JP2019104017A - Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト、及びＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａｕ−Ｓｎはんだとして優れた耐熱性を有しながら、リフロー時の熱による接合対象物の劣化を抑制できるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト及びＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法を提供すること。【解決手段】本発明のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは、Ｓｎ：８２．４質量％以上９５．０質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物からなるＡｕ−Ｓｎ粉末と、金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上８２．３質量％以下となるように添加されたＡｕ粉末と、Ａｕ−Ｓｎ粉末及びＡｕ粉末と混合されるフラックスと、を有し、Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径は１．０μｍ以上５０．０μｍ 以下であり、Ａｕ粉末の平均粒径は、０．０２μｍ以上５．０μｍ以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、光デバイスパッケージをサブマウント用基板に接合する際等に用いられるＡｕ−Ｓｎ合金はんだを得ることができるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト及びＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法に関する。

従来、ＬＤやＬＥＤ等の光デバイスが基板等にＡｕやＡｕ−２０質量％Ｓｎを用いて接合された光デバイスパッケージが知られている。このような光デバイスパッケージをサブマウント用基板に接合する際には、サブマウント用基板にコネクタ等が搭載されているので、Ａｕ−９０質量％Ｓｎ合金やＳＡＣ（Ｓｎ−３．０質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕ）等の融点の低いはんだペーストによりサブマウント用基板に固定され、電子部品として使用される。
ところで、このような電子部品は、近年、車両用のヘッドライト等のように高温環境下で使用されることが多く、例えば、２５０℃以上の高温環境下で使用可能なものが望まれている。
この高温環境下で使用可能なＡｕ−Ｓｎ合金はんだを得ることが可能なＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストとして、特許文献１に記載のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストが知られている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは、Ｓｎ：３８質量％以上５４質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物よりなるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストであって、Ｓｎ：１８質量％以上２４質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物よりなる第１のＡｕ−Ｓｎ粉末と、Ｓｎ：８０質量％以上９２質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物よりなる第２のＡｕ−Ｓｎ粉末と、が混合された混合粉末と、混合粉末と混合されるフラックスと、を含んだ構成とされている。
このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストにより形成されるＡｕ−Ｓｎ合金はんだは、Ｓｎ：３８質量％以上５４質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物により構成されているので、融点が３００℃以上となり、３００℃以上の高温環境下で使用することが可能になる。

特開２０１６−８７６０６号公報

ところで、特許文献１に記載のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストにより形成されるＡｕ−Ｓｎ合金はんだは、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを構成するＡｕ−Ｓｎ粉末の融点（固相線温度）よりも例えば２０℃〜３０℃高い温度にてリフローすることにより形成される。この点、特許文献１に記載のＡｕ−Ｓｎ粉末のうち、第１のＡｕ−Ｓｎ粉末の融点は２７８℃であるため、特許文献１に記載のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは、略３００℃以上でリフローされる必要がある。
しかしながら、このようなＡｕ−Ｓｎ合金はんだを用いて光デバイスパッケージをサブマウント用基板に接合する場合、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだの溶融温度が３００℃以上であると、リフロー時の熱により光デバイスパッケージが劣化するおそれがある。
このため、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだとして優れた耐熱性を有しながら、低温でリフロー処理できるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストが望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、リフロー時の熱による接合対象物の劣化を抑制でき、優れた耐熱性を有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだを得ることができるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト及びＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法を提供することを目的とする。

本発明のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは、Ｓｎ：８２．４質量％以上９５．０質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物からなるＡｕ−Ｓｎ粉末と、金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上８２．３質量％以下となるように添加されたＡｕ粉末と、前記Ａｕ−Ｓｎ粉末及び前記Ａｕ粉末と混合されるフラックスと、を有し、前記Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径は１．０μｍ以上５０．０μｍ 以下であり、前記Ａｕ粉末の平均粒径は、０．０２μｍ以上５．０μｍ以下である。

本発明では、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを構成するＡｕ−Ｓｎ粉末がＳｎ：８２．４質量％以上９５．０質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物により構成されているので、Ａｕ−Ｓｎ粉末の固相線温度が２１７℃となる。このため、リフロー温度を上記特許文献１に記載の構成よりも低くすることができる。
また、本発明では、Ａｕ−Ｓｎ粉末にＡｕ粉末が添加されていることから、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストをリフローし、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだの温度が固相線温度（２１７℃）を超えると、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだが溶融し、溶融したＡｕ−Ｓｎ合金はんだ内にＡｕ粉末が拡散する。このため、溶融したＡｕ−Ｓｎ合金はんだに含まれるＡｕの量が増え、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ内のＳｎが占める比率が減少する。その結果、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだにおける金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％〜８２．３質量％となるので、リフロー後のＡｕ−Ｓｎ合金はんだの固相線温度は、２５２℃以上となる。
このため、リフロー温度をＳｎ：３８．１質量％〜８２．３質量％、残部がＡｕ及び不可避不純物からなるＡｕ−Ｓｎ粉末のみにより構成されるはんだペーストよりも低くすることができ、リフロー時の熱による光デバイスパッケージの劣化を抑制でき、かつ、高温環境下における耐熱性に優れたＡｕ−Ｓｎ合金はんだを提供できる。

Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径が１．０μｍ未満である場合、Ａｕ−Ｓｎ粉末が凝集してフラックスがＡｕ−Ｓｎ合金はんだ内の全体にいきわたらなくなり、溶融性が低下する。また、Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径が５０．０μｍを超えている場合、Ａｕ−Ｓｎ粉末が酸化して、溶融しにくくなる。
これに対し、本発明では、Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径が１．０μｍ以上５０．０μｍ以下であるので、フラックスがＡｕ−Ｓｎ合金はんだ内に確実にいきわたり、かつ、Ａｕ−Ｓｎ粉末の酸化に基づく溶融のしにくさを抑制している。
また、Ａｕ粉末の平均粒径が０．０２μｍ未満である場合、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストのリフロー時にＡｕ粉末が凝集してＡｕ−Ｓｎ合金はんだ内に拡散しにくい。また、Ａｕ粉末の平均粒径が５．０μｍを超えている場合にも、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ内への拡散が不十分になり、耐熱性が低下するおそれがある。
これに対し、本発明では、Ａｕ粉末の平均粒径が０．０２μｍ以上５．０μｍ以下であるためＡｕ粉末が確実にＡｕ−Ｓｎ合金はんだ内に確実に拡散し、耐熱性が低下することを抑制できる。

本発明のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの好ましい態様としては、前記金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上６１質量％以下であるとよい。
上記態様では、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだにおける金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上６１質量％以下の場合、固相線温度が３０９℃となり、より高い耐熱性が得られる。

本発明のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法は、上記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを基板に塗布するペースト塗布工程と、前記ペースト塗布工程により塗布された前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト上に接合対象物を載置した後、加熱して前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを溶融させて、前記基板に前記接合対象物を接合させるリフロー工程と、を備える。
このような構成によれば、ペースト塗布工程により塗布されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを加熱して溶融させるリフロー工程において、加熱温度（上記リフロー温度）が高くなりすぎることがないので、光デバイスパッケージなどの接合対象物のリフロー時の熱による劣化を抑制できる。また、基板に接合対象物が接合された後、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだの固相線温度が上昇することから、例えば、２５０℃以上の高温環境下においても、接合対象物の基板に対する固定状態を確実に維持できる。

本発明のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト及びＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法では、優れた耐熱性を有しながら、リフロー時の熱による接合対象物の劣化を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る光デバイスパッケージがサブマウント用基板に固定されたＬＥＤ基板を示す斜視図である。 上記実施形態におけるＬＥＤ基板を図１のＡ１−Ａ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。 上記実施形態におけるサブマウント用基板上に塗布されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを示す図である。 上記実施形態におけるＡｕ−Ｓｎ合金はんだの合金状態図である。

以下、本発明に係るＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト及びＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法について、図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態のＬＥＤ基板１０を示す図であり、図２は、ＬＥＤ基板１０を図１のＡ１−Ａ１線にて切断した断面の一部を示す断面図である。
ＬＥＤ基板１０は、例えば、車両用のヘッドライトの一部として用いられ、図１及び図２に示すように、光デバイスパッケージ１と、光デバイスパッケージ１がＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層５により固定されるサブマウント用基板６と、を備え、平面視で矩形板状の部材である。このサブマウント用基板６には、外部からの電力を供給するためのコネクタ部７が接続され、このコネクタ部７に供給される電力が光デバイスパッケージ１に印加され、ＬＥＤ２が点灯する。

光デバイスパッケージ１は、図２に示すように、ＬＥＤ２と、ＬＥＤ２をパッケージ基板４に接合する金（Ａｕ）はんだ層３と、金はんだ層３によりＬＥＤ２と接合されているパッケージ基板４と、を備えている。
このＬＥＤ２とパッケージ基板４とは、図示を省略するが、金はんだペーストがパッケージ基板４に塗布された後、この金はんだペースト上にＬＥＤ２を配置し、これらをリフロー（加熱）することにより金はんだペーストが溶融して金はんだとなり、該金はんだによりＬＥＤ２とパッケージ基板４とが接合され、これらの間には金はんだ層３が配置されることとなる。

本実施形態のＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層５となるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａ（図３参照）は、Ｓｎを８２．４質量％以上９５．０質量％以下の範囲で含み、残部がＡｕ及び不可避不純物よりなるＡｕ−Ｓｎ粉末と、Ａｕ粉末と、フラックスと、を含んでいる。また、本実施形態では、Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径が１．０μｍ以上５０．０μｍ以下、Ａｕ粉末の平均粒径が０．０２μｍ以上５．０μｍ以下の範囲内とされている。
以下に、Ａｕ−Ｓｎ粉末の組成及び平均粒径、Ａｕ粉末の組成及び平均粒径、並びにＡｕ粉末の添加量を、上述のように規定した理由について説明する。

（Ａｕ−Ｓｎ粉末の組成）
Ａｕ−Ｓｎ粉末におけるＳｎ含有量を８２．４質量％以上９５．０質量％以下の範囲内に設定したのは、図４のＡｕ−Ｓｎ合金状態図に示されるように、固相線温度が２１７℃であり、リフロー時の溶融開始温度を低温とするためである。

Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径が１．０μｍ未満である場合、Ａｕ−Ｓｎ粉末が凝集してフラックスがＡｕ−Ｓｎ合金はんだ内にいきわたらなくなる。また、Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径が５０．０μｍを超えている場合、Ａｕ−Ｓｎ粉末が酸化して、溶融しにくくなる傾向がある。
以上のことから、本実施形態では、Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径を１．０μｍ以上５０．０μｍ以下に設定している。

（Ａｕ粉末の組成）
Ａｕ粉末としては、純度９９．００質量％以上の純金が用いられる。
（Ａｕ粉末の平均粒径）
また、Ａｕ粉末の平均粒径が０．０２μｍ未満の場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａのリフロー時にＡｕ粉末が凝集してＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層５内に拡散しにくい。また、Ａｕ粉末の平均粒径が５．０μｍを超えている場合にも、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層５内への拡散が不十分になり、耐熱性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ａｕ粉末の平均粒径が０．０２μｍ以上５．０μｍ以下の範囲内に設定している。

（Ａｕ粉末の添加量）
Ｓｎ：８２．４質量％以上９５．０質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物により構成されたＡｕ−Ｓｎ粉末とＡｕ粉末とを合わせた金属成分の合計量を１００質量％とした時に、Ａｕ粉末を、金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上８２．３質量％以下となるように添加する。

（フラックスの含有量）
Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａにおいて、フラックスの含有量がＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａ全体の５質量％未満の場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａの粘度が高くなりすぎて、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａの印刷性が低下する。一方、フラックスの含有量がペースト全体の４０質量％を超える場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａを印刷する際に印刷ダレが発生しやすくなる。
以上のことから、本実施形態では、フラックスの含有量を、ペースト全体の５質量％以 上４０質量％以下の範囲内に設定している。
なお、フラックスとしては、例えば、一般的なフラックス（例えば、ロジン、活性剤、溶剤、増粘剤等を含むフラックス）を用いることができる。また、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａの濡れ性の観点から、例えば、弱活性（ＲＭＡ）タイプのフラックスや活性（ＲＡ）タイプのフラックス等を用いることが好ましい。

（Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの製造方法）
次に、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａの製造方法について簡単に説明する。
始めに、Ｓｎを８２．４質量％以上９５．０質量％以下の範囲で含み、残部がＡｕ及び不可避不純物よりなるＡｕ−Ｓｎ粉末を準備する。具体的には、上述の組成となるように溶融原料を秤量して溶解することにより、Ａｕ−Ｓｎ合金溶湯を得て、Ａｕ−Ｓｎ合金溶湯を所定温度に保持して撹拌する。
次に、上述のＡｕ−Ｓｎ合金溶湯をガスアトマイズ法により粉末状に形成する。
そして、上述のガスアトマイズ法によって得られたＡｕ−Ｓｎ粉末を分級することにより、平均粒径が１．０μｍ以上５０．０μｍ以下の範囲内とされたＡｕ−Ｓｎ粉末が製造される。
最後に、Ａｕ−Ｓｎ粉末と、Ａｕ粉末と、フラックスと、を上述した混合比で混合することにより、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａが製造される。

（Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法）
次に、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａを用いた光デバイスパッケージ１のサブマウント用基板６への接合方法を説明する。
この製造方法においては、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａをサブマウント用基板６に塗布して、塗布されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａ上に光デバイスパッケージ１を載置してリフロー処理することによりサブマウント用基板６上に複数の光デバイスパッケージ１を接合する。以下、ペースト塗布工程、リフロー工程の順に詳細を説明する。

（ペースト塗布工程）
まず、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａを、図３に示すように、サブマウント用基板６の所定位置に所定間隔で印刷塗布する。なお、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａは、印刷塗布されることとしたが、ディスペンサ等による吐出供給でもよい。

（リフロー工程）
次に、ペースト塗布工程おいてサブマウント用基板６上に印刷塗布されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａ上に光デバイスパッケージ１を図３の二点鎖線にて示すように載置し、これらを加熱（リフロー）する。このリフロー工程では、加熱温度を二段階で段階的に上昇させる。すなわち、Ａｕ−Ｓｎ粉末の融点（固相線温度）より低い温度で光デバイスパッケージ１及びサブマウント用基板６を加熱するプレヒート工程の後、Ａｕ−Ｓｎ粉末の融点（固相線温度）より、高い温度（例えば３０℃）で光デバイスパッケージ１及びサブマウント用基板６を加熱する本ヒート工程を実行する。そして、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだが冷却されると、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層５となり、光デバイスパッケージ１がＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層５を介してサブマウント用基板６に固定される。
例えば、本実施形態では、プレヒート工程では、１５０℃にて光デバイスパッケージ１及びサブマウント用基板６を加熱し、本ヒート工程では、Ａｕ−Ｓｎ粉末の融点である２１６℃より３０℃高い温度である２４６℃で加熱される。
なお、リフロー時間は、例えば、１分以上１５分以下であり、プレヒート時間と本ヒート時間は略等しく設定されている。

ここで、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａには、Ａｕ粉末が添加されていることから、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５ＡをリフローしてＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａの温度が固相線温度を超えると、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａに含まれるＡｕ−Ｓｎ合金粉末が溶融してＡｕ−Ｓｎ合金はんだとなり、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ内にＡｕ粉末が拡散する。このため、溶融したＡｕ−Ｓｎ合金はんだに含まれるＡｕの量が増え、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ内のＳｎが占める比率が減少する。

上記実施形態では、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを構成するＡｕ−Ｓｎ粉末がＳｎ：８２．４質量％以上９５．０質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物により構成されているので、その固相線温度は２１７℃であり、リフロー温度を上記特許文献１に記載の構成よりも低くすることができる。
また、リフロー工程によりＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａの温度がＡｕ−Ｓｎ合金粉末の固相線温度（２１７℃）を超えると、Ａｕ−Ｓｎ合金粉末が溶融し、Ａｕ粉末が溶融したＡｕ−Ｓｎ合金粉末に拡散するので、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ内のＳｎが占める比率が減少し、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだにおける金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％〜８２．３質量％となるので、リフロー後に固化したＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層５の固相線温度は、２５２℃〜３０９℃となる。例えば、１分間のリフロー処理で金属成分中のＳｎ成分が８２．３質量％以下となり、固相線温度が２５２℃以上となり、特に、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだにおける金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％〜６１質量％の場合、リフロー後に固化したＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層５の固相線温度は３０９℃となる。
このため、リフロー温度がＳｎ：３８．１質量％〜８２．３質量％、残部がＡｕ及び不可避不純物からなるＡｕ−Ｓｎ粉末のみにより構成されるはんだペーストよりも低くすることができ、リフロー時の熱による光デバイスパッケージ１の劣化を抑制でき、かつ、高温環境下における耐熱性に優れたＡｕ−Ｓｎ合金はんだを得ることができるＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａを提供できる。

本実施形態では、リフロー工程において、加熱温度（上記リフロー温度）が低いので、光デバイスパッケージ１が溶融したＡｕ−Ｓｎ合金はんだの熱による劣化を抑制できる。また、サブマウント用基板６に光デバイスパッケージ１が接合された後は、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層５の固相線温度が上昇していることから、例えば、２５０℃以上の高温環境下においても、光デバイスパッケージ１をサブマウント用基板６に確実に固定できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、リフロー工程においてプレヒート工程及び本ヒート工程を実行することで、加熱温度を二段階で段階的に上昇させることとしたが、これに限らず、本ヒート工程のみを実行してもよい。また、本ヒート工程の温度は、Ａｕ−Ｓｎ粉末の融点（固相線温度）より３０℃高い温度に設定したが、これに限らず、適宜変更できる。また、加熱温度を三段階以上で段階的に上昇させてもよい。

上記実施形態では、リフロー工程では、サブマウント用基板６に印刷塗布されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａ上に光デバイスパッケージ１を載置し、これらをリフロー処理することとしたが、これに限らず、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａが塗布されたサブマウント用基板６のみをリフロー処理してＡｕ−Ｓｎ合金はんだ内の樹脂等の不純物を排除した後、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ上に光デバイスパッケージ１を載置して、これらを再度リフロー処理するようにしてもよい。

上記実施形態では、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト５Ａは、光デバイスパッケージ１とサブマウント用基板６との接合に用いられることとしたが、利用分野はＬＥＤ基板１０に限定されるものではなく、電化製品、容器、機械部品などの用途にも利用することができる。

諸条件を変更しながら、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを製造し、このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストから得られるＡｕ−Ｓｎ合金はんだの溶融性、耐熱性及び接合性に関する実験を行った。得られた実施例１〜１３及び比較例１〜６のサンプルについて、表１及び表２を参照しながら説明する。

表１に示す合金粉組成及び平均粒径のＡｕ−Ｓｎ粉末とＡｕ粉末とを製造し、これらＡｕ−Ｓｎ粉末と、Ａｕ粉末と、フラックスと、を混合することにより、表１に示す金属成分のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを製造した。

また、電解めっき法により、コバール製板（長さ３０ｍｍ×幅２０ｍｍ）の表面に、厚さ５μｍのＮｉめっき層と、厚さ０．１μｍのＡｕめっき層と、を順次形成することで、評価用基板を作製した。次いで、パッケージサイズ１６１０（長さ１．６ｍｍ×幅１．０ｍｍ）のＡｕ−Ｓｎ合金はんだ枠を形成するため、幅６０μｍとされた枠状貫通溝が１００個設けられ、かつ厚さが１５μｍとされた印刷用ステンシルマスクを準備した。そして、評価用基板上に、印刷用ステンシルマスクを用いてＡｕ−Ｓｎ合金ペーストを印刷して、評価用基板から印刷用ステンシルマスクを除去した。
このようにして、各試料について１００個の枠状はんだペーストを形成した評価用基板を用いて、各種評価を下記手法により行った。

（溶融性）
始めに、窒素雰囲気下において、評価用基板を加熱することで、枠状はんだペーストをリフロー処理させた。このとき、ピーク温度は２４７℃（２１７℃＋３０℃）とし、リフロー時間は、実施例８及び９を除く実施例及び比較例については１分とし、実施例８及び９については１５分とした。
その後、光学顕微鏡を用いて、リフロー処理された１００個の枠状はんだペーストを観察し、溶け残りのある枠状はんだペーストの数が２個以下の場合には、○と判定し、溶け残りのある枠状はんだペーストの数が３個以上の場合には、×と判定した。このとき、未凝集粉がある場合を溶け残りがあると判定した。

（耐熱性）
上述のようにしてリフロー処理した評価用基板を加熱して、固化状態のＡｕ−Ｓｎ合金はんだ（Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層）の温度を１秒ごとに１℃ずつ上昇させ、その様子を光学顕微鏡にて観察した。この場合、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだの温度は、２５２℃まで上昇させる低温加熱と、３０９℃まで上昇させる高温加熱と、の２種類とした。
低温加熱では、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層が２５２℃まで溶融しなかった場合を○、溶融した場合を×と判定し、高温加熱では、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層が３０９℃まで溶融しなかった場合を○、溶融した場合を×と判定した。

（接合性）
光デバイスパッケージを模したパッケージ体を搭載したＡｕ−Ｓｎ合金はんだの接合性を、シェア強度を測定することにより評価した。このシェア強度の測定は、一般的なシェアテスターにより行われ、ツールによりパッケージ体を接合界面に沿って押圧して接合部の破壊時の強度を測定した。なお、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層の厚さは５０μｍ、ツールの押圧位置はＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層とパッケージ体との接合面から７０ｎｍの位置、ツールの移動速度を５０μｍ／ｓｅｃに設定した。
この接合性の評価は、測定されたＡｕ−Ｓｎ合金はんだ層の破壊時の強度が２０ＭＰａ以上の場合を○とし、２０ＭＰａ未満の場合を×とした。

Ａｕ−Ｓｎ粉末におけるＳｎ成分が８２．４質量％以上９５．０質量％以下の範囲内である実施例１〜１３は、溶融性が優れていた。
また、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストにおけるＡｕ−Ｓｎ粉末及びＡｕ粉末を合わせた金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上８２．３質量％以下である実施例１〜１３は、２５２℃での耐熱性及び接合性のいずれも良好であった。その中でも、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだにおける金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上６１質量％以下の範囲内である実施例５、８、９、１０及び１３は、特に耐熱性に優れ、３０９℃での耐熱性も良好であった。

比較例１は、Ａｕ−Ｓｎ粉末におけるＳｎ成分が８２．４質量％以上９５．０質量％以下の範囲内でないことから、リフロー時に溶融せず、溶融性、耐熱性及び接合性の全てにおいて実施例１〜１３よりも劣っていた。また、比較例２は、Ａｕが拡散しきらず高融点化しないことから、耐熱性及び接合性が実施例１〜１３よりも劣っていた。
また、比較例３は、Ａｕ−Ｓｎ粉末におけるＳｎ成分が８２．４質量％以上９５．０質量％以下の範囲内であることから、溶融性は良好であったものの、Ａｕ粉末の平均粒径が０．００５μｍであることから、凝集して取り扱いが困難となり、耐熱性が実施例１〜１３よりも劣っていた。さらに、比較例４は、Ａｕ粉末の平均粒径が５．５μｍであるため、Ａｕ粉末のＡｕ成分がＡｕ−Ｓｎ粉末に拡散しきれなかったことから、耐熱性及び接合性が実施例１〜１３に対して劣っていた。
また、比較例５及び６は、Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径が１．０μｍ未満、又は５０．０μｍを超えているため、リフロー時に溶融せず、溶融性、耐熱性及び接合性の全てにおいて実施例１〜１３よりも劣っていた。

１ 光デバイスパッケージ（接合対象物）
２ ＬＥＤ
３ 金はんだ層
４ パッケージ基板
５ Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ層（Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ）
５Ａ Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト
６ サブマウント用基板（基板）
７ コネクタ部
１０ ＬＥＤ基板

Claims (3)

1. Ｓｎ：８２．４質量％以上９５．０質量％以下、残部がＡｕ及び不可避不純物からなるＡｕ−Ｓｎ粉末と、
   金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上８２．３質量％以下となるように添加されたＡｕ粉末と、
   前記Ａｕ−Ｓｎ粉末及び前記Ａｕ粉末と混合されるフラックスと、を有し、
   前記Ａｕ−Ｓｎ粉末の平均粒径は１．０μｍ以上５０．０μｍ 以下であり、
   前記Ａｕ粉末の平均粒径は、０．０２μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とするＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト。
2. 前記金属成分中のＳｎ成分が３８．１質量％以上６１質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト。
3. 請求項１又は２に記載のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを基板に塗布するペースト塗布工程と、
   前記ペースト塗布工程により塗布された前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト上に接合対象物を載置した後、加熱して前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを溶融させて、前記基板に前記接合対象物を接合させるリフロー工程と、を備えることを特徴とするＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法。
   

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