[发明专利]无铅焊料合金、接合用构件及其制造方法、以及电子部件

说明书

技术领域

本发明涉及无铅焊料合金、接合用构件及其制造方法、以及电子部件，具体来说，涉及可以减少焊料接合部中的空隙的产生的无铅焊料合金、使用了该无铅焊料合金的接合用构件及其制造方法、和使用了该接合用构件的电子部件。

背景技术

电子部件的轻质化、薄型化乃至小型化正得到推进。特别是，随着电子部件的多功能化的推进，而追求半导体封装(以下记作“封装”)的小型化及高密度化。由此，例如来自BGA等封装的发热量有增加的趋势。为此，还要求提高封装的散热性。

为了提高封装的散热性，例如多使用Al制的散热片或散热用翅片之类的用于将热向外部传递的散热用构件。散热用构件与封装被通过在它们之间涂布油脂、或者通过夹隔着散热用的薄片或密封等向封装上贴附散热用构件等而接合。借助这些途径的接合与金属的接合相比，在耐热性、接合强度、乃至密合性的方面较差。最好将散热用构件与封装利用焊料等金属化地接合。

近年来，为了防止环境污染，Pb焊料(例如Sn-Pb共晶焊料)的使用受到限制。由此，封装的焊盘中所用的焊料正逐渐被替代为不含有铅的无铅焊料。如果能够将使用无铅焊料的封装与上述的散热用构件在无铅焊料的回流温度曲线中使用助熔剂进行回流加热而接合，则可以将散热用构件与焊料焊盘分别钎焊。由于在安装工序上，可以利用一次的热的负荷来实现焊料接合，因此可以将封装的翘曲或焊盘的再熔融之类的由热的负荷造成的制造工序上的问题的产生抑制为最小限度。

这里，铟的熔融温度很低，为156℃，热传导性也很良好，而且环境污染的可能性也很低。由此，在专利文献1～3中公开过使用铟将两个构件接合的做法。

包含铟的无铅焊料合金(In含量实质上为100质量％)具有优异的延展性。如果将由包含铟的无铅焊料合金制成的小片夹设于散热用构件与封装之间，则对因热负荷而在接合面中产生的凹凸的追随性高，有望能够避免在利用树脂等接合时不可避免地产生的构件的剥离。

但是，在包含In的无铅焊料合金中存在如下的问题，即，(a)由于过于柔软，因此很难利用对小片的冲裁加工或压延加工成形为所需的形状，(b)由于为了确保耐冲击性，需要确保小片的厚度为1.5mm～2.5mm，因此会阻碍电子部件的小型化或薄型化，并且在焊料接合时熔融了的无铅焊料合金向接合部位以外渗出而损害封装的绝缘性，引起电路的短路。

由此，对于借助该无铅焊料合金的焊料接合，例如可以考虑如下的做法，即，(i)在Cu、Ni、Au等的热传导性良好的金属基材的表面涂布助熔剂，(ii)利用将该基材浸渍于熔融焊料中的熔融焊料镀膜法(浸渍法)，在金属基材的表面形成无铅焊料合金层而作为接合用构件，(iii)将该接合用构件夹设于散热用构件与封装之间，在助熔剂的存在下进行回流加热。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-020143号公报

专利文献2：日本特表2002-542138号公报

专利文献3：日本特开2001-230349号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明人等进行了研究，结果判明，如果将具有包含In的无铅焊料合金层的接合用构件夹设于散热用构件与封装之间，进行回流加热，就会在散热用构件或封装与接合用构件的接合部的内部产生大量的空隙，这样，接合部的接合强度、散热用构件与封装的密合性就会不足。

另外，在接合用构件的制造中通常使用助熔剂。由此还可以判明，由于焊料层中不可避免地残存的助熔剂的残渣的原因，会进一步诱发接合部的内部的空隙的产生。

解决课题的手段

本发明人等为了解决上述问题反复进行了深入研究，结果得到以下列出的见解，从而完成了本发明。

(i)以单独地、或者复合地添加了少量的Sn、Bi的In作为主成分的无铅焊料合金不会损害In本质上所具有的延展性，利用Sn、Bi的作用可以在焊料接合时发挥良好的浸润性。这样，上述的无铅焊料合金可以提高焊料接合部的空隙的排出性，可以减少残留于接合部的内部的空隙量。

(ii)通过向熔融了的上述的无铅焊料合金中浸渍金属基材，对熔融了的无铅焊料合金及金属基材施加超声波振动，就可以不用使用助熔剂地、维持足够的密合性地在金属基材的表面形成热传导性优异的无铅焊料合金层，因此优选。

本发明提供一种无铅焊料合金，其特征在于，具有包含Sn：0.1～3％(本说明书中只要没有特别指出，有关化学组成的“％”就是指“质量％”)、和/或Bi：0.1～2％、余部为In及不可避免的杂质的化学组成。