WO2006075459A1

WO2006075459A1 - はんだペースト、及び電子装置

Info

Publication number: WO2006075459A1
Application number: PCT/JP2005/022380
Authority: WO
Inventors: Hidekiyo Takaoka; Kosuke Nakano
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-07-20
Also published as: EP1837119A4; KR20070086809A; CN101087673A; EP1837119B1; US8920580B2; JP4753090B2; EP1837119A1; US20070245852A1; JPWO2006075459A1; CN101087673B; KR100867871B1

Abstract

　本発明のはんだペーストは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、及びＰｄ等の第１の金属材料を母材とし、第１の金属材料よりも融点の低いＳｎやＩｎ等の第２の金属材料を第１の金属材料の表面に付着してなる第１の金属粉末と、第１の金属材料よりも融点の低いＳｎやＩｎ等の金属材料からなる第２の金属粉末と、平均粒径が第１の金属材料より小さく、かつ第２の金属材料及び第２の金属粉末と化合可能なＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、及びＰｄ等の第３の金属粉末とが、フラックス中又は熱硬化樹脂中に分散している。これにより、加熱処理後に未反応成分が残留するのを抑制することができ、これにより複数回のリフロー処理を繰り返し行なってもはんだ接合の接合強度の低下を招くのを回避することができるようにする。

Description

明細書

はんだペースト、及び電子装置

技術分野

[0001] 本発明ははんだペースト、及び電子装置に関し、より詳しくは Pbを含まない Pbフリ一のはんだペースト、及びこれを用いて製造された電子装置に関する。

背景技術

[0002] 電子部品の実装に使用されるはんだ材として、近年では環境面に配慮し、従前の S n—Pb系力 Sn—Cu共晶系ゃ Sn—Ag共晶系等の Pbを含まない Pbフリーのはんだ材の開発が盛んに行われて、る。

[0003] 例えば、特許文献 1では、 Cuボールと Snボールを有するはんだであって、該 Snの融点以上において、 Cuボールの一部と Snボールにより Cu Snを含む化合物を形

6 5

成し、 Cuボール同士は Cu Snを含む化合物により結合される状態となるはんだが

6 5

提案されている。

[0004] 特許文献 1は、図 6に示すように、 Cuボール（Cu粉末） 102の表面に Sn皮膜 103 がめつき形成された第 1の金属粉末 104と、 Snボール (Sn粉末） 105とがフラックス 1 06中に分散した Sn—Cu共晶系はんだペーストが開示されて、る。

[0005] 特許文献 1では、図 7に示すように、はんだペースト 101をプリント基板 107の導電部に塗布した後、積層型セラミックコンデンサ等のチップ型電子部品 108を搭載し、その後 250°C以上の温度でリフロー処理を施すと、 Sn成分（めっき皮膜及び Sn粉末 )が溶融する。そして、溶融した Sn成分に Cuボール 102が濡れ拡がって Cuボール 1 02がフラックス 106中に均一に拡散し、図 8に示すように Cu Sn力もなる金属間化

6 5

合物 109を形成し、プリント基板 107と電子部品 108とが、はんだ 110を介して電気的に接合される。

[0006] 特許文献 1 :特許第 3558063号明細書

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] ところで、特許文献 1では、 Cuボール 105をフラックス 106中に均一に拡散させるためには、溶融した Sn成分中に Cuボール 105を濡れ拡がらせる必要があり、このためには Sn皮膜 103の膜厚を厚くしたり Snボール 105を増量させることにより Sn成分の含有量を増やすのが効果的である。

[0008] し力しながら、 Sn成分の含有量を増やした場合、図 9に示すように、 Sn成分の一部は加熱処理 (リフロー処理)を行っても金属間化合物 109が形成されずに未反応 Sn

111としてはんだ 110中に残留するおそれがある。

[0009] 一方、プリント基板 107とチップ型電子部品 108とをリフロー処理によりはんだ接合する場合、しばしばリフロー処理が複数回繰り返し行なわれることがある。例えば、まず、特定のチップ型電子部品 108をプリント基板 107に搭載して第 1回目のリフロー処理を行ない、その後、該特定のチップ型電子部品 108の近傍に他のチップ型電子部品を搭載して第 2回目のリフロー処理を行なう場合である。

[0010] Sn— Cu共晶系はんだペーストでは、加熱処理により金属間化合物が形成される力この金属間化合物は、主として Cu Snで表される化合物からなり、 Cuボール（C

6 5

u粉末)の近傍では Cu Snで表される化合物が形成される。そして、 Cu Snの融点

3 6 5 は約 400°C、 Cu Snの融点は約 670°Cと比較的高温であるのに対し、 Snの融点は

3

約 250°Cと低ヽ。

[0011] このため、第 1回目のリフロー処理で多量の未反応 Sn成分が残留した状態で、 Sn 成分の融点である 250°C以上の温度で第 2回目のリフロー処理を行なうと、第 1回目のリフロー処理で接合したはんだ中の未反応 Snl 11が再び溶融し、その結果、第 1 回目のリフロー処理で接合したプリント基板 107とチップ型電子部品 108との接合強度が低下する。

[0012] 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、未反応成分が加熱処理後に残留するのを抑制することができ、これによりリフロー処理を複数回繰り返し行なつてもはんだ接合の接合強度の低下を招くのを回避することができるはんだペースト、及びこのはんだペーストを使用して製造された電子装置を提供することを目的とする課題を解決するための手段

[0013] 本発明者は上記目的を達成するために鋭意研究したところ、金属母材の表面に該金属母材よりも低融点のめっき皮膜が形成された第 1の金属粉末、及び金属母材よりも低融点の第 2の金属粉末に加え、金属母材よりも平均粒径が小さぐかつ前記めつき皮膜や第 2の金属粉末と化合物を形成することが可能な第 3の金属粉末をはんだペースト中に含有させることにより、加熱処理を行なっても特定成分のはんだ中への残留が抑制されて所望の金属間化合物を形成することができ、これによりリフロー処理を複数回繰り返し行なってもはんだ接合の接合強度が低下するのを回避することができると!、う知見を得た。

[0014] 本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係るはんだべ一ストは、第 1の金属材料を母材とし、該第 1の金属材料よりも融点の低い第 2の金属材料を前記第 1の金属材料の表面に付着してなる第 1の金属粉末と、前記第 1の金属材料よりも融点の低い金属材料力なる第 2の金属粉末と、平均粒径が前記第 1の金属材料より小さぐかつ前記第 2の金属材料及び前記第 2の金属粉末と化合物を形成することが可能な第 3の金属粉末とを含有して、ることを特徴として、る。

[0015] また、本発明のはんだペーストは、前記第 1の金属材料及び前記第 3の金属粉末は、 Cu、 Ag、 Au及び Pdの中カゝら選択された少なくとも 1種の元素を含み、前記第 2 の金属材料及び前記第 2の金属粉末は、 Sn及び Inのうちの少なくとも一方の元素を含むことを特徴としている。

[0016] また、第 3の金属粉末は、平均粒径が小さいほど表面積が大きくなり、より多量の第 2の金属粉末や第 2の金属粉末と接することとなるので、反応促進には効果的であり、そのためには、第 3の金属粉末の平均粒径は、 0. 01-0. 3 mが好ましい。

[0017] すなわち、本発明のはんだペーストは、前記第 3の金属粉末の平均粒径が、 0. 01 〜0. 3 /z mであることを特徴として!/、る。

[0018] また、本発明のはんだペーストは、前記第 1の金属材料と前記第 3の金属粉末とが、同一材料で形成されていることを特徴としている。

[0019] さらに、本発明のはんだペーストは、前記第 2の金属材料と前記第 2の金属粉末と力同一材料で形成されて、ることを特徴として、る。

[0020] また、本発明のはんだペーストは、前記第 1〜第 3の金属粉末が、フラックス中に分散されて!、ることを特徴として！/、る。 [0021] また、本発明者らの更なる鋭意研究により、前記フラックスに代えて熱硬化性榭脂を使用することにより、はんだ接合部ははんだ層が榭脂皮膜で被覆されることから、空隙等の発生がより一層抑制され、その結果、はんだ接合部を別途榭脂封止しなくても物理的な接合強度を向上させることができるということが分力つた。

[0022] すなわち、本発明のはんだペーストは、前記第 1〜第 3の金属粉末が、熱硬化性榭脂中に分散されて、ることを特徴として！、る。

[0023] また、本発明に係る電子装置は、第 1の電子部品と第 2の電子部品とが、上述したはんだペーストが加熱されてなるはんだ接合部を介して電気的に接続されていることを特徴としている。

発明の効果

[0024] 上記はんだペーストによれば、 Cu (融点： 1083°C)、 Ag (融点： 961°C)、 Au (融点： 1064°C)、及び Pd (融点： 1554°C)等の第 1の金属材料を母材とし、該第 1の金属材料よりも融点の低!ヽ Sn (融点： 231°C)や In (融点： 156°C)等の第 2の金属材料を前記第 1の金属材料の表面に付着してなる第 1の金属粉末と、前記第 1の金属材料よりも融点の低い Snや In等の金属材料からなる第 2の金属粉末と、平均粒径が前記第 1の金属材料より小さぐかつ前記第 2の金属材料及び前記第 2の金属粉末と化合物を形成することが可能な Cu、 Ag、 Au、及び Pd等の第 3の金属粉末とを含有しているので、金属母材を濡れ拡がらせるベぐ加熱時に溶融する第 2の金属材料や第 2 の金属粉末の金属成分の含有量を増加させた場合であっても、第 1の金属材料よりも平均粒径の小さい第 3の金属粉末が前記第 2の金属材料や第 2の金属粉末に接触することにより、第 2の金属材料や第 2の金属粉末と第 3の金属粉末との反応が促進され、これにより未反応金属成分のはんだ中への残留を抑制することができ、はんだ接合の接合強度を向上させることができる。

[0025] また、上記はんだペーストは、第 3の金属粉末の平均粒径が、 0. 01-0. 3 mという小さな粒子であるので、該第 3の金属粉末全体の表面積が大きくなり、より多くの第 2の金属材料及び第 2の金属粉末と効果的に接して反応が促進され、これにより接合強度もより一層向上する。

[0026] また、本発明のはんだペーストは、前記第 1〜第 3の金属粉末が、フラックス中に分散されているので、上述した所望の作用効果を奏することができる。

[0027] また、本発明のはんだペーストは、前記第 1〜第 3の金属粉末が、熱硬化性榭脂中に分散されているので、はんだ接合部が熱硬化性榭脂で被覆されることとなり、これにより、空隙等の発生がより一層抑制され、はんだ接合部を別途榭脂封止しなくとも物理的な接合強度を向上させることができ、量産性が良好で信頼性に優れた電子装置の製造に好適なはんだペーストを実現することができる。

[0028] また、本発明の電子装置は、第 1の電子部品と第 2の電子部品とが、上述したはんだペーストが加熱されてなるはんだ接合部を介して電気的に接続されて!ヽるので、はんだ中には未反応金属成分の残留が抑制され、リフロー処理を複数回繰り返しても、はんだ接合の接合強度低下を招くこともない。特に、前記第 1〜第 3の金属粉末を熱硬化性榭脂中に分散させたはんだペーストを使用した場合は、はんだ接合部は、はんだ層が榭脂皮膜で被覆されてなるので、はんだ接合部を別途榭脂封止しなくとも物理的な接合強度を向上させることができ、量産性が良好で信頼性に優れた電子装置を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]本発明に係るはんだペーストの一実施の形態 (第 1の実施の形態)を模式的に示した平面図である。

[図 2]上記第 1の実施の形態に係るはんだペーストを使用して製造された電子装置の一実施の形態を示す断面図である。

[図 3]第 1の電子部品にはんだペーストを塗布し、はんだペースト上に第 2の電子部品を搭載した状態を示す断面図である。

[図 4]本発明に係るはんだペーストの第 2の実施の形態を模式的に示した平面図である。

[図 5]上記第 2の実施の形態に係るはんだペーストを使用して製造された電子装置の一実施の形態を示す断面図である。本発明に係るはんだペーストの第 2の実施の形態を模式的に示した平面図である。

[図 6]従来のはんだペーストを模式的に示した平面図である。

[図 7]従来のはんだペーストを使用して第 1の電子部品上にはんだペーストを塗布し、そのはんだペースト上に第 2の電子部品を搭載した状態を示す断面図である。

[図 8]従来のはんだペーストを使用して製造された電子装置の断面図である。

[図 9]従来のはんだペーストを使用して電子装置を使用した場合に生ずる課題を説明するための図である。

符号の説明

[0030] 2 第 1の金属材料

3 第 2の金属材料

4 第 1の金属粉末

5 第 2の金属粉末

6 第 3の金属粉末

7 フラックス

8 第 1の電子部品

9 第 2の電子部品

10 はんだ接合部

12 熱硬化性榭脂

15 はんだ接合部

発明を実施するための最良の形態

[0031] 次に、本発明の実施の形態を詳説する。

[0032] 図 1は、本発明に係るはんだペーストの一実施の形態 (第 1の実施の形態)を模式的に示した平面図であって、該はんだペースト 1は、第 1の金属材料 2を母材とし、該第 1の金属材料 2よりも融点の低い第 2の金属材料 3を前記第 1の金属材料 2の表面に付着してなる第 1の金属粉末 4と、前記第 1の金属材料 2よりも融点の低い金属材料からなる第 2の金属粉末 5と、平均粒径が前記第 1の金属材料 2より小さぐかつ前記第 2の金属材料 3及び前記第 2の金属粉末 5と化合物を形成することが可能な第 3 の金属粉末 6とを含有し、第 1〜第 3の金属粉末 4〜6がフラックス 7中に分散している

[0033] そして、上記はんだペーストに加熱処理が施されると、第 1の金属材料 2と第 2の金属材料 3とが化合して第 1の金属材料 2よりも高い融点を有する金属間化合物を形成し、また、第 2の金属粉末 5と第 1の金属材料 2とが化合して第 2の金属粉末 5より融点の高い金属間化合物を形成し、さらに第 3の金属粉末 6は第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と化合し、該第 2の金属粉末 5よりも高い融点を有する金属間化合物を形成する。

[0034] すなわち、従来より、上述した第 1の金属粉末 4及び第 2の金属粉末 5のみを含有したはんだペーストでは、加熱処理を行なうと、第 1の金属材料 2と第 2の金属材料 3とが化合して第 1の金属材料 2よりも高い融点を有する金属間化合物を形成し、また、第 2の金属粉末 5は第 2の金属材料 3と化合して第 2の金属粉末 5よりも高い融点を有する金属間化合物を形成してヽる。

[0035] そして、溶融した金属成分を濡れ拡がらせるためには、〔発明が解決しょうとする課題〕の項でも述べたように、第 2の金属材料 3の膜厚を厚くしたり第 2の金属粉末 5を増量させるのが効果的ではあるが、斯カる場合、第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5の一部が未反応金属成分としてはんだ中に残留してしまうおそれがある。

[0036] しかるに、第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5の融点は、形成される金属間化合物よりも低いことから、電子部品の実装時に複数回のリフロー加熱を行なった場合、再加熱により未反応金属成分としてはんだ中に残留している第 2の金属材料 3や第 2 の金属粉末 5が再溶融し、実装部品の接合強度の低下を招くおそれがある。

[0037] そこで、本実施の形態では、平均粒径が前記第 1の金属材料 2より小さぐかつ前記第 2の金属材料 3及び前記第 2の金属粉末 5と化合物を形成することが可能な第 3 の金属粉末 6をはんだペースト 1中に含有させ、これにより未反応金属成分の残留を抑制している。

[0038] すなわち、平均粒径が第 1の金属材料 2よりも小さい第 3の金属粉末 6を添加することにより、該第 3の金属粉末 6を第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と接触させて効果的に反応を促進させ、これにより、第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5の含有量が増えても未反応成分の残留を抑制することができ、したがって複数回のリフロー処理を行なっても先のリフロー処理で接合した部位の接合強度が低下するのを回避することがでさる。

[0039] 尚、第 3の金属粉末 6は微粒であればあるほど表面積が増大して第 2の金属材料 3 や第 2の金属粉末 5と接する確率が増加し、化合物反応を促進することから、第 3の金属粉末 6は極力微粒であるのが望ましい。具体的には第 3の金属粉末 6の平均粒径 ίま、 0. 01〜0. 3 m力好まし!/ヽ。

[0040] また、母材となる第 1の金属材料 2としては、 Pbフリーはんだ材に適した Cu、 Ag、 A u、及び Pdのうちの少なくとも 1種の元素を含有した単体金属又は Cu— Ni合金等の合金金属を使用することができる。

[0041] また、第 2の金属材料 3としては、第 1の金属材料 2より低融点の金属材料、例えば

、 Sn及び Inのうちの少なくともいずれか 1種を含有した単体金属又は合金金属を使用することができる。

[0042] 第 2の金属粉末 5としては、第 2の金属材料 3と同様、第 1の金属材料 1よりも低融点の金属材料、 Sn及び Inのうちの少なくとも 1種を含有した単体金属又は合金金属を使用することができる。

[0043] また、第 2の金属材料 3として Snを使用し、第 2の金属粉末 5として Inを使用したり、その逆でも可能であるが、実装部品との接合部における熱衝撃に対する強度を考慮すると、第 2の金属粉末 5は、第 2の金属材料 3と同種金属を使用するのが好ましぐ例えば、第 2の金属材料 3として Snを使用したときは第 2の金属粉末 5としても Snを使用するのが好ましぐまた第 2の金属材料 3として Inを使用したときは第 2の金属粉末 5としても Inを使用するのが好まし!/、。

[0044] 第 3の金属粉末 6についても、第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と化合物を形成することが可能な金属材料、例えば、 Cu、 Ag、 Au、及び Pd、又はこれら単体金属を含有した合金金属を使用することができ、必ずしも第 1の金属材料 2と同一材料である必要はない。し力しながら、上述と同様、実装部品との接合部における熱衝撃に対する強度を考慮すると、第 3の金属粉末 6は、第 1の金属材料 2と同種金属、例えば、第 1の金属材料 2として Cuを使用したときは第 3の金属粉末 6としても Cuを使用するのが好ましぐまた第 1の金属材料 2として Agを使用したときは第 3の金属粉末 6 としても Agを使用するのが好まし、。

[0045] 図 2は、上記はんだペーストを使用して実装された電子装置の一実施の形態を模式的に示す断面図であって、プリント基板等の第 1の電子部品 8と積層セラミックコンデンサ等の第 2の電子部品 9とがはんだ接合部 10を介して電気的に接合されて!、る [0046] この電子装置は以下のようにして製造される。

[0047] すなわち、図 3に示すように、第 1の電子部品 8上にはんだペースト 1を塗布した後、該はんだペースト 1上に第 2の電子部品 9を搭載し、その後、所定温度で加熱処理を行なうと、上記第 1の金属材料 2が第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と化合すると共に、第 3の金属粉末 6が第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と化合し、図 2に示すように、金属間化合物力もなるはんだ接合部 10が形成される。すなわち、第 1の電子部品 8と第 2の電子部品 9ははんだ接合部 10を介して接合され、電気的に接続され、これにより電子装置が製造される。

[0048] このようにして製造された電子装置は、はんだペースト中に、平均粒径が第 1の金属材料 2より小さぐ第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と化合物を形成することが可能な第 3の金属粉末を含有して、るので、第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5の含有量を増加させても、リフロー処理 (加熱処理）により第 3の金属粉末 6と化合して金属間化合物を形成するので、未反応金属成分の残留を抑制することができ、したがって、リフロー処理を複数回繰り返し行なっても接合強度が低下することもな!/、。

[0049] 図 4は、本発明に係るはんだペーストの第 2の実施の形態を模式的に示した平面図であって、該はんだペースト 11は、フラックスに代えて熱硬化性榭脂 12中に前記第 1 〜第 3の金属粉末 4〜6が分散して、る。

[0050] そして、上記第 1の実施の形態と同様、第 1の電子部品 8上にはんだペースト 11を塗布した後、該はんだペースト 11上に第 2の電子部品 9を搭載し、その後、所定温度で加熱処理を行なうと、第 1の金属材料 2が第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と化合すると共に、第 3の金属粉末 6が第 2の金属材料 3や第 2の金属粉末 5と化合し、図 5に示すようにはんだ層 13が形成され、さらに、該はんだ層 13の表面は熱硬化性榭脂で被覆されて榭脂皮膜 14が形成され、はんだ層 13と榭脂皮膜 14とではんだ接合部 15を形成している。

[0051] このように本第 2の実施の形態では、熱硬化性榭脂 12中に第 1〜第 3の金属粉末 4 〜6を分散させたはんだペーストを使用することにより、はんだ接合部 15は、はんだ層 13の表面に榭脂皮膜 14が形成されてなるので、複数回のリフロー処理を繰り返し行なっても接合強度が低下することもなく所望の耐熱性を確保する上に、空隙等の発生が抑制されて物理的な接着強度、特に水平方向の接着強度をより一層向上させることが可能となり、はんだ層 13を別途榭脂封止する必要もなぐ電子装置の製造工程の簡略ィ匕が可能であり、量産性にも好適したものとなる。

[0052] 尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではぐ要旨を逸脱しない範囲において変更可能なことはいうまでもない。また、第 2の金属材料 3の第 1の金属材料 2 への付着方法についても、めっきによる皮膜形成方法やその他の析出方法で第 2の金属材料 3を第 1の金属材料 2の表面に付着させることができる。

[0053] 次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

第 1実施例

[0054] 金属母材となる第 1の金属材料として平均粒径が： L mの Cu粉末 (以下、「母材 Cu 」という。 ) (融点： 1083°C)を用意し、母材 Cuに無電解 Snめっき又は無電解 Inめつきを施した。そしてこの無電解 Snめっき又は無電解 Inめっきにより、母材 Cuの表面に膜厚 0. 05 mの Sn皮膜又は In皮膜 (第 2の金属材料)を形成し、これにより第 1 の金属粉末を作製した。

[0055] 次に、第 2の金属粉末として平均粒径が 1 μ mの Sn粉末 (融点： 231°C)及び In粉末 (融点： 156°C)を用意し、また、第 3の金属粉末として平均粒径が 0. 01 μ mの Cu 粉末を用意した。

[0056] さらに、ロジン： 76重量⁰ /₀、ジエチレングリコールジェチルエーテル： 22重量⁰ /₀、及びトリエタノールァミン： 2重量％の配合比率を有するフラックスを用意した。

[0057] 次いで、第 1の金属粉末、第 2の金属粉末 (Sn粉末又は In粉末)、第 3の金属粉末

(Cu粉末)を所定量秤量し、三本ロールミルを使用してこれら粉末をフラックス中に分散させ、実施例 1〜6のはんだペーストを作製した。

[0058] また、上記第 1の金属粉末、及び上記第 2の金属粉末 (Sn粉末又は In粉末)を所定量秤量し、上記実施例 1〜6と同様、フラックス中に分散させ、 Cu粉末 (第 3の金属粉末)を含まない比較例 1、 2のはんだペーストを作製した。尚、第 1の金属粉末は、比較例 1では母材 Cuの表面に Sn皮膜が形成されたものを使用し、比較例 2では母材 Cuの表面に In皮膜が形成されたものを使用した。

[0059] 次に、実施例 1〜6及び比較例 1、 2のはんだペーストを使用し、縦 30mm、横 30m mの銅板にメタルマスクを介して印刷し、次いで、長さ 1. Omm、幅 0. 5mm、厚さ 0.

5mmの積層セラミックコンデンサを前記銅板に搭載し、その後、大気雰囲気下、最高温度が 280°Cとなるようにリフロー処理を 5分間行ない、銅板と積層セラミックコンデンサとをはんだで接合した。

[0060] 次、で、接合部のはんだを 30mgサンプリングし、示差走査型熱量計 (DSC)を使用して融解挙動を測定し、 Sn吸熱ピーク（Sn融点： 231°C)が存在するか否かを調ベ、未反応 Sn又は未反応 Inの有無を確認した。

[0061] 表 1は実施例 1〜6及び比較例 1、 2のはんだペーストの成分組成及び未反応 Snの有無を示している。

[0062] [表 1]

この表 1から明らかなように、比較例 1及び比較例 2は Cu粉末 (第 3の金属粉末)を含有して!/、な!、ので、リフロー処理後に未反応 Sn又は未反応 Inが残留することが分かった。 [0064] これに対して実施例 1〜6は、母材 Cuの平均粒径（1 μ m)よりも小さい Cu粉末 (平均粒径: 0. 01 m)が第 3の金属粉末としてはんだペースト中に含まれているので、リフロー処理後に未反応 Sn又は未反応 Inは残留しなヽことが確認された。

第 2実施例

[0065] 金属母材となる第 1の金属材料として、平均粒径が 1 mの母材 Cu、及び平均粒径が： mの Ag粉末 (以下、「母材 Ag」という。 ) (融点： 961°C)を用意した。次いで、母材 Cu又は母材 Agに無電解 Snめっき（実施例 11〜 13及び実施例 17〜 19)又は無電解 Inめっき（実施例 14〜16及び実施例 20〜22)を施した。そしてこの無電解 S nめっき又は無電解 Inめっきにより、母材 Cu又は母材 Agの表面に膜厚 0. 05 /z mの Sn皮膜又は In皮膜 (第 2の金属材料)を形成し、これにより第 1の金属粉末を作製した。

[0066] 次に、〔第 1実施例〕と同様、平均粒径が 1 μ mの第 2の金属粉末 (Cu粉末又は In 粉末）、及び平均粒径力 Sそれぞれ 0. 01 m、 0. 30 m、 1. 00 mの Cu粉末を用意した。そして、第 1の金属粉末、第 2の金属粉末、 Cu粉末 (第 3の金属粉末)、及びフラックスを表 1の実施例 1と同一の配合比率となるように調製し、これにより実施例 1 1〜22のはんだペーストを得た。

[0067] また、第 3の金属粉末として母材 Cuと同様の平均粒径（1 m)を有する Cu粉末を使用し、その他は実施例 11〜22と同様の方法 ·手順で比較例 11〜22のはんだべ一ストを作製した。

[0068] 次に、〔第 1実施例〕と同様の方法 '手順で、銅板上に積層セラミックコンデンサをはんだ接合し、接合部のはんだをサンプリングして未反応 Sn又は未反応 Inの有無を確した ₀

[0069] 表 2は実施例 11〜22及び比較例 11〜22の母材 (第 1の金属材料）、第 2の金属粉末、及び第 3の金属粉末の平均粒径、及び未反応 Sn又は未反応 Inの有無を示している。

[0070] [表 2] 母材 (第 1の金属材第 2の金属粉末の第 3の金属粉末の未反 ft、Sn 料)の平均粒径（ m) 平均粒径（i m) 平均粒径（jum) 又は

未 J!Rfoln

Cu Ag Sn In Cu

11 1.0 一 1.0 一 0.01 無

12 1.0 ― 1.0 ― 0. 10 無

13 1.0 一 1.0 ― 0.30 無

14 1.0 一 ― 1.0 0.01 無

15 1.0 ― ― 1.0 0. 10 無実 16 1.0 ― ― 1.0 0.30 無施

例 17 ― 1.0 1.0 ― 0.01 無

18 ― 1.0 1.0 ― 0. 10 無

19 ― 1.0 1.0 ― 0.30 無

20 ― 1.0 ― 1.0 0.01 無

21 ― 1.0 一 1.0 0. 10 無

22 一 1.0 ― 1.0 0.30 無

11 1.0 ― 1.0 ― 1.00 有

12 1.0 一 1.0 ― 1.00 有

13 1.0 ― 1.0 ― 1.00 有

14 1.0 ― ― 1.0 1.00 有

15 1.0 ― ― 1.0 1.00 有比 16 1.0 ― ― 1.0 1.00 有較

例 17 ― 1.0 1.0 一 1.00 有

18 一 1.0 1.0 ― 1.00 有

19 ― 1.0 1.0 ― 1.00 有

20 一 1.0 一 1.0 1.00 有

21 ― 1.0 ― 1.0 1.00 有

22 一 1.0 ― 1.0 1.00 有

[0071] この表 2から明らかなように、比較例 11〜16は第 3の金属粉末としての Cu粉末の平均粒径が 1 mであり、母材 Cuと同一径であるため、リフロー処理後に未反応 Sn 又は未反応 Inが残留することが分かった。

[0072] また、比較例 17〜22も、比較例 11〜16と同様、第 3の金属粉末としての Cu粉末の平均粒径が： L mであり、母材 Agと同一径であるため、リフロー処理後に未反応 S n又は未反応 Inが残留することが分かった。

[0073] これに対して実施例 11〜22は、母材 Cu又は母材 Agの平均粒径（1 μ m)よりも小さい平均粒径が 0. 01-0. 30 mの Cu粉末を第 3の金属粉末として使用しているので、リフロー処理後に未反応 Sn又は未反応 Inの残留が存在しなヽことが確認された。

第 3実施例

[0074] 第 1の金属材料として平均粒径がいずれも: mの母材 Ag (融点： 961°C)、 Au粉末 (以下、「母材 Au」という。 ) (融点：1064°C)、 Pd粉末 (以下、「母材 Pd」という。 ) ( 融点： 1554°C)を使用し、第 3の金属粉末として平均粒径が 0. 01 μ mの Ag粉末、 A u粉末、 Pdを使用し、〔第 1実施例〕と同様の手順で表 3の実施例 31〜48に示す配合比率を有するはんだペーストを作製した。

[0075] また、上記第 1の金属粉末、及び上記第 2の金属粉末を所定量秤量し、該第 1の金属粉末及び第 2の金属粉末をフラックス中に分散させ、第 3の金属粉末を含まない比較例 31〜36のはんだペーストを作製した。

[0076] 次に、〔第 1実施例〕と同様の方法 '手順で、銅板上に積層セラミックコンデンサをはんだ接合し、接合部のはんだをサンプリングして未反応 Sn又は未反応 Inの有無を確した ₀

[0077] 表 3は実施例 31〜48及び比較例 31〜36のはんだペーストの成分組成及び未反応 Sn又は未反応 Inの有無を示してヽる。

[0078] [表 3]

第 1の金属粉末 (重量％)

第 2の金属粉末第 3の金属粉末未反応 Sn 母材 (第 1の金属材料）第 2の金属材料 (重量％) (重量％) フラックス

又は (重量％) 未反 J¾ In

Ag Au Pd Sn In Sn In Ag Au Pd

31 57. 9 一一 7. 1 ― 5. 0 一 10. 0 一一 20. 0 無

32 48. 9 D I一一 6. 1 一 5. 0 一 20. 0 一一 20. 0 無

d

33 40. 0 一一 5. 0 ― 5. 0 一 30. 0 一一 20. 0 無

34 57. 9 一一一 7. 1 一 5. 0 10. 0 一一 20. 0 無

35 48. 9 一一一 6. 1 一 5. 0 20. 0 一一 20. 0 無

36 40. 0 一寸

ό ― 一 5. 0 一 5. 0 30. 0 ― ― 20. 0 無

37 一 60. 9 一 4. 1 ― 5. 0 一一 10. 0 ― 20. 0 無

38 一 51 . 5 一 3. 5 一 5. 0 一一 20. 0 一 20. 0 無

39 42. 1 一 2. 9 一 5. 0 一一 30. 0 一 20. 0 無施 ―

例 40 一一一 4. 1 一 5. 0 一 10. 0 一 20. 0 無

41 一 51 . 5 一一 3. 5 一 5. 0 一 20. 0 一 20. 0 無

42 ― 42. 1 一一 2. 9 ― 5. 0 一 30. 0 一 20. 0 無

43 一一 58. 6 6. 4 一 5. 0 一一一 1 0. 0 20. 0 無

44 一一 49. 6 5. 4 一 5. 0 一 ― 一 20. 0 20. 0 無

45 一一 4. 5 一 5. 0 ― 一一 20. 0 無

46 一一 58. 6 一 6. 4 一 5. 0 一一 1 0. 0 20. 0 無

47 一一 49. 6 一 5. 4 一 5. 0 一一 20. 0 20. 0 無

48 一一 40. 5 一 4. 5 ― 5. 0 ― ― 30. 0 20. 0 無

31 ― 一 8. 4 一 5. 0 一一 ― ― 20. 0 有

32 66. 6 ― 一一 8. 4 ― 5. 0 一 ― 一 20. 0 有比 33 ― 70. 2 一 4. 8 一 5. 0 一一一一 20. 0 有較

34 0. 2

例一 7 一一 4. 8 一 5. 0 一一一 20. 0 有

35 一一 67. 6 フ. 4 ― 5. 0 一一一一 20. 0 有

36 一一 67. 6 一 7. 4 —— 5. 0 一一一 20. 0 有

o

o [0079] この表 3から明らかなように、比較例 31〜36は第 3の金属粉末を含有していないので、リフロー処理後に未反応 Sn又は未反応 Inが残留するのが分かった。

[0080] これに対し、実施例 31〜48は、金属母材及び第 3の金属粉末として所定粒径の A g、 Au、又は Pdをそれぞれ使用した場合も、金属母材及び第 3の金属粉末として Cu を使用した場合と同様、リフロー処理後に未反応 Sn又は未反応 Inが残留しないことが確認された。

第 4実施例

[0081] 第 1の金属材料として平均粒径がの Cu—Ni合金（Ni: 70重量％)、 Ag— Cu 合金 (Cu: 10重量％)、 Ag— Pd合金 (Pd: 30重量％) (以下、これらを総称して「母材合金」という。）を使用し、母材合金の含有量を 58. 6重量％、 Sn皮膜又は In皮膜の含有量を 6. 4重量％、平均粒径が 1 mの第 2の金属粉末 (Sn粉末又は In粉末）の含有量を 5. 0重量％、第 3の金属粉末としての平均粒径 0. 01 111の01粉末の含有量を 10重量％とし、〔第 1実施例〕と同様の手順'方法で実施例 51〜56のはんだペーストを作製した。

[0082] 次に、〔第 1実施例〕と同様の方法 '手順で、銅板上に積層セラミックコンデンサをはんだ接合し、接合部のはんだをサンプリングして未反応 Sn又は未反応 Inの有無を確した ₀

[0083] 表 4は実施例 51〜56のはんだペーストの成分糸且成及び未反応 Sn又は未反応 In の有無を示している。

[0084] [表 4]

室 0j5¾5¾s$¾s¾0081J^5515;^:^^ ^r^ Q 0〜

合も、 Cuや Ag等の単体金属を使用した場合と同様、リフロー処理後に未反応 Sn又は未反応 Inが残留しなヽことが確認された。

第 5実施例

[0086] 〔第 1実施例〕と同一仕様の第 1〜第 3の金属粉末を所定量秤量し、三本ロールミルを使用してこれら粉末を熱硬化性榭脂としての溶融エポキシ榭脂中に分散させ、実施例 61〜66のはんだペーストを作製した。尚、前記第 1〜第 3の金属粉末の配合比率は実施例 1〜6と同様である。

[0087] 次いで、〔第 1実施例〕と同様、前記はんだペーストを使用して銅板に印刷処理を施した後、積層セラミックコンデンサ（長さ 1. Omm、幅 0. 5mm、厚さ 0. 5mm)を搭載し、その後、大気雰囲気下、最高温度が 280°Cとなるようにリフロー処理を 5分間行な V、、銅板と積層セラミックコンデンサとをはんだで接合した。

[0088] 次いで、〔第 1実施例〕で使用した実施例 1〜6の試料を別途用意し、該実施例 1〜 6及び実施例 61〜66の各 20個の試料について、実装状態をマイクロスコープで外観観察した。その結果、実施例 1〜6では、はんだ接合部ははんだが表面露出していたのに対し（図 2参照）、実施例 61〜66では、はんだ接合部ははんだ層が榭脂皮膜で被覆されてヽることが確認された（図 5参照)。

[0089] 次に、実施例 61〜66及び実施例 1〜6の各 20個の試料について、 EIAJ ET740 3に準拠し、 0. 05mmZsの速度で積層セラミックコンデンサを水平方向に押して横押し強度試験を行い、接合強度を測定した。

[0090] さらに、実施例 61〜66及び実施例 1〜6の各 20個の試料について、 55°C〜15 0°Cの温度間でヒートサイクル試験を行い、その後、各試料を走査型電子顕微鏡 (S EM)で断面観察し、空隙やクラック等の欠陥の発生有無を観察した。尚、ヒートサイクル試験の上限温度（一 55°C)及び下限温度（150°C)の保持時間を 30分とし、サイクノレ数を 500回とした。

[0091] 表 5は実施例 61〜66及び実施例 1〜6の成分組成、接合強度及び欠陥発生率を示している。尚、表中、接合強度は、各実施例の平均値を示している。

[0092] [表 5] 第 1の金属粉末 (重量％)

第 2の金属粉末第 3の金属粉末欠陥母材第 2の金属材料 (重量％) (重量％) フラックス熱硬化性樹脂接合強度

発生率 (第 1の金属材料） (重量％) (重量％) (N/mm²)

(%)

Cu Sn In Sn In Cu

61 56. 7 8. 3 ― 5. 0 一 10. 0 一 20. 0 28. 5 0. 0

62 48. 0 7. 0 一 5. 0 一 20. 0 一 20. 0 27. 7 0. 0

63 39. 2 5. 8 一 5. 0 ― 30. 0 一 20. 0 27. 0 0. 0

64 56. 7 一 8. 3 一 5. 0 10. 0 一 20. 0 27. 5 0. 0

65 48. 0 一 7. 0 一 5. 0 20. 0 一 20. 0 27. 4 0. 0 実 66 39. 2 一 5. 8 一 5. 0 30. 0 一 20. 0 27. 7 0. 0 施

例 1 56. 7 8. 3 一 5. 0 一 1 0. 0 20. 0 一 7. 5

2 48. 0 7. 0 一 5. 0 一 20. 0 20. 0 一 7. 4 95. 0

3 39. 2 5. 8 一 5. 0 一 30. 0 20. 0 ― 7. 0 90. 0

4 56. 7 一 8. 3 一 5. 0 1 0. 0 20. 0 一 7. 1 100. 0

5 48. 0 一 7. 0 一 5. 0 20. 0 20. 0 一 6. 9 95. 0

6 39. 2 一 5. 8 一 5. 0 30. 0 20. 0 ― 7. 5 100. 0

o o [0093] この表 5から明らかなように実施例 1〜6は、はんだペーストが、第 1〜3の金属粉末をフラックス中に分散してなるので、接合強度が 6. 9〜7. 5NZmm2であり、また空隙等の発生が認められた試料があつたのに対し、実施例 61〜66は、はんだペースト力第 1〜3の金属粉末を溶融エポキシ榭脂中に分散してなるので、銅板と積層セラミックコンデンサとの接合部の外皮が榭脂皮膜で形成されており、このため接合強度

0-28. 5NZmm2と大幅に向上し、また空隙等の発生も認められな力つた。

[0094] すなわち、第 1〜3の金属粉末を溶融エポキシ榭脂中に分散させたはんだペーストを使用することにより、接合強度が大幅に改善され、し力も空隙等の発生するのを回避できるということが分力つた。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1の金属材料を母材とし、該第 1の金属材料よりも融点の低い第 2の金属材料を前記第 1の金属材料の表面に付着してなる第 1の金属粉末と、

前記第 1の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる第 2の金属粉末と、平均粒径が前記第 1の金属材料より小さぐかつ前記第 2の金属材料及び前記第 2 の金属粉末と化合物を形成することが可能な第 3の金属粉末とを含有していることを特徴とするはんだペースト。

[2] 前記第 1の金属材料及び前記第 3の金属粉末は、 Cu、 Ag、 Au及び Pdの中力選択された少なくとも 1種の元素を含み、

前記第 2の金属材料及び前記第 2の金属粉末は、 Sn及び Inのうちの少なくとも一方の元素を含むことを特徴とする請求項 1記載のはんだペースト。

[3] 前記第 3の金属粉末の平均粒径が、 0. 01〜0. 3 μ mであることを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載のはんだペースト。

[4] 前記第 1の金属材料と前記第 3の金属粉末とは、同一材料で形成されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載のはんだペースト。

[5] 前記第 2の金属材料と前記第 2の金属粉末とは、同一材料で形成されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載のはんだペースト。

[6] 前記第 1〜第 3の金属粉末が、フラックス中に分散されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のいずれかに記載のはんだペースト。

[7] 前記第 1〜第 3の金属粉末が、熱硬化性榭脂中に分散されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のいずれかに記載のはんだペースト。

[8] 第 1の電子部品と第 2の電子部品とが、請求項 1乃至請求項 7のいずれかに記載のはんだペーストが加熱されてなるはんだ接合部を介して電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。