CN103167926A - 接合方法、接合结构、电子装置、电子装置的制造方法及电子部件 - Google Patents

Abstract

在本发明中，为了提供确保充分的接合强度、且抑制、防止接合材料在温阶连接中的再回流焊等阶段流出的接合方法和接合结构等，形成了下述构成，即，将表面由第1金属构成的第1金属构件（11a）和表面由第2金属构成的第2金属构件（11b）通过含有熔点比第1和第2金属低的低熔点金属的接合材料（10）接合时，使构成接合材料的低熔点金属为Sn或含Sn的合金，使第1和第2金属中的至少一方为如下的金属或合金，即，所述金属或合金与该低熔点金属之间生成金属间化合物（12）、且与金属间化合物的晶格常数差为50%以上，在将接合材料配置在第1金属构件和第2金属构件之间的状态下，在该低熔点金属熔融的温度下进行热处理。

Description

接合方法、接合结构、电子装置、电子装置的制造方法及电子部件

技术领域

本发明涉及接合方法、接合结构、电子装置、电子装置的制造方法及电子部件，详细而言，涉及例如安装电子部件等的情况等所使用的接合方法、接合结构、电子装置、电子装置的制造方法及电子部件。

背景技术

安装电子部件时，广泛利用使用了焊料（焊油）的接合方法。

然而，对于以往广泛利用的Sn-Pb系焊料而言，广泛使用温阶连接（温度階層接続）的方法，即，使用例如富含Pb的Pb-5Sn（熔点：314～310℃）、Pb-10Sn（熔点：302～275℃）等作为高温系焊料，在330～350℃的温度进行焊接，其后，使用例如低温系焊料的Sn-37Pb共晶（183℃）等，在上述高温系焊料的熔点以下的温度进行焊接，由此在先前的焊接所使用的高温系焊料不熔融的情况下，通过焊接进行连接。

这样的温阶连接用于例如小片接合芯片型的半导体装置、倒装片连接型的半导体装置等，是在利用焊接在半导体装置的内部进行连接后，进一步利用焊接将该半导体装置自身与基板连接这样的情况下使用的重要技术。

作为在该用途中使用的焊油，例如，提出了含有（a）由Cu、Al、Au、Ag等第2金属或含有它们的高熔点合金构成的第2金属（或合金）球、和（b）由Sn或In构成的第1金属球的混合体的焊膏（参照专利文献1）。

另外，在该专利文献1中，公开了使用焊膏的接合方法、电子设备的制造方法。

使用该专利文献1的焊膏进行焊接时，如图2（a）示意所示，含有低熔点金属（例如Sn）球51、高熔点金属（例如Cu）球52和助焊剂53的焊膏被加热而发生反应，在焊接后，如图2（b）所示，多个高熔点金属球52通过在来自低熔点金属球的低熔点金属与来自高熔点金属球的高熔点金之间形成的金属间化合物54被连结，利用该连结体连接·连结（焊接）接合对象物。

然而，对于使用该专利文献1的焊膏的接合方法而言，在焊接工序中通过加热焊膏，生成高熔点金属（例如Cu）和低熔点金属（例如Sn）的金属间化合物，但组合Cu（高熔点金属）和Sn（低熔点金属）时，Sn扩散速度慢，所以作为低熔点金属的Sn残留。而且，如果Sn残留，则高温下的接合强度大幅度降低，根据想要接合的制品的种类有时无法使用。另外，存在焊接的工序中残留的Sn可能在其后的焊接工序中熔融而流出，作为温阶连接中使用的高温焊料而言可靠性低这样的问题点。

即，例如在半导体装置的制造工序中，经过进行焊接的工序制造半导体装置后，想要用回流焊的方法将该半导体装置安装于基板时，半导体装置的制造工序中的焊接工序中残留的Sn可能在回流焊的工序中熔融而流出。

另外，为了不残留Sn，使低熔点金属完全成为金属间化合物，在焊接工序中，需要高温且长时间的加热，但也要兼顾生产率，因此实际上不可实用。

此外，使用专利文献1的焊膏时，如图3所示，在回流焊后的接合对象物61、62与接合材料（焊料）63的界面，例如呈层状地形成Cu₃Sn、Cu₆Sn₅之类的金属间化合物64。如果形成这样的层状的金属间化合物64，则由于应力在界面集中，所以因裂缝的产生等导致界面的接合强度降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2002-254194号公报

发明内容

本发明解决上述课题，其目的在于提供能够在确保充分的接合强度的同时接合第1金属构件和第2金属构件，并且能够抑制、防止接合材料在温阶连接中的再回流焊等阶段流出的接合方法、接合结构、电子装置、电子装置的制造方法及电子部件。

为了解决上述课题，本发明的接合方法的特征在于，具备以下工序：

在至少表面由第1金属构成的第1金属构件与至少表面由第2金属构成的第2金属构件之间，配置含有熔点比上述第1金属和/或上述第2金属低的低熔点金属的接合材料的工序，

在上述低熔点金属的熔点以上的温度加热上述接合材料的工序；

在加热上述接合材料的工序中，通过上述低熔点金属与上述第1金属和/或上述第2金属的反应生成金属间化合物，在熔融的上述低熔点金属中上述金属间化合物边剥离、分散边反复进行反应。

在上述接合方法中，优选在加热上述接合材料的工序中，使上述低熔点金属全部变为金属间化合物。

另外，本发明的电子部件的制造方法是具备至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件的电子装置的制造方法，其特征在于，

具备利用技术方案1或2所述的接合方法接合上述第1金属构件和上述第2金属构件的工序。

另外，本发明的接合方法是用于将至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件通过以熔点比上述第1金属和/或上述第2金属低的低熔点金属为主成分的接合材料进行接合的接合方法，其特征在于，

使构成上述接合材料的上述低熔点金属为Sn或含有70重量%以上的Sn的合金，

使上述第1金属和上述第2金属中的至少一方为如下的金属或合金，所述金属或合金与构成上述接合材料的上述低熔点金属之间生成金属间化合物、且与在上述第1金属和上述第2金属中的至少一方的表面生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上，并且，

具备热处理工序，在将上述接合材料配置在上述第1金属构件和第2金属构件之间的状态下，在构成上述接合材料的上述低熔点金属熔融的温度进行热处理，将上述第1金属构件与上述第2金属构件通过上述接合材料接合。

另外，在本发明的接合方法中，优选上述低熔点金属为Sn或含85重量%以上的Sn的合金。

另外，在本发明的接合方法中，优选在相对于（a）构成上述接合材料的上述低熔点金属和（b）上述第1金属和上述第2金属中上述晶格常数差为50%以上的金属的总计量，后者的比例为30体积%以上的状态下，实施上述热处理工序。

另外，在本发明的接合方法中，优选构成上述接合材料的上述低熔点金属为：

Sn单质、或者

含有选自Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、P中的至少1种和Sn的合金。

另外，优选上述第1金属和上述第2金属中的至少一方为Cu-Mn合金或Cu-Ni合金。

另外，优选上述第1金属和上述第2金属中的至少一方为以5～30重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者以5～30重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金，特别优选为以10～15重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者以10～15重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金。

另外，本发明的电子部件的制造方法是具备至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件的电子装置的制造方法，其特征在于，

具备利用技术方案4～9中任一项所述的接合方法接合上述第1金属构件和上述第2金属构件的工序。

另外，本发明的接合结构是第1金属构件和第2金属构件通过接合部被接合的接合结构，其特征在于，在上述接合部中，分散有Cu-M-Sn（M为Ni和/或Mn）金属间化合物，在与上述第1金属构件和上述第2金属构件的界面的至少一方没有形成作为金属间化合物层的Cu₃Sn层和Cu₆Sn₅层中的任一者。

此外，在本发明的接合结构中，优选在上述接合部中，在与上述第1金属构件和上述第2金属构件的界面均没有形成金属间化合物层。

另外，本发明的电子装置是至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件通过接合部被接合的电子装置，其特征在于，上述第1金属构件和上述第2金属构件的接合部具有技术方案11或12所述的接合结构。

另外，本发明的电子部件是具备电极的电子部件，该电极供于利用含有低熔点金属的接合材料进行的接合，所述低熔点金属由Sn或含有70重量%以上的Sn的合金构成，所述电子部件的特征在于，与上述接合材料相接的上述电极的表面由如下的金属或合金形成，所述金属或合金与上述低熔点金属之间生成金属间化合物、且与通过和上述低熔点金属反应而在上述电极的表面生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上。

另外，本发明的电子部件优选与上述接合材料相接的上述电极的表面由Cu-Mn合金或Cu-Ni合金形成。

特别优选Cu-Mn合金或Cu-Ni合金为以5～30重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者以5～30重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金，进一步优选为以10～15重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者以10～15重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金。

本发明的接合方法在至少表面由第1金属构成的第1金属构件与至少表面由第2金属构成的第2金属构件之间配置含有熔点比第1金属和/或第2金属低的低熔点金属的接合材料，在上述低熔点金属的熔点以上的温度加热接合材料，从而在加热该接合材料的工序中，通过低熔点金属与第1金属和/或第2金属的反应而生成金属间化合物，并且在熔融的低熔点金属中金属间化合物边剥离、分散边反复进行反应。其结果，第1金属和/或第2金属与低熔点金属的相互扩散快速进行，促进向更高熔点的金属间化合物的变化，因此能够进行耐热强度大、且具备充分的接合强度、耐冲击性的接合。

另外，在加热上述接合材料的工序中，通过使低熔点金属全部变成金属间化合物，从而能够进一步进行耐热强度大、且具备充分的接合强度、耐冲击性的接合。

另外，本发明的电子部件的制造方法由于具备利用技术方案1或2所述的接合方法接合上述第1金属构件和上述第2金属构件的工序，所以能够高效地制造第1金属构件和第2金属构件通过接合材料被可靠地接合的可靠性高的电子部件。

本发明的接合方法在将至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件通过以熔点比第1金属和/或第2金属低的低熔点金属为主成分的接合材料接合时，使构成接合材料的低熔点金属为Sn或含有70重量%以上的Sn的合金，使第1金属以和第2金属的至少一方为如下的金属或合金，所述金属或合金与构成接合材料的低熔点金属之间生成金属间化合物、并且与在第1金属和第2金属中的至少一方的表面生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上，因此即便对通过本发明的方法中接合而得的接合体进行再回流焊时，也能够抑制、防止接合材料再次熔融而提高接合强度、耐冲击性。

即，根据本发明，由于第1金属和第2金属中的至少一方使用如下的金属或合金，所述金属或合金与低熔点金属之间生成金属间化合物、并且与在第1金属和第2金属中的至少一方的表面生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上，所以第1金属和/或第2金属与低熔点金属的相互扩散快速进行，促进向更高熔点的金属间化合物变化，因此能够进行耐热强度大、且具备充分的接合强度、耐冲击性的接合。

应予说明，在本发明中“晶格常数差”定义如下：用第1金属或第2金属与低熔点金属的金属间化合物的晶格常数减去第1金属或第2金属的晶格常数而得的值除以第1金属或第2金属的晶格常数，将得到的数值的绝对值放大100倍的数值（%）。

即，该晶格常数差是表示在与第1金属和/或第2金属的界面新生成的金属间化合物的晶格常数相对于第1金属和/或第2金属的晶格常数有多大的差的值，与任一方的晶格常数的大小无关。

应予说明，晶格常数差由下述式（1）表示。

晶格常数差（%）＝｛（金属间化合物的晶格常数－第1金属或第2金属的晶格常数）/第1金属或第2金属的晶格常数｝×100……（1）

另外，在本发明的接合方法中，在将接合材料配置在第1金属构件与第2金属构件之间的状态下，在构成接合材料的低熔点金属熔融的温度下进行热处理，由此进行第1金属构件和第2金属构件的接合，作为这样的接合（热处理）的具体方式，例如，可举出：

1）第1金属和第2金属为如下的金属材料，即，构成要相互接合的第1金属构件（电极主体）和第2金属构件（电极主体）的金属材料、且其中至少一方是与上述金属间化合物的晶格常数差为50%以上的金属材料，低熔点金属以焊油、板状焊料等的形式，被供给于第1金属构件和第2金属构件之间的状态；

2）第1金属和第2金属为如下的金属材料，即，构成形成在要相互接合的第1金属构件（电极主体）和第2金属构件（电极主体）的表面的镀膜的金属材料、且其中至少一方是与上述金属间化合物的晶格常数差为50%以上的金属材料，低熔点金属以焊油、板状焊料等的形式，被供给于具备镀膜的第1金属构件和第2金属构件的表面间的状态等。

另外，在本发明的接合方法中，通过在相对于（a）构成接合材料的低熔点金属和（b）第1金属和第2金属中的上述晶格常数差为50%以上的金属的总计量，后者的比例为30体积%以上的状态下，实施热处理工序，从而第1金属和第2金属中晶格常数差为50%以上的金属向构成接合材料的低熔点材料的扩散充分进行，促进向更高熔点的金属间化合物的变化，几乎没有残留低熔点金属成分，因此能够进一步进行耐热强度大的接合。

另外，“……后者的比例为30体积%以上的状态”是指，例如第1金属和第2金属均是上述晶格常数差为50%以上的金属时，由下述式（2）表示的状态。

［（第1金属＋第2金属）/｛低熔点金属＋（第1金属＋第2金属）｝］×100≥30（体积%）……（2）

另外，在本发明的接合方法中，构成接合材料的低熔点金属为Sn单质、或者含有选自Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、P中的至少1种和Sn的合金时，能够容易在与晶格常数差为50%以上的第1金属和第2金属中的至少一方之间形成金属间化合物。

另外，使第1金属和第2金属中的至少一方为Cu-Mn合金或Cu-Ni合金时，能够以更低温、短时间在与低熔点金属之间生成金属间化合物，即便在其后的回流焊工序中也不熔融。

另外，通过使上述第1金属和上述第2金属中的至少一方为以3～30重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、特别是以10～15重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金，或者以5～30重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金、特别是以10～15重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金，从而能够更可靠地以低温、短时间与低熔点金属之间生成金属间化合物，能够使本发明更实效。

另外，在制造具备至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件的电子装置时，通过利用上述接合方法（技术方案4～9中任一项所述的接合方法）接合第1金属构件和第2金属构件，从而能够高效地制造第1金属构件和第2金属构件通过接合材料可靠地被接合的可靠性高的电子装置。

另外，本发明的接合结构是在接合第1金属构件和第2金属构件的接合部中，至少分散有Cu-M-Sn（M为镍和/或Mn）金属间化合物，未金属间化合物化的未反应Sn成分相对于接合材料整体的比例为30体积%以下，因此能够使耐热强度优异，且接合材料不会在再回流焊等工序中再次熔融而流出，增大第1金属构件和第2金属构件的接合强度。

另外，在接合部中，在与第1金属构件和第2金属构件的界面的至少一方没有形成层状的金属间化合物（金属间化合物层）。因此，难以产生因热应力等应力集中而引起的裂缝等，能够使第1金属构件和第2金属构件相对于热冲击的接合强度变大，提供可靠性高的接合结构。

此外，在接合部中，通过成为在第1金属构件和第2金属构件的界面均没有形成作为金属间化合物层的Cu₃Sn层和Cu₆Sn₅层中的任一者的结构，从而能够进一步提供可靠性高的接合结构。

另外，本发明的电子装置是至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件通过接合部被接合的电子装置，由于第1金属构件和第2金属构件的接合部具备技术方案11或12所述的接合结构，所以能够提供第1金属构件和第2金属构件的接合部具备高的耐热强度、充分的接合强度以及耐冲击性的电子部件。

另外，本发明的电子部件是具备电极的电子部件，所述电极供于利用含有低熔点金属的接合材料进行的接合，所述低熔点金属由Sn或含有70重量%以上的Sn的合金构成，由于与接合材料相接的电极的表面由如下的金属或合金形成，所述金属或合金与低熔点金属之间生成金属间化合物、且与通过和上述低熔点金属反应而在电极表面生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上，所以能够提供适合供于本发明的接合方法的电子部件。

附图说明

图1是示意表示本发明的实施例的接合方法中进行接合时的行为的图，（a）是表示加热前的状态的图，（b）是表示开始加热，接合材料熔融的状态的图，（c）是表示进一步继续加热，形成构成接合材料的低熔点金属与第1金属构件和第2金属构件中的至少一方之间的金属间化合物的状态的图。

图2是表示使用现有的焊膏进行焊接时的焊料的行为的图，（a）是表示加热前的状态的图，（b）是表示焊接工序结束后的状态的图。

图3是表示使用现有的焊膏进行接合时的、在界面形成了层状的金属间化合物层的接合结构的图。

具体实施方式

以下示出本发明的实施例，对本发明的特征处进一步详细说明。

实施例1

在该实施例中，如图1（a）～（c）所示，由第1金属构成的第1金属构件11a和由第2金属构成的第2金属构件11b使用以熔点比第1金属和第2金属低的低熔点金属为主成分的接合材料10接合。

在该实施例中，作为构成接合材料的低熔点金属，如表1A、表1B所示，使用Sn-3Ag-0.5Cu、Sn、Sn-3.5Ag、Sn-0.75Cu、Sn-0.7Cu-0.05Ni、Sn-5Sb、Sn-2Ag-0.5Cu-2Bi、Sn-57Bi-1Ag、Sn-3.5Ag-0.5Bi-8In、Sn-9Zn、Sn-8Zn-3Bi、Sn-10Bi、Sn-20Bi、Sn-30Bi、Sn-40Bi。

应予说明，在构成上述接合材料的低熔点金属的表述中，例如，“Sn-3Ag-0.5Cu”表示低熔点金属材料为含有3重量%的Ag、0.5重量%的Cu且剩余部分为Sn的合金（Sn合金）。因此，上述的低熔点材料中，Sn-40Bi是不满足“Sn或含有70重量%以上的Sn的合金”这样的本发明的必要条件的比较例的材料。

另外，如表1A、表1B所示，作为第1金属构件和第2金属构件，使用由Cu-10Ni、Cu-10Mn、Cu-12Mn-4Ni、Cu-10Mn-1P、Cu、Cu-10Zn构成的构件。

另外，在表1B的试样编号16、17中，第1金属材料和第2金属材料中使用相互不同的材料。即，在试样编号16中，第1金属材料（上侧金属材料）中使用Cu-10Ni、第2金属构件（下侧金属构件）使用Cu-10Mn，在试样编号17中，第1金属构件（上侧金属构件）使用Cu、第2金属构件（下侧金属构件）使用Cu-10Mn。

应予说明，在该实施例中，在对如上所述的第1金属构件和第2金属构件利用以低熔点金属为主成分的接合材料进行接合时，将成型为板状的接合材料配置在第1金属构件和第2金属构件之间，边施加负载，边在250℃、30分钟的条件下进行回流焊，由此接合第1金属构件和第2金属构件。

在此，参照图1（a）～（c），如下所述地说明该实施例中的接合方法。

首先，如图1（a）所示，使成型为板状的接合材料10位于第1金属构件11a和第2金属构件11b之间。

接下来，在该状态下，边施加负载，边在250℃、15分钟的条件下进行回流焊，如图1（b）所示，使构成接合材料10的低熔点金属（Sn或Sn合金）熔融。然后，再继续加热（即，在250℃、30分钟的条件下进行回流焊）规定时间（15分钟），由此使构成接合材料10的低熔点金属熔融，并且使低熔点金属与构成第1金属构件11a、第2金属构件11b的第1金属和/或第2金属反应而生成金属间化合物12（图1（c））。

由此，得到通过在回流焊后凝固的含有金属间化合物的接合材料，第1金属构件与第2金属构件被接合的接合体。

应予说明，根据本发明的接合方法，确认使接合材料中分散存在Cu-M-Sn（M为镍和/或Mn）金属间化合物。

[特性的评价]

将如上所述得到的接合体作为试样，用以下的方法测定特性，进行评价。

《接合强度》

关于接合强度，使用接合强度测试仪测定得到的接合体的剪切强度，进行评价。

剪切强度的测定是在横推速度：0.1mm·s^-1、室温和260℃的条件下进行的。

然后，将剪切强度为20Nmm^-2以上的情况评价为◎（优），将为2Nmm^-2以下的情况评价为×（不可）。

将对各试样测定的接合强度（室温、260℃）和评价结果一并示于表1A、表1B中。

《残留成分评价》

切取约7mg在回流焊后凝固的含有金属间化合物的接合材料（反应生成物），在测定温度30℃～300℃、升温速度5℃/min、N₂气氛、对照物Al₂O₃的条件下进行差示扫描热量测定（DSC测定）。由得到的DSC图的低熔点金属成分的熔融温度下的熔融吸热峰的吸热量使残留的低熔点金属成分量定量化，求出残留低熔点金属含有率（体积%）。然后，将残留低熔点金属含有率为0～3体积%的情况评价为◎（优），将大于3体积%且为30体积%以下的情况评价为○（良），将大于30体积%的情况评价为×（不可）。

将残留低熔点金属含有率和评价结果一并示于表1A、表1B中。

《流出不良率》

将得到的接合体用环氧树脂密封并放置在相对湿度85%的环境，在峰值温度260℃的回流焊条件下加热使接合材料再次熔融流出，分析流出不良的发生比例。然后，由该结果求出流出不良发生率，进行评价。

将接合材料的流出不良率为0～10%的情况评价为◎（优），将大于10%且为50%以下的情况评价为○（良），将大于50%的情况评价为×（不可）。

将流出不良发生率和评价结果一并示于表1A、表1B中。

《热冲击试验后的裂缝的有无、接合强度》

对于使得到的接合体（试样）进行1000次在-40℃/85℃各温度条件下各保持30分钟的循环之后的各试样，观察裂缝产生状态。然后，评价有无裂缝产生。

另外，对于热冲击试验后的各试样，与上述同样地评价接合强度。然后，将剪切强度为20Nmm^-2以上的情况评价为◎（优），将为10Nmm^-2以上且小于20Nmm^-2的情况评价为○（良），将小于10Nmm^-2的情况评价为×（不可）。

将热冲击试验后的裂缝的有无、接合强度一并示于表1A、表1B中。应予说明，对于裂缝的产生，其自身不是问题，而是因为其成为使接合强度降低的重要因素而进行评价的。

另外，在表1A、表1B中，一并示出：

·构成接合材料的低熔点金属的种类（组成），

·构成第1金属构件和第2金属构件的金属（第1金属和第2金属）的组成（表1A、表1B的试样编号1～15中第1金属和第2金属为同一金属，试样编号16、17中为不同种类金属）和其晶格常数，

·通过构成接合材料的低熔点金属与第1和/或第2金属的反应生成的金属间化合物的种类和其晶格常数（在该实施例中，晶格常数基于a轴进行评价），

·作为金属间化合物的晶格常数与第1和/或第2金属的晶格常数的差的晶格常数差，

·在接合部中有无在由晶格常数差为50%以上的金属构成的第1金属构件和/或第2金属构件与回流焊后凝固而接合第1金属构件和第2金属构件的接合部（含有金属间化合物的接合材料）的界面形成的Cu₃Sn和Cu₆Sn₅的层状金属间化合物。

表1A

表1B

如表1A、表1B所示，关于室温下的接合强度，确认了试样编号1～17的具备本发明的必要条件的实施例的试样和试样编号18～20的不具备本发明的必要条件的比较例的试样同时显示20Nmm^-2以上的接合强度，具备实用强度。

另一方面，如果观察260℃时的接合强度，则确认了对于试样编号18～20的比较例的试样而言，为2Nmm^-2以下，接合强度不充分，与此相对，对于试样编号1～17的实施例的试样而言，保持在10Nmm^-2以上，具备实用强度。

另外，关于残留低熔点金属含有率（残留成分评价），确认了对于试样编号18～20的比较例的试样而言，残留低熔点金属含有率大于30体积%，与此相对，对于试样编号1～17的实施例的试样而言，残留低熔点金属含有率均能够为30体积%以下，特别是对于使用Sn或含85重量%以上的Sn的合金作为低熔点金属的试样编号1～9、11～17的实施例的试样而言，残留低熔点金属含有率均为0体积%。

另外，关于接合材料的流出不良率，确认了对于试样编号18～20的比较例的试样而言，流出不良率为70%以上，与此相对，对于试样编号1～17的实施例的试样而言，流出不良率均为20%以下，特别是对于使用Sn或含85重量%以上的Sn的合金作为低熔点金属的试样编号1～9、11～17的实施例的试样而言，流出不良率均为0%，具有高耐热性。

另外，确认了对于试样编号1～17的实施例的试样而言，无论低熔点金属的种类为何，均具备同样的高耐热性。

另外，在满足本发明的必要条件的试样编号1～17的实施例的试样中，包括：

·试样编号1～16的试样之类的，构成第1金属构件和第2金属构件的金属为相互相同的金属，且以Cu-Mn为基体的金属（Cu-12Mn-4Ni、Cu-10Mn-1P等）的试样，

·试样编号16之类的，第1金属构件和第2金属构件由不同的金属构成，但二者均是上述的晶格常数差为50%以上的金属的试样，

·试样编号17之类的，第1金属构件和第2金属构件由不同的金属构成，但其中一方是上述的晶格常数差小于50%的金属的试样，

但是确认了上述任一情况下，均同样具备高耐热性。

另外，在热冲击试验后的试样观察中，对于试样编号18～20的比较例的试样而言，在1000个循环试验结束后发现了裂缝的产生。应予说明，裂缝主要产生在形成于接合材料与第1和/或第2金属构件的界面的Cu₃Sn层、Cu₆Sn₅层（金属间化合物层）的内部、金属间化合物层与第1和/或第2金属构件的界面、金属间化合物层与接合材料的界面。

与此相对，对于试样编号1～9、11～16的实施例的试样而言，没有发现如上所述的裂缝的产生。另一方面，对于试样编号10的实施例的试样而言，由于低熔点金属的Sn量为70重量%，所以最初生成的金属间化合物为Cu₂MnSn，但其扩散速度慢。因此，在接合材料与第1和/或第2金属构件的界面，Cu₆Sn₅、Cu₃Sn之类的金属间化合物虽然不是层状但也在界面的一部分偏析。其结果，热冲击后在界面产生微小的裂缝，接合强度稍微下降。

另外，对于试样编号18的实施例的试样而言，由于使用了Cu作为第1金属，所以在接合材料与第1金属的界面形成了层状的金属间化合物。其结果，仅在接合材料与第1金属的界面产生了裂缝，接合强度稍微下降。

其结果，关于耐热冲击性，确认了对于不满足晶格常数差等相关的本发明的必要条件的试样编号18～20的比较例的试样而言，热冲击试验后的接合强度分别低至5Nmm^-2（试样编号18）、7Nmm^-2（试样编号19）、8Nmm^-2（试样编号20），但在满足本发明的必要条件的试样编号1～17的各试样中，热冲击试验后的接合强度与比较例的情况相比，大幅度提高。

详细而言，确认了在试样编号1～9、11～16的各试样中，热冲击试验后的接合强度为20Nmm^-2以上，而对于试样编号10的试样（低熔点金属的Sn量为70重量%的试样）而言，热冲击后的接合强度为17Nmm^-2，对于试样编号17的试样（第1金属构件（上侧金属构件）为Cu、第2金属构件（下侧金属构件）为Cu-10Mn的试样）而言，热冲击试验后的接合强度为15Nmm^-2，与试样编号1～9、11～16的试样相比较低，但为可充分实用的水平。

应予说明，可以认为这是由于对于试样编号17的试样而言，虽然构成第1金属构件的Cu与上侧的金属间化合物的晶格常数差小于50%，但构成下侧的第2金属构件的Cu-10Mn为与金属间化合物的晶格常数差大于50%的金属，因此与作为接合材料中的低熔点金属的Sn或Sn合金的反应快，从而Cu-10Mn侧（第2金属侧）的金属间化合物的生成得到控制，即便在Cu侧（第1金属侧）的接合界面生成了Cu₃Sn、Cu₆Sn₅的层状的金属间化合物也非常薄，对冲击试验后的接合强度造成的影响少。

此外，确认了在接合部中，在与由与金属间化合物的晶格常数差大于50%的金属（Cu-10Mn）构成的第2金属构件的界面没有形成Cu₃Sn、Cu₆Sn₅的层状的金属间化合物。

另外，可以认为，对于试样编号1～17的具备了本发明的必要条件的实施例的试样而言，由于在接合部没有残留低熔点金属（Sn或Sn合金），所以对回流焊后得到的接合体即便进一步进行热冲击试验，金属间化合物层也不生长，不产生裂缝地维持接合强度。

这样，认为满足本发明的必要条件的试样编号1～17的试样具备高耐热性是由于，构成第1金属构件和第2金属构件的第1金属和第2金属的至少一方使用了与金属间化合物（Cu₂MnSn和Cu₂NiSn）的晶格常数差为50%以上的Cu-Mn和Cu-Ni系合金，所述金属间化合物是与构成接合材料的低熔点金属之间形成的金属间化合物。

即，可以认为这是由于，如果生成的金属间化合物与构成第1金属构件的第1金属和/或构成第2金属构件的第2金属之间的晶格常数差大，则在熔融的低熔点金属中金属间化合物边剥离、分散边反复进行反应，因此金属间化合物的生成速度快速进行，并且在界面没有形成层状的金属间化合物。

实施例2

使用以Sn为低熔点金属的接合材料接合分别由Cu-10Mn构成的第1金属构件和第2金属构件（表2的试样编号21～27的试样）。

同样使用以Sn为低熔点金属的接合材料接合分别由Cu-10Ni构成的第1金属构件和第2金属构件（表2的试样编号28～30的试样）。

应予说明，第1金属构件和第2金属构件的厚度为0.1mm。

另外，如表2所示，使用厚度从0.266mm变化到1.327mm的板状的接合材料作为接合材料。

其他以与上述实施例1的情况同样的条件进行第1金属构件和第2金属构件的接合。

对于由此得到的接合体，与上述实施例1的情况同样地进行特性的测定和评价。具体而言，进行接合强度的测定、残留成分评价、流出评价、有无热冲击试验后的裂缝和接合强度的测定等。

应予说明，在该实施例2中，评价接合强度时，将剪切强度为20Nmm^-2以上的情况评价为◎（优），将为2Nmm^-2以上且小于20Nmm^-2的情况评价为○（良），将为2Nmm^-2以下的情况评价为×（不可）。

另外，对于残留第1金属成分率，将0～3体积%的情况评价为◎（优），将大于3体积%且为30体积%以下的情况评价为○（良），将大于30体积%的情况评价为×（不可）。

另外，对于接合材料的流出不良率，将0～10%的情况评价为◎（优），将大于10%且为50%以下的情况评价为○（良），将大于50%的情况评价为×（不可）。

另外，关于有无热冲击试验后的裂缝产生，评价有无裂缝的产生。

表2中，将各接合体的接合强度（室温，260℃）、残留低熔点金属含有率、流出不良率、有无热冲击试验后的裂缝产生以及接合强度示于表2。

应予说明，在表2中，“第1和第2金属”栏的“比例（%）”表示第1金属构件（Cu-10Mn）和第2金属构件（Cu-10Mn）的厚度的总计（0.2mm）相对于将第1金属构件（Cu-10Mn）和第2金属构件（Cu-10Mn）的厚度的总计（试样编号21的情况下，0.1mm×2＝0.2mm）与接合材料（Sn）的厚度（（试样编号21的情况下，0.266mm）加和的值（0.466mm）的比例。

表2

如表2所示，关于室温下的接合强度，确认了试样编号21～30中的任一试样均显示20Nmm^-2以上，具备充分的接合强度。

另外，关于260℃时的接合强度，也确认了试样编号21～30的各试样具有7～26Nmm^-2这样的2Nmm^-2以上的接合强度，进行了可实用的接合。特别是对于第1和第2金属为Cu-10Mn时且其比例为30体积%以上的试样编号21～23、28、29的试样而言，确认了显示出23Nmm^-2以上的接合强度，具备高耐热强度。

另外，关于残留低熔点金属含有率，确认了试样编号21～30的各试样均为30体积%以下，特别是对于Cu-10Mn的比例为30体积%以上的试样编号21～23，Cu-10Ni的比例为30体积%以上的试样编号28、29的试样而言，残留低熔点金属含有率为0体积%。

另外，关于接合材料的流出不良率，也确认了试样编号21～30的各试样均为50%以下，特别是对于Cu-10Mn的比例为30体积%以上的试样编号21～23，Cu-10Ni的比例为30体积%以上的试样编号28、29的试样而言，流出不良率为0%，得到高耐热性。

实施例3

将由如表3的试样编号31～35所示的金属（Cu-Mn系合金）构成的第1金属构件和第2金属构件使用以Sn为低熔点金属的接合材料接合。

另外，将由如表3的试样编号36～39所示的金属（Cu-Ni系合金）构成的第1金属构件和第2金属构件使用以Sn为低熔点金属的接合材料接合。

应予说明，第1金属构件和第2金属构件的厚度为0.3mm。

另外，使用厚度为0.1mm的板状的接合材料作为接合材料。

其他以与上述实施例1的情况同样的条件进行第1金属构件和第2金属构件的接合。

对于由此得到的接合体，与上述实施例1的情况同样地进行特性测定和评价。具体而言，进行接合强度的测定、残留成分评价、流出评价、有无热冲击试验后的裂缝和接合强度的测定等。

应予说明，进行接合强度的评价和残留低熔点金属含有率的评价、流出不良率的评价时，按与实施例2的情况同样的基准评价。

在表3中，示出各接合体的接合强度（室温、260℃）、残留低熔点金属含有率、流出不良率、有无热冲击试验后的裂缝产生以及接合强度。

表3

如表3所示，关于室温下的接合强度，确认了试样编号31～39中的任一试料均显示20Nmm^-2以上，具备了充分的接合强度。

另外，关于260℃时的接合强度，也确认了试样编号31～39的各试样具有5～26Nmm^-2这样的2Nmm^-2以上的可实用的接合强度。

特别是像试样编号第32、33的试样那样，第1金属和第2金属为Cu-10Mn时和为Cu-15Mn时，以及像试样编号第37、38的试样那样，第1金属和第2金属为Cu-10Ni时和为Cu-15Ni时，确认了显示出24Nmm^-2以上的接合强度，具备高的耐热强度。

另外，关于残留低熔点金属含有率，确认了试样编号31～39的各试样均为30体积%以下，并且像试样编号第32、33的试样那样，第1金属和第2金属为Cu-10Mn时和为Cu-15Mn时，以及像试样编号第37、38的试样那样，第1金属和第2金属为Cu-10Ni时和为Cu-15Ni时，残留低熔点金属含有率为0体积%。

另外，关于接合材料的流出不良率，也确认了试样编号31～39的各试样均为35体积%以下，并且像试样编号第32、33的试样那样，第1金属和第2金属为Cu-10Mn时和为Cu-15Mn时，以及像试样编号第37、38的试样那样，第1金属和第2金属为Cu-10Ni时和为Cu-15Ni时，流出不良率为0%，得到高耐热性。

实施例4

在上述实施例1～3中，使用了板状的接合材料作为含有低熔点金属的接合材料，而在该实施例4中，使用配合了助焊剂和低熔点金属（Sn-3Ag-0.5Cu粉末）的焊油来接合由Cu构成的第1金属构件和由Cu-10Mn构成的第2金属构件。

接合时，在由Cu构成的第1金属构件上印刷上述焊油，在其上重叠由Cu-10Mn构成的第2金属构件后，在250℃、30分钟的条件下进行回流焊，由此接合第1金属构件和第2金属构件。

对于由此得到的接合体，与上述实施例1的情况同样地进行特性测定和评价。具体而言，进行接合强度的测定、残留成分评价、流出评价、有无热冲击试验后的裂缝以及接合强度的测定，评价特性。

其结果，确认了得到具有与上述实施例1～3的具备本发明必要条件的各试样的情况同等特性的接合体。

应予说明，在上述的各实施例中，以第1金属构件的整体由第1金属构成、第2金属构件的整体由第2金属形成的情况为例子进行了说明，但第1金属和第2金属也可以是采用以下的金属材料的构成，即为构成在要相互接合的第1金属构件（电极主体）和第2金属构件（电极主体）的表面形成的镀膜的金属材料、且其中至少一方与金属间化合物的晶格常数差为50%以上的金属材料。

实施例5

在该实施例5中，使用配合了助焊剂和低熔点金属（Sn-3Ag-0.5Cu粉末）的焊油接合玻璃环氧树脂基板上的由Cu构成的焊盘电极（本发明中的第1金属构件）以及芯片电容器（电子部件）和弹性表面波滤波器（SAW滤波器）（电子部件）的由Cu-10Mn构成的外部电极（本发明中的第2金属构件），由此制造了具有在玻璃环氧树脂基板上搭载了芯片电容器和弹性表面波滤波器的结构的电子装置。

即，该电子装置为具有上述第1金属构件和上述第2金属构件通过具备本发明的必要条件的接合材料而接合的结构的电子装置。

将上述焊盘电极（第1金属构件）与上述外部电极（第2金属构件）接合时，在玻璃环氧树脂基板的由Cu构成的第1金属构件上，印刷上述焊油，在其上重叠芯片电容器和SAW滤波器的由Cu-10Mn构成的外部电极（第2金属构件）后，在250℃、30分钟的条件下进行回流焊，由此接合第1金属构件和第2金属构件。

应予说明，第1金属构件的厚度为0.05mm，第2金属构件的厚度为0.05mm。

另外，焊油使用厚度0.05mm的金属掩模印刷在上述焊盘电极上。

对于得到的接合体，与上述实施例1的情况同样地进行特性测定和评价。具体而言，进行接合强度的测定、残留成分评价、流出评价、有无热冲击试验后的裂缝和接合强度的测定，评价特性。

应予说明，进行接合强度的评价和残留低熔点金属含有率的评价、流出不良率的评价时，按与上述实施例2的情况同样的基准进行评价。

在表4中，示出各接合体的接合强度（室温、260℃）、残留低熔点金属含有率、流出不良率、有无热冲击试验后的裂缝产生以及接合强度。

表4

如表4所示，确认了在该实施例5中，得到具有与上述实施例1～4的具备本发明的必要条件的各试样的情况同等特性的接合体。

应予说明，第1金属和第2金属也可以是采用以下的金属材料的构成，即为构成在要相互接合的第1金属构件（电极主体）和第2金属构件（电极主体）的表面形成的镀膜的金属材料、且其中至少一方与金属间化合物的晶格常数差为50%以上的金属材料。

本发明不限于上述实施例，关于构成接合材料的低熔点金属的种类、组成，构成至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件的材料的种类、组成等，可以在发明的范围内中，加入各种应用、变形。

另外，关于要应用本发明接合的接合对象物的种类、接合工序中的条件等，也可以加入各种应用、变形。

此外本发明在其他方面，也可以在发明的范围内，加入各种应用、变形。

符号说明

10                              板状的接合材料

11a                             第1金属构件（第1金属）

11b                             第2金属构件（第2金属）

12                              金属间化合物

64                              层状的金属间化合物

Claims (18)

1.一种接合方法，其特征在于，具备以下工序：

在至少表面由第1金属构成的第1金属构件与至少表面由第2金属构成的第2金属构件之间配置含有熔点比所述第1金属和/或所述第2金属低的低熔点金属的接合材料的工序，

在所述低熔点金属的熔点以上的温度加热所述接合材料的工序；

在加热所述接合材料的工序中，通过所述低熔点金属与所述第1金属和/或所述第2金属的反应而生成金属间化合物，在熔融的所述低熔点金属中所述金属间化合物边剥离、分散边反复进行反应。

2.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在加热所述接合材料的工序中，使所述低熔点金属全部变为金属间化合物。

3.一种电子装置的制造方法，所述具备至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件，所述电子装置的制造方法的特征在于，

具备利用权利要求1或2所述的接合方法接合所述第1金属构件和所述第2金属构件的工序。

4.一种接合方法，是用于将至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件通过以熔点比所述第1金属和/或所述第2金属低的低熔点金属为主成分的接合材料进行接合的接合方法，其特征在于，

使构成所述接合材料的所述低熔点金属为Sn或含有70重量%以上的Sn的合金，

使所述第1金属和所述第2金属中的至少一方为如下的金属或合金，所述金属或合金与构成所述接合材料的所述低熔点金属之间生成金属间化合物、且与在所述第1金属和所述第2金属中的至少一方的表面生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上，并且，

具备热处理工序，在将所述接合材料配置在所述第1金属构件和第2金属构件之间的状态下，在构成所述接合材料的所述低熔点金属熔融的温度进行热处理，将所述第1金属构件和所述第2金属构件通过所述接合材料接合。

5.根据权利要求4所述的接合方法，其特征在于，所述低熔点金属为Sn或含有85重量%以上的Sn的合金。

6.根据权利要求4或5所述的接合方法，其特征在于，在相对于（a）构成所述接合材料的所述低熔点金属和（b）所述第1金属和所述第2金属中的所述晶格常数差为50%以上的金属的总计量，后者的比例为30体积%以上的状态下，实施所述热处理工序。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的接合方法，其特征在于，构成所述接合材料的所述低熔点金属为：

Sn单质、或者

含有选自Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、P中的至少1种和Sn的合金。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的接合方法，其特征在于，所述第1金属和所述第2金属中的至少一方为Cu-Mn合金或Cu-Ni合金。

9.根据权利要求8所述的接合方法，其特征在于，所述第1金属和所述第2金属中的至少一方为：

以5～30重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者

以5～30重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金。

10.根据权利要求8所述的接合方法，其特征在于，所述第1金属和所述第2金属中的至少一方为：

以10～15重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者

以10～15重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金。

11.一种电子装置的制造方法，所述电子装置具备至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件，所述电子装置的制造方法的特征在于，

具备利用权利要求4～9中任一项所述的接合方法接合所述第1金属构件和所述第2金属构件的工序。

12.一种接合结构，是第1金属构件和第2金属构件通过接合部被接合的接合结构，其特征在于，在所述接合部中，至少分散有Cu-M-Sn金属间化合物，M为Ni和/或Mn，在与所述第1金属构件和所述第2金属构件的界面的至少一方没有形成作为金属间化合物层的Cu₃Sn层和Cu₆Sn₅层中的任一者。

13.根据权利要求12所述的接合结构，其特征在于，在所述接合部中，在与所述第1金属构件和所述第2金属构件的界面均没有形成作为金属间化合物层的Cu₃Sn层和Cu₆Sn₅层中的任一者。

14.一种电子装置，是至少表面由第1金属构成的第1金属构件和至少表面由第2金属构成的第2金属构件通过接合部被接合的电子装置，其特征在于，

所述第1金属构件和所述第2金属构件的接合部具有权利要求12或13所述的接合结构。

15.一种电子部件，是具备电极的电子部件，所述电极供于利用含有低熔点金属的接合材料进行的接合，所述低熔点金属由Sn或含有70重量%以上的Sn的合金构成，所述电子部件的特征在于，

与所述接合材料相接的所述电极的表面由如下的金属或合金形成，所述金属或合金与所述低熔点金属之间生成金属间化合物、且与通过和所述低熔点金属反应而在所述电极的表面生成的金属间化合物的晶格常数差为50%以上。

16.根据权利要求15所述的电子部件，其特征在于，与所述接合材料相接的所述电极的表面由Cu-Mn合金或Cu-Ni合金形成。

17.根据权利要求16所述的电子部件，其特征在于，与所述接合材料相接的所述电极的表面由下述合金形成，即，

以5～30重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者

以5～30重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金。

18.根据权利要求16所述的电子部件，其特征在于，与所述接合材料相接的所述电极的表面由下述合金形成，即，

以10～15重量%的比例含有Mn的Cu-Mn合金、或者

以10～15重量%的比例含有Ni的Cu-Ni合金。

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