔點(diǎn)的第二焊錫連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電子器件，其特征在于上述第一焊錫中的焊錫顆粒為Sn系列焊錫。
3.如權(quán)利要求2所述的電子器件，其特征在于上述Sn系列焊錫為Sn。
4.一種電子器件，它具有第一電子部件、第二電子部件和第三電子部件，其特征在于上述第一電子部件與上述第二電子部件，通過采用包括具有Sn鍍層的多個(gè)金屬顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述Sn熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接，上述第二電子部件與上述第三電子部件，采用具有與上述第一焊錫不同熔點(diǎn)的第二焊錫連接。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于上述第一焊錫中的金屬顆粒為Cu。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于上述第一焊錫中的金屬顆粒為Al、Au、Ag、Zn-Al系列焊錫、Au-20Sn、Au-(50～55)Sn中的任一種顆粒。
7.一種電子器件，它具有第一電子部件、第二電子部件和第三電子部件，其特征在于上述第一電子部件與上述第二電子部件，通過采用具有在第一溫度下不熔化的金屬和在上述第一溫度下熔化的焊錫的第一連接材料在第一溫度下進(jìn)行連接，由熔化后的上述焊錫與上述金屬進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一溫度下不熔化的金屬間化合物和在上述第一溫度下不熔化的上述金屬連接，上述第二電子部件與上述第三電子部件，采用具有與上述連接材料不同熔點(diǎn)的第二連接材料連接。
8.如權(quán)利要求7所述的電子器件，其特征在于上述金屬為Cu顆粒。
9.如權(quán)利要求7所述的電子器件，其特征在于上述金屬為Al、Au、Ag、Zn-Al系列焊錫、Au-20Sn、Au-(50～55)Sn中的任一種顆粒。
10.如權(quán)利要求5或8所述的電子器件，其特征在于上述金屬間化合物是含有Cu6Sn5的化合物。
11.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于上述金屬顆粒的粒徑為10μm～40μm。
12.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于上述金屬顆粒的粒徑為3μm～10μm。
13.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于進(jìn)一步地上述第一焊錫具有塑料顆粒。
14.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于進(jìn)一步地上述第一焊錫具有熱膨脹系數(shù)小于上述金屬顆粒的其它顆粒。
15.如權(quán)利要求14所述的電子器件，其特征在于上述其它顆粒包括SiO2、AlN、殷鋼中的任一種。
16.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于上述金屬顆粒為球形、棒形、針形、角形、樹枝形中的任一種形狀或者將這些組合的形狀。
17.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于上述第二焊錫為Sn-Ag-Cu系列焊錫、Sn-Ag系列焊錫、Sn-Cu系列焊錫中的任一種焊錫。
18.一種半導(dǎo)體器件，具有半導(dǎo)體芯片、配置上述半導(dǎo)體芯片的接頭、作為與外部連接的連接端子的引線、以及將上述半導(dǎo)體芯片的電極和上述引線電連接的導(dǎo)線，其特征在于上述半導(dǎo)體芯片與上述接頭，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第一焊錫中的焊錫顆粒為Sn系列焊錫。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述Sn系列焊錫為Sn。
21.一種半導(dǎo)體器件，具有半導(dǎo)體芯片、配置上述半導(dǎo)體芯片的接頭、作為與外部連接的連接端子的引線、以及將上述半導(dǎo)體芯片的電極和上述引線電連接的導(dǎo)線，其特征在于上述半導(dǎo)體芯片與上述接頭，通過采用包括具有Sn鍍層的多個(gè)金屬顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述Sn熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
22.如權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第一焊錫中的金屬顆粒為Cu。
23.如權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第一焊錫中的金屬顆粒為Al、Au、Ag、Zn-Al系列焊錫、Au-20Sn、Au-(50～55)Sn中的任一種顆粒。
24.一種半導(dǎo)體器件，具有半導(dǎo)體芯片、配置上述半導(dǎo)體芯片的接頭、作為與外部連接的連接端子的引線、以及將上述半導(dǎo)體芯片的電極和上述引線電連接的導(dǎo)線，其特征在于上述半導(dǎo)體芯片與上述接頭，通過采用具有在第一溫度下不熔化的金屬和在上述第一溫度下熔化的焊錫的第一連接材料在第一溫度下進(jìn)行連接，由熔化后的上述焊錫與上述金屬進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一溫度下不熔化的金屬間化合物和在上述第一溫度下不熔化的上述金屬連接。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述金屬為Cu顆粒。
26.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述金屬為Al、Au、Ag、Zn-Al系列焊錫、Au-20Sn、Au-(50～55)Sn中的任一種顆粒。
27.如權(quán)利要求22或25所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述金屬間化合物是含有Cu6Sn5的化合物。
28.如權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述金屬顆粒的粒徑為10μm～40μm。
29.如權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述金屬顆粒的粒徑為3μm～10μm。
30.如權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于進(jìn)一步地上述第一焊錫具有塑料顆粒。
31.如權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于進(jìn)一步地上述第一焊錫具有熱膨脹系數(shù)小于上述金屬顆粒的其它顆粒。
32.如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述其它顆粒包括SiO2、AlN、殷鋼中的任一種。
33.如權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述金屬顆粒為球形、棒形、針形、角形、樹枝形中的任一種形狀或者將這些組合的形狀。
34.一種半導(dǎo)體組件，具有基板和安裝在上述基板上的半導(dǎo)體芯片，其特征在于上述基板與上述半導(dǎo)體芯片，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
35.一種半導(dǎo)體組件，具有基板和安裝在上述基板上的芯片部件，其特征在于上述基板與上述芯片部件，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
36.如權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述基板上還安裝有半導(dǎo)體芯片。
37.如權(quán)利要求34至36中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述第一焊錫中的焊錫顆粒為Sn系列焊錫。
38.如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述Sn系列焊錫為Sn。
39.一種半導(dǎo)體組件，具有基板和安裝在上述基板上的半導(dǎo)體芯片，其特征在于上述基板與上述半導(dǎo)體芯片，通過采用包括具有Sn鍍層的多個(gè)金屬顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述Sn熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
40.一種半導(dǎo)體組件，具有基板和安裝在上述基板上的芯片部件，其特征在于上述基板與上述芯片部件，通過采用包括具有Sn鍍層的多個(gè)金屬顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述Sn熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
41.如權(quán)利要求40所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述基板上還安裝有半導(dǎo)體芯片。
42.一種半導(dǎo)體組件，具有基板和安裝在上述基板上的半導(dǎo)體芯片，其特征在于上述基板與上述半導(dǎo)體芯片，通過采用具有在第一溫度下不熔化的金屬和在上述第一溫度下熔化的焊錫的第一連接材料在第一溫度下進(jìn)行連接，由熔化后的上述焊錫與上述金屬進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一溫度下不熔化的金屬間化合物和在上述第一溫度下不熔化的上述金屬連接。
43.一種半導(dǎo)體組件，具有基板和安裝在上述基板上的芯片部件，其特征在于上述基板與上述芯片部件，通過采用具有在第一溫度下不熔化的金屬和在上述第一溫度下熔化的焊錫的第一連接材料在第一溫度下進(jìn)行連接，由熔化后的上述焊錫與上述金屬進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一溫度下不熔化的金屬間化合物和在上述第一溫度下不熔化的上述金屬連接。
44.如權(quán)利要求43所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述基板上還安裝有半導(dǎo)體芯片。
45.如權(quán)利要求34至44中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述半導(dǎo)體組件為RF組件。
46.如權(quán)利要求34至44中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述半導(dǎo)體組件為SAW元件、PA組件中的一種。
47.如權(quán)利要求34至41中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述第一焊錫中的金屬顆粒為Cu。
48.如權(quán)利要求34至41中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述第一焊錫中的金屬顆粒為Al、Au、Ag、Zn-Al系列焊錫、Au-20Sn、Au-(50～55)Sn中的任一種顆粒。
49.如權(quán)利要求47所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述金屬間化合物是含有Cu6Sn5的化合物。
50.如權(quán)利要求34至41中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述金屬顆粒的粒徑為10μm～40μm。
51.如權(quán)利要求34至41中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述金屬顆粒的粒徑為3μm～10μm。
52.如權(quán)利要求34至41中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于進(jìn)一步地上述第一焊錫具有塑料顆粒。
53.如權(quán)利要求34至41中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于進(jìn)一步地上述第一焊錫具有熱膨脹系數(shù)小于上述金屬顆粒的其它顆粒。
54.如權(quán)利要求53所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述其它顆粒包括SiO2、AlN、殷鋼中的任一種。
55.如權(quán)利要求34至41中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體組件，其特征在于上述金屬顆粒為球形、棒形、針形、角形、樹枝形中的任一種形狀或者將這些組合的形狀。
56.一種功率組件，具有引線、與上述引線連接的芯片、以及與上述芯片連接的基座，其特征在于上述引線與上述芯片以及上述芯片與上述基座，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
57.一種功率組件，具有引線、與上述引線連接的芯片、以及與上述芯片連接的基座，其特征在于上述引線與上述芯片以及上述芯片與上述基座，通過采用包括具有Sn鍍層的多個(gè)金屬顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述Sn熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
58.如權(quán)利要求56或57所述的功率組件，其特征在于在上述芯片與上述基座之間還具有圓板，上述芯片與上述圓板以及上述圓板與上述基座，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
59.如權(quán)利要求56或57所述的功率組件，其特征在于在上述芯片與上述基座之間還具有圓板，上述芯片與上述圓板以及上述圓板與上述基座，通過采用包括具有Sn鍍層的多個(gè)金屬顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述Sn熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
60.如權(quán)利要求58所述的功率組件，其特征在于在上述圓板與上述基座之間還具有絕緣基板，上述圓板與上述絕緣基板以及上述絕緣基板與上述基座，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
61.如權(quán)利要求59所述的功率組件，其特征在于在上述圓板與上述基座之間還具有絕緣基板，上述圓板與上述絕緣基板以及上述絕緣基板與上述基座，通過采用具有多個(gè)金屬顆粒和多個(gè)焊錫顆粒的第一焊錫進(jìn)行錫焊，由在上述第一焊錫的錫焊溫度下不熔化的上述金屬顆粒和通過上述焊錫顆粒熔融后與上述金屬顆粒進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一錫焊溫度下不熔化的金屬間化合物連接。
62.一種功率組件，具有引線、與上述引線連接的芯片、以及與上述芯片連接的基座，其特征在于上述引線與上述芯片以及上述芯片與上述基座，通過采用具有在第一溫度下不熔化的金屬和在上述第一溫度下熔化的焊錫的第一連接材料在第一溫度下進(jìn)行連接，由熔化后的上述焊錫與上述金屬進(jìn)行反應(yīng)而形成且在上述第一溫度下不熔化的金屬間化合物和在上述第一溫度下不熔化的上述金屬連接。
全文摘要
將含有作為金屬顆粒的Cu等顆粒和作為焊錫顆粒的Sn顆粒的焊錫材料壓延而形成的箔適用于溫度分層焊接中的高溫側(cè)的錫焊，用這種錫焊方法獲得的半導(dǎo)體器件、電子器件在機(jī)械特性等方面具有優(yōu)良的可靠性。
文檔編號(hào)H05K3/34GK1873971SQ20061009582
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月21日
發(fā)明者曾我太佐男, 秦英惠, 石田壽治, 中塚哲也, 岡本正英, 三浦一真 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所