电装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本文所讨论的实施方案涉及其中电部件(电子/电气部件)是利用接合材料安装的电装置以及用于制造该电装置的方法。
【背景技术】
[0002]通常，由于其高的可加工性和生产率，利用钎焊的安装方法被广泛地用于安装电部件(例如，印刷线路板上的半导体器件)。当通过钎焊将半导体器件安装在印刷线路板上时，高的回流温度引起半导体器件和印刷线路板的翘曲，从而导致电装置的半导体器件与印刷线路板之间的钎料接合部具有差的机械连接和电连接的可靠性。因而，在低的回流温度下利用具有低熔点的钎焊材料将半导体器件钎焊至印刷线路板。具有低熔点的一种钎焊材料为熔点为117°C的InSn共晶钎料。与Sn-Bi合金钎焊材料和Sn-Ag-Cu合金钎焊材料相比，In-Sn合金钎焊材料具有较低的熔点和较低的强度。提出使具有低熔点的钎焊材料包含金属间化合物以增加钎焊材料的强度(例如，参见日本公开特许公报第2006-909号和第2002-124533号)。然而，即使在利用如上所述钎焊材料安装电部件时，例如由于对在电部件上的跌落冲击的抵抗不足，电装置的电部件之间具有差的机械连接和电连接可靠性。
【发明内容】
[0003]本文所讨论的实施方案的目的为提供一种在电部件之间具有高的机械连接和电连接的可靠性的电装置。
[0004]根据本发明的一个方面，一种装置包括:第一电部件；第二电部件；以及连接第一电部件与第二电部件的In-Sn-Ag合金，In-Sn-Ag合金包含AgInjP Ag2In, Ag2In含量低于AgIn2含量。
[0005]本文所讨论的实施方案提供了一种在电部件之间具有高的机械连接和电连接的可靠性的电装置。
【附图说明】
[0006]图1A为根据第一实施方案的电装置的截面图；
[0007]图1B为被图1A中的虚线A围绕的部分的放大图；
[0008]图2为关于具有O重量％、1重量％、5重量％和10重量％的Ag含量的In-Sn-Ag合金的拉伸测试结果的曲线图；
[0009]图3为关于具有O重量％、I重量％、3重量％和5重量％的Ag含量的In-Sn-Ag合金的高速剪切强度测试结果的曲线图；
[0010]图4A为接合至Cu板的In-Sn-1Ag合金中的Ag的元素分布图；
[0011]图4B为接合至Cu板的In-Sn-5Ag合金中的Ag的元素分布图；
[0012]图4C为接合至Cu板的In-Sn-1OAg合金中的Ag的元素分布图；
[0013]图5为制造根据第一实施方案的电装置的过程的截面图(I);
[0014]图6A为制造根据第一实施方案的电装置的过程的截面图(2);
[0015]图6B为被图6A中的虚线A围绕的部分的放大图；
[0016]图7为制造根据第一实施方案的电装置的过程的截面图(3);
[0017]图8为制造根据第一实施方案的电装置的过程的截面图(4);
[0018]图9为制造根据第一实施方案的电装置的过程的截面图(5);
[0019]图10为制造根据第一实施方案的电装置的过程的截面图(6);
[0020]图11为在对Cu板上的In-Sn-1Ag合金进行回流加热的步骤中和在回流加热步骤之后的冷却步骤中加热器中温度变化的曲线图；
[0021]图12A为根据第二实施方案的电装置的截面图；
[0022]图12B为被图12A中的虚线A围绕的部分的放大图；
[0023]图12C为被图12A中的虚线B围绕的部分的放大图；
[0024]图13为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图⑴；
[0025]图14为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图(2);
[0026]图15为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图(3);
[0027]图16为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图⑷；
[0028]图17为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图(5);
[0029]图18为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图(6);
[0030]图19为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图(7);
[0031]图20为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图⑶；
[0032]图21为制造根据第二实施方案的电装置的过程的截面图(9);
[0033]图22为列出回流之后的In-Sn-1Ag合金、In-Sn_3Ag合金和In-Sn_5Ag合金的In含量、AgIn2含量和Ag 2In含量的表；以及
[0034]图23为列出回流之后的In-Sn共晶钎料、In-Sn-1Ag合金、In-Sn_3Ag合金和In-Sn-5Ag合金的强度和延展性的表。
【具体实施方式】
[0035]下面将参照附图详细描述本文所讨论的实施方案。
[0036](第一实施方案)下面将参照图1描述根据第一实施方案的电装置的结构。图1A和图1B为根据第一实施方案的电装置的截面图。
[0037]参照图1A，根据第一实施方案的电装置I包括半导体器件11、在半导体器件11处的电极12、电路板22、在电路板22上的电极21、接合部31和底部填料41。在电装置I中，半导体器件11经由电极12、接合部31和电极21电连接至电路板22。半导体器件11与电路板22之间的空间被填充有底部填料41。
[0038]图1B为被图1A中的虚线A围绕的部分的放大图。在由Cu制成的电极12上设置有阻挡金属膜15，所述电极12设置在半导体器件11的表面上。阻挡金属膜15依次包括在Cu电极12上的Ni膜13和Au膜14。在由Cu制成的电极21上设置有阻挡金属膜25，所述电极21设置在电路板22的表面上。阻挡金属膜25依次包括在Cu电极21上的Ni膜23和Au膜24。在Cu电极12和Cu电极21上的阻挡金属膜15和阻挡金属膜25可以抑制连接介质32向Cu电极12和Cu电极21中的扩散，从而提高接合部31的连接的可靠性。
[0039]接合部31由包含金属间化合物Ag2In和金属间化合物Agln；^9 In-Sn-Ag合金构成。接合部31的Ag2In含量低于接合部31的AgIn2含量。在Ag2In含量和AgIn2^量满足这个条件的情况下，接合部31具有高的强度和延展性。接合部31优选地包含不小于43重量％并且不大于60重量％的In，这是因为这还增加了接合部31的强度。接合部31优选地包含3重量％或更少的Ag这是因为这还增加了接合部31的强度和延展性。
[0040]如果接合部31的In含量少于43重量％，则接合部31包含大量长大(grown)的Ag2In而不是精细分散的AgIn2并且接合部31具有不足的延展性。如果接合部31的In含量多于60重量％，则接合部31中的金相组织不是In相和Sn相的共晶金相组织，并且其中在In中溶解有Sn的In相的金相组织生长。因而，接合部31具有不足的强度。
[0041]就接合部31的高强度和延展性而言，接合部31的In含量较优选地在不小于48重量％并且不大于58重量％的范围，特别优选地在不小于50重量％并且不大于54重量％的范围。
[0042]在下面的实验中检验接合部31的接合材料的组成、接合部31中的金属间化合物与接合部31的强度和延展性之间的关系。
[0043]一种用于评估连接的可靠性的方法为根据国际标准化组织标准IS06892-1的金属材料的拉伸测试。在这个评估测试方法中，通过向接合材料施加拉伸应变直到接合材料破裂来测量接合材料的强度和延展性。通过所述评估测试方法来测量强度和延展性。
[0044]下面的接合材料(I)至(4)被加热至峰值温度150°C，然后被冷却以制备在平行部分的截面中具有5mm的宽度、4mm的厚度和20mm的标距长度的拉伸测试样品。
[0045](I) In_48Sn 共晶钎料
[0046](2)由In-48Sn共晶钎料和I重量％的Ag构成的In-Sn-lAg合金
[0047](3)由In-48Sn共晶钎料和5重量％的Ag构成的In-Sn_5Ag合金
[0048](4)由In-48Sn共晶钎料和10重量％的Ag构成的In-Sn-1OAg合金
[0049]利用INSTR0N拉伸测试仪4466以2mm/分钟的十字头速度对样品进行拉伸测试。图2为关于样品的拉伸测试结果的曲线图。拉伸测试遵从标准ISO 6892-1。在图2中，横轴为接合材料的应变(位移)，纵轴为施加到接合材料的载荷。在图2的曲线图中，纵轴上的最大值与接合材料的强度对应。在图2的曲线图中，当施加到接合材料的载荷随着应变增加显著下降时，接合材料破裂。在接合材料破裂时的点处的应变与延展性对应。
[0050]在图2中，在In-Sn-1OAg合金中的载荷在约4.6mm的位移处显著下降。另一方面，在In-48Sn共晶钎料、In-Sn-1Ag合金和In-Sn_5Ag合金中的载荷在图2的范围之外的位移处显著下降。
[0051]从图2的曲线图中发现，In-Sn-1OAg合金在经受拉伸测试的接合材料之中具有最高的强度并且具有非常低的延展性。相比之下，In-Sn-1Ag合金在经受拉伸测试的接合材料之中具有最低的强度。还发现，In-Sn-1Ag合金在破裂时的应变(未示出)大于In-Sn共晶钎料在破裂时的应变并且In-Sn-1Ag具有最高的延展性。
[0052]用于评估连接的可靠性的另一方法为根据电子设备工程联合委员会标准JESD22-B117A的高速剪切测试。在这个评估测试方法中，向接合材料施加机械剪切应力以测量接合材料的强度和延展性。通过评估测试方法测量强度和延展性。
[0053]然后，通过在150°C的峰值温度下对设置在铜电极上的直径为540 μπι的下面的接合材料(5)至接合材料(8)进行回流来制备高速剪切测试样品。回流之后的样品的直径为600 μ mD
[0054](5) In-48Sn 共晶钎料
[0055](6)由In-48Sn共晶钎料和I重量％的Ag构成的In-Sn-l