專(zhuān)利名稱(chēng)：連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及第I連接對(duì)象物和第2連接對(duì)象物通過(guò)連接部被連接的連接結(jié)構(gòu)，涉及例如可適用于電子部件的安裝、通孔連接等情況，且使用作為導(dǎo)電性接合材料的焊料連接第I連接對(duì)象物和第2連接對(duì)象物的連接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
例如，在制造具備接合小片接合芯片型的半導(dǎo)體裝置、倒裝片連接型的半導(dǎo)體裝置等的電子設(shè)備時(shí)，適用下述的溫階階連接法，即，在半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部利用使用高溫系焊料在較高溫下的焊接進(jìn)行連接后，利用使用熔點(diǎn)比上述高溫系焊料低的低溫系焊料在較低溫下進(jìn)行的焊接，將該半導(dǎo)體裝置本身與基板連接。
進(jìn)行上述的溫階連接法中的高溫側(cè)的焊料連接時(shí)，以往，常使用Pb焊料，但會(huì)擔(dān)心Pb對(duì)環(huán)境方面有負(fù)面影響，最近，多使用不含Pb的無(wú)Pb焊料。作為本發(fā)明興趣所在的無(wú)Pb焊料材料，例如，有日本特開(kāi)2002-254194號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)中提出的焊膏，其含有Ca)由Cu、Al、Au、Ag等金屬或包含它們的合金構(gòu)成的高熔點(diǎn)金屬(或者合金)球和(b)由Sn或In構(gòu)成的低熔點(diǎn)金屬球的混合體。
使用該專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的焊膏進(jìn)行焊接時(shí)，如圖6 (I)示意所示，對(duì)含有例如由Sn構(gòu)成的低熔點(diǎn)金屬球51、例如由Cu構(gòu)成的高熔點(diǎn)金屬球52和助焊劑(未圖示)的焊膏53進(jìn)行加熱使其反應(yīng)，在焊接后，如圖6 (2)所示，通過(guò)在來(lái)自低熔點(diǎn)金屬球51的低熔點(diǎn)金屬和來(lái)自高熔點(diǎn)金屬球52的高熔點(diǎn)金屬之間形成的金屬間化合物，形成多個(gè)高熔點(diǎn)金屬球52被連結(jié)的狀態(tài)的連接部55，得到通過(guò)該連接部55使連接對(duì)象物(未圖示)連接的連接結(jié)構(gòu)。此外，在圖6 (2)中，生成金屬間化合物的區(qū)域作為金屬間化合物區(qū)域54而圖示。
然而，在使用上述的焊膏而得到的連接結(jié)構(gòu)中，由于因熱沖擊等產(chǎn)生的線膨脹系數(shù)差導(dǎo)致的應(yīng)變而在連接部中負(fù)載應(yīng)力時(shí)，在連接部產(chǎn)生裂縫，該裂縫引起斷線，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電阻值的上升、接合強(qiáng)度降低之類(lèi)的問(wèn)題。參照?qǐng)D7更具體地說(shuō)明上述內(nèi)容。
圖7中示意表示了均由Cu構(gòu)成的第I和第2連接對(duì)象物61和62通過(guò)連接部63而相互連接的連接結(jié)構(gòu)60。連接部63的形成中使用的焊膏為專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的含有Cu球、Sn球和助焊劑的焊膏，進(jìn)行加熱時(shí)，在連接對(duì)象物61和62間，多個(gè)Cu球64處于通過(guò)在Cu和Sn之間形成的Cu-Sn系的金屬間化合物而被連結(jié)的狀態(tài)。
更詳細(xì)而言，如粗線所示、以沿著連接部63與各連接對(duì)象物61和62之間的界面、且包圍Cu球64的方式形成Cu3Sn層65。另外，以包圍Cu球64的方式，形成Cu6Sn5基質(zhì)66。進(jìn)而，特別是不進(jìn)行高溫且長(zhǎng)時(shí)間加熱的一般加熱條件下，在連接部63中，殘存來(lái)自Sn球的Sn基質(zhì)67。
然而，在圖7所示的連接結(jié)構(gòu)60中，由于因熱沖擊等產(chǎn)生的線膨脹系數(shù)差導(dǎo)致的應(yīng)變而在連接部63中負(fù)載應(yīng)力時(shí)，在Cu3Sn層65和Cu6Sn5基質(zhì)66之類(lèi)的Cn-Sn系的金屬間化合物的內(nèi)部、Cu3Sn層65彼此的界面、Cu6Sn5基質(zhì)66彼此界面或Cu3Sn層65和Cu6Sn5基質(zhì)66的界面之類(lèi)的位置易于集中應(yīng)力。另外，Cu-Sn系的金屬間化合物其本身具有硬而脆的機(jī)械性質(zhì)。由此，如上所述，在連接部63中負(fù)載應(yīng)力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在連接部63易于產(chǎn)生裂縫的不良情況。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2002-254194號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供即使受到熱沖擊等也不易損害對(duì)接合強(qiáng)度的可靠性的連接結(jié)構(gòu)。
如上所述，對(duì)于專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的焊膏而言，通過(guò)利用焊接工序加熱焊膏，從而在高熔點(diǎn)金屬與低熔點(diǎn)金屬之間生成金屬間化合物，但例如使用Cu作為高熔點(diǎn)金屬、使用Sn作為低熔點(diǎn)金屬時(shí),作為金屬間化合物,只生成構(gòu)成兀素由Cu和Sn構(gòu)成的Cu-Sn系的金屬間化合物。本申請(qǐng)發(fā)明人推測(cè)上述裂縫的問(wèn)題是由像這樣只生成Cu-Sn系的金屬間化合物而引起的，從而完成了本發(fā)明。
簡(jiǎn)單而言，本發(fā)明的特征是，通過(guò)形成連接部中分散有各種金屬間化合物的狀態(tài)，從而在金屬間化合物的部分不易產(chǎn)生裂縫。
此外,對(duì)于專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的技術(shù)，使用含有Sn-Ag-Cu等除Sn以外的成分的金屬作為低熔點(diǎn)金屬時(shí)，也可生成由Ag-Sn系等其他的構(gòu)成元素構(gòu)成的金屬間化合物，但其中Cu與Sn的反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生，因此Cu-Sn系的金屬間化合物中僅存在微少的其他金屬間化合物。因此，在這種情況下，也無(wú)法一定避免易于產(chǎn)生裂縫的問(wèn)題。
本發(fā)明的特征是,針對(duì)通過(guò)連接部連接第I連接對(duì)象物和第2連接對(duì)象物的連接結(jié)構(gòu)，為了解決上述技術(shù)的課題而具備以下的構(gòu)成。
首先，第I特征是，利用波長(zhǎng)分散型X射線分析裝置(WDX)分析連接部的剖面時(shí)，在該連接部的剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系(M為Ni和/或Mn)以及Cu-M-Sn系的金屬間化合物。這些金屬間化合物在使用Sn系金屬和Cu-M系合金的情況下是必然生成的。
另外，將連接部的剖面沿縱和橫分別均等地細(xì)分化為10塊總計(jì)100塊時(shí)，規(guī)定塊數(shù)相對(duì)于除去在I塊中僅存在Sn系金屬成分的塊以外的剩余總塊數(shù)的比例(以下，也稱(chēng)為“分散度”。)為70%以上，所述規(guī)定塊數(shù)是構(gòu)成元素不同的金屬間化合物至少存在2種以上的塊數(shù)。
上述的“除去僅存在Sn系金屬成分的塊以外的剩余塊”換句話(huà)說(shuō)是存在金屬間化合物的塊。
另外，上述的“構(gòu)成元素不同的金屬間化合物”例如是指Cu-Mn-Sn金屬間化合物和Cu-Sn金屬間化合物之類(lèi)的關(guān)系的金屬間化合物。例如,Cu6Sn5和Cu3Sn是構(gòu)成元素(即,Cu和Sn)相互相同的金屬間化合物，作為I種計(jì)數(shù)。另外，上述的“2種以上”是指不僅包含上述的Cu-Sn系、M-Sn系以及Cu-M-Sn系這3種金屬間化合物，而且還包含其他的金屬間化合物(例如，Ag-Sn系等)而計(jì)數(shù)的2種以上。
優(yōu)選在連接部分散有Cu-M合金粒子。Cu-M合金粒子具有應(yīng)力緩和效果。因此，能夠進(jìn)一步提高利用連接部的連接可靠性。
另外，連接部?jī)?yōu)選不含有Sn系金屬成分，例如即使含有Sn系金屬成分的情況下，其含有率也優(yōu)選為30體積％以下。Sn系金屬成分例如被置于300°C以上的高溫環(huán)境下時(shí)，有時(shí)可再次熔融而流出，所以導(dǎo)致連接部的耐熱性的降低。因此，通過(guò)使Sn系金屬成分的含有率為30體積％以下，能夠提高耐熱性，通過(guò)不含有Sn系金屬成分，能夠進(jìn)一步提高耐熱性。
根據(jù)本發(fā)明，在連接部的剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系以及Cu-M-Sn系之類(lèi)的3種以上的金屬間化合物，并且，連接部?jī)?nèi)的金屬間化合物是其分散度為70%以上的良好分散的狀態(tài)，所以難以發(fā)生應(yīng)力集中。因此，即使在由于因熱沖擊等產(chǎn)生的線膨脹系數(shù)差而引起的應(yīng)力，從而在連接部負(fù)載應(yīng)力的情況下，也不易發(fā)生裂縫，因此，能夠使電阻值上升、接合強(qiáng)度降低之類(lèi)的問(wèn)題難以發(fā)生。


圖1是示意表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的連接結(jié)構(gòu)I和用于得到該連接結(jié)構(gòu)I的過(guò)程的剖視圖。
圖2是示意表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的連接結(jié)構(gòu)11和用于得到該連接結(jié)構(gòu)11的過(guò)程的剖視圖。
圖3是表示實(shí)驗(yàn)例中制成的具有連接結(jié)構(gòu)的層疊陶瓷電容器24的安裝狀態(tài)的主視圖。
圖4是表示實(shí)驗(yàn)例中采用的回流焊溫度曲線的圖。
圖5是表示拍攝實(shí)驗(yàn)例中制成的試樣3的接合結(jié)構(gòu)的放大照片。
圖6是表示使用專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的焊膏53進(jìn)行焊接時(shí)的焊料的舉動(dòng)的圖，(I)是表示加熱前的狀態(tài)的圖，(2)是表示焊接工序結(jié)束后的狀態(tài)的圖。
圖7是用于說(shuō)明專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的焊膏的問(wèn)題點(diǎn)的圖，是示意表示由Cu構(gòu)成的第I和第2連接對(duì)象物61和62通過(guò)連接部63相互連接的連接結(jié)構(gòu)60的剖視圖。
具體實(shí)施方式
[第I實(shí)施方式]
參照?qǐng)D1，對(duì)基于本發(fā)明的第I實(shí)施方式的連接結(jié)構(gòu)I進(jìn)行說(shuō)明。經(jīng)過(guò)圖1 (I)和同圖(2)的過(guò)程，得到圖1 (3)所示的連接結(jié)構(gòu)I。圖1 (3)所示，連接結(jié)構(gòu)I具有第I連接對(duì)象物2和第2連接對(duì)象物3通過(guò)連接部4連接的結(jié)構(gòu)。
為了得到連接結(jié)構(gòu)1，首先，如圖1 (I)所示，在第I和第2連接對(duì)象物2和3間，賦予焊膏5。焊膏5含有低熔點(diǎn)金屬粉末6、高熔點(diǎn)金屬粉末7以及助焊劑8，上述低熔點(diǎn)金屬粉末6由Sn系金屬構(gòu)成，上述高熔點(diǎn)金屬粉末7由熔點(diǎn)比Sn系金屬高的Cu系金屬構(gòu)成。
Sn系金屬為Sn單質(zhì)，或者是含有70重量％以上、優(yōu)選85重量％以上的Sn的合金。更具體而言，Sn系金屬優(yōu)選是Sn單質(zhì),或者是含有選自Cu、N1、Ag、Au、Sb、Zn、B1、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、S1、Sr、Te以及P中的至少I(mǎi)種和Sn的合金。通過(guò)使Sn系金屬選自這樣的組成，能夠易于與Cu系金屬之間形成金屬間化合物。
另一方面，Cu系金屬能夠通過(guò)焊膏5的加熱熔融、優(yōu)選以與上述Sn系金屬的組合而生成顯示310°C以上的熔點(diǎn)的金屬間化合物，例如，優(yōu)選是Cu-Mn合金或者Cu-Ni合金。Cu系金屬為Cu-Mn合金時(shí)，Mn在該合金中所占的比例優(yōu)選為10 15重量％, Cu系金屬為Cu-Ni合金時(shí)，Ni在該合金中所占的比例優(yōu)選為10 15重量％。
通過(guò)使Cu系金屬選自上述的組成，能夠以更低溫且短時(shí)間與Sn系金屬之間容易地形成金屬間化合物，另外，即使在其后可實(shí)施的回流焊工序中也能夠使其不易熔融。
作為Cu系金屬，可以在不阻礙與Sn系金屬的反應(yīng)的程度、例如以I重量％以下的比例含有雜質(zhì)。作為雜質(zhì)，可舉出 Zn、Ge、T1、Sn、Al、Be、Sb、In、Ga、S1、Ag、Mg、La、P、Pr、Th、Zr、B、Pd、Pt、N1、Au 等。
另外，若考慮連接性、反應(yīng)性，則低熔點(diǎn)金屬粉末6和高熔點(diǎn)金屬粉末7中的氧濃度優(yōu)選為2000ppm以下，特別優(yōu)選為10 lOOOppm。
另外，Cu系金屬優(yōu)選是在低熔點(diǎn)金屬粉末6的周?chē)畛跎傻慕饘匍g化合物的晶格常數(shù)與該Cu系金屬的晶格常數(shù)差為50%以上的金屬或者合金。上述晶格常數(shù)差如后式所示，是用金屬間化合物的晶格常數(shù)減去Cu系金屬的晶格常數(shù)而得的值除以Cu系金屬的晶格常數(shù)，將所得的數(shù)值的絕對(duì)值放大100倍的數(shù)值(％)。即，該晶格常數(shù)差是表示與Cu系金屬的界面最初生成的金屬間化合物的晶格常數(shù)相對(duì)于Cu系金屬的晶格常數(shù)有多大的差，與任一方的晶格常數(shù)的大小無(wú)關(guān)。
晶格常數(shù)差用下式表示，
晶格常數(shù)差(％) = { I (金屬間化合物的晶格常數(shù)-Cu系金屬的晶格常數(shù))I / Cu系金屬的晶格常數(shù)} X100。
焊膏5中優(yōu)選含有助焊劑8。助焊劑8發(fā)揮除去連接對(duì)象物、金屬粉末的表面的氧化被膜的功能。但是，焊膏5不一定必須含有助焊劑8，也可以適用于不需要助焊劑8的連接法。例如，利用邊加壓邊加熱的方法、在強(qiáng)還原氣氛下加熱的方法等也能夠除去連接對(duì)象物、金屬的表面的氧化被膜，進(jìn)行可靠性高的連接。此外，含有助焊劑8時(shí)，相對(duì)于焊膏5整體，優(yōu)選以7 15重量％的比例含有助焊劑8。
作為焊膏5中含有的助焊劑8，可使用包括載色劑、溶劑、觸變劑、活性劑等的公知的助焊劑。
作為載色劑的具體例子，可舉出由松香和將其改性的改性松香等的衍生物構(gòu)成的松香系樹(shù)脂、合成樹(shù)脂、或者它們的混合體等。作為由松香和將其改性的改性松香等的衍生物構(gòu)成的松香系樹(shù)脂的具體例子，可舉出脂松香、浮油松香、木松香、聚合松香、氫化松香、甲?；上?、松香酯、松香改性馬來(lái)酸樹(shù)脂、松香改性酚醛樹(shù)脂、松香改性醇酸樹(shù)脂、其他各種松香衍生物等。作為由松香和將其改性的改性松香等的衍生物構(gòu)成的合成樹(shù)脂的具體例子，可舉出聚酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、酚氧樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂等。
另外，作為上述溶劑，已知有醇、酮、酯、醚、芳香族系、烴類(lèi)等，作為具體例子，可舉出芐醇、乙醇、異丙醇、丁醇、二乙二醇、乙二醇、甘油、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸丁酯、己二酸二乙酯、十二烷、十四烯、α-松油醇、松油醇、2-甲基2，4-戊二醇、2-乙基己二醇、甲苯、二甲苯、丙二醇單苯醚、二乙二醇單己醚、乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚、己二酸二異丁酯、己二醇、環(huán)己烷二甲醇、2-松油基氧基乙醇、2-二氫松油基氧基乙醇以及混合它們而成的物質(zhì)等。
另外，作為觸變劑的具體例子，可舉出氫化蓖麻油、巴西棕櫚蠟、酰胺類(lèi)、羥基脂肪酸類(lèi)、二亞芐基山梨醇、雙(對(duì)甲基亞芐基)山梨醇類(lèi)、蜜蠟、硬脂酸酰胺、亞乙基雙羥基硬脂酸酰胺等。另外，向它們中根據(jù)需要添加下述化合物而成的物質(zhì)也可作為上述觸變劑使用，即，辛酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、硬脂酸、山崳酸之類(lèi)的脂肪酸，1，2-羥基硬脂酸之類(lèi)的羥基脂肪酸，抗氧化劑、表面活性劑、胺類(lèi)等。
另外，作為活性劑，可例示胺的氫鹵酸鹽、有機(jī)鹵素化合物、有機(jī)酸、有機(jī)胺、多元醇等。
作為活性劑的上述胺的氫鹵酸鹽的具體例子，可例示二苯基胍氫溴酸鹽、二苯基胍鹽酸鹽、環(huán)己胺氫溴酸鹽、乙胺鹽酸鹽、乙胺氫溴酸鹽、二乙基苯胺氫溴酸鹽、二乙基苯胺鹽酸鹽、三乙醇胺氫溴酸鹽、單乙醇胺氫溴酸鹽等。
作為活性劑的上述有機(jī)鹵素化合物的具體例子，可舉出氯化石蠟、四溴乙烷、二溴丙醇、2，3- 二溴_1，4- 丁二醇、2，3- 二溴-2- 丁烯-1，4- 二醇、二(2，3- 二溴丙基)異氰服酸酯等。
另外，作為活性劑的有機(jī)酸的具體例子，有丙二酸、富馬酸、乙醇酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸、苯基琥珀酸、馬來(lái)酸、水楊酸、鄰氨基苯甲酸、戊二酸、辛二酸、己二酸、癸二酸、硬脂酸、揪酸、苯甲酸、偏苯三酸、均苯四甲酸、十二烷酸等，此外作為有機(jī)胺的具體例子，可舉出單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三丁基胺、苯胺、二乙基苯胺等。
另外，作為活性劑的多元醇，可例示赤蘚糖醇、鄰苯三酚、核糖醇等。
另外，作為助焊劑8，可使用含有選自由環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂或其改性樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂構(gòu)成的熱固性樹(shù)脂中的至少I(mǎi)種、或者選自由聚酰胺樹(shù)月旨、聚苯乙烯樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂、纖維素系樹(shù)脂構(gòu)成的熱塑性樹(shù)脂中的至少I(mǎi)種。
接下來(lái)，在圖1 (I)所示的狀態(tài)下加熱焊膏5，達(dá)到構(gòu)成低熔點(diǎn)金屬粉末6的Sn系金屬的熔點(diǎn)以上的溫度時(shí)，低熔點(diǎn)金屬粉末6熔融，如圖1 (2)所示，失去作為粉末的形態(tài)。
其后若進(jìn)一步繼續(xù)加熱，則Sn系金屬與構(gòu)成高熔點(diǎn)金屬粉末7的Cu系金屬之間生成金屬間化合物。在圖1 (3)中，生成金屬間化合物的區(qū)域作為金屬間化合物區(qū)域9而圖示。連接對(duì)象物2和3也由Cu系金屬構(gòu)成時(shí)，Sn系金屬與構(gòu)成連接對(duì)象物2和3的Cu系金屬之間也生成金屬間化合物。
如上述那樣，利用波長(zhǎng)分散型X射線分析裝置(WDX)分析生成了金屬間化合物的連接部4的剖面時(shí)，在該連接部4的剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系(M為Ni和/或Mn)以及Cu-M-Sn系的金屬間化合物，并且將連接部4的剖面沿縱和橫分別均等地細(xì)分化為10塊總計(jì)100塊時(shí)，構(gòu)成元素不同的金屬間化合物至少存在2種以上的塊數(shù)相對(duì)于除去在I塊中僅存在Sn系金屬成分的塊以外的剩余總塊數(shù)、即存在金屬間化合物的總塊數(shù)的比例(分散度)為70%以上，這是本發(fā)明的特征性構(gòu)成。
如上述那樣，在連接部4的剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系以及Cu-M-Sn系之類(lèi)的3種以上的金屬間化合物，并且，連接部4內(nèi)的金屬間化合物是分散度70%以上這樣良好地分散的狀態(tài)時(shí)，不易發(fā)生應(yīng)力集中，因此，從后述的實(shí)驗(yàn)例可知，由于因熱沖擊等產(chǎn)生的線膨脹系數(shù)差而引起的應(yīng)變，在連接部4負(fù)載應(yīng)力時(shí)，也不易產(chǎn)生裂縫，因此，能夠使電阻值上升、接合強(qiáng)度降低之類(lèi)的問(wèn)題難以產(chǎn)生。
在連接部4中，除了分散上述的金屬間化合物之外，還優(yōu)選分散楊氏模量較低的Cu-MnXu-Ni之類(lèi)的Cu-M合金粒子。Cu-M合金粒子來(lái)自高熔點(diǎn)金屬粉末7。這樣，若分散Cu-M合金粒子，則利用這些Cu-M合金粒子所具有的應(yīng)力緩和效果，能夠提高連接部4中的連接可靠性。
為了更易于生成金屬間化合物，只要進(jìn)一步提高高熔點(diǎn)金屬粉末7與Sn系金屬的接觸概率即可，因此，高熔點(diǎn)金屬粉末7優(yōu)選比表面積為0.05m2.g-1以上的金屬粉末。另夕卜，低熔點(diǎn)金屬粉末6中的至少一部分被涂布于高熔點(diǎn)金屬粉末7的周?chē)材苁菇饘匍g化合物的生成更容易。
為了提高連接部4的耐熱性，連接部4優(yōu)選不含有Sn系金屬成分，例如即使含有Sn系金屬成分的情況下，其含有率也優(yōu)選為30體積％以下。Sn系金屬成分例如被置于300°C以上的高溫環(huán)境下時(shí)，有時(shí)可再次熔融而流出，所以導(dǎo)致連接部4的耐熱性的降低。因此，通過(guò)使Sn系金屬成分的含有率為30體積％以下，能夠提高耐熱性，通過(guò)不含有Sn系金屬成分，能夠進(jìn)一步提高耐熱性。這樣的Sn系金屬成分的含有率的減少與晶格常數(shù)有關(guān)。
如上所述，該實(shí)施方式中使用的Cu系金屬的晶格常數(shù)與在低熔點(diǎn)金屬粉末6的周?chē)畛跎傻慕饘匍g化合物的晶格常數(shù)之間，具有50%以上的晶格常數(shù)差時(shí)，在構(gòu)成低熔點(diǎn)金屬粉末6的Sn系金屬的熔融體中金屬間化合物8邊剝離 分散邊反復(fù)進(jìn)行反應(yīng)，金屬間化合物的生成迅速進(jìn)行，短時(shí)間內(nèi)能夠充分減少Sn系金屬成分的含量。
與上述內(nèi)容相關(guān)，如果使高熔點(diǎn)金屬粉末6在焊膏5中所含的金屬成分中所占的比例為30體積％以上，則對(duì)減少連接部4中的Sn系金屬成分的殘留比例有效。
若提高連接部4的耐熱性，則即使例如進(jìn)行半導(dǎo)體裝置的制造時(shí)，在經(jīng)過(guò)進(jìn)行焊接的工序來(lái)制造半導(dǎo)體裝置后，用回流焊的方法將該半導(dǎo)體裝置安裝于基板的情況下，也能夠使通過(guò)之前的焊接得到的焊接部分耐熱強(qiáng)度優(yōu)異，能夠在回流焊的工序不再次熔融地進(jìn)行可靠性高的安裝。
此外，焊料可以不是上述的膏的形態(tài)，例如也可以是板狀的固體的形態(tài)。
[第2實(shí)施方式]
參照?qǐng)D2，對(duì)基于本發(fā)明的第2實(shí)施方式的連接結(jié)構(gòu)11進(jìn)行說(shuō)明。經(jīng)過(guò)圖2 (I)和同圖(2)的過(guò)程，得到圖2 (3)所示的連接結(jié)構(gòu)11。如圖2 (3)所示，連接結(jié)構(gòu)11具有第I連接對(duì)象物12和第2連接對(duì)象物13通過(guò)連接部14連接的結(jié)構(gòu)。
在第2實(shí)施方式中，首先，其特征是，第I和第2連接對(duì)象物12和13的至少表面由Cu系金屬構(gòu)成。應(yīng)予說(shuō)明，作為Cu系金屬，可使用與上述第I實(shí)施方式中說(shuō)明的Cu系金屬相同的金屬。
另外，在第2實(shí)施方式中，其特征在于，賦予到如圖2 (I)所示的第I和第2連接對(duì)象物12和13間的焊膏15含有由Sn系金屬構(gòu)成的低熔點(diǎn)金屬粉末16和助焊劑17，但作為金屬成分，只要僅含有低熔點(diǎn)金屬粉末16就是充分的。應(yīng)予說(shuō)明，作為Sn系金屬，可使用與上述第I實(shí)施方式中說(shuō)明的Sn系金屬相同的金屬。
為了得到連接結(jié)構(gòu)11，首先，如圖2 (I)所示，在第I和第2連接對(duì)象物12和13間，賦予焊膏15。
接下來(lái)，在圖2 (I)所示的狀態(tài)下加熱焊膏15，達(dá)到構(gòu)成低熔點(diǎn)金屬粉末16的Sn系金屬的熔點(diǎn)以上的溫度時(shí)，由圖2 (2)所不的焊 膏15的狀態(tài)可知,低熔點(diǎn)金屬粉末16熔融。
其后若進(jìn)一步繼續(xù)加熱，則焊膏15中的Sn系金屬與第I和第2連接對(duì)象物12和13的至少表面上存在的Cu系金屬之間生成金屬間化合物。在圖2 (3)所示的連接部14中，存在這樣的金屬間化合物。
在第2實(shí)施方式中，也利用波長(zhǎng)分散型X射線分析裝置(WDX)分析生成了金屬間化合物的連接部14的剖面時(shí)，在該連接部14的剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系(M為Ni和/或Mn)以及Cu-M-Sn系的金屬間化合物。另外，將連接部14的剖面沿縱和橫分別均等地細(xì)分化為10塊總計(jì)100塊時(shí)，構(gòu)成元素不同的金屬間化合物至少存在2種以上的塊數(shù)相對(duì)于除去在I塊中僅存在Sn系金屬成分的塊以外的剩余總塊數(shù)、即存在金屬間化合物的總塊數(shù)的比例為70%以上。
因此，與第I實(shí)施方式的情況同樣，不易發(fā)生應(yīng)力集中，即使在由于因熱沖擊等產(chǎn)生的線膨脹系數(shù)差而引起的應(yīng)變，在連接部14負(fù)載應(yīng)力時(shí)，也不易產(chǎn)生裂縫，因此，能夠使電阻值上升、接合強(qiáng)度降低之類(lèi)的問(wèn)題難以產(chǎn)生。
此外,對(duì)于第2實(shí)施方式,焊膏15不含有由Cu系金屬構(gòu)成的高熔點(diǎn)金屬粉末時(shí)，在連接部14中不分散Cu-Mn、Cu-Ni之類(lèi)的Cu-M合金粒子。
另外，在第2實(shí)施方式中，焊料也可以不是上述的膏的形態(tài)，例如也可以是板狀的固體的形態(tài)。
接下來(lái)，對(duì)用于確認(rèn)本發(fā)明的效果而實(shí)施的實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行記載。應(yīng)予說(shuō)明，實(shí)驗(yàn)例基于第I實(shí)施方式而實(shí)施。
(實(shí)驗(yàn)例I)
在該實(shí)驗(yàn)例I中，通過(guò)混合表I所示的具有“Sn系金屬成分”的低熔點(diǎn)金屬粉末、同樣地具有“Cu系金屬成分”的高熔點(diǎn)金屬粉末和助焊劑，制成焊膏。
上述Sn系金屬成分和上述Cu系金屬成分的配合比以低熔點(diǎn)金屬粉末/高熔點(diǎn)金屬粉末的體積比成為60/40的方式進(jìn)行調(diào)整。
另外，作為助焊劑，使用松香:74重量％、二乙二醇單丁醚:22重量％、三乙醇胺'2重量％以及氫化蓖麻油2重量％的配合比率的物質(zhì)。另外，助焊劑的配合比例為助焊劑在焊膏整體中所占的比例為10重量％這樣的比例。
另一方面，如圖3所示，準(zhǔn)備具有0.7mmX0.4mm的Cu焊盤(pán)21的印刷基板22，并且準(zhǔn)備具有以Cu為主成分的外部電極23、且長(zhǎng)度1mm、寬度0.5mm以及厚度0.5mm尺寸的層疊陶瓷電容器24。
接下來(lái)，在Cu焊盤(pán)21上，以100 μ m的厚度涂布焊膏25后，將層疊陶瓷電容器24安裝在印刷基板22上。
接下來(lái)，使用回流焊裝置，按圖4所示的回流焊溫度曲線焊接Cu焊盤(pán)21和外部電極23。
關(guān)于這樣制成的試樣，表I中示出了上述的“Sn系金屬成分”和“Cu系金屬成分”的各組成、以及“Cu系金屬成分”的“晶格常數(shù)”、“最初生成的金屬間化合物”的“組成”和“晶格常數(shù)”、以及“晶格常數(shù)差”。
“最初生成的金屬間化合物”是指在焊膏中的Sn系金屬成分與由Cu系金屬構(gòu)成的高熔點(diǎn)金屬粉末的界面、與Cu焊盤(pán)的界面、或者與層疊陶瓷電容器的外部電極的界面最初生成的金屬間化合物，通過(guò)用FE-WDX對(duì)連接部的剖面映射分析而進(jìn)行確認(rèn)?！熬Ц癯?shù)”是
權(quán)利要求
1.一種連接結(jié)構(gòu)，是第I連接對(duì)象物和第2連接對(duì)象物通過(guò)連接部連接而成的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于， 利用波長(zhǎng)分散型X射線分析裝置WDX分析所述連接部的剖面時(shí)，在該連接部的剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系以及Cu-M-Sn系的金屬間化合物，M-Sn中的M為Ni和/或Mn，并且 將所述連接部的剖面沿縱和橫分別均等地細(xì)分化為10塊總計(jì)100塊時(shí)，規(guī)定塊數(shù)相對(duì)于除去在I塊中僅存在Sn系金屬成分的塊以外的剩余總塊數(shù)的比例為70%以上，所述規(guī)定塊數(shù)是構(gòu)成元素不同的金屬間化合物至少存在2種以上的塊數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接結(jié)構(gòu)，其中，在所述連接部分散有Cu-M合金粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接結(jié)構(gòu)，其中，所述連接部含有30體積％以下的Sn系金屬成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接結(jié)構(gòu)，其中，所述連接部不含Sn系金屬成分。
全文摘要
本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)適用于電子部件的安裝、通孔連接等情況，在使用焊料將第1連接對(duì)象物和第2連接對(duì)象物連接的連接結(jié)構(gòu)中，提高熱沖擊后的接合可靠性。利用WDX分析連接部(4)的剖面時(shí)，在該連接部(4)的剖面，形成了至少存在有Cu-Sn系、M-Sn系(M為Ni和/或Mn)以及Cu-M-Sn系的金屬間化合物的區(qū)域(9)。另外，將連接部(4)的剖面沿縱和橫分別均等地細(xì)分化為10塊總計(jì)100塊時(shí)，構(gòu)成元素不同的金屬間化合物至少存在2種以上的塊數(shù)相對(duì)于除去在1塊中僅存在Sn系金屬成分的塊以外的剩余總塊數(shù)的比例為70%以上。
文檔編號(hào)B23K35/30GK103168392SQ201280003300
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月9日
發(fā)明者中野公介, 高岡英清 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所