JP6811798B2 - Molded solder and manufacturing method of molded solder - Google Patents

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Description

本発明は、成形はんだ及び成形はんだの製造方法に関する。 The present invention relates to molded solder and a method for producing molded solder.

電子回路基板上に形成される電子回路に電子部品を接合する接合材料としては、主としてはんだ合金が用いられている。 Solder alloys are mainly used as a joining material for joining electronic components to an electronic circuit formed on an electronic circuit board.

ここで近年、エネルギー及び環境問題の観点から、電力の制御及び供給を行う電力用半導体素子、所謂パワー半導体が注目されている。このパワー半導体の材料としては、例えばＳｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）またはＧａＮ（窒化ガリウム）等が挙げられる。 Here, in recent years, from the viewpoint of energy and environmental problems, power semiconductor devices that control and supply electric power, so-called power semiconductors, have been attracting attention. Examples of the material of this power semiconductor include Si (silicon), SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride) and the like.

上記パワー半導体としては、従来はＳｉ素子が広く用いられてきた。
ここでパワー半導体は、これが組み込まれた電子製品の使用時に発生するジュール熱により発熱する。しかし従来使用されているＳｉ素子の場合、１５０℃程度の耐熱性しかなく、それ以上の温度に加熱されると、半導体としての機能を失うという問題があった。
そのため、Ｓｉ素子の動作温度は１５０℃以下に保たれることとなり、接合材料の耐熱性としてはそれ以上の溶融温度を有していれば良く、固相線温度が１５０℃以上３００℃未満の接合材（はんだ合金等）を使用した接合（ダイボンド）が行われていた。 Conventionally, Si elements have been widely used as the power semiconductors.
Here, the power semiconductor generates heat due to Joule heat generated when the electronic product incorporating the power semiconductor is used. However, the conventionally used Si element has only heat resistance of about 150 ° C., and when heated to a temperature higher than that, there is a problem that the function as a semiconductor is lost.
Therefore, the operating temperature of the Si element is maintained at 150 ° C. or lower, and the heat resistance of the bonding material may be higher than that, and the solidus temperature is 150 ° C. or higher and lower than 300 ° C. Bonding (die bond) using a bonding material (solder alloy, etc.) was performed.

しかし昨今は、より電力損失が少なく、大電流が扱えるＳｉＣ素子が普及しつつあり、そのＳｉＣ素子は３００℃以上の高温でも動作可能であることから、ＳｉＣ素子のＤＣＢ基板への接合材料としては、動作時に溶融しない為に固相線温度が３００℃以上であることが求められる。
しかし、従来使用されている接合材はその固相線温度が３００℃未満であるため、ＳｉＣ素子の接合には適していない。 However, in recent years, SiC elements that have less power loss and can handle large currents are becoming widespread, and since the SiC elements can operate even at high temperatures of 300 ° C. or higher, they can be used as bonding materials for bonding SiC elements to DCB substrates. The solidus line temperature is required to be 300 ° C. or higher so that it does not melt during operation.
However, the conventionally used bonding material has a solid phase line temperature of less than 300 ° C., and is therefore not suitable for bonding SiC elements.

ＳｉＣ素子のような耐熱性の高いパワー半導体の接合に用いられる接合材としては、例えばＡｇを含む金属粉末をＤＣＢ基板上に配置し、これを一方向または双方向から加圧しながら加熱して金属粉末を緻密化（焼結）させる方法が挙げられる。
しかし当該方法では、液相線温度の高いＡｇを含む金属粉末を焼結させるために、例えば２００℃から３００℃の高温条件下で加熱及び加圧しなければならない。そのため、特に面積の大きいＳｉＣ素子をＤＣＢ基板上に接合させるために長時間の加熱及び加圧が必要となり、パワー半導体の生産性が阻害されるという問題があった。 As a bonding material used for bonding a power semiconductor having high heat resistance such as a SiC element, for example, a metal powder containing Ag is placed on a DCB substrate and heated while being pressurized from one direction or both directions to form a metal. Examples thereof include a method of densifying (sintering) the powder.
However, in this method, in order to sinter the metal powder containing Ag having a high liquidus temperature, it is necessary to heat and pressurize under high temperature conditions of, for example, 200 ° C. to 300 ° C. Therefore, there is a problem that the productivity of the power semiconductor is hindered because long-time heating and pressurization are required to bond the SiC element having a particularly large area on the DCB substrate.

そこで、効率的にＤＣＢ基板上にＳｉＣ素子を実装（接合）する方法として、固相線温度及び液相線温度の高い成形はんだを用いたはんだ接合方法が広く使用されている。 Therefore, as a method for efficiently mounting (bonding) a SiC element on a DCB substrate, a solder bonding method using molded solder having a high solid phase temperature and liquid phase temperature is widely used.

成形はんだとは、長方形、正方形及びディスク状といった所定の形状に成形されたはんだをいい、成形はんだをＤＣＢ基板とＳｉＣ素子で挟み、これを加熱することでＤＣＢ基板上にＳｉＣ素子を実装し得る。 The molded solder refers to solder molded into a predetermined shape such as a rectangle, a square, or a disk, and the SiC element can be mounted on the DCB substrate by sandwiching the molded solder between a DCB substrate and a SiC element and heating the solder. ..

このような成形はんだを成形する方法として、例えば半田よりも高融点の材質からなる粉末の夫々の粒子表面に、半田とぬれ易い金属の膜を形成し、これら粒子をフラックスと一緒に練ったものを溶融状半田中に入れて各粒子を分散・拡散させた後に、冷却・固化させた半田用インゴットの製造方法（特許文献１）や、高融点金属粒と熱分解可能な液状フラックスを混合した混合物を溶融はんだ中に投入し、これを冷やして作製したビレットを加工してフォームはんだを製造する方法（特許文献２参照）が開示されている。 As a method for forming such molded solder, for example, a metal film that easily wets with solder is formed on the surface of each particle of a powder made of a material having a melting point higher than that of solder, and these particles are kneaded together with flux. Was put in molten solder to disperse and diffuse each particle, and then a method for manufacturing a soldering ingot that was cooled and solidified (Patent Document 1), and a mixture of refractory metal particles and a thermally decomposable liquid flux. A method of pouring a mixture into molten solder and processing the billet produced by cooling the mixture to produce foam solder (see Patent Document 2) is disclosed.

特許文献１及び２に開示される半田用インゴットの製造方法及びフォームはんだの製造方法は、溶融したはんだ合金中に固相線温度／液相線温度の高い金属粉末を分散・拡散させることで、作製されるインゴットやフォームはんだの、特に固相線温度を上昇させる技術に関し、いずれもその製造にフラックスを用いている。
そのため、たとえフラックスに揮発し易い成分を用いた場合であっても、溶融したはんだ合金中にフラックスやフラックスの揮発により発生した気泡が残留し、これがボイドとなるリスクは依然として存在する。
また、金属粉末とフラックスとを混合したものを溶融したはんだ合金に投入する場合、フラックス成分がなくなるまで加熱する必要があるため、その間に金属粉末が溶融したはんだ合金に浸食されるリスクはやはり依然として残る。金属粉末を構成する金属の種類・性質によって、溶融したはんだ合金に浸食される速度が変わるため、特にはんだ合金に拡散しやすいＣｕからなる金属粉末を使用する場合、溶融したはんだ合金に浸食され、金属粉末が小さくなる・消滅してしまうリスクは大きい。 The method for producing a soldering ingot and the method for producing a foam solder disclosed in Patent Documents 1 and 2 are obtained by dispersing and diffusing a metal powder having a high solid phase line temperature / liquid phase line temperature in a molten solder alloy. Flux is used in the production of the ingots and foam solders to be produced, especially with regard to the technology for raising the solidus line temperature.
Therefore, even when a easily volatilizing component is used for the flux, there is still a risk that bubbles generated by the volatilization of the flux or the flux remain in the molten solder alloy and become voids.
In addition, when a mixture of metal powder and flux is put into a molten solder alloy, it is necessary to heat it until the flux component disappears, so there is still a risk that the metal powder will be eroded by the molten solder alloy during that time. Remain. Since the rate of erosion by the molten solder alloy changes depending on the type and properties of the metals that make up the metal powder, especially when using a metal powder made of Cu that easily diffuses into the solder alloy, it is eroded by the molten solder alloy. There is a great risk that the metal powder will become smaller or disappear.

特開平６−３１４８６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-31486 特許第５２４５４１０号公報Japanese Patent No. 5245410

本発明の目的は上記の課題を解決するものであり、ボイドの発生を抑制しつつ、はんだ接合時に液相線温度の高い金属からなる金属粉末を溶融したはんだ合金中に容易に拡散させ、はんだ接合後の成形はんだ（はんだ接合部）の溶融温度を変化させることのできる成形はんだ及び成形はんだの製造方法を提供することをその目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and while suppressing the generation of voids, a metal powder made of a metal having a high liquidus temperature is easily diffused in a molten solder alloy at the time of solder joining to solder. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a molded solder and a molded solder capable of changing the melting temperature of the molded solder (solder joint portion) after joining.

本発明の成形はんだは、複数種の金属粉末の混合体を加圧成形してなり、前記複数種の金属粉末のうち少なくとも１種の金属粉末は複数の金属元素を含む合金からなり、前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱することにより溶融温度変化を生じることをその特徴とする。 The molded solder of the present invention is formed by pressure-molding a mixture of a plurality of types of metal powders, and at least one of the plurality of types of metal powders is composed of an alloy containing a plurality of metal elements. It is characterized in that the melting temperature changes by heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the seed metal powder.

前記複数種の金属粉末の液相線温度は、それぞれが５０℃以上の温度差を有していることが好ましい。 The liquidus temperature of the plurality of types of metal powders preferably has a temperature difference of 50 ° C. or more.

また前記複数の金属元素を含む合金はＳｎを４０質量％以上含み、その固相線温度は２５０℃以下であることが好ましい。 Further, it is preferable that the alloy containing a plurality of metal elements contains Sn in an amount of 40% by mass or more and the solid phase temperature thereof is 250 ° C. or less.

また前記複数種の金属粉末のうち１種はＣｕ金属粉末であることが好ましい。 Further, it is preferable that one of the plurality of types of metal powder is Cu metal powder.

また前記複数種の金属粉末の混合体に含まれる前記Ｃｕ金属粉末の含有割合は４０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。 Further, the content ratio of the Cu metal powder contained in the mixture of the plurality of types of metal powder is preferably 40% by mass or more and 80% by mass or less.

また本発明の成形はんだは、当該成形はんだに含まれる前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）において、前記複数種の金属粉末のうち最も固相線温度の低い金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末が溶融状態となる割合（当該金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末全体のうちで溶融状態となるものの割合）をＸとするときに、加熱した後の前記成形はんだにおいて、前記金属粉末のうち最も固相線温度の低い金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末の溶融状態の割合がＸとなる温度が３００℃以上であることが好ましい。 Further, the molded solder of the present invention is the first in the differential scanning calorific value measurement of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders contained in the molded solder. At the temperature (T) indicating the heat absorption peak of, the ratio at which the metal powder having the lowest solidus temperature or the alloy powder containing a plurality of metal elements among the plurality of types of metal powders is in a molten state (the metal powder or a plurality of the metal powders). When X is the ratio of all alloy powders containing metal elements that are in a molten state, the metal powder having the lowest solidus temperature among the metal powders or a plurality of metal powders in the molded solder after heating. It is preferable that the temperature at which the ratio of the molten state of the alloy powder containing the metal element is X is 300 ° C. or higher.

また本発明の成形はんだは、前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値（Ｈ１’）と、加熱した後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値（Ｈ２’）とが、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．２ … （１） Further, the molded solder of the present invention is a temperature showing the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders. The absolute value (H1') of the heat flow (H1) in (T) and the absolute value (H2') of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating are , It is preferable to satisfy the following formula (1).
(H2') / (H1') ≤ 0.2 ... (1)

本発明の成形はんだの製造方法は、複数種の金属粉末を混合分散して前記複数種の金属粉末の混合体を作製する工程と、前記複数種の金属粉末の混合体を加圧成形用容器に収容する工程と、前記複数種の金属粉末の混合体を収容する前記加圧成形容器を加圧する工程とを含む成形はんだの製造方法であって、前記複数種の金属粉末のうち少なくとも１種の金属粉末は複数の金属元素を含む合金からなり、前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱することにより溶融温度変化を生じることをその特徴とする。 The method for producing a molded solder of the present invention includes a step of mixing and dispersing a plurality of types of metal powders to prepare a mixture of the plurality of types of metal powders, and a container for pressure molding of the mixture of the plurality of types of metal powders. A method for producing a molded solder, comprising a step of accommodating the solder in the solder and a step of pressurizing the pressure-molded container containing a mixture of the plurality of types of metal powder, at least one of the plurality of types of metal powder. The metal powder of No. 1 is composed of an alloy containing a plurality of metal elements, and is characterized in that the melting temperature changes by heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders. And.

前記複数種の金属粉末の液相線温度は、それぞれが５０℃以上の温度差を有していることが好ましい。 The liquidus temperature of the plurality of types of metal powders preferably has a temperature difference of 50 ° C. or more.

前記複数の金属元素を含む合金はＳｎを４０質量％以上含み、その固相線温度は２５０℃以下であることが好ましい。 It is preferable that the alloy containing a plurality of metal elements contains Sn in an amount of 40% by mass or more and the solid phase temperature thereof is 250 ° C. or less.

前記複数種の金属粉末のうち１種はＣｕ金属粉末であることが好ましい。 It is preferable that one of the plurality of types of metal powder is Cu metal powder.

前記複数種の金属粉末の混合体に含まれる前記Ｃｕ金属粉末の含有割合は４０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。 The content ratio of the Cu metal powder contained in the mixture of the plurality of types of metal powder is preferably 40% by mass or more and 80% by mass or less.

本発明の成形はんだの製造方法は、成形はんだに含まれる前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）において、前記複数種の金属粉末のうち最も固相線温度の低い金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末が溶融状態となる割合（当該金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末全体のうちで溶融状態となるものの割合）をＸとするときに、加熱した後の前記成形はんだにおいて、前記金属粉末のうち最も固相線温度の低い金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末の溶融状態の割合がＸとなる温度が３００℃以上であることが好ましい。 The method for producing a molded solder of the present invention is in measuring the differential scanning calorific value of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders contained in the molded solder. At the temperature (T) showing the first heat absorption peak, the ratio at which the metal powder having the lowest solidus temperature or the alloy powder containing a plurality of metal elements among the plurality of types of metal powder is in a molten state (the metal powder or the plurality). When X is the ratio of the entire alloy powder containing the metal element of the above, which is in a molten state, the metal powder having the lowest solidus temperature among the metal powders or a plurality of the metal powders in the molded solder after heating. It is preferable that the temperature at which the ratio of the molten state of the alloy powder containing the metal element is X is 300 ° C. or higher.

本発明の成形はんだの製造方法は、前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値（Ｈ１’）と、加熱した後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値（Ｈ２’）とが、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．２ … （１） In the method for producing a molded solder of the present invention, the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders is obtained. The absolute value (H1') of the heat flow (H1) at the indicated temperature (T) and the absolute value (H2') of the heat flow (H2) at the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating. It is preferable that the following formula (1) is satisfied.
(H2') / (H1') ≤ 0.2 ... (1)

本発明の成形はんだ及び成形はんだの製造方法は、ボイドの発生を抑制しつつ、はんだ接合時に液相線温度の高い金属からなる金属粉末を溶融したはんだ合金中に容易に拡散させ、はんだ接合後の成形はんだ（はんだ接合部）の溶融温度を変化させることができる。 In the molded solder and the method for manufacturing a molded solder of the present invention, while suppressing the generation of voids, a metal powder made of a metal having a high liquidus temperature is easily diffused into a molten solder alloy at the time of solder joining, and after solder joining. The melting temperature of the molded solder (solder joint) can be changed.

Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を８０：２０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 80:20. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を７０：３０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 70:30. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を６０：４０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of molded solder, which is a mixture of a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy at a ratio of 60:40. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を５０：５０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of molded solder, which is a mixture of a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy at a ratio of 50:50. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を８０：２０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 80:20. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を７０：３０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 70:30. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を６０：４０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 60:40. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を５０：５０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 50:50. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を８０：２０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られた加熱温度別ＤＳＣチャート（１）。Heating obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 80:20. DSC chart by temperature (1). Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を８０：２０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られた加熱温度別ＤＳＣチャート（２）。Heating obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy are mixed at a ratio of 80:20. DSC chart by temperature (2). Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を９０：１０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy are mixed at a ratio of 90:10. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を８０：２０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of molded solder, which is a mixture of a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy at a ratio of 80:20. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を７０：３０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy at a ratio of 70:30. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を６０：４０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry before heating of molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy at a ratio of 60:40. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を９０：１０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy are mixed at a ratio of 90:10. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を８０：２０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy are mixed at a ratio of 80:20. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を７０：３０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy are mixed at a ratio of 70:30. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を６０：４０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。DSC obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy are mixed at a ratio of 60:40. chart. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を９０：１０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られた加熱温度別ＤＳＣチャート。Heating obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy are mixed at a ratio of 90:10. DSC chart by temperature. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末を５０：５０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry before heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Cu are mixed at a ratio of 50:50. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末を２０：８０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry before heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Cu are mixed at a ratio of 20:80. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末を５０：５０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Cu are mixed at a ratio of 50:50. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末を２０：８０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Cu are mixed at a ratio of 20:80. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを６０：４０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry before heating of a molded solder in which a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu are mixed at a ratio of 60:40. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを５０：５０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry before heating of a molded solder obtained by mixing a metal powder made of a Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu at a ratio of 50:50. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを４０：６０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry before heating of a molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu at a ratio of 40:60. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを３０：７０の割合で混合した成形はんだの加熱前の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry before heating of a molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu at a ratio of 30:70. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを６０：４０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu at a ratio of 60:40. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを５０：５０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu at a ratio of 50:50. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを４０：６０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu at a ratio of 40:60. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末と、Ｃｕからなる金属粉末とを３０：７０の割合で混合した成形はんだの加熱後の示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャート。A DSC chart obtained by differential scanning calorimetry after heating of a molded solder obtained by mixing a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu at a ratio of 30:70. Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末とを使用した成形はんだ、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＳｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末とを使用した成形はんだ、及びＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＣｕからなる金属粉末とを使用した成形はんだのリフロー時における温度条件を表す温度プロファイル。Molded solder using a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy, metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and Sn- Shows the temperature conditions during reflow of molded solder using a metal powder made of 58Bi solder alloy, and molded solder using a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Cu. Temperature profile. Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末とＣｕからなる金属粉末とを使用した成形はんだのリフロー時における温度条件を表す温度プロファイル。A temperature profile showing temperature conditions during reflow of a molded solder using a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu.

以下、本発明の成形はんだ及び成形はんだの製造方法の一実施形態について詳細に説明する。
なお、本発明が当該実施形態に限定されないのはもとよりである。 Hereinafter, an embodiment of the molded solder and the method for producing the molded solder of the present invention will be described in detail.
It goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment.

＜複数種の金属粉末＞
本発明の成形はんだの製造に用いる複数種の金属粉末は、そのうちの少なくとも１種が複数の金属元素を含む合金からなることが好ましい。
このような合金を構成する合金元素としては、例えばＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ及びＩｎ等が挙げられ、これらの合金元素を複数組合せた合金を使用し得る。
その中でもＳｎを含む合金、特にＳｎを４０質量％以上含む合金が好ましく用いられる。なお、Ｓｎの含有量は４２質量％以上９７質量％以下であることがより好ましい。
また前記合金として、その固相線温度が２５０℃以下であるものが好ましく用いられる。 <Multiple types of metal powder>
The plurality of types of metal powder used in the production of the molded solder of the present invention preferably consist of an alloy in which at least one of them contains a plurality of metal elements.
Examples of the alloying elements constituting such an alloy include Sn, Ag, Cu, Bi, Zn, In, Ga, Sb, Au, Pd, Ge, Ni, Cr, Al, P and In. It is possible to use an alloy in which a plurality of alloying elements of the above are combined.
Among them, an alloy containing Sn, particularly an alloy containing 40% by mass or more of Sn, is preferably used. The Sn content is more preferably 42% by mass or more and 97% by mass or less.
Further, as the alloy, an alloy having a solid phase line temperature of 250 ° C. or lower is preferably used.

本実施形態の成形はんだは、後述するように加圧により成形される。即ち、成形時に加熱を伴わないため、はんだ接合前の成形はんだは、前記複数種の金属粉末は未だ溶融拡散しておらず、溶融温度変化が生じていない。
そのため、本実施形態の成形はんだを用いてはんだ接合を行う際、これに含まれる合金からなる金属粉末は、例えばピーク温度２５０℃程度の一般的な鉛フリーはんだを使用した接合時の加熱温度でも十分に溶融し得る。よって本実施形態の成形はんだは、２５０℃程度での加熱であっても、ＳｉＣ素子等のパワー半導体をＤＣＢ基板上に接合することができる。 The molded solder of this embodiment is molded by pressurization as described later. That is, since heating is not involved during molding, the plurality of types of metal powders in the molded solder before solder joining have not yet melted and diffused, and the melting temperature has not changed.
Therefore, when solder bonding is performed using the molded solder of the present embodiment, the metal powder made of the alloy contained therein can be used even at the heating temperature at the time of bonding using a general lead-free solder having a peak temperature of, for example, about 250 ° C. Can melt sufficiently. Therefore, the molded solder of the present embodiment can bond a power semiconductor such as a SiC element onto the DCB substrate even when heated at about 250 ° C.

前記合金からなる金属粉末の平均粒子径は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。より好ましい当該平均粒子径は、２μｍ以上２５μｍ以下であり、２μｍ以上８μｍ以下が特に好ましい。 The average particle size of the metal powder made of the alloy is preferably 1 μm or more and 30 μm or less. More preferably, the average particle size is 2 μm or more and 25 μm or less, and 2 μm or more and 8 μm or less is particularly preferable.

また前記複数種の金属粉末の液相線温度は、それぞれが５０℃以上の温度差を有していることが好ましい。即ち、各金属粉末の液相線温度は、他の金属粉末の液相線温度と５０℃以上の温度差を有していることが好ましい。
このような金属粉末を用いて成形された本実施形態の成形はんだは、はんだ接合時の加熱温度を調整し易い。また当該成形はんだは、後述するはんだ接合時の加熱に伴う溶融温度変化を生じさせることができる。 Further, it is preferable that the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders have a temperature difference of 50 ° C. or more. That is, it is preferable that the liquidus temperature of each metal powder has a temperature difference of 50 ° C. or more from the liquidus temperature of other metal powders.
The molded solder of the present embodiment formed by using such a metal powder can easily adjust the heating temperature at the time of solder joining. Further, the molded solder can cause a change in melting temperature due to heating during solder joining, which will be described later.

また前記複数種の金属粉末のうち、その１種はＣｕ金属粉末であることが好ましい。Ｃｕは溶融温度が１０８５℃と高い。そのため、後述するはんだ接合時の加熱による成形はんだの溶融温度変化により、はんだ接合後の成形はんだ（はんだ接合部）の再溶融をより抑制することができる。
そのため、このような成形はんだは、特にＳｉＣ素子のようなパワー半導体の接合において好適に用いることができる。 Further, among the plurality of types of metal powders, one of them is preferably Cu metal powder. Cu has a high melting temperature of 1085 ° C. Therefore, it is possible to further suppress the remelting of the molded solder (solder joint portion) after the solder joint due to the change in the melting temperature of the molded solder due to the heating at the time of solder joint described later.
Therefore, such molded solder can be suitably used particularly for bonding power semiconductors such as SiC elements.

本実施形態において、前記複数種の金属粉末の混合体に含まれる前記Ｃｕ金属粉末の含有割合は４０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。より好ましい当該含有割合は、４０質量％以上６０質量％以下であり、４０質量％以上５０質量％以下が特に好ましい。
前記Ｃｕ金属粉末の含有割合をこの範囲とすることにより、はんだ接合後の成形はんだ（はんだ接合部）の再溶融をより抑制することができると共に、ＤＣＢ基板とパワー半導体との接合を良好に行うことができ、また熱伝導率を向上し得る。 In the present embodiment, the content ratio of the Cu metal powder contained in the mixture of the plurality of types of metal powder is preferably 40% by mass or more and 80% by mass or less. The content ratio is more preferably 40% by mass or more and 60% by mass or less, and particularly preferably 40% by mass or more and 50% by mass or less.
By setting the content ratio of the Cu metal powder in this range, remelting of the molded solder (solder joint portion) after solder bonding can be further suppressed, and the DCB substrate and the power semiconductor can be satisfactorily bonded. It can also improve the thermal conductivity.

なお、前記前記複数種の金属粉末として、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末とＣｕ金属粉末を用いる成形はんだの場合、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末とＣｕ金属粉末との含有割合は、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末：Ｃｕ金属粉末＝３０：７０から６０：４０であることが好ましい。 In the case of molded solder using a metal powder made of Sn-50In solder alloy and Cu metal powder as the plurality of types of metal powder, the content ratio of the metal powder made of Sn-50In solder alloy and Cu metal powder is Metal powder made of Sn-50In solder alloy: Cu metal powder = 30:70 to 60:40 is preferable.

前記Ｃｕ金属粉末の平均粒子径は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。より好ましい当該平均粒子径は、１μｍ以上１０μｍ以下であり、１μｍ以上５μｍ以下が特に好ましい。 The average particle size of the Cu metal powder is preferably 1 μm or more and 30 μm or less. More preferably, the average particle size is 1 μm or more and 10 μm or less, and 1 μm or more and 5 μm or less is particularly preferable.

＜成形はんだの製造（成形）＞
本実施形態の成形はんだは、前記複数種の金属粉末を混合分散して前記複数種の金属粉末の混合体を作製し、これを加圧成形用容器に収容し、前記金属粉末の混合体と前記加圧成形用容器とを加圧することにより製造され得る。 <Manufacturing of molded solder (molding)>
In the molding solder of the present embodiment, the plurality of types of metal powders are mixed and dispersed to prepare a mixture of the plurality of types of metal powders, which is housed in a pressure molding container, and is combined with the mixture of the metal powders. It can be produced by pressurizing the pressure forming container.

前記複数種の金属粉末を混合分散して前記複数種の金属粉末の混合体を作製する方法としては、例えば前記複数種の金属粉末を混合機、撹拌機及びふるい機等を用いて、混合分散させる方法が挙げられる。なお、前記複数種の金属粉末を混合分散することができれば、いずれの方法を用いてもよい。
また、前記複数種の金属粉末の混合体を作製する前に、前記複数種の金属粉末を、それぞれふるい機等に通し、凝集物等を除去しておくことが望ましい。 As a method for producing a mixture of the plurality of types of metal powder by mixing and dispersing the plurality of types of metal powder, for example, the plurality of types of metal powder are mixed and dispersed using a mixer, a stirrer, a sieve, and the like. There is a way to make it. Any method may be used as long as the plurality of types of metal powders can be mixed and dispersed.
Further, before preparing a mixture of the plurality of types of metal powder, it is desirable to pass the plurality of types of metal powder through a sieving machine or the like to remove agglomerates and the like.

前記金属粉末の混合体を収容する加圧成形用容器としては、粉体の加圧成形に用いることのできる容器であればよく、例えばアルミニウム等からなる粉体保持リングが好適に用いられる。 The pressure-molding container for accommodating the mixture of metal powders may be any container that can be used for pressure-molding powders, and for example, a powder holding ring made of aluminum or the like is preferably used.

また前記複数種の金属粉末の混合体と前記加圧成形容器とを加圧する方法としては、粉体を加圧成形（固形化）し得る方法であればいずれでもよく、例えばブリケットマシンを用いて行うことができる。なお、当該加圧は室温で行われることが好ましい。 Further, the method of pressurizing the mixture of the plurality of types of metal powder and the pressure molding container may be any method as long as the powder can be pressure molded (solidified), for example, using a briquette machine. It can be carried out. The pressurization is preferably performed at room temperature.

また上記加圧の条件は、前記複数種の金属粉末の混合体を成形（固形化）できる条件であればよく、前記複数種の金属粉末を構成する金属により適宜調整でき、例えば２００ｋＮ以上の加圧条件にて行うことができる。
なお、本実施形態の成形はんだの厚みは、使用するＤＣＢ基板、搭載する素子の種類、前記成形はんだの成形に用いる前記複数種の金属粉末の種類によって適宜調整し得るが、５０μｍ以上１，０００μｍ以下であることが好ましい。 The pressurization condition may be any condition as long as the mixture of the plurality of types of metal powder can be molded (solidified), and can be appropriately adjusted depending on the metals constituting the plurality of types of metal powder, for example, 200 kN or more is applied. It can be performed under pressure conditions.
The thickness of the molded solder of the present embodiment can be appropriately adjusted depending on the DCB substrate used, the type of the element to be mounted, and the types of the plurality of types of metal powder used for molding the molded solder, but is 50 μm or more and 1,000 μm. The following is preferable.

＜成形はんだの溶融温度変化＞
本実施形態の成形はんだ（本実施形態の成形はんだの製造方法により製造された成形はんだを含む。以下同じ。）は、はんだ接合時において、前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱することにより、溶融温度変化が生じ得る。
即ち、本実施形態の成形はんだを用いてはんだ接合を行う際、前記複数種の金属粉末のうち、少なくとも最も低い液相線温度を有する金属粉末は、加熱により溶融し得る。そしてはんだ接合（加熱）時において、溶融している金属中に、これよりも液相線温度の高い金属粉末が拡散することで、成形はんだ中に溶融した金属よりも固相線温度の高い金属間化合物が形成され得る。そしてこの金属間化合物の形成により、（はんだ接合後の）成形はんだの溶融温度変化が生じ得る。
ここで、本明細書において「溶融温度の変化（溶融温度変化）」とは、ＪＩＳ規格Ｚ３１９８−１「溶融温度範囲測定方法」に規定する条件に基づき測定した成形はんだの固相線温度及び液相線温度において、以下の状態を示すことを指す。
即ち、本実施形態の成形はんだに含まれる前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の、当該成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）において、前記複数種の金属粉末のうち最も固相線温度の低い金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末が溶融状態となる割合（当該金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末のうちで溶融状態となるものの割合）をＸとするときに、前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱した後の前記成形はんだにおいて、前記複数種の金属粉末のうち最も固相線温度の低い金属粉末若しくは複数の金属元素を含む合金粉末の溶融状態の割合がＸとなる温度が前記温度（Ｔ）以上となることを指す。 <Change in melting temperature of molded solder>
The molded solder of the present embodiment (including the molded solder manufactured by the method for manufacturing the molded solder of the present embodiment; the same applies hereinafter) is the highest among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders at the time of solder joining. A change in melting temperature can occur by heating at a temperature above the low liquidus temperature.
That is, when solder bonding is performed using the molded solder of the present embodiment, the metal powder having at least the lowest liquidus temperature among the plurality of types of metal powder can be melted by heating. Then, at the time of solder bonding (heating), the metal powder having a liquidus temperature higher than this diffuses into the molten metal, so that the metal having a solid phase temperature higher than that of the metal melted in the molded solder. Intermetallics can be formed. The formation of this intermetallic compound can cause a change in the melting temperature of the molded solder (after solder bonding).
Here, in the present specification, the “change in melting temperature (change in melting temperature)” refers to the solid phase temperature and liquid of the molded solder measured based on the conditions specified in JIS standard Z3198-1 “Measuring method in melting temperature range”. It refers to showing the following states at the phase line temperature.
That is, the first measurement of the differential scanning calorific value of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders contained in the molded solder of the present embodiment. At the temperature (T) indicating the heat absorption peak, the ratio at which the metal powder having the lowest solidus temperature or the alloy powder containing a plurality of metal elements among the plurality of types of metal powders is in a molten state (the metal powder or the plurality of metals). When X is the ratio of alloy powders containing elements that are in a molten state, the above-mentioned after heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of metal powders. In the molded solder, the temperature at which the ratio of the molten state of the metal powder having the lowest solidus temperature or the alloy powder containing a plurality of metal elements among the plurality of types of metal powder is X is equal to or higher than the temperature (T). Point to.

本実施形態の成形はんだは、上述の通り加圧成形時に加熱を伴わないため、はんだ接合前の成形はんだにおいて、前記複数種の金属粉末は未だ溶融拡散しておらず、溶融温度変化は生じていない。
そのため、本実施形態の成形はんだを用いてはんだ接合を行う際、これに含まれる合金からなる金属粉末は、例えばピーク温度２５０℃程度の一般的な鉛フリーはんだを使用したはんだ接合時の加熱温度でも十分に溶融し得る。よって本実施形態の成形はんだは、２５０℃程度での加熱であっても、ＳｉＣ素子等のパワー半導体をＤＣＢ基板上に接合することができる。
更に本実施形態の成形はんだは、上述の通りはんだ接合時の加熱によって溶融温度変化が生じ得る。そのため、上述のはんだ接合時の加熱温度では再溶融し難くなり、信頼性の高いはんだ接合部を提供し得る。 Since the molded solder of the present embodiment does not involve heating during pressure molding as described above, the plurality of types of metal powders have not yet melted and diffused in the molded solder before solder joining, and the melting temperature has changed. Absent.
Therefore, when solder bonding is performed using the molded solder of the present embodiment, the metal powder made of the alloy contained therein is the heating temperature at the time of solder bonding using a general lead-free solder having a peak temperature of, for example, about 250 ° C. But it can melt enough. Therefore, the molded solder of the present embodiment can bond a power semiconductor such as a SiC element onto the DCB substrate even when heated at about 250 ° C.
Further, in the molded solder of the present embodiment, as described above, the melting temperature may change due to heating during solder joining. Therefore, it becomes difficult to remelt at the above-mentioned heating temperature at the time of solder joining, and a highly reliable solder joint can be provided.

また本実施形態の成形はんだは、はんだ接合時において前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値（Ｈ１’）と、加熱した後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値（Ｈ２’）とが、以下の関係となることが好ましい。
（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．５ Further, the molded solder of the present embodiment is the first in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powder at the time of solder joining. The absolute value (H1') of the heat flow (H1) at the temperature (T) indicating the heat absorption peak and the absolute value (H2) of the heat flow (H2) at the temperature (T) in the differential scanning calorimetry measurement of the molded solder after heating ( It is preferable that H2') has the following relationship.
(H2') / (H1') ≤ 0.5

また（Ｈ１’）と（Ｈ２’）は、以下の式（１）を満たすことがより好ましい。
（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．２ … （１） Further, (H1') and (H2') more preferably satisfy the following formula (1).
(H2') / (H1') ≤ 0.2 ... (1)

上記成形はんだの示差走査熱量測定は、ＪＩＳ規格Ｚ３１９８−１「溶融温度範囲測定方法」に規定する条件に基づき測定し得る。
このような成形はんだは、上述のはんだ接合時の加熱温度（最も低い液相線温度以上の温度）での再溶融が更にし難くなるため、信頼性のより高いはんだ接合部を提供し得る。 The differential scanning calorimetry of the molded solder can be measured based on the conditions specified in JIS standard Z3198-1 “Melting temperature range measuring method”.
Such a molded solder can provide a more reliable solder joint because it is more difficult to remelt at the heating temperature (temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature) at the time of solder joining described above.

＜成形はんだを用いたはんだ接合＞
本実施形態の成形はんだを用いたはんだ接合方法の一例は以下の通りである。
先ず、Ｓｉ素子、ＳｉＣ素子等の半導体素子を用意し、ＤＣＢ基板上にフラックスを塗布して、本実施形態の成形はんだを載置する。次いで、当該成形はんだの表面（ＤＣＢ基板に接していない面）に更にフラックスを塗布し、これにＳｉ素子、ＳｉＣ素子等を載置して、これを当該成形はんだの成形に用いる前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱することにより、前記ＤＣＢ基板上にＳｉ素子、ＳｉＣ素子をはんだ接合する。
なお、予め本実施形態の成形はんだの両面にフラックスを塗布しておいてもよい。 <Soldering using molded solder>
An example of a solder joining method using the molded solder of the present embodiment is as follows.
First, a semiconductor element such as a Si element or a SiC element is prepared, flux is applied onto a DCB substrate, and the molded solder of the present embodiment is placed on the DCB substrate. Next, a flux is further applied to the surface of the molded solder (the surface not in contact with the DCB substrate), a Si element, a SiC element, or the like is placed on the flux, and the plurality of types used for molding the molded solder. The Si element and the SiC element are solder-bonded onto the DCB substrate by heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus line temperature of the metal powder.
Flux may be applied to both sides of the molded solder of the present embodiment in advance.

上記はんだ接合時の加熱温度は、ＤＣＢ基板、搭載する素子の種類、前記成形はんだの成形に用いる前記複数種の金属粉末の種類によって適宜調整し得るが、１５０℃以上であることが好ましい。
上述の通り、前記成形はんだは、加圧成形時に加熱を伴わないため、はんだ接合前の成形はんだにおいて、前記複数種の金属粉末は未だ溶融拡散しておらず、溶融温度変化は生じていない。
そのため、当該成形はんだを用いてはんだ接合を行う際、これに含まれる合金からなる金属粉末は、例えばピーク温度２５０℃程度の一般的な鉛フリーはんだを使用した接合時の加熱温度でも十分に溶融し得るため、２５０℃程度での加熱であってもパワー半導体をＤＣＢ基板上にはんだ接合することができる。 The heating temperature at the time of solder joining can be appropriately adjusted depending on the DCB substrate, the type of the element to be mounted, and the type of the plurality of types of metal powder used for molding the molded solder, but is preferably 150 ° C. or higher.
As described above, since the molded solder is not heated during pressure molding, the plurality of types of metal powders have not yet melted and diffused in the molded solder before solder joining, and the melting temperature has not changed.
Therefore, when soldering is performed using the molded solder, the metal powder made of the alloy contained therein is sufficiently melted even at the heating temperature at the time of joining using a general lead-free solder having a peak temperature of, for example, about 250 ° C. Therefore, the power semiconductor can be solder-bonded onto the DCB substrate even when heated at about 250 ° C.

更に上述の通り、前記成形はんだは、はんだ接合時の加熱によって溶融温度変化が生じ得る。そのため、上述のはんだ接合時の加熱温度では再溶融し難くなり、信頼性の高いはんだ接合部を提供し得る。 Further, as described above, the molded solder may have a change in melting temperature due to heating during solder joining. Therefore, it becomes difficult to remelt at the above-mentioned heating temperature at the time of solder joining, and a highly reliable solder joint can be provided.

なお、上述のはんだ接合方法に使用するフラックスとしては、例えばベース樹脂、溶剤、活性剤及びチクソ剤を含むフラックスが挙げられる。これらの成分の種類、配合量等は、適宜調整可能である。
また本実施形態の成形はんだは、例えば、還元性雰囲気のギ酸リフロー等を用いる事ではんだ接合を行うことも可能である。 Examples of the flux used in the above-mentioned solder joining method include a flux containing a base resin, a solvent, an activator, and a thixo agent. The type, blending amount, etc. of these components can be adjusted as appropriate.
Further, the molded solder of the present embodiment can be soldered by using, for example, formic acid reflow in a reducing atmosphere.

前記複数種の金属粉末として種々の金属からなる粉末を使用し得ること、及び各金属粉末の含有割合を変えても効果が生じ得ることを説明するために、以下、本実施形態の成形はんだの一例を以下に説明する。 In order to explain that powders made of various metals can be used as the plurality of types of metal powders and that the effect can be obtained even if the content ratio of each metal powder is changed, the molding solder of the present embodiment will be described below. An example will be described below.

（１）Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金とＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末（ａ）と、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末（ｂ）とを、それぞれ以下の割合となるようにふるい機に入れて混合分散し、金属粉末の混合体を作製した。
例１）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｂ）＝８０：２０
例２）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｂ）＝７０：３０
例３）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｂ）＝６０：４０
例４）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｂ）＝５０：５０ (1) Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and Sn-50In solder alloy A metal powder (a) made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy (1) b) and were placed in a sieving machine so as to have the following ratios, and mixed and dispersed to prepare a mixture of metal powders.
Example 1) Metal powder (a): Metal powder (b) = 80:20
Example 2) Metal powder (a): Metal powder (b) = 70:30
Example 3) Metal powder (a): Metal powder (b) = 60:40
Example 4) Metal powder (a): Metal powder (b) = 50:50

次いで、ブリケットマシンの加圧板（下板）上にアルミリング（厚さ：１ｍｍ、外径：３４ｍｍ、内径：２６ｍｍ）を乗せ、各混合体をアルミリングに充填した。次いで、各アルミリング上に加圧板（上板）を乗せ、これを加重約３３０ｋＮで加圧し、各成形はんだを作製した。なお、作製された各成形はんだの厚みは、以下の通りである。
例１）７３０μｍ
例２）７００μｍ
例３）６８０μｍ
例４）６７０μｍ Next, an aluminum ring (thickness: 1 mm, outer diameter: 34 mm, inner diameter: 26 mm) was placed on a pressure plate (lower plate) of the briquette machine, and each mixture was filled in the aluminum ring. Next, a pressure plate (upper plate) was placed on each aluminum ring, and this was pressed with a load of about 330 kN to prepare each molded solder. The thickness of each molded solder produced is as follows.
Example 1) 730 μm
Example 2) 700 μm
Example 3) 680 μm
Example 4) 670 μm

例１）から例４）の成形はんだについて、以下の条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図１から図４に示す。
図１から図４に表わされるように、例１）から例４）の成形はんだのいずれもが、１１８℃付近と２１７℃付近においてそれぞれ吸熱ピークを示した。
・示差走査熱量測定装置
製品名：ＭＤＳＣ Ｑ−２０００、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製
昇温温度：２℃／ｍｉｎ
雰囲気：Ｎ２ ５０ｍｌ／ｍｉｎ
測定範囲：１００℃から２３０℃ The differential scanning calorimetry was performed on the molded solders of Examples 1) to 4) under the following conditions. The results are shown in FIGS. 1 to 4.
As shown in FIGS. 1 to 4, all of the molded solders of Examples 1) to 4) showed endothermic peaks at around 118 ° C and around 217 ° C, respectively.
-Differential scanning calorimetry product name: MDSC Q-2000, manufactured by TA Instruments, Inc. Temperature rise temperature: 2 ° C / min
Atmosphere: N 2 50 ml / min
Measuring range: 100 ° C to 230 ° C

次いで、例１）から例４）の各成形はんだについて、リフロー装置を用いて図３２に示す温度プロファイル条件にて２４０℃５分間、酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱し、加熱後の各成形はんだについて、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図５から図８に示す。 Next, each of the molded solders of Examples 1) to 4) was heated using a reflow device under the temperature profile conditions shown in FIG. 32 at 240 ° C. for 5 minutes under the condition of an oxygen concentration of 100 ppm, and each molded solder after heating was heated. , The differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as above. The results are shown in FIGS. 5 to 8.

また例１）の成形はんだについて、ピーク温度を１５０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃のそれぞれの加熱条件とする以外は図３２に示すプロファイル条件と同じ条件にて５分間、酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱した後、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図９及び図１０に示す。 Further, for the molded solder of Example 1), the oxygen concentration was 100 ppm for 5 minutes under the same conditions as the profile conditions shown in FIG. 32 except that the peak temperatures were set to 150 ° C., 180 ° C., 190 ° C., and 200 ° C., respectively. After heating under the conditions, the differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as above. The results are shown in FIGS. 9 and 10.

例１）から例４）の各成形はんだは、液相線温度が２１９℃であるＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末（ａ）と、液相線温度が１２０℃であるＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末（ｂ）を用いて成形されている。
そして、これらの成形はんだは、加圧成形時に加熱を行わないため、金属粉末（ａ）及び（ｂ）共に溶融拡散しておらず、溶融温度変化は生じていない。そのため、これらの成形はんだは、１２０℃以上の加熱温度であれば、少なくとも金属粉末（ｂ）が十分に溶融し得る。 Each of the molded solders of Examples 1) to 4) has a metal powder (a) made of a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy having a liquidus temperature of 219 ° C. and a liquidus temperature of 120 ° C. It is molded using a metal powder (b) made of a certain Sn-50In solder alloy.
Since these molded solders are not heated during pressure molding, neither the metal powders (a) and (b) are melt-diffused, and the melting temperature does not change. Therefore, at least the metal powder (b) can be sufficiently melted in these molded solders at a heating temperature of 120 ° C. or higher.

更には、図１から図８に示す通り、例１）から例４）の各成形はんだは、金属粉末（ａ）及び（ｂ）のうち、最も低い液相線温度、即ち、金属粉末（ｂ）の液相線温度（１２０℃）以上の加熱によって溶融温度変化が生じている。
即ち、例１）から例４）の各成形はんだは、加熱により溶融した金属粉末（ｂ）中に金属粉末（ａ）が拡散し、各成形はんだ中にＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金よりも固相線温度の高い金属間化合物が生成される。そしてこれにより、加熱後の各成形はんだにおいて溶融温度変化が生じ得る。
特に例１）の成形はんだは、加熱前に生じていた、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金の固相線温度（１１８℃）と液相線温度の間における吸熱ピークがほぼ消滅していることが分かる。
このように、例１）から例４）の各成形はんだ、特に例１）及び例２）の成形はんだは、Ｓｎ−５０Ｉｎの固相線温度である１１８℃では再溶融し難くなり、信頼性の高いはんだ接合部を提供し得る。 Further, as shown in FIGS. 1 to 8, each of the molded solders of Examples 1) to 4) has the lowest liquidus temperature among the metal powders (a) and (b), that is, the metal powder (b). ), The melting temperature is changed by heating above the liquidus temperature (120 ° C.).
That is, in each of the molded solders of Examples 1) to 4), the metal powder (a) is diffused in the metal powder (b) melted by heating, and the solid phase line is higher than that of the Sn-50In solder alloy in each molded solder. High temperature intermetallic compounds are produced. As a result, a change in melting temperature may occur in each molded solder after heating.
In particular, in the molded solder of Example 1), it can be seen that the endothermic peak between the solidus temperature (118 ° C.) and the liquidus temperature of the Sn-50In solder alloy, which was generated before heating, has almost disappeared.
As described above, the molded solders of Examples 1) to 4), particularly the molded solders of Examples 1) and 2), are difficult to remelt at the solid phase temperature of Sn-50In, which is 118 ° C., and are reliable. Can provide high solder joints.

また、例１）から例４）の各成形はんだにおいて、加熱前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度を（Ｔ）、当該温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値を（Ｈ１’）、また加熱後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値を（Ｈ２’）とした場合、例１）から例４の各成形はんだの（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値は以下の通りとなった。なお、（Ｔ）、（Ｈ１’）、（Ｈ２’）及び（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値のいずれも小数点４位を四捨五入した。
なお例示として、図１に温度（Ｔ）及びヒートフロー（Ｈ１）の位置を、図５に温度（Ｔ）及び（Ｈ２）の位置を示す。
例１）０．００５／０．２２８＝０．０２２ … １１８．９４９℃（Ｔ）
例２）０．００４／０．３２３＝０．０１２ … １１８．８８６℃（Ｔ）
例３）０．００１／０．３８６＝０．００３ … １１８．８８８℃（Ｔ）
例４）０．００７／０．３７４＝０．０１９ … １１８．８８６℃（Ｔ） Further, in each of the molded solders of Examples 1) to 4), the temperature showing the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating is defined as (T), and the heat flow (H1) at the temperature (T). When the absolute value is (H1') and the absolute value of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating is (H2'), Examples 1) to 4 The numerical values of (H2') / (H1') of each molded solder are as follows. In addition, all the numerical values of (T), (H1'), (H2') and (H2') / (H1') were rounded off to the fourth decimal place.
As an example, FIG. 1 shows the positions of the temperature (T) and the heat flow (H1), and FIG. 5 shows the positions of the temperature (T) and (H2).
Example 1) 0.005 / 0.228 = 0.022 ... 118.949 ° C. (T)
Example 2) 0.004 / 0.323 = 0.012 ... 118.886 ° C. (T)
Example 3) 0.001 / 0.386 = 0.003 ... 118.888 ° C. (T)
Example 4) 0.007 / 0.374 = 0.019 ... 118.886 ° C. (T)

（２）Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金とＳｎ−５８Ｂｉはんだ合金
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末（ａ）と、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末（ｃ）とを、それぞれ以下の割合となるようにふるい機に入れて混合分散し、金属粉末の混合体を作製した。
例５）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｃ）＝９０：１０
例６）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｃ）＝８０：２０
例７）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｃ）＝７０：３０
例８）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｃ）＝６０：４０ (2) Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and Sn-58Bi solder alloy A metal powder (a) made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy ( c) and were placed in a sieving machine so as to have the following ratios, and mixed and dispersed to prepare a mixture of metal powders.
Example 5) Metal powder (a): Metal powder (c) = 90:10
Example 6) Metal powder (a): Metal powder (c) = 80:20
Example 7) Metal powder (a): Metal powder (c) = 70:30
Example 8) Metal powder (a): Metal powder (c) = 60:40

次いで、上記（１）と同様の条件にて各成形はんだを作製した。なお、作製された各成形はんだの厚みは、以下の通りである。
例５）８００μｍ
例６）８００μｍ
例７）８００μｍ
例８）８００μｍ Next, each molded solder was produced under the same conditions as in (1) above. The thickness of each molded solder produced is as follows.
Example 5) 800 μm
Example 6) 800 μm
Example 7) 800 μm
Example 8) 800 μm

例５）から例８）の各成形はんだについて、上記（１）と同様の条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図１１から図１４に示す。
図１１から図１４に表わされるように、例５）から例８）の成形はんだのいずれもが、１３８℃と２１７℃付近においてそれぞれ吸熱ピークを示した。 For each of the molded solders of Examples 5) to 8), differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as in (1) above. The results are shown in FIGS. 11 to 14.
As shown in FIGS. 11 to 14, all of the molded solders of Examples 5) to 8) showed endothermic peaks at around 138 ° C and 217 ° C, respectively.

次いで、例５）から例８）の各成形はんだについて、図３２に示す温度プロファイル条件にてリフロー装置を用いて２４０℃５分間、酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱し、加熱後の各成形はんだについて、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図１５から図１８に示す。 Next, each of the molded solders of Examples 5) to 8) was heated at 240 ° C. for 5 minutes under the condition of an oxygen concentration of 100 ppm using a reflow device under the temperature profile conditions shown in FIG. , The differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as above. The results are shown in FIGS. 15 to 18.

また例５）の成形はんだについて、１５０℃、１９０℃のそれぞれの加熱条件とする以外は図３２に示すプロファイル条件と同じ条件にて５分間、酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱した後、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図１９に示す。 Further, the molded solder of Example 5) is heated for 5 minutes under the same conditions as the profile conditions shown in FIG. 32 except that the heating conditions are 150 ° C. and 190 ° C., respectively, and then the same as above. Differential scanning calorimetry was performed under the conditions. The result is shown in FIG.

例５）から例８）の各成形はんだは、液相線温度が２１９℃であるＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末（ａ）と、共晶温度（溶融温度）が１３８℃であるＳｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末（ｃ）を用いて成形されている。
そして、これらの成形はんだは、加圧成形時に加熱を行わないため、金属粉末（ａ）及び（ｃ）共に溶融拡散しておらず、溶融温度変化は生じていない。そのため、これらの成形はんだは、１３８℃以上の加熱温度であれば、少なくとも金属粉末（ｃ）が十分に溶融し得る。 Each of the molded solders of Examples 5) to 8) has a metal powder (a) made of a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy having a liquidus temperature of 219 ° C. and a eutectic temperature (melting temperature). It is molded using a metal powder (c) made of a Sn-58Bi solder alloy at 138 ° C.
Since these molded solders are not heated during pressure molding, neither the metal powders (a) and (c) are melt-diffused, and the melting temperature does not change. Therefore, at least the metal powder (c) can be sufficiently melted in these molded solders at a heating temperature of 138 ° C. or higher.

更には、図１１から図１８に示す通り、例５）から例８）の各成形はんだは、金属粉末（ａ）及び（ｃ）のうち、最も低い液相線温度、即ち、金属粉末（ｃ）の液相線温度（１３８℃）以上の加熱によって溶融温度変化が生じている。
即ち、例５）から例８）の各成形はんだは、加熱により溶融した金属粉末（ｃ）中に金属粉末（ａ）が拡散し、各成形はんだ中にＳｎ−５８Ｂｉはんだ合金よりも固相線温度の高い金属間化合物が生成される。そしてこれにより、加熱後の各成形はんだにおいて溶融温度変化が生じ得る。
特に例５）及び例６）の各成形はんだは、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金の共晶温度（溶融温度）である１３８℃付近における吸熱ピークがほぼなくなっていることが分かる。
このように、例５）から例８）の各成形はんだ、特に例５）及び例６）の各成形はんだは、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金の共晶温度（溶融温度）である１３８℃では再溶融し難くなり、信頼性の高いはんだ接合部を提供し得る。 Further, as shown in FIGS. 11 to 18, each of the molded solders of Examples 5) to 8) has the lowest liquidus temperature among the metal powders (a) and (c), that is, the metal powder (c). ), The melting temperature is changed by heating above the liquidus temperature (138 ° C.).
That is, in each of the molded solders of Examples 5) to 8), the metal powder (a) is diffused in the metal powder (c) melted by heating, and the solid phase line is higher than that of the Sn-58Bi solder alloy in each molded solder. High temperature intermetallic compounds are produced. As a result, a change in melting temperature may occur in each molded solder after heating.
In particular, it can be seen that each of the molded solders of Examples 5) and 6) has almost no endothermic peak near 138 ° C., which is the eutectic temperature (melting temperature) of the Sn-58Bi solder alloy.
As described above, each of the molded solders of Examples 5) to 8), particularly each of the molded solders of Examples 5) and 6), is remelted at 138 ° C., which is the eutectic temperature (melting temperature) of the Sn-58Bi solder alloy. It becomes difficult to provide a highly reliable solder joint.

また、例５）から例８）の各成形はんだにおいて、加熱前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度を（Ｔ）、当該温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値を（Ｈ１’）、また加熱後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値を（Ｈ２’）とした場合、例５）から例８）の各成形はんだの（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値は以下の通りとなった。なお、（Ｔ）、（Ｈ１’）、（Ｈ２’）及び（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値のいずれも小数点４位を四捨五入した。
例５）０．００５／０．２７３＝０．０１８ … １３９．７４７℃（Ｔ）
例６）０．００７／０．３４８＝０．０２０ … １３９．８１０℃（Ｔ）
例７）０．００２／０．５２０＝０．００４ … １３９．７９８℃（Ｔ）
例８）０．００４／０．５４９＝０．００７ … １３９．８６８℃（Ｔ） Further, in each of the molded solders of Examples 5) to 8), the temperature showing the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating is defined as (T), and the heat flow (H1) at the temperature (T). When the absolute value is (H1') and the absolute value of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating is (H2'), Examples 5) to 8) The numerical values of (H2') / (H1') of each molded solder are as follows. In addition, all the numerical values of (T), (H1'), (H2') and (H2') / (H1') were rounded off to the fourth decimal place.
Example 5) 0.005 / 0.273 = 0.018 ... 139.747 ° C. (T)
Example 6) 0.007 / 0.348 = 0.020 ... 139.810 ° C. (T)
Example 7) 0.002 / 0.520 = 0.004 ... 139.798 ° C. (T)
Example 8) 0.004 / 0.549 = 0.007 ... 139.868 ° C. (T)

（３）Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金とＣｕ
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末（ａ）と、Ｃｕからなる金属粉末（ｄ）とを、それぞれ以下の割合となるようにふるい機に入れて混合分散し、金属粉末の混合体を作製した。
例９）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｄ）＝５０：５０
例１０）金属粉末（ａ）：金属粉末（ｄ）＝２０：８０
次いで、上記（１）と同様の条件にて各成形はんだを作製した。なお、作製された各成形はんだの厚みは、以下の通りである。
例９）６７０μｍ
例１０）７５０μｍ (3) Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and Cu
The metal powder (a) made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and the metal powder (d) made of Cu are mixed and dispersed in a sieving machine so as to have the following ratios, and the metal powder is mixed and dispersed. A mixture of the above was prepared.
Example 9) Metal powder (a): Metal powder (d) = 50:50
Example 10) Metal powder (a): Metal powder (d) = 20:80
Next, each molded solder was produced under the same conditions as in (1) above. The thickness of each molded solder produced is as follows.
Example 9) 670 μm
Example 10) 750 μm

例９）及び例１０）の各成形はんだについて、測定範囲を１００℃から４００℃とした以外は上記（１）と同様の条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図２０及び図２１に示す。
図２０及び図２１に表わされるように、例９）及び例１０）の成形はんだのいずれもが、２１７℃付近において吸熱ピークを示した。
なお、図２０及び図２１には現れていないが、例９）及び例１０）の成形はんだは、金属粉末（ｄ）の溶融温度である１０８５℃においても吸熱ピークを有することが想定される。 For each of the molded solders of Examples 9) and 10), differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as in (1) above except that the measurement range was set to 100 ° C. to 400 ° C. The results are shown in FIGS. 20 and 21.
As shown in FIGS. 20 and 21, both the molded solders of Examples 9) and 10) showed an endothermic peak near 217 ° C.
Although not shown in FIGS. 20 and 21, it is assumed that the molded solders of Examples 9) and 10) have an endothermic peak even at 1085 ° C., which is the melting temperature of the metal powder (d).

次いで、例９）及び例１０）の各成形はんだについて、図３２に示す温度プロファイル条件にてリフロー装置を用いて２４０℃５分間、酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱し、加熱後の各成形はんだについて、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図２２及び図２３に示す。 Next, each of the molded solders of Examples 9) and 10) was heated at 240 ° C. for 5 minutes at 240 ° C. for 5 minutes under the temperature profile conditions shown in FIG. 32, and each molded solder after heating was heated. , The differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as above. The results are shown in FIGS. 22 and 23.

例９）及び例１０）の各成形はんだは、液相線温度が２１９℃であるＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末（ａ）と、溶融温度が１０８５℃であるＣｕからなる金属粉末（ｄ）を用いて成形されている。
そして、これらの成形はんだは、加圧成形時に加熱を行わないため、金属粉末（ａ）及び（ｄ）共に溶融拡散しておらず、溶融温度変化は生じていない。そのため、これらの成形はんだは、２１９℃以上の加熱温度であれば、少なくとも金属粉末（ａ）が十分に溶融し得る。 The molded solders of Examples 9) and 10) are a metal powder (a) made of a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy having a liquidus temperature of 219 ° C. and Cu having a melting temperature of 1085 ° C. It is formed by using a metal powder (d) made of.
Since these molded solders are not heated during pressure molding, neither the metal powders (a) and (d) are melt-diffused, and the melting temperature does not change. Therefore, at least the metal powder (a) can be sufficiently melted in these molded solders at a heating temperature of 219 ° C. or higher.

更には、図２０から図２３に示す通り、例９）及び例１０）の各成形はんだは、金属粉末（ａ）及び（ｄ）のうち、最も低い液相線温度、即ち、金属粉末（ａ）の液相線温度（２１９℃）以上の加熱によって溶融温度変化が生じている。
即ち、例９）及び例１０）の各成形はんだは、加熱により溶融した金属粉末（ａ）中に金属粉末（ｄ）が拡散し、各成形はんだ中にＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金よりも固相線温度の高い金属間化合物が生成される。そしてこれにより、加熱後の各成形はんだにおいて溶融温度変化が生じ得る。
そして図２２及び図２３に示す通り、加熱後の例９）及び例１０）の各成形はんだは、加熱前に生じていた、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金の固相線温度（２１７℃）付近の吸熱ピークがほぼなくなっていることが分かる。なお、図２０において、２１９℃以降に生じている発熱ピークについては、ＣｕＳｎ化合物の生成熱と推測される。
このように、例９）及び例１０）の各成形はんだは、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金の固相線温度である２１７℃では再溶融し難くなり、信頼性の高いはんだ接合部を提供し得る。 Further, as shown in FIGS. 20 to 23, each of the molded solders of Examples 9) and 10) has the lowest liquidus temperature among the metal powders (a) and (d), that is, the metal powder (a). ), The melting temperature is changed by heating above the liquidus temperature (219 ° C.).
That is, in each of the molded solders of Examples 9) and 10), the metal powder (d) is diffused in the metal powder (a) melted by heating, and Sn-3.0Ag-0.5Cu solder is contained in each molded solder. An intermetallic compound having a higher solidus temperature than the alloy is produced. As a result, a change in melting temperature may occur in each molded solder after heating.
Then, as shown in FIGS. 22 and 23, each of the molded solders of Examples 9) and 10) after heating had a solid-state temperature of the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy that had occurred before heating. It can be seen that the endothermic peak near (217 ° C.) has almost disappeared. In FIG. 20, the exothermic peak generated after 219 ° C. is presumed to be the heat of formation of the CuSn compound.
As described above, each of the molded solders of Examples 9) and 10) is difficult to remelt at 217 ° C., which is the solid phase temperature of the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy, and is a highly reliable solder joint. Can provide a department.

また、例９）及び例１０）の各成形はんだにおいて、加熱前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度を（Ｔ）、当該温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値を（Ｈ１’）、また加熱後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値を（Ｈ２’）とした場合、例９）及び例１０）の各成形はんだの（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値は以下の通りとなった。なお、（Ｔ）、（Ｈ１’）、（Ｈ２’）及び（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値のいずれも小数点４位を四捨五入した。 Further, in each of the molded solders of Examples 9) and 10), the temperature showing the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating is defined as (T), and the heat flow (H1) at the temperature (T). When the absolute value is (H1') and the absolute value of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating is (H2'), Examples 9) and 10) The numerical values of (H2') / (H1') of each molded solder are as follows. In addition, all the numerical values of (T), (H1'), (H2') and (H2') / (H1') were rounded to the fourth decimal place.

なお、特に例１０）においては、ＣｕＳｎ化合物の生成熱の影響を受けるため、図２１にも表わされるように、加熱前の示差走査熱量測定におけるヒートフローの値が広い範囲に渡り０以上となっている。
ただし、図２１からも分かる通り、例１０）の加熱前の示差走査熱量測定においてはＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金の固相線温度（２１７℃）付近において吸熱ピークを有していることから、これを最初の吸熱ピークとし、当該吸熱ピークを示す温度を（Ｔ）、当該温度（Ｔ）におけるヒートフローを（Ｈ１）、ヒートフロー（Ｈ１）の絶対値を（Ｈ１’）、また加熱後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフローを（Ｈ２）、ヒートフロー（Ｈ２）の絶対値を（Ｈ２’）とした。 In particular, in Example 10), since it is affected by the heat of formation of the CuSn compound, the value of the heat flow in the differential scanning calorimetry before heating becomes 0 or more over a wide range, as shown in FIG. ing.
However, as can be seen from FIG. 21, in the differential scanning calorimetry before heating in Example 10), the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy has an endothermic peak near the solidus temperature (217 ° C.). Therefore, this is set as the first endothermic peak, the temperature indicating the endothermic peak is (T), the heat flow at the temperature (T) is (H1), and the absolute value of the heat flow (H1) is (H1'). Further, the heat flow at the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating was defined as (H2), and the absolute value of the heat flow (H2) was defined as (H2').

例９）０．０１２／０．６６８＝０．０１８ … ２１７．５１２℃（Ｔ）
例１０）０．００６／０．０１９＝０．３１６ … ２１６．７７１℃（Ｔ） Example 9) 0.012 / 0.668 = 0.018… 217.512 ° C. (T)
Example 10) 0.006 / 0.019 = 0.316… 216.771 ° C. (T)

（４）Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金とＣｕ
Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末（ｂ）と、Ｃｕからなる金属粉末（ｄ）とを、それぞれ以下の割合となるようにふるい機に入れて混合分散し、金属粉末の混合体を作製した。
例１１）金属粉末（ｂ）：金属粉末（ｄ）＝６０：４０
例１２）金属粉末（ｂ）：金属粉末（ｄ）＝５０：５０
例１３）金属粉末（ｂ）：金属粉末（ｄ）＝４０：６０
例１４）金属粉末（ｂ）：金属粉末（ｄ）＝３０：７０
次いで、上記（１）と同様の条件にて各成形はんだを作製した。なお、作製された各成形はんだの厚みは、２００μｍであった。 (4) Sn-50In solder alloy and Cu
A metal powder (b) made of Sn-50In solder alloy and a metal powder (d) made of Cu were placed in a sieving machine at the following ratios and mixed and dispersed to prepare a metal powder mixture. ..
Example 11) Metal powder (b): Metal powder (d) = 60:40
Example 12) Metal powder (b): Metal powder (d) = 50:50
Example 13) Metal powder (b): Metal powder (d) = 40:60
Example 14) Metal powder (b): Metal powder (d) = 30:70
Next, each molded solder was produced under the same conditions as in (1) above. The thickness of each molded solder produced was 200 μm.

例１１）から例１４）の各成形はんだについて、上記（３）と同様の条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図２４から図２７に示す。
図２４から図２７に表わされるように、例１１）から例１４）の成形はんだのいずれもが、１１８℃付近において吸熱ピークを示した。
なお、図２４から図２７には現れていないが、例１１）から例１４）の成形はんだは、金属粉末（ｄ）の溶融温度である１０８５℃においても吸熱ピークを有することが想定される。 For each of the molded solders of Examples 11) to 14), differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as in (3) above. The results are shown in FIGS. 24 to 27.
As shown in FIGS. 24 to 27, all of the molded solders of Examples 11) to 14) showed an endothermic peak near 118 ° C.
Although not shown in FIGS. 24 to 27, it is assumed that the molded solders of Examples 11) to 14) have an endothermic peak even at 1085 ° C., which is the melting temperature of the metal powder (d).

次いで、例１１）から例１４）の各成形はんだについて、リフロー装置を用いて図３３に示す温度プロファイル条件（１４０℃２分間−２００℃２分間−２５０℃２分間）にて酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱し、加熱後の各成形はんだについて、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。その結果を図２８から図３１に示す。 Next, for each of the molded solders of Examples 11) to 14), the oxygen concentration was 100 ppm under the temperature profile conditions (140 ° C. for 2 minutes-200 ° C. for 2 minutes-250 ° C. for 2 minutes) shown in FIG. 33 using a reflow device. For each molded solder after heating, differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as above. The results are shown in FIGS. 28 to 31.

例１１）から例１４）の各成形はんだは、液相線温度が１２０℃であるＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末（ｂ）と、溶融温度が１０８５℃であるＣｕからなる金属粉末（ｄ）を用いて成形されている。
そして、これらの成形はんだは、加圧成形時に加熱を行わないため、金属粉末（ｂ）及び（ｄ）共に溶融拡散しておらず、溶融温度変化は生じていない。そのため、これらの成形はんだは、１２０℃以上の加熱温度であれば、少なくとも金属粉末（ｂ）が十分に溶融し得る。 Each of the molded solders of Examples 11) to 14) has a metal powder (b) made of a Sn-50In solder alloy having a liquidus temperature of 120 ° C. and a metal powder (d) made of Cu having a melting temperature of 1085 ° C. ) Is used for molding.
Since these molded solders are not heated during pressure molding, neither the metal powders (b) and (d) are melt-diffused, and the melting temperature does not change. Therefore, at least the metal powder (b) can be sufficiently melted in these molded solders at a heating temperature of 120 ° C. or higher.

更には、図２４から図３１に示す通り、例１１）から例１４）の各成形はんだは、金属粉末（ｂ）及び（ｄ）のうち、最も低い液相線温度、即ち、金属粉末（ｂ）の液相線温度（１２０℃）以上の加熱によって溶融温度変化が生じている。
即ち、例１１）から例１４）の各成形はんだは、加熱により溶融した金属粉末（ｂ）中に金属粉末（ｄ）が拡散し、各成形はんだ中にＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金よりも固相線温度の高い金属間化合物が生成される。そしてこれにより、加熱後の各成形はんだにおいて溶融温度変化が生じ得る。
そして図２８から図３１に示す通り、加熱後の例１１）から例１４）の各成形はんだは、加熱前に生じていた、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金の固相線温度（１１８℃）と液相線温度の間における吸熱ピークがほぼなくなっていることが分かる。なお、図２８から図３１において、１２０℃以降に生じている緩い発熱ピークについては、ＣｕＳｎ化合物の生成熱と推測される。
このように、例１１）から例１４）の各成形はんだは、Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金の固相線温度である１１８℃では再溶融し難くなり、信頼性の高いはんだ接合部を提供し得る。 Further, as shown in FIGS. 24 to 31, each of the molded solders of Examples 11) to 14) has the lowest liquidus temperature among the metal powders (b) and (d), that is, the metal powder (b). ), The melting temperature is changed by heating above the liquidus temperature (120 ° C.).
That is, in each of the molded solders of Examples 11) to 14), the metal powder (d) is diffused in the metal powder (b) melted by heating, and the solid phase line is higher than that of the Sn-50In solder alloy in each molded solder. High temperature intermetallic compounds are produced. As a result, a change in melting temperature may occur in each molded solder after heating.
Then, as shown in FIGS. 28 to 31, each of the molded solders of Examples 11) to 14) after heating had a solid phase temperature (118 ° C.) and a liquid phase of the Sn-50In solder alloy generated before heating. It can be seen that the endothermic peak between the linear temperatures has almost disappeared. In addition, in FIGS. 28 to 31, it is presumed that the gentle exothermic peak generated after 120 ° C. is the heat of formation of the CuSn compound.
As described above, each of the molded solders of Examples 11) to 14) is difficult to remelt at 118 ° C., which is the solid phase temperature of the Sn-50In solder alloy, and can provide a highly reliable solder joint.

また、例１１）から例１４）の各成形はんだにおいて、加熱前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度を（Ｔ）、当該温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値を（Ｈ１’）、また加熱後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値を（Ｈ２’）とした場合、例１１）から例１４）の各成形はんだの（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値は以下の通りとなった。なお、（Ｔ）、（Ｈ１’）、（Ｈ２’）及び（Ｈ２’）／（Ｈ１’）の数値のいずれも小数点４位を四捨五入した。
例１１）０．０１１／０．５８９＝０．０１９ … １１８．２４９℃（Ｔ）
例１２）０．００２／０．３８５＝０．００５ … １１８．３１９℃（Ｔ）
例１３）０．０１０／０．４９２＝０．０２０ … １１８．００１℃（Ｔ）
例１４）０．００２／０．３６６＝０．００５ … １１８．００２℃（Ｔ） Further, in each of the molded solders of Examples 11) to 14), the temperature showing the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating is defined as (T), and the heat flow (H1) at the temperature (T). When the absolute value is (H1') and the absolute value of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating is (H2'), Examples 11) to 14) The numerical values of (H2') / (H1') of each molded solder are as follows. In addition, all the numerical values of (T), (H1'), (H2') and (H2') / (H1') were rounded off to the fourth decimal place.
Example 11) 0.011 / 0.589 = 0.019 ... 118.249 ° C. (T)
Example 12) 0.002 / 0.385 = 0.005 ... 118.319 ° C. (T)
Example 13) 0.010 / 0.492 = 0.020 ... 118.001 ° C. (T)
Example 14) 0.002 / 0.366 = 0.005 ... 118.002 ° C. (T)

上記例１）から例１４）の結果をまとめたものを以下の表１及び表２に表す。なお、表１及び表２に記載の数値のうち、各金属粉末の含有量についての単位は、特に但し書きのない限り、質量％とする。 The results of Examples 1) to 14) are summarized in Tables 1 and 2 below. Of the numerical values shown in Tables 1 and 2, the unit for the content of each metal powder is mass% unless otherwise specified.

Figure 0006811798
Figure 0006811798

Figure 0006811798
Figure 0006811798

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to these examples.

表３に表す組成及び割合にて、各金属からなる金属粉末を以下の条件にて加圧し、実施例１から５に係る成形はんだを作製した。
各金属からなる金属粉末の混合分散（混合体の作成）には、超音波ふるい（ステンレス鋼製、目開き：６３μｍ）を用いた。また加圧にはブリケットマシン（製品名：ＭＰ−３５−０２、（株）島津製作所製）を用いた。
具体的には、ブリケットマシンの加圧板（下板）上にアルミリング（厚さ：１ｍｍ、外径：３４ｍｍ、内径：２６ｍｍ）を乗せ、各混合体をそれぞれアルミリングに充填し、各アルミリング上に加圧板（上板）を乗せ、これを加重約３３０ｋＮで加圧することにより、各成形はんだを作製した。なお、作製された各成形はんだの厚みを表３に表す。
また比較例１及び比較例２については、表３に表す組成及び割合にて、各金属を溶融させ、これを所定の型に入れて冷却することにより、各成形はんだを作製した。なお、比較例１については２５０℃の温度で、比較例２については１７０℃の温度で溶融を行った。
なお、表３に記載の数値のうち、各金属粉末の含有量についての単位は、特に但し書きのない限り、質量％とする。 The metal powder composed of each metal was pressed under the following conditions with the compositions and ratios shown in Table 3 to prepare the molded solders according to Examples 1 to 5.
An ultrasonic sieve (stainless steel, opening: 63 μm) was used for mixing and dispersing the metal powder composed of each metal (preparation of the mixture). A briquette machine (product name: MP-35-02, manufactured by Shimadzu Corporation) was used for pressurization.
Specifically, an aluminum ring (thickness: 1 mm, outer diameter: 34 mm, inner diameter: 26 mm) is placed on the pressure plate (lower plate) of the briquette machine, each mixture is filled in the aluminum ring, and each aluminum ring is filled. Each molded solder was produced by placing a pressure plate (upper plate) on the pressure plate and pressurizing the pressure plate (upper plate) with a load of about 330 kN. Table 3 shows the thickness of each molded solder produced.
Further, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, each metal was melted at the composition and ratio shown in Table 3, placed in a predetermined mold and cooled to prepare each molded solder. Comparative Example 1 was melted at a temperature of 250 ° C., and Comparative Example 2 was melted at a temperature of 170 ° C.
Of the numerical values shown in Table 3, the unit for the content of each metal powder is mass% unless otherwise specified.

Figure 0006811798
Figure 0006811798

実施例１から３の各成形はんだについて、以下の条件にて示差走査熱量測定を行った。
・示差走査熱量測定装置
製品名：ＭＤＳＣ Ｑ−２０００、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製
昇温温度：２℃／ｍｉｎ
雰囲気：Ｎ２ ５０ｍｌ／ｍｉｎ
測定範囲：１００℃から３００℃ For each of the molded solders of Examples 1 to 3, differential scanning calorimetry was performed under the following conditions.
-Differential scanning calorimetry product name: MDSC Q-2000, manufactured by TA Instruments, Inc. Temperature rise temperature: 2 ° C / min
Atmosphere: N 2 50 ml / min
Measuring range: 100 ° C to 300 ° C

実施例１及び２については、成形はんだの成形に用いた金属粉末のうち、液相線温度の低い方の金属（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金）の固相線温度と液相線温度の間、即ち２１７℃から２１９℃の間において吸熱ピークを示した。
また実施例３については、成形はんだの成形に用いた金属粉末のうち、液相線温度の低い方の金属（Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金）の共晶温度（溶融温度）付近、即ち１３８℃付近において吸熱ピークを示した。 In Examples 1 and 2, the solid phase temperature and the liquid phase of the metal (Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy) having the lower liquidus temperature among the metal powders used for molding the molding solder. A heat absorption peak was exhibited between the linear temperatures, that is, between 217 ° C and 219 ° C.
Further, in Example 3, among the metal powders used for molding the molded solder, the metal having the lower liquidus temperature (Sn-58Bi solder alloy) was located near the eutectic temperature (melting temperature), that is, near 138 ° C. It showed a heat absorption peak.

また実施例４及び５の各成形はんだについて、以下の条件にて示差走査熱量測定を行った。
・示差走査熱量測定装置
製品名：ＭＤＳＣ Ｑ−２０００、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製
昇温温度：２℃／ｍｉｎ
雰囲気：Ｎ２ ５０ｍｌ／ｍｉｎ
測定範囲：１００℃から４００℃ Further, for each of the molded solders of Examples 4 and 5, differential scanning calorimetry was performed under the following conditions.
-Differential scanning calorimetry product name: MDSC Q-2000, manufactured by TA Instruments, Inc. Temperature rise temperature: 2 ° C / min
Atmosphere: N 2 50 ml / min
Measuring range: 100 ° C to 400 ° C

実施例４及び５共に、成形はんだの成形に用いた金属粉末のうち、液相線温度の低い方の金属（Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金）の固相線温度と液相線温度の間、即ち１１８℃から１２０℃の間において吸熱ピークを示した。 In both Examples 4 and 5, among the metal powders used for molding the molded solder, the metal having the lower liquidus temperature (Sn-50In solder alloy) is between the solidus temperature and the liquidus temperature, that is, 118. It showed a heat absorption peak between ° C and 120 ° C.

比較例１及び２の各成形はんだについて、実施例１及び２と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。
比較例１については、成形はんだの成形に用いた金属粉末のうち、液相線温度の低い方の金属（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金）の固相線温度と液相線温度の間、即ち２１７℃から２１９℃の間において吸熱ピークを示さなかった。
また比較例２については、成形はんだの成形に用いた金属粉末のうち、液相線温度の低い方の金属（Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ合金）の共晶温度（溶融温度）付近、即ち１３８℃付近において吸熱ピークを示さなかった。 For each of the molded solders of Comparative Examples 1 and 2, differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as in Examples 1 and 2.
In Comparative Example 1, the solid phase temperature and the liquidus temperature of the metal (Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy) having the lower liquidus temperature among the metal powders used for molding the molding solder. No heat absorption peak was shown between 217 ° C and 219 ° C.
Further, in Comparative Example 2, among the metal powders used for molding the molded solder, the metal having the lower liquidus temperature (Sn-58Bi solder alloy) was located near the eutectic temperature (melting temperature), that is, near 138 ° C. No heat absorption peak was shown.

このように、比較例１及び２は、溶融により成形はんだを成形したため、当該溶融時において溶融温度変化が生じてしまっている。そのため、比較例１は２１９℃、比較例２は１３８℃の加熱でははんだ接合を行うことができず、はんだ接合時における加熱温度を更に上げなければならなくなる。
一方、実施例１から５は、成形はんだの成形に用いた金属粉末のうち、液相線温度の低い方の金属の液相線温度でもはんだ接合を行うことができるため、はんだ接合時における加熱温度の調整が容易となる。また、従来のはんだ接合時の加熱温度でも十分に溶融し得る。 As described above, in Comparative Examples 1 and 2, since the molded solder was formed by melting, the melting temperature changed at the time of melting. Therefore, the solder bonding cannot be performed by heating at 219 ° C. in Comparative Example 1 and 138 ° C. in Comparative Example 2, and the heating temperature at the time of solder bonding must be further raised.
On the other hand, in Examples 1 to 5, since solder bonding can be performed even at the liquidus temperature of the metal having the lower liquidus temperature among the metal powders used for molding the molded solder, heating during solder bonding is performed. The temperature can be easily adjusted. In addition, it can be sufficiently melted even at the conventional heating temperature at the time of solder joining.

次に、実施例１から３の成形はんだについて、リフロー装置を用いて図３２に示す温度プロファイル条件にて２４０℃５分間、酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱を行い、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行った。
実施例１及び２については、２１７℃から２１９℃の間における吸熱ピークがほぼなくなっていた。また実施例３については、１３８℃付近における吸熱ピークがほぼなくなっていた。 Next, the molded solders of Examples 1 to 3 are heated using a reflow device under the temperature profile conditions shown in FIG. 32 at 240 ° C. for 5 minutes under the condition of an oxygen concentration of 100 ppm, and differential scanning under the same conditions as described above. The calorific value was measured.
For Examples 1 and 2, the endothermic peak between 217 ° C and 219 ° C was almost eliminated. Further, in Example 3, the endothermic peak near 138 ° C. was almost eliminated.

また実施例４及び５の成形はんだについて、リフロー装置を用いて図３３に示す温度プロファイル条件（１４０℃２分間−２００℃２分間−２５０℃２分間）にて１１分間、酸素濃度１００ｐｐｍの条件で加熱を行い、上記と同じ条件にて示差走査熱量測定を行ったところ、１１８℃から１２０℃の間における吸熱ピークがほぼなくなっていた。 Further, the molded solders of Examples 4 and 5 were subjected to the temperature profile conditions (140 ° C. for 2 minutes-200 ° C. for 2 minutes-250 ° C. for 2 minutes) shown in FIG. 33 using a reflow device for 11 minutes under the condition of an oxygen concentration of 100 ppm. When heating was performed and the differential scanning calorimetry was performed under the same conditions as above, the endothermic peak between 118 ° C. and 120 ° C. was almost eliminated.

このように、実施例１から５の成形はんだは、加熱により溶融温度変化が生じていることが分かる。そしてこのような成形はんだは、上記加熱時の温度では再溶融し難くなり、従ってはんだ接合後において、信頼性の高いはんだ接合部を提供することができる。 As described above, it can be seen that the molding solders of Examples 1 to 5 have a change in melting temperature due to heating. And such a molded solder becomes difficult to remelt at the temperature at the time of heating, and therefore, it is possible to provide a highly reliable solder joint portion after solder joint.

次いで、実施例１から５の成形はんだのはんだ接合性を確認した。
先ず、実施例１から３の成形はんだをそれぞれ６ｍｍ×６ｍｍの大きさに整えた。また６ｍｍ×６ｍｍ×０．３ｍｍｔの銅板（ａ）と３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍｔの銅板（ｂ）とを用意した。
実施例１から３の成形はんだの両面にフラックス（製品名：ＢＦ−３０、（株）タムラ製作所製）を薄く塗布し、銅板（ｂ）上に各成形はんだを載置した。
そして各成形はんだの面のうち銅板（ｂ）と接していない面に銅板（ａ）を載置し、これを図３２に示す温度プロファイル条件にて、高温観察装置（製品名：ＳＫ−５０００、山陽精工（株）製）を用いて５分間リフローし、各試験片を作製した。なお、酸素濃度は１００ｐｐｍとした。 Next, the solder bondability of the molded solders of Examples 1 to 5 was confirmed.
First, the molded solders of Examples 1 to 3 were prepared to have a size of 6 mm × 6 mm, respectively. Further, a 6 mm × 6 mm × 0.3 mmt copper plate (a) and a 30 mm × 30 mm × 0.3 mmt copper plate (b) were prepared.
Flux (product name: BF-30, manufactured by Tamura Corporation) was thinly applied to both surfaces of the molded solders of Examples 1 to 3, and each molded solder was placed on a copper plate (b).
Then, the copper plate (a) is placed on the surface of each molded solder that is not in contact with the copper plate (b), and this is placed under the temperature profile conditions shown in FIG. 32 by a high temperature observation device (product name: SK-5000, Each test piece was prepared by reflowing for 5 minutes using Sanyo Seiko Co., Ltd. The oxygen concentration was 100 ppm.

上記各試験片について、銅板（ａ）及び（ｂ）と各成形はんだとの接合の有無を走査電子顕微鏡を用いて確認したところ、各試験片のいずれも銅板（ａ）及び（ｂ）と各成形はんだとが接合できていた。 When the presence or absence of bonding between the copper plates (a) and (b) and the molded solders was confirmed for each of the above test pieces using a scanning electron microscope, all of the test pieces were confirmed with the copper plates (a) and (b). It was able to join with the molding solder.

また、実施例４及び５の成形はんだをそれぞれ１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに整え、上記銅板（ａ）の上に重さ２ｇの重りを乗せ、図３３に示す温度プロファイル条件（１４０℃２分間−２００℃２分間−２５０℃２分間）にて１１分間リフローする以外は上記と同じ条件にて各試験片を作製した。なお、酸素濃度は１００ｐｐｍとした。 Further, the molded solders of Examples 4 and 5 were adjusted to a size of 10 mm × 10 mm, respectively, and a weight of 2 g in weight was placed on the copper plate (a), and the temperature profile conditions (140 ° C. for 2 minutes-) shown in FIG. Each test piece was prepared under the same conditions as above except for reflowing at 200 ° C. for 2 minutes-250 ° C. for 2 minutes) for 11 minutes. The oxygen concentration was 100 ppm.

上記各試験片について、銅板（ａ）及び（ｂ）と各成形はんだとの接合の有無を走査電子顕微鏡を用いて確認したところ、各試験片のいずれも銅板（ａ）及び（ｂ）と各成形はんだとが接合できていた。 When the presence or absence of bonding between the copper plates (a) and (b) and the molded solders was confirmed for each of the above test pieces using a scanning electron microscope, all of the test pieces were confirmed with the copper plates (a) and (b). It was able to join with the molding solder.

このように実施例１から５に係る成形はんだは、フラックスを用いずに成形できることからボイドの発生を抑制でき、また成形時に加熱を行わないことから、成形に用いた金属粉末のうち、最も液相線温度の低い金属の液相線温度にてはんだ接合を行うことができる。またこれらの成形はんだは、はんだ接合時に液相線温度の高い金属からなる金属粉末を溶融したはんだ合金中に容易に拡散させ、はんだ接合後の成形はんだ（はんだ接合部）の溶融温度を変化させることができるため、はんだ接合時の加熱温度では再溶融し難くなり、信頼性の高いはんだ接合部を提供することができる。

As described above, since the molding solders according to Examples 1 to 5 can be molded without using flux, the generation of voids can be suppressed, and since heating is not performed during molding, the most liquid among the metal powders used for molding. Soldering can be performed at the liquidus temperature of a metal having a low phase wire temperature. Further, these molded solders easily diffuse a metal powder made of a metal having a high liquidus temperature into a molten solder alloy at the time of solder joining, and change the melting temperature of the molded solder (solder joint) after the solder joining. Therefore, it becomes difficult to remelt at the heating temperature at the time of solder joining, and a highly reliable solder joint can be provided.

Claims (8)

複数種の金属粉末を混合分散して前記複数種の金属粉末の混合体を作製する工程と、
前記複数種の金属粉末の混合体を加圧成形用容器に収容する工程と、
前記複数種の金属粉末の混合体を収容する前記加圧成形容器を加圧する工程とを含む成形はんだの製造方法であって、
前記複数種の金属粉末は複数の金属元素を含む合金からなる金属粉末を含み、当該複数の金属元素を含む合金からなる金属粉末はＳｎを４０質量％以上含み、その固相線温度は２５０℃以下であり、その固相線温度及び液相線温度は前記複数種の金属粉末の中で最も低く、
前記複数の金属元素を含む合金からなる金属粉末の含有量は、前記複数種の金属粉末１００質量％に対して１０質量％以上６０質量％以下であり、
前記複数種の金属粉末の液相線温度は、それぞれが５０℃以上の温度差を有し、
前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱することにより溶融温度変化を生じることを特徴とする成形はんだの製造方法。 A step of mixing and dispersing a plurality of types of metal powder to prepare a mixture of the plurality of types of metal powder, and
A step of accommodating a mixture of the plurality of types of metal powder in a pressure molding container, and
A method for producing a molded solder, which comprises a step of pressurizing the pressure molding container containing a mixture of the plurality of types of metal powders.
Comprises a metal powder composed of an alloy containing a plurality of kinds of metal powder metal elements multiple, metal powder composed of an alloy containing the plurality of metal elements includes Sn 40 wt% or more, the solidus temperature is 250 It is below ° C., and its solidus and liquidus temperature is the lowest among the multiple types of metal powders.
The content of the metal powder composed of the alloy containing the plurality of metal elements is 10% by mass or more and 60% by mass or less with respect to 100% by mass of the plurality of types of metal powders.
The liquidus temperature of the plurality of types of metal powders has a temperature difference of 50 ° C. or more, respectively.
A method for producing a molded solder, which comprises heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders to cause a change in melting temperature. 前記複数種の金属粉末のうち１種はＣｕ金属粉末であることを特徴とする請求項１に記載の成形はんだの製造方法。 The method for producing a molded solder according to claim 1, wherein one of the plurality of types of metal powder is Cu metal powder. 前記複数種の金属粉末の混合体に含まれる前記Ｃｕ金属粉末の含有割合は４０質量％以上８０質量％以下であることを特徴とする請求項２に記載の成形はんだの製造方法。 The method for producing a molded solder according to claim 2 , wherein the content ratio of the Cu metal powder contained in the mixture of the plurality of types of metal powder is 40% by mass or more and 80% by mass or less. 前記複数種の金属粉末の混合体は、The mixture of the plurality of metal powders is
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を質量比で８０：２０から５０：５０、またはMetal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and metal powder made of Sn-50In solder alloy in mass ratio from 80:20 to 50:50, or
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＳｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を質量比で９０：１０から６０：４０含むことを特徴とする請求項１に記載の成形はんだの製造方法。The molded solder according to claim 1, which contains a metal powder made of a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of a Sn-58Bi solder alloy in a mass ratio of 90:10 to 60:40. Manufacturing method. 前記複数種の金属粉末の混合体は、The mixture of the plurality of metal powders is
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＣｕからなる金属粉末を質量比で５０：５０から２０：８０、またはA metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Cu in a mass ratio of 50:50 to 20:80, or
Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末とＣｕからなる金属粉末を質量比で６０：４０から３０：７０含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の成形はんだの製造方法。The method for producing a molded solder according to claim 2 or 3, wherein the metal powder made of Sn-50In solder alloy and the metal powder made of Cu are contained in a mass ratio of 60:40 to 30:70. 前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値（Ｈ１’）と、加熱した後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値（Ｈ２’）とが、以下の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成形はんだの製造方法。
（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．２ … （１） Heat flow (H1) at a temperature (T) indicating the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders. ) And the absolute value (H2') of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating have the following formula (1). The method for producing a molded solder according to any one of claims 1 to 5 , which is characterized by satisfying the requirements.
(H2') / (H1') ≤ 0.2 ... (1) 前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値（Ｈ１’）と、加熱した後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値（Ｈ２’）とが、以下の式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の成形はんだの製造方法。Heat flow (H1) at a temperature (T) indicating the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders. ) And the absolute value (H2') of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating satisfy the following equations. The method for producing a molded solder according to claim 4.
前記複数種の金属粉末の混合体がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＳｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末を質量比で８０：２０から５０：５０含む場合When the mixture of the plurality of types of metal powder contains a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-50In solder alloy in a mass ratio of 80:20 to 50:50.
０．００３≦（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．０２２0.003 ≤ (H2') / (H1') ≤ 0.022
前記複数種の金属粉末の混合体がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＳｎ−５８Ｂｉはんだ合金からなる金属粉末を質量比で９０：１０から６０：４０含む場合When the mixture of the plurality of types of metal powder contains a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Sn-58Bi solder alloy in a mass ratio of 90:10 to 60:40.
０．００４≦（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．０２０0.004 ≤ (H2') / (H1') ≤ 0.020 前記複数種の金属粉末の液相線温度のうち最も低い液相線温度以上の温度で加熱する前の成形はんだの示差走査熱量測定における最初の吸熱ピークを示す温度（Ｔ）におけるヒートフロー（Ｈ１）の絶対値（Ｈ１’）と、加熱した後の成形はんだの示差走査熱量測定における前記温度（Ｔ）のヒートフロー（Ｈ２）の絶対値（Ｈ２’）とが、以下の式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の成形はんだの製造方法。Heat flow (H1) at a temperature (T) indicating the first heat absorption peak in the differential scanning calorimetry of the molded solder before heating at a temperature equal to or higher than the lowest liquidus temperature among the liquidus temperatures of the plurality of types of metal powders. ) And the absolute value (H2') of the heat flow (H2) of the temperature (T) in the differential scanning calorimetry of the molded solder after heating satisfy the following equations. The method for producing a molded solder according to claim 5.
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ合金からなる金属粉末とＣｕからなる金属粉末を質量比で５０：５０から２０：８０含む場合When a metal powder made of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and a metal powder made of Cu are contained in a mass ratio of 50:50 to 20:80.
０．０１８≦（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．３１６0.018 ≤ (H2') / (H1') ≤ 0.316
Ｓｎ−５０Ｉｎはんだ合金からなる金属粉末とＣｕからなる金属粉末を質量比で６０：４０から３０：７０含む場合When a metal powder made of Sn-50In solder alloy and a metal powder made of Cu are contained in a mass ratio of 60:40 to 30:70.
０．００５≦（Ｈ２’）／（Ｈ１’）≦０．０２０0.005 ≤ (H2') / (H1') ≤ 0.020
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