(57)【要約】  本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成される、無鉛はんだ付け材料が開示される。スズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、２９０℃〜３４０℃、好ましくは３００℃〜３４０℃の融点を有する。溶融温度は、後シール加熱を可能にするのに十分高く、そして損傷を生じさせずに半導体のシールを可能にするのに十分低いので、本発明のはんだ付け合金は、特に半導体デバイスを密封してシールするのに有用である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成される無鉛はんだ付け材料であり、そこでスズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、３００℃より高い融点を有する無鉛はんだ付け材料。
【請求項２】
合金は、３００℃〜３４０℃の範囲にある融点を有する請求項１に記載のはんだ付け材料。
【請求項３】
合金は、３００℃〜３２０℃の範囲にある融点を有する請求項１に記載のはんだ付け材料。
【請求項４】
合金は、３０５℃〜３１５℃の範囲にある融点を有する請求項１に記載のはんだ付け材料。
【請求項５】
スズは１８．３％〜２０．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは３．５％〜５．５％の濃度で存在する請求項３に記載のはんだ付け材料。
【請求項６】
スズは約１９．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは４．５％の濃度で存在する請求項３に記載のはんだ付け材料。
【請求項７】
次のステップを含む、無鉛はんだ付け材料で半導体パッケージを密封してシールする方法：
はんだ付け材料を半導体パッケージの表面に付着させること、ここではんだ付け材料は本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成され、スズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、３００℃〜３２０℃の範囲の融点を有する；および
半導体パッケージが密封してシールされるように、はんだ付け材料にリフローを生じさせるのに十分な温度にはんだ付け材料を加熱すること。
【請求項８】
はんだ付け材料をリフローさせないで、密封してシールされた半導体パッケージの一部を、後シール操作の間、２７０℃よりも高い温度に加熱するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
次のステップを含む、無鉛はんだ付け材料を有する表面に半導体デバイスを搭載する方法：
はんだ付け材料を半導体デバイスの表面に付着させること、ここではんだ付け材料は本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成され、スズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、３００℃〜３２０℃の範囲の融点を有する；
はんだ付け材料が半導体デバイスと該表面の両方に接触するように半導体デバイスを表面に配置すること；
はんだ付け材料にリフローを生じさせるのに十分な温度にはんだ付け材料を加熱すること；ならびに
その表面に半導体デバイスを搭載するはんだ付け材料を冷却すること。
【請求項１０】
はんだ付け材料をリフローさせないで、密封してシールされた半導体デバイスの一部を、後シール操作の間、２７０℃よりも高い温度に加熱するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
はんだ付け材料で密封してシールされた半導体デバイスを含む、密封してシールされた半導体アセンブリであり、はんだ付け材料は本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成される無鉛はんだ付け材料であり、そこでスズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、３００℃より高い融点を有する、半導体アセンブリ。
【請求項１２】
本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成され、そこでスズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、３００℃より高い融点を有する、無鉛はんだ付け材料。
【請求項１３】
スズは１８．３％〜２０．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは３．５％〜５．５％の濃度で存在する請求項１２に記載のはんだ付け材料。
【請求項１４】
スズは約１９．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは４．５％の濃度で存在する請求項１２に記載のはんだ付け材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体およびスぺシャリティデバイスを密封してシール（hermetically sealing）するための、新規な無鉛はんだに関する。このシール用はんだは、２９０℃〜３４０℃の間、もっと好ましくは３００℃〜３４０℃の間、の溶融温度を有する。有利には、このようなシールされたデバイスは、ついでシールの完全さを損なうことなく、高融点はんだではんだ付けされ得る。
【背景技術】
【０００２】
現在、１８３℃〜１９５℃は、金濃度７８％〜８１％およびスズ濃度１９％〜２２％を有する金−スズ（Au-Sn）はんだを用いて密封してシールされている。このはんだは、４０年よりも多くの間、半導体デバイスに使用されてきており、２８０℃の融点温度を有する。たとえば、米国特許第4,492,842号明細書（Koopman）を参照されたい。半導体デバイスおよび無数の他の電子デバイスは、ついで融点１８３℃〜１９５℃を有する後シール（post-sealing）はんだとして、スズ−鉛はんだを用いて印刷回路ボード上にはんだ付けされる。これらの後シールはんだの加工温度は、典型的には融点を３５℃〜５０℃超える（すなわち、２１８℃〜２４５℃）。過熱(superheat）が、半導体デバイスの鉛および印刷回路ボードの銅回路素子上へ、はんだをフローさせるために要求される。２４５℃までの温度で半導体デバイスを加工すること（processing）は、金−スズはんだが２８０℃まで再溶融（re-melt）しないので、何ら問題を生じない。
【０００３】
スズ−鉛はんだを置き換える、従来の無鉛はんだは、２１７℃で溶融し、約２７０℃の加工温度を必要とする。これらの加工温度は、デバイスをシールするのに用いられるAu-Snはんだの２８０℃の溶融温度に近くて危険である。1つの選択は、スズ系はんだを放棄し、約８５％の鉛を含む鉛系はんだを使用することである。このような鉛はんだは、約３００℃の融点を有する。しかし、鉛系はんだの使用は、エレクトロニクス産業により避けられているのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第4,492,842号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉛は家電製品（consumer electronics）から除去され続けるので、半導体ダイアタッチおよびこれらの半導体デバイスの密封したシールのために開発されるべき、もっと高温のはんだへの要求は大きくなっている。従来のAu-Snおよび鉛系はんだを、無鉛で高温のはんだに置き換える要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この要求は、本発明の無鉛合金により充足され、その溶融温度および密封シール能力は、半導体ダイアタッチはんだとして、また半導体デバイスの密封シールはんだとして、本発明の無鉛合金を使用するのに特に適したものにする。
【０００７】
本発明は、半導体ダイアタッチおよび半導体パッケージに適合性がある金はんだからなり、２９０℃より高い、もっと好適には３００℃より高い溶融温度を有する。１つの態様において、はんだは、Au-Snはんだの溶融温度を増加させるために、インジウムでドープされているAu-Sn系はんだである。
【０００８】
本発明のもう１つの態様において、インジウム修飾された金−スズ系はんだは、公知の半導体ダイアタッチ法、ならびに２７０℃より高い温度で、次の無鉛はんだ付け操作の間に、このはんだがリフローするのに十分に高溶融温度で、これらのデバイスを密封してシールすること、に適合性がある。
【０００９】
さらに、本発明は、半導体デバイスおよびこれらにはんだを組み入れる半導体デバイスを製造するための、２９０℃〜３４０℃、もっと好ましくは３００℃〜３４０℃、なおもっと好ましくは３００℃〜３２０℃の溶融温度を有する、金系はんだの使用に関する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この明細書で記載される無鉛はんだ付け材料は、本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成され、そこでは合金の融点は、２９０℃より高く、もっと好ましくは３００℃〜３４０℃の範囲にあり、なおもっと好ましくは３００℃〜３２０℃の範囲にある。
【００１１】
金属は、少なくとも純度９９．９５％であるのが好適である。上記の合金は、スズ１７．５％〜２０．５％、インジウム２．０％〜６．０％を含有し、そして残りは金および微量の不純物である。１つの態様において、はんだ材料は、約１９．３％のスズ濃度および約４．５％のインジウム濃度を有する。他の適切な濃度も考慮される。たとえば、もう１つの態様において、スズ濃度は１８．３％〜２０．３％の範囲にあり、そしてインジウムは３．５％〜５．５％の範囲にある。このようなはんだ材料は、種々の分野で有用であるが、特に半導体分野で有用である。
【００１２】
半導体デバイスは、約２８０℃の融点を有する金−スズはんだを用いて密封してシールされることが多い。金−スズはんだは、シールされていないパッケージに適用される。得られるアセンブリーは、はんだにリフローを生じさせるのに十分な温度に加熱される。冷却の際に、パッケージをそのようなはんだにより密封してシールする。このシールステップにおいて使用されるはんだの融点は、半導体デバイス自体を損なわないように十分に低くなければならない。後シール操作は、シールされたデバイスに付加的な構成部品（component）を結合するのに用いられ得、このような操作は、次のはんだ付けステップを含むのが典型的である。後シールはんだは、シールはんだと適合する融点を有することを確保するように留意される。したがって、望ましい融点の重要な範囲がある。シールはんだの融点は、（１）デバイスを損なわないで、デバイスを密封してシールするのに十分低く、そして（２）シールの完全性を壊さないで、後シール加熱を可能にするように十分に高くなければならない。
【００１３】
有利には、ここで述べられるはんだ付け材料は、これらのパラメータを満たす。本発明の金−スズ−インジウム材料は、はんだ付け材料のリフローがなく、かつ次のシール完全性の損傷なしに、２７０℃より高い温度での後シール操作を可能にする。そのはんだ付け材料のさらなる利点は、半導体デバイスを損なわないで、デバイスの密封したシールを可能にするように、融点が十分に低い（３４０℃未満、そして好ましくは３２０℃未満）ことである。
【００１４】
本発明の１つの方法において、金−スズ−インジウムはんだは、半導体パッケージの表面に適用される。得られるアセンブリは、パッケージが密封して密封してシールされるように、はんだ付けはんだにリフローさせるのに十分な温度に加熱される。ついで、シールされたデバイスは、加熱（たとえば、後シールはんだ付け等）を含む後シール操作に供され得る。シール用はんだは、２９０℃より高い、そしてもっと好ましくは３００℃より高い、融点を有するので、高温（たとえば２７０℃）での後シール加熱は、シール用はんだをリフローさせず、したがってシールの完全性を損なわない。
【００１５】
本発明は、好適な態様に関して記載されたが、種々の変更がなされ得、本発明の範囲を逸脱しないで、均等物が特定の状況に適合するように、その要素に代えて置換され得る、ことが当業者に理解されよう。したがって、本発明は、本発明の実施のための最良の態様として述べられる特定の態様に限定されず、本発明は請求項の範囲および精神を充足するすべての態様を含む。
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月6日(2011.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成される無鉛はんだ付け材料であり、そこでスズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、２９０℃より高い融点を有する無鉛はんだ付け材料。
【請求項２】
合金は、２９０℃〜３４０℃の範囲にある融点を有する請求項１に記載のはんだ付け材料。
【請求項３】
合金は、２９０℃〜３２０℃の範囲にある融点を有する請求項１に記載のはんだ付け材料。
【請求項４】
合金は、３０５℃〜３１５℃の範囲にある融点を有する請求項１に記載のはんだ付け材料。
【請求項５】
スズは１８．３％〜２０．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは３．５％〜５．５％の濃度で存在する請求項３に記載のはんだ付け材料。
【請求項６】
スズは約１９．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは４．５％の濃度で存在する請求項３に記載のはんだ付け材料。
【請求項７】
次のステップを含む、無鉛はんだ付け材料で半導体パッケージを密封してシールする方法：
はんだ付け材料を半導体パッケージの表面に付着させること、ここではんだ付け材料は本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成され、スズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、２９０℃〜３２０℃の範囲の融点を有する；および
半導体パッケージが密封してシールされるように、はんだ付け材料にリフローを生じさせるのに十分な温度にはんだ付け材料を加熱すること。
【請求項８】
はんだ付け材料をリフローさせないで、密封してシールされた半導体パッケージの一部を、後シール操作の間、２７０℃よりも高い温度に加熱するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
次のステップを含む、無鉛はんだ付け材料を有する表面に半導体デバイスを搭載する方法：
はんだ付け材料を半導体デバイスの表面に付着させること、ここではんだ付け材料は本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成され、スズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、２９０℃〜３２０℃の範囲の融点を有する；
はんだ付け材料が半導体デバイスと該表面の両方に接触するように半導体デバイスを表面に配置すること；
はんだ付け材料にリフローを生じさせるのに十分な温度にはんだ付け材料を加熱すること；ならびに
その表面に半導体デバイスを搭載するはんだ付け材料を冷却すること。
【請求項１０】
はんだ付け材料をリフローさせないで、密封してシールされた半導体デバイスの一部を、後シール操作の間、２７０℃よりも高い温度に加熱するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
はんだ付け材料で密封してシールされた半導体デバイスを含む、密封してシールされた半導体アセンブリであり、はんだ付け材料は本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成される無鉛はんだ付け材料であり、そこでスズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、２９０℃より高い融点を有する、半導体アセンブリ。
【請求項１２】
本質的に金、スズおよびインジウムの合金から構成され、そこでスズは１７．５％〜２０．５％の濃度で存在し、インジウムは２．０％〜６．０％の濃度で存在し、そして残りは金であり、合金は、３００℃より高い融点を有する、無鉛はんだ付け材料。
【請求項１３】
スズは１８．３％〜２０．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは３．５％〜５．５％の濃度で存在する請求項１２に記載のはんだ付け材料。
【請求項１４】
スズは約１９．３％の濃度で存在し、そしてインジウムは４．５％の濃度で存在する請求項１２に記載のはんだ付け材料。
【国際調査報告】
2011526838.tif 000002
2011526838.tif 000003