JPWO2013038816A1

JPWO2013038816A1 - 導電性材料、それを用いた接続方法、および接続構造

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Publication number: JPWO2013038816A1
Application number: JP2013533562A
Authority: JP
Inventors: 公介中野; 高岡　英清; 英清高岡
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2015-03-26
Also published as: WO2013038816A1; EP2757168A1; EP2757168A4; US20140178703A1; CN103797139A

Abstract

例えばソルダペーストとして用いた場合に、はんだ付け工程における第１金属と第２金属の拡散性が良好で、低温かつ短時間で融点の高い金属間化合物を生成し、はんだ付け後に第１金属がほとんど残留せず、耐熱強度に優れた導電性材料およびそれを用いた、接続信頼性の高い接続方法および接続構造を提供する。第１金属と、それよりも融点の高い第２金属とからなる金属成分とを含み、第１金属が、ＳｎまたはＳｎを含む合金であり、第２金属が、第１金属と、３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成するＣｕ−Ａｌ合金であることを要件として備えた構成とする。第１金属として、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐの少なくとも１種とＳｎとを含む合金を用いることができる。

Description

本発明は、導電性材料、それを用いた接続方法、および接続構造に関し、詳しくは、例えば、電子部品の実装や、ビア接続などに用いられる導電性材料、またそれを用いた接続方法、および、接続構造に関する。

電子部品の実装の際に用いる導電性材料としては、はんだが広く用いられている。
ところで、従来から広く用いられてきたＳｎ−Ｐｂ系はんだにおいては、高温系はんだとして、例えばＰｂリッチのＰｂ−５Ｓｎ（融点：３１４〜３１０℃）、Ｐｂ−１０Ｓｎ（融点：３０２〜２７５℃）などを用いて３３０〜３５０℃の温度ではんだ付けし、その後、例えば、低温系はんだのＳｎ−３７Ｐｂ共晶（１８３℃）などを用いて、上記の高温系はんだの融点以下の温度ではんだ付けすることにより、先のはんだ付けに用いた高温系はんだを溶融させることなく、はんだ付けによる接続を行う温度階層接続の方法が広く適用されている。

このような温度階層接続は、例えば、チップをダイボンドするタイプの半導体装置や、フリップチップ接続などの半導体装置などで適用されており、半導体装置の内部ではんだ付けによる接続を行った後、さらに、該半導体装置自体をはんだ付けにより基板に接続するような場合に用いられる重要な技術である。

この用途に用いられる導電性材料として、例えば、(ａ)Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの第２金属またはそれらを含む高融点合金からなる第２金属（または合金）ボールと、(ｂ)ＳｎまたはＩｎからなる第１金属ボール、の混合体を含むはんだペーストが提案されている（特許文献１参照）。
また、この特許文献１には、はんだペーストを用いた接続方法や、電子機器の製造方法が開示されている。

この特許文献１のはんだペーストを用いてはんだ付けを行った場合、図４(ａ)に模式的に示すように、低融点金属（例えばＳｎ）ボール５１と、高融点金属（例えばＣｕ）ボール５２と、フラックス５３とを含むはんだペーストが、加熱されて反応し、はんだ付け後に、図４(ｂ)に示すように、複数個の高融点金属ボール５２が、低融点金属ボールに由来する低融点金属と、高融点金属ボールに由来する高融点金属との間に形成される金属間化合物５４を介して連結され、この連結体により接続対象物が接続・連結される（はんだ付けされる）ことになる。

しかしながら、この特許文献１のはんだペーストの場合、はんだ付け工程ではんだペーストを加熱することにより、高融点金属（例えばＣｕ）と低融点金属（例えばＳｎ）との金属間化合物を生成させるようにしているが、Ｃｕ（高融点金属）とＳｎ（低融点金属）との組み合わせでは、その拡散速度が遅いため，低融点金属であるＳｎが大量に残留する。Ｓｎが残留したはんだペーストの場合、高温下での接合強度が大幅に低下して、接続すべき製品の種類によっては使用することができなくなる場合がある。また、はんだ付けの工程で残留したＳｎは、その後のはんだ付け工程で溶融して流れ出すおそれがあり、温度階層接続に用いられる高温はんだとしては信頼性が低いという問題点がある。

すなわち、例えば半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装しようとした場合、半導体装置の製造工程におけるはんだ付けの工程で残留したＳｎが、リフローはんだ付けの工程で溶融して流れ出してしまうおそれがある。

また、Ｓｎが残留しないように、低融点金属を完全に金属間化合物にするためには、はんだ付け工程において、高温かつ長時間の加熱が必要となるが生産性との兼ね合いもあり、実用上不可能であるのが実情である。

特開２００２−２５４１９４号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、ソルダペーストやビア充填材などとして用いることが可能な導電性材料であって、例えばソルダペーストとして用いた場合に、はんだ付け工程における第１金属と第２金属の拡散性が良好で、低温かつ短時間で融点の高い金属間化合物を生成し、はんだ付け後に低融点成分が残留しにくく、耐熱強度に優れた導電性材料およびそれを用いた、接続信頼性の高い接続方法および接続構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の導電性材料は、
第１金属と、前記第１金属よりも融点の高い第２金属とからなる金属成分とを含む導電性材料であって、
前記第１金属はＳｎ、またはＳｎを含む合金であり、
前記第２金属は、前記第１金属と、３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成するＣｕ−Ａｌ合金であること
を特徴としている。

また、本発明の導電性材料は、フラックス成分を含むことが好ましい。

また、前記第１金属は、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金であることが望ましい。

また、本発明の接続方法は、導電性材料を用いて接続対象物を接続する方法において、請求項１〜３のいずれかに記載の導電性材料を用い、加熱して前記導電性材料を構成する前記第１金属を、前記導電性材料を構成する前記第２金属との金属間化合物にして、接続対象物を接続することを特徴としている。

また、本発明の接続構造は、接続対象物が、請求項１〜３のいずれかに記載の導電性材料を用いて接続された接続構造であって、
接続対象物を接続させている接続部は、前記導電性材料に由来する前記第２金属と、前記第２金属とＳｎとを含む金属間化合物とを主たる成分としており、前記導電性材料に由来する前記第１金属の金属成分全体に対する割合が５０体積％以下であること
を特徴としている。

また、本発明の接続構造においては、前記金属間化合物が、前記導電性材料に由来する前記第２金属であるＣｕ−Ａｌ合金と、前記導電性材料に由来する前記第１金属である、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金との間に形成された金属間化合物であることが望ましい。

本発明の導電性材料は、第１金属と、それよりも融点の高い第２金属とからなる金属成分とを含む導電性材料であって、第１金属として、ＳｎまたはＳｎを含む合金を、第２金属として、第１金属と、３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成するＣｕ−Ａｌ合金を含有させるようにしているので、第１金属と第２金属の拡散が飛躍的に進行し，より高融点の金属間化合物への変化が促進され、低融点成分が残留しにくくなるため、耐熱強度の大きい接続（例えば本発明の導電性材料をソルダペーストとして用いた場合にははんだ付け）を行うことが可能になる。

すなわち、本発明の導電性材料を用いることにより、例えば、半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融しにくく、信頼性の高い実装を行うことが可能になる。

図１(ａ)，図１(ｂ)，図１(ｃ)は、本発明の導電性材料を用いて電極どうしの接続を行う場合の挙動を模式的に示す図である。

本発明の導電性材料を用いて一対の電極１１ａ，１１ｂを接続するにあたっては、図１(ａ)に示すように、まず、一対の電極１１ａ，１１ｂ間に、第１金属１と第２金属２を含有する導電性材料１０を位置させる。

次に、この状態で接続部を加熱し、図１(ｂ)に示すように、導電性材料１０の温度が第１金属（ＳｎまたはＳｎを含む合金）１の融点以上に達すると、導電性材料１０中の第１金属１が溶融する。

その後さらに加熱が続くと、第１金属１が、第２金属２（Ｃｕ−Ａｌ合金）との金属間化合物３（図１(ｃ)）を生成し、この金属間化合物３が形成される分だけ、接続部４における第１金属の含有量が減少し、接続部４の融点は上昇する。その結果、耐熱強度の大きいはんだ付けを行うことが可能になる。
なお、第１金属１が、第２金属２（Ｃｕ−Ａｌ合金）と、効率よく金属間化合物３（図１(ｃ)）を生成するメカニズムは必ずしも明確ではないが、主として以下の理由によるものと推察される。
すなわち、本発明の導電性材料１０においては、第２金属２がＣｕ−Ａｌ合金であり、Ｃｕ−Ａｌ合金を構成するＣｕに、Ｃｕより第１イオン化エネルギーの小さいＡｌが固溶しているため、ＡｌがＣｕより先に酸化されることになり、その結果、酸化されていないＣｕの、溶融した第１金属への拡散が促進され、非常に短時間のうちに、第１金属１（図１(ａ)，(ｂ)）との間で金属間化合物３を生成し、その分だけ接続部４における第１金属の含有量が低下することにより、接続部４の融点が上昇して耐熱強度が向上するものと考えられる。
ただし、本発明の導電性材料の場合、通常は、第１金属の大部分が、第２金属と反応して金属間化合物を形成するものの、第１金属のすべてが金属間化合物とはならずに、図１(ｃ)に示すように、第１金属１の一部が第２金属と反応せずそのまま残留する場合があるが、金属間化合物３となった分だけ第１金属１の含有量が減少して接続部４の融点が上昇するため、耐熱強度の向上を図ることができる。また、第１金属１の一部が反応せずに残留することで、はんだ付け時のセルフアライメント性を向上させることができる。
なお、図１(ａ)〜図１(ｃ)は、あくまで発明をわかりやすく説明するための模式的な図であって、実際の接合部の具体的な構成を正確に示すものではない。

また、第１金属として、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金を用いることにより、他の金属（第２金属）との間で金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

また、第２金属には、第１金属との反応を阻害しない程度で、例えば、１重量％以下の割合で不純物が含まれていてもよい。不純物としては、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｐ、Ｐｒ、Ｔｈ、Ｚｒ、Ｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕなどが挙げられる。
また、接続性や反応性を考慮すると、第１および第２金属中の酸素濃度は２０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に１０〜１０００ｐｐｍが好ましい。

また、本発明の導電性材料においては、フラックスを含ませることも可能である。
フラックスは、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たす。本発明の導電性材料においては、フラックスとして、例えば、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤などからなる、公知の種々のものを用いることが可能である。
前記ビヒクルの具体的な例としては、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂、合成樹脂、またはこれらの混合体などが挙げられる。
また、前記ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂の具体的な例としては、ガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、重合ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂、その他各種ロジン誘導体などが挙げられる。
また、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなる合成樹脂の具体的な例としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂などが挙げられる。

また、前記溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類などが知られており、具体的な例としては、ベンジルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル、ドデカン、テトラデセン、α−ターピネオール、テルピネオール、２−メチル２，４−ペンタンジオール、２−エチルヘキサンジオール、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジイソブチルアジペート、へキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２−ターピニルオキシエタノール、２−ジヒドロターピニルオキシエタノール、それらを混合したものなどが挙げられる。

また、前記チキソ剤の具体的な例としては、硬化ヒマシ油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス（ｐ−メチルベンジリデン）ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミドなどが挙げられる。また、これらに必要に応じてカプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸のような脂肪酸、１，２−ヒドロキシステアリン酸のようなヒドロキシ脂肪酸、酸化防止剤、界面活性剤、アミン類などを添加したものも前記チキソ剤として用いることができる。

また、前記活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、有機酸、有機アミン、多価アルコールなどがあり、前記アミンのハロゲン化水素酸塩の具体的なものとして、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン塩酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン塩酸塩、トリエタノールアミン臭化水素酸塩、モノエタノールアミン臭化水素酸塩などが例示される。

なお、前記有機ハロゲン化合物の具体的な例として、塩化パラフィン、テトラブロモエタン、ジブロモプロパノール、２，３−ジブロモ−１，４−ブタンジオール、２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレートなどが挙げられる。
また、前記有機酸の具体的な例として、マロン酸、フマル酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、フェニルコハク酸、マレイン酸、サルチル酸、アントラニル酸、グルタル酸、スベリン酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、アビエチン酸、安息香酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ドデカン酸などがあり、さらに有機アミンの具体的なものとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン、アニリン、ジエチルアニリンなどが挙げられる。
また、前記多価アルコールとしてはエリスリトール、ピロガロール、リビトールなどが例示される。

また、フラックスとして、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂またはその変性樹脂、アクリル樹脂からなる熱硬化性樹脂群より選ばれる少なくとも１種、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース系樹脂からなる熱可塑性樹脂群から選ばれる少なくとも１種を含むものを用いた場合にも、上述の本発明の作用効果をさらに確実に奏させることが可能になる。
上述のように、フラックスは、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たすことから、本発明の導電性材料においては、フラックスを含むことが好ましい。なお、フラックスは、導電性材料全体に対して７〜１５重量％の割合で含むことが好ましい。
ただし、本発明の導電性材料は、必ずしもフラックスを含むことを要するものではなく、フラックスを必要としない接続工法にも適用することが可能であり、例えば、加圧しながら加熱する方法や、強還元雰囲気で加熱する方法などによっても、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去して、信頼性の高い接続を可能にすることができる。

また、本発明の接続方法は、本発明の導電性材料を用い、加熱して導電性材料を構成する低融点金属を、導電性材料を構成する第２金属との金属間化合物にして、接続対象物を接続するようにしているので、接続対象物を接続する工程（導電性材料をソルダペーストとして用いた場合にははんだ付け工程）における、第１金属と第２金属の拡散が飛躍的に進行し，より高融点の金属間化合物への変化が促進され、第１金属成分の金属成分全体に対する割合を例えば５０体積％以下にして、耐熱強度の大きいはんだ付けを行うことが可能になる。
さらに導電性材料中の金属配合比や加熱条件などを最適化することにより、完全に第１金属成分が残留しない設計を行うことができる。
すなわち、本発明の導電性材料を用いることにより、例えば、半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融してしまうことがなく、信頼性の高い実装を行うことが可能になる。

本発明の接続構造においては、図１(ｃ)に示すように、接続対象物（電極）１１ａおよび１１ｂを接続させている接続部（はんだ）４において、第１金属の大部分が、第２金属との金属間化合物３を形成する。その結果、接続部４が、第２金属２と金属間化合物３から構成され、第１金属１（図１(ａ)，(ｂ)）の残留量が大幅に減少するため、耐熱強度の大きい接続構造を実現することができる。

また、金属間化合物が、導電性材料に由来する第２金属であるＣｕ−Ａｌ合金と、導電性材料に由来する第１金属である、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金との間に形成された金属間化合物である場合、より確実に、第１金属成分がほとんど残留せず、耐熱強度の大きい接続構造を提供することができる。

本発明の導電性材料を用いて接続を行う場合の挙動を模式的に示す図であり、(ａ)は加熱前の状態を示す図、(ｂ)は加熱が開始され、第１金属が溶融した状態を示す図、(ｃ)はさらに加熱が継続され、第１金属の主要部が、第２金属との金属間化合物を形成した状態を示す図である。本発明の導電性材料を用いて、無酸素Ｃｕ板上に、黄銅端子をマウントする際のリフロープロファイルを示す図である。 (ａ)，(ｂ)は、本発明の導電性材料の変形例にかかるフォームはんだの構成を模式的に示す図である。従来のはんだペーストを用いてはんだ付けを行う場合の、はんだの挙動を示す図であり、(ａ)は加熱前の状態を示す図、(ｂ)ははんだ付け工程終了後の状態を示す図である。

以下に本発明を実施するための形態として、以下の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

この実施例１では、粉末状の第１金属（第１金属粉末）と、粉末状の第２金属（第２金属粉末）と、フラックスとを混合することにより導電性材料を作製した。

第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は、第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属が４０体積％）となるように調整した。

第１金属粉末としては、表１に示すように、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｎ−３．５Ａｇ、Ｓｎ−０．７５Ｃｕ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ−０．０５Ｎｉ、Ｓｎ−５Ｓｂ、Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉを使用した。第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第１金属のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕは、実施例としてのみではなく、比較例としても用いられているが、比較例の場合には、これにＣｕあるいはＣｕ−１０Ｚｎが組み合わされたものである。
なお、上記の各材料の表記において、例えば、「Ｓｎ−３．５Ａｇ」の数字３．５は当該成分（この場合はＡｇ）の重量％の値を示しており、上記の他の材料および、以下の記載の場合も同様である。

また、第２金属粉末としては、表１に示すように、Ｃｕ−１０Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｕ−１０Ｚｎを使用した。第２金属粉末の平均粒径は３０μｍとした。

なお、フラックスとしては、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用いた。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。

作製した導電性材料を、メタルマスクを用いて、サイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍの無酸素Ｃｕ板に印刷した。メタルマスクの開口径は１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、厚さは１００μｍとした。
印刷した導電性材料上に、ＮｉめっきおよびＡｕめっきを施した黄銅端子（サイズ１．２ｍｍ×１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）をマウントした後、リフロー装置を用いて、図２に示すリフロープロファイルで無酸素Ｃｕ板と黄銅端子を接合させて、両者を電気的、機械的に接続した。
なお、この実施例１においては、導電性材料は実質的にソルダペーストとして用いられている。

[特性の評価]
上述のようにして作製した試料について、以下の方法で接合強度および導電材料（はんだ）の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。

≪接合強度≫
得られた接合体のシアー強度を、ボンディングテスタを用いて測定し、評価した。
シアー強度の測定は、横押し速度：０．１ｍｍ・ｓ^-1，室温および２６０℃の条件下で行った。
そして、シアー強度が２０Ｎｍｍ^-2以上のものを○（優）、２Ｎｍｍ^-2以下のものを×（不可）と評価した。
表１に、第１金属および第２金属の組成、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）を示す。

≪残留成分評価≫
得られた反応生成物を約７ｍｇ切り取り、測定温度３０℃〜３００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、Ｎ₂雰囲気、リファレンスＡｌ₂Ｏ₃の条件で示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）を行った。得られたＤＳＣチャートの第１金属成分の溶融温度における溶融吸熱ピークの吸熱量から、残留した第１金属成分量を定量化した。これから金属成分全体に対する第１金属成分の割合を残留第１金属成分率として評価した。残留第１金属成分率が５０体積％以下の場合を○（優）、５０体積％より大きい場合を×（不可）と評価した。
表１に、残留第１金属成分率と判定結果を併せて示す。

≪導電性材料の流れ出し不良率の測定および評価≫
プリント基板のＣｕランド（Ｃｕランド寸法：０．７ｍｍ×０．４ｍｍ）に前記導電性材料を塗布し（厚さ１００μｍ）、得られた塗布部に、長さ１ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍサイズのチップ型セラミックコンデンサをマウントした。
ピーク温度２５０℃でリフローして、Ｃｕランドとセラミックコンデンサを接合させた後（はんだ付けした後）、プリント基板をエポキシ樹脂で封止して相対湿度８５％の環境に放置し、ピーク温度２６０℃のリフロー条件で加熱して導電性材料（はんだ）が流れ出す割合を調べ、流れ出し不良率として評価した。
導電性材料の流れ出し不良率が０〜５０％の場合を○（優）、５０％より大きい場合を×（不可）と評価した。
表１に、導電性材料の流れ出し不良率と判定結果を併せて示す。

表１に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ^-2以上を示し、実用強度を備えていることが確認された。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では２Ｎｍｍ^-2以下と接合強度が不十分であったのに対して、実施例は２０Ｎｍｍ^-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。

また、残留第１金属成分率については、比較例が５０体積％より大きかったのに対して実施例は全て５０体積％以下であり、導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例は全て５０％以下であり、高い耐熱性を有することが確認された。

このように実施例の試料が高耐熱性を備えているのは、第２金属として、Ｃｕ−Ａｌ合金を使用した実施例の場合には、第１イオン化エネルギーが７４６ｋＪ・ｍｏｌ^-1であるＣｕに対して、固溶しているＡｌの第１イオン化エネルギーが５７８ｋＪ・ｍｏｌ^-1と小さいことが原因と考えられる。
つまり、第１イオン化エネルギーが小さいＡｌがＣｕに対して固溶していることで、Ａｌのイオン化、すなわち、Ａｌの酸化により、拡散主体のＣｕの酸化が抑制され、第１金属と銅との反応（金属間化合物化）が促進されるためであると推測される。

一方、比較例のように、第２金属としてＣｕ−Ｚｎ合金を使用した場合、Ｚｎの第１イオン化エネルギーが９０６ｋＪ・ｍｏｌ^-1と、Ｃｕよりも大きいため、拡散主体のＣｕの酸化が顕著となり、金属間化合物化が効率よく進行しないため、高い耐熱性が得られないものと考えられる。

[変形例]
本発明の導電性材料は、例えば、図３(ａ)，(ｂ)に模式的に示すようなフォームはんだとして構成することも可能である。
図３(ａ)のフォームはんだは、板状の第１金属１中に、粉末状の第２金属２を分散させたフォームはんだである。
また、図３(ｂ)のフォームはんだは、板状の第１金属１中に、板状の第２金属２を内包させたフォームはんだである。

本発明の導電性材料は、図３(ａ)，(ｂ)に示すようなフォームはんだとして用いた場合にも、上記実施例１で示した第１金属と、第２金属と、フラックスとを混合してなる、いわゆるソルダペーストとして用いる場合と同様の効果を奏する。
なお、第１金属中に第２金属を分散あるいは内包させる態様は、図３(ａ)，(ｂ)の態様に限定されるものではなく、他の態様とすることも可能である。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、導電性材料を構成する第１金属および第２金属の種類や組成、第１金属と第２金属の配合割合、フラックスの成分やフラックスの配合割合などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

また、本発明を適用して接続すべき接続対象物の種類や、接続工程における条件などに関しても、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

本発明はさらにその他の点においても、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１第１金属
２第２金属
３金属間化合物
４接続部
１１ａ，１１ｂ一対の電極（接続対象物）
１０導電性材料

Claims

第１金属と、前記第１金属よりも融点の高い第２金属とからなる金属成分とを含む導電性材料であって、
前記第１金属はＳｎ、またはＳｎを含む合金であり、
前記第２金属は、前記第１金属と、３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成するＣｕ−Ａｌ合金であること
を特徴とする導電性材料。
フラックス成分を含むことを特徴とする請求項１記載の導電性材料。
前記第１金属は、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金であること
を特徴とする請求項１または２記載の導電性材料。
導電性材料を用いて接続対象物を接続する方法において、請求項１〜３のいずれかに記載の導電性材料を用い、加熱して前記導電性材料を構成する前記第１金属成分と前記第２金属とを金属間化合物にして、接続対象物を接続することを特徴とする接続方法。
接続対象物が、請求項１〜３のいずれかに記載の導電性材料を用いて接続された接続構造であって、
接続対象物を接続している接続部の導電性材料は、前記導電性材料に由来する前記第２金属と、前記第２金属とＳｎとを含む金属間化合物とを主たる成分としており、前記導電性材料に由来する前記第１金属の金属成分全体に対する割合が５０体積％以下であること
を特徴とする接続構造。
前記金属間化合物が、前記導電性材料に由来する前記第２金属であるＣｕ−Ａｌ合金と、前記導電性材料に由来する前記第１金属である、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金との間に形成された金属間化合物であることを特徴とする請求項５記載の接続構造。