JP2023512826A - フリーはんだ箔 - Google Patents

Abstract

鉛フリーはんだ箔本発明は、金属製及び／または金属被覆部材を接続するための鉛フリーはんだ箔に関する。本発明の課題は、画定された接合域幾何形状の調節を可能とし、そして孔及び／または空洞の形成は最小に抑えつつ、高温耐性のはんだ接続であって、段階的プロセスにおいても高い信頼性を保証し及び接続域の熱伝導性を高めるはんだ接続を達成する、鉛フリーはんだ箔を開発することである。本発明による鉛フリーはんだ箔（１）は、二つ以上の複合線条（３）が、それぞれ個別に、互いに平行に及びテープ辺に対して平行に、二つの軟質はんだテープの間で、軟質はんだマトリックス（２）中でクラッディングされるように、但し、この際、前記複合線条（３）はコア（４）を有し、このコア（４）は、軟質はんだマトリックス（２）と比べてより融点が高いより強固な金属／金属合金からなり、そしてその周りにはジャケット（５）が配置され、このジャケット（５）は、他の金属／金属合金からなり、かつ圧延クラッディング工程の後には、コア（４）のうちの少なくとも一つの上下には、なおも５μｍから１５μｍまでの軟質はんだ材料が存在するように構成されている。

Description

本発明は、金属製部材及び／または金属化／金属被覆部材、すなわち隣接する部材の金属製表面層を互いに接続できる鉛フリーのはんだ箔に関する。

エレクトロニクス産業では部材を接続するためには、技術水準では、はんだ材料、大概はいわゆる軟質はんだが、はんだペーストの形でも、予め分割された純金属製のはんだ予成形体としても使用されている。

エレクトロニクス及びこの際特にはパワーエレクトロニクスにおけるはんだ付け箇所の信頼性は、今日、はんだ材料の並びにそれらを用いて生成される接続領域の非常に良好な機械的、電気的及び熱的特性を必要とし、この際、それらの耐性は、現在は、一層より高い温度範囲まで拡張されている。

この際、国際的な傾向は、環境保護と健康安全の理由から、環境に優しくかつ健康上の懸念がない鉛フリーのはんだ材料の使用に向かっている。

鉛フリーはんだへの切り替えの過程において、大部分が錫をベースとする多数のバリエーションのはんだが開発された。これらは、鉛を含む合金と比べて、確かに良好な機械的、電気的及び熱的特性を有するものの、約２１４℃から約２５０℃までの範囲で融解する。

より高い作業／使用温度のためには、パワーエレクトロニクスで必要な特性の耐熱性と、必要な信頼性及び経済性とを兼ね備えた鉛フリーはんだは目下存在しない。

従って、例えば高温度下での使用、すなわち２５０℃を超える作業温度において、一方では、はんだ付けプロセスの間に、接続するべきアセンブリにダメージを与えることのないように、他方では、経済性の視点からも、特に軟質はんだに典型的なはんだプロファイルを用いて、鉛フリーの軟質はんだに典型的なプロセス温度範囲、すなわち好ましくは２５０～３００℃の、但し、使用する軟質はんだの液相温度よりも少なくとも２０～３０Ｋ高い温度範囲において、及び技術水準において通常の５分間未満のはんだ付け時間を用いて、並びにその後の熱処理無しに及びはんだ付けの間に接合パートナーに対して押圧を追加的に加えることさえ無く、及びはんだ付けの際に調節すべきはんだ付け炉内の雰囲気とは無関係に、接続域における孔及び／または空洞の最小の形成下に、隣り合う部材間の接続領域の高い熱的信頼性を段階的はんだ付けプロセスにおいても保証する高温耐性はんだ接続を達成するために、温度制御に関してパワーエレクトロニクスで必要な要求を満たす、費用効果高く使用できる（できれば鉛フリーでもある）軟質はんだ箔を開発する必要性がある。

部材間のこのような接続を形成できるようにするためには、はんだは、常に溶融状態に変換される必要がある。

はんだが冷却、硬化した後に、各コンポーネント間には、しっかりとした材料接続的な接続が確立される。技術水準のはんだ箔の欠点は、はんだが一旦溶融状態にされると、それは、外部から作用する力による形状変形に対して顕著な内部抵抗（溶融はんだの表面張力）を持たない点にある。

この際、外部から作用するこれらの力は、接続される部材の重量に起因する重力であることができるが、接続技術の結果生ずる剪断力及び圧縮力、並びに毛細管力、または表面張力の影響に起因する力、並びにはんだ付けの時の接合箇所／接続領域の形状と共同した原子相互作用力であることもできる。

これらの力は、はんだ付け工程の間に、接続するべき部材が、互いに相手に対して傾くという結果になる場合がある。

それによって、はんだ付けの後に、はんだ厚は、断面で見ると、構造の一方の辺において、反対側の辺上よりも本質的に薄くなる。はんだ付けするべき表面上でのはんだ材料のこれらの異なる断面厚は、はんだ付け箇所の耐用年数に対して負の影響を及ぼし、同時に、それによって、「厚い」領域上／中の耐熱性を高め、その結果、望ましくない所謂「ホットスポット」が形成される。

極端なケースでは、表面実装（ＳＭＤ）部材は、それらが、溶融状態になったはんだ付け箇所において「トゥームストーン効果」として立ち上がった時に、それらの機能が完全に失われる場合がある。

パワーエレクトロニクスの実装及び接続技術の分野においては、鉛フリーのはんだ付け箇所は、鉛含有量の多いそれらの対応物と比べて、大概は、耐用寿命が明らかに短く、それは、はんだ付けされた各々のアセンブリが故障するまでの温度負荷変化サイクル数の減少を特徴とする。

それ故、鉛含有量の多いはんだは、人間及び自然に対する鉛の有毒性は一般的に知られているにもかかわらず、航空技術及び宇宙航空技術や軍事技術などのセンシティブな分野では今日でもなおも使用されている。

ペースト形態での銅粉末または銀粉末を用いた焼結や、金含有量の多い非常に脆い軟質はんだの使用などの他の方策は、非常に費用集約的であり、それ故、これらの分野では代替物としてはほとんど考慮されない。

鉛を含む、特に鉛含有量の多いはんだは、これらの熱機械的利点の他に、他の慣用の鉛フリー軟質はんだと比べて、より高い温度にした時に初めて溶融状態になるという利点を有する。それによって、モジュールの個々のレベルをはんだによって次々に構築する、いわゆる段階的はんだ付けプロセスのより安全な設計が、高鉛含有はんだを用いて可能になる。

例えば、第一のはんだ付け箇所を、より融点の高い高鉛含有はんだを用いて作製することができ、その後のはんだ付け箇所を、次いで、低融点の錫ベースはんだで設計する。

溶融範囲における８０Ｋ（ケルビン）以上の温度差により、既にはんだ付けされたコンポーネントが、次のコンポーネントのための後続のはんだ付けステップにおいて剥がれるというリスクはこのような設計では原則的に存在しない、というのも、第一のはんだの液相温度までの温度間隔は十分に大きく、それ故、良好に制御可能であるためである。

一般的な技術水準の鉛フリー軟質はんだに限定すれば、既にはんだ付けされたはんだ接続の再溶融温度と、新たにはんだ付けすべきはんだ付け箇所の溶融温度との間のこの温度間隔は、様々な鉛フリーの錫ベースはんだでは３０Ｋよりもいくらか大きく狭くなる。

しかし、工業的なプラクチスにおいては、真空リフローはんだ付け装置ではんだ付けを行う場合に品質的に高価値の接続を形成するためには、はんだの液相温度よりも約２０～３０Ｋ高い過熱が一般的に通常である。

従って、技術水準では、低融点代替物として、インジウム－及びビスマス含有はんだが依然として存在し、これは、段階的はんだ付けのためのより確実な鉛フリーの設計のために使用することができる。

しかし、インジウム－及びビスマス含有はんだの非常に低い溶融温度、並びにそれらと組み合わさって、不良の耐クリープ性は、パワーエレクトロニクスにおけるそれらの使用を大きく制限する。

加えて、インジウムは非常に高価な金属であり、そのため、大面積で大容積のシステムはんだとしてのそれらの使用は不経済な場合が多い。

鉛についての特例によって影響を受けない従来の経済分野における鉛含有はんだの使用の継続についての特例が近々終了することから、靱性及び高いはんだ除去温度に関して、鉛含有はんだに対するギャップを埋めることができる代替はんだ材料が不足している。

実装及び接続の技術水準では、成形体、網状体またはリングの挿入によって、はんだ付けするべき部材がはんだ付けプロセスの時に傾くことを防止しそして一定のはんだ層厚を生成することを試みるというコンセプトが知られている。この方法の欠点は、空洞があるはんだ接続を招くガス含有物を排除することができないことである。

ＤＥ２２２８７０３Ａ１（特許文献１）または対応するＵＳ３９００１５３Ａ（特許文献２）では、金属製で球形または円柱形の粒子を、溶融プロセスの間にそれらを封入する軟質はんだ中に混ぜ入れるか、あるいははんだ付けすべき部材がはんだ付け工程の間に傾くことを防ぐために電気素子のはんだ付けすべき部品の間の一定の間隔を保証する目的で圧延して導入する、はんだ材料が提案されている。

この方策では、はんだ材料中に導入される金属製粒子は、はんだ付け工程の後に部材間の最小の間隔を保証するために、はんだ付け工程の間は溶融状態になってはならない。

この方策を用いた場合は、粒子が幾何形状的に随意にかつ再現性なく軟質はんだ材料中に一体化されるために、部材の接続の後には、せいぜい、粒子の高さに結びついたごく僅かな最小層厚しか調整できない。

溶融プロセスにおいて粒子をそれを取り囲む軟質はんだ中に混ぜ入れる場合、及び粒子を軟質はんだ箔もしくは軟質はんだテープ中に圧延導入する場合の両方において、中でも接続箇所における空隙の増加した数を特徴とする、このような材料で後ではんだ付けされる領域に深刻な欠点が生じる。

特開２００４－１７４５２２号公報（特許文献３）では、他の鉛フリーの複合はんだ及びそれの製造方法が記載されている。

特許文献３に記載のこれらの鉛フリーの複合はんだを使用のためには、はんだ付けプロセスの間の押圧力、すなわち接合箇所への重量の適用が絶対に必要である。それによって、この接合プロセスには、一方では、製造技術上の大きな労力が伴い、他方では、この絶対に必要な押圧力は、半導体素子は今日益々薄くなっているために、半導体素子の損傷乃至破損を招き、それによって、はんだ付けすべき素子の電気的特性が損失する虞がある。

特許文献３に記載の複合はんだでは、中でも２５μｍ～１００μｍの線条径を有する銅線条が網状に互いに織り合わされている金属網状体が常に使用されており、この際、Ｃｕ銅線条は、軟質はんだ箔と接合する前に費用集約的に真空下にもしくは不活性アルゴンガス下に約４００℃～６００℃で３０分間、長時間洗浄するか、または軟質はんだ箔との接合の前に、約１μｍの層厚で錫で被覆する必要がある。

これらの洗浄されたまたはＳｎで被覆された網状体を、次いで、それぞれ２０μｍ～２５０μｍの箔厚の錫製のそれぞれ二つのはんだ箔の間に、一回以上サンドイッチ状に重ね、そしてその後に、非常に不経済な方法において、不連続式に複合体プレスによって、またはより効果的に連続的に圧延クラッディングによって、複合はんだのサンドイッチ状に積み重ねられた全ての構成要素、すなわちはんだ箔及び一つ以上の網状体の（複合はんだのサンドイッチ状に積み重ねられた全ての構成要素の全初期高さと、複合はんだのサンドイッチ状に積み重ねられた全ての構成要素の全初期高さをベースとした最終高さとの差（％）から求めた）「高さ減少率」で２０から３０％圧縮されて複合はんだとされる。

特許文献３に関連して使用される接合方法によれば、特に節の領域でのこの金属製網状体の複雑な形状のために、所与のプロセス条件（２０～３０％の高さ減少）では、周囲の軟質マトリックスが線条挿入物の周りに完全かつ材料接続的に流れることは保証できない（特許文献３、図５及び６参照）。それ故、網状体の節の領域では到達し難い空間に空洞が残る。加えて、記載のプロセス条件下では、メッシュ幅の領域において軟質はんだ箔が恐らく僅かに接触する。しかし、特許文献３に提案されるプロセス条件下では、使用されるＳｎ箔間の強く接着した材料接続的な接続は形成できない。

それ故、特許文献３に記載のこの方策を用いてＳｎはんだ中に配置された金属網状体は、弱い接着力でしかＳｎはんだに一体化されず、それと同時に多くの空隙／空洞を有する。

例えば、金属布の線条節間の間隙は、金属網状体を錫被覆してもまたは圧縮もしくは圧延クラッディングしても、軟質はんだでは閉じることができない。
特許文献３による方策の複合はんだ中に埋め込まれた気泡は、主に線条の節中に集まりそしてそこで固定されるものであるが、これらは、軟質はんだでは真空下であっても非常に僅かな程度でしか放出できない。

それ故、特許文献３によるはんだ箔の使用の際は、（真空下での費用集約的なはんだ付けプロセスの後でさえ）高割合の多孔度が接続層中に残留する。

これらのガス含有物は、それらの絶縁作用の故に必然的に熱伝導性を損なわせるため、特許文献３に従い接合された接合箇所の熱伝導性は、モノリス型のはんだの熱伝導性をも下回る。
更なる欠点は、一体化するべき金属網状体では、節が、それらの二重の線条厚をもって、重なり合っていない単一の線条部分の直ぐ隣に存在し、そしてまたそれと同時に、これら両者が網目の隣にも存在することから生じる。
金属網状体のこれらの格子構造中に軟質はんだ箔が圧入されると、使用された軟質はんだ材料が、直接互いに隣接した、すなわち完全に異なる程度で材料流に対抗する変形抵抗を克服しなければならず、その結果、局所的に直接に材料接続的な付着の発達に対抗する、すなわち無益な応力状態（せん断応力、引っ張り応力）が接続パートナー間に生じる。

加えて、特許文献３に提案される２０％から３０％の高さ減少率では、テープ表面の不純物が、圧縮されて複合はんだとされるテープの間に蓄積され、次いで、はんだ付けの時に質が劣るはんだ付け箇所を招くようになる。

加えて、特許文献３の教示のこれらの既に説明した欠点の全ては、作用接続状態になる接合パートナー、すなわち金属網状体及びＳｎ箔が、複合体に対する機械的負荷の際に、互いから「剥離」する傾向があるという結果を生む。
従って、例えば箔を打ち抜く時のせん断力のような、複合箔の後続の加工段階における僅かな機械的負荷でさえ、コンポーネントの層間剥離、すなわち一方では箔からの網状体の剥離、しかし他方では錫箔の互いからの剥離も招く。
これは、必然的に、非常に高く、また費用集約的でもあるスクラップ率を結果として招く。

確かに、付着強度が低すぎるという欠点は、例えば、厚手の軟質はんだ箔だけを細い線条網成物と組み合わせることに制限することによって、同様に望ましい高められた再溶融温度を犠牲にして緩和することができる。

それ故、特許文献３の教示は、中でも、厚手の軟質はんだ箔を細い線条編成物と組み合わせて、より広い線条領域を軟質はんだ流で取り囲むことによって、残存する空間または軟質はんだ流で囲まれていない領域の欠点を、高められた再溶融温度を犠牲として軽減することも提案している。

しかし、このようにして構成されたはんだ箔は、同様に特許文献３に記載された、高められた再溶融温度を持つ金属間化合物の形成という効果をもはや保証できない、というのも、はんだ付けの際に金属間化合物を介して接合パートナーに接続するための金属網状体上の軟質はんだに対する条件が、単純に高すぎるからである。

それ故、特許文献３によるこの方策では、軟質はんだマトリック中での線条編成物の、軟質はんだ流で囲まれた線条表面を大きくすることは確かに可能であるが、接合パートナーに対する金属間化合物を介した金属網状体の接続が欠けているために、これには、より確実な段階式はんだ付けプロセスにとって望ましい高い再溶融温度の大幅な低下が必ず伴う。

しかしながら、高められた再溶融温度及び機械的により耐久性のある接続は、特許文献３に提案される方策を用いた場合には、金属網状体と接合パートナーとの間に金属間化合物が形成した場合のみにしか保証することができないため、銅線条と接合パートナーとの間の軟質はんだの比較的薄い層厚が必須である、というのも、これらのフレームワーク条件でしか、金属網状体の網状体材料、すなわちＣｕとの金属間化合物は形成しないからである。

しかしながら、特許文献３で使用されるＣｕ布の非常に大きな表面積の故に、前記金属間化合物は、はんだ付け箇所が脆弱化する程に、はんだ付け箇所において大きな体積範囲で形成する、というのも、接合に関与する構成要素／材料の異なる熱膨張係数の結果として生じるはんだ付けプロセスにおいて生じる熱機械的応力の補償を担うことができる延性の軟質はんだの残量がはんだ付けプロセスの後に少な過ぎるからである。これは、最も弱い接合パートナー、この場合は電子部材が破損するという結果になる。

金属間化合物の割合が非常に高いはんだ接続では、熱膨張係数がそれほど相違しない電位部品を備えた基材しか接合できないという問題がある。なぜならば、さもなくば、応力ピーク／応力の過負荷を吸収できる延性の軟質はんだが、はんだ接続部において利用できないために、半導体中のせん断応力が、はんだ付けの際に半導体の破壊を招く場合があるからである。熱機械的負荷にとって有利なはんだ接続では、これは、好ましくは軟質はんだから完全になり、この際、この軟質はんだは、はんだ付けの際に変形によって熱応力を吸収するが、このようなはんだ接続では、隣接する部材間の接続域の高い熱信頼性を段階的はんだ付けプロセスにおいても保証する高温耐性はんだ接合を達成するという問題がある。

これに関連して、特許文献３では、複合はんだの最適な厚さは１５０μｍであり、そして複合はんだの厚さが２５０μｍ以上である場合は、接続箇所の電気的及び熱的抵抗が高くなりすぎて、例えば、電子部材から温度をもはや十分に放散できなくなるために、これは２５０μｍまでの厚さまで使用することができることが指摘されている。

また、特許文献３では、複合はんだの厚さが８０μｍ以下になると、応力消散がもはや保証できなくなり、それによって亀裂が生じることも明記されている。

これは、特許文献３によれば、一つ以上の線条編成物の使用下に、線条及び／またははんだ付けの際に形成された金属間化合物によって軟質はんだ層が広い面積にわたって減少し、その結果、はんだ付けプロセスの後に、「残留軟質はんだ」からなる薄い領域のみが、至る所に分布したまま残ることに起因している。

特許文献３の教示に従い製造される材料複合体を用いた場合は、線条編成物の一定の形状を保証することは、この材料複合体では非常に困難であるために、特に幾何学的に複雑な形状空間では、はんだ付け箇所の正確な形成を保証することができない、というのも、周期的に繰り返す線条節間でしか最小の間隔を画定できないからである。

ＷＯ２０１１／１１２７２２Ａ１（特許文献４）では、拡散はんだのための他の材料が記載されている。この材料は、金属製キャリアテープ及びその両面上の薄く鉛フリーの軟質はんだ被覆層から構成され、後者は、時間集約的なはんだ付け工程において、できるだけ完全に金属間化合物に変換される。加えて、特許文献４に記載のように、必ず、少なくとも類似する熱膨張係数を有する原材料が接合される点を常に考慮する必要がある。

これは、時間集約的なはんだ付けプロセスの他に、異なる材料の異なる熱膨張係数のミスマッチを補償するセラミック中間層を有する基材上のみにはんだ付けできる、ＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ ｂｒａｚｅｄ（活性金属ろう付け））、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｐｐｅｒ ｂｏｎｄｅｄ（直接銅接合））またはＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｅｄ ｃｏｐｐｅｒ（直接接合銅））と称される、旧来のケイ素ベースの半導体構成要素の接合の際の大きな制限であり、その結果、これらの高価なセラミック製の基材しか材料として使用できない。加えて、同様に特許文献４に記載のように、接合するべき表面は、十分な濡れを保証するために、粗さ、うねり及び平坦さに関して別々に用意する必要もある。

本出願人により出願されたＤＥ１０２０１７００４６２６Ａ１（特許文献５）または対応するＷＯ２０１８／２１０３６１Ａ１（特許文献６）からは、更に、拡散はんだのための実証された鉛フリーはんだ箔及びそれの製造方法が知られており、それを用いて、金属製部材及び／または金属化及び／もしくは金属被覆部材、すなわち、はんだ付けするべき隣接する部材の金属製表面層を、軟質はんだに典型的なプロセス温度範囲内でかつ５分間未満のはんだ付け時間内で、その後に熱処理することなくかつはんだ付けの間に圧力をかけることなく、高融点接続域の連続層が４００℃超の再溶融温度を持つ金属間化合物の形で生じるように、互いに接続することができる。

この教示に開示された、拡散はんだ用の鉛フリーはんだ箔は、はんだ複合材料を含み、これは、軟質はんだマトリックスの鉛フリー軟質はんだ環境において、高融点金属成分のコンパクトな粒子だけが鉛フリー軟質はんだ中に完全に埋設され、その際、前記軟質はんだマトリックス中に分散分布した高融点金属成分のこれらの粒子が、箔厚さの方向で、３μｍから２０μｍの厚さを有するように、圧延クラッディングによって製造され、ここで、軟質はんだマトリック中でのこれらの粒子間の間隔は１μｍ～１０μｍであり、そして高融点金属成分の各粒子は、鉛フリー軟質はんだの１μｍ～１０μｍ厚の層によって全面が包囲されており、そしてこのはんだ箔は、加えて、接合すべき部材の金属製表面層に隣接する外側のジャケット層を有し、それの層厚は、２μｍから１０μｍでありそして軟質はんだからなる。

この鉛フリーはんだ箔を使用することにより、確かに、段階的はんだ付けの確実で費用的に有利な鉛フリーの設計を保証することができるが、しかし、この方策を用いた場合には、はんだギャップのためのより複雑な幾何形状の場合には特に、はんだ層の幾何学的制御は、例えばはんだ付けするべき部材がはんだ付け工程の時に傾くのを防止するためには可能ではない。

ＤＥ１０２０１３１１０８１２Ｂ３（特許文献７）に開示される教示から、並びにＤＥ２２２８７０３Ａ１（特許文献１）または対応するＵＳ３９００１５３Ａ（特許文献２）に開示される教示の一変形からは、高融点粒子を、はんだテープの表面上に付与し、そしてこれらの粒子を、次いでローラまたはリニアプレスによってテープの表面中に押し込んで、このようにしてはんだ材料を生成することが知られており、このはんだ材料も高融点粒子を含み、これは、後で、はんだ付けの後に均一なはんだ層厚さを保証するものである。

圧延またはプレスのこの製造方法は、この方策では、先に説明した方策の場合と同様に、圧延またはプレスによっては、粒子及び軟質はんだ材料の間に弱い結合力しか発生しないので、重大な欠点を招く。

圧延またはプレスによって生じる緩い結合では、輸送の際にまたはその他の取り扱いの際に、剥がれ落ちるまたは抜け落ちることによってはんだ付けプロセスの前に既に、高融点粒子が失われるというリスクが常にある。

加えて、粒子の表面は、それが溶融はんだ中に沈んだ時に初めてはんだで濡れ、これは、材料の量／数及び種類に応じて、ガス含有物を招き、このようなガス含有物は空洞のあるはんだ接続を必ず招き、これは、濡れ欠陥を原因として、接合箇所の無視できない弱化の結果となる。

例えばＤＥ３４４２５３７Ａ１（特許文献８）に記載された方策などの他の方策は、はんだ付け箇所のできるだけ均一な厚さを保証するために、高融点金属からなる金属布または構造化箔を使用する（これらの金属布または構造化箔の溶融温度は、関与する軟質はんだの溶融温度よりも高い）。

この際、これらの金属布または構造化箔は、はんだ付けの前に、軟質はんだの下または上のいずれかに配置される。

このような網状体を構造物の間に配置し、そしてはんだペーストを充填することも知られている。

網状体及び構造化箔を別々に設置することの本質的な欠点の一つは、はんだ付け工程の際にはんだをこれらに浸透させる必要がある点、または、これらを、先ず、接合するべき部材表面のうちの少なくとも一つと接触させるため、はんだによる濡れが妨げられる点である。

はんだ付けプロフィルは、これらの用途のためには、網状体及び箔の熱質量が一緒に考慮されるように設計される必要があり、このことは、新しいはんだ付けプロフィルの調節のための無視できない手間を意味し、これは、加えて、（技術水準において通常の）慣用の軟質はんだ付けプロフィルと比べてより長いはんだ付け時間も必要とする。

はんだ付け箇所を再設計するたびに、はんだ付けプロフィルを新たに適合させる必要がある。

この際、はんだ材料の浸透のための時間を考慮すること、並びに、網状体または型とられた箔を溶融はんだ中に沈めるための時間を勘案することも不可欠である。

この際、加えて、はんだ層の厚さに比して、網状体及び箔の厚さの設計の問題も常に存在する。

網状体及び箔の複雑さに応じて、非常に低粘性のはんだを選択する必要がある。

加えて、溶融はんだ材料中への網状体の沈降／沈没を保証するために、網状体の材料とはんだの材料との間の密度の差を考慮する必要がある。この際、しばしば生じる結果は濡れ欠陥であり、これは、熱伝導性を減少させ、並びにはんだ層の機械的安定性を、それ故、そうして生成されたはんだ付け箇所の信頼性を大きく損ねる／低下させる。

網状体または構造化箔は、予成形体（はんだ予成形体）に一体化されるのではなく、スタックの構築の際に緩く挿入されるために、これは、別個の取り付けステップを必要とし、このことは、追加的に、はんだ付けプロセスの全体的な製造時間を不可避に大幅に長くしてしまう。

ＷＯ２０１８／２０９２３７Ａ１（特許文献９）からは、はんだ材料が知られており、材料複合体によって形成されたはんだ付け箇所の熱伝導性を高める目的で、５μｍから２００μｍの直径を有する線条を、溶融または圧延によって軟質はんだテープに供している。

特許文献９には詳しくは記載されていないものの、キーワードで認識される材料の製造方法は、テープまたは箔中への線条の圧延押し込みを前提としているに違いなく、そのため、その製造方法を用いた場合には、線条の表面領域は、複合体の表面で暴露した状態になっている。

圧延押し込みでは、軟質はんだテープへの本当に強い、線条の材料接続的一体化は達成できない。

それにより、打ち抜き加工や曲げ加工などの後続の加工段階では、はんだ付けの前に、線条が軟質はんだから「離れる」リスクが常にある。

加えて、これは、はんだ付けの時に、線条が先ずは溶融軟質はんだ中に沈降／沈没する必要があり、その結果、空所及び濡れ欠陥が生じることを意味する。

従って、この方策においても、特許文献９に従い製造されるはんだ材料においても、雰囲気で満たされた小さな間隙、空隙などが常に残り、これらが、はんだ付けの時に、既に説明した欠点をもって空洞及び孔を招くという点で、既に記載したこれまで引用した全ての解決策に共通の欠点が存在する。

しかし、特許文献９で証明されている材料／はんだ予成形体は、線条を溶融はんだに加えることによっても製造することができる。

この際、（通常の線条／軟質はんだの組み合わせ（銅からなる線条、錫ベース軟質はんだ）の場合は）はんだ付けの前に既に、線条の無視できない部分が溶融軟質はんだ中で溶解した状態にある。

加えて、線条を溶融はんだに加えるこのような製造方法は、非常に製造集約的である、というのも、この場合、バー・キャスティング法などの断続的でかつ品質的に価値の低い成形方法しか考慮できず、連続キャスティングなどの連続的な方法を考慮できないからである。

特許文献９に記載の材料は、熱伝導性を高めるだけでなく、はんだ付け工程の時にはんだ層厚を制御するという有利な副作用を有することも目的としている。

これに関連して、現在の技術水準では、ベースプレートまたは冷却体と基材との間のパワー半導体モジュールのはんだ付け箇所は、熱機械的な長期安定性の理由から、熱抵抗を高めることはおざなりにして、２５０μｍから約４００μｍの厚さ／はんだ層厚で形成される点を確認しておく必要がある。

技術水準において通常のこれらの２５０μｍから約４００μｍのはんだ層厚のためには、特許文献９に記載の材料は全く適していない、というのも、２００μｍの線条径でさえ、部材が、（２５０μｍのはんだ層厚で）少なくとも５０μｍから（４００μｍのはんだ層厚で）最大で２００μｍだけ互いに対してなおも傾斜する場合があるからである。

すなわち、後者の場合には、予定のはんだ層厚の厚さの５０％だけ傾斜する。

しかし、この「はんだ付け箇所における傾斜」によって、線条を導入することで目指すこの発明の目的（課題）、すなわちはんだ付け箇所の熱伝導性の向上は解決できなくなる、というのも、傾いたはんだ付け箇所が、熱ホットスポットの形成の主要因であるからである。

加えて、熱機械的負荷にとって有利なはんだ接続は、一方では、ある一定程度で、より高温で安定でありかつより高融点の金属（Ｃｕなど）が封入された金属間化合物を含むべきであり、加えて同時に、なおも延性であり、耐クリープ性であり、すなわち熱負荷サイクルに対して無感応であるべきである。

ＤＥ２２２８７０３Ａ１ ＵＳ３９００１５３Ａ 特開２００４－１７４５２２号公報 ＷＯ２０１１／１１２７２２Ａ１ ＤＥ１０２０１７００４６２６Ａ１ ＷＯ２０１８／２１０３６１Ａ１ ＤＥ１０２０１３１１０８１２Ｂ３ ＤＥ３４４２５３７Ａ１ ＷＯ２０１８／２０９２３７Ａ１

それ故、本発明の課題は、
・はんだ付けプロセスの後でも、単純なまたは複雑な形であるかにはかかわらず、画定されたかつ再現可能な接合域形状の調節を可能とする、５０μｍから６００μｍまでの厚さを有する鉛フリーはんだ箔を開発することであり、この際、はんだ付けプロセスは、
・鉛フリー軟質はんだにとって典型的なプロセス温度範囲、すなわち好ましくは２５０から３００℃までであるが、但し、使用する軟質はんだの液相温度よりも２０から３０Ｋまで高いプロセス温度範囲においても、及び
・技術水準において鉛フリー軟質はんだにとって典型的な５分間未満の通常のはんだ付け時間で、
・並びに後続の熱処理なしに、
・また、はんだ付けの間に接合パートナーに対して押圧力を追加的にかけることもなく、
・並びにはんだ付けの時に調節するべき、はんだ付け炉中の雰囲気とは無関係に、行うことができ、及び、前記プロセスでは、接続域における孔及び／または空洞の形成は最小限にしつつ、高温耐性のはんだ接合が達成されるべきであり、かつ前記鉛フリーはんだ箔は、
・前段ではんだ付けされた領域の再溶融のリスクがある段階的プロセスにおいても、隣接する部材間の接続域の高い熱信頼性を保証するべきであり、及び
・加えて、幾何学的な寸法が非常に精密な幾何学的に正確な接続域を保証し、ここで、前記接続域は、
・追加的に、接続域全体の熱伝導性を大きく向上し、及び
・同時に、材料疲労の際の接続域における亀裂伝搬を阻止／食い止め、及びこの際、同時に、
・はんだ付けによって導入されるが、但し、部材の使用の間にも発生する熱応力を、それの延性の故に吸収し、そしてそれによって、ここに記載の方策を用いた全体的な作用関係において、
・実装及び接続技術の技術水準のはんだ材料を用いて形成された接続域と比べて、接続域の寿命を数倍長くする。

本発明によれば、前記の課題は、金属製部材及び／または金属化／金属被覆部材、すなわち隣接する部材の金属製表面層を、それ自体新規な方法で、
・鉛フリー軟質はんだに典型的なプロセス温度範囲において／中で、すなわち好ましくは２５０℃から３００℃までであるが、使用する軟質はんだの液相温度よりも２０から３０Ｋまで高いプロセス温度範囲における、
・技術水準において鉛フリー軟質はんだに典型的な、５分未満の通常のはんだ付け時間を用いた、並びに、
・はんだ付けの際に、はんだ付け炉中に調節すべき雰囲気とは無関係な、並びに
・接続域における孔及び／または空洞の形成を最小限にしつつ、高温耐性のはんだ接合を達成する、
はんだ付けプロセスにおいて互いに接続できる、５０μｍから６００μｍまでの厚さを有する鉛フリーはんだ箔（１）であって、前段ではんだ付けされた領域の再溶融のリスクがある段階的プロセスにおいても、隣接する部材間の接続域の高い熱信頼性を保証し、その結果、
・該はんだ箔を用いて保証するべき新規のはんだ接続の本発明の特性に基づいて、技術水準の前記の問題が解消され、及び
・本発明により可能なレイアウトに基づいて、特に電子機械的機能が統合されたスタックにおいても、将来に見出されるようなものも含めて複雑な幾何学的構造が可能である、
鉛フリーはんだ箔（１）によって解決される。

本発明によるはんだ箔（１）が、必要に応じて、後続の熱処理も、はんだ付けの間に接合パートナーに押圧力を追加的にかけることも必要としないことも重要である。

ここで、本発明において重要な点は、二つ以上の複合線条（３）を、それぞれ個々に、互いに並行にかつテープの辺に対して並行に、鉛フリー錫ベースはんだ、純錫、純インジウムから、またはインジウムをベースとする合金、例えばＩｎＳｎ４８のいずれかからなる軟質はんだマトリックス（２）中に、次のようにして、すなわち、複合線条（３）を、圧延方向に整列させた状態で、二つの軟質はんだ箔または二つの軟質はんだテープの間で、圧延クラッディングにより、（複合線条（３）の高さは含めずに求めた）テープ（６）の全初期高さと（埋設された複合線条（３）を有する）複合箔（１）の最終高さＨとの差からテープ（６）の全初期高さをベースとして求めた「初期テープの高さ減少率」が、３０％超から最大９５％までの範囲、好ましくは５０～８５％の範囲となるようにクラッディングし、それによって、軟質はんだマトリック中に材料接続的に配置することによって一体化することによって、はんだ箔（１）がコンパクトに構成されていることである。

また、圧延プロセスの後の複合線条（３）のコア（２）間の最小許容間隔が約５００μｍであることも重要である。それによって、はんだ付けの際及び使用中に、接合パートナーの異なる熱膨張係数の結果として発生する熱機械的応力を、弾性－組成変形によって相殺することができるように、金属間化合物で覆われた線条間に未だ申し分なく十分な程度で延性軟質はんだ体積が残ることが実現される。

同時に、この間隔があると、はんだ付けの時に、反応性雰囲気下に形成する反応生成物が、毛細管現象効果によって軟質はんだ体積内に保持されるリスクはなくなる。

更に、圧延プロセスの後に、複合線条（３）のコア（２）からはんだ箔の外へりまでの最小許容間隔が約５００μｍであることも特徴的である。

それにより、圧延クラッディングプロセスにおいてテープ辺の領域おいて生じる引っ張り応力が、複合線条（３）の材料接続的な一体化に対して不利な影響を持たず、そしてはんだ付けの状況において場合によってはそれによって生じる接着または結合欠陥が、多孔度の増加または空洞形成を招き得ないことが実現される。

この際、圧延プロセスの後の複合線条（３）のコア（２）同士間の最大間隔、及び複合線条（３）のコア（２）からはんだ箔の外へりまでの最大間隔は、使用される軟質はんだテープの幅にそれぞれ依存する。それによって、各々の用途に応じて、複合線条（３）の数及びテープ（６）の幅上でのそれの正確な位置決めは、先に記載した制限及び限界内において非常にフレキシブルにかつ個別に設計でき、従って、実装及び接続技術の全ての一般の課題に関して特定の方策を実行できることが実現される。

各々個別にかつテープ辺に対して平行に、圧延方向に沿って配向された複合線条（３）が、互いに平行に完全に材料接続的に、すなわち最大の接着強度をもってしっかりと軟質はんだマトリックス（２）中に一体化されている本発明によるこのはんだ箔を用いることで、後続の加工段階において、例えば箔の抜き打ちにおいて発生する力が、如何なる場合でも、コンポーネントの剥離を招かないことが保証される。

同時に、軟質はんだマトリックス（２）中での複合線条（３）の本発明による完全に材料接続的な一体化は、３０％超から９５％までの範囲の「初期テープの高さ減少率」での本発明による圧延クラッディングの後に、複合体の内部に空隙が残らないことを実現し、その結果、はんだ付けプロセスにおいては、本発明によるはんだ箔（１）からはもはやガスを除去する必要もなく、それにより、本発明によるはんだ箔（１）中の軟質はんだマトリックス（２）の軟質はんだは、常に、モノリス型の初期軟質はんだ材料が持つのと同じ技術的特性を有する。

しかし、はんだ箔（１）中にそれぞれ個別に配置された複合線条（３）が、コア（４）を有し、このコア（４）が、軟質はんだマトリック（２）と比べて融点がより高くかつ同時により強固な金属、または金属合金から、例えば銅もしくは銅ベース合金、銀もしくは銀ベース合金、ニッケルもしくはニッケルベース合金、金もしくは金ベース合金からなり、その周りには、他の金属または他の金属合金、例えば純錫もしくは錫ベース合金、またはインジウムもしくはインジウムベース合金からなるジャケット（５）が配置されていることも重要である。

この際、複合線条（３）のジャケット（５）が、複合線条（３）の全直径に対して２％から２０％までの層厚を有することが特徴的である。

本発明の更に別の重要な特徴の一つは、圧延クラッディング工程の後に、軟質はんだマトリックス（２）中でクラッディングされた複合線条（３）のコア（４）の少なくとも一つの上下に、軟質はんだ材料からなる更なる層が配置されており、これが、軟質はんだマトリックス（２）の領域と、複合線条（３）のジャケット（５）の層とから組成され、及び合計して、最も薄い箇所で、少なくとも５μｍであるが、最大で１５μｍ、好ましくは５μｍから約１０μｍまでである点にある。

本発明によるはんだ箔（１）は、軟質はんだからなる上側のテープ（６）、軟質はんだからなる下側のテープ（６）、並びにこれらのテープ（６）の間に存在する複数の複合線条（３）を、規定通りに、圧延クラッディングのためにローラ間隙に供給することによって製造される。

断面積を減少させるための形状変化を引き起こす力によって、本発明によるはんだ箔（１）の個々の要素が材料接続的に互いに接合されて材料複合体となることが実現される。

この圧延クラッディングプロセスから生じる、本発明によるはんだ箔（１）の形の材料複合体は、はんだ箔（１）のテープ長に対して横方向に、例えば、長方形の断面の外観を有し、それの軟質はんだマトリックス（１）内に複合線条（３）が材料接続的に埋設されている。

初期状態において円形または楕円形の横断面を有することができる複合線条（３）の材料及び線条形状の設計を、ローラ間隙の形状の調節との協調において初期状態のテープの形状のための特定の選択との組み合わせで用いると、はんだ箔の内部の多数の複雑な幾何学的配置を生成できる（以下、レイアウトと称する）。しかし、本発明による圧延クラッディングにより、最初は一般的に、第一の近似では多角形の幾何形状に相当する平坦な製品が常に生成される。

この際、個々の複合線条（３）間の間隔並びにローラ間隙幾何形状自体は、常に、規定通りにかつ再現可能に調節可能である。

軟質はんだ箔または軟質はんだテープ及び複合線条の形の「疑似連続半製品」が出発製品として使用されるために、本発明によるはんだ箔（１）の製造方法は非常に効果的でありかつ経済的である。

本発明によるはんだ箔（１）では、全ての材料が完全に材料接続的に接合されておりかつ雰囲気が充填された間隙、空隙などは残っていない複合体が存在する。

それにより、本発明によるはんだ箔の輸送の際または本発明によるはんだ箔を用いたその他の取り扱いの際の該複合線条の脱落または位置ずれまたはその他非局在化は、完全に排除される。

本発明に従い円形のまたは楕円形の複合線条断面のみを半製品として使用することによって、これらの半製品形状が、圧延クラッディングの際に、常に非常に良好に、軟質はんだ流により「包囲」されることが保証される。

複合線条（３）が圧延クラッディング工程において完全に囲まれることによって、本発明によるはんだ箔（１）を用いたはんだ付けの際の空洞及び孔挙動は、モノリス型はんだ箔またはそれから製造されたはんだ予成形体ではんだ付けする時と同じように僅かである。

同時に、圧延クラッディングの時に複合線条とテープ（６）の軟質はんだとの間に発生する応力状態は、テープ（６）の変形能を超えるようなことには繋がらない。

変形能とは、材料中に応力を発生させる外力の影響下に、その形状が塑性的に十分な程度で変化し、その際、「材料凝集」が失われないまたは初めて生じ得ることのない、材料の能力である。

本発明による圧延クラッティング法による軟質はんだ中への複合線条の本発明による一体化の結果、いずれの場合も複合線条は、軟質はんだにより完全に包囲される。

それ故、本発明では、はんだが溶融状態になると、部材表面全てが直ちに完全に濡れ、従って、濡れ欠陥を完全に排除できることが保証される。

しかし、本発明による方策を用いた場合、はんだ間隙の非常に複雑な幾何形状にも適合できるように、一体化された複合線条（３）をそれの断面幾何形状に関して意図的に不均一に設計することもできる。

はんだ間隙のこのような非常に複雑な幾何形状は、例えば、基材とベースプレートまたは冷却体との間のはんだ間隙の凹型または凸型の形状を有するパワー半導体モジュールの構成に関連して、現在求められている。

しかし、本発明によるはんだ箔を用いた場合には、更に一層複雑な幾何形状を、実装及び接続技術において実現可能である。

これは、モジュールが、電気的機能の他に、機械的機能も担うべきであり、そしてもはや通常の「平坦な」構成ではなく、複雑な３Ｄ構造で設計しなければならなくなる場合には、将来必要となるであろう。

軟質はんだマトリックス断面形状の幾何学的設計の自由な選択の結果、及びそれらに一体化された複合線条（３）の形状及び数の自由な選択との組み合わせで、レイアウトには殆ど制限がない。

本発明によるこのはんだ箔（１）からは、次いで、打ち付きによってまたは打ち抜き－変形複合プロセスによって、対応する使用幾何形状のための様々な予成形体（８）、いわゆるはんだ予成形体（８）を費用的に有利に製造することができる。

本発明によるはんだ箔（１）を使用することによって、技術水準において軟質はんだにとって通常のはんだ付けプロフィルを用いた慣用の鉛フリー軟質はんだプロセスにおいて、軟質はんだにとって典型的なプロセス温度範囲、すなわち好ましくは２５０°から３００℃であるが、使用する軟質はんだの液相温度よりも少なくとも２０から３０Ｋまで高い範囲において及び５分間未満のはんだ付け時間内で、例えば約２８０℃までのはんだ付け温度で及び５分間のはんだ付け時間内で、その時のはんだ付け工程において、冶金学的効果の結果として、複合線条のジャケット領域中、その上及びその下での軟質はんだカラムから、各々の複合線条（３）のコア（４）周りのより高融点の金属間化合物への変換が、比較的高融点の金属間化合物から接続するべきコンポーネントまでの完全なブリッジが形成されるように起こり、この際、はんだ付けの後に、複合線条（３）のコア（４）の周りの接続域（１３）中の正確に画定された横断面領域の範囲において、比較的高融点のしっかりしたブリッジのみが配置される。本発明では、はんだ付けプロセスの後に、これらのしっかりとしたブリッジの間に及びそれらの隣に、元の軟質はんだマトリックの軟質はんだ材料が接続域（１３）中に更に配置されている。

本発明においてはんだ付けプロセス中に形成される比較的高融点の強固なブリッジ、すなわち接合するべき部材間の材料接続的な接続の本発明による領域は、これらのブリッジに隣接する軟質はんだマトリックスの軟質はんだ材料と比べて、本質的により高い強度を有するが、それに加えて、はるかにより高い再溶融温度を有する。

従って、本発明において金属間化合物から形成されるブリッジは、従来の軟質はんだを使用した段階的はんだ付けの時に生じる実装及び接続技術の二つの基本的な問題を解決する。

第一に、接続すべきコンポーネント間に本発明に従い形成された「高温安定性の」ブリッジは、段階的はんだ付けプロセスにおけるこれらのコンポーネントの位置ずれを防止／減少する、というのも、本発明に従い形成されるブリッジは、はんだ付けプロセスにおける温度ではもはや溶融できないからである。
しかし、本発明では、これらのブリッジは、それらの比較的高い機械的安定性の故に、はんだの材料疲労の時に、亀裂伝搬がこれらのブリッジにおいて食い止められる／阻止されることが実現される。

亀裂阻止要素として機能するこれらの非常に強固なブリッジ間には常に延性の軟質はんだマトリックスが配置されているために、本発明によればこれらは、追加的に、接続域中に生じる応力の過負荷を、塑性変形によって消散することを同時に可能にする。

同時に、これらの非常に強固なレール様ブリッジは、「脱ガス開放（ｅｎｔｇａｓｕｎｇｓｏｆｆｅｎｅｒ）」領域を、「レール」の横に／に沿って、または隣接する「レール」の間に及び隣接する部材の接合するべき表面間に、はんだ付けの時に残し、前記領域は、一方では、接合パートナーの接合するべき表面上に（すなわち、部材（例えば、セラミック製基材（９）、ベースプレート（１０）、及びはんだ箔（１）の接合するべき表面）の接合するべき表面の間に）はんだ付けの時に生じる反応生成物（すなわち、はんだ付けに使用される還元性媒体及び接合パートナーの表面酸化物から反応生成物として形成されるガス（水蒸気または類似物））を、接合パートナーのこれらの表面の領域から脱ガスすることを可能とし、かつ他方で、大概は（粗さ、うねり、条溝、引っ掻き傷などの結果として）接合するべき表面の理想の表面からは外れる幾何形状の理由から、後ではんだ付けの時に漏れ出る虞のある「雰囲気」を形成する、接合パートナーの表面間に存在する空隙を可能にする。

全体では、本発明による方策を用いると、全く新しいタイプのはんだ接続が生成され、これは、はんだ付け箇所の正確な幾何学的制御という利点の他に、段階式はんだ付けにおいて、はんだ付け工程のプロセス実行を本質的に改善しかつ追加的に、材料疲労を同時に抑え、この際、本発明によるはんだ箔（１）を用いて生成された接続域（１３）の耐用期間は、実装及び接続技術の慣用のはんだ材料を用いて生成された接続域（１３）と比べて、明らかにより良好（より長い）。

本発明の有利な態様、細目及び更なる特徴は、下位の請求項及び本発明の実施例の以下の説明から明らかとなろう。

以下、本発明を、本発明による方策の六つの図に関連して更に詳細に説明する。

図１は、本発明によるはんだ箔１を製造するための本発明による装置を示す。 図２には、はんだ付けプロセスの前に基材９とベースプレート１０との間に配置されている本発明によるはんだ箔１からなるはんだ予成形体が断面で示されている。 図３は、軟質はんだ付けプロセス直後の図２に示す装置を示す。 図４は、連続運転でより長く使用した後の図３に示した装置を示す。 図５には、軟質はんだマトリックス２中に一体化された二本の複合線条３を有する、本発明によるはんだ箔１から製造されたはんだ予成形体８が立体的に示されている。 図６は、軟質はんだマトリックス２中に一体化された三つの複合線条３を備えた、本発明によるはんだ箔１から製造されたはんだ予成形体８を立体的に示す。

図１は、本発明による鉛フリーはんだ箔１の製造のための本発明による装置を示す。

先ず、出発材料は、図１に示すように、脱脂した及び汚れのない表面品質で存在する、軟質はんだからなる二つの箔またはテープ６である。

改善された次の加工のためには、これらのテープ６は、外側の弾性不動態層を除去し及び加えて、後で行われるローラ間隙中での接続に必要な表面粗さを有するようにするために、圧延クラッディングの前にブラシかけすることができる。

これらの箔またはテープ６は、先ず、はんだ材料からなる下側のテープ６がローラ間隙に通板されるように、圧延スタンドのローラ７の入口側に配置される。

次いで、有利にはリールに巻かれた状態で存在する複合線条３を、対応する巻出シャフトの中央に取り付ける。

複合線条３は、円または楕円の横断面の形で存在することができる。

はんだ箔１中に一体化するべき複合線条３の数に応じて、これらを、圧延スタンドの入口側でテープ間に配置する。

簡単なレイアウトの場合には、一体化するべき複合線条の数は二本である。
しかし、より多くの複合線条３、例えば五本以上の複合線条３を、本発明のはんだ箔１に使用することもできる。この際、これらの複合線条３の幾何形状、並びにそれらの太さは、異なるように選択することができる。

簡単な例の一つは、二本の複合線条、円形の出発形状及び同じ直径を使用することを企図する。

より複雑な例では、異なる形状及び中でも異なる直径の三本以上の複合線条を使用することもできる。

圧延クラッディングプロセスの後に軟質はんだマトリックス２を生成するテープ６のための出発材料としては、全ての通例の鉛フリー錫ベース合金、特に、Ｓｎ； ＳｎＡｇ３．５； ＳｎＣｕ３； ＳｎＣｕ０．７； ＳｎＳｂ５； ＳｎＳｂ８； ＳｎＡｇ０．３Ｃｕ０．７； ＳｎＡｇ１Ｃｕ０．７； ＳｎＡｇ３．８Ｃｕ０．７； ＳｎＡｇ３．０Ｃｕ０．５； ＳｎＡｇ０．４Ｃｕ０．５が考慮される。

しかし、インジウムをベースとする金属及び合金、例えば純インジウムまたはＩｎＳｎ４８も使用することができる。

コア４には、なかでも、純銅及び銅ベース合金、純銀及び銀ベース合金、並びにニッケル及びニッケルベース合金からの全ての金属及び合金が考慮され、これらは、なかでも、使用するべき軟質はんだ箔のための錫ベース合金と組み合わされる。しかし、材料の組み合わせにとって費用集約的な例となってしまうが、金及び金ベース合金も、インジウムベースはんだと組み合わせて使用することができる。

圧延クラッディングの時の接続工程の場合、また拡散はんだ付けプロセスの場合でも、これは、複合線条３のジャケット５が、コア４とは異なる金属からなることを特徴とする。

コア４の金属と比較して非常に脆弱なジャケット５のへり層（特に酸化錫類）は、圧延クラッディングプロセスの際のテープ６への接続の形成を支持する、というのも、ジャケット５のこれらの脆弱な層は、僅かな変形時に既に破け、それによって、接続に適した材料のためのスペースが、ジャケット層の内部に開けられるからである。

この場合、複合線条３のジャケット５が、電気的にまたは金属溶融物中にコア４を浸漬することで生成されたかは重要ではない。

ジャケット層の厚さは、複合線条３の全直径の太さの約２％から２０％までであることができる。

各々使用された複合線条３のコア４の周りの「拡散はんだ付けされた領域」としては、技術水準に従い形成される金属間化合物またはそれらの組み合わせが、使用される材料の選択に依存して、より高融点の相として発生する。

≧４００℃の金属間化合物の再溶融温度を達成するためには、銅条線、銀条線またはニッケル条線からなる複合条線３のコア４との、軟質はんだマトリックス２としての錫ベースはんだ、あるいはニッケル線条または金線条からなる複合線条３のコア４との、軟質はんだマトリックス２としてのインジウムベースはんだなどの材料組み合わせが常に望ましい。

この際、各々のはんだ付けプロフィル、すなわちはんだ付け工程の時の温度－時間レジームは、鉛フリーの軟質はんだに典型的なプロセス温度範囲、すなわち例えば約２８０℃までの温度範囲及び５分間未満のはんだ付け時間の各々の材料の組み合わせにとって技術水準において通例のはんだ付けプロフィルに常に相当する。

本発明によるはんだ箔１の図１に示される実施形態は、中央に非常に細い複合線条３を示し、それの両側には、隣接した二本のより太い（ここでは同じ太さの）複合線条３が配置されている。この実施形態は、凹状のはんだ間隙が後で形成されるようにするためと、及びはんだ付けの後にできるだけ高い幾何学的精度を保証するために使用される。

しかし、後のはんだ間隙の幾何形状に対する要求に応じて、異なる直径を有する任意の数の複合線条３を使用することもできる。

図１によれば、複合線条３は、次のプロセスステップにおいてガイドツールに、次いでローラ間隙に通板し、そしてこの際、既に通板された下側テープ６に対して位置合わせされる。

前記ガイドツールは、後続の圧延クラッディングにおいて、複合線条３が、所望の箇所でのみクラッディングされ、それ故、複合線条３間の間隔並びにはんだ箔１の長手の辺までの複合線条３の間隔も画定することを確実にする。

複合線条３がこのようにして下側テープ６に対して位置合わせされた後、これらを、ローラ７の入口側に機械的に固定する。

次に、ローラ７間のローラ間隙中で複合線条の上に入り込む上側テープ６をローラに通板し、次いで下側テープ６に対して辺と辺とを位置合わせする。

軟質はんだからなる同じ幅の箔またはテープ６を使用することが有利である。

連続的プロセスのためには、使用される材料が、巻回された形、いわゆるコイルとして使用されることも同様に合目的的である。

テープ６及び複合線条３が所望の配置でローラ間隙に通板した状態で存在した後は、ローラ間隙は閉じられる。

ローラ間の最小の間隔を調節することによって、結果として生じる材料複合テープの厚さが調節される。

ここで圧延プロセスが開始されると、ローラ間隙中での金属の可塑化の結果、はんだの比較的軟質の材料が、より強固な複合線条３の丸みを帯びた領域の周りに流れ、そこで成形し、そして互いに再び接続し、その結果、材料接続的な材料複合体、すなわち本発明によるはんだ箔１が繋ぎ合わされる。そのために圧延クラッディングの時に必要な「初期テープの高さ減少率」（テープ６の（複合線条３の高さは計算に入れずに求めた）全初期高さと、（埋設された複合線条３も含めた）複合箔１の最終高さＨとの差（すなわち、差し引き）から、テープ６の全初期高さに対する商として百分率で求められる）は、はんだ箔／はんだテープに及びそれぞれ使用された、個別に及び互いに平行に、及びテープ辺に対して平行に、圧延方向に沿って配向された複合線条に使用された材料の選択に依存して、（初期テープの全高さの）３０％超から９５％までの範囲である。

例えば、複合線条３の出発材料として、丸い線条が使用される場合は、これは、ローラ間隙中で変形が進行すると、楕円形の幾何形状に近似していく。

既に説明したように、既に楕円形の複合線条３を出発材料形として使用することもできる。

クラッドの形成の際には、複合線条表面の丸みを帯びた形が重要である。

本発明による方策の枠内においては、顕著な辺形状を有する複合線条断面幾何形状は使用されない。

複合線条３のジャケット表面の丸められた形状の場合のみ、軟質はんだマトリックス２の比較的軟質の材料が、変形工程において複合線条３の周りに材料接続的に流れ、しかも、この際、物質流のあまりに大きな抵抗にあうこともない。

この際、軟質はんだマトリックス２のはんだ材料は、複合線条３が包囲される箇所で、非常に大きな局所的な変形度に曝されている。

複合線条３の表面の丸い形は、はんだの物質凝集を失うことなく（破壊／亀裂）、複合線条の包囲を改善し、そしてこのようにして初めて、非常に太い複合線条３、例えばはんだ材料からなる（初期）テープ６の厚さの２．５倍の直径を有する複合線条３を、複合体の内部または外部の損傷を見込むことなく、材料接続的に一体化し得ることが可能になる。

こうすることでのみ、クラッディング工程の後に一体化された線条コア４の少なくとも一つの領域の上下に位置しそして拡散はんだ付けに要求される、５μｍから最大でも１５μｍの軟質はんだの必要な非常に薄い層も達成することができる。

本発明によるプロセスフローの枠内では、非常に異なる太さの複合線条３、あるいは最も太い複合線条３の元の直径の僅か三分の一に相当するかまたは例外的なケースでは更により細い複合線条３でも、それらをはんだマトリックス中に一体化することに何の問題もない。

一体化された複合線条３のコア４のためには、異なる合金も使用することができる。

例えば、異なる強度の銅合金または異なるひずみ硬化度を有する純銅である。

異なる強度の合金を使用する背景は、異なる複合線条３は、また、はんだと比較して、圧延クラッディングの際に異なる程度で変形されるということである。

より軟質の線条コア合金を用いた複合線条３は、圧延クラッディングの際に、より平坦にかつ一層より楕円形となり、そしてより強固な金属及び合金と比べると、総複合体の高さがより低くなる。

すなわち、異なる強固さの合金を選択することによって、本発明によるはんだ箔１の異なる幾何学的レイアウトを生成することもできる。

テープ６、軟質はんだマトリックス２及び複合線条３のために使用される金属に応じて、改善された変形可能性を達成するためには、出発材料を圧延クラッディングの前またはその最中に加温する必要がある場合がある。

また、はんだ箔１は、次の圧延ステップにおいて、更により薄いはんだ箔１に圧延することができる。

同様に、本発明による方策は、望ましいはんだ付け箇所のためのはんだ箔１の非常に正確な事前分割を行うためには、こうして生成された本発明によるはんだ箔１から、はんだ予成形体を製造することを企図する。これは、例えば、打ち抜き、レーザー切断、マイクロエッチングまたは従来のせん断方法などの方法によって行うことができる。

更に、分割及びそれと同時の変形（深絞り、エンボス加工）を含む複雑な幾何形状のはんだ予成形体を製造するための複合法も使用することができる。

強く傾斜したはんだ付け箇所は、均一な厚さの層よりも、機械的に破損し易く及び望ましくないホットスポットの形成を招き易いことは知られているために、多くの用途は、できるだけ太い状態ではんだ箔１中に存在しかつこの際、互い間の正確な間隔で設計される、二本の同じ高さの複合線条３しか必要とせず、例えばはんだ予成形体中では、複合線条はできるだけ辺に近いところで統合された状態で存在する。

こうして、はんだ付け工程において、コンポネーネントの傾斜が防がれ、そして非常に均一なはんだ層が保証される。

図２は、はんだ付けプロセスの前の断面図を示しており、本発明による鉛フリーはんだ箔１からなるはんだ予成形体８が、ここで提示する実施例で使用される、ＤＣＢ、ＤＢＣまたはＡＭＢとも知られるセラミック製基材９と、ベースプレート１０との間に配置されている。

本発明によるはんだ箔１からなりそしてはんだ箔１から打ち抜かれたこのはんだ予成形体８は、本発明によれば、当該実施例においては鉛フリー錫ベースはんだからなる軟質はんだマトリックス２中で、二本の複合線条３がクラッディングされ、すなわち軟質はんだマトリックス中にコンパクトに一体化され、そして本発明によれば、前記複合線条３が、軟質はんだマトリックス２よりも高融点でかつ同時により強固な金属または金属合金、ここでは銅からなるコア４を有し、そしてこのコア４の周りには、他の金属または他の金属合金、ここでは錫ベース合金からなるジャケットが配置されているように構成されている。

本発明によれば、「積層体（ｓｔａｃｋ）」が生成された後、この構成物は、軟質はんだ付けプロセスにおいて、軟質はんだ付けプロセスに典型的なはんだ付けプロフィルを用いて、軟質はんだに典型的なプロセス温度範囲（すなわち、約２８０℃までの温度で）かつ５分間未満のはんだ付け時間で加熱し、そしてこの際、軟質はんだマトリックスが溶融状態に変化する。

これは、例えば技術水準において通例のように、真空炉中で、大概は還元性ガスの作用下に行うことができる。

この際、この溶融はんだは、それと接触している表面上に広がる。

この際、本発明によれば、図３に示されるように、複合線条領域からの金属原子と溶融はんだからの金属原子との間の拡散過程に基づいて、複合線条周りから隣接する部材表面まで（すなわち、基材９及びベースプレート１０まで）達する、はんだと濡らすべき材料との間に位置する拡散域、すなわち、新しい化学組成、すなわちいわゆる金属間化合物１１を有する領域が形成する。

モノリス型の軟質はんだではんだ付けされた接続域は、軟質はんだ付けの後に横断面で見ると、はんだ付け前と同じ化学組成を有する、出発構成分からなる接続域を示す。

これに対して、本発明によるはんだ箔１を用いてはんだ付けした場合には、前記軟質はんだ付けプロフィルを用いた軟質はんだ付けプロセスにおいて本発明において進行する、複合線条３と液状軟質はんだ溶融物との間の拡散過程の故に、化学的に変化した組成の領域がコア４の周りに形成する。

本実施例においては、はんだマトリックスとしては、ＳｎＣｕ３はんだが使用される。

複合線条３は、コア４は合金化されていない純銅からなり、そしてジャケットは、錫ベース合金からなる。

軟質はんだ付けの間に、本発明では、これらのコア４の周りに、Ｃｕ３Ｓｎ及びＣｕ６Ｓｎ５からなる金属間化合物が形成する。

へり側で一体化された複合線条の楕円形のコアと接合するべき領域の表面との間の間隔は、本実施例では最も薄い箇所では、僅か５μｍから最大でも１５μｍであるため（本実施例では１２．５μｍ）、これらの領域は非常に迅速に金属間化合物により占められる。

この際、コア４の周り、及びコア４と基材９との間、並びにコア４とベースプレート１０との間には、金属間化合物１１からなる図３に示すブリッジが形成する。

これらの金属間化合物１１は、より高い強度及び硬度、並びに使用される軟質はんだマトリックス２よりも高い融点（金属間化合物１１の融点は、それぞれの場合に使用される材料に依存し、大概は≧４１５℃である）を特徴とする。
基材９とベースプレート１０との間の接続域は、本発明によるはんだ箔１でのはんだ付けの後には、モノリス型の軟質はんだ材料を用いたはんだ付けと比べて、延性の軟質はんだからなるだけでなく、一方では、非常に強固な温度安定性の金属間化合物１１からなるブリッジから及び他方で、これらのブリッジに隣接する、軟質はんだマトリックス２の延性の軟質はんだからもなる。

一つの材料において組み合わされるこれらの特性は、材料学では「靱性」と称される。

このアセンブリの完成後は、これは一般的に通常通りに使用され、この際、半導体素子において生じる電力損失は、基材９及び技術水準の各々の軟質はんだ接続域を介して、熱の形でベースプレート１０に導出される。

この際、個々の部材の異なる材料は、それらの各々の熱膨張係数に従って、異なる強さで膨張する。

一般的に通常のように、作動を短時間または長時間中断した場合、半導体素子からの熱の形の電力喪失はもはや放出されず、その時に材料は冷えて収縮する。

これらの絶え間ない熱負荷サイクルの結果、異なる膨張のために、材料中に応力が発生する。これらは、特に、接続域のへり領域に集中して生じる。

接続域のこれらのへり領域は、多数回の熱負荷サイクルの故に、使用時間にわたって強い負荷を受ける。

これに関しては、はんだの劣化とも称される。

通常のモノリス型軟質はんだ接続では、初期段階では、はんだ付け箇所／接続域の辺領域のみが亀裂によって損害を受ける。

初期段階では、部材全体の機能性はなおも制限されない。

慣用の軟質はんだ接続では、更なる連続作動中に、接続域の軟質はんだ中のこれらの亀裂は、パワー半導体素子が搭載されている領域の下まで成長する。

その場合、放熱は非常に悪くなる場合がある。

その結果、半導体素子は、高温になり過ぎ、アセンブリ全体の機能不全を招く。

本発明による方策を用いて軟質はんだ付けプロセスで形成される新しいタイプのはんだ接続を用いることにより、今や、技術水準と比べて、アセンブリ全体の、例えばパワー半導体モジュール全体の本質的により長い耐用期間を保証することができる。

図４は、より長い連続作動の後の、（パワー半導体モジュールに関連した）図３に示す本発明によるはんだ接続を示す。

この図からは、本発明による方策を用いた場合に、亀裂１２の更なる成長がどのように防がれるかが明らかである。

延性の軟質はんだマトリックス２は、金属間化合物１１からなる安定したブリッジと共同して、接続域１３の中央において熱応力の最適な消散を保証する。
それでもなお、多数の熱負荷サイクルの後には、軟質はんだ材料の疲労現象の結果として、接続域１３のへりに亀裂１２が形成される場合がある。

これに関連して、図４に示すように、今や、本発明に従い銅線条３の周りに形成された非常に強固な金属間化合物９からなるブリッジが、これらの亀裂１２の更なる伝播を防止することを実現する。

それ故、複合線条３が、はんだ予成形体８の辺／へりにできるだけ近い位置でまたは必要な限り近い位置で一体化され、それによって、半導体素子の設置場所の領域の下での亀裂（伝播）を防止することが必要であり、かつ必然的に有利である。

加えて、はんだ箔１中でクラッディングされかつ銅、銀または金からなるコア４が一体化されている複合線条３の結果、それを包囲する軟質はんだと比べて、接続域１３の熱伝導性の更なる大きな改善が同時に保証され、それによって、パワー半導体モジュールの耐用期間がさらにまた大幅に長くなる。

本発明により大幅に向上した放熱の結果として、アセンブリ全体の作動温度が更に低下し、また、それによって、熱機械的応力の発生が更に大幅に低減される。

図５及び６には、本発明による異なるはんだ箔１から製造された二つの異なるはんだ予成形体８が立体的視界で示されている。

図５は、はんだ付けプロセスの後の均一なはんだ層厚を保証するために、軟質はんだマトリックス２中で一体化／クラッディングされた二つの複合線条３を備えた、本発明に従うはんだ箔１から製造されたはんだ予成形体８を、立体的視界で示している。

例えば、裏面が金属化された半導体素子をＣｕ－セラミック基材上にはんだ付けするためには、本発明によるはんだ箔から製造されそして例えばＢ＝１５ｍｍ×Ｌ＝１５ｍｍの寸法を有する、図５に示されたはんだ予成形体８が使用される。

本実施例では、高さＨ＝１００μｍの接続域１３が保証されるべきである。
半導体材料は顕著なたわみを持たず、そして基材も同様に、この範囲の広がりにわたって、平らな表面形状からの顕著な逸脱を示さないために、はんだ付け箇所は、へり側にある同じ高さの二つの複合線条３で安定化すれば十分である。
この目的に必要なはんだ予成形体８は、以下のように製造される、本発明によるはんだ箔１から作製される。

出発材料としては、厚さ０．３４０ｍｍ及び幅７０．０ｍｍのＳｎＣｕ３からなる二つの軟質はんだテープ６が、錫からなるジャケット５を有する銅からなるコア４を有する別々に案内された六本の複合線条３と組み合わせて使用される。

テープ６及び複合線条３は、既に説明したように、然るべきガイドツールによりローラ間隙に供給され、そしてこの際、テープ６及び複合線条３は、軟質はんだテープ６が、互いにぴったりと重なり合ってローラ間隙中に入りかつ複合線条３が、それらの間に正確に間隔をあけて配置されるように、互いに位置合わせされる。

この際、個々に走行する複合線条３は、１０．０ｍｍの間隔で互いに位置合わせされる。

テープ辺までの間隔も同様に１０．０ｍｍに設定される。

複合線条３は、コア４が５００μｍの直径を有する硬引銅からなり、そして５～２５μｍ厚の錫のジャケット５を有する。

この複合材は、２２０μｍの太さでクラッディングされ、そして後続の二回の圧延パスで１００μｍの最終太さまで低減される。

本発明によるこのはんだ箔１からは、今や、一回の打ち抜きストローク当たりで、１５．０ｍｍ×１５．０ｍｍの寸法の三つのはんだ予成形体を、幅方向に連続的に打ち抜くことができる。

この際、打ち抜きツール及びパンチの位置は、パンチからテープ辺までの間隔が７．５ｍｍとなり、そしてパンチの間に５ｍｍの間隔があるように設計される。

そうして、予成形体／はんだ予成形体８がはんだ箔１から打ち抜かれ、その際、一体化された二本の複合線条は、それの外辺まで２．５ｍｍの間隔を有する。

これらのはんだ予成形体のうちの一つの幾何学的構造を図５に立体的に示す。

この際、はんだ予成形体８の高さＨは０．１００ｍｍであり； はんだ予成形体８の幅Ｂは１５．０ｍｍであり、はんだ予成形体８の長さＬは１５．０ｍｍである。

楕円の幾何形状に変形された複合線条３は次の寸法を有する； すなわち、長径は約４３０μｍであり、そして後に均一なはんだ層厚の制御のために決定的に責任のある短径は約８４μｍの延びを有する。

本発明によるはんだ箔１（高さＨ＝１００μｍ）中でクラッディングされた複合線条３上の軟質はんだ柱／軟質はんだ厚は、最も薄い場所で約８μｍである。

これらの約８μｍ厚のはんだ層は、本発明によれば、はんだ付けの時に、軟質はんだに典型的な軟質はんだプロフィルを用いて、すなわち、軟質はんだに典型的なプロセス温度範囲を用いて約２８０℃までの温度範囲で及び５分間未満のはんだ付け時間において、より融点が高い金属間化合物、この場合はＣｕ６Ｓｎ５及びＣｕ３Ｓｎに変換される。

この際、本発明によれば、はんだ付けプロセスの間に統合される両複合線条３に沿って、基材表面の方向にだけでなく、半導体の裏面の金属被覆の方向にも、より高融点の金属間化合物の完全なブリッジが形成され、これは、なかでも線条のコアと共同して、基材に対するはんだ付けされた半導体素子の傾斜を回避すること、かつ同時に、輸送のための、並びに次の炉室中での後続のはんだ付けプロセスのための基材に対する半導体素子の非常に正確な固定が保証されることを確実にする。

前記の後続のはんだ付けプロセスでは、例えば、半導体素子と接続された基材９が、更に冷却体とはんだ付けされる。

この際、本発明による方策は、次の炉室への輸送の際にも、次のはんだ付けプロセスの際にも、前段で基材９と既にはんだ付けされた半導体材料が「位置ずれ」し得ないことを実現する。

ここに提示される本発明を用いることにより、クラッディングされた複合線条３周りの領域のみが、より高融点の強固な金属間化合物１１に変換される方策が提示される。

接続域１３の残部は、元の組成のままの軟質はんだからなる。

それにより、接合時に及び使用条件下に発生する熱機械的応力を、延性の材料挙動によって相殺する十分な領域が存在する。このようなことは、大部分が脆弱な金属間化合物１１からなりそしてはんだ付け工程の際に既に、半導体素子の機能不全を招く虞のある接続域１３との組み合わせでは可能ではない。

図６は、軟質はんだマトリック２中に一体化された三本の複合線条３を有するはんだ予成形体８を示す。

このはんだ予成形体８を用いることで、凹型のはんだ付け箇所が「基材９とベースプレート１０とのはんだ付け」の間に安定化され、これは、予め曲げられたベースプレート１０と、属する双凸基材９との使用の故に生じる。

この際、辺に近い所で一体化された太い二本の複合線条３は、基材９のできるだけ小さい傾斜を、それ故、接続域１３における約１８０μｍのできるだけ均一なはんだ層厚を保証する。

中央に配置された比較的細い第三の複合線条３は、凹型のはんだ付け箇所を安定化する。

本発明によるはんだ箔１の製造のためには、０．４７０ｍｍの厚さ及び７０ｍｍの幅を有する、ＳｎＡｇ３．５製のブラシかけした二枚のテープ６、並びにジャケット５としてのコア４のガルバニック錫被覆を備えた、コア４のための材料としての銅を有する三本の複合線条３が硬引状態で使用される。

へり側に配置された両複合線条３は円形であり、圧延クラッディングの前に０．８ｍｍの外径を持ち、そして錫からなるジャケット５の層厚は約２５μｍである。

第三の複合線条３、すなわち中央の複合線条３は、０．５５ｍｍの直径を持ち、そして同様に、約２５μｍ厚の錫からなるジャケット５を有する。

ブラシかけされた下側テープ６は、繰出機からガイドツールを過ぎて、開いたローラ間隙を通して通板し、そして巻取装置に送る。

中央の複合線条３は、リールからガイドツールを通して通板し、そしてブラシかけした下側テープ６に対して正確に中央に位置決めされる。

中央の複合線条３は、出口側に固定される。

その後、０．８００ｍｍの外径を有するへり側の一つの複合線条３をリールから繰り出し、そしてガイドツールを通して通板し、そして中央を走行する複合線条の右側に配置する。

中央に案内された複合線条までの間隔は、この実施例では２０ｍｍでとなる。

それによって、複合線条の下側にあるＳｎＡｇ３．５テープ６の右側へりまでの間隔は１５ｍｍとなる。

テープ６の中央の左側に走行しそして同様に０．８００ｍｍの直径を有する第三の複合線条３は、リールから繰り出して、ガイドツールを通して通板し、そして中央を走行する複合線条に対して同様に２０ｍｍの間隔で配置する。

中央の左側及び右側に走行する複合線条３は、同様にローラの出口側に固定される。

最後に、上側のＳｎＡｇ３．５テープ６は、横方向の配置から、下側のＳｎＡｇ３．５テープ６と合同となるようにして、この場合も同様にガイドツールを過ぎてローラ間隙に通して通板する。

この際、ローラ７間のローラ間隙は、０．３５０ｍｍの厚さを有する本発明によるはんだ箔１が生じるように調節される。

この際、ＳｎＡｇ３．５箔の間の円形の複合線条横断面は成形され、そして軟質はんだによって包囲される。

連続して続く二回の圧延パスにより、本発明によるはんだ箔１の厚さは、更に１８０μｍまで減少する。

こうして製造された本発明によるはんだ箔１は、ＳｎＡｇ３．５からなる軟質はんだマトリックを用いて、高さＨ＝０．１８ｍｍ及び約７０ｍｍの幅を有する長方形の断面を有する。

楕円形に圧縮／変形された複合線条３は、長方形の横断面の面重点に対して中心／対称的に軟質はんだマトリックス中に埋設される。

中央の線条の短径は約１２０μｍであり、そしてそれの長径は約３９５μｍである。

へり側に配置された両複合線条３も、同様に楕円形に変形され。その際、この楕円の短径は約１５５μｍであり、楕円の長径は約６２０μｍである。

この際、楕円の面重点は、常に中央に、すなわち本発明によるはんだ箔１において、全厚／全高さの半分の高さにある。

またガイドツールによって、複合線条楕円形の面重点間の間隔が、ローラクラッディング工程全体にわたり等間隔に維持されることが同時に保証される。

その後、この本発明によるはんだ箔１から、以下の寸法（図５参照）を有するダイカット、いわゆる「予成形体」を打ち抜く：高さＨ＝１８０μｍ； 幅Ｂ＝４６．５； 長さ３８．０ｍｍ。

これらのダイカットは、先に説明したように製造された本発明のこのはんだ箔１から、４３．０ｍｍの（合目的的な）テープ最小幅Ｂから７０．０ｍｍのテープ最大幅Ｂで製造することができる。理論的には、はんだ予成形体８の長さＬは、合目的的に、５．０ｍｍから１００ｍｍ超までであることができる。

軟質はんだ付けプロセスでは、本発明によるこのはんだ箔１を用いて、２５０℃～２６０℃のはんだ付けプロフィルにおけるピーク温度で加工される。

この場合、ＳｎＡｇ３．５はんだは溶融状態になる。

これと同じことが、銅線条の錫ジャケットにもあてはまる。

複合線条３の領域中の軟質はんだの一部の、金属間化合物Ｃｕ６Ｓｎ５及びＣｕ３Ｓｎへの本発明による変換によって、へり側の複合線条の上下にある溶融軟質はんだの割合が減少し、その結果、基材が絶対的に傾斜できる値が≦１０μｍとなる。

中央の複合線条は、これが、この設計では幾らか比較的細く寸法決めされているために、基材９の下端とベースプレートの上端との間の間隔を短くすることを可能とし、その結果、はんだ間隙の凹形状が可能になる。これは、同時に、あまりに深く沈み込むこと、すなわち中央部におけるベースプレート上面に対する基材下面の接近を防止する。

それにより、基材９は、三本の複合線条３により支えられる。

中央の複合線条３は、構造全体がはんだ付けプロセスの時に強い押圧力に曝されたとしても、へり側の複合線条３が、はんだ付けの時に押し出される虞も防止する。

本発明による材料を用いることで、一方では、線条の周りの箇所での材料疲労の時の亀裂の成長が防がれ、それにより、はんだ付け箇所の耐用期間が長められ、他方で、延性軟質はんだの大きな領域の存在によって、異なる熱膨張挙動に基づいて大きな熱機械的応力を引き起こす材料の接合が許容されるという利点も互いに組み合わされる。

それ故、本発明による教示を用いることで、新しいタイプのはんだ箔１が提供され、このはんだ箔１は、
・はんだ付けプロセスの後に、簡単な構成かまたは複雑な構成かにかかわらずに、画定され及び再現性のある接続域形状の調節を可能とし、及び
・軟質はんだ付けに典型的なはんだ付けプロフィル、すなわち、軟質はんだに典型的なプロセス温度範囲において、すなわち好ましくは２５０から３００℃までの温度範囲で、及び５分間未満のはんだ付け時間内に、並びに、その後の熱処理なしにかつはんだ付けの時に圧力をかけることなく、また接続域における孔及び／または空洞の形成を同時に避けつつ、段階的プロセスにおいても適しており、
・はんだ付けされたコンポーネントの位置ずれを、前段ではんだ付けされた領域の再溶融のリスクがあるいわゆる段階的はんだ付けプロセスの枠内でも、はんだ付けするべき部材の金属製／金属被覆表面層と幾何学的に高い正確性を持って強固に接続された、寸法及び間隔に関して正確に画定された、より高融点の金属間化合物の完全なブリッジがはんだ付けプロセスにおいて形成されることによって、防止し、前記金属間化合物は、
・前記金属間化合物は、４００℃超の再溶融温度を有し、かつ
・寸法が非常に精密で、幾何学的に正確な接続域を保証し、
前記接続域は、加えて同時に、この温度安定性のブリッジの機械的強度に基づいて、直接ブリッジのところでのはんだの材料疲労の時の接続域における亀裂伝播を阻止／食い止め、この際、ブリッジを包囲する軟質はんだ、すなわち軟質はんだマトリックスは、同時に、はんだによって導入される、但し部材の使用中でも生じる熱機械的応力を吸収し、それによって、材料の疲労を抑え、それによって、全体的な作用関係において、ここに提示される方策は、実装及び接続技術の技術水準による慣用のはんだ材料を用いて製造される接続域と比べて、接続域の耐用期間を大幅に長め、かつこの際同時に、埋設されたＣｕ線条（またはＡｇ、またはＮｉなど）の結果、接続域全体の熱伝導性も大幅に向上する。

１ はんだ箔
２ 軟質はんだマトリックス
３ 複合線条
４ コア
５ ジャケット
６ テープ（箔）
７ ローラ
８ はんだ予成形体
９ セラミック製基材
１０ ベースプレート
１１ 金属間化合物
１２ 亀裂
１３ 接続域
Ｈ 高さ
Ｂ 幅
Ｌ 長さ
Ａ へり間隔
Ｃ 間隔

Claims (10)

1. 金属製部材（２）及び／または金属化／金属被覆部材（２）、すなわち隣接する部材（２）の金属製表面層（３）を互いに接続するための５０μｍから６００μｍまでの厚さを有する鉛フリーはんだ箔（１）であって、
   ・前記はんだ箔（１）は、二本以上の複合線条（３）が、それぞれ個別に、互いに平行に及びテープ辺に対して平行に、鉛フリー錫ベースはんだ、純錫、純インジウムからまたはインジウムベースの合金、例えばＩｎＳｎ４８のいずれかからなる軟質はんだマトリックス（２）中に一体化された状態にコンパクトに構成されており、
   ・前記一体化の結果、
   ・・複合線条（３）は、圧延方向に沿って配向された状態で、二つの軟質はんだ箔または二つの軟質はんだテープの間で圧延クラッディングによりクラッディングされており、但し、ここで、（複合線条（３）の高さは計算に入れずに求めた）テープ（６）の全出発高さと、（埋設された複合線条（３）も含めた）複合箔（１）の最終高さＨとの間の差異から、テープ（６）の全出発高さを基準に百分率として求めた「初期テープの高さ減少率」は、３０％超から最大で９５％であり、そしてそれによって、軟質はんだマトリックス中に材料接続的に配置されており、及び
   ・・圧延プロセスの後の複合線条（３）のコア（２）間の最小許容間隔が約５００μｍであり、及び
   ・・圧延プロセスの後に、複合線条（３）のコア（２）からはんだ箔の外へりまでの最小許容間隔が約５００μｍであり、及び
   ・・はんだ箔（１）中にそれぞれ個別に配置されている複合線条（３）は、コア（４）を有しており、このコア（４）は、軟質はんだマトリック（２）と比べて融点がより高くかつ同時により強固な金属、または金属合金から、例えば銅もしくは銅ベース合金、銀もしくは銀ベース合金、ニッケルもしくはニッケルベース合金、金もしくは金ベース合金からなり、その周りには、他の金属または他の金属合金、例えば純錫もしくは錫ベース合金、またはインジウムもしくはインジウムベース合金からなるジャケット（５）が配置されており、及び
   ・・複合線条（３）のジャケット（５）は、複合線条（３）の全直径に対して２％から２０％までの層厚を有し、及び
   ・・圧延クラッディング工程の後に、軟質はんだマトリックス（２）中でクラッディングされた複合線条（３）のコア（４）の少なくとも一つの上下に、軟質はんだ材料からなる更なる層が配置されており、これが、軟質はんだマトリックス（２）の領域と、複合線条（３）のジャケット（５）の層とから組成されており、及び合計して、最も薄い箇所で、少なくとも５μｍであるが、最大で１５μｍまでである、
   鉛フリーはんだ箔（１）。
2. 複合線条（３）のジャケット（５）が、電気的にまたは金属溶融物中にコア（４）を浸漬することで生成されることを特徴とする、請求項１に記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
3. 複合線条（３）として、円形または楕円形の横断面を有する複合線条（３）が使用されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
4. はんだ箔（１）中に使用される複合線条（３）が、その出発状態において、全てが同じ断面寸法を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一つに記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
5. はんだ箔（１）中に使用される複合線条（３）が、その出発状態において、異なる断面寸法を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一つに記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
6. はんだ箔（１）中に使用される全ての複合線条（３）のコア（４）が、同一のコア材料からなり、そしてはんだ箔（１）中に使用される全ての複合線条（３）のジャケット（５）が同一のジャケット材料からなることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一つに記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
7. はんだ箔（１）中に使用される全ての複合線条（３）のコア（４）が、異なるコア材料からなり、そしてはんだ箔（１）中に使用される全ての複合線条（３）のジャケット（５）も異なるジャケット材料からなることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一つに記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
8. 打ち抜きまたは切断によって、はんだ箔（１）からはんだ予成形体（８）、いわゆるプリフォームが製造されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一つに記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
9. はんだ箔（１）から打ち抜き－変形複合ツールによってはんだ予成形体（８）、いわゆるプリフォームが製造されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一つに記載の鉛フリーはんだ箔（１）。
10. 請求項１～９のいずれか一つに記載の鉛フリーはんだ箔（１）であって、
    「初期テープの高さ減少率」が５０％から８５％までの範囲であることを特徴とする、鉛フリーはんだ箔（１）。

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