[发明专利]无铅软钎料合金

说明书

技术领域

本发明涉及无铅软钎料合金。特别是涉及连接可靠性优异的Sn-Bi-Cu-Ni系无铅软钎料合金。

背景技术

近年来，移动电话等电子设备具有小型化、薄型化的倾向。这种电子设备所使用的半导体装置等电子部件中，已经开始使用使厚度薄至几mm左右～1mm以下的基板。

另一方面，一直以来，作为无铅软钎料广泛使用Sn-Ag-Cu软钎料合金。Sn-Ag-Cu软钎料合金的熔点比较高，即使是属于共晶组成的Sn-3Ag-0.5Cu软钎料合金也表现出220℃左右。因此，利用Sn-Ag-Cu软钎料合金对前述那样的薄基板的电极进行软钎焊时，由于接合时的热而使基板发生应变，有时产生接合不良。

针对这种连接不良，进行如下方法：通过在低温下进行软钎焊，从而抑制薄基板的应变，提高连接可靠性。作为能应对该方法的低熔点软钎料合金，已知有Sn-Bi软钎料合金。该软钎料合金当中，Sn-58Bi软钎料合金的熔点相当低，为140℃左右，能够抑制基板的应变。

但是，Bi原本是较脆的元素，Sn-Bi软钎料合金也脆。即使减少Sn-Bi软钎料合金的Bi的含量，也会由于Bi在Sn中偏析而发生脆化。使用Sn-Bi软钎料合金进行软钎焊而得到的钎焊接头在施加较大应力时担心因其脆性而产生龟裂，机械强度劣化。

另外，为了应对电子部件的小型化，必须缩小其使用的基板的面积，必须实现电极的小型化、电极间的低间距化。进而，用于进行软钎焊的软钎料合金的用量减少，因此钎焊接头的机械强度降低。

于是，专利文献1中，公开了为了能够进行具有高接合强度的软钎料接合而在Sn-Bi软钎料合金中添加Cu和Ni而得到的Sn-Bi-Cu-Ni无铅软钎料合金。根据该文献，使用该软钎料合金的接合部由于在软钎料接合部中和/或软钎料接合界面形成具有六方最密堆积结构的金属间化合物，因此接合强度提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-00744号公报

发明内容

发明要解决的问题

电子部件的电极通常为Cu，对于该Cu电极，通常覆盖有无电极镀Ni层、化学镀Ni/Au层、化学镀Ni/Pd/Au层。如此，Cu电极利用Au、Au与Pd的组合那样的贵金属进行了化学镀处理。镀Au层抑制基底的镀Ni层的氧化，改善与熔融软钎料的润湿性。关于化学镀Ni层，形成含有源自化学镀中使用的还原剂(例如，次磷酸钠)的相当大量的P的镀Ni层。这种镀Ni层至少含有几质量百分数的P、例如2～15质量％。

但是，专利文献1中记载了为了在软钎料合金与自电极引出的Cu布线部的接合界面形成六方最密堆积结构的金属间化合物，而在Sn-Bi软钎料合金中添加Cu、Ni，但没有公开具体的合金组成，也没有记载用于证明接合强度提高的效果的结果。该文献中记载了在Sn为57atm％、Bi为43atm％的组成中添加的Cu、Ni的含量的范围，但不清楚是否在该范围内接合强度都会提高。

另外，该文献中记载了作为软钎料合金的接合对象，有印刷基板的Cu布线部、不含Cu的布线部，但除了布线部为Cu之外，不清楚接合对象为怎样的构成。如前所述，该文献中没有公开软钎料合金的具体的合金组成，因此，除了在电极与软钎料合金的接合界面形成金属化合物之外，关于接合界面的状态没有任何公开或启示。因此，很难认为满足该文献中公开的Bi、Cu和Ni的含量的所有软钎料合金在用于例如进行了化学镀Ni处理的Cu电极的软钎焊时能够解决以下那样的问题。

对进行了化学镀Ni处理的电极进行软钎焊时，软钎料合金中的Ni的扩散系数大于P的扩散系数，因此Ni优先地在软钎料合金中扩散，在软钎料合金与电极的接合界面产生P的浓度较高的部分，形成所谓P富集层。该P富集层硬脆，因此使钎焊接头的剪切强度劣化。具有这种P富集层的钎焊接头因剪切而断裂时，发生镀Ni层露出的现象。该断裂不是钎焊接头自身的断裂，而是由电极上形成的P富集层的剥离而引起的。因此，P富集层的形成会对钎焊接头的连接可靠性造成不利的影响。

同样地，对未进行镀覆处理的Cu电极进行软钎焊时，也不清楚满足该文献中公开的各元素的含量范围的所有软钎料合金是否都表现出高接合强度。