CN101513143B - 接合部结构及接合方法、布线板及其制造方法 - Google Patents

接合部结构及接合方法、布线板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的接合部结构，是通过接合部对导体构件和电极构件进行接合而成的接合部结构，所述导体构件为主要由铜构成的导体构件，所述电极构件为主要由铜构成的电极构件，所述接合部为对主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件进行熔融接合而得到的接合部，其中，在所述接合部的中心部位合金中的铜原子含有率比外周部的铜原子含有率高。

Description

接合部结构及接合方法、布线板及其制造方法
技术领域
本发明涉及接合部结构及接合方法、布线板及其制造方法。
背景技术
近年来，随着电子设备的高密度化，用于该高密度化的挠性印刷布线板等电路基板的多层化取得了快速发展。作为对这种多层电路基板进行层叠的技术，一直采用积层法。所谓积层法是一边将仅由树脂构成的树脂层和导体层进行层叠，一边在单层间进行层间连接的方法。
该积层法大致可分为在树脂层上形成通孔后进行层间连接的方法，以及形成层间接合部以后再对树脂层进行层叠的方法。另外，层间接合部可分为由电镀形成通孔的层间接合部，以及由导电性浆料形成通孔的层间接合部等。
作为可堆叠通孔，且能够实现高密度化及布线设计简单化的技术，公开有如下方法：用激光在树脂层上形成层间连接用的细微通孔，用铜浆料等的导电性粘接剂埋入该通孔中，由该导电性粘接剂得到电连接的方法(例如参考日本专利文献1：特开平8-316598号)。
但是，在该方法中用导电性粘接剂实现层间的电连接，有时可靠性不够充分。另外，向细微通孔埋入导电性粘接剂时技术要求高。进而，由于导电性粘接剂的导通电阻值较高，因此，当埋入到细微通孔中时，导通电阻值升高。为此，在高密度地布线并安装的基板的层间电连接中，很难使用导电性粘接剂。
于是，采用使用了金属制突起物(导体柱)的技术来代替将导电性粘接剂埋入通孔的方法。现已公开了一种在使用导体柱进行层间连接时，从物理角度看，排除层间粘接剂而导体柱与连接焊盘连接的方法(例如参考日本专利文献2：特开平11-54934号)。
但是，在该方法中，难以完全除去导体柱和连接焊盘之间的层间粘接剂，有时可靠性不充分。
另外，一旦完成层间连接后，若为了安装零件而进行加热时，则为了层间连接而形成的焊锡等因再熔融而产生变形、移动，因此，有时会降低层间连接的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种导体构件和电极构件之间的连接可靠性优异，且层间接合部的耐热性也优异的接合部结构及其接合方法。
另外，本发明的又一目的在于，提供一种具有导体构件和电极构件之间的连接可靠性优异，且层间接合部的耐热性也优异的接合部结构的布线板及其制造方法。
本发明的上述目的通过以下方式实现。
(1)一种接合部结构，其是通过接合部对导体构件和电极构件进行接合而成的接合部结构，其中，所述导体构件为主要由铜构成的导体构件；所述电极构件为主要由铜构成的电极构件；所述接合部为对主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件进行熔融接合而得到的接合部，其特征在于，在所述接合部的中心部位合金中的铜原子含有率比外周部位的铜原子含有率高。
(2)如所述(1)记载的接合部结构，其中，存在于所述接合部的中心部位铜原子是由所述导体构件和/或所述电极构件中的铜扩散的铜原子。
(3)如所述(1)或(2)记载的接合部结构，其中，在所述接合部的中心部位合金中的铜原子含有率为30原子％以上。
(4)如所述(1)至(3)中任意一项记载的接合部结构，其中，在所述接合部的中心部位合金中的铜含量[S1]和外周部位合金中的铜原子含有率[S2]之差(S1-S2)为10原子％以上。
(5)如所述(1)至(4)中任意一项记载的接合部结构，其中，所述导体构件为突起电极。
(6)如所述(1)至(5)中任意一项记载的接合部结构，其中，所述钎焊构件还含有银。
(7)一种布线板，其特征在于，其是具有上述(1)至(6)中任意一项记载的接合部结构的布线板。
(8)一种接合方法，其是通过主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件对主要由铜构成的导体构件和主要由铜构成的电极构件进行熔融接合的方法，其特征在于，通过控制在所述熔融接合中的熔融状态，使所述接合后的钎焊构件中心部位合金中的铜原子含有率比外周部位的铜原子含有率高。
(9)如所述(8)记载的接合方法，其中，所述熔融状态是保持在比所述钎焊构件的熔点高25℃以上的温度下。
(10)如所述(8)或(9)记载的接合方法，其中，所述熔融状态是在所述钎焊构件的熔点以上温度下保持60秒以上。
(11)一种接合方法，其是通过主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件对主要由铜构成的导体构件和主要由铜构成的电极构件进行熔融接合的方法，其特征在于，包括：第一步骤，在该第一步骤中，构成所述导体构件的铜向所述钎焊构件扩散，从而使所述铜和所述锡进行合金化，与此同时，构成所述电极构件的铜向所述钎焊构件扩散，从而使所述铜与所述锡进行合金化，由此在所述接合后的钎焊构件内部形成合金中的铜原子含有率为15％以下的层状合金层部；第二步骤，在该第二步骤中，进一步促进所扩散的所述铜和所述钎焊构件之间的合金化，从而在所述接合后的钎焊构件内部形成合金中的铜原子含有率为15％以下的岛状合金部。
(12)如所述(11)记载的接合方法，其中，还包括第三步骤，在该第三步骤中，促进所扩散的所述铜和所述钎焊构件之间的合金化，从而使所述接合后的钎焊构件中心部位合金中的铜原子含有率比外周部位的铜原子含有率高。
(13)如所述(9)至(12)中任意一项记载的接合方法，其中，在所述第一步骤中的所述钎焊构件为熔融状态。
(14)如所述(9)至(13)中任意一项记载的接合方法，其中，在所述第二步骤中的所述钎焊构件为熔融状态。
(15)如所述(9)至(14)中任意一项记载的接合方法，其中，在所述第三步骤中的所述钎焊构件为熔融状态。
(16)一种布线板的制造方法，其中，所述布线板包括：第一基板，其具有主要由铜构成的导体构件；第二基板，其具有主要由铜构成的电极构件，该制造方法的其特征在于，在接合所述第一基板和所述第二基板之际，采用上述(9)至(15)中任意一项记载的接合方法。
附图说明
图1是用于说明导体构件和电极构件接合过程的剖视图。
图2是用于说明导体构件和电极构件接合过程的剖视图。
图3是用于说明导体构件和电极构件接合过程的剖视图。
图4是用于说明导体构件和电极构件接合过程的剖视图。
图5是一例表示本发明的接合部结构的剖视图。
图6是一例表示六层结构布线板的侧视图。
具体实施方式
以下，说明本发明的接合部结构及其接合方法。
本发明的接合部结构，是通过接合部对导体构件和电极构件进行接合而成的接合部结构，其中，所述导体构件为主要由铜构成的导体构件；所述电极构件为主要由铜构成的电极构件；所述接合部为对主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件进行熔融接合而得到的接合部，其特征在于，在所述接合部的中心部位合金中的铜原子含有率比外周部位的铜原子含有率高。
另外，本发明的接合方法，是通过主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件对主要由铜构成的导体构件和主要由铜构成的电极构件进行熔融接合的接合方法，其特征在于，通过对所述熔融接合中的熔融状态进行控制，使所述接合后的钎焊构件中心部位合金中的铜原子含有率比外周部位的铜原子含有率高。
另外，本发明的布线板的特征在于具有上述记载的接合部结构。
另外，在本发明的布线板制造方法中，布线板包括具有主要由铜构成的导体构件的第一基板和具有主要由铜构成的电极构件的第二基板，其特征在于，在接合所述第一基板和第二基板之际，采用上述所记载的接合方法。
图1至图4为用于说明导体构件和电极构件接合过程的剖视图。图5为一例表示本发明的接合部结构的剖视图。图6为一例表示六层结构的布线板的剖视图。
首先，基于附图所表示的优选实施方式说明接合方法。
本发明接合部结构的接合方法，其特征在于，通过对钎焊构件12熔融接合中的熔融状态进行控制，使接合后的在钎焊构件12(接合部3)的中心部位31的合金中的铜原子含有率比在外周部位32的铜原子含有率高。
即，其特征在于，通过控制钎焊构件12的熔融状态，使构成导体构件1和/或电极构件2的铜向接合部3扩散，从而促进合金化(Cu6Sn5)。
另外，接合部3的中心部位31及外周部位32的合金中的铜原子含有率的测定方法，例如可以举出：通过X线分析进行元素分析的方法，或者通过X线光电子分光分析装置(XPS)、能量分散型微小部荧光X线分析装置(EDX)进行面积分析的方法等。
通常，使用焊锡对导体构件和电极构件进行熔融接合。该使用焊锡的熔融接合，采用由焊锡回流进行接合的方法。在由焊锡回流进行接合的方法中，为了降低基板或者零件等因热引起的质量劣化，缩短焊锡处于熔融状态的时间而进行热处理。
但是，这种在短时间内进行热处理的导体构件和电极构件的焊锡接合中，由于耐热性不充分，所以当所接合的焊锡部位再次被加热时，有时焊锡部位被熔融而产生连接不良，或者在进行零件安装之际，有时产生零件的脱落等现象。
本发明人为了防止因再次加热而引起接合部的再熔融而进行研究的结果，发现在对主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件进行熔融接合而得到接合部，并由该接合部加以接合的接合部结构中，通过使所述接合部中心部位合金中的铜原子含有率比外周部位的铜原子含有率高，由此能够得到导体构件和电极构件之间的连接可靠性优良，且层间连接的耐热性也优良的接合部结构。
用钎焊构件12，对如图1所示的在导体构件1的前端部具有钎焊构件12的导体构件1和电极构件2进行熔融接合，形成如图5所示的接合部3，由此得到接合部结构10。
此时，在钎焊构件12和电极构件2之间介有带焊剂(flux)功能的粘接剂，由此对钎焊构件12和电极构件2进行熔融接合。例如，可以将带焊剂功能的粘接剂涂布于钎焊构件12的表面，也可以涂布于电极构件2的表面。
在此，带焊剂功能的粘接剂具有对钎焊构件12表面的氧化膜及电极构件2表面的氧化膜进行还原的功能。因此，在对钎焊构件12和电极构件2进行熔融接合之际，通过还原(除去)钎焊构件12表面的氧化膜及电极构件2表面的氧化膜，能够使钎焊构件12和电极3牢固地接合，且能够减少电阻。
另外，这种带焊剂功能的粘接剂在对钎焊构件12和电极构件2进行接合之后，无需通过如洗涤等除去，能够谋求制造工序的简单化。进一步，该带焊剂功能的粘接剂通过加热能够发挥优良的粘着力，能够作为形成在钎焊构件12和电极构件2之间的层间构件使用。
这种带焊剂功能的粘接剂，例如可采用含有环氧树脂、固化剂、还原剂、制膜性树脂的构成。
环氧树脂可以使用室温下为固态的环氧树脂和室温下为液状的环氧树脂中的任意一种。另外，也可以含有室温下为固态的环氧树脂和室温下为液状的环氧树脂。由此，能够进一步提高树脂熔融过程中的设计随意度。
对室温下为固态的环氧树脂没有特别的限制，可以举出双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、甲酚清漆型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、具有联苯骨架或萘骨架、二环戊二烯骨架的烷基酚型环氧树脂、三官能度环氧树脂、四官能度环氧树脂等。进一步具体地讲，也可以包含固体三官能度环氧树脂和甲酚清漆型环氧树脂。
另外，室温下为液状的环氧树脂可以使用双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂。另外，也可以组合使用这些树脂。
作为固化剂，例如可以举出苯酚类、胺类、硫醇类等的常用的固化剂及具有焊剂活性的固化剂等。其中，从具有除去钎焊构件12表面的氧化膜的功能的观点考虑，优选具有焊剂活性的固化剂。
在此，所谓具有焊剂活性的固化剂是指，具有对钎焊构件12(焊锡)表面的氧化膜加以还原的作用，以使能够与电极构件2进行电接合，并且具有能够与树脂结合的官能团的化合物。因此，在与钎焊构件12粘接之际除去钎焊构件12表面的氧化膜的观点考虑，并根据钎焊构件12(焊锡)的种类，适当选择使用具有焊剂活性的固化剂。
作为所述具有焊剂活性的固化剂，例如可以举出至少含有两个羧基的化合物、具有羧基和能够与树脂进行固化反应的官能团(例如(酚性)羟基、氨基等)的化合物等。作为所述至少含有两个羧基的化合物，例如可以举出直链状或者具有支链的烷基羧酸、芳香族羧酸等的羧酸类。
作为烷基羧酸，具体的可以举出下式(1)表示的化合物。
HOOC-(CH2)n-COOH    (1)
式(1)中，n为0～20的整数。
另外，从焊剂活性、粘接时的脱气及粘接剂固化后的弹性率或玻璃化转变温度的平衡考虑，所述式(1)中，优选n为4～10。通过使n为4以上，能够抑制因环氧树脂的交联间距离过短而引起的带焊剂功能的粘接剂在固化后的弹性率的增加，能够提高与电极构件2的粘接性。另外通过使n为10以下，能够抑制因环氧树脂的交联间距离过长而引起的弹性率的降低，能够进一步提高钎焊构件12和电极构件2之间的连接可靠性。
作为所述式(1)表示的化合物，例如可以举出n＝4的己二酸(HOOC-(CH2)4-COOH)、n＝8的癸二酸(HOOC-(CH2)8-COOH)、及n＝10的HOOC-(CH2)10-COOH。
作为所述芳香族羧酸，进一步优选使用具有羧基和酚性羟基的化合物，尤其优选使用在一分子中至少含有两个酚性羟基和在一分子中至少含有一个直接与芳香族结合的羧基的化合物。作为这样的化合物，例如可以举出水杨酸、莽草酸、香草酸、Senda-chrome AL、1，2-二羧基-顺式-4，5-二羟基环己基-2，6-二烯、2，3-二羟基安息香酸、2，4-二羟基安息香酸、龙胆酸(2，5-二羟基安息香酸)、2，6-二羟基安息香酸、3，4-二羟基安息香酸、没食子酸(3，4，5-三羟基安息香酸)等的安息香酸衍生物；1，4-二羟基-2-萘酸、3，5-二羟基-2-萘酸、3，7-二羟基-2-萘酸等的萘酸衍生物；酚酞啉；及双酚酸等。
例如，当树脂含有环氧树脂时，具有焊剂活性的固化剂包含羧基和与环氧基反应的基团。作为与环氧基反应的基团，例如可以举出羧基、羟基、氨基等。进一步具体地说，当树脂为环氧树脂时，作为具有焊剂活性的固化剂优选使用酚酞啉、癸二酸、以及龙胆酸中的至少一种。
另外，还可以并用具有焊剂活性的固化剂和其他固化剂(含有作为固化剂发挥作用的树脂)，当树脂为环氧树脂时，考虑到反应性或固化后的物性，优选使用苯酚类。
作为苯酚类没有特别的限定，但考虑带焊剂功能的粘接剂在固化后的物性时，优选为2官能度以上。例如，可以举出双酚A、四甲基双酚A、二烯丙基双酚A、联苯、双酚F、二烯丙基双酚F、三苯酚、四苯酚、酚醛清漆类、甲酚清漆类等，当考虑到熔融粘度、与环氧树脂的反应性及固化后的物性时，优选使用酚醛清漆类及甲酚清漆类。
另外，在配合成分中，其配合量优选为树脂固体成分的0.1～30重量％，尤其优选为1～25重量％。若不足所述下限值，则无法充分还原电极构件2表面的氧化膜，钎焊构件12和电极构件2之间的接合强度容易变得不充分。一方面，若超过所述上限值，例如在作为薄膜状粘接剂等使用时，则有时产生作为薄膜性能的操作性变差的现象。
为了提高焊剂活性，可以添加还原剂。例如，在作为固化剂使用苯酚类等的常用固化剂时，通过添加还原剂，能够发挥焊剂作用。另外，当使用具有焊剂活性的固化剂时，发挥如进一步提高焊剂功能的焊剂助剂的作用。因此，在使用具有焊剂活性的固化剂时，也可以省略还原剂。
作为这样的还原剂，可以举出蚁酸、醋酸、丙酸、丁酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸等的分子内具有一个羧基的化合物；苯酚、邻甲酚、2，6-二甲苯酚、对甲酚、间甲酚、邻乙基苯酚、2，4-二甲苯酚、2，5-二甲苯酚、间乙基苯酚、2，3-二甲苯酚、三甲基苯酚、3，5-二甲苯酚、对特丁基苯酚等的在分子内具有一个苯性羟基的化合物等。
作为制模性树脂没有特别的限定，可以使用热塑性树脂、热固性树脂、或热塑性树脂及热固性树脂的混合类。其中，从成膜性及树脂的熔融粘度的观点考虑，优选热塑性树脂及热固性树脂的混合类。进一步具体地说，树脂可以是含有环氧树脂和丙烯酸橡胶的构成。
作为热塑性树脂没有特别的限定，例如可以使用苯氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、硅氧烷改性聚酰亚胺树脂、聚丁二烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、聚缩醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯乙缩醛树脂、丁基橡胶、氯丁橡胶、聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、尼龙、丙烯酸橡胶等。这些可以单独使用，或可以两种以上混合使用。
另外，以提高粘接性或与其他树脂之间的相溶性为目的，所述热塑性树脂也可以使用具有硝基、环氧基、羟基、羧基的树脂，作为这样的树脂，例如可以使用丙烯酸橡胶。
在此，当作为制模性树脂使用苯氧树脂时，优选其数平均分子量为5000～15000。由此，能够控制苯氧树脂的流动性，并使层间厚度均匀。对骨架没有特别的限定，例如可以为双酚A型、双酚F型、联苯骨架型等，但优选饱和吸水率在1％以下。由此，在进行钎焊构件12和电极构件2的接合之际，即使在焊锡安装时等的高温下也能提高抑制发泡或脱层等的效果。
另外，作为制膜性树脂使用丙烯酸橡胶，由此可以提高例如制作薄膜状粘接剂片时的成膜稳定性。另外，可降低粘接剂片的弹性率，并能够降低电极构件2(被粘接物)和带焊剂功能的粘接剂之间的残留应力，所以能够提高对电极构件2的粘着性。
作为热固性树脂没有特别的限制，可以使用环氧树脂、氧杂环丁烷树脂、苯酚树脂、(甲基)丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯、马来酸酐缩亚胺树脂等。其中，优选使用固化性和保存性、固化物的耐热性、耐湿性、耐药品性优异的环氧树脂。
另外，带焊剂功能的粘接剂还可以进一步含有固化催化剂。通过采用含有固化催化剂的构成，在制作粘接剂之际，能够更可靠地固化树脂。
固化催化剂可根据树脂的种类进行适当的选择，但例如可以使用熔点为150℃以上的咪唑化合物。若咪唑化合物的熔点过低，则在钎焊构件12的焊锡向电极构件2表面移动之前，带焊剂功能的粘接剂进行固化，存在着钎焊构件12和电极构件2的连接变得不稳定，或者带焊剂功能的粘接剂的保存性降低之虑。因此，优选咪唑化合物的熔点为150℃以上。作为熔点为150℃以上的咪唑化合物，可以举出2-苯基羟基咪唑、2-苯基-4-甲基羟基咪唑等。另外，对咪唑化合物熔点的上限没有特别的限定，例如可以根据粘接剂的粘接温度进行适当的设定。
另外，带焊剂功能的粘接剂可进一步含有硅烷偶合剂。通过采用含有硅烷偶合剂的构成，可进一步提高带焊剂功能的粘接剂对电极构件2的粘接性。作为硅烷偶合剂，可以举出环氧硅烷偶合剂、含有芳香族的氨基硅烷偶合剂等，只要含有其中的至少一种即可。另外，例如也可以采用含有其中的两种的构成。
进一步，带焊剂功能的粘接剂还可以含有上述以外的成分。例如，为了提高树脂的相溶性、稳定性、操作性等的各种特性，可以适当的添加各种添加剂。
以上说明了带焊剂功能的粘接剂。作为带焊剂功能的粘接剂的具体构成，例如可使用(1)作为环氧树脂含有双酚A型环氧树脂、作为固化剂含有酚醛清漆、作为制膜性树脂含有苯氧树脂、作为还原剂含有酚酞啉的粘接剂；(2)作为环氧树脂含有双酚A型环氧树脂、作为固化剂含有酚醛清漆、作为制膜性树脂含有(有机硅改性)聚酰亚胺树脂、作为固化剂(具有焊剂活性的固化剂)含有龙胆酸的粘接剂；或者(3)作为环氧树脂含有三官能度环氧树脂、作为固化剂含有酚醛清漆、及作为具有焊剂活性的固化剂含有癸二酸、作为制膜性树脂含有丙烯酸橡胶的粘接剂等。
首先，如图2所示，用主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件12，对主要由铜构成的导体构件1和主要由铜构成的电极构件2进行熔融接合，从而形成焊角3’(最终成为接合部3的部位)。由此，导体构件1和电极构件2被电连接。
当对接合部结构10进行加热处理时，从导体构件1和电极构件2的表面进行铜的扩散，与构成焊角3’的锡进行合金化，但在该阶段，焊角3’的铜原子含有率在中心部位31和外周部位32中没有太大的区别。
该进行熔融接合的温度，只要是钎焊构件12能够熔融的温度(熔点)即可，没有特别的限定，例如，优选比钎焊构件12的熔点高25℃以上，尤其优选高30～50℃以上。若在所述范围内，则尤其能够促进铜原子的扩散。
具体地说，例如当钎焊构件12由95～99.5重量％的锡和0.5～5重量％的银的混合物构成时，所述进行熔融接合的温度优选为220～270℃，更优选为230～265℃。
作为该熔融接合，例如可以举出挤压方法、焊锡回流方法等。其中，为了进行后述的各步骤，优选挤压方法。另外，当通过挤压形成接合部3时，优选在实质上没有加压或者低压下进行挤压。由此，能够防止接合部3的变形，从而能够降低布线板的变形。
接着，在形成了焊角3’的状态下进行第一次加热。由于铜原子的扩散并不充分，因此如图3所示，在焊角3’的内部形成了铜原子含有率为15原子％以下的层33(第一步骤)。在焊角3’中的其他部分，铜原子含有率高于15原子％。
对所述第一次加热温度没有特别的限定，但优选为焊角3’处于熔融状态(熔点以上)的温度，例如，优选该加热温度比构成焊角3’(接合部3)的钎焊构件12的熔点高25℃以上，尤其优选高30～50℃。若在该范围内，则尤其是能够促进锡原子和铜原子的合金化。
具体地说，例如当钎焊构件12由95～99.5重量％的锡和0.5～5重量％的银的混合物构成时，所述进行熔融接合的温度优选为220～270℃，更优选为230～265℃。
所述第一次加热时间可根据与所述加热温度的关系而不同，但优选在10～40秒之间，尤其优选在15～30秒之间。若在该范围内，构成导体构件1或电极构件2的铜原子能够向焊角3’的内部扩散。
进一步，在形成了焊角3’的状态下进行第二次加热。由此，通过来自导体构件1和电极构件2的铜原子的进一步扩散，扩散至层33，层33被连接而断开，层状变成岛状，从而形成如图4所示的铜原子含量为15原子％以下的岛状部分(第二步骤)。
对所述第二次加热温度没有特别的限定，但优选为焊角3’处于熔融的状态(熔点以上)的温度，例如，优选比构成焊角3’(接合部3)的钎焊构件12的熔点高25℃以上，尤其优选高30～50℃。若在该范围内，则尤其是能够促进铜原子的扩散，由此能够使铜和锡的合金化进行到接合部3的中心部位。
具体地说，例如当钎焊构件12由95～99.5重量％的锡和0.5～5重量％的银的混合物构成时，所述进行熔融接合的温度优选为220～270℃，更优选为230～265℃。
所述第二次加热时间可根据与所述加热温度的关系而不同，但优选在5～125秒之间，尤其优选在20～120秒之间。若在该范围内，构成导体构件1或电极构件2的铜原子能够向焊角3’的内部深处扩散。
进一步，在形成了焊角3’的状态下进行第三次加热。由此，岛状部分34通过铜原子的进一步扩散而被消除，最终如图6所示地，使焊角3’(接合部3)的中心部位31的合金中的铜原子含有率高于外周部位32中的铜原子含有率(第三步骤)。
对所述第三次加热温度没有特别的限定，但优选为焊角3’处于熔融的状态的温度，例如，优选比构成焊角3’(接合部3)的钎焊构件12的熔点高25℃以上，尤其优选高30～50℃。若在该范围内，则合金化进一步向焊角3’的中心部位整体扩展，尤其能够促进最终得到的合金(Cu3Sn)的中间体Cu6Sn5的形成。
具体地说，例如当钎焊构件12由95～99.5重量％的锡和0.5～5重量％的银的混合物构成时，所述进行熔融接合的温度优选为220～270℃，更优选为230～265℃。
所述第三次加热时间可根据与所述加热温度的关系而不同，但优选在5～435秒之间，尤其优选在55～235秒之间。若该所述范围内，构成导体构件1或电极构件2的铜原子能够向焊角3’的内部深处扩散。
然后，通过冷却并固化焊角3’而形成接合部3。
发明人认为通过控制钎焊构件12的熔融状态，使最终得到的接合部3的中心部位31的铜原子含有率高于外周部位32的铜原子含有率的原因如下。
如图2至图4所示，从导体构件1及电极构件2向由钎焊构件12形成的焊角3’扩散铜原子，由此形成铜-锡合金。若钎焊构件12处于熔融状态的时间短，则铜原子无法充分地进行扩散，在焊角3’的中心部位31和外周部位32中的铜原子含有率没有显示太大的区别。但是，若使钎焊构件12的熔融状态维持至铜原子扩散所需的充分的时间时，则能够从导体构件1和电极构件2的均向焊角3’的中心部位31扩散铜原子。相对于此，由于焊角3’的外周部位32没有直接与导体构件1接触，所以主要是仅由电极构件2扩散铜原子。
因此，如图5所示，最终得到的接合部3的中心部位31的铜原子含有率高于外周部位32的铜原子含有率。
如此地，当接合部3的中心部位31的铜原子含有率高时，则能够提高接合部3的耐热性。即，通过促进铜和锡的合金化，能够提高合金的熔点。进一步，尤其能够提高在接合部3的中心部位31的耐热性，所以能够提高导体构件1和电极构件2间的连接可靠性。即，只要参与连接的设置在导体构件1和电极构件2之间的接合部3的中心部位31的耐热性高，则即使外周部位32的耐热性稍微差些，向连接可靠性的影响也小。
进一步，由于将钎焊构件12控制在熔融状态，所以即使铜原子扩散，也能够抑制在内部形成气泡等。相比于在钎焊构件12固化的状态下进行铜原子的扩散，在本发明中，由于在钎焊构件12的熔融状态下使铜原子扩散，所以铜原子的扩散速度变快，能够促进合金化。由此，能够减少钎焊构件12固化后的铜原子的扩散量，从而能够抑制气泡等的形成。
对于钎焊构件12的熔融状态的控制，如上所述分为第一步骤至第三步骤进行了说明，但是本发明的接合部结构的接合方法并不限于此。
例如，可以连续实施所述第一步骤、所述第二步骤及所述第三步骤，也可以分别实施，但优选连续实施。由此，能够有效地形成接合部3。
另外，所述第一步骤、所述第二步骤及所述第三步骤中的加热温度既可以相同，也可以不同，但优选相同。由此，能够连续控制熔融状态。
作为在熔融状态下控制焊角3’(接合部3)的具体方法，例如可以举出：通过焊锡回流形成焊角3’后进行加热的方法；挤压形成焊角3’，并进行连续热处理的方法等。其中，优选挤压形成焊角3’，并进行连续热处理的方法。由此，能够有效地进行铜的扩散。
下面，说明接合部结构。
通过上述接合方法，能够得到图5所示的接合部结构。
本发明的接合部结构10的特征在于，当通过接合部3对导体构件1和电极构件2进行接合后，在接合部3的中心部位31的合金中的铜原子含有率高于外周部位32中的铜原子含有率。即，其特征是在接合部3的中心部位31中的锡和铜的合金化比外周部位32进行得更多。
如图5所示，接合部结构10是通过设置在突起电机11的前端部的钎焊构件12的熔融接合来形成接合部3。
导体构件1和电极构件2是通过接合部3被接合。
在本实施方式中，导体构件1为突起电极，主要由铜构成。例如，以铜原子单体、铜类合金等为主成分。更具体地说，优选其铜原子含有率为95％以上，尤其优选为98～100％。
在本实施方式中，电极构件2为板状体，主要由铜构成。例如，以铜原子单体、铜类合金等为主成分。更具体地说，优选其铜原子含有率为95％以上，尤其优选为98～100％。
接合部3用于接合导体构件1和电极构件2，其剖面形成为以导体构件1侧为上边的梯形形状。
在接合部3中，中心部位31的合金中的铜原子含有率比外周部位32中的铜原子含有率高。由此，能够提高在接合部3中的耐热性。尤其是，中心部位31的耐热性优异，能够有助于连接可靠性的提高。
中心部位31是指夹在(接触于)导体构件1和电极构件2两者之间的部分。相对于此，外周部位32是指与电极构件2接触，但不与导体构件1接触的部分。
在中心部位31的合金中的铜原子含有率比外周部位32中的铜原子含有率高的理由认为如下。
由于中心部位31与导体构件1和电极构件2两者接触，所以能够从两者扩散铜原子。相对于此，外周部位32仅与电极构件2接触，所以铜原子仅从电极构件2扩散。因此，相比于外周部位32，中心部位31的铜原子含有率高。
接合部3的中心部位31的合金中的铜原子含有率只要比外周部位32的铜原子含有率高就即可，没有特别的限定，但优选为30原子％以上，更优选为40～80原子％以上。若铜原子含有率在该范围内，则耐热性特别优异。
对接合部3的中心部位31的合金中的铜原子含有率[S1]和在外周部位32中的铜原子含有率[S2]之差(S1-S2)没有特别的限定，但优选为10原子％以上，特别优选为25～60原子％以上。若差值在该范围内，则可进一步提高耐热性，能够抑制回流热下接合部3的再熔融，能够提高可靠性。
构成接合部3的钎焊构件12主要由锡构成，且实质上不含铜。
具体地说，可以举出相对于95～99.5重量％的锡混合了0.5～7重量％的银原子的钎焊构件，尤其优选在97.5重量％的锡中混合了2.5重量％的银的钎焊构件，在96.5重量％的锡中混合了3.5重量％的银的钎焊构件。
下面，说明布线板。
本发明的布线板具有上述接合部结构10的布线板。
以下，基于附图所示的优选实施方式(六层挠性布线板)详细进行说明。
如图6所示，六层挠性布线板400是从作为芯的电路基板300的两面(图6中的上下)层叠内层电路基板200。
接着，以邻接于内层电路基板200的方式，从两面(图6中的上下)层叠外层电路基板100。
此时，作为芯的电路基板300和内层电路基板200的接合为具有如上所述的由接合部3构成的接合部结构10的接合。因此，在接合部3的中心部位合金中的铜原子含有率比在外周部的铜原子含有率高。
另外，层电路基板200和外层电路基板100的接合也是具有如上所述的由接合部3构成的接合部结构10的接合。因此，在接合部3的中心部位合金中的铜原子含有率比外周部的铜原子含有率高。
接着，说明布线板的制造方法。
本发明的布线板的制造方法，是包括具有主要由铜构成的导体构件的第一基板和具有主要由铜构成的电极构件的第二基板的布线板的制造方法，其特征在于，在通过主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件对所述导体构件和所述电极构件进行熔融接合之际，如上所述地控制所述熔融接合中的熔融状态，由此使所述接合后的钎焊构件的中心部位合金中的铜原子含有率高于外周部位中的铜原子含有率。
以上，基于优选的实施方式说明了本发明的接合部结构及其制造方法、布线板及其制造方法，但本发明并不限于此，可用能够发挥同样功能的任意构成替代上述各部分的构成。
例如，作为导体构件1使用了突起电极，但并不限于此，还可以使用由导电性树脂浆料构成的导体构件、由铜浆料(实质上不含树脂的物质)构成的导体构件等。
另外，作为布线板，除六层挠性布线板以外，还可以举出两层、三层等的不足六层的多层布线板，七层、八层等的六层以上的多层布线板等。
实施例
下面，基于实施例和比较例详细说明本发明，但本发明并不限于此。
(实施例1)
(第一基板-外层电路基板的制造)
从在厚度25μm的聚酰亚胺树脂的绝缘基材上粘贴了厚度12μm的铜箔的第一基材(ュピセルSE1310，宇部兴产制造)的绝缘基材侧的面，通过UV激光，形成口径为50μm的开口部，通过干式除污(Desmear)装置进行去污处理。在该开口部内实施电解铜电镀，使成为导体构件的铜柱比具有铜箔的相反侧绝缘层表面高出10μm后，以厚度15μm实施钎焊构件(焊锡电镀、97.5重量％锡和2.5重量％银的混合物)，形成导体柱。接着，蚀刻铜箔，形成布线图案。接着，通过真空积层装置，层叠厚度25μm的热固性的带焊剂功能的粘接剂片(层间粘接片，住友电木制造)后，按照层叠尺寸(120×170mm)进行外形加工，得到第一基板(外层电路基板)100。
带焊剂功能的粘接剂片含有45重量份的双酚A环氧(840S)、21重量份的酚醛清漆(PR53647，住友电木制造)、28重量份的高耐热苯氧(YL-6854，东都化学制造)、14重量份的酚酞啉、0.01重量份的咪唑、1重量份的脂环式环氧硅烷(A18，日本ュニカ一制造)、以及作为溶剂的丙酮、MEK、DMAc。
(第二基板a-内层电路基板的制造)
从在厚度25μm的聚酰亚胺树脂的绝缘基材上粘贴了厚度12μm的铜箔的第二基材a(ュピセルSE1310，宇部兴产制造)的绝缘基材侧的面，通过UV激光，形成口径为50μm的开口部，通过干式除污装置进行去污处理。在该开口部内实施电解铜电镀，使成为导体构件的铜柱比具有铜箔的相反侧绝缘基材表面高出10μm后，以厚度15μm实施钎焊构件(焊锡电镀、97.5重量％锡和2.5重量％银的混合物)，形成导体柱。接着，蚀刻铜箔，形成布线图案和焊盘，该焊盘为接受作为第一基板的导体构件的导体柱的电极构件。接着，通过真空积层装置，层叠而形成厚度25μm的热固性的带焊剂功能的粘接剂片(层间粘接片，住友电木制造)后，按照层叠部尺寸(120×170mm)进行外形加工，得到第二基板a(内层电路基板)200。
(第二基板b-成为芯的电路基板的制造)
用钻头，在厚度25μm的聚酰亚胺树脂薄膜的绝缘基材的两面粘贴了厚度12μm的铜箔而成的第二基材b(芯基材)(NEX23FE(25T)，三井化学制造)上开孔形成通孔后，通过直接电镀及电解铜电镀，进行上表面和下表面的电导通。接着，通过蚀刻铜箔，形成布线图案及焊盘，该焊盘为接受作为导体构件的导体柱的电极构件。
接着，在相当于挠性部部分的布线图案上，通过覆盖膜(CVA0525，有泽制作所制造)形成表面覆盖层，所述覆盖膜是在厚度12.5μm的聚酰亚胺上事先涂布厚度25μm的环氧树脂类粘接剂而成的薄膜。最后，切断成层叠尺寸(120×170mm)，得到第二基板b(成为芯的电路基板)300。
(多层挠性电路基板的制造)
1.层叠工序
采用具有调整位置用的定位稍的夹具，依次层叠第一基板(外层电路基板)100、第二基板a(内层电路基板)200、第二基板b(成为芯的电路基板)300、第二基板a(内层电路基板)200、以及第一基板(外层电路基板)100。
然后，用局部加热器(Spot Heater)加热至局部温度成为200℃，并临时连接第一基板100、第二基板a200及第二基板b300的一部分，由此进行定位。
接着，通过真空式挤压，并在150℃、0.5MPa下进行加热/加压成型60秒钟，加压成型至导体柱与导体焊盘接触。此时，具有导体焊盘的第二基板a(内层电路基板)200和第二基板b(成为芯的电路基板)300的电路周围没有气泡而填充有粘接剂。
2.接合工序
接着，在以下条件下，通过用压力机对所得层叠体进行加热，发挥带焊剂功能的粘接剂的焊剂功能，由此去除(还原)钎焊构件12表面的氧化膜和电极构件2表面的氧化膜，接合钎焊构件12和导体构件1。
加热条件是在常温～260℃的层叠体的温度中，升温速度为100℃/分钟。另外，最高温度设为265℃，在260℃以上保持300秒(第一步骤30秒，第二步骤90秒，第三步骤180秒)。
在此，接合时的压力在0.1MPa下进行。通过焊锡进行的导体柱和焊盘之间的接合中，焊锡熔融接合，并形成了焊锡焊角。
接合部中心部位的铜原子含有率为55原子％，周边部位的铜原子含有率为25原子％，其差值为30原子％。
另外，铜原子含有率是通过EDX的面积分析进行评价。中心部位的铜原子含有率是3×30μm区域的平均值，周边部位的铜原子含有率是5×10μm的区域的平均值。
3.固化工序
接着，为了固化带焊剂功能的粘接剂，在180℃下加热60分钟，得到粘接剂层5。
4.最外层的表面处理
在外层的两表面印刷液状抗蚀剂(SR9000W，日立化学制造)，进行曝光、显影来实施表面被覆，并一同形成了开口部。接着，在开口部上，作为表面处理实施电镀，最终得到六层的多层挠性电路基板。
(实施例2)
除了将接合工序中的加热条件改为如下以外，与实施例1相同地操作。
在常温～250℃的层叠体的温度中，升温速度为100℃/分钟。另外，最高温度设为255℃，在250℃以上的温度下保持300秒(第一步骤30秒，第二步骤90秒，第三步骤180秒)。
另外，接合部中心部位的铜原子含有率为50原子％，周边部位的铜原子含有率为20原子％，其差值为30原子％。
(实施例3)
除了将接合工序中的加热条件改为如下以外，与实施例1相同地操作。
在常温～260℃的层叠体的温度中，升温速度为100℃/分钟。另外，最高温度设为265℃，在260℃以上的温度下保持240秒(第一步骤30秒，第二步骤90秒，第三步骤120秒)。
另外，接合部中心部位的铜原子含有率为50原子％，周边部位的铜原子含有率为30原子％，其差值为20原子％。
(实施例4)
除了将接合工序中的加热条件改为如下以外，与实施例1相同地操作。
最高温度设为265℃，在260℃以上的温度下180秒(第一步骤30秒，第二步骤90秒，第三步骤60秒)。
另外，接合部中心部位的铜原子含有率为45原子％，周边部位的铜原子含有率为30原子％，其差值为15原子％。
(实施例5)
除了将钎焊构件改为96.5重量％锡和3.5重量％银的混合物以外，与实施例1相同地操作。
另外，接合部中心部位的铜原子含有率为50原子％，周边部位的铜原子含有率为30原子％，其差值为20原子％。
(比较例1)
除了将接合工序中的加热条件改为如下以外，与实施例1相同地操作。
最高温度设为265℃，在260℃以上的温度下保持15秒。
另外，接合部中心部位的铜原子含有率为25原子％，周边部位的铜原子含有率为25原子％，其差值为0原子％。
对各实施例及比较例中得到的电路基板进行以下的评价。将评价项目与内容一同表示。所得到的结果示于表1。
1.耐热性
连接可靠性是进行热冲击试验(热油260℃下10秒<＝>常温20秒，100循环)，测定其外观及导通电阻来进行评价。
◎：外观没有异常，从导通电阻初期值的变化率低于±5％。
○：外观没有异常，从导通电阻初期值的变化率为±5％以上，不足±8％。
△：外观没有异常，从导通电阻初期值的变化率为±8％以上，不足±10％。
×：外观产生膨胀、剥离等异常，且从导通电阻初期值的变化率为±10％以上。或者，在初期阶段无法取得导通。
2.连接可靠性
连接可靠性是在150℃温度下处理1000小时后，观察剖面及导通电阻来进行评价。
◎：接合部中发现了气泡，但低于整体的5％，初期状态的电阻值和处理后电阻值的变化低于±5％。
○：接合部中发现了气泡，但低于整体的5％，初期状态的电阻值和处理后电阻值的变化为±5％以上，不足±8％。
△：接合部中发现了气泡，但低于整体的5％，初期状态的电阻值和处理后电阻值的变化为±8％以上，不足±10％。
×：接合部中发现了气泡，为整体的5％以上，初期状态的电阻值和处理后电阻值的变化为±10％以上。并且，在初期阶段无法取得导通。
3.粘接性
粘接性根据层间的剥离强度JIS C 5016进行评价。
◎：1.0N/mm以上。
○：0.7N/mm以上，低于1.0N/mm。
△：0.5N/mm以上，低于0.7N/mm。
×：低于0.5N/mm。
4.布线板的变形
布线板的变形是通过观察剖面和导通电阻进行评价。
◎：几乎没有层的弯曲，也没有断线。
○：发现了层的弯曲，但没有断线。
△：发现了层的弯曲，断线处为三处以下。
×：发现了层的弯曲，断线处为4处以上。
表1
 实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  比较例1
  耐热性  ◎  ◎  ○  ○  ◎  ○
  连接可靠性  ◎  ◎  ○  ○  ○  ×
  粘接性  ◎  ◎  ◎  ◎  ◎  ◎
  布线板的变形  ◎  ◎  ◎  ◎  ◎  ◎
从表1明确可知，实施例1至实施例5的耐热性、连接可靠性、粘接性优异，布线板的变形也小。
另外，尤其实施例1和2的耐热性和连接可靠性优异。由此，即使在接合后再次进行加热，也不会在接合部产生熔融等，显示出具有优异的耐热性。
产业上的可利用性
本发明的接合部结构是通过熔融接合了主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件而得到的接合部，对主要由铜构成的导体构件和主要由铜构成的电极构件进行接合而成，其在所述接合部的中心部位合金中的铜原子含有率比其外周部位的铜原子含有率高。因此，能够得到在导体构件和电极构件之间的连接可靠性优异，且层间接合部的耐热性也优异的接合部结构。因此，本发明的接合部结构具有产业上的可利用性。

Claims (13)

1.一种接合部结构，其是通过接合部对导体构件和电极构件进行接合而成的接合部结构，其中，所述导体构件为主要由铜构成的导体构件，所述电极构件为主要由铜构成的电极构件，所述接合部为对主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件进行熔融接合而得到的接合部，其特征在于，
所述接合部具有中心部位和包围该中心部位的外周部位，
所述中心部位和所述外周部位均由含有铜和锡的合金构成，
在所述中心部位的所述合金中的铜原子含有率比所述外周部位的铜原子含有率高，
在所述中心部位的所述合金中的铜原子含有率为30原子％以上，
在所述中心部位的所述合金中的铜原子含有率S1和所述外周部位的所述合金中的铜原子含有率S2之差S1-S2为10～30原子％。
2.如权利要求1所述的接合部结构，其中，存在于所述中心部位的铜原子是由所述导体构件和/或所述电极构件中的铜扩散的铜。
3.如权利要求1所述的接合部结构，其中，所述导体构件为突起电极。
4.如权利要求1所述的接合部结构，其中，所述钎焊构件还含有银。
5.一种布线板，其特征在于，其是具有权利要求1所述的接合部结构的布线板。
6.一种接合方法，是通过接合部对导体构件和电极构件进行接合的方法，其中，所述导体构件为主要由铜构成的导体构件，所述电极构件为主要由铜构成的电极构件，所述接合部为对主要由锡构成且实质上不含铜的钎焊构件进行熔融接合而得到的接合部，其特征在于，
所述接合部具有中心部位和包围该中心部位的外周部位，
所述中心部位和所述外周部位均由含有铜和锡的合金构成，
通过控制在所述熔融接合中的熔融状态，使所述中心部位的所述合金中的铜原子含有率比所述外周部位的铜原子含有率高，
而且，在所述中心部位的所述合金中的铜原子含有率为30原子％以上，
在所述中心部位的所述合金中的铜含有率S1和所述外周部位的所述合金中的铜原子含有率S2之差S1-S2为10～30原子％。
7.如权利要求6所述的接合方法，其中，所述熔融状态是保持在比所述 钎焊构件的熔点高25℃以上的温度下。
8.如权利要求6所述的接合方法，其中，所述熔融状态是在所述钎焊构件的熔点以上温度下保持60秒以上。
9.如权利要求6所述的接合方法，包括：
第一步骤，在该第一步骤中，使构成所述导体构件的铜向所述钎焊构件扩散并使所述铜和所述锡进行合金化，与此同时，使构成所述电极构件的铜向所述钎焊构件扩散并使所述铜和所述锡进行合金化，由此在所述接合后的钎焊构件内部形成所述合金中的铜原子含有率为15％以下的层状合金层部，
第二步骤，在该第二步骤中，进一步促进扩散的所述铜和所述钎焊构件之间的合金化，从而在所述接合后的钎焊构件内部形成所述合金中的铜原子含有率为15％以下的岛状合金部，以及
第三步骤，在该第三步骤中，促进扩散的所述铜和所述钎焊构件之间的合金化，使所述岛状合金部消失，从而形成所述中心部位和所述外周部位。
10.如权利要求9所述的接合方法，其中，在所述第一步骤中的所述钎焊构件为熔融状态。
11.如权利要求9所述的接合方法，其中，在所述第二步骤中的所述钎焊构件为熔融状态。
12.如权利要求9所述的接合方法，其中，在所述第三步骤中的所述钎焊构件为熔融状态。
13.一种布线板的制造方法，在包括具有主要由铜构成的导体构件的第一基板和具有主要由铜构成的电极构件的第二基板的布线板制造方法中，其特征在于，
在对所述第一基板和所述第二基板进行接合之际，采用权利要求6所述的接合方法。 
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