(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６０重量％〜９２重量％の第１はんだ合金パウダー、
０重量％よりも多いが１２重量％よりも少ない第２はんだ合金パウダー、及び
フラックスのみからなり、
前記第１はんだ合金パウダーが、２６０℃を超える固相温度を有する第１はんだ合金のみからなり、前記第１はんだ合金がＢｉ−Ａｇ合金、Ｂｉ−Ｃｕ合金又はＢｉ−Ａｇ−Ｃｕ合金であり、
前記第２はんだ合金パウダーが、２５０℃よりも小さい固相温度を有する第２はんだ合金のみからなり、前記第２はんだ合金は、界面の金属間化合物層を形成するように基板と反応する反応成分を含み、前記第２はんだ合金は、Ｓｎ、Ｓｎ合金、Ｉｎ又はＩｎ合金であり、
リフロー後、前記反応成分が前記界面の金属間化合物層内に完全に消費され、又は、前記反応成分が前記界面の金属間化合物層内、及び、接合部内部の１以上の追加の金属間化合物内に完全に消費され、前記１以上の追加の金属間化合物が前記第２はんだ合金の１以上の成分及び前記第１はんだ合金の１以上の成分から構成されるように、所定量で前記反応成分が存在することを特徴とする、はんだペースト。
【請求項２】
前記第２はんだ合金は、２３０℃〜２５０℃の固相温度を有することを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項３】
前記第２はんだ合金は、Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、又は、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｘ（Ｘ＝Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ又はＺｎ）合金であることを特徴とする請求項２に記載のはんだペースト。
【請求項４】
前記第２はんだ合金は、２００℃〜２３０℃の固相温度を有することを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項５】
前記第２はんだ合金は、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ又はＺｎ）合金又はＳｎ−Ｚｎ合金であることを特徴とする請求項４に記載のはんだペースト。
【請求項６】
前記第２はんだ合金は２００℃以下の固相温度を有することを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項７】
前記第２はんだ合金は、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金又はＢｉ−Ｉｎ合金であることを特徴とする請求項６に記載のはんだペースト。
【請求項８】
前記第２はんだ合金パウダーの量は２重量％〜１０重量％であることを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項９】
前記第１はんだ合金は、上限２０重量％のＡｇ及び残りのＢｉ、上限５重量％のＣｕ及び残りのＢｉ、あるいは、上限２０重量％のＡｇ、上限５重量％のＣｕ及び残りのＢｉのみからなることを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項１０】
前記第１はんだ合金は、２．６〜１５重量％のＡｇ及び残りのＢｉ、０．２〜１．５重量％のＣｕ及び残りのＢｉ、あるいは、２．６〜１５重量％のＡｇ、０．２〜１．５重量％のＣｕ及び残りのＢｉのみからなることを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項１１】
６０重量％〜９２重量％の第１はんだ合金パウダー、
０重量％よりも多いが１２重量％よりも少ない第２はんだ合金パウダー、及び
フラックスのみを組み合わせることからなり、
前記第１はんだ合金パウダーが、２６０℃を超える固相温度を有する第１はんだ合金のみからなり、第１はんだ合金は、Ｂｉ−Ａｇ合金、Ｂｉ−Ｃｕ合金又はＢｉ−Ａｇ−Ｃｕ合金であり、
前記第２はんだ合金パウダーが、２５０℃よりも小さい固相温度を有する第２はんだ合金のみからなり、前記第２はんだ合金は、界面の金属間化合物層を形成するように基板と反応する反応成分を含み、前記第２はんだ合金は、Ｓｎ、Ｓｎ合金、Ｉｎ又はＩｎ合金であり、
リフロー後、前記反応成分が前記界面の金属間化合物層内に完全に消費され、又は、前記反応成分が前記界面の金属間化合物層内、及び、接合部内部の１以上の追加の金属間化合物内に完全に消費され、前記１以上の追加の金属間化合物が前記第２はんだ合金の１以上の成分及び前記第１はんだ合金の１以上の成分から構成されるように、所定量で前記反応成分が存在することを特徴とする、はんだペーストを作成する方法。
【請求項１２】
前記第２はんだ合金は、Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｘ（Ｘ＝Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ又はＺｎ）合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ又はＺｎ）合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金又はＢｉ−Ｉｎ合金であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２はんだ合金パウダーの量は、２重量％〜１０重量％であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１はんだ合金は、上限２０重量％のＡｇ及び残りのＢｉ、上限５重量％のＣｕ及び残りのＢｉ、あるいは、上限２０重量％のＡｇ、上限５重量％のＣｕ及び残りのＢｉからなることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１はんだ合金は、２．６〜１５重量％のＡｇ及び残りのＢｉ、０．２〜１．５重量％のＣｕ及び残りのＢｉ、あるいは、２．６〜１５重量％のＡｇ、０．２〜１．５重量％のＣｕ及び残りのＢｉのみからなることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２はんだ合金は、前記第１はんだ合金の成分とともに負の混合エンタルピーを有する成分を含むことを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項１７】
前記第１はんだ合金は、該第１はんだ合金が有する前記基板へのぬれ性よりも高い前記界面の金属間化合物層へのぬれ性を有することを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項１８】
リフロー中、前記第２はんだが溶解を開始した後、且つ、前記接合部内に前記１以上の追加の金属間化合物を形成する前に、前記界面の金属間化合物層が形成されることを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項１９】
前記第２はんだ合金は、前記第１はんだ合金の成分とともに負の混合エンタルピーを有する成分を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１はんだ合金は、該第１はんだ合金が有する前記基板へのぬれ性よりも高い前記界面の金属間化合物層へのぬれ性を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
リフロー中、前記第２はんだが溶解を開始した後、且つ、前記接合部内に前記１以上の追加の金属間化合物を形成する前に、前記界面の金属間化合物層が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２はんだ合金は、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｘ（Ｘ＝Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｐｄ，Ｐｔ又はＺｎ）合金又はＳｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｂ又はＺｎ）合金であることを特徴とする請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項２３】
前記第２はんだ合金は、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｘ（Ｘ＝Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｐｄ，Ｐｔ又はＺｎ）合金又はＳｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｂ又はＺｎ）合金であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、ハンダ合成物に関し、特には、いくつかの実施形態は、高温はんだ接合用途のためのはんだ合成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子アセンブリ（集積体）の処理によって生成された鉛は、環境及び人の健康に有害であると考えられている。規制が、電子相互接続及び電子パッケージング産業においてＰｂ含有はんだの使用をますます禁止している。従来の共晶Ｐｂ−Ｓｎに置き換えるようにＰｂフリー（非含有）のはんだが、広く研究されている。半導体及び電子産業では、ＳｎＡｇ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＣｕ及びＳｎＺｎはんだが、相互接続のために主流のはんだになりつつある。しかしながら、従来の高い鉛のもの（すなわち、Ｐｂ−５Ｓｎ及びＰｂ−５Ｓｎ−２．５Ａｇ）に代わる高温Ｐｂフリーはんだの開発は、まだ初期段階である。高温はんだは、アセンブリがプリント配線基板（ＰＷＢ）上にはんだ付けされるときに、アセンブリのコンポーネント内の内部接続を維持することに使用される。
【０００３】
高温はんだの一般の使用は、ダイ接着である。例示のプロセスでは、アセンブリは、シリコンダイをリードフレーム上に高温はんだを使用してはんだ付けすることにより形成される。そして、シリコンダイ／リードフレームアセンブリは、封入されるがどうかに拘わらず、はんだ付け又は機械的固定によってＰＷＢ上に接着される。他の電子装置を基板上に表面搭載するために基板は数回のリフロープロセスに曝される。さらなるはんだ付けプロセス中、シリコンダイ及びリードフレームの間の内部接続が良好に維持されるべきである。これは、高温はんだが、何ら機能的な損傷なしに複数のリフローに耐えることを要求する。したがって、産業において使用されるはんだリフロープロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に適合するために、高温はんだへの主要な要求は、（ｉ）（典型的なはんだリフロープロファイルに従って）約２６０℃以上の溶融温度、（ｉｉ）良好な熱疲労耐性、（ｉｉｉ）高い熱／電気伝導性、及び、（ｉｖ）低コストを含む。
【０００４】
現在、産業において利用可能な暫定的な鉛フリーの代替物が存在しない。しかしながら、最近、いくつかの鉛フリーはんだの候補が、（１）Ｓｎ−Ｓｂ、（２）Ｚｎベース合金、（３）Ａｕ−Ｓｎ／Ｓｉ／Ｇｅ及び（４）Ｂｉ−Ａｇのような高温ダイ接着用途のために提案されている。
【０００５】
Ｓｎ−Ｓｂ合金（１０重量％よりもＳｂが少ない）は、塊状の金属間化合物を形成することなく、良好な機械的特性を維持する。しかし、それらの固相温度は、２５０℃よりも高くなく、リフロー耐性のための２６０℃の要求を満たすことができない。
【０００６】
共晶Ｚｎ−Ａｌ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ及びＺｎ−Ａｌ−Ｃｕを含むＺｎベース合金は、３３０℃以上の溶融温度を有する。しかしながら、Ｚｎ、Ａｌ及びＭｇの酸素への高い親和力（ａｆｆｉｎｉｔｙ）により、様々な金属化表面仕上げ上に非常に乏しいぬれ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）を引き起こす。高温鉛フリー代替はんだの１つとして提案されたＺｎ−（２０−４０重量）Ｓｎはんだ合金は、３００℃より大きい液相温度を有するが、固相温度は約２００℃にすぎない。約２６０℃でのＺｎ−Ｓｎはんだの半固体状態は、続くリフロー中のコンポーネント間の良好な相互接続を維持するようになっている。しかしながら、半固体はんだが、封入パッケージ内部で圧縮されて半固体はんだを外へ流し出すときに問題が生じる。これは、予測しない機能的損傷のリスクを作り出す。また、Ｚｎベースはんだ合金は、塊状のＩＭＣ層を金属化表面とはんだとの間に形成する。また、ＩＭＣ層の存在、及び、その続くリフロー及び工程中のその強い成長が、信頼性の懸念を引き起こす。
【０００７】
２つ金属間化合物からなる共晶Ａｕ−Ｓｎは、その２８０℃の溶融温度、良好な機械的特性、高導電性及び熱伝導、並びに、優秀な耐食性から、信頼性のある高温はんだであると実験的に示されている。しかしながら、非常に高いコストが、コストが信頼性の考慮を超える分野内でその応用を制限する。
【０００８】
２６２℃の固相温度を有するＢｉ−Ａｇ合金は、高温ダイ接着はんだのための溶融温度の要求を満たす。しかしながら、いくつかの主要な問題：（１）様々な表面仕上げ上の乏しいぬれ性、及び、（２）この乏しいぬれ性に起因する関連した弱い結合界面、が存在する。
【０００９】
高温鉛フリーはんだのための溶融温度の要求は、Ｓｎ−Ｓｂ及びＺｎ−Ｓｎはんだを不適切なものとする。Ａｕが豊富なはんだの非常に高いコストは、産業によるそれらの受け入れを制限する。Ｚｎ−Ａｌ及びＢｉ−Ａｇは、溶融温度の要求を満たし、且つ、合理的に低コストである。しかしながら、（Ｚｎ−Ａｌはんだシステムの）高い酸素への親和性による、又は、（Ｂｉ−Ａｇはんだシステムの、又は、Ｐｂ−Ｃｕ及びＰｂ−Ａｇシステムのようないくつかの鉛含有はんだの）はんだ及び基板金属化間の乏しい反応化学による、それらの乏しいぬれ性が、乏しいぬれ性に起因する弱い結合強度のせいで、これらの高温溶融はんだを産業において使用することを困難にする。しかしながら、ＢｉＡｇ及びＺｎＡｌの必要な高い溶融温度が、まだ高温鉛フリーはんだの候補として適当なものとする。
【００１０】
上述したとおり、はんだの乏しいぬれ性は、（１）乏しい反応化学、又は（２）はんだの酸化に起因する。弱い結合は、常に弱いぬれ性に関連づけられる。例えば、様々な金属化表面上のＢｉベースはんだの乏しいぬれ性は、Ｂｉ及び基板物質（すなわちＣｕ）との間の乏しい反応化学、又は、リフロー中のＢｉの酸化の結果である。溶融中の合金表面上のドロス（浮きかす）の過度の形成を防ぐことを目的としたＧｅドープのＢｉＡｇが開発された。しかしながら、このドーピングは、Ｂｉと基板の金属化表面仕上げとの間の反応化学を変化させない。Ｂｉ及びＣｕは、Ｂｉ／Ｃｕ界面でＩＭＣを形成しない。そしてこれが、乏しいぬれ性及び弱い結合界面の主要理由である。Ｂｉ及びＮｉがＢｉ／Ｎｉ界面の間にＩＭＣ層を形成するが、不安定（脆弱）なＩＭＣ（Ｂｉ３Ｎｉ又はＢｉＮｉ）が接合強度を弱める。なぜなら、Ｂｉ３Ｎｉ及びはんだマトリックス間の界面又はＢｉＮｉ及びＮｉ基板間の界面のいずれかに沿ってクラックが常に成長するからである。したがって、Ｂｉ及び基板物質間の反応化学は、乏しいぬれ性及び弱い結合強度を引き起こす。
【００１１】
はんだ内に追加元素を合金化することにより、はんだ合金及び金属化表面仕上げ間の反応化学を修正すべく、種々の試みがなされている。しかしながら、通常、合金化は、予期しない特性の損失に関係する。例えば、Ｓｎは、Ｂｉと比べて、より良好な基板との反応化学を有する。しかしながら、直接的にＳｎをＢｉＡｇ内に合金化すること（Ａｇは熱／電気伝導性を増加させることを目的とする）は、（１）溶融温度の著しい低下、又は、（２）合金内のＡｇ３Ｓｎ  ＩＭＣの形成を引き起こす虞がある。これは、リフロー中、溶融はんだ内にそれらが溶けるのに十分な時間がない場合、Ｓｎ及び基板金属間の反応化学を改善しない。すなわち、ＳｎをＢｉ−Ａｇ合金内に合金化するような、はんだへの直接的な元素の合金化は、最小限の改善しか示さない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、混合合金はんだペーストを設計及び準備するための新規技術を請求し、合成合金パウダーの組み合わされた利点を提供する。いくつかの実施形態では、混合合金はんだペーストは、ダイ接着のような高温はんだ適用に適切である。なぜなら、合成物が、第２合金による改善した反応化学、よく制御されたＩＭＣ層厚及び強化された信頼性、第１合金による高い溶融温度及び良好な熱／電気伝導性を含む所望の利点をを提供するからである。また、本発明は、混合合金はんだペーストを準備する方法と、電子コンポーネント又は機械部品を混合合金はんだペーストで接合する方法論を提供する。
【００１３】
発明された技術は、混合合金パウダーペーストを設計する方法を提供し、そこでは、添加パウダーがペースト内に存在して、第１合金はんだパウダーの溶融と同じかそれより比較的低温での反応化学を改善する。いくつかの実施形態では、混合合金パウダーペーストは、２以上の合金パウダー及びフラックス（流動体）を含む。ペースト中の合金パウダーは、主要部としての一方のはんだ合金と、少数部としての添加合金パウダーとから構成される。添加物は、優れた化学を提供して、基板の様々な金属化表面仕上げ（つまり、一般的にはＣｕ及びＮｉ表面仕上げ等）上でぬれる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、添加物が、主要なはんだの溶解の前又は一緒に溶解する。溶融添加物は、部分的な又は完全な溶融第１合金の前又は一緒にぬれて接着する。添加物は、基板金属化表面仕上げに沿ってＩＭＣの形成を支配し、リフロープロセス中にＩＭＣ内に完全に変換されるように設計される。すなわち、ＩＭＣ形成における添加物の主要な役割のおかげで、ＩＭＣ層の厚みは、ペースト中の添加物の量によってよく制御される。いくつかの実施形態では、第１合金はんだが、添加物及び基板間で形成されたＩＭＣ層への強い親和性を有する。この強い親和性は、はんだ本体及びＩＭＣ間の結合強度を強化する。すなわち、所望の反応化学及びよく制御されたＩＭＣ層厚は、ぬれ特性を改善するだけでなく、ぬれ特性に関連する結合強度をも強化する。
【００１５】
本発明の他の特徴及び形態は、図面を伴う以下の詳細な説明から明らかになるであろう。そして、例示によって本発明の実施形態に従った特徴を説明する。当該サマリーは本発明の範囲を限定することを意図しておらず、ここに添付されたクレームによってのみ定められる。
【００１６】
１又は複数の様々な実施形態に従う本発明は、以下の図面を参照して詳細に説明される。図面は、説明だけの目的で提供され、本発明の典型的又は例示の実施形態をただ単に描写するものである。これら図面は、読者の本発明の理解を容易にするために提供され、本発明の範囲又は応用性を限定するものではない。注意すべきであるが、明確化及び簡易化のために、これら図面は、スケール通りに必ずしも形成されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に従って実施されたリフローはんだプロセスを示す図。
【図２】Ｃｕ試片及びアロイ４２試片上の９０重量％Ｂｉ１０．０２Ａｇ３．７４Ｓｎ＋１０重量％フラックスから構成された例示のはんだペーストのぬれ特性を示す図。
【図３】Ｃｕ試片及びアロイ４２試片上の８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｂｉ４２Ｓｎ＋１０重量％フラックスから構成された混合合金パウダーはんだペーストの実施例のぬれ特性を示す図。
【図４】Ｃｕ試片及びアロイ４２試片上の８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％５２Ｉｎ４８Ｓｎ＋１０重量％フラックスから構成された混合合金パウダーはんだペーストの実施例のぬれ特性を示す図。
【図５】８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ１５Ｓｂ＋１０重量％フラックスから構成された混合合金パウダーはんだペーストのＤＳＣチャート。
【図６】８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ３．５Ａｇ＋１０重量％フラックスから構成された混合合金パウダーはんだペーストのＤＳＣチャート。
【図７】８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｂｉ４２Ｓｎ＋１０重量％フラックスから構成された混合合金パウダーはんだペーストのＤＳＣチャート。
【図８ａ】Ｃｕ及びＮｉ試片上の混合合金パウダーはんだペーストから形成された接合部の断面画像。混合合金パウダーペーストは、８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ３．５Ａｇ＋１０重量％フラックスからなる。
【図８ｂ】Ｃｕ及びＮｉ試片上の混合合金パウダーはんだペーストから形成された接合部の断面画像。混合合金パウダーペーストは、８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ３．５Ａｇ＋１０重量％フラックスからなる。
【００１８】
これら図面は、開示された正確な形態に本発明が網羅的になり、又は本発明を限定することを意図していない。理解すべきであるが、本発明は、改変及び変更と共に実施可能であり、本発明はクレーム及びその均等物によってのみ限定される。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、流動的な種々のはんだ合金の混合体を備えるはんだペーストに関する。２以上のはんだ合金又は金属は、フラックス（流動物質）内に組み込まれる。第１はんだ合金又は金属（「第１合金」）は、リフロー中、はんだ接合の主要本体を形成する。残りの第２はんだ合金又は金属、あるいは、さらなる追加のはんだ合金（「第２合金」）が、金属基板との反応化学又は第１合金への親和性に従って選択される。第２合金の溶融温度Ｔｍ（Ｂ）は、第１合金溶融温度Ｔｍ（Ａ）よりも小さい。リフロー中、第２合金は、最初に溶融し、基板上に拡散する。第１合金が溶融したとき、第２合金の存在が、基板上の溶融した第１合金の凝結を促進させる。第２合金は、完全にＩＭＣに変換されるように設計されることにより、結果として、最終接合において、低溶融相が最小限になるか又は存在しない。
【００２０】
ペースト内の添加物が、リフロー中の反応化学を修正し、ぬれ性を改善し、ＩＭＣの厚みを制御し、且つ、結合強度を強化する。所望のぬれ性及び信頼性を有する高温鉛フリーのはんだ付け用のはんだに加えて、乏しいぬれ性のはんだが使用されるところでは、設計プロセスは、多くの他のはんだ付け用途に拡張可能である。例えば、Ｐｂ−Ｃｕ合金は、高い溶融温度を有するが、様々な金属基板上で乏しいぬれ性を有する。すなわち、それらは、はんだ付けに使用するのに困難である。本発明では、Ｓｎ又はＳｎ含有合金のような僅かな添加物がＰｂ−Ｃｕが様々な金属表面上でぬれることを助ける。しかしながら、Ｓｎが単にＰｂ−Ｃｕ内に合金化された場合、Ｃｕ６Ｓｎ５  ＩＭＣの形成がＳｎから反応化学を減少させる。はんだ内により多い量のＳｎを合金化することは、Ｐｂ−Ｃｕの溶融温度を明らかに減少させ、これは望ましくない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に従った混合はんだペーストを使用したリフロープロセスを示す。混合はんだペーストは、フラックス内に懸濁した第１合金はんだ粒子１１８及び第２合金はんだ粒子１１５を備える。いくつかの実施形態では、第２合金は、基板もしくは様々な一般的な基板へのより優れた反応化学に従って選択される。混合はんだペーストは、基板１２４に適用（塗布）される（説明のためにフラックスが図から省略されている）。
【００２２】
リフロー中、アセンブリの温度が、第２合金の溶融温度Ｔｍ（Ｂ）以上に上昇する。第２合金は、基板１１２上及びまだ固体の第１合金粒子１１８の周りで溶融し、拡散する１１２。第２合金の良好な表面反応化学は、基板１２４上の溶融はんだ合金１１２のぬれ性を促進する。これは、溶融第２合金１１２と基板１２４との間のＩＭＣ層１０９の形成につながる。したがって、ＩＭＣ層は、当初のペースト内の第２合金１１５の量で主に制御される。
【００２３】
さらに、第２合金は、第１合金への良好な親和性を有するように設計される。この親和性は、（１）第１合金及び第２合金間の負の混合エンタルピー、又は（２）第１及び第２合金からの構成元素からなる共晶相の形成によって決定され得る。いくつかの実施形態では、この親和性は、溶融第２合金１１２内に溶解する幾分かの第１合金１１８を生じ、第１及び第２合金の混合体１０６を形成する。
【００２４】
温度が第１合金の溶融温度Ｔｍ（Ａ）を超えて上昇すると、第１合金は溶融を終了し、第１及び第２合金の溶液１０３を形成し、これはＩＭＣ相１０９にぬれ性を有する。アセンブリがＴｍ（Ａ）を超えて維持されると、第２合金が溶液１０３から除去され、ＩＭＣ層１０９を増加し、そして、溶融第１合金１００を残す。実施形態によっては、ＩＭＣ層１０９を形成することに加えて、第２合金からの余剰成分が、第１合金からの成分を有するＩＭＣ内に組み込まれ得る。第１合金及び第２合金間の親和性は、ＩＭＣ層１０９への第１合金１００のぬれ性を改善することを助け、それにより、結合強度を強化する。
【００２５】
アセンブリが冷却されると、はんだバンプ１３１又は接合部が、固化した第１合金に結合したＩＭＣ１０９に結合された基板１２４を形成する。凝固の後、改善した結合界面を有する均質はんだ接合が達成される。
【００２６】
単一のはんだ合金が第１及び第２合金の元素からなるときであっても、混合はんだペーストの使用から生成したはんだ接合は、単一のはんだ合金を含有するはんだペーストの使用の大きな改善を表す。図２は、Ｃｕ基板２００及びアロイ４２基板２０５上の９０重量％Ｂｉ１０．０２Ａｇ３．７４Ｓｎ＋１０重量％フラックスからなるはんだペーストを使用して形成されたはんだバンプ２０１及び２０７をされぞれ示す。これらの結果が示すとおり、明らかなディウェッティング（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）２０２及び２０６が、単一のはんだ合金の使用で起こる。対照的な図３では、Ｃｕ基板２１０及びアロイ４２基板２１５上の８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｂｉ４２Ｓｎ＋１０重量％フラックスからなる混合はんだペーストを使用して形成されたはんだバンプ２１１及び２１６をそれぞれ示している。これらの結果が示すとおり、混合はんだペーストの使用は、ディウェッティングをほとんど示さない。
【００２７】
一実施形態では、混合はんだペーストは、第１合金としてのＢｉＡｇと、第２合金としてのＳｎＳｂとを含む。第２合金では、Ｓｎが様々な基板でＢｉ上の良好な反応化学のためにに選択された。ＳｎＳｂは、ＢｉＡｇよりも低い溶融温度を有する。Ｓｎ及びＢｉは、負の混合エンタルピーを示し、且つ、二元相図に従って、広い組成範囲内の共晶相を形成する。また、Ｓｂ及びＢｉは、負の混合エンタルピーを示し、且つ、互いへの無限の溶解度を有する。リフロー中、ＳｎＳｂが最初に溶融し、基板表面上にＳｎ含有ＩＭＣ層を形成する。温度がＢｉＡｇの溶融温度を超えたとき、ペースト中の全合金パウダーが溶融する。Ｂｉ及びＳｎ／Ｓｂ間の良好な親和性が、Ｓｎ含有ＩＭＣ層上の溶融Ｂｉの良好な接着を保証する。さらに、第１合金中のＡｇの存在は、はんだ本体に存在するＡｇ３Ｓｎ  ＩＭＣ内に全ての余剰Ｓｎを変換可能である。したがって、（１）はんだ及び金属基板間のＩＭＣ層、及び、（２）ＢｉＡｇはんだバンプ内のＡｇ３Ｓｎを形成することにより、Ｓｎが完全に消費されたので、残った低い溶融ＢｉＳｎ相が最小限であるか、あるいは、存在しない。
【００２８】
図５は、８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ１５Ｓｂ＋１０重量％フラックスの使用から生成された接合のＤＳＣを示している。上部曲線が、セラミック試片上のリフロー後の熱流量プロファイルを示す。約１３８℃でのスパイク（急下降形状）が第２合金の存在を示す。下部曲線は、Ｃｕ試片上のリフロー後のペーストの熱流量プロファイルを示す。下部曲線におけるスパイクの不存在が、ＢｉＡｇ＋ＳｎＳｂシステム内の低溶融相の不存在を証明する。図６は、ＢｉＡｇ＋ＳｎＡｇシステム内の低溶融相の不存在を示す。図５のように、図６の実験は、セラミック及びＣｕ試片上の８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ３．５Ａｇ＋１０重量％フラックスを使用した。図７は、ＢｉＡｇ＋ＢｉＳｎシステム内の不存在を示す。図５及び６のように、図７の実験は、セラミック及びＣｕ試片上の８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｂｉ４２Ｓｎ＋１０重量％フラックスを使用した。図７では、セラミック上のはんだリフロー後の熱流量プロファイルを表す上部曲線が、低溶融相の欠如を示す。これは、おそらく、混合はんだペースト内の少量の反応エージェントＳｎ、及び、ＳｎとＡｇとの間の高親和性によるものである。その結果、最終的なバンプのＩＭＣ内に、第２合金のＳｎが第１合金の幾分かのＡｇと合わさる。
【００２９】
図８は、８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ３．５Ａｇ＋１０重量％フラックスを構成する混合はんだペーストの使用から生成したはんだ接合の顕微鏡写真である。この例では、混合はんだペーストがＣｕ試片３００に適用された。ＩＭＣ３０１がＣｕ３００及び第２合金間で形成する。このＩＭＣ３０１のサイズは、ペースト中の第２合金の量に主に依存する。この示した例では、６重量％の第２合金Ｓｎ３．５Ａｇがたった数ミクロンの厚みのＩＭＣを生成する。はんだ接合のバルクは、Ｂｉリッチ相３０２内のＡｇ３０３から形成される。１５０℃で２週間のエイジングは、ＩＭＣ厚をほとんど増加させない。対照的に、Ｂｉ及びＣｕが金属間化合物を形成しないので、Ｂｉ１１Ａｇ単独で弱い結合を形成する。なぜなら、ＩＭＣ層がはんだ及び基板間に存在しないからである。
【００３０】
本発明の一実施形態では、混合はんだペーストを設計する方法は、最終はんだ接合の所望の特徴に従って第１合金を選択すること、及び、適用可能な基板及び選択した第１合金との親和性に従って第２合金を選択すること、を含む。第１合金、第２合金及びフラックスの相対量は、所望のＩＭＣ層厚、必要な応用条件、及び、リフロープロセスのような要因に従って決定される。ＩＭＣ層厚は、はんだペースト中の第２合金の、リフロープロファイル及び適用に続くエージング条件に関連する。ＩＭＣ層の許容される厚みは、異なる応用条件及び異なるＩＭＣ成分と共に変化してもよい。例えば、Ｃｕ６Ｓｎ  ＩＭＣ層にとって、１０ミクロンが許容可能な厚みとなることができる。
【００３１】
ペースト中の第２合金の量が増加すると、最終接合内に低溶融相が残り得る。第２合金の量がはんだペースト中で減少した場合、所望のぬれ特性が実現することが困難となり得る。第２合金が減少すると、良好なぬれ性は、基板に印刷又は供給されるより多い総量のペーストの使用を必要とする。しかしながら、ペーストの総量を増加させることは、はんだ付けパッケージからの形状制限に干渉する虞がある。
【００３２】
高温はんだ用途のため、第１合金は、様々な高溶融はんだ合金から選択される必要がある。いくつかの実施形態では、その固相温度が約２５８℃を超えるＢｉリッチ合金、すなわち、Ｂｉ−Ａｇ、Ｂｉ−Ｃｕ及びＢｉ−Ａｇ−Ｃｕが使用される。第２合金（又は添加物）は、様々な金属化表面仕上げ上にぬれて接着する優れた化学特性を有し、且つ、溶融Ｂｉへの良好な親和性を示す合金から選択される。
【００３３】
これら実施形態では、第２合金は、Ｂｉリッチ合金の前又は一緒に溶融して、簡単に基板上にぬれて接着する。一方、Ｂｉ及び第２合金間の良好な親和性が良好なぬれ性を提供する。したがって、Ｓｎ、Ｓｎ合金、Ｉｎ及びＩｎ合金が第２合金として選択される。選択された第２合金の溶融温度に基づいて、３つのグループに分類される。グループＡは、約２３０℃から２５０℃の間の固相温度を有する添加合金、すなわち、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｘ（Ｘ＝Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＺｎ）合金等を含む。グループＢは、約２００℃から２３０℃の間の固相温度を有するはんだ合金を含み、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ及びＺｎ）及びＳｎ−Ｚｎ合金等を含む。グループＣは、２００℃未満の固相温度を有するはんだ合金、すなわち、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｉｎ、Ｉｎ−Ｃｕ、Ｉｎ−Ａｇ及びＩｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｓｎ及びＺｎ）合金等を有する。これらの合金では、Ｓｎはシステム内の反応エージェントである。
【００３４】
本発明の一実施形態では、第１合金は、ＢｉＡｇシステムからの合金であり、約２６０℃を超える固相温度を有する。特定の実施形態では、第１合金は、０〜２０重量％のＡｇと、残りのＢｉとからなる。さらなる実施形態では、第１合金は、２．６〜１５重量％のＡｇと、残りのＢｉとからなる。
【００３５】
本発明の第２の実施形態では、第１合金がＢｉ−Ｃｕシステムから選択され、約２７０℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第１合金は、０〜５重量％のＣｕと、残りのＢｉとからなる。さらなる実施形態では、第１合金は、０．２〜１．５重量％のＣｕと、残りのＢｉとからなる。
【００３６】
本発明の第３の実施形態では、第１合金がＢｉ−Ａｇ−Ｃｕシステムから選択され、約２５８℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第１合金は、０〜２０重量％のＡｇと、０〜５重量％のＣｕと、残りのＢｉとからなる。さらなる実施形態では、第１合金は、２．６〜１５重量％のＡｇと、０．２〜１．５重量％のＣｕと、残りのＢｉとからなる。
【００３７】
本発明の第４の実施形態では、第２合金がＳｎ−Ｓｂシステムから選択され、約２３１℃〜約２５０℃の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜２０重量％のＳｂと、残りのＳｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜１５重量％のＳｂと、残りのＳｎとからなる。
【００３８】
本発明の第５の実施形態では、第２合金がＳｎ−Ｓｂ−Ｘ（Ｘ＝Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＺｎ）を含み、約２３０℃〜約２５０℃の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜２０重量％のＳｂと、０〜２０重量％のＸと、残りのＳｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜１０重量％のＳｂと、０〜５重量％のＸと、残りのＳｎとからなる。
【００３９】
本発明の第６の実施形態では、第２合金がＳｎ−Ａｇを含み、約２２１℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜１０重量％のＡｇと、残りのＳｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜５重量％のＡｇと、残りのＳｎとからなる。
【００４０】
本発明の第７の実施形態では、第２合金がＳｎ−Ｃｕを含み、約２２７℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜５重量％のＣｕと、残りのＳｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜２重量％のＣｕと、残りのＳｎとからなる。
【００４１】
本発明の第８の実施形態では、第２合金がＳｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ及びＺｎ）を含み、約２１６℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜１０重量％のＡｇと、０〜２０重量％のＸと、残りのＳｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜５重量％のＡｇと、０〜５重量％のＸと、残りのＳｎとからなる。
【００４２】
本発明の第９の実施形態では、第２合金がＳｎ−Ｚｎを含み、約２００℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜２０重量％のＺｎと、残りのＳｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜９重量％のＺｎと、残りのＳｎとからなる。
【００４３】
本発明の第１０の実施形態では、第２合金がＢｉ−Ｓｎ合金を含み、約１３９℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、８〜８０重量％のＳｎと、残りのＢｉとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、３０〜６０重量％のＳｎと、残りのＢｉとからなる。
【００４４】
本発明の第１１の実施形態では、第２合金がＳｎ−Ｉｎ合金を含み、約１２０℃以上の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜８０重量％のＩｎと、残りのＳｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、３０〜５０重量％のＩｎと、残りのＳｎとからなる。
【００４５】
本発明の第１２の実施形態では、第２合金がＢｉ−Ｉｎ合金を含み、約１００℃〜約２００℃の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜５０重量％のＩｎと、残りのＢｉとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、２０〜４０重量％のＩｎと、残りのＢｉとからなる。
【００４６】
本発明の第１３の実施形態では、第２合金がＩｎ−Ｃｕ合金を含み、約１００℃〜約２００℃の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜１０重量％のＣｕと、残りのＩｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜５重量％のＣｕと、残りのＩｎとからなる。
【００４７】
本発明の第１４の実施形態では、第２合金がＩｎ−Ａｇ合金を含み、約１００℃〜約２００℃の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜３０重量％のＡｇと、残りのＩｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜１０重量％のＡｇと、残りのＩｎとからなる。
【００４８】
本発明の第１５の実施形態では、第２合金がＩｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ、Ｓｎ及びＺｎ）合金を含み、約１００℃〜約２００℃の固相温度を有する。特定の実施形態では、第２合金は、０〜２０重量％のＡｇと、０〜２０重量％のＸと、残りのＩｎとからなる。さらなる実施形態では、第２合金は、０〜１０重量％のＡｇと、０〜５重量％のＸと、残りのＩｎとからなる。
【００４９】
本発明のさらなる実施形態では、混合はんだペーストを作成する方法を提供する。いくつかの実施形態では、第１合金の粒子が形成され、第２合金の粒子が形成される。そして、第１及び第２合金の粒子がフラックスに混合されてはんだペーストを形成する。最終ペーストは、第１合金パウダーと第２合金パウダーと残りのフラックスとを含む。いくつかの実施形態では、第１合金の粒子は、少なくとも約２６０℃の固相温度を有する合金からなる。さらなる実施形態では、第２合金は、約２３０℃〜２５０℃の固相温度を有する合金、約２００℃〜２３０℃の固相温度を有する合金、又は、約２００℃以下の固相温度を有する合金を含む。いくつかの実施形態では、ペーストは、約６０〜９２重量％の第１合金パウダーと、０％よりも多いが１２重量％以下の量の第２合金パウダーと、残りのフラックスとから構成される。さらなる実施形態では、第２合金パウダーは、混合はんだペーストの２〜１０重量％である。
【００５０】
特定の実施形態では、第１合金は、Ｂｉ−Ａｇ合金、Ｂｉ−Ｃｕ合金又はＢｉ−Ａｇ−Ｃｕ合金を含む。さらなる実施形態では、約２３０℃〜約２５０℃の固相温度を有する合金は、Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金又はＳｎ−Ｓｂ−Ｘ（Ｘ＝Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＺｎ）合金を含む。別の実施形態では、約２００℃〜約２３０℃の固相温度を有する合金は、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｘ（Ｘ＝Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂ及びＺｎ）合金、又は、Ｓｎ−Ｚｎ合金を含む。さらなる実施形態では、約２００℃以下の固相温度を有する合金は、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金又はＢｉ−Ｉｎ合金を含む。
【００５１】
さらなる実施形態では、第２合金パウダーは複数の合金パウダーからなるパウダーを含む。例えば、第２合金パウダーは、ここに説明した合金から選択された異なる合金の混合を含んでもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、混合はんだペースト中の第１及び第２合金の相対量は、はんだの適用に従って決定される。場合によっては、ペースト中の第２はんだ合金の量が所定のしきい値を超えて増加したとき、最終はんだ接合中で低溶融相が残る可能性が増加する虞がある。場合によっては、ペースト中の第２はんだ合金の量が所定のしきい値を下回ったとき、基板へのぬれ性が低下する虞がある。一実施形態では、リフロー後に低溶融相が完全に高溶融ＩＭＣに変換されるように、ペースト中の第２はんだ合金の量が決定される。さらなる実施形態では、ペースト中の第２合金が０重量％より多いが約１２重量％よりも少ない量の間で変化する。特定の実施形態では、ペースト中の第２合金が約２重量％より多いが約１０重量％よりも少ない。
【００５３】
様々な通常の不純物又は少量の異なる元素に加えて、Ｓｎの反応特性が維持される限り、他の元素をこれら合金内に付加又は組み込んでもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、混合はんだペーストではんだ付けに使用されたリフロープロファイルは、第１合金の溶融温度を超えて迅速に温度上昇するように設計される。これらの場合では、低温でのより短い浸漬時間が、Ｓｎのような反応エージェントが素早く基板に対して流れ、半固形の溶融プールでなく完全な溶融プールにおいて基板と反応することを可能とする。第１及び第２合金の両方の溶融が、溶融はんだから基板及び部分への第２合金元素の拡散を促進し、表面へ「沈降（ｓｉｎｋ）」してＩＭＣ層を形成する。
【００５５】
（実施例）
ここに説明した範囲に亘る様々な混合合金パウダーペーストでは、はんだ性能の試験された。
【００５６】
表１は、Ｂｉ１１Ａｇ又はＢｉ２．６Ａｇを含む第１合金と、Ｓｎ１０Ａｇ２５Ｓｂ又はＳｎ１０Ａｇ１０Ｓｂを含む第２合金と、フラックスとを使用して形成された混合はんだペーストの実施例の処方を示している。
【００５７】
表１：グループＡの第２合金を使用した混合はんだ合金の重量パーセント
【表１】
0005938032.tif 000002
【００５８】
表２は、Ｂｉ１１Ａｇを含む第１合金と、Ｓｎ３．８Ａｇ０．７Ｃｕ、Ｓｎ３．５Ａｇ、Ｓｎ０．７Ｃｕ又はＳｎ９Ｚｎを含む第２合金と、フラックスとを使用して形成された混合はんだペーストの実施例の処方を示している。
【００５９】
表２：グループＢの第２合金を使用した混合はんだ合金の重量パーセント
【表２】
0005938032.tif 000003
【００６０】
表３は、Ｂｉ１１Ａｇを含む第１合金と、Ｂｉ４２Ｓｎ、Ｂｉ３３Ｉｎ又はＩｎ４８Ｓｎを含む第２合金と、フラックスとを使用して形成された混合はんだペーストの実施例の処方を示している。
【００６１】
表３：グループＣの第２合金を使用した混合はんだ合金の重量パーセント
【表３】
0005938032.tif 000004
【００６２】
表１、２及び３に示された各ペーストは、３孔のステンレス鋼ステンシルを使用して、準備され、且つ、試片上に印刷される。Ｃｕ、Ｎｉ、アロイ４２（Ａｌｌｏｙ４２）及びアルミナ試片が使用された。各ペーストが各試片上に印刷された。孔は１／４インチ径であった。印刷試片が、混合合金パウダーはんだペースト用に設計されたプロファイルでリフローオーブンを通してリフローされた。リフローは、３領域リフローオーブン内で３８０℃、４００℃及び４２０℃でＮ２雰囲気中でベルト速度毎分１３”で実行された。
【００６３】
Ｃｕ及びＮｉ試片上のぬれ特性は、視覚的に検査された。全ての混合はんだ合金は、単一のＢｉＡｇはんだペーストと比較したとき、改善したぬれ性を示した。図３及び図４は、典型的な結果を表す写真である。図３は、８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｂｉ４２Ｓｎ＋１０重量％フラックスからなる混合合金パウダーはんだペーストの実施例のぬれ特性を示している。左の写真は、Ｃｕ試片上でリフローされたペーストを示し、右の写真は、アロイ４２試片上でリフローされたペーストを示している。図４は、８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％５２Ｉｎ４８Ｓｎ＋１０重量％フラックスからなる混合合金パウダーはんだペーストの実施例のぬれ特性を示している。左の写真は、Ｃｕ試片上でリフローされたペーストを示し、右の写真は、アロイ４２試片上でリフローされたペーストを示している。
【００６４】
リフローされたはんだボールは、ＤＳＣ試験のためにアルミナ試片から剥離された。また、Ｃｕ試片及びＮｉ試片上に形成されたはんだバンプは、ＤＳＣ試験のために打ち抜かれた。ＤＳＣ測定は、１０℃／分の加熱速度で示差走査熱量計を使用して実行された。代表的なＤＳＣ曲線が図５〜７に示されている。図５は、８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ１５Ｓｂ＋１０重量％フラックスの使用の結果である接合のＤＳＣ曲線を示す。上部曲線は、セラミック試片上のリフロー後の熱流量プロファイルを表す。約１３８℃でのスパイクは、第２合金の存在を示す。下部曲線は、Ｃｕ試片上のリフロー後の熱流量プロファイルを表す。下部曲線内のこのスパイクの不存在は、ＢｉＡｇ＋ＳｎＳｂシステム内の低溶融相の不存在を確証する。図６は、ＢｉＡｇ＋ＳｎＡｇシステム内の低溶融相の不存在を示す。図６の実験は、図５のような、セラミック及びＣｕ試片上で８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ３．５Ａｇ＋１０重量％フラックスを使用した。図７は、ＢｉＡｇ＋ＢｉＳｎシステム内の不存在を示す。図７の実験は、図５及び６のような、セラミック及びＣｕ試片上で８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｂｉ４２Ｓｎ＋１０重量％フラックスを使用した。図７では、セラミック上のはんだリフロー後の熱流量プロファイルを表す上部曲線は、低溶融相の欠如を示す。これは、Ｓｎ及びＡｇ間の高い親和性におそらく起因し、その結果、第２合金のＳｎが最終はんだバンプ中のＩＭＣ内に組み込まれる。
【００６５】
サンプルの断面が画像化されて、はんだバンプとＣｕ又はＮｉ試片との間の界面でのＩＭＣ厚を測定（決定）した。代表的な画像が図８に示された。図８ａは、Ｃｕ試片上の８４重量％Ｂｉ１１Ａｇ＋６重量％Ｓｎ３．５Ａｇ＋１０重量％フラックスを使用したはんだバンプの断面である。図８ｂは、Ｎｉ試片上の同じはんだペースト使用したはんだバンプの断面である。結果が示すように、ＩＭＣ層厚は、両方の試片上で数μｍに制限された。
【００６６】
本発明の様々な実施形態を上に説明したが、これらは例示の方法としてのみ存在し、限定の目的ではない。同様に、本発明に含有可能な特徴及び機能性を理解することを助けるため、様々な図面が本発明の例示のアーキテクチャ又は構成を示した。本発明は、説明した例示のアーキテクチャ又は構成に限定されることはないが、様々なアーキテクチャ及び構成を使用して所望の特徴を実施可能である。実際、代替の機能的、論理的又は物理的な分割及び構成を本発明の所望の特徴を実施するためにどのように実行可能であるかは、当業者にとって明らかである。また、ここに記載された以外の多数の異なる構成要素のモジュールを様々な区分に適用可能である。さらに、フロー図、操作記述及び方法クレームに関して、複数のステップがここに提供された順番は、文脈がそうでないと定める以外、列挙された機能性を実行するために様々な実施形態を同じ順番で実施することを要求するものではない。
【００６７】
様々な例示の実施形態及び実施について本発明を説明したが、個々の実施形態のうちの１又は複数に説明した様々な特徴、側面及び機能性が、それらの応用性において説明した特定の実施形態に限定されるものではない。しかし、代わりに、このような実施形態が説明されたか否かに拘わらず、及び、このような特徴が説明した実施形態の一部であるように表されたか否かに拘わらず、単独で又は様々な組み合わせにおいて、本発明の他の実施形態のうちの１又は複数に適用可能である。すなわち、本発明の範囲は、上述の例示の実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。
【００６８】
この書類で使用された用語及びフレーズ、及びその変形は、宣言されなければ、限定を拒絶するように無制限に解釈されるべきである。前述の例として、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、意味「限定なしに含む」などとして読まれるべきである。用語「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」は、網羅的又は限定的なリストでなく、説明のアイテムの例示を提供することに使用される。用語「ａ」又は「ａｎ」（不定冠詞）は、意味「少なくとも１つ」、「１又は複数の」などとして読まれるべきである。また、「従来の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、「伝統的な（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）」、「通常の（ｎｏｒｍａｌ）」、「標準的な（ｓｔａｎｄａｒｄ）」、「公知の（ｋｎｏｗｎ）」及び類似の意味の用語のような形容詞は、所定期間に説明されたアイテム又は所定時間について利用可能なアイテムを限定するものと解釈されるべきではなく、現在又は未来で利用可能又は公知となる従来、伝統的、通常の、標準的な技術を包含するように読まれるべきである。同様に、この書類が当業者にとって明らかな又は公知な技術を示すところでは、このような技術が現在又は未来における当業者にとって明らか又は公知である。
【００６９】
「１又は複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」、「少なくとも（ａｔ  ｌｅａｓｔ）」、「限定されないが（ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ）」などのフレーズのような広範囲な言葉及びフレーズは、このような広範囲のフレーズが存在する場合、より狭いケースが意図され又は必要とされることを意味していると読まれるべきではない。用語「モジュール（ｍｏｄｕｌｅ）」の使用は、モジュール部分が共通のパッケージ内で全て構成されるようにコンポーネント又は機能性が説明又は要求されることを意味するものではない。実際、モジュールの様々なコンポーネントの全てが、制御論理又は他のコンポーネントのいずれにせよ、１つのパッケージに組み合わされ、又は、別々に維持され、且つ、複数の分類もしくはパッケージ内に複数の場所に亘ってさらに分配可能である。
【００７０】
さらに、ここに説明した様々な実施形態は、例示のブロック図、フローチャート及び他の図面において記述された。この書面を読んだ後に当業者に明らかになるが、説明した実施形態及びそれらの変形を、説明した例に限定されることなく実施可能である。例えば、ブロック図及びそれらに付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構成を定めるものとして解釈されるべきではない
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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