[发明专利]软钎料合金、焊膏、软钎料预成型坯和钎焊接头

说明书

提供：冷却时的芯片破裂被抑制、钎焊接头的散热特性改善且示出高温下的高的接合强度的软钎料合金、焊膏、软钎料预成型坯和钎焊接头。软钎料合金具有如下合金组成：以质量％计、Sb：9.0～33.0％、Ag：超过4.0％且低于11.0％、Cu：超过2.0％且低于6.0％、和余量由Sn组成。另外，焊膏、软钎料预成型坯、和钎焊接头均具有该软钎料合金。

技术领域

本发明涉及Sn-Sb-Ag-Cu系软钎料合金、以及具有Sn-Sb-Ag-Cu系软钎料合金的焊膏、软钎料预成型坯和钎焊接头。

背景技术

以往，作为半导体芯片的材料，主要是使用Si。近年来，对半导体特性的要求变高、并且使用环境也逐渐变得更加严苛，在被SiC、GaAs、GaN等替代。这些各半导体芯片具有封装的半导体元件的优异特性，能用于功率晶体管、LED等光学器件。

这些半导体元件能进行高温工作，它们与基板等的钎焊接头有时达到250～280℃左右，因此，寻求半导体元件工作时不熔融的高温软钎料。另外，半导体元件在工作时放热，因此，需要与金属芯、陶瓷板等散热板连接并散热，在这种用途中也要求高温软钎料。

作为一直以来已知的一些高温软钎料，例如可以举出为Au-Sn共晶组成合金的Au-20Sn软钎料合金。Au-20Sn软钎料合金的共晶温度为280℃，因此，可以在250℃以上且低于280℃下使用，但其为非常昂贵的材料。

因此，作为更低成本的高温软钎料合金的例子，研究了Sn-Sb系软钎料合金、Bi系软钎料合金、Zn系软钎料合金、含Ag烧结体合金。其中，Sn-Sb系软钎料合金在导热率、耐腐蚀性、接合强度的方面比Bi系、Zn系的各软钎料合金、含Ag烧结体粉的软钎料还优异。

此处，专利文献1中，为了抑制接合时可能发生的陶瓷基体的裂纹、弯曲，公开了一种Sn-Sb-Ag-Cu合金作为熔点低于银-铜合金的焊料。记载了：该文献的实施例中所记载的焊料的熔融温度为400℃以上，Sn含量被抑制为50重量％以下。另外，该文献的实施例中公开了Sb为40重量％以上的合金组成、Ag为70重量％以上的合金组成。

专利文献2中，为了为高熔点且改善维氏硬度，公开了一种以Sn和Sb为主成分、含有10重量％以上的Ag和10质量％以上的Cu的软钎料合金。该文献记载的发明中，如上述那样调整Ag含量和Cu含量，使得熔点落入306～348℃的范围。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3238051号

专利文献2：日本特开2003-290976号

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献1和2中记载的焊料、软钎料合金着眼于熔点而进行了合金设计，由于Sb、Ag和Cu的含量多，因此，回流焊后具有硬的金属间化合物。在加热后的冷却时，熔融软钎料会在半导体芯片、基板被冷却前凝固，因此，由于半导体芯片与基板的线性膨胀系数的差异，对钎焊接头施加较大应力。此处，近年来，半导体元件的小型化显著，伴随于此有半导体芯片的板厚变薄的倾向。如此，冷却时的应力集中至半导体芯片而不集中至钎焊接头，因此，逐渐产生半导体芯片破损的问题。专利文献1中，为了防止在陶瓷基板中产生裂纹，公开了一种使熔点降低至400～500℃左右的合金，然而即使如此熔点还是很高，因此，无法应对薄的半导体芯片。专利文献2中，作为机械特性进行了维氏硬度的评价，但与以往的合金相比，示出10倍以上的维氏硬度，因此，无法避免半导体芯片的破损。