專利名稱：導體間的連接結(jié)構(gòu)及其連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在表面形成了Au層的導體和其它導體之間通過焊錫連接的技術(shù)。
作為焊錫，在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛采用63Sn-37Pb焊錫。然而，由于根據(jù)廢棄物處理法等環(huán)保相關(guān)法規(guī)的限制，Pb被指定為受特殊管理的物質(zhì)等，近年來擔心對環(huán)境產(chǎn)生不良影響，所以正在不斷地向不含Pb的焊錫(無Pb焊錫)的過渡。
作為無Pb焊錫，Sn-Ag焊錫或者在其中包含Cu和Bi的Sn-Ag系焊錫被看好。采用該Sn-Ag系焊錫連接上述構(gòu)成的電路板和電子零件時，焊錫層中的Sn原子在鍍Ni層內(nèi)擴散形成Sn-Ni合金層，通過該合金層以及焊錫層將電路板端子和電子零件端子之間連接。
在這種情況下，鍍Ni層的表面上的鍍Au層被破壞，Au在焊錫層內(nèi)擴散，但由于Au和Sn之間的反應性高，所以這些金屬相互結(jié)合后會生成金屬間化合物。該Au-Sn金屬間化合物，成為降低焊錫層的機械強度的原因。例如，當焊錫層整體的Au-Sn金屬間化合物的濃度達到5wt％的程度，或者Au-Sn金屬間化合物偏析，在局部地方該金屬間化合物的濃度達到5wt％的程度時，通常將顯著降低連接強度。因此，甚至出現(xiàn)了在鍍金層上不能采用焊錫與其它導體連接的結(jié)論的報告。特別是，通過電解電鍍形成鍍Au層時，一般情況下因鍍Au層的厚度較大，所以在焊錫層中擴散的Au的量相對增多，使焊錫層中的Au-Sn金屬間化合物的濃度增大，因而使連接強度的問題更加突出。
因此，也有過在電路板的端子焊盤上不形成鍍金層(有時甚至也不形成鍍Ni層)，而通過焊錫將該端子焊盤與電子零件的端子連接的方法的嘗試。但是，在鍍Ni層和Cu布線為裸露的端子上，由于在焊接加熱時端子焊盤的表面上容易氧化，所以就造成了電子零件的連接可靠性的問題。雖然也有能避免這樣的問題，例如在提供惰性氣體的惰性氣氛下進行焊接的方法，但成本較高。
另外，在攜帶電話等的充電電池用保護電路中使用的電路板上，除了安裝電子零件的端子焊盤(安裝用端子焊盤)以外，也形成有與電池的端子或充電器的端子直接連接的附加端子焊盤。這些附加端子焊盤因長期暴露在大氣環(huán)境中，所以通常要實施能防止表面氧化的鍍金處理。因此，如果不對安裝用端子焊盤實施鍍金處理，則要采用掩模覆蓋該安裝用端子焊盤，在電鍍結(jié)束后除去該掩模，操作性差，成本方面成為不利因素。特別是，采用電解電鍍實施鍍金時，在該安裝用端子焊盤上有必要形成掩模，操作性進一步變差。因此，在用作保護電路等的電路板中，考慮到成本的問題，即使對安裝用端子焊盤，也和附加端子焊盤同時進行鍍金處理是良策。
依據(jù)本發(fā)明的第1方案，所提供的連接結(jié)構(gòu)，是通過焊錫將在表面上形成了Au層的第1導體與至少在表面具有導電性的第2導體連接的結(jié)構(gòu)，其特征是上述第1導體和上述第2導體通過Au-Zn合金層連接。
優(yōu)選上述第1導體具有在導體層的表面形成了鍍Au層的構(gòu)成，同時上述Au-Zn合金層連接在上述導體層和在上述第2導體上形成的焊錫層之間。上述Au-Zn合金層的厚度例如為0.1～10μm。
優(yōu)選上述焊錫層作為Sn-Zn合金層構(gòu)成。特別是上述Sn-Zn合金層以Sn和Zn大致按共晶組成的比率形成。
另外，上述Sn-Zn合金層進一步包含Bi。這時，上述Sn-Zn-Bi合金層具有例如Sn∶Zn∶Bi＝85～95∶8～12∶1～10的組成。
在良好的實施例中，上述第1導體是由Cu層、Ni層以及Au層積層構(gòu)成。
依據(jù)本發(fā)明的第2方案，所提供的連接方法，是通過焊錫將在表面上形成了Au層的第1導體與至少在表面具有導電性的第2導體連接的方法，其特征是在上述第1導體和上述第2導體之間介入包含Zn的焊錫，將該焊錫熔化后，使其固化。
優(yōu)選上述焊錫是Sn-Zn共晶系焊錫。該Sn-Zn共晶系焊錫也可以進一步包含Bi，其組成例如為Sn∶Zn∶Bi＝85～95∶8～12∶1～10。
上述Au層的厚度例如為0.1～10μm。該Au層例如通過電解電鍍形成。
在良好的實施例中，上述第1導體是由Cu層、Ni層以及Au層積層構(gòu)成。另外，上述第1導體是電路板的端子焊盤，上述第2導體是電子零件的端子或者導體板。
本發(fā)明的各種特征以及優(yōu)點，可以通過以下參照


的實施例更加明確。
圖2a是表示采用Sn-8Zn-3Bi焊錫時的連接處截面的狀態(tài)的顯微鏡照片。
圖2b是表示采用Sn-3.0Ag-0.5Cu焊錫時的連接處截面的狀態(tài)的顯微鏡照片。
圖3a～3f是表示采用Sn-3.0Ag-0.5Cu焊錫時的連接處截面的EPMA的結(jié)果的分布圖，圖3a表示同時顯示所有成分的濃度分布的單色分布照片，圖3b表示Sn的濃度分布的彩色分布照片，圖3c表示Ag的濃度分布的彩色分布照片，圖3d表示Cu的濃度分布的彩色分布照片，圖3e表示Ni的濃度分布的彩色分布照片，圖3f表示Au的濃度分布的彩色分布照片。
圖4是表示采用Sn-8Zn-3Bi焊錫時的連接處截面的EPMA的結(jié)果的分布圖，圖4a表示同時顯示所有成分的濃度分布的單色分布照片，圖4b表示Sn的濃度分布的彩色分布照片，圖4c表示Zn的濃度分布的彩色分布照片，圖4d表示Bi的濃度分布的彩色分布照片，圖4e表示Cu的濃度分布的彩色分布照片，圖4f表示Ni的濃度分布的彩色分布照片，圖4g表示Au的濃度分布的彩色分布照片。
圖5表示采用Sn-8Zn-3Bi焊錫時的連接處截面的放大顯微鏡照片。
圖6a～6d表示圖5中a層、b層、c層以及d層的組成分析結(jié)果的彩色圖表照片。
圖7表示采用Sn-8Zn-3Bi焊錫時的連接處截面的放大SEM照片。
圖8表示對于與圖7的SEM照片對應的區(qū)域中各成分的濃度分布進行俄歇能譜分析的結(jié)果的單色分布照片。
以下參照圖1具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在此，圖1表示有關(guān)本發(fā)明的實施例的導體間連接結(jié)構(gòu)的剖面圖。
在圖1中，電路板1具有例如為防止充電電池過充電的保護電路。該電路板1在例如玻璃環(huán)氧樹脂制成的襯底10上具有Cu構(gòu)成的布線圖形(圖中未畫出)。該Cu布線圖形，例如采用CVD或者蒸鍍等在襯底10的一面上形成厚度為15～25μm左右的Cu膜，然后將不需要的部分蝕刻所形成。
在Cu布線圖形的適當部位上形成多個端子焊盤11a、11b、11c，與電子零件20、21的端子20a、21a或者端子板22連接。端子焊盤11a、11b、11c，通過在上述Cu布線圖形中的焊盤形成部位上形成鍍Ni層之后形成鍍Au層形成。鍍Ni層例如采用電解電鍍形成厚度為10μm左右。鍍Au層例如采用電解電鍍或者無電解電鍍形成厚度為0.1～10μm，優(yōu)選形成為0.5～5μm。
對于這樣的電路板1，利用焊錫H安裝電子零件20、21以及端子板22。在圖示的實施例中，電子零件20是雙芯片，電子零件21是樹脂封裝半導體裝置21。端子板22例如由鎳構(gòu)成。安裝在電路板1上的部件的種類并沒有限制。例如，也可以將引腳插入型半導體裝置或者芯片電阻等安裝在電路板1上。向電路板1的安裝，例如由如下方法進行。
首先，對于電路板1的端子焊盤11a、11b、11c、電子零件20、21的端子20a、21a、以及端子板22的給定部位，預先印刷焊錫漿料。此外，也可以在這些部位上實施鍍焊錫。
作為在本實施例中使用的焊錫，只要是包含Zn的材料，并沒有特別限制。例如，焊錫可以是只由Zn構(gòu)成，也可以在Zn之外包含Pb、Sn、Cu以及Bi等中的一種或者它們之間的任意組合。例如，焊錫中，如果考慮到不使用Pb以及降低熔點的情況，更適合采用Sn-Zn共晶系焊錫。在此，Sn-Zn共晶系焊錫是指按照共晶的比率或者接近共晶的比率包含Sn和Zn，并且作為第3成分包含Bi或者Cu等。具體講，作為Sn-Zn共晶系焊錫優(yōu)選使用其重量比為Sn∶Zn∶Bi＝85～95∶8～12∶1～10構(gòu)成的焊錫。此外，Sn和Zn的共晶溫度由于所以約為199℃，即使Sn-Zn共晶系焊錫包含第3成分時，其熔點也在200℃左右。
然后，在電路板1上將各種電子零件20、21以及端子板22進行電連接和機械連接。更具體講，首先將各種電子零件20等，在定位載置在電路板1上的狀態(tài)下，送入已經(jīng)加熱到焊錫的熔點以上的反流焊爐中，使焊錫H再次融化。然后，從反流焊爐中搬出電路板1，通過使焊錫H冷卻凝固，將各種電子零件20、21以及端子板22安裝在電路板1上。
如上所述，Sn-Zn共晶系焊錫的熔點由于在199℃左右，所以使用Sn-Zn共晶系焊錫時的反流焊爐內(nèi)的溫度，例如設(shè)定在240℃左右就足夠了。該溫度與采用現(xiàn)有的Sn-Pb系焊錫的反流焊方式進行電連接時的反流焊爐內(nèi)的溫度大致相同，并且也是避免使電子零件等受到熱損壞的足夠低的溫度。因此，采用Sn-Zn共晶系焊錫時，可以使用現(xiàn)有的設(shè)備(即不需要添置新設(shè)備)，在不會對電子零件造成熱損壞的情況下，可以采用焊錫反流焊的方法將種電子零件20、21以及端子板22等安裝連接在電路板1上。
在本實施例中，采用Sn-Zn共晶系焊錫時，在具有鍍Au層的端子焊盤11a、11b、11c上采用包含Sn的焊錫H將電子零件20、21以及端子板22連接。因此，按照現(xiàn)有技術(shù)的常識，和采用Sn-Ag系焊錫時相同，也擔心會出現(xiàn)在焊錫H內(nèi)Au原子擴散形成Au-Sn金屬間化合物、降低連接強度的情況。但是，本發(fā)明人，如以下說明那樣，可以證明采用Sn-Zn共晶系焊錫的連接方式具有足夠的機械穩(wěn)定性。
為了確認采用Sn-Zn共晶系焊錫的連接結(jié)構(gòu)的機械穩(wěn)定性，制作了如下2種樣品。樣品I是在玻璃環(huán)氧樹脂制成的襯底上形成的Cu布線圖形(厚度約為20μm)的適當部位上形成了鍍Ni層(厚度約為10μm)以及鍍Au層(厚度約為0.8μm)的端子焊盤和Ni構(gòu)成的端子板之間，采用Sn-Zn共晶系焊錫的Sn-8Zn-3Bi焊錫(Sn∶Zn∶Bi＝89∶8∶3(重量比))進行焊錫反流焊方式的連接。樣品II是在Cu布線圖形上采用Sn-Pb共晶焊錫的63Sn-37Pb焊錫(Sn∶Pb＝63∶37(重量比))通過焊錫反流焊的方法直接將Ni構(gòu)成的端子板連接。此外，除了使用的焊錫種類、焊錫的涂敷條件、電路板的端子焊盤的構(gòu)成以外的條件(例如反流焊溫度、端子板的形式)對于各樣品均相同。
然后，樣品I以及樣品II分別制作多個，對于各個樣品，為測定端子板和電路板之間的連接強度，在端子板的垂直方向上施加負載壓力，以端子板脫落時的負載壓力作為連接強度。其結(jié)果，在各樣品I中的連接強度，和樣品II中的連接強度相同或者在之上。從該結(jié)果中，本發(fā)明人得出了也許是包含在Sn-Zn共晶系焊錫中的Zn成分抑止了鍍Au層中的Au原子向焊錫層側(cè)擴散的推測。也就是說，抑止了Au-Sn金屬間化合物的產(chǎn)生，因而保持了足夠的連接強度。為了確認這種情況，本發(fā)明人，對在分別采用包含Zn的焊錫以及不包含Zn的焊錫而將端子板連接在電路板上時的、電路板端子焊盤和端子板之間的截面組織以及組成情況進行了分析。
本發(fā)明人，首先在和上述實施例同樣的電路板(Cu布線圖形的厚度約為20μm，鍍Ni層的厚度約為10μm，鍍Au層的厚度約為0.8μm)上用焊錫連接Ni構(gòu)成的端子板，然后剝離該端子板，獲得在端子焊盤上凝固著焊錫的電路板。對該電路板的端子焊盤處的截面(以下稱為“連接處截面”)進行研磨后，用光學顯微鏡(產(chǎn)品名稱為“SZ-60”，奧林巴斯制造)觀察該連接處截面。放大倍率為50倍時的連接處截面的狀態(tài)如圖2a、2b(顯微鏡彩色照片)所示。在此，圖2a表示采用Sn-8Zn-3Bi焊錫時的連接處截面的狀態(tài)，圖2b表示采用Sn-3.0Ag-0.5Cu(Sn∶Ag∶Cu＝96.5∶3.0∶0.5(重量比))焊錫時的連接處截面的狀態(tài)。在這些圖中，雖然可以分辨襯底上的Cu布線圖形以及焊錫層，但采用包含Zn的焊錫時(圖2a)和采用不包含Zn的焊錫時(圖2b)，連接處截面的狀態(tài)沒有發(fā)現(xiàn)明顯的差異。
然后，本發(fā)明人，采用EPMA(electron probe microanalysis電子束微分析儀)對連接處截面中的成分進行了二維分析。圖3a～3f表示采用Sn-3.0Ag-0.5Cu焊錫時的連接處截面中的濃度分布照片圖，圖4a～4g表示采用Sn-8Zn-3Bi焊錫時的連接處截面中的濃度分布照明照片圖。在此，EPMA采用島津制作所的“EPMA8705”。
圖3a表示采用Sn-3.0Ag-0.5Cu焊錫連接時的所有成分的濃度分布的單色照片圖。該照片表示各成分的分布區(qū)域。
圖3b～3d分別表示構(gòu)成Sn-3.0Ag-0.5Cu焊錫的Sn元素、Ag元素以及Cu元素的濃度分布的彩色照片圖。將這些圖與圖3a進行比較，可以發(fā)現(xiàn)焊錫層由Sn元素、Ag元素以及Cu元素形成。另外，由于Cu元素構(gòu)成Cu布線圖形，所以在襯底上Cu濃度高。另外，可以發(fā)現(xiàn)Sn的一部分從焊錫層析出并向Cu布線圖形擴散。
圖3e表示Ni元素的濃度分布。將該圖與圖3a進行比較，可以發(fā)現(xiàn)Ni雖然向焊錫層多少有一些擴散，其大部分在Cu布線圖形上止住。Ni濃度高的區(qū)域，由于和從焊錫層中析出的Sn元素的分布區(qū)域大致一致，所以可以推斷在Cu布線圖形上形成了Sn-Ni合金層。
圖3f表示Au元素的濃度分布。將該圖與圖3a進行比較，可以發(fā)現(xiàn)Au向焊錫層擴散。另外，由于沒有發(fā)現(xiàn)Au元素的濃度高的帶狀區(qū)域，所以可以認為鍍Au層已經(jīng)被破壞了。
圖4a表示采用Sn-8Zn-3Bi焊錫連接時的所有成分的濃度分布的單色照片圖。該照片表示各成分的分布區(qū)域。
圖4b～4d分別表示構(gòu)成Sn-8Zn-3Bi焊錫的Sn元素、Zn元素以及Bi元素的濃度分布的彩色照片圖。將這些圖與圖4a進行比較，可以發(fā)現(xiàn)焊錫層由Sn元素、Zn元素以及Bi元素形成，同時與焊錫層的下層區(qū)域或者焊錫層不同另外形成有Zn元素濃度高的區(qū)域。
圖4e表示Cu元素的濃度分布。將該圖與圖4a進行比較，可以發(fā)現(xiàn)Cu雖然向焊錫層多少有一些擴散，其大部分在襯底上止住，可以推斷構(gòu)成了Cu布線圖形。
圖4f表示Ni元素的濃度分布。將該圖與圖4a和4e進行比較，可以發(fā)現(xiàn)Ni雖然向焊錫層多少有一些擴散，其大部分在Cu布線圖形上止住，可以推斷構(gòu)成了鍍Ni層。
圖4g表示Au元素的濃度分布。將該圖與圖4a和4f進行比較，可以發(fā)現(xiàn)Au基本上不向焊錫層擴散?？梢酝茢郃u元素在鍍Ni層上止住。
如上所述，采用焊錫將形成了鍍Au層的端子焊盤連接時，作為焊錫采用不包含Zn的Sn-3.0Ag-0.5Cu時，可以確認鍍Au層被破壞，Au向焊錫層擴散。對此，作為焊錫采用包含Zn的Sn-8Zn-3Bi時，可以確認Au基本上不向焊錫層擴散。進一步需要特別指出的是，采用Sn-8Zn-3Bi時，從圖4c以及4g確認的Zn濃度高的區(qū)域和Au濃度高的區(qū)域大致一致。這表明Zn向鍍Au層擴散，形成Au-Zn層，或者在鍍Au層上形成Zn層，抑止了Au原子向焊錫層側(cè)的擴散。無論怎樣，可以肯定焊錫中的Zn可以抑止Au向焊錫層中的擴散。
因此，本發(fā)明人進一步采用其它方法對作為焊錫采用Sn-8Zn-3Bi時連接處截面的狀態(tài)及其組成進行了分析。
本發(fā)明人首先采用日立制作所制造的“S-4000”放大到3500倍確認連接處截面的狀態(tài)。該照片如圖5所示。該照片表明，連接處截面由a層～d層的4層構(gòu)成。這些層中的3層，如果與由EPMA對各成分的濃度分析的結(jié)果(圖4a～4g)對應，分別是Cu布線圖形、鍍Ni層以及焊錫層。因此，剩下的1層不是Zn單獨形成的Zn層，而是與Au一起形成1層。
為了搞清楚這一點，采用電子衍射分析(EDelectron diffraction)對a層～d層的組成進行分析，該電子衍射分析儀采用堀場制作所制造的“EMAX2770”。各層中的組成分析結(jié)果如圖6a～6d中的彩色圖表照片所示。此外，在各彩色圖標照片中，分析時覆蓋連接處截面的表面上的鎢采用W標記，但這并不是構(gòu)成各層的成分。
圖6a表示分析a層的組成的結(jié)果的圖表。作為a層的構(gòu)成元素檢測出來的基本上是Cu，可以說a層依然是Cu布線圖形。
圖6b表示分析b層的組成的結(jié)果的圖表。作為b層的構(gòu)成元素檢測出來多為C和Ni，可以說b層依然是鍍Ni層。
圖6c表示分析c層的組成的結(jié)果的圖表。作為c層的構(gòu)成元素檢測出來主要是Au和Zn。因此，在c層中，可以認為不是由Zn單獨構(gòu)成的Zn層，而是在鍍Ni層上形成的Au-Zn合金層。在c層中的Zn元素，從焊錫材料中來，因此，焊錫的回流時通過Zn向鍍Au層側(cè)擴散，可以抑制Au元素向焊錫層的擴散，以鍍Au層為基礎(chǔ)，形成Au-Zn合金層。
圖6d表示分析d層的組成的結(jié)果的圖表。作為d層的構(gòu)成元素檢測出來的是Sn和Zn。如果將該結(jié)果與圖4d所示的由EMPA分析Bi元素的濃度分布的測定結(jié)果進行綜合分析，d層為Sn、Zn以及Bi構(gòu)成的焊錫層。另外，在d層中沒有檢測出Au，因此構(gòu)成鍍Au層的Au基本上沒有在焊錫層中擴散。此外，在圖6d中沒有檢測出可以足夠看見的高度峰值的Bi，是因為在焊錫材料中Bi的含有量只有3wt％(Sn的20分之一)，而測定范圍是以Sn為基準。
如上所述，電子衍射分析的結(jié)果表明，a層～d層的組成可以大致確定，特別是c層可以大致確定為Au-Zn合金層，以及d層(焊錫層)中沒有檢測出Au，這是非常有意義的。
本發(fā)明人，為了對采用電子衍射分析所獲得的結(jié)果中的推斷進行進一步確認，進一步采用更高精度的分析方法的俄歇電子能譜分析(AESAuger electron spectroscopy)進行評價。
首先，要進行俄歇電子能譜分析的連接處截面的狀態(tài)采用SEM(掃描型電子顯微鏡scanning electron microscope)確認。SEM照片如圖7所示，可以確認連接處截面是推斷的Cu布線圖形、鍍Ni層，Au-Zn合金層以及Sn-Zn-Bi焊錫層的4層(a層～d層)。
然后，對圖7的SEM照片所示的區(qū)域中的濃度分布采用ARUBAKKUFA(アルバツクフア)制造的“俄歇PHI689”進行俄歇電子能譜分析測定。其結(jié)果如圖8a～8e中的單色照片所示。此外，由于Bi的成分濃度小，測定困難，所以沒有在俄歇電子能譜分析結(jié)果中示出。
圖8a表示Sn的濃度分布測定結(jié)果的照片圖。根據(jù)該照片圖，可以確認Sn分布在與d層對應的區(qū)域。該結(jié)果與EPMA和電子衍射分析的結(jié)果一致。
圖8b表示Zn的濃度分布測定結(jié)果的照片圖。根據(jù)該照片圖，可以確認Zn分布在與d層對應的區(qū)域，同時在c層存在Zn濃度高的區(qū)域。該結(jié)果與EPMA和電子衍射分析的結(jié)果一致。如果將該結(jié)果與圖8a綜合分析，可以認為d層是Sn-Zn合金層，在該合金層中，如果考察EPMA的結(jié)果，Bi在d層中擴散，可以肯定d層是Sn-Zn-Bi焊錫層。
圖8c表示Cu的濃度分布測定結(jié)果的照片圖。根據(jù)該照片圖，可以確認Cu分布在與a層對應的區(qū)域。該結(jié)果與EPMA和電子衍射分析的結(jié)果一致，因此，可以肯定a層是Cu布線圖形。
圖8d表示Ni的濃度分布測定結(jié)果的照片圖。根據(jù)該照片圖，可以確認Ni分布在與b層對應的區(qū)域。該結(jié)果與EPMA和電子衍射分析的結(jié)果一致，可以肯定b層是鍍Ni層。
圖8e表示Au的濃度分布測定結(jié)果的照片圖。根據(jù)該照片圖，可以確認Au分布在與c層對應的區(qū)域。此外，由于Au是測定困難的元素，所以提高了靈敏度進行測定，照片整體發(fā)白，看起來象Au在整個截面擴散，但實際上只在c層有Au分布。將該結(jié)果與圖8b綜合分析，可以肯定c層是Au-Zn合金層。另外，在鍍Ni層上，本來形成有鍍Au層，可以認為Au-Zn合金層是在鍍Au層上因焊錫成分的Zn的擴散所形成。此外，圖7所示的SEM照片表明，c層，即Au-Zn合金層的厚度大約為2～3μm，鍍Au層形成為大約0.8μm，因此可以推斷Au-Zn合金層中Au和Zn之間的比率為1∶1～3左右。
根據(jù)以上說明的各種分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。襯底和端子板之間的連接結(jié)構(gòu)，為Cu布線圖形、鍍Ni層，Au-Zn合金層、Sn-Zn-Bi焊錫層。在鍍Ni層和焊錫層之間介入了Au-Zn合金層，該Au-Zn合金層將端子焊盤和焊錫之間連接。由于Ni和Au的相性好，所以在Au-Zn合金層和鍍Ni層之間具有良好的連接性。而Au與Sn的相性也好，并且Au-Zn合金層及焊錫層雙方中均含有Zn，所以Au-Zn合金層與焊錫層之間也具有良好的連接性。因此，在鍍Ni層和Sn-Zn焊錫層之間介入了Au-Zn合金層的連接結(jié)構(gòu)中，具有高機械強度。如上所述，這可以根據(jù)通過剝離實驗測定端子板和電路板之間的連接強度的結(jié)果中確以。
另外，在焊錫層中Au基本上沒有擴散。這是因為，在Zn在鍍Au層中擴散形成Au-Zn合金層，抑制了Au的擴散。也就是說，在Zn中，具有抑制構(gòu)成鍍Au層的Au向焊錫層中擴散的作用。如果能抑制Au的擴散，就也可以抑制在焊錫中產(chǎn)生Au-Sn金屬間化合物。在現(xiàn)有技術(shù)中，采用包含Sn的焊錫將實施了鍍Au的導體(例如端子焊盤)與其它金屬之間不容易形成強固連接。這是因為Au和Sn在焊錫層內(nèi)產(chǎn)生金屬間化合物，使焊錫層變得脆弱。但是，在本發(fā)明中，例如象Sn-Zn共晶系焊錫那樣，通過采用包含Zn的焊錫，可以抑制產(chǎn)生Au-Sn金屬間化合物，可以使實施了鍍Au的導體與其它金屬之間強固連接。
權(quán)利要求
1.一種導體間的連接結(jié)構(gòu)，是通過焊錫將在表面上形成了Au層的第1導體與至少在表面具有導電性的第2導體連接的結(jié)構(gòu)，其特征是所述第1導體和所述第2導體通過Au-Zn合金層連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導體間的連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述第1導體具有在導體層的表面形成了鍍Au層的構(gòu)成，并且，所述Au-Zn合金層連接在所述導體層和在所述第2導體上形成的焊錫層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導體間的連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述Au-Zn合金層的厚度為0.1～10μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導體間的連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述焊錫層由Sn-Zn合金層構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導體間的連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述Sn-Zn合金層以Sn和Zn大致按共晶組成的比率形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導體間的連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述Sn-Zn合金層進一步包含Bi。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導體間的連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述Sn-Zn-Bi合金層具有Sn∶Zn∶Bi＝85～95∶8～12∶1～10的組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導體間的連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述第1導體是由Cu層、Ni層以及Au層的疊層構(gòu)成。
9.一種連接方法，是通過焊錫將在表面上形成了Au層的第1導體與至少在表面具有導電性的第2導體連接的方法，其特征是在所述第1導體和所述第2導體之間介入包含Zn的焊錫，將該焊錫熔化后，使其固化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連接方法，其特征是所述焊錫是Sn-Zn共晶系焊錫。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的連接方法，其特征是所述Sn-Zn共晶系焊錫進一步包含Bi，其組成為Sn∶Zn∶Bi＝85～95∶8～12∶1～10。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連接方法，其特征是所述Au層的厚度為0.1～10μm。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連接方法，其特征是所述Au層通過電解電鍍形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連接方法，其特征是所述第1導體是由Cu層、Ni層以及Au層的疊層構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連接方法，其特征是所述第1導體是電路板的端子焊盤，所述第2導體是電子零件的端子或者導體板。
全文摘要
一種導體間的連接結(jié)構(gòu)及其連接方法，采用包含Zn的焊錫將在表面上形成了Au層的第1導體與至少在表面具有導電性的第2導體連接。上述第1導體，例如是電路板(1)上構(gòu)成布線圖形的一部分的端子焊盤(11a、11b、11c)，上述第2導體例如是電子零件(20、21)的端子(20a、21a)和端子板。上述第1導體和上述第2導體，通過包含Zn的焊錫中的Zn在上述第1導體的Au層中擴散所形成的Au－Zn合金層連接。
文檔編號B23K35/26GK1442031SQ01812744
公開日2003年9月10日 申請日期2001年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月12日
發(fā)明者中村聰 申請人:羅姆股份有限公司