无铅焊料、焊料膏和半导体器件的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2013年12月4日在韩国专利局提交的韩国专利申请号 10-2013-0149999的权益，其公开通过引用以其全部内容结合在此。
技术领域
[0003] -个或多个示例实施方案涉及无铅焊料、焊料膏和半导体器件。
【背景技术】
[0004] 印刷电路板（PCB)已经在家用电器中广泛使用，如电视机、移动电话或计算机。最 近，大量PCB在汽车中使用。对于在家用电器中使用的焊料，已经使用了大量Sn-Pb合金族 产品。特别是，铅（Pb)充当决定Sn-Pb合金的可润湿性、强度和机械性质的成分。同样，因 为在Sn-Pb合金中包含铅，焊料的熔点可以降低至183°C，并且因此，可以防止电子部件与 半导体器件之间的焊接过程中出现的热损坏。
[0005] 归因于与Pb相关的严格的环境规章，提出了无铅焊料合金，换言之，Sn-Ag-Cu的 三元体系。然而，因为该三元体系对于氧化是弱的，并且具有低覆盖性和低可润湿性，所以 可加工性差并且耐冲击性低。同样，该三元体系不适合于如在汽车的发动机室中的超过 130°C的高温气氛,并且因为包含Ag而是昂贵的。
【发明内容】
[0006] -个或多个示例实施方案包括一种无铅焊料，所述无铅焊料是环境友好的，具有 出色的高温稳定性，并且具有高可靠性。
[0007] -个或多个示例实施方案包括焊料膏，所述焊料膏是环境友好的，具有高的高温 稳定性，并且具有高可靠性。
[0008] -个或多个示例实施方案包括半导体器件，所述半导体器件是环境友好的，具有 1?的1?温稳定性，并且具有1?可罪性。
[0009] 另外的方面部分将在后面的说明书中地给出，并且部分将从说明书是显见的，或 者可以通过本发明的实施方案的实施而学得。
[0010] 根据一个或多个示例实施方案,无铅焊料包括：在约0. 1重量％至约0. 8重量％ 的范围内的Cu;在约0. 001重量％至约0. 1重量％的范围内的Pd;在约0. 001重量％至约 0. 1重量％的范围内的Al;在约0.001重量％至约0. 1重量％的范围内的Si;以及Sn和不 可避免的杂质，所述Sn和不可避免的杂质为余量。
[0011] 无铅焊料还可以包含选自由以下各项组成的组的至少一种元素：在约0.001重 量％至约0. 05重量％的范围内的Ge，在约0. 001重量％至约0. 05重量％的范围内的Bi， 在约0. 001重量％至约0. 05重量％的范围内的P，和在约0. 001重量％至约0. 05重量％的 范围内的In。
[0012] 无铅焊料可以具有在约45%至约65%的范围内的伸长率。
[0013] 根据一个或多个示例实施方案，焊料膏包含在5至25重量份/100重量份的无铅 焊料的范围内的焊剂，其中所述100重量份的无铅焊料具有上述组成。
[0014] 根据一个或多个示例实施方案，半导体器件包括：基板，在所述基板中形成有多个 第一端子；半导体芯片，所述半导体芯片安装在基板上并且包括多个分别对应于第一端子 的第二端子；和多个焊料凸块（solderbump)，所述焊料凸块分别连接相应的第一和第二端 子，其中所述焊料凸块包含：在约〇. 1重量％至约0.8重量％的范围内的Cu,在约0.001重 量％至约0. 1重量％的范围内的Pd,在约0.001重量％至约0. 1重量％的范围内的A1，在 约0. 001重量％至约0. 1重量％的范围内的Si,以及Sn和不可避免的杂质，所述Sn和不可 避免的杂质为余量。
【附图说明】
[0015] 从实施方案的以下叙述，结合附图，这些和/或其他方面将变得显见并且更容易 地理解，其中：
[0016] 图1是根据本发明原理的实施方案的半导体部件的截面图；
[0017] 图2A至2D是显示根据本发明原理分别根据比较例和实施例1至3制造的无铅焊 料的可润湿性的测试结果的照片。
【具体实施方式】
[0018] 现在将详细参考实施方案，其实例在附图中示出。在这方面，本发明的实施方案可 以具有不同的形式并且不应当解释为限定于本文给出的说明。提供这些实施方案以使得本 公开将是彻底和完整的，并且将本发明的范围完整地传递给本领域技术人员。相同的附图 标记贯穿全文是指相同的元件。在附图中，示意性地画出多个元件和区域。因此，根据本发 明原理的实施方案不限于附图中描绘的相对尺寸和空隙。
[0019] 将明白的是，虽然术语'第一'、'第二'等在本文可以用于描述多种元素，这些元素 不应当受这些术语限制。这些术语仅用于使用将一种元素与另一种区分。例如，可以将第 一元素称为第二元素，并且，类似地，可以将第二元素称为第一元素，而不脱离示例实施方 案的范围。
[0020] 本文使用的术语仅用于描述实施方案的目的，并且不意图是示例实施方案的限 定。除非上下文明确地另外指出，单数形式包括复数形式。还应当明白的是，当在本文使用 时，术语"包含"和/或"包括"是指所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组分的存在， 但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或它们的组的存在或加 入。
[0021] 除非另外定义，本文使用的所有术语包括技术和科学术语具有与本发明所属领域 技术人员通常理解的相同的含义。还应当明白的是术语，如字典中通常使用的那些定义，应 当解释为具有与它们在相关领域的内容中的含义一致的含义，并且除非在本文明确定义， 将不以理想化的或过度正式的含义解释。
[0022] 在根据本发明原理的实施方案中，重量通过合金的总重量中相应的组分的重量百 分比重量％指明。
[0023] 根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以包括Cu、Pd、Al和Si,使用Sn作为主 要组分。更具体地，根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以包含在约0. 1重量％至约 0. 8重量％的范围内的Cu,在约0. 001重量％至约0. 1重量％的范围内的Pd,在约0. 001重 量％至约0. 1重量％的范围内的Al,在约0. 001重量％至约0. 1重量％的范围内的Si,以 及Sn和不可避免的杂质，所述Sn和不可避免的杂质为余量。
[0024] 这里，'主要组分'是指重量超过合金的总重量的50%的组分。同样，在根据本 发明原理的实施方案的无铅焊料中，可以包含不可避免的杂质元素。
[0025] 铜可以影响无铅焊料的抗拉强度。如果Cu含量过小，无铅焊料的抗拉强度可能不 像想要的那样增加。如果Cu含量过大，无铅焊料可能硬化，并且因此，可能容易出现织构损 坏。
[0026] 同样，Cu可以影响无铅焊料的高温稳定性。如果Cu含量过小，无铅焊料可能是热 学上弱的，并且因此，在高温损坏。如果Cu含量过大，可能产生Cu浮渣，并且因此，焊接可 能是困难的。
[0027] 根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以包含在约0. 1重量％至约0. 8重量％ 的范围内的Cu。根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以包含大约0. 5重量％的Cu。
[0028] 根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以包含在约0. 001重量％至约0. 1重 量％的范围内的PcL根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以包含在约0.005重量％至 约0. 05重量％的范围内的PcL根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以包含大约0. 01 重量％的PcL
[0029] Pd可以影响无铅焊料的抗拉强度。如果Pd含量过小，无铅焊料的抗拉强度可能不 像想要的那样增加。同样，可能难以减少电极被无铅焊料的溶解。如果Pd含量过大，无铅 焊料可能硬化，并且因此，可能容易出现织构损坏。而且，如果Pd含量过大，可能是不经济 的。
[0030] 根据本发明原理的实施方案的无铅焊料可以基本上不包含Ag。这里，"无铅焊料 可以基本上不包含Ag"是指可以包含小量的Ag作为不可避免的杂质。
[0031] 因为根据本发明原理的实施方案的无铅焊料基本上不包含Ag,根据本发明原理的 实施方案的无铅焊料比现有技术的Sn-Ag-Cu