JP2003211289A - 導電性接合材料、それを用いた接合方法及び電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低いプロセス温度で接合でき、しかも
信頼性の高い電気的な接続と強度の十分な接合とを可能
にする導電性接合材料と、この導電性接合材料を用いた
接合方法を提供すること。 【解決手段】 Ｓｎとの金属間化合物を作ることができ
る第１の金属の粉末４と、Ｓｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金のう
ちの少なくとも一方の第２の金属の粉末５とを含む導電
性接合材料３とする。上記第１及び第２の金属粉末のほ
かに、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の一方又は両方の
樹脂成分６を含むこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ素子や電子
部品を回路実装基板に接続する実装構造における導電性
接合材料及びそれを用いた接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のコンピュータや携帯機器等に使わ
れる半導体素子などの電子機器においては、高密度実装
・高集積化が進行し、回路基板上に半導体素子やキャパ
シタを始めとする各種の電子部品を同一基板上に実装し
ている。そしてこの実装は、半導体素子のリムーブ／リ
ペアや再搭載、又はその他の電子部品の交換を想定し
て、複数種の接合材料によってそれらの素子や部品を同
一基板上に接続すること（階層接合）でなされている。
これらの接合材料には、Ｐｂ−Ｓｎ系を主成分としたは
んだ合金が多く使用されていた。

【０００３】しかし、Ｐｂは複数の同位体が存在し、そ
れらの同位体はウラン（Ｕ）、トリウム（Ｔｈ）の崩壊
系列中の中間生成物あるいは最終生成物であり、崩壊系
列にはＨｅ原子を放出するα崩壊を伴うことからはんだ
中のＰｂよりα線を生じる。そのα線が半導体素子（Ｃ
ＭＯＳ素子）に到達してソフトエラーを発生することが
近年報告されている。また、Ｐｂは土壌に流出すると酸
性雨によって溶け出し環境に影響を及ぼすことがわかっ
ており、環境の面からもＰｂを使わないはんだ材料が強
く求められている。

【０００４】そこで、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだにかわる材料
として、接合の温度領域が適当であって放射性不純物の
比較的少ない組成のＳｎを主成分としたはんだ材料が使
われ始めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｓｎ系のはんだ材料で
は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだの代替としてＳｎ−Ａｇ及び
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ（融点２２０℃程度）が主
に使われ始めている。従来の鉛系のはんだ材料の階層接
合では、一例として、低温側のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ
（融点１８３℃）と高温側のＰｂ−５％Ｓｎはんだ（固
相線温度：３０５℃、液相線温度：３１７℃）といった
組み合わせによって接合されていた。しかし、このよう
な温度階層をＳｎ系の鉛フリーはんだに適用した場合、
Ｓｎ−Ａｇの融点より高い温度階層では、Ｓｎを主成分
とした材料では適当な合金組成（無害、適当な融点の温
度領域等）は少なく、主にＡｕを主成分とした材料が多
い。しかし、Ａｕを主成分とした合金系では溶融温度領
域が高く（例えばＡｕ−Ｓｎ：２８０℃、Ａｕ−Ｇｅ：
３５６℃、Ａｕ−Ｓｉ：３７０℃等）、これらの材料を
用いて接合した場合他の構成部材に与える温度ダメージ
が大きくなるとともに、Ａｕを主成分とするために材料
コストの面で問題となる。更に、これらの材料系は、Ｐ
ｂ−Ｓｎ系のはんだ材料と比較して硬くて脆い材料が多
く、接合信頼性の面でも問題となる。

【０００６】本発明の目的は、比較的低いプロセス温度
で接合でき、しかも信頼性の高い電気的な接続と強度の
十分な接合とを可能にする導電性接合材料を提供するこ
とにある。この導電性接合材料を用いた接合方法を提供
することも、本発明の目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の導電性接合材料
は、Ｓｎとの金属間化合物を作ることができる第１の金
属の粉末と、Ｓｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金のうちの少なくと
も一方の第２の金属の粉末とを含むことを特徴とする。

【０００８】本発明の導電性接合材料は、上記第１及び
第２の金属粉末のほかに、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹
脂の一方又は両方の樹脂成分を含むこともできる。

【０００９】本発明の導電性接合材料を使って実装を行
うには、接合しようとする部材の接合部位間に接合材料
を配置し、接合材料の第２の金属の液相が生じる温度以
上に加熱すればよい。接合材料が樹脂成分を含む場合
は、樹脂成分が硬化又は軟化する温度まで、その後更に
加熱する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の導電性接合材料（以下単
に「接合材料」と呼ぶ）は、基本的には第１の金属粉末
と第２の金属粉末の混合物である。第１の金属粉末とし
ては、Ｓｎとの金属間化合物を作ることができる金属の
粉末を使用する。第１の金属は、単一種の金属でも、合
金でもよく、融点が第２の金属材料であるＳｎ又はＳｎ
−Ｂｉ合金の融点より高いものが好ましい。本発明の第
１の金属として用いられる代表例は、Ｃｕ又はＮｉであ
り、これらは半導体素子や部品における配線材料等とし
て一般的に用いられているものである。第２の金属粉末
は、Ｓｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金であり、それらの混合物を
用いることも可能である。

【００１１】本発明の接合材料には、第１及び第２の金
属粉末のほかに、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の一方
又は両方を加えることもできる。

【００１２】次に、本発明の接合材料による接合の原理
を、第１の金属としてＣｕ、第２の金属としてＳｎ−Ｂ
ｉ合金を使用し、そして熱硬化性樹脂を加えた接合材料
を例に、説明することにする。本発明の接合材料により
接合を実施する際には、まず、接合しようとする部材の
接合部位どうしの間に接合材料を配置する。このときの
様子を図１（ａ）に示し、同図において、接合しようと
する二つの部位１ａ、１ｂの間にある３が本発明の接合
材料である。この接合材料３は、第１の金属のＣｕ粉末
４、第２の金属のＳｎ−Ｂｉ合金粉末５、及び熱硬化性
樹脂６から構成されている。

【００１３】Ｓｎ−Ｂｉ合金は、Ｂｉ濃度が５７％のと
き１３７℃の共晶温度を示し、そしてＢｉの濃度が２１
〜９９ｗｔ％の範囲内において１３７℃より液相を生じ
る。そしてこのＳｎ−Ｂｉ粉末のほかにＣｕ粉末と熱硬
化性樹脂を含む接合材料を室温から加熱していくと、上
述のとおりＳｎ−Ｂｉ合金系では１３７℃より液相を生
じるため、この接合材料を１３７℃以上の温度に加熱す
ると最初にＳｎ−Ｂｉ合金が溶融する。Ｓｎ−Ｂｉ溶融
相は隣接のＣｕ粉末に接触してＣｕ−Ｓｎ金属間化合物
相を形成し、その後更に温度を上昇させると、熱硬化性
樹脂の硬化が始まり、その硬化の完了とともに接合が完
了する。このように熱硬化性樹脂の硬化開始温度をＳｎ
−Ｂｉの共晶温度より高くすることによって、Ｓｎ−Ｂ
ｉ相のＣｕ粉末への溶融溶着並びにＣｕ−Ｓｎ金属間化
合物形成を伴う金属接合、そしてその後の熱硬化性樹脂
の硬化の順にプロセスが進行することから、熱硬化性樹
脂の硬化が終了した時点では、接合部は金属材料による
電気的接続（電気的導通性）を確保しながら、樹脂によ
り強固に固定される。

【００１４】接合後の様子を図１（ｂ）に示す。Ｃｕ粉
末４の周りにＳｎ−Ｂｉ粉末が溶融してできた連続の被
覆層８が存在し、上下の部位１ａ、１ｂ間の電気的接続
を確保していて、且つ、熱硬化した樹脂６’により強固
な接合が確保されている。

【００１５】接合完了後の接合部の一部を拡大したもの
を図２に示す。Ｃｕ粉末４の周りには、接合プロセス中
に最初に溶融したＳｎ−Ｂｉ合金がＣｕ粉末４と接触し
反応することで形成されたＣｕ−Ｓｎ金属間化合物相１
１があり、更にその周囲を、第２の金属材料のうちのＳ
ｎ分が減少したＢｉリッチ相１２が取り囲んでいる。第
２の金属としてＳｎ−ＢｉではなくＳｎを使用した場合
には、この相１２は余剰のＳｎで形成される。

【００１６】第２の金属としてＳｎ−Ｂｉを使用した場
合、Ｓｎが第１の金属との金属間化合物形成のために失
われた後にできる連続の被覆層を構成する相１２は、Ｂ
ｉ単相に近い組成になることがある。このような場合、
Ｂｉは壁解しやすい脆い材料であるため、機械的性質の
劣化によって接合部の信頼性低下を招くことになる。本
発明の接合材料に加えられる樹脂成分は、その接着作用
により、そのような脆い部分のある接合部の強度を補う
のに有効である。一方、例えばダイボンディングのよう
に、貼り合わせるだけでよくそれほど強固な接合の必要
とされない用途では、樹脂による接合強度の確保は必ず
しも必要ではなく、この場合本発明の接合材料は樹脂成
分を含まなくてもよい。

【００１７】更に、接合部断面を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）により観察した写真を図３に示す。この図で、灰
色の丸い部分がＣｕ粉末であり、その周りに薄くＣｕ−
Ｓｎ金属間化合物がある。更にその外側に見られる白い
部分はＢｉリッチ相、そして黒く見える部分は樹脂であ
る。

【００１８】図４は、Ｓｎ−Ｂｉ合金粉末をＣｕ粉末と
ともに室温から２５０℃付近まで加熱・冷却を２回繰り
返したときの示差熱分析（ＤＳＣ）曲線を示している。
１回目の加熱では、１３７℃以上の温度に加熱するとＳ
ｎ−Ｂｉ合金が溶融し、１３７．９℃にピークが現れて
いる。また、１９８．９℃にもピークが現れている。次
に、一旦冷却後に２回目の加熱を始めると、１回目に観
測された１３７．９℃及び１９８．９℃のピークは認め
られず、１回目の加熱時にＳｎがＣｕ−Ｓｎ金属間化合
物の形成に消費されてＳｎ−Ｂｉ合金組成が変化したこ
とが分かる。

【００１９】図５も、同様のＤＳＣ曲線を示している。
この場合には、Ｓｎ−Ｂｉ合金とＣｕの粉末混合物を３
００℃付近まで加熱した。１回目の加熱において１３
７．５℃と１９８．６℃で観測されたピークが、２回目
の加熱時にはやはり観測されなかったのに対し、Ｂｉ単
相のピーク（Ｂｉの融点）は両方の加熱時に観測された
（１回目は２６９．０℃、２回目は２６９．３℃）。

【００２０】このことは、接合後においてＳｎ−Ｂｉ共
晶組成は消失してＣｕ−Ｓｎ金属間化合物相とＢｉ単相
の材料構成になっていることを示している。そしてこの
ために、再度２５０℃に加熱しても接合部は溶融しな
い。

【００２１】本発明では、第２の金属のＳｎ−Ｂｉ合金
（あるいはＳｎ）が溶融する温度に加熱することによ
り、接合後には第１の金属の表面にＳｎとの金属間化合
物の連続被覆層ができ、それにより電気的接続が果たさ
れることから、加熱ピーク温度は２５０℃ほどの高温で
ある必要はなく、特にＳｎ−Ｂｉ合金系の場合１５０℃
程度の加熱でも十分な結果が得られる。従って、樹脂成
分を使用する場合においても、硬化開始点の低いエポキ
シ樹脂などとの組み合わせによって、接合する部材に熱
により与えかねないダメージを大幅に低減できる。

【００２２】第２の金属としてＳｎ−Ｂｉ合金を使用す
る場合、上述のようにＳｎ−Ｂｉ合金は２１〜９９ｗｔ
％のＢｉ濃度範囲内において１３７℃より液相を生じる
ので、共晶組成の５７ｗｔ％Ｂｉのものに限らず、その
ような広い組成範囲のものを好ましく使用することがで
きる。

【００２３】本発明の接合材料が樹脂成分を含む場合、
既に触れたように、それは第１の金属とＳｎとの金属間
化合物の形成による電気的接続の確保後に、硬化（熱硬
化性樹脂の場合）して、又は一旦軟化後に固化（熱可塑
性樹脂の場合）して、接合部を強化する働きを担う。そ
のため、使用する樹脂の硬化温度又は軟化点は、第２の
金属材料が融解して液相を生じる温度より高いことが要
求される。

【００２４】本発明の接合材料を他の温度階層のはんだ
材料と組み合わせて使用する場合、例えばＳｎ−Ａｇは
んだと組み合わせる場合には、Ｓｎ−Ａｇはんだが２５
０℃ピークの温度ではんだ付けされることから、使用す
る熱硬化性樹脂の硬化温度は２５０℃未満が望ましく、
熱可塑性樹脂の軟化点も２５０℃未満が望ましい。な
お、接着強度を考慮すると、熱硬化性樹脂の方が望まし
い。

【００２５】本発明に使用できる熱硬化性樹脂（又は熱
硬化樹脂）としては、エポキシ系、フェノール系、アク
リル系のものや、ポリイミド系、ポリウレタン系、メラ
ミン系、ウレア系のものが挙げられる。

【００２６】熱硬化性樹脂（又は熱硬化樹脂）の代表例
として、エポキシ熱硬化性樹脂（又は熱硬化樹脂）につ
いて説明すると、例えばビスフェノールＡ型、ビスフェ
ノールＦ型、（クレゾール）ノボラック型、ハロゲン化
ビスフェノール型、レゾルシン型、テトラヒドロキシフ
ェノールエタン型、ポリアルコールポリグリコール型、
グリセリントリエーテル型、ポリオレフィン型などのエ
ポキシ樹脂、エポキシ化大豆油、シクロペンタジエンジ
オキシド、ビニルシクロヘキセンジオキシドなどが挙げ
られ、なかでもビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビス
フェノールＦ型エポキシ樹脂、（クレゾール）ノボラッ
ク型エポキシ樹脂が好ましい。

【００２７】また、１分子中に１個以上のグリシジル基
を有する液状エポキシ化合物を用いることもできる。こ
のような化合物としては、フェノキシアルキルモノグリ
シジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテ
ル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリ
プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサン
ジオールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールＡ
ジグリシジルエーテル、ネオペンチルグルコールジグリ
シジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、
Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジグリシジル
トルイジン、トリメチロールプロパントリグリシジルエ
ーテル、グリセリントリグリシジルエーテル及び液状の
各種ポリシロキサンジグリシジルエーテルなどが例示さ
れる。特にネオペンチルグルコールジグリシジルエーテ
ル、グリセリンジグリシジルエーテル、トリメチロール
プロパントリグリシジルエーテルが好ましい。

【００２８】本発明に用いるエポキシ硬化剤としては、
一般的なエポキシ硬化剤を用いることができる。例え
ば、脂肪族ポリアミン系としてトリエチレンテトラミ
ン、ｍ−キシレンジアミンなどがあり、芳香族アミン系
としてはｍ−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニル
スルフォンなどがあり、第三級アミン系としてはベンジ
ルジメチルアミン、ジメチルアミノメチルフェノールな
どがあり、酸無水物系としては無水フタル酸、ヘキサヒ
ドロ無水フタル酸などがあり、三フッ化ホウ素アミンコ
ンプレックス系としてはＢＦ3−ピペリジンコンプレッ
クスなどがある。また、ビスフェノールＡなどのビスフ
ェノール化合物でもよい。ジシアンジアミド、２−エチ
ル−４−メチルイミダゾール、トリス（メチルアミノ）
シランなども用いることができる。樹脂系硬化剤として
は、リノレン酸二量体とエチレンジアミンなどから作っ
たポリアミド樹脂、両端にメルカプト基を有するポリス
ルフィド樹脂、ノボラック系フェノール樹脂などが挙げ
られる。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組
み合わせて用いてもよい。

【００２９】硬化剤の添加量は硬化剤の種類により異な
り、例えば酸無水物系などのように化学量論的にグリシ
ジル基と反応する場合は、エポキシ当量から最適添加量
が決められる。また触媒的に反応する場合は、エポキシ
樹脂との合計量の３〜３０質量％が一般的である。これ
らの硬化剤の室温での反応性が高い場合は、使用直前に
開始剤を含む液を樹脂に混合したり、硬化剤を１００μ
ｍ程度のゼラチンなどのカプセルに封入したマイクロカ
プセルにするなどの対策を講じることができる。

【００３０】本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、どの
ような熱可塑性樹脂でもよく、代表例としてポリエチレ
ン系、ポリエステル系、ポリプロピレン系，アクリル系
の熱可塑性樹脂を挙げることができる。

【００３１】熱可塑性樹脂としては、その構造中に水素
結合性の官能基を有するものが好ましい場合がある。水
素結合性を有する官能基としては、水酸基、アミド基、
ウレア基、イミド基、エステル基、エーテル基、チオエ
ーテル基、スルホン基、ケトン基などがある。このよう
な熱可塑性樹脂としては、例えば、フェノキシ樹脂、熱
可塑性ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアミ
ド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカー
ボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリビニルエーテ
ル、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニル
ホルマール、ポリ酢酸ビニル、メタクリル樹脂、アイオ
ノマー樹脂などが挙げられる。水素結合性の官能基を有
する熱可塑性樹脂が特に優れている理由は明らかではな
いが、金属との間で水素結合を形成することで濡れがよ
くなるためと考えられる。

【００３２】本発明で使用する樹脂としては、本発明の
接合材料による接合作業後に、目的に応じて十分な接合
強度をもたらし、且つ接合部及び接合される部材に有害
な影響を与えない限りは、上記以外のいかなるものを用
いても差し支えない。

【００３３】なお、２種以上の熱硬化性樹脂（又は熱硬
化樹脂）、あるいは２種以上の熱可塑性樹脂を併用する
ことが可能であり、更に、熱硬化性樹脂（又は熱硬化樹
脂）と熱可塑性樹脂とを併用することも可能である。ま
た、これらの樹脂中には、機械的、物理的、化学的性質
を改善するため、硬化促進剤、難燃剤、レベリング剤、
チクソ性付与剤、沈降防止剤、カップリング剤、顔料、
消泡剤、腐食防止剤、粘着性付与剤や、繊維状もしくは
粒状の補強用無機質フィラーなどの各種の添加剤を添加
することができる。

【００３４】金属粉末どうしの混合、あるいは樹脂成分
を使用する場合における金属粉末と樹脂との混合は、各
種成分（上記の如き添加剤成分使用する場合それを含
む）をボールミル、ロールミル、プラネタリーミキサー
等の各種混練機を用いて常法により、例えば１０〜６０
分間混練することにより行うことができる。混練により
得られた接合材料は、一般にはペースト状にして、スク
リーン印刷、ディスペンサー塗布等の方法により、接合
しようとする部位の一方又は両方へ塗布することができ
る。

【００３５】本発明の接合材料の金属粉末を、あるいは
金属粉末及びフラックス成分となる樹脂を、溶剤と適宜
混合して得られるはんだペーストは、従来のＡｇペース
トあるいは銅ペーストのように、例えばプリント基板上
にスクリーン印刷した後に加熱して配線パターンにする
ことも可能である。

【００３６】接合材料を塗布するのには、ペースト状物
の粘度が重要なファクターとなるため、粘度を調整する
ためのモノエポキシ化合物や、例えばジメチルホルムア
ミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、
メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、メチルカルビ
トール、カルビトール、カルビトールアセテート、酢酸
ブチルセロソルブ、酢酸エチルセロソルブ、酢酸メチル
セロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メ
チルセロソルブ等の溶媒を、単独であるいは複数の混合
系として適当量混合することも可能である。作業性の面
から、得られるペースト状物の粘度が５０００〜４００
０００ｃＰ（５〜４００Ｐａ・ｓ）、より好ましくは２
００００〜７００００ｃＰ（２０〜７０Ｐａ・ｓ）とな
るようにするのが好ましい。

【００３７】本発明で使用する金属粉末は、必要に応じ
樹脂と一緒にして、接合部位へ塗布等の手法で適用でき
ればよく、それらの形状に特に制限はない。一般には、
球状、板状、繊維状等の形状のものが考えられ、通常金
属フィラーと呼ばれるものを使用できる。

【００３８】一方、金属粉末の大きさは、接合材料によ
り接合しようとする素子や部品などに特有の寸法的制約
を受ける場合がある。例えば、電子機器のプリント基板
上の配線ピッチサイズに見合った接合形態が要求される
ような場合には、粒度分布が５０μｍアンダーのものを
使用するのが望ましいことがある。先の説明から明らか
なように、第２の金属粉末粒子は、第１の金属粉末粒子
を覆う金属間化合物相を形成するのと、隣接する第１の
金属粉末粒子どうしを結合し接合部の電気的接続を確保
する連続層を形成（第２の金属粉末に由来する部分が
「海」に当たり、第１の金属粉末が「島」に当たる、い
わゆる海−島構造を形成）する役目を持つので、第１の
金属粉末粒子の周囲にできるだけ均一に分布することが
できるよう、第１の金属粉末粒子より小さいのが望まし
い。例えば、第１の金属粉末の粒度分布が上述のように
５０μｍアンダー程度の場合、第２の金属粒子粉末のの
粒度分布は２０μｍアンダー程度が好ましい。

【００３９】第１及び第２の金属粉末の混合比率は、加
熱による接合作業後に、上述のような海−島構造による
所望の電気的接続の確保ができるようにすればよい。一
方、金属粉末に加えて樹脂成分を使用する場合、それら
の混合比率は、両者の合計量を基準として、金属粉末が
６０〜９０ｗｔ％、樹脂成分（硬化剤その他の添加剤な
どの必要な成分を含む）が１０〜４０ｗｔ％となるよう
にするのが好ましい。金属粉末が６０ｗｔ％未満では、
金属粉末が沈降して金属粉末どうしの結合が確保できず
電気的な接続が得られないこと、９０ｗｔ％を超えると
粘度の上昇によって混練や脱泡等の作業性が低下するこ
とになる。

【００４０】本発明の接合材料を使って実装を行うに
は、例えば、ＬＳＩ素子や電子部品の接合電極とそれら
を実装する回路基板の接合電極の一方又は両方に接合材
料を適当な塗布方法により適用し、両者をつきあわせた
上で、接合材料の第２の金属の液相が生じる温度以上に
加熱して、接合材料の第１の金属と第２の金属のＳｎと
の金属間結合を形成すればよい。接合材料が樹脂成分を
含む場合は、樹脂成分が硬化（硬化性樹脂の場合）又は
軟化（熱可塑性樹脂の場合）する温度まで、その後更に
加熱する。

【００４１】図６に、本発明の接合材料を利用した階層
接合により部品を実装した製品を示す。この製品では、
実装基板６１に、キャパシタ６２、ＬＳＩ素子６３、Ｉ
Ｏピン６４が実装されている。キャパシタ６２が、第２
の金属としてＳｎ−Ｂｉを用いた本発明の接合材料（図
示せず）により約２００℃で接合された部品である。Ｌ
ＳＩ素子６３は、Ｓｎ−Ａｇはんだのバンプ６５により
約２２０℃で接合され、ＩＯピン６４は、Ｓｎ−Ｂｉ系
はんだにより約１６０℃で接合されている。

【００４２】図７には、回路基板７１に、７２で表した
ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ（Ｑｕａｄ Ｆｌ
ａｔ Ｐａｃｋａｇｅ））の外部接続端子（リード）７
３の接合に本発明の接合材料７４を用いた例を示す。図
８には、マザーボード８１に、８２で表したＣＳＰを、
本発明の接合材料から形成したはんだボール８３を用い
て接合した例を示す。

【００４３】このように、本発明の接合材料は、ＬＳＩ
素子等の種々の半導体素子や、種々の電子・電気部品を
各種の実装基板に実装して電子機器を得るのに広く応用
することができる。また、本発明の接合材料から形成し
た導体層（配線パターン）を有する電子機器を得るのに
利用することもできる。

【００４４】

【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する。
ただし、本発明はこれらの例に限定されるものではな
い。

【００４５】（実施例１）粒度分布が５０μｍアンダー
のＣｕ粉末（三井金属鉱業社）を第１の金属とし、２０
μｍアンダーのＳｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金粉末（三井金属
鉱業社）を第２の金属として、表１に示す混合比にて混
合、撹拌して接合用の混合金属粉末とした。次に、ビス
フェノールＡ型エポキシ系樹脂であるＥＸＡ８３０ＬＶ
Ｐ（大日本インキ化学工業社）（２０〜４０ｗｔ％）と
上記混合金属粉末（８０〜６０ｗｔ％）とを、同じく表
１に示す混合比にて混合、撹拌し、２４０℃−１分、２
３０℃−１分、２００℃−２分、又は１５０℃−３０分
の条件で加熱し、最終的に樹脂を硬化させた。そしてこ
れらサンプルの上下端の電気抵抗を測定した。代表的な
サンプルの結果を表１に示す。

【００４６】続いて、接合部の信頼性の評価用サンプル
として、樹脂量２５％及び混合金属粉末量７５％の接合
材料を、溶剤のテルピネオール及び２−メチル−２，４
−ペンタンジオールとともに混合してペーストを作製
し、２００μｍピッチ１００μｍ幅のパターンにてプリ
ント基板上にスクリーン印刷した後、ピーク温度２００
℃とし、１８０℃以上２分の条件にてＱＦＰのリフロー
接合を行った。そして、これらサンプルを用い、最低温
度−５５℃（３０分）及び最高温度１２５℃（３０分）
の熱サイクル試験を２００サイクルまで行い、各サンプ
ルの電気抵抗を４端子法によって測定して、疲労寿命を
評価した。結果を表１に示す。

【００４７】（実施例２）粒度分布が５０μｍアンダー
のＮｉ（第１の金属）粉末（三井金属鉱業社）と２０μ
ｍアンダーのＳｎ、Ｓｎ−Ｂｉ合金（第２の金属）粉末
を表１に示す混合比にて混合、撹拌して混合金属粉末と
した。次に、ビスフェノールＡ型エポキシ系樹脂である
ＥＸＡ８３０ＬＶＰ（大日本インキ化学工業社）（２０
〜４０ｗｔ％）と上記混合金属粉末（８０〜６０重量
％）とを混合、撹拌し、２４０℃−１分、２３０℃−１
分、２００℃−２分、又は１５０℃−３０分の条件で加
熱して最終的に樹脂を硬化させた。そしてこれらサンプ
ルの上下端の電気抵抗を測定し、表１に示す結果を得
た。

【００４８】続いて、接合部の信頼性の評価用サンプル
として、樹脂量２５％及び混合金属粉末量７５％の接合
剤を、溶剤のテルピネオール及び２−メチル−２，４−
ペンタンジオールとともに混合してペーストを作製し、
２００μｍピッチ１００μｍ幅のパターンにてプリント
基板上にスクリーン印刷してから、ピーク温度２００℃
とし、１８０℃以上２分の条件にてＱＦＰのリフロー接
合を行った。そして、これらサンプルを用い、最低温度
−５５℃（３０分）及び最高温度１２５℃（３０分）の
熱サイクル試験を２００サイクルまで行って、各サンプ
ルの電気抵抗を４端子法によって測定して疲労寿命を評
価した。代表的サンプルの結果を表１に示す。

【００４９】（実施例３）粒度分布が５０μｍアンダー
のＣｕ粉末（第１の金属）（三井金属鉱業社）と２０μ
ｍアンダーのＳｎ−Ｂｉ合金粉末（第２の金属）（三井
金属鉱業社）を５０／５０の質量混合比で混合、撹拌し
て、接合用の混合金属粉末とした。次に、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ系樹脂ＥＸＡ８３０ＬＶＰ（大日本イン
キ化学工業社）（１０ｗｔ％）と上記混合金属粉末（９
０ｗｔ％）とを、溶剤のテルピネオール及び２−メチル
−２，４−ペンタンジオールとともに混合、攪拌した
後、スクリーン印刷法によりガラスエポキシ基板上に塗
布して１００μｍ幅１０μｍ厚さのパターンを形成し
た。このパターンを２００℃で２分間加熱し導体回路を
形成し、そして４端子法により導体層の電気抵抗を測定
した。結果を表２に示す。

【００５０】（比較例１〜４）Ｓｎ−Ａｇ共晶はんだ
（比較例１）及びＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ（比較例２）を
使って、実施例１と同様のサンプルを作製し、サンプル
上下端の電気抵抗を測定し、また接合部信頼性評価用サ
ンプルの電気抵抗を測定した。結果を表１に示す。

【００５１】次に、Ａｇペースト（比較例３）及びＣｕ
ペースト（比較例４）を用いて、実施例３と同様にガラ
スエポキシ基板上にスクリーン印刷したパターンから導
体回路を形成し、４端子法により導体層の電気抵抗を測
定した。結果を表２に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【表２】

【００５４】これらの結果から、表１に示すように本発
明においてはいずれの接合材料とも従来のはんだ材料と
同等の電気抵抗値を得ることができた。また、ＱＦＰの
接合体による熱サイクル試験では、従来のはんだ材料と
同等の２００サイクル以上の疲労寿命を確保することが
できた。更に、表２に示すようにガラスエポキシ基板上
に形成した導体回路においては従来の銀及び銅ペースト
によって作製したものよりも電気抵抗値の低いものを得
ることができた。

【００５５】本発明は、以上説明したとおりであるが、
その特徴を種々の態様ととも付記すれば、次のとおりで
ある。 （付記１） Ｓｎとの金属間化合物を作ることができる
第１の金属の粉末と、Ｓｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金のうちの
少なくとも一方の第２の金属の粉末とを含むことを特徴
とする導電性接合材料。 （付記２） ２５０℃以下の加熱により前記金属間化合
物を形成し、形成した金属間化合物の融点が２５０℃よ
り高くなる、付記１記載の導電性接合材料。 （付記３） 前記第１の金属がＣｕ又はＮｉである、付
記１又は２記載の導電性接合材料。 （付記４） 前記第１の金属の粉末の粒度分布が５０μ
ｍアンダーであり、前記第２の金属の粉末の粒度分布が
２０μｍアンダーである、付記１から３までのいずれか
１つに記載の導電性接合材料。 （付記５） 溶剤と混合してペースト状にされている、
付記１から４までのいずれか１つに記載の導電性接合材
料。 （付記６） 前記第１及び第２の金属粉末のほかに、熱
硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の一方又は両方の樹脂成分
を更に含む、付記１から４までのいずれか１つに記載の
導電性接合材料。 （付記７） 前記熱硬化性樹脂の硬化温度及び前記熱可
塑性樹脂の軟化点が２５０℃未満である、付記６記載の
導電性接合材料。 （付記８） 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ系、アクリ
ル系及びフェノール系樹脂よりなる群から選ばれる少な
くとも１つの樹脂である、付記７記載の導電性接合材
料。 （付記９） 前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレン系、ポ
リプロピレン系、ポリエステル系及びアクリル系樹脂よ
りなる群から選ばれる少なくとも１つの樹脂である、付
記７記載の導電性接合材料。 （付記１０） 溶剤と混合してペースト状にされてい
る、付記６から９までのいずれか１つに記載の導電性接
合材料。 （付記１１） 接合しようとする部材の接合部位間に付
記１から５までのいずれか１つに記載の導電性接合材料
を配置し、当該接合材料の第２の金属の液相が生じる温
度以上に加熱することを特徴とする接合方法。 （付記１２） 接合しようとする部材の接合部位間に付
記６から１０までのいずれか１つに記載の導電性接合材
料を配置し、当該接合材料の第２の金属の液相が生じる
温度以上に加熱し、前記樹脂成分が硬化又は軟化する温
度までその後更に加熱することを特徴とする接合方法。 （付記１３） 付記１から１０までのいずれか１つに記
載の導電性接合材料を用いて実装基板上に実装された半
導体素子又は電子・電気部品を有する、あるいはそれを
用いて形成した導体層を有する電子機器。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鉛フリーはんだの接合において多様な温度階層に対応で
きる実装が可能な接合材料を提供できる。また、本発明
によれば比較的低い温度での実装が可能になることか
ら、実装時の熱ストレスを大幅に低減することも可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接合材料による接合を説明する図であ
って、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合完了後の様子を示
す図である。

【図２】接合完了後の接合部を模式的に拡大して示す図
である。

【図３】接合部断面のＳＥＭ像である。

【図４】Ｃｕ粉末とＳｎ−Ｂｉ合金粉末の混合物を室温
から２５０℃付近まで２回加熱・冷却したときのＤＳＣ
曲線である。

【図５】Ｃｕ粉末とＳｎ−Ｂｉ合金粉末の混合物を室温
から３００℃付近まで２回加熱・冷却したときのＤＳＣ
曲線である。

【図６】本発明の接合材料を利用した階層接合により各
種部品を実装した電子機器製品を説明する図である。

【図７】本発明の接合材料によりＱＦＰの外部端子を回
路基板に接合した電子機器製品を説明する図である。

【図８】本発明の接合材料から形成したはんだボールに
よりＣＳＰをマザーボードに接合した電子機器製品を説
明する図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ…接合しようとする部材 ３…接合材料 ４…Ｃｕ粉末 ５…Ｓｎ−Ｂｉ粉末 ６…熱硬化性樹脂 ６’…熱硬化した樹脂 ８…被覆層 １１…Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物相 １２…Ｂｉリッチ相 ６１…実装基板 ６２…キャパシタ ６３…ＬＳＩ素子 ６４…ＩＯピン ７１…回路基板 ７２…ＱＦＰ ７３…外部接続端子 ７４…接合材料 ８１…マザーボード ８２…ＣＳＰ ８３…はんだボール

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 12/00 Ｃ２２Ｃ 12/00 13/00 13/00 19/03 19/03 Ｇ Ｆターム(参考） 4J002 BB021 BB111 BB201 BE021 BE041 BE061 BF021 BG001 CD051 CD061 CD121 CD131 CG001 CH071 CK021 CL001 CN031 DA066 DC006 FD116 GQ00 GQ02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｎとの金属間化合物を作ることができ
   る第１の金属の粉末と、Ｓｎ又はＳｎ−Ｂｉ合金のうち
   の少なくとも一方の第２の金属の粉末とを含むことを特
   徴とする導電性接合材料。
2. 【請求項２】 前記第１の金属がＣｕ又はＮｉである、
   請求項１記載の導電性接合材料。
3. 【請求項３】 溶剤と混合してペースト状にされてい
   る、請求項１又は２記載の導電性接合材料。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の金属粉末のほかに、
   熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の一方又は両方の樹脂成
   分を更に含む、請求項１又は２記載の導電性接合材料。
5. 【請求項５】 前記熱硬化性樹脂の硬化温度及び前記熱
   可塑性樹脂の軟化点が２５０℃未満である、請求項４記
   載の導電性接合材料。