KR101414107B1 - 도전성 재료, 그것을 이용한 접속 방법, 및 접속 구조 - Google Patents

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Abstract

예를 들면 납땜 페이스트로서 사용한 경우에 납땜질 공정에 있어서의 제 1 금속과 제 2 금속의 확산성이 양호하며, 저온이며 단시간에 융점이 높은 금속 간 화합물을 생성하여 납땜질 후에 제 1 금속이 거의 잔류하지 않아 내열성이 우수한 도전성 재료 및 그것을 사용한 접속 신뢰성이 높은 접속 방법 및 접속 구조를 제공한다.
제 1 금속과 그보다 융점이 높은 제 2 금속으로 이루어지는 금속 성분을 포함하고, 제 1 금속 성분은 Sn 또는 Sn을 70중량% 이상 포함하는 금속이며, 제 2 금속은 제 1 금속과 310℃ 이상의 융점을 나타내는 금속 간 화합물을 생성하고, 또한 제 2 금속의 주위에 생성되는 금속 간 화합물과의 격자정수차가 50% 이상인 금속 또는 합금인 것을 요건으로서 만족한 구성으로 한다.
또한 금속 성분 중에 차지하는 제 2 금속의 비율을 30체적% 이상으로 한다.
제 2 금속으로서 Cu-Mn 합금 또는 Cu-Ni 합금을 사용한다.

Description

도전성 재료, 그것을 이용한 접속 방법, 및 접속 구조{ELECTROCONDUCTIVE MATERIAL, METHOD OF CONNECTION WITH SAME, AND CONNECTED STRUCTURE}
본 발명은 도전성 재료, 그것을 이용한 접속 방법, 및 접속 구조에 관한 것이고, 상세하게는 예를 들면 전자 부품의 실장이나 비어 접속 등에 사용되는 도전성 재료, 또한 그것을 이용한 접속 방법, 및 접속 구조에 관한 것이다.
전자 부품의 실장 시 사용하는 도전성 재료로서는 납땜이 널리 사용되고 있다.
그런데 종래부터 널리 사용되어 온 Sn-Pb계 납땜에 있어서는 고온계 납땜으로서 예를 들면 Pb 리치의 Pb-5Sn(융점: 314~310℃), Pb-10Sn(융점: 302~275℃) 등을 이용해서 330~350℃의 온도에서 납땜질하고, 그 후 예를 들면 저온계 납땜의 Sn-37Pb 공정(共晶)(183℃) 등을 이용해서 상기 고온계 납땜의 융점 이하의 온도에서 납땜질함으로써 앞에서의 납땜질에 이용한 고온계 납땜을 용융시키는 일 없이 납땜질에 의한 접속을 행하는 온도 계층 접속의 방법이 널리 적용되고 있다.
이러한 온도 계층 접속은 예를 들면 칩을 다이본드하는 타입의 반도체 장치나 플립칩 접속 등의 반도체 장치 등에 적용되고 있고, 반도체 장치의 내부에서 납땜질에 의한 접속을 행한 후, 또한 상기 반도체 장치 자체를 납땜질에 의해 기판에 접속하는 경우에 사용되는 중요한 기술이다.
이 용도에 사용되는 도전성 재료로서 예를 들면 (a) Cu, Al, Au, Ag 등의 제 2 금속 또는 그들을 포함하는 고융점 합금으로 이루어지는 제 2 금속(또는 합금) 볼과, (b) Sn 또는 In으로 이루어지는 제 1 금속 볼의 혼합체를 포함하는 납땜 페이스트가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
또한 이 특허문헌 1에는 납땜 페이스트를 이용한 접속 방법이나 전자 기기의 제조 방법이 개시되어 있다.
이 특허문헌 1의 납땜 페이스트를 이용해서 납땜질을 행한 경우 도 4(a)에 모식적으로 나타낸 바와 같이 저융점 금속(예를 들면 Sn) 볼(51)과, 고융점 금속(예를 들면 Cu) 볼(52)과, 플럭스(53)를 포함하는 납땜 페이스트가 가열되어 반응하고, 납땜질 후에 도 4(b)에 나타낸 바와 같이 복수개의 고융점 금속 볼(52)이 저융점 금속 볼로부터 유래되는 저융점 금속과, 고융점 금속 볼로부터 유래되는 고융점 금속 사이에 형성되는 금속 간 화합물(54)을 통해 연결되고, 이 연결체에 의해 접속 대상물이 접속·연결되게(납땜질되게) 된다.
그러나 이 특허문헌 1이 납땜 페이스트인 경우 납땜질 공정에서 납땜 페이스트를 가열함으로써 고융점 금속(예를 들면 Cu)과 저융점 금속(예를 들면 Sn)의 금속 간 화합물을 생성시키도록 하고 있지만 Cu(고융점 금속)와 Sn(저융점 금속)의 조합에서는 그 확산 속도가 느리기 때문에 저융점 금속인 Sn이 잔류한다. Sn이 잔류한 납땜 페이스트의 경우 고온 하에서의 접합 강도가 대폭 저하되어 접속해야 할 제품의 종류에 따라서 사용할 수 없게 되는 경우가 있다. 또한 납땜질 공정에서 잔류한 Sn은 그 후의 납땜질 공정에서 용융되어 흘러나올 우려가 있어 온도 계층 접속에 사용되는 고온 납땜으로서는 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.
즉 예를 들면 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 납땜질을 행하는 공정을 거쳐 반도체 장치를 제조한 후 그 반도체 장치를 리플로 납땜질 방법으로 기판에 실장하려고 한 경우 반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 납땜질 공정에서 잔류한 Sn이 리플로 납땜질 공정에서 용융되어 흘러나올 우려가 있다.
또한 Sn이 잔류하지 않도록 저융점 금속을 완전히 금속 간 화합물로 하기 위해서는 납땜질 공정에 있어서 고온이며 장시간의 가열이 필요로 되지만 생산성과의 균형도 있어 실용상 불가능한 것이 실상이다.
일본 특허 공개 2002-254194호 공보
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 납땜 페이스트나 비어 충전재로서 사용하는 것이 가능한 도전성 재료이며, 예를 들면 납땜 페이스트로서 사용한 경우에 납땜질 공정에 있어서의 제 1 금속과 제 2 금속의 확산성이 양호하고, 저온이며 단시간에 융점이 높은 금속간 화합물을 생성하고, 납땜질 후에 저융점 성분이 잔류하지 않아 내열 강도가 우수한 도전성 재료 및 그것을 사용한 접속 신뢰성이 높은 접속 방법 및 접속 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 도전성 재료는
제 1 금속과 상기 제 1 금속보다 융점이 높은 제 2 금속으로 이루어지는 금속 성분을 포함하는 도전성 재료로서:
상기 제 1 금속은 Sn 또는 Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금이고,
상기 제 2 금속은 상기 제 1 금속과 310℃ 이상의 융점을 나타내는 금속 간 화합물을 생성하고, 또한 상기 제 2 금속 주위에 최초로 생성되는 금속 간 화합물의 격자정수와 상기 제 2 금속 성분의 격자정수의 차인 격자정수차가 50% 이상인 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하고 있다.
특히 상기 제 1 금속은 Sn 또는 Sn을 85중량% 이상 포함하는 합금인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 도전성 재료는 플럭스 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 금속 성분 중에 차지하는 상기 제 2 금속의 비율은 30체적% 이상인 것이 바람직하다.
또한 상기 제 1 금속은 Sn 단체, 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te, P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금인 것이 바람직하다.
또한 상기 제 2 금속은 Cu-Mn 합금 또는 Cu-Ni 합금인 것이 바람직하다.
상기 제 2 금속은 상기 제 2 금속에 차지하는 Mn의 비율이 10~15중량%인 Cu-Mn 합금, 또는 상기 제 2 금속에 차지하는 Ni의 비율이 10~15중량%인 Cu-Ni 합금인 것이 바람직하다.
또한 상기 제 2 금속은 비표면적이 0.05㎡·ｇ-1 이상인 것이 바람직하다.
또한 상기 제 1 금속 중 적어도 일부가 상기 제 2 금속 둘레에 코팅되어 있는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 접속 방법은 도전성 재료를 사용해서 접속 대상물을 접속하는 방법에 있어서 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 재료를 사용하고, 가열해서 상기 도전성 재료를 구성하는 상기 제 1 금속 모두를 상기 도전성 재료를 구성하는 상기 제 2 금속과의 금속 간 화합물로 하여 접속 대상물을 접속하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 본 발명의 접속 구조는 접속 대상물이 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 재료를 사용해서 접속된 접속 구조로서,
접속 대상물을 접속시키고 있는 접속부는 상기 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 2 금속과, 상기 제 2 금속과 Sn을 포함하는 금속 간 화합물을 주된 성분으로 하고 있고, 상기 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 1 금속의 금속 성분 전체에 대한 비율이 30체적% 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
또한 본 발명의 접속 구조에 있어서는 상기 금속 간 화합물이 상기 도전성 재료부터 유래되는 상기 제 2 금속인 Cu-Mn 합금, 또는 Cu-Ni 합금과, 상기 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 1 금속인 Sn 단체, 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te, P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금 사이에 형성된 금속 간 화합물인 것이 바람직하다.
(발명의 효과)
본 발명의 도전성 재료는 제 1 금속과 그보다 융점이 높은 제 2 금속으로 이루어지는 금속 성분을 포함하는 도전성 재료이며, 제 1 금속으로서 Sn 또는 Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금을 포함함과 아울러 제 2 금속으로서 제 1 금속과 310℃ 이상의 융점을 나타내는 금속 간 화합물을 생성하고, 또한 그 주위에 최초로 생성되는 금속 간 화합물과의 격자정수차가 50% 이상인 금속 또는 합금을 포함하고 있으므로 제 1 금속과 제 2 금속의 확산이 비약적으로 진행되고, 보다 고융점의 금속 간 화합물로의 변화가 촉진되어 저융점 성분이 잔류하지 않게 되기 때문에 내열 강도가 큰 접속(예를 들면 본 발명의 도전성 재료를 납땜 페이스트로서 사용한 경우에는 납땜질)을 행하는 것이 가능해진다.
특히 제 1 금속을 Sn 또는 Sn을 85중량% 이상 포함하는 합금으로 함으로써 상기 효과를 보다 확실하게 발휘하는 것이 가능해진다.
즉 본 발명의 도전성 재료를 사용함으로써 예를 들면 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 납땜질을 행하는 공정을 거쳐 반도체 장치를 제조한 후 그 반도체 장치를 리플로 납땜질 방법으로 기판에 실장하는 경우에도 앞에서의 납땜질 공정에 있어서의 납땜질 부분은 내열 강도가 우수하기 때문에 리플로 납땜질 공정에서 재용융되어 버리는 경우가 없어 신뢰성이 높은 실장를 행하는 것이 가능해진다.
또한 본 발명에 있어서 「격자정수차」란 금속 간 화합물의 격자정수로부터 제 2 금속 성분의 격자정수를 뺀 값을 제 2 금속 성분의 격자정수로 나눈 수치의 절대치를 100배 한 수치(%)로 정의된다.
즉 이 격자정수차는 제 2 금속과의 계면에 새롭게 생성되는 금속 간 화합물의 격자정수가 제 2 금속의 격자정수에 대하여 어느 정도의 차가 있는지를 나타내는 것이며, 어느 격자정수가 큰지를 묻지 않는 것이다.
또한 계산식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
격자정수차(%)={(금속 간 화합물의 격자정수 - 제 2 금속의 격자정수)/제 2 금속의 격자정수}×100
도 1은 본 발명의 도전성 재료를 사용해서 접속을 행하는 경우의 거동을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 도전성 재료를 사용해서 한 쌍의 전극(11a, 11b)을 접속하는 경우 도 1(a)에 나타낸 바와 같이 우선 한 쌍의 전극(11a, 11b) 간에 도전성 재료(10)를 위치시킨다.
이어서 이 상태로 접속부를 가열하여 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 도전성 재료(10)의 온도가 제 1 금속(Sn 또는 Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금)(1)의 융점 이상에 도달하면 도전성 재료(10) 중의 제 1 금속(1)을 용융한다.
그 후 가열이 더 계속되면 제 1 금속(1)이 제 2 금속(2)과의 금속 간 화합물(3)(도 1(c))을 생성한다. 그리고 본 발명의 도전성 재료(10)에서는 제 1 금속(1)과 제 2 금속(2)의 계면에 생성되는 금속 간 화합물(3)과 제 2 금속(2) 간의 격자 정수차를 크게 하고 있기(즉 제 2 금속(2)과 금속 간 화합물(3)의 격자정수차가 50% 이상으로 되어 있다) 때문에 용융된 제 1 금속 중에서 금속 간 화합물이 박리, 분산되면서 반응을 반복하고, 금속 간 화합물의 생성이 비약적으로 진행되어 단시간 안에 제 1 금속(1)(도 1(a), 도 1(b))의 함유량을 충분히 저감시킬 수 있다. 또한 제 1 금속(1)과 제 2 금속(2)의 조성비를 최적화함으로써 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 제 1 금속(1)을 모두 금속 간 화합물로 할 수 있다(도 1(c) 참조).
그 결과 내열 강도가 큰 납땜질을 행하는 것이 가능해진다.
또한 제 1 금속과 제 2 금속으로 이루어지는 금속 성분 중에 차지하는 제 2 금속의 비율을 30체적% 이상으로 함으로써 납땜질 공정에 있어서의 Sn의 잔류 비율을 더 저감시켜 내열성을 보다 높일 수 있다.
또한 제 1 금속으로서 Sn 단체, 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te, P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금을 사용함으로써 다른 금속(제 2 금속)과의 사이에서 금속간 화합물을 형성하기 쉽게 하는 것이 가능해져 본 발명을 보다 실효있게 할 수 있다.
또한 제 2 금속으로서 Cu-Mn 합금 또는 Cu-Ni 합금을 사용함으로써, 또한 Mn의 비율이 10~15중량%인 Cu-Mn 합금, 또는 Ni의 비율이 10~15중량%인 Cu-Ni 합금을 사용함으로써 보다 저온, 단시간에 제 1 금속과의 사이에서 금속 간 화합물을 형성하기 쉽게 하는 것이 가능해지고, 그 후의 리플로 공정에서도 용융되지 않도록 하는 것이 가능해진다.
제 2 금속에는 제 1 금속과의 반응을 저해하지 않는 정도로 예를 들면 1중량% 이하의 비율로 불순물이 포함되어 있어도 좋다. 불순물로서는 Zn, Ge, Ti, Sn, Al, Be, Sb, In, Ga, Si, Ag, Mg, La, P, Pr, Th, Zr, B, Pd, Pt, Ni, Au 등을 들 수 있다.
또한 접속성이나 반응성을 고려하면 제 1 금속 및 제 2 금속 중의 산소 농도는 2000ppm 이하인 것이 바람직하고, 특히 10~1000ppm이 바람직하다.
또한 상기 제 2 금속으로서 비표면적이 0.05㎡·ｇ-1 이상인 것을 사용함으로써 제 1 금속과의 접촉 확률이 높아져 제 1 금속과의 사이에서 금속 간 화합물을 형성하기 더 쉬워지기 때문에 일반적인 리플로 프로파일로 고융점화를 완료시키는 것이 가능해진다.
또한 제 1 금속 중 적어도 일부를 제 2 금속의 둘레에 코팅함으로써 제 1 금속과 제 2 금속 사이에서 금속 간 화합물을 형성하기 더 쉽게 하는 것이 가능해져 본원 발명을 보다 실효있게 할 수 있다.
또한 본 발명의 도전성 재료에 있어서는 플럭스를 포함시키는 것도 가능하다.
플럭스는 접속 대상물이나 금속 표면의 산화 피막을 제거하는 기능을 완수한다. 본 발명의 도전성 재료에 있어서는 플럭스로서 예를 들면 비히클, 용제, 틱소제, 활성제 등으로 이루어지는 공지의 각종의 것을 사용하는 것이 가능하다.
상기 비히클의 구체적인 예로서는 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지, 합성 수지, 또는 이들의 혼합체 등을 들 수 있다.
또한 상기 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지의 구체적인 예로서는 고무 로진, 톨 로진, 우드 로진, 중합 로진, 수소 첨가 로진, 포르밀화 로진, 로진 에스테르, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 페놀 수지, 로진 변성 알키드 수지, 다른 각종 로진 유도체 등을 들 수 있다.
또한 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 합성 수지의 구체적인 예로서는 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 등을 들 수 있다.
또한 상기 용제로서는 알코올, 케톤, 에스테르, 에테르, 방향족계, 탄화수소류 등이 알려져 있고, 구체적인 예로서는 벤질 알코올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 글리세린, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 벤조산 부틸, 아디프산 디에틸, 도데칸, 테트라데센, α-터피넨올, 테르피넨올, 2-메틸 2,4-펜탄디올, 2-에틸헥산디올, 톨루엔, 크실렌, 프로필렌글리콜모노페닐에테르, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디이소부틸아디페이트, 헥실렌글리콜, 시클로헥산디메탄올, 2-터피닐옥시에탄올, 2-디히드로터피닐옥시에탄올, 그들을 혼합한 것 등을 들 수 있다.
또한 상기 틱소제의 구체적인 예로서는 경화 피마자유, 카르나우바 왁스, 아미드류, 히드록시 지방산류, 디벤질리덴소르비톨, 비스(p-메틸벤질리덴)소르비톨류, 밀랍, 스테아르산 아미드, 히드록시스테아르산 에틸렌비스아미드 등을 들 수 있다. 또한 이들에 필요에 따라서 카프릴산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 베헤닌산과 같은 지방산, 1,2-히드록시스테아르산과 같은 히드록시지방산, 산화방지제, 계면활성제, 아민류 등을 첨가한 것도 상기 틱소제로서 사용할 수 있다.
또한 상기 활성제로서는 아민의 할로겐화 수소산 염, 유기 할로겐 화합물, 유기산, 유기 아민, 다가 알코올 등이 있고, 상기 아민의 할로겐화 수소산 염의 구체적인 것으로서 디페닐구아니딘 브롬화 수소산 염, 디페닐구아니딘 염산 염, 시클로헥실아민 브롬화 수소산 염, 에틸아민 염산 염, 에틸아민 브롬화 수소산 염, 디에틸아닐린 브롬화 수소산 염, 디에틸아닐린 염산 염, 트리에탄올아민 브롬화 수소산 염, 모노에탄올아민 브롬화 수소산 염 등이 예시된다.
또한 상기 유기 할로겐 화합물의 구체적인 예로서 염화 파라핀, 테트라브로모에탄, 디브로모프로판올, 2,3-디브로모-1,4-부탄디올, 2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올, 트리스(2,3-디브로모프로필)이소시아누레이트 등을 들 수 있다.
또한 상기 유기산의 구체적인 예로서 말론산, 프말산, 글리콜산, 시트르산,말산, 숙신산, 페닐숙신산, 말레산, 살리실산, 안트라닐산, 글루타르산, 수베르산, 아디프산, 세바스산, 스테아르산, 아비에트산, 벤조산, 트리멜리트산, 피로멜리트산, 도데칸산 등이 있고, 유기 아민의 더 구체적인 것으로서 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 아닐린, 디에틸아닐린 등을 들 수 있다.
또한 상기 다가 알코올로서는 에리스리톨, 피로갈롤, 리비톨 등이 예시된다.
또한 플럭스로서 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지 또는 그 변성 수지, 아크릴 수지로 이루어지는 열 변화성 수지로부터 선택되는 적어도 1종, 또는 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스계 수지로 이루어지는 열 가소성 수지군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 사용한 경우에도 상술의 본 발명의 작용 효과를 더 확실하게 발휘하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이 플럭스는 접속 대상물이나 금속 표면의 산화 피막을 제거하는 기능을 완수함으로써 본 발명의 도전성 재료에 있어서는 플럭스를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 플럭스는 도전성 재료 전체에 대하여 7~15중량%의 비율로 포함하는 것이 바람직하다.
단 본 발명의 도전성 재료는 반드시 플럭스를 포함하는 것을 요하는 것은 아니고, 플럭스를 필요로 하지 않는 접속 공법에도 적용하는 것이 가능하여 예를 들면 가압하면서 가열하는 방법이나 강환원 분위기에서 가열하는 방법 등에 의해서도 접속 대상물이나 금속 표면의 산화 피막을 제거하여 신뢰성이 높은 접속을 가능하게 할 수 있다.
또한 본 발명의 접속 방법은 본 발명의 도전성 재료를 사용하고, 가열해서 도전성 재료를 구성하는 저융점 금속을 도전성 재료를 구성하는 제 2 금속과의 금속 간 화합물로 해서 접속 대상물을 접속하도록 하고 있으므로 접속 대상물을 접속하는 공정(도전성 재료를 납땜 페이스트로서 사용한 경우에는 납땜질 공정)에 있어서의 제 1 금속과 제 2 금속의 확산이 비약적으로 진행되어 보다 고융점의 금속 간 화합물로의 변화가 촉진되고, 제 1 금속 성분의 금속 성분 전체에 대한 비율을 예를 들면 30체적% 이하로 해서 내열 강도가 큰 납땜질을 행하는 것이 가능해진다.
또한 도전성 재료 중의 금속 배합비 등을 최적화함으로써 완전히 제 1 금속 성분이 잔류하지 않는 설계를 행할 수 있다.
즉 본 발명의 도전성 재료를 사용함으로써 예를 들면 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 납땜질을 행하는 공정을 거쳐 반도체 장치를 제조한 후 그 반도체 장치를 리플로 납땜질 방법으로 기판에 실장하는 경우에도 앞에서의 납땜질 공정에 있어서의 납땜질 부분은 내열 강도가 우수하기 때문에 리플로 납땜질 공정에서 재용융되어 버리는 일 없이 신뢰성이 높은 실장를 행하는 것이 가능해진다.
또한 본 발명의 접속 구조는 접속 대상물을 접속시키고 있는 접속부가 도전성 재료로부터 유래되는 제 2 금속과, 상기 제 2 금속과 Sn을 포함하는 금속 간 화합물을 주된 성분으로 하고 있고, 도전성 재료로부터 유래되는 제 1 금속의 금속 성분 전체에 대한 비율이 30체적% 이하인 점에서 내열 강도가 큰 접속 구조를 제공하는 것이 가능해진다.
또한 접속부 중에 있어서의 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 1 금속은 30체적% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
즉 본 발명의 접속 구조에 있어서는 도 1(c)에 나타낸 바와 같이 접속 대상물(전극)(11a 및 11b)을 접속시키고 있는 접속부(납땜)(4)에 있어서 제 1 금속 모두가 제 2 금속과의 금속 간 화합물(3)을 형성하기 위해서 접속부(4)가 제 2 금속(2)과 금속 간 화합물(3)로부터 구성되고, 제 1 금속(1)(도 1(a), 도 1(b))이 잔류하고 있지 않기 때문에 내열 강도가 큰 접속 구조를 실현할 수 있다.
또한 금속 간 화합물이 도전성 재료로부터 유래되는 제 2 금속인 Cu-Mn 합금, 또는 Cu-Ni 합금과, 도전성 재료로부터 유래되는 제 1 금속인 Sn 단체, 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te, P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금 사이에 형성된 금속 간 화합물인 경우 보다 확실하게 제 1 금속 성분이 거의 잔류하지 않아 내열 강도가 큰 접속 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 도전성 재료를 사용해서 접속을 행하는 경우의 거동을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 1(a)는 가열 전의 상태를 나타내는 도면, 도 1(b)는 가열이 개시되어 제 1 금속이 용융된 상태를 나타내는 도면, 도 1(c)는 가열이 더 계속되어 제 1 금속 모두가 제 2 금속과의 금속 간 화합물을 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 도전성 재료를 사용해서 무산소 Cu판 상에 황동 단자를 마운트할 때의 리플로 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 3(a), 도 3(b)는 본 발명의 도전성 재료의 변형예에 의한 폼 납땜의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 납땜 페이스트를 사용해서 납땜질을 행하는 경우의 납땜의 거동을 나타내는 도면이고, 도 4(a)는 가열 전의 상태를 나타내는 도면, 도 4(b)는 납땜질 공정 종료 후의 상태를 나타내는 도면이다.
이하에 본 발명의 실시예를 나타내어 본 발명의 특징으로 하는 바를 더 상세히 설명한다.
(실시예 1)
이 실시예 1에서는 분말 형상의 제 1 금속(제 1 금속 분말)과, 분말 형상의 제 2 금속(제 2 금속 분말)과, 플럭스를 혼합함으로써 도전성 재료를 제작했다.
제 1 금속 분말과 제 2 금속 분말의 배합비는 제 1 금속 분말/제 2 금속 분말의 체적비가 60/40(즉 제 2 금속이 40체적%)이 되도록 조정했다.
제 1 금속 분말로서는 표 1에 나타낸 바와 같이 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, Sn-10Bi, Sn-15Bi, Sn-20Bi, Sn-30Bi, Sn-40Bi(비교예), Sn-58Bi(비교예)를 사용했다. 제 1 금속 분말의 평균 입경은 25㎛로 했다.
또한 상기 각 제 1 금속 중 Sn-40Bi 및 Sn-58Bi는 「Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금」이라고 하는 본 발명의 요건을 충족하지 않는 비교예의 것이다.
또한 제 1 금속의 Sn-3Ag-0.5Cu는 실시예로서 뿐만 아니라 비교예로서도 사용되고 있지만 비교예의 경우에는 이것에 Cu 또는 Cu-10Zn이 조합되어 있어 격자정수차의 요건이 본 발명의 요건을 충족하지 않는 것으로 되어 있다.
또한 상기 각 재료의 표기에 있어서 예를 들면 「Sn-3.5Ag」의 숫자 3.5는 해당 성분(이 경우는 Ag)의 중량%의 값을 나타내고 있고, 상기 다른 재료 및 이하 기재의 경우도 마찬가지이다.
또한 제 2 금속 분말로서는 표 1에 나타낸 바와 같이 Cu-10Ni, Cu-10Mn, Cu-12Mn-4Ni, Cu-10Mn-1P, Cu-10Ni와 Cu-10Mn의 동량 혼합 분말, Cu, Cu-10Zn을 사용했다. 제 2 금속 분말의 평균 입경은 15㎛로 했다.
또한 플럭스로서는 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%,트리에탄올아민: 2중량%, 및 수소 첨가 피마자유 2중량%의 배합 비율의 것을 사용했다.
또한 플럭스의 배합 비율은 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 10중량%가 되는 비율로 했다.
제작한 도전성 재료를 메탈 마스크를 사용해서 사이즈가 10mm×10mm, 두께가 0.2mm인 무산소 Cu판에 인쇄했다. 메탈 마스크의 개구경은 1.5mm×1.5mm, 두께는 100㎛로 했다.
인쇄한 도전성 재료 상에 Ni 도금 및 Au 도금을 시행한 황동 단자(사이즈1.2mm×1.0mm×1.0mm)를 마운트한 후 리플로 장치를 사용하여 도 2에 나타내는 리플로 프로파일로 무산소 Cu판과 황동 단자를 접합시켜 양자를 전기적, 기계적으로 접속했다.
또한 이 실시예 1에 있어서는 도전성 재료는 실질적으로 납땜 페이스트로서 사용되고 있다.
[특성 평가]
상술한 바와 같이 해서 제작한 시료에 대해서 이하의 방법으로 접합 강도 및 상기 도전 재료(납땜)의 유출 불량률을 측정하여 특성을 평가했다.
≪접합 강도≫
얻어진 접합체의 시어 강도를 본딩 테스터를 사용해서 측정하여 평가했다.
시어 강도의 측정은 횡압 속도: 0.1mm·ｓ-1, 실온 및 260℃의 조건 하에서 행했다.
그리고 시어 강도가 20Nmm-2 이상인 것을 ◎(우수함), 2Nmm-2 이하인 것을 × (좋지 않음)로 평가했다.
표 1에 제 1 금속 및 제 2 금속의 조성, 제 2 금속의 격자정수, 제 1 금속 및 제 2 금속의 배합 비율, 제 2 금속 분말 표면에 최초로 생성된 금속 간 화합물의 종류와 그 격자정수, 제 2 금속(Cu합금)과 금속 간 화합물의 격자정수차, 각 접합체의 접합 강도(실온, 260℃)를 나타낸다. 또한 격자정수는 a축을 기준으로 평가하고 있다.
≪잔류 성분 평가≫
얻어진 반응 생성물을 약 7mg 잘라내고, 측정 온도 30℃~300℃, 승온 속도 5℃/min, N2 분위기, 레퍼런스 Al2O3의 조건에서 시차주사 열량측정(DSC 측정)을 행했다. 얻어진 DSC차트의 제 1 금속 성분의 용융 온도에 있어서의 용융 흡열 피크의 흡열량으로부터 잔류한 제 1 금속 성분량을 정량화했다. 이제부터 금속 성분 전체에 대한 제 1 금속 성분의 비율을 잔류 제 1 금속 성분률로서 평가했다. 잔류 제 1 금속 성분률이 0~3체적%인 경우를 ◎(우수함), 3체적% 초과 30체적% 이하의 경우를 ○(좋음), 30체적% 보다 큰 경우를 ×(좋지 않음)로 평가했다.
표 1에 잔류 제 1 금속 성분률과 판정 결과를 아울러 나타낸다.
≪도전성 재료의 유출 불량률의 측정 및 평가≫
프린트 기판의 Cu랜드(Cu랜드 치수: 0.7mm×0.4mm)에 상기 도전성 재료를 도포하고(두께100㎛), 얻어진 도포부에 길이 1mm, 폭 0.5mm, 두께 0.5mm 사이즈의 칩형 세라믹 콘덴서를 마운트했다.
피크 온도 250℃에서 리플로하고, Cu랜드와 세라믹 콘덴서를 접합시킨 후(납땜질한 후) 프린트 기판을 에폭시 수지로 밀봉해서 상대습도 85%의 환경에 방치하고, 피크 온도 260℃의 리플로 조건에서 가열하여 도전성 재료(납땜)가 흘러나오는 비율을 조사하여 유출 불량률로서 평가했다.
도전성 재료의 유출 불량률이 0~10%인 경우를 ◎(우수함), 10% 초과 50% 이하는 ○(좋음), 50% 보다 큰 경우를 ×(좋지 않음)로 평가했다.
표 1에 도전성 재료의 유출 불량률과 판정 결과를 아울러 나타낸다.
Figure 112013025027295-pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이 실온에 있어서의 접합 강도에 대해서는 실시예, 비교예 모두 20Nmm-2 이상을 나타내고, 실용 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다.
한편 260℃에 있어서의 접합 강도에 대해서 보면 비교예에서는 2Nmm-2 이하와 접합 강도가 불충분했던 것에 대해 실시예는 10Nmm-2 이상을 유지하고, 실용 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다.
또한 잔류 제 1 금속 성분률에 대해서는 비교예가 30체적%보다 컸던 것에 대해 실시예는 모두 30체적% 이하이고, 도전성 재료의 유출 불량률에 대해서는 비교예가 70% 이상이었던 것에 대해 실시예는 모두 50%이하이고, 높은 내열성을 갖는 것이 확인되었다.
또한 실시예의 시료에 있어서는 제 1 금속이 Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금이면 제 1 금속의 종류에 관계없이 마찬가지로 고내열성을 지니고 있는 것이 확인되었다. 특히 제 1 금속이 Sn 또는 Sn을 85중량% 이상 포함하는 합금이면 잔류 제 1 금속 성분률을 0체적%로 할 수 있고, 도전성 재료의 유출 불량률이 0%가 되고, 특히 높은 내열성을 갖는 것이 확인되었다.
또한 실시예의 시료에 있어서는 제 2 금속이 Cu-Mn을 베이스로 하는 금속(Cu-12Mn-4Ni나 Cu-10Mn-1P 등)인 경우나 제 2 금속 분말이 2종류 이상(Cu-Mn, Cu-Ni 혼합 분말)인 경우에도 마찬가지로 고내열성을 지니고 있는 것이 확인되었다.
이와 같이 실시예의 시료가 고내열성을 지니고 있는 것은 제 2 금속으로서 Cu-Mn 및 Cu-Ni계 합금을 사용한 실시예의 경우에는 금속 간 화합물이 각각 Cu2MnSn 및 Cu2NiSn이며, 각 금속 간 화합물과 제 2 금속(Cu 합금) 간의 격자정수차가 50%이상인 것에 의한 것으로 여겨진다. 즉 생성된 금속 간 화합물층과 베이스 금속인 제 2 금속 간의 격자정수차가 크면 용융한 제 1 금속 중에서 금속 간 화합물이 박리, 분산되면서 반응을 반복하기 때문에 금속 간 화합물화가 비약적으로 진행되는 것에 의한 것으로 여겨진다.
한편 비교예와 같이 제 2 금속으로서 Cu 또는 Cu-Zn 합금을 사용한 경우 접합 계면의 금속 간 화합물이 Cu3Sn이며, 금속 간 화합물과 제 2 금속(Cu 합금) 간의 격자정수차가 20%로 작고, 금속 간 화합물화가 효율적으로 진행되지 않기 때문에 높은 내열성이 얻어지지 않는 것으로 여겨진다.
또한 비교예와 같이 Sn-40Bi 또는 Sn-58Bi와 Cu-10MnNi의 조합에서 높은 내열성이 얻어지지 않았던 것은 제 1 금속 중의 Sn의 배합비가 70중량% 미만인 조성에서는 최초로 계면에 생성된 금속 간 화합물층이 Cu3Sn이 되고, 금속 간 화합물과 제 2 금속간(Cu 합금)의 격자정수차가 50% 이상이 되지 않기 때문이라고 여겨진다. 이 점에서 제 1 금속이 되는 합금 중의 Sn은 함유율이 70중량% 이상인 것이 필요하다.
(실시예 2)
제 1 금속 분말로서 Sn-3Ag-0.5Cu의 분말을 준비했다. 또한 제 1 금속 분말의 평균 입경은 25㎛로 했다.
또한 제 2 금속 분말로서 Cu-10Mn, Cu-10Ni, 및 Cu(비교예)의 분말을 준비했다. 또한 제 2 금속 분말의 평균 입경은 15㎛로 했다.
플럭스로서 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%, 트리에탄올아민: 2중량%, 및 수소 첨가 피마자유 2중량%의 배합 비율의 것을 준비했다.
그리고 상기 제 1 금속 분말과, 제 2 금속 분말과, 플럭스를 혼합함으로써 도전성 재료를 제작했다.
또한 배합비는 제 1 금속 분말/제 2 금속 분말의 체적비가 87/13~57/43(즉 제 2 금속 분말이 13~43체적%가 되도록 조정했다.
또한 플럭스의 배합 비율은 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 10중량%가 되는 비율로 했다.
이렇게 해서 제작한 도전성 재료에 대해서 실시예 1의 경우와 동일하게 하고, 접합 강도 및 도전성 재료의 유출 불량률을 측정하여 특성을 평가했다. 또한 접합 강도의 평가에 있어서는 시어 강도가 20Nmm-2 이상인 것을 ◎(우수함), 2Nmm-2 이상이며 20Nmm-2 미만인 것을 ○(양호), 2Nmm-2 이하인 것을 ×(좋지 않음)로 평가했다.
잔류 제 1 금속 성분률에 대해서는 0~3체적%의 경우를 ◎(우수함), 3체적% 초과 30체적% 이하의 경우를 ○(좋음), 30체적%보다 큰 경우를 ×(좋지 않음)로 평가했다.
또한 도전성 재료의 유출 불량률에 대해서는 0~10%의 경우를 ◎(우수함), 10% 초과 50% 이하는 ○(좋음), 50%보다 큰 경우를 ×(좋지 않음)로 평가했다.
표 2에 각 접합체의 접합 강도(실온, 260℃), 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률, 및 그들의 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112013025027295-pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이 실온에 있어서의 접합 강도에 대해서는 실시예, 비교예 모두 20Nmm-2 이상을 나타내고, 실용 강도를 지니고 있는 것을 알 수 있었다.
한편 260℃에 있어서의 접합 강도에 대해서 보면 비교예에서는 0.1Nmm-2와 2Nmm-2을 크게 하회하고 있어 접합 강도가 불충분했던 것에 대해 실시예에서는 7~29Nmm-2와 2Nmm-2 이상을 유지하여 실용 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다. 특히 제 2 금속이 Cu-10Mn인 경우 그 비율이 30체적% 이상에서는 23Nmm-2 이상의 접합 강도를 나타내고, 높은 내열 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다. 또한 제 2 금속이 Cu-10Ni인 경우 그 비율이 30체적% 이상에서는 27Nmm-2 이상의 접합 강도를 나타내고, 높은 내열 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다.
또한 잔류 제 1 금속 성분률에 대해서는 비교예가 30체적%보다 컸던 것에 대해 실시예는 모두 30체적% 이하이고, 또한 제 2 금속인 Cu-10Mn 또는 Cu-10Ni의 비율이 30체적% 이상인 경우에 잔류 제 1 금속 성분률이 0체적%가 되었다. 또한 도전성 재료의 유출 불량률에 대해서는 비교예가 70% 이상이었던 것에 대해 실시예에서는 모두 50% 이하이며, 또한 제 2 금속인 Cu-10Mn 또는 Cu-10Ni의 비율이 30체적% 이상인 경우에 도전성 재료의 유출 불량률이 0%가 되어 높은 내열성이 얻어지는 것이 확인되었다.
(실시예 3)
제 1 금속 분말로서 Sn-3Ag-0.5Cu의 분말을 준비했다. 또한 제 1 금속 분말의 평균 입경은 25㎛로 했다.
또한 제 2 금속 분말로서 Mn의 비율이 5~30중량%인 Cu-Mn 합금의 분말, 및 Ni의 비율이 5~20중량%인 Cu-Ni 합금의 분말을 준비함과 아울러 비교예로서 Cu 분말을 준비했다. 제 2 금속 분말의 평균 입경은 15㎛로 했다.
플럭스로서 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%, 트리에탄올아민: 2중량%, 및 수소 첨가 피마자유 2중량%의 배합 비율의 것을 준비했다.
그리고 상기 제 1 금속 분말과, 제 2 금속 분말과, 플럭스를 혼합함으로써 도전성 재료를 제작했다.
또한 플럭스의 배합 비율은 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 10중량%가 되는 비율로 했다.
제 1 금속 분말과 제 2 금속 분말의 배합비는 제 1 금속 분말/제 2 금속 분말의 체적비가 60/40(즉 제 2 금속 분말이 40체적%)이 되도록 조정했다.
이렇게 해서 제작한 도전성 재료에 대해서 실시예 1의 경우와 동일하게 하고, 접합 강도, 잔류 제 1 금속 성분률 및 도전성 재료의 유출 불량률을 측정하여 특성을 평가했다.
또한 접합 강도의 평가 및 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률의 평가에 있어서는 실시예 2의 경우와 동일한 기준으로 평가했다.
표 3에 각 접합체의 접합 강도(실온, 260℃), 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률, 및 그들의 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112013025027295-pct00003
표 3에 나타낸 바와 같이 실온에 있어서의 접합 강도에 대해서는 실시예, 비교예 모두 20Nmm-2 이상을 나타내고, 실용 강도를 지니고 있는 것을 알 수 있었다.
한편 260℃에 있어서의 접합 강도에 대해서 보면 비교예에서는 0.1Nmm-2와 2Nmm-2을 크게 하회하고 있어 접합 강도가 불충분했던 것에 대해 실시예에서는 5~26Nmm-2와 2Nmm-2 이상을 유지하여 실용 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다. 특히 제 2 금속이 Cu-10~15Mn인 경우 및 Cu-10~15Ni인 경우 24~26Nmm-2로 높은 접합 강도를 나타내고, 내열 강도가 우수한 것이 확인되었다.
또한 잔류 제 1 금속 성분률에 대해서는 비교예가 30체적%보다 컸던 것에 대해 실시예는 모두 30체적% 이하이고, 또한 제 2 금속인 Cu-10~15Mn의 경우 및 Cu-10~15Ni의 경우에 잔류 제 1 금속 성분률이 0체적%가 되었다. 또한 도전성 재료의 유출 불량률에 대해서는 비교예가 70% 이상이었던 것에 대해 실시예에서는 모두 50% 이하이고, 또한 제 2 금속인 Cu-10~15Mn의 경우 및 Cu-10~15Ni의 경우에 도전성 재료의 유출 불량률이 0%가 되어 높은 내열성이 얻어지는 것이 확인되었다.
(실시예 4)
제 1 금속 분말로서 Sn-3Ag-0.5Cu의 분말을 준비했다. 또한 제 1 금속 분말의 평균 입경은 25㎛로 했다.
또한 제 2 금속 분말로서 Cu-10Mn 합금의 분말 및 Cu(비교예)를 준비했다. 제 2 금속 분말의 평균 입경은 15㎛로 했다. 제 2 금속 분말은 그 입경을 변화시켜 비표면적이 0.03~0.06㎡·ｇ-1이 되도록 했다.
또한 플럭스로서 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%, 트리에탄올아민: 2중량%, 및 수소 첨가 피마자유 2중량%의 배합 비율의 것을 준비했다.
그리고 상기 제 1 금속 분말과, 제 2 금속 분말과, 플럭스를 혼합함으로써 도전성 재료를 제작했다.
또한 플럭스의 배합 비율은 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 10중량%가 되는 비율로 했다.
제 1 금속 분말과 제 2 금속 분말의 배합비는 제 1 금속 분말/제 2 금속 분말의 체적비가 60/40(즉 제 2 금속 분말이 40체적%)이 되도록 조정했다.
이렇게 해서 제작한 도전성 재료에 대해서 실시예 1의 경우와 동일하게 하고, 접합 강도 및 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률을 측정하여 특성을 평가했다.
또한 접합 강도의 평가 및 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률의 평가에 있어서는 상술의 실시예 2의 경우와 동일한 기준으로 평가했다.
표 4에 각 접합체의 접합 강도(실온, 260℃), 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률, 및 그들의 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112013025027295-pct00004
표 4에 나타낸 바와 같이 실온에 있어서의 접합 강도에 대해서는 실시예, 비교예 모두 20Nmm-2 이상을 나타내고, 실용 강도를 지니고 있는 것을 알 수 있었다.
한편 260℃에 있어서의 접합 강도에 대해서 보면 비교예에서는 0.1Nmm-2와 2Nmm-2를 크게 하회하고 있어 접합 강도가 불충분했던 것에 대해 실시예에서는 14~24Nmm-2와 2Nmm-2 이상을 유지하여 실용 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다. 또한 제 2 금속인 Cu-10Mn의 비표면적이 0.05㎡·ｇ-1 이상인 경우에 21Nmm-2 이상을 나타내고, 특히 높은 내열 강도를 가졌다.
또한 잔류 제 1 금속 성분률에 대해서는 비교예가 30체적%보다 컸던 것에 대해 실시예는 모두 30체적% 이하이고, 또한 제 2 금속인 Cu-10Mn의 비표면적이 0.05㎡·ｇ-1 이상인 경우에 잔류 제 1 금속 성분률이 0체적%가 되었다. 또한 도전성 재료의 유출 불량률에 대해서는 비교예가 70% 이상이었던 것에 대해 실시예에서는 모두 50% 이하이고, 또한 제 2 금속인 Cu-10Mn의 비표면적이 0.05㎡·ｇ-1 이상인 경우에 도전성 재료의 유출 불량률이 0%가 되어 높은 내열성이 얻어지는 것이 확인되었다.
(실시예 5)
(a) Sn 도금한 Cu-10Mn 합금과 Sn 분말의 혼합체,
(b) Sn 도금한 Cu-10Mn 합금과 Sn 분말과 Cu-10Mn 합금의 혼합체, 및
(c) Sn 도금한 Cu-10Mn 합금 단체로 이루어지는 금속 분말과 플럭스를 혼합함으로써 도전성 재료를 제작했다.
또한 비교용에,
(d) Sn 도금한 Cu 분말과 Sn 분말의 혼합체,
(e) Sn 도금한 Cu 분말과 Sn 분말과 Cu 분말의 혼합체, 및
(f) Sn 도금힌 Cu 분말로 이루어지는 금속 분말과 플럭스를 혼합함으로써 도전성 재료를 제작했다.
Sn 도금한 Cu-10Mn 합금 단체를 사용한 경우 및 Sn 도금한 Cu 분말을 사용한 경우(비교예)를 제외하고 제 1 금속 분말과 제 2 금속 분말의 배합비는 제 1 금속 분말/제 2 금속 분말의 체적비가 60/40(즉 제 2 금속 분말이 40체적%)이 되도록 조정했다.
단 Sn 도금한 Cu-10Mn 합금 단체의 경우는 Cu-Mn 합금(제 2 금속)의 합계 비율을 80%로 했다. 또한 Sn 도금한 Cu 분말을 사용한 경우(비교예)도 Cu(제 2 금속)의 합계 비율을 80%로 했다.
또한 플럭스로서 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%, 트리에탄올아민: 2중량%, 및 수소 첨가 피마자유 2중량%의 배합 비율의 것을 사용했다.
또한 플럭스의 배합 비율은 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 10중량%가 되는 비율로 했다.
이렇게 해서 제작한 도전성 재료에 대해서 실시예 1의 경우와 동일하게 하고, 접합 강도, 잔류 제 1 금속 성분률 및 도전성 재료의 유출 불량률을 측정하여 특성을 평가했다.
또한 접합 강도의 평가, 잔류 제 1 금속 성분률, 및 도전성 재료의 유출 불량률의 평가에 있어서는 상술의 실시예 2의 경우와 동일한 기준으로 평가했다.
표 5에 각 접합체의 접합 강도(실온, 260℃), 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률, 및 그들의 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112013025027295-pct00005
표 5에 나타낸 바와 같이 실온에 있어서의 접합 강도에 대해서는 실시예, 비교예 모두 20Nmm-2 이상을 나타내고, 실용 강도를 지니고 있는 것을 알 수 있었다.
한편 260℃에 있어서의 접합 강도에 대해서 보면 비교예에서는 0.1Nmm-2와 2Nmm-2를 크게 하회하고 있어 접합 강도가 불충분했던 것에 대해 실시예에서는 24~26Nmm-2와 2Nmm-2 이상을 유지하여 실용 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다. 이 점에서 제 1 금속이 제 2 금속 표면에 도금(코팅)되어 있는 경우에도 상기 각 실시예의 경우와 동일하게 높은 내열 강도가 얻어지는 것이 확인되었다.
또한 잔류 제 1 금속 성분률에 대해서는 비교예가 30체적%보다 컸던 것에 대해 실시예는 모두 0체적%이었다. 또한 도전성 재료의 유출 불량률에 대해서는 비교예가 70%이상이었던 것에 대해 실시예에서는 모두 0%이고, 제 1 금속이 제 2 금속 표면에 도금(코팅)되어 있는 경우에도 높은 내열성이 얻어지는 것이 확인되었다.
(실시예 6)
제 1 금속 분말로서 Sn-3Ag-0.5Cu의 분말을 준비했다. 또한 제 1 금속 분말의 평균 입경은 25㎛로 했다.
또한 제 2 금속 분말로서 Cu-10Mn 합금의 분말을 준비했다. 제 2 금속 분말의 평균 입경은 15㎛로 했다. 또한 비교를 위해 제 2 금속 분말로서 Cu 분말을 준비했다.
플럭스로서 수지를 첨가한 것과 수지를 첨가하지 않은 것을 준비했다.
수지를 첨가하지 않은 플럭스로서는 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%, 트리에탄올아민: 2중량%, 및 수소 첨가 피마자유 2중량%의 배합 비율의 일반적인 플럭스 A를 준비했다.
또한 수지를 첨가한 것으로서는 상기 일반적인 플럭스 A에 열 변화성 수지와 경화제를 첨가한 열 변화성 수지 배합 플럭스 B와 상기 일반적인 플럭스 A에 열 가소성 수지를 첨가한 열 가소성 수지 배합 플럭스 C를 준비했다.
또한 열 변화성 수지 배합 플럭스 B는 상기 플럭스 A, 열 변화성 수지(비스 페놀 A형 에폭시 수지), 및 경화제를 이하의 비율로 함유하는 것이다.
플럭스 A: 30중량%
열 변화성 수지: 40중량%
경화제: 30중량%
또한 열 가소성 수지 배합 플럭스 C는 상기 플럭스 A, 열 가소성 수지(폴리아미드 수지)를 이하의 비율로 함유하는 것이다.
플럭스 A: 30중량%
열 가소성 수지(폴리아미드 수지): 70중량%
그리고,
(1) 수지를 첨가하지 않은 상기 플럭스 A를 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 10중량%가 되는 비율로 배합한 도전성 재료(표 6의 실시예 No.3)와,
(2) 열 변화성 수지 배합 플럭스 B를 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 25중량%가 되는 비율로 배합한 도전성 재료(표 6의 실시예 No.1)와,
(3) 열 가소성 수지 배합 플럭스 C를 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 25중량%가 되는 비율로 배합한 도전성 재료(표 6의 실시예 No.2)를 제작했다.
또한 비교예의 도전성 재료로서 상술의 Cu 분말을 제 2 금속으로서 사용한 도전성 재료를 제작했다. 또한 이 비교예의 도전성 재료에 있어서도 수지를 첨가하지 않은 상기 플럭스 A를 도전성 재료 전체에 차지하는 플럭스의 비율이 10중량%가 되는 비율로 배합했다.
그리고 이들 도전성 재료에 대해서 실시예 1의 경우와 동일하게 하고, 접합 강도, 잔류 제 1 금속 성분률 및 도전성 재료의 유출 불량률을 측정하여 특성을 평가했다.
표 6에 각 접합체의 접합 강도(실온, 260℃), 잔류 제 1 금속 성분률, 도전성 재료의 유출 불량률, 및 그들의 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112013025027295-pct00006
표 6에 나타낸 바와 같이 실온에 있어서의 접합 강도에 대해서는 실시예, 비교예 모두 20Nmm-2 이상을 나타내고, 실용 강도를 지니고 있는 것을 알 수 있었다.
한편 260℃에 있어서의 접합 강도에 대해서 보면 비교예에서는 0.1Nmm-2와 2Nmm-2를 크게 하회하고 있어 접합 강도가 불충분했던 것에 대해 실시예에서는 24~33Nmm-2와 2Nmm-2 이상을 유지하여 실용 강도를 지니고 있는 것이 확인되었다.
또한 잔류 제 1 금속 성분률에 대해서는 비교예가 30체적%보다 컸던 것에 대해 실시예는 모두 0체적%이었다. 또한 도전성 재료의 유출 불량률에 대해서는 비교예가 70% 이상이었던 것에 대해 실시예에서는 모두 0%이고, 수지를 첨가한 경우도 높은 내열성이 얻어지는 것이 확인되었다.
또한 상기 실시예에서는 제 2 금속의 격자정수보다 금속 간 화합물의 격자정수가 큰 경우를 예로 들어서 설명했지만 본 발명은 이론상은 제 2 금속의 격자정수가 금속 간 화합물의 격자정수보다 커지도록 구성하는 것도 가능하다. 그 경우도 격자정수차가 50% 이상이 되도록 함으로써 제 1 금속과 제 2 금속의 확산이 비약적으로 진행되고, 보다 고융점의 금속간 화합물로의 변화가 촉진되어 제 1 금속 성분이 거의 잔류하지 않게 되기 때문에 내열 강도가 큰 접속을 행하는 것이 가능해진다.
[변형예]
본 발명의 도전성 재료는 예를 들면 도 3(a), 도 3(b)에 모식적으로 나타낸 것과 같은 폼 납땜으로서 구성하는 것도 가능하다.
도 3(a)의 폼 납땜은 판 형상의 제 1 금속(1) 중에 분말 형상의 제 2 금속(2)을 분산시킨 폼 납땜이다.
또한 도 3(b)의 폼 납땜은 판 형상의 제 1 금속(1) 중에 판 형상의 제 2 금속(2)을 내포시킨 폼 납땜이다.
본 발명의 도전성 재료는 도 3(a), 도 3(b)에 나타낸 것과 같은 폼 납땜으로서 사용한 경우에도 상기 실시예에 나타낸 제 1 금속과, 제 2 금속과, 플럭스를 혼합해서 이루어지는 소위 납땜 페이스트로서 사용하는 경우와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
또한 제 1 금속 중에 제 2 금속을 분산 또는 내포시키는 실시형태는 도 3(a), 도 3(b)의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 다른 실시형태로 하는 것도 가능하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 도전성 재료를 구성하는 제 1 금속 및 제 2 금속의 종류나 조성, 제 1 금속과 제 2 금속의 배합 비율, 플럭스의 성분이나 플럭스의 배합 비율 등에 관한 것이고, 발명의 범위 내에 있어서 각종 응용, 변형을 더하는 것이 가능하다.
또한 본 발명을 적용해서 접속해야 할 접속 대상물의 종류나 접속 공정에 있어서의 조건 등에 관해서도 발명의 범위 내에 있어서 각종 응용, 변형을 더하는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 그 외의 점에 있어서도 발명의 범위 내에 있어서 각종 응용, 변형을 더하는 것이 가능하다.
1 제 1 금속 2 제 2 금속
3 금속 간 화합물 4 접속부
11a, 11b 한 쌍의 전극(접속 대상물) 10 도전성 재료

Claims (12)

  1. 제 1 금속과 상기 제 1 금속보다 융점이 높은 제 2 금속으로 이루어지는 금속 성분을 포함하는 도전성 재료로서:
    상기 제 1 금속은 Sn 또는 Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금이며,
    상기 제 2 금속은 상기 제 1 금속과 310℃ 이상의 융점을 나타내는 금속 간 화합물을 생성하고, 또한 상기 제 2 금속의 주위에 최초로 생성되는 금속 간 화합물의 격자정수와 상기 제 2 금속성분의 격자정수의 차인 격자정수차가 50% 이상인 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    플럭스 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속은 Sn 또는 Sn을 85중량% 이상 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 성분 중에 차지하는 상기 제 2 금속의 비율은 30체적% 이상인 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속은 Sn 단체, 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te, P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속은 Cu-Mn 합금 또는 Cu-Ni 합금인 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속은 상기 제 2 금속에 차지하는 Mn의 비율이 10~15중량%인 Cu-Mn 합금, 또는 상기 제 2 금속에 차지하는 Ni의 비율이 10~15중량%인 Cu-Ni 합금인 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속은 비표면적이 0.05㎡·ｇ-1 이상인 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 중 적어도 일부는 상기 제 2 금속의 둘레에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 재료.
  10. 도전성 재료를 사용해서 접속 대상물을 접속하는 방법에 있어서 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 재료를 사용하고, 가열해서 상기 도전성 재료를 구성하는 상기 제 1 금속 성분과 상기 제 2 금속을 금속 간 화합물로 하여 접속 대상물을 접속하는 것을 특징으로 하는 접속 방법.
  11. 접속 대상물은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 재료를 사용하여 접속된 접속 구조로서:
    상기 접속 대상물을 접속하고 있는 접속부의 도전성 재료는 상기 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 2 금속과, 상기 제 2 금속과 Sn을 포함하는 금속 간 화합물을 주된 성분으로 하고 있고, 상기 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 1 금속의 금속 성분 전체에 대한 비율은 30체적% 이하인 것을 특징으로 하는 접속 구조.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속 간 화합물은 상기 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 2 금속인 Cu-Mn 합금, 또는 Cu-Ni 합금과, 상기 도전성 재료로부터 유래되는 상기 제 1 금속인 Sn 단체, 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te, P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금 사이에 형성된 금속 간 화합물인 것을 특징으로 하는 접속 구조.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI461252B (zh) * 2010-12-24 2014-11-21 Murata Manufacturing Co A bonding method, a bonding structure, an electronic device, an electronic device manufacturing method, and an electronic component
TWI436710B (zh) * 2011-02-09 2014-05-01 Murata Manufacturing Co Connection structure
JPWO2013021567A1 (ja) * 2011-08-11 2015-03-05 三洋電機株式会社 金属の接合方法および金属接合構造
CN104364899B (zh) 2012-06-22 2017-11-24 株式会社村田制作所 电子部件模块
JP6231563B2 (ja) 2012-07-18 2017-11-15 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 電子部材を高い側方精度ではんだ付けする方法
US9005330B2 (en) * 2012-08-09 2015-04-14 Ormet Circuits, Inc. Electrically conductive compositions comprising non-eutectic solder alloys
WO2015079844A1 (ja) * 2013-11-29 2015-06-04 株式会社村田製作所 金属間化合物の生成方法および金属間化合物を用いた接続対象物の接続方法
WO2015079845A1 (ja) * 2013-11-29 2015-06-04 株式会社村田製作所 金属間化合物の生成方法および金属間化合物を用いた接続対象物の接続方法
WO2015105088A1 (ja) * 2014-01-07 2015-07-16 株式会社村田製作所 構造材接合方法、接合用シートおよび接合構造
JP6075465B2 (ja) * 2014-01-07 2017-02-08 株式会社村田製作所 補修方法および補修材
CN103722304B (zh) * 2014-01-09 2016-12-07 北京航空航天大学 一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接用材料
CN103769764A (zh) * 2014-01-25 2014-05-07 嘉兴斯达半导体股份有限公司 一种软钎焊的焊片和功率模块组装结构
EP3278920B1 (en) * 2014-04-02 2020-03-04 Senju Metal Industry Co., Ltd. Use of a solder alloy for bonding in a module
JP6213666B2 (ja) * 2014-04-18 2017-10-18 株式会社村田製作所 被着体の接着分離方法
KR20150121603A (ko) * 2014-04-21 2015-10-29 덕산하이메탈(주) 금속입자
JP2015205320A (ja) * 2014-04-22 2015-11-19 株式会社村田製作所 金属板の修理方法
WO2015170539A1 (ja) * 2014-05-08 2015-11-12 株式会社村田製作所 樹脂多層基板およびその製造方法
JP6168234B2 (ja) * 2014-05-13 2017-07-26 株式会社村田製作所 端子接合方法および端子接合構造
WO2015194445A1 (ja) * 2014-06-20 2015-12-23 株式会社村田製作所 回転機
JP6327345B2 (ja) * 2014-06-20 2018-05-23 株式会社村田製作所 摺動部材、回転機、摺動部材の製造方法
WO2016035513A1 (ja) * 2014-09-02 2016-03-10 株式会社村田製作所 表面実装部品の実装方法、実装構造体
WO2016039056A1 (ja) * 2014-09-09 2016-03-17 株式会社村田製作所 金属組成物、接合材
CN104263986B (zh) * 2014-09-25 2016-08-24 武汉理工大学 一种超快速制备高性能SnTe基热电材料的方法
US11113433B2 (en) 2014-11-25 2021-09-07 Autodesk, Inc. Technique for generating a spectrum of feasible design solutions
WO2016114028A1 (ja) * 2015-01-16 2016-07-21 株式会社村田製作所 導電性材料、それを用いた接続方法、および接続構造
CN107614185B (zh) * 2015-05-29 2020-09-08 株式会社村田制作所 接合用构件和接合方法
WO2017038418A1 (ja) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社村田製作所 接合用部材、接合用部材の製造方法、および、接合方法
JP6332566B2 (ja) * 2015-09-15 2018-05-30 株式会社村田製作所 接合用部材、接合用部材の製造方法、および、接合方法
JP6528852B2 (ja) 2015-09-28 2019-06-12 株式会社村田製作所 ヒートパイプ、放熱部品、ヒートパイプの製造方法
WO2017073313A1 (ja) * 2015-10-29 2017-05-04 株式会社村田製作所 接合部材、および、接合部材の接合方法
WO2017077824A1 (ja) 2015-11-05 2017-05-11 株式会社村田製作所 接合用部材、および、接合用部材の製造方法
KR102101474B1 (ko) 2015-12-15 2020-04-16 주식회사 엘지화학 금속 페이스트 및 열전 모듈
CN108290248B (zh) * 2016-01-07 2020-05-26 株式会社村田制作所 金属组合物、金属间化合物构件、接合体
JP6683243B2 (ja) * 2016-03-07 2020-04-15 株式会社村田製作所 接合体の製造方法及び接合材料
WO2017154330A1 (ja) * 2016-03-07 2017-09-14 株式会社村田製作所 接合材料及び接合体の製造方法
WO2018105125A1 (ja) * 2016-12-09 2018-06-14 日立化成株式会社 組成物、接着剤、焼結体、接合体及び接合体の製造方法
JP6998557B2 (ja) * 2017-09-29 2022-01-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 はんだ合金およびそれを用いた接合構造体
EP3720647A1 (en) * 2017-12-07 2020-10-14 Ormet Circuits, Inc. Metallurgical compositions with thermally stable microstructures for assembly in electronic packaging
WO2020017049A1 (ja) * 2018-07-20 2020-01-23 日立化成株式会社 組成物、接合材料、焼結体、接合体及び接合体の製造方法
CN108941818A (zh) * 2018-09-25 2018-12-07 北京工业大学 低温快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点的方法
JP6835051B2 (ja) 2018-09-26 2021-02-24 日亜化学工業株式会社 回路基板及び部品実装基板、並びに、それらの製造方法
DE112019005431T5 (de) * 2018-10-31 2021-07-15 Robert Bosch Gmbh Mischlegierungslotpaste, verfahren zur herstellung derselben und lötverfahren
US11581239B2 (en) * 2019-01-18 2023-02-14 Indium Corporation Lead-free solder paste as thermal interface material
JP2020176331A (ja) * 2019-04-22 2020-10-29 パナソニック株式会社 接合構造体および接合材料
US11515281B2 (en) * 2019-04-22 2022-11-29 Panasonic Holdings Corporation Bonded structure and bonding material
JP6803107B1 (ja) * 2019-07-26 2020-12-23 株式会社日本スペリア社 プリフォームはんだ及び該プリフォームはんだを用いて形成されたはんだ接合体
WO2021020309A1 (ja) * 2019-07-26 2021-02-04 株式会社日本スペリア社 プリフォームはんだ及び該プリフォームはんだを用いて形成されたはんだ接合体
JP6744972B1 (ja) * 2019-10-04 2020-08-19 有限会社 ナプラ 接合構造部
DE102020130638A1 (de) * 2019-12-11 2021-06-17 Infineon Technologies Ag Lotmaterial, schichtstruktur, chipgehäuse, verfahren zum bilden einer schichtstruktur, verfahren zum bilden eines chipgehäuses, chipanordnung und verfahren zum bilden einer chipanordnung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002254195A (ja) 2000-12-25 2002-09-10 Tdk Corp はんだ付け用組成物及びはんだ付け方法
JP2002254194A (ja) 2000-06-12 2002-09-10 Hitachi Ltd 電子機器およびはんだ
WO2006075459A1 (ja) 2005-01-11 2006-07-20 Murata Manufacturing Co., Ltd はんだペースト、及び電子装置
WO2007125861A1 (ja) 2006-04-26 2007-11-08 Senju Metal Industry Co., Ltd. ソルダペースト

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW592872B (en) * 2001-06-28 2004-06-21 Senju Metal Industry Co Lead-free solder alloy
JP2003211289A (ja) * 2002-01-21 2003-07-29 Fujitsu Ltd 導電性接合材料、それを用いた接合方法及び電子機器
JP3757881B2 (ja) 2002-03-08 2006-03-22 株式会社日立製作所 はんだ
JP2003303842A (ja) * 2002-04-12 2003-10-24 Nec Electronics Corp 半導体装置およびその製造方法
JP3919106B2 (ja) * 2003-02-17 2007-05-23 千住金属工業株式会社 ＣｕまたはＣｕ合金ボールの金属核はんだボール
CN1239290C (zh) * 2003-04-11 2006-02-01 深圳市亿铖达工业有限公司 波峰焊用无铅软钎焊料合金
US20080175748A1 (en) * 2005-08-12 2008-07-24 John Pereira Solder Composition
JP5019764B2 (ja) * 2006-03-09 2012-09-05 新日鉄マテリアルズ株式会社 鉛フリーハンダ合金、ハンダボール及び電子部材
CN1887500A (zh) * 2006-06-20 2007-01-03 包德为 一种无铅焊锡膏
WO2009051181A1 (ja) * 2007-10-19 2009-04-23 Nihon Superior Sha Co., Ltd. 無鉛はんだ合金
CN101575680A (zh) * 2008-05-09 2009-11-11 佛山市顺德区顺达电脑厂有限公司 无铅焊料合金
TW201016373A (en) * 2008-10-16 2010-05-01 Nihon Superior Co Ltd Lead-free solder alloy
KR101276147B1 (ko) 2009-09-03 2013-06-18 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 솔더 페이스트, 그것을 사용한 접합 방법, 및 접합 구조

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002254194A (ja) 2000-06-12 2002-09-10 Hitachi Ltd 電子機器およびはんだ
JP2002254195A (ja) 2000-12-25 2002-09-10 Tdk Corp はんだ付け用組成物及びはんだ付け方法
WO2006075459A1 (ja) 2005-01-11 2006-07-20 Murata Manufacturing Co., Ltd はんだペースト、及び電子装置
WO2007125861A1 (ja) 2006-04-26 2007-11-08 Senju Metal Industry Co., Ltd. ソルダペースト

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