JP2016018803A - 電極接合方法および電極接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】接合されるべき電極どうしの接合強度が大きく、信頼性の高い接合を実現することが可能な電極接合方法および電極接合構造を提供する。【解決手段】一方側電極３と他方側電極１３を、ギャップ４，１４を介して位置する複数の領域に分割し、一方側電極の所定領域３ａと、他方側電極１３の所定領域１３ａとの間に、粒径が０．１μｍ以下の金属粒子を含む金属粒子ペーストを配置するとともに、一方側電極の他の領域３ｂと、他方側電極の他の領域１３ｂとの間にはんだペースト３１Ｐを配置し、熱処理して金属粒子焼結体２１とはんだ接合体３１を形成し、金属粒子焼結体とはんだ接合体とにより一方側電極と他方側電極とを接合する。上記金属粒子ペーストに代えて、粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ凝集を抑制する分散剤を表面に有していない銅粒子と、前記銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物とを含む銅粒子ペーストを用いる。【選択図】図１

Description

本発明は電極接合方法および電極接合構造に関し、詳しくは、接合されるべき電極どうしの接合強度が大きく、信頼性の高い接合を実現するための電極接合方法および電極接合構造に関する。

基板などに形成された電極上に表面実装型の電子部品を搭載し、その外部電極を基板上の電極に接合することは広く行われており、例えば、図１０に示すように、絶縁基板の表面に形成された回路パターン（電極）１１１上に、半導体チップ１０１を搭載した半導体装置が開示されている（特許文献１）。

そして、この特許文献１の半導体装置においては、半導体チップ１０１を絶縁基板の表面に形成された回路パターン（電極）１１１上に搭載するにあたり、半導体チップ１０１の回路パターン（電極）１１１と対向する対向面（底面）の、回路パターン（電極）１１１と接合させるべき接合領域１２０を、図１１に示すように、中央領域１２０Ａと、その周囲の周縁領域１２０Ｂとに分け、中央領域１２０Ａについては、鉛フリーはんだを用いたはんだ接合体１３１により接合を行い、周縁領域１２０Ｂについては、金属粒子焼ペーストを焼結させた金属粒子焼結体１３２により接合を行うことにより、半導体チップ１０１の、絶縁基板１１０の表面の回路パターン１１１上への搭載を行っている。

特開２００８−２７７３３５号公報

しかしながら、この特許文献１の構成の場合、上記中央領域において鉛フリーはんだが溶融した際に、回路パターン上ではんだが濡れ広がり、金属粒子焼結体と反応することで、接合信頼性が低下するという問題点がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、一方側電極と他方側電極とを、金属粒子ペーストを焼結させることにより形成した金属粒子焼結体と、はんだ材料を溶融、凝固させることにより形成したはんだ接合体とにより接合する場合において、溶融したはんだが濡れ広がることを抑制して、はんだと金属粒子焼結体とが反応して、接合信頼性が低下することを防止することが可能で、一方側電極と他方側電極との信頼性の高い接合を実現することが可能な電極接合方法および電極接合構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願第１の発明の電極接合方法は、
互いに対向する一方側電極と他方側電極とを、金属粒子焼結体と、はんだ接合体を介して接合するための電極接合方法であって、
前記一方側電極と前記他方側電極のそれぞれを、ギャップを介して位置する複数の領域に分割し、
複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の所定領域との間に、粒径が０．１μｍ以下の金属粒子を含む金属粒子ペーストを配置するとともに、
複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域とは異なる他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域とは異なる他の領域との間にはんだ材料を配置し、
前記金属粒子ペーストと前記はんだ材料を熱処理することにより、前記金属粒子ペースト中の金属粒子が焼結してなる金属粒子焼結体と、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体を形成し、
前記金属粒子焼結体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記所定領域どうしを接合し、前記はんだ接合体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記他の領域どうしを接合すること
を特徴としている。

また、本願第２の発明の電極接合方法は、
互いに対向する一方側電極と他方側電極とを、金属粒子焼結体と、はんだ接合体を介して接合するための電極接合方法であって、
前記一方側電極と他方側電極のそれぞれを、ギャップを介して位置する複数の領域に分割し、
複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の所定領域との間に、粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ凝集を抑制する分散剤を表面に有していない銅粒子と、前記銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物とを含む銅粒子ペーストを配置するとともに、
複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域とは異なる他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の所定領域とは異なる他の領域との間にはんだ材料を配置し、
前記銅粒子ペーストと前記はんだ材料を熱処理することにより、前記銅粒子ペースト中の銅粒子が焼結してなる銅粒子焼結体と、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体を形成し、
前記銅粒子焼結体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記所定領域どうしを接合し、前記はんだ接合体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記他の領域どうしを接合すること
を特徴としている。

また、本願第２の発明の電極接合方法においては、前記銅粒子ペーストの熱処理を、不活性雰囲気下で、かつ、互いに対向する前記一方側電極と前記他方側電極とを相手側に向かって加圧することなく実施することが可能である。

銅粒子ペーストは、銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物を含んでいることから、特別な還元性雰囲気ではなくて、単なる不活性雰囲気下で熱処理した場合にも、内部領域まで確実に焼結が進むとともに、分散剤を含んでいないことから、焼成時に体積収縮を引き起こしにくく、焼結体に空隙が形成されにくいため、互いに対向する一方側電極と他方側電極とを相手側に向かって加圧することなく熱処理した場合にも、信頼性の高い接合を実現することができる。

また、複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域を、平面形状が環状の領域とし、かつ、複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域を、前記一方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域とし、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域を、前記他方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域とし、
前記一方側電極の前記所定領域と、前記他方側電極の前記所定領域との間に前記金属粒子ペーストまたは前記銅粒子ペーストを配置するとともに、前記一方側電極の前記他の領域と、前記他方側電極の前記他の領域との間に前記はんだ材料を配置することが好ましい。

一方側電極および他方側電極の環状の「所定領域」に金属粒子ペーストまたは銅粒子ペーストを環状に配設し、その内側の「他の領域」にはんだ材料を配設して熱処理することにより、はんだ接合体が環状の金属粒子焼結体または銅粒子焼結体の内側領域に保持された電極接合構造が確実に形成され、接合工程の終了後に、例えば他の工程で用いられたはんだが接合部に流入した場合にも、接合部を構成するはんだ接合体が、流入したはんだに接触することはなく、接合部を構成するはんだ接合体が再溶融することを防止することが可能になり、高い接合信頼性を確保することができる。
また、一方側電極と他方側電極の上記「所定領域」と「他の領域」とがギャップを介して位置しているため、一方側電極と他方側電極を接合する際に、はんだが銅粒子焼結体に流れ込むことが抑制、防止され、はんだが濡れ広がり、銅粒子焼結体と反応することで、接合信頼性が低下することが防止される。

また、本願第２の発明の電極接合方法においては、前記銅粒子ペーストと前記はんだ材料の熱処理を１つの熱処理工程で行うことができる。

１つの熱処理工程で、銅粒子接合体とはんだ接合体を形成することによりプロセス時間を短縮することが可能になる。
なお、１つの熱処理工程で、銅粒子接合体とはんだ接合体を形成するにあたっては、熱処理工程内で、銅粒子ペーストを焼結させる際の温度と、はんだ材料を溶融、凝固させて接合する際の温度を異ならせることも可能であり、また、温度を異ならせることなく一定の温度で熱処理を行うように構成することも可能である。

また、本願第３の発明の電極接合構造は、
上述の本願第１の発明の電極接合方法により形成された、前記一方側電極と前記他方側電極との電極接合構造であって、
前記一方側電極と前記他方側電極はそれぞれ、ギャップを介して位置する複数の領域に分割され、
（ａ）複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域とが、前記金属粒子ペースト中の金属粒子が焼結してなる金属粒子焼結体により接合され、
（ｂ）複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域とが、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体により接合されていること、
を特徴としている。

また、本願第４の発明の電極接合構造は、
上述の本願第２発明の電極接合方法により形成された、前記一方側電極と前記他方側電極との電極接合構造であって、
前記一方側電極と前記他方側電極はそれぞれ、ギャップを介して位置する複数の領域に分割され、
（ａ）複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域とが、前記銅粒子ペースト中の銅粒子が焼結してなる銅粒子焼結体により接合され、
（ｂ）複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域とが、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体により接合されていること、
を特徴としている。

また、本発明の電極接合構造においては、複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域が、平面形状が環状の領域であり、かつ、複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域が、前記一方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域であり、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域が、前記他方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域であることが好ましい。

上記構成とすることにより、環状の金属粒子焼結体または銅粒子焼結体に囲まれるようにはんだ接合体が存在することになるため、例えば他の工程で用いられた溶融はんだが接合部に流入した場合にも、接合部を構成するはんだ接合体が、溶融したはんだに接触することはなく、接合部を構成するはんだ接合体が再溶融することを防止することが可能で、信頼性の高い電極接合構造を提供することが可能になる。

本願第１の発明の電極接合方法（請求項１の電極接合方法）においては、一方側電極と他方側電極のそれぞれを、ギャップを介して位置する複数の領域に分割し、一方側電極の所定領域と、他方側電極の所定領域との間に、粒径が０．１μｍ以下の金属粒子を含む金属粒子ペーストを配置するとともに、一方側電極の他の領域と、他方側電極の他の領域との間にはんだ材料を配置し、金属粒子ペーストとはんだ材料を熱処理して、金属粒子焼結体と、はんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体を形成し、金属粒子焼結体とはんだ接合体とにより、一方側電極と他方側電極とを接合するようにしているので、金属粒子焼結体により、電気的接続と機械的接続を得るとともに、はんだ接合体により、金属粒子焼結体の脆さなどの機械的特性を補って（例えば延性などを付与して）、接合部の脆弱性や、引張り応力に対する強度不足などの問題を解消して、全体として、より信頼性の高い電極接合方法を提供することが可能になる。

また、一方側電極と他方側電極はいずれもギャップを介して位置する複数の領域に分割されており、所定領域で金属粒子焼結体による接合がなされ、他の領域ではんだ接合体による接合がなされるため、金属粒子や金属粒子焼結体と、はんだとが接触したり、混ざり合ったりすることがなく、両者が反応することによる接合信頼性の低下を確実に回避することができる。

また、本願第２の発明の電極接合方法は、上記本願第１の発明において用いた金属粒子ペーストの代わりに、粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ凝集を抑制する分散剤を表面に有していない銅粒子と、銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物とを含む銅粒子ペーストを用い、銅粒子ペーストとはんだ材料を熱処理することにより形成される銅粒子焼結体とはんだ接合体とにより、一方側電極と他方側電極とを接合するようにしているので、銅粒子焼結体により電気的接続と機械的接続を得るとともに、はんだ接合体により銅粒子焼結体の脆さなどの機械的特性を補って（例えば延性などを付与して）、接合部の脆弱性や、引張り応力に対する強度不足などを改善するとともに、電気的接続の信頼性を向上させることが可能になり、全体として、より信頼性の高い電極接合方法を提供することが可能になる。

また、一方側電極と他方側電極はいずれもギャップを介して位置する複数の領域に分割されており、所定領域で銅粒子焼結体による接合がなされ、他の領域ではんだ接合体による接合がなされるため、銅粒子や銅粒子焼結体と、はんだとが接触したり、混ざり合ったりすることがないため、両者が反応することによる接合信頼性の低下を確実に回避することができる。

また、本願第３の発明の電極接合構造は、上述の本願第１の電極接合方法により形成された、一方側電極と他方側電極との電極接合構造であって、一方側電極と他方側電極はそれぞれ、ギャップを介して位置する複数の領域に分割され、（ａ）複数に分割された一方側電極の所定領域と、複数に分割された他方側電極の所定領域とが、金属粒子ペースト中の金属粒子が焼結してなる金属粒子焼結体により接合され、（ｂ）複数に分割された一方側電極の他の領域と、複数に分割された他方側電極の他の領域とが、はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体により接合されているので、金属粒子焼結体により、電気的接続と機械的接続が得られるとともに、はんだ接合体により、金属粒子焼結体の脆さなどの機械的特性を補って（例えば延性などを付与して）、接合部の脆弱性や、引張り応力に対する強度不足などを改善するとともに、電気的接続の信頼性を向上させることが可能になり、全体として、より信頼性の高い電極接合構造を提供することが可能になる。

また、一方側電極と他方側電極はいずれもギャップを介して位置する複数の領域に分割されており、所定領域で金属粒子焼結体による接合がなされ、他の領域ではんだ接合体による接合がなされるため、金属粒子や金属粒子焼結体と、はんだとが接触したり、混ざり合ったりすることがないため、両者が反応することによる接合信頼性の低下を確実に回避することができる。

また、本願第４の発明の電極接合構造は、上述の本願第２の発明の電極接合方法により形成された、一方側電極と他方側電極との電極接合構造であって、一方側電極と他方側電極はそれぞれ、ギャップを介して位置する複数の領域に分割され、（ａ）複数に分割された一方側電極の所定領域と、複数に分割された他方側電極の所定領域とが、銅粒子ペースト中の銅粒子が焼結してなる銅粒子焼結体により接合され、（ｂ）複数に分割された一方側電極の他の領域と、複数に分割された他方側電極の他の領域とが、はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体により接合されているので、銅粒子焼結体により電気的接続と機械的接続を得るとともに、はんだ接合体により銅粒子焼結体の脆さなどの機械的特性を補って（例えば延性などを付与して）、接合部の脆弱性や、引張り応力に対する強度不足などを改善するとともに、電気的接続の信頼性を向上させることが可能になり、全体として、より信頼性の高い電極接合構造を提供することが可能になる。

また、一方側電極と他方側電極はいずれも分割形成されており、所定領域で銅粒子焼結体による接合がなされ、他の領域ではんだ接合体による接合がなされるため、銅粒子や銅粒子焼結体と、はんだとが接触したり、混ざり合ったりすることがないため、両者が反応することによる接合信頼性の低下を確実に回避することができる。

本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる電極接合構造を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１にかかる電極接合方法により接合される一方側電極を備えたセラミック基板と、他方側電極を備えた金属キャップを示す図である。 本発明の実施形態１にかかる電極接合構造の形成方法を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の他の実施形態（実施形態２）にかかる電極接合構造の形成方法を説明する図であり、（ａ）は要部を示す正面断面図、（ｂ）は要部を示す平面図である。 本発明の実施形態２にかかる電極接合構造を模式的に示す図である。 本発明の本発明のさらに他の実施形態（実施形態３）にかかる電極接合構造の形成方法を説明する図である。 本発明の実施形態３にかかる電極接合構造を模式的に示す図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の本発明のさらに他の実施形態（実施形態４）にかかる電極接合構造の形成方法を説明する図であり、（ａ）は要部を示す正面断面図、（ｂ）は要部を示す平面図である。 本発明の実施形態４にかかる電極接合構造を模式的に示す図である。 従来の半導体装置の要部を示す正面断面図である。 従来の半導体装置の要部を示す平面図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

［実施形態１］
図１に示す電極接合構造は、図２に示すような、セラミック基板１が備える電極（一方側電極）３に、金属キャップ１１に設けた電極（他方側電極）１３を接合することにより形成されたものである。
以下、図１および２を参照しつつ、本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる電極接合構造および電極接合方法について説明する。

図１および２に示すように、セラミック基板１は、その端部に形成された段差部２の側面に電極（一方側電極）３を備えている。
また、セラミック基板１を封止するための金属キャップ１１には、その係合突起１２の内面に電極（他方側電極）１３が形成されている。

また、一方側電極３および他方側電極１３は、それぞれ複数（この実施形態１では２つ）の領域に分割されている。この実施形態１では、一方側電極３の分割された２つの領域である所定領域３ａと他の領域３ｂとが、ギャップ４を介して隣り合うように位置しており、他方側電極１３の分割された２つの領域である所定領域１３ａと他の領域１３ｂとが、ギャップ１４を介して隣り合うように位置している。

なお、この実施形態１においては、一方側電極３および他方側電極１３として、例えばＮｉめっき膜層上にＡｕめっき膜層を形成してなる電極が用いられている。
ただし、一方側電極３および他方側電極１３は、Ｎｉめっき膜層上にＡｕめっき膜層を形成した構成のものに限らず、後述のような種々の構成の電極を用いることが可能である。

そして、分割された一方側電極３の所定領域３ａと、分割された他方側電極の所定領域１３ａが、金属粒子（この実施形態１では銀粒子）が焼結してなる金属粒子接合体２１を介して電気的、機械的に接続されており、また、分割された一方側電極３の他の領域３ｂと、分割された他方側電極１３の他の領域１３ｂが、はんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体３１を介して電気的、機械的に接続されている。

この図１に示す電極接合構造は、以下に説明する方法（電極接合方法）により、セラミック基板１が備える一方側電極３と、金属キャップ１１が備える他方側電極１３とを接合することにより形成される。

セラミック基板１が備える、所定領域３ａと他の領域３ｂを備えた一方側電極（Ｎｉ／Ａｕめっき電極）３と、金属キャップ１１が備える、所定領域１３ａと他の領域１３ｂを備えた他方側電極（Ｎｉ／Ａｕめっき電極）１３とを接合するにあたっては、まず、金属粒子焼結体を形成するための金属粒子ペーストとして、粒径が０．１μｍ以下の金属粒子を含む金属（銀）粒子ペーストを用意する。

この実施形態１では、金属粒子ペーストとして、粒径が０．１μｍ以下の銀（Ａｇ）粒子と、分散剤とを含む金属粒子ペーストを用いた。
なお、金属粒子は１５０〜３００℃の低温で焼成可能なものであることが望ましい。
また、はんだ接合体を形成するためのはんだ材料として、はんだペースト（この実施形態１ではＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを含むはんだペースト）を用意した。

それから、図３に示すように、セラミック基板１に設けられた電極（一方側電極）３の所定領域３ａに、上述の金属（銀）粒子ペースト２１Ｐを配置する。なお、図３は、図１および２では、主面が垂直である一方側電極３および他方側電極１３が水平になるように９０°回転させた状態を示す図である。
金属粒子ペースト２１Ｐは、例えば印刷による方法やディスペンサを用いる方法などにより上記の所定領域に配置することができる。

次に、一方側電極３の、金属粒子ペースト２１Ｐを配置した所定領域３ａとはギャップ４を隔てて形成された他の領域３ｂに、上述のはんだペースト３１Ｐを配置する。はんだペースト３１Ｐも、上記の金属粒子ペースト２１Ｐの場合と同様に、印刷による方法やディスペンサを用いる方法などにより配置することができる。
なお、このとき、一方側電極３の所定領域３ａと、他の領域３ｂとの間にはギャップ４が存在しているため、図３に示すように、はんだペースト３１Ｐは、金属粒子ペースト２１Ｐと接触することなく配置される。

次に、金属キャップ１１が備える、所定領域１３ａと、他の領域１３ｂを備えた他方側電極（Ｎｉ／Ａｕめっき電極）１３を、上記金属粒子ペースト２１Ｐおよびはんだペースト３１Ｐを介して一方側電極３と対向するように位置させ（図３参照）、例えば水素雰囲気中で熱処理を行って金属粒子ペースト２１Ｐを熱処理することにより、金属粒子ペースト２１Ｐ中の金属（銀）粒子を焼結させて、金属（銀）粒子焼結体２１を形成する。

それから、リフロー炉を通して、はんだペースト３１Ｐを熱処理することにより、はんだペースト中のはんだを溶融させて、はんだ接合体３１を形成する。

これにより、図１に示すように、一方側電極３の所定領域３ａと、他方側電極１３の所定領域１３ａが金属（銀）粒子接合体２１を介して電気的、機械的に接続され、一方側電極３の他の領域３ｂと、他方側電極１３の他の領域１３ｂがはんだ接合体３１を介して電気的、機械的に接続された電極接合構造が得られる。

この電極接続構造においては、金属（銀）粒子焼結体２１により、電気的接続と機械的接続を得ることが可能になるとともに、はんだ接合体３１により、金属粒子焼結体２１の脆さなどの機械的特性を補って（例えば延性などを付与して）、接合部の脆弱性や、引張り応力に対する強度不足などの問題を解消することが可能になり、全体として、より信頼性の高い電極接合方法を提供することが可能になる。

また、一方側電極と他方側電極はいずれもギャップ４および１４を介して分割形成されており、所定領域で金属粒子焼結体による接合がなされ、他の領域ではんだ接合体による接合がなされるため、金属粒子や金属粒子焼結体と、はんだとが接触したり、混ざり合ったりすることがなく、両者が反応することによる接合信頼性の低下を確実に回避することができる。

なお、この実施形態１では、セラミック基板１に設けられた一方側電極３の所定領域３ａ上に金属粒子ペースト２１Ｐを、他の領域３ｂ上にはんだペースト３１Ｐを配置するようにしたが、金属キャップ１１が備える他方側電極１３の所定領域１３ａ上に金属粒子ペーストを、他の領域１３ｂ上にはんだペーストを配置するようにしてもよい。

また、セラミック基板１に設けられた一方側電極３の所定領域３ａと、他方側電極１３の所定領域１３ａの両方に金属粒子ペーストを、一方側電極３の他の領域３ｂと、他方側電極１３の他の領域１３ｂの両方にはんだペーストを配置するように構成することも可能である。

また、この実施形態１では、セラミック基板１に設けられた一方側電極３と、金属キャップ１１が備える他方側電極１３は、いずれもＮｉめっき膜層上にＡｕめっき膜層を形成してなる電極（Ｎｉ／Ａｕめっき電極）である場合を例にとって説明したが、一方側電極および他方側電極は、同一の構成のものであることを必要とするものではない。
また、一方側電極および他方側電極は、めっき電極に限られるものではなく、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどを用いた種々の構成の電極を用いることも可能である。

また、上記一方側電極および他方側電極としてめっき電極を用いる場合、上述のＮｉ／Ａｕめっき電極以外に、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき電極、Ｎｉ／Ｓｎめっき電極、Ｎｉめっき電極、Ｃｕめっき電極などを用いることが可能である。ただし、高温環境下で用いられる場合には、表面がより酸化されにくいＮｉ／Ａｕめっき電極、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき電極などを用いることが望ましい。

また、この実施形態１では、金属粒子ペーストを構成する金属粒子として銀（Ａｇ）粒子を用いたが、金属粒子の構成材料としては、Ａｇ以外にも、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉなどを用いることが可能である。なお、金属粒子は１５０〜３００℃の低温で焼成可能なものであることが望ましい。

また、この実施形態１では、はんだ接合体を形成するためのはんだ材料として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだを含むはんだペーストを用いたが、はんだ接合体を形成するためのはんだ材料としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ以外にも、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｕ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだなどを用いることが可能である。

なお、電極接合部が高温になるような場合には、融点がより高温なＳｎ−Ｐｂ系はんだや、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ系はんだを用いることが望ましい。
また、はんだ材料として、はんだペーストの代わりに、はんだボールなどの他のはんだ材料を用いることが可能な場合もある。

［実施形態２］
図４（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施形態（実施形態２）にかかる電極接合方法を説明する図であり、図５は、実施形態２の方法により形成された電極接合構造を示す図である。なお、図４および図５において、図１〜３と同一符号を付した部分は同一または相当部分を示す。

この実施形態２の電極接合構造は、図５に示すように、一方側電極３および他方側電極１３の互いに対向する面に直交する方向からみた場合に、はんだ接合体３１は、環状の金属粒子焼結体２１の内側領域に、金属粒子焼結体２１に取り囲まれるように位置している。
この実施形態２の電極接合構造およびその形成方法について、以下に説明する。

上述のように、実施形態１では、一方側電極３の分割された２つの領域である所定領域３ａと他の領域３ｂとが、ギャップ４を介して隣り合うように配設され、他方側電極１３の分割された２つの領域である所定領域１３ａと他の領域１３ｂとが、ギャップ１４を介して隣り合うように配設されている場合について説明したが、この実施形態２では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、複数（２つ）に分割された一方側電極３の所定領域３ａが、平面形状が環状の領域であり、他の領域３ｂが、環状の所定領域３ａの内側に位置する領域であり、複数（２つ）に分割された他方側電極１３の所定領域１３ａが、平面形状が環状の領域であり、他の領域１３ｂが、環状の所定領域１３ａの内側に位置する領域となるようにしている。

そして、図５に示すような、実施形態２の電極接合構造を形成する場合、まず、図４（ａ），（ｂ）に示すように、一方側電極３の環状の所定領域３ａに金属（銀）粒子ペースト２１Ｐを配置するとともに、一方側電極３の他の領域３ｂにはんだ材料（はんだペースト）３１Ｐを配置する。

それから、所定領域１３ａと、他の領域１３ｂを備えた他方側電極１３を、上記金属粒子ペースト２１Ｐおよびはんだペースト３１Ｐを介して一方側電極３と対向するように位置させる（図４（ａ），（ｂ）参照）。そして、上記実施形態１の場合と同様の方法で熱処理を行い、金属粒子ペースト２１Ｐを熱処理することにより、金属粒子ペースト２１Ｐ中の金属（銀）粒子を焼結させて環状の金属粒子焼結体２１を形成する。
それから、リフロー炉を通して、はんだペースト３１Ｐを熱処理することにより、環状の金属粒子焼結体２１の内側に位置するはんだ接合体３１を形成する。これにより、図５に示すような電極接合構造が得られる。

この実施形態２にかかる電極接合構造の場合、図５に示すように、一方側電極３の環状の所定領域３ａと、他方側電極１３の環状の所定領域１３ａとは、平面形状が環状の金属粒子焼結体２１により接合されており、一方側電極３の他の領域３ｂと、他方側電極１３の他の領域１３ｂとは、環状の金属粒子焼結体２１の内側に位置するはんだ接合体３１により接合されている。

この電極接合構造においては、はんだ接合体３１が、環状の金属粒子焼結体２１に囲まれて存在しているため、例えば他の工程で用いられた溶融はんだが接合部に流入した場合にも、接合部を構成するはんだ接合体３１が、溶融したはんだに接触することはなく、接合部を構成するはんだ接合体が再溶融することを防止することができる。

また、この実施形態２の構成の場合にも、一方側電極および他方側電極の、環状の所定領域とはギャップを隔てて形成された他の領域で、はんだペーストが溶融して柱状のはんだ接合体が形成されることから、はんだが環状の所定領域に流れ込まず、一方側電極および他方側電極の環状の所定領域に形成された金属粒子焼結体と、はんだとが接触したり、混ざり合ったりすることがないため、両者が反応することによる接合信頼性の低下を確実に回避することができる。

なお、この実施形態２では、はんだ接合体の周囲を環状の金属焼結体が取り囲むような構成としたが、環状のはんだ接合体が、金属粒子焼結体を取り囲むような構成とすることも可能である。この構成の場合、例えば他の工程で用いられた溶融はんだが接合部に流入した場合に、接合部を構成するはんだ接合体が溶融したはんだと接触しないという効果は得られないものの、金属粒子焼結体とはんだ接合体とが混ざり合うことがなく、特性の劣化を招くことがないという効果や、金属粒子焼結体の機械的強度などの特性をはんだ接合体により補完して信頼性を向上させることができるというような効果は確保される。

なお、その他の点においても、上述の実施形態１の場合と同様の効果を得ることができる。

また、この実施形態２の電極接合構造の場合にも、上記実施形態１の場合において説明したような種々の変形を加えることが可能である。

［実施形態３］
図６は本発明の他の実施形態（実施形態３）にかかる電極接合方法を説明する図であり、図７は、実施形態３の方法により形成された電極接合構造を示す図である。なお、図６および図７において、図１〜３と同一符号を付した部分は同一または相当部分を示す。

上記実施形態１では、金属（銀）粒子ペーストとはんだ材料を組み合わせて用い、熱処理することにより形成される金属粒子焼結体と、はんだ接合体とにより、一方側電極と他方側電極を接合するようにしたが、この実施形態３では、粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ凝集を抑制する分散剤を表面に有していない銅粒子と、銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物とを含む銅粒子ペーストを用いて形成した銅粒子焼結体と、はんだ材料を用いて形成したはんだ接合体により、一方側電極と他方側電極を接合するようにした。なお、銅粒子ペースを構成する、銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物としては、ヒドロキシ基を有する有機化合物であることが好ましく、トリエタノールアミン、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものを用いることが好ましい。

なお、この実施形態３の電極接合構造は、図７に示すように、銅粒子ペーストを熱処理することにより形成される銅粒子焼結体４１と、はんだペーストを熱処理することにより形成されたはんだ接合体３１とにより、一方側電極３と他方側電極１３とが接合された構造を有している。
その他の構成は実施形態１の場合と同様である。

なお、この実施形態３の電極接合構造を形成するにあたっても、ギャップ４を隔てて隣り合う所定領域３ａと他の領域３ｂを備えた一方側電極（Ｎｉ／Ａｕめっき電極）３と、ギャップ１４を隔てて隣り合う所定領域１３ａと他の領域１３ｂを備えた他方側電極（Ｎｉ／Ａｕめっき電極）１３とを接合するにあたっては、図６に示すように、一方側電極３の所定領域３ａに、銅粒子ペースト４１Ｐを配置した。

次に、一方側電極３の、銅粒子ペースト４１Ｐを配置した所定領域３ａとはギャップ４を隔てて形成された他の領域３ｂに、上述のはんだペースト３１Ｐを配置した。
なお、このとき、一方側電極３の所定領域３ａと、他の領域３ｂの間にはギャップ４が存在しているため、はんだペースト３１Ｐは、銅粒子ペースト２１Ｐと接触することなく他の領域３ｂ上に配置される。

それから、銅粒子ペースト４１Ｐおよびはんだペースト３１Ｐの熱処理を行う。ただし、この実施形態３では、実施形態１で用いた上述の金属（銀）粒子ペーストに代えて、粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ凝集を抑制する分散剤を表面に有していない銅粒子と、銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物とを含む銅粒子ペーストを用いるようにしているので、熱処理は、特に還元性雰囲気を用いることを必要とせず、不活性雰囲気下で、かつ、互いに対向する一方側電極３と他方側電極１３とを相手側に向かって加圧することなく実施することができる。

具体的には、Ｎ₂リフロー（たとえばＮ₂・２４０℃ピーク）の条件で熱処理を実施することが可能で、銅粒子ペーストおよびはんだペーストの熱処理を１つの工程で実施することができる。

なお、特に還元性雰囲気としなくてもよいのは、銅粒子ペーストが還元性を奏する有機化合物を含むためであり、また、加圧せずに熱処理を行うことができるのは、分散剤を含まない銅粒子ペーストが用いられていることから焼成時に体積収縮を引き起こしにくく、焼結体に空隙が形成されにくいため、加圧せずに接合しても信頼性の高い接合が可能であることによる。

なお、実施形態３の電極接合構造の場合、その他の点においても、上述の各実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。

また、この実施形態３の電極接合構造においても、上述の各実施形態において説明したような種々の変形を加えることが可能である。

［実施形態４］
図８（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施形態（実施形態４）にかかる電極接合方法を説明する図であり、図９は、実施形態４の方法により形成された電極接合構造を示す図である。なお、図８（ａ），（ｂ）および図９において、図１〜５と同一符号を付した部分は同一または相当部分を示す。

この実施形態４にかかる電極接合構造は、図８（ａ），（ｂ）、図９に示すように、一方側電極３の環状の所定領域３ａと、他方側電極１３の環状の所定領域１３ａとが、平面形状が環状の銅粒子焼結体４１により接合され、一方側電極３の他の領域３ｂと、他方側電極１３の他の領域１３ｂとは、環状の銅粒子焼結体４１の内側に位置する柱状のはんだ接合体３１により接合された構造を有している。

なお、上記実施形態２では、金属（銀）粒子ペーストを用いて、環状の金属粒子焼結体を形成するようにしたが、この実施形態４の電極接合構造を形成するにあたっては、粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ凝集を抑制する分散剤を表面に有していない銅粒子と、銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物（還元剤）とを含む銅粒子ペーストを用いて環状の銅粒子焼結体２１を形成した。

図９に示すような、実施形態４の電極接合構造を形成する場合、まず、図８（ａ），（ｂ）に示すように、一方側電極３の環状の所定領域３ａに銅粒子ペースト４１Ｐを配置するとともに、一方側電極３の他の領域３ｂにはんだ材料（はんだペースト）３１Ｐを配置する。

それから、所定領域１３ａと、他の領域１３ｂを備えた他方側電極１３を、上記銅粒子ペースト４１Ｐおよびはんだペースト３１Ｐを介して一方側電極３と対向するように位置させる（図８（ａ），（ｂ）参照）。そして、上記実施形態３の場合と同様の方法で熱処理を行い、銅粒子ペースト４１Ｐを熱処理することにより、銅粒子ペースト４１Ｐ中の金属（銅）粒子を焼結させて環状の銅粒子焼結体４１を形成するとともに、はんだペースト３１Ｐを熱処理することにより、環状の銅粒子焼結体４１の内側に位置するはんだ接合体３１を形成する。これにより、図９に示すような電極接合構造が得られる。
その他の構成は、上述の実施形態２の電極接合構造の場合と同じであることから、説明を省略する。

この実施形態４では、実施形態２で用いた上述の金属（銀）粒子ペーストに代えて、粒径ピークが０．１〜５．０μｍで、分散剤を含まず、銅粒子の焼結温度で還元性を奏する還元剤を含む銅粒子ペーストを用いるようにしているので、熱処理は、上記実施形態３の場合と同様に、特に還元性雰囲気を用いることを必要とせず、不活性雰囲気下で、かつ、互いに対向する一方側電極３と他方側電極１３とを相手側に向かって加圧することなく実施することができる。

また、この実施形態４の場合も、１つの熱処理工程で、銅粒子焼結体とはんだ接合体を形成することが可能であることから、プロセス時間を短縮して、生産性の向上を図ることができる。

また、この実施形態４の電極接合構造においては、環状の銅粒子焼結体に囲まれるようにはんだ接合体が存在することになるため、例えば他の工程で用いられた溶融はんだが接合部に流入した場合にも、接合部を構成するはんだ接合体が、溶融したリフロー用はんだに接触することはなく、接合部を構成するはんだ接合体が再溶融することを防止することができる。

なお、実施形態４の電極接合構造の場合、その他の点においても、上述の各実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。

また、この実施形態４の電極接合構造の場合にも、上述の各実施形態において説明したような種々の変形を加えることが可能である。

なお、上記実施形態１〜４では、セラミック基板が備える電極（一方側電極）と金属キャップが備える電極（他方側電極）を接合する場合を例にとって説明したが、一方側電極と他方側電極の種類に特別の制約はなく、例えば、セラミック基板の実装用ランド電極を一方側電極とし、表面実装型の積層セラミック電子部品の外部電極を他方側電極とするような態様をはじめ、種々の態様で一方側電極と他方側電極とを接合する場合に本発明を適用することが可能である。

本発明はさらにその他の点においても上記の各実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ セラミック基板
２ セラミック基板の段差部
３ 一方側電極
３ａ 一方側電極の所定領域
３b 一方側電極の他の領域
４ ギャップ
１１ 金属キャップ
１２ 突起
１３ 他方側電極
１３ａ 他方側電極の所定領域
１３b 他方側電極の他の領域
１４ ギャップ
２１ 金属（銀）粒子焼結体
２１Ｐ 金属（銀）粒子ペースト
３１ はんだ接合体
３１Ｐ はんだペースト
４１ 銅粒子焼結体
４１Ｐ 銅粒子ペースト

Claims (8)

1. 互いに対向する一方側電極と他方側電極とを、金属粒子焼結体と、はんだ接合体を介して接合するための電極接合方法であって、
   前記一方側電極と前記他方側電極のそれぞれを、ギャップを介して位置する複数の領域に分割し、
   複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の所定領域との間に、粒径が０．１μｍ以下の金属粒子を含む金属粒子ペーストを配置するとともに、
   複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域とは異なる他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域とは異なる他の領域との間にはんだ材料を配置し、
   前記金属粒子ペーストと前記はんだ材料を熱処理することにより、前記金属粒子ペースト中の金属粒子が焼結してなる金属粒子焼結体と、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体を形成し、
   前記金属粒子焼結体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記所定領域どうしを接合し、前記はんだ接合体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記他の領域どうしを接合すること
   を特徴とする電極接合方法。
2. 互いに対向する一方側電極と他方側電極とを、金属粒子焼結体と、はんだ接合体を介して接合するための電極接合方法であって、
   前記一方側電極と前記他方側電極のそれぞれを、ギャップを介して位置する複数の領域に分割し、
   複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の所定領域との間に、粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ凝集を抑制する分散剤を表面に有していない銅粒子と、前記銅粒子の焼結温度で還元性を奏する有機化合物とを含む銅粒子ペーストを配置するとともに、
   複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域とは異なる他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域とは異なる他の領域との間にはんだ材料を配置し、
   前記銅粒子ペーストと前記はんだ材料を熱処理することにより、前記銅粒子ペースト中の銅粒子が焼結してなる銅粒子焼結体と、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体を形成し、
   前記銅粒子焼結体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記所定領域どうしを接合し、前記はんだ接合体により、前記一方側電極と前記他方側電極の前記他の領域どうしを接合すること
   を特徴とする電極接合方法。
3. 前記銅粒子ペーストの熱処理を、不活性雰囲気下で、かつ、互いに対向する前記一方側電極と前記他方側電極とを相手側に向かって加圧することなく実施することを特徴とする請求項２記載の電極接合方法。
4. 複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域を、平面形状が環状の領域とし、かつ、複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域を、前記一方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域とし、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域を、前記他方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域とし、
   前記一方側電極の前記所定領域と、前記他方側電極の前記所定領域との間に前記金属粒子ペーストまたは前記銅粒子ペーストを配置するとともに、前記一方側電極の前記他の領域と、前記他方側電極の前記他の領域との間に前記はんだ材料を配置するようにしたこと
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極接合方法。
5. 前記銅粒子ペーストと前記はんだ材料の熱処理を１つの熱処理工程で行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電極接合方法。
6. 請求項１記載の電極接合方法により形成された、前記一方側電極と前記他方側電極との電極接合構造であって、
   前記一方側電極と前記他方側電極はそれぞれ、ギャップを介して位置する複数の領域に分割され、
   （ａ）複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域とが、前記金属粒子ペースト中の金属粒子が焼結してなる金属粒子焼結体により接合され、
   （ｂ）複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域とが、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体により接合されていること、
   を特徴とする電極接合構造。
7. 請求項２記載の電極接合方法により形成された、前記一方側電極と前記他方側電極との電極接合構造であって、
   前記一方側電極と前記他方側電極はそれぞれ、ギャップを介して位置する複数の領域に分割され、
   （ａ）複数に分割された前記一方側電極の所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域とが、前記銅粒子ペースト中の銅粒子が焼結してなる銅粒子焼結体により接合され、
   （ｂ）複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域とが、前記はんだ材料中のはんだが溶融、凝固してなるはんだ接合体により接合されていること、
   を特徴とする電極接合構造。
8. 複数に分割された前記一方側電極の前記所定領域と、複数に分割された前記他方側電極の前記所定領域が、平面形状が環状の領域であり、かつ、複数に分割された前記一方側電極の前記他の領域が、前記一方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域であり、複数に分割された前記他方側電極の前記他の領域が、前記他方側電極の平面形状が環状の前記所定領域の内側に位置する領域であって、前記一方側電極の前記所定領域と、前記他方側電極の前記所定領域とを接合する前記金属粒子焼結体または前記銅粒子焼結体が環状の平面形状を有し、その内側に、前記一方側電極の前記他の領域と、前記他方側電極の前記他の領域とを接合するはんだ接合体が位置するように構成されていることを特徴とする請求項６または７記載の電極接合構造。

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