Si基板とその上に蒸着したAuでAu-Siの共晶…

質問

Si基板とその上に蒸着したAuでAu-Siの共晶を確実に作る方法

トランジスタ組立の際のダイボンドについて、以前No11808（共晶ダイボンド＊＊）ではAuとAgの接合について質問がありましたが、今度はAuとSiの共晶化について教えてください。Si基板裏面にAuを１ミクロン程蒸着したものと、Agメッキのリードフレームをダイボンドしていますが、時により剥離します。この場合Auとリードフレームは強固に接合するのですが、SiとAu間が剥離するようです。ダイボンド前に高温シンターでSi基板とAuをなじませ、Au-Siの共晶半田をつくることをアドバイスされましたが、シンター時間、温度などは何に注意してきまたらいいでしょうか？特にやりすぎる（時間、温度を過度に設定する）と何か悪いことが起きる（たとえば、酸化膜ができるとかAuがSi基板の中に吸い込まれてSしまうとか）でしょうか？

以上よろしくお願いします

回答No.2

noname#230359

回答（1）での回答は間違いだったと思います。私の行ったことのあるダイボンディングはＡｕメッキフレームにＡｕ箔を置きその上にＳｉを置き、共昌温度まで加熱しＳｉに荷重を掛けながらスクラブ（こする)することによりＡｕＳｉ共昌をつくるものです。ただ共昌温度に加熱し加圧した程度では共昌はできません。物質間をこすり合わせることにより、物質間の接触を助長することが必要になります。接合界面はフレーム材料-Ａｕ-ＡｕＳｉ-Ｓｉとなります。ＡｕＳｉが多くなりＡｕがなくなった場合は熱膨張率の違いが大きくなり材料間に大きな応力が働くき、弱い接合界面から剥離することになります。今回の質問の場合は、Ｓｉ上にＡｕ蒸着ですのでＡｕＳｉ共昌は出来ないと思います。接合プロセスがわかりませんのでなんともいえないのですが、たぶん接合時にＡｕＡｇ共昌ができフレームとＳｉは接合されます。ＡｕとＳｉの結合はＡｕ中へのＳｉの拡散によるものと考えます。シンター処理を行うことによりＡｕ中へのＳｉ拡散が助長されます。もし過度のシンター処理を行った場合はＡｕ表面までＳｉが拡散し、Ａｇとの結合も出来なくなることが考えられます。接合界面はフレーム材料-Ａｇ-ＡｕＡｇ-Ａｕ（Ｓｉ拡散)-Ｓｉとなります。結合強度的に弱いのはＡｕとＳｉの界面です。ですから、接合後の冷却により熱膨張率の違いによる応力が働きＡｕとＳｉの界面から剥離することになると考えます。以上が接合剥離の現象と考えます。ご参考になれば幸いです。

お礼

有難うございます。Au-Si層を単に熱しただけでは共晶はできないとのこと、大変参考になりました。Au蒸着層にSiが入ってきている様子が蒸着面での模様の形成で確認できるので、てっきり共晶になったのかと思いました。シンターで本当に共晶が出来ているのか、確認したいと思います。なお、技術の森の以前の投稿･回答欄で、AuとAgは加工物を作らないので安定な接合ができる、そのメカニズムは拡散接合であるとの話題がありました。ほかの記事でも同様な記述がありましたので、多分Au-Agは拡散接合でついているのかなと思っています。
たびたび、回答頂き誠に有難うございます。

回答No.1

noname#230359

ＳｉとＡｕ間で剥離しているのでしょうか、ＡｕＳｉとＡｇ間で剥離しているのではないでしょうか。Ａｕ１ミクロンですと蒸着したＡｕが共晶温度に達して短時間で全てＡｕＳｉになってしまうことが考えられます。ＡｕＳｉは熱膨張率が小さいため、温度が下がった時点でリードフレームとＳｉ基盤の間ではがれてしまっていることが考えられます。共晶温度の維持時間、Ｓｉのスクラブの仕方が重要ではないかと思います。

お礼

有難うございます。ただ、確かにAuとSiの面で剥離しているようで、
その根拠は、リードフレーム上にAuの残渣が残っているのに、Si基板面には
Auが見受けられないということです。短時間でAuSiが形成されるということですが、ｍSECのオーダでも形成されるものでしょうか？