电子器件用的接合构造和电子器件 |
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| 申请号 | CN201410123211.4 | 申请日 | 2014-03-28 | 公开(公告)号 | CN104070294A | 公开(公告)日 | 2014-10-01 |
| 申请人 | TDK株式会社; | 发明人 | 吉田健一; 堀川雄平; 阿部寿之; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的目的在于提供一种具有优异的接合强度的 电子 器件用的接合构造。本发明的一个侧面所涉及的电子器件用的接合构造（10）具备包含镍的第1金属层（11）、以及形成在第1金属层（11）之上且包含金、 锡 和镍的第2金属层（12），第2金属层（12）包含AuSn共晶相。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电子器件用的接合构造，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 电子器件用的接合构造和电子器件技术领域[0001] 本发明涉及电子器件用的接合构造和具备该接合构造的电子器件。 背景技术[0002] 将构成电子器件的构件彼此经由AuSn类钎焊材料来接合的方法是众所周知的（例如参照专利文献1）。“钎焊材料（braze material）”是指熔点比被接合的构件（基板或者导体层等）低的合金。在使用了AuSn类钎焊材料的接合中，在被接合的一对构件的各表面预先形成Au镀层。然后，通过对夹在一对Au镀层之间的AuSn类钎焊材料进行加热并使其熔融，从而在构件间形成有接合构造，构件彼此被该接合构造电连接。在该接合方法中，Au镀层提高了AuSn类钎焊材料对构件表面的浸润性。 [0003] [专利文献1] [0004] 日本特开2005-262317号公报 发明内容[0005] 在使用了现有的AuSn类钎焊材料的接合方法中，在由AuSn类钎焊材料形成的AuSn层与和其相邻接的Au层（来自于Au镀层的层）的界面（接合界面），容易产生气泡（void）或裂缝（crack）。若对在接合界面上形成有气泡或裂缝的接合构造施加剪切力，则接合构造容易在接合界面上破损。即，在使用现有的AuSn类钎焊材料而形成的接合构造中，难以达到构件间的足够的接合强度。因此，若对具备现有的接合构造的电子器件施加掉落等冲击，则接合构造容易破损，构件间的电连接破断。 [0006] 本发明有鉴于上述情况，其目的在于提供具有优异的接合强度的电子器件用的接合构造、以及具备该接合构造的电子器件。 [0007] 本发明的一个侧面所涉及的电子器件用的接合构造（接合构造体）具备包含镍（Ni）的第1金属层、以及形成在第1金属层之上并包含金（Au）、锡（Sn）和镍（Ni）的第2金属层，第2金属层包含AuSn共晶相。 [0008] 在本发明的一个侧面所涉及的电子器件用的接合构造中，在第2金属层上位于第1金属层一侧的部分可以存在有AuSnNi合金相。 [0009] 在本发明的一个侧面所涉及的电子器件用的接合构造中，在第2金属层上位于与第1金属层相反侧的部分，可以存在有AuSn共晶相。 [0010] 在本发明的一个侧面所涉及的电子器件用的接合构造中，镍可以在AuSn共晶相内不均匀。 [0011] 在本发明的一个侧面所涉及的电子器件用的接合构造中，在AuSn共晶相内不均匀的镍的周围，Sn可以不均匀。 [0012] 在上述样态中，在第2金属层中的位于第1金属层一侧的部分是包含AuSnNi合金相的AuSnNi合金层，AuSnNi合金层内的镍的浓度可以伴随着与第1金属层的距离增加而减小。 [0013] 在本发明的一个侧面所涉及的电子器件用的接合构造中，第1金属层内的镍的浓度可以伴随着与第2金属层的距离减小而减小。 [0014] 本发明的一个侧面所涉及的电子器件具备上述接合构造（接合构造体）。 [0016] 图1是本发明所涉及的电子器件的实施方式的截面的示意图。 [0017] 图2是本发明所涉及的接合构造的实施方式的截面的示意图。 [0018] 图3（a）和图3（b）是表示本发明所涉及的接合构造的制造方法的实施方式的示意图。 [0020] 图5是由SEM拍摄的实施例2的接合构造的截面的照片，并且是表示由EDS分析的部位的图。 [0021] 图6是由SEM拍摄的实施例4的接合构造的截面的照片，并且是表示由EDS分析的部位的图。 [0022] 图7（a）是由SEM拍摄的实施例5的接合构造的截面的照片，图7（b）是图7（a）的放大图，并且是表示由EDS分析的部位的图。 [0023] 图8是由SEM拍摄的比较例1的接合构造的截面的照片，并且是表示由EDS分析的部位的图。 具体实施方式[0024] 以下，根据情况参照附图并就本发明所涉及的优选的实施方式进行说明。但是，本发明并不限定于以下所述实施方式。再有，在各个附图中，对相同或者同等的构成要素赋予相同的符号，省略重复的说明。图1～3只不过是示意图，接合构造和电子器件的形状和纵横比不限定于图1～3所示的情况。 [0025] （接合构造和电子器件） [0026] 图1是本实施方式的电子器件100（模块）的截面图。在此，截面是指在垂直于第1基板40和第2基板60的表面的方向（基板互相相对的方向）上的截面。本实施方式的电子器件100可以具备第1基板40、第2基板60、芯片90、以及接合构造10。接合构造10位于第1基板40与第2基板60之间，接合第1基板40与第2基板60，并将它们电连接。另外，接合构造10位于第2基板60与芯片90之间，接合第2基板60与芯片90，并将它们电连接。再有，电子器件100可以具备被接合构造10接合的一对电子部件（例如半导体元件）。 [0027] 第1基板40和第2基板60可以是由Si或陶瓷等无机物构成的基板。另外，第1基板40和第2基板60也可以是由树脂等有机化合物构成的基板（例如主机板）。但是，第1基板40和第2基板60可以由具有比接合构造10的形成所需要的加热温度更高的熔点的无机物构成。原因在于，由熔点高的无机物构成的第1基板40和第2基板60难以通过接合构造10的形成所需要的加热而熔融，难以损伤。芯片90只要是半导体元件等电子部件即可。 [0028] 图2是本实施方式所涉及的电子器件用的接合构造10的截面图。在此，截面是指在垂直于第1基板40和第2基板60的表面的方向（基板互相相对的方向）上的截面。在第1基板40上形成有导体层15。接合构造10具备层叠在导体层15上的第1金属层11、以及层叠在第1金属层11上的第2金属层12。第1金属层11包含镍。第2金属层12包含金、锡和镍。第2金属层12还包含AuSn共晶相。在此，共晶是指通过2种以上的熔融的金属的冷却而同时晶析的2种以上的合金的混合物。在AuSn共晶相的一部分中除了金和锡以外还可以包含镍。导体层15对于接合构造10来说并不是必须的，但是通过设置由金、银、铜、或铝等在电传导性上优异的物质所构成的导体层15，能够提高第1基板40与第2基板60之间的电传导性。另外，在导体层15与各基板之间，也可以设置由钛等构成的籽晶（seed）层16,17。通过籽晶层16,17，能够提高导体层15与各基板的密接性。 [0029] 第1金属层11和第2金属层12的组成在含有镍的这点上是连续的，且第2金属层12包含AuSn共晶相。因此，在接合构造10中，在大致平行于第1基板40或第2基板60的表面的方向上的剪切力作用于接合构造10的情况下，第2金属层12的第2基板60侧的界面上的破损、以及第1金属层11与第2金属层12的界面上的破损被抑制。在这点上，本实施方式的接合构造10与现有的接合构造相比在接合强度上优异。换言之，本实施方式的接合构造10在对剪切力的耐久性上优异。因此，即使对电子器件100施加冲击（例如掉落所引起的冲击），接合构造10也难以破损，并且接合构造10上的电连接也难以破断。另外，接合构造10与现有的接合构造相比在耐热性上也优异。 [0030] AuSn共晶相中的金的浓度并没有特别的限定，相对于AuSn共晶相整体可以为60～80原子%或66～77原子%左右。AuSn共晶相中的锡的浓度并没有特别的限定，相对于AuSn共晶相整体可以为20～40原子%或23～32原子%左右。AuSn共晶相中的镍的浓度并没有特别的限定，相对于AuSn共晶相整体可以为0～10原子%或0～6原子%左右。再有，在本实施方式中元素的浓度与元素含有率同义。 [0031] 在第2金属层12中的位于第1金属层一侧的部分，AuSnNi合金相可以不均匀。AuSnNi合金相是指由包含Au、Sn和Ni的合金所构成的相。该AuSnNi合金相可以抵接于第1金属层11的表面。第2金属层12中的位于第1金属层一侧的部分是包含AuSnNi合金相的AuSnNi合金层13。AuSnNi合金层13可以仅由AuSnNi合金相所构成。通过第2金属层12内的AuSnNi合金相在第1金属层一侧不均匀，从而会有接合构造10的接合强度进一步提高的倾向。再有，AuSnNi合金相可以是金、锡和镍的金属间化合物。 [0032] AuSnNi合金相中的金的浓度并没有特别的限定，相对于AuSnNi合金相整体可以为25～55原子%或30～49原子%左右。AuSnNi合金相中的锡的浓度并没有特别的限定，相对于AuSnNi合金相整体可以为25～45原子%或31～39原子%左右。AuSnNi合金相中的镍的浓度并没有特别的限定，相对于AuSnNi合金相整体可以为10～40原子%或15～35原子%左右。 [0033] 在第2金属层12中的位于与第1金属层11相反侧的部分，AuSn共晶相不均匀。即，在第2金属层12中的位于第2基板60侧的部分，可以存在有AuSn共晶相。第2金属层 12中的位于与第1金属层相反侧的部分可以是包含AuSn共晶相的AuSn共晶层14。AuSn共晶层14可以仅由AuSn共晶相所构成。AuSn共晶相可以与第1金属层11分隔。AuSn共晶相的一部分可以抵接于第1金属层11的表面。通过上述般的AuSn共晶相的不均匀，从而会有接合构造10的接合强度进一步提高的倾向。 [0034] 第2金属层12可以包含富Au相或富Sn相。富Au相是指AuSn共晶相的一部分且金不均匀的部分。富Au相中的金的浓度（单位：原子%）有比AuSn共晶相整体中的金的浓度（平均的浓度）更高的倾向。富Au相中的金的浓度有与富Sn相中的金的浓度相比要高的倾向。富Sn相是指AuSn共晶相的一部分且锡不均匀的部分。富Sn相中的锡的浓度（单位：原子%）有比AuSn共晶相整体中的锡的浓度（平均的浓度）更高的倾向。富Sn相中的锡的浓度有与富Au相中的锡的浓度相比要高的倾向。富Au相中的金的浓度并没有特别的限定，可以为75～95原子%或80～90原子%。富Au相中的锡的浓度并没有特别的限定，可以为5～25原子%或10～20原子%左右。富Sn相中的金的浓度并没有特别的限定，可以为50～70原子%或51～65原子%左右。富Sn相中的锡的浓度并没有特别的限定，可以为30～50原子%或35～49原子%左右。 [0035] 镍可以在AuSn共晶相内不均匀。即，在AuSn共晶相内，可以存在有镍不均匀的相（Ni不均匀相）。Ni不均匀相是指AuSn共晶相的一部分即合金相且是镍的浓度比AuSn共晶相整体中的镍的浓度（平均的浓度）更高的相。通过Ni在AuSn共晶相内不均匀，从而有接合构造10的接合强度进一步提高且接合构造10的耐热性也提高的倾向。 [0036] 在AuSn共晶相内不均匀的镍的周围，Sn不均匀。即，Ni不均匀相可以被富Sn相包围。即，Ni不均匀相可以被富Sn相包合。通过Ni不均匀相仅被富Sn相包围，从而有接合构造10的接合强度进一步提高且接合构造10的耐热性也提高的倾向。再有，Ni不均匀相可以被富Sn相和富Au相这两相包围。 [0037] 第2金属层12中的位于第1金属层11一侧的部分是上述的AuSnNi合金层13，AuSnNi合金层13内的镍的浓度可以伴随着与第1金属层11的距离的增加而减小。或者，AuSnNi合金相内的镍的浓度可以从最接近于第1金属层11的位置朝着离第1金属层11最远的位置而减小。即，AuSnNi合金层13或AuSnNi合金相中的镍的浓度分布可以具有梯度，镍的浓度在从第1金属层11朝着第2金属层12的方向上可以大致连续减小。通过第2金属层12和第1金属层11中的镍的浓度分布是大致连续的，从而有接合构造10的接合强度进一步提高的倾向。 [0038] 第1金属层11内的镍的浓度可以伴随与第2金属层12的距离的减小而减小。即，第1金属层11中的镍的浓度分布可以具有梯度，第1金属层11内的镍的浓度在从第1金属层11的内部朝着第2金属层12的方向上可以大致连续减小。由于第2金属层12和第1金属层11中的镍的浓度分布是大致连续的，从而有接合构造10的接合强度进一步提高的倾向。 [0039] 接合构造10可以具备第1金属层11、层叠在第1金属层11上的上述AuSnNi合金层13、以及层叠在AuSnNi合金层13上的上述AuSn共晶层14。即，第2金属层12包含AuSnNi合金层13和AuSn共晶层14，接合构造10可以由上述3个层构成。在接合构造10具有这样的三层构造的情况下，各层容易相互密接，难以产生AuSn共晶层14与和其邻接的层的界面（接合界面）上的破损。因此，有接合构造10的接合强度容易提高的倾向。在AuSn共晶层14与第2基板60（或籽晶层17）之间可以存在有仅由金构成的Au相。在AuSn共晶层14与第2基板60（或籽晶层17）之间可以存在有仅由Au相构成的Au相。即，Au层可以层叠在AuSn共晶层14上。在AuSn共晶层14与第2基板60（或籽晶层17）之间可以存在有仅由AuSn合金构成的AuSn合金相。在AuSn共晶层14与第2基板60（或籽晶层17）之间可以存在有仅由AuSn合金相构成的AuSn合金层。即，AuSn合金层可以层叠在AuSn共晶层14上。 [0040] 第1金属层11内的镍浓度并没有特别的限定，相对于第1金属层整体可以为70～100原子%左右。第1金属层11可以含有磷、硫黄、碳等。通过含有这些元素，从而有第1金属层11的硬度提高且接合构造10的接合强度提高的倾向。 [0041] 第1金属层11的厚度并没有特别的限定，可以为1.0～20μm左右。 [0042] 第2金属层12的厚度并没有特别的限定，可以为1.0～10μm左右。 [0043] 再有，接合构造10内的任意的位置上的各元素的浓度由以下的方法测定。首先，沿着第1金属层11和第2金属层12的层叠方向切断接合构造10。通过由上述EDS或俄歇电子光谱仪（AES）等方法来分析露出的接合构造10的截面，从而各元素的浓度被指定。 [0044] 接合构造10所具备的各层的厚度由以下的方法测定。首先，沿着层叠方向切断接合构造10。使用例如上述SEM或透射电子显微镜（TEM）将露出的接合构造10的截面放大10万倍左右来进行观察。然后，通过将在从截面任意挑选的多个部位（例如3个部位）上所测定的各层厚度进行平均，而算出各层的厚度。 [0045] （接合构造的制造方法） [0046] 以下说明本实施方式的接合构造10的制造方法的一个例子。接合构造10的制造方法具备在第1基板40表面形成第1前驱体构造的工序、在第2基板60表面形成第2前驱体构造的工序、以及接合第1前驱体构造与第2前驱体构造的工序。 [0047] [第1前驱体构造的形成工序] [0048] 图3（b）是示意性地表示形成在第1基板40上的第1前驱体构造21的截面图。第1前驱体构造21由形成在第1基板40上的籽晶层16、形成在籽晶层16上的导体层15、形成在导体层15上且包含镍作为主成分的镍层23、以及形成在镍层23上且包含锡作为主成分的锡层24所构成。第1前驱体构造21由以下的方法形成。 [0049] 在第1基板40之上形成籽晶层16和导体层15。籽晶层16和导体层15只要通过溅射、化学气相蒸镀或镀覆等形成即可。作为籽晶层16的材料，可以使用一般所使用的钛或铬等。籽晶层16提高第1基板40与导体层15的密接性。也可以不使籽晶层16介于中间而在第1基板40表面直接形成导体层15。作为构成导体层15的金属，只要使用例如铜、金、银或铝等在电传导性上优异的金属即可。也可以进行使用抗蚀膜的导体层15的图案。在从第1基板40的表面（除去形成有导体层15的部分）剥离抗蚀膜和籽晶层16之前的时间点，可以通过电镀或无电镀来形成构成第1前驱体构造21的各层。在从第1基板40表面（除去形成有导体层15的部分）剥离抗蚀膜和籽晶层16之后，可以通过无电镀在导体层15上形成构成第1前驱体构造21的各层。通过无电镀，能够容易地调整各层的位置和形状。 [0050] 根据需要进行对导体层15的前处理后，将镍层23形成在导体层15上。在导体层15由金、银或铜或者主要包含它们的合金所构成的情况下，作为前处理只要进行脱脂、酸洗和活化处理等即可。在导体层15由铝或铝合金构成的情况下，作为前处理只要脱脂、酸洗和锌酸盐（zincate）处理等即可。 [0051] 镍层23只要通过无电镀镍或电镀镍来形成即可。在无电镀镍中，从例如包含镍盐、络合剂和还原剂的镀液形成镍层23。可以使用包含亚磷酸作为还原剂的镀液。通过使用包含次亚磷酸的镀液，从而无电镀镍的作业性（镀浴的稳定性、以及镍的析出速度）提高。无电镀镍液的温度只要为50～95℃或60～90℃即可。无电镀镍液可以包含磷。无电镀镍液的pH只要为4.0～6.0左右即可。pH只要使用例如稀硫酸或氨水来调整即可。 [0052] 在电镀镍中，只要使用例如包含硫酸镍、氯化镍以及硼酸的镀液即可。另外，电镀镍液也可以包含磷。在此情况下，镀液的pH只要为4.5～5.5即可。镀液的温度只要为2 40～60℃即可。镀覆时的电流密度只要为1～7A/cm 即可。 [0053] 在镍层23上形成锡层24。锡层24可以例如通过还原性无电镀锡或电镀锡来形成。 [0055] 在电镀镍中，只要采用弗洛斯坦法（ferrostan process）、卤化法或碱法等即可。在弗洛斯坦法和卤化法中，使用酸性镀浴。在弗洛斯坦法中，使用苯酚磺酸锡。在卤化法中，使用氯化亚锡。在碱法中，使用以锡酸钠为主成分的镀液。 [0056] 通过以上的工序，依次层叠有籽晶层16、导体层15、镍层23和锡层24的第1前驱体构造21形成在第1基板40上。 [0057] [第2前驱体构造的形成工序] [0058] 图3（a）是示意性地表示形成在第2基板60上的第2前驱体构造22的截面图。第2前驱体构造22由设置在第2基板60上的籽晶层17、以及形成在籽晶层17上的包含金的金层25所构成。与第1前驱体构造21的情况同样地，通过在第2基板60之上形成籽晶层17并在籽晶层17上形成金层25，从而形成有第2前驱体构造22。作为金层25的形成方法，可以列举溅射法、化学气相蒸镀法、镀覆法等。作为镀覆，可以列举无电镀金或电镀金。镀液的种类没有限定。 [0059] [第1前驱体构造21和第2前驱体构造22的接合工序] [0060] 以第1前驱体构造21的锡层24与第2前驱体构造22的金层25相对的方式在第1基板40上载置第2基板60。 [0061] 对第1前驱体构造21和第2前驱体构造22一边加热一边压合。通过加热，熔点低的锡层24比金层25更先熔融，锡层24浸润金层25的整个表面，并扩展至金层25的整个表面。另外，镍层23的一部分向锡层24内移动（扩散）。然后，熔融的锡层24、金层25的至少一部分、以及向锡层24内移动的镍发生混合。通过冷却这些金属，从而镍层23成为第1金属层11，包含金、锡和镍的第2金属层12形成在第1金属层11上且在第2金属层12中AuSn共晶相析出。金层25的一部分可以无助于AuSn共晶相的形成而作为残留层（邻接于第2金属层12的层）残存下来。另外，该残留层可以是金层25的一部分单独残存的Au相，也可以是金层25的一部分与熔融的锡相混合的AuSn合金相。但是，在该残留层实质上仅由单一金属（Au单质）或单一合金（AuSn合金）中的任一种所构成方面上，残留层与AuSn共晶相有区别。 [0062] 通过上述的工序，形成有接合构造10，且第1基板40与第2基板60经由接合构造10而接合。 [0063] 假如不存在镍层23的情况下，有时在接合工序中构成锡层24的锡原子向导体层15过度地移动（扩散）而形成有脆的锡合金。但是，在本实施方式中，镍层23抑制锡从锡层 24向导体层15的移动，并抑制从导体层15和锡生成脆的锡合金的反应。通过抑制脆的锡合金的生成，从而接合构造10的接合强度提高。 [0064] 在接合工序中，可以将第1前驱体构造21和第2前驱体构造22加热至280～400℃。另外，可以将第1前驱体构造21和第2前驱体构造22加热0.1～120秒。在加热温度和加热时间为这些范围内的情况下，锡层24容易熔融，并容易形成有在接合强度上优异的接合构造10。 [0065] 在接合工序中，只要使用倒装贴片焊接机（flip chip bonder）或回流炉（reflow oven）来加热第1前驱体构造21和第2前驱体构造22即可。 [0066] 第1金属层11的组成和厚度、第2金属层12的组成和厚度、第2金属层12内的各相的组成根据以下的条件自由控制。 [0067] 镍层23的组成、厚度和镀覆法。 [0068] 锡层24的组成、厚度和镀覆法。 [0069] 金层25的组成、厚度和镀覆法。 [0070] 接合工序中的加热温度和加热时间。 [0071] 根据上述的接合构造10的制造方法，抑制在构成接合构造10的各层间发生气泡（void）和裂缝（crack），且接合构造10的接合强度提高。 [0072] 在使用现有的AuSn钎焊材料的接合构造中，有必要在被接合的一对构件的双方设置金层。但是，在本实施方式中，通过仅在构件的一方（第2基板60）设置金层25，从而能够制造在接合强度上优异的接合构造10。因此，在本实施方式中，昂贵的金的使用量少，接合构造10的制造成本降低。 [0073] 第2金属层12中的AuSn共晶相的熔点比Sn-Ag类合金等现有焊料的熔点高。因此，在需要2次以上的接合的电子器件的制造中，形成本实施方式的接合构造10作为1次接合。在该1次接合之后，使用熔点比AuSn共晶相低的焊料来进行2次接合。在2次接合中被加热的焊料的温度（焊料的熔点）下，包含AuSn共晶相的第2金属层12难以熔融。总之，本实施方式的接合构造10在耐热性上优异，因而在需要多次的接合（加热工序）的电子器件的制造过程中难以劣化。 [0074] 再有，以与上述的本实施方式同样的方法，可以通过接合构造10来接合基板与电子部件，也可以通过接合构造10来接合电子部件彼此。 [0075] [实施例] [0076] 以下，使用实施例和比较例来更详细地说明本发明的内容，但是本发明并不限定于以下的实施例。 [0077] （实施例1） [0078] [第1前驱体构造的形成工序] [0079] 准备硅基板作为第1基板。第1基板的尺寸为10×10mm，第1基板的厚度为0.6mm。在第1基板的表面（被接合部位）形成由钛构成的籽晶层后，通过电镀将由铜构成的导体层形成在籽晶层上。此时，通过使用了抗蚀膜的图案来调整导体层的尺寸和厚度。导体层的厚度为5μm，导体层的尺寸为100×100μm。 [0080] 将抗蚀膜和籽晶层从第1基板的表面（除去形成有导体层的部分）剥离。将形成了导体层的第1基板浸渍于包含次亚磷酸根离子（还原剂）的无电镀镍液，从而将厚度为3μm的镍层形成在导体层的表面。镍层是由主成分即镍和磷构成。镍层中的磷的浓度为17at%（原子%）。 [0081] 将形成了镍层的第1基板浸渍于包含3价钛离子（还原剂）的无电镀锡液，从而将厚度为0.5μm的锡层形成镍层的表面。通过以上的工序，将第1前驱体构造形成在第1基板上。 [0082] [第2前驱体构造的形成工序] [0083] 准备硅基板作为第2基板。第2基板的尺寸为0.2×0.2mm，第2基板的厚度为0.6mm。接着，在第2基板的被接合部位，以上述方法形成籽晶层。通过电镀金，将金层形成在籽晶层的表面。此时，通过使用了抗蚀膜的图案来调整金层的尺寸和厚度。金层的尺寸为100×100μm，金层的厚度为1.7μm。通过以上的工序，将第2前驱体构造形成在第2基板上。 [0084] [第1前驱体构造和第2前驱体构造的接合工序] [0085] 以第1前驱体构造的锡层与第2前驱体构造的金层相对的方式，在第1基板上载置第2基板。通过将该第1前驱体构造和第2前驱体构造在氮氛围气中加热至300℃保持60秒，从而压合两者并骤冷。在该热压合中使用倒装贴片焊接机。通过以上的工序，制作实施例1的接合构造。 [0086] （实施例2） [0087] 除了令第1前驱体构造的锡层的厚度为1.1μm以外，以与实施例1同样的方法制作实施例2的接合构造。 [0088] （实施例3） [0089] 除了在热压合中将第1前驱体构造和第2前驱体构造加热至320℃以外，以与实施例2同样的方法制作实施例3的接合构造。 [0090] （实施例4） [0091] 除了令第1前驱体构造的锡层的厚度为1.6μm以外，以与实施例3同样的方法制作实施例4的接合构造。 [0092] （实施例5） [0093] 除了在热压合中将第1前驱体构造和第2前驱体构造加热至340℃以外，以与实施例4同样的方法制作实施例5的接合构造。 [0094] （实施例6） [0095] 除了令第2前驱体构造的金层的厚度为3.0μm以外，以与实施例4同样的方法制作实施例6的接合构造。 [0096] （实施例7） [0097] 除了在热压合中将第1前驱体构造和第2前驱体构造加热至340℃以外，以与实施例6同样的方法制作实施例7的接合构造。 [0098] （实施例8） [0099] 在实施例8的第1前驱体构造的制作过程中，在将抗蚀膜和籽晶层从第1基板的表面剥离之前，使用不含磷的电镀镍液来形成镍层，由电镀锡来形成锡层。其后，将抗蚀膜和籽晶层从第1基板的表面（除去形成有导体层的部分）剥离。实施例8的镍层仅由镍构成。除了镍层和锡层的形成方法以外，以与实施例6同样的方法制作实施例8的接合构造。 [0100] （实施例9） [0101] 除了由包含磷的电镀镍液来形成第1前驱体构造的镍层以外，以与实施例8同样的方法制作实施例9的接合构造。 [0102] （实施例10） [0103] 除了由电镀金来形成第1前驱体构造的导体层以外，以与实施例6同样的方法制作实施例10的接合构造。实施例10的第1前驱体构造的导体层是由金构成的层，其厚度为1μm。 [0104] （比较例1） [0105] 准备与实施例相同的硅基板作为第1基板。在第1基板的被接合部位形成由钛构成的籽晶层。通过电镀铜，将由铜构成的导体层形成在籽晶层的表面。此时，通过使用了抗蚀膜的图案来调整导体层的尺寸和厚度。导体层的尺寸为100×100μm，导体层的厚度为5μm。 [0106] 将抗蚀膜和籽晶层从第1基板的表面（除去形成有导体层的部分）剥离。将形成了导体层的第1基板浸渍于包含次亚磷酸根离子（还原剂）的无电镀镍液，从而将厚度为3μm的镍层形成在导体层的表面。镍层是由主成分即镍和磷所构成。镍层中的磷的浓度为17at%（原子%）。 [0107] 通过无电镀金，将厚度为1.0μm的金层形成在镍层的表面。 [0108] 通过溅射法，将厚度为2μm的AuSn钎焊层形成在金层的表面。AuSn钎焊层由现有的AuSn类钎焊材料所构成。即，AuSn钎焊层由金和锡所构成。AuSn钎焊层中的金的浓度为71at%（原子%）。通过以上的工序，制作比较例1的第1前驱体构造。 [0109] 通过与实施例1同样的方法，制作比较例1的第2前驱体构造。 [0110] 以第1前驱体构造的AuSn钎焊层与第2前驱体构造的AuSn的金层相对的方式在第1基板上载置第2基板。通过将该第1前驱体构造和第2前驱体构造在氮氛围气中加热至320℃保持60秒，将两者压合并骤冷。在该热压合中使用倒装贴片焊接机。通过以上的工序制作比较例1的接合构造。 [0111] （比较例2） [0112] 准备与实施例相同的硅基板作为第1基板。在第1基板的被接合部位形成由钛构成的籽晶层。通过电镀金，将由金构成的导体层形成在籽晶层的表面。此时，通过使用了抗蚀膜的图案来调整导体层的尺寸和厚度。导体层的尺寸为100×100μm，导体层的厚度为1μm。 [0113] 通过电镀金，将厚度为2.0μm的金层形成在导体层的表面。 [0114] 将抗蚀膜和籽晶层从第1基板的表面（除去形成有导体层的部分）剥离。通过溅射法，将厚度为2μm的AuSn钎焊层形成在金层的表面。AuSn钎焊层由现有的AuSn类钎焊材料所构成。即，AuSn钎焊层由金和锡构成。AuSn钎焊层中的金的浓度为69at%（原子%）。通过以上的工序，制作比较例2的第1前驱体构造。 [0115] 除了第1前驱体构造的制作方法不同以外，以与比较例1同样的方法制作比较例2的接合构造。 [0116] （比较例3） [0117] 准备与实施例相同的硅基板作为第1基板。在第1基板的被接合部位形成由钛构成的籽晶层。通过电镀金，将由金构成的导体层形成在籽晶层的表面。此时，通过使用了抗蚀膜的图案来调整导体层的尺寸和厚度。导体层的尺寸为100×100μm，导体层的厚度为1μm。 [0118] 通过电镀镍，将厚度为3μm的镍层（仅由镍构成的层）形成在导体层的表面。 [0119] 通过电镀金，将厚度为0.5μm的金层形成在镍层的表面。 [0120] 将抗蚀膜和籽晶层从第1基板的表面（除去形成有导体层的部分）剥离。通过溅射法，将与比较例1同样的AuSn钎焊层形成在金层的表面。通过以上的工序，制作比较例3的第1前驱体构造。 [0121] 通过与实施例1同样的方法，制作比较例3的第2前驱体构造。 [0122] 以第1前驱体构造的AuSn钎焊层与第2前驱体构造的金层相对的方式在第1基板上载置第2基板。通过将该第1前驱体构造和第2前驱体构造在氮氛围气体中加热至340℃保持60秒，将两者压合并骤冷。在该热压合中使用倒装贴片焊接机。通过以上的工序，制作比较例3的接合构造。 [0123] 将上述实施例和比较例的接合构造的制作工序中的诸条件表示在下述表1中。表1所记载的“基底层”是指形成在导体层的表面的层。“表层”是指形成在基底层的表面的层。但是，在比较例2的第1前驱体构造中，表层直接形成在导体层的表面。 [0124] [表1] [0125] [0126] <接合构造的结构和组成的分析> [0127] 用SEM来观察各个接合构造的层叠方向上的截面。另外，通过用EDS对各截面进行分析，从而测定接合构造的规定的部分上的各元素的浓度。 [0128] 分析结果确认，实施例1～10的接合构造10具备层叠在导体层15上的第1金属层11、以及层叠在第1金属层11上的第2金属层12，第1金属层11包含镍，第2金属层12包含金、锡和镍，第2金属层12还包含AuSn共晶相。另外，还确认实施例1～10的接合构造10具备第1金属层11、层叠在第1金属层11上的AuSnNi合金层13、层叠在AuSnNi合金层13上的AuSn共晶层14。即，确认实施例1～10的接合构造10的第2金属层12包含AuSnNi合金层13和AuSn共晶层14。 [0129] 如图4所示，在实施例1中确认SEM图像中颜色的浓淡实质上不能判明的残留层19存在于AuSn共晶层14与第2基板之间。该残留层19是第2前驱体构造22中的金层 25当中的无助于AuSn共晶相的形成而残留的部分。在其他实施例的接合构造10中，残留层19不存在于AuSn共晶层14与第2基板之间。另外，确认在比较例1～3的接合构造10的第2基板侧，形成有邻接于籽晶层17的金层33（参照图8）。 [0130] 确认比较例1的接合构造具备层叠在导体层（Cu层）上的第1金属层（Ni层）、层叠在第1金属层上的Au层（第1基板侧的Au层）、层叠在Au层上的AuSn共晶层、以及层叠在AuSn共晶层上的Au层（第2基板侧的Au层）。 [0131] 确认比较例2的接合构造具备Au层（第1基板侧的Au层）、层叠在Au层上的AuSn共晶层、以及层叠在AuSn共晶层上的Au层（第2基板侧的Au层）。 [0132] 确认比较例3的接合构造具备层叠在导体层（第1基板侧的Au层）上的第1金属层（Ni层）、层叠在第1金属层上的Au层、层叠在Au层上的AuSn共晶层、以及层叠在AuSn共晶层上的Au层（第2基板侧的Au层）。 [0133] 将是由SEM拍摄的实施例1的接合构造的截面的照片且是表示由EDS分析的部位的照片表示在图4。将是由SEM拍摄的实施例2的接合构造的截面的照片且是表示由EDS分析的部位的照片表示在图5。将是由SEM拍摄的实施例4的接合构造的截面的照片且是表示由EDS分析的部位的照片表示在图6。将是由SEM拍摄的实施例5的接合构造的截面的照片表示在图7（a）。将是图7（a）的放大图且是表示由EDS分析的部位的照片表示在图7（b）。将是由SEM拍摄的比较例1的接合构造的截面的照片且是表示由EDS分析的部位的照片表示在图8。 [0134] 上述的图所示的部分a1和a2是AuSnNi合金相，并且是进行各元素的浓度的分析的部位（测定点）。部分a1位于比部分a2更接近于第1金属层的位置。 [0135] 在上述的图中，由虚线包围的范围s是AuSn共晶相，并且是进行各元素的浓度的分析的范围。确认AuSn共晶相包含金的浓度高的富Au相、以及锡的浓度高的富Sn相。上述的附图所示的部分b是富Au相，并且是进行各元素的浓度的分析的部位（测定点）。部分c是富Sn相，并且是进行各元素的浓度的分析的部位（测定点）。再有，AuSn共晶相内的富Au相与富Sn相的辨别基于SEM图像中的颜色的浓淡。比较黑的部分是富Sn相，比较白的部分是富Au相。再有，在AuSn共晶层的截面当中的在由以AuSn共晶层的厚度T的一半的长度T/2为一边的正方形所包围的范围且是富Au相的截面积与富Sn相的截面积为同程度的范围，分析AuSn共晶相的组成。 [0136] 由EDS所得到的分析结果确认，实施例1的第1金属层11内的镍的浓度伴随着与第2金属层12的距离减小而减小。即，确认实施例1的第1金属层11内的镍的浓度在第1金属层11的厚度方向上随着与导体层15分离而减小。在实施例1的第1金属层11内最接近于导体层15的部分上的镍的浓度为83at%（原子%），最接近于第2金属层12的部分上的镍的浓度为78at%（原子%）。另外，确认在实施例2～7、9、10以及比较例1的第1金属层11中，具有Ni的浓度分布与实施例1基本同样的梯度。 [0137] 在实施例3～7和10的AuSn共晶层14内被检测出镍。详细分析存在有镍的区域的结果确认，除了金、锡以外还分散有包含镍的Ni不均匀相。上述的图所示的部分d是Ni不均匀相，并且是进行各元素的浓度的分析的部位（测定点）。将实施例3～7和10的Ni不均匀相当中的与富Au相和富Sn相均相抵接的Ni不均匀相在下述表3中表示为A。将实施例3～7和10的Ni不均匀相当中的被富Sn相包合且不与富Au相不相抵接的Ni不均匀相在下述表3中表示为B。再有，在实施例3～7和10的Ni不均匀相当中的被富Au相包合且不与富Sn相抵接的Ni不均匀相不存在。 [0138] 将上述测定点a1、a2、b、c和d以及范围s中的各元素的浓度表示在表2和表3中。 [0139] [表2] [0140] [0141] [表3] [0142] [0144] 基于由SEM拍摄的截面的照片，确认实施例1～10的接合构造10的AuSnNi合金层13与AuSn共晶层14的界面上的裂缝（crack）的有无。同样地，确认实施例1～10的接合构造10的AuSn共晶层14与和其相邻接的层（残留层19或籽晶层17）的界面上的裂缝的有无。如下述表4所示，确认在任一个实施例的界面上均不存在裂缝。另外，确认在任一个实施例的界面上均不存在气泡（void）。即，确认在实施例1～10的接合构造10中不存在构造的缺陷。 [0145] 与上述实施例同样地，确认比较例1的第1基板侧的Au层与AuSn共晶层的界面上的裂缝的有无。另外，比较例1的AuSn共晶层与第2基板侧的Au层的界面上的裂缝的有无。如下述表4所示，确认在比较例1的AuSn共晶层与第2基板侧的Au层的界面上产生了裂缝。 [0146] 确认比较例2的第1基板侧的Au层与AuSn共晶层的界面上的裂缝的有无。另外，确认比较例2的AuSn共晶层与第2基板侧的Au层的界面上的裂缝的有无。如下述表4所示，确认在比较例2的AuSn共晶层与第2基板侧的Au层的界面上也产生了裂缝。 [0147] 确认比较例3的第1基板侧的Au层与AuSn共晶层的界面上的裂缝的有无。另外，确认比较例3的AuSn共晶层与第2基板侧的Au层的界面上的裂缝的有无。如下述表4所示，确认在比较例3的AuSn共晶层与第2基板侧的Au层的界面上也产生了裂缝。 [0148] <接合强度的评价> [0149] 按以下的方法评价各接合构造的接合强度（剪切（shear）强度）。 [0150] 当使大致平行于第2基板60的表面的剪切力作用于通过接合构造接合于的第1基板40的第2基板60，并使剪切力增加时，测定接合构造被破坏的时间点上的剪切力（接合构造的最大强度）。接合构造被破坏的时间点上的剪切力大意味着接合构造在接合强度上优异。该接合强度的评价是使用剪切试验机（shear tester）。 [0151] 检查各接合构造的破坏的样态（破坏模式）。将各接合构造的破坏模式表示在下述表4中。表4所记载的A,B,C是指以下的样态。 [0152] A：AuSn共晶层（14）的内部被破坏的状态。 [0153] B：在第1金属层11与AuSnNi合金层13的截面上接合构造被破坏的状态。 [0154] C：在AuSn共晶层与和其相邻接的层的界面上接合构造被破坏的状态（不良模式）。 [0155] 如下述表4所示，实施例1～10的破坏模式是A或B中的任一个。另一方面，比较例1～3的破坏模式是不良模式C。即，确认在比较例1～3的AuSn共晶层与和其相邻接的金层的界面上产生了裂缝。另外，确认各实施例的接合构造被破坏的时间点上的剪切力比比较例1～3的接合构造被破坏的时间点上的剪切力更大。 [0156] <耐热性的评价> [0157] 按以下的方法来评价各接合构造的耐热性。 [0158] 重复1000次由接合构造所放置的氛围气的从-40℃到120℃的升温和从120℃到-40℃的冷却所构成的热循环（heat cycle）。按与上述同样的方法来评价1000次热循环后的各接合构造的接合强度。热循环后的接合构造被破坏的时间点上的剪切力大意味着接合构造在耐热性方面表现优异。 [0159] 检查上述热循环后的各接合构造的破坏模式。将各接合构造的破坏模式表示在下述表4中。再有，表4所记载的A+是指AuSn共晶层（14）的内部被比破坏模式A情况要大的剪切力所破坏的状态。 [0160] 如下述表4所示，实施例1～10的破坏模式是A+、A或B中的任一个。另一方面，比较例1～3的破坏模式是不良模式C。即，确认在比较例1～3的AuSn共晶层与和其相邻接的金层的界面上产生了裂缝。另外，确认各实施例的接合构造被破坏的时间点上的剪切力比比较例1～3的接合构造被破坏的时间点上的剪切力更大。 [0161] 实施例8的破坏模式与其他实施例的破坏模式的差异被推测由如下原因引起，即由于其他实施例的第1金属层11由包含磷的镍所构成，因此比由不包含磷的镍构成的实施例8的第1金属层11更硬。 [0162] [表4] [0163]表4 裂缝破坏模式 热循环后的破坏模式 实施例1 无 A A 实施例2 无 A A 实施例3 无 A A+ 实施例4 无 A A+ 实施例5 无 A A+ 实施例6 无 A A+ 实施例7 无 A A+ 实施例8 无 B B 实施例9 无 A A 实施例10 无 A A+ 比较例1 有 C C 比较例2 有 C C 比较例3 有 C C [0164] 产业上的可利用性 [0165] 根据本发明，可以制造具备在接合强度和耐热性上优异的接合构造的电子器件。 |
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