[发明专利]无铅焊料连接构造体和焊料球

说明书

技术领域

本发明涉及Si片和绝缘基板等的熱膨胀系数不同的构造体连接用焊料(solder)、大型构造的密封部连接用焊料及使用了该焊料的连接构造体以及其所使用的不含铅的焊料球(solder ball)。

背景技术

半导体封装随着电器的小型化·薄型化，安装密度也要求高密度化。因此，从现有的半导体封装的DIP型等安装插入型演变成能够高密度安装的QFP等面安装型，近年来，在QFP等导线型的半导体封装中，由于无法有效地活用印制电路板和半导体封装的导线接合部，因此成为主流的是半导体封装中没有导线、在封装的下面使用焊料球电极、直接接合于印制电路板的BGA或CSP等面阵列端子型的半导体封装。

BGA或CSP等面阵列端子型的半导体封装以BGA为例时，成为主流的是在塑料基板上利用使用了Au线等金属线的引线接合来连接半导体片的PBGA(Plastic BGA)或者代替金属线而使用了聚酰亚胺带的TBGA(TapeBGA)等，目前使用得最多。但是，PBGA或TBGA由于将金属丝或带的接线引至硅片外，因此基板上的焊料球电极集中在硅片的外侧，无法在硅片上配置焊料球电极。最近开始使用解决其缺点、可达成半导体封装的小型化·高密度化的FBGA(Flip Chip BGA)。

FBGA如下制造：相对于PBGA或TBGA从硅片的上侧进行配线，在硅片下的电极上设置焊料突起，与设置于绝缘基板上的预备焊料进行压接接合，从而制造。由于没有如PBGA或TBGA等那样将配线引出至硅片侧面，因此可获得与硅片的尺寸相接近的半导体封装。

一直以来，作为硅片下电极的倒装片用突起的焊料，可以使用Pb-5Sn等Sn-Pb系的高温焊料。Sn-Pb系的焊料相对于拉伸的特性良好，热循环特性也优异。但是，随着铅对人体影响的明朗化，目前处于铅易溶于水中、发展成地球环境问题的状况。因此，需要代替Sn-Pb焊料的优异特性，特别是耐热疲劳性、焊接时或温度循环试验时能够耐受且不会损坏元件、部件等、焊接性优异的无铅焊料材料及其构造体。

对于该无铅化的课题，作为倒装片用突起的无铅焊料，对多用于印制电路板的安装用的Sn-3Ag-0.5Cu的无铅焊料组成进行了探讨。半导体封装的倒装片接合中的焊料突起多使用上部为硅片、下部为氧化铝等陶瓷制或FR-4等玻璃环氧基板的绝缘基板，但焊料与这些陶瓷或玻璃环氧树脂的热膨胀系数的值不同。当在这样位置使用比Sn-Pb系焊料更硬、缺乏应力缓和特性的Sn-3Ag-0.5Cu的无铅焊料时，由于温度循环，在倒装片连接构造体和绝缘基板之间易发生剥离，可靠性易发生问题。

另外还有报告指出了以下现象：与以往的Sn-Pb焊料相比，当使用Sn-3Ag-0.5Cu等无铅焊料时，发生形成于绝缘基板上的镀Cu等Cu电极在回流焊接时溶解于Sn的现象、即所谓的Cu吞食，在片连接构造体与绝缘基板之间易于发生剥离的现象。Cu吞食在焊料的熔融温度提高时更易发生。作为解决这些问题的技术，公开了并非倒装片安装、而是使用了Sn-In、Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-Zn-Bi的低温无铅焊料的半导体装置(特开2007-141948号公报、专利文献1)和使用了低温无铅焊料组成Sn-Ag-Cu-In-Bi组成的焊料的连接构造体(日本特开2007-141948号公报、专利文献2)。

专利文献1：日本特开2007-141948号公报

专利文献2：日本特开2007-141948号公报

发明内容

本发明预解决的课题在于提供作为不含污染环境的铅的焊料合金、同时具有接近于以往Sn-Pb焊料的应力缓和特性、利用难以引起绝缘基板的Cu电极的Cu吞食的倒装片安装的焊料连接构造体和用于进行倒装片安装的无铅焊料球。