(57)【要約】  接合用部材（１）は、長手方向に直交する断面を視て略螺旋状であって低融点金属を含む基材（２）と、前記基材（２）の断面を視て前記基材（２）間の隙間に設けられた塗膜（３）と、を備える。前記塗膜（３）は、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属の金属粒（５）を含む。前記低融点金属は例えばＳｎまたはＳｎ合金である。前記高融点金属は例えば、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、または、Ｃｕ−Ａｌ合金、である。
2017047293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材状の接合用部材であって、
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり低融点金属を含む基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む、接合用部材。
【請求項２】
前記低融点金属はＳｎまたはＳｎ合金であり、
前記高融点金属は、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、または、Ｃｕ−Ａｌ合金、である、
請求項１に記載の接合用部材。
【請求項３】
前記膜は、前記高融点金属の金属粒と、フラックスと、を含む、
請求項１または２に記載の接合用部材。
【請求項４】
前記金属粒と前記フラックスとの重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内である、
請求項３に記載の接合用部材。
【請求項５】
前記金属粒の平均粒径（Ｄ５０）は、０．１〜３０μｍの範囲内である、
請求項３または４に記載の接合用部材。
【請求項６】
前記膜は、前記基材の断面において螺旋状である、
請求項１乃至５のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項７】
前記膜は、前記基材の断面において、複数個所に分散して配置されている、
請求項１乃至６のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項８】
前記基材の断面における中心部分に設けられていて低融点金属を含む芯材を更に備える、
請求項１乃至７のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項９】
長手方向に直交する断面を視て扁平状である、
請求項１乃至８のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の接合用部材を第１接合対象と第２接合対象との間に配置し、第１接合対象と第２接合対象との間に圧力をかけて加熱する工程、
を含む、接合方法。
【請求項１１】
平膜状であって低融点金属を含む基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む膜を設ける工程と、
前記膜が設けられた基材を巻き取る工程と、を含む、接合用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を基板に接合する際などに用いられる接合用部材と、接合用部材の製造方法と、接合用部材を用いた接合方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板への電子部品の実装などを行う接合用部材として、Ｓｎなどからなる低融点金属の粒子と、Ｃｕ合金などからなる高融点金属の粒子とを含む、ペースト状の接合用部材が開発されている（例えば特許文献１参照。）。この接合用部材は、低融点金属が溶融すると、この低融点金属の溶融液が高融点金属に反応し、低融点金属と高融点金属との金属間化合物を生成する。この金属間化合物は低融点金属よりも高い融点を有するため、接合用部材が溶融および硬化してなる接合部は、再溶融する温度条件が低融点金属の融点よりも高温になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３８８１６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した接合用部材はペースト状であるため、低融点金属や高融点金属の粒子とともに、樹脂や溶剤などの非金属成分が多量に添加されている。したがって、接合用部材が溶融する際に非金属成分が揮発し、接合用部材が溶融した後に硬化してなる接合部に、揮発ガスによるボイドが発生し易い。【０００５】
そこで、出願人は、低融点金属と高融点金属とを含む接合用部材として、非金属成分を少量しか含まない線材状の接合用部材の開発を進めている。しかしながら、低融点金属と高融点金属とを線材状に加工するには、以下のような問題があった。【０００６】
・低融点金属の線材に高融点金属の粒子を分散させた接合用部材を製造するために、製造過程で低融点金属を溶融させて高融点金属の粒子を混練すると、接合用部材自体が金属間化合物を含んでしまい、接合用部材の溶融時の温度条件が低融点金属の融点よりも高くなってしまう。【０００７】
・低融点金属の粒子と高融点金属の粒子との圧着によって線材を加工しようとすると、粒子同士の結着力を十分なものにすることが難しいため、脆い線材しか得ることができず、線材を巻き取ろうとするだけで、粒子が剥がれ落ちたり、線材が破断したりすることになる。【０００８】
そこで、本願発明の目的は、接合時の温度条件よりも接合後の再溶融時の温度条件が高温であり、脆性が低い（脆くない）線材状の接合用部材と、その接合用部材の製造方法と、その接合用部材を用いた接合方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る接合用部材は線材状であって、長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり低融点金属を含む基材と、前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む。例えば、前記低融点金属はＳｎまたはＳｎ合金とすることができ、前記高融点金属は、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、または、Ｃｕ−Ａｌ合金とすることができる。【００１０】
このような接合用部材は、低融点金属が溶融すると、その溶融液に高融点金属が反応して金属間化合物が生成される。この溶融液が硬化すると、再溶融する温度条件が低融点金属の融点よりも高温な接合部を設けることができる。この接合用部材は、平膜状の基材の表面に膜を配し、膜および基材を巻くようにすることで線材状に成形することができる。このため、この接合用部材は、低融点金属を溶融させるような加熱を伴うこと無く製造できるために、接合時の温度条件を低温（低融点金属の融点近傍）にできる。また、この接合用部材は、金属粒子の圧着によらずに成形できるために、脆性を低く（脆くなく）することが可能である。【００１１】
前記膜は、前記高融点金属の金属粒と、フラックスと、を含むことが好ましい。この構成では、接合用部材の溶融時に、フラックスによって金属の表面酸化膜を除去することができるので、高融点金属と低融点金属とを効率的に反応させた良好な接合部が得られる。【００１２】
前記金属粒と前記フラックスとの重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内であることが好ましい。金属粒の重量比が７５％以上であることによって、接合用部材の略全体を金属間化合物にするために必要な高融点金属の分量を得ることが容易になる。また、金属粒の重量比が９９．５％以下であることによって、金属粒を適度な粘性のもと膜として基材に配することが容易になる。【００１３】
前記金属粒は、平均粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ以上かつ３０μｍ以下であることが好ましい。この粒径が０．１μｍ以上であることによって、金属粒の単位重量あたりの粒子表面積が著しく大きくなることを防いで、金属間化合物の生成反応が表面酸化膜によって阻害されることを抑制できる。また、この粒径が３０μｍ以下であることによって、金属粒の中心部分まで金属間化合物の生成反応に利用することができる。【００１４】
前記膜は、前記基材の断面において螺旋状であってもよい。この構成は、基材の主面における略全面に膜を形成しておき、基材とともに膜を巻き取ることで成形することができる。したがって、膜の成形が容易である。また、前記膜は、前記基材の断面において、複数個所に分散して配置されていてもよい。この構成では、接合用部材の内部で基材同士が接触して接合する領域の面積を増やすことができ、接合用部材の内部で剥離等の欠陥を生じ難くすることができる。【００１５】
上述した接合用部材は、前記基材の断面における中心部分に設けられていて低融点金属を含む芯材を更に備えてもよい。この構成では、製造時に、基材を巻くようにして線材状に成形する際の作業性と、形状の再現性（形状精度）を高めることができる。【００１６】
上述した接合用部材は、扁平状であってもよい。この構成では、接合用部材を用いた接合方法として、はんだごてなどを用いる接合方法だけでなく、熱圧着等を用いる接合方法にも対応することが可能である。具体的には、線材状の接合用部材を切片状に切り出し、基板上に配置して溶融、固化させる際に、扁平状であることによって基板上に安定配置することができる。【００１７】
また、本発明に係る接合方法は、上述した扁平状の接合用部材を第１接合対象と第２接合対象との間に配置し、第１接合対象と第２接合対象との間に圧力をかけながら加熱する加熱工程、を含む。この接合方法により、接合用部材を、はんだごてなどを用いることなく、熱圧着を用いて、第１接合対象と第２接合対象との間に接合することができる。【００１８】
また、本発明に係る接合用部材の製造方法は、平膜状であって低融点金属を含む基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む膜を設ける工程と、前記膜が設けられた基材を巻き取る工程と、を含む。この製造方法により、上述した接合用部材を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、線材状の接合用部材において、接合時の温度条件よりも接合後の再溶融時の温度条件を高温にでき、かつ、脆性を低く（脆くなく）することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る接合用部材の一部を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る接合用部材における金属粒の粒径と接合強度との関係を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る接合用部材の製造方法の一例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る接合用部材を用いる接合方法を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態に係る接合用部材を用いる接合方法での反応を模式的に示す図である。
【図６】図６（Ａ）（Ｂ）は、接合用部材を溶融および硬化させてなる接合部の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図７】図７（Ａ）（Ｂ）は、接合用部材の内部で剥離が発生する場合を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係る接合用部材の一部を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係る接合用部材の製造方法の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態に係る接合用部材の一部を示す模式図である。
【図１１】図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る接合用部材を用いる接合方法を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４実施形態に係る接合用部材の一部を示す模式図である。
【図１３】図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の変形例に係る接合用部材を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る接合用部材と、この接合用部材の製造方法と、この接合用部材を用いた接合方法とについて説明する。なお、以下に説明する複数の実施形態は、いずれも例示であり、それぞれで説明する構成の要部は、実施形態間で任意に組みかえることができる。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る接合用部材１の一部を模式的に示す斜視図である。
【００２３】
接合用部材１の全体は、図示する一部よりも長尺な線材状であり、可撓性を有している。該接合用部材１は、基材２と塗膜３とを備えて構成される。基材２および塗膜３は、接合用部材１の長手方向に直交する断面を視て、それぞれ螺旋状であり、それぞれ接合用部材１の軸方向（長手方向）に、略同じ断面形状のまま延在している。すなわち、接合用部材１の断面内部で基材２や塗膜３の接合界面は、螺旋状に延在している。塗膜３は、基材２の一方主面に設けられたものであり、基材２の内側に位置するように、基材２とともに巻き取られている。このため、塗膜３は、接合用部材の長手方向に直行する断面を視て、接合用部材１の内部で基材２の表面同士が対向する隙間部分に設けられている。
【００２４】
基材２の主たる材質は、ＳｎやＳｎ合金（例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｚｎなど）などの低融点金属である。基材２の表面は、低融点金属の酸化膜に覆われている。
【００２５】
塗膜３は、金属粒５と塗材６とを含んでいる。金属粒５は、塗材６の内部に分散して配置されている。金属粒５の材質は、基材２の低融点金属と反応して金属間化合物を生成し、かつ、前述した低融点金属よりも高い融点を有する高融点金属である。金属粒５の表面は、高融点金属の酸化膜に覆われている。より具体的には、高融点金属は、Ｃｕ−１０Ｎｉ合金、その他、Ｎｉの割合が５〜２０重量％であるＣｕ−Ｎｉ合金、あるいは、Ｃｏの割合が１〜１０重量％、かつ、ＮｉとＣｏの総量の割合が５〜２０％であるＣｕ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、または、Ｆｅの割合が１〜１０重量％、かつ、ＮｉとＦｅの総量の割合が５〜２０重量％であるＣｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、あるいは、Ｍｎの割合が５〜２０重量％であるＣｕ−Ｍｎ合金、あるいは、Ｃｕ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、などである。これらの高融点金属は、前述した低融点金属の溶融液と反応して金属間化合物を生成し、かつ、前述した低融点金属よりも高い融点を有する。更には、これらの高融点金属が前述した低融点金属と反応して生成される金属間化合物も、前述した低融点金属よりも高い融点を有する。
【００２６】
塗材６は、少なくとも塗膜３を基材２の表面に設ける際に、粘性や流動性を有することが好ましい。ここでの塗材６は、常温で固体状態となり、基材２（低融点金属）の融点よりも低い温度で軟化する材料を採用している。そして、基材２（低融点金属）の融点よりも低い温度に加熱することで軟化させられた状態で、金属粒５が混練され、かつ、基材２の表面に塗布などによって設けられたものである。このため、接合用部材１は、常温では全体が固体構造物で構成された強度が高い構成となっている。なお、塗材６は常温で粘性や流動性を有するような材料を採用してもよい。また、塗材６は、粘性や流動性を持たない粉体の状態で、製造時に平膜状の基材２の表面に金属粒５とともに振りかけられてもよく、これらの粉体が基材２とともに巻き取られて線引き加工されることで、粉体同士を圧着させて接合用部材１が成形されていてもよい。
【００２７】
塗材６の具体的な材料は、上記した性質を示すものならばどのようなものでもよいが、ロジン系フラックスを含むことが望ましい。塗材６がロジン系フラックスを含むことで、接合用部材１を用いたはんだ付け時に、高融点金属や低融点金属の表面酸化膜を除去して両者を効率的に反応させることができる。ロジン系フラックスとしては、天然ロジン、水素化ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、不飽和二塩基酸変性ロジン、アクリル酸変性ロジンなどのロジン誘導体等、またはこれらの混合材など適宜のロジン材料を採用することができる。
【００２８】
また、塗材６は、フラックスの反応を促進する活性剤を含んでもよい。活性剤としては、モノカルボン酸（例えば、ギ酸、酢酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、安息香酸など）、ジカルボン酸（例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸など）、ブロモアルコール類（例えば、１−ブロモー２−ブタノールなど）、有機アミンのハロゲン化水素酸塩類、ブロモアルカン類、ブロモアルケン類、ベンジルブロマイド類、ポリアミン類、塩素系活性剤など適宜の活性剤材料を採用することができる。また、塗材６は、必要に応じて、樹脂、チクソ材、熱硬化樹脂、酸化防止剤、難燃剤、分散剤、レベリング剤、消泡剤、艶消し剤、可塑剤などの有機系添加剤などが配合されていてもよい。
【００２９】
金属粒５と塗材６（フラックス）との重量比は、金属粒５：塗材６＝７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内であることが好ましい。金属粒５の配合量が上記よりも多すぎると、基材２に塗膜３を設ける際に、十分な粘性を得ることができず、塗膜３から金属粒５が剥落してしまうおそれがある。一方、金属粒５の配合量が上記よりも少なすぎると、低融点金属を十分に反応させることができず、金属間化合物に未反応の低融点金属が多量に残存して接合用部材１としての仕様（再溶融温度条件や接合後の強度など）を満足することが難しくなるおそれがある。したがって、金属粒５と塗材６との重量比を上記の範囲内とすることで、適切な分量で低融点金属と高融点金属とを反応させて金属間化合物を生成し、所望の仕様を実現しやすくなる。
【００３０】
また、金属粒５の平均粒径（Ｄ５０）は、０．１〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。金属粒５の平均粒径は、金属間化合物の生成量に大きく影響するため、この平均粒径を適切にすることで、接合用部材１を用いた接合により実現される接合部による接合強度を改善することができる。なお、平均粒径（Ｄ５０）は、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。例えば、図２は、金属粒５の平均粒径（Ｄ５０）と、接合用部材１を用いた接合により実現される接合強度との関係を模式的に示すグラフである。平均粒径には、接合強度を最大化する最適値があり、その最適値から平均粒径が離れるほど、接合強度は低下する。そして、平均粒径が最適値から大きく離れることで、接合強度が仕様等で定められる下限限界よりも低くなり、適切な接合を実現できなくなることがある。より具体的には、金属粒５の平均粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ未満となれば、金属粒５の単位重量あたりの粒子表面積が著しく大きくなり、この表面酸化膜によって生成反応が阻害されて、金属間化合物の生成量が低減してしまう。また、この粒径が３０μｍを超えれば、金属粒５の粒子中心部分まで金属間化合物の生成反応に利用することができず、生成反応に利用される高融点金属が不足して、金属間化合物の生成量が低減してしまう。そして、金属間化合物の生成量が低減すると、接合部による接合強度が低下することになる。したがって、金属粒５の平均粒径（Ｄ５０）を上記の範囲内とすることでも、適切な分量で低融点金属と高融点金属とを反応させて金属間化合物を生成し、所望の接合強度や再溶融温度条件を実現しやすくなる。
【００３１】
なお、基材２や塗膜３は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｚｎ等が含まれていてもよい。これらの添加形態は、基材２や金属粒５に含有される不純物としてであってもよく、塗材６に添加される金属粉、基材２や金属粒５の表面に形成される金属膜等としてであってもよい。また、金属粉や金属膜等として添加する場合には、金属錯体や金属化合物の形態で含まれていてもよい。
【００３２】
以上の構成を有する接合用部材１は、以下の製造方法で製造することができる。図３は、接合用部材１の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００３３】
接合用部材１の製造では、まず、平膜状の低融点金属の基材２を成形する（Ｓ１）。
【００３４】
また、加熱により軟化させた状態の塗材６に、高融点金属の金属粒５を混練する（Ｓ２）。
【００３５】
次に、金属粒５を混練した塗材６を、加熱により軟化した状態で、基材２の一方主面に塗布などの手段で設ける（Ｓ３）。
【００３６】
そして、基材２の塗膜３が設けられた側の面が内側になるように、基材２および塗膜３を巻き取る（Ｓ４）。その後、必要に応じて、最終線径などが所望の寸法となるように、基材２および塗膜３を線引き加工により延伸させ、より線径が細く、軸長を長くなるように引き延ばす（Ｓ５）。この際、加熱により塗材６を軟化させた状態で、線引き加工を行うようにしてもよい。
【００３７】
このような製造方法により、高融点金属と低融点金属とを含む線材状の接合用部材１を容易に製造することができる。このような製造方法であれば、基材２を低融点金属が溶融するほどの加熱を伴うこと無く作製でき、接合用部材１自体が金属間化合物を含むことが無い。したがって、接合用部材１の接合時の温度条件を、金属間化合物の融点よりも低温な低融点金属の融点近傍にできる。また、基材２は、金属粒子の圧着によらずに成形でき、脆性を低く（脆くなく）することができる。なお、接合用部材１の具体的な製造方法は、上記した他の工程によって実現されてもよい。例えば、低融点金属からなる柱状部材に螺旋状の溝や孔を形成し、その内部に金属粒５を含む塗材６を注入し、柱状部材から線材を延伸して引き出す線引き加工により、上記した構成の接合用部材１を製造することもできる。また、上記した線引き加工は、かならずしも行わなくてもよい。
【００３８】
更には、この接合用部材１は、塗膜３および基材２が螺旋状に成形されていることにより、線材としての強度を、比較的高くすることができる。ここで、本実施形態に係る接合用部材１と、比較例に係る接合用部材１Ａとにおける、線材としての強度について説明する。
【００３９】
図４（Ａ）は、本実施形態に係る接合用部材１の断面を示す模式図である。図４（Ｂ）は、比較例に係る接合用部材１Ａの断面を示す模式図である。
【００４０】
ここで比較例として示す接合用部材１Ａは、例えば、低融点金属からなる短冊状の薄板７Ａに、金属粒を含む塗膜３Ａを設け、低融点金属からなる円柱状の芯材４Ａの外周に、薄板７Ａを巻きながら線引き加工することによって、薄板７Ａの端面同士を圧着させ、塗膜３Ａおよび薄板７Ａを円環状に成形したものである。
【００４１】
これらの接合用部材１および接合用部材１Ａにおいて、塗膜３，３Ａはクラック１０（内部欠陥やボイド）を含有しやすい。具体的には、塗膜３，３Ａは金属粒５と塗材６とを含むため、内部に界面やボイドを多数含みやすい。また、はんだごて等を用いて接合を実施した後に残る接合用部材１，１Ａの先端付近には、高融点金属と低融点金属とが反応した金属間化合物が微かであっても生成されるために、接合用部材１，１Ａの先端付近の塗膜３，３Ａには、金属間化合物の生成反応の際に金属粒５の体積が減少することでクラック１０が生じることがある。これらの理由で、接合用部材１や接合用部材１Ａにおいては、塗膜３，３Ａに沿ってクラック１０が成長することがあり、塗膜と基材との界面剥離や、塗膜内部の亀裂が発生し、接合用部材１，１Ａの線材としての強度が低下する恐れがある。
【００４２】
しかしながら、図４（Ａ）に示す本実施形態に係る接合用部材１においては、塗膜３の両端が繋がらずにそれぞれ基材２に覆われて終端しているために、塗膜３に沿ってクラック１０が成長しても、接合用部材１が複数の部分に分断されてしまうことがない。一方、図４（Ｂ）に示す比較例に係る接合用部材１Ａにおいては、塗膜３Ａの両端が繋がっているために、塗膜３Ａに沿ってクラック１０が成長することで、接合用部材１Ａが複数の部分（薄板７Ａと芯材４Ａと）に分断されてしまう危険性がある。このため、本実施形態に係る接合用部材１では、比較例に係る接合用部材１Ａと比較して、線材としての強度をより高くすることができる。
【００４３】
次に、上記の接合用部材１を用いて、第１接合対象物１０１と第２接合対象物１０２との間を接合する具体的な接合方法について説明する。
【００４４】
図５は、はんだごて１０３を用いて接合用部材１を溶融させる接合方法を示す模式図である。ここで示す第１接合対象物１０１は、例えば電子部品の端子電極である。第２接合対象物１０２は、例えば電子部品を実装するプリント配線基板の表面に設けられた実装電極である。
【００４５】
第１接合対象物１０１と第２接合対象物１０２とを接合する際には、まずはんだごて１０３のこて先を発熱させ、はんだごて１０３のこて先を第２接合対象物１０２（プリント配線基板の実装電極）にあてて、第２接合対象物１０２を温める。そして、こて先に接合用部材１の先端を軽く押し当て、接合用部材１の先端を溶かしながら、接合用部材１をこて先に送る。これにより、接合用部材１の溶融液１０５が、第１接合対象物１０１（電子部品の端子電極）と第２接合対象物１０２（プリント配線基板の実装電極）全体に広がることになる。そして、この溶融液１０５がフィレット状になってから、接合用部材１の先端をはんだごて１０３のこて先から離し、最後にはんだごて１０３を溶融液１０５から離す。この後、溶融液１０５が冷却されて硬化することで、第１接合対象物１０１と第２接合対象物１０２との間が接合されることになる。
【００４６】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、はんだごて１０３を用いた接合方法における金属間化合物の生成機序について説明する模式図である。
【００４７】
はんだごて１０３（不図示）によって接合用部材１の先端の温度が低融点金属およびフラックスの融点（軟化点）よりも高温に昇温することで、図６（Ａ）に示すように、接合用部材１の基材２と塗膜３とが溶融する。これにより、溶融液１０５が生成される。溶融液１０５においては、塗膜３に含まれるフラックスが、基材２や金属粒５、第１接合対象物１０１、第２接合対象物１０２の表面酸化膜を還元し除去する。このため、溶融液１０５は、第１接合対象物１０１と第２接合対象物１０２との表面に沿って濡れ広がり、また、金属粒５が溶融液１０５の内部に分散する。そして、フラックスによって、金属粒５の表面酸化膜が高融点金属と低融点金属との反応を阻害することを防いで、高融点金属と低融点金属とを効率的に反応させられる。また、塗膜３の残滓１６は、溶融液１０５の表面に浮き上がって、溶融液１０５の表面を覆うようになる。
【００４８】
溶融液１０５の内部では、時間の経過とともに金属間化合物１２の生成反応が進展する。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、溶融液１０５に含まれる低融点金属と、金属粒５に含まれる高融点金属とが反応して金属間化合物１２が生成される。このため、溶融液１０５の組成における金属間化合物１２の割合が増加するとともに、金属粒５の粒径が縮小して消失していく。この反応は、溶融液１０５がある程度の高温を維持する間に進展するので、溶融液１０５が冷却されて硬化するまでの間に、溶融液１０５のほぼ全体が金属間化合物に変質することになる。
【００４９】
この金属間化合物を生成する反応は、例えば、液相拡散接合（「ＴＬＰ接合：ＴｒａｎｓｉｅｎｔＬｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ ＤｉｆｆｕｓｉｏｎＢｏｎｄｉｎｇ」）に伴う反応である。生成される金属間化合物は、金属粒５がＣｕ−Ｎｉ合金の場合には、例えば、（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５、Ｃｕ４Ｎｉ２Ｓｎ５、Ｃｕ５ＮｉＳｎ５、（Ｃｕ，Ｎｉ）３Ｓｎ、Ｃｕ２ＮｉＳｎ、ＣｕＮｉ２Ｓｎ等である。また、金属粒５がＣｕ−Ｍｎ合金の場合には、金属間化合物は、（Ｃｕ，Ｍｎ）６Ｓｎ５、Ｃｕ４Ｍｎ２Ｓｎ５、Ｃｕ５ＭｎＳｎ５、（Ｃｕ，Ｍｎ）３Ｓｎ、Ｃｕ２ＭｎＳｎ、ＣｕＭｎ２Ｓｎ等である。
【００５０】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、接合用部材が溶融、硬化した後の接合部の断面を示す電子顕微鏡画像である。図７（Ａ）は、比較対象として示すものであり、低融点金属と高融点金属とを含むペースト状の接合用部材（クリームはんだ）によって、銅箔（Ｃｕ層）上に設けられた接合部（金属間化合物層）の断面を示している。図７（Ｂ）は、実施例にあたる低融点金属と高融点金属とを含む線材状の接合用部材（線はんだ）によって、銅箔（Ｃｕ層）上に設けられた接合部（金属間化合物層）の断面を示している。
【００５１】
前述したように低融点金属と高融点金属とをペースト状（クリームはんだ）にするためには、低融点金属や高融点金属の粒子とともに、樹脂や溶剤などの非金属成分を多量に添加する必要がある。そして、このような非金属成分は、接合用部材の溶融時に揮発し、硬化後の接合部にボイドを形成する（図７（Ａ）参照。）。一方、線材状の接合用部材１は、非金属成分を少量しか含まないために、接合部の内部には殆どボイドが形成されない（図７（Ｂ）参照。）。したがって、この実施形態に係る接合用部材１により電子部品と基板との間を接合すれば、よりボイドが少なく、信頼性の高い接合部を得ることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態に係る接合用部材と、この接合用部材の製造方法とについて説明する。
【００５３】
図８は、本発明の第２実施形態に係る接合用部材１Ｂの一部を模式的に示す斜視図である。この接合用部材１Ｂは、基材２Ｂおよび塗膜３Ｂに加えて、芯材４Ｂを更に備える。芯材４Ｂは、基材２Ｂと同じ低融点金属を含み、軸方向に延びる線状の外形状を有する固体構造物である。
【００５４】
芯材４Ｂは、接合用部材１Ｂの断面における中心部分に設けられており、基材２Ｂおよび塗膜３Ｂは、この芯材４Ｂを中心に巻き取られ、芯材４Ｂの外側を螺旋状に囲んでいる。
【００５５】
図９は、本発明の第２実施形態に係る接合用部材１Ｂの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００５６】
接合用部材１Ｂの製造では、まず、平膜状の低融点金属の基材２Ｂを成形する（Ｓ１）。
【００５７】
また、加熱により軟化させた状態の塗材に高融点金属の金属粒を混練して塗膜３Ｂの材料を用意する（Ｓ２）。
【００５８】
次に、塗膜３Ｂの材料を、加熱により軟化した状態で、基材２Ｂの一方主面に、塗布などの手段で設ける（Ｓ３）。
【００５９】
そして、線材状の芯材４Ｂを用意し、その芯材４Ｂの周囲に基材２Ｂおよび塗膜３Ｂを巻きつける（Ｓ４）。その後、必要に応じて、芯材４Ｂおよび、芯材４Ｂに巻き付けた状態の基材２Ｂおよび塗膜３Ｂを、線引き加工により延伸させ、より線径が細く、軸長を長くなるように引き延ばす（Ｓ５）。
【００６０】
このような製造方法により、高融点金属と低融点金属とを含む線材状の接合用部材１Ｂを容易に製造することができる。このような製造方法であれば、接合用部材１Ｂの中心部分に不要な隙間ができにくく、また、芯材４Ｂへの基材２Ｂおよび塗膜３Ｂの巻き付けにより容易に接合用部材１Ｂを製造することができる。また、接合用部材１Ｂの製造時に形状の再現性（形状精度）を高めることができる。特に、芯材４Ｂが緩衝材となることで、曲げに対して塗膜３Ｂを保護することができる。
【００６１】
更には、この構成の接合用部材１Ｂでは、芯材４Ｂによって、その全体組成に占める低融点金属の分量が多くなり、溶融および硬化後の接合部に、未反応の低融点金属が部分的に形成（析出）され易くなる。このような未反応の低融点金属は、金属間化合物の生成反応の際に、溶融して金属間化合物の生成により生じる隙間を埋めるように動くため、このことによって接合部のボイドを減らし、接合部の強度を更に高めることもできる。
【００６２】
次に、本発明の第３実施形態に係る接合用部材と、この接合用部材を用いた接合方法とについて説明する。
【００６３】
図１０は、第３実施形態に係る接合用部材１Ｃの一部を模式的に示す斜視図である。この接合用部材１Ｃは、第１実施形態と類似する構成であり基材２Ｃと塗膜３Ｃとを備えるが、基材２Ｃの外周面が一方向から押し潰され、全体が扁平な断面形状となっている。
【００６４】
この接合用部材１Ｃを用いて、第１接合対象物１０１Ｃと第２接合対象物１０２Ｃとの間を接合する具体的な接合方法について説明する。
【００６５】
図１１は、熱圧着を用いて接合用部材１Ｃを溶融させる接合方法を示す模式図である。第１接合対象物１０１Ｃと第２接合対象物１０２Ｃとを接合する際には、まず、接合用部材１Ｃを必要な長さだけ切り出す。そして、第１接合対象物１０１Ｃと第２接合対象物１０２Ｃとの間に接合用部材１Ｃは挟み込む（図１１（Ａ）参照。）。この状態で、第１接合対象物１０１Ｃと第２接合対象物１０２Ｃとを加熱するとともに、両者の間の間隔を狭め、接合用部材１Ｃを加圧および加熱する。これにより、基材２Ｃと塗膜３Ｃに含まれていた塗材６とが溶融し、第１接合対象物１０１Ｃと第２接合対象物１０２Ｃとの間に溶融液１０５Ｃが広がる（図１１（Ｂ）参照。）。この後、溶融液１０５Ｃの内部では、塗膜３Ｃに含まれていた金属粒５が周囲の低融点金属と反応し、金属間化合物１２の生成が進む（図１１（Ｃ）参照。）。これにより、溶融液１０５Ｃが冷却されて硬化することで、第１接合対象物１０１Ｃと第２接合対象物１０２Ｃとの間に、金属間化合物１２による接合部１０６Ｃが形成されることになる。
【００６６】
以上に説明したように、この発明の接合用部材は、熱圧着を利用した接合方法に利用することもできる。そして、熱圧着を利用する場合には、この実施形態に係る接合用部材１Ｃのように断面形状が扁平であれば、接合用部材１Ｃの配置姿勢を安定させることができる。
【００６７】
次に、本発明の第４実施形態に係る接合用部材について説明する。
【００６８】
図１２は、本発明の第４実施形態に係る接合用部材１Ｄの一部を模式的に示す斜視図である。この接合用部材１Ｄは全体として断面が円形状ではなく四角状である。接合用部材１Ｄはこのような断面形状でもよく、この場合には、塗膜３Ｄを設けた基材２Ｄを折り返すように巻き取ることで、接合用部材１Ｄを製造することができる。したがって、この接合用部材１Ｄは、製造が更に容易である。
【００６９】
次に、本発明の更なる変形例に係る接合用部材について説明する。図１３は、製造工程での巻き取りを行う前の基材２と、巻き取り後の基材２の断面とを示す模式図である。
【００７０】
図１３（Ａ）では、前述した第１乃至第４の実施形態に係る構成を実現する場合を示している。ここでは、平膜状の基材２の略全面に塗膜３を設けて巻き取ることにより、接合用部材１の断面において、基材２だけでなく塗膜３も螺旋状に成形している。
【００７１】
図１３（Ｂ）では、平膜状の基材２の一方主面に、細く帯状の複数の塗膜３Ｅを設ける場合を示している。ここでは、接合用部材１の軸方向に沿って平行に複数の塗膜３Ｅが延在するように、巻き取り前の基材３に塗膜３Ｅを設け、それらを巻き取る。これにより、接合用部材１の断面において、基材２の螺旋状の内部界面に沿って複数の塗膜３Ｅを分散するように配置することができる。すると、基材２の螺旋状の内部界面に沿って、塗膜３Ｅの間の部分でも基材２同士が接合することになり、接合用部材１の内部で基材２同士が接触して接合する領域の面積を増やすことができる。したがって、接合用部材１の内部で剥離等の欠陥を生じ難くすることができる。
【００７２】
図１３（Ｃ）は、平膜状の基材２の一方主面に、四角状の塗膜３Ｆを縦横に配列する場合を示している。この場合には、接合用部材１の螺旋状の内部界面だけでなく、接合用部材１の軸方向にも、複数の塗膜３Ｆが配列されるために、接合用部材１の軸方向に沿って、一定間隔で基材２同士が接合される。このことにより、接合用部材１の内部で基材２同士が接触して接合する領域の面積を更に増やすことができ、接合用部材１の内部で剥離等の欠陥をより生じ難くすることができる。
【００７３】
なお、以上において記載した「螺旋状」は、厳密な螺旋状のみだけではなく、基材の巻き取り方向が途中で逆になるような二重の螺旋状や、基材の巻き取り方向の端部周辺などが部分的に非螺旋形である形状などの略螺旋状も含む。すなわち、基材は、少なくとも一部が螺旋状の構造を有していればよい。また、以上の各実施形態では、本発明の「膜」として「塗膜」を構成する例を示したが、本発明の「膜」はこれに限られず、膜状のものであればその他の工法、例えば、めっきや蒸着などの手法を用いて形成された膜であってもよい。この場合には、低融点金属は、金属粒ではなく、組成物として膜に含有されていてもよい。
【００７４】
最後に、以上の各実施形態および変形例の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲とを含む。
【符号の説明】
【００７５】
１…接合用部材
２…基材
３…塗膜
４Ｂ…芯材
５…金属粒
６…塗材（フラックス）
１２…金属間化合物
１０１，１０２…接合対象物
【図１】
2017047293.tif 000003
【図２】
2017047293.tif 000004
【図３】
2017047293.tif 000005
【図４】
2017047293.tif 000006
【図５】
2017047293.tif 000007
【図６】
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【図７】
2017047293.tif 000009
【図８】
2017047293.tif 000010
【図９】
2017047293.tif 000011
【図１０】
2017047293.tif 000012
【図１１】
2017047293.tif 000013
【図１２】
2017047293.tif 000014
【図１３】
2017047293.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月4日(2017.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材状の接合用部材であって、
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり低融点金属を含む基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属の金属粒と、フラックスと、を含む、
接合用部材。
【請求項２】
線材状の接合用部材であって、
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり低融点金属を含む基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含み、
前記膜は、前記基材の断面において、複数個所に分散して配置されている、
接合用部材。
【請求項３】
線材状の接合用部材であって、
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり低融点金属を含む基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含み、
前記基材の断面における中心部分に設けられていて低融点金属を含む芯材を更に備える、
接合用部材。
【請求項４】
前記低融点金属はＳｎまたはＳｎ合金であり、
前記高融点金属は、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、または、Ｃｕ−Ａｌ合金、である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項５】
前記金属粒と前記フラックスとの重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内である、
請求項１に記載の接合用部材。
【請求項６】
前記金属粒の平均粒径（Ｄ５０）は、０．１〜３０μｍの範囲内である、
請求項１または５に記載の接合用部材。
【請求項７】
前記膜は、前記基材の断面において螺旋状である、
請求項１乃至６のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項８】
長手方向に直交する断面を視て扁平状である、
請求項１乃至７のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の接合用部材を第１接合対象と第２接合対象との間に配置し、第１接合対象と第２接合対象との間に圧力をかけて加熱する工程、
を含む、接合方法。
【請求項１０】
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり低融点金属を含む基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む、線材状の接合用部材を、第１接合対象と第２接合対象との間に配置し、第１接合対象と第２接合対象との間に圧力をかけて加熱する工程、
を含む、接合方法。
【請求項１１】
平膜状であって低融点金属を含む基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属およびフラックスを含む膜を設ける工程と、
前記膜が設けられた基材を巻き取ることで、長手方向に直交する断面を視て、前記基材および前記膜が螺旋状である線材を形成する工程と、を含む、接合用部材の製造方法。
【請求項１２】
平膜状であって低融点金属を含む基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む膜を分散して配置する工程と、
前記膜が設けられた基材を巻き取ることで、長手方向に直交する断面を視て、前記基材が螺旋状である線材を形成する工程と、を含む、接合用部材の製造方法。
【請求項１３】
平膜状であって低融点金属を含む基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む膜を設ける工程と、
低融点金属を含む芯材に、前記膜が設けられた基材を巻き取ることで、長手方向に直交する断面を視て、前記基材が螺旋状である線材を形成する工程と、を含む、接合用部材の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月7日(2018.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材状の接合用部材であって、
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり主たる材質が低融点金属である基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属の金属粒と、フラックスと、を含む、
接合用部材。
【請求項２】
線材状の接合用部材であって、
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり主たる材質が低融点金属である基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含み、
前記膜は、前記基材の断面において、複数個所に分散して配置されている、
接合用部材。
【請求項３】
線材状の接合用部材であって、
長手方向に直交する断面を視て螺旋状であり主たる材質が低融点金属である基材と、
前記基材の断面を視て前記基材間の隙間に設けられた膜と、を備え、
前記膜は、前記低融点金属の溶融液との反応により前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含み、
前記基材の断面における中心部分に設けられていて低融点金属を含む芯材を更に備える、
接合用部材。
【請求項４】
前記低融点金属はＳｎまたはＳｎ合金であり、
前記高融点金属は、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、または、Ｃｕ−Ａｌ合金、である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項５】
前記金属粒と前記フラックスとの重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内である、
請求項１に記載の接合用部材。
【請求項６】
前記金属粒の平均粒径（Ｄ５０）は、０．１〜３０μｍの範囲内である、
請求項１または５に記載の接合用部材。
【請求項７】
前記膜は、前記基材の断面において螺旋状である、
請求項１乃至６のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項８】
長手方向に直交する断面を視て扁平状である、
請求項１乃至７のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の接合用部材を第１接合対象と第２接合対象との間に配置し、第１接合対象と第２接合対象との間に圧力をかけて加熱する工程、
を含む、接合方法。
【請求項１０】
平膜状であって主たる材質が低融点金属である基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属およびフラックスを含む膜を設ける工程と、
前記膜が設けられた基材を巻き取ることで、長手方向に直交する断面を視て、前記基材および前記膜が螺旋状である線材を形成する工程と、を含む、接合用部材の製造方法。
【請求項１１】
平膜状であって主たる材質が低融点金属である基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む膜を分散して配置する工程と、
前記膜が設けられた基材を巻き取ることで、長手方向に直交する断面を視て、前記基材が螺旋状である線材を形成する工程と、を含む、接合用部材の製造方法。
【請求項１２】
平膜状であって主たる材質が低融点金属である基材に、前記低融点金属の溶融液との反応により、前記低融点金属よりも高い融点の金属間化合物を生成する高融点金属を含む膜を設ける工程と、
前記低融点金属を含む芯材に、前記膜が設けられた基材を巻き取ることで、長手方向に直交する断面を視て、前記基材が螺旋状である線材を形成する工程と、を含む、接合用部材の製造方法。
【国際調査報告】
2017047293.tif 000016
2017047293.tif 000017
2017047293.tif 000018
2017047293.tif 000019