WO2005020315A1

WO2005020315A1 - 素子接合用基板、素子接合基板及びその製造方法

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Publication number: WO2005020315A1
Application number: PCT/JP2004/011775
Authority: WO
Inventors: Hiroki Yokoyama; Yasuko Takeda; Reo Yamamoto
Original assignee: Tokuyama Corporation
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2005-03-03
Also published as: DE602004029915D1; JP4979944B2; EP1672685A1; US7459794B2; CN1842907A; EP1672685B1; CN100423217C; JPWO2005020315A1; KR100825354B1; US20070001315A1; KR20060086353A; EP1672685A4

Abstract

　本発明の目的は、ハンダ層付きセラミックス基板において環境問題が懸念されているＰｂを含むＳｎ−Ｐｂ共晶ハンダと同等の融点や接合強度を満たすＰｂフリーハンダ層付きセラミックス基板を提供することである。　本発明の素子接合用基板は、電極層を有する基板と該電極層上に形成されたハンダ層とからなる素子接合用基板であって、該ハンダ層が（１）（i）Ｓｎ、（ii）Ｓｎ及びＡｕ又は（iii）Ｉｎからなる基本金属と、（２）Ｂｉ、Ｉｎ（基本金属がＳｎ、又はＳｎ及びＡｕであるときに限る）、Ｚｎ、Ａｕ（基本金属がＩｎであるときに限る）及びＳｂからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属と、（３）Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ及びＰｔからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属と、を含んでなるＰｂフリーハンダ層であり、該ハンダ層の厚さが１～１５μｍ、表面粗さ（Ｒａ）が０．１１μｍ以下である素子接合用基板である。

Description

明細書

素子接合用基板、素子接合基板及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、素子を接合、固定するための素子接合用基板、該基板に素子が接合された素子接合基板及びその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 携帯電話や光通信などの普及に伴い高周波帯域で作動する高出力'高消費電力の GaAs系 FET、 Si— Ge系 HBT、 Si系 MOSFETあるいは GaN系レーザーダイォードなどの半導体素子実装用基板としては、高周波の誘電損失が少ないという理由力もセラミックス基板が使用されている。セラミックス基板の中でも窒化アルミニウム焼結体基板は、熱伝導率が高く熱膨張係数が半導体素子に近いという優れた特徴を有しているため、特に注目されている。

通常、窒化アルミニウム焼結体等のセラミックス基板上に素子を接合する場合には、メタライゼーシヨンによりセラミックス基板に強固に接合した第一、及び第二下地金属層を形成した後、該下地金属層上に金等の貴金属からなる電極層を形成し、該電極層に素子をノ、ンダ付けするのが一般的である。このような素子のハンダ付け法としては、効率性の観点カもリフロー法が採用されることが多ぐそのために基板の電極層上には素子を接合するための特定パターンのハンダ層を予め形成しておく必要がめる。

[0003] 近年の半導体装置の高集積ィ匕に伴い、このようなリフロー法用基板の基板上に形成されるハンダ層も薄膜技術を用いて微小領域に高精度に形成される必要があり、該ハンダ層は、溶融時に所期のハンダ組成となるように各種金属薄膜層を順次積層して形成されるのが一般的である。以下、このようなハンダ層を「薄膜積層ハンダ層」といい、電極層上に該薄膜積層ハンダ層が形成されたセラミックス基板を「薄膜積層ハンダ層付きセラミックス基板」と、う。

このような薄膜積層ハンダ層付きセラミックス基板におけるハンダ層としては、 Au— Sn系の薄膜積層ハンダ層が形成された基板 (特許文献 1参照）、融点が 183°Cの Sn —37重量％Pb共晶ハンダ或いはこれに微量の異種金属を添加したノ、ンダ（以下、総称して Sn— Pb共晶ハンダともいう。 )を溶融時に与える薄膜積層ハンダ層が形成された基板等が知られている（特許文献 2参照)。上記 Sn-Pb共晶ハンダは、電子工業用ハンダとして最も一般的なもので広く普及しており、薄膜積層ハンダ層（例えば図 1 2に示す Pb層と Sn層を交互に積層したノヽンダ層）であつても高ヽ接合強度で素子を接合することができる。

[0004] 一方、近年、鉛の有害性が問題となり鉛成分を含まな、所謂 Pbフリーハンダが用いられるようになってきている。 Pbフリーハンダとしては、 Sn— Pb共晶ハンダの代替という観点カも該ハンダと同等の融点を持つものが望まれており、そのような Pbフリーハンダとしては、 Sn— Zn— In系ハンダ（特許文献 3)および Sn— Ag— Bi系ハンダ（特許文献 4参照）が知られている。し力しながら、これらのハンダは予め所定の組成を持つように調製された合金ハンダであり、上記したような薄膜積層ハンダ層とした例は知られていない。なお、本明細書では便宜上、このような予め所定の組成に調整された合金ハンダカゝらなるハンダ層を「合金ハンダ層」と呼び、前述した薄膜積層ハンダ層と区別する。

特許文献 1：特開 2002— 373960号公報

特許文献 2：特開平 5— 186884号公報

特許文献 3 :特開平 7 - 155984号公報

特許文献 4:特開 2003— 200288号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 薄膜積層ハンダ層付きセラミックス基板にぉ、ても Pbフリー化は重要な技術課題であり、 Sn— Pb共晶ハンダを溶融時に与える薄膜積層ハンダ層から Pbフリーの薄膜積層ハンダ層への転換が望まれて、る。

しカゝしながら、薄膜積層ハンダ層は溶融した状態で層全体が所定のハンダ組成となるため、合金ハンダ層の場合とは異なりその性能は層構造に大きく影響を受ける（この点は、後述する実施例と比較例との対比からも明らかである)。例えば、合金ハンダ層では高い接合強度が得られても、溶融時にその合金ハンダ層と同一組成を与えるように形成された薄膜積層ハンダ層では十分な接合強度が得られなヽことも多ヽ。また、 Sn— Pb共晶薄膜積層ハンダ層を有するセラミックス基板に素子を接合するプロセスは完成されており、 Sn— Pb共晶薄膜積層ハンダ層から Pbフリーの薄膜積層ハンダ層への移行に際しては、 Sn— Pb共晶薄膜積層ハンダ層を用いた時と同等の接合強度が得られることは勿論、プロセス上の大きな変更を伴わな、ことが望まれて、る。そして、この要望を満足するためには、採用される Pbフリーの薄膜積層ハンダ層の融点は 170— 230°C、好ましくは 180— 200°Cであることが必要である。

[0006] 本発明は、このような要求を満足する Pbフリーの薄膜積層ハンダ層を有する素子接合用基板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

[0007] 本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を行なった。その結果、 Auを含有する Sn系ハンダ等の Pbフリーハンダに Biや In等の金属を添加することにより Sn— Pb共晶ハンダとほぼ同等の融点とすることができるという知見を得るに至った。しかしながら、これら金属を添加した薄膜積層ハンダ層には素子をハンダ付けした場合の接合強度が低いという問題があることが判明した。そして、このような問題を解決すべく更に検討を行なったところ、 Ag等の特定の金属を添加することによって高、接合強度力 S得られる場合があることと、接合強度は薄膜積層ハンダ層表面の表面粗さの影響を強く受け、該表面粗さが特定の値より小さい場合には高い接合強度が得られることを見出すとともに、表面粗さがこの条件を満たすようなハンダ層を安定して形成する方法を見出すことに成功し、本発明を完成するに至った。

[0008] 即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。

[1] 電極層を有する基板と該電極層上に形成されたハンダ層とからなる素子接合用基板であって、

該ハンダ層が、

(1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属と、

(2) Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る)及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属と、

(3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属と、を含んでなる Pbフリーハンダ層であり、

該ハンダ層の厚さが 1一 15 m、表面粗さ（Ra)が 0. 11 m以下である素子接合用基板。

[2] 前記ハンダ層が、

(1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属層と、

(2) Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る)及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる 1 以上の低融点化金属層と、

(3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる 1以上の表面平滑化金属層と、を含み、

該低融点化金属層の各々が該表面平滑ィ匕金属層の何れかと隣接して、る [1]に記載の素子接合用基板。

[3] 電極層を有する基板の該電極層上に、

(1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属と、

(3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属とを含んでなる、

厚さが 1一 15 /ζ πι、表面粗さ（Ra)が 0. 11 m以下の Pbフリーハンダ層を形成するハンダ層形成工程を含んでなる [1]又は [2]に記載の素子接合用基板を製造する方法であって、

該ハンダ層形成工程が、前記基本金属からなる層を形成する工程と、 Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る）及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる低融点化金属層を形成する工程と、 Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1 種の金属力なる表面平滑ィ匕金属層を形成する工程と、をそれぞれ 1以上含み、該低融点化金属層を形成する工程の直前および Zまたは直後には該表面平滑ィ匕金属層を形成する工程の何れかが行われる素子接合用基板の製造方法。 [4] 電極層を有する基板の該電極層上に、遷移金属からなる接着層を形成する接着層形成工程と、

該接着層上に、

(1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属と、

厚さが 1一 15 /ζ πι、表面粗さ（Ra)が 0. 11 m以下の Pbフリーハンダ層を形成するハンダ層形成工程とを含んでなる [1]又は [2]に記載の素子接合用基板を製造する方法であって、

該ハンダ層形成工程が、前記基本金属からなる層を形成する工程と、 Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る）及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる低融点化金属層を形成する工程と、 Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1 種の金属力なる表面平滑ィ匕金属層を形成する工程と、をそれぞれ 1以上含み、該低融点化金属層を形成する工程の直前および Zまたは直後には該表面平滑ィ匕金属層を形成する工程の何れかが行われる素子接合用基板の製造方法。

[5] [1]又は [2]に記載の素子接合用基板のハンダ層上に、電極を有する素子を当該電極が前記ハンダ層に接触するように載置した後にリフローハンダ付けする素子接合基板の製造方法。

[6] [5]に記載の方法で製造される素子接合基板。

発明の効果

本発明の素子接合用基板によれば、有害性が懸念されている Sn— Pb共晶ハンダを用いること無ぐ半導体素子の接合が可能となる。また、本発明の素子接合用基板で用いられるハンダは、融点が Sn— Pb共晶ハンダと同程度であるため、従来の Sn— Pb共晶ハンダを用いたリフロープロセスを大きく変更する事無く適用でき、半導体素子を低温で高接合強度にハンダ付けすることが可能となる。特に基板として表面に電極層が形成された窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス基板を用いたものは、このような特長に加えて高周波の誘電損失が少ないば力りでなぐ使用時に発生する熱を放熱する放熱特性が良好であるという特長を併せ持つ非常に優れた素子接合用基板である。

さらに、本発明の製造方法によれば、上記のような優れた素子接合用基板を効率よく製造することが可能である。

発明を実施するための最良の形態

[0010] 本発明の素子接合用基板は、電極層を有する基板と該電極層上に形成されたノヽンダ層とからなる素子接合用基板であって、該ハンダ層力 (1) (i) Sn、（ii) Sn及び A u又は（iii) Inからなる基本金属と、（2) Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る）及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属と、（3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属と、を含んでなる Pbフリーハンダ層であり、該ハンダ層の厚さが 1一 15 /ζ πι、表面粗さ (Ra)が 0. 11 m以下である素子接合用基板である。

本発明における「電極層を有する基板」は、その表面の一部又は全面に電極として機能する貴金属カゝらなる電極層が形成された基板であれば特に限定されないが、半導体素子を接合して使用した時の高周波の誘電損失が少ないという観点から、窒化アルミニウム、アルミナ、 SiC等のセラミックス基板又は Si基板、特に表面粗さ Raが 0. 05 μ m以下で Rmaxが 0. 2 μ m以下であるセラミックス基板上にメタライゼーシヨンにより貴金属電極層を形成したメタライズ基板を用いるのが好適である。電極層を構成する貴金属としては、 Au、 Ag、 Pd、 Pt等を挙げることができる力導通抵抗が極めて低ヽ Auを使用するのが好適である。

[0011] これらメタライズ基板においては、前記したように貴金属電極層は、セラミックス基板に強固に接合した下地金属層上に直接又は間接的に形成されるのが一般的であり、例えばアルミナ基板にぉ、てはアルミナグリーンシート上にタングステン又はモリブデン等の高融点金属ペーストからなる電極パターンを印刷し、該パターンをグリーンシートと同時焼結した後に、必要に応じて高融点金属層上にニッケル層を形成し、更にその上に金等の貴金属電極層を形成したものが好適に使用できる。また、窒化ァルミ-ゥムを主成分とするセラミックス基板にぉ、ては、（0窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加して成形した後に焼結した基板の表面にスパッタリング法等により基本的に電極パターンと同一形状のチタンを主成分とする金属層（第一下地層）を形成した後に該第一下地層上に同じくスパッタリング法等により白金を主成分とする層を形成しこれを電極層としたメタライズ基板、 GO該白金層を第二下地層とし、さらにその上にスパッタリング法等により金等の電極層を形成して得たメタライズ基板が好適に使用できる。本発明の素子結合用基板においては、素子を接合して使用した時に発生する熱を放熱する放熱特性が良好であると、う観点から、上記 (0又は GOの様にして得られる窒化アルミニウム系メタライズ基板を用いるのが特に好適である。

[0012] 本発明におけるハンダ層の厚さは 1一 15 /z mであり、素子の精密接合および接合強度の観点から 2— 8 μ mが好適である。ハンダ層の厚さが: L m未満の場合には十分な接合強度が得られないことがあり、 15 mを超える場合にはハンダ量が多すぎるために接合後にハンダが素子の側面や上面（半導体素子においては発光面ともなる）を遮る不具合が生じることがある。

本発明におけるハンダ層の表面粗さ（Ra)は 0. 11 μ m以下であり、好ましくは 0. 0 6 μ m以下、特に好ましくは 0. 05 μ m以下である。このようなハンダ層の表面粗さ（R a)であれば、素子をノ、ンダ付けした際に高い接合強度が得られるが、 0. 11 mを超える場合には高い接合強度が得られないことがある。さらに、接合強度はハンダ層の表面形状にも敏感であり、 Raが上記範囲であることに加えて Rmaxは 0. 90 m以下が好適であり、 0. 55 m以下であればより好適である。

[0013] ここで、表面粗さ (Ra)とは、測定範囲の中心面を基準にした表面凹凸の算術平均値であり、表面の凹凸の形や大きさを数値ィ匕して表すパラメータの一つである。 Rma Xとは、表面の最高位点と最下位点の高さの差である。

本発明にお、て、表面粗さ (Ra)および Rmaxの測定は AFM (原子間力顕微鏡)を用いて行う。 AFMは、原子レベル（ Aオーダー）の分解能で 3次元的に試料の表面微細形状を計測でき、得られた 3次元プロファイルを画像処理することにより、正確な表面粗さ（Ra)および Rmaxを知ることができる。

基本金属（base metal)は、ハンダの基本となる金属であり、基本的な融点を決定し更に基本的な接合強度を発現させる成分である。基本金属としては、（i) Sn、 (ii) Sn 及び Au又は (iii) Inが使用できるが、接合後の信頼性が高、と、う理由から (i) Sn又は (ii) Sn及び Auを使用するのが好適である。

[0014] 前記ハンダ層における基本金属の含有量は、ハンダ層の総重量を基準として 10— 95重量％、特に 34— 90重量％であるのが好適である。なお、基本金属として（ii) Sn 及び Auを使用する場合における両者の含有割合は基本金属の総重量を基準として Snが 80— 99重量％であり Auが 1一 20重量％であるのが好適であり、特に接合強度の観点から Snが 87— 97重量％であり Auが 3— 13重量％であるのが最も好適でめる。

低融点化金属は、ハンダ層の融点を低下させる機能を有する。低融点化金属は、 Bi、 In、 Zn、 Au及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属である。但し、低融点化金属として Inが使用されるのは基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限られ、低融点化金属として Auが使用されるのは基本金属が Inであるときに限られる。低融点化金属としては、全ての基本金属に対して融点低下効果が高いという理由カゝら Biを使用するのが好適である。また、基本金属が Sn、又は Sn及び Auである場合には Biの他に Inも同様の理由力も好適に使用できる。 Inについては、低融点化効果だけでなく、それ自体が柔らか!/、ため接合時の緩衝効果が高、と、う利点もある

[0015] 低融点化金属の含有量は、ハンダ層の融点及び密着強度の観点から、ハンダ層の総重量を基準として 0. 1— 30重量％、特に 3— 16重量％であるのが好適である。このような低融点化金属の含有量であれば、ハンダ層の融点は 170— 230°C、好ましくは 180— 200°Cとすることができる。低融点化金属の含有量が少ないとハンダ層の融点が高くなる傾向があり、上記した範囲を下回るとハンダ層の融点が 230°Cを越えるケースが多くなる。

表面平滑化金属は、ハンダ層の表面を平滑化する機能を有する。表面平滑化効果が高ぐし力も融点を低下させる効果もあることから表面平滑ィ匕金属としては Agを使用するのが好適である。

表面平滑化金属の含有量は、その平滑化効果の観点からハンダ層の総重量を基準として 4. 9一 60重量％、特に 7— 50重量％であるのが好適である。

[0016] なお、当該ハンダ層は必要に応じて、ハンダ層の総重量を基準として 20重量％未満、より好ましくは 10重量％未満であれば、 Ga、 Pd、 P、 Mn、 Cr、 Ti、希土類等の成分を含んでいてもよい。

上記のような特性のハンダ層を有する本発明の素子接合用基板は、高接合強度の素子ハンダ付けを 170— 230°Cの温度範囲で行なうことが可能であり、従来の Sn— P b共晶ハンダ用リフロープロセスを大きく変更する事無く適用できる。

本発明におけるハンダ層に含まれる上記各種成分の存在形態は特に限定されない。すなわち、当該ハンダ層は、たとえば前述した薄膜積層ハンダ層であっても合金ハンダ層であってもよいが、微細なパターンのハンダ層を高精度で形成できるので、薄膜積層ハンダ層であることが好ましヽ。薄膜積層ハンダ層を形成する方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、蒸着法、 CVD法、メツキ法が好適である。

[0017] 本発明におけるハンダ層が薄膜積層ハンダ層である場合、当該ハンダ層は（1) (0 Sn、（ii) Sn及び Au又は（iii) Inからなる基本金属層と、（2) Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属力 nであるときに限る）及び S bからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる 1以上の低融点化金属層と、 ( 3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる 1以上の表面平滑化金属層と、を含み、該低融点化金属層の各々が該表面平滑ィ匕金属層の何れかと隣接しているのが好ましい。なお、前記基本金属層が Sn及び Au からなる場合、当該基本金属層は Snと Auとを同時蒸着して形成するような均一組成の単層構造であっても、 1又は 2以上の Sn層と 1又は 2以上の Au層とを含む複層構造であってもよい。更に、前記した Ga、 Pd、 P、 Mn、 Cr、 Ti、希土類等の任意成分は基本金属層を形成する際に導入することができる。

[0018] 低融点化金属層が表面平滑ィ匕金属層と隣接している層構造としては、低融点化金属層の上に表面平滑化金属層が存在する層構造、低融点化金属層の下に表面平滑化金属層が存在する層構造、低融点化金属層の上下に表面平滑化金属層が存在する層構造の 3種類が挙げられる。低融点化金属層の上に表面平滑ィ匕金属層が存在する層構造では、薄膜積層ハンダ層形成の際、表面平滑化金属層以外の層（Pbフリーハンダの層など）の上に低融点化金属層が形成される。このとき形成された低融点化金属層は一部が凝集し、きれいな連続層とならずに表面が荒れてしまうが、その上にさらに表面平滑ィ匕金属層が形成される際に、恐らく低融点化金属と表面平滑化金属の相互作用によるものと思われるが、表面の荒れは修復され平滑な表面が形成される。

[0019] 低融点化金属層の下に表面平滑ィ匕金属層が存在する層構造では、薄膜積層ハンダ層形成の際、低融点化金属層は表面平滑化金属層の上に形成される。形成された低融点化金属層は、凝集は多少起こるが、平滑な連続層になる。

低融点化金属層の上下に表面平滑ィ匕金属層が存在する層構造では、薄膜積層ハンダ層形成の際、低融点化金属の凝集は最も起こりにくぐ低融点化金属層は平滑性の高い連続層になる。

上記のように、ハンダ層に含まれる低融点化金属層が表面平滑化金属層と隣接していれば、低融点化金属層は、表面が平滑な連続層となる力、一時的に凝集して不連続な層になつてもさらに上に積層される表面平滑化金属層によって修復されて平滑な表面を与える。したがって、最終的に得られるハンダ層は表面平滑性の高いものとなり、素子接合の際に大きな接合力を発揮する。中でも、低融点化金属層の上下に表面平滑化金属層が存在する層構造が、最も平滑性が高く接合力が大きいハンダ層を与えるので特に好まし、。

[0020] 一方、低融点化金属層が表面平滑ィ匕金属層の何れとも隣接していない場合、該低融点化金属層は、薄膜積層ハンダ層形成の際に凝集し、修復されることもないので、最終的に得られるハンダ層の表面平滑性は低くなり、素子接合の際に大きな接合力が得られなくなることがある。その結果 170— 230°Cの温度範囲のハンダ付けを高接合強度で行うことができなくなる場合がある。

なお本発明の素子接合用基板において、電極層を有する基板とハンダ層との間に、該電極層側力順に該電極層を構成する貴金属以外の貴金属力なる層（たとえば Pt)及び遷移金属からなる接着層（たとえば Ti)が存在して、てもよ、。

次に、上記した特定の層構造を有するハンダ層の好ましい実施態様を以下図面を参照しながら具体的に説明する。

[0021] 例えば、図 1に示すような表面平滑ィ匕金属層 500、基本金属層としての金含有量 1 0重量％の金-錫合金 (AulO-Snと略記することもある）層 501、 Bi等の低融点化金属層 502、表面平滑化金属層 503および AulO— Sn層 504がこの順番で積層された構造;図 2に示すような表面平滑化金属層 500、低融点化金属層 511、表面平滑ィ匕金属層 512および AulO— Sn層 513がこの順番で積層された構造；或いは図 3に示すような表面平滑化金属層 500、低融点化金属化層 521及び AulO - Sn層 522がこの順番で積層された層構造が好適である。

これら態様にぉ、て、各層の厚さは全体の組成を考慮して適宜決定すればょヽが、図 1に示す態様においては、基板に近い側に位置する AulO— Sn層 501は遠い側の AulO— Sn層 504の厚さの 1Z32— 1Z2であるのが好適である。

[0022] ハンダ層内で最も下層に位置する表面平滑化金属層 500の厚さはコストパフォーマンスの観点から、 0. 1一 5 μ m、特に 0. 2— 3 μ mであるのが好適である。該層の厚さ力 O. 1 μ m未満だと表面平滑化効果が低ぐまた 5 μ m以上としてもその効果は 0. 2-3 μ mのときと殆ど変わらない。該表面平滑ィ匕金属層は Ag力もなるのが好適である。

本発明の素子接合用基板の製造方法は特に限定されず、例えば電極層を有する基板の該電極層上に上記組成のハンダ層を形成した後に、その厚さと表面粗さが前記条件を満足するようにハンダ層表面を研磨することによって得ることもできるが、簡便且つ高歩留まりで再現性よく素子接合用基板を得ることができるという理由力次のような方法 (本発明の製造方法)を採用するのが好適である。すなわち、電極層を有する基板の該電極層上に、 ( 1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属と、（2) Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る)及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属と、 ( 3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属とを含んでなる、厚さが 1一 15 μ m、表面粗さ（Ra)が 0. 11 μ m以下の Pbフリーハンダ層を形成するハンダ層形成工程を含んでなる素子接合用基板を製造する方法であって、該ハンダ層形成工程が、前記基本金属からなる層を形成する工程と、 Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る）及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる低融点化金属層を形成する工程と、 Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力なる表面平滑ィ匕金属層を形成する工程と、をそれぞれ 1以上含み、該低融点化金属層を形成する工程の直前および Zまたは直後には該表面平滑化金属層を形成する工程の何れかを行う方法を採用するのが好適である。

[0023] また、前記製造方法にお!、て、電極層を有する基板の該電極層上に当該ハンダ層を直接形成するのではなぐ電極層を有する基板の該電極層上に、遷移金属からなる接着層を形成し、該接着層の上に当該ハンダ層を形成してもよい。

本発明の素子接合用基板に半導体素子等の素子を接合する方法は特に限定されず、公知のハンダ付け法が限定なく採用できるが、精度よい接合を効率的に行なうことができるという理由より、本発明の素子接合用基板のハンダ層上に電極を有する素子を当該電極が前記ハンダ層に接触するように載置した後にリフローハンダ付けするのが好適である。なお、リフローハンダ付け（リフローソルダリング）とは、基板の所定のランド上、又は部品電極、あるいはその両方に予めハンダを供給しておき、部品を基板上の所定の位置に固定した後に、ハンダを溶かし (フローさせ)て、部品と基板との接合を行なう方法である。上記方法において、ハンダをリフローさせる方法は特に限定されずリフローコンペャを利用する方法、熱板を用いる方法、ベーパーリフロー法等が採用できる。また、加熱温度や加熱時間は用いるハンダの種類に応じて適宜決定すればよいが、本発明の素子接合用基板を用いた場合には、 Sn - Pb共晶薄膜積層構造ノヽンダパターンを有するセラミックス基板に素子を接合する時とほぼ同じ温度、具体的には 170— 230°C、より好適には 180— 200°Cで良好なハンダ付けを行なうことが可能である。

[0024] ハンダ付けする「素子」としては、ハンダにより接合可能な金属等から成る電極を有する素子が用いられる。具体的には、他の電気的な配線に直接接続できる電極を有する抵抗やキャパシタ等の電気的な部品及び半導体素子が挙げられる。半導体分野で一般に用いられる素子にぉ、ては、上記電極は金で構成されて、るものが多!ヽ力これに限定されない。なお、ハンダ層内の最下層が表面平滑化金属層である場合、上記素子接合方法におヽてハンダ層を加熱溶融した際に、当該表面平滑化金属は溶融したハンダ層全体に拡散する。このとき必ずしも当該表面平滑化金属層を構成する表面平滑化金属の全てが拡散するとは限らず、当該平滑化金属層の底面近傍では層状に表面平滑化金属が残ることもある。

<実施例 >

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例 1

図 1に示すような構造の素子接合用基板を、以下の様にして作製した。なお図 1は、代表的な本発明の素子接合用基板 101の断面図であり、窒化アルミニウム焼結体基板 201上に、 Tiを主成分とする第 1下地層 202、白金を主成分とする第 2下地層 2 03、及び金電極層 204がこの順番で積層された基板 200の金電極層上に、ハンダ流れ出し防止用 Pt層 301、 Tiを主成分とする密着層 401、並びに第一 Ag層 500、第一 AulO— Sn層 501、 Bi層 502、第二 Ag層 503および第二 AulO— Sn層 504がこの順番で積層されてなるハンダ層 509が積層された構造を有する。

先ず、窒化アルミニウム焼結体基板 0. 8mm X 50. 8mm X O. 3mmt、表面粗さ Ra=0. 02 m、 Rmax=0. 179 m (株）トクャマ製 }の表面にスパッタリング装置を用いてスパッタリング法により厚さ 0. 06 /z mの Tiを主成分とする第 1下地層、厚さ 0 . 2 mの白金を主成分とする第 2下地層、及び厚さ 0. 6 μ mの金電極層を順次形成した。次いで、フォトリソを用いてハンダ流れ出し防止用のパターユングを行い、スパッタリング法を用いて Ptを 0. 25 /z m成膜した。さらにフォトリソを用いてハンダパターユングを行い、真空蒸着装置を用いて上記ハンダ流れ出し防止用の Pt上に、厚さ 0 . 06 _iu mの密着層Ti及びl. 5 _iu mのAg層を形成し、引続きターゲットとして Au及び Snを用いた二元同時蒸着法により、金含有量が 10重量％の Au— Sn合金 {融点 217 °C及びヤング率 45. 0GPa (at25°C) }力成る厚さ 1. 0 /z mの Au— Sn層を形成し、次いで Bi層を 0. 33 m、Ag層を 0. 2 m、最後に Au及び Snを用いた二元同時蒸着法により、金含有量が 10重量％の Au— Sn層を 2. 成膜し、本発明の素子接合用基板 (No. 1)を作製した。

[0026] このようにして得た素子接合用基板のハンダ層の表面粗さを測定したところ、 Ra = 0. 058 μ m、 Rmax=0. 689 μ mであった。なお、表面粗さの測定は、 Digital Ins truments社製 Contact AFM NanoScopelllを用い次のようにして行なった。即ち、本発明の素子接合用基板のハンダ層形成面と反対側に両面テープを貼り、直径 12mm φのスチール製円板に固定後、該円板をピエゾ 'スキャナの上部にマグネット方式で固定し、探針を付けたカンチレバーをノヽンダ層表面に接触させた。カンチレバ一は、表面の凹凸に直接応答して変位するが、その変位を『光てこ方式』により測定した。尚、カンチレバーは、 V字型の Si N製で、かつ、パネ定数 0. 12NZm、探針

3 4

高さ、曲率半径 5— 40nm、 lZ2Corn Angle35° 、先端形状が四角錐のものを使用した。測定前に除電ブロアをかけ、基板表面の静電気による影響をできる限り少なくした。また、測定範囲は 20 m四方、測定視野数は素子接合用基板 1チップにっき 3視野とした。測定後、 NanoScopelllのソフトウェアを利用し、測定した 3 次元プロファイルの画像処理を行うことにより、 Ra、 Rmaxを計算し、 3視野の平均値を算出した。尚、本発明で Raは、測定範囲の中心面を基準にした表面の平均値であり、式（1)により計算されるものである。また、 Rmaxは、表面の最高位点と最下位点の高さの差である。

Ra = F (l, L L ) 1 (0, L , 1 (0, L | f (x, y) | dx) dy) (1)

X Υ

尚、 f (χ, y)は中心面を基準にした表面、 L 法を表す。

X、 Lは、表面の寸

Y

[0027] 次に、このようにして作製した素子接合用基板のハンダ層上に Au電極を有する Ga - As製の半導体素子を載置し、ダイボンダ一装置を用いて 220°Cで 180秒接合し、素子接合基板を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、ダイシェアテスタ (IMADA社製）により接合強度を測定したところ、平均接合強度は 3. lkgf/m m²であり、剥離モードは全て半導体素子内であった。なお、本実施例及び比較例におけるハンダ層の融点はセイコーインスツルメンッ株式会社製 TGZDTA装置 SSC 5200を用いて DTA測定により決定した。

また、 Bi層、金含有量が 10重量％の Au— Sn層（Aul0—Sn層）、 Ag層の膜厚を表 1に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 2— 8を製造し、同様に表面粗さ及び接合強度の測定を行なった。その結果を併せて表 1に示す。

[0028] なお、剥離モードが「半導体素子内」であるということは半導体素子の破壊によって剥離したことを意味し、「ハンダ層内」とはハンダ層の破壊によって剥離したことを意味する。なお、半導体素子の破壊は 2. 5kgfZmm²以上で起こる。一般に、信頼性の観点から、剥離モードが「ノヽンダ層内」である場合には、平均接合強度は 2. Okgf Zmm²以上である事が望ましいといわれている。また、剥離が半導体素子-ハンダ間で起こる場合には接合の信頼性は低いといえる。また、表 1のハンダ層の組成において Au、 Bi及び Ag以外の成分はすべて Snであるので Snの重量％は省略して!/、る。

[0029] [表 1]

第一第二

Βί層ハンダ層の組成

AgH 第一 Ag層第二 (下記以外の成分は Sn)

(低融点化ノ、

-Sn(i ンダ層

(表面平滑 Au10 - Sn層 (表面平滑 Au10 主な Ra Rmax

No. 金厲暦）の融点

化金属層）の厚み化金属層）の厚み剥離モ

の厚み Au Bi Ag ード (μ m)

(°C)

の厚み ( U m) の厚み {β τη)

( m) (wt¾) (wt¾) (wt%)

(^m) (/ m)

1 1.5 1 0.33 0.2 2.47 5.61 6.71 37.13 180 3.1 半導体素子内 0.058 0.689

2 1.5 1 0.164 0.2 2.636 5.92 3.36 37.39 186 2.9 半導体素子内 0.055 0.659

3 1.5 1 0.501 0.2 2.299 5.30 10.13 36.87 175 半導体素子内 0.053 0.743 施 4 1.5 1 0.675 0.2 2.125 4.98 13.55 36.60 168 3.3 半導体素子内 0.058 0.721 例 5 1.5 0.077 0.33 0.2 2.393 5.61 6.71 37.13 180 2.8 半溝体素子内 0.056 0.681

1 6 1.5 1.235 0.33 0.2 1.235 5.61 6.71 37.13 180 2.2 ハンダ層内 0.057 0.711

7 1.5 1 0.348 0.81 1.842 D.OO 182 2.1 ハンダ層内 0.061 0.744

8 0.2 1 0.33 0.2 2.47 7.39 9.38 12.20 181 3.2 半導体素子内 0.052 0.672

9 1.5 3.47 0.33 0.2 5.61 6.71 37.13 180 3.1 半導体素子内 0.044 0.390

10 1.5 3.636 0.164 0.2 5.92 3.36 37.39 186 2.8 半導体素子内 0.047 0.516 実

11 1.5 3.299 0.501 0.2 - 5.30 10.13 36.87 175 2.9 半導体素子内 0.041 0,418 施

12 1.5 3.125 0.675 0.2 4.98 13.55 36.60 168 3 半導体素子内 0.039 0.466 例

13 1.5 3.13 0.34 0.4 5.11 6.99 41.89 179 3.7 半導体素子内 0.048 0.432

2

14 l.o 2,842 0.348 0.81 4.44 6.85 48.73 185 2.3 ハノタ feR U.UJJ 0.364

15 0.2 3.47 0.33 0.2 7.39 9.38 12.20 179 3.4 半導体素子内 0.044 0.452 実 16 1.5 3.67 0.33 6.00 6.80 33.14 185 3.2 半導体素子内 0.101 0.807 施 17 1.5 3.836 0.164 6.32 3.40 33.37 193 2.8 半導体素子内 0.106 0.898 例 18 1.5 3.508 0.492 5.70 10.06 32.91 182 3 半導体素子内 0.104 0.902 3 19 1.5 3.336 0.664 5.38 13.48 32.68 176 2.9 半導体素子内 0.107 0.986 比

較 20 1.5 1.735 0.33 0.2 1.735 5.61 導体素子

6.71 37.13 半

185 0.7 0.120 1.060 例ハンダ層間

1

卟

実施例 2

ハンダ層の構造を図 2の 510に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 0. 33 /ζ πι Βϋϊ511、）ϊ^0. 2 mの第二 Ag層 512および厚さ 3. の第一 AulO-Sn層 513がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合用基板を作製し、接合温度を実施例 1と同様にして素子接合基板 (No. 9) を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra=0. 044 m、 Rmax=0. 390 mであり、平均接合強度は 3. lkgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。また、 Bi層、 AulO— Sn層、 Ag層の厚さを表 1に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 10— 15を製造し、同様に接合強度の測定を行なった。その結果を併せて表 1に示す。

[0030] 実施例 3

ハンダ層の構造を図 3の 520に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 0. 33 mの Bi層 521、および厚さ 3. 67 mの第一 AulO— Sn層 522力 ^この川頁番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合基板 (No. 16)を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra = 0. 101 μ m、 Rmax=0. 807 μ mであり、平均接合強度は 3. 2kgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。また、 Bi層、 AulO— Sn層の厚さを表 1に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 17— 19を製造し、同様に接合強度の測定を行なった。その結果を併せて表 1 に示す。

[0031] 実施例 4

ハンダ層の構造を図 4の 530に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 1. の第一 AulO— Sn層 531、厚さ 0. 33 mの In層 532、厚さ 0. の第二 Ag層 533および厚さ 2. 47 μ mの第二 AulO— Sn層 534がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合用基板を作製し、接合温度を実施例 1と同様にして素子接合基板 (No. 21)を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra =0. 049 ^ πι, Rmax=0. 644 mであり、平均接合強度は 2. 5kgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。また、 In層、 AulO— Sn層、第二 Ag層の膜厚を表 2に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 22— 28を製造し、同様に接合強度の測定を行なった。その結果を併せて表 2に示す。

[表 2]

第一第二ハンダ層の組成

In層

Ag層 ¾― (低融化 Ag層第二 (下記以外の成分は Sn) 平均接合ハンダ層

(表面平滑 Aul O- Sn層 (表面平滑 Au l O - Sn層強度

No. 金廛層〉の <¾

化金属層）の厚み化金属層）の厚み (k

の厚みん J In g gf/mm2)

(°C)

の厚み m) m) の厚み (^ ) (_wt%) (_wt%) (η= 10)

( m) m)

21 1.5 1 0.33 0.2 2.47 5,71 5.06 37.79 192 2.5

22 1.5 1 0,164 0.2 2.636 5.97 2.51 37.72 193 2.6 実 23 1.5 1 0.501 0.2 2.299 5.44 7.70 37.86 184 2.2 施 24 1.5 1 0.675 0.2 2.125 5.16 10.39 37,92 179 2.9 例 25 1.5 0.077 0.33 0.2 2.393 5.71 5.06 37.79 188 2.3

4 26 1 .5 1.235 0.33 0.2 1.235 5.71 5.06 37.79 191 2.1

27 1.5 1 0.348 0.81 1.842 1 υ .D 1 91 2.3

28 0.2 1 0.33 0.2 2.47 8.03 7.12 12.51 1 90 2.7

29 1 .5 3.47 0.33 0.2 5.71 5.06 37.79 189 2.7

30 1 .5 3.636 0.1 64 0.2 5.97 2.51 37.72 194 3.1

31 1.5 3.299 0.501 0.2 5.44 7.70 37.86 188 2.6 施

32 1.5 3.125 0.675 0.2 5.16 10.39 37.92 1 80 3.2 例

33 1.5 3.13 0.34 0.4 5.20 5.27 42.66 1 91 2.8 5

34 1.5 2.842 0.348 0.81 4.52 5.16 49.62 194 2.3

35 0.2 3.47 0.33 0.2 8.03 7.12 12.51 191 2.8 実 36 1.5 3.67 0.33 6.1 1 5.12 33.73 197 2.7 施 37 1.5 3.836 0.164 6.38 2.54 33.67 204 2.4 例 38 1.5 3.508 0.492 5.85 7.65 33.79 193 3.1 6 39 1.5 3.336 0.664 5.58 10,34 33.86 188 2.9

実施例 5

ハンダ層の構造を図 5の 540に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 0. 33 mの In層 541、厚さ 0. 2 mの第二 Ag層 542および厚さ 3. 47 mの第一 AulO-Sn層 543がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合基板 (No. 29)を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra = 0. 035 m、 Rm ax=0. 370 /z mであり、平均接合強度は 2. 7kgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。また、 In層、 AulO— Sn層の膜厚を表 2に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 30— 35を製造し、同様に接合強度の測定を行なつた。その結果を併せて表 2に示す。

[0033] 実施例 6

ハンダ層の構造を図 6の 550に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 0. 33 mの In層 551、および厚さ 3. 67 mの第一 AulO— Sn層 552力 ^この川頁番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合基板 (No. 36)を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra = 0. 105 μ m、 Rmax=0. 854 μ mであり、平均接合強度は 2. 7kgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。また、 In層、 AulO— Sn層の膜厚を表 2に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 37— 39を製造し、同様に接合強度の測定を行なった。その結果を併せて表 2 に示す。

[0034] 実施例 7

ハンダ層の構造を図 7の 560に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 0. 33 /ζ πι Βϋϊ561、）ϊ^0. 2 mの第二 Ag層 562および厚さ 3. 47 mの第一 Sn層 563がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合基板 (No. 40)を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra = 0. 044 m、 Rmax=0. 410 /z mであり、平均接合強度は 2. 5kgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。また、 Bi層、 Sn層の膜厚を表 3に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 41— 43を製造し、同様に接合強度の測定を行なった。その結果を併せて表 3に示す。

[表 3]

実施例 8

ハンダ層の構造を図 8の 570に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 0. 33 mの In層 571、厚さ 0. 2 mの第二 Ag層 572および厚さ 3. 47 mの第一 Sn層 573がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合基板 (No. 44)を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra = 0. 046 m、 Rmax=0. 512 /z mであり、平均接合強度は 3. lkgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。また、 In層、 Sn層の膜厚を表 3に示すように変更し、本発明の素子接合用基板 No. 44— 47を製造し、同様に接合強度の測定を行なった。その結果を併せて表 3に示す。

比較例 1

ハンダ層の構造を図 9の 580に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 1. 735 /ζ

）ϊ^0. 33 mの Bi層 582および厚さ 1. 7 35 μ mの第二 AulO— Sn層 583がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合用基板 (No. 20)を作製し、接合温度や条件を実施例 1と同様にして素子接合基板を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra = 0. 120 /z m、 Rmax = 1. 06 /z mであり、平均接合強度は 0. 7kgfZmm²であり、剥離モードは全て半導体素子ーノヽンダ間であった。

比較例 2

ハンダ層の構造を図 10の 590に示されるように、厚さ 1. 5 mの第一 Ag層 500上に厚さ 1. 156 mの第一 AulO— Sn層 591、厚さ 0. 33 mの Bi層 592および厚さ 1 . 156 /z mの第二 AulO— Sn層 593、厚さ 0. 2 /z mの第二 Ag層 594および厚さ 1. 15 6 μ mの第三 Aul0-Sn層 595がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして、素子接合用基板を作製し、接合温度や条件を実施例 1と同様にして素子接合基板を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra=0. 119 ^ πι, Rmax=0. 972 mであり、平均接合強度は 0. 8kgfZmm²であり、剥離モードは全て半導体素子ーノ、ンダ間であった。

[0037] 比較例 3

第一 Ag層を形成せず、更にハンダ層の構造を図 11の 5A0に示されるようにハンダ流れ出し防止用 Pt側力順に厚さ 0. 33 _iu mのBi層5Al、ぉょび厚さ3. 67 mの第一 AulO— Sn層 5A2がこの順番で積層された構造とする他は実施例 1と同様にして素子接合基板を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして表面粗さ及び接合強度を測定したところ、 Ra = 0. 131 m、 Rmax= l. 2 であり、平均接合強度は 0. 4kgfZmm²であり、剥離モードは全て半導体素子ーノヽンダ間であった。

参考例 1

第一 Ag層を形成せず、ハンダ層を図 12に示される Sn— Pbハンダ層 600、即ちハンダ流れ出し防止用 Pt層側から順に厚さ 0. 55 _iu m第ーPb層601、厚さl. 45 /z m の第一 Sn層 602、厚さ 0. 55 /z m第二 Pb層 603、厚さ 1. 45 mの第二 Sn層 604力 S 積層された構造のハンダ層とする他は実施例 1と同様にして、素子接合用基板を作製し、接合温度を実施例 1と同様にして素子接合基板を作製した。同様にして 10個の素子接合基板を作製し、実施例 1と同様にして接合強度を測定したところ、平均接合強度は 3. 4kgfZmm²であり、主な剥離モードは半導体素子内であった。

[0038] なお、実施例 1一 3および比較例 1の素子接合用基板については、断面研磨写真を図 13— 16に、表面粗さの測定 (AFM)の際に得られたハンダ層表面の 3次元画像を図 17— 20に、それぞれ示す。

図面の簡単な説明

[0039] [図 1]実施例 1で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。

[図 2]実施例 2で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。

[図 3]実施例 3で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。

[図 4]実施例 4で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。

[図 5]実施例 5で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。

[図 6]実施例 6で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。

[図 7]実施例 7で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。 [図 8]実施例 8で用いた本発明の素子接合用基板の断面図である。

[図 9]比較例 1で用いた素子接合用基板の断面図である。

[図 10]比較例 2で用いた素子接合用基板の断面図である。

[図 11]比較例 3で用いた素子接合用基板の断面図である。

[図 12]参考例 1で用いた従来の Sn-Pbハンダの素子接合基板の断面図である。

[図 13]実施例 1で用いた素子接合用基板の断面研磨写真である。

[図 14]実施例 2で用いた素子接合用基板の断面研磨写真である。

[図 15]実施例 3で用いた素子接合用基板の断面研磨写真である。

[図 16]比較例 1で用いた素子接合用基板の断面研磨写真である。

[図 17]実施例 1で用いた素子接合用基板のハンダ層表面を AFMにより測定して得られた 3次元画像である。

[図 18]実施例 2で用いた素子接合用基板のハンダ層表面を AFMにより測定して得られた 3次元画像である。

[図 19]実施例 3で用いた素子接合用基板のハンダ層表面を AFMにより測定して得られた 3次元画像である。

[図 20]比較例 1で用いた素子接合用基板のハンダ層表面を AFMにより測定して得られた 3次元画像である。

符号の説明

101— 112 :素子接合用基板

200：表面に金電極層が形成されてなる基板

201：窒化アルミニウム焼結体基板

202 :Tiを主成分とする第一下地層

203： Ptを主成分とする第二下地層

204 :金電極層

301：ハンダ流れ出し防止用 Pt

401： Tiを主成分とした密着層

500：第一 Ag層 (表面平滑化金属層）

509、 510、 520、 530、 540、 550、 560、 570、 580、 590及び 5A0 :ノヽンダ層 501、 513、 522、 531、 543、 552、 581、 591及び 5A2 :第一 AulO— Sn層

502、 511、 521、 561、 582、 592及び 5A1 : Bi層（低融点ィ匕金属層）

503、 512、 533、 542、 562、 572及び 594 :第二 Ag層（表面平滑ィ匕金属層）

504、 534、 583及び 593 :第二 AulO— Sn層

532、 541、 551及び 571 :In層（低融点化金属層）

563及び 573 :第一 Sn層

595第三 AulO— Sn層

600 Sn— Pbハンダ層

601 第一 Pb層

602第一 Sn層

603第二 Pb層

604第二 Sn層

Claims

請求の範囲 [1] 電極層を有する基板と該電極層上に形成されたハンダ層とからなる素子接合用基板であって、該ハンダ層が、 (1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属と、 (2) Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る)及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属と、(3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属と、を含んでなる Pbフリーハンダ層であり、該ハンダ層の厚さが 1一 15 m、表面粗さ（Ra)が 0. 11 m以下である素子接合用基板。 [2] 前記ハンダ層が、 (1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属層と、 (2) Bi、 In (基本金属が Sn、又は Sn及び Auであるときに限る）、 Zn、 Au (基本金属が Inであるときに限る)及び Sbからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる 1 以上の低融点化金属層と、 (3) Ag、 Ni、 Fe、 Al、 Cu及び Ptからなる群より選ばれる少なくとも 1種の金属力もなる 1以上の表面平滑化金属層と、を含み、該低融点化金属層の各々が該表面平滑化金属層の何れかと隣接して!/、る請求項 1に記載の素子接合用基板。 [3] 電極層を有する基板の該電極層上に、

(1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属と、

厚さが 1一 15 /ζ πι、表面粗さ（Ra)が 0. 11 m以下の Pbフリーハンダ層を形成するハンダ層形成工程を含んでなる請求項 1又は 2に記載の素子接合用基板を製造する方法であって、

[4] 電極層を有する基板の該電極層上に、遷移金属からなる接着層を形成する接着層形成工程と、

該接着層上に、

(1) (i) Sn、（ii) Sn及び Au又は (iii) Inからなる基本金属と、

厚さが 1一 15 /ζ πι、表面粗さ（Ra)が 0. 11 m以下の Pbフリーハンダ層を形成するハンダ層形成工程とを含んでなる請求項 1又は 2に記載の素子接合用基板を製造する方法であって、

[5] 請求項 1又は 2に記載の素子接合用基板のハンダ層上に、電極を有する素子を当該電極が前記ハンダ層に接触するように載置した後にリフローハンダ付けする素子接合基板の製造方法。

[6] 請求項 5に記載の方法で製造される素子接合基板。