JP2004358540A

JP2004358540A - High-temperature brazing filler metal

Info

Publication number: JP2004358540A
Application number: JP2003162689A
Authority: JP
Inventors: Nobumoto Mori; 伸幹森
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the wettability to Cu and Ni in a high-temperature brazing filler metal made of a Pb-free Zn solder alloy. <P>SOLUTION: The high-temperature brazing filler metal is composed of 2-9 wt.% of Ge, 2-9 wt.% of Al, 0.001-0.5 wt.% of P, and the balance Zn and inevitable impurities. Further, preferably, it contains 0.01-0.5 wt.% of Mg. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や機械部品の組立などにおける高温はんだ付用のろう材、特にこれに用いるＺｎ系はんだ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワートランジスタ素子のダイボンディングを始めとする各種電子部品の組立工程におけるはんだ付けでは、高温はんだ付けが行われ、比較的高温の３００℃前後の融点を有するはんだ合金（以下、単に「はんだ合金」という）がろう材として用いられている。このはんだ合金には、Ｐｂ−５重量％Ｓｎ合金に代表されるＰｂ合金（Ｐｂ系はんだ合金）が従来より用いられている。
【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ている。こうした動きに対応して電子組立の分野においても、Ｐｂを含まないはんだ合金が求められている。
【０００４】
Ｐｂを含まないはんだ合金として、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇ合金が特開２０００−２０８５３３号で提案されている。しかし、Ａｇめっきに対する濡れ性は得られるものの、ＣｕやＮｉに対しては濡れ性が不足し接合することができない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０８５３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、ＣｕやＮｉに対する濡れ性を向上させたＺｎ−Ａｌ−Ｇｅはんだ合金、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇはんだ合金による高温ろう材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による高温ろう材は、Ａｌを２〜９重量％、Ｇｅを２〜９重量％、Ｐを０．００１〜０．５重量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる。
【０００８】
また、別の態様では、Ａｌを２〜９重量％、Ｇｅを２〜９重量％、Ｍｇを０．０１〜０．５重量％、Ｐを０．００１〜０．５重量％含み、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる。
【０００９】
この高温ろう材は、Ｐｂを含まないＺｎ系合金からなり、かつ、従来のＺｎ系合金に比べてＣｕやＮｉに対する濡れ性が向上するため、半導体装置の組立に広範囲に適用できる。その結果、Ｐｂを含まない環境に配慮した半導体装置を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高温ろう材は、融点が４２０℃であるＺｎをベースとし、ＧｅおよびＰを添加することにより、Ａｇのみならず、ＣｕやＮｉに対しても、濡れ性を向上させ、さらに、Ａｌを添加することにより、半導体装置の組立に際するダイボンディング温度を低温化させている。
【００１１】
Ｇｅの含有量を２〜９重量％とするのは、２重量％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、一方、９重量％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。好ましくは、３〜７重量％とする。
【００１２】
Ａｌの含有量を２〜９重量％とするのは、２重量％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、一方、９重量％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なるからである。好ましくは、４〜８重量％とする。
【００１３】
Ｐは、濡れ性を改善する元素であり、この添加によりＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇａ合金のＣｕやＮｉに対する濡れ性を向上させることができる。これは、ろう材溶解時に酸素がＰと優先的に反応し、溶解体表面に酸化膜が発生するのを防止し、濡れ性がより改善されるためと推定している。Ｐの含有量を０．００１〜０．５重量％とするのは、０．００１重量％未満では、上記濡れ性を向上させる効果が低すぎてしまうからであり、一方、０．５重量％を超えると、低コストでの鋳造が困難になるからである。好ましくは、０．０２〜０．２重量％とする。
【００１４】
上記組成に加えて、さらにＭｇを添加することが好ましい。Ｍｇは、合金の耐食性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の含有量を０．０１〜０．５重量％とするのは、０．０１重量％未満では、添加効果が不十分だからであり、一方、０．５重量％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。好ましくは、０．１〜０．３重量％とする。
【００１５】
【実施例】
［実施例１〜１２、比較例１〜２］
Ｚｎ地金、Ａｌ地金、Ｍｇ地金、金属ＧｅおよびＰ（以上の原料は、いずれも純度９９．９重量％）を用い、大気溶解炉によりろう材を溶製した。溶製したろう材を化学分析し、その結果を表１に示す。
【００１６】
上記溶製したろう材について、濡れ性の評価を次のように行った。（１）４００℃窒素気流中で保持するろう材浴を調製する、（２）Ｎｉめっきを施した銅片および銅片を上記浴中に５秒間浸漬した後、該銅片を取り出し観察する、（３）取り出した銅片のＮｉめっき面、銅面にろう材が濡れ広がった場合に「良」と、濡れ広がらなかった場合に「不良」と評価する。上記評価の結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
表１より、実施例のろう材は、ＣｕやＮｉに対しても良好な濡れ性が得られ、電子部品や機械部品の組立における高温はんだ付用に好適であり、かつ、広範囲に適用できることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、従来のＺｎ系はんだ合金の濡れ性を改善し、Ｐｂはんだ代替のろう材を提供することができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a brazing filler metal for high-temperature soldering in assembling electronic parts and mechanical parts, and more particularly to a Zn-based solder alloy used for the same.
[0002]
[Prior art]
In the soldering process of assembling various electronic components including die bonding of power transistor elements, high-temperature soldering is performed, and a relatively high-temperature solder alloy having a melting point of about 300 ° C. (hereinafter, simply referred to as “solder alloy”) ) Is used as a brazing filler metal. As this solder alloy, a Pb alloy (Pb-based solder alloy) represented by a Pb-5% by weight Sn alloy has been conventionally used.
[0003]
In recent years, there has been a strong movement to limit the use of Pb due to consideration for environmental pollution. In response to such a movement, a solder alloy containing no Pb is required in the field of electronic assembly.
[0004]
As a solder alloy containing no Pb, a Zn-Al-Ge alloy and a Zn-Al-Ge-Mg alloy have been proposed in JP-A-2000-208533. However, although the wettability to Ag plating is obtained, the wettability to Cu and Ni is insufficient, so that bonding cannot be performed.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-208533 A
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a high-temperature brazing material made of a Zn-Al-Ge solder alloy and a Zn-Al-Ge-Mg solder alloy having improved wettability to Cu and Ni.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The high-temperature brazing filler metal according to the present invention contains 2 to 9% by weight of Al, 2 to 9% by weight of Ge, 0.001 to 0.5% by weight of P, and the balance consists of Zn and unavoidable impurities.
[0008]
In another aspect, 2 to 9% by weight of Al, 2 to 9% by weight of Ge, 0.01 to 0.5% by weight of Mg, 0.001 to 0.5% by weight of P, and the balance It consists of Zn and unavoidable impurities.
[0009]
This high-temperature brazing material is made of a Zn-based alloy containing no Pb and has improved wettability to Cu and Ni as compared with a conventional Zn-based alloy, so that it can be widely applied to the assembly of semiconductor devices. As a result, an environment-friendly semiconductor device containing no Pb can be provided.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The high-temperature brazing material of the present invention is based on Zn having a melting point of 420 ° C., and by adding Ge and P, improves the wettability not only for Ag but also for Cu and Ni. Is added to lower the die bonding temperature in assembling the semiconductor device.
[0011]
The reason why the content of Ge is set to 2 to 9% by weight is that if the content is less than 2% by weight, the wettability is insufficiently improved and the probability of occurrence of bonding failure during die bonding increases. %, The alloy hardness becomes too high, and chip cracks occur in an environmental resistance test such as a heat cycle test. Preferably, it is 3 to 7% by weight.
[0012]
The reason why the content of Al is set to 2 to 9% by weight is that when the content is less than 2% by weight, the effect of lowering the die bonding temperature is insufficient. This is because not only saturation is caused, but also wettability is reduced and a bonding failure occurs during die bonding. Preferably, it is 4 to 8% by weight.
[0013]
P is an element that improves wettability, and the addition of P can improve the wettability of the Zn—Al—Mg—Ga alloy with respect to Cu and Ni. This is presumed to be because oxygen reacts preferentially with P when the brazing material is melted, thereby preventing an oxide film from being generated on the surface of the melt and further improving wettability. The content of P is set to 0.001 to 0.5% by weight because if the content is less than 0.001% by weight, the effect of improving the wettability is too low. This is because if it exceeds 300, casting at low cost becomes difficult. Preferably, it is 0.02 to 0.2% by weight.
[0014]
It is preferable to add Mg in addition to the above composition. Mg is an element that functions to improve the reliability of bonding during use of the element by improving the corrosion resistance of the alloy. The reason why the content of Mg is set to 0.01 to 0.5% by weight is that if the content is less than 0.01% by weight, the effect of addition is insufficient. This is because the bonding property is deteriorated and a bonding failure occurs at the time of die bonding. Preferably, it is 0.1 to 0.3% by weight.
[0015]
【Example】
[Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 and 2]
A brazing filler metal was melted in an air melting furnace using Zn ingot, Al ingot, Mg ingot, metal Ge and P (all of the above raw materials had a purity of 99.9% by weight). The melted brazing material was chemically analyzed, and the results are shown in Table 1.
[0016]
The wettability of the melted brazing material was evaluated as follows. (1) preparing a brazing material bath held in a nitrogen stream at 400 ° C .; (2) immersing the Ni-plated copper piece and the copper piece in the bath for 5 seconds, and taking out and observing the copper piece; (3) When the brazing material spreads wet on the Ni-plated surface and copper surface of the copper piece taken out, it is evaluated as “good”, and when it does not spread, it is evaluated as “bad”. Table 1 shows the results of the above evaluation.
[0017]
[Table 1]

[0018]
From Table 1, it can be seen that the brazing materials of the examples have good wettability to Cu and Ni, are suitable for high-temperature soldering in assembling electronic components and mechanical components, and can be widely applied. Understand.
[0019]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to improve the wettability of a conventional Zn-based solder alloy and provide a brazing filler metal that can substitute for Pb solder.

Claims

Ｇｅを２〜９重量％、Ａｌを２〜９重量％、Ｐを０．００１〜０．５重量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温ろう材。A high-temperature brazing material comprising 2 to 9% by weight of Ge, 2 to 9% by weight of Al, 0.001 to 0.5% by weight of P, and the balance of Zn and unavoidable impurities.

Ｇｅを２〜９重量％、Ａｌを２〜９重量％、Ｍｇを０．０１〜０．５重量％Ｐを０．００１〜０．５重量％、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる高温ろう材。2-9% by weight of Ge, 2-9% by weight of Al, 0.01-0.5% by weight of Mg, 0.001-0.5% by weight of P, the balance being Zn and unavoidable impurities .

請求項１、２記載のろう材からなることを特徴とする半導体装置の接着部。An adhesive portion for a semiconductor device, comprising the brazing material according to claim 1.