接合结构的制作方法

1.本发明涉及一种接合结构。


背景技术：

2.近年来，电子化发展，将电子部件安装于基板上的技术的开发随之发展。例如，迄今为止，在微细的电子部件的组装中，电子部件的端子采用金，在相对的配线基板侧通过镀敷或薄膜成膜来施加sn，通过焊料接合或扩散接合进行接合。在通过镀au和镀sn将电子部件和配线基板接合的情况下，有在接合界面通过共晶反应形成au和sn的金属间化合物的倾向。例如，在日本特开2017-216308号公报中，将含有ausn合金的层设为规定范围内的厚度。


技术实现要素：

3.在此，因为金属间化合物硬，所以即使对接合结构作用应力，接合结构也难以弯曲，另一方面，因为脆，所以存在断裂强度降低的问题。
4.本发明的目的在于提供一种断裂强度高的接合结构。
5.本发明的接合结构，将电子部件和配线基板接合，其中，具备：第一层，其设置于电子部件及配线基板的一侧，由含有sn的第一金属构成；第二层，其设置于电子部件及配线基板的另一侧，由与sn形成金属间化合物的第二金属构成；以及第三层，设置于其第一层和第二层之间的接合界面，由第一金属和第二金属的金属间化合物构成，第三层的平均厚度为0.1μm以上且0.5μm以下。
6.本发明的接合结构在由含有sn的第一金属构成的第一层和由与sn形成金属间化合物的第二金属构成的第二层之间具备由金属间化合物构成的第三层。在此，金属因为进行了金属键合，所以通常具有延展性且柔软，另一方面，金属间化合物是硬且脆的材料。因此，将由金属间化合物构成的第三层的平均厚度设为0.1μm以上且0.5μm以下。通过设置这样的薄的第三层，能够通过金属间化合物使接合结构不易弯曲，能够通过夹着金属间化合物的金属使断裂不易产生。如上，能够获得断裂强度高且高可靠性的接合结构。
7.第二金属是au、cu、ni、ag、pd中的任意金属、或选自它们中的至少两种的合金。该情况下，第二层容易在与sn之间形成金属间化合物。
8.第二金属可以是至少含有au的金属。通过用金属中特别是杨氏模量低的柔软的au的第二层和sn的第一层夹着薄的第三层，断裂强度进一步提高。
9.第三层可以含有ausn4。即使金属间化合物是ausn金属间化合物中硬度低且容易破裂的ausn4，通过与柔软的金属夹在一起，第三层也会成为不易弯曲且不易破裂的接合结构，能够进一步提高断裂强度。
10.电子部件可以是led。因此，安装有led的配线基板在之后经由很多工序组装于显示器等中，能够抑制这些工序中因断裂而产生的不良。
11.发明效果
12.根据本发明，能够提供一种断裂强度高的接合结构。
附图说明
13.图1是表示具备本发明的实施方式的接合结构的安装基板的概略截面图。
14.图2是表示应用本发明的实施方式的接合结构的配线基板的概略截面图。
15.图3是表示sem像的一例的图。
16.图4是用于对电子部件和配线基板的接合方法进行说明的图。
17.图5是表示实施例及比较例的测定结果的表。
具体实施方式
18.参照图1及图2说明本发明的实施方式的接合结构100。图1是表示具备本发明的实施方式的接合结构100的安装基板1的概略截面图。图2是表示应用本发明的实施方式的接合结构100的配线基板3的概略截面图。
19.如图1所示，安装基板1具备电子部件2和配线基板3。安装基板1通过经由接合材料4将电子部件2安装于配线基板3而构成。
20.电子部件2具备主体部6和一对端子7。主体部6是用于发挥作为电子部件2的功能的部件。端子7是形成于主体部6的主面的金属制的部分。电子部件2例如由微led等构成。微led是根据来自配线基板3的输入而发光的部件。
21.配线基板3具备基材8、壁9以及一对端子10。基材8是配线基板3的平板状的主体部。壁9是由形成于基材8的上表面的绝缘体形成的部件。作为壁9的材料，例如采用环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、醇酸树脂等树脂材料。作为壁9的材料，特别优选采用环氧树脂、丙烯酸树脂。端子10是形成于基材8的主面的金属制的部分。作为端子10的材料，采用ni、cu、ti、cr、al、mo、pt、au或选自它们中的至少两种的合金等。在端子10的上表面形成导电膜12。作为导电膜12的材料，采用ti、cu、ni、al、mo、cr、ag等的膜或者混合了金属颗粒和粘合剂的膜等。
22.接合材料4是将电子部件2的端子7和配线基板3的端子10接合的部件。接合材料4作为焊料发挥作用。在组装前，配线基板3具备配置于导电膜12的上表面的状态的接合材料4a。在组装时，在将端子10、导电膜12、接合材料4以及端子7层叠以后进行焊料接合。因此，在接合材料4和端子7的连接界面，形成端子10、导电膜12、接合材料4、及端子7各自的金属发生了反应的金属间化合物(imc)的imc层20。
23.在壁9形成有凹部11。凹部11由贯通壁9的贯通孔构成。由此，在凹部11的底侧，基材8的上表面露出。从配线基板3的厚度方向观察，凹部11呈矩形。端子7、端子10、导电膜12、及接合材料4通过配置在形成于壁9的凹部11内，由壁9包围周围。在端子7、端子10、导电膜12、及接合材料4和凹部11的四方的内侧面(即，壁9的内侧面)之间形成微小的间隙。
24.在凹部11内，在电子部件2及接合材料4和壁9之间配置构成材料50。由此，通过由构成材料50支撑，能够使电子部件2不易从配线基板3剥离。另外，能够缓和施加在电子部件2、接合材料4、端子7、10的力，提高可靠性。作为构成材料50的材料，例如采用环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、醇酸树脂或它们的混合物、或者上述树脂材料和siox、陶瓷等的混合物。作为构成材料50的材料，特别优选采用环氧树脂、丙烯酸树脂。
25.本实施方式的接合结构100具备从基材8的上表面依次层叠的端子10、导电膜12、接合材料4、imc层20、及端子7。接合结构100具有第一层21，该第一层21设置于电子部件2及
配线基板3的一侧，由含有sn的第一金属构成。另外，接合结构100具备第二层22，该第二层22设置于电子部件2及配线基板3的另一侧，由与sn形成金属间化合物的第二金属构成。
26.在本实施方式中，电子部件2的端子7相当于第二层22，配线基板3侧的接合材料4相当于第一层21。因此，imc层20设置于端子7和接合材料4之间的接合界面，由第一金属和第二金属的金属间化合物构成。
27.接合材料4的第一金属可以含有sn，也可以由含有sn的合金构成。第一金属除了sn以外，还可以含有使sn低熔点化的元素。作为使sn低熔点化的元素，例如可举出bi等。
28.端子10的第二金属是au、cu、ni、ag、pd中的任意金属、或选自它们中的至少两种的合金。第二金属可以是至少含有au的金属。该情况下，imc层20含有ausn4。
29.imc层20的平均厚度优选为0.1μm以上，更优选为0.2μm以上。因为含有sn的接合材料4的表面粗糙，所以通过将imc层20设为该尺寸以上，确保接合材料4和端子7之间的接合性，确保通电性。imc层20的平均厚度优选为0.5μm以下，更优选为0.4μm以下。通过将脆的imc层20设为该尺寸以下，能够提高接合可靠性。
30.对上述的imc层20的平均厚度的测定方法进行说明。首先，将获得的接合结构100的中央附近垂直于配线基板3地切出，根据基于sem-eds测定的元素比率进行各个层的相鉴定，根据sem像测定imc层20的平均厚度。具体而言，将第二层22和imc层20的界面上的点等间隔地取多个点(例如5点)，从各个点测量第一层21和imc层20的界面的最短的距离。将这些多个(5个)的距离的平均值设为imc层20的平均厚度。基于该多个点的最短距离的平均厚度只要为0.1μm以上且0.5μm以下即可。
31.图3表示sem像的一例。用“f1”表示第一层21和imc层20的界面。用“f2”表示第二层22和imc层20的界面。从该界面f2等间隔地取多个点。
32.作为imc层20的平均厚度的测定方法，可以采用通过图像解析求出imc层20的面积，通过该面积除以界面f2的长度来计算平均厚度的方法。基于该测定方法的平均厚度只要为0.1μm以上且0.5μm以下即可。
33.接着，参照图4说明电子部件2和配线基板3的接合方法。首先，如图4的(a)所示，在配线基板3的接合材料4a上载置电子部件2的端子7。在此，如果在超过sn的熔点的温度下进行长时间(数分钟)加热，则整体成为共晶结构，不易在接合结构100中形成薄的imc层20。因此，进行短时间的加热，在成为含有sn的接合材料4a的第一金属熔化的温度时进行骤冷。例如，可以施加脉冲电磁波，进行仅含有sn的接合材料4a瞬间熔化的快速加热快速冷却。如图4的(a)所示，使冷却板30与具有含有sn的接合材料4a的配线基板3接触，使加热板31与具有含有与sn形成金属间化合物的第二金属的端子7的电子部件2接触。而且，可以进行温度控制，使得仅端子7和接合材料4a的接触部熔化而形成imc层20(参照图4的(b))。此外，接合方法没有特别限定，可以利用光能进行接合。
34.接着，对本实施方式的接合结构100的作用
·
效果进行说明。
35.本实施方式的接合结构100在由含有sn的第一金属构成的第一层21和由与sn形成金属间化合物的第二金属构成的第二层22之间具备由金属间化合物构成的imc层20。在此，金属因为进行了金属键合，所以通常是具有延展性的柔软的材料。另一方面，金属间化合物是硬且脆的材料。因此，将由金属间化合物构成的imc层20的平均厚度设为0.1μm以上且0.5μm以下。通过设置这样的薄的imc层20，能够通过金属间化合物使接合结构100不易弯曲，能
够通过夹着金属间化合物的金属使断裂不易产生。如上，能够获得断裂强度高且高可靠性的接合结构100。
36.第二金属是au、cu、ni、ag、pd中的任意金属、或选自它们中的至少两种的合金。该情况下，第二层22容易在与sn之间形成金属间化合物。
37.第二金属可以是至少含有au的金属。通过用金属中特别是杨氏模量低的柔软的au的第二层22和sn的第一层21夹着薄的第三层，断裂强度进一步提高。
38.imc层20可以含有ausn4。即使金属间化合物是ausn金属间化合物中硬度低且容易破裂的ausn4，通过与柔软的金属夹在一起，imc层20也会成为不易弯曲且不易破裂的接合结构100，能够进一步提高断裂强度。
39.电子部件2可以是led。由此，安装有led的配线基板在之后经由很多工序组装于显示器等中，能够抑制在这些工序中因断裂而产生的不良。
40.本发明不限于上述的实施方式。
41.在上述的实施方式中，配线基板3侧的层成为第一层21，电子部件2侧的层成为第二层22。也可以取而代之，配线基板3侧的层成为第二层22，电子部件2侧的层成为第二层22。
42.另外，接合结构的各层的配置、大小、数量没有特别限定，也可以在本发明的主旨的范围内适当地变更。
43.[实施例]
[0044]
参照图5说明实施例1～3、及比较例1、2。但是，本技术发明不限于这些实施例。首先，对实施例及比较例的安装基板1的制造方法进行说明。准备led作为电子部件2，在该led形成au的端子7。在基板侧的cu的端子10上形成ni的导电膜12的电析层之后，在导电膜12形成sn的接合材料4a。在使电子部件2的au的端子7和配线基板3的sn的接合材料4a接触的状态下，配线基板3侧以始终为50℃的方式接触冷却板30，且使电子部件2侧接触300℃～310℃的加热板31三分钟，由此控制imc层20的厚度，获得安装基板1。实施例1～3、及比较例1、2除了imc层20的平均厚度不同这一点以外，在相同的条件下制造。imc层20的平均厚度通过根据基于sem-eds测定的元素比率进行各个层的相鉴定，根据sem像测定imc层20的平均厚度的上述的方法来测定。图5表示imc层20的平均厚度。接着，对于实施例1～3、及比较例1、2的安装基板1，对led接合部分使用接合试验仪，测定断裂强度。图5表示测定结果。
[0045]
在比较例1中，认为因为不存在imc层20，所以不能顺利地进行接合，容易破坏。在比较例2中，认为因为脆的imc层20厚，所以变得容易破坏。实施例2、3因为imc层20较薄地存在，所以断裂强度变高。实施例1因为imc层20较薄地存在，所以断裂强度比比较例1高，但与实施例2、3相比，au的端子7和sn的接合材料4a没有充分接合，断裂强度变低。
[0046]
附图标记说明
[0047]2…
电子部件
[0048]3…
配线基板
[0049]
20
…
imc层(第三层)
[0050]
21
…
第一层
[0051]
22
…
第二层
[0052]
100
…
接合结构。

技术特征：
1.一种接合结构，其中，是将电子部件和配线基板接合的接合结构，具备：第一层，其设置于所述电子部件及所述配线基板的一侧，由含有sn的第一金属构成；第二层，其设置于所述电子部件及所述配线基板的另一侧，由与sn形成金属间化合物的第二金属构成；以及第三层，其设置于所述第一层和所述第二层之间的接合界面，由所述第一金属和所述第二金属的金属间化合物构成，所述第三层的平均厚度为0.1μm以上且0.5μm以下。2.根据权利要求1所述的接合结构，其中，所述第二金属是au、cu、ni、ag、pd中的任意金属、或选自它们中的至少两种的合金。3.根据权利要求2所述的接合结构，其中，所述第二金属是至少含有au的金属。4.根据权利要求1～3中任一项所述的接合结构，其中，所述第三层含有ausn4。5.根据权利要求1～4中任一项所述的接合结构，其中，所述电子部件为led。

技术总结
本发明提供一种接合结构，将电子部件和配线基板接合，其中，具备：第一层，其设置于电子部件及配线基板的一侧，由含有Sn的第一金属构成；第二层，其设置于电子部件及配线基板的另一侧，由与Sn形成金属间化合物的第二金属构成；以及第三层，其设置于第一层和第二层之间的接合界面，由第一金属和第二金属的金属间化合物构成，第三层的平均厚度为0.1μm以上且0.5μm以下。0.5μm以下。0.5μm以下。


技术研发人员：葛西谅平 渡边贵志 谷口晋 水户瀬智久 堀田裕平
受保护的技术使用者：TDK株式会社
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/8/5