[go: up one dir, main page]

TWI759692B - 接合構造 - Google Patents

接合構造 Download PDF

Info

Publication number
TWI759692B
TWI759692B TW109105692A TW109105692A TWI759692B TW I759692 B TWI759692 B TW I759692B TW 109105692 A TW109105692 A TW 109105692A TW 109105692 A TW109105692 A TW 109105692A TW I759692 B TWI759692 B TW I759692B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
bonding
component
metal
substrate
Prior art date
Application number
TW109105692A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202105675A (zh
Inventor
佐藤敬
谷口晋
小林英之
折笠誠
Original Assignee
日商 Tdk 股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商 Tdk 股份有限公司 filed Critical 日商 Tdk 股份有限公司
Publication of TW202105675A publication Critical patent/TW202105675A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI759692B publication Critical patent/TWI759692B/zh

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components
    • H05K3/3442Leadless components having edge contacts, e.g. leadless chip capacitors, chip carriers
    • H10W20/20
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/85Packages
    • H10H20/857Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components
    • H05K3/3436Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/83Electrodes
    • H10H20/831Electrodes characterised by their shape
    • H10H20/8316Multi-layer electrodes comprising at least one discontinuous layer
    • H10W72/071
    • H10W72/20
    • H10W72/90
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0271Arrangements for reducing stress or warp in rigid printed circuit boards, e.g. caused by loads, vibrations or differences in thermal expansion
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/111Pads for surface mounting, e.g. lay-out
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03Conductive materials
    • H05K2201/0332Structure of the conductor
    • H05K2201/0335Layered conductors or foils
    • H05K2201/0338Layered conductor, e.g. layered metal substrate, layered finish layer or layered thin film adhesion layer
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007Types of components
    • H05K2201/10106Light emitting diode [LED]
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24Reinforcing the conductive pattern
    • H05K3/244Finish plating of conductors, especially of copper conductors, e.g. for pads or lands
    • H05K3/346
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01Manufacture or treatment
    • H10H20/036Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0364Manufacture or treatment of packages of interconnections
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/83Electrodes
    • H10H20/832Electrodes characterised by their material
    • H10W72/01235
    • H10W72/01265
    • H10W72/01271
    • H10W72/01935
    • H10W72/072
    • H10W72/07232
    • H10W72/07236
    • H10W72/07252
    • H10W72/07255
    • H10W72/221
    • H10W72/241
    • H10W72/251
    • H10W72/252
    • H10W72/2524
    • H10W72/2528
    • H10W72/29
    • H10W72/923
    • H10W72/952
    • H10W72/953
    • H10W90/701
    • H10W90/724
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

本發明之接合構造係將發光元件與基板接合者,具備:第1電極,其形成於發光元件;第2電極,其形成於基板;及接合層,其將第1電極與第2電極接合;接合層含有第1接合金屬成分及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分。

Description

接合構造
本發明係關於一種接合構造。
先前,作為將電子零件與基板接合之接合構造,已知有日本專利特開2011-74484號公報中記載之接合構造。該接合構造藉由使覆蓋電子零件之電極之焊料及覆蓋基板之電極之焊料熔融而將電子零件與基板接合。
此處,於將發光元件與基板接合之情形時,要求將兩者以適當之狀態接合。因此,本發明之一態樣提供一種能夠將發光元件與基板以適當之狀態接合之接合構造。
本發明之一態樣之接合構造係將發光元件與基板接合者,具備:第1電極,其形成於發光元件;第2電極,其形成於基板;及接合層,其將第1電極與第2電極接合;接合層含有第1接合金屬成分及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分。
發光元件及基板經由接合層接合。又,發光元件之第1電極及基板之第2電極經由接合層電性連接。接合層含有第1接合金屬成分及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分。如此,於接合層含有互不相同之第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之情形時,能夠降低接合時之熔點。藉此,能夠將發光元件及基板於低溫下接合。藉由以上,能夠將發光元件及基板以適當之狀態接合。
亦可為,接合層具有合金層,合金層由基底金屬成分與第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之合金構成。
亦可為,接合層於發光元件側及基板側具有一對合金層。
亦可為,接合層具有由大致單一之金屬成分形成之金屬層,金屬層由第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之另一種接合金屬成分形成。
亦可為,接合層具有第1接合金屬成分與第2接合金屬成分混合而成之共晶層。
亦可為,接合層具有由大致單一之金屬成分形成之金屬層、及第1接合金屬成分與第2接合金屬成分混合而成之共晶層,金屬層由第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之至少一種金屬成分形成,共晶層形成於金屬層之周圍。
亦可為,接合層具有:第1基底層及第1合金層,其等形成於發光元件側;以及第2基底層及第2合金層,其等形成於基板側;第1合金層由第1基底層之第1基底金屬成分與第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之合金構成,第2合金層由第2基底層之第2基底金屬成分與第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之一種接合金屬成分之合金構成,第1合金層及第2合金層中之一種合金層較另一種合金層薄。
亦可為,接合層具有:第1基底層及第1合金層,其等形成於發光元件側;以及第2基底層及第2合金層,其等形成於基板側;第1合金層由第1基底層之第1基底金屬成分與第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之合金構成,第2合金層由第2基底層之第2基底金屬成分與一種接合金屬成分之合金構成,第1合金層及第2合金層從第1基底層及第2基底層呈輻射狀形成。
根據本發明,能夠提供一種可將發光元件及基板以適當之狀態接合之接合構造。
第1接合金屬成分及第2接合金屬成分可為Sn、Bi、In、Pb、Zn中之任意一種金屬,亦可為由Sn、Bi、In、Pb、Zn中之兩種以上金屬構成之合金或共晶。
接合層中之第1接合金屬成分與第2接合金屬成分之濃度比可為0.1~9.0,亦可為0.3~6.0,還可為0.5~3.0。
合金層之厚度可為0.1 μm以上,0.3 μm以上,0.5 μm以上,亦可為2.0 μm以下,1.5 μm以下,1.0 μm以下。
第1合金層及第2合金層中之至少任一個可於第1基底層及第2基底層之周圍呈輻射狀形成。
以下,參照圖式詳細說明本發明之一態樣之接合構造之較佳之實施形態。再者,於以下之說明中,相同要素或具有相同功能之要素使用相同之符號,省略重複之說明。
[第1實施形態] 圖1係表示第1實施形態之接合構造1之概略側視圖。如圖1所示,接合構造1藉由將發光元件3接合於基板2而構成。於基板2,形成有複數個電極4(第2電極)。於發光元件3,形成有電極6(第1電極)。基板2之電極4及發光元件3之電極6經由接合層7接合。如此,接合構造1具備形成於基板2之電極4、形成於發光元件3之電極6、及將電極4與電極6接合之接合層7。
圖2係表示第1實施形態之接合構造1之概略俯視圖。如圖2所示,發光元件3呈矩陣狀排列於基板2。於基板2,以預定之排列圖案固定有紅色發光元件3A、綠色發光元件3B、及藍色發光元件3C。基板2無特別限定,有時使用柔性基板。如上所述,藉由將複數個發光元件3接合於基板2,能夠構成LED顯示器之零件。例如,相對於如LCD(液晶顯示器)般藉由透射型液晶來控制背光燈之光之方法,LED(發光元件顯示器)以作為自然發光元件之發光元件構成像素。藉此,LED顯示器具有亮度高、壽命長、視野角大等特徵。為了於此種LED顯示器中提高像素數量,而謀求將發光元件3小型化。
接合層7藉由將形成於基板2之電極4之凸塊及形成於發光元件3之電極6之凸塊重疊,並加熱使凸塊彼此熔融而形成。如圖6A所示,形成於基板2之電極4之凸塊8具有覆蓋電極4之基底層41及覆蓋基底層41之金屬層42。形成於發光元件3之電極6之凸塊9具有覆蓋電極6之基底層31及覆蓋基底層31之金屬層32。
金屬層32、42由連接金屬構成。連接金屬係藉由熔融後冷卻硬化而能夠相互接合之金屬。又,金屬層32及金屬層42分別由互不相同之接合金屬構成。金屬層32由第1接合金屬構成。金屬層42由與第1接合金屬不同之第2接合金屬構成。作為此種不同接合金屬之組合,採用Sn與Bi之組合、或者Sn與In之組合。
基底層31、41係稱為UBM(Under Bump Metal,凸塊下金屬層)之層。基底層31、41係於電極6、4形成金屬層32、42時介於該電極6、4與金屬層32、42之間之層。採用Ni、NiP、NiB、Cu等作為基底層31、41。再者,亦可省略基底層31、41,將金屬層32、42直接形成於電極6、4。再者,採用Cu、Ag、Al、Pd、Au等作為電極6、4。由於Pd或Au作為無電解鍍覆之觸媒起作用,故而能夠簡化預處理工序,從而適合用作電極材料。
其次,參照圖3詳細說明接合層7。圖3係接合構造1之概略剖視圖。此處,就採用Cu作為基板2之電極4、採用NiP作為基底層41、採用Bi作為金屬層42之接合金屬、採用Cu作為發光元件3之電極6、採用NiP作為基底層31及採用Sn作為金屬層32之接合金屬之接合構造1進行說明。
接合層7使用Sn作為發光元件3側之第1接合金屬,使用Bi作為基板2側之第2接合金屬。因此,接合層7含有作為第1接合金屬成分之Sn成分及作為與第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分之Bi成分。再者,含有第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之狀態表示無論第1接合金屬及第2接合金屬係作為共晶層存在或作為合金層存在、亦或作為單一之金屬層存在,均係作為成分存在於接合層7中。又,接合層7具有由作為基底金屬成分之Ni與作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之Sn之合金構成之合金層。
具體而言,如圖3所示,接合層7以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層7以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiSn合金層23。又,接合層7於發光元件3側之NiSn合金層13與基板2側之NiSn合金層23之間具有Sn金屬層14及Bi金屬層16。
發光元件3側之NiSn合金層13係藉由發光元件3之金屬層32之Sn成分與基底層31之Ni成分反應而形成之合金層。NiSn合金層13呈輻射狀形成於NiP基底層11之周圍。即,NiSn合金層13形成局部以較大程度突出之部分及凹陷之部分。NiSn合金層13之此種輻射狀之形狀藉由預先對發光元件3之金屬層32及基底層31進行退火處理而形成(參照圖4D)。含P層12係隨著於Sn成分與NiP成分之間反應形成NiSn合金層13而形成之層。
基板2側之NiSn合金層23係藉由基板2之基底層41之Ni成分與Sn成分反應而形成之合金層。此時之Sn成分藉由發光元件3側之Sn成分於Bi成分內擴散至基板2側,而與基板2側之Ni成分發生反應。基板2側之Sn成分少於發光元件3側。因此,基板2側之NiSn合金層23形成得較發光元件3側之NiSn合金層13薄。又,基板2側之含P層22亦變得較發光元件3側之含P層12薄。由於基板2側之NiSn合金層23成為均勻且較薄之層,故而獲得如下效果。於基板2為柔性基板之情形時,受施加至基板2側之端子之應力之影響,合金層變得容易破裂。但,由於NiSn合金層23均勻且較薄,故而能夠使此種破裂不易產生。
金屬層係由大致單一之金屬成分形成之層。此處,由大致單一之金屬成分形成之狀態係指每單位體積中包含95%質量以上之金屬成分之狀態。接合層7至少具有由第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中未能成為合金層之接合金屬成分形成之金屬層。由於作為合金層形成有NiSn合金層13、23,因此接合層7至少具有Bi金屬層16。於本實施形態中,接合層7亦具有成為合金層之Sn成分之金屬層即Sn金屬層14。
Sn金屬層14及Bi金屬層16由於如下原因而形成。即,藉由預先進行退火處理,於開始接合之時刻,Sn金屬層32中存在NiSn合金層33。因此,於開始接合時,Sn成分與Bi成分之反應受到擴散至Sn成分內之Ni成分之阻礙。從而,Sn成分與Bi成分不能均勻地混合。而且,局部地殘留有富Sn之部分,該部分成為Sn金屬層14。又,局部地殘留有富Bi之部分,該部分成為Bi金屬層16。
再者,基板2及發光元件3之間之間隙狹窄,接合體之流動性較低亦可能成為Sn成分及Bi成分難以均勻混合之原因。例如,由於於平面方向上相鄰之電極6彼此之間之距離為100μm以下,因此從防止短路之觀點出發,基板2及發光元件3之間之間隙有時被限制為50μm以下。
其次,參照圖4~圖6說明接合構造1之製造方法。圖4係表示於發光元件3側形成凸塊9時之情況之工序圖。圖5係表示於基板2側形成凸塊8時之情況之工序圖。圖6係表示將發光元件3接合至基板2時之情況之工序圖。
如圖4A、4B所示,以覆蓋發光元件3之電極6之方式藉由鍍覆法等形成基底層31。其次,如圖4C所示,以覆蓋基底層31之方式藉由鍍覆法等形成金屬層32。然後,如圖4D所示,進行退火處理。藉此,基底層31與金屬層32反應,形成合金層33。退火處理於100~300℃左右之溫度下進行。為了抑制表面之氧化,較佳為於還原性氣氛或者真空、N2 氣氛等中進行。又,基底層31之基底金屬成分之擴散進入至金屬層32內。
就退火後之尺寸進行說明。電極6之厚度設定為0.5~10 μm。基底層31之厚度設定為0.5~10 μm。凸塊9之厚度設定為0.5~10 μm。凸塊9之厚度藉由變更鍍覆時間來調整。
如圖5A所示,基板2之電極4露出。電極4形成於基材2a上,且於被覆層2b之一部分形成有槽,藉此,電極4從該槽露出。如圖5B所示,以覆蓋電極4之方式藉由鍍覆法等形成基底層41。又,如圖5C所示,以覆蓋基底層41之方式藉由鍍覆法等形成金屬層42。藉由以上,形成基板2之凸塊8。其次,如圖5D所示,進行退火處理。藉此,基底層41與金屬層42反應,形成合金層43。退火處理於100~300℃左右之溫度下進行。為了抑制表面之氧化,較佳為於還原性氣氛或者真空、N2 氣氛等中進行。又,基底層41之基底金屬成分之擴散進入至金屬層42內。
電極4之厚度設定為0.5~10 μm。基底層41之厚度設定為0.5~10 μm。凸塊8之厚度設定為0.5~10 μm。
如圖6A所示,以基板2之凸塊8與發光元件3之凸塊9對向之方式,進行基板2及發光元件3之對位。如圖6B所示,於發光元件3之凸塊9塗佈助焊劑50。其次,如圖6C所示,藉由使凸塊8、9彼此接觸並施加熱及壓力而使基板2之凸塊8與發光元件3之凸塊9熔融。藉由熔融之凸塊之冷卻固化而形成接合層7。
其次,說明本實施形態之接合構造1之作用、效果。
接合構造1係將發光元件3與基板2接合之接合構造1,具備:形成於發光元件3之電極6、形成於基板2之電極4、及將電極6與電極4接合之接合層7。接合層7含有第1接合金屬成分(此處為Sn成分)及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分(此處為Bi成分)。
發光元件3與基板2經由接合層7接合。又,發光元件3之電極6與基板2之電極4經由接合層7電性連接。接合層7含有第1接合金屬成分及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分。如此,於接合層7含有互不相同之第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之情形時,能夠降低接合時之熔點。藉此,能夠將發光元件3與基板2於低溫下接合。藉由以上,能夠將發光元件3與基板2以適當之狀態接合。
發光元件3與基板2相比零件之尺寸非常小。又,供安裝發光元件3之基板2有時為有機基板。因此,要求抑制因熱引起之翹曲或變形而於零件安裝部施加應力之情況。即,要求將發光元件3與基板2於低溫下接合。若採用本實施形態之接合構造1,則能夠將發光元件3與基板2於低溫下接合。
接合層7具有NiSn合金層13、23。NiSn合金層13、23由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之Sn成分之合金構成。如此,接合層7具有NiSn合金層13、23表示於接合層7接合時,Ni成分擴散至Sn金屬層中。於該情形時,抑制了Sn成分及Bi成分混合,易於形成Sn金屬層14及Bi金屬層16。
特別是,接合層7於發光元件3側及基板2側具有一對合金層13、23。其意味著於接合時Sn成分向不具有Sn成分之金屬層32之基板2側移動,形成NiSn合金層23。該情形時,基板2側之Ni成分亦擴散至Sn成分中,藉此,能夠進一步抑制Sn成分與Bi成分之混合。又,於基板2側,由Sn成分及Ni成分形成NiSn合金層23,來代替Sn成分與Bi成分混合而形成共晶層。藉此,接合層7能夠減少作為構造體較脆之共晶層之比率。
此處,安裝有發光元件3之基板2有時被再次進行回焊以用於修理或其他零件之安裝等。修理係指將有不良之發光元件3替換為其他發光元件3。該情形時,若接合層7再次熔融,則發光元件3發生錯位。
與之相對,接合層7具有由大致單一之金屬成分形成之金屬層。該金屬層係由第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之另一種接合金屬成分即Bi成分形成之Bi金屬層16。又,本實施形態中,接合層7亦具有Sn金屬層14。由大致單一之金屬成分形成之金屬層具有接合時之反應開始溫度以上之熔點。因此,於再次進行回焊以用於修理或其他零件之安裝等之情形時,能夠抑制接合層7之再次熔融。
接合層7具有形成於發光元件3側之NiP基底層11及NiSn合金層13、形成於基板2側之NiP基底層21及NiSn合金層23,NiSn合金層13由NiP基底層11之Ni及Sn之合金構成,NiSn合金層23由NiP基底層21之Ni及Sn之合金構成,NiSn合金層23較NiSn合金層13薄。於基板2為柔性基板之情形時,受施加至基板2側之端子之應力之影響,合金層變得容易破裂。但,由於NiSn合金層23均勻且較薄,因此能夠使此種破裂不易產生。此種基板2側之NiSn合金層23具有以1 μm以下之厚度連續擴散之特徵性之層構造。
作為實施例1製造了上述實施形態之接合構造1。說明了用於獲得該實施例之接合構造之實驗條件。首先,針對發光元件之大小為
Figure 02_image001
15 μm之電極,藉由無電解鍍覆方法,形成1 μm厚度之NiP基底層及6 μm厚度之Sn金屬層。又,藉由將該凸塊利用甲酸回流爐加熱而進行退火處理。針對基板之大小為15x20 μm之電極,藉由無電解鍍覆方法,形成1 μm厚度之NiP基底層及4 μm厚度之Bi金屬層。將發光元件及基板於各凸塊之位置處重疊,於180℃邊加熱邊賦予壓力。
作為實施例1,以相同之條件製造了兩個接合構造,但於任一接合構造中,均確認到Sn金屬層14及Bi金屬層16。又,確認到呈輻射狀擴散之NiSn合金層13。又,確認到基板側之NiSn合金層23。
[第2實施形態] 參照圖7,說明第2實施形態之接合構造100。圖7係第2實施形態之接合構造之概略剖視圖。接合層107以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層107以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiSn合金層23。又,接合層107於發光元件3側之NiSn合金層13與基板2側之NiSn合金層23之間具有SnBi共晶層60。
SnBi共晶層60係混合了Sn成分及Bi成分之層。於接合時,藉由Sn成分及Bi成分相互大致均勻地混合,形成SnBi共晶層60。SnBi共晶層60之熔點較Sn金屬層14及Bi金屬層16(參照圖3)之熔點低。
此種SnBi共晶層60係於形成發光元件3之凸塊9時,藉由不進行如圖4D所示之退火處理便將發光元件3及基板2接合而形成。即,如圖4C所示,於Sn金屬層32中不存在NiSn合金層33之狀態下,將發光元件3之凸塊9及基板2之凸塊8接合。該情形時,與預先存在NiSn合金層33之第1實施形態相比,接合中之Ni成分相對於Sn成分之擴散性低。因此,Sn成分及Bi成分混合,形成SnBi共晶層60。
由於形成了SnBi共晶層60,故而與Bi成分混合之Sn成分亦向基板2側移動。另一方面,Bi成分與NiP基底層21之間不進行合金化反應。因此,基板2側之NiP基底層21與Sn成分之間進行合金化反應。以覆蓋基板2側之NiP基底層21之方式形成NiSn合金層23,且形成含P層22。於第2實施形態之接合構造100中亦係基板2側之NiSn合金層23成為與發光元件3側之NiSn合金層13相比更均勻且薄之層。其原因在於,於Bi代替為Sn後形成Ni及Sn合金層。因此,即便於基板2為柔性基板之情形時,由於NiSn合金層23均勻且較薄,故而亦能夠使應力引起之破裂不易產生。
如上,接合構造100係將發光元件3及基板2接合之接合構造100,具備:形成於發光元件3之電極6、形成於基板2之電極4、以及將電極6及電極4接合之接合層107。接合層107含有第1接合金屬成分(此處為Sn成分)及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分(此處為Bi成分)。
於接合層107含有互不相同之第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之情形時,能夠降低接合時之熔點。藉此,能夠將發光元件3及基板2於低溫下接合。藉由以上,能夠將發光元件3及基板2以適當之狀態接合。
接合層107具有NiSn合金層13、23。NiSn合金層13、23由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之Sn成分之合金構成。藉由以此方式形成NiSn合金層13、23,接合層107能夠減少作為構造體較脆之共晶層之比率。特別是,接合層107於發光元件3側及基板2側具有一對合金層13、23。其意味著於接合時Sn成分向不具有Sn成分之金屬層32之基板2側移動,形成NiSn合金層23。如此,於基板2側,由Sn成分及Ni成分形成NiSn合金層23,來代替Sn成分及Bi成分混合而形成共晶層。藉此,接合層107能夠減少作為構造體較脆之共晶層之比率。
接合層107具有將Sn成分及Bi成分混合而成之SnBi共晶層60。
作為實施例2製造了第2實施形態之接合構造100。此處,除於形成發光元件之凸塊時不進行退火處理以外,其他設為與對應於第1實施形態之實施例1相同之條件。再者,發光元件3相對於基板2之壓抵負載為每晶片0.05 g。
實施例2中,確認到形成了SnBi共晶層60。又,確認到於發光元件3側,於SnBi共晶層6之邊界形成呈輻射狀擴散之NiSn合金層13。又,確認到於基板2側,於SnBi共晶層6之邊界形成了NiSn合金層23。
[第3實施形態] 參照圖8,說明第3實施形態之接合構造200。圖8係第3實施形態之接合構造200之概略剖視圖。接合層207以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層207以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiSn合金層23。又,接合層207於發光元件3側之NiSn合金層13與基板2側之NiSn合金層23之間具有Sn金屬層14及SnBi共晶層60。
於電極4與電極6對向之區域,主要形成Sn金屬層14。而且,SnBi共晶層60形成於Sn金屬層14之周圍。即,SnBi共晶層60配置為如由Sn金屬層14向接合層207之外周部被擠出之態樣。再者,於圖8所示之形態中,由於Sn成分占主導,因此形成了Sn金屬層14。但,根據Sn成分與Bi成分之量之關係性等,亦可形成Bi金屬層16來代替Sn金屬層14,或者,亦可形成Sn金屬層14及Bi金屬層16兩者。
此種接合層207係藉由相對於第2實施形態之接合構造100之製造條件增加發光元件3對於基板2之壓抵力而形成。例如,第2實施形態之每晶片之壓抵負載為0.001~1 g,較佳為0.01~0.06 g,另一方面,第3實施形態之每晶片之壓抵負載為1~10 g,較佳為設定為2~8 g。藉此,於接合時,混合有Sn成分及Bi成分之液體層部分因被與Bi成分混合前之Sn金屬層擠壓,而被擠出至外周部。藉由接合層207冷卻固化,於Sn金屬層14之周圍形成SnBi共晶層60。再者,亦可藉由於發光元件3與基板2之間放入預定厚度之間隔物來將發光元件3與基板2之間之距離控制為恆定。間隔物之材料較佳為Si、SUS、塑脂(例如PEEK)等耐熱性及尺寸加工精度高之材料。
如上,接合構造200係將發光元件3及基板2接合之接合構造200,具備:形成於發光元件3之電極6、形成於基板2之電極4、將電極6及電極4接合之接合層207。接合層207含有第1接合金屬成分(此處為Sn成分)及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分(此處為Bi成分)。
於接合層207含有互不相同之第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之情形時,能夠降低接合時之熔點。藉此,能夠將發光元件3及基板2於低溫下接合。藉由以上,能夠將發光元件3及基板2以適當之狀態接合。
接合層207具有NiSn合金層13、23。NiSn合金層13、23由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之Sn成分之合金構成。於第3實施形態之接合構造200中亦係基板2側之NiSn合金層23成為與發光元件3側之NiSn合金層13相比均勻且較薄之層。其原因在於,於Bi置換為Sn後形成Ni及Sn合金層。因此,即便於基板2為柔性基板之情形時,由於NiSn合金層23均勻且較薄,故而亦能夠使應力引起之破裂不易產生。
接合層207具有由大致單一之金屬成分形成之金屬層與第1接合金屬成分及第2接合金屬成分混合而成之共晶層。金屬層由作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之至少一種金屬成分之Sn成分形成為Sn金屬層14。SnBi共晶層60形成於Sn金屬層14之周圍。該情形時,接合層207能夠將熔點較低且較脆之SnBi共晶層60配置於外周側,熔點較高且強度較高之Sn金屬層14作為本體部配置於中央側。如此,由於接合層207具有Sn金屬層14作為本體部,故而於再次進行回焊以用於修理及其他零件之安裝等時,能夠抑制再次熔融,並且能夠提高作為構造體之可靠性。
作為實施例3製造了第3實施形態之接合構造200。此處,除發光元件3對於基板2之壓抵負載為每晶片4 g以外,其他設為與形成實施例2之接合構造時相同之條件。
實施例3中,確認到於中心附近形成Sn金屬層14,於其周圍形成SnBi共晶層60。又,確認到呈輻射狀擴散之NiSn合金層13。又,確認到基板2側之NiSn合金層23。
[第4實施形態] 參照圖9,說明第4實施形態之接合構造300。圖9係採用Bi作為發光元件3側之第1接合金屬且採用Sn作為基板2側之接合金屬之情形時之第4實施形態之接合構造之概略剖視圖。接合層7以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層7以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiSn合金層23。NiSn合金層23呈輻射狀形成於NiP基底層21之周圍。即,NiSn合金層23形成局部以較大程度突出之部分及凹陷之部分。NiSn合金層23之此種輻射狀之形狀藉由預先對基板2之金屬層42及基底層41進行退火處理而形成(參照圖5D)。含P層22係隨著於Sn成分與NiP成分之間反應形成NiSn合金層23而形成之層。
發光元件3側之NiSn合金層13係藉由發光元件3之基底層31之Ni成分及Sn成分反應而形成之合金層。此時之Sn成分藉由基板2側之Sn成分於Bi成分內擴散至發光元件3側而與發光元件3側之Ni成分反應。發光元件3側之Sn成分少於基板2側。因此,發光元件3側之NiSn合金層13形成為較基板2側之NiSn合金層23更薄。又,發光元件3側之含P層12亦變得較基板2側之含P層22薄。由於發光元件3側之NiSn合金層13成為均勻且較薄之層,因此可取得如下效果。於基板2為柔性基板之情形時,受施加至基板2側之端子之應力之影響,合金層變得容易破裂。但,由於NiSn合金層13均勻且較薄,因此能夠使此種破裂不易產生。
金屬層係由大致單一之金屬成分形成之層。此處,由大致單一之金屬成分形成之狀態係指每單位體積中包含95質量%以上之金屬成分之狀態。接合層7至少具有由第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中未成為合金層之接合金屬成分形成之金屬層。由於作為合金層形成有NiSn合金層13、23,因此接合層7至少具有Bi金屬層16。本實施形態中,接合層7亦具有成為合金層之Sn成分之金屬層即Sn金屬層14。
Sn金屬層14及Bi金屬層16由於如下原因而形成。即,藉由預先對基板2進行退火處理,於開始接合之時刻,Sn金屬層42中存在NiSn合金層43。因此,於開始接合時,Sn成分與Bi成分之反應受到擴散至Sn成分內之Ni成分之阻礙。因此,Sn成分及Bi成分不能均勻地混合。而且,局部地殘留有富Sn之部分,該部分成為Sn金屬層14。又,局部地殘留有富Bi之部分,該部分成為Bi金屬層16。
再者,基板2與發光元件3之間之間隙狹窄,接合體之流動性較低亦可能成為Sn成分與Bi成分難以均勻混合之原因。例如,由於在平面方向上相鄰之電極6彼此之間之距離為100 μm以下,因此從防止短路之觀點出發,基板2與發光元件3之間之間隙有時被限制為50 μm以下。
發光元件3及基板2經由接合層7接合。又,發光元件3之電極6及基板2之電極4經由接合層7電性連接。接合層7含有第1接合金屬成分及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分。如此,於接合層7含有互不相同之第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之情形時,能夠降低接合時之熔點。藉此,能夠將發光元件3及基板2於低溫下接合。如上,能夠將發光元件3及基板2以適當之狀態接合。
接合層7具有NiSn合金層13、23。NiSn合金層13、23由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之Sn成分之合金構成。如此,接合層7具有NiSn合金層13、23表示於接合層7之接合時,Ni成分擴散至Sn金屬層中。該情形時,抑制了Sn成分及Bi成分之混合,易於形成Sn金屬層14及Bi金屬層16。
特別是,接合層7於發光元件3側及基板2側具有一對合金層13、23。其意味著於接合時Sn成分向不具有Sn成分之金屬層42之發光元件3側移動,形成NiSn合金層13。於此情形時,發光元件3側之Ni成分亦擴散至Sn成分中,因此能夠進一步抑制Sn成分及Bi成分之混合。又,於發光元件3側,由Sn成分及Ni成分形成NiSn合金層13,而代替Sn成分及Bi成分混合形成共晶層。因此,接合層7能夠減少作為構造體較脆之共晶層之比率。
作為實施例4製造了第4實施形態之接合構造300。針對發光元件之大小為
Figure 02_image001
15 μm之電極,藉由無電解鍍覆之方法,形成1 μm厚度之NiP基底層及4 μm厚度之Bi金屬層。針對基板之大小為15×20 μm之電極,藉由無電解鍍覆之方法,形成1 μm厚度之NiP基底層及6 μm厚度之Sn金屬層。又,藉由將該凸塊利用甲酸回流爐加熱而進行退火處理。將發光元件及基板於各凸塊之位置處重疊,於180℃邊加熱邊賦予壓力。
於實施例4中,於任一接合構造中,均確認到Sn金屬層14及Bi金屬層16。又,確認到呈輻射狀擴散之NiSn合金層23。又,確認到發光元件側之NiSn合金層13。
[第5實施形態] 參照圖10,說明第5實施形態之接合構造400。圖10係採用Sn作為發光元件3側之第1接合金屬且採用In作為基板2側之接合金屬之情形時之第5實施形態之接合構造之概略剖視圖。接合層7以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層7以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiIn合金層423。NiSn合金層13呈輻射狀形成於NiP基底層11之周圍。即,NiSn合金層13形成局部以較大程度突出之部分及凹陷之部分。如NiSn合金層13之輻射狀之形狀藉由預先對發光元件3之金屬層32及基底層31進行退火處理而形成(參照圖4D)。NiIn合金層423呈輻射狀形成於NiP基底層21之周圍。即,NiIn合金層423形成局部以較大程度突出之部分及凹陷之部分。如NiIn合金層423之輻射狀之形狀藉由預先對基板2之金屬層42及基底層41進行退火處理而形成(參照圖5D)。含P層12係隨著於Sn成分與NiP成分之間反應形成NiSn合金層13而形成之層。含P層22係隨著於In成分與NiP成分之間反應形成NiIn合金層423而形成之層。
金屬層係由大致單一之金屬成分形成之層。此處,由大致單一之金屬成分形成之狀態係指每單位體積中包含95質量%以上之金屬成分之狀態。接合層7至少具有由第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中未成為合金層之接合金屬成分形成之金屬層。由於作為合金層形成有NiSn合金層13、NiIn合金層423,因此接合層7至少具有In金屬層416。於本實施形態中,接合層7亦具有成為合金層之Sn成分之金屬層即Sn金屬層14。
Sn金屬層14及In金屬層416由於如下原因而形成。即,藉由預先對發光元件3及基板2進行退火處理,於開始接合之時刻,發光元件3之Sn金屬層32中存在NiSn合金層33,基板2之In金屬層42中存在NiIn合金層(與圖5D之NiSn合金層43主旨相同之合金層)。因此,於開始接合時,Sn成分與In成分之反應受到擴散至Sn成分內及In成分內之Ni之阻礙。因此,Sn成分及In成分不能均勻地混合。而且,局部地殘留有富In之部分,該部分成為In金屬層416。
再者,基板2與發光元件3之間之間隙狹窄,接合體之流動性較低亦可能成為Sn成分及In成分難以均勻混合之原因。例如,由於在平面方向上相鄰之電極6彼此之間之距離為100 μm以下,因此從防止短路之觀點出發,基板2與發光元件3之間之間隙有時被限制為50 μm以下。
發光元件3及基板2經由接合層7接合。又,發光元件3之電極6及基板2之電極4經由接合層7電性連接。接合層7含有第1接合金屬成分及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分。如此,於接合層7含有互不相同之第1接合金屬成分及第2接合金屬成分之情形時,能夠降低接合時之熔點。藉此,能夠將發光元件3及基板2於低溫下接合。藉由以上,能夠將發光元件3及基板2以適當之狀態接合。
接合層7具有NiSn合金層13、NiIn合金層423。NiSn合金層13、NiIn合金層423分別由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分之Sn、作為第2接合金屬成分之In成分之合金構成。如此,接合層7具有NiSn合金層13、NiIn合金層423表示於接合層7之接合時,Ni成分擴散至Sn金屬層中。該情形時,抑制了Sn成分及In成分之混合,易於形成Sn金屬層14及In金屬層416。
作為實施例5製造了第5實施形態之接合構造400。針對發光元件之大小為
Figure 02_image001
15 μm之電極,藉由無電解鍍覆之方法,形成1 μm厚度之NiP基底層及6 μm厚度之Sn金屬層。針對基板之大小為15×20 μm之電極,藉由無電解鍍覆之方法,形成1 μm厚度之NiP基底層及4 μm厚度之In金屬層。又,藉由將發光元件及基板之凸塊利用甲酸回流爐加熱而進行退火處理。將發光元件及基板於各凸塊之位置處重疊,於150℃邊加熱邊賦予壓力。
實施例5中,於任一接合構造中,均確認到Sn金屬層14及In金屬層416。又,確認到於發光元件側呈輻射狀擴散之NiSn合金層13。又,確認到於基板側呈輻射狀擴散之NiIn合金層423。
[第6實施形態] 參照圖11,說明第6實施形態之接合構造500。圖11係採用Bi作為發光元件3側之第1接合金屬且採用Sn作為基板2側之第2接合金屬之第6實施形態之接合構造之概略剖視圖。第6實施形態中之接合構造500於基板2側之NiSn合金層23呈輻射狀擴散,發光元件3側之NiSn合金層13未呈輻射狀擴散之方面,與第2實施形態之接合構造100不同。再者,於對於第6實施形態之說明之中,省略與第2實施形態共通之處。接合層107以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層107以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiSn合金層23。又,接合層107於發光元件3側之NiSn合金層13與基板2側之NiSn合金層23之間具有SnBi共晶層60。
此種SnBi共晶層60係於形成基板2之凸塊8時,藉由不進行如圖5D所示之退火處理將發光元件3及基板2接合而形成。即,如圖5C所示,於Sn金屬層42中不存在合金層43之狀態下,將發光元件3之凸塊9及基板2之凸塊8接合。該情形時,與預先存在合金層43之第4實施形態相比,接合中之Ni成分相對於Sn成分之擴散性低。因此,Sn成分及Bi成分混合,形成SnBi共晶層60。
由於形成了SnBi共晶層60,故而與Bi成分混合之Sn成分亦向發光元件3側移動。另一方面,Bi成分與NiP基底層11之間不進行合金化反應。因此,發光元件3側之NiP基底層11與Sn成分之間進行合金化反應。以覆蓋發光元件3側之NiP基底層11之方式形成NiSn合金層13,且形成含P層12。於第6實施形態之接合構造500中亦係發光元件3側之NiSn合金層13成為與基板2側之NiSn合金層23相比均勻且較薄之層。其原因在於,於Bi置換為Sn後形成Ni及Sn合金層。
如上,接合構造500係將發光元件3及基板2接合之接合構造500,具備:形成於發光元件3之電極6、形成於基板2之電極4、以及將電極6及電極4接合之接合層107。接合層107含有第1接合金屬成分(此處為Bi成分)及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分(此處為Sn成分)。
接合層107具有NiSn合金層13、23。NiSn合金層13、23由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之Sn成分之合金構成。藉由以此方式形成NiSn合金層13、23,接合層107能夠減少作為構造體較脆之共晶層之比率。特別是,接合層107於發光元件3側及基板2側具有一對合金層13、23。其意味著於接合時Sn成分向不具有Sn成分之金屬層42之發光元件3側移動,形成NiSn合金層13。如此,於發光元件3側,由Sn成分及Ni成分形成NiSn合金層13,而代替Sn成分與Bi成分混合形成共晶層。藉此,接合層107能夠減少作為構造體較脆之共晶層之比率。
接合層107具有將Sn成分及Bi成分混合而成之SnBi共晶層60。
[第7實施形態] 參照圖12,說明第7實施形態之接合構造600。圖12係採用Sn作為發光元件3側之第1接合金屬且採用In作為基板2側之第2接合金屬之情形時之第7實施形態之接合構造之概略剖視圖。第7實施形態之接合構造600於形成為發光元件3側之NiSn合金層13呈輻射狀擴散,基板2側之NiIn合金層423呈輻射狀擴散之方面,與第2實施形態之接合構造100不同。再者,於對於第7實施形態之說明之中,省略與第2實施形態共通之處。接合層107以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層107以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiIn合金層423。又,接合層107於發光元件3側之NiSn合金層13與基板2側之NiIn合金層423之間具有SnIn共晶層460。
SnIn共晶層460係混合了Sn成分及In成分之層。於接合時,藉由Sn成分及In成分相互大致均勻地混合,而形成SnIn共晶層460。SnIn共晶層460之熔點較Sn金屬層14及In金屬層416(參照圖10)之熔點低。
此種SnIn共晶層460係於形成發光元件3之凸塊9及基板2之凸塊8時,藉由不進行如圖4D及圖5D所示之退火處理便將發光元件3及基板2接合而形成。即,如圖4C及圖5C所示,於Sn金屬層32,42中不存於NiSn合金層33及合金層43之狀態下,將發光元件3之凸塊9及基板2之凸塊8接合。該情形時,與預先存在NiSn合金層33及合金層43之第5實施形態相比,接合中之Ni成分相對於Sn成分之擴散性較低。因此,Sn成分及In成分混合,形成SnIn共晶層460。
由於形成了SnIn共晶層460,故而與In成分混合之Sn成分亦向基板2側移動。與Sn成分混合之In成分亦向發光元件3側移動。基板2側之NiP基底層21與In成分之間進行合金化反應。以覆蓋基板2側之NiP基底層21之方式形成NiIn合金層423,且形成含P層22。第7實施形態之接合構造600中,NiIn合金層423具有如與發光元件3側之NiSn合金層13同樣地呈輻射狀擴散之形狀。
如上,接合構造600係將發光元件3及基板2接合之接合構造600,具備:形成於發光元件3之電極6、形成於基板2之電極4、以及將電極6及電極4接合之接合層107。接合層107含有第1接合金屬成分(此處為Sn成分)及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分(此處為In成分)。
接合層107具有NiSn合金層13及NiIn合金層423。NiSn合金層13及NiIn合金層423分別由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分之Sn成分及作為第2接合金屬成分之In成分之合金構成。藉由以此方式形成NiSn合金層13及NiIn合金層423,接合層107能夠減少作為構造體較脆之共晶層之比率。
接合層107具有將Sn成分及In成分混合而成之SnIn共晶層460。
[第8實施形態] 參照圖13,說明第8實施形態之接合構造700。圖13係採用Bi作為發光元件3側之第1接合金屬且採用Sn作為基板2側之第2接合金屬之情形時之第8實施形態之接合構造700之概略剖視圖。第8實施形態中之接合構造700係於基板2側之NiSn合金層23呈輻射狀擴散且發光元件3側之NiSn合金層13未呈輻射狀擴散之方面,與第3實施形態之接合構造200不同。再者,於對於第8實施形態之說明之中,省略與第3實施形態共通之處。接合層207以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層207以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiSn合金層23。又,接合層207於發光元件3側之NiSn合金層13與基板2側之NiSn合金層23之間具有Sn金屬層14及SnBi共晶層60。
於電極4與電極6對向之區域,主要形成有Sn金屬層14。而且,SnBi共晶層60形成於Sn金屬層14之周圍。即,SnBi共晶層60配置為由Sn金屬層14向接合層207之外周部被擠出之態樣。再者,於圖13所示之形態中,由於Sn成分占主導,因此形成了Sn金屬層14。但,根據Sn成分與Bi成分之量之關係性等,亦可形成Bi金屬層16來代替Sn金屬層14,或者,亦可形成Sn金屬層14及Bi金屬層16兩者。
該接合層207係藉由相對於第4實施形態之接合構造300之製造條件增加發光元件3對於基板2之壓抵力而形成。再者,壓抵負載與第3實施形態相同。
如上,接合構造700係將發光元件3及基板2接合之接合構造700,具備:形成於發光元件3之電極6、形成於基板2之電極4、以及將電極6及電極4接合之接合層207。接合層207含有第1接合金屬成分(此處為Bi成分)及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分(此處為Sn成分)。
接合層207具有NiSn合金層13、23。NiSn合金層13、23由作為基底金屬成分之Ni成分與作為第1接合金屬成分及第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之Sn成分之合金構成。於第8實施形態之接合構造700中亦係發光元件3側之NiSn合金層13成為與基板2側之NiSn合金層23相比更均勻且薄之層。
[第9實施形態] 參照圖14,說明第9實施形態之接合構造800。圖14係採用Sn作為發光元件3側之第1接合金屬且採用In作為基板2側之第2接合金屬之情形時之第9實施形態之接合構造800之概略剖視圖。第9實施形態之接合構造800係於形成為發光元件3側之NiSn合金層13呈輻射狀擴散,基板2側之NiIn合金層423呈輻射狀擴散之方面,與第3實施形態之接合構造200不同。再者,於對於第9實施形態之說明之中,省略與第3實施形態共通之處。接合層207以覆蓋發光元件3側之電極6之方式從該電極6側依序具有NiP基底層11、含P層12及NiSn合金層13。又,接合層207以覆蓋基板2側之電極4之方式從該電極4側依序具有NiP基底層21、含P層22及NiIn合金層423。又,接合層207於發光元件3側之NiSn合金層13與基板2側之NiIn合金層423之間具有Sn金屬層14及SnIn共晶層460。
於電極4與電極6對向之區域,主要形成有Sn金屬層14。而且,SnIn共晶層460形成於Sn金屬層14之周圍。即,SnIn共晶層460配置為由Sn金屬層14向接合層207之外周部被擠出之態樣。再者,於圖14所示之形態中,由於Sn成分占主導,因此形成了Sn金屬層14。但,根據Sn成分與Bi成分之量之關係性等,亦可形成Bi金屬層16來代替Sn金屬層14,或者,亦可形成Sn金屬層14及Bi金屬層16兩者。
此種接合層207藉由相對於第5實施形態之接合構造400之製造條件增加發光元件3對於基板2之壓抵力而形成。再者,壓抵負載與第3實施形態相同。
如上,接合構造800係將發光元件3及基板2接合之接合構造800,具備:形成於發光元件3之電極6、形成於基板2之電極4、以及將電極6及電極4接合之接合層207。接合層207含有第1接合金屬成分(此處為Sn成分)及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分(此處為In成分)。
接合層207具有NiSn合金層13及NiIn合金層423。NiSn合金層13及NiIn合金層423由作為基底金屬成分之Ni成分、與作為第1接合金屬成分之Sn成分及作為第2接合金屬成分之In成分之合金構成。於第9實施形態之接合構造800中亦係NiSn合金層13及NiIn合金層423兩者均呈輻射狀擴散。
接合層207具有由大致單一之金屬成分形成之金屬層及第1接合金屬成分與第2接合金屬成分混合而成之共晶層。金屬層由作為第1接合金屬成分與第2接合金屬成分中之至少一種金屬成分之Sn成分形成為Sn金屬層14。SnIn共晶層460形成於Sn金屬層14之周圍。該情形時,接合層207能夠將熔點較低且較脆之SnIn共晶層460配置於外周側,熔點較高且強度較高之Sn金屬層14作為本體部配置於中央側。如此,由於接合層207具有Sn金屬層14作為本體部,故而於再次進行回焊以用於修理及其他零件之安裝等時,能夠抑制再次熔融,並且能夠提高作為構造體之可靠性。
1:接合構造 2:基板 2a:基材 2b:被覆層 3:發光元件 3A:紅色發光元件 3B:綠色發光元件 3C:藍色發光元件 4:電極(第2電極) 6:電極(第1電極) 7:接合層 8:凸塊 9:凸塊 11:NiP基底層(第1基底層) 12:含P層 13:NiSn合金層(合金層、第1合金層) 14:Sn金屬層(金屬層) 16:Bi金屬層(金屬層)21:NiP基底層(第2基底層) 22:含P層23:NiSn合金層(合金層、第2合金層) 31:基底層 32:金屬層 33:合金層 41:基底層 42:金屬層 43:合金層 50:助焊劑 60:SnBi共晶層(共晶層) 100:接合構造 107:接合層 200:接合構造 207:接合層 300:接合構造 400:接合構造 416:In合金層(金屬層) 423:NiIn合金層(合金層、第2合金層) 460:SnIn共晶層(共晶層) 500:接合構造 600:接合構造 700:接合構造 800:接合構造
圖1係表示第1實施形態之接合構造之概略側視圖。 圖2係表示第1實施形態之接合構造之概略俯視圖。 圖3係第1實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖4A、4B、4C、4D係表示於發光元件側形成凸塊時之情況之工序圖。 圖5A、5B、5C、5D係表示於基板側形成凸塊時之情況之工序圖。 圖6A、6B、6C係表示將發光元件接合於基板時之情況之工序圖。 圖7係第2實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖8係第3實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖9係第4實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖10係第5實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖11係第6實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖12係第7實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖13係第8實施形態之接合構造之概略剖視圖。 圖14係第9實施形態之接合構造之概略剖視圖。
1:接合構造
2:基板
3:發光元件
4:電極(第2電極)
6:電極(第1電極)
7:接合層
11:NiP基底層(第1基底層)
12:含P層
13:NiSn合金層(合金層、第1合金層)
14:Sn金屬層
16:Bi金屬層
21:NiP基底層(第2基底層)
22:含P層
23:NiSn合金層(合金層、第2合金層)

Claims (7)

  1. 一種接合構造,其係將發光元件與基板接合者,且具備:第1電極,其形成於上述發光元件;第2電極,其形成於上述基板;及接合層,其將上述第1電極與上述第2電極接合;上述接合層含有第1接合金屬成分及與該第1接合金屬成分不同之第2接合金屬成分,上述接合層具有合金層,上述合金層由基底金屬成分、與上述第1接合金屬成分及上述第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之合金構成。
  2. 如請求項1之接合構造,其中上述接合層於上述發光元件側及上述基板側具有一對上述合金層。
  3. 如請求項1之接合構造,其中上述接合層具有由大致單一之金屬成分形成之金屬層,上述金屬層由上述第1接合金屬成分及上述第2接合金屬成分中之另一種接合金屬成分形成。
  4. 如請求項1之接合構造,其中上述接合層具有上述第1接合金屬成分與上述第2接合金屬成分混合而成之共晶層。
  5. 如請求項1之接合構造,其中上述接合層具有由大致單一之金屬成分形成之金屬層、及上述第1接合金屬成分與上述第2接合金屬成分混合而成之共晶層,上述金屬層由上述第1接合金屬成分與上述第2接合金屬成分中之至少一種金屬成分形成,上述共晶層形成於上述金屬層之周圍。
  6. 如請求項1之接合構造,其中上述接合層具有第1基底層及第1合金層、與第2基底層及第2合金層作為上述合金層,上述第1基底層及上述第1合金層形成於上述發光元件側,上述第2基底層及上述第2合金層形成於上述基板側,上述第1合金層由上述第1基底層之第1基底金屬成分、與上述第1接合金屬成分及上述第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之合金構成,上述第2合金層由上述第2基底層之第2基底金屬成分與上述一種接合金屬成分之合金構成,上述第1合金層及上述第2合金層中之一種合金層較另一種合金層薄。
  7. 如請求項1之接合構造,其中上述接合層具有第1基底層及第1合金層、與第2基底層及第2合金層作為上述合金層,上述第1基底層及上述第1合金層形成於上述發光元件側,上述第2基底層及上述第2合金層形成於上述基板側,上述第1合金層由上述第1基底層之第1基底金屬成分、與上述第1接 合金屬成分及上述第2接合金屬成分中之一種接合金屬成分之合金構成,上述第2合金層由上述第2基底層之第2基底金屬成分與上述一種接合金屬成分之合金構成,上述第1合金層及上述第2合金層從上述第1基底層及上述第2基底層呈輻射狀地形成。
TW109105692A 2019-02-25 2020-02-21 接合構造 TWI759692B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962809884P 2019-02-25 2019-02-25
US62/809,884 2019-02-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202105675A TW202105675A (zh) 2021-02-01
TWI759692B true TWI759692B (zh) 2022-04-01

Family

ID=72139111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109105692A TWI759692B (zh) 2019-02-25 2020-02-21 接合構造

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11088308B2 (zh)
JP (1) JP7447536B2 (zh)
KR (1) KR102310400B1 (zh)
CN (1) CN111613595B (zh)
DE (1) DE102020104532A1 (zh)
TW (1) TWI759692B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4428911A1 (en) * 2023-03-07 2024-09-11 Infineon Technologies Austria AG Chip-to-chip stacking by use of nickel tin metallization stacks and diffusion soldering

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201448191A (zh) * 2010-09-13 2014-12-16 晶元光電股份有限公司 發光結構
TW201841382A (zh) * 2013-12-13 2018-11-16 日商日亞化學工業股份有限公司 發光裝置
TW201843412A (zh) * 2014-03-06 2018-12-16 晶元光電股份有限公司 發光裝置
TWI647742B (zh) * 2018-04-19 2019-01-11 友達光電股份有限公司 發光裝置及其製造方法
TW201903787A (zh) * 2017-06-01 2019-01-16 日商積水化學工業股份有限公司 導電材料及連接構造體

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52130295A (en) * 1976-04-26 1977-11-01 Hitachi Ltd Semiconductor light emitting device
JPS5839047A (ja) * 1981-09-02 1983-03-07 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製法
EP0260490A1 (en) * 1986-08-27 1988-03-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Bonding sheet for electronic component and method of bonding electronic component using the same
JP3348528B2 (ja) 1994-07-20 2002-11-20 富士通株式会社 半導体装置の製造方法と半導体装置及び電子回路装置の製造方法と電子回路装置
JP3024097B2 (ja) * 1997-04-30 2000-03-21 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション ソルダ・ボールによりデバイス・キャリアに直接接続される多層絶縁コンデンサおよびその多層絶縁コンデンサを含む回路カード・アセンブリ
JP2000232119A (ja) 1999-02-10 2000-08-22 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体チップの接続部材及びその製造方法とその接続部材を用いた半導体チップの接続方法
DE10163799B4 (de) * 2000-12-28 2006-11-23 Matsushita Electric Works, Ltd., Kadoma Halbleiterchip-Aufbausubstrat und Verfahren zum Herstellen eines solchen Aufbausubstrates
JP2008042071A (ja) * 2006-08-09 2008-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 無電解めっき方法
JP5035134B2 (ja) 2008-06-20 2012-09-26 富士通株式会社 電子部品実装装置及びその製造方法
JP5533665B2 (ja) 2008-11-28 2014-06-25 富士通株式会社 電子装置の製造方法、電子部品搭載用基板及びその製造方法
JP5680342B2 (ja) 2009-09-02 2015-03-04 Tdk株式会社 めっき膜、プリント配線板及びモジュール基板
JP2011146567A (ja) * 2010-01-15 2011-07-28 Mitsubishi Shindoh Co Ltd Ledチップとリードフレームとの接合方法
WO2014115798A1 (ja) 2013-01-28 2014-07-31 株式会社村田製作所 はんだバンプの形成方法およびはんだバンプ
CN104037255B (zh) * 2013-03-05 2017-07-18 索埃尔科技公司 太阳能电池互连组件及其制造方法
JP6187226B2 (ja) 2013-12-16 2017-08-30 富士通株式会社 電子装置の製造方法
KR102459651B1 (ko) * 2017-06-15 2022-10-27 삼성전자주식회사 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201448191A (zh) * 2010-09-13 2014-12-16 晶元光電股份有限公司 發光結構
TW201841382A (zh) * 2013-12-13 2018-11-16 日商日亞化學工業股份有限公司 發光裝置
TW201843412A (zh) * 2014-03-06 2018-12-16 晶元光電股份有限公司 發光裝置
TW201903787A (zh) * 2017-06-01 2019-01-16 日商積水化學工業股份有限公司 導電材料及連接構造體
TWI647742B (zh) * 2018-04-19 2019-01-11 友達光電股份有限公司 發光裝置及其製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200103551A (ko) 2020-09-02
DE102020104532A1 (de) 2020-08-27
JP2020136684A (ja) 2020-08-31
TW202105675A (zh) 2021-02-01
US20200321499A1 (en) 2020-10-08
CN111613595A (zh) 2020-09-01
KR102310400B1 (ko) 2021-10-12
US11088308B2 (en) 2021-08-10
CN111613595B (zh) 2023-08-22
JP7447536B2 (ja) 2024-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5470787A (en) Semiconductor device solder bump having intrinsic potential for forming an extended eutectic region and method for making and using the same
CN101996902A (zh) 半导体器件的制造方法
KR100790978B1 (ko) 저온에서의 접합 방법, 및 이를 이용한 반도체 패키지 실장 방법
TWI759692B (zh) 接合構造
KR20080038028A (ko) 기판에 전자 부품을 탑재하는 방법 및 솔더면을 형성하는방법
JP2008109009A (ja) 半導体装置の製造方法
JP4136844B2 (ja) 電子部品の実装方法
US6917118B2 (en) Semiconductor device
KR102110754B1 (ko) 반도체 칩의 제조 방법
JP2007019360A (ja) 電子部品の実装方法
JP2010123676A (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置
JP2009009994A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPS63168291A (ja) 複合ろう材のろう付方法
Zama et al. Flip chip interconnect systems using copper wire stud bump and lead free solder
WO2011036829A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2017107955A (ja) 電子装置及び電子装置の製造方法
JP3034231B2 (ja) 中継基板
JP5457157B2 (ja) 半田フリップチップ実装方法
JP2003152003A (ja) 構造体、及び、その構造体を用いた実装方法
US5537739A (en) Method for electoconductively connecting contacts
WO2018056314A1 (ja) 複層金属ボール
KR20250169941A (ko) 저융점 솔더-고융점 솔더-저융점 솔더 접합구조를 가지는 반도체 칩 패키지 및 이의 제조방법
JP2012061508A (ja) 接合材料
JP2019140359A (ja) 実装構造体とその製造方法
WO2011138921A1 (ja) 電子回路構成部品実装構造