(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面一表面のメタライズ層を有する基板のメタライズ層と面一表面のメタライズ層を有する素子のメタライズ層との間にＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを搭載または塗布したのち非酸化性雰囲気中でリフロー処理して基板と素子を接合するＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法において、前記基板のメタライズ層の面積が素子のメタライズ層の面積よりも小さいことを特徴とするボイド発生の少ないＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法。
【請求項２】
前記基板のメタライズ層の面積をＳ１、素子のメタライズ層の面積をＳ２とすると、０．０５≦（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２≦０．９５の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のボイド発生の少ないＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法。
【請求項３】
前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは、Ｓｎ：１５〜２５質量％を含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる組成を有するＡｕ−Ｓｎ合金粉末とフラックスとを混合して得られたＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストであることを特徴とする請求項１または２記載のボイド発生の少ないＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層内部にボイドが発生することの少ないＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法に関するものであり、特に輝度を向上させるために高い放熱性を接合部に要求する高輝度ＬＥＤ（発光ダイオード）素子をＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いてＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合部に気泡が生成しないように基板に接合する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子、ＧａＡｓ光素子、ＧａＡｓ高周波素子、熱伝素子などの半導体素子と基板との接合などにＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストなどが使用されるようになってきた。このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストは、Ｓｎ：１５〜２５質量％（好ましくはＳｎ：２０質量％）を含有し、残りがＡｕおよび不可避不純物からなる組成を有するＡｕ−Ｓｎ共晶合金ガスアトマイズ粉末とロジン、活性剤、溶剤および増粘剤からなる市販のフラックスとを混合して作られることが知られている。
【０００３】
このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを使用して素子と基板を接合するとＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合部がＡｕ−Ｓｎはんだ合金であるので熱伝導性が良く接合信頼性も高いこと、ペーストであるので複数の接合部に一括供給でき、さらに一括熱処理できること、リフロー時にフラックスがＡｕ−Ｓｎはんだ合金表面を覆っているために酸化膜が少なく、そのため、接合時の溶融Ａｕ−Ｓｎはんだ合金の流動性が大きく、濡れが良くなって接合面積を拡大することができることから素子全面を接合することができること、さらに接合時に過剰な荷重をかける必要がないことなどのメリットがあるとされている。
【０００４】
このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いて基板と素子を接合するには、まず、図２（ａ）の断面側面図に示されるように、基板１のメタライズ層２の上にＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３を搭載または塗布し、このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３の上に素子４のメタライズ層２´がＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３に接するように搭載し、この状態で加熱してリフロー処理を施したのち冷却すると、図２（ｂ）の断面側面図に示されるように、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層５を介して基板１と素子３が接合する（特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開２００７−６１８５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３の上に図２（ａ）に示されるように素子４を搭載し、この状態で加熱してリフロー処理を施すことにより、図２（ｂ）に示されるように、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層５を介して基板１と素子４を接合させる方法は、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３の上に素子４を被せた状態でリフロー処理することから、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３が溶融するに際してペーストから発生したガスが逃げ場を失ってボイドが発生しやすく、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層５にボイド６が発生することは接合強度の低下や放熱性の低下をもたらすことからＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層の欠陥の一つとされているので好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者らは、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層にボイドが発生することの少ないＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法を開発すべく研究を行った。その結果、図１（ａ）の断面側面図に示されるように、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３を基板１のメタライズ層２の上に搭載または塗布したのち素子４を素子４のメタライズ層２´が前記Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３に接するようにＡｕ−Ｓｎ合金はんだペースト３の上に搭載しリフロー処理を施したのち冷却して基板１のメタライズ層表面にＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層５を形成すると、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層５の内部に生成するボイドが格段に少なくなるという知見を得られたのである。
【０００７】
この発明は、かかる知見に基づいて成されたものであって、
（１）面一表面のメタライズ層を有する基板のメタライズ層と面一表面のメタライズ層を有する素子のメタライズ層との間にＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを搭載または塗布したのち非酸化性雰囲気中でリフロー処理して基板と素子を接合するＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法において、前記基板のメタライズ層の面積が素子のメタライズ層の面積よりも小さくするボイド発生の少ないＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法、に特徴を有するものである。
【０００８】
前記基板１のメタライズ層２の面積をＳ１、素子４のメタライズ層の面積をＳ２とすると、０．０５≦（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２≦０．９５（一層好ましくは、０．０５≦Ｓ１／Ｓ２≦０．９５）の範囲内にあることが好ましい。その理由は、（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２の値が０．０５未満では従来と同じくボイド発生が少なくなることはなく、ボイドが従来と同じ程度に発生するようになるので好ましくなく、一方、（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２の値が０．９５を越えるようになると、素子に対して基板側の接合部面積が小さすぎて、接合強度が低下し、素子が傾いた状態で接合するなど好ましくない現象が起きるので好ましくないからである。したがって、この発明は、
（２）前記基板のメタライズ層の面積をＳ１、素子のメタライズ層の面積をＳ２とすると、０．０５≦（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２≦０．９５の範囲内にある前記（１）記載のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた基板と素子の接合方法、に特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを用いた接合方法によると、基板１と素子４の間に形成されるＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層に発生するボイドが少なくなって健全なＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
Ｓｎ：２０質量％を含有し、残部がＡｕからなる成分組成を有し平均粒径Ｄ５０：１１．１μｍ、最大粒径：２０．１μｍを有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末を用意し、このＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末に市販のＲＭＡフラックスを、ＲＭＡフラックス：８．０質量％、残部がＡｕ−Ｓｎ合金はんだ粉末の配合組成となるように配合し、混合してペースト粘度：８５Ｐａ・ｓを有するＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを作製し、このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストをシリンジに充填し、ディスペンサー装置（武蔵エンジニアリング製、型番：ＭＬ−６０６ＧＸ）に装着した。
【００１１】
さらに、素子を用意し、この素子の片面に厚さ：３μｍ、表１に示される縦および横の寸法を有するＡｕメッキを施すことにより表１に示されるメタライズ面積Ｓ２を有する素子を用意した。
さらに、アルミナ製基板を用意し、このアルミナ製基板の表面に表１に示される縦および横の寸法を有し、厚さ：１０μｍを有するＣｕ層、厚さ：５μｍを有するＮｉ層および厚さ：０．１μｍを有するＡｕ層からなる複合メタライズ層を形成し、表１に示されるメタライズ面積Ｓ１を有する基板を用意した。
【００１２】
これら複合メタライズ層を有する基板に対して、先に用意したディスペンサー装置により表１に示される量のＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストを塗布し、このＡｕ−Ｓｎ合金はんだペーストの上に先に用意した表１に示されるメタライズ面積Ｓ２を有する素子をマウンターを用いて搭載し、窒素雰囲気中、温度：３００℃、３０秒間保持する条件のリフロー処理を施すことによりＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層を形成した。
このときＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層内部に発生した種々サイズのボイドの総面積を透過Ｘ線装置および画像処理ソフトを用いて算出し、素子の接合部面積（＝素子のメタライズ面積）に対するボイドの総面積をボイド面積率として求め、これらの結果を表１に示した。
【００１３】
【表１】
0005391584.tif 000002
【００１４】
表１の実施例１〜９、比較例１〜２および従来例に示される結果から、実施例１〜９においてＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層内部に発生したボイド面積率は従来例においてＡｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層内部に発生したボイド面積率に比べて格段に小さいことから、この発明の方法によると、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層内部に発生するボイドが少なくなり、基板と素子を良好に接合することができことが分かる。しかし、（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ２の値が０．０５〜０．９５の範囲を外れる比較例１〜２では格別な効果が見られないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の方法により基板と素子を接合する方法を説明するための断面側面図である。
【図２】従来の方法により基板と素子を接合する方法を説明するための断面側面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１：基板、
２：メタライズ層
２´：メタライズ層
３：Ａｕ−Ｓｎ合金はんだペースト、
４：素子、
５：Ａｕ−Ｓｎ合金はんだ接合層、
６：ボイド
【図１】
0005391584.tif 000003
【図２】
0005391584.tif 000004