TWI461252B - A bonding method, a bonding structure, an electronic device, an electronic device manufacturing method, and an electronic component - Google Patents

A bonding method, a bonding structure, an electronic device, an electronic device manufacturing method, and an electronic component Download PDF

Info

Publication number
TWI461252B
TWI461252B TW100147807A TW100147807A TWI461252B TW I461252 B TWI461252 B TW I461252B TW 100147807 A TW100147807 A TW 100147807A TW 100147807 A TW100147807 A TW 100147807A TW I461252 B TWI461252 B TW I461252B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
metal
melting point
metal member
alloy
bonding
Prior art date
Application number
TW100147807A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201233485A (en
Inventor
Kosuke Nakano
Hidekiyo Takaoka
Original Assignee
Murata Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co filed Critical Murata Manufacturing Co
Publication of TW201233485A publication Critical patent/TW201233485A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI461252B publication Critical patent/TWI461252B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0233—Sheets, foils
    • B23K35/0238—Sheets, foils layered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0016—Brazing of electronic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • C22C13/02—Alloys based on tin with antimony or bismuth as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3463—Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/42—Printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/02—Fillers; Particles; Fibers; Reinforcement materials
    • H05K2201/0203—Fillers and particles
    • H05K2201/0263—Details about a collection of particles
    • H05K2201/0272—Mixed conductive particles, i.e. using different conductive particles, e.g. differing in shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Description

接合方法、接合構造、電子裝置、電子裝置之製造方法及電子零件
本發明係關於一種接合方法、接合構造、電子裝置、電子裝置之製造方法及電子零件，詳細而言本發明係關於一種例如安裝電子零件等之情形時等所使用之接合方法、接合構造、電子裝置、電子裝置之製造方法及電子零件。
於安裝電子零件時，廣泛應用使用焊錫(焊錫膏)之接合方法。
然而，廣泛應用溫度等級(Temperature hierarchy)連接方法，該方法係於自先前廣泛使用之Sn-Pb系焊錫中，作為高溫系焊錫，例如使用富含Pb之Pb-5Sn(熔點：314~310℃)、Pb-10Sn(熔點：302~275℃)等而以330~350℃之溫度進行焊接，其後，例如使用低溫系焊錫之Sn-37Pb共晶(183℃)等而以上述高溫系焊錫之熔點以下之溫度進行焊接，由此不會使先前焊接中所使用之高溫系焊錫熔融，便可利用焊接進行連接。
此種溫度等級連接係例如應用於接合晶片之類型之半導體裝置或者進行倒裝晶片連接之類型之半導體裝置等，其係於如半導體裝置之內部利用焊接進行連接後，進而利用焊接而將該半導體裝置本身連接於基板之情形時所應用的重要技術。
作為該用途中所使用之焊錫膏，例如提出有包含(a)包含Cu、Al、Au、Ag等第2金屬或含有彼等之高熔點合金之第2金屬(或合金)球與(b)含有Sn或In之第1金屬球之混合體的焊錫膏(參照專利文獻1)。
又，於該專利文獻1中，揭示有使用焊錫膏之接合方法及電子機器之製造方法。
於使用該專利文獻1之焊錫膏進行焊接之情形時，如圖2(a)模式表示，將包含低熔點金屬(例如Sn)球51、高熔點金屬(例如Cu)球52及助焊劑53之焊錫膏加熱而進行反應，於焊接後，如圖2(b)所示，將複數個高熔點金屬球52經由源自低熔點金屬球之低熔點金屬與源自高熔點金屬球之高熔點金屬之間所形成之金屬間化合物54而連結，並藉由該連結體連接、連結(焊接)接合對象物。
然而，於使用該專利文獻1之焊錫膏之接合方法之情形時，焊接步驟中加熱焊錫膏，由此生成高熔點金屬(例如Cu)與低熔點金屬(例如Sn)之金屬間化合物，但Cu(高熔點金屬)與Sn(低熔點金屬)之組合之擴散速度遲緩，故而作為低熔點金屬之Sn會殘留。而且，若Sn殘留，則高溫下之接合強度大幅下降，有時根據應接合之產品種類無法使用。又，焊接步驟中所殘留之Sn有在隨後之焊接步驟中熔融而溢出之虞，存在作為溫度等級連接中所使用之高溫焊錫之可靠性較低之問題點。
即，例如於半導體裝置之製造步驟中，經由進行焊接之步驟而製造半導體裝置後，欲利用回流焊焊接之方法而將該半導體裝置安裝於基板之情形時，有半導體裝置之製造步驟中之焊接步驟中所殘留之Sn會在回流焊焊接步驟中熔融而溢出之虞。
又，為了以不會殘留有Sn之方式，將低熔點金屬完全製成金屬間化合物，必須於焊接步驟中進行高溫且長時間之加熱，但實際情況係還要兼顧到生產性而實用上不可能。
進而，於使用專利文獻1之焊錫膏之情形時，如圖3所示，於回流焊後之接合對象物61、62與接合材料(焊錫)63之界面，以層狀形成例如Cu3 Sn或Cu6 Sn5 之金屬間化合物64。若形成有此種層狀之金屬間化合物64，則應力集中於界面，故而龜裂(crack)之產生等會使界面之接合強度下降。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-254194號公報
本發明係解決上述問題者，其目的在於提供一種確保充分之接合強度之同時，可接合第1金屬構件與第2金屬構件，且可抑制並防止溫度等級連接時之再回流焊等階段中之接合材料溢出的接合方法、接合構造、電子裝置、電子裝置之製造方法及電子零件。
為了解決上述問題，本發明之接合方法之特徵在於包括如下步驟：於至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件之間，配置包含熔點低於上述第1金屬及/或上述第2金屬之低熔點金屬之接合材料；以及以上述低熔點金屬之熔點以上之溫度，將上述接合材料進行加熱；且於加熱上述接合材料之步驟中，藉由上述低熔點金屬與上述第1金屬及/或上述第2金屬之反應而生成金屬間化合物，一面於經熔融之上述低熔點金屬中剝離、分散上述金屬間化合物，一面反覆進行反應。
於上述接合方法中，較佳為於加熱上述接合材料之步驟中，將上述低熔點金屬全部製成金屬間化合物。
又，本發明之電子零件之製造方法之特徵在於：其係包括至少表面包含第1金屬之第1金屬構件及至少表面包含第2金屬之第2金屬構件的電子裝置之製造方法，其包括如下步驟：利用如請求項1或2之接合方法接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件。
又，本發明之接合方法之特徵在於：其係用以將至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件經由以熔點低於上述第1金屬及/或上述第2金屬之低熔點金屬為主要成分之接合材料進行接合者，其包括如下熱處理步驟：將構成上述接合材料之上述低熔點金屬設為Sn或者含有70重量%以上之Sn之合金，將上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方設為與構成上述接合材料之上述低熔點金屬之間生成金屬間化合物之金屬或合金且與上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方之表面上所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬或合金，且在上述第1金屬構件與第2金屬構件之間配置有上述接合材料之狀態下，以構成上述接合材料之上述低熔點金屬進行熔融之溫度進行熱處理，並經由上述接合材料接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件。
又，於本發明之接合方法中，較佳為上述低熔點金屬係Sn或者含有85重量%以上之Sn之合金。
又，於本發明之接合方法中，較佳為以相對於(a)構成上述接合材料之上述低熔點金屬與(b)上述第1金屬及上述第2金屬中之上述晶格常數差為50%以上者之合計量的後者比例為30體積%以上之狀態下，實施上述熱處理步驟。
又，於本發明之接合方法中，較佳為構成上述接合材料之上述低熔點金屬係Sn單體，或者含有選自由Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、P所組成之群之至少1種與Sn之合金。
又，上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方較佳為Cu-Mn合金或者Cu-Ni合金。
又，上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方較佳為以5~30重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以5~30重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金，尤其較佳為以10~15重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以10~15重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金。
又，本發明之電子零件之製造方法之特徵在於：其係包括至少表面包含第1金屬之第1金屬構件及至少表面包含第2金屬之第2金屬構件的電子裝置之製造方法，其包括如下步驟：利用如請求項4至9中任一項之接合方法接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件。
又，本發明之接合構造之特徵在於：其係經由接合部接合第1金屬構件與第2金屬構件者，於上述接合部中分散有Cu-M-Sn(M係Ni及/或Mn)金屬間化合物，於與上述第1金屬構件及上述第2金屬構件之界面之至少一方，均未形成有作為金屬間化合物層之Cu3 Sn層及Cu6 Sn5 層之任一者。
再者，於本發明之接合構造中，較佳為於上述接合部中，於與上述第1金屬構件及上述第2金屬構件之界面之任一者，均未形成有金屬間化合物層。
又，本發明之電子裝置之特徵在於：其係經由接合部接合至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件者，上述第1金屬構件與上述第2金屬構件之接合部具有如請求項16或17之接合構造。
又，本發明之電子零件之特徵在於：其係包括供於利用包含低熔點金屬之接合材料之接合之電極者，該低熔點金屬包含Sn或者含有70重量%以上之Sn之合金，與上述接合材料連接之上述電極之表面係由與上述低熔點金屬之間生成金屬間化合物之金屬或合金且與藉由與上述低熔點金屬之反應而於上述電極之表面上所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬或合金所形成。
又，本發明之電子零件較佳為與上述接合材料連接之上述電極之表面係由Cu-Mn合金或者Cu-Ni合金所形成。
Cu-Mn合金或者Cu-Ni合金尤其較佳為以5~30重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以5~30重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金，進而較佳為以10~15重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以10~15重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金。
於本發明之接合方法中，於至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件之間，配置包含熔點低於第1金屬及/或第2金屬之低熔點金屬之接合材料，並以上述低熔點金屬之熔點以上之溫度加熱接合材料，於加熱該接合材料之步驟中，藉由低熔點金屬與第1金屬及/或第2金屬之反應而生成金屬間化合物，並且一面於經熔融之低熔點金屬中剝離、分散金屬間化合物，一面反覆進行反應。其結果，第1金屬及/或第2金屬與低熔點金屬之相互擴散飛躍進行，促進變化成更高熔點之金屬間化合物，故而可進行耐熱強度較大且具有充分之接合輕度、耐衝擊性之接合。
又，於加熱上述接合材料之步驟中，將低熔點金屬全部製成金屬間化合物，藉此可進一步進行耐熱強度較大且具有充分之接合輕度、耐衝擊性之接合。
又，由於本發明之電子零件之製造方法包括利用如請求項1或2之接合方法接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件之步驟，因此可高效地製造經由接合材料確實接合第1金屬構件與第2金屬構件且可靠性較高之電子零件。
於本發明之接合方法中，於將至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件經由以熔點低於第1金屬及/或第2金屬之低熔點金屬為主要成分的接合材料進行接合時，將構成接合材料之低熔點金屬設為Sn或者含有70重量%以上之Sn之合金，並將第1金屬及第2金屬之至少一方設為與構成接合材料之低熔點金屬之間生成金屬間化合物之金屬或合金且與第1金屬及第2金屬之至少一方之表面上所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬或合金，因此即便將藉由本發明之方法進行接合所得之接合體進行再回流焊之情形時，亦可抑制、防止接合材料進行再熔融，從而可提高接合強度、耐衝擊性。
即，根據本發明，於第1金屬及第2金屬之至少一方使用與低熔點金屬之間生成金屬間化合物之金屬或合金且與第1金屬及第2金屬之至少一方之表面上所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬或合金，因此第1金屬及/或第2金屬與低熔點金屬之相互擴散飛躍進行，促進變化成更高熔點之金屬間化合物，故而可進行耐熱強度較大且具有充分之接合輕度、耐衝擊性之接合。
再者，於本發明中，所謂「晶格常數差」係定義為將自第1金屬或第2金屬與低熔點金屬之金屬間化合物之晶格常數減去第1金屬或第2金屬之晶格常數所得值除以第1金屬或第2金屬之晶格常數，並將所得數值之絕對值乘以100倍之數值(%)。
即，該晶格常數差係表示與第1金屬及/或第2金屬之界面上重新生成之金屬間化合物之晶格常數和第1金屬及/或第2金屬之晶格常數之間存在多少差者，不管哪一晶格常數較大。
再者，晶格常數差係以下述式(1)表示。
晶格常數差(%)={(金屬間化合物之晶格常數-第1金屬或第2金屬之晶格常數)/第1金屬或第2金屬之晶格常數}×100　(1)
又，於本發明之接合方法中，在第1金屬構件與第2金屬構件之間配置有接合材料之狀態下，以構成接合材料之低熔點金屬進行熔融之溫度進行熱處理，由此進行第1金屬構件與第2金屬構件之接合，作為進行此種接合(熱處理)之具體狀態，例如可列舉以下狀態等：
1)第1金屬及第2金屬係構成應相互接合之第1金屬構件(電極本體)與第2金屬構件(電極本體)之金屬材料，且其中之至少一方係與上述金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬材料，將低熔點金屬作為焊錫膏或板狀焊錫等而供給於第1金屬構件與第2金屬構件之間；或者
2)第1金屬及第2金屬係構成欲相互接合之第1金屬構件(電極本體)與第2金屬構件(電極本體)之表面上所形成之鍍膜之金屬材料，且其中之至少一方係與上述金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬材料，將低熔點金屬作為焊錫膏或板狀焊錫等而供給於包含鍍膜之第1金屬構件與第2金屬構件之表面之間。
又，於本發明之接合方法中，以相對於(a)構成接合材料之低熔點金屬與(b)第1金屬及第2金屬中之上述晶格常數差為50%以上者之合計量的後者比例為30體積%以上之狀態下，實施熱處理步驟，藉此使第1金屬及第2金屬中之晶格常數差為50%以上者充分擴散至構成接合材料之低熔點材料，促進變化成更高熔點之金屬間化合物而幾乎不會殘留有低熔點金屬成分，故而可進一步進行耐熱強度較大之接合。
又，所謂「......後者比例為30體積%以上之狀態」係指例如第1金屬及第2金屬之上述晶格常數差均為50%以上者之情形時，以下述式(2)所表示之狀態。
[(第1金屬+第2金屬)/{低熔點金屬+(第1金屬+第2金屬)}]×100≧30(體積%)　(2)
又，於本發明之接合方法中，於構成接合材料之低熔點金屬係Sn單體、或者含有選自由Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、P所組成之群之至少1種與Sn之合金之情形時，可與晶格常數差為50%以上之第1金屬及第2金屬之至少一方之間容易形成金屬間化合物。
又，於將第1金屬及第2金屬之至少一方設為Cu-Mn合金或Cu-Ni合金之情形時，能夠以更低溫、更短時間生成與低熔點金屬之金屬間化合物，即便於其後之回流焊步驟中亦不會熔融。
又，將上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方設為以3~30重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、尤其以10~15重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金，或者以5~30重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金、尤其以10~15重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金，藉此可進一步確實地以低溫、短時間生成與低熔點金屬之金屬間化合物，從而可使本發明進而具有實效。
又，於製造包括至少表面包含第1金屬之第1金屬構件及至少表面包含第2金屬之第2金屬構件的電子裝置時，利用上述接合方法(如請求項4至9中任一項之接合方法)接合第1金屬構件與第2金屬構件，藉此可高效地製造經由接合材料確實接合第1金屬構件與第2金屬構件且可靠性較高之電子裝置。
又，於本發明之接合構造中，於接合第1金屬構件與第2金屬構件之接合部中至少分散有Cu-M-Sn(M係鎳及/或Mn)金屬間化合物，且未進行金屬間化合物化之未反應Sn成分相對於接合材料整體之比例為30體積%以下，故而耐熱強度優異，再回流焊等步驟中接合材料不會進行再熔融而溢出，從而可增加第1金屬構件與第2金屬構件之接合強度。
又，於接合部中，於與第1金屬構件及第2金屬構件之界面之至少一方，未形成有層狀之金屬間化合物(金屬間化合物層)。因此，可提供難以產生熱應力等應力集中所引起之龜裂等，增加相對於熱衝擊之第1金屬構件與第2金屬構件之接合強度，且可靠性較高之接合構造。
再者，設為接合部中，於與第1金屬構件及第2金屬構件之界面之任一者均未形成有作為金屬間化合物層之Cu3 Sn層及Cu6 Sn5 層之任一者之構造，藉此可提供可靠性更高之接合構造。
又，本發明之電子裝置係經由接合部接合至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件者，第1金屬構件與第2金屬構件之接合部具有如請求項16或17之接合構造，因此可提供第1金屬構件與第2金屬構件之接合部具有較高之耐熱強度、充分之接合強度及耐衝擊性之電子零件。
又，本發明之電子零件係包括供於利用包含低熔點金屬之接合材料之接合之電極者，該低熔點金屬包含Sn或者含有70重量%以上之Sn之合金，與接合材料連接之電極之表面係由與低熔點金屬之間生成金屬間化合物之金屬或合金且與藉由與上述低熔點金屬之反應而於電極之表面上所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬或合金所形成，因此可提供適合供於本發明之接合方法之電子零件。
以下表示本發明之實施例而對本發明之特徵部分進行更詳細說明。
[實施例1]
於該實施例中，如圖1(a)~(c)所示，將包含第1金屬之第1金屬構件11a與包含第2金屬之第2金屬構件11b使用以熔點低於第1金屬及第2金屬之低熔點金屬為主要成分之接合材料10進行接合。
於該實施例中，作為構成接合材料之低熔點金屬，如表1A、表1B所示，使用Sn-3Ag-0.5Cu、Sn、Sn-3.5Ag、Sn-0.75Cu、Sn-0.7Cu-0.05Ni、Sn-5Sb、Sn-2Ag-0.5Cu-2Bi、Sn-57Bi-1Ag、Sn-3.5Ag-0.5Bi-8In、Sn-9Zn、Sn-8Zn-3Bi、Sn-10Bi、Sn-20Bi、Sn-30Bi、Sn-40Bi。
再者，於構成接合材料之上述低熔點金屬之記載中，例如「Sn-3Ag-0.5Cu」表示低熔點金屬材料為含有3重量%之Ag、0.5重量%之Cu且將剩餘部分設為Sn之合金(Sn合金)。因此，上述低熔點材料中之Sn-40Bi係未滿足「Sn或者含有70重量%以上之Sn之合金」之本發明之要件之比較例。
又，作為第1金屬構件及第2金屬構件，如表1A、表1B所示，使用包含Cu-10Ni、Cu-10Mn、Cu-12Mn-4Ni、Cu-10Mn-1P、Cu、Cu-10Zn者。
又，於表1B之試料編號16、17中，第1金屬材料與第2金屬材料中使用相互不同之材料。即，於試料編號16中，第1金屬材料(上側金屬材料)中使用Cu-10Ni、第2金屬構件(下側金屬構件)中使用Cu-10Mn，於試料編號17中，第1金屬構件(上側金屬構件)中使用Cu、第2金屬構件(下側金屬構件)中使用Cu-10Mn。
再者，於該實施例中，於利用以低熔點金屬為主要成分之接合材料接合如上所述之第1金屬構件與第2金屬構件時，將成形為板狀之接合材料配置於第1金屬構件與第2金屬構件之間，一面施加荷重，一面於250℃、30分鐘之條件下進行回流焊，藉此接合第1金屬構件與第2金屬構件。
此處，一面參照圖1(a)~(c)，一面對該實施例之接合方法進行說明，則為如下。
首先，如圖1(a)所示，使成形為板狀之接合材料10位於第1金屬構件11a與第2金屬構件11b之間。
其次，於該狀態下，一面施加荷重，一面於250℃、15分鐘之條件下進行回流焊，如圖1(b)所示，使構成接合材料10之低熔點金屬(Sn或者Sn合金)進行熔融。繼而，進而以特定時間(15分鐘)繼續加熱(即，於250℃、30分鐘之條件下進行回流焊)，藉此使構成接合材料10之低熔點金屬進行熔融，並且使低熔點金屬與構成第1金屬構件11a及第2金屬構件11b之第1金屬及/或第2金屬進行反應而生成金屬間化合物12(圖1(c))。
藉此，可獲得利用回流焊後凝固而成之包含金屬間化合物之接合材料接合第1金屬構件與第2金屬構件之接合體。
再者，根據本發明之接合方法，可確認接合材料中分散存在著Cu-M-Sn(M係鎳及/或Mn)金屬間化合物。
[特性之評價]
將如上所述獲得之接合體作為試料，利用以下方法測定特性，並進行評價。
《接合強度》
關於接合強度，使用接合測試儀測定所得接合體之剪切強度，並進行評價。
剪切強度之測定係於橫推速度：0.1 mm‧s-1 、室溫及260℃之條件下進行。
繼而，將剪切強度為20 Nmm-2 以上者評價為◎(優)，將2 Nmm-2 以下者評價為×(不可)。
於表1A、表1B中，一併表示對各試料進行調查之接合強度(室溫、260℃)與評價結果。
《殘留成分評價》
將回流焊後凝固而成之包含金屬間化合物之接合材料(反應生成物)切下約7 mg，並於測定溫度30℃~300℃、升溫速度5℃/min、N2 氣體環境、基準Al2 O3 之條件下進行示差掃描熱量測定(DSC(differential scanning calorimetry)測定)。根據所得之DSC圖之低熔點金屬成分之熔融溫度下之熔融吸熱波峰之吸熱量，將所殘留之低熔點金屬成分量進行定量化，求出殘留低熔點金屬含有率(體積%)。繼而，將殘留低熔點金屬含有率為0~3體積%之情形評價為◎(優)，將大於30體積%之情形評價為×(不可)。
於表1A、表1B中，一併表示殘留低熔點金屬含有率與評價結果。
《溢出不良率》
將所得之接合體以環氧樹脂密封後放置於相對濕度85%之環境，於峰值溫度260℃之回流焊條件下進行加熱，接合材料進行再熔融而溢出，觀察溢出不良之產生比例。繼而，根據其結果求出溢出不良產生率，並進行評價。
將接合材料之溢出不良率為0~10%之情形評價為◎(優)，將大於50%之情形評價為×(不可)。
於表1A、表1B中，一併表示溢出不良產生率與評價結果。
《熱衝擊試驗後之龜裂有無、接合強度》
將所得之接合體(試料)於-40℃/85℃之各個溫度條件下保持各30分鐘，對於將此循環進行1000次後之各試料，觀察龜裂產生狀態。然後，評價有無產生龜裂。
又，對於熱衝擊試驗後之各試料，與上述相同地評價接合強度。繼而，將剪切強度為20 Nmm-2 以上者評價為◎(優)，將10 Nmm-2 以上、小於20 Nmm-2 者評價為○，將小於10 Nmm-2 者評價為×(不可)。
於表1A、表1B中，一併表示熱衝擊試驗後之龜裂有無、接合強度。再者，關於龜裂之產生，其本身不會成為問題，但是成為接合強度下降之主要因素，故而進行評價。
又，於表1A、表1B中，一併表示
‧構成接合材料之低熔點金屬之種類(組成)；
‧構成第1金屬構件與第2金屬構件之金屬(第1金屬及第2金屬)之組成(於表1A、表1B之試料編號1~15中，第1金屬及第2金屬為相同金屬，於試料編號16、17中，為異質金屬)及其晶格常數；
‧藉由構成接合材料之低熔點金屬與第1及/或第2金屬之反應所生成之金屬間化合物之種類及其晶格常數(於該實施例中，晶格常數係以a軸為基準進行評價)；
‧作為金屬間化合物之晶格常數與第1及/或第2金屬之晶格常數之差的晶格常數差；以及
‧接合部中之包含晶格常數差為50%以上之金屬的第1金屬構件及/或第2金屬構件與回流焊後進行凝固而接合第1金屬構件與第2金屬構件之接合部(包含金屬間化合物之接合材料)之界面上所形成的Cu3 Sn及Cu6 Sn5 之層狀之金屬間化合物之有無。
如表1A、表1B所示，關於室溫下之接合強度，試料編號1~17之具備本發明之要件之實施例之試料及試料編號18~20之未具備本發明之要件之比較例之試料均顯示20 Nmm-2 以上之接合強度，故而可確認具有實用強度。
另一方面，若觀察260℃下之接合強度，則試料編號18~20之比較例之試料中接合強度為2 Nmm-2 以下而不充分，與此相對，試料編號1~17之實施例之試料中保持10 Nmm-2 以上，故而可確認具有實用強度。
又，關於殘留低熔點金屬含有率(殘留成分評價)，可確認試料編號18~20之比較例之試料之情形時，殘留低熔點金屬含有率大於30體積%，與此相對，試料編號1~17之實施例之試料之情形時，均可使殘留低熔點金屬含有率為30體積%以下，尤其是使用Sn或者含有85重量%以上之Sn之合金作為低熔點金屬的試料編號1~9、11~17之實施例之試料之情形時，殘留低熔點金屬含有率均為0體積%。
又，關於接合材料之溢出不良率，可確認試料編號18~20之比較例之試料之情形時，溢出不良率為70%以上，與此相對，試料編號1~17之實施例之試料中，溢出不良率均為20%以下，尤其是使用Sn或者含有85重量%以上之Sn之合金作為低熔點金屬的試料編號1~9、11~17之實施例之試料之情形時，溢出不良率均為0%而具有較高之耐熱性。
又，可確認試料編號1~17之實施例之試料中，不論低熔點金屬之種類，均具有相同之高耐熱性。
又，可確認滿足本發明之要件之試料編號1~17之實施例之試料中包含
‧如試料編號1~16之試料般，構成第1金屬構件及第2金屬構件之金屬相互為相同金屬且以Cu-Mn為基礎之金屬(Cu-12Mn-4Ni或Cu-10Mn-1P等)的試料；
‧如試料編號16般，第1金屬構件與第2金屬構件包含不同之金屬，且其中任一者之上述晶格常數差為50%以上的試料；以及
‧如試料編號17般，第1金屬構件與第2金屬構件包含不同之金屬，且其中一方之上述晶格常數差未達50%的試料；
但於彼等任一種情形時，均同樣具有高耐熱性。
又，觀察熱衝擊試驗後之試料時，於試料編號18~20之比較例之試料中，於循環1000次試驗結束後確認到龜裂之產生。再者，龜裂主要產生於接合材料與第1及/或第2金屬構件之界面上所形成之Cu3 Sn層或Cu6 Sn5 層(金屬間化合物層)之內部、金屬間化合物層與第1及/或第2金屬構件之界面、金屬間化合物層與接合材料之界面。
與此相對，於試料編號1~9、11~16之實施例之試料中，均未確認到如上所述之龜裂之產生。另一方面，於試料編號10之實施例之試料中，低熔點金屬之Sn量為70重量%，故而最初生成之金屬間化合物為Cu2 MnSn，但其擴散速度較慢。因此，於接合材料與第1及/或第2金屬構件之界面，雖非層狀，但Cu6 Sn5 或Cu3 Sn之金屬間化合物偏析於界面之一部分。其結果，於熱衝擊後，界面上產生微小之龜裂，接合強度稍微下降。
又，於試料編號18之實施例之試料中，因使用Cu作為第1金屬，故而於接合材料與第1金屬之界面形成有層狀之金屬間化合物。其結果，僅於接合材料與第1金屬之界面產生龜裂，接合強度稍微下降。
其結果，關於耐熱衝擊性，可確認未滿足與晶格常數差等相關之本發明之要件之試料編號18~20之比較例之試料中，熱衝擊試驗後之接合強度分別為5 Nmm-2 (試料編號18)、7 Nmm-2 (試料編號19)、8 Nmm-2 (試料編號20)而較低，但於滿足本發明之要件之試料編號1~17之各試料中，熱衝擊試驗後之接合強度與比較例之情形相比，均大幅提高。
詳細而言，可確認試料編號1~9、11~16之各試料中，熱衝擊試驗後之接合強度為20 Nmm-2 以上，試料編號10之試料(低熔點金屬之Sn量為70重量%之試料)中，熱衝擊後之接合強度為17 Nmm-2 ，試料編號17之試料(第1金屬構件(上側金屬構件)為Cu、第2金屬構件(下側金屬構件)為Cu-10Mn之試料)中，熱衝擊試驗後之接合強度為15 Nmm-2 而低於試料編號1~9、11~16之試料，但均為可充分實用之水平。
再者，於試料編號17之試料之情形時，構成第1金屬構件之Cu與上側之金屬間化合物之晶格常數差未達50%，但構成下側之第2金屬構件之Cu-10Mn係與金屬間化合物之晶格常數差超過50%之金屬，因此與接合材料中之作為低熔點金屬之Sn或Sn合金的反應較快，故而Cu-10Mn側(第2金屬側)之金屬間化合物生成佔優勢，即便於Cu側(第1金屬側)之接合界面生成有Cu3 Sn或Cu6 Sn5 之層狀之金屬間化合物，亦非常薄，從而認為對衝擊試驗後之接合強度給予之影響甚少。
再者，可確認接合部中，於與包含與金屬間化合物之晶格常數差超過50%之金屬(Cu-10Mn)的第2金屬構件之界面，未形成有Cu3 Sn或Cu6 Sn5 之層狀之金屬間化合物。
又，於試料編號1~17之具備本發明之要件之實施例之試料之情形時，接合部中未殘留有低熔點金屬(Sn或Sn合金)，故而認為即便對於回流焊後所得之接合體進一步進行熱衝擊試驗，金屬間化合物層亦不會成長，不會產生龜裂而可維持接合強度。
如此，認為滿足本發明之要件之試料編號1~17之試料具有高耐熱性之原因在於：構成第1金屬構件及第2金屬構件之第1金屬及第2金屬之至少一方中，使用與和構成接合材料之低熔點金屬之間所形成之金屬間化合物(Cu2 MnSn及Cu2 NiSn)之晶格常數差為50%以上之Cu-Mn及Cu-Ni系合金。
即，認為其原因在於：若所生成之金屬間化合物與構成第1金屬構件之第1金屬及/或構成第2金屬構件之第2金屬之間之晶格常數差較大，則一面於經熔融之低熔點金屬中剝離、分散金屬間化合物，一面反覆進行反應，故而金屬間化合物之生成速度飛躍發展，並且界面上未形成有層狀之金屬間化合物。
[實施例2]
使用以Sn為低熔點金屬之接合材料，接合分別包含Cu-10Mn之第1金屬構件與第2金屬構件(表2之試料編號21~27之試料)。
同樣地，使用以Sn為低熔點金屬之接合材料，接合分別包含Cu-10Ni之第1金屬構件與第2金屬構件(表2之試料編號28~30之試料)。
再者，將第1金屬構件及第2金屬構件之厚度設為0.1 mm。
又，作為接合材料，使用如表2所示將厚度自0.266 mm變化至1.327 mm為止的板狀之接合材料。
除此以外，以與上述實施例1之情形相同之條件接合第1金屬構件與第2金屬構件。
然後，對於所得之接合體，以與上述實施例1之情形相同之方式，進行特性之測定及評價。具體而言，進行接合強度之測定、殘留成分評價、溢出評價、熱衝擊試驗後之龜裂有無及接合強度之測定等。
再者，於該實施例2中，於評價接合強度時，將剪切強度為20 Nmm-2 以上者評價為◎(優)，將2 Nmm-2 以上未達20 Nmm-2 者評價為○(良)。
又，關於殘留第1金屬成分率，將0~3體積%之情形評價為◎(優)，將超過3體積%、30體積%以下之情形評價為○(可)，將大於30體積%之情形評價為×(不可)。
又，關於接合材料之溢出不良率，將0~10%之情形評價為◎(優)，將超過10%、50%以下之情形評價為○(可)，將大於50%之情形評價為×(不可)。
又，關於熱衝擊試驗後之龜裂產生有無，評價有無產生龜裂。
於表2中，表示各接合體之接合強度(室溫、260℃)、殘留低熔點金屬含有率、溢出不良率、熱衝擊試驗後之龜裂產生之有無及接合強度。
再者，於表2中，「第1及第2金屬」之欄之「比例(%)」表示相對於第1金屬構件(Cu-10Mn)與第2金屬構件(Cu-10Mn)之合計厚度(試料編號21之情形時，0.1 mm×2=0.2 mm)及接合材料(Sn)之厚度(試料編號21之情形時，0.266 mm)相加值(0.466 mm)的第1金屬構件(Cu-10Mn)與第2金屬構件(Cu-10Mn)之合計厚度(0.2 mm)之比例。
如表2所示，關於室溫下之接合強度，試料編號21~30之任一試料均表示20 Nmm-2 以上，故而可確認具有充分之接合強度。
又，關於260℃下之接合強度，試料編號21~30之各試料為7~26 Nmm-2 而具有2 Nmm-2 以上之接合強度，故而亦可確認能夠進行可實用之接合。尤其是，於第1及第2金屬為Cu-10Mn之情形時，其比例為30體積%以上之試料編號21~23、28、29之試料中，表示23 Nmm-2 以上之接合強度，故而可確認具有較高之耐熱強度。
又，關於殘留低熔點金屬含有率，可確認試料編號21~30之各試料均為30體積%以下，尤其是Cu-10Mn之比例為30體積%以上之試料編號21~23、Cu-10Ni之比例為30體積%以上之試料編號28、29之試料之情形時，殘留低熔點金屬含有率為0體積%。
又，關於接合材料之溢出不良率，試料編號21~30之各試料均為50%以下，尤其是Cu-10Mn之比例為30體積%以上之試料編號21~23、Cu-10Ni之比例為30體積%以上之試料編號28、29之試料之情形時，溢出不良率為0%，故而亦可確認獲得較高之耐熱性。
[實施例3]
將包含如表3之試料編號31~35所示之金屬(Cu-Mn系合金)的第1金屬構件與第2金屬構件，使用以Sn為低熔點金屬之接合材料進行接合。
又，將包含如表3之試料編號36~39所示之金屬(Cu-Ni系合金)的第1金屬構件與第2金屬構件，使用以Sn為低熔點金屬之接合材料進行接合。
再者，將第1金屬構件及第2金屬構件之厚度設為0.3 mm。
又，作為接合材料，使用厚度為0.1 mm之板狀之接合材料。
除此以外，以與上述實施例1之情形相同之條件接合第1金屬構件與第2金屬構件。
然後，對於所得之接合體，以與上述實施例1之情形相同之方式，進行特性測定及評價。具體而言，進行接合強度之測定、殘留成分評價、溢出評價、熱衝擊試驗後之龜裂有無及接合強度之測定等。
再者，於接合強度之評價及殘留低熔點金屬含有率之評價、溢出不良率之評價時，以與實施例2之情形相同之基準進行評價。
於表3中，表示各接合體之接合強度(室溫、260℃)、殘留低熔點金屬含有率、溢出不良率、熱衝擊試驗後之龜裂產生之有無及接合強度。
如表3所示，關於室溫下之接合強度，試料編號31~39之任一試料均表示20 Nmm-2 以上，故而可確認具有充分之接合強度。
又，關於260℃下之接合強度，亦可確認試料編號31~39之各試料為5~26 Nmm-2 而具有2 Nmm-2 以上之可實用之接合強度。
尤其是，如試料編號第32、33之試料般，第1金屬與第2金屬為Cu-10Mn之情形及Cu-15Mn之情形時，如試料編號第37、38之試料般，第1金屬及第2金屬為Cu-10Ni之情形及Cu-15Ni之情形時，表示24 Nmm-2 以上之接合強度，故而可確認具有較高之耐熱強度。
又，關於殘留低熔點金屬含有率，可確認試料編號31~39之各試料均為30體積%以下，進而如試料編號第32、33之試料般，第1金屬與第2金屬為Cu-10Mn之情形及Cu-15Mn之情形時，如試料編號第37、38之試料般，第1金屬及第2金屬為Cu-10Ni之情形及Cu-15Ni之情形時，殘留低熔點金屬含有率為0體積%。
又，關於接合材料之溢出不良率，試料編號31~39之各試料均為35體積%以下，進而如試料編號第32、33之試料般，第1金屬與第2金屬為Cu-10Mn之情形及Cu-15Mn之情形時，如試料編號第37、38之試料般，第1金屬及第2金屬為Cu-10Ni之情形及Cu-15Ni之情形時，溢出不良率為0%，故而亦可確認獲得較高之耐熱性。
[實施例4]
於上述實施例1~3中，作為包含低熔點金屬之接合材料，使用板狀之接合材料，但於該實施例4中，使用調配助焊劑與低熔點金屬(Sn-3Ag-0.5Cu粉末)而成之焊錫膏，接合包含Cu之第1金屬構件與包含Cu-10Mn之第2金屬構件。
於接合時，於包含Cu之第1金屬構件上印刷上述焊錫膏，於其上部重合包含Cu-10Mn之第2金屬構件後，於250℃、30分鐘之條件下進行回流焊，藉此接合第1金屬構件與第2金屬構件。
然後，對於所得之接合體，以與上述實施例1之情形相同之方式，進行特性測定及評價。具體而言，進行接合強度之測定、殘留成分評價、溢出評價、熱衝擊試驗後之龜裂有無及接合強度之測定，並評價特性。
其結果，可確認可獲得具有與上述實施例1~3之具備本發明之要件之各試料之情形同等特性之接合體。
再者，於上述各實施例中，以第1金屬構件整體由第1金屬構成且第2金屬構件整體由第2金屬形成之情形為例進行說明，但亦可為如下構成，即，第1金屬及第2金屬係構成應相互接合之第1金屬構件(電極本體)與第2金屬構件(電極本體)之表面上所形成之鍍膜之金屬材料，且其中之至少一方係與金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬材料。
[實施例5]
於該實施例5中，使用調配助焊劑與低熔點金屬(Sn-3Ag-0.5Cu粉末)而成之焊錫膏，接合環氧玻璃基板上之包含Cu之焊盤電極(本發明之第1金屬構件)與晶片電容器(電子零件)及表面聲波濾波器(SAW(surface acoustic wave)濾波器)(電子零件)之包含Cu-10Mn之外部電極(本發明之第2金屬構件)，藉此製造具有環氧玻璃基板上搭載有晶片電容器及表面聲波濾波器之構造的電子裝置。
即，該電子裝置係具有經由具備本發明之要件之接合材料接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件之構造的電子裝置。
於上述焊盤電極(第1金屬構件)上接合上述外部電極(第2金屬構件)時，於環氧玻璃基板之包含Cu之第1金屬構件上印刷上述焊錫膏，於其上部重合晶片電容器及SAW濾波器之包含Cu-10Mn之外部電極(第2金屬構件)後，於250℃、30分鐘之條件下進行回流焊，藉此接合第1金屬構件與第2金屬構件。
再者，將第1金屬構件之厚度設為0.05 mm，並將第2金屬構件之厚度設為0.05 mm。
又，焊錫膏係使用厚度0.05 mm之金屬掩模而印刷於上述焊盤電極上。
對於所得之接合體，以與上述實施例1之情形相同之方式，進行特性測定及評價。具體而言，進行接合強度之測定、殘留成分評價、溢出評價、熱衝擊試驗後之龜裂有無及接合強度之測定，並評價特性。
再者，於接合強度之評價及殘留低熔點金屬含有率之評價、溢出不良率之評價時，以與上述實施例2之情形相同之基準進行評價。
於表4中，表示各接合體之接合強度(室溫、260℃)、殘留低熔點金屬含有率、溢出不良率、熱衝擊試驗後之龜裂產生之有無及接合強度。
如表4所示，可確認該實施例5中亦可獲得具有與上述實施例1~4之具備本發明之要件之各試料之情形同等特性之接合體。
再者，亦可為如下構成，即，第1金屬及第2金屬係構成應相互接合之第1金屬構件(電極本體)與第2金屬構件(電極本體)之表面上所形成之鍍膜之金屬材料，且其中之至少一方係與金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬材料。
本發明並不限定於上述實施例，可於發明之範圍內，對構成接合材料之低熔點金屬之種類或組成、構成至少表面包含第1金屬之第1金屬構件及至少表面包含第2金屬之第2金屬構件的材料之種類或組成等施加各種應用、變形。
又，亦可對應用本發明應接合之接合對象物之種類或接合步驟之條件等施加各種應用、變形。
本發明係進而對其他方面，亦可於發明之範圍內施加各種應用、變形。
10．．．板狀之接合材料
11a．．．第1金屬構件(第1金屬)
11b．．．第2金屬構件(第2金屬)
12．．．金屬間化合物
51．．．低熔點金屬(例如Sn)球
52．．．高熔點金屬(例如Cu)球
53．．．助焊劑
54．．．金屬間化合物
61．．．接合對象物
62．．．接合對象物
63．．．接合材料(焊錫)
64．．．層狀之金屬間化合物
圖1係模式性地表示利用本發明之實施例之接合方法進行接合之情形之行為的圖，(a)係表示加熱前之狀態之圖，(b)係表示開始加熱而接合材料進行熔融之狀態之圖，(c)係表示進一步繼續加熱而形成構成接合材料之低熔點金屬與第1金屬構件及第2金屬構件之至少一方之間之金屬間化合物之狀態之圖。
圖2係表示使用先前之焊錫膏進行焊接之情形之焊錫行為之圖，(a)係表示加熱前之狀態之圖，(b)係表示焊接步驟結束後之狀態之圖。
圖3係表示使用先前之焊錫膏進行接合之情形時，界面上形成有層狀之金屬間化合物層之接合構造之圖。
10．．．板狀之接合材料
11a．．．第1金屬構件(第1金屬)
11b．．．第2金屬構件(第2金屬)
12．．．金屬間化合物

Claims (22)

  1. 一種接合方法，其特徵在於包括如下步驟：於至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件之間，配置包含熔點低於上述第1金屬及/或上述第2金屬之低熔點金屬之接合材料；以及以上述低熔點金屬之熔點以上之溫度，將上述接合材料進行加熱；且於加熱上述接合材料之步驟中，藉由上述低熔點金屬與上述第1金屬及/或上述第2金屬之反應而生成金屬間化合物，一面於經熔融之上述低熔點金屬中剝離、分散上述金屬間化合物，一面反覆進行反應。
  2. 如請求項1之接合方法，其中於加熱上述接合材料之步驟中，將上述低熔點金屬全部製成金屬間化合物。
  3. 一種電子裝置之製造方法，其特徵在於：其係包括至少表面包含第1金屬之第1金屬構件及至少表面包含第2金屬之第2金屬構件的電子裝置之製造方法，其包括如下步驟：利用如請求項1或2之接合方法接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件。
  4. 一種接合方法，其特徵在於：其係用以將至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件經由以熔點低於上述第1金屬及/或上述第2金屬之低熔點金屬為主要成分之接合材料進行接合者，其包括如下熱處理步驟：將構成上述接合材料之上述低熔點金屬設為Sn或者含有70重量%以上之Sn之合金，將上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方設為與構成上述接合材料之上述低熔點金屬之間生成金屬間化合物之金屬或合金且與上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方之表面上所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬或合金，且在上述第1金屬構件與第2金屬構件之間配置有上述接合材料之狀態下，以構成上述接合材料之上述低熔點金屬進行熔融之溫度進行熱處理，並經由上述接合材料接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件。
  5. 如請求項4之接合方法，其中上述低熔點金屬係Sn或者含有85重量%以上之Sn之合金。
  6. 如請求項4之接合方法，其中以相對於(a)構成上述接合材料之上述低熔點金屬與(b)上述第1金屬及上述第2金屬中之上述晶格常數差為50%以上者之合計量的後者比例為30體積%以上之狀態下，實施上述熱處理步驟。
  7. 如請求項5之接合方法，其中以相對於(a)構成上述接合材料之上述低熔點金屬與(b)上述第1金屬及上述第2金屬中之上述晶格常數差為50%以上者之合計量的後者比例為30體積%以上之狀態下，實施上述熱處理步驟。
  8. 如請求項4至7中任一項之接合方法，其中構成上述接合材料之上述低熔點金屬係Sn單體，或者含有選自由Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、P所組成之群之至少1種與Sn之合金。
  9. 如請求項4至7中任一項之接合方法，其中上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方為Cu-Mn合金或者Cu-Ni合金。
  10. 如請求項8之接合方法，其中上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方為Cu-Mn合金或者Cu-Ni合金。
  11. 如請求項9之接合方法，其中上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方為以5~30重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以5~30重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金。
  12. 如請求項10之接合方法，其中上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方為以5~30重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以5~30重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金。
  13. 如請求項9之接合方法，其中上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方為以10~15重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以10~15重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金。
  14. 如請求項10之接合方法，其中上述第1金屬及上述第2金屬之至少一方為以10~15重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以10~15重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金。
  15. 一種電子裝置之製造方法，其特徵在於：其係包括至少表面包含第1金屬之第1金屬構件及至少表面包含第2金屬之第2金屬構件的電子裝置之製造方法，其包括如下步驟：利用如請求項4至7中任一項之接合方法接合上述第1金屬構件與上述第2金屬構件。
  16. 一種接合構造，其特徵在於：其係經由接合部接合第1金屬構件與第2金屬構件者，於上述接合部中至少分散有Cu-M-Sn(M係Ni及/或Mn)金屬間化合物，於與上述第1金屬構件及上述第2金屬構件之界面之至少一方，均未形成有作為金屬間化合物層之Cu3 Sn層及Cu6 Sn5 層之任一者。
  17. 如請求項16之接合構造，其中於上述接合部中，於與上述第1金屬構件及上述第2金屬構件之界面之任一者，均未形成有作為金屬間化合物層之Cu3 Sn層及Cu6 Sn5 層之任一者。
  18. 一種電子裝置，其特徵在於：其係經由接合部接合至少表面包含第1金屬之第1金屬構件與至少表面包含第2金屬之第2金屬構件者，上述第1金屬構件與上述第2金屬構件之接合部具有如請求項16或17之接合構造。
  19. 一種電子零件，其特徵在於：其係包括供於利用包含低熔點金屬之接合材料之接合之電極者，該低熔點金屬包含Sn或者含有70重量%以上之Sn之合金，與上述接合材料連接之上述電極之表面係由與上述低熔點金屬之間生成金屬間化合物之金屬或合金且與藉由與上述低熔點金屬之反應而於上述電極之表面上所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上之金屬或合金所形成。
  20. 如請求項19之電子零件，其中與上述接合材料連接之上述電極之表面係由Cu-Mn合金或者Cu-Ni合金所形成。
  21. 如請求項20之電子零件，其中與上述接合材料連接之上述電極之表面係由以5~30重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以5~30重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金所形成。
  22. 如請求項20之電子零件，其中與上述接合材料連接之上述電極之表面係由以10~15重量%之比例含有Mn之Cu-Mn合金、或者以10~15重量%之比例含有Ni之Cu-Ni合金所形成。
TW100147807A 2010-12-24 2011-12-21 A bonding method, a bonding structure, an electronic device, an electronic device manufacturing method, and an electronic component TWI461252B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010287782 2010-12-24
JP2011159922 2011-07-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201233485A TW201233485A (en) 2012-08-16
TWI461252B true TWI461252B (zh) 2014-11-21

Family

ID=46314012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100147807A TWI461252B (zh) 2010-12-24 2011-12-21 A bonding method, a bonding structure, an electronic device, an electronic device manufacturing method, and an electronic component

Country Status (7)

Country Link
US (2) US9209527B2 (zh)
EP (1) EP2656955B1 (zh)
JP (2) JP5664664B2 (zh)
KR (1) KR101528515B1 (zh)
CN (1) CN103167926B (zh)
TW (1) TWI461252B (zh)
WO (1) WO2012086745A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105873713B (zh) * 2014-01-07 2018-07-10 株式会社村田制作所 结构材料接合方法、接合用片材和接合结构
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
JP6287739B2 (ja) * 2014-09-30 2018-03-07 株式会社村田製作所 ステンドグラスの製造方法
CN105081500B (zh) * 2015-09-02 2017-02-22 哈尔滨工业大学 一种使用激光前向转印具有特定晶粒取向和数量薄膜诱发金属间化合物生长的方法
CN107848075B (zh) 2015-09-15 2021-03-19 株式会社村田制作所 接合用构件、接合用构件的制造方法和接合方法
CN107850400B (zh) 2015-09-28 2019-10-25 株式会社村田制作所 热导管、散热元件、热导管的制造方法
CN107835724B (zh) * 2015-11-05 2020-09-08 株式会社村田制作所 接合用构件和接合用构件的制造方法
JP6443568B2 (ja) * 2016-02-01 2018-12-26 株式会社村田製作所 接合材、それを用いた接合方法及び接合構造
JP6621068B2 (ja) * 2016-12-08 2019-12-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 実装構造体
JP6355091B1 (ja) * 2017-03-07 2018-07-11 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
JPWO2018174066A1 (ja) * 2017-03-23 2020-01-23 積水化学工業株式会社 導電性粒子、導電材料及び接続構造体
DE102017206932A1 (de) * 2017-04-25 2018-10-25 Siemens Aktiengesellschaft Lotformteil zum Erzeugen einer Diffusionslötverbindung und Verfahren zum Erzeugen eines Lotformteils
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
CN108098172B (zh) * 2017-12-01 2020-03-27 北京工业大学 一种实现Cu/Sn/Cu界面可逆连接的方法
KR102574413B1 (ko) * 2018-12-10 2023-09-04 삼성전기주식회사 코일 전자 부품
US11581239B2 (en) * 2019-01-18 2023-02-14 Indium Corporation Lead-free solder paste as thermal interface material
KR102148297B1 (ko) * 2019-03-06 2020-08-26 성균관대학교산학협력단 이종 금속 재료 간의 접합을 위한 천이액상소결접합 방법
CN109822256B (zh) * 2019-03-15 2021-08-06 南昌大学 一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料及制备方法
CN114173983A (zh) * 2019-07-26 2022-03-11 日本斯倍利亚社股份有限公司 预制焊料和使用该预制焊料形成的焊料接合体
DE112020004146T5 (de) * 2019-09-02 2022-05-25 Nihon Superior Co., Ltd. Lötpasten und lötstellen
CN113275787B (zh) * 2020-01-31 2023-05-30 铟泰公司 作为热界面材料的无铅焊料膏
JP6799701B1 (ja) * 2020-03-12 2020-12-16 有限会社 ナプラ 金属粒子

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI287264B (en) * 2004-03-29 2007-09-21 Intel Corp Under bump metallization layer to enable use of high tin content solder bumps

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6371361B1 (en) * 1996-02-09 2002-04-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Soldering alloy, cream solder and soldering method
US5863493A (en) * 1996-12-16 1999-01-26 Ford Motor Company Lead-free solder compositions
JP3152945B2 (ja) * 1998-03-26 2001-04-03 株式会社日本スペリア社 無鉛はんだ合金
TWI230104B (en) 2000-06-12 2005-04-01 Hitachi Ltd Electronic device
JP3763520B2 (ja) * 2000-12-25 2006-04-05 Ｔｄｋ株式会社 はんだ付け用組成物
US6602777B1 (en) * 2001-12-28 2003-08-05 National Central University Method for controlling the formation of intermetallic compounds in solder joints
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
JP2003332731A (ja) * 2002-05-09 2003-11-21 Murata Mfg Co Ltd Ｐｂフリー半田付け物品
JP4071049B2 (ja) * 2002-06-18 2008-04-02 松下電器産業株式会社 鉛フリー半田ペースト
WO2005041290A1 (ja) * 2003-10-24 2005-05-06 Nikko Materials Co., Ltd. ニッケル合金スパッタリングターゲット及びニッケル合金薄膜
JP2005288458A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp 接合体、半導体装置、接合方法、及び半導体装置の製造方法
EP1837119B1 (en) 2005-01-11 2015-02-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Solder paste and electronic device
JP4344707B2 (ja) * 2005-02-24 2009-10-14 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置およびその製造方法
JP4501818B2 (ja) * 2005-09-02 2010-07-14 日立電線株式会社 銅合金材およびその製造方法
KR101233926B1 (ko) * 2006-04-26 2013-02-15 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤 솔더 페이스트
JPWO2008026335A1 (ja) 2006-09-01 2010-01-14 株式会社村田製作所 電子部品装置およびその製造方法ならびに電子部品アセンブリおよびその製造方法
WO2008149584A1 (ja) 2007-06-04 2008-12-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. 電子部品装置およびその製造方法
KR101406174B1 (ko) * 2007-06-18 2014-06-12 엠케이전자 주식회사 주석, 은 및 비스무스를 함유하는 무연솔더
WO2009051181A1 (ja) 2007-10-19 2009-04-23 Nihon Superior Sha Co., Ltd. 無鉛はんだ合金
EP2221390B1 (en) * 2007-11-01 2014-06-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Method for producing a copper alloy sheet excellent in strength, bending workability and stress relaxation resistance
JP5169354B2 (ja) * 2008-03-18 2013-03-27 富士通株式会社 接合材料及びそれを用いた接合方法
JP5584909B2 (ja) * 2008-11-28 2014-09-10 株式会社弘輝 接続構造体
WO2011027659A1 (ja) * 2009-09-03 2011-03-10 株式会社村田製作所 ソルダペースト、それを用いた接合方法、および接合構造
JP5018978B1 (ja) * 2010-11-19 2012-09-05 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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI287264B (en) * 2004-03-29 2007-09-21 Intel Corp Under bump metallization layer to enable use of high tin content solder bumps

Also Published As

Publication number Publication date
CN103167926B (zh) 2016-03-09
JP5664664B2 (ja) 2015-02-04
CN103167926A (zh) 2013-06-19
US9209527B2 (en) 2015-12-08
TW201233485A (en) 2012-08-16
KR20130077873A (ko) 2013-07-09
EP2656955B1 (en) 2021-08-04
JPWO2012086745A1 (ja) 2014-06-05
EP2656955A1 (en) 2013-10-30
WO2012086745A1 (ja) 2012-06-28
US20160043480A1 (en) 2016-02-11
JP2014223678A (ja) 2014-12-04
US20130299236A1 (en) 2013-11-14
KR101528515B1 (ko) 2015-06-12
JP5907215B2 (ja) 2016-04-26
EP2656955A4 (en) 2017-07-19
US9614295B2 (en) 2017-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI461252B (zh) A bonding method, a bonding structure, an electronic device, an electronic device manufacturing method, and an electronic component
JP2014223678A5 (zh)
TWI505899B (zh) A bonding method, a bonding structure, and a method for manufacturing the same
JP5943065B2 (ja) 接合方法、電子装置の製造方法、および電子部品
JP5045673B2 (ja) 機能部品用リッドとその製造方法
TWI505898B (zh) A bonding method, a bonding structure, and a method for manufacturing the same
TW201706068A (zh) 無鉛銲錫合金
TWI681063B (zh) 混合合金焊料膏
JP5041102B2 (ja) 鉛フリーはんだ合金、接合用部材及びその製造法、並びに電子部品
JP4811403B2 (ja) 無電解Ｎｉめっき部のはんだ付け方法
KR20160006667A (ko) 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조방법
JP4959539B2 (ja) 積層はんだ材およびそれを用いたはんだ付方法ならびにはんだ接合部
JP2023524690A (ja) 混合はんだ粉末を含む高温用途の無鉛はんだペースト
JP5633815B2 (ja) Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ
WO2023248302A1 (ja) はんだ接合部材、半導体装置、はんだ接合方法、および、半導体装置の製造方法
JP2006000925A (ja) 無鉛はんだ合金およびその製造方法
JP2017185520A (ja) Ａｕ−Ｓｎ系はんだ合金
WO2016157971A1 (ja) はんだペースト
TW201343312A (zh) 無鉛銲錫合金