接合界面

（１１）　はんだ相互接合界面

（１１－１）　Ｓｎと主な金属との界面反応

（１１－１－１）　はんだ接合の形式

　はんだ接合の実際の形式は
　　界面にＩＭＣ層を形成する場合・・・多くの高融点金属
　　マクロな溶解を伴う場合・・・Ａｌなどの共晶形成低融点金属
　　ミクロな拡散（？）・・・Ｃｒなど一部の高融点金属
　に分類できるだろう。

　　（Ａ）　ＳｎとIMCを形成する場合　　

　　（Ａ－１）共晶

　　　　　　固溶度小　（高Ｓｎ側共晶）
　　　　　　　溶解度大
　　　　　　　　　Au、Ag、Pd、Cu　
　　　　　　　　　Ｍｇ
　　　　　　　溶解度小
　　　　　　　　　Ni、Fe、Pt、Co
　　　　　　固溶度大
　　　　　　　　　Ｉｎ

　　（Ａ－２）　包晶
　　　　　　固溶度大
　　　　　　　　　Ｓｂ

　　（Ｂ）　ＳｎとIMCを形成しない場合

　　（Ｂ－１）　共晶　　　
　　　　　　　固溶度大　
　　　　　　　　　　　Al（常温付近ではゼロ）
　　　　　　　　　　　Ｂｉ　
　　　　　　　　　　　Ｚｎ
　　　　　　　固溶度小
　　　　　　　　　　　高融点金属
　　　　　　　　　　　　Cr　ＩＭＣを形成するともいわれる。
　　　　　　　　　　　　Ti　はんだ付け温度ではＩＭＣ形成しないといわれるが、するという説もある。
　　　　　　　　　　　　W
　　　　　　　　　＊実際は酸化防止のためＡｕ、Ｃｕ等の保護層が必要で、そのため界面にはこれらのＩＭＣが堆積することとなる。

＊Ｓｎ以外の添加成分とIMCを形成　
　　　　　　　ＣｕではＺｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｂなど、ＮｉではＢｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｂなどで特にＺｎ系が重要、
　　　　　　　ワイヤボンディングではＡｌ系が重要。

（１１－１－２）　ＳｎとＣｕの界面反応

　Sn-Cuの２元系状態図からするとSnとCuの界面にはSn｜η（Cu6Sn5)｜ε（Cu3Sn）｜Cu

　実際のはんだでの

　Laurila
　Cuと液体Snの反応

　Ｇａｇｌｉａｎｏ
　Ｓｎ（融点２３２℃）とＣｕの２７５℃での反応

Tangら
　電解Sn|Cu対のアニール

　Ｓｎ／ＣｕとＳｎ／Ａｕ　Ａｌｏｋｅ

（１１－１－３）　ＳｎとＮｉの界面反応

　Sn-Niの２元系状態図ではSn|Ni3Sn4|Ni3Sn2|Ni3Sn|Ni
　また実際のはんだでは、Ｎｉ剥き出しはなく
　　スパッタNi｜Au
　　電解Ni｜Au　
　　無電解Ni-P｜Au
などの状態で保護層が形成される。

Laurila

　Ｓｎ／Ｎｉ　ＭＩＴＡ　東工大
　

Gorlich
　商業Ni板（９９．９％）、粒径１０－１００μｍ
　２５０℃、RMAフラックス

（１１－１－４）　ＳｎとＡｕの界面反応

Yamada
　Ｓｎ／Ａｕ／Ｓｎ　拡散接合

Ｏｂｅｒｎｄｏｒｆｆ

Ｓｎ／Ａｕ

Ｓｎ／Ａｕ　Ａｌｏｋｅ

（１１－１－５）　ＳｎとＡｇの界面反応

Ｓｎ／Ａｇ
　１６０－２００℃ではＳｎ／Ａｇ３Ｓｎ／ζ／Ａｇ
　拡散誘起再結晶　すずき

Ｓｎ／Ａｇ　Su

　ＳｎとＡｇ
　Ｓｎ側からεＡｇ３Ｓｎとζ

（１１－１－６）　Ｓｎ／Ｐｄ、Ｓｎ－Ｐｔ

　ＳｎとＰｄ
　反応拡散

Sn-Pt

Ｙａｎｇ

Ｐｔは消費される量が少ないのに形成されるＩＭＣは厚い、ＩＭＣのＳｎ量が多い。

　　Ｐｔ　王博士論文　 Wang

（１１－１－７）　Ｓｎ－Ｃｏ、Ｓｎ－Ｆｅ

Ｓｎ－Ｃｏ

　Ｃｏ　Ｗａｎｇ

　Ｚｈｕ
　Ｓｎ／Ｃｏ拡散対で６７３、７７３ＫではＣｏＳｎ２、８７３ＫではＣｏＳｎ

６７３Ｋで（ａ）３０ｍｉｎ、（ｂ）４０ｍｉｎ、（ｃ）２４ｈ

８７３Ｋで（ａ）２ｍｉｎ、（ｂ）３０ｍｉｎ

Ｓｎ－Ｆｅ

Yen

　Ｆｅ　Ｐｒｏｔｓｅｎｋｏ
　

Ｓｎ／Ｆｅ

（１１－１－８）　Ｓｎ－Ｓｂ

　Ｓｎ－Ｓｂ

Ｏｂｅｒｎｄｏｒｆｆ

（１１－１－９）　Ｓｎ－Ａｌ、Ｓｎ－Ｂｉ

　ＩＭＣを形成しない例としてＳｎ－ＡｌとＳｎ－Ｂｉがある。

Sn/Al

　２３０℃

Ｙｉｎ　Ｓｎ／Ｂｉ

Optical micrographs of a pure Sn sample held on a pure Bi substrate at 250 °C for 2 s. (a) Center of the drop; (b) contact line region.

（１１－２）　Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｂｉの界面反応例

　Ｓｎの係わらない例、特にＺｎとＩｎが重要。

（１１－２－１）　ＡｕとＡｌ、ＣｕとＡｌの界面反応

　主にワイヤボンディングで関係する。

Ａｕ－Ａｌ
0.1mmAu

Ｘｕ　Ａｕ－Ａｌワイヤボンディング

　１７５℃、（ａ）０ｈ、（ｂ）５ｈ

　１７５℃ｘ５ｈ

Ｆｕｎａｍｉｚｕ

　最初Ａｌ２Ｃｕ、ついでＡｌ４Ｃｕ９、更にＡｌＣｕかＡｌ２Ｃｕ３（Ｒｅｃｏｒｄ）

ボール・ボンド
　　

（１１－２－２）　Ｎｉ－Ａｌ

Ｃｏｎｒａｄ

Intermetallic compound growth in Al/Ni couples annealed for 336 h at 400°C:

（１１－２－３）　Ｚｎの界面反応

Ｚｎ／Ｎｉ、Ｂｉ／Ｎｉ
　Ｚｎ／Ｎｉ　　１５０－２００℃　β１－ＮｉＺｎ、γＮｉ５Ｚｎ２１、δＮｉＺｎ８
　Ｂｉ／Ｎｉ　　１５０－２００℃　ＮｉＢ３

中南大
　