專利名稱：接合材料、電子部件以及接合結(jié)構(gòu)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不含鉛的接合材料(焊錫材料)、使用該接合材料的電子部件以及接 合結(jié)構(gòu)體，具體涉及連接構(gòu)成電子部件的電子元件和電極的接合材料，更具體來(lái)說(shuō)，涉及不 會(huì)由于電子部件和基板接合時(shí)的加熱而熔融的接合材料。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)于地球環(huán)境保護(hù)的關(guān)心正在提高，擔(dān)心鉛會(huì)從使用焊錫材料的廢棄物 溶出到土壤中。因此，作為應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的對(duì)策，不含鉛的無(wú)鉛焊錫材料的開(kāi)發(fā)正在推進(jìn)， 尤其受到關(guān)注的是高耐熱性的無(wú)鉛焊錫材料。作為高耐熱性的無(wú)鉛焊錫材料的用途，像功率晶體管這樣的電子部件的內(nèi)部接合 是具有代表性的。如圖10所示，電子部件1具有電子元件4、電極5、和將它們接合的接合 材料6。電子部件1通過(guò)別的接合材料3與基板2接合。別的接合材料3 —般采用的是熔 點(diǎn)為220 230°C的焊錫材料。例如，96. 5重量％ Sn-3重量％ Ag-O. 5重量％ Cu(熔點(diǎn)約 2200C ) >99. 3 重量％ Sn-O. 7 重量％ Cu (熔點(diǎn)約 227°C )。電子部件1和基板2的焊接通過(guò)噴流式焊接裝置來(lái)進(jìn)行。被加熱至250°C以上而 熔融的焊錫材料被提供給到接合部分上。此時(shí)，電子部件1的溫度達(dá)到250 265°C。此 時(shí)，如果在電子部件1的內(nèi)部將電子元件4和電極5相接合的接合材料6發(fā)生熔融的話，則 存在最終的制品產(chǎn)生品質(zhì)不良的可能性。因此，使用于電子部件1的內(nèi)部的接合材料6要 求具有比將電子部件1焊接在基板2上時(shí)達(dá)到的電子部件1的最高溫度高的熔融溫度。作為熔融溫度為270 272°C的高耐熱性焊錫材料，已提出了以Bi為主成分、且含 有0. 2 0. 8重量％的Cu和0. 02 0. 2重量％的Ge的焊錫材料(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本專利第3886144號(hào)公報(bào)(圖2)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，專利文獻(xiàn)1的焊錫材料具有與Bi和Cu的共晶組成相近的組成。如果生成 作為Bi和Cu的共晶合金的99. 5重量％ Bi-O. 5重量％ Cu的話，焊錫材料有時(shí)會(huì)在270°C 熔融。該焊錫材料對(duì)于通過(guò)回流焊接將電子部件接合在基板上的情況是適用的，但在使用 噴流式焊接裝置的情況下，電子部件會(huì)被加熱到265°C左右，可能會(huì)導(dǎo)致電子部件的內(nèi)部接 合斷裂。因此，專利文獻(xiàn)1的焊錫材料作為電子部件的內(nèi)部接合所用的接合材料來(lái)使用是 困難的。又，像功率晶體管那樣會(huì)流經(jīng)大電流的電子部件，從確保安全性這一點(diǎn)來(lái)考慮，要 求具有比加熱時(shí)的上限溫度高10°c左右的高耐熱溫度。如果考慮到電子部件有時(shí)會(huì)被加熱 到265°C左右的情形，用于電子部件的內(nèi)部接合的接合材料要求具有275°C以上的耐熱性。 因此，即便是熔融溫度為270 272°C的具有耐高溫性的焊錫材料，有時(shí)也不能使用于電子 部件的內(nèi)部接合。
3
解決問(wèn)題的手段本發(fā)明正是鑒于上述問(wèn)題而作的，其目的在于提供一種具有275°C以上的耐熱性 的接合材料，還提供一種品質(zhì)優(yōu)異的電子部件以及接合結(jié)構(gòu)體。即，本發(fā)明涉及一種接合材料(接合材料A)，其包含2 10. 5重量％的Cu、0. 02 0. 2重量％的Ge、和89. 3 97. 98重量％的Bi。另外，接合材料A可以含有不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種接合材料(接合材料鍆，其包含2 10.5重量％的01、0.02 0. 2重量％的Ge、0. 02 0. 11重量％的Ni、和89. 19 97. 96重量％的Bi。另外，接合材 料B可以含有不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種電子部件，其具有電子元件、與所述電子元件連接的電極、以 及接合所述電子元件和所述電極的上述接合材料A或接合材料B。本發(fā)明還涉及一種接合結(jié)構(gòu)體，其具有電子部件、搭載有所述電子部件的基板、以 及接合所述電子部件和所述基板的第一接合材料，第一接合材料是具有230°C以下的熔點(diǎn) 的焊錫材料，所述電子部件具有電子元件、與所述電子元件連接的電極、以及接合所述電 子元件和所述電極的第二接合材料，第二接合材料是上述接合材料A或接合材料B。另外，χ重量％ Bi-y重量％ Cu-z重量％ Ge-w重量％ Ni意味著含有χ重量％們 8士、7重量％的01、2重量％的66、以及《重量％的附的合金。又，Bi-y重量％ Cu意味著 含有y重量％的Cu、剩余部分為Bi以及Ge (或者Al、Li或P)的合金。還有，Bi_y重量％ Cu-z重量％ Ge意味著含有y重量％的Cu、ζ重量％的Ge、剩余部分為Bi以及Ni的合金。 關(guān)于其它的合金，基于上述來(lái)進(jìn)行標(biāo)記。發(fā)明效果采用本發(fā)明，可以提供一種具有275°C以上熔融溫度、不含鉛的接合材料。將本發(fā) 明的接合材料使用于功率晶體管這樣的電子部件的內(nèi)部接合時(shí)，用于內(nèi)部接合的接合材料 不會(huì)因?yàn)殡娮硬考雍现粱鍟r(shí)的加熱而發(fā)生熔融。因此，可以抑制電子部件、包含該電子 部件的接合結(jié)構(gòu)體的不良情況。


圖1是示出二元合金的共晶點(diǎn)溫度的圖。圖2是示出98重量％ Bi-2. 0重量％ Cu的DSC曲線的圖。圖3是示出98重量％ Bi-2. 0重量％ Cu的吸熱率和接合強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖4是示出接合材料中的Cu的含有量與吸熱率為20%的溫度的關(guān)系的圖。圖5是示出接合材料中微量含有的元素與氧化物生成量的關(guān)系的圖。圖6是示出Bi-2. 0重量％ Cu中Ge含有量與氧化物生成量的關(guān)系的圖。圖7是示出Bi-7. 4重量％ Cu-O. 04重量％ Ge中Ni含有量與氧化物生成量的關(guān) 系的圖。圖8是示出電子部件的一個(gè)實(shí)例的構(gòu)造的概略截面圖。圖9是示出接合結(jié)構(gòu)體的一個(gè)實(shí)例的構(gòu)造的概略截面圖。圖10是示出以往的功率晶體管的一個(gè)實(shí)例的構(gòu)造的概略截面圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施形態(tài)1本實(shí)施形態(tài)的接合材料包含有2 10. 5重量％的Cu、0. 02 0. 2重量％的Ge、和 89. 3 97. 98重量％的Bi。Cu的含有量較理想的是2 6重量％，Ge的含有量較理想的 是0. 05 0. 1重量％。本實(shí)施形態(tài)的接合材料，由于具有275°C的耐熱性，在例如功率晶體管那樣的電子 部件中，適于用作將電子元件和電極接合的接合材料。電子部件的內(nèi)部所使用的接合材料 的耐熱性高，因此采用噴流式焊接裝置將電子部件接合在基板上時(shí)，抑制了電子部件的品 質(zhì)不良。又，本實(shí)施形態(tài)的接合材料由于不含鉛，因此可以提供一種無(wú)鉛的電器設(shè)備和電子 設(shè)備。為了確保275°C的耐熱性，將具有與275°C相近的共晶點(diǎn)溫度的二元合金(由兩種 元素構(gòu)成的合金)用于基材(母材)是有效的。從多種元素中選擇共晶點(diǎn)溫度接近275°C 的元素的組合時(shí)，應(yīng)重視的是元素有無(wú)毒性。出于毒性的考慮，排除了 Hg、Sb、Se等元素。圖1是示出二元合金的共晶點(diǎn)溫度的圖。縱軸的元素和橫軸的元素的交點(diǎn)的數(shù)值 表示的是這兩種元素的共晶點(diǎn)溫度。從圖1可知，例如，Sn-Ag合金的共晶點(diǎn)溫度為221°C， Ni-Cu合金不存在共晶點(diǎn)。根據(jù)圖1可知，共晶點(diǎn)溫度接近275°C的元素組合為，Bi和Cu的 組合、或者Bi和Ge的組合這兩種。在此，Bi和Cu的共晶合金包含有99. 5重量％的Bi和0. 5重量％的Cu (99. 5重 量％ Bi-O. 5重量％ Cu)。又，Bi和Ge的共晶合金包含有99重量％的Bi和1重量％的 Ge (99重量％ Bi-I重量％ Cu)。但是，Ge的價(jià)格約為Cu的420倍。因此，出于提供便宜的 材料的觀點(diǎn)考慮，與含有1重量％ WGe的合金相比，選擇含有0. 5重量％ Cu的99. 5重量％ Bi-O. 5重量％ Cu作為基材是有利的。首先，合成以0. 5重量％、2. 0重量％、5. 0重量％、7. 4重量％或者10. 5重量％的 比例含有Cu的Bi和Cu的二元合金，觀察其加熱時(shí)的表現(xiàn)。作為一個(gè)實(shí)例，在圖2中示出通過(guò)熱分析裝置測(cè)定的98重量％ Bi-2. 0重量％ Cu 加熱時(shí)的表現(xiàn)的結(jié)果。在圖2的DSC曲線(Differential Scanning Calorimetry)中，示出 固相溫度(Ts)為270°C，液相溫度(IY)約為288°C。98重量％ Bi-2. 0重量％ Cu在270°C 開(kāi)始部分地熔融，在到達(dá)了 288°C附近的時(shí)刻處于完全熔融的液體狀態(tài)。使接合材料全部熔 融所必需的熱量(以下稱為總熱量Q)可以根據(jù)吸熱面積(S)得知。98重量％ Bi-2. 0重 量％ Cu的情況下，總熱量Q為41. 8J/g。接下來(lái)，由于對(duì)于接合材料來(lái)說(shuō)接合強(qiáng)度也是必要的，因此對(duì)98重量％ Bi-2. 0重 量％ Cu的吸熱率和接合強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查。其結(jié)果示于圖3中。吸熱率是到該溫度為 止的吸熱量的累計(jì)值相對(duì)于總熱量Q的比例(％ )。接合強(qiáng)度使用黏結(jié)測(cè)試器(# W] y^-r ^ ^ )來(lái)測(cè)定。具體來(lái)說(shuō)，利用接 合材料將1005電容器與銅電極接合，其后，將接合部加熱至規(guī)定的溫度。在該溫度下，以 1.0X10-4m/s的移動(dòng)速度從電容器的一端面向水平方向推壓電容器，使得接合部斷裂。反 復(fù)進(jìn)行10次同樣的操作，測(cè)定出10個(gè)接合部斷裂時(shí)的強(qiáng)度，求得平均值。一般來(lái)說(shuō)，接合材料的固體狀態(tài)的接合強(qiáng)度比液體狀態(tài)的接合強(qiáng)度強(qiáng)。又，接合材 料的狀態(tài)變化與吸熱舉動(dòng)具有密切的關(guān)系。因此，通過(guò)調(diào)查吸熱率和接合強(qiáng)度的關(guān)系，可以得到有關(guān)接合材料的狀態(tài)變化的信息。從圖3可知，標(biāo)記〇所示的吸熱率從固相溫度270°C開(kāi)始增加，在液相溫度288°C 達(dá)到100%。相對(duì)于此，標(biāo)記Δ所示的接合強(qiáng)度在超過(guò)固相溫度的275°C之前是在6. 7 7. IN的范圍，但在275°C至280°C之間急劇下降，接合強(qiáng)度變差。由于275°C的吸熱率為 20%，因此可知只要是吸熱率在20%以下的溫度范圍，接合強(qiáng)度就是穩(wěn)定的。另外，在此，如 果是6. 7N以上的接合強(qiáng)度，則判定強(qiáng)度充分。275°C處于固相溫度和液相溫度之間的固液 共存的區(qū)域。接合材料在270°C開(kāi)始熔融，但接合強(qiáng)度在275°C之前沒(méi)有急劇下降。這是由 于固相溫度和液相溫度之間還殘留有固體的部分，伴隨著溫度的上升，液體的比率漸漸提 尚ο于是，對(duì)能確保必要的接合強(qiáng)度的吸熱率為20%的溫度和接合材料的組成之間的 關(guān)系進(jìn)行研究。圖4示出在包含Bi和Cu的二元合金中，吸熱率達(dá)到20%的溫度和Cu的 含有量之間的關(guān)系。從圖4可知，吸熱率為20%的溫度在275°C以上的耐熱性高的接合材 料具有2重量％以上的Cu含有量。另外，Cu含有量為2重量％時(shí)，吸熱率達(dá)到20%的溫度 為275. 2V，隨著Cu含有量的增加，吸熱率達(dá)到20 %的溫度上升。Cu的含有量超過(guò)10. 5重 量％時(shí)，吸熱率達(dá)到20%的溫度為282V。但是，在生產(chǎn)功率晶體管等電子部件時(shí)，是將接合材料加熱到380°C使其熔融來(lái)使 用的。Cu的含有量為10.5重量％的接合材料在3801的吸熱率為97%。Cu的含有量變高 時(shí)，在380°C的熔融不充分，電子部件的生產(chǎn)性下降。因此，Cu的含有量最好在10. 5重量％ 以下。由此可知，98重量％ Bi-2. 0重量％ Cu是可以確保275°C為止的耐熱性的優(yōu)良材 料。但是，通過(guò)彎月面法(^ 二 7力7法)對(duì)98重量％ Bi-2. 0重量％ Cu進(jìn)行試驗(yàn)后判明 潤(rùn)濕性不充分。關(guān)于其原因，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)結(jié)果判明Bi量多達(dá)98重量％導(dǎo)致氧化物的生 成量變多是潤(rùn)濕性降低的原因?？梢酝ㄟ^(guò)將比Bi優(yōu)先氧化的元素添加到接合材料中來(lái)抑制Bi的氧化。作為比Bi 優(yōu)先氧化元素，舉例有Ge、Al、Li、P等。圖5示出接合材料中微量含有的元素與氧化物生成量的關(guān)系。氧化物生成量是在 使0. 05重量％的Ge、Al、Li或P包含于Bi_2. 0重量％ Cu中，在300°C下攪拌4小時(shí)后測(cè) 定到的。樣本整體的重量為IOkg時(shí)，如果采用不含有添加元素的接合材料，則氧化物生成 量為88g，如果采用含有Ge的接合材料，則氧化物生成量為42g。這是因?yàn)镚e在Bi_2. 0重 量％ Cu的表面優(yōu)先氧化而形成氧化膜，抑制了 Bi-2. 0%重量Cu的氧化。從其結(jié)果可知，為 了抑制Bi-2. 0重量％ Cu的氧化，Ge的添加是適用的。圖6示出Bi-2. 0重量％ Cu的Ge含有量和氧化物生成量的關(guān)系。隨著Ge量的增 加或減少，Bi量減少或增加。使0. 05重量％的Li包含在Bi-2. 0重量％ Cu時(shí)，氧化物生 成量為58g。氧化物生成量比這一數(shù)字少時(shí)，認(rèn)為具有充分的抑制氧化物生成的效果。Ge 含有量為0. 02重量％時(shí)，氧化物生成量為52g，效果開(kāi)始出現(xiàn)。Ge含有量為0. 05重量％、 0. 1重量％以及0. 2重量％時(shí)，氧化物生成分別為42g、40g以及45g，效果得到承認(rèn)。另一 方面，Ge含有量為0. 3重量％時(shí)，生成氧化物生成量為60g，比作為基準(zhǔn)值58g多。由此可知，為了使氧化物生成減少，提高潤(rùn)濕性，可以將Ge含有量設(shè)為0. 02重 量％以上0. 2重量％以下。但是，Ge的價(jià)格較高，大約為Cu的420倍，因此Ge使用量最好
6為少量。進(jìn)一步地，Ge含有量為0. 05重量％的情形和Ge含有量為0. 2重量％的情形，氧化 物生成量的差變小。因此，從減少高價(jià)的Ge的使用量的觀點(diǎn)考慮，將Ge含有量設(shè)為0. 02 0. 05重量％也是有效的。表1中例示出本實(shí)施形態(tài)的接合材料的組成。又，還示出接合材料的吸熱率為 20%時(shí)的溫度(耐熱溫度)與潤(rùn)濕性。[表 1] 6種類的實(shí)施例1 6中，實(shí)施例6的89. 3重量％ Bi_10. 5重量％ Cu_0. 2重量％ Ge的耐熱性最高。但是，考慮到耐熱性和焊接工序的作業(yè)性的平衡，實(shí)施例3的96. 44重量 Bi-3. 5重量％ Cu-O. 06重量％ Ge是優(yōu)良的組成。作為比較例，示出了不包含Ge的接合材料(比較例1)和89. 1重量％ Bi-IO. 5重 量％ Cu-O. 4重量％ Ge(比較例2)?？梢?jiàn)，這些都難說(shuō)潤(rùn)濕性充分，不適合用作接合材料。使用實(shí)施例1 6的接合材料，接合電子元件和電極，以完成電子部品。具體地說(shuō)， 將實(shí)施例1的接合材料IOOg放入SUS制的容器(直徑40mm、深度90mm)，加熱到380°C使 其熔融。在SUS制造的容器的底部，設(shè)有直徑02mm的排出孔。在SUS制造的容器的上部， 設(shè)置有對(duì)容器內(nèi)施加壓力的壓力控制機(jī)構(gòu)。通過(guò)壓力控制機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，可以使規(guī)定量的熔 融材料從容器底部的排出孔排出。使用由該SUS制的容器和壓力控制機(jī)構(gòu)構(gòu)成的單元，將 0. 3g的熔融材料提供給Cu制的引線框，接著，將Si制的芯片(3mmX4mm)裝載在熔融材料 之上。然后，冷卻至室溫并利用接合材料將引線框和Si制的芯片接合。通過(guò)Au制的導(dǎo)線使得引線框的電極端子和被接合的Si制的芯片上的電極端子連 接并電導(dǎo)通。然后，通過(guò)利用環(huán)氧制樹(shù)脂對(duì)整體進(jìn)行鑄模，完成電子部件(T0-220F)。將這樣完成的電子部件(T0-220F)的導(dǎo)線端子插入酚醛紙制的電路基板中，將熔 融的96. 5重量％ Sn-3重量％ Ag-O. 5重量％ Cu、或99. 3重量％ Sn-O. 7重量％ Cu用于接合材料來(lái)進(jìn)行焊接。關(guān)于實(shí)施例2 6的接合材料，也以相同的順序進(jìn)行試制。其后，在檢 查工序，可以確認(rèn)接合有電子部件的基板上沒(méi)有發(fā)生不良情況，具有與接合有以通常的含 鉛焊錫完成的電子部件的基板相同的性能。由此可以理解，接合材料包含2 10. 5重量％的Cu、0. 02 0. 2重量％的Ge和 89. 3 97. 98重量的Bi時(shí)，可以確保275°C為止的耐熱性，適用于像功率晶體管那樣的電 子部件的內(nèi)部接合。因此，在將本實(shí)施形態(tài)的接合材料用于電子元件和電極的內(nèi)部接合時(shí)， 內(nèi)部接合部分不會(huì)因基板向電子部件接合時(shí)的加熱而發(fā)生熔融，因而不會(huì)產(chǎn)生不良情況。實(shí)施方式2本實(shí)施形態(tài)的接合材料包含2 10. 5重量％的Cu、0. 02 0. 2重量％的Ge、 0. 02 0. 11重量的Ni、和89. 19 97. 96重量％的Bi。Cu的含有量理想的是2 6重 量％，Ge的含有量理想的是0. 05 0. 1重量％，Ni的含有量理想的是0. 05 0. 08重量％。 與實(shí)施方式1的接合材料相比，本實(shí)施形態(tài)的接合材料的耐沖擊性高。耐沖擊性可以通過(guò)使60g的測(cè)錘從180mm的高度向1. 6mmX0. 8mm尺寸的片式電 容器的側(cè)面沖撞的實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。使用具有以92. 56重量％ Bi-7. 4重量％ Cu-O. 04重量％ Ge接合的接合部的芯片 電容器進(jìn)行上述耐沖擊試驗(yàn)后，芯片電容器在接合部斷裂。觀察斷裂后的接合部的截面發(fā) 現(xiàn)，是在Bi含有量多的α相和Cu含有多的β相的界面斷裂的。在此，α相和β相的均一性可以通過(guò)結(jié)晶外周長(zhǎng)值來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。所謂結(jié)晶外周長(zhǎng) 值，被定義為存在于10 μ mX 10 μ m的范圍內(nèi)的α相的總計(jì)外周長(zhǎng)度。結(jié)晶外周長(zhǎng)值大時(shí)， α相和β相的混合是充分的，結(jié)晶外周長(zhǎng)值小時(shí)，α相和β相的混合是不充分的。在上 述試驗(yàn)中斷裂的接合截面處，測(cè)定的結(jié)晶外周長(zhǎng)值為126 μ m。為了增大結(jié)晶外周長(zhǎng)值，在接合材料凝固時(shí)添加作為相形成的核的元素是有效 的。作為這樣的元素，不會(huì)在接合材料的熔融溫度發(fā)生熔融、沒(méi)有毒性、且在成本方面也優(yōu) 異的Ni比較適合。圖7示出Bi-7. 4重量％ Cu-O. 04重量％ Ge中，Ni含有量和結(jié)晶外周長(zhǎng)值的關(guān)系。 隨著M量的增加以及減少，Bi量減少或增加。含有0. 02重量％的附的接合材料的結(jié)晶外 周長(zhǎng)值為165 μ m，相比不含有Ni的情形有所增加。Ni含有量為0.05重量％、0. 08重量％ 以及0.11重量％時(shí)，與不含有Ni的情形相比，結(jié)晶外周長(zhǎng)值也有所增力卩，促進(jìn)了 α相和β 相的混合。另一方面，Ni含有量為0. 14重量％時(shí)，結(jié)晶外周長(zhǎng)值為118 μ m，降低至與不含 Ni的情形同等的程度。由此，為了相比不含Ni的情形提高耐沖擊性，Ni含有量需要是0.02重量％至 0. 11重量％的范圍。又，Ni含有量超過(guò)0. 08重量時(shí)，結(jié)晶外周長(zhǎng)值開(kāi)始降低，因此Ni含有 量最好是0. 02重量％至0. 08重量的范圍。表2中例示出本實(shí)施形態(tài)的接合材料的組成。又，還示出接合材料的吸熱率為 20%時(shí)的溫度(耐熱溫度)與耐沖擊性。[表 2]
8 6類的實(shí)施例7 12中，實(shí)施例12的89. 19重量％ Bi-IO. 5重量％ Cu-O. 2重量％ Ge-O. 11重量％附的耐熱性最高。但是，考慮到耐熱性和焊接工序的作業(yè)性的平衡，實(shí)施例 9的96. 4重量Bi-3. 5重量％ Cu-O. 06重量％ Ge-O. 04重量％ Ni是優(yōu)良的組成。又，與實(shí) 施例1 6相比，實(shí)施例7 12的接合材料都是耐沖擊性優(yōu)良的組成。表2中還同時(shí)示出不含Ni的接合材料(實(shí)施例13)和含過(guò)剩的Ni的89. 13重 量％ Bi-IO. 5重量％ Cu-O. 2重量％ Ge-O. 17重量％ Ni (實(shí)施例14)。可見(jiàn)，它們的耐熱性 以及潤(rùn)濕性都優(yōu)良，但得不到使耐沖擊性提高的效果。使用實(shí)施例7 12的接合材料，與實(shí)施形態(tài)1的情形同樣地將電子元件和電極接 合，以完成電子部品。其后，與實(shí)施形態(tài)1的情形同樣地將電子部件裝載在將基板上，投入 噴流式焊接裝置中，將熔融的96. 5重量％ Sn-3重量％ Ag-O. 5重量％ Cu、或99. 3重量％ Sn-O. 7重量％ Cu用于接合材料來(lái)進(jìn)行焊接。其后，在檢查工序，可以確認(rèn)接合有電子部件 的基板上沒(méi)有發(fā)生不良情況，具有與接合有以通常的含鉛焊錫完成的電子部件的基板相同 的性能。由此可以理解，接合材料包含2 10. 5重量％的Cu、0. 02 0. 2重量％的Ge、 0. 02 0. 11重量％的附、89. 19 97. 96重量的Bi時(shí)，可以確保275°C為止的耐熱性，且 由于提高了耐沖擊性，因此可以適用于像功率晶體管那樣的電子部件的內(nèi)部接合。因此，在 將本實(shí)施形態(tài)的接合材料用于電子元件和電極的內(nèi)部接合時(shí)，內(nèi)部接合部分不會(huì)因電子部 件接合到基板時(shí)的加熱而發(fā)生熔融，也不會(huì)產(chǎn)生沖撞導(dǎo)致的不良情況。實(shí)施形態(tài)3本實(shí)施形態(tài)的電子部件具有電子元件、與電子元件連接的電極、以及將電子元件 和電極接合的接合材料。在此，接合材料可以使用實(shí)施形態(tài)1或?qū)嵤┬螒B(tài)2的接合材料。電子元件沒(méi)有特別的限定，例如由Si芯片、SiC芯片、線圈等構(gòu)成。電子部件并不 限于功率晶體管，可以列舉芯片部件、QFP(Quad Flat Package)、BGA(Ball GridArray)等表面安裝部件、或軸向部件、徑向部件等插入部件。圖8是示出作為本實(shí)施形態(tài)的電子部件的一個(gè)實(shí)例的功率晶體管的結(jié)構(gòu)的概略 截面圖。功率晶體管10是負(fù)擔(dān)著高電壓和高電流的、伴有大的發(fā)熱的半導(dǎo)體安裝部件。電 子元件11通過(guò)接合材料12與電極13接合。功率晶體管10在別的工序中，使用噴流式焊 接裝置安裝在規(guī)定的基板上，構(gòu)成電氣設(shè)備或電子設(shè)備。安裝在基板上時(shí)，雖然功率晶體管 的溫度達(dá)到265°C，但實(shí)施形態(tài)1或?qū)嵤┬螒B(tài)2的接合材料沒(méi)有熔融。因此，電子元件11與 電極13的接合不會(huì)發(fā)生斷裂。實(shí)施形態(tài)4本實(shí)施形態(tài)的接合結(jié)構(gòu)體具有電子部件、裝載電子部件的基板、將電子部件和基 板接合的第一接合材料、第一接合材料具有230°C以下的熔點(diǎn)(固相溫度)，電子部件具有 電子元件、與電子元件連接的電極、將電子元件和電極接合的第二接合材料，第二接合材料 由實(shí)施形態(tài)1或2所述的接合材料構(gòu)成。圖9是本實(shí)施形態(tài)的接合結(jié)構(gòu)體的一個(gè)實(shí)例的概略截面圖，具有實(shí)施形態(tài)3的功 率晶體管10和裝載該功率晶體管10的基板14。功率晶體管10和基板14的接合使用的是 具有230°C以下的熔點(diǎn)的第一接合材料15。作為第一接合材料，例如使用96. 5重量％ Sn-3 重量％ Ag-O. 5重量％ Cu,99. 3重量％ Sn-O. 7重量％ Cu等。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的接合材料可以適用于通過(guò)例如噴流式焊接裝置安裝在基板上的電子部 件以及包含該電子部件的接合結(jié)構(gòu)體。本發(fā)明的接合材料尤其適合于要求275°C的耐熱性 的電子部件，也可以應(yīng)用于要求高耐沖擊性的電子部件。
10
權(quán)利要求
一種接合材料，其特征在于，包含2～10.5重量％的Cu、0.02～0.2重量％的Ge、和89.3～97.98重量％的Bi。
2.一種接合材料，其特征在于，包含2 10. 5重量％的Cu、0. 02 0. 2重量％的Ge、 0. 02 0. 11重量％的Ni、和89. 19 97. 96重量％的Bi。
3.一種電子部件，其特征在于，具有電子元件、與所述電子元件連接的電極、以及接 合所述電子元件和所述電極的權(quán)利要求1或2所述的接合材料。
4.一種接合結(jié)構(gòu)體，其特征在于，具有電子部件、搭載有所述電子部件的基板、以及 接合所述電子部件和所述基板的第一接合材料，所述第一接合材料具有230°C以下的熔點(diǎn)， 所述電子部件具有電子元件、與所述電子元件連接的電極、以及接合所述電子元件和所述 電極的第二接合材料，所述第二接合材料是權(quán)利要求1或2所述的接合材料。
全文摘要
本發(fā)明的包含2～10.5重量％的Cu、0.02～0.2重量％的Ge、和89.3～97.98重量％的Bi的接合材料，具有275℃的耐熱性和優(yōu)良的潤(rùn)濕性，本發(fā)明的包含2～10.5重量％的Cu、0.02～0.2重量％的Ge、0.02～0.11重量％的Ni、和89.19～97.96重量％的Bi的接合材料，具有更優(yōu)良的耐熱性。
文檔編號(hào)H01L21/52GK101909809SQ20088012325
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者古澤彰男, 坂口茂樹(shù), 末次憲一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社