[发明专利]用于芯片焊接的钎焊合金

说明书

技术领域

本发明涉及钎焊合金。更具体地，本发明涉及廉价的无铅高温钎焊合金，其用于代替导电粘合剂并用于芯片焊接以焊接诸如功率器件的装置的背面。

背景技术

常用的Sn-Pb共晶焊料(solder)或含90质量％以上的铅(Pb)的Pb基钎焊合金包含作为有毒物质的铅，因此，已经限制使用此类焊料或钎焊合金。近年来，不含铅的Sn-Ag共晶焊料或Sn-Ag-Cu基焊料已经变得普及，并且已用于电子部件和印刷电路板之间的焊接。然而，如果使用主要由Sn构成的无铅焊料，则焊接部分经历例如温度高至260℃的高热，因此对于电子零件的内部焊接，可能产生不良耐热性的问题，例如电极熔化或电线断裂。

此外，在功率器件领域，已经越来越期望在高温下使用功率器件，并且此类功率器件所需的操作温度规范已经由约150℃的常规操作温度规范(150℃是由自加热所达到的低温水平)升高至175℃、然后至200℃。相应地，也期望改善功率器件的焊接部分的耐热性。在日本电子情报技术产业协会(Japan Electronics and Information Technology Industries Association，JEITA)的2011年环保意识型先进包装技术成果报告(2011年7月)中，已经报道了可以通过采用Pb基组合物(主要由铅组成并且熔点为例如290℃以上的材料)的常规技术来确保耐热性。根据一些其他报道，对于待通过芯片焊接来焊接的部分，需要260℃以上的温度作为耐热温度，所述芯片焊接用于电子零件的内部焊接。Sn-Ag-Cu基焊料已广泛用作导电粘合剂和无Pb焊料，并且对于此类Sn-Ag-Cu基焊料，固相线温度为约220℃，因此Sn-Ag-Cu基焊料可能在上述的260℃的所需耐热温度下熔化。因此，可能在某些情况下产生上述不良耐热性的问题，例如电极熔化或电线断裂。

具有高Pb含量的Pb基焊料具有290℃以上的高固相线温度，其满足所需的耐热性；然而，已经限制使用铅。具有与上述Pb基焊料类似的高固相线温度的高温焊料包括由贵金属构成的焊料，如Au-20％Sn(固相线温度：280℃)、Au-3.6％Si(固相线温度：370℃)和Au-25％In(固相线温度：370℃)。然而，因为这些钎焊合金非常昂贵，因此一般难以将其用作Pb基焊料的替代材料。

Bi基合金包括基于Bi-Ag基材料(固相线温度：262℃)产生的高温焊料，所述Bi-Ag基材料的特性已通过添加额外的元素而得到改善(参见专利文献1和2)。然而，因为熔点与260℃的所需耐热温度之间的余量不足，所以可能产生的问题在于超过所需耐热温度的任何微小过量的峰值温度会导致材料熔化，这可能导致不良的焊接。

此外，已知下述组合物，其中向铋(Bi)中添加微量的具有明显低的低共熔点的元素，如锡(Sn)或铟(In)(Bi-Sn共晶的低共熔点：139℃，Bi-In共晶的低共熔点：109.5℃)(参见专利文献3)。然而，如果该材料被Sn或In污染，即使Sn或In的量非常小以至于为1,000ppm以下，该材料仍可能被偏析，并且该材料可能在可能形成于偏析部分中的低熔点相中熔化，这可能由此导致机械特性和长期耐环境性退化，即，可能缩短材料的寿命。

已知贯通型陶瓷冷凝器，其中焊料主要由Bi组成并包括已经向其中加载的诸如银(Ag)或锑(Sb)的组分，该焊料被装载入结构体的孔中(参见专利文献4)。然而，此类发明旨在插入安装型部件。此外，焊料所需的特性是凝固时不引起体积收缩，这与用于芯片焊接的焊料所需的特性不同。

此外，已知主要由Bi组成的在高温下使用的不含Pb的焊料(参见专利文献5)。然而，此类发明包含锌(Zn)和Sn作为必要成分，并且其中公开了不含Zn和Sn的Bi-Ge-基焊料不适于用作焊料，这归因于它们的不良加工性和润湿性。

现有技术文献列表

专利文献

专利文献1:JP 2005-503926 W

专利文献2:JP 3671815 B1

专利文献3:JP 2007/018288 X

专利文献4:JP 2007-181880 A

专利文献5:JP 2012-076130 A

发明概述

技术问题

期望开发其中不会发生固相线温度降低并具有改善的诸如润湿性等特性的高温钎焊合金，以作为廉价的无铅高温钎焊合金用于焊接诸如功率器件等装置的待芯片焊接的部分。

问题的解决方案