JP2005144522A - はんだ付け方法およびこのはんだ付け方法を用いた実装物品 - Google Patents

Abstract

【課題】接合性を低下させる化合物層を形成させないか、あるいはその化合物層の成長を抑制し、接合信頼性の高いはんだ付け方法を提供する。
【解決手段】Ｚｎを含有する第１はんだと、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだとを混合したはんだペーストを、Ｃｕ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極、Ｎｉ／Ａｇ電極またはＣｕ／Ａｇ電極上に塗布し、第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、電極と反応させて化合物層を形成する。この温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、化合物層を安定させた後、第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う。これにより、はんだと電極との界面に脆い化合物層が形成されず、信頼性の高いはんだ付けが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明ははんだ付け方法およびこのはんだ付け方法を用いて作製した実装物品に関する。

近年、世界的な環境問題に対する関心の高まりから、鉛フリーはんだ材料の実用化が進んでおり、Ｓｎ−Ａｇ系はんだやＳｎ−Ｚｎ系はんだが注目されている。特に、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだはＳｎ−Ａｇ系はんだなどの他の鉛フリーはんだより低融点でありかつ低コストである点で有利である。

基板電極や部品電極にはＣｕ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極、Ｎｉ／Ａｇ電極、Ｃｕ／Ａｇ電極が広く使用されている。ところが、このような電極上にＳｎ−Ｚｎ系はんだのようなＺｎを含有するはんだを用いてはんだ付けを行う場合、次のような不具合が発生していた。
（ａ）Ｎｉ／Ａｕ電極の場合
Ｎｉ／Ａｕ電極は、Ｃｕ電極などの下地電極の上にＮｉを形成し、その上にＡｕを形成したものである。この電極上にＺｎを含有しないはんだ（例えばＳｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ系はんだなど）を用いてはんだ付けすると、はんだが溶融すると同時にＡｕははんだ中に拡散するために、接合界面近傍に接合信頼性を低下させるＡｕを含有する化合物は層状に形成されない。
一方、Ｎｉ／Ａｕ電極にＺｎを含有するはんだ（例えばＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだなど）を用いてはんだ付けすると、ＡｕとＺｎは優先的に反応し、接合界面近傍にＡｕ−Ｚｎ化合物層が層状に形成される。この形成されたＡｕ−Ｚｎ化合物は非常に脆いため、応力が加わった時に化合物層が割れ、強度低下や電気特性の劣化を引き起こす。その結果、接合信頼性を低下させる原因となっている。
（ｂ）Ｃｕ電極の場合
Ｃｕ電極上にＺｎを含有するはんだを用いてはんだ付けすると、ＣｕとＺｎとが優先的に反応して接合界面近傍にＣｕ−Ｚｎ化合物層を形成する。このＣｕ−Ｚｎ化合物層も脆いため、接合信頼性を低下させるとともに、接合界面近傍にＣｕとＺｎの拡散速度の違いによるボイドが発生する可能性があり、接合信頼性を一層低下させる問題がある。
（ｃ）Ｎｉ／Ａｇ電極の場合
この場合も、Ｎｉ／Ａｕ電極と同様に、Ｚｎを含有するはんだを用いてはんだ付けすると、ＡｇとＺｎは優先的に反応し、接合界面近傍にＡｇ−Ｚｎ化合物層が層状に形成される。Ａｇ−Ｚｎ化合物は非常に脆いため、接合信頼性を低下させる。
（ｄ）Ｃｕ／Ａｇ電極の場合
Ｃｕ／Ａｇ電極は、Ｃｕ電極上にＡｇを形成したものである。この電極上にＺｎを含有しないはんだ（例えばＳｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ系はんだなど）を用いてはんだ付けすると、はんだが溶融すると同時にＡｇははんだ中に拡散するために、接合信頼性を低下させるＡｇを含有する化合物は層状に形成されない。
一方、Ｃｕ／Ａｇ電極にＺｎを含有するはんだ（例えばＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだなど）を用いてはんだ付けすると、ＡｇとＺｎは優先的に反応し、接合界面近傍にＡｇ−Ｚｎ化合物層が層状に形成される。この形成されたＡｇ−Ｚｎ化合物は非常に脆いため、応力が加わった時に化合物層が割れ、強度低下や電気特性の劣化を引き起こす。その結果、接合信頼性を低下させる原因となっている。
このように、Ｎｉ／Ａｕ電極、Ｃｕ電極、Ｎｉ／Ａｇ電極、Ｃｕ／Ａｇ電極に対して、Ｚｎを含有するはんだを使用することは、接合信頼性の面で問題があった。

非特許文献１には、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉはんだと無電解Ｎｉ／Ａｕめっき電極基板を用いたＣＳＰ（Chip Size Package ）接合部のはんだ付け初期特性に関して、強度試験や繰返し曲げ試験などを実施した結果、電極のＡｕめっき厚が厚い（０．５μｍ）場合、接合界面に厚いＡｕ−Ｚｎ層が形成され、このＡｕ−Ｚｎ層のために接合強度および破断寿命が低くなる点が記載されている。

特許文献１には、段落００２８および段落００３１において、比較例として第１粉末（Ｚｎ含有はんだ）と第２粉末（Ｚｎ含有はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しないはんだ）の２種類のはんだ合金粉末を混合したはんだペーストが開示されている。
同文献の段落００２３には、はんだペーストを用いてリフロー炉で実装部品をはんだ付けする際、順次加熱温度を上昇させることが記載されている。これにより、まず第２粉末を溶融させ、続いて第１粉末を溶融させ、さらに加熱することで第２粉末と第１粉末とを溶け合わせてはんだ合金を形成するものである。
しかしながら、単に加熱温度を上昇させるだけでは、上述のようにＡｕ−Ｚｎ化合物層やＣｕ−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層が接合界面に厚く形成されるため、接合信頼性が低いという問題があった。

9th Symposium on"Microjoining and Assembly Technology in Electronics ", （2003）p.309-314 特開平９−２７７０８２号公報

そこで、本発明の目的は、接合性を低下させる化合物層を形成させないか、あるいはその化合物層の成長を抑制し、接合信頼性の高いはんだ付け方法およびこの方法を用いた実装部品を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、Ｚｎを含有する第１はんだと、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだとを混合したはんだペーストを用いて、Ｃｕ電極上にはんだ付けする方法において、上記第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、上記Ｃｕ電極と反応させて実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層を形成させる工程と、上記温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、上記Ｃｕ化合物層を安定させる工程と、上記第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法を提供する。

請求項２に係る発明は、Ｚｎを含有する第１はんだと、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだとを混合したはんだペーストを用いて、Ｎｉ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｇ電極上にはんだ付けする方法において、上記第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、電極表面のＡｕまたはＡｇをはんだ中に溶解・拡散させ、Ｎｉ電極界面に実質的にＺｎを含まないＮｉ化合物層を形成する工程と、上記温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、上記Ｎｉ化合物層を安定させる工程と、上記第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させて上記Ｎｉ化合物層をはんだ中に溶解させ、Ｎｉ電極界面にＺｎ化合物層を形成する工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法を提供する。

請求項３に係る発明は、Ｚｎを含有する第１はんだと、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだとを混合したはんだペーストを用いて、Ｃｕ／Ａｇ電極上にはんだ付けする方法において、上記第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、電極表面のＡｇをはんだ中に溶解・拡散させ、Ｃｕ電極界面に実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層を形成する工程と、上記温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、上記Ｃｕ化合物層を安定させる工程と、上記第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法を提供する。

請求項１（Ｃｕ電極の場合）
Ｚｎを含有する第１はんだ（Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだなど）と、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだ（Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだなど）とを混ぜ合わせたはんだペーストを用いる。
混合はんだペーストをＣｕ電極上に塗布し、まず第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させる。このとき、第２はんだとＣｕ電極とが反応して実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層（例えばＣｕ−Ｓｎ化合物層）を形成する。この化合物層は、Ｃｕ−Ｚｎに比べて強度が大きく、接合信頼性が高い。
Ｃｕ化合物層を形成した状態で、その温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、Ｃｕ化合物層を安定させる。
次に、第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う。この時、既にＣｕ電極上には接合強度の高いＣｕ化合物層が形成され、バリア層として機能するので、Ｃｕ電極と第１はんだのＺｎとが直接反応せず、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層の成長が抑制される。そのため、信頼性の高い接合界面を形成することができる。
なお、Ｃｕ化合物層にもＣｕが存在するが、この化合物層からＣｕを取り除いてＣｕ−Ｚｎ化合物を生成するには、Ｃｕ電極からＣｕを取り除く場合に比べて高いエネルギーを必要とするので、バリア層としての効果を有する。
Ｃｕ化合物層は、請求項４のようにＣｕ−Ｓｎ化合物層に限るものではなく、Ｚｎ以外の元素を含んでもよい。

請求項２（Ｎｉ／Ａｕ（Ａｇ）電極の場合）
混合はんだペーストをＮｉ／Ａｕ（Ａｇ）電極上に塗布し、第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させる。第２はんだが溶融すると、電極表面のＡｕ（Ａｇ）がはんだ中に溶解・拡散し、Ｎｉ電極界面には実質的にＺｎを含まないＮｉ化合物層（例えばＮｉ−Ｓｎ化合物層）が形成される。
Ｎｉ化合物層を形成した状態で、その温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、Ｎｉ化合物層を安定させる。
次に、第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う。この時、既に接合界面に形成されていたＮｉ化合物層ははんだ中に溶解し、その後、Ｎｉ電極との界面にＺｎ化合物層（例えばＮｉ−Ｚｎ化合物層）が形成される。このＺｎ化合物層は、Ａｕ（Ａｇ）−Ｚｎ化合物に比べて強度が大きく、接合信頼性が高い。このように接合界面にＡｕ（Ａｇ）−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層が層状に形成されないので、信頼性の高い接合界面を形成することができる。
Ｎｉ化合物層は、請求項５のようにＮｉ−Ｓｎ化合物層に限るものではなく、Ｚｎ以外の元素を含んでもよい。また、Ｚｎ化合物層はＮｉ−Ｚｎ化合物層に限るものではなく、それ以外の元素を含んでもよい。

請求項３（Ｃｕ／Ａｇ電極の場合）
混合はんだペーストをＣｕ／Ａｇ電極上に塗布し、第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させる。第２はんだが溶融すると、電極表面のＡｇがはんだ中に溶解・拡散し、Ｃｕ電極界面には実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層（例えばＣｕ−Ｓｎ化合物層）が形成される。
Ｃｕ化合物層を形成した状態で、その温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、Ｃｕ化合物層を安定させる。
次に、第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う。この時、既にＣｕ電極上には接合強度の高いＣｕ化合物層が形成され、バリア層として機能するので、Ｃｕ電極と第１はんだのＺｎとが直接反応せず、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層の成長が抑制される。また、接合界面近傍にはＡｇを含有する化合物が層状に形成されない。そのため、信頼性の高い接合界面を形成することができる。
なお、Ｃｕ化合物層にもＣｕが存在するが、この化合物層からＣｕを取り除いてＣｕ−Ｚｎ化合物を生成するには、Ｃｕ電極からＣｕを取り除く場合に比べて高いエネルギーを必要とするので、バリア層としての効果を有する。
Ｃｕ化合物層は、請求項４のようにＣｕ−Ｓｎ化合物層に限るものではなく、Ｚｎ以外の元素を含んでもよい。

請求項６のように、上記化合物層を安定させる工程は、第２はんだの融点よりも低い温度にして実質的に第２はんだを凝固させるのがよい。
第２はんだを溶融させた後、第２はんだの融点よりも低い温度にして実質的に第２はんだを凝固させれば、第２はんだと電極との間に形成される化合物層を一層安定化させることができ、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層、Ａｕ−Ｚｎ化合物層、Ａｇ−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層の成長を抑制できる。

請求項７のように、実質的にＺｎを含有しない第２はんだとは、ＳｎにＢｉまたはＩｎを含有させたものがよい。
Ｓｎ−ＢｉはんだやＳｎ−Ｉｎはんだは、低融点かつ鉛フリーはんだであるから好ましい。

請求項８のように、Ｚｎを含有する第１はんだとは、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだまたはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだが好ましい。
Ｓｎ−Ｚｎ系はんだやＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだは、鉛フリーかつＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだより低融点であり、高価な金属を含んでいないため、安価であるから好ましい。

請求項１に係る発明によれば、Ｃｕ電極にはんだ付けする場合に、まず第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、第２はんだと電極とを反応させて接合強度の大きな実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層を形成した後、その温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、上記Ｃｕ化合物層を安定させ、その後で第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行うようにしたので、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層の成長を抑制でき、信頼性の高い接合界面を形成することができる。

請求項２に係る発明によれば、Ｎｉ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｇ電極上にはんだ付けする場合に、まず第２はんだを溶融させ、電極表面のＡｕまたはＡｇをはんだ中に溶解・拡散させ、Ｎｉ電極界面に実質的にＺｎを含まないＮｉ化合物層を形成し、この温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、Ｎｉ化合物層を安定させた後、第１はんだを溶融させて上記Ｎｉ化合物層をはんだ中に溶解させ、Ｎｉ電極界面にＺｎ化合物層を形成するようにしたので、接合界面にＡｕ（Ａｇ）−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層が形成されず、信頼性の高い接合界面を形成することができる。

請求項３に係る発明によれば、Ｃｕ／Ａｇ電極上にはんだ付けする場合に、まず第２はんだを溶融させ、電極表面のＡｇをはんだ中に溶解・拡散させ、Ｃｕ電極界面に実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層を形成し、この温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、Ｃｕ化合物層を安定させ、その後で第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行うようにしたので、接合界面近傍にはＡｇ-Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層が層状に形成されず、また、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層のような脆い化合物層の成長を抑制でき、信頼性の高い接合界面を形成することができる。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

この実施例は、Ｃｕ下地電極（厚み約３５μｍ、サイズ１×５ｍｍ）上にＮｉ／Ａｕめっき（Ｎｉめっき厚：約３μｍ、Ａｕめっき厚：約０．５μｍ）を施した電極にはんだ付けする場合を示す。
この実施例では、第１はんだとしてＳｎ−８Ｚｎ（融点：約１９９℃）はんだペーストを用い、第２はんだとしてＳｎ−５８Ｂｉ（融点：約１３９℃、但し不純物としてＺｎを０．００１ｗｔ％程度含む場合もある）はんだペーストを用い、これらを重量比で１：１の割合で混ぜ合わせた。
この混合はんだペーストを、Ｎｉ／Ａｕめっきを施した電極に、電極形状と同形状でメタルマスク（厚み１５０μｍ）を用いて印刷した後、図１に示す２通りの温度プロファイルＡ，Ｂでリフローはんだ付けした。

温度プロファイルＡは、第２はんだを溶融させた後、その温度で一定時間維持した後、第１はんだを溶融させるものであり、その条件は次の通りである。
（１）Ｔ１ｓからＴ２ｓ−２０（℃）までの時間：６０ｓ〜１８０ｓ
（２）Ｔ１ｓからＴ１ｓ＋１０（℃）までの時間：５０ｓ〜１７０ｓ
（３）ピーク温度：Ｔ２ｓ＋３（℃）以上
（４）第１はんだの溶融時間：３ｓ以上
但し、Ｔ１ｓは第２はんだの融点、Ｔ２ｓは第１はんだの融点である。

温度プロファイルＢは、第２はんだを溶融させ（Ａゾーン）、化合物を凝固（Ｂゾーン）させた後、第１はんだを溶融させる（Ｃゾーン）ものであり、その条件は次の通りである。
（１）Ａゾーンの時間：５ｓ〜１８０ｓ
（２）Ｂゾーンの時間：３ｓ以上
（３）Ｃゾーンの時間：５ｓ〜１８０ｓ
（４）Ｔ１ｓ＜ＴＡｍａｘ＜Ｔ２ｓ−５（℃）
（５）ＴＢｍｉｎ＜Ｔ１ｓ−３（℃）
（６）Ｔ２ｓ＋３＜ＴＣｍａｘ（℃）
但し、ＴＡｍａｘとはＡゾーンのピーク温度（℃）、ＴＢｍｉｎとはＢゾーンの最低温度（℃）、ＴＣｍａｘとはＣゾーンのピーク温度（℃）である。

図２の（ａ）は温度プロファイルＡではんだ付けした場合の接合界面の顕微鏡写真を図形化したものであり、（ｂ）は温度プロファイルＢではんだ付けした場合の接合界面写真を図形化したものである。
温度プロファイルＡ，Ｂの具体的条件は次の通りである。
温度プロファイルＡ：１４０〜１４８℃で約６０ｓ保持した後、２２０℃のピークとする。１４０〜１４８℃で保持している期間中に第２はんだを溶融させると同時にＡｕを第２はんだ中に拡散させ、Ａｕの下地のＮｉとＳｎを反応させ、Ｎｉ−Ｓｎの金属間化合物層を形成させる。その後、２２０℃ピークのはんだ付けを行い、第１はんだを溶融させる。この時、既に接合界面に形成されていたＮｉ−Ｓｎ化合物層ははんだ中に溶解し、その後、Ｎｉ電極との界面にＮｉ−Ｚｎ化合物層が形成される。
温度プロファイルＢ：Ａゾーンのピーク温度ＴＡｍａｘ＝１７５（℃）に加熱し、第２はんだの融点以上の温度で約５０ｓ保持した後、Ｂゾーンとして、ＴＢｍｉｎ＝１２０℃まで降温させ、約５０ｓ保持する。その後、Ｃゾーンのピーク温度ＴＣｍａｘ＝２２０（℃）に加熱し、第１はんだの融点以上の温度で約３０ｓ保持する。
図２に示すように、いずれの温度プロファイルではんだ付けしても、Ｎｉ／はんだ界面にはＮｉ−Ｚｎ化合物層が形成されており、脆いＡｕ−Ｚｎ化合物層は形成されていなかった。そのため、接合信頼性の高い接合界面を得ることができた。
なお、Ｎｉ−Ｚｎ化合物の下層にＮｉ−Ｐ層が形成されているが、この層は無電解ニッケルめっきにおいては、意図せずとも形成される層であり、接合信頼性に影響を与えるものではない。

図３の（ａ）は、比較例としてＮｉ／Ａｕめっき電極にＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだを用いてはんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図であり、（ｂ）は、本発明における第１はんだと第２はんだとを用い、上記の温度プロファイルＡ，Ｂではんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図である。
（ａ）では、はんだのＺｎとＡｕめっきとが優先的に反応して、Ｎｉめっきとはんだとの界面に脆いＡｕ−Ｚｎ化合物層が形成されるため、接合信頼性が低い。
これに対し、（ｂ）では、第２はんだ（Ｓｎ−Ｂｉ）が先に溶融してＡｕを拡散せ、その後で第１はんだ（Ｓｎ−Ｚｎ）が溶融することで、はんだとＮｉめっきとの界面にＮｉ−Ｚｎ化合物層が形成される。つまり、下層からＣｕ／Ｎｉ／Ｎｉ−Ｚｎ化合物層／Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉはんだの順で形成される。はんだ中にはＡｕ−Ｚｎ化合物が分散状態で存在するが、層状に形成されないので、はんだの接合信頼性に影響を与えない。

図４は本発明によるはんだ付け方法を用いて作成した実装部品の一例を示す。
図において、１は基板、２は基板１の表面に形成された電極、３はチップ部品よりなる電子部品素子、４は素子３の両端部に形成された電極である。電子部品素子３の電極４は基板１の電極２に対してはんだ５によって接続されている。はんだ付け方法としては例えばリフローはんだ付け法が用いられる。
上記基板１の電極２および電子部品素子３の電極４は、共にＣｕの下地電極上にＮｉ／Ａｕめっきを施したものであり、はんだ５は第１はんだと第２はんだとを混合させ、上記温度プロファイルＡまたはＢによってはんだ付けしたものである。
上述のようにはんだ５と電極２，４との接合信頼性が高いので、基板１に応力が加わった時でも、はんだ付け部分の剥離や割れを防止でき、電気特性の劣化を防止できる。

この実施例では、第１はんだとしてＳｎ−８Ｚｎを使用し、第２はんだとしてＳｎ−５８Ｂｉを使用したが、第１はんだはＳｎ−８Ｚｎ合金に限らず、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉ、Ｓｎ−７．５Ｚｎ−３Ｂｉ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−８Ｚｎ−Ａｌなどの他のＺｎを含有しているはんだでも構わない。また、第２はんだとしては、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだに限らず、第１はんだより融点より低く、実質的にＺｎが含有しないはんだであれば、Ｓｎ−ＩｎはんだやＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎはんだでも構わない。第１はんだと第２はんだの混合割合は１：１に限らず、１：９９〜９９：１の範囲で任意に選択できる。はんだペースト供給法に関してもメタルマスクを用いた印刷法の他、メッシュスクリーンを用いた印刷法、ディスペンサを用いた供給法などでも構わない。

電極構造に関しては、今回例示したＡｕめっき厚は０．５μｍであるが、０．００１〜１μｍの範囲であれば構わない。また、Ａｕめっきの下層の電極材質に関しては、Ｎｉ（電解Ｎｉめっき、無電解Ｎｉめっき）に限らず、Ｐｄ、ＣｕなどＺｎを含有しない金属なら構わない。

この実施例は、Ｃｕ電極（厚み約３５μｍ、サイズ１×５ｍｍ）にはんだ付けする場合を示す。
実施例１と同様に、第１はんだとしてＳｎ−８Ｚｎ（融点：約１９９℃）はんだペーストを用い、第２はんだとしてＳｎ−５８Ｂｉ（融点：約１３９℃、但し不純物としてＺｎを０．００１ｗｔ％程度含む場合もある）はんだペーストを用い、これらを重量比で１：１の割合で混ぜ合わせた。
この混合はんだペーストを、Ｃｕ電極に電極形状と同形状でメタルマスク（厚み１５０μｍ）を用いて印刷した後、図１と同じ温度プロファイルＡ，Ｂではんだ付けした。
すなわち、温度プロファイルＡは、１４０〜１４８℃で約６０ｓ保持した後、２２０℃のピークとする。１４０〜１４８℃で保持している期間中に第２はんだを溶融させると同時にＣｕ電極とＳｎを反応させ、Ｃｕ−Ｓｎの金属間化合物を形成させる。その後、２２０℃ピークのはんだ付けを行い、第１はんだを溶融させる。
温度プロファイルＢは、Ａゾーンのピーク温度ＴＡｍａｘ＝１７５（℃）に加熱して第２はんだの融点以上の温度で約５０ｓ保持し、第２はんだを溶融させた後、Ｂゾーンとして、ＴＢｍｉｎ＝１２０℃まで降温させ、約５０ｓ保持することで、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層を形成、安定させる。その後、Ｃゾーンのピーク温度ＴＣｍａｘ＝２２０（℃）に加熱し、第１はんだの融点以上の温度で約３０ｓ保持して第１はんだを溶融させる。

図５の（ａ）は温度プロファイルＡではんだ付けした場合の接合界面写真を図形化したものであり、（ｂ）は温度プロファイルＢではんだ付けした場合の接合界面写真を図形化したものである。
図５に示すように、いずれの温度プロファイルではんだ付けした場合でも、Ｃｕ電極とはんだとの接合界面は、下層から順にＣｕ／Ｃｕ−Ｓｎ化合物層／Ｃｕ−Ｚｎ化合物層／はんだとなっていた。このように、Ｃｕ界面にはＣｕ−Ｓｎ化合物層が形成されており、この層がバリア層となって脆いＣｕ−Ｚｎ化合物層の成長を抑制するので、接合信頼性の高い接合界面を得ることができた。

図６の（ａ）は、比較例としてＣｕ電極にＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだを用いてはんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図であり、（ｂ）は本発明における第１はんだと第２はんだとを用い、上記の温度プロファイルＡ，Ｂではんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図である。
（ａ）では、はんだのＺｎとＣｕ電極とが優先的に反応して、Ｃｕ電極とはんだとの界面に脆いＣｕ−Ｚｎ化合物層が形成されるため、接合信頼性が低い。
これに対し、（ｂ）では、第２はんだ（Ｓｎ−Ｂｉ）が先に溶融してＣｕ−Ｓｎ化合物層を形成し、その後で第１はんだ（Ｓｎ−Ｚｎ）が溶融することで、Ｃｕ−Ｚｎ化合物層が形成されるが、Ｃｕ−Ｓｎ化合物層がバリア層としてＣｕ−Ｚｎ化合物層の成長を抑制するので、はんだの接合信頼性に影響を与えない。

この実施例は、Ｃｕ下地電極（厚み約３５μｍ、サイズ１×５ｍｍ）上にＮｉ／Ａｇめっき（Ｎｉめっき厚：約３μｍ、Ａｇめっき厚：約０．２μｍ）を施した電極にはんだ付けする場合を示す。
この実施例も、実施例１と同様に、第１はんだとしてＳｎ−８Ｚｎ（融点：約１９９℃）はんだペーストを用い、第２はんだとしてＳｎ−５８Ｂｉ（融点：約１３９℃、但し不純物としてＺｎを０．００１ｗｔ％程度含む場合もある）はんだペーストを用い、これらを重量比で１：１の割合で混ぜ合わせた。
この混合はんだペーストを、Ｎｉ／Ａｇめっき電極に電極形状と同形状でメタルマスク（厚み１５０μｍ）を用いて印刷した後、図１と同じ温度プロファイルＡ，Ｂではんだ付けした。

図７の（ａ）は、比較例としてＮｉ／Ａｇめっき電極にＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだを用いてはんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図であり、（ｂ）は、本発明における第１はんだと第２はんだとを用い、上記の温度プロファイルＡ，Ｂではんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図である。
（ａ）では、はんだのＺｎとＡｇめっきとが優先的に反応して、Ｎｉめっきとはんだとの界面に脆いＡｇ−Ｚｎ化合物層が形成されるため、接合信頼性が低い。
これに対し、（ｂ）では、第２はんだ（Ｓｎ−Ｂｉ）が先に溶融してＡｇを拡散せ、その後で第１はんだ（Ｓｎ−Ｚｎ）が溶融することで、はんだとＮｉめっきとの界面にＮｉ−Ｚｎ化合物層が形成される。つまり、下層からＣｕ／Ｎｉ／Ｎｉ−Ｚｎ化合物層／Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉはんだの順で形成される。はんだ中にはＡｇ−Ｚｎ化合物が分散状態で存在するが、層状に形成されないので、はんだの接合信頼性に影響を与えない。

この実施例は、Ｃｕ下地電極（厚み約３５μｍ、サイズ１×５ｍｍ）上にＡｇめっき（Ａｇめっき厚：約０．1μｍ）を施した電極にはんだ付けする場合を示す。
この実施例も、実施例１と同様に、第１はんだとしてＳｎ−８Ｚｎ（融点：約１９９℃）はんだペーストを用い、第２はんだとしてＳｎ−５８Ｂｉ（融点：約１３９℃、但し不純物としてＺｎを０．００１ｗｔ％程度含む場合もある）はんだペーストを用い、これらを重量比で１：１の割合で混ぜ合わせた。
この混合はんだペーストを、Ｃｕ／Ａｇめっき電極に電極形状と同形状でメタルマスク（厚み１５０μｍ）を用いて印刷した後、図１と同じ温度プロファイルＡ，Ｂではんだ付けした。

図８の（ａ）は、比較例としてＣｕ／Ａｇめっき電極にＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだを用いてはんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図であり、（ｂ）は、本発明における第１はんだと第２はんだとを用い、上記の温度プロファイルＡ，Ｂではんだ付けした場合の界面構造の変化を示す原理図である。
（ａ）では、はんだのＺｎとＡｇめっきとが優先的に反応して、Ｃｕ電極とはんだとの界面に脆いＡｇ−Ｚｎ化合物層が層状に形成されるため、接合信頼性が低い。
これに対し、（ｂ）では、第２はんだ（Ｓｎ−Ｂｉ）が先に溶融してＡｇを拡散せ、その後で第１はんだ（Ｓｎ−Ｚｎ）が溶融することで、はんだとＣｕ電極との界面にＣｕ−Ｓｎ化合物層が形成される。つまり、下層からＣｕ／Ｃｕ-Ｓｎ／Ｃｕ−Ｚｎ化合物層／Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉはんだの順で形成される。はんだ中にはＡｇ−Ｚｎ化合物が分散状態で存在するが、層状に形成されないので、はんだの接合信頼性に影響を与えない。

上記第１、第３、第４実施例では、Ｎｉ／Ａｕめっき電極、Ｎｉ／Ａｇめっき電極、Ｃｕ／Ａｇめっき電極について説明したが、めっき電極に限るものではない。
図４では、基板１の電極２および電子部品素子３の電極４として、共にＣｕの下地電極上にＮｉ／Ａｕめっきを施したものを用いたが、第１〜第４実施例におけるＣｕ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極、Ｎｉ／Ａｇ電極、Ｃｕ／Ａｇ電極を任意に組み合わせてもよい。

本発明の第１実施例におけるはんだ付け方法の温度プロファイルの例を示す図である。 本発明の第１実施例のはんだ付け方法を用いた接合界面の顕微鏡写真を図形化したものである。 比較例と本発明の第１実施例とのＮｉ／Ａｕめっき電極におけるはんだ付けの様子を示す原理図である。 第１実施例によるはんだ付け方法を用いて作成した実装部品の一例の断面図である。 本発明の第２実施例のはんだ付け方法を用いた接合界面の顕微鏡写真を図形化したものである。 比較例と本発明の第２実施例とのＣｕ電極におけるはんだ付けの様子を示す原理図である。 比較例と本発明の第３実施例とのＮｉ／Ａｇめっき電極におけるはんだ付けの様子を示す原理図である。 比較例と本発明の第４実施例とのＣｕ／Ａｇめっき電極におけるはんだ付けの様子を示す原理図である。

符号の説明

Ｔ１ｓ 第２はんだの融点
Ｔ２ｓ 第１はんだの融点

Claims (9)

1. Ｚｎを含有する第１はんだと、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだとを混合したはんだペーストを用いて、Ｃｕ電極上にはんだ付けする方法において、
   上記第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、上記Ｃｕ電極と反応させて実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層を形成させる工程と、
   上記温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、上記Ｃｕ化合物層を安定させる工程と、
   上記第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法。
2. Ｚｎを含有する第１はんだと、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだとを混合したはんだペーストを用いて、Ｎｉ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｇ電極上にはんだ付けする方法において、
   上記第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、電極表面のＡｕまたはＡｇをはんだ中に溶解・拡散させ、Ｎｉ電極界面に実質的にＺｎを含まないＮｉ化合物層を形成する工程と、
   上記温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、上記Ｎｉ化合物層を安定させる工程と、
   上記第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させて上記Ｎｉ化合物層をはんだ中に溶解させ、Ｎｉ電極界面にＺｎ化合物層を形成する工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法。
3. Ｚｎを含有する第１はんだと、第１はんだより融点が低くかつ実質的にＺｎを含有しない第２はんだとを混合したはんだペーストを用いて、Ｃｕ／Ａｇ電極上にはんだ付けする方法において、
   上記第２はんだの融点より高く、かつ第１はんだの融点より低い温度で第２はんだを溶融させ、電極表面のＡｇをはんだ中に溶解・拡散させ、Ｃｕ電極界面に実質的にＺｎを含まないＣｕ化合物層を形成する工程と、
   上記温度を一定時間保つか、あるいは第２はんだの融点よりも低い温度にし、上記Ｃｕ化合物層を安定させる工程と、
   上記第１はんだの融点以上の温度に加熱し、第１はんだを溶融させてはんだ付けを行う工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法。
4. 上記Ｃｕ化合物層とはＣｕ−Ｓｎ化合物層であることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のはんだ付け方法。
5. 上記Ｎｉ化合物層とはＮｉ−Ｓｎ化合物層であり、上記Ｚｎ化合物層とはＮｉ−Ｚｎ化合物層であることを特徴とする請求項２に記載のはんだ付け方法。
6. 上記化合物層を固化・安定させる工程は、第２はんだの融点よりも低い温度にして実質的に第２はんだを凝固させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のはんだ付け方法。
7. 上記実質的にＺｎを含有しない第２はんだとは、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだまたはＳｎ−Ｉｎ系はんだであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のはんだ付け方法。
8. 上記Ｚｎを含有する第１はんだとは、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだまたはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のはんだ付け方法。
9. 素子を基板にはんだ付けしてなる実装部品であって、
   上記素子の電極および基板の電極の少なくとも一方は、Ｃｕ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極、Ｎｉ／Ａｇ電極、またはＣｕ／Ａｇ電極よりなり、
   請求項１ないし８のいずれかに記載のはんだ付け方法を用いて上記素子の電極と基板の電極とをはんだ付けしたことを特徴とする実装部品。

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