JPS6362318B2

JPS6362318B2 -

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Publication number: JPS6362318B2
Application number: JP58149742A
Authority: JP
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1983-08-18
Publication date: 1988-12-01
Also published as: EP0103213A1; JPS5954496A; DE3376472D1; US4504007A; EP0103213B1

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、フラツクスを用いたろう付け方法及
び該フラツクスを含むろう付けペーストに係る。

〔従来技術〕

周知の如く、ろう付けに於ては、接合されるべ
き金属の表面上の金属酸化物を除去しそしてそれ
らの金属の湿潤性を増すために、フラツクスが用
いられている。

従来のフラツクスには、有機及び無機のフラツ
クスがある。鉱酸、環元雰囲気及びハロゲン化塩
は活性フラツクスのための典型的な無機フラツク
ス構成成分である。ロジン及び有機酸は非活性フ
ラツクスのための典型的な有機フラツクス構成成
分である。

本明細書に於て、“ろう付け”は、一般に低温
を用いて金属を相互に接合させる方法とされてい
る軟ろう付けと、一般に典型的には300乃至450℃
又はそれ以上の程度のより高温を用いて金属を相
互に接合させる方法とされている硬ろう付けとを
含む。しかしながら、用いられる温度に応じて、
軟ろう付け方法又は硬ろう付け方法に分類され得
るろう付け方法もある。

従来、多くの文献が、高度に開発されたろう付
け技術について記載し、そのために有用な装置、
ろう付け可能な金属、及びろう付け用充填材につ
いて開示している。例えば、Kirk and Othmer
Encyclopedia、第18巻、第541頁乃至第548頁、
McGraw―Hill社出版、1971年；Brazing
Manual、American Welding Society出版、
1963年；Specification for Brazing Filler
Metal、American Welding Society出版、1969
年；及びWelding and Brazing section of the
Metal Handbook、第８版、第６巻、American
Society for Metals出版、1971年等に記載され
ているが、以下に代表的な従来技術について簡単
に述べておく。

ロジン・フラツクスの本来の欠点、即ち分解及
び重合、炭化、不溶性残渣の発生等の問題を生じ
る、活性化されたロジンを基材とするフラツクス
については、例えば、米国特許第2700628号、第
3281222号、第3448512号、第3832242号、第
4194931号、第2429033号、第2664370号明細書等
に開示されている。

或る特許明細書は、重合体をフラツクスへの添
加物として用いることを開示しているが、それら
の重合体はろうによる湿潤性又はフラツクス性を
与えるためではなく、むしろ付着特性を増すため
に加えられており（米国特許第3697333号明細
書）、又はその組成物が表面安定化膜兼フラツク
スとして物理的特性を増すために加えられている
（米国特許第4243440号及び第4216035号明細書）。
その様な組成物は、ロジンを基材としており、前
述の問題を生じる。

米国特許第3040781号明細書は、ろう付け可能
なアクリル酸塩及びメタクリル酸塩の共重合体の
保護膜を開示している。その開示されたフラツク
スは、分解されたフラツクスとろうとの間の化学
反応に基づいている。その様な重合体は、分解し
て酸化合物とエステル化合物との複雑な混合物を
生じ、単量体を生じる際にきれいな熱的劣化
（unzipping）を生じず、炭化されるかなりの残渣
を残す。又、活性剤も用いられている。

米国特許第3791027号明細書は、存在する金属
酸化物と化学的に反応して、還元剤として働く水
素を発生する様に、反応性重合体樹脂及び他の化
合物を、ろう付け用フラツクスとして用いること
を開示している。ポリイソブチレンが開示されて
いるが、それは、本発明に於ける非反応性のポリ
イソブチレンと異なり、常に官能性を有してい
る、反応性のポリイソブチレンである。

熱的劣化を生じる重合体が知られている。多数
のその様な重合体が、D.W.Van Krevelen等によ
るProperties of Polymers、Elsevier Scientific
出版社発行、New York、1976年、及びN.
GrassieによるChemistry of High Polymer
Degradation Processes、University
Microfilms 社出版に開示されている。

IBM Technical Disclosure Bulletin、第22
巻、第２号、1979年７月、第542頁には、熱的に
劣化し得る重合体を未焼結シート中に用いること
を開示しており、それらの熱的に劣化し得る重合
体は、粉末セラミツク材料のための結合剤として
働く。その文献は、熱的に劣化し得る重合体をろ
う付け用フラツクスとして用いることについて何
ら開示していない。

IBM Technical Disclosure Bulletin、第22
巻、第２号、1979年７月、第541頁は、相互に積
層化されて多層セラミツク基板を構成する各未焼
結シートを形成するための結合剤として用いられ
ているポリ（アルフアメチルスチレン）の熱的劣
化を促進するためにガンマ線を用いることを開示
している。しかしながら、ポリ（アルフアメチル
スチレン）をろう付け用フラツクスに用いること
については、何ら開示していない。

従来用いられているろう付け用フラツクスはす
べて、それらのフラツクスが、ろう付けされてい
る金属基板及び／若しくはろう自体と反応すると
いう考え方に基づいている。本発明は、後に詳述
する如く、それとは全く異なる考え方に基づくも
のである。

一般に入手され得る活性フラツクスは、除去が
困難又は不可能であり、腐食及び／若しくは好ま
しくない電気的特性を生ぜしめる残渣を残す無機
酸、無機塩又はハロゲンを含み又は生じるので、
電子的適用例に於て用いられるために適している
ものは少ない。

ロジンを基材とするろう付け用フラツクスは、
比較的穏やかな、非腐食性の作用を有しているの
で、電子的適用例に於て用いられるためには最も
適している。

しかしながら、その様なフラツクスは、次に示
す理由から望ましくない。

松の木から得られる天然生成物であるロジン
は、アビエチン型の酸、アビエチン酸及び脂肪酸
のエステル、アルコール、並びに酢酸塩の複雑な
混合物である。従つて、ロジンの純度を分析又は
制御することは不可能である。

ロジンの構成成分の多くは、空気中で不安定で
あり、加熱されたとき酸化及び重合して、炭化し
た樹脂質の残渣（12乃至16％）を生じる。その残
渣の炭化した又は重合した部分は溶剤を用いて完
全に除去されず、トルエン及びイソプロパノール
を用いて清浄化された後に約0.6％が残される。
フラツクス残渣は、金属の腐食、及びそのフラツ
クス処理された金属に於ける適切に熱を放散させ
る能力の低下に関連しているので、望ましくな
い。

〔発明の概要〕

本発明は、新しい類の化学的に非反応性のフラ
ツクスを用いたろう付け方法及び該フラツクスを
含むろう付けペーストを提供する。

本発明に於けるフラツクスは、熱的に安定な、
高沸点の単量体有機化合物及び／若しくは熱的に
解重合可能な重合体より成る。その高沸点の単量
体有機化合物は、何ら化学変化を生じることなく
又はその場で反応して残渣を残すことなく放散
し、その熱的に解重合可能な重合体は、解重合さ
れ、従つてこれもろう付けが完了したときに何ら
残渣を残さない。更に、いずれの材料も、腐食に
全く関与しない。

〔実施例〕

本明細書に於て“フラツクス”は、特に示され
ない限り、ろう付け用フラツクスとして総称的に
用いられている。

本発明に於けるフラツクスは、従来技術による
反応性のフラツクスとは異なり、非反応性であ
る。

又、本発明に於けるフラツクスは、次に示す点
に於て、ロジンの如き、従来技術によるフラツク
スよりも優れている。

それらは、例えばニツケル、金或いは錫等の
種々の材料の表面へのろう付け、又は例えば金―
錫等の種々の粉末によるろう付けに於て、より効
果的である。

それらは、容易に精製されそして特徴付けら
れ、従つてより均一な組成にされる。

それらは、酸化及び重合に対してより安定であ
り、従つて著しく延長された貯蔵寿命を有する。

それらは、加熱されている間、溶融されたろう
から熱的に追い出されて、冷却されたとき、フラ
ツクスを含有しない金属を生じるが、ロジンでフ
ラツクス処理された試料は、ろう付け部分を構造
的に弱める、フラツクス残渣を含有する金属を生
じる。

更に、本発明に於けるフラツクスは、何ら残渣
を残さないという利点を有する。表面に残渣が存
在しないことにより、接合後の清浄化処理がすべ
て不要になる。どの様な環境下でも、本発明に於
けるフラツクスは、ロジンの場合の如く、炭化部
分を残さないことが解つた。

本発明の大きな１つの利点は、本発明が反応に
よる方法でなく物理的な方法に基づいているの
で、多くの異なる型のろう及びろう付けされるべ
き基板とともに広範囲に用いられることである。

周知の如く、ろう付け中に、ろうは溶融可能で
なければならず、ろう付けされている基板は清浄
でなければならず即ち酸化物を含んでいてはなら
ない。しかしながら、実際に於て、その様な酸化
物を完全に除くことは本質的に於て不可能であ
る。

本発明に於て、ろうが加熱されるとき（対流及
び／若しくはマイクロ波）、金属基板上に存在す
る酸化物の膨張率が該金属基板の膨張率よりも低
いことが解つた。従つて、酸化物の下で金属が膨
張する結果、酸化物中に微細な亀裂が生じ、本発
明に於けるフラツクスがそれらの亀裂に浸透し
て、ろう付けされるべき、露出されている高表面
エネルギの金属基板を湿潤させ、更に望ましくな
い金属酸化物の除去を促進する。又、その液状の
フラツクスは、処理中に、溶融されたろうの再酸
化を防ぐ様に働く。フラツクスの放散点及び／若
しくは解重合点とろうの融点との間の関係につい
ては、後に詳述する。

ろう付けされるべき金属基板上の酸化物の厚さ
に関しては、本発明に於けるフラツクスは、当技
術分野に於て従来ろう付けされている、僅か数オ
ングストローム、例えば10Åの厚さの酸化物か
ら、当技術分野に於て“厚い酸化”と考えられて
いる、200乃至400Å程度の極めて厚い酸化物迄、
全般的に適用される。しかしながら、いずれの場
合にも、本発明に於けるフラツクスのメカニズム
は、物理的なメカニズムであり、何ら化学反応を
含んでいない。

従つて、本発明は、ろうが溶融可能でありそし
てそのろうの溶融温度に於て本発明に於けるフラ
ツクスが流体である限りに於て、当技術分野に於
て知られている、軟ろう及び硬ろうを含む、すべ
てのろうとともに用いられる。その様な軟ろうの
例としては、鉛―錫の軟ろう、金―錫の軟ろう、
鉛―インジウムの軟ろう、鉛―ビスマスの軟ろ
う、銀の軟ろう、及び同種のものがあるが、好ま
しい鉛を基材とする軟ろうは60乃至95重量％の鉛
を残量の他の構成成分とともに含む。有用とされ
ている他の軟ろうには、50重量％の鉛―32重量％
の錫―18重量％のカドミウム、57重量％のビスマ
ス―43重量％の錫、95重量％の鉛―２重量％のア
ンチモン―３重量％の錫、及び同種のものがあ
る。

有用な硬ろうは、典型的には、主な構成成分と
して、銅、銀、ニツケル、カドミウム及び／若し
くは亜鉛を有している。銅は単独で用いられるこ
とが多いが、小さな比率の燐、シリコン、マンガ
ン又はアルミニウムでドープされてもよい。電子
的適用例のために本発明に於て用いられる最も好
ましい硬ろうは、金―錫の硬ろうである。本発明
に於て有用とされる他の硬ろう付け合金は、米国
特許第3832242号明細書に記載されている。

又、本発明に於て有用な硬ろうには、IBM
Technical Disclosure Bulletin、第21巻、第８
号、1979年１月、第3118頁に記載の金―錫―銀型
の硬ろう、IBM Technical Disclosure
Bulletin、第21巻、第９号、1979年２月、第3590
頁に記載の金―錫―銀型及び金―錫―パラジウム
型の硬ろう、IBM Technical Disclosure
Bulletin、第21巻、第８号、1979年１月、第3119
頁に記載の金―錫―銀型の硬ろう等もある。

本発明に於けるフラツクスと組合わせて用いら
れる軟ろうは、物理的形状に於て限定されず、例
えばコア型であつても、パターン状に気相付着さ
れても、又はレーザ接合されてもよい。

本発明に於けるフラツクスと組合わせて用いら
れる硬ろうの物理的形状も、何ら具体的な形に限
定されないが、硬ろうは一般的にはペーストの形
で用いられ、本発明に於けるフラツクスが該ペー
ストのための結合剤として働いて、相互に接触す
る両金属基板が該ペーストと密着する。典型的に
は、殆んどが金より成る、金―錫の合金である、
ペースト中の硬ろうの粒子の粒度は何ら限定され
ず、当該技術分野に於て典型的に用いられている
粒度が本発明に於て用いられ得る。フラツクス及
び溶媒の比率は、従来技術に於て用いられている
比率と同様であり、例えば、一般的には硬ろうの
重量に基づいて約30乃至40重量％迄のフラツクス
及び溶媒、より一般的には５乃至10重量％程度の
フラツクス及び溶媒が用いられる。

軟ろう及び硬ろうの両方に於て、フラツクスの
適用方法は何ら限定されない。

本発明によりろう付けされ得る金属基板は何ら
限定されず、それらは当技術分野で知られている
ろう付け方法により接合され得る基板であり、例
えば、銅、真鍮、ニツケル、鉄、亜鉛、その合金
等である。本発明によりろう付けされる金属基板
に対する唯一の制約は、勿論湿潤可能でなければ
ならぬことである。電子的適用例に於ては、ろう
付けされる恐らく最も一般的な金属基板は、ニツ
ケルで被覆されたモリブデン、ニツケル、ニツケ
ル―金の合金、金、及び予め錫で被覆された表面
であり、それらはすべて極めて湿潤可能である。

従つて、例えば、本発明に於けるフラツクス
は、集積回路構成素子を、例えば該素子上の接点
ピンにより、ニツケルで被覆されたモリブデンの
金属を有するアルミナ基板の如き、無機又は有機
の基板上の対応する接点領域に接合するために用
いられる。

本発明に於けるフラツクスについて更に詳細に
説明すると、本発明に於けるフラツクスは、１つ
又はそれ以上の熱的に安定な、高沸点の単量体有
機化合物及び／若しくは１つ又はそれ以上の熱的
に解重合可能な重合体（以下に於て、TDPと呼
ぶ。）を含む。更に、１つ又はそれ以上のその様
な構成素子が用いられる。

高沸点の単量体有機化合物は、化学変化を生じ
ることなく又はその場で反応して残渣を残すこと
なく放散し、低分子量の熱的に解重合可能な重合
体は、後述する溶媒と組合わせて用いられても、
ろう付け温度に於て、分解して揮発性の単量体副
産物を生じることなく、従つて残渣を残すことな
く、解重合される。従来技術の場合と異なり、フ
ラツクスを効果的に用いるために、本発明に於け
るフラツクス中に活性剤又は他の添加剤を何ら用
いる必要がない。

次に、好ましい高沸点の単量体有機化合物及び
TDPを本発明の好実施例に於て示すが、それら
は当業者により以下に示す或る包括的基準に従つ
て選択及び使用される。

本発明に於けるフラツクスは、ロジンの場合の
如く、恐らくは熱硬化性重合体の形成により、分
解して残渣を生じることがない。本発明に於ける
フラツクスには、残渣を残し得るかなりの不純物
が存在してはならないことは勿論である。

それらは、所望の温度で気化又は解重合する様
な蒸気圧（又は解重合温度）を有する。

それらは、加熱されたときに適当な流動特性を
示す様な粘度を有する。

それらは、ろう付けされるべき材料を容易に湿
潤させる様な、例えば約40゜以下、典型的には20゜
乃至40゜の接触角φを示す様な、表面張力を有す
る。

従つて、本発明に於ては、ろう付け温度に於て
液体であり、従つてろうから気体として放散す
る、高沸点の単量体有機化合物が用いられる。そ
れらは、個々の接合方法の加熱速度条件に適合す
る様に選択される。

本発明に於けるTDPは、ろう付け完了時に、
直接気相に変化することが出来る特性を示す。こ
れは、本質的に昇化と同じであり、即ち解重合に
よつてTDPを液相を経過しない単量体材料に変
換させる。

この点に関して、本発明に於けるフラツクス
は、前述の清浄化及び保護の作用を果すために、
ろう付けに於て流体でなければならない。

用いられた高沸点の単量体有機化合物は、勿
論、本来的に液体である。

しかしながら、TDPは、多くの場合、ろう付
けの開始に於てそれ自体流体でない様な分子量を
有する。従つて、その様な場合には、本発明に於
けるTDPは一般的に１つ又はそれ以上の溶媒及
び／若しくは１つ又はそれ以上の高沸点の単量体
有機化合物と組合わせて用いられる。TDPは溶
媒又は高沸点の単量体有機化合物中に溶解される
ことが不可欠であり、後者は基本的に可塑剤とし
て働く。溶媒及び／若しくは高沸点の単量体有機
化合物は、本発明に於けるTDPが蒸発する前に
実質的に蒸発するので、１つ又はそれ以上の
TDPとともに用いられたとき、TDPのためのビ
ヒクルとして働く基本的機能を有している。存在
する１つ又はそれ以上のTDPは、ろうの再溶融
に於て、フラツクスが流体状態にあるとき、１つ
又はそれ以上の溶媒及び／若しくは１つ又はそれ
以上の高沸点の単量体有機化合物が蒸発した後
に、実質的にその固体状態に戻り、その後に解重
合が生じる。一部の溶媒及び／若しくは高沸点の
単量体有機化合物がその蒸発の完了後にTDPの
重合体の網目構造中に保持されることも考えられ
るが、それはTDPの解重合を妨げる実質的影響
を何ら与えないことが解つた。

ろう付けのとき、ろう／フラツクス／金属基板
は激しい撹乱状態にあり、即ちろうが溶融し、温
度差により生じた撹乱によつてフラツクスがろう
の内部に混入して、前述の如き酸化物の微小な亀
裂により露出された金属に接触し、それからフラ
ツクスは絶えず蒸発又は解重合して、ろうから放
散される。従つて、本発明に於けるフラツクス
は、接合の強度が増しそして欠陥の数が減少する
様に、ろうの内部及び金属基板を清浄化する。

上記記載から明らかな如く、金属基板の湿潤
は、前述の如き蒸発によりフラツクスが除去され
る前に良好に生じる。例えば、95重量％の鉛／５
重量％の錫ろうを用いた場合には、湿潤は、その
ろうが典型的には315乃至320℃の領域に於て溶融
した後に、極めて迅速に生じる。フラツクスは、
形成されるべきろう接合部を完全に覆う量で存在
せねばならない。溶融されたろうと液状フラツク
スとの間の接触の密接さが、ろうの表面張力を低
下させ、溶融されたろうが金属基板を自然に湿潤
する様にして、良好なろう接合部を形成させる。

高沸点の単量体有機化合物は、150℃又はそれ
以上の沸点を有しているべきであり、そして前述
の如く、何ら化学変化を生じることなく又はその
場で反応して残渣を残すことなく放散するべきで
ある。沸点の上限は何ら限定されないが、その様
な化合物は実質的に約320℃を越える沸点を有し
ていない場合が多い。

更に必要とされる条件として、本発明に於ける
高沸点の単量体有機化合物は、ろうのペーストが
溶融する前に実質的に蒸発するべきでなく、本発
明に於けるTDPはろうのフラツクスが溶融する
前に解重合するべきではない。勿論、液状フラツ
クスは、ろう付けされている基板の表面を湿潤さ
せねばならない。

有用な高沸点の単量体有機化合物には、例え
ば、炭素／水素／酸素より成る材料があるが、そ
れらは、例えばハロゲン、硫黄等の残渣を形成せ
しめる様な他の元素を相当な比率で含んでいるべ
きではない。

有用な好ましい高沸点の単量体有機化合物に
は、例えば、ジヒドロアビエチル・フタラート、
グリセロール、シス―１、３―ドコセン酸、ステ
アリン酸、４―メトキシベンゾフエノン、ジヒド
ロベンゾフエノン、ジフエニルオキサゾール等が
ある。

本発明に於けるTDPは、好ましくは、固有粘
度を用いた方法により算出された、約500乃至約
50000の分子量を有する。特に示さない限り、以
下に於て、すべての分子量はこの方法で算出され
ている。上記重合体の分子量は、該重合体の所望
の物理的特性によつて決定される。より低い分子
量の重合体は有機溶媒中に於てより大きな溶解度
を有し、高温に於てより良好な流動特性を有す
る。本発明に於けるフラツクスは、実際にチツプ
が接合される前に、一時的に該チツプを基板に支
持するためのの“にかわ”としても用いられた。
従つて、フラツクスは、良好な付着を達成する様
に充分粘性でなければならないが、チツプが基板
の金属マトリツクス上に自然に自己整合すること
を妨げない様にろうの再溶融温度に於て粘性が高
すぎてはならない。

それらの重合体は、好ましくは、次に示す一般
式を有する。

上記式に於て、Ｘ及びＹは、６個迄の炭素原子
を有するｎ―アルキル又はイソ―アルキル、ハロ
ゲン、−COOR（Ｒは６個迄の炭素原子を有するｎ
―アルキル又はイソ―アルキルである）、フエニ
ル、ナフチル、トリル、又はメチルナフチルであ
る。言う迄もなく、Ｘ及びＹは同一である必要は
ない。勿論、異なる配列の材料も用いられる。

ｎは、典型的には、約５乃至約500の間で変化
するが、より高い分子量の材料も用いられ、例え
ば680000の高い分子量を有するTDPが効果的に
用いられ、特別な状況に於て強度等のより大きな
重合体特性が必要とされる場合には、その様な材
料も本発明に於て用いられる。分子量が増すに従
つて、解重合温度が低下する傾向のあることが解
つた。従つて、より低い解重合温度が必要な場合
には、700000程度の分子量も用いられる。

本発明に於て用いられる最も好ましい高沸点の
単量体有機化合物は、次式を有する、熱的に安定
な単量体化合物である、ジヒドロアビエチル・ア
ルコール（DABA）である。

最も好ましい熱的に解重合可能な（熱的に劣化
し得る）重合体は、例えば、次式を有するポリ
（アルフアメチルスチレン）である。

上記式に於て、ｎは約20000の分子量を与える
値であることが好ましいが、より高い分子量の材
料も効果的に用いられた。

更に好ましい熱的に解重合可能な重合体はポリ
イソブチレンであり、これは、500の分子量で用
いられたとき、優れた結果を与える。前述の一般
式に於ては、基Ｘ及びＹは両方ともCH₃である。
より高分子量の材料も効果的に用いられた。

前述の如く、本発明に於ては、TDP又は高沸
点の単量体有機化合物が単独で用いられる場合に
限定されず、その様な材料の混合物も用いられ、
或る場合にはその様な混合物を用いることが極め
て好ましく、その様な混合物は典型的には、流体
でないTDPが用いられる場合に、そのTDPを適
用し易くするために用いられる。この点に関し
て、低分子量のTDPに対する高沸点の単量体有
機化合物の量は何ら特に限定されない。従つて、
高沸点の単量体有機化合物がTDPの適用を容易
にするためにビヒクルとして用いられる場合に
は、TDPにその適用に適した粘度を与えるに充
分な量が用いられればよい。限定されることはな
いが、TDPの重量に対して約５乃至約50重量％
の高沸点の単量体有機化合物が用いられることが
多い。

例えば、DABAが単独で用いられる場合には、
比較的低沸点のDABAに対して配慮が成されね
ばならない。望むだけ多量のDABAが用いられ
得る場合には、温度度の問題は余り重要でない。
例えば、鉛―錫のパツドを有しているウエハが再
溶融されているとき、過剰のDABAを用いるこ
とが出来、蒸発によるDABAの損失は重要でな
い。

一方、チツプが基板に密着されるチツプ接合技
術に於ては、チツプと基板との界面に用いること
が出来るDABAの量は極めて限定され、その場
合には、所望のフラツクス効果が達成される様
に、DABAが放散する速度程速く解重合しない
TDPとともに、DABAを用いて、時間―温度の
範囲を拡げることが好ましい場合が多い。

本発明に於て、１つ又はそれ以上の単量体フラ
ツクス材料と１つ又はそれ以上の重合体フラツク
ス材料との混合物を用いた場合の実質的な利点
は、その様な系が単量体フラツクス材料を単独で
用いた場合よりも相当に低い揮発性しか有してい
ないことである。

しかしながら、多くの場合には、本発明に於け
る高沸点の単量体有機化合物及び／若しくは
TDPを、１つ又はそれ以上の溶媒と組合わせて
用いることが好ましい。

溶媒に必要とされる主な基準は、溶解又は使用
中にフラツクスの相分離を生ぜしめてはならず、
又極めて迅速に蒸発させて、ろう付け方法をだめ
にする様な極めて低い沸点を有してはならないこ
とである。

勿論、溶媒はその蒸発後に残渣を何ら残しては
ならないが、これは、不純物が含まれていない限
り、当技術分野に於て典型的に用いられている如
き有機溶媒にはめつたにない問題である。

高沸点の単量体有機化合物をTDPと組合わせ
て用いる場合には、例えば、第１の溶媒が初めに
蒸発し、次に第２の溶媒が蒸発し、それから高沸
点の単量体有機化合物が放散し、最後にTDPが
解重合する様に、異なる温度で蒸発する２つの異
なる溶媒を用いることが、最も好ましい。例え
ば、DABAのための溶媒としてベンジル・アル
コールの如きアルコールを用いそしてポリ（アル
フアメチルスチレン）のための溶媒としてトルエ
ンを用いた場合には、それらの溶媒が蒸発してか
ら、DABAが放散し、それからポリ（アルフア
メチルスチレン）が解重合し、この特定の例に於
ては、フラツクス構成成分が４段階で除去され
る。

有機溶媒に対する高沸点の単量体有機化合物及
び／若しくはTDPの比率は特に限定されないが、
通常は、高沸点の単量体有機化合物及び／若しく
はTDPの重量の合計に対して約５乃至約50重量
％程度の溶媒を用いることが好ましい。高沸点の
単量体有機化合物又はTDPが組合わされずに単
独で用いられる場合にも、同様な比率の溶媒が用
いられる。勿論、それよりも多量の溶媒も用いら
れる。好ましい高沸点の有機溶媒は、約100℃よ
りも高いが、高沸点の単量体有機化合物の沸点又
はTDPの解重合温度よりも低い沸点を有する。

本発明に於て有用な更に他のフラツクス材料の
組合せには、DABA及びグリセロール、DABA
及びノナデコン、DABA及びジフエニルオキサ
ゾール等の組合せがある。

次に、本発明によるろう付けのために用いられ
る温度及び時間について説明すると、選択される
厳密な温度及び時間は、用いられたろう、選択さ
れたフラツクス、溶媒の有無、ろう付けされるべ
き金属基板、及び炉による加熱のプロフイルによ
つて与えられる特定の制約に依存する。

しかしながら、すべての場合に、ろう付けの温
度は、ろうが溶融され、高沸点の単量体有機化合
物が湿潤後に放散され、そしてTDPが解重合さ
れる温度でなければならない。

通常、約280乃至約420℃程度の温度が用いら
れ、約375℃迄の温度が効果的に用いられること
が極めて多い。

或る場合には、より低い温度が効果的に用いら
れる。例えば、DABAを単独でインジウム―錫
のろうとともに用いた場合には、240゜乃至250℃
程度の低い温度が効果的に用いられる。

TDPが単独で用いられた場合には、完全な解
重合を達成するために、320℃又はそれ以上の程
度の温度を用いる必要のある場合が極めて多い。

解重合は、所望ならば、放射（即ち、紫外線、
Ｘ線、マイクロ波等）を用いることによつて開始
及び／若しくは増大される。

当業者に明らかな如く、本発明に於けるすべて
のフラツクスのための厳密な温度範囲を示すこと
は不可能であるが、考察されている個々の系に基
づいて用いられるべき最良の温度は当業者によつ
て容易に決定され得る。

用いられる加熱速度は、従来の方法で決定さ
れ、フラツクス及びろうの質量及び金属基板の熱
を吸収する能力に依存する。加熱速度は当業者に
より容易に決定される。

所望のろう付け温度に達すると、その温度は、
典型的には完全なろうの湿潤及び拡がりを達成し
そして本発明に於けるフラツクスの構成成分の除
去を達成するために維持される。

例えば、繊細な電子的構成素子の場合には、典
型的にはろうの溶融は約10乃至12分以内で行わ
れ、フラツクスの除去は更に４乃至６分以内で完
了する。

それらの時間は何ら限定されず、例えばレーザ
接合が用いられた場合には、溶融は極めて短時
間、例えば15秒以内に生じ、本発明によるフラツ
クスの構成成分は極めて迅速に、例えば数秒以内
に除去される。

重合体のラジカル解重合を誘起させ又はその速
度を加速させるために、永久的残渣を最終的に残
さずに蒸発するという必須の特性を有している限
りに於て、ラジカル抑制剤又は加速剤が重合体混
合物に加えられ得る。それらが、本発明を効果的
に実施するために必要とされるものではないこと
は勿論である。

従来のろう付けのための系の場合と同様に、ろ
う付けされるべき金属基板はろう付けの前に従来
の方法で清浄化される。典型的には、例えば酸素
―アルゴンのプラズマの如き、従来のプラズマに
よる清浄化が用いられるが、水、イソプロパノー
ル及びヘキサンの如き一連の極性／無極性溶媒等
の従来の溶媒を用いた、溶媒による清浄化、並び
にプラズマによる清浄化と溶媒による清浄化との
組合せも、同様に効果的に用いられ得る。

本発明によるろう付け方法は、一般的には、例
えば窒素、アルゴン等の従来用いられている不活
性雰囲気中で行われる。不活性雰囲気中で処理を
行う目的は、ろう付けに於て用いられる如き高温
に於て酸化が生じ易いので、露出された金属基板
の酸化を防ぐためである。

本発明に於けるフラツクスの更にもう１つの利
点は、ロジンの如き従来技術による材料と比べて
酸素に対して余り感応せず、即ち本発明に於ける
フラツクスは酸素の存在の下で化学的に安定であ
り、ロジンと比較して重合しない。

次に記載に於て、使用される種々の好ましい温
度が例示されているが、それらに限定されること
はない。

１つの好ましいフラツクス組成物は、ベンジ
ル・アルコール中に溶解されたDABAである。
これは、単量体の、熱的に安定なフラツクスであ
り、例えば290℃又はそれ以下の程度のより低い
温度の適用例に用いられることが多い。ベンジ
ル・アルコールは比較的強い揮発性を有している
ので、この系は比較的低温のフラツクスとして用
いられる。

ベンジル・アルコール中に溶解された例えば26
乃至31重量％のDABAの溶液は又、330℃又は例
えば340乃至360℃のより高い温度に加熱されたと
きに、清浄化されたニツケル及び金の表面上への
95重量％の鉛―５重量％の錫のろうの湿潤を促進
させるために、極めて効果的なフラツクスである
ことが解つた。その様なフラツクスは又、80重量
％の金―20重量％の錫の粉末のペーストを用い
て、400乃至450℃に於て、セラミツク基板上にピ
ンをろう付けする場合にも、優れた結果を生じ
る。即ち、フラツクス残渣のない輝く清浄なフイ
レツトが得られ、ロジン・フラツクスと比較して
ピンの汚れが最小限であり、そしてロジン・フラ
ツクスを用いて達成された場合に匹適する又はそ
れよりも良好な引張り強さが得られるという利点
を有している。

中位の温度、例えば約370℃迄の温度の適用例
には、各々ベンジル・アルコール及びトルエン中
に溶解されたDABA及びTDPとしてのポリ（ア
ルフアメチルスチレン）を含むフラツクス組成物
が優れた結果を与えることが解つた。

例えば、同重量部のベンジル・アルコール及び
トルエン中に溶解された同重量部のDABA及び
ポリ（アルフアメチルスチレン）の混合物は、そ
れらの溶媒が蒸発してから、DABAが約280℃で
迅速に蒸発し、ポリ（アルフアメチルスチレン）
が約360℃で迅速に解重合するフラツクスを与え
る。その様なフラツクスは、360℃で５乃至６分
間加熱することにより、95重量％の鉛―５重量％
の錫のろうのパツドの配列体を、セラミツク・モ
ジユール上に支持された金の表面の対応する配列
体上に湿潤させるために効果的に用いられた。そ
のフラツクスは、優れたろうの湿潤を促進し、顕
微鏡で検査されたとき、観察可能な残渣は何ら残
されていなかつた。ポリ（アルフアメチルスチレ
ン）が20000乃至680000の分子量を有する種々の
組成物が効果的に用いられた。

例えば約430℃迄の高温の適用例、又は残留表
面安定化膜が必要な適用例（この場合、温度は約
380℃を超えるべきではない。）には、TDPとし
てポリイソブチレンを含むフラツクス組成物が効
果的であることが解つた。ポリイソブチレンはそ
のままで又はトルエン中に溶解されて用いられ
る。95重量％の鉛―５重量％の錫の如きろうを用
いたニツケル及び金の表面へのろう付けに於て、
又例えば米国特許第4221047号明細書及びIBM
Technical Disclosure Bulletin、第23巻、第7A
号、1980年12月、第2852頁及び第2853頁等に於て
開示されている如き多層セラミツク・モジユール
への石英チツプの接合に於て、優れた結果が得ら
れた。

例えば、420乃至460℃に於て約５分間、ポリイ
ソブチレン（平均分子量500）は、95重量％の鉛
―５重量％の錫のろうをニツケル及び金の表面に
ろう付けするためのフラツクスとして効果的に用
いられた。低分子量のポリイソブチレンは充分に
流体であつたので、何ら溶媒は必要とされず、熱
的解重合が420℃以上で迅速に進み、何ら残渣は
観察されなかつた。420℃よりも低い温度に於て
は、この特定の分子量の重合体は、表面安定化膜
及び／若しくはアルフア粒子障害壁材料として用
いられる、疎水性及び不活性である、順応する残
留被膜を残した。ポリイソブチレンのアルフア粒
子障壁特性は、従来のアルフア粒子障壁材料であ
るポリシロキサンに匹適ることが解つた。

より高分子量のポリイソブチレンは、例えば50
重量％のポリイソブチレンと50重量％のトルエン
との溶液として適用される。

従つて、本発明に於て用いられる加熱サイクル
が短縮された場合には、本発明に於けるフラツク
スは、金属を表面安定化するために用いられる変
化しない不活性の膜である、順応性の被膜を残
す。特に、TDPのフラツクスは、その様な表面
安定化膜を設けるために用いられる。所望又は必
要であれば、その得られた膜は、真空中で乾燥さ
れた後、又は各々の解重合温度又はそれよりも高
い温度で加熱されることにより、何らフラツクス
残渣を残さずに、従来のアルコール及び／若しく
は炭化水素の溶剤を用いて容易に除去される。そ
れらの材料は何ら残渣を残さないので、溶剤によ
る又は熱的な清浄化の後に再処理即ち再使用され
得る回数が何ら限定されない。

本発明に於けるフラツクスは、ウエハ再溶融及
びチツプ接合技術をシミユレートしている、下記
の如きシステムを用いてテストされた。

石英管のライナを設けられた、直径7.6cm及び
長さ約90cmの管より成る、標準的単一帯域の炉が
用いられた。上記石英管は、左側端部から窒素が
導入され、石英のスレツド（１cm×2.5cm×2.5
cm）中に支持された試料が右側端部から導入され
る様に、設けられた。上記石英のスレツドは、試
料の温度の上昇時間を最小限にするため、常に予
め加熱された。上記石英管の右側端部には、排気
されるべき気体がフードへ排出される様に先細の
管が設けられていた。試料が、加熱されたスレツ
ド上に配置されて、出来る限り迅速に所望の温度
に加熱された。溶融されたろうは、未だ窒素雰囲
気（〜100℃）下にある炉の冷たい端部で固体化
された。

実際のテストに於て、95重量％の鉛―５重量％
の錫のろうの小さな、清浄化された円柱状のプラ
グが、清浄なニツケル箔（厚さ約0.025mm）の平
担な部分の中に配置され、そして石英スレツド上
に支持された。フラツクスの試料が上記ろう上に
滴下され、上記組立体全体が窒素の正の圧力下の
炉中に迅速に挿入された。試料に隣接して配置さ
れた熱電対が、フラツクス処理及び溶融処理中の
温度を記録した。再溶融及び冷却中に視覚的観察
が成され、フラツクス処理能力の半定量的測定
が、固体化されたろう及びニツケル基板により形
成された接触角を測定することにより決定され
た。効果的な湿潤は概して、例えば20乃至40の大
きさの小さな接触角に於て生じた。

更に、試料がホツト・ステージ装置上で調べら
れ、チツプが接合されるべき試料が銅のブロツク
上に配置されて、窒素雰囲気（僅かに正の圧力）
中に於て金属で被覆されているガラスのカバーの
下で加熱された。ガラスのカバーは、真の炉の加
熱条件をシミユレートするために熱が後方へ反射
されてチエンバ内に戻される様にのぞき窓の部分
を除いて金属で被覆されていた。チツプ接合方法
が視覚的に観察される様に、顕微鏡がのぞき窓の
上方に位置付けられた。熱電対が、チツプ位置に
隣接するモジユール表面温度及び銅のブロツクの
温度を記録した。上記組立体が、炉の再溶融及び
接合の条件をシミユレートする速度で加熱され
た。

気相付着された95重量％のpb―５重量％のSn
のろうのパツドの配列体を有する透明な石英の
“チツプ”が、ラクダの毛のブラシを用いてフラ
ツクスで被覆され、同様にフラツクスで被覆され
た単一チツプ・モジユール上に配置された。その
チツプは、顕微鏡の下で手で位置合せされ、チツ
プが接合されるべき金の表面を有する金属（Au
を豊富に含むCr／Cu／Au）の半分が見える様に
50％だけずらされた。このテストは、ろうが金を
豊富に含む表面を被覆することが観察されたこと
により、再溶融温度のより良好な視覚的決定を可
能にし、又誤つて整合されたチツプが、再溶融に
よる接合中に、フラツクス及び溶融された金属に
より与えられた表面張力によつて、完全に整合さ
れた状態にはまり込むことが観察されたことによ
り、接合中に於けるチツプの自己整合の確認を可
能にした。DABA、DABA―ポリ（アルフアメ
チルスチレン）、及びポリイソブチレンが、この
自己整合の効果を顕著に示した。フラツクス残渣
は、視覚的に（20Xの倍率）調べられ、そしてラ
ンプを用いた螢光及び紫外線の吸収によつて調べ
られた。

Claims

【特許請求の範囲】１ジヒドロアビエチル・アルコールと；構造式を有し、上記式に於てＸ及びＹは６個迄の炭素原子を有
するｎ―アルキル及びイソ―アルキル、ハロゲ
ン、―COOR（但し、Ｒは６個迄の炭素原子を有
するｎ―アルキル及びイソ―アルキル）、フエニ
ル、ナフチル、トリル、並びにメチルナフチルで
あり、ｎは５乃至500である、熱的に解重合可能
な重合体と；それらの混合物とより成る群から選
択された少くとも１つの材料をフラツクスとして
用いることを含むろう付け方法。２ジヒドロアビエチル・アルコールと；構造式を有し、上記式に於てＸ及びＹは６個迄の炭素原子を有
するｎ―アルキル及びイソ―アルキル、ハロゲ
ン、―COOR（但し、Ｒは６個迄の炭素原子を有
するｎ―アルキル及びイソ―アルキル）、フエニ
ル、ナフチル、トリル、並びにメチルナフチルで
あり、ｎは５乃至500である、熱的に解重合可能
な重合体と；それらの混合物とより成る群から選
択された少くとも１つの材料より成る一時的フラ
ツクス結合剤中に分散された金属含有粉末より成
るろう付けペースト。