KR101473273B1

KR101473273B1 - 접속 구조

Info

Publication number: KR101473273B1
Application number: KR1020137007360A
Authority: KR
Inventors: 코스케 나카노; 히데키요 타카오카
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2014-12-16
Also published as: TWI436710B; WO2012108395A1; EP2675015B1; EP2675015A1; CN103168392A; JPWO2012108395A1; JP2015042421A; KR20130050363A; US9105987B2; JP5626373B2; TW201247068A; CN103168392B; US20130270001A1; EP2675015A4

Abstract

전자 부품의 실장이나 비아 접속 등의 장면에 있어서 적용되는 것으로서 땜납을 사용하여 제 1 접속 대상물과 제 2 접속 대상물이 접속된 접속 구조에 있어서 열 충격 후의 접합 신뢰성을 높인다. 접속부(4)의 단면을 WDX에 의해 분석했을 때 상기 접속부(4)의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하는 영역(9)이 형성되도록 한다. 또한, 접속부(4)의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10격자씩 합계 100격자로 세분화했을 때에 1격자 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 격자를 제외한 나머지의 전체 격자수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 이상 존재하는 격자수의 비율이 70% 이상이 되도록 한다.

Description

접속 구조{CONNECTING STRUCTURE}

본 발명은 제 1 접속 대상물과 제 2 접속 대상물이 접속부를 통해서 접속된 접속 구조에 관한 것으로서, 예를 들면 전자 부품의 실장이나 비아 접속 등의 장면에 있어서 적용되는 것이며, 도전성 접합재로서의 땜납을 사용하여 제 1 접속 대상물과 제 2 접속 대상물이 접속된 접속 구조에 관한 것이다.

예를 들면, 칩을 다이본딩하는 타입의 반도체 장치나 플립 칩 접속되는 반도체 장치 등을 구비한 전자 기기의 제조에 있어서는 반도체 장치의 내부에서 고온계의 땜납을 사용하는 비교적 고온에서의 납땜에 의한 접속을 행한 후 상기 고온계의 땜납보다 융점이 낮은 저온계의 땜납을 사용하는 비교적 저온에서의 납땜에 의해 이 반도체 장치 자체를 기판에 접속한다는 온도 계층 접속법이 적용되고 있다.

상기 온도 계층 접속법에 있어서의 고온측이 땜납 접속에 있어서는 과거에는 Pb 땜납이 종종 사용되고 있었지만 Pb의 환경면에의 악영향을 염려하여 최근에는 Pb를 포함하지 않는 Pb 프리 땜납이 사용되는 경우가 많아지고 있다. 본 발명에 있어서 흥미있는 Pb 프리 땜납 재료로서, 예를 들면 일본 특허 공개 2002-254194호 공보(특허문헌 1)에 있어서 제안되어 있는 (a) Cu, Al, Au, Ag 등의 금속 또는 그들을 포함하는 합금으로 이루어지는 고융점 금속(또는 합금)볼과 (b) Sn 또는 In으로 이루어지는 저융점 금속볼의 혼합체를 포함하는 땜납 페이스트가 있다.

이 특허문헌 1에 기재된 땜납 페이스트를 사용하여 납땜을 행했을 경우 도 6(1)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 예를 들면 Sn으로 이루어지는 저융점 금속볼(51)과, 예를 들면 Cu로 이루어지는 고융점 금속볼(52)과 플럭스(도시 생략)를 포함하는 땜납 페이스트(53)가 가열되어서 반응하고, 땜납 후에는 도 6(2)에 나타내는 바와 같이 저융점 금속볼(51)로부터 유래되는 저융점 금속과 고융점 금속볼(52)로부터 유래되는 고융점 금속 사이에 형성되는 금속간 화합물을 통해서 복수개의 고융점 금속볼(52)이 연결된 상태에 있는 접속부(55)가 형성되고, 이 접속부(55)에 의해 접속 대상물(도시 생략)이 접속된 접속 구조가 얻어진다. 또한, 도 6(2)에 있어서 금속간 화합물이 생성되는 영역이 금속간 화합물 영역(54)으로서 도시되어 있다.

그러나 상기 땜납 페이스트를 사용하여 얻어진 접속 구조에 있어서 열 충격 등에 의해 발생하는 선팽창 계수차에 기인하는 뒤틀림에 의해 접속부 중에 응력이 부하되었을 경우 접속부에 크랙이 발생하고, 이 크랙에 의한 단선에 의해 저항값의 상승이나 접합 강도가 저하된다는 문제를 초대하는 경우가 있다. 이를 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 7에는 함께 Cu로 이루어지는 제 1 대상물(61) 및 제 2 접속 대상물(62)이 접속부(63)를 통해서 서로 접속된 접속 구조(60)가 모식적으로 나타내어져 있다. 접속부(63)의 형성에 사용된 땜납 페이스트는 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 Cu볼과 Sn볼과 플럭스를 포함하는 것이지만 가열되면 접속 대상물(61 및 62) 사이에 있어서 복수개의 Cu볼(64)이 Cu와 Sn 사이에 형성되는 Cu-Sn계의 금속간 화합물을 통해서 연결된 상태가 된다.

보다 상세하게는 Cu₃Sn층(65)이 태선으로 나타내는 바와 같이 접속부(63)와 접속 대상물(61 및 62)의 각각의 사이의 계면을 따르도록, 또한 Cu볼(64)을 둘러싸도록 형성된다. 또한, Cu볼(64)을 둘러싸도록 Cu₆Sn₅ 매트릭스(66)가 형성된다. 또한, 특히 고온 및 장시간 가열을 부여하지 않는 일반적인 가열 조건 하에서는 접속부(63) 중에 Sn볼로부터 유래되는 Sn 매트릭스(67)가 잔존한다.

그러나 도 7에 나타낸 접속 구조(60)에서는 열 충격 등에 의해 발생하는 선팽창 계수차에 기인하는 뒤틀림에 의해 접속부(63)에 응력이 부하되었을 경우 Cu₃Sn층(65) 및 Cu₆Sn₅ 매트릭스(66)라고 한 Cu-Sn계의 금속간 화합물의 내부나 Cu₃Sn층(65)끼리의 계면, Cu₆Sn₅ 매트릭스(66)끼리의 계면 또는 Cu₃Sn층(65)과 Cu₆Sn₅ 매트릭스(66)의 계면이라고 한 개소에 응력이 집중되기 쉽다. 또한, Cu-Sn계의 금속간 화합물은 그 자체로 단단하고 무른 기계적 성질을 갖는다. 이러한 점에서 상기와 같이 접속부(63) 중에 응력이 부하되었을 경우 접속부(63)에 크랙이 발생하기 쉽다는 문제를 초래하게 된다.

일본 특허 공개 2002-254194호 공보

따라서 본 발명의 목적은 열 충격 등에 의해서도 접합 강도에 대한 신뢰성이 저해되기 어려운 접속 구조를 제공하려는 것이다.

상기와 같이 특허문헌 1에 기재된 땜납 페이스트의 경우 납땜 공정에서 땜납 페이스트를 가열함으로써 고융점 금속과 저융점 금속 사이에서 금속간 화합물을 생성시키도록 하고 있지만, 예를 들면 고융점 금속으로서 Cu를 사용하고, 저융점 금속으로서 Sn을 사용했을 때에는 금속간 화합물로서는 구성 원소가 Cu와 Sn으로 이루어지는 Cu-Sn계의 금속간 화합물밖에 생성되지 않는다. 본건 발명자는 상기 크랙의 문제는 이와 같이 Cu-Sn계의 금속간 화합물밖에 생성되지 않는 것에 기인하는 것은 아닌지 추측하여 본 발명을 행하기에 이른 것이다.

본 발명은 간단하게 말하면 접속부에 있어서 여러 가지 금속간 화합물을 분산시킨 상태로 함으로써 금속간 화합물의 부분에 크랙이 발생하기 어렵게 하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서 저융점 금속으로서 Sn-Ag-Cu 등의 Sn 이외의 성분을 포함시킨 금속을 사용하는 경우에는 Ag-Sn계 등의 다른 구성 원소로 이루어지는 금속간 화합물도 생성될 수 있지만 그래도 Cu와 Sn의 반응이 우선적으로 일어나기 위해서 Cu-Sn계의 금속간 화합물 중에 조금만 다른 금속간 화합물이 존재하는 정도밖에 되지 않는다. 따라서 이 경우에도 크랙이 발생하기 쉽다는 문제를 반드시 회피할 수는 없다.

본 발명은 제 1 접속 대상물과 제 2 접속 대상물이 접속부를 통해서 접속된 접속 구조를 지향하는 것이며, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해서 다음과 같은 구성을 갖추는 것을 특징으로 하고 있다.

우선 접속부의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치(WDX)에 의해 분석했을 때 상기 접속부의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있는 것을 제 1 특징으로 하고 있다. 이들 금속간 화합물은 Sn계 금속과 Cu-M계 합금을 사용했을 경우에 필연적으로 생성되는 것이다.

또한, 접속부의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10격자씩 합계 100격자로 세분화했을 때에 1격자 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 격자를 제외한 나머지의 전체 격자 수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 이상 존재하는 격자 수의 비율(이하 「분산도」라고 칭하는 경우가 있음)이 70% 이상인 것을 제 2 특징으로 하고 있다.

상기 「Sn계 금속 성분만이 존재하는 격자를 제외한 나머지의 격자」란 바꿔 말하면 금속간 화합물이 존재하는 격자이다.

또한, 상기 「구성 원소가 다른 금속간 화합물」이란, 예를 들면 Cu-Mn-Sn 금속간 화합물과 Cu-Sn 금속간 화합물이라는 관계의 금속간 화합물이다. 예를 들면, Cu₆Sn₅와 Cu₃Sn은 구성 원소(즉, Cu와 Sn)가 서로 동일한 금속간 화합물이므로 1종류로 해서 계산한다. 또한, 상기 「2종류 이상」이란 상기 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 3종류의 금속간 화합물뿐만 아니라 그 이외의 금속간 화합물(예를 들면, Ag-Sn계 등)도 포함시켜서 계산한 2종류 이상이다.

접속부에는 Cu-M 합금 입자가 분산되어 있는 것이 바람직하다. Cu-M 합금 입자는 응력 완화 효과를 갖는다. 따라서 접속부에 의한 접속 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 접속부는 Sn계 금속 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하고, 만약 Sn계 금속 성분을 포함하는 경우에도 그 함유율은 30체적% 이하로 하는 것이 바람직하다. Sn계 금속 성분은, 예를 들면 300℃ 이상의 고온 환경하에 두어졌을 경우 재용융해서 유출되는 경우가 있을 수 있기 때문에 접속부의 내열성의 저하로 연결된다. 따라서 Sn계 금속 성분의 함유율이 30체적% 이하로 됨으로써 내열성이 향상되고, Sn계 금속 성분을 포함하지 않도록 함으로써 내열성을 보다 향상시킬 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 접속부의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계라는 3종류 이상의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한 접속부 내에 있어서의 금속간 화합물은 그 분산도가 70% 이상이라고 하는 것과 같이 양호하게 분산된 상태가 되어 있으므로 응력 집중이 발생하기 어려워진다. 따라서 열 충격 등에 의해 발생하는 선팽창 계수차에 기인하는 뒤틀림에 의해 접속부에 응력이 부하되었을 경우에도 크랙이 생기기 어려워지고, 그 때문에 저항값 상승이나 접합 강도 저하라는 문제를 발생시키기 어렵게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 접속 구조(1) 및 이 접속 구조(1)를 얻기 위한 과정을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 접속 구조(11) 및 이 접속 구조(11)를 얻기 위한 과정을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 실험예에 있어서 제작한 접속 구조를 갖는 적층 세라믹 콘덴서(24)의 실장 상태를 나타내는 정면도이다.
도 4는 실험예에 있어서 채용한 리플로우 프로파일링을 나타내는 도면이다.
도 5는 실험예에 있어서 제작한 시료 3에 관한 접합 구조를 촬영한 확대 사진을 나타낸다.
도 6은 특허문헌 1에 기재된 땜납 페이스트(53)를 사용하여 납땜을 행하는 경우의 땜납의 거동을 나타내는 도면이고, 도 6(1)은 가열 전의 상태를 나타내는 도면, 도 6(2)는 납땜 공정 종료 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 특허문헌 1에 기재된 땜납 페이스트의 문제점을 설명하기 위한 것으로서, Cu로 이루어지는 제 1 접속 대상물(61) 및 제 2 접속 대상물(62)이 접속부(63)를 통해서 서로 접속된 접속 구조(60)를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

[제 1 실시형태]

도 1을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 접속 구조(1)에 대해서 설명한다. 도 1(1) 및 동(2)의 과정을 거쳐서 도 1(3)에 나타낸 접속 구조(1)가 얻어진다. 접속 구조(1)는 도 1(3)에 나타내는 바와 같이 제 1 접속 대상물(2)과 제 2 접속 대상물(3)이 접속부(4)를 통해서 접속된 구조를 갖고 있다.

접속 구조(1)를 얻기 위해서 우선 도 1(1)에 나타내는 바와 같이 제 1 접속 대상물(2) 및 제 2 접속 대상물(3) 사이에 땜납 페이스트(5)가 부여된다. 땜납 페이스트(5)는 Sn계 금속으로 이루어지는 저융점 금속 분말(6)과 Sn계 금속보다 융점이 높은 Cu계 금속으로 이루어지는 고융점 금속 분말(7)로 이루어지는 금속 성분을 포함함과 아울러 플럭스(8)를 포함한다.

Sn계 금속은 Sn 단체이거나 또는 Sn을 70중량% 이상, 바람직하게는 85중량% 이상 포함하는 합금이다. 보다 구체적으로는 Sn계 금속은 Sn 단체 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te 및 P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. Sn계 금속이 이와 같은 조성으로 선택됨으로써 Cu계 금속과의 사이에서 금속간 화합물을 형성하기 쉽게 할 수 있다.

한편, Cu계 금속은 땜납 페이스트(5)의 가열 용융에 의해 바람직하게는 상기 Sn계 금속과의 조합으로 310℃ 이상의 융점을 나타내는 금속간 화합물을 생성할 수 있는 것이며, 예를 들면 Cu-Mn 합금 또는 Cu-Ni 합금인 것이 바람직하다. Cu계 금속이 Cu-Mn 합금인 경우 상기 합금을 차지하는 Mn의 비율은 10~15중량%인 것이 바람직하고, Cu계 금속이 Cu-Ni 합금인 경우 상기 합금을 차지하는 Ni의 비율은 10~15중량%인 것이 바람직하다.

Cu계 금속이 상기와 같은 조성으로 선택됨으로써 보다 저온, 또한 단시간에 Sn계 금속과의 사이에서 금속간 화합물을 형성하기 쉽게 할 수 있고, 또한 그 후에 실시될 수 있는 리플로우 공정에서도 용융되지 않도록 할 수 있다.

Cu계 금속에는 Sn계 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 저융점 금속 분말(6) 및 고융점 금속 분말(7) 중의 산소 농도는 2000ppm 이하인 것이 바람직하고, 특히 10~1000ppm인 것이 바람직하다.

또한, Cu계 금속은 저융점 금속 분말(6)의 주위에 최초로 생성되는 금속간 화합물의 격자 정수와 상기 Cu계 금속의 격자 정수차가 50% 이상인 금속 또는 합금인 것이 바람직하다. 상기 격자 정수차란 하기 식으로 나타내어지는 바와 같이 금속간 화합물의 격자 정수로부터 Cu계 금속의 격자 정수를 차감한 값을 Cu계 금속의 격자 정수로 나눈 수치의 절대값을 100배로 한 수치(%)이다. 즉 이 격자 정수차는 Cu계 금속과의 계면에 최초로 생성되는 금속간 화합물의 격자 정수가 Cu계 금속의 격자 정수에 대해서 얼마만큼의 차가 있는지를 나타내는 것이며, 어느 격자 정수가 큰지를 묻는 것은 아니다.

격자 정수차는

격자 정수차(%)={｜(금속간 화합물의 격자 정수-Cu계 금속의 격자 정수)｜/Cu계 금속의 격자 정수}×100

이라는 식으로 나타내어진다.

땜납 페이스트(5)에는 플럭스(8)를 포함하는 것이 바람직하다. 플럭스(8)는 접속 대상물이나 금속 분말의 표면의 산화 피막을 제거하는 기능을 한다. 단, 땜납 페이스트(5)는 반드시 플럭스(8)를 포함하는 것을 필요로 하는 것은 아니고, 플럭스(8)를 필요로 하지 않는 접속법에도 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 가압하면서 가열하는 방법이나 강환원성 분위기에서 가열하는 방법 등에 의해서도 접속 대상물이나 금속 분말의 표면의 산화 피막을 제거하여 신뢰성이 높은 접속을 가능하게 할 수 있다. 또한, 플럭스(8)를 포함하는 경우에는 땜납 페이스트(5) 전체에 대해서 7~15중량%의 비율로 포함하는 것이 바람직하다.

땜납 페이스트(5)에 포함되는 플럭스(8)로서는 비히클, 용제, 칙소제, 활성제 등을 포함하는 공지의 것을 사용할 수 있다.

비히클의 구체적인 예로서는 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지, 합성 수지 또는 이들의 혼합체 등을 들 수 있다. 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지의 구체적인 예로서는 검 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, 기타 각종 로진 유도체 등을 들 수 있다. 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, 용제로서는 알코올, 케톤, 에스테르, 에테르, 방향족계, 탄화수소류 등이 알려져 있고, 구체적인 예로서는 벤질알코올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 글리세린, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 벤조산 부틸, 아디프산 디에틸, 도데칸, 테트라데센, α-테르피네올, 테르피네올, 2-메틸2,4-펜탄디올, 2-에틸헥산디올, 톨루엔, 크실렌, 프로필렌글리콜모노페닐에테르, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디이소부틸아디페이트, 헥실렌글리콜, 시클로헥산디메탄올, 2-테르피닐옥시에탄올, 2-디히드로테르피닐옥시에탄올, 그들을 혼합한 것 등을 들 수 있다.

또한, 칙소제의 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, 베헨산과 같은 지방산, 1,2-히드록시스테아르산과 같은 히드록시 지방산, 산화 방지제, 계면활성제, 아민류 등을 첨가한 것도 칙소제로서 사용할 수 있다.

또한, 활성제로서는 아민의 할로겐화 수소산염, 유기 할로겐 화합물, 유기산, 유기 아민, 다가 알코올 등이 예시된다.

활성제로서의 상기 아민의 할로겐화 수소산염의 구체적인 것으로서 디페닐구아니딘 브롬화 수소산염, 디페닐구아니딘 염산염, 시클로헥실아민 브롬화 수소산염, 에틸아민 염산염, 에틸아민 브롬화 수소산염, 디에틸아닐린 브롬화 수소산염, 디에틸아닐린 염산염, 트리에탄올아민 브롬화 수소산염, 모노에탄올아민 브롬화 수소산염 등이 예시된다.

활성제로서의 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, 활성제로서의 유기산의 구체적인 예로서 말론산, 푸말산, 글리콜산, 시트르산, 말산, 숙신산, 페닐숙신산, 말레산, 살리실산, 안트라닐산, 글루타르산, 수베르산, 아디프산, 세바스산, 스테아르산, 아비에트산, 벤조산, 트리멜리트산, 피로멜리트산, 도데칸산 등이 있고, 또한 유기 아민의 구체적인 것으로서 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 아닐린, 디에틸아닐린 등을 들 수 있다.

또한, 활성제로서의 다가 알코올로서는 에리스리톨, 피로갈롤, 리비톨 등이 예시된다.

또한, 플럭스(8)로서 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지 또는 그 변성 수지, 아크릴 수지로 이루어지는 열경화성 수지군으로부터 선택되는 적어도 1종 또는 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스계 수지로 이루어지는 열가소성 수지군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 사용해도 좋다.

이어서 도 1(1)에 나타낸 상태에서 땜납 페이스트(5)가 가열되고, 저융점 금속 분말(6)을 구성하는 Sn계 금속의 융점 이상의 온도에 도달하면 저융점 금속 분말(6)이 용융되고, 도 1(2)에 나타내는 바와 같이 분말로서의 형태를 잃는다.

그 후 가열이 더 계속되면 Sn계 금속이 고융점 금속 분말(7)을 구성하는 Cu계 금속과의 사이에서 금속간 화합물을 생성한다. 도 1(3)에 있어서 금속간 화합물이 생성된 영역이 금속간 화합물 영역(9)으로서 도시되어 있다. 접속 대상물(2) 및 접속 대상물(3)도 Cu계 금속으로 구성되어 있는 경우에는 Sn계 금속이 접속 대상물(2) 및 접속 대상물(3)을 구성하는 Cu계 금속과의 사이에서도 금속간 화합물을 생성한다.

상기와 같이 금속간 화합물을 생성한 접속부(4)의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치(WDX)에 의해 분석했을 때 상기 접속부(4)의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있는 것 및 접속부(4)의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10격자씩 합계 100격자로 세분화했을 때에 1격자 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 격자를 제외한 나머지의 전체 격자수, 즉 금속간 화합물이 존재하는 전체 격자수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 이상 존재하는 격자수의 비율(분산도)이 70% 이상인 것이 본 발명의 특징적 구성이다.

상기와 같이 접속부(4)의 단면에 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계라는 3종류 이상의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한 접속부(4) 내에 있어서의 금속간 화합물이 분산도 70% 이상이라는 것과 같이 양호하게 분산된 상태가 되어 있으면 응력 집중이 생기기 어려워지게 되고, 후술하는 실험예로부터 명백한 바와 같이 열 충격 등에 의해 발생하는 선팽창 계수차에 기인하는 뒤틀림에 의해 접속부(4)에 응력이 부하되었을 경우에도 크랙이 생기기 어려워지며, 그 때문에 저항값 상승이나 접합 강도 저하라는 문제를 발생하기 어렵게 할 수 있다.

접속부(4)에는 상기 금속간 화합물 이외에 영률이 비교적 낮은 Cu-Mn이나 Cu-Ni라는 Cu-M 합금 입자가 분산되어 있는 것이 바람직하다. Cu-M 합금 입자는 고융점 금속 분말(7)로부터 유래된다. 이와 같이 Cu-M 합금 입자가 분산되어 있으면 이들 Cu-M 합금 입자가 갖는 응력 완화 효과에 의해 접속부(4)에 있어서의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

금속간 화합물이 보다 생성되기 쉽게 하기 위해서는 고융점 금속 분말(7)과 Sn계 금속의 접촉 확률을 보다 높게 하면 좋고, 그러기 위해서 고융점 금속 분말(7)은 비표면적이 0.05㎡·g^-1 이상인 것이 바람직하다. 또한, 저융점 금속 분말(6) 중 적어도 일부가 고융점 금속 분말(7)의 주위에 코팅되어 있는 것도 금속간 화합물의 생성을 보다 용이하게 한다.

접속부(4)의 내열성의 향상을 위해서는 접속부(4)는 Sn계 금속 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하고, 만약 Sn계 금속 성분을 포함하는 경우에도 그 함유율은 30체적% 이하로 하는 것이 바람직하다. Sn계 금속 성분은, 예를 들면 300℃ 이상의 고온 환경하에 두어졌을 경우 재용융해서 유출되는 경우가 있을 수 있기 때문에 접속부(4)의 내열성의 저하로 연결된다. 따라서 Sn계 금속 성분의 함유율이 30체적% 이하로 됨으로써 내열성이 향상되고, Sn계 금속 성분을 포함하지 않도록 함으로써 내열성을 보다 향상시킬 수 있다. 이와 같은 Sn계 금속 성분의 함유율의 저감을 위해서 격자 정수가 관계된다.

상기와 같이 이 실시형태에 있어서 사용되는 Cu계 금속의 격자 정수가 저융점 금속 분말(6)의 주위에 최초로 생성되는 금속간 화합물의 격자 정수와의 사이에서 50% 이상의 격자 정수차를 갖고 있으면 저융점 금속 분말(6)을 구성하는 Sn계 금속의 용융체 중에서 금속간 화합물(8)이 박리·분산되면서 반응을 반복하고, 금속간 화합물의 생성이 신속하게 진행하여 단시간 중에 Sn계 금속 성분의 함유량을 충분하게 저감시킬 수 있다.

상기에 관련해서 땜납 페이스트(5)에 포함되는 금속 성분 중에 차지하는 고융점 금속 분말(6)의 비율을 30체적% 이상으로 하면 접속부(4)에 있어서의 Sn계 금속 성분의 잔류 비율을 저감시키는 데에도 효과적이다.

접속부(4)의 내열성이 향상되면, 예를 들면 반도체 장치를 제조할 때에 납땜을 행하는 공정을 거쳐서 반도체 장치를 제조한 후 그 반도체 장치를 리플로우 납땜의 방법으로 기판에 실장하는 것과 같은 경우에도 앞선 납땜에 의해 얻어진 납땜 부분을 내열 강도가 우수한 것으로 할 수 있고, 리플로우 납땜 공정에서 재용융되어버리는 일 없이 신뢰성이 높은 실장을 행할 수 있다.

또한, 땜납은 상기와 같은 페이스트의 형태가 아니라, 예를 들면 판상의 고체 형태이어도 좋다.

[제 2 실시형태]

도 2를 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 접속 구조(11)에 대해서 설명한다. 도 2(1) 및 동 (2)의 과정을 거쳐서 도 2(3)에 나타낸 접속 구조(11)가 얻어진다. 접속 구조(11)는 도 2(3)에 나타내는 바와 같이 제 1 접속 대상물(12)과 제 2 접속 대상물(13)이 접속부(14)를 통해서 접속된 구조를 갖고 있다.

제 2 실시형태에서는 우선 제 1 접속 대상물(12) 및 제 2 접속 대상물(13)의 적어도 표면이 Cu계 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, Cu계 금속으로서는 상기 제 1 실시형태에 있어서 설명한 Cu계 금속과 같은 것을 사용할 수 있다.

또한, 제 2 실시형태에서는 도 2(1)에 나타낸 제 1 접속 대상물(12) 및 제 2 접속 대상물(13) 사이에 부여되는 땜납 페이스트(15)가 Sn계 금속으로 이루어지는 저융점 금속 분말(16)과 플럭스(17)를 포함하지만 금속 성분으로서는 저융점 금속 분말(16)만을 포함하고 있으면 충분한 것을 특징으로 하고 있다. 또한, Sn계 금속으로서는 상기 제 1 실시형태에 있어서 설명한 Sn계 금속과 같은 것을 사용할 수 있다.

접속 구조(11)를 얻기 위해서 우선 도 2(1)에 나타내는 바와 같이 제 1 접속 대상물(12) 및 제 2 접속 대상물(13) 사이에 땜납 페이스트(15)가 부여된다.

이어서 도 2(1)에 나타낸 상태로 땜납 페이스트(15)가 가열되고, 저융점 금속 분말(16)을 구성하는 Sn계 금속의 융점 이상의 온도에 도달하면 도 2(2)에 나타내는 땜납 페이스트(15)의 상태로부터 알 수 있는 바와 같이 저융점 금속 분말(16)이 용융된다.

그 후 가열이 더 계속되면 땜납 페이스트(15) 중의 Sn계 금속이 제 1 접속 대상물(12) 및 제 2 접속 대상물(13)의 적어도 표면 상에 존재하는 Cu계 금속과의 사이에서 금속간 화합물을 생성한다. 도 2(3)에 나타낸 접속부(14)에 있어서 이와 같은 금속간 화합물이 존재하고 있다.

제 2 실시형태에 있어서도 금속간 화합물을 생성한 접속부(14)의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치에 의해 분석했을 때 상기 접속부(14)의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있다. 또한, 접속부(14)의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10격자씩 합계 100격자로 세분화했을 때에 1격자 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 격자를 제외한 나머지의 전 격자수, 즉 금속간 화합물이 존재하는 전 격자수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 이상 존재하는 격자수의 비율이 70% 이상이다.

따라서 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 응력 집중이 생기기 어려워지고, 열 충격 등에 의해 발생하는 선팽창 계수차에 기인하는 뒤틀림에 의해 접속부(14)에 응력이 부하되었을 경우에도 크랙이 생기기 어려워져서 그 때문에 저항값 상승이나 접합 강도 저하라는 문제를 생기기 어렵게 할 수 있다.

또한, 제 2 실시형태의 경우로서, 땜납 페이스트(15)가 Cu계 금속으로 이루어지는 고융점 금속 분말을 포함하지 않는 경우에는 접속부(14)에 있어서 Cu-Mn이나 Cu-Ni라는 Cu-M 합금 입자가 분산되는 일은 없다.

또한, 제 2 실시형태에 있어서도 땜납은 상기와 같은 페이스트의 형태가 아니라, 예를 들면 판상의 고체 형태이어도 좋다.

이어서 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 실시한 실험예에 대해서 기재한다. 또한, 실험예는 제 1 실시형태에 의거하여 실시한 것이다.

(실험예 1)

이 실험예 1에서는 표 1에 나타내는 「Sn계 금속 성분」을 갖는 저융점 금속 분말과 마찬가지로 「Cu계 금속 성분」을 갖는 고융점 금속 분말과 플럭스를 혼합 함으로써 땜납 페이스트를 제작했다.

상기 Sn계 금속 성분과 상기 Cu계 금속 성분의 배합비는 저융점 금속 분말/고융점 금속 분말의 체적비로 60/40이 되도록 조정했다.

또한, 플럭스로서는 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%, 트리에탄올아민: 2중량% 및 수소 첨가 피마자유: 2중량%의 배합 비율인 것을 사용했다. 또한, 플럭스의 배합 비율은 땜납 페이스트 전체에 차지하는 플럭스의 비율로 10중량%가 되도록 했다.

한편, 도 3에 나타내는 바와 같이 0.7㎜×0.4㎜의 Cu 랜드(21)를 갖는 프린트 기판(22)을 준비함과 아울러 Cu를 주성분으로 하는 외부 전극(23)을 갖는 길이 1㎜, 폭 0.5㎜ 및 두께 0.5㎜의 치수의 적층 세라믹 콘덴서(24)를 준비했다.

이어서 Cu 랜드(21) 상에 땜납 페이스트(25)를 100㎛의 두께로 도포한 후 적층 세라믹 콘덴서(24)를 프린트 기판(22) 상에 마운팅했다.

이어서 리플로우 장치를 사용하여 도 4에 나타낸 리플로우 프로파일에서 Cu 랜드(21)와 외부 전극(23)을 땜납했다.

이와 같이 해서 제작된 시료에 관해서 표 1에는 상기 「Sn계 금속 성분」 및 「Cu계 금속 성분」의 각 조성에 더해서 「Cu계 금속 성분」의 「격자 정수」, 「최초로 생성되는 금속간 화합물」의 「조성」 및 「격자 정수」 및 「격자 정수차」가 나타내어져 있다.

「최초로 생성되는 금속간 화합물」이란 땜납 페이스트 중의 Sn계 금속 성분과 Cu계 금속으로 이루어지는 고융점 금속 분말과의 계면, Cu 랜드와의 계면 또는 적층 세라믹 콘덴서의 외부 전극과의 계면에 있어서 최초로 생성되는 금속간 화합물이며, 접속부의 단면을 FE-WDX로 매핑 분석함으로써 확인했다. 「격자 정수」는 a축을 기준으로 해서 구한 것이다. 「격자 정수차」는 상기 식에 의해 구한 것이다.

또한, 표 1에 있어서 접속부에 생성되는 금속간 화합물의 대표예가 「접속부에 생성되는 금속간 화합물 예」의 란에 나타내어져 있다. 따라서 접속부에는 표 1에 기재한 것 이외의 금속간 화합물도 생성될 수 있다. 접속부에 생성되는 금속간 화합물에 대해서도 접속부의 단면을 FE-WDX로 매핑 분석함으로써 확인했다.

또한, 표 2에는 「분산도」, 「크랙 유무」, 「전기 저항 변화율」, 「접합 강도」, 「잔류 성분 평가」 및 「유출 평가」의 각 결과가 나타내어져 있다.

「분산도」는 이하와 같은 순서로 구했다.

(1) 접속부의 단면 사진에 있어서 접속부를 세로와 가로로 균등하게 10격자씩 합계 100격자로 세분화했다.

(2) 1격자분 중에 금속간 화합물이 2종류 이상 존재하는 격자수를 계산했다.

(3) 세분화된 100격자 중에서 금속간 화합물이 존재하지 않는 격자가 있으면 그를 제외한 나머지의 격자수를 전체 격자수로 하고, (2)에 있어서 금속간 화합물이 2종류 이상 존재하는 격자수를 전체 격자수로 나누어서 100을 곱한 값을 분산도(D1)(%)로 했다.

분산도(D1)에 대해서는 70% 이상을 「◎」(우수)라고 판정하고, 70% 미만을 「×」(불량)라고 판정했다.

「크랙 유무」는 얻어진 시료에 대해서 -40℃와 +85℃의 각각의 온도 조건에서 각각 30분간 유지하는 사이클을 1000회까지 부여하는 열 충격 시험을 실시한 후 접속부의 단면 관찰을 행함으로써 크랙의 발생의 유무를 확인한 것이다.

「전기 저항 변화율」에 대해서는 상기 열 충격 시험의 전후 각각에서의 시료의 전기 저항값을 측정하고, 열 충격 시험 전후에서의 전기 저항값의 변화율을 구한 것이다. 전기 저항 변화율이 30% 이하인 것을 「◎」(우수)라고 판정하고, 30%를 초과하는 것을 「×」(불량)라고 판정했다.

「접합 강도」에 대해서는 상기 열 충격 시험의 전후 각각에 있어서 프린트 기판 상의 적층 세라믹 콘덴서에 관한 시어 강도를 본딩 테스터를 사용하여 측정했다. 시어 강도의 측정은 횡압 속도 0.1㎜/초로 행했다. 시어 강도가 10N㎜^-2 이상인 것을 「◎」(우수)라고 판정하고, 10N㎜^-2보다 작은 것을 「×」(불량)라고 판정했다.

「잔류 성분 평가」에 있어서는 얻어진 시료에 있어서의 접속부를 약 7㎎ 잘라내고, 측정 온도 30℃~300℃, 승온 속도 5℃/분, N₂ 분위기, 레퍼런스 Al₂O₃의 조건에서 시차 주사 열량 측정(DSC 측정)을 실시했다. 얻어진 DSC 차트의 Sn계 금속 성분의 용융 온도에 있어서의 용융 흡열 피크의 흡열량으로부터 잔류한 Sn계 금속 성분량을 정량화했다. 그리고 이 Sn계 금속 성분량으로부터 금속 성분체에 대한 Sn계 금속 성분의 비율을 잔류 Sn계 금속 성분율로서 구했다. 잔류 Sn계 금속 성분율이 0~3체적%인 경우를 「◎」(우수)라고 판정하고, 3체적%를 초과하고 또한 30체적% 이하인 경우를 「○」(양호)라고 판정하고, 30체적%보다 큰 경우를 「×」(불량)라고 판정했다.

「유출 평가」에 있어서는 얻어진 시료에 대해서 프린트 기판을 에폭시 수지로 밀봉해서 상대 습도 85%의 환경에 방치하고, 피크 온도 260℃의 리플로우 조건에서 가열하고, 땜납이 유출된 시료의 비율을 구하여 이를 유출 불량률이라고 했다. 유출 불량률이 0~10%인 경우를 「◎」(우수)라고 판정하고, 10%를 초과하고 또한 50% 이하인 경우를 「○」(양호)라고 판정하고, 50%보다 큰 경우를 「×」(불량)라고 판정했다.

표 1 및 표 2에 있어서 시료 18~21은 본 발명의 범위 외의 비교예이다.

본 발명의 범위 내의 시료 1~17에서는 표 1의 「접속부에 생성되는 금속간 화합물 예」로부터 알 수 있는 바와 같이 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한 표 2의 「분산도」에 대해서는 「D1」이 70% 이상인 값을 나타냈다.

그 결과 시료 1~17에서는 표 2에 나타내는 바와 같이 「크랙 유무」에 대해서는 크랙의 발생이 보이지 않고, 「전기 저항 변화율」에 대해서는 0%이며, 「접합 강도」에 대해서는 「열 충격 전」 및 「열 충격 후」 중 어느 것에 있어서도 27N㎜^-2 이상이 되고, 높은 내열 충격성을 갖는 것을 알았다.

이들에 대해서 본 발명의 범위 외의 시료 18 및 19에서는 표 2의 「분산도」에 대해서는 「D1」이 70%를 대폭으로 밑돌았다. 또한, 본 발명의 범위 외의 시료20 및 21에서는 표 1의 「접속부에 생성되는 금속간 화합물 예」로부터 알 수 있는 바와 같이 적어도 Cu-Sn계, M-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있었지만 표 2의「분산도」에 대해서는 「D1」이 70% 미만이었다.

그 결과 시료 18~21에서는 표 2에 나타내는 바와 같이 Sn계 및 Cu 「분산도」에 대해서 「크랙 유무」에 대해서는 크랙의 발생이 확인되고, 「전기 저항 변화율」에 대해서는 100%가 되며, 「접합 강도」에 대해서는 「열 충격 후」에 있어서 10N㎜^-2 미만이 되었다.

이상으로부터 본 발명의 범위 내의 시료 1~17에 있어서 높은 내열 충격성을 나타낸 것은 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 높은 분산도를 갖고 생성했기 때문이며, 이 경우에는 시료 18~21과 같이 금속간 화합물이 단지 부분적으로 생성되었을 경우와 비교하여 열 충격 등에서 발생하는 응력이 일부에 집중되기 어렵고, 분산 완화된다고 추측된다.

여기서 「최초로 생성되는 금속간 화합물」이 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물을 포함하는 것과 「분산도(D1)」가 70% 이상인 것이 특히 중요하다. 시료 1~17과 같이 Sn계 금속 성분으로서 Sn이 100%의 금속 Sn 또는 Sn이 70중량% 이상인 Sn 합금을 사용하고, Cu계 금속 성분으로서 Cu-M을 포함하는 것을 사용하면 양자가 반응하하여 「최초로 생성되는 금속간 화합물」이 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물을 포함하게 된다. 이 Cu-M-Sn계 금속간 화합물은 Cu-M계 합금과의 사이에서의 격자 정수차가 크기 때문에 Sn계 금속 중에서 Cu-M계 합금 부분으로부터 용이하게 박리되어서 분산되고, 박리에 의해 새롭게 노출된 Cu-M계 합금 부분과 Sn계 금속이 반응한다는 프로세스가 빈번하고, 또한 신속하게 반복된다. 그 결과 「분산도(D1)」가 70% 이상인 접속 구조가 얻어진다.

또한, 시료 1~17에서는 표 1의 「Cu계 금속 성분」으로부터 알 수 있는 바와 같이 땜납 페이스트 중의 고융점 금속 분말에 유래하는 영률이 낮은 Cu-Ni 및/또는 Cu-Mn 합금 입자를 포함하고, 이들 합금 입자가 접속부에 분산되어 있으므로 이것이 응력 완화 효과를 초래하고, 이에 의해서도 내열 충격성의 향상을 도모할 수 있는 것이라고 고려된다.

또한, 시료 1~17과 같이 금속간 화합물의 생성 및 박리가 빈번하고, 또한 신속에 반복되면 표 2의 「잔류 성분 평가」로부터 알 수 있는 바와 같이 「잔류 Sn계 금속 성분율」을 30체적% 이하, 보다 특정적으로는 15체적% 이하로 할 수 있었다. 이 「잔류 Sn계 금속 성분율」의 저감은 접속부의 내열강도의 향상으로 이어진다. 따라서 시료 1~17에 의하면 「유출 불량률」을 50% 이하, 보다 특정적으로는 10% 이하로 억제할 수 있었다.

이들에 대해서 시료 18~21에서는 「잔류 Sn계 금속 성분율」이 30체적%를 초과하고, 따라서 「유출 불량률」이 50%를 초과했다.

또한, 도 5는 실험예 1에 있어서 제작한 시료 3에 관한 접합 구조를 촬영한 확대 사진을 나타낸다. 도 5에 있어서 프린트 기판 상의 Cu 랜드가 사진의 하변을 따라 위치하고 있고, 그 위에 접속부의 단면 구조가 나타내어져 있다. 접속부에는 적어도 CuMnSn계 금속간 화합물, MnSn계 금속간 화합물 및 CuSn계 금속간 화합물이 존재하는 매트릭스 내에 고융점 금속 분말로서의 복수의 Cu-Mn 입자가 분포되어 있는 상태가 관찰될 수 있다.

(실험예 2)

이 실험예 2에서는 표 3에 나타내는 바와 같이 「Sn계 금속 성분」을 「Sn-3Ag-0.5Cu」로 고정하면서 「Sn계 금속 성분」과 「Cu계 금속 성분」의 비율을 바꾸고, 실험예 1의 경우와 마찬가지의 조작을 실시해서 시료를 제작하고, 마찬가지의 평가를 행했다.

표 3에 있어서 시료 41~46은 본 발명의 범위 외의 비교예이다.

본 발명의 범위 내의 시료 31~40에서는 「접속부에 생성되는 금속간 화합물 예」로부터 알 수 있는 바와 같이 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한 「분산도」에 대해서는 적어도 「D1」에서는 70% 이상의 값을 나타냈다.

그 결과 시료 31~40에서는 「크랙 유무」에 대해서는 크랙의 발생이 보이지 않고, 「전기 저항 변화율」에 대해서는 0%이며, 「접합 강도」에 대해서는 「열 충격 전」 및 「열 충격 후」 중 어느 것에 있어서도 25N㎜^-2 이상이 되고, 높은 내열 충격성을 갖는 것을 알았다.

이들에 대해서 본 발명의 범위 외의 시료 41~46에서는 표 2의 「분산도」에 대해서는 「D1」이 70%를 대폭으로 밑돌았다.

그 결과 시료 41~46에서는 「크랙 유무」에 대해서는 크랙의 발생이 확인되고, 「전기 저항 변화율」에 대해서는 100%가 되고, 「접합 강도」에 대해서는 「열 충격 후」에 있어서 10N㎜^-2 미만이 되었다.

또한, 시료 31~40에서는 「Cu계 금속 성분 비율」의 란에 기재되는 것과 같이 땜납 페이스트 중의 고융점 금속 분말로서 영률이 낮은 Cu-Mn 또는 Cu-Ni 합금 입자를 사용했으므로 이것이 응력 완화 효과를 초래하고, 이에 의해서도 내열충격성의 향상을 도모할 수 있는 것이라고 고려된다.

또한, 시료 31~40에서는 「잔류 Sn계 금속 성분율」을 30체적% 이하로 할 수 있고, 따라서 「유출 불량률」을 50% 이하로 억제할 수 있었다.

이들에 대해서 시료 41~46에서는 「잔류 Sn계 금속 성분율」이 30체적%를 초과하고, 따라서 「유출 불량률」이 50%를 초과했다.

또한, 시료 31~40 사이에서 비교하면 「Sn계 금속 성분」의 비율이 늘수록 「잔류 Sn계 금속 성분율」이 높아지게 되고, 따라서 「유출 불량률」이 높아지게 되는 경향을 발견할 수 있다.

(실험예 3)

이 실험예 3에서는 표 4에 나타내는 바와 같이 「Sn계 금속 성분」을 「Sn-3Ag-0.5Cu」로 고정하고, 또한 「Sn계 금속 성분」/「Cu계 금속 성분」의 체적비를 60/40으로 고정하면서 「Cu계 금속 성분」의 조성을 바꾸고, 실험예 1의 경우와 마찬가지의 조작을 실시해서 시료를 제작하고, 마찬가지의 평가를 행했다.

표 4에 있어서 시료 60은 본 발명의 범위 외의 비교예이다.

본 발명의 범위 내의 시료 51~59에서는 「접속부에 생성되는 금속간 화합물 예」로부터 알 수 있는 바와 같이 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한 「분산도」에 대해서는 적어도 「D1」에서는 70% 이상의 값을 나타냈다.

그 결과 시료 51~59에서는 「크랙 유무」에 대해서는 크랙의 발생이 보이지 않고, 「전기 저항 변화율」에 대해서는 0%이며, 「접합 강도」에 대해서는 「열 충격 전」 및 「열 충격 후」 중 어느 것에 있어서도 25N㎜^-2를 초과하고, 높은 내열 충격성을 갖는 것을 알았다.

이들에 대해서 본 발명의 범위 외의 시료 60에서는 표 2의 「분산도」에 대해서는 「D1」이 70%를 대폭으로 밑돌았다.

그 결과 시료 60에서는 「크랙 유무」에 대해서는 크랙의 발생이 확인되고, 「전기 저항 변화율」에 대해서는 100%가 되며, 「접합 강도」에 대해서는 「열 충격 후」에 있어서 10N㎜^-2 미만이 되었다.

또한, 시료 51~59에서는 「Cu계 금속 성분」의 란에 기재되는 것과 같이 땜납 페이스트 중의 고융점 금속 분말로서 영률이 낮은 Cu-Mn 또는 Cu-Ni 합금 입자를 사용했으므로 이것이 응력 완화 효과를 초래하고, 이에 의해서도 내열충격성의 향상을 도모할 수 있는 것이라고 고려된다.

또한, 시료 51~59에서는 「잔류 Sn계 금속 성분율」을 30체적% 이하로 할 수 있고, 따라서 「유출 불량률」을 50% 이하로 억제할 수 있었다.

이들에 대해서 시료 60에서는 「잔류 Sn계 금속 성분율」이 30체적%를 초과하고, 따라서 「유출 불량률」이 50%을 초과했다.

1, 11 : 접속 구조 2, 3, 12, 13 : 접속 대상물
4, 14 : 접속부 5, 15, 25 : 땜납 페이스트
6, 16 : 저융점 금속 분말 7 : 고융점 금속 분말
8, 17 : 플럭스 21 : Cu 랜드
22 : 프린트 기판 23 : 외부 전극
24 : 적층 세라믹 콘덴서

Claims

제 1 접속 대상물과 제 2 접속 대상물이 접속부를 통해서 접속된 접속 구조로서,
상기 접속부의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치(WDX)에 의해 분석했을 때 상기 접속부의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한
상기 접속부의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10격자씩 합계 100격자로 세분화했을 때에 1격자 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 격자를 제외한 나머지의 전체 격자수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 이상 존재하는 격자수의 비율은 70% 이상이며,
상기 접속부는 Sn계 금속 성분을 30체적% 이하 포함하는 접속 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 접속부에는 Cu-M 합금 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 접속 구조.
제 1 접속 대상물과 제 2 접속 대상물이 접속부를 통해서 접속된 접속 구조로서,
상기 접속부의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치(WDX)에 의해 분석했을 때 상기 접속부의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및/또는 Mn) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한
상기 접속부의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10격자씩 합계 100격자로 세분화했을 때에 1격자 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 격자를 제외한 나머지의 전체 격자수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 이상 존재하는 격자수의 비율은 70% 이상이며,
상기 접속부는 Sn계 금속 성분을 포함하지 않는 접속 구조.
제 3 항에 있어서,
상기 접속부에는 Cu-M 합금 입자가 분산되어 있는 접속 구조.