異種電極接合用層疊軟釬料以及電子部件的異種電極的接合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及異種電極接合用層疊軟釬料以及電子部件的異種電極的接合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了應(yīng)對(duì)手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子設(shè)備進(jìn)一步小型化、高功能化，一直以來(lái)廣泛地進(jìn)行了通過(guò)使用焊球、焊膏在封裝體的元件面形成凸塊(突起電極)，其后在印刷基板上進(jìn)行回流焊處理來(lái)將封裝體接合于印刷基板。
[0003]封裝體的電極中使用的鍍覆組成、印刷基板的電極中使用的鍍覆組成是在考慮設(shè)計(jì)上的理由、成本方面后而決定的。因此，封裝體的電極中使用的鍍覆組成、與印刷基板的電極中使用的鍍覆組成有不同的情況。例如，有使用目前作為無(wú)Pb軟釬料通常使用的Sn-Ag-Cu系合金(作為一例，有Sn/Ag3.0/Cu0.5，以下簡(jiǎn)記為“SAC合金”)將具有實(shí)施了Ni/Au鍍覆的封裝體、與具有Cu電極或?qū)嵤┝?Cu鍍覆的電極(以下簡(jiǎn)稱為“Cu電極”)的印刷基板進(jìn)行接合的情況；有使用SAC合金將具有實(shí)施了 Ag-Pd合金鍍覆的電極的封裝體、與具有Cu電極的印刷基板進(jìn)行接合的情況。作為除了這些之外的鍍覆組成，還已知有Ag、N1、N1-P。
[0004]已知有軟釬料合金的組成、焊劑、以及軟釬焊條件等各自最佳化是目前作為用于提高軟釬焊性、接合強(qiáng)度的方法。此外，還已知有考慮軟釬焊的電極的鍍覆組成的方法。專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有考慮電極的鍍覆組成、特別是實(shí)施了 Ni化學(xué)鍍覆的電極的發(fā)明。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2000-015479號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特表2006-131979號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010]將由異種材料形成的兩個(gè)電極進(jìn)行軟釬焊時(shí)，有在熔融時(shí)的軟釬料內(nèi)產(chǎn)生流動(dòng)，一個(gè)電極的鍍覆的元素向另一個(gè)電極側(cè)移動(dòng)/擴(kuò)散，且金屬間化合物形成于接合界面的情況。
[0011]一般來(lái)說(shuō)，存在源于接合界面中的金屬間化合物的種類增加，接合強(qiáng)度、耐熱循環(huán)特性變差的傾向。此外，如上述那樣伴隨電子設(shè)備的進(jìn)一步小型化，電子部件的電極也逐漸小型化/小面積化。因此，若小型化/小面積化的電極的接合界面中的金屬間化合物的種類多，則例如意外將電子設(shè)備掉落時(shí)，因沖擊載荷引起電極的接合斷裂而產(chǎn)生電子設(shè)備的功能喪失這樣的重大問(wèn)題。因此，理想的是，形成于電極的接合界面的金屬間化合物的種類較少，且以不增加金屬間化合物的種類的方式進(jìn)行控制是重要的技術(shù)課題。以下，對(duì)金屬間化合物的形成例進(jìn)行說(shuō)明。
[0012]例如，要用SAC合金將具有實(shí)施了 Ni/Au鍍覆的電極的封裝體、與具有Cu電極的印刷基板進(jìn)行接合時(shí)，在Ni/Au鍍覆膜與SAC合金的界面形成N1-Sn的金屬間化合物。然而，在與印刷基板接合時(shí)，Cu從印刷基板的Cu電極擴(kuò)散至封裝體側(cè)，且也形成作為N1-Sn-Cu的金屬間化合物的(Cu、Ni)6Sn5。
[0013]此外，要用SAC合金將具有實(shí)施了 Ag-Pd合金鍍覆的電極的封裝體、與具有Cu電極的印刷基板進(jìn)行接合時(shí)，Pd容易從封裝體的電極擴(kuò)散至Sn，且擴(kuò)散至印刷基板的Cu電極而促進(jìn)金屬間化合物的形成，或者Cu也從印刷基板的Cu電極擴(kuò)散，且金屬間化合物容易形成于封裝體的電極的界面。
[0014]在專利文獻(xiàn)1、2中公開(kāi)有在實(shí)施了 Ni化學(xué)鍍覆的BGA基板的電極形成焊料凸塊時(shí)所使用的軟釬料。然而，對(duì)于通過(guò)形成的焊料凸塊接合于BGA基板時(shí)的問(wèn)題完全沒(méi)有考慮。即，BGA基板側(cè)的電極一般來(lái)說(shuō)多數(shù)由Cu電極或?qū)嵤┝?Cu鍍覆的電極形成，但在專利文獻(xiàn)1、2中僅公開(kāi)了使用單一的軟釬料將BGA基板的電極與焊料凸塊接合，因此由專利文獻(xiàn)1、2公開(kāi)的發(fā)明中，無(wú)法解決上述課題，即無(wú)法解決在將由異種材料形成的兩個(gè)電極進(jìn)行軟釬焊時(shí)，在接合界面形成金屬間化合物而導(dǎo)致接合強(qiáng)度、耐熱循環(huán)特性變差。
[0015]需要說(shuō)明的是，選擇對(duì)各電極最佳的軟釬料組成且將兩種焊膏重疊來(lái)進(jìn)行印刷在技術(shù)上是困難的。此外，將焊膏進(jìn)行印刷且用安裝機(jī)等在其上載置軟釬料構(gòu)件，或與其相反，涂布焊劑且載置軟釬料構(gòu)件，進(jìn)而涂布焊膏是需要作業(yè)時(shí)間的。因此，目前考慮到接合界面的強(qiáng)度、軟釬料的強(qiáng)度，不得不選擇得到適當(dāng)強(qiáng)度的單一軟釬料組成來(lái)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。
[0016]本發(fā)明是鑒于這些課題而完成的，其提供能夠?qū)⒂僧惙N材料形成的兩個(gè)電極、具體而言實(shí)施了不同鍍覆的兩種電極，作為一例，將實(shí)施了 Ni/Au鍍覆或Ag-Pd合金鍍覆的電極與Cu電極抑制在接合界面形成金屬間化合物地以高接合可靠性進(jìn)行軟釬焊的異種電極接合用層疊軟釬料以及電子部件的異種電極的接合方法。
_7] 用于解決問(wèn)題的方案
[0018]本發(fā)明人等為了解決上述課題進(jìn)行了潛心研宄，結(jié)果得到以下列舉的發(fā)現(xiàn)I?III，從而完成了本發(fā)明。
[0019](I)將從 Sn、Ag、Cu、N1、Sb、B1、Ge、Al、Ga、In、Zn、Au、Pd、Pt、Co、Fe、Mn、Cr、Ti等元素的組中選擇至少一種以上的元素而成的第1層軟釬料、和從前述元素組中選擇至少一種以上與第1層軟釬料不同組合的元素而成的第2層軟釬料接合從而形成層疊軟釬料。具體而言，通過(guò)將作為第1層的Sn-Ag-Cu系軟釬料或Sn-Sb系軟釬料、與作為第2層的Sn-Ag-Cu-Ni系軟釬料或Sn-Pb系軟釬料接合來(lái)形成層疊軟釬料。
[0020](II)層疊軟釬料也可以通過(guò)利用壓延將第1層軟釬料與第2層軟釬料接合，來(lái)形成為壓延包層軟釬料。
[0021](III)例如將利用壓延接合而成的壓延包層軟釬料用作異種電極接合用層疊軟釬料，以層疊軟釬料的第1層接觸作為一個(gè)電極的Cu電極，并且第2層接觸作為另一個(gè)電極的實(shí)施了 Ni/Au鍍覆或Ag-Pd合金鍍覆的電極的方式，以規(guī)定的條件將實(shí)施了 Ni/Au鍍覆或Ag-Pd合金鍍覆的電極與Cu電極進(jìn)行軟釬焊時(shí)，在第1層軟釬料與第2層軟釬料接觸的層疊面形成固相擴(kuò)散層。中間的該固相擴(kuò)散層對(duì)于一個(gè)電極來(lái)說(shuō)第2層軟釬料成為阻擋層(barrier)、且對(duì)于另一個(gè)電極來(lái)說(shuō)第1層軟釬料成為阻擋層，能夠抑制金屬元素從一個(gè)電極向另一個(gè)電極擴(kuò)散導(dǎo)致的、在接合界面形成金屬間化合物，由此，能夠抑制在接合界面形成金屬間化合物而以高接合可靠性軟釬焊由異種材料形成的兩個(gè)電極。
[0022]本發(fā)明如下列舉。
[0023](I) 一種異種電極接合用層疊軟釬料，其特征在于，其具備第I片狀軟釬料和第2片狀軟釬料，該異種電極接合用層疊軟釬料用于將由第I材料形成的第I電極、和由與第I材料不同的第2材料形成的第2電極接合，
[0024]所述異種電極接合用層疊軟釬料具有介由第I片狀軟釬料的一個(gè)平面、以及第2片狀軟釬料的一個(gè)平面層疊第I片狀軟釬料和第2片狀軟釬料而成的兩層結(jié)構(gòu)，
[0025]第I片狀軟釬料的與一個(gè)平面不同的另一個(gè)平面、以及第2片狀軟釬料的與一個(gè)平面不同的另一個(gè)平面均為與第I電極、或第2電極的接合面，以及
[0026]第I軟釬料和第2軟釬料分別具有不同的化學(xué)組成。
[0027](2)根據(jù)上述(I)項(xiàng)所述的異種電極接合用層疊軟釬料，其中，其為利用壓延接合第I片狀軟釬料和第2片狀軟釬料而成的壓延包層軟釬料。
[0028](3)根據(jù)上述(I)項(xiàng)或(2)項(xiàng)所述的異種電極接合用層疊軟釬料，其中，第I片狀軟釬料為Sn-Ag-Cu系軟釬料或Sn-Sb系軟釬料，并且第2片狀軟釬料為Sn-Ag-Cu-Ni系軟釬料或Sn-Pb系軟釬料，進(jìn)而，第I電極為Cu電極或?qū)嵤┝?Cu鍍覆的電極，并且第2電極為實(shí)施了 Ni/Au鍍覆或Ag-Pd合金鍍覆的電極。
[0029](4) 一種電子部件的異種電極的接合方法，其特征在于，在將具有實(shí)施了 Ni/Au鍍覆或Ag-Pd合金鍍覆的電極的封裝體軟釬焊到具有Cu電極或?qū)嵤┝?Cu鍍覆的電極的印刷基板上時(shí)，在上述(I)項(xiàng)至(3)項(xiàng)中的任一項(xiàng)所述的異種電極接合用層疊軟釬料的內(nèi)部形成固相擴(kuò)散層，并且在第I片狀軟釬料與第I電極接觸、且第2片狀軟釬料與第2電極接觸的狀態(tài)下，將第I電極與第2電極進(jìn)行軟釬焊。
[0030]發(fā)明的效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⒂僧惙N材料形成的兩個(gè)電極、具體而言將實(shí)施了不同鍍覆的兩種電極，作為一例，將實(shí)施了 Ni/Au鍍覆或Ag-Pd合金鍍覆的電極與Cu電極抑制在接合界面形成金屬間化合物地以高接合可靠性進(jìn)行軟釬焊。
【具體實(shí)施方式】
[0032]對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在如下的說(shuō)明中，利用壓延將第I片狀軟釬料與第2片狀軟釬料接合而成為壓延包層軟釬料的情況作為例子。
[0033]1.本發(fā)明的異種電極接合用層疊軟釬料
[0034]異種電極接合用層疊軟釬料具備第I片狀軟釬料和第2片狀軟釬料。第I片狀軟釬料和第2片狀軟釬料分別具有不同的化學(xué)組成。例如，可以例示出:第I片狀軟釬料為Sn-Ag-Cu系軟釬料(例如Sn-3.0Ag-0.5Cu軟釬料)或Sn-Sb系軟釬料(例如Sn_5Sb軟釬料)，并且第2片狀軟釬料為Sn-Ag-Cu-Ni系軟釬料(例如Sn_2.0Ag-0.75Cu_0.07Ν?軟釬料)或Sn-Pb系軟釬料(例如87Pb-13Sn軟釬料)。
[0035]異種電極接合用層疊軟釬料是為了將由第I材料形成的第I電極、和由與第I材料不同的第2材料形成的第2電極接合而使用的。例如，可以例示出:第I電極為Cu電極，并且第2電極為實(shí)施了 Ni/Au鍍覆或Ag-Pd合金鍍覆的電極。
[0036]異種電極接合用層疊軟釬料具有介由第I片狀軟釬料的一個(gè)平面、以及第2片狀軟釬料的一個(gè)平面來(lái)層疊第I片狀軟釬料以及第2片狀軟釬料而成的兩層結(jié)構(gòu)。異種電極接合用層疊軟釬料為壓延第I片狀軟釬料以及第2片狀軟釬料而成的壓延包層軟釬料。
[0037]在利用壓延將第I片狀軟釬料與第2片狀軟釬料接合而制成壓延包層軟釬料時(shí)，