[发明专利]焊料糊剂、半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及可以保护金属面的焊料糊剂。另外，本发明涉及半导体芯片与支撑基板通过芯片接合连接部连接而成的半导体装置及其制造方法。

背景技术

对于通常的焊料糊剂而言，若在焊料颗粒的熔点以上的温度下进行热处理，则焊料颗粒全部熔融，并且由于表面张力而熔合。例如在Cu面上以均匀的厚度丝网印刷通常的焊料糊剂、并在焊料颗粒的熔点以上的温度下进行热处理时，熔融了的焊料颗粒之间由于表面张力而在Cu面上的各处随机熔合，结果在Cu面上形成不均匀厚度的焊料层。因此，还不知道使用通常的焊料糊剂、在金属面上形成均匀厚度的焊料层的方法。

另外，Sn镀层由于耐蚀性优异、对人体的有害性低、并且廉价，因此在以罐头用的罐或餐具为代表的广泛用途中，一直以来利用对钢板表面实施镀Sn而成的马口铁。另外，Cu的导电性和导热特性优异，广泛用于电布线等，但是由于易氧化变色，氧化覆膜成为通电的阻力。因此，有时使用对与外部气体接触的Cu部分赋予Sn镀层而成的铜板材料。进而，Sn由于对氧化还原电位高于Sn的金属(Cu、Ag、Au等)通常具有牺牲防蚀性，例如即使在酸性溶液中，在Cu表面存在Sn镀层时，也可以抑制Cu的侵蚀，因此Sn镀层被广泛用作表面保护层。通常已知该耐蚀性能通过增厚Sn镀层得到提高。进而，近年为了防止布线材料、特别是铜或铜合金的表面的布线材料的氧化，有时对布线材料实施镀Sn(专利文献1)。

另外，报告了除了含有Sn颗粒之外、还含有Ni颗粒的焊料糊剂(专利文献2)。

对于以球栅阵列(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)等为代表的大规模集成化(LSI)封装而言，为了固定和散热，半导体芯片与基板通过芯片接合材料连接。

芯片接合材料大致分为Pb-Sn合金、Au-Si合金等金属熔融接合的焊料材、和通过热固化性树脂的固化收缩而使Ag等导电性颗粒接触的树脂糊剂，但是在通常需要对260℃的温度具有耐热性的高耐热用途中，使用廉价的Pb-Sn焊料(Pb含有率为85质量%以上)。

但是，近年Pb的有害性成为问题，从防止环境污染的观点考虑，对焊料材料无Pb化进行了研究。

本发明人等提出了通过无Pb焊料的回流焊热处理、可以熔融接合，接合后，在相同的热处理条件下不会再熔融的无Pb焊料材料(参照专利文献3)。

无Pb焊料的回流焊热处理条件指的是，利用代表性的Sn-3.0Ag-0.5Cu(熔点217℃)进行焊料连接时的通常的回流焊热处理条件，峰温度处于240℃～260℃的范围内。

焊料材料的金属填料包含以Cu作为主要成分的高熔点金属颗粒与回流焊热处理中熔融的低熔点金属颗粒的混合体，具有下述特征：通过在回流焊热处理中、形成新的稳定合金相，而在再次的回流焊热处理中不会再熔融。

另一方面，提出了以Ni颗粒与Sn颗粒的混合体作为金属填料的焊料组合物(参照专利文献2)。引用文献2中记载的焊料组合物的特征在于，在回流焊热处理中合金化，形成与该组合物相比熔点升高了的合金，作为其结果，即使对已完成焊接的基板等进而实施焊接时，也可以在大致相同的温度条件下进行焊接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-193771号公报

专利文献2：日本特开2002-254195号公报

专利文献3：国际公开第2006/109573号小册子

发明内容

发明要解决的问题

作为专利文献1中记载的镀Sn的方法，广泛利用电解镀，根据所形成的Sn镀层的硬度、光泽等用途，分别使用碱性浴、甲磺酸浴、硫酸浴、中性浴等镀覆浴。但是，这些镀覆工艺中需要许多的镀覆工序、洗涤工序或干燥工序，镀覆浴中的添加剂种类、浓度和温度管理等专有技术极其复杂，由于使用碱或酸，从环境、安全方面的观点考虑也存在改善的余地。另外，增厚镀层厚度时，需要长时间的镀覆时间。

对于上述技术背景而言，本发明要解决的问题在于，提供一种糊剂材料，其不使用需要镀覆浴的复杂的电解镀工艺，通过在金属面上对含有Ni合金颗粒的焊料糊剂进行热处理，就在该金属面上形成连续且均匀厚度的焊料层的糊剂材料。

另外，专利文献2和3中记载的技术中，焊料材料具有在再次的回流焊热处理中不会再熔融的优异的特征，但是在防止芯片接合等表面安装中的焊料接合部的空隙方面，还存在研究的余地。接合部的空隙导致机械强度、导电性和导热性的降低，进而在可靠性试验中有可能成为裂纹的主要原因而导致连接不良。