[发明专利]Bi基钎料合金和使用其的电子部件的接合方法以及电子部件安装基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种Bi基钎料合金和使用其的电子部件的接合方法以及电子部 件安装基板，进一步详细而言，涉及一种实质上不含有Pb，固相线温度在265℃ 以上，液相线温度在390℃以下，机械加工性、机械强度以及接合可靠性优异的 Bi钎料合金，和使用该Bi钎料合金的经镀Ag处理的电子部件、裸Cu框架电子 部件或经镀Ni处理的电子部件等的接合方法以及电子部件安装基板。

背景技术

在接合电子部件时，一般进行的是首先用钎料将半导体元件芯片等的电子部 件接合(芯片接合)到引线框架上，接着，使钎料再熔融(回流)以安装到半导 体封装体等的印刷基板上。

以往，在将电子部件安装到基板上时，作为中低温用钎料，Sn/37质量％的 Pb共晶钎料(熔点为183℃)被广泛使用，安装时，在220-230℃下进行回流。 另一方面，在电子部件内部的接合中，为了防止在安装时的回流温度(220-230℃) 下的再熔融所导致的连接不良，使用了具有比安装时的回流温度更高温度的固相 线温度的高温用钎料，Pb/5质量％的Sn(固相线温度为305℃)、Pb/3质量％的 Sn(固相线温度为315℃)。

但是，使用含铅(Pb)钎料的制品被指出具有在废弃处理后，Pb从制品中流 出并浸透到土壤中，在农作物等中蓄积给人来带来健康危害的危险性，并且进一 步的被指出酸雨会加速Pb从废弃处理的制品中流出，因此近年来盛行不含Pb的 无铅钎料的开发。

作为中低温用的含Pb钎料的代替品，已实际使用了Sn-Ag-Cu等的不含Pb 的无铅钎料。

但是，Sn-Ag-Cu等的无铅钎料的熔点，比现有的Pb/Sn共晶钎料高，约为 220℃上下，安装时的回流温度为250-260℃附近。因此，需要一种即使是在回流 温度260℃下保持10秒钟的循环被重复5次左右之后，电子部件内部的接合可靠 性等也不会产生问题的高温用的无铅钎料(专利文献1)。

即，高温用的无铅钎料，除了散热性、应力缓和性、耐热疲劳性、导电性等 的特性以外，为了防止在安装时的回流温度(即，250-260℃)下的再熔融所导致 的连接不良，还需要具有至少超过260℃的固相线，若考虑到回流时的温度偏差 (5℃左右)，则要求265℃以上的固相线温度。

而且，在无铅钎料的液相线温度在400℃以上的情况下，需要将芯片接合时 的作业温度提高到400℃以上，存在产生芯片特性变化、部件氧化加快等负面影 响的可能性。因此，需要使液相线温度低于400℃，若考虑到实际的生产工艺， 则优选在390℃以下，进一步优选在350℃以下。

作为具有265℃-390℃的熔点的无铅钎料，提出了Au-Sn钎料、Bi-Ag钎料等。 该Au-Sn钎料的熔点为280℃，虽然没有安装时的再熔融的问题，但是由于价格 高，在成本上不实用，因此Bi-Ag钎料被提出的更多。

Bi/2.5质量％的Ag共晶钎料(熔点为262℃)是Bi-Ag钎料中的代表性钎料， 但是由于其固相线温度不足265℃，因此存在安装时发生再熔融问题的情况。而 且，Bi钎料具有特有的脆弱的机械特性，在直接应用情况下，会给接合可靠性、 机械加工性以及装置的连续供应性带来负面影响。

在专利文献2中，公开了一种Bi为30-80质量％的Bi/Ag钎料，其固相线为 262℃，存在再熔融的可能性。而且，由于其液相线温度高达400-700℃，因此恐 会产生芯片特性变化、部件氧化加快等的负面影响。

而且，在专利文献3中，公开了一种含Bi的多元系钎料的制造方法，据其记 载，能够生产出减少了液相线温度的偏差，熔点为250-300℃的高温钎料材料。 但是，关于Bi系钎料特有的脆弱的机械特性的改善则没有记载。

而且，在专利文献4中，提出了一种在Bi中含有Al、Cu，进一步含有Sn 的钎料合金。但是，由于添加Sn，恐会出现139℃的低熔点层，在260℃的回流 时发生再熔融。

进一步的，对于高温用的无铅钎料，在实际使用中要求其具有针对在功率器 件等中的大电流、大量产热所产生的对钎料连接部的热应力的充分的可靠性、钎 料线等的预成型形状的钎料(预成型钎料)的机械加工性、装置的连续供应的使 用可能性，但是，现有的Bi-Ag钎料，由于其机械特性的脆弱性，仅能够以糊状 来进行供应，作为预成型钎料的代替有很多不充分的方面，要求对其进行改良。