[发明专利]无铅且无锑的软钎料合金、焊料球、球栅阵列和钎焊接头

说明书

提供：拉伸强度高、能抑制Ni蚀、且抑制接合界面的空隙产生的软钎料合金、和钎焊接头。软钎料合金具有如下合金组成：以质量％计为Ag：1.0～4.0％、Cu：0.1～1.0％、Ni：0.005～0.3％、Co：0.003～0.1％、Ge：0.001～0.015％、且余量由Sn组成，合金组成满足下述(1)式。0.00030(Ni/Co)×(1/Ag)×Ge0.05(1)上述(1)式中，Ni、Co、Ag和Ge表示各合金组成的含量(质量％)。

技术领域

本发明涉及：具有高拉伸强度、且会抑制Ni蚀和接合界面的空隙产生的无铅且无锑的软钎料合金、焊料球和钎焊接头。

背景技术

近年来，电子设备被要求高集成化、大容量化、高速化。例如可使用QFP((四边扁平封装)Quad Flat Package)等半导体封装体来实现半导体芯片水平的高集成化、高功能化。在QFP的制造中，采用将从硅晶圆切出的硅片芯片接合于引线框的封装工艺。

将BGA(球栅阵列)那样的微小电极接合而得到的QFP中，通过将硅片与引线框以软钎料合金进行芯片接合而形成钎焊接头。在硅片上，为了改善与软钎料的润湿性来提高密合强度，例如会形成在最外层具备Ni层的里衬金属。但是，如果最外层的Ni层与熔融软钎料接触，则Ni层会熔融于熔融软钎料中而发生Ni蚀。此处，通常为了抑制Ni向硅片扩散而在里衬金属上形成Ti等的阻隔层。由于在Ni蚀进行而使Ti层露出时，软钎料合金对Ti的润湿性非常差，因此，里衬金属会将熔融软钎料润湿排斥。另外，即使Ni层稍有残留，Ni原子也会扩散至熔融软钎料中，且Ti基本不扩散至Ni中。因此，在作为阻隔层的Ti层与Ni层的界面，空隙会以原子水平增加，稍有残留的Ni层与Ti层的界面的密合强度极端降低。其结果，会有芯片接合后的接合部的耐冲击性、耐热循环性差的情况。如此，对于芯片接合而言，使里衬金属的Ni层残留是极其重要的。

另外，在BGA那样的微小电极中，使用焊料球来形成焊料凸块。在使用焊料球的情况下，会将粘合性的助焊剂涂布于微小电极，将焊料球载置在涂布有助焊剂的电极上。之后，在回流炉中进行加热使焊料球熔融，通过熔融软钎料润湿微小电极，从而在微小电极上形成焊料凸块。如此，在使用焊料球的情况下，要求与电极的润湿性。

另一方面，一直以来，广泛使用Sn-Ag-Cu软钎料合金，除了以焊料球的形态使用之外，还用于芯片接合。但是，在使用该软钎料合金的情况下，在近年来的各种要求中，有时会产生改善耐热循环性、耐冲击性、耐变色性的需要。因此，关于一直以来广泛使用的Sn-Ag-Cu软钎料合金，进行了各种研究以改善这些特性。

例如专利文献1中公开了一种软钎料合金，其在Sn-Ag-Cu软钎料合金中含有Co、Ni作为任意元素、且含有Ge等作为选择性必须元素。公开了该软钎料合金在含有Co、Ni时表现出耐热循环性，在含有Ge时表现出耐冲击性、耐变色性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4144415号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，专利文献1中公开的软钎料合金是能同时发挥耐冲击性、耐变色性和耐热循环性这3种效果优异的合金。但是，认为在合金设计上仍存在进一步改善的余地。

对于软钎料合金，虽然各个元素存在有固有的添加意义，但是由于全部构成元素组合成一体，且各构成元素相互会造成影响，因此，构成元素必须作为整体均衡性良好地含有。对于专利文献1中记载的软钎料合金而言，各构成元素的含量分别单独进行了最优化，认为在专利文献1申请时，对于获得专利文献1所记载的效果而言是充分的。但是，在具有同样构成元素的软钎料合金中，在想要以能够应对近年来要求的方式提高其他特性的情况下，除了使各构成元素的含量各自最佳化以外，必须进一步使构成元素均衡性良好地含有。