JP5861432B2 - はんだ接着体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気的接続及び機械的接続がなされたはんだ接着体の製造方法に関する。

はんだは、一般的に、鉛含有はんだ及び鉛フリーはんだに大別される。はんだは、一般的には、融点以上の温度で被着体と接触した際に、はんだと被着体との間で金属原子の拡散が起こり、これらの界面に合金が形成されることによって、被着体と接着すると考えられている。しかしながら、大気中での自然酸化や表面保護を目的とした表面酸化膜等によりはんだ及び被着体の表面が酸化物で覆われている場合は、いわゆるはんだ濡れ性が悪い状態となり、はんだと被着体とが直接接触しないために、金属原子の拡散が起こらずに接着が困難となる。

この表面酸化膜を化学的に除去する目的でフラックスが用いられる。また、フラックスには、はんだ付け時の加熱に伴うはんだ及び被着体の表面酸化の防止や、溶融はんだの表面張力を低減させてはんだ濡れ性を向上させる作用がある。しかし、活性の残存しているフラックス残渣やハロゲン系フラックス残渣などは、はんだ及び被着体の腐食を進行させるために、はんだと被着体との接着処理の後に、フラックス残渣を洗浄により除去することが要求される。

この表面酸化膜を物理的に除去しつつはんだと被着体とを接着する方法として、摩擦はんだ付け法や超音波はんだ付け法が挙げられる（例えば、特許文献１及び２参照）。摩擦はんだ付け法は、金属被着体の表面酸化膜に溶融はんだを接触させながら、機械的摩擦により表面酸化膜を研削除去することにより、はんだと金属被着体とを直接接触させ、金属原子の拡散により接着するはんだ付け技術である。また、超音波はんだ付け法は、金属被着体の表面酸化膜に溶融はんだを接触させながら、超音波振動により発生したキャビテーションを利用して表面酸化膜を剥離除去することにより、はんだと金属被着体とを直接接触させて、金属原子の拡散により接着するはんだ付け技術である。これらのはんだ付け法は、フラックスを使用せずにはんだ付けができる反面、それぞれに専用の装置を使用する必要がある。

ガラスやセラミックス等の無機非金属化合物及び無機金属化合物に接着可能なはんだが開示されている（例えば、特許文献３参照）。このはんだは、ガラスやセラミックス等の無機非金属化合物及び無機金属化合物と、酸素を媒介とした化学結合によって接着するため、無機非金属化合物及び無機金属化合物の少なくともその表面は酸化物である必要があり、非酸化物とは接着が困難である。更には、はんだ付け時には前述の超音波振動を必要としている。

一方、ガラスやセラミックス等の無機非金属化合物及び無機金属化合物にはんだを接着する方法として、前記無機非金属化合物及び無機金属化合物の表面に予め、銀、パラジウム、銅、これらの混成物などを真空蒸着、無電解めっき、焼き付け等によって表面被覆しておく方法が知られている。しかし、この方法では、はんだを接着するに先立って前記表面被覆プロセスが必要になるほか、被覆金属がはんだによって溶食されやすい場合には、適用可能なはんだの選定とはんだ付け条件を厳密に管理する必要がある。

ところで近年、情報化社会の進展を支えている半導体回路の集積度が高まるにつれ、集積回路（ＩＣ）を冷却するための放熱性能が一層重要となってきており、ヒートシンクを兼ねた基板として、熱伝導率の高い窒化アルミニウムセラミックス基板や炭化ケイ素セラミックス基板などの非酸化物セラミックス材料が注目を集めている。また、併せて、窒化アルミニウムセラミックスや炭化ケイ素セラミックスは、シリコンより大きなバンドギャップを持つ半導体でもあり、高温及び高線量の環境における半導体基板としての実用化が進められている。

特許第３２０５４２３号公報 特開平９−２１６０５２号公報 特許第３６６４３０８号公報

非酸化物セラミックスは、その電気的特性、熱的特性、化学的安定性、機械的強度等の観点から、半導体基板等として期待されている。しかし、非酸化物セラミックスは、前述のような金属原子の拡散による合金層や酸素を媒介とした化学結合を利用してはんだ層を接着することは困難である。また表面被覆を利用する際は、表面被覆処理の工程を余分に必要とし、更にはんだ付け条件を厳密に管理する必要があり、プロセスが煩雑になってしまう。

本発明は、はんだ材料が、特殊な接着装置を要せずに被着体である非酸化物セラミックスの表面に接着したはんだ接着体を提供することを課題とする。また前記はんだ接着体を簡便な方法で得ることができるはんだ接着体の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
本発明の第一の態様は、非酸化物セラミックスの被着体と、前記被着体に接着したはんだ層と、を有するはんだ接着体である。

前記はんだ層は、錫、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも２種の金属を含み、融点が４５０℃未満の合金であることが好ましい。

また前記はんだ層は、固相線温度以上、液相線温度以下の温度で接着されてなることが好ましい。

前記非酸化物セラミックスは、炭化物セラミックス、窒化物セラミックス、ホウ化物セラミックス及びフッ化物セラミックスからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

また前記炭化物セラミックスは、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び炭化タングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

また前記窒化物セラミックスは、窒化ケイ素、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

本発明の第二の態様は、非酸化物セラミックスの被着体に接触しているはんだ材料を固相線温度以上、液相線温度以下の温度で熱処理してはんだ層を前記被着体に接着する工程を有するはんだ接着体の製造方法である。

前記はんだ材料は、錫、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも２種の金属を含み、融点が４５０℃未満の合金であることが好ましい。

前記非酸化物セラミックスは、炭化物セラミックス、窒化物セラミックス、ホウ化物セラミックス及びフッ化物セラミックスからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

また前記炭化物セラミックスは、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び炭化タングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

また前記窒化物セラミックスは、窒化ケイ素、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

本発明によれば、はんだ材料が、特殊な接着装置を要せずに被着体である非酸化物セラミックスの表面に接着したはんだ接着体を提供することができる。また前記はんだ接着体を簡便な方法で得ることができるはんだ接着体の製造方法を提供することができる。

はんだ材料Ｘの冷却曲線である。

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。さらに本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。

＜はんだ接着体＞
本発明のはんだ接着体は、非酸化物セラミックスの被着体と、前記被着体に接着したはんだ層とを有する。前記はんだ接着体は、はんだ材料が被着体の非酸化物セラミックス表面に直接的に接着してはんだ層を形成したものである。ここで直接的に接着するとは、非酸化物セラミックスの被着体の表面に形成されうる酸化物層等を介さずに非酸化物セラミックスの表面にはんだ層が接着していることを意味する。また接着とは、被着体とはんだ層とが機械的に接合していればよく、通常のはんだ付けのようにはんだ材料を構成する金属原子が被着体中に拡散していなくてもよい。

具体的に接着とは、はんだ接着体における被着体とはんだ層との引張り接着強さが１．５Ｎ／φ１．８ｍｍ以上であることを意味し、引張り接着強さが３Ｎ／φ１．８ｍｍ以上であることが好ましい。なお、引張り接着強さは、引張り試験機（Ｑｕａｄ社製：薄膜密着強度測定機Ｒｏｍｕｌｕｓ）とφ１．８ｍｍの接着面を有するスタッドピン（Ｑｕａｄ社製：φ１．８ｍｍ銅製スタッドピン）とを用いて、めっきの密着性試験方法（ＪＩＳ Ｈ８５０４）に準じて測定される。

前記はんだ接着体は例えば、はんだ材料を被着体に接触させて、そのはんだ材料の固相線温度以上、液相線温度以下の温度で加熱処理することで、被着体の表面にはんだ層が直接接着して形成される。このようなはんだ接着体が得られる理由は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。

固相線温度以上、液相線温度以下の温度では、はんだ材料は液相と固相が共存可能な状態となっている。液相線温度を越えた温度、つまり、はんだ材料全体が液相となった状態ではんだ材料を接着しようとすると、表面張力によって液相状態のはんだ材料が弾かれてしまい、被着体表面に接着しない。これに対して、液相状態のはんだ材料と固相状態のはんだ材料とが共存した状態では、固相状態のはんだ材料の存在によって液相状態のはんだ材料の表面張力が小さくなり、はんだ材料の弾きが抑えられ、かつ液相状態のはんだ材料によってはんだ材料全体としての濡れ性が向上することで、被着体表面にはんだ層が良好に接着されるものと考えられる。

前記はんだ接着体は、良好な接着性及びはんだ接着体の生産性の観点から、はんだ層が固相線温度以上、液相線温度以下の温度で非酸化物セラミックスの被着体に接着されてなるものであることが好ましい。より好ましくは、はんだ層が固相線温度以上、液相線温度未満の温度、又は固相線温度を超え、液相線温度以下の温度で非酸化物セラミックスの被着体に接着されてなるはんだ接着体である。更に好ましくは、はんだ層が固相線温度を超え、液相線温度未満の温度で非酸化物セラミックスの被着体に接着されてなるはんだ接着体である。

前記はんだ接着体におけるはんだ層は、必要に応じてさらに配線部材や電子回路素子等と接着していてもよい。すなわち、被着体と配線部材や電子回路素子等とがはんだ層を介して接着していてもよい。前記はんだ層が配線部材や電子回路素子等と接着していることで、非酸化物セラミックスの被着体と配線部材や電子回路素子等とを機械的及び電気的に接続することができる。

前記はんだ接着体は、非酸化物セラミックスの被着体とはんだ層とが機械的にも電気的にも接続されていることから、電子回路基板や半導体基板、ＭＥＭＳ素子、フラットパネルディスプレイ素子、ろう付け部材、電気配線、ヒートシンク等の一部分を構成することができる。

（はんだ層）
前記はんだ層を構成するはんだ材料としては特に制限されず、通常用いられるはんだ材料から適宜選択することができる。前記はんだ材料は、接着性をより高め且つより適切な材料コストにできる点で、錫、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも２種の金属を含み、融点が４５０℃未満の合金であることが好ましく、錫、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも２種の金属を含み、融点が９６℃以上３２７℃以下の合金であることがより好ましく、錫と、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属とを含み、融点が９６℃以上２３２℃以下の合金であることがさらに好ましい。
一般に、融点が４５０℃以上のものはロウ材と呼ばれる。このような高融点のロウ材は接着に高温度での加熱を要する。しかし融点が４５０℃未満のはんだ材料を用いることで、これを電子回路基板などに適用した場合でも、回路などの破損を生じさせる虞がなく、好ましい。

また前記はんだ材料は、鉛含有はんだ材料であっても、鉛フリーはんだ材料であってもよい。具体的には、鉛含有はんだ材料としては、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ、などを挙げることができる。また鉛フリーはんだ材料としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｂｉ−Ｓｎなどを挙げることができる。

前記はんだ材料は、また環境問題への対応等の観点から、実質的に鉛を含まないはんだであることもまた好ましい。ここで実質的に鉛を含まないとは、鉛含有率が０．１質量％以下であることを意味し、鉛含有率が０．０５質量％以下であることが好ましい。

前記はんだ材料は、亜鉛を更に含んでいてもよい。亜鉛を含むことで、例えば酸化物を含む被着体との接着性が向上する。すなわち被着体の表面に被着体の構成成分に由来する酸化物が存在する場合、被着体とはんだ層との接着性が向上する。しかしながら、亜鉛の含有量によっては被着体との濡れ性が低下する場合があり、被着体の種類に応じてその含有量を調整することが好ましい。
本発明において前記はんだ層は、非酸化物セラミックスの被着体と、その表面に存在しうる酸化物層を介することなく接着している。従って前記はんだ層を形成するはんだ材料は亜鉛を実質的に含んでいなくてもよい。亜鉛の含有率は例えば、被着体との濡れ性及び被着体との接着性の観点から、はんだ材料中にそれぞれ１質量％以下とすることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましく、０．１質量％以下であることがさらに好ましい。

前記はんだ材料は、インジウムを更に含んでいてもよい。インジウムは単体で非酸化物セラミックスを含む被着体への接着性を有し、且つはんだ材料に含有されることにより、はんだ材料の融点を下げることができる。しかしながらインジウムは高価な材料であるため、その用途が制限される場合がある。更にはんだ材料がインジウムを含有することにより、形成されるはんだ層の耐久性が低下してしまうことが知られており、はんだ接続の長期信頼性が求められる用途には適さない場合がある。前記はんだ材料におけるインジウムの含有率は、はんだ接続の長期信頼性の観点から、はんだ材料中に１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましく、０．１質量％以下であることがさらに好ましい。

また前記はんだ材料は、必要に応じて他の金属原子をさらに含んでいてもよい。他の金属原子としては特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。他の金属原子として具体的には、マンガン（Ｍｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、タリウム（Ｔｌ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、イットリウム（Ｙ）等のランタノイドなどを挙げることができる。また前記はんだ材料が他の金属原子を含む場合の他の金属原子の含有率は目的に応じて適宜選択できる。例えば前記はんだ材料中に１質量％以下とすることができ、融点及び被着体との接着性の観点から、０．５質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。

また前記はんだ材料は、液相線温度と固相線温度の差が２℃以上であるものが好ましく、前記差が３℃以上３００℃以下であるものがより好ましく、前記差が５℃以上１００℃以下であるものが更に好ましい。液相線温度と固相線温度との差が上記範囲内にあると、接着時の熱処理の温度を制御しやすくなり、はんだ接着の作業性に優れる。

前記はんだ材料の液相線温度および固相線温度は、溶融状態（液相状態）にあるはんだ材料を冷却する時のはんだ材料の温度を測定した冷却曲線を調べることによって確認することができる。液相線温度及び固相線温度は、冷却曲線に基づく接線法により求めることができる。
例えば、図１に示される冷却曲線を描くはんだ材料Ｘの液相線温度と固相線温度は、以下のようにして求められる。
液相状態のはんだ材料Ｘを冷却する際に得られた冷却曲線から、液相状態のはんだ材料Ｘを冷却する際に現れる直線領域（冷却曲線の傾きが一定となる領域、以下同じ）を延長した第一の直線Ａと、固相状態のはんだ材料Ｘを冷却する際に現れる直線領域を延長した第二の直線Ｂと、第一の直線Ａを描く際に適用される直線領域と第二の直線Ｂを描く際に適用される直線領域との間に存在する直線領域を延長した第三の直線Ｃとを得る。
このとき、前記第一の直線Ａと第三の直線Ｃとの交点の温度を、液相線温度とする。
前記第二の直線Ｂと第三の直線Ｃとの交点の温度を、固相線温度とする。
なお、はんだ材料の冷却曲線は、はんだ材料の温度変化を経時的に測定可能な方法、例えば、熱電対が接続されたレコーダによって得られる。
また前記はんだ材料の液相線温度及び固相線温度は、はんだ材料を構成する金属の種類及び混合比率を適宜選択することで所望の範囲とすることができる。

前記はんだ材料は、接着性とはんだ接着体の生産性の観点から、錫、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも２種の金属を含み、液相線温度と固相線温度の差が３℃以上３００℃以下であるものが好ましく、錫、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも２種の金属を含み、液相線温度と固相線温度の差が５℃以上１００℃以下であるものがより好ましく、錫と、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属とを含み、液相線温度と固相線温度の差が５℃以上１００℃以下であるものがさらに好ましい。

前記はんだ材料は、所望の組成を有する市販品を用いてもよいし、通常用いられる製造方法で製造したものであってもよい。具体的にははんだ材料を構成する各原料を所定の割合で混合し、これを溶融した後に急冷することで所望のはんだ材料を製造することができる。

前記はんだ層は、前記はんだ材料が被着体上に接着されて形成される。はんだ層の形成方法の詳細は後述する。前記はんだ層は、フラックスを含んでいてもよい。フラックスとしては比較的活性の弱いフラックスが好ましい。具体的には、ロジン系、ＲＭＡ系、Ｒ系のフラックスを挙げることができる。

前記はんだ層は、フラックスを実質的に含有しないことが好ましい。前記はんだ材料がフラックスを実質的に含有しないことで、前記被着体上に前記はんだ層を接着する際に、前記フラックス中の溶剤分を乾燥させる工程を省略することができる。また前記被着体上に前記はんだ層を接着したのちのフラックス洗浄工程を省略することができる。更に前記フラックスによる前記被着体の腐食作用を防ぐことができる。ここでフラックスを実質的に含有しないとは、はんだ材料中に含まれるフラックスの総量が２質量％以下であることを意味し、１質量％以下であることが好ましい。

（被着体）
前記被着体は、少なくともその表面が非酸化物セラミックスから構成されものであれば特に制限されない。すなわち前記被着体は非酸化物セラミックスからなるものであってもよく、またはんだ層が接着する表面に非酸化物セラミックス層を有し、その他の構成成分をさらに含む複合物であってもよい。また前記非酸化物セラミックスは、非酸化物であれば金属化合物であっても非金属化合物であってもよい。中でも前記非酸化物セラミックスは、機械的強さ及び電気的特性の観点から、炭化物セラミックス、窒化物セラミックス、ホウ化物セラミックス及びフッ化物セラミックスからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

前記炭化物セラミックスとしては、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化アルミニウム、炭化カルシウム、炭化チタン等を挙げることができる。中でも炭化ケイ素、炭化ホウ素及び炭化タングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。また前記窒化物セラミックスとしては、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化タングステン等を挙げることができる。中でも窒化ケイ素、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。またホウ化物セラミックスとしては、ホウ化チタン、ホウ化ランタン等を挙げることができる。更にフッ化物セラミックスとしては、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム等を挙げることができる。

前記非酸化物セラミックスは、不可避に混入する酸素原子を含んでいてもよい。前記非酸化物セラミックスに含まれる酸素原子の含有率は、例えば前記非酸化物セラミックス中に５質量％以下とすることができ、熱伝導性、バンドギャップの観点から３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。なお、非酸化物セラミックスにおける酸素原子の含有率は、エネルギー分散型エックス線分析（ＥＤＸ）によって行うことができる。

＜はんだ接着体の製造方法＞
本発明のはんだ接着体の製造方法は、非酸化物セラミックスの被着体に接触しているはんだ材料を、その固相線温度以上、液相線温度以下の温度で熱処理してはんだ層を前記被着体上に接着する工程（以下、「接着工程」ともいう）を有し、必要に応じてその他の工程を有し得る。被着体上のはんだ材料を特定の温度範囲で熱処理することで、非酸化物セラミックスの被着体上にはんだ層を接着することが可能となる。前記被着体及びはんだ材料の詳細については既述の通りである。

ここで「固相線温度以上、液相線温度以下の温度」とは、固相線温度から液相線温度まで間の温度であって、固相線温度と液相線温度を含む。液相と固相の共存状態ではんだ層の接着を行う観点から、前記接着工程における温度は、固相線温度以上、液相線温度未満の温度、又は固相線温度を超え、液相線温度以下の温度であることが好ましく、固相線温度を越え、液相線温度未満の温度であることがより好ましい。

また、接着性を更に向上させる観点から、接着時のはんだ層における液相と固相の割合を調整することが好ましい。具体的には、前記はんだ層の全体における液相の占める割合が３０質量％以上１００質量％未満となるような温度で接着することが好ましく、３５質量％以上９９質量％以下となる温度で接着することがより好ましく、４０質量％以上９８質量％以下となる温度で接着することが更に好ましく、５０質量％以上９５質量％以下となる温度で接着することが更に好ましい。
なお、はんだ接着時における液相の占める割合は、用いるはんだ組成の平衡状態図より求めることができる。

熱処理の方法は特に制限されず、従来公知の方法を採用することができる。例えば、非酸化物セラミックスの被着体を、ホットプレートなどで加熱し、この被着体の上にはんだ材料を乗せて、はんだ材料の温度を制御しつつ、ホットプレートと同じ温度に設定したはんだこてを用いてはんだ材料を熱処理する方法や、被着体上にはんだを乗せた状態で一定温度のリフロー炉を通過させる方法などが挙げられる。

前記接着工程では、はんだ材料を被着体に押し付けながら接着することが好ましい。これによりはんだ材料中の固相が前記被着体に押し付けられることになり、より接着性が向上する。この押し付けの圧力は適宜設定することができ、例えば、２００Ｐａ〜５ＭＰａとすることが好ましく、１ｋＰａ〜２ＭＰａとすることが好ましい。

また、接着工程では、熱処理時間を１秒以上とすることが好ましく、３秒以上とすることがより好ましく、１０秒以上とすることが更に好ましい。これにより、はんだ材料中の固相が前記被着体に、より押し付けられることとなって、はんだ層の接着性が向上する。

また前記はんだ接着体においてはんだ層が、必要に応じてさらに配線部材等と接着している場合、前記配線部材等は、はんだ層の被着体への接着の際に併せてはんだ層に接着されてもよく、被着体に接着したはんだ層にさらに配線部材等が接着されて形成されてもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「部」及び「％」は質量基準である。

＜実験例１＞
（ａ）はんだの作製
棒はんだ（Ｓｎ５０質量％−Ｐｂ５０質量％；新富士バーナー株式会社製）と板鉛（Ｐｂ；輝陽産業株式会社製）を用いて、錫１０部及び鉛９０部となるように秤量し、次いで黒鉛ルツボの中、４４０℃で溶融し、更に鋳型に流し込んで急冷することにより、固形状のはんだ１を得た。
得られたはんだ１の冷却曲線を熱電対及びペンレコーダを用いて調べた結果、液相線温度３０２℃、固相線温度２７５℃であった。

（ｂ）はんだ接着体の作製
非酸化物セラミックスの被着体として、炭化ケイ素セラミックス（日立化成工業株式会社製：ヘキサロイ）を用いた。表面は、通常の研削面とした。被着体をホットプレート（アズワン株式会社製；ＨＰ−１ＳＡ）の上で加熱し、温度が一定となるまで充分に時間を置いた。温度は表面温度計で被着体の表面を測定した。被着体の上に上記で作製したはんだ１を乗せ、ホットプレートと同じ温度に設定したはんだこて（太洋電機産業株式会社製ＲＶ−８０２ＡＳ）を用いて被着体に押し付けた。なお、ホットプレート及びはんだこての温度は、表１のようにそれぞれ調節した。

（ｃ）接着性の評価
接着性については、引張り試験機（Ｑｕａｄ社製：薄膜密着強度測定機Ｒｏｍｕｌｕｓ）とφ１．８ｍｍの接着面を有するスタッドピン（Ｑｕａｄ社製：φ１．８ｍｍ銅製スタッドピン）とを用いて、めっきの密着性試験方法（ＪＩＳ Ｈ８５０４）に準じて引張り接着強さを測定し、以下の基準により評価した。Ａ、ＢおよびＣを合格とし、Ｄを不合格とした。
Ａ：引張り接着強さ３Ｎ／φ１．８ｍｍ以上であり、よく接着した。
Ｂ：引張り接着強さ１．５Ｎ／φ１．８ｍｍ以上、３Ｎ／φ１．８ｍｍ未満で接着した。
Ｃ：引張り接着強さ１．５Ｎ／φ１．８ｍｍ未満で接着したが、はんだが弾き気味、または接着はするが固形分が多いなどの理由により、接着作業性に難があった。
Ｄ：接着しなかった（はじいてしまい接着しない、固形分が多く接着しない、凝固し接着しない、という状態をそれぞれ含む）。
それぞれの接着温度における接着性の評価結果を表１に示す。なお、表１中「−」は未評価を意味する。

＜実験例２＞
実験例１において、はんだの組成を錫１０部及び鉛９０部から錫２０部及び鉛８０部に変更して、はんだ２を作製し、これを用いた以外は実験例１と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ２は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度２８０℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表１に示す。

＜実験例３＞
実験例１において、はんだの組成を錫１０部及び鉛９０部から錫３０部及び鉛７０部に変更して、はんだ３を作製し、これを用いた以外は実験例１と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ３は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度２５５℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表１に示す。

＜実験例４＞
実験例１において、はんだの組成を錫１０部及び鉛９０部から錫４５部及び鉛５５部に変更して、はんだ４を作製し、これを用いた以外は実験例１と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ４は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度２２７℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表２に示す。

＜実験例５＞
実験例１において、はんだは棒はんだ（Ｓｎ５０質量％−Ｐｂ５０質量％）をそのまま使用し、これをはんだ５とし、これを用いたた以外は実験例１と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。はんだ５は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度２１４℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表２に示す。

＜実験例６＞
実験例１において、棒はんだ（Ｓｎ５０質量％−Ｐｂ５０質量％）から棒はんだ（Ｓｎ９５質量％−Ｐｂ５質量％；（有）イーマテリアル製）に変更し、且つはんだの組成を錫１０部及び鉛９０部から錫６０部及び鉛４０部に変更して、はんだ６を作製し、これを用いた以外は実験例１と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ６は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１８８℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表３に示す。

＜実験例７＞
実験例６において、はんだの組成を錫６０部及び鉛４０部から錫６２部及び鉛３８部に変更して、はんだ７を作製し、これを用いた以外は実験例６と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ７は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度と固相線温度は分離ができず１８３℃であった。結果を表３に示す。

＜実験例８＞
実験例６において、はんだの組成を錫６０部及び鉛４０部から錫６３部及び鉛３７部に変更して、はんだ８を作製し、これを用いた以外は実験例６と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ８は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１８５℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表３に示す。

＜実験例９＞
実験例６において、はんだの組成を錫６０部及び鉛４０部から錫７０部及び鉛３０部に変更して、はんだ９を作製し、これを用いた以外は実験例６と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ９は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１９２℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表３に示す。

＜実験例１０＞
実験例６において、はんだの組成を錫６０部及び鉛４０部から錫８０部及び鉛２０部に変更して、はんだ１０を作製し、これを用いた以外は実験例６と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ１０は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度２０５℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表４に示す。

＜実験例１１＞
実験例６において、はんだの組成を錫６０部及び鉛４０部から錫９０部及び鉛１０部に変更して、はんだ１１を作製し、これを用いた以外は実験例６と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ１１は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度２１８℃、固相線温度１８３℃であった。結果を表４に示す。

＜実験例１２＞
実験例１において、はんだの組成を錫４２部及びビスマス５８部となるように変更して、はんだ１２を作製し、これを用いた以外は上記と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ１２は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１４１℃、固相線温度１３９℃であった。結果を表５に示す。

＜実験例１３＞
実験例１において、はんだの組成を錫４２部、ビスマス５７部及び銀１部となるように変更して、はんだ１３を作製し、これを用いた以外は上記と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ１３は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１４０℃、固相線温度１３８℃であった。結果を表５に示す。

＜実験例１４＞
実験例１において、はんだの組成を錫６１部及びビスマス３９部となるように変更して、はんだ１４を作製し、これを用いた以外は上記と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ１４は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１７７℃、固相線温度１３８℃であった。結果を表６に示す。

＜実験例１５＞
実験例１において、はんだの組成を錫５６部及びビスマス４４部となるように変更して、はんだ１５を作製し、これを用いた以外は上記と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ１５は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１６７℃、固相線温度１３８℃であった。結果を表６に示す。

＜実験例１６＞
実験例１において、はんだの組成を錫５２部及びビスマス４８部となるように変更して、はんだ１６を作製し、これを用いた以外は上記と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られたはんだ１６は、冷却曲線を調べた結果、液相線温度１５８℃、固相線温度１３８℃であった。結果を表６に示す。

＜比較実験例１＞
実験例１において、板鉛（Ｐｂ）をそのまま使用し、これを試料Ｓ１とし、これを用いた以外は実験例１と同様にして、接着温度と接着性の評価を行った。また得られた試料Ｓ１は、冷却曲線を調べた結果、融点（すなわち液相線温度及び固相線温度）３２７℃であった。結果を表１に示す。

表１〜６に示すとおり、はんだ材料の組成に依らず、固相線温度以上、液相線温度以下の温度ではんだ材料を熱処理することで、非酸化物セラミックスである炭化ケイ素セラミックスの被着体にはんだ層を優れた接着性で接着することができた。

＜実験例１７＞
実験例５において、被着体を炭化ケイ素セラミックスから窒化アルミニウムセラミックス（古河電子株式会社製ＦＡＮ−１７０）に変更した以外は実験例５と同様にして、接着温度と接着性の評価を行ったところ、上記実験例５と同様に、はんだ材料の固相線温度以上、液相線温度以下の温度で良好な接着性を示すことが分かった。

＜実験例１８＞
実験例１６において、被着体を炭化ケイ素セラミックスから窒化アルミニウムセラミックス（古河電子株式会社製ＦＡＮ−１７０）に変更した以外は実験例１６と同様にして、接着温度と接着性の評価を行ったところ、上記実験例１６と同様に、はんだの固相線温度以上、液相線温度以下の温度で良好な接着性を示すことが分かった

以上から、本発明のはんだ接着体の製造方法を用いることで、特殊な接着装置を要せず、簡便な方法で、被着体である非酸化物セラミックスの表面にはんだ層が接着したはんだ接着体を得ることができることが分かる。

Claims (5)

1. 非酸化物セラミックスの被着体に接触しているはんだ材料を固相線温度以上、液相線温度以下の温度で熱処理してはんだ層を前記被着体に接着する工程を有するはんだ接着体の製造方法。
2. 前記はんだ材料は、錫、銅、銀、ビスマス、鉛、アルミニウム、チタン及びシリコンからなる群より選ばれる少なくとも２種の金属を含み、融点が４５０℃未満の合金である請求項１に記載の製造方法。
3. 前記非酸化物セラミックスは、炭化物セラミックス、窒化物セラミックス、ホウ化物セラミックス及びフッ化物セラミックスからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１又は請求項２に記載の製造方法。
4. 前記炭化物セラミックスは、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び炭化タングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項３に記載の製造方法。
5. 前記窒化物セラミックスは、窒化ケイ素、窒化ホウ素及び窒化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項３に記載の製造方法。

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