WO2017154329A1 - 接合体の製造方法及び接合材料 - Google Patents

Abstract

本発明の接合体の製造方法は、第１部材と第２部材とが接合された接合体の製造方法であって、第１金属粉末と、上記第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とを含む接合材料を上記第１部材と上記第２部材との間に配置する配置工程と、上記第１部材と上記第２部材との間に配置された上記接合材料を加熱することにより、上記第１部材と上記第２部材とを接合する加熱工程とを含み、上記第１金属粉末は、Ｓｎ又はＳｎを含む合金からなり、上記第２金属粉末は、Ｃｕ－Ｎｉ合金、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ａｌ合金又はＣｕ－Ｃｒ合金からなり、上記第２金属粉末の５０％体積粒径Ｄ５０が２０μｍ以上であり、９０％体積粒径をＤ９０、１０％体積粒径をＤ１０としたとき、上記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．６以下であることを特徴とする。

Description

接合体の製造方法及び接合材料

本発明は、接合体の製造方法及び接合材料に関する。

電子部品を基板に実装する方法としては、電子部品の電極を基板上の電極（ランド電極）等にはんだ付けすることにより実装する方法が広く用いられている。

このようなはんだ付けによる実装に用いられるソルダペーストとして、特許文献１には、（ａ）Ｓｎ又はＩｎからなる第１金属ボールと、（ｂ）Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の高融点金属又はそれらを含む高融点合金からなる第２金属（又は合金）ボールとの混合体を含むはんだペーストが開示されている。
また、特許文献１には、該はんだペーストを用いた接合方法や、電子機器の製造方法が開示されている。

特許文献１に記載のはんだペーストを用いてはんだ付けを行う場合、低融点金属（例えばＳｎ）ボールと高融点金属（例えばＣｕ）ボールとが加熱されることによって、低融点金属と高融点金属とが反応して金属間化合物が形成され、この金属間化合物を含む接合部を介して接合対象物が接合される（すなわち、はんだ付けされる）ことになる。

しかし、特許文献１に記載のはんだペーストにおいて、高融点金属がＣｕ、低融点金属がＳｎである場合、ＣｕとＳｎとの反応速度が遅いため、低融点金属であるＳｎが残留してしまう。はんだ付けの工程で残留したＳｎは、その後の別のはんだ付け工程で溶融して流れ出すおそれがあり、高温はんだとしては信頼性が低いという問題点がある。

このような問題点を解決するために、特許文献２には、第１金属粉末と、第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とからなる金属成分と、フラックス成分とを含むソルダペーストであって、第１金属はＳｎ又はＳｎを含む合金であり、第２金属は上記第１金属と、３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成し、かつ、金属間化合物の格子定数と第２金属成分の格子定数との差である格子定数差が５０％以上である金属又は合金であるソルダペーストが開示されている。特許文献２では、第２金属として、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ｎｉ合金等が例示されている。
また、特許文献２には、上記ソルダペーストを用いた接合方法や、電子機器の製造方法が開示されている。

特許文献２に記載のソルダペーストを用いた接合方法によれば、第１金属（例えばＳｎ）と第２金属（例えばＣｕ－Ｎｉ合金）との反応が促進されるため、Ｓｎ等の低融点成分の残留量を大幅に減らすことができるとされている。

特開２００２－２５４１９４号公報 国際公開第２０１１／０２７６５９号

しかし、特許文献２に記載のソルダペーストを用いた接合方法では、Ｓｎ等の第１金属とＣｕ－Ｎｉ合金等の第２金属との反応が急速に進むため、Ｓｎ等が液状を呈する時間が短く、速やかに溶融温度の高い金属間化合物が形成されてしまうため、接合部内に空隙（ボイド）が生じやすい。また、ソルダペーストに含まれる有機成分に由来するガスによっても空隙が生じる場合がある。そのため、空隙が起点となってクラックが発生すると、接合部が破断してしまうという問題が生じる。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、空隙を起点とするクラックによる接合部の破断を抑制することができる接合体の製造方法、及び、該方法に用いられる接合材料を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の接合体の製造方法は、第１部材と第２部材とが接合された接合体の製造方法であって、第１金属粉末と、上記第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とを含む接合材料を上記第１部材と上記第２部材との間に配置する配置工程と、上記第１部材と上記第２部材との間に配置された上記接合材料を加熱することにより、上記第１部材と上記第２部材とを接合する加熱工程とを含み、上記第１金属粉末は、Ｓｎ又はＳｎを含む合金からなり、上記第２金属粉末は、Ｃｕ－Ｎｉ合金、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ａｌ合金又はＣｕ－Ｃｒ合金からなり、上記第２金属粉末の５０％体積粒径Ｄ５０が２０μｍ以上であり、９０％体積粒径をＤ９０、１０％体積粒径をＤ１０としたとき、上記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．６以下であることを特徴とする。

本発明の接合体の製造方法では、Ｄ５０が２０μｍ以上であり、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．６以下である第２金属粉末、すなわち、粒径が大きく、かつ、粒度分布が比較的狭い第２金属粉末を使用することを特徴としている。これにより、サイズが大きく、かつ、隣接する空隙までの距離が長い空隙を接合部内に形成することができる。粉体の形状が球形であり、かつ、粒径が同一であると仮定した場合、粉体の粒径が大きくなるほど、充填された粉体間の空隙のサイズも当然大きくなる。実際には、粉体が一定の粒度分布を有しているため、粒径の大きい粉体によって形成された空隙部分に粒径の小さい粉体が入り込むことにより、空隙のサイズは小さくなる。したがって、粉体の粒径を大きく、かつ、粒度分布を狭くすることにより、空隙のサイズを大きくすることができる。そして、熱処理前の粉体間の空隙を大きくしておけば、熱処理後の空隙も大きくすることができる。
以上のように、本発明の接合体の製造方法では、サイズが大きく、かつ、隣接する空隙までの距離が長い空隙を接合部内に形成することができるため、空隙を起点するクラックが発生した場合であっても、クラックが空隙間を伝播しにくくなり、クラックの進展を抑えることができる。その結果、接合部の破断を抑制することができる。

本発明の接合体の製造方法は、上記加熱工程後、上記第１部材と上記第２部材との間の空隙に樹脂を充填する充填工程をさらに含むことが好ましい。
接合部内の空隙に樹脂を充填することにより、接合部を補強することができるため、接合強度を高くすることができる。

本発明の接合体の製造方法においては、上記第２金属粉末のＤ５０が２００μｍ以下であることが好ましい。
第２金属粉末のＤ５０が２００μｍを超えると、接合対象物である第１部材及び第２部材の平行性を保つことが困難となる。その結果、膨張及び収縮を伴う熱衝撃が与えられた際にクラックが入りやすくなる。

本発明の接合体の製造方法においては、上記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．５以上であることが好ましい。
第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．５未満であると、第２金属粉末のＤ５０が大きくなる傾向にあるため、接合対象物である第１部材及び第２部材の平行性を保つことが困難となる。その結果、膨張及び収縮を伴う熱衝撃によってクラックが入りやすくなる。

本発明の接合体の製造方法においては、上記第１金属粉末の重量に対する上記第２金属粉末の割合が４０重量％以上２４０重量％以下であることが好ましい。
第２金属粉末の割合が４０重量％未満であると、接合部に存在する金属間化合物の量が少なくなるため、耐熱性が低下するおそれがある。一方、第２金属粉末の割合が２４０重量％を超えると、第１部材及び第２部材と接合する第１金属の量が相対的に少なくなるため、接合強度が低下するおそれがある。

本発明の接合体の製造方法においては、上記第１部材が電子部品の電極、上記第２部材が基板上の電極であり、上記電子部品が上記基板上に実装された電子機器を製造することが好ましい。

本発明の接合材料は、第１金属粉末と、上記第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とを含む接合材料であって、上記第１金属粉末は、Ｓｎ又はＳｎを含む合金からなり、上記第２金属粉末は、Ｃｕ－Ｎｉ合金、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ａｌ合金又はＣｕ－Ｃｒ合金からなり、上記第２金属粉末の５０％体積粒径Ｄ５０が２０μｍ以上であり、９０％体積粒径をＤ９０、１０％体積粒径をＤ１０としたとき、上記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．６以下であることを特徴とする。

上記の通り、本発明の接合材料を用いて接合体を製造する場合、サイズが大きく、かつ、隣接する空隙までの距離が長い空隙を接合部内に形成することができる。その結果、空隙を起点とするクラックによる接合部の破断を抑制することができる。

本発明の接合材料においては、上記第２金属粉末のＤ５０が２００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の接合材料においては、上記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．５以上であることが好ましい。

本発明の接合材料においては、上記第１金属粉末の重量に対する上記第２金属粉末の割合が４０重量％以上２４０重量％以下であることが好ましい。

この発明によれば、空隙を起点とするクラックによる接合部の破断を抑制することができる接合体の製造方法、及び、該方法に用いられる接合材料を提供することができる。

図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、本発明の接合体の製造方法の一例を模式的に示す図である。 図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、本発明の接合体の製造方法の別の一例を模式的に示す図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、電子部品が基板上に実装された電子機器の製造方法の一例を模式的に示す図である。 図４は、実施例２の接合材料ペーストを用いて作製した接合体における接合部の断面写真である。 図５は、比較例２の接合材料ペーストを用いて作製した接合体における接合部の断面写真である。

以下、本発明の接合体の製造方法及び接合材料について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

［接合体の製造方法］
本発明の接合体の製造方法は、第１金属粉末と、第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とを含む接合材料を第１部材と第２部材との間に配置する配置工程と、第１部材と第２部材との間に配置された接合材料を加熱する加熱工程とを含む。接合材料が加熱されることによって、接合材料に含まれる第１金属と第２金属とが反応して金属間化合物が形成され、この金属間化合物を含む接合部を介して第１部材と第２部材とが接合される。

本発明の接合体の製造方法は、加熱工程後、第１部材と第２部材との間の空隙、すなわち接合部内の空隙に樹脂を充填する充填工程をさらに含むことが好ましい。

図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、本発明の接合体の製造方法の一例を模式的に示す図である。
まず、図１（ａ）に示すように、第１金属粉末１と第２金属粉末２とを含む接合材料１０を、第１部材（例えば電極）１１と第２部材（例えば電極）１２との間に配置する。
次に、この状態で加熱し、接合材料１０の温度が第１金属（例えばＳｎ）の融点以上に達すると、第１金属が溶融する。さらに加熱が続くと、図１（ｂ）に示すように、第１金属と第２金属（例えばＣｕ－Ｎｉ合金）とが反応して金属間化合物３（例えば（Ｃｕ，Ｎｉ）_６Ｓｎ_５を含む）が生成する。さらに、第１部材１１と第２部材１２との間には空隙４が形成される。
その後、図１（ｃ）に示すように、第１部材１１と第２部材１２との間の空隙４に樹脂５を充填してもよい。

図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、本発明の接合体の製造方法の別の一例を模式的に示す図である。
第１部材１１及び第２部材１２の表面が、溶融した接合材料１０に対する濡れ性のよい金属（例えば、Ｃｕ、Ｓｎ又はこれらの金属を含む合金）からなる場合、図２（ｂ）に示すように、第２金属粉末２及び金属間化合物３が柱状に変形し、第２金属粉末２及び金属間化合物３の柱が第１部材１１及び第２部材１２と繋がる場合がある。このような箇所が多数存在する場合は、第１部材１１と第２部材１２との間の電気伝導率及び熱伝導率が高くなるというメリットも得られる。

本発明の接合体の製造方法において、空隙に充填する樹脂は特に限定されないが、熱硬化性樹脂が好ましく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。

本発明の接合体の製造方法において、空隙に樹脂を充填する方法は特に限定されず、例えば、第１部材と第２部材との間に樹脂を流し込んだ後に樹脂を硬化させる方法、第１部材及び第２部材の接合体に樹脂溶液を含浸させた後に溶剤を揮発させる方法等が挙げられる。また、電子部品が基板上に実装された電子機器を製造する場合、モールド時の樹脂を空隙に充填する方法であってもよい。

本発明の接合体の製造方法においては、第１部材が電子部品（例えば半導体チップ）の電極、第２部材が基板上の電極であり、電子部品が基板上に実装された電子機器を製造することが好ましい。本発明の接合体の製造方法は、チップをダイボンドするタイプの半導体装置を製造する場合に特に適している。

図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、電子部品が基板上に実装された電子機器の製造方法の一例を模式的に示す図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、電子部品の電極、及び、基板上の電極は省略している。
まず、図３（ａ）に示すように、電子部品（例えば半導体チップ）２１と基板２２との間に接合材料２０を配置する。
次に、この状態で加熱することにより、図３（ｂ）に示すように、接合材料に含まれる第１金属と第２金属との金属間化合物を形成し、この金属間化合物を含む接合部３０を介して電子部品２１を基板２２にダイボンドする。
その後、図３（ｃ）に示すように、電子部品２１を樹脂２３によりモールドする。
図３（ｃ）には示していないが、樹脂２３によるモールドの前に、ワイヤボンディング等により電子部品２１を基板２２の端子と接続することが好ましい。

本発明の接合体の製造方法において、第１部材が電子部品の電極、第２部材が基板上の電極である場合、それぞれの電極は、Ｃｕ、Ｓｎ又はこれらの金属を含む合金からなることが好ましい。この場合、上記金属又は合金からなるめっき層が電極の表面に形成されていてもよい。上記めっき層は、電極の最表面に形成されていることが好ましいが、貴金属層等の他の層が最表面に形成されていてもよい。

なお、本発明の接合体の製造方法において、第１部材及び第２部材は、電極に限定されるものではなく、例えば、第１部材がＣｕ線等の金属線、第２部材が基板上の電極又は電子部品の電極等であってもよい。また、本発明の接合体の製造方法では、電子機器以外の接合体を製造することも可能である。

以下、本発明の接合体の製造方法に用いられる接合材料について説明する。この接合材料もまた本発明の１つである。

［接合材料］
本発明の接合材料は、第１金属粉末と、第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とを含む。第１金属粉末は、Ｓｎ又はＳｎを含む合金からなり、第２金属粉末は、Ｃｕ－Ｎｉ合金、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ａｌ合金又はＣｕ－Ｃｒ合金からなる。

本発明の接合材料において、第１金属は、Ｓｎ又はＳｎを含む合金であり、例えば、Ｓｎ単体、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金が挙げられる。中でも、Ｓｎ、Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕ、Ｓｎ－３．５Ａｇ、Ｓｎ－０．７５Ｃｕ、Ｓｎ－５８Ｂｉ、Ｓｎ－０．７Ｃｕ－０．０５Ｎｉ、Ｓｎ－５Ｓｂ、Ｓｎ－２Ａｇ－０．５Ｃｕ－２Ｂｉ、Ｓｎ－５７Ｂｉ－１Ａｇ、Ｓｎ－３．５Ａｇ－０．５Ｂｉ－８Ｉｎ、Ｓｎ－９Ｚｎ、又は、Ｓｎ－８Ｚｎ－３Ｂｉが好ましい。
上記表記において、例えば、「Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕ」は、Ａｇを３重量％、Ｃｕを０．５重量％含有し、残部をＳｎとする合金であることを示している。

本発明の接合材料において、第１金属粉末の平均粒径は特に限定されないが、１μｍ以上であることが好ましく、また、２０μｍ以下であることが好ましい。
平均粒径は、体積累積粒度分布曲線における累積度５０％粒子径である。より具体的には、横軸に粒子径、縦軸に小径側からの累積頻度をとったグラフ（体積基準の粒径分布）において、全粒子の累積値（１００％）に対し、小径側からの体積％の累積値が５０％に当たる粒子径が平均粒径（Ｄ５０）に相当する。Ｄ５０は、例えば、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（ベル・マイクロトラック社製ＭＴ３３００－ＥＸ）を使用して測定することができる。

本発明の接合材料において、第２金属は、Ｃｕ－Ｎｉ合金、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ａｌ合金又はＣｕ－Ｃｒ合金である。
Ｃｕ－Ｎｉ合金は、Ｎｉの割合が５重量％以上３０重量％以下であるＣｕ－Ｎｉ合金が好ましく、例えば、Ｃｕ－５Ｎｉ、Ｃｕ－１０Ｎｉ、Ｃｕ－１５Ｎｉ、Ｃｕ－２０Ｎｉ、Ｃｕ－２５Ｎｉ、又は、Ｃｕ－３０Ｎｉが挙げられる。
Ｃｕ－Ｍｎ合金は、Ｍｎの割合が５重量％以上３０重量％以下であるＣｕ－Ｍｎ合金が好ましく、例えば、Ｃｕ－５Ｍｎ、Ｃｕ－１０Ｍｎ、Ｃｕ－１５Ｍｎ、Ｃｕ－２０Ｍｎ、Ｃｕ－２５Ｍｎ、又は、Ｃｕ－３０Ｍｎが挙げられる。
Ｃｕ－Ａｌ合金は、Ａｌの割合が５重量％以上１０重量％以下であるＣｕ－Ａｌ合金が好ましく、例えば、Ｃｕ－５Ａｌ、又は、Ｃｕ－１０Ａｌが挙げられる。
Ｃｕ－Ｃｒ合金は、Ｃｒの割合が５重量％以上１０重量％以下であるＣｕ－Ｃｒ合金が好ましく、例えば、Ｃｕ－５Ｃｒ、又は、Ｃｕ－１０Ｃｒが挙げられる。
なお、第２金属は、Ｃｕ－１２Ｍｎ－４Ｎｉ等のようにＭｎ及びＮｉを同時に含んでいてもよく、また、Ｃｕ－１０Ｍｎ－１Ｐ等のようにＰ等の第３成分を含んでいてもよい。
上記表記において、例えば、「Ｃｕ－５Ｎｉ」は、Ｎｉを５重量％含有し、残部をＣｕとする合金であることを示している。Ｍｎ、Ａｌ又はＣｒについても同様である。

本発明の接合材料において、第２金属粉末の５０％体積粒径Ｄ５０は、２０μｍ以上である。また、第２金属粉末のＤ５０は、２００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の接合材料において、９０％体積粒径をＤ９０、１０％体積粒径をＤ１０としたとき、第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０は、１．６以下である。また、第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０は、０．５以上であることが好ましい。

５０％体積粒径Ｄ５０、９０％体積粒径Ｄ９０及び１０％体積粒径をＤ１０は、それぞれ、体積累積粒度分布曲線における累積度５０％粒子径、累積度９０％粒子径及び累積度１０％粒子径である。より具体的には、横軸に粒子径、縦軸に小径側からの累積頻度をとったグラフ（体積基準の粒径分布）において、全粒子の累積値（１００％）に対し、小径側からの体積％の累積値が５０％、９０％及び１０％に当たる粒子径がそれぞれＤ５０、Ｄ９０及びＤ１０に相当する。Ｄ５０、Ｄ９０及びＤ１０は、例えば、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（ベル・マイクロトラック社製ＭＴ３３００－ＥＸ）を使用して測定することができる。

本発明の接合材料において、第１金属粉末の重量に対する第２金属粉末の割合は特に限定されないが、４０重量％以上であることが好ましく、また、２４０重量％以下であることが好ましい。

本発明の接合材料は、フラックスを含むことが好ましい。この場合、本発明の接合材料は、いわゆるソルダペーストとして使用することができる。

フラックスは、接合対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たす。フラックスとして、例えば、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤等からなる、公知の種々のものを用いることが可能である。

ビヒクルの具体的な例としては、ロジン及びそれを変性した変性ロジン等の誘導体からなるロジン系樹脂、合成樹脂、又はこれらの混合体等が挙げられる。
ロジン及びそれを変性した変性ロジン等の誘導体からなるロジン系樹脂の具体的な例としては、ガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、重合ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂、その他各種ロジン誘導体等が挙げられる。
ロジン及びそれを変性した変性ロジン等の誘導体からなる合成樹脂の具体的な例としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂等が挙げられる。

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

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

活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、有機酸、有機アミン、多価アルコール等が挙げられる。
アミンのハロゲン化水素酸塩の具体的な例として、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン塩酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン塩酸塩、トリエタノールアミン臭化水素酸塩、モノエタノールアミン臭化水素酸塩等が挙げられる。
有機ハロゲン化合物の具体的な例として、塩化パラフィン、テトラブロモエタン、ジブロモプロパノール、２，３－ジブロモ－１，４－ブタンジオール、２，３－ジブロモ－２－ブテン－１，４－ジオール、トリス（２，３－ジブロモプロピル）イソシアヌレート等が挙げられる。
有機酸の具体的な例として、マロン酸、フマル酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、フェニルコハク酸、マレイン酸、サルチル酸、アントラニル酸、グルタル酸、スベリン酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、アビエチン酸、安息香酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ドデカン酸等が挙げられる。
有機アミンの具体的な例として、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン、アニリン、ジエチルアニリン等が挙げられる。
多価アルコールの具体的な例として、エリスリトール、ピロガロール、リビトール等が挙げられる。

また、フラックスとして、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂又はその変性樹脂、アクリル樹脂からなる熱硬化性樹脂群より選ばれる少なくとも１種、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース系樹脂からなる熱可塑性樹脂群から選ばれる少なくとも１種を含むものを用いることもできる。

上述のように、フラックスは、接合対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たすことから、本発明の接合材料は、フラックスを含むことが好ましい。フラックスの含有量は、接合材料全体の重量に対して７重量％以上１５重量％以下であることが好ましい。

本発明の接合材料は、必ずしもフラックスを含む必要はなく、フラックスを必要としない接合方法にも適用することが可能である。例えば、加圧しながら加熱する方法や、強還元雰囲気で加熱する方法等によっても、接合対象物や金属の表面の酸化被膜を除去して、信頼性の高い接合体を製造することが可能である。

以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

［接合材料の作製］
（実施例１）
実施例１では、第１金属粉末と、第２金属粉末と、フラックスとを混合することにより接合材料ペーストを作製した。

第１金属粉末としては、Ｓｎ粉末を使用した。第１金属粉末の平均粒径は２０μｍとした。

第２金属粉末としては、Ｃｕ－１０Ｎｉ粉末を使用した。第１金属粉末の重量に対する第２金属粉末の割合は５０重量％とし、第２金属粉末のＤ５０は２０μｍ、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０は１．５４とした。なお、第２金属粉末は、アトマイズ法により作製したものを使用した。

フラックスとしては、テトラエチレングリコール：９０重量％、マロン酸：５重量％、及び、水素添加ヒマシ油：５重量％の配合比率のものを用いた。ペースト全体に占めるフラックスの割合は１０重量％とした。

（実施例２）
第２金属粉末のＤ５０を６０μｍ、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０を１．０２に変更したこと以外は、実施例１と同様に接合材料ペーストを作製した。

（実施例３）
第２金属粉末のＤ５０を８０μｍ、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０を０．６９に変更したこと以外は、実施例１と同様に接合材料ペーストを作製した。

（実施例４）
第２金属粉末のＤ５０を２００μｍ、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０を０．５７に変更したこと以外は、実施例１と同様に接合材料ペーストを作製した。

（実施例５）
第２金属粉末のＤ５０を２５０μｍ、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０を０．５７に変更したこと以外は、実施例１と同様に接合材料ペーストを作製した。

（比較例１）
第２金属粉末のＤ５０を１０μｍ、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０を１．７３に変更したこと以外は、実施例１と同様に接合材料ペーストを作製した。

（比較例２）
第２金属粉末のＤ５０を５μｍ、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０を１．３７に変更したこと以外は、実施例１と同様に接合材料ペーストを作製した。

［接合体の作製］
実施例１～５及び比較例１～２の接合材料ペーストを、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍｔのＣｕ板上の複数箇所に所定量塗布した。接合材料ペーストを塗布した箇所に、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍｔのＣｕ片を配置した。その後、１３０℃以上１８０℃以下で７０秒予熱し、２２０℃以上を３０秒、ピーク温度２４５℃の一般的なリフロー条件で熱処理を行った。以上により、接合体を作製した。

［空隙サイズの測定］
接合部に形成される空隙（ボイド）は、３次元で考えると連続的につながっているものもあるが、便宜上、２次元の面で観察される閉鎖系の空隙として扱うことにした。また、空隙の形状は不定形であるが、同一面積の円として取り扱うことにより、その半径を空隙サイズとして求めた。
実施例１～５及び比較例１～２の接合材料ペーストを用いて作製した接合体について、電子顕微鏡を用いて接合部の断面写真を撮影し、２０個の空隙について上記の方法により半径を求め、その平均値を「空隙サイズ」とした。

［隣接する空隙までの距離の測定］
ある空隙を中心にして隣接する複数の空隙を見た場合、空隙間の距離が最も短い空隙までの距離を求めた。
空隙サイズを測定するために撮影した接合部の断面写真における２０個の空隙について、空隙間の距離が最も短い空隙までの距離を求め、その平均値を「隣接する空隙までの距離」とした。

［接合部の破断抑制効果の評価］
実施例１～５及び比較例１～２の接合材料ペーストを用いて、Ｃｕ板とＣｕタブ線とを接合し、シリコーン樹脂によりモールドした。
Ｃｕタブ線をＣｕ板から９０°方向に引っ張る９０°剥離試験を行い、その際の応力を測定した。応力が最大値となった後も一定の応力が働くサンプルは、接合部にクラックが発生していても接合部自体の破断が生じていないと考えることができるため、良（Ｇ）とした。一方、応力が最大値となった後、応力がゼロとなるサンプルは不良（ＮＧ）とした。

［接合対象物の平行性の評価］
空隙サイズを測定するために作製した接合体について、工場顕微鏡を用いて接合部の断面を観察し、接合面のズレが１０°以下であるサンプルを良（Ｇ）、１０°を超えるサンプルを不良（ＮＧ）とした。

実施例１～５及び比較例１～２について、第２金属粉末のＤ５０及び（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０、空隙サイズ、隣接する空隙までの距離、接合部の破断抑制効果、並びに、接合対象物の平行性を表１に示す。
また、実施例２の接合材料ペーストを用いて作製した接合体における接合部の断面写真を図４、比較例２の接合材料ペーストを用いて作製した接合体における接合部の断面写真を図５に示す。

表１より、Ｄ５０が２０μｍ以上であり、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．６以下である第２金属粉末を使用した実施例１～５では、サイズが大きく、かつ、隣接する空隙までの距離が長い空隙が形成されていることが確認された。そのため、空隙を起点とするクラックが接合部に発生した場合であっても、クラックが進展しにくくなり、接合部の破断を抑制することができると考えられる。

特に、第２金属粉末のＤ５０が２００μｍ以下である実施例１～４では、接合対象物の平行性が保たれている。そのため、膨張及び収縮を伴う熱衝撃が与えられてもクラックが入りにくいと考えられる。

一方、第２金属粉末のＤ５０が２０μｍ未満である比較例１及び２では、空隙サイズが小さく、隣接する空隙までの距離が短いことが確認された。そのため、接合部にクラックが発生すると、連続的にクラックが進展し、接合部が破断しやすいと考えられる。

　１　　第１金属粉末
　２　　第２金属粉末
　３　　金属間化合物
　４　　空隙
　５　　樹脂
　１０　接合材料
　１１　第１部材（電極）
　１２　第２部材（電極）
　２０　接合材料
　２１　電子部品（半導体チップ）
　２２　基板
　２３　樹脂
　３０　接合部

Claims (10)

1. 第１部材と第２部材とが接合された接合体の製造方法であって、
   第１金属粉末と、前記第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とを含む接合材料を前記第１部材と前記第２部材との間に配置する配置工程と、
   前記第１部材と前記第２部材との間に配置された前記接合材料を加熱することにより、前記第１部材と前記第２部材とを接合する加熱工程とを含み、
   前記第１金属粉末は、Ｓｎ又はＳｎを含む合金からなり、
   前記第２金属粉末は、Ｃｕ－Ｎｉ合金、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ａｌ合金又はＣｕ－Ｃｒ合金からなり、
   前記第２金属粉末の５０％体積粒径Ｄ５０が２０μｍ以上であり、
   ９０％体積粒径をＤ９０、１０％体積粒径をＤ１０としたとき、前記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．６以下であることを特徴とする接合体の製造方法。
2. 前記加熱工程後、前記第１部材と前記第２部材との間の空隙に樹脂を充填する充填工程をさらに含む請求項１に記載の接合体の製造方法。
3. 前記第２金属粉末のＤ５０が２００μｍ以下である請求項１又は２に記載の接合体の製造方法。
4. 前記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．５以上である請求項１～３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
5. 前記第１金属粉末の重量に対する前記第２金属粉末の割合が４０重量％以上２４０重量％以下である請求項１～４のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
6. 前記第１部材が電子部品の電極、前記第２部材が基板上の電極であり、
   前記電子部品が前記基板上に実装された電子機器を製造する請求項１～５のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
7. 第１金属粉末と、前記第１金属粉末よりも融点の高い第２金属粉末とを含む接合材料であって、
   前記第１金属粉末は、Ｓｎ又はＳｎを含む合金からなり、
   前記第２金属粉末は、Ｃｕ－Ｎｉ合金、Ｃｕ－Ｍｎ合金、Ｃｕ－Ａｌ合金又はＣｕ－Ｃｒ合金からなり、
   前記第２金属粉末の５０％体積粒径Ｄ５０が２０μｍ以上であり、
   ９０％体積粒径をＤ９０、１０％体積粒径をＤ１０としたとき、前記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．６以下であることを特徴とする接合材料。
8. 前記第２金属粉末のＤ５０が２００μｍ以下である請求項７に記載の接合材料。
9. 前記第２金属粉末の（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が０．５以上である請求項７又は８に記載の接合材料。
10. 前記第１金属粉末の重量に対する前記第２金属粉末の割合が４０重量％以上２４０重量％以下である請求項７～９のいずれか１項に記載の接合材料。

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