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発明の名称 ダイボンディング用半田合金
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−121285(P2001−121285A)
公開日 平成13年5月8日(2001.5.8)
出願番号 特願平11−301860
出願日 平成11年10月25日(1999.10.25)
代理人
発明者 清水 寿一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 Snを25〜80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半田合金。
【請求項2】 Snを25〜80重量%含み、さらにGe、Ag、Cu、Inの1種以上を合計で0.1〜6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半田合金。
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Pbを含まない半田合金に関する。
【0002】
【従来の技術】パワートランジスタ等の半導体素子のダイボンディングには半田が用いられているが、この用途に使用される半田は、1)メタライズを施した半導体素子を、めっきを施したリードフレーム上に接合可能なこと。
2)半導体素子から発生する熱を効率よくリードフレームへ逃がせること。
3)ダイボンディングに続くワイヤボンディング工程や樹脂モールド工程において不具合が発生しないこと。
4)組上がった半導体デバイスを配線基板へ実装する際の半田溶融工程において不具合が発生しないこと。
5)半導体デバイスが使用される環境下で半導体素子とリードフレーム間の接合が劣化しないこと。
等の特性を具備している必要がある。そのため従来は、300℃程度の融点を有し、ダイボンディング以降の工程で全く溶融が起らないPb系半田が用いられてきた。Pb−5%Sn半田は、その代表的な合金である。
【0003】しかしながら、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。こうした動きに対応して、半導体素子のダイボンディング用半田合金の分野においても、Pbを含まない半田が求められてきている。
【0004】ところが、Pbを含まない合金の内、Au−20%Sn合金のように300℃付近の融点を有するものは、硬度が高過ぎて半導体素子をリードフレームに接合する際に半導体素子にダメージを与えてしまうのである。また、Sn−3.5%Ag合金のように好適な硬度を有するものは融点が低すぎて、ワイヤボンディング工程でワイヤ接合不良が発生したり、半導体デバイスを配線基板に実装する際の半田溶融工程で半導体素子/リードフレーム間の接合の信頼性が損なわれる等の不具合が発生してしまい、Pbを含まない合金で上記要求特性を満足するようなものは未だ見出されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、係る点に鑑み、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を含まない半田合金を提供することにある。
【0006】
【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、本発明の半田合金は、Snを25〜80重量%(以下、重量%は単に%と記す)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ものである。
【0007】また、更には、Snを25〜80%含み、Ge、Ag、Cu、Inの1種以上を合計で0.1〜6%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ものである。
【0008】
【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。
【0009】第1の発明は、硬度と融点がダイボンディング用の半田合金として好適になるようにZnとSnの濃度範囲を規制したものである。Snを25〜80%としたのは、25%未満では硬度と融点が高いためにダイボンディング時に半導体素子が割れる等の不具合を発生するからであり、逆に80%を越えると融点が低くなりすぎてダイボンディング以降の工程で半田が溶融することに起因した不具合が発生するからである。
【0010】本発明の合金の固相線温度は198℃付近にあり、ダイボンディング以降の工程において半田の一部が溶融するが、Sn濃度を適当な範囲にとることによって、溶融する割合を低く抑えることができ、不具合の発生が抑制される点に本発明の特徴がある。
【0011】なお、本発明の合金を用いる場合は、ワイヤボンディング温度を200℃以下にするのが望ましい。
【0012】第2の発明は、第1の発明にさらにGe、Ag、Cu、Inを添加したものであり、Ge、Ag、Cu、Inは、半田の濡れ性を向上させて半導体素子とリードフレームの接合をより安定に行う効果を有する元素である。Ge、Ag、Cu、Inの1種以上を合計で0.1〜6%としたのは、所定濃度以下では濡れ性の向上効果が不十分だからであり、逆に所定濃度を越えると半田硬度が高くなってダイボンディング時に半導体素子が割れる不具合が発生したり、融点が低くなりすぎてダイボンディング以降の工程で半田が溶融することに起因した不具合が発生するようになるからである。
【0013】
【実施例】純度99.9%以上のZn、Sn、Ge、Ag、Cu、Inを用いて表1に示す組成の合金を大気溶解炉により溶製した。得られた鋳塊は冷間圧延を施すことにより0.1mm厚の板材とし、そこから4mm角の小片を切り出すことにより試料を得た。
【0014】得られた試料の評価は、以下のように行った。
【0015】ダイボンディング性については、半田ダイボンダー(dage社製EDB−200)を用い、Agめっきを施したリードフレームへ、半導体素子としてAu蒸着を施した5mm角のダミーチップをダイボンディングし、不着や割れといった不具合無く接合可能かどうかを調査した。
【0016】ワイヤボンディング工程が正常に行われるかどうかについては、市販の金線とボールボンダー(KAIJO製FB−118)を用い、ダイボンディング後にダミーチップ上の蒸着Al面とリードフレームの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調査した。ワイヤボンディング試験は、ステージ温度200℃で行ない、ワイヤが接合された場合を良、接合されない場合を不良と評価した。
【0017】樹脂モールド工程が正常に行われるかどうかについては、市販のエポキシ樹脂(住友ベークライト社製EME−6300)とトランスファーモールド型モールド機を用い、ダイボンディング後の試料について樹脂モールド試験を実施することにより調査した。樹脂モールド試験は金型温度180℃で行った。
【0018】半導体デバイスを配線基板に実装する際の半田溶融工程後に半導体素子が正常に使用可能かどうかについては、樹脂モールド後の試料に対して270℃10秒の加熱試験を行った。
【0019】また、半導体素子が使用される環境において正常に使用可能かどうかについては、−50℃/150℃1000サイクルの温度サイクル試験、及び温度80℃湿度80%1000時間保持の恒温恒湿試験を施すことにより調査した。
【0020】樹脂モールド工程以降の各試験後の試料については、試料外観及び樹脂を開封して内部観察を行い、半田の染み出し、半田接合部のボイド発生、ダミーチップや樹脂や半田接合部の割れ発生等の不具合が無いかどうかの調査を行い、上記不具合が全く観察されなかった場合を良、不具合がいずれか1つでも観察された場合を不良と評価した。
【0021】表1に上記評価の結果を示した。表1から明らかなように、本発明による半田合金は、ダイボンディングを始めとする各工程において、不具合を発生させること無く使用可能であることがわかる。
【0022】
【表1】

【0023】
【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を含まない半田合金を提供することができる。




 

 


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