[發(fā)明專利]無鉛焊料連接構(gòu)造體和焊料球

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980115614.1
• 申請日: 2009-03-03
• 公開（公告）號: CN102017111A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 上島稔;鈴木誠之;山中芳惠;吉川俊策;八卷得郎;大西司
• 申請（專利權(quán)）人: 千住金屬工業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;B23K35/26
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 朱丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Si片和絕緣基板等的熱膨脹系數(shù)不同的構(gòu)造體連接用焊料(solder)、大型構(gòu)造的密封部連接用焊料及使用了該焊料的連接構(gòu)造體以及其所使用的不含鉛的焊料球(solder?ball)。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體封裝隨著電器的小型化·薄型化，安裝密度也要求高密度化。因此，從現(xiàn)有的半導(dǎo)體封裝的DIP型等安裝插入型演變成能夠高密度安裝的QFP等面安裝型，近年來，在QFP等導(dǎo)線型的半導(dǎo)體封裝中，由于無法有效地活用印制電路板和半導(dǎo)體封裝的導(dǎo)線接合部，因此成為主流的是半導(dǎo)體封裝中沒有導(dǎo)線、在封裝的下面使用焊料球電極、直接接合于印制電路板的BGA或CSP等面陣列端子型的半導(dǎo)體封裝。

BGA或CSP等面陣列端子型的半導(dǎo)體封裝以BGA為例時，成為主流的是在塑料基板上利用使用了Au線等金屬線的引線接合來連接半導(dǎo)體片的PBGA(Plastic?BGA)或者代替金屬線而使用了聚酰亞胺帶的TBGA(TapeBGA)等，目前使用得最多。但是，PBGA或TBGA由于將金屬絲或帶的接線引至硅片外，因此基板上的焊料球電極集中在硅片的外側(cè)，無法在硅片上配置焊料球電極。最近開始使用解決其缺點(diǎn)、可達(dá)成半導(dǎo)體封裝的小型化·高密度化的FBGA(Flip?Chip?BGA)。

FBGA如下制造：相對于PBGA或TBGA從硅片的上側(cè)進(jìn)行配線，在硅片下的電極上設(shè)置焊料突起，與設(shè)置于絕緣基板上的預(yù)備焊料進(jìn)行壓接接合，從而制造。由于沒有如PBGA或TBGA等那樣將配線引出至硅片側(cè)面，因此可獲得與硅片的尺寸相接近的半導(dǎo)體封裝。

一直以來，作為硅片下電極的倒裝片用突起的焊料，可以使用Pb-5Sn等Sn-Pb系的高溫焊料。Sn-Pb系的焊料相對于拉伸的特性良好，熱循環(huán)特性也優(yōu)異。但是，隨著鉛對人體影響的明朗化，目前處于鉛易溶于水中、發(fā)展成地球環(huán)境問題的狀況。因此，需要代替Sn-Pb焊料的優(yōu)異特性，特別是耐熱疲勞性、焊接時或溫度循環(huán)試驗(yàn)時能夠耐受且不會損壞元件、部件等、焊接性優(yōu)異的無鉛焊料材料及其構(gòu)造體。

對于該無鉛化的課題，作為倒裝片用突起的無鉛焊料，對多用于印制電路板的安裝用的Sn-3Ag-0.5Cu的無鉛焊料組成進(jìn)行了探討。半導(dǎo)體封裝的倒裝片接合中的焊料突起多使用上部為硅片、下部為氧化鋁等陶瓷制或FR-4等玻璃環(huán)氧基板的絕緣基板，但焊料與這些陶瓷或玻璃環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)的值不同。當(dāng)在這樣位置使用比Sn-Pb系焊料更硬、缺乏應(yīng)力緩和特性的Sn-3Ag-0.5Cu的無鉛焊料時，由于溫度循環(huán)，在倒裝片連接構(gòu)造體和絕緣基板之間易發(fā)生剝離，可靠性易發(fā)生問題。

另外還有報告指出了以下現(xiàn)象：與以往的Sn-Pb焊料相比，當(dāng)使用Sn-3Ag-0.5Cu等無鉛焊料時，發(fā)生形成于絕緣基板上的鍍Cu等Cu電極在回流焊接時溶解于Sn的現(xiàn)象、即所謂的Cu吞食，在片連接構(gòu)造體與絕緣基板之間易于發(fā)生剝離的現(xiàn)象。Cu吞食在焊料的熔融溫度提高時更易發(fā)生。作為解決這些問題的技術(shù)，公開了并非倒裝片安裝、而是使用了Sn-In、Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-Zn-Bi的低溫?zé)o鉛焊料的半導(dǎo)體裝置(特開2007-141948號公報、專利文獻(xiàn)1)和使用了低溫?zé)o鉛焊料組成Sn-Ag-Cu-In-Bi組成的焊料的連接構(gòu)造體(日本特開2007-141948號公報、專利文獻(xiàn)2)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2007-141948號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2007-141948號公報

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明預(yù)解決的課題在于提供作為不含污染環(huán)境的鉛的焊料合金、同時具有接近于以往Sn-Pb焊料的應(yīng)力緩和特性、利用難以引起絕緣基板的Cu電極的Cu吞食的倒裝片安裝的焊料連接構(gòu)造體和用于進(jìn)行倒裝片安裝的無鉛焊料球。