(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ層の上に厚さ０.０１μｍ以上４.０μｍ以下のＡｇ層を備えたはんだ接合面における接合に、Ｚｎを３.１質量％以上１３.５質量％以下含有し、Ａｌ若しくはＳｎ又はそれら両方を合計して０.１質量％以上２.０質量％以下含有し（Ａｌが１質量％以上を除く）、Ｐを０.５００質量％を超えて含有しておらず、残部がＢｉ及び不可避的不純物であるはんだが用いられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記はんだは、Ｐを０.００１質量％以上０.５００質量％以下含有していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記Ａｇ層の厚さが、０.０１μｍ以上１.０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｂｉを主成分とするＰｄフリーはんだを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に有害な化学物質に関する規制がますます厳しくなってきており、この規制は半導体素子を基板に接合する目的で使用されるはんだ材料に関しても例外ではない。はんだ材料には古くから主成分としてＰｂ（鉛）が使われ続けてきたが、すでにＲｏＨＳ指令などで規制対象物質になっている。このため、Ｐｂを含まないはんだ（以降、Ｐｂフリーはんだとも称する）の開発が盛んに行われている。
【０００３】
半導体素子を基板に接合するために用いるはんだは、その使用限界温度によって高温用（約２６０℃〜４００℃）と中低温用（約１４０℃〜２３０℃）に大別される。それらのうち、中低温用はんだに関してはＳｎを主成分とするものでＰｂフリーが実用化されている。例えば、特許文献１には、Ａｇが１.０〜４.０質量％、Ｃｕが２.０質量％以下、Ｎｉが０.５質量％以下、Ｐが０.２質量％以下、残部がＳｎからなる合金組成の無鉛はんだ合金が記載されている。また、特許文献２には、Ａｇが０.５〜３.５質量％、Ｃｕが０.５〜２.０質量％、残部がＳｎからなる合金組成の無鉛はんだが記載されている。
【０００４】
一方、高温用のＰｂフリーはんだ材料に関しても、さまざまな機関で開発が行われている。例えば、特許文献３には、Ｂｉを３０〜８０質量％含有し、溶融温度が３５０〜５００℃のＢｉ／Ａｇろう材が開示されている。また、特許文献４には、Ｂｉを含む共晶合金に２元共晶合金を加え、さらに添加元素を加えたはんだ合金が開示されている。そして、このはんだ合金は、４元系以上の多元系はんだではあるものの、液相線温度の調整とばらつきの減少が可能となることが示されている。
【０００５】
さらに特許文献５には、ＢｉにＣｕ−Ａｌ−Ｍｎ、Ｃｕ、またはＮｉを添加したはんだ合金が開示されている。そして、このはんだ合金は、Ｃｕ層を表面に備えたパワー半導体モジュールや絶縁体基板に使用した場合、はんだとの接合界面において不要な反応生成物が形成されにくくなるため、クラックなどの不具合の発生を抑制できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０７７３６６号公報
【特許文献２】特開平８−２１５８８０号公報
【特許文献３】特開２００２−１６００８９号公報
【特許文献４】特開２００６−１６７７９０号公報
【特許文献５】特開２００７−２８１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高温用のＰｂフリーはんだ材料に関しては、上記のようにさまざまな機関で開発されてはいるものの、未だ実用化の面で十分に満足できる特性を有するはんだ材料は見つかっていないのが実情である。
【０００８】
すなわち、一般的な基板の材料には熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの比較的耐熱温度の低い材料が多用されているため、作業温度は４００℃未満が望ましく、３７０℃以下がより望ましい。しかしながら、例えば特許文献３に開示されているＢｉ／Ａｇろう材では、液相線温度が４００〜７００℃と高いため、接合時の作業温度も４００〜７００℃以上になると推測され、接合される基板の耐熱温度を超えてしまうことになる。
【０００９】
また、高温用はんだに一般的に求められる特性としては、高い固相線温度、適度な液相線温度、低温と高温のヒートサイクルに対する高耐久性、良好な熱応力緩和特性、良好な濡れ広がり性などが挙げられるが、Ｂｉを主成分とするはんだの場合は、これらの諸特性に加えて、Ｂｉ系はんだに特有の問題を解決する必要がある。
【００１０】
すなわち、はんだ接合面を有する基板には、はんだ接合時の熱膨張による応力緩和や接合性の向上のため、めっきによるＮｉ層が設けられることがある。このＮｉ層のＮｉとはんだに含まれるＢｉとが接合時に急激に反応し、ＮｉとＢｉとが脆い合金を生成すると共に、Ｎｉ層に破壊や剥離が生じてＢｉ中に拡散し、接合強度が著しく低下することがある。
【００１１】
しかしながら、特許文献４には、かかるＢｉ系はんだ中へのＮｉ拡散の問題について何ら解決の手段が示されていない。また、Ｂｉ系はんだは脆弱な機械的特性を有しているが、この問題に対して改善をはかることについても何ら示されていない。
【００１２】
特許文献５においても、はんだとの接合表面がＣｕ層ではなくＮｉ層である場合が比較例としてとりあげられており、ＢｉにＣｕ−Ａｌ−Ｍｎ、Ｃｕ、またはＮｉを添加したはんだ合金では接合界面に多量のＢｉ３Ｎｉが形成され、その周囲には多数の空隙が観察されると記載されている。また、このＢｉ３Ｎｉは非常に脆い性質を有し、過酷な条件のヒートサイクルに対して信頼性が得られにくいことが確認できたとも記載されている。
【００１３】
本発明はかかるＢｉ系はんだが有する特有の問題に鑑みてなされたものであり、はんだ接合部の接合強度が高く、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明が提供する半導体装置は、Ｎｉ層の上に厚さ０.０１μｍ以上４.０μｍ以下のＡｇ層を備えたはんだ接合面における接合に、Ｚｎを３.１質量％以上１３.５質量％以下含有し、Ａｌ若しくはＳｎ又はそれら両方を合計して０.１質量％以上２.０質量％以下含有し（Ａｌが１質量％以上を除く）、Ｐを０.５００質量％を超えて含有しておらず、残部がＢｉ及び不可避的不純物であるはんだが用いられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｂｉ系はんだに含まれるＮｉ拡散を抑制する効果のあるＺｎ等の元素と、はんだ接合面のＡｇとが過剰に反応することが抑制されるので、半導体素子と基板との接合強度を向上させることができ、よって信頼性の高い半導体装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例の濡れ性試験において、最上面のＡｇ膜と、その下のＮｉ膜とを備えたＣｕ基板上に各試料のはんだ合金をはんだ付けしたときの状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
半導体素子を基板に実装する際、いわゆる高温用のはんだのリフロー温度は約２６０℃以上である。従って、半導体装置の内部に使用される高温用はんだは、約２６０℃以上の固相線が求められる。この条件を満たすＰｂフリーはんだの例として、Ｂｉを主成分としたＢｉ系はんだを挙げることができる。
【００１８】
しかし、Ｂｉ系はんだは、はんだに含まれるＢｉが電子部品や基板が有するＮｉ層のＮｉと反応し、はんだ接合部分が脆くなり易いという問題を有している。その対策として、Ｂｉ系はんだにＺｎ、Ｓｎ、Ａｌなどの元素を添加することが考えられる。これにより、はんだ付けの際、電子部品や基板のＮｉ層の上にＺｎなどで形成される合金層が形成され、その結果ＮｉとＢｉの過剰反応やＢｉ中へのＮｉ拡散を抑制することが可能となる。
【００１９】
例えば、Ｂｉ−Ｚｎ−Ｓｎ系はんだでは、はんだに含まれるＺｎやＳｎがＢｉより早くＮｉ層と反応し、Ｎｉ層の上にＺｎやＳｎを含む合金層を形成する。この合金層がＮｉ拡散を抑制する役割を担う。しかし、このＢｉ−Ｚｎ−Ｓｎ系のはんだは、基板にＡｇメタライズ層が設けられている場合、基板と半導体素子との接合において問題を生ずる場合がある。
【００２０】
例えば、Ａｇメタライズ層が厚い場合、Ｎｉ拡散を抑制すべく添加されたＺｎ、Ｓｎ、Ａｌなどの元素がＡｇと過剰に反応し、前述したＮｉ拡散を抑制するＺｎ合金層が形成されなくなる。加えて、Ａｇ−Ｚｎ合金やＡｇ−Ｓｎ合金は金属間化合物であって脆い上、はんだに含まれるＺｎやＳｎがＡｇとの反応に取られる結果、はんだが純Ｂｉに近づいてはんだ自身が脆くなってしまう。
【００２１】
基板のメタライズ層にＡｇを用いる理由は、濡れ性や接合強度が向上するからである。これは、Ａｇは自らが酸化しにくいため、はんだ表面が酸化しにくくなり、よって濡れ性が向上することによるものと考えられる。なお、Ｂｉ系はんだの脆さを改善したり、濡れ性を向上させるたりするために、Ｂｉ系はんだにＡｇを添加することもある。このようなＢｉ−Ａｇ系はんだの場合は、特にＢｉとＮｉの反応が顕著に起こる。
【００２２】
上記したように、高温用ＰｂフリーのＢｉ系はんだにおいて、基板等のＡｇ層が厚い場合、Ｎｉ拡散に対する抑制効果のあるＺｎやＳｎなどがＡｇと反応して脆い金属間化合物を生成するとともに、これらＺｎやＳｎなどはＡｇとの該反応に消費されてしまう。その結果、はんだが脆化し、実用的な信頼性が得られなくなるおそれがある。
【００２３】
このＡｇとの反応を抑制するにはＡｇ層を薄くすることが非常に有効である。具体的には、Ａｇの厚みを４.０μｍ以下、より好ましくは１.０μｍ以下に薄くすることにより、濡れ性に好適な厚さを確保しつつ、Ａｇとの反応に奪われてしまうＺｎ、Ｓｎ、Ａｌの量を最低限に抑えることができる。
【００２４】
電子部品や基板のはんだ接合面の最上面に形成するＡｇメタライズ層は、前述したようにはんだの濡れ性を向上させ、これにより所望の接合強度や信頼性を確保することを主目的としているが、このＡｇ層の厚さは必要以上に厚くする必要はない。具体的には、１０ｎｍ程度の厚みがあれば、十分に濡れ性を確保することができる。また、コスト面からも可能な限りＡｇ層は薄い方が好ましい。
【００２５】
このように、本発明の半導体装置は、Ｎｉ拡散の抑制効果のある添加元素を含んだはんだの組成、及びこのはんだで接合されるはんだ接合面におけるＡｇ層の厚さを、以下に具体的に説明するように所定の範囲内にすることによって、当該添加元素とＡｇ層との反応を許容範囲内に抑えることが可能となる。その結果、信頼性のあるはんだ接合が可能となる。
【００２６】
すなわち、本発明の半導体装置に用いるはんだは、Ｂｉを８４重量％以上含有し、Ｚｎを０.２質量％以上１３.５質量％以下含有し、Ａｌ若しくはＳｎ又はそれら両方を合計して２.０質量％を超えて含有しておらず、Ｐを０.５００質量％を超えて含有していない。この本発明の半導体装置に用いるはんだは、Ａｌ及びＳｎの内の少なくとも一方を合計して０.１質量％以上２.０質量％以下含有してもよい。はんだ合金の組成を上記範囲内に抑えることによって、高温用（約２６０℃〜４００℃）のＢｉ系はんだ合金が得られる。
【００２７】
Ｚｎ、Ｓｎ、又はＡｌの含有量が、それぞれ上記した下限値未満の場合は、添加量が少なすぎるため、ＢｉとＮｉとの過剰な反応やＢｉ中へのＮｉの拡散を抑制することが難しくなる。なお、Ａｇ層の厚みが後述する０.０１μｍ以上４.０μｍ以下の範囲内にあり、ＺｎがＮｉ拡散を抑制する効果を十分に発揮する程度に含まれる場合は、ＳｎやＡｌを含有させなくてもよい。
【００２８】
一方、ＺｎやＡｌが上記の上限値を超えると、これらの元素の強い還元性によりＺｎやＡｌが強固な酸化膜を形成し、濡れ性を大きく低下させる。また、液相線温度が高くなりすぎて、４００℃以下での良好な接合ができなくなる。Ｓｎが上限値を超えると、固相線温度が１３９℃と低いＢｉ−Ｓｎ二元系合金の影響を受けて、リフロー時に液相が多く生成され、電子部品が位置ずれを起こすおそれがある。
【００２９】
本発明の半導体装置に用いるはんだは、さらに必要に応じてＰを０.００１質量％以上０.５００質量％以下含有してもよい。Ｐをこの範囲で添加することによって、濡れ性及び接合性をより一層向上させることができ、接合時のボイド発生を抑えることも可能となる。これは、Ｐは還元性が強いため、Ｂｉよりも優先して自ら酸化し、はんだ表面の酸化を抑制することによる。なお、Ｐの含有量が０.５００質量％を超えると、Ｐの酸化物がはんだ表面を覆って逆に濡れ性を落としたり、ＰはＢｉへの固溶量が非常に少ないため、脆いＰの酸化物が偏析したりするおそれがある。一方、０.００１質量％未満では、含有量が少なすぎて添加する意味がない。
【００３０】
本発明の半導体装置に使用する基板のはんだ接合面に設けられるＡｇ層の厚みは、当該はんだ接合面で使用されるはんだ組成、はんだ厚み、半導体素子の接合面積や接合条件等により適宜調整するのが好ましいが、概ね０.０１μｍ以上４.０μｍ以下であり、０.０１μｍ以上１.０μｍ以下が特に好ましい。この値が０.０１μｍ未満では、安定的に濡れ性を確保することが困難になる。
【００３１】
また、このＡｇ層の厚みが４.０μｍを超えると、はんだ厚みが例えば１５０μｍ程度の厚みであったとしても、はんだ中のＺｎやＡｌなどがＡｇと反応して合金化し、脆いＡｇ−Ｚｎ層などが厚く形成される。また、はんだ自身も純Ｂｉに近づいて脆化し、必要な接合強度や信頼性が得られなくなる。Ａｇ層の厚みが１.０μｍ以下の場合は金属間化合物の生成量が減るため、より一層信頼性等を向上させることができる。また、高価なＡｇの使用量が減るので原料コストや製造コストを低く抑えることができるのでメリットがより大きくなる。
【実施例】
【００３２】
次に、具体的な実施例を示して本発明をさらに説明する。まず、原料として、それぞれ純度９９.９５質量％以上のＢｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ及びＰを準備し、所定量を秤量してグラファイト坩堝に入れた。この坩堝を高周波溶解炉のコイル中にセットした。そして、溶融金属の酸化防止のため、不活性ガスに還元性ガス（水素）を約１０容量％混ぜた混合ガスを坩堝内に流した。混合ガスの流量は０.８Ｌ／（分・ｋｇ）とした。
【００３３】
合金投入量及び各金属の融点を考慮し、適切な温度になるようにコイルに電流を流して加熱した。金属が溶融したことを確認してからガラス棒で溶融金属を攪拌し、十分混ざったところで高周波電源を切った。そして、速やかにグラファイト坩堝を取り出して、溶融金属を鋳型に流し込んだ。十分に冷却して試料が固まったことを確認した後、鋳型からはんだ母合金を取り出した。
【００３４】
このようにして、原料の混合比率がそれぞれ異なる試料１〜１５のＢｉ系はんだ母合金を作製した。得られた試料１〜１５の各はんだ母合金の組成を、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ  Ｓ−８１００）を用いて分析した。その分析結果を下記表１に示す。
【００３５】
【表１】
0005655714.tif 000002
【００３６】
上記表１に示す様々な組成のはんだ合金を、各々図１に示すようにＮｉ膜及びＡｇ膜が形成されたＣｕ基板にはんだ付けすることによって、濡れ性（接合性）、Ｎｉ拡散、及びヒートサイクルに関する試験を行った。試験に先立ち、まず下記の方法で各試料のはんだ母合金からワイヤ状のはんだを加工すると共に、これらワイヤ状のはんだがそれぞれはんだ付けされる１５枚の基板を作製した。なお、はんだの濡れ性等の評価は、通常、はんだ形状に依存しないため、ワイヤに代えてボールやペーストなどの形状で評価してもよい。
【００３７】
＜ワイヤ加工＞
表１に示す試料１〜１５のはんだ母合金を1つずつ押出機にセットし、外径０.８０ｍｍのワイヤに加工した。具体的には、あらかじめ押出機をはんだ組成に適した温度に加熱しておき、はんだ母合金をセットした。押出機出口から押し出されるワイヤ状のはんだはまだ熱く酸化が進行し易いため、押出機出口は密閉構造にし、その内部に不活性ガスを流して可能な限り酸素濃度の低い雰囲気にして酸化が進まないようにした。
【００３８】
この状態で油圧で押出圧力を上げていき、はんだ母合金をワイヤ形状に押し出していった。その際、ワイヤの押出速度はワイヤが切れたり変形したりしないように予め調整しておいた速度とし、同時に自動巻取機を用いて押し出されたワイヤと同じ速度で巻き取るようにした。
【００３９】
＜Ｃｕ基板＞
上記試料１〜１５のはんだ母合金から加工したワイヤがそれぞれはんだ付けされる１５枚のＣｕ基板（８ｍｍ×８ｍｍ×厚さ０.７ｍｍ）を準備した。これら１５枚のＣｕ基板には、各々以下の方法でＮｉ膜（Ｎｉ層）及び該Ｎｉ膜の上のＡｇ膜（Ａｇ層）を形成した。なお、作業中にＣｕ基板や装置が汚染されないように、保護手袋、保護マスク等を着用し、Ｃｕ基板はピンセットで取り扱うようにした。
【００４０】
まず、各Ｃｕ基板にめっき法でＮｉ層を形成した。Ｎｉ層の厚さは、Ｎｉ拡散の有無を確認できるように約１０μｍにした。次に、Ｎｉ層が形成された各Ｃｕ基板を蒸着の際の基板ホルダーとなるガラス板に貼り付けた。このガラス板を蒸着機内にセットし、以下の方法でＮｉ層の上に金属（Ａｇ）を蒸着した。なお、蒸着用金属を飛ばす方法としては、電子ビーム法または抵抗加熱法のどちらを行ってもよいが、以下の説明では電子ビーム法について説明する。
【００４１】
蒸着用金属を載せるアルミナ製の皿（ハースライナー）に蒸着用金属を載せ、所定の位置にセットした。蒸着機の釜を閉じてローターリーポンプで粗引きした。絶対圧力で１０Ｐａ以下まで真空引きした時点でターボ分子ポンプに切り替え、高真空まで真空引きした。なお、高真空が達成されないと、残存する大気によって金属が酸化し、高品位の金属膜が形成されなくなるため、少なくとも１.０×１０−３Ｐａ以下まで真空度を上げる必要がある。
【００４２】
この状態で膜厚計の電源を入れた。さらに、膜が均一に形成されるようにガラス板がセットされているステージを回転させた。そして、電子ビームのスイッチを入れ、ガラス窓から蒸着金属の加熱具合を観察するとともに膜厚計の膜厚形成速度を監視しながら電流を少しずつ上げていった。約２０（Å／秒）の速度で金属膜を蒸着させて行き、所定の膜厚のＡｇ層を形成した。
【００４３】
なお、１５枚のＣｕ基板の内、１１枚には膜厚約０.５μｍのＡｇ層を形成し、残る４枚には０.５μｍ以外の様々な膜厚のＡｇ層を形成した。所定の膜厚に達した時点で電子ビームの電源のスイッチを切った。さらにターボ分子ポンプを停止し、蒸着機内に不活性ガスを入れた。蒸着機内が大気圧に達したのを確認した後、Ｃｕ基板を取り出した。
【００４４】
＜濡れ性（接合性）評価＞
濡れ性（接合性）は、下記表２に示すように、試料１〜１５のはんだ母合金から加工したワイヤ状のはんだを、様々な膜厚のＡｇ層が形成された１５枚のＣｕ基板にそれぞれはんだ付けし、そのはんだ付け後の状態を見て評価した。具体的には、濡れ性試験機（装置名：雰囲気制御式濡れ性試験機）を用意し、そのヒーターを備えたサンプル搭載部分に２重のカバーをして当該サンプル搭載部分の周囲４箇所から窒素を流した（窒素流量：各１２Ｌ／分）。
【００４５】
次に、ヒーターの温度を３５０℃に設定し、温度が安定するまで待った。温度が安定したのを確認後、サンプル搭載部分にＣｕ基板を搭載して２５秒加熱し、続けてはんだ試料をＣｕ基板の上に載せてさらに２５秒加熱した。この加熱後、Ｃｕ基板をサンプル搭載部分から取り上げてその横の窒素フローが確保されている場所に移して冷却した。十分に冷却した後、Ｃｕ基板を大気中に取り出して接合部分を確認した。確認の結果、接合できなかった場合を「×」、接合できたが濡れ広がりが悪かった場合（はんだが盛り上がった状態）を「△」、接合できてはんだが薄く濡れ広がった場合を「○」と評価した。その結果を下記の表２に示す。
【００４６】
＜Ｎｉ拡散確認評価（ＥＰＭＡライン分析）＞
Ｃｕ基板に設けたＮｉ膜（メタライズ層）のＮｉがＢｉ中に拡散する問題が生じているか否かを確認するため、Ｃｕ基板のメタライズ層の層厚測定を次のようにして行った。まず、上記濡れ性評価で使用した、はんだ合金が接合されたＣｕ基板を樹脂に埋め込み、研磨機を用い粗い研磨紙から順に細かいものを用いて研磨し、最後にバフ研磨を行った。
【００４７】
次に、ＥＰＭＡ（装置名：ＳＨＩＭＡＤＺＵ  ＥＰＭＡ−１６００）を用いてライン分析を行い、層厚の測定を行った。層厚は任意の３箇所を測定し、平均値を採用した。さらにＣｕ基板にはＮｉが均一にめっきされていると判断し、初期Ｎｉめっき層の層厚としてはんだが接合されていない部分のＮｉめっきの厚さを測定した。同様にＮｉ膜の上にはＡｇが均一に蒸着されていると判断し、初期Ａｇ蒸着層の層厚としてはんだが接合されていない部分のＡｇ層の厚さを測定した。これら初期Ｎｉめっき層の層厚及び初期Ａｇ蒸着層の層厚、並びに接合後のＮｉめっき層の層厚を下記の表２に示す。
【００４８】
＜ヒートサイクル試験＞
はんだ接合の信頼性を評価するためにヒートサイクル試験を行った。まず、上記濡れ性評価と同様にしてはんだ合金が接合された１５枚のＣｕ基板の内、良好にはんだ付けすることができなかった試料１１のＣｕ基板を除く１４枚のＣｕ基板に対して、各々−４０℃の冷却と１５０℃の加熱を１サイクルとして、これを所定の回数繰り返した。
【００４９】
上記所定の回数の加熱冷却サイクルが完了した後、はんだ合金が接合されたＣｕ基板を樹脂に埋め込み、断面研磨を行い、ＳＥＭ（装置名：ＨＩＴＡＣＨＩ  Ｓ−４８００）により接合面の観察を行った。接合面にはがれやはんだにクラックが入っていた場合を「×」、そのような不良がなく、初期状態と同様の接合面を保っていた場合を「○」と評価した。この評価の結果を下記の表２に示す。
【００５０】
【表２】
0005655714.tif 000003
【００５１】
上記表２から分かるように、試料１〜９のはんだ母合金を用いたはんだをＡｇ層を備えた基板にはんだ接合した場合は、本発明の要件が満たされていたため、いずれも優れた評価結果となった。すなわち、Ａｇ層の表面での濡れ性は良好であって薄く濡れ広がり、はんだ接合時のＮｉ拡散も十分に抑えられていた。さらに、ヒートサイクル試験では５００回経過しても不良は発生しなかった。これらの結果より、Ａｇメタライズ層の厚みを所定の範囲内に抑え、かつＮｉ拡散を抑制する効果のある添加元素として、Ｚｎ及び必要に応じてＡｌやＳｎを所定の範囲内でＢｉ系はんだに含有させることにより信頼性の高い接合が得られることが分かった。
【００５２】
一方、試料１０〜１５のはんだ母合金を用いたはんだをＡｇ層を備えた基板にはんだ接合した場合は、本発明の要件が満たされていなかったため、いずれかの評価において好ましくない結果となった。具体的には、試料１０ではＮｉ拡散が進行してＮｉ層が５.１μｍまで薄くなった。試料１１ではＡｇが蒸着されたＣｕ基板に接合できなかった。また、ヒートサイクル試験では２００回までに試料１０、１２〜１５において不良が発生した。
【００５３】
試料１０においてはんだ接合によってＮｉメッキ層が薄くなった理由は、Ａｇ層の厚みが本発明の範囲から外れて厚すぎたため、Ｎｉ拡散を抑制する効果のあるＺｎやＡｌを消費してしまい、脆い金属間化合物を生成した上、はんだ中のＺｎやＡｌが極端に減少してはんだ自身が脆化したことによると考えられる。試料１１のはんだがＣｕ基板に接合できなかった理由は、Ｚｎの含有量が本発明の範囲から外れて多すぎるため、強固な酸化膜がはんだ表面に形成されたことによると考えられる。試料１２〜１５においてヒートサイクル２００回で不良が発生した理由は、はんだ組成が本発明の範囲からはずれているため、良好な接合ができていなかったことによると考えられる。
【図１】
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