JP4753090B2 - はんだペースト、及び電子装置 - Google Patents

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Description

本発明ははんだペースト、及び電子装置に関し、より詳しくはＰｂを含まないＰｂフリーのはんだペースト、及びこれを用いて製造された電子装置に関する。
電子部品の実装に使用されるはんだ材として、近年では環境面に配慮し、従前のＳｎ−Ｐｂ系からＳｎ−Ｃｕ共晶系やＳｎ−Ａｇ共晶系等のＰｂを含まないＰｂフリーのはんだ材の開発が盛んに行われている。
例えば、特許文献１では、ＣｕボールとＳｎボールを有するはんだであって、該Ｓｎの融点以上において、Ｃｕボールの一部とＳｎボールによりＣｕ６Ｓｎ５を含む化合物を形成し、Ｃｕボール同士はＣｕ６Ｓｎ５を含む化合物により結合される状態となるはんだが提案されている。
特許文献１は、図６に示すように、Ｃｕボール（Ｃｕ粉末）１０２の表面にＳｎ皮膜１０３がめっき形成された第１の金属粉末１０４と、Ｓｎボール（Ｓｎ粉末）１０５とがフラックス１０６中に分散したＳｎ−Ｃｕ共晶系はんだペーストが開示されている。
特許文献１では、図７に示すように、はんだペースト１０１をプリント基板１０７の導電部に塗布した後、積層型セラミックコンデンサ等のチップ型電子部品１０８を搭載し、その後２５０℃以上の温度でリフロー処理を施すと、Ｓｎ成分（めっき皮膜及びＳｎ粉末）が溶融する。そして、溶融したＳｎ成分にＣｕボール１０２が濡れ拡がってＣｕボール１０２がフラックス１０６中に均一に拡散し、図８に示すようにＣｕ６Ｓｎ５からなる金属間化合物１０９を形成し、プリント基板１０７と電子部品１０８とが、はんだ１１０を介して電気的に接合される。
特許第３５５８０６３号明細書
ところで、特許文献１では、Ｃｕボール１０５をフラックス１０６中に均一に拡散させるためには、溶融したＳｎ成分中にＣｕボール１０５を濡れ拡がらせる必要があり、このためにはＳｎ皮膜１０３の膜厚を厚くしたりＳｎボール１０５を増量させることによりＳｎ成分の含有量を増やすのが効果的である。
しかしながら、Ｓｎ成分の含有量を増やした場合、図９に示すように、Ｓｎ成分の一部は加熱処理（リフロー処理）を行っても金属間化合物１０９が形成されずに未反応Ｓｎ１１１としてはんだ１１０中に残留するおそれがある。
一方、プリント基板１０７とチップ型電子部品１０８とをリフロー処理によりはんだ接合する場合、しばしばリフロー処理が複数回繰り返し行なわれることがある。例えば、まず、特定のチップ型電子部品１０８をプリント基板１０７に搭載して第１回目のリフロー処理を行ない、その後、該特定のチップ型電子部品１０８の近傍に他のチップ型電子部品を搭載して第２回目のリフロー処理を行なう場合である。
Ｓｎ−Ｃｕ共晶系はんだペーストでは、加熱処理により金属間化合物が形成されるが、この金属間化合物は、主としてＣｕ６Ｓｎ５で表される化合物からなり、Ｃｕボール（Ｃｕ粉末）の近傍ではＣｕ３Ｓｎで表される化合物が形成される。そして、Ｃｕ６Ｓｎ５の融点は約４００℃、Ｃｕ３Ｓｎの融点は約６７０℃と比較的高温であるのに対し、Ｓｎの融点は約２５０℃と低い。
このため、第１回目のリフロー処理で多量の未反応Ｓｎ成分が残留した状態で、Ｓｎ成分の融点である２５０℃以上の温度で第２回目のリフロー処理を行なうと、第１回目のリフロー処理で接合したはんだ中の未反応Ｓｎ１１１が再び溶融し、その結果、第１回目のリフロー処理で接合したプリント基板１０７とチップ型電子部品１０８との接合強度が低下する。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、未反応成分が加熱処理後に残留するのを抑制することができ、これによりリフロー処理を複数回繰り返し行なってもはんだ接合の接合強度の低下を招くのを回避することができるはんだペースト、及びこのはんだペーストを使用して製造された電子装置を提供することを目的とする。
本発明者は上記目的を達成するために鋭意研究したところ、金属母材の表面に該金属母材よりも低融点のめっき皮膜が形成された第１の金属粉末、及び金属母材よりも低融点の第２の金属粉末に加え、金属母材よりも平均粒径が小さく、かつ前記めっき皮膜や第２の金属粉末と金属間化合物を形成することが可能な第３の金属粉末をはんだペースト中に含有させ、加熱処理時に、第１の金属材料と第２の金属材料とを化合させて前記第２の金属材料よりも高融点の金属間化合物を形成し、第２の金属粉末と第１の金属材料とを化合させて前記第２の金属粉末よりも高融点の金属間化合物を形成し、かつ、第３の金属粉末を前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と化合させて前記第２の金属粉末よりも高融点の金属間化合物を形成することにより、加熱処理を行なっても特定成分のはんだ中への残留を抑制することができ、これによりリフロー処理を複数回繰り返し行なってもはんだ接合の接合強度が低下するのを回避することができるという知見を得た。
本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係るはんだペーストは、第１の金属材料を母材とし、該第１の金属材料よりも融点の低い第２の金属材料を前記第１の金属材料の表面に皮膜形成してなる第１の金属粉末と、前記第１の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる第２の金属粉末と、
平均粒径が前記第１の金属材料より小さく、かつ前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と金属間化合物を形成することが可能な第３の金属粉末とを含有し、加熱処理時には、前記第１の金属材料と前記第２の金属材料とが化合して前記第２の金属材料よりも融点の高い金属間化合物を形成すると共に、前記第２の金属粉末と前記第１の金属材料とが化合して前記第２の金属粉末よりも融点の高い金属間化合物を形成し、かつ前記第３の金属粉末を前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と接触させて前記第３の金属粉末が前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と化合し、前記第２の金属粉末よりも融点の高い金属間化合物を形成するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明のはんだペーストは、前記第１の金属材料及び前記第３の金属粉末は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｄの中から選択された少なくとも１種の元素を含み、前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末は、Ｓｎ及びＩｎのうちの少なくとも一方の元素を含むことを特徴としている。
また、第３の金属粉末は、平均粒径が小さいほど表面積が大きくなり、より多量の第２の金属材料や第２の金属粉末と接することとなるので、反応促進には効果的であり、そのためには、第３の金属粉末の平均粒径は、０．０１〜０．３μｍが好ましい。
すなわち、本発明のはんだペーストは、前記第３の金属粉末の平均粒径が、０．０１〜０．３μｍであることを特徴としている。
また、本発明のはんだペーストは、前記第１の金属材料と前記第３の金属粉末とが、同一材料で形成されていることを特徴としている。
さらに、本発明のはんだペーストは、前記第２の金属材料と前記第２の金属粉末とが、同一材料で形成されていることを特徴としている。
また、本発明のはんだペーストは、前記第１〜第３の金属粉末が、フラックス中に分散されていることを特徴としている。
また、本発明者らの更なる鋭意研究により、前記フラックスに代えて熱硬化性樹脂を使用することにより、はんだ接合部ははんだ層が樹脂皮膜で被覆されることから、空隙等の発生がより一層抑制され、その結果、はんだ接合部を別途樹脂封止しなくても物理的な接合強度を向上させることができるということが分かった。
すなわち、本発明のはんだペーストは、前記第１〜第３の金属粉末が、熱硬化性樹脂中に分散されていることを特徴としている。
また、本発明に係る電子装置は、第１の電子部品と第２の電子部品とが、上述したはんだペーストが加熱されてなるはんだ接合部を介して電気的に接続されていることを特徴としている。
上記はんだペーストによれば、Ｃｕ（融点：１０８３℃）、Ａｇ（融点：９６１℃）、Ａｕ（融点：１０６４℃）、及びＰｄ（融点：１５５４℃）等の第１の金属材料を母材とし、該第１の金属材料よりも融点の低いＳｎ（融点：２３１℃）やＩｎ（融点：１５６℃）等の第２の金属材料を前記第１の金属材料の表面に皮膜形成してなる第１の金属粉末と、前記第１の金属材料よりも融点の低いＳｎやＩｎ等の金属材料からなる第２の金属粉末と、平均粒径が前記第１の金属材料より小さく、かつ前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と金属間化合物を形成することが可能なＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、及びＰｄ等の第３の金属粉末とを含有し、加熱処理時には、前記第１の金属材料と前記第２の金属材料とが化合して前記第２の金属材料よりも融点の高い金属間化合物を形成すると共に、前記第２の金属粉末と前記第１の金属材料とが化合して前記第２の金属粉末よりも融点の高い金属間化合物を形成し、かつ前記第３の金属粉末を前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と接触させて前記第３の金属粉末が前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と化合し、前記第２の金属粉末よりも融点の高い金属間化合物を形成するように構成されているので、金属母材を濡れ拡がらせるべく、加熱時に溶融する第２の金属材料や第２の金属粉末の金属成分の含有量を増加させた場合であっても、第１の金属材料よりも平均粒径の小さい第３の金属粉末が前記第２の金属材料や第２の金属粉末に接触し、第２の金属材料や第２の金属粉末と第３の金属粉末との反応が促進される。そして、これにより未反応金属成分のはんだ中への残留を抑制することができ、はんだ接合の接合強度を向上させることができる。
また、上記はんだペーストは、第３の金属粉末の平均粒径が、０．０１〜０．３μｍという小さな粒子であるので、該第３の金属粉末全体の表面積が大きくなり、より多くの第２の金属材料及び第２の金属粉末と効果的に接して反応が促進され、これにより接合強度もより一層向上する。
また、本発明のはんだペーストは、前記第１〜第３の金属粉末が、フラックス中に分散されているので、上述した所望の作用効果を奏することができる。
また、本発明のはんだペーストは、前記第１〜第３の金属粉末が、熱硬化性樹脂中に分散されているので、はんだ接合部が熱硬化性樹脂で被覆されることとなり、これにより、空隙等の発生がより一層抑制され、はんだ接合部を別途樹脂封止しなくとも物理的な接合強度を向上させることができ、量産性が良好で信頼性に優れた電子装置の製造に好適なはんだペーストを実現することができる。
また、本発明の電子装置は、第１の電子部品と第２の電子部品とが、上述したはんだペーストが加熱されてなるはんだ接合部を介して電気的に接続されているので、はんだ中には未反応金属成分の残留が抑制され、リフロー処理を複数回繰り返しても、はんだ接合の接合強度低下を招くこともない。特に、前記第１〜第３の金属粉末を熱硬化性樹脂中に分散させたはんだペーストを使用した場合は、はんだ接合部は、はんだ層が樹脂皮膜で被覆されてなるので、はんだ接合部を別途樹脂封止しなくとも物理的な接合強度を向上させることができ、量産性が良好で信頼性に優れた電子装置を得ることができる。
本発明に係るはんだペーストの一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示した平面図である。 上記第１の実施の形態に係るはんだペーストを使用して製造された電子装置の一実施の形態を示す断面図である。 第１の電子部品にはんだペーストを塗布し、はんだペースト上に第２の電子部品を搭載した状態を示す断面図である。 本発明に係るはんだペーストの第２の実施の形態を模式的に示した平面図である。 上記第２の実施の形態に係るはんだペーストを使用して製造された電子装置の一実施の形態を示す断面図である。 従来のはんだペーストを模式的に示した平面図である。 従来のはんだペーストを使用して第１の電子部品上にはんだペーストを塗布し、そのはんだペースト上に第２の電子部品を搭載した状態を示す断面図である。 従来のはんだペーストを使用して製造された電子装置の断面図である。 従来のはんだペーストを使用して電子装置を使用した場合に生ずる課題を説明するための図である。
符号の説明
２ 第１の金属材料
３ 第２の金属材料
４ 第１の金属粉末
５ 第２の金属粉末
６ 第３の金属粉末
７ フラックス
８ 第１の電子部品
９ 第２の電子部品
１０ はんだ接合部
１２ 熱硬化性樹脂
１５ はんだ接合部
次に、本発明の実施の形態を詳説する。
図１は、本発明に係るはんだペーストの一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示した平面図であって、該はんだペースト１は、第１の金属材料２を母材とし、該第１の金属材料２よりも融点の低い第２の金属材料３を前記第１の金属材料２の表面に皮膜形成してなる第１の金属粉末４と、前記第１の金属材料２よりも融点の低い金属材料からなる第２の金属粉末５と、平均粒径が前記第１の金属材料２より小さく、かつ前記第２の金属材料３及び前記第２の金属粉末５と化合物を形成することが可能な第３の金属粉末６とを含有し、第１〜第３の金属粉末４〜６がフラックス７中に分散している。
そして、上記はんだペーストに加熱処理が施されると、第１の金属材料２と第２の金属材料３とが化合して第２の金属材料３よりも高い融点を有する金属間化合物を形成し、また、第２の金属粉末５と第１の金属材料２とが化合して第２の金属粉末５より融点の高い金属間化合物を形成し、さらに第３の金属粉末６は第２の金属材料３や第２の金属粉末５と化合し、該第２の金属粉末５よりも高い融点を有する金属間化合物を形成する。
すなわち、従来より、上述した第１の金属粉末４及び第２の金属粉末５のみを含有したはんだペーストでは、加熱処理を行なうと、第１の金属材料２と第２の金属材料３とが化合して第２の金属材料３よりも高い融点を有する金属間化合物を形成し、また、第２の金属粉末５は第２の金属材料３と化合して第２の金属粉末５よりも高い融点を有する金属間化合物を形成している。
そして、溶融した金属成分を濡れ拡がらせるためには、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、第２の金属材料３の膜厚を厚くしたり第２の金属粉末５を増量させるのが効果的ではあるが、斯かる場合、第２の金属材料３や第２の金属粉末５の一部が未反応金属成分としてはんだ中に残留してしまうおそれがある。
しかるに、第２の金属材料３や第２の金属粉末５の融点は、形成される金属間化合物よりも低いことから、電子部品の実装時に複数回のリフロー加熱を行なった場合、再加熱により未反応金属成分としてはんだ中に残留している第２の金属材料３や第２の金属粉末５が再溶融し、実装部品の接合強度の低下を招くおそれがある。
そこで、本実施の形態では、平均粒径が前記第１の金属材料２より小さく、かつ前記第２の金属材料３及び前記第２の金属粉末５と化合物を形成することが可能な第３の金属粉末６をはんだペースト１中に含有させ、これにより未反応金属成分の残留を抑制している。
すなわち、平均粒径が第１の金属材料２よりも小さい第３の金属粉末６を添加することにより、該第３の金属粉末６を第２の金属材料３や第２の金属粉末５と接触させて効果的に反応を促進させ、これにより、第２の金属材料３や第２の金属粉末５の含有量が増えても未反応成分の残留を抑制することができ、したがって複数回のリフロー処理を行なっても先のリフロー処理で接合した部位の接合強度が低下するのを回避することができる。
尚、第３の金属粉末６は微粒であればあるほど表面積が増大して第２の金属材料３や第２の金属粉末５と接する確率が増加し、化合物反応を促進することから、第３の金属粉末６は極力微粒であるのが望ましい。具体的には第３の金属粉末６の平均粒径は、０．０１〜０．３μｍが好ましい。
また、母材となる第１の金属材料２としては、Ｐｂフリーはんだ材に適したＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、及びＰｄのうちの少なくとも１種の元素を含有した単体金属又はＣｕ−Ｎｉ合金等の合金金属を使用することができる。
また、第２の金属材料３としては、第１の金属材料２より低融点の金属材料、例えば、Ｓｎ及びＩｎのうちの少なくともいずれか１種を含有した単体金属又は合金金属を使用することができる。
第２の金属粉末５としては、第２の金属材料３と同様、第１の金属材料１よりも低融点の金属材料、Ｓｎ及びＩｎのうちの少なくとも１種を含有した単体金属又は合金金属を使用することができる。
また、第２の金属材料３としてＳｎを使用し、第２の金属粉末５としてＩｎを使用したり、その逆でも可能であるが、実装部品との接合部における熱衝撃に対する強度を考慮すると、第２の金属粉末５は、第２の金属材料３と同種金属を使用するのが好ましく、例えば、第２の金属材料３としてＳｎを使用したときは第２の金属粉末５としてもＳｎを使用するのが好ましく、また第２の金属材料３としてＩｎを使用したときは第２の金属粉末５としてもＩｎを使用するのが好ましい。
第３の金属粉末６についても、第２の金属材料３や第２の金属粉末５と化合物を形成することが可能な金属材料、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、及びＰｄ、又はこれら単体金属を含有した合金金属を使用することができ、必ずしも第１の金属材料２と同一材料である必要はない。しかしながら、上述と同様、実装部品との接合部における熱衝撃に対する強度を考慮すると、第３の金属粉末６は、第１の金属材料２と同種金属、例えば、第１の金属材料２としてＣｕを使用したときは第３の金属粉末６としてもＣｕを使用するのが好ましく、また第１の金属材料２としてＡｇを使用したときは第３の金属粉末６としてもＡｇを使用するのが好ましい。
図２は、上記はんだペーストを使用して実装された電子装置の一実施の形態を模式的に示す断面図であって、プリント基板等の第１の電子部品８と積層セラミックコンデンサ等の第２の電子部品９とがはんだ接合部１０を介して電気的に接合されている。
この電子装置は以下のようにして製造される。
すなわち、図３に示すように、第１の電子部品８上にはんだペースト１を塗布した後、該はんだペースト１上に第２の電子部品９を搭載し、その後、所定温度で加熱処理を行なうと、上記第１の金属材料２が第２の金属材料３や第２の金属粉末５と化合すると共に、第３の金属粉末６が第２の金属材料３や第２の金属粉末５と化合し、図２に示すように、金属間化合物からなるはんだ接合部１０が形成される。すなわち、第１の電子部品８と第２の電子部品９ははんだ接合部１０を介して接合され、電気的に接続され、これにより電子装置が製造される。
このようにして製造された電子装置は、はんだペースト中に、平均粒径が第１の金属材料２より小さく、第２の金属材料３や第２の金属粉末５と化合物を形成することが可能な第３の金属粉末を含有しているので、第２の金属材料３や第２の金属粉末５の含有量を増加させても、リフロー処理（加熱処理）により第３の金属粉末６と化合して金属間化合物を形成するので、未反応金属成分の残留を抑制することができ、したがって、リフロー処理を複数回繰り返し行なっても接合強度が低下することもない。
図４は、本発明に係るはんだペーストの第２の実施の形態を模式的に示した平面図であって、該はんだペースト１１は、フラックスに代えて熱硬化性樹脂１２中に前記第１〜第３の金属粉末４〜６が分散している。
そして、上記第１の実施の形態と同様、第１の電子部品８上にはんだペースト１１を塗布した後、該はんだペースト１１上に第２の電子部品９を搭載し、その後、所定温度で加熱処理を行なうと、第１の金属材料２が第２の金属材料３や第２の金属粉末５と化合すると共に、第３の金属粉末６が第２の金属材料３や第２の金属粉末５と化合し、図５に示すようにはんだ層１３が形成され、さらに、該はんだ層１３の表面は熱硬化性樹脂で被覆されて樹脂皮膜１４が形成され、はんだ層１３と樹脂皮膜１４とではんだ接合部１５を形成している。
このように本第２の実施の形態では、熱硬化性樹脂１２中に第１〜第３の金属粉末４〜６を分散させたはんだペーストを使用することにより、はんだ接合部１５は、はんだ層１３の表面に樹脂皮膜１４が形成されてなるので、複数回のリフロー処理を繰り返し行なっても接合強度が低下することもなく所望の耐熱性を確保する上に、空隙等の発生が抑制されて物理的な接着強度、特に水平方向の接着強度をより一層向上させることが可能となり、はんだ層１３を別途樹脂封止する必要もなく、電子装置の製造工程の簡略化が可能であり、量産性にも好適したものとなる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではく、要旨を逸脱しない範囲において変更可能なことはいうまでもない。また、第２の金属材料３の第１の金属材料２への付着方法についても、めっきによる皮膜形成方法やその他の析出方法で第２の金属材料３を第１の金属材料２の表面に付着させることができる。
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
 第１実施例
金属母材となる第１の金属材料として平均粒径が１μｍのＣｕ粉末（以下、「母材Ｃｕ」という。）（融点：１０８３℃）を用意し、母材Ｃｕに無電解Ｓｎめっき又は無電解Ｉｎめっきを施した。そしてこの無電解Ｓｎめっき又は無電解Ｉｎめっきにより、母材Ｃｕの表面に膜厚０．０５μｍのＳｎ皮膜又はＩｎ皮膜（第２の金属材料）を形成し、これにより第１の金属粉末を作製した。
次に、第２の金属粉末として平均粒径が１μｍのＳｎ粉末（融点：２３１℃）及びＩｎ粉末（融点：１５６℃）を用意し、また、第３の金属粉末として平均粒径が０．０１μｍのＣｕ粉末を用意した。
さらに、ロジン：７６重量％、ジエチレングリコールジエチルエーテル：２２重量％、及びトリエタノールアミン：２重量％の配合比率を有するフラックスを用意した。
次いで、第１の金属粉末、第２の金属粉末（Ｓｎ粉末又はＩｎ粉末）、第３の金属粉末（Ｃｕ粉末）を所定量秤量し、三本ロールミルを使用してこれら粉末をフラックス中に分散させ、実施例１〜６のはんだペーストを作製した。
また、上記第１の金属粉末、及び上記第２の金属粉末（Ｓｎ粉末又はＩｎ粉末）を所定量秤量し、上記実施例１〜６と同様、フラックス中に分散させ、Ｃｕ粉末（第３の金属粉末）を含まない比較例１、２のはんだペーストを作製した。尚、第１の金属粉末は、比較例１では母材Ｃｕの表面にＳｎ皮膜が形成されたものを使用し、比較例２では母材Ｃｕの表面にＩｎ皮膜が形成されたものを使用した。
次に、実施例１〜６及び比較例１、２のはんだペーストを使用し、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍの銅板にメタルマスクを介して印刷し、次いで、長さ１．０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの積層セラミックコンデンサを前記銅板に搭載し、その後、大気雰囲気下、最高温度が２８０℃となるようにリフロー処理を５分間行ない、銅板と積層セラミックコンデンサとをはんだで接合した。
次いで、接合部のはんだを３０ｍｇサンプリングし、示差走査型熱量計（ＤＳＣ）を使用して融解挙動を測定し、Ｓｎ吸熱ピーク（Ｓｎ融点：２３１℃）が存在するか否かを調べ、未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの有無を確認した。
表１は実施例１〜６及び比較例１、２のはんだペーストの成分組成、及び未反応Ｓｎの有無を示している。
Figure 0004753090
この表１から明らかなように、比較例１及び比較例２はＣｕ粉末（第３の金属粉末）を含有していないので、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎが残留することが分かった。
これに対して実施例１〜６は、母材Ｃｕの平均粒径（１μｍ）よりも小さいＣｕ粉末（平均粒径：０．０１μｍ）が第３の金属粉末としてはんだペースト中に含まれているので、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎは残留しないことが確認された。
第２実施例
金属母材となる第１の金属材料として、平均粒径が１μｍの母材Ｃｕ、及び平均粒径が１μｍのＡｇ粉末（以下、「母材Ａｇ」という。）（融点：９６１℃）を用意した。次いで、母材Ｃｕ又は母材Ａｇに無電解Ｓｎめっき（実施例１１〜１３及び実施例１７〜１９）又は無電解Ｉｎめっき（実施例１４〜１６及び実施例２０〜２２）を施した。そしてこの無電解Ｓｎめっき又は無電解Ｉｎめっきにより、母材Ｃｕ又は母材Ａｇの表面に膜厚０．０５μｍのＳｎ皮膜又はＩｎ皮膜（第２の金属材料）を形成し、これにより第１の金属粉末を作製した。
次に、〔第１実施例〕と同様、平均粒径が１μｍの第２の金属粉末（Ｃｕ粉末又はＩｎ粉末）、及び平均粒径がそれぞれ０．０１μｍ、０．３０μｍ、１．００μｍのＣｕ粉末を用意した。そして、第１の金属粉末、第２の金属粉末、Ｃｕ粉末（第３の金属粉末）、及びフラックスを表１の実施例１と同一の配合比率となるように調製し、これにより実施例１１〜２２のはんだペーストを得た。
また、第３の金属粉末として母材Ｃｕと同様の平均粒径（１μｍ）を有するＣｕ粉末を使用し、その他は実施例１１〜２２と同様の方法・手順で比較例１１〜２２のはんだペーストを作製した。
次に、〔第１実施例〕と同様の方法・手順で、銅板上に積層セラミックコンデンサをはんだ接合し、接合部のはんだをサンプリングして未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの有無を確認した。
表２は実施例１１〜２２及び比較例１１〜２２の母材（第1の金属材料）、第２の金属粉末、及び第３の金属粉末の平均粒径、及び未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの有無を示している。
Figure 0004753090
この表２から明らかなように、比較例１１〜１６は第３の金属粉末としてのＣｕ粉末の平均粒径が１μｍであり、母材Ｃｕと同一径であるため、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎが残留することが分かった。
また、比較例１７〜２２も、比較例１１〜１６と同様、第３の金属粉末としてのＣｕ粉末の平均粒径が１μｍであり、母材Ａｇと同一径であるため、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎが残留することが分かった。
これに対して実施例１１〜２２は、母材Ｃｕ又は母材Ａｇの平均粒径（１μｍ）よりも小さい平均粒径が０．０１〜０．３０μｍのＣｕ粉末を第３の金属粉末として使用しているので、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの残留が存在しないことが確認された。
第３実施例
第１の金属材料として平均粒径がいずれも１μｍの母材Ａｇ（融点：９６１℃）、Ａｕ粉末（以下、「母材Ａｕ」という。）（融点：１０６４℃）、Ｐｄ粉末（以下、「母材Ｐｄ」という。）（融点：１５５４℃）を使用し、第３の金属粉末として平均粒径が０．０１μｍのＡｇ粉末、Ａｕ粉末、Ｐｄを使用し、〔第１実施例〕と同様の手順で表３の実施例３１〜４８に示す配合比率を有するはんだペーストを作製した。
また、上記第１の金属粉末、及び上記第２の金属粉末を所定量秤量し、該第１の金属粉末及び第２の金属粉末をフラックス中に分散させ、第３の金属粉末を含まない比較例３１〜３６のはんだペーストを作製した。
次に、〔第１実施例〕と同様の方法・手順で、銅板上に積層セラミックコンデンサをはんだ接合し、接合部のはんだをサンプリングして未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの有無を確認した。
表３は実施例３１〜４８及び比較例３１〜３６のはんだペーストの成分組成、及び未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの有無を示している。
Figure 0004753090
この表３から明らかなように、比較例３１〜３６は第３の金属粉末を含有していないので、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎが残留するのが分かった。
これに対し、実施例３１〜４８は、金属母材及び第３の金属粉末として所定粒径のＡｇ、Ａｕ、又はＰｄをそれぞれ使用した場合も、金属母材及び第３の金属粉末としてＣｕを使用した場合と同様、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎが残留しないことが確認された。
第４実施例
第１の金属材料として平均粒径が１μｍのＣｕ−Ｎｉ合金（Ｎｉ：７０重量％）、Ａｇ−Ｃｕ合金（Ｃｕ：１０重量％）、Ａｇ−Ｐｄ合金（Ｐｄ：３０重量％）（以下、これらを総称して「母材合金」という。）を使用し、母材合金の含有量を５８．６重量％、Ｓｎ皮膜又はＩｎ皮膜の含有量を６．４重量％、平均粒径が１μｍの第２の金属粉末（Ｓｎ粉末又はＩｎ粉末）の含有量を５．０重量％、第３の金属粉末としての平均粒径０．０１μｍのＣｕ粉末の含有量を１０重量％とし、〔第１実施例〕と同様の手順・方法で実施例５１〜５６のはんだペーストを作製した。
次に、〔第１実施例〕と同様の方法・手順で、銅板上に積層セラミックコンデンサをはんだ接合し、接合部のはんだをサンプリングして未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの有無を確認した。
表４は実施例５１〜５６のはんだペーストの成分組成、及び未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎの有無を示している。
Figure 0004753090
実施例５１〜５６から明らかなように、第１の金属材料として母材合金を使用した場合も、ＣｕやＡｇ等の単体金属を使用した場合と同様、リフロー処理後に未反応Ｓｎ又は未反応Ｉｎが残留しないことが確認された。
第５実施例
〔第１実施例〕と同一仕様の第１〜第３の金属粉末を所定量秤量し、三本ロールミルを使用してこれら粉末を熱硬化性樹脂としての溶融エポキシ樹脂中に分散させ、実施例６１〜６６のはんだペーストを作製した。尚、前記第１〜第３の金属粉末の配合比率は実施例１〜６と同様である。
次いで、〔第１実施例〕と同様、前記はんだペーストを使用して銅板に印刷処理を施した後、積層セラミックコンデンサ（長さ１．０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を搭載し、その後、大気雰囲気下、最高温度が２８０℃となるようにリフロー処理を５分間行ない、銅板と積層セラミックコンデンサとをはんだで接合した。
次いで、〔第１実施例〕で使用した実施例１〜６の試料を別途用意し、該実施例１〜６及び実施例６１〜６６の各２０個の試料について、実装状態をマイクロスコープで外観観察した。その結果、実施例１〜６では、はんだ接合部ははんだが表面露出していたのに対し（図２参照）、実施例６１〜６６では、はんだ接合部ははんだ層が樹脂皮膜で被覆されていることが確認された（図５参照）。
次に、実施例６１〜６６及び実施例１〜６の各２０個の試料について、ＥＩＡＪ ＥＴ７４０３に準拠し、０．０５ｍｍ／ｓの速度で積層セラミックコンデンサを水平方向に押して横押し強度試験を行い、接合強度を測定した。
さらに、実施例６１〜６６及び実施例１〜６の各２０個の試料について、−５５℃〜１５０℃の温度間でヒートサイクル試験を行い、その後、各試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で断面観察し、空隙やクラック等の欠陥の発生有無を観察した。尚、ヒートサイクル試験の上限温度（−５５℃）及び下限温度（１５０℃）の保持時間を３０分とし、サイクル数を５００回とした。
表５は実施例６１〜６６及び実施例１〜６の成分組成、接合強度、及び欠陥発生率を示している。尚、表中、接合強度は、各実施例の平均値を示している。
Figure 0004753090
この表５から明らかなように実施例１〜６は、はんだペーストが、第１〜３の金属粉末をフラックス中に分散してなるので、接合強度が６．９〜７．５Ｎ／ｍｍ２であり、また空隙等の発生が認められた試料があったのに対し、実施例６１〜６６は、はんだペーストが、第１〜３の金属粉末を溶融エポキシ樹脂中に分散してなるので、銅板と積層セラミックコンデンサとの接合部の外皮が樹脂皮膜で形成されており、このため接合強度が２７．０〜２８．５Ｎ／ｍｍ２と大幅に向上し、また空隙等の発生も認められなかった。
すなわち、第１〜３の金属粉末を溶融エポキシ樹脂中に分散させたはんだペーストを使用することにより、接合強度が大幅に改善され、しかも空隙等の発生するのを回避できるということが分かった。

Claims (8)

  1. 第１の金属材料を母材とし、該第１の金属材料よりも融点の低い第２の金属材料を前記第１の金属材料の表面に皮膜形成してなる第１の金属粉末と、
    前記第１の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる第２の金属粉末と、
    平均粒径が前記第１の金属材料より小さく、かつ前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と金属間化合物を形成することが可能な第３の金属粉末とを含有し、
    加熱処理時には、前記第１の金属材料と前記第２の金属材料とが化合して前記第２の金属材料よりも融点の高い金属間化合物を形成すると共に、前記第２の金属粉末と前記第１の金属材料とが化合して前記第２の金属粉末よりも融点の高い金属間化合物を形成し、かつ前記第３の金属粉末を前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と接触させて前記第３の金属粉末が前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末と化合し、前記第２の金属粉末よりも融点の高い金属間化合物を形成するように構成されていることを特徴とするはんだペースト。
  2. 前記第１の金属材料及び前記第３の金属粉末は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｄの中から選択された少なくとも１種の元素を含み、
    前記第２の金属材料及び前記第２の金属粉末は、Ｓｎ及びＩｎのうちの少なくとも一方の元素を含むことを特徴とする請求項１記載のはんだペースト。
  3. 前記第３の金属粉末の平均粒径が、０．０１〜０．３μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のはんだペースト。
  4. 前記第１の金属材料と前記第３の金属粉末とは、同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のはんだペースト。
  5. 前記第２の金属材料と前記第２の金属粉末とは、同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のはんだペースト。
  6. 前記第１〜第３の金属粉末が、フラックス中に分散されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のはんだペースト。
  7. 前記第１〜第３の金属粉末が、熱硬化性樹脂中に分散されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のはんだペースト。
  8. 第１の電子部品と第２の電子部品とが、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のはんだペーストが加熱されてなるはんだ接合部を介して電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。
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