(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｎとＩｎの１種以上を５〜２５重量％含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることを特徴とするダイボンディング用Ｚｎ合金。
【請求項２】
ＳｎとＩｎの１種以上を５〜２５重量％含み、さらにＧｅを０．１〜７重量％含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることを特徴とするダイボンディング用Ｚｎ合金。
【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等で用いられるダイボンディング用Ｚｎ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワートランジスタ素子等のダイボンディングにはんだが用いられる。この用途のはんだには、１）３５０℃前後の温度で素子を接合することが可能なこと、２）次工程のワイヤボンディングが正常に行われるために２５０℃前後の温度においてもはんだが溶融しないこと、３）素子の使用中に接合性が劣化しないこと等の特性が必要であり、従来はＰｂ-５％Ｓｎに代表されるＰｂ系はんだが用いられてきた。
【０００３】
近年、環境汚染に対する配慮から、Ｐｂの使用を制限する動きが強くなってきた。このような動きに対応して、半導体素子のダイボンディング用はんだの分野においてもＰｂを含まないものが求められてきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、半導体素子のダイボンディング等に用いるのに好適な、Ｐｂを含まないはんだ用合金を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のダイボンディング用Ｚｎ合金は、
（１）  Ｇｅを２〜９重量％含み、さらにＡｌを２〜９重量％含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることに特徴があり、
（２）  Ｇｅを２〜９重量％含み、Ａｌを２〜９重量％含み、さらにＭｇを０．０１〜０．５重量％を含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることに特徴があり、
（３）  ＳｎとＩｎの１種以上を５〜２５重量％含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることに特徴があり、
（４）  ＳｎとＩｎの１種以上を５〜２５重量％含み、さらにＧｅを０．１〜７重量％含み、残部がＺｎ及び不可避不純物からなることに特徴がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の構成の詳細について説明する。
【０００７】
本願第１、第２の発明の合金は、融点が４２０℃であるＺｎをベースとし、Ｇｅを添加することにより濡れ性を改善し、さらにＡｌを添加することによりダイボンディング温度を低温化したものである。
【０００８】
Ｇｅの濃度を２〜９重量％としたのは、下限濃度未満では濡れ性の向上が不十分でダイボンディング時に接合不良を発生する確率が高くなるからであり、逆に上限濃度を超えると合金硬度が高くなりすぎて熱サイクル試験等の耐環境試験においてチップ割れを発生するようになるからである。
【０００９】
一方、Ａｌの濃度を２〜９重量％としたのは、下限濃度未満ではダイボンディング温度の低下効果が不十分だからであり、逆に上限濃度を超えるとダイボンディング温度の低下効果が飽和するだけでなく濡れ性が低下してダイボンディング時に接合不良を発生するようになるからである。
【００１０】
第２の発明におけるＭｇは、合金の耐食性を向上させることにより素子使用中での接合の信頼性を向上させる働きをする元素である。Ｍｇの濃度を０．０１〜０．５重量％としたのは、下限濃度未満では添加効果が不十分だからであり、逆に上限濃度を超えると合金の濡れ性が低下してダイボンディング時に接合不良を発生するようになるからである。
【００１１】
本願第３、第４の発明の合金は、融点が４２０℃であるＺｎに、Ｓｎまたは／及びＩｎを添加することにより、ダイボンディング温度を低温化したものである。ＳｎとＩｎは、合金の濡れ性を向上させる働きや合金の硬度を低下させて素子の接合の信頼性を向上させる働きも有する。
【００１２】
Ｓｎまたは／及びＩｎを添加すると、ＳｎまたはＩｎとＺｎとの共晶温度である２００℃付近または１４５℃付近以上の温度で液相が生じるようになるが、我々はＳｎまたは／及びＩｎの濃度を本発明の組成範囲内とすれば、２５０℃前後で生じる液相の量がごく少量に抑えられて、ワイヤボンディング等の電子部品組み立て工程で何ら問題を生じないことを見い出した。
【００１３】
Ｓｎまたは／及びＩｎの濃度を１種以上で５〜２５重量％としたのは、下限濃度未満ではダイボンディング温度の低下効果が不十分であり、かつ合金硬度が高すぎて熱サイクル試験等の耐環境試験においてチップ割れを発生する確率が高くなるからであり、逆に上限濃度を超えると２５０℃前後の温度で生じる液相の量が多くなりすぎて、ワイヤボンディング等の工程で不都合が生じるからである。
【００１４】
第４の発明におけるＧｅは、合金の濡れ性を向上させるとともに若干ながらダイボンディング温度を低温化する働きを有する。Ｇｅの濃度を０．１〜７重量％としたのは、下限濃度未満では添加効果が不十分であるからであり、逆に上限濃度を超えると添加効果が飽和すると同時に、熱サイクル試験等の耐環境試験においてチップ割れを発生する確率が高くなるからである。
【００１５】
【実施例】
第１、第２の発明の実施例  ・・・  各純度９９．９重量％のＺｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｇを用いて表１、表２に示す組成のＺｎ合金を大気溶解炉により溶製した。得られた鋳塊に２５０℃での熱処理を施し、冷間圧延を施して、０．１ｍｍ厚の試料とした。
【００１６】
得られた試料の評価として、ダイボンディング性については、はんだダイボンダー（ｄａｇｅ社製、ＥＤＢ−２００）を用い、ＡｇめっきＬ／Ｆ上への３ｍｍ角のＡｕ蒸着ダミーチップを接合できるか否か、接合できる場合には接合できる最低のダイボンディング温度を求めた。
【００１７】
次の組立工程であるワイヤボンディングが正常に行われるか否か（ワイヤボンディング性）については、市販の金線とボールボンダー（KAIJO社製、ＦＢ−１１８）を用い、前記と同様にダイボンディングを行ったチップ上の蒸着Ａｌ面とＬ／Ｆ上のＡｇめっき面の間でワイヤボンディング試験を実施することにより行った。
【００１８】
ワイヤボンディング試験はステージ温度を２５０℃で行ない、ワイヤが接合された場合を「良」、ワイヤが接合されない場合を「不良」と評価した。
【００１９】
接合信頼性の評価には、ダイボンディングを行った後にトランスファーモールド型モールド機によってエポキシ樹脂（住友ベークライト社製、ＥＭＥ−６３００）をモールドした試料について、−６５℃／１５０℃１０００サイクルの温度サイクル試験、もしくは温度８０℃湿度８０％１０００時間保持の恒温恒湿試験を施した後に樹脂を開封してチップ接合部の観察を行い、チップや接合界面に割れの発生が無い場合を「良」、割れが発生した場合を「不良」と評価した。
【００２０】
表１、表２に上記評価の結果を示した。表１で最低ダイボンディング温度の欄で「不良」と示したのは、接合が得られない試料が発生したことを意味する。また、ワイヤボンディング性と接合信頼性で「−」と示したのは、試験を実施しなかったことを意味する。
【００２１】
表１、表２において明らかなように、本願第１、第２の発明によるＺｎ合金は、３５０℃前後の温度でダイボンディングが可能であり、かつワイヤダイボンディング性や接合信頼性に問題が無いことがわかる。
【００２２】
【表１】
0004022013.tif 000002
【００２３】
【表２】
0004022013.tif 000003
【００２４】
第３、第４の発明の実施例  ・・・  各純度９９．９重量％のＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｇｅを用いて表３、表４に示す組成のＺｎ合金を大気溶解炉により溶製した。得られた鋳塊に１２０℃での熱処理を施し、冷間圧延を施して、０．１ｍｍ厚の試料とした。
【００２５】
得られた試料について、前期と同様に、ダイボンディング性、ワイヤボンディング性、接合信頼性を評価し、表３、表４に結果を示した。
【００２６】
表３、表４において明らかなように、本願第３、第４の発明によるＺｎ合金は３５０℃前後の温度でダイボンディングが可能であり、かつワイヤダイボンディング性や接合信頼性に問題が無いことがわかる。
【００２７】
【表３】
0004022013.tif 000004
【００２８】
【表４】
0004022013.tif 000005
【００２９】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明により、電子部品の組立等で用いるのに好適な、Ｐｂを含まないはんだ用合金を提供することができた。