(57)【要約】【課題】ろう材の溶融温度が２６０℃以上であり、Ａｕ系、Ｐｂ系合金を代替でき、さらに良好な濡れ性および接合信頼性を有し、かつ低価格である半導体素子のダイボンディングや電子部品の組立等で用いるのに好適なＰｂを含まない高温ろう材を提供する。【解決手段】主成分をＢｉとし、第２金属元素として、１〜１２質量％のＡｇ、０．１〜０．３質量％のＣｕ、２〜８質量％のＳｂより選択されるいずれか１種を含有し、さらに０．００１〜０．０１質量％のＰを添加した組成からなる高温ろう材である。不可避不純物を含みうるが、不可避不純物としてもＰｂを含まないことが好ましい。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜１２質量％のＡｇ、０．１〜０．３質量％のＣｕ、２〜８質量％のＳｂより選択されるいずれか１種を第２金属元素として含有し、さらに０．００１〜０．０１質量％のＰを含み、残部がＢｉおよび不可避不純物からなり、固相線温度が２６０℃以上である高温ろう材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子のダイボンディングやパッケージの気密封止などに用いるろう材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波素子やトランジスタ素子のダイボンディングやパッケージの気密封止などにおいては、Ａｕ／２０質量％Ｓｎに代表されるＡｕ系合金や、Ｐｂ／５質量％Ｓｎに代表されるＰｂ系合金が使用されている。これらの合金が使用されるのは、３００〜３６０℃でろう付けが可能であり、かつ、ろう材の溶融温度が２６０℃以上であるため、実装時などの熱履歴に接合部が耐えうるからである。
【０００３】
しかし、Ａｕ系合金では価格が高く、コストの問題が生ずる。一方、Ｐｂ系合金については、環境汚染に対する配慮からＰｂの使用が制限されているという問題がある。そのため、低価格でＰｂを含まない高温ろう材が求められている。
【０００４】
これに対して、ろう材の主成分としてＢｉを選択し、その溶融温度等を考慮してＢｉ／２．５重量％Ａｇに代表されるＢｉ系合金が使用され始めている。
【０００５】
たとえば、特開２００２−１６００８９号公報では、溶融される温度が３５０〜５００℃であるＢｉ／Ａｇろう材が開示されている。また、特開２００１−３５３５９０号公報では、Ｂｉ／２．５重量％Ａｇ合金に第３金属元素を僅かに含有させて固液共存域を広げたＢｉ基ろう材が開示されている。
【０００６】
Ｂｉ基ろう材は、接合部材により濡れ性が悪く、汎用的な適用ができないので、特開２００１−３５３５９０号公報では、ＰやＧｅを添加することにより、はんだ組成物の酸化被膜の抑制等によって、濡れ性を向上させている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３５３５９０号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１６００８９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｇｅは、はんだ組成物の酸化膜を抑制することはできるが、Ｇｅの酸化膜が形成されてしまい、濡れ性が阻害されてしまう。一方、Ｐは気化して酸化膜を形成しないが、濡れ性向上の効果が得られる量のＰを安定して添加することは困難であった。
【００１０】
また、特開平２００１−３５３５９０号公報では、三成分系Ｂｉ基ろう材にＧｅまたはＰを添加しており、二成分系Ｂｉ基ろう材を発明の範囲外としている。一方、特開平２００２−１６００８９号公報では、Ａｇ−Ｂｉ二元系ろう材の発明に関するが、組成調整の困難性からＢｉの最大量を８０％に限定している。
【００１１】
かかる点に鑑み、本発明は、半導体素子のダイボンディングや電子部品の組立等で用いるのに好適な、Ｐｂを含まない二成分系高温ろう材を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による高温ろう材は、主成分をＢｉとし、第２金属元素として、１〜１２質量％のＡｇ、０．１〜０．３質量％のＣｕ、２〜８質量％のＳｂより選択されるいずれか１種を含有し、さらに０．００１〜０．０１質量％のＰを添加した組成からなる。なお、当該ろう材には、不可避不純物を含みうる。
【００１３】
当該ろう材の固相線温度は２６０℃以上である。なお、不可避不純物としてもＰｂを含まないことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
前述のように、Ｂｉ系ろう材は、固相融点が２６２〜２７０℃であり、実装時の熱履歴などにおいて、はんだ耐熱性不良の問題を生じない融点を持っているが、一方で、酸化しやすく濡れ性と接合信頼性が悪いという問題を有していた。本発明者は、Ｂｉを基材とする二成分系高温ろう材で、濡れ性と接合信頼性を確保できる組成範囲を求めて鋭意研究した。
【００１５】
その結果、濡れ性および接合信頼性を向上させるために、二成分系高温ろう材では、Ｂｉを主成分とし、第２金属元素としてＡｇ、Ｃｕ、Ｓｂよりなる群から選択される１種を含み、さらにＰを微量添加することで、前記課題を解決しうることを見出した。
【００１６】
第２金属元素の濃度は、Ａｇの場合には１〜１２質量％、Ｃｕの場合には０．１〜０．３質量％、Ｓｂの場合には２〜１０質量％である。それぞれ、下限値を下回るとＢｉにはＰが固溶しないため所定量のＰが添加できなくなり、上限値を上回るとろう材の液相温度が３６０℃を超えてしまうからである。
【００１７】
Ｐの濃度を、０．００１〜０．０１質量％としたのは、Ｐ濃度が０．００１質量％未満ではＰの還元効果が得られなくなるためであり、一方、Ｐ濃度が０．０１質量％を超えると、低コストでの鋳造が不可能となり、安定して添加することが困難となるからである。
【００１８】
このようなＰの微量添加により濡れ性の向上が図れるのは、本発明における元のろう材が２元素のみ（二元系）によって構成されているためである。第３以上の元素がないため、Ｂｉが優先的に酸化される、あるいは、第２金属元素が優先的に酸化される、ということがないためである。
【００１９】
【実施例】
純度９９．９％のＢｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｐを原料として用いて、表１に示す組成のＢｉ合金を大気溶解炉により溶製し、１ｍｍφに押し出し加工を行い、ワイヤー形状としてサンプルを作製した。
【００２０】
得られた合金の濡れ性評価として、上記ワイヤーを液相線温度より２０℃高い温度において、窒素気流中で銅板に押し付け、濡れ拡がった場合を「良」とし、濡れ広がらなかった場合を「不良」とした。
【００２１】
また、接合信頼性の評価として、１ｍｍφはんだワイヤーとダイボンダーを用い、銅リードフレームにＡｕ蒸着ダミーチップを接合した。さらに、モールド機によりエポキシ樹脂モールドした試料において、−５０℃／１５０℃の温度サイクル試験を５００サイクル実施した。その後に、樹脂を開封して接合部の観察を行い、チップや接合界面に割れの発生がない場合を「良」、割れが発生した場合を「不良」と評価した。その結果を表１に示す。
【００２２】
一方、実施例との比較として、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｂを第２金属として含有するものの、Ｐを添加しなかった組成のＢｉ合金を、実施例と同様に作製し、濡れ性および接合信頼性を同様に評価した。この結果も表１に合わせて示す。
【００２３】
また、Ｐを０．０１５質量％添加した組成のＢｉ合金を、実施例と同様に作製したところ、Ｐ組成が安定せず、目的の組成を得られなかった。
【００２４】
【表１】
2004114093.tif 000002
【００２５】
以上の結果から、本発明の実施例によるＢｉ合金を使用した高温ろう材は、２９０〜３６０℃前後の温度で接合可能であり、かつ、いずれも濡れ性および接合信頼性とも良好であることがわかる。一方、Ｐを添加しないＢｉ合金においては、いずれも濡れ性および接合信頼性に問題を生じている。また、Ｐの添加が本発明の範囲を超えると、Ｐ組成を安定化することが困難であるという問題が生ずる。
【００２６】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によるＢｉ合金を使用した高温ろう材により、その溶融温度が２６０℃以上であり、Ａｕ系、Ｐｂ系合金を代替でき、さらに良好な濡れ性および接合信頼性を有する低価格のろう材を提供できる。