(57)【要約】  接合用部材（１）は、低融点金属を含み、孔（４）が設けられた線材（２）と、低融点金属の溶融液との反応により、低融点金属よりも高い融点を有する金属間化合物を生成する高融点金属を含み、孔（４）に挿入されている金属粒（５）と、を備える。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。
2017038418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔が設けられた、低融点金属を含む線材と、
前記孔に挿入された、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を有する金属間化合物を生成する高融点金属を含む金属粒と、
を備える接合用部材。
【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】
前記金属粒とともに前記孔に挿入されていて、前記孔への挿入時に前記金属粒の流動性を向上させる流動材を更に備える、
請求項１または２に記載の接合用部材。
【請求項４】
前記流動材は、常温では固体状態であり、かつ、前記常温よりも高く前記低融点金属の融点よりも低い温度では軟化する、
請求項３に記載の接合用部材。
【請求項５】
前記流動材は、フラックスを含む、
請求項４に記載の接合用部材。
【請求項６】
前記金属粒と前記流動材との重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内である、
請求項３乃至５のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項７】
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乃至６のいずれかに記載の接合用部材。
【請求項８】
前記孔は、前記線材の軸方向に沿って互いに平行に延びるように複数設けられている、
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】
前記線材は、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】
前記孔は、前記線材の軸方向から見た断面の長手方向に沿って並んでいる、
請求項９に記載の接合用部材。
【請求項１１】
請求項９または１０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１２】
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を有する金属間化合物を生成する高融点金属を含む金属粒と、
常温では固体状態であり、かつ、前記常温よりも高く前記低融点金属の融点よりも低い温度で軟化する流動材と、を混合する工程と、
前記低融点金属を含む線材に設けられた孔に、前記金属粒を混合した前記流動材を低融点金属の融点より低温に加熱した状態で圧力をかけて注入する工程と、
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、接合用部材の接合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、低融点金属と高融点金属とを含み、接合時の温度条件が低融点金属の融点近傍であり、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、孔が設けられた低融点金属を含む線材と、前記孔に挿入された、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を有する金属間化合物を生成する高融点金属を含む金属粒と、を備える。特には、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、であることが好ましい。【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、線材に孔を設け、その孔に金属粒を挿入することで製造できる。このため、接合用部材は、低融点金属が溶融するほどの加熱を伴うこと無く製造でき、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、このような線材は、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）することが可能である。【００１１】
前記接合用部材は、前記金属粒とともに前記孔に挿入されていて、前記孔への挿入時に前記金属粒の流動性を向上させる流動材を更に備えることが好ましい。この構成では、線材に設けられた孔に金属粒を挿入することが容易になる。特には、前記流動材は、常温では固体状態であり、かつ、前記常温よりも高く前記低融点金属の融点よりも低い温度で軟化することが好ましい。この構成では、流動材が常温では固体状態であるので、常温での接合用部材の強度をより強くすることができる。また、常温よりも高く低融点金属の融点よりも低い温度に加熱することで、線材に設けられた孔への挿入が容易になる。更には、前記流動材は、フラックス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】
前記金属粒と前記流動材との重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内であることが好ましい。金属粒と流動材との重量比が７５：２５以上であることによって、接合用部材の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、金属粒と流動材との重量比が９９．５：０．５以下であることによって、線材に設けられた空間に、金属粒を挿入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】
前記空間は、前記線材の軸方向に沿って互いに平行に延びるように複数設けられていることが好ましい。この構成では、線材の溶融液中に金属粒をより均等に分散させることができ、金属間化合物の生成反応を偏りなく生じさせられる。【００１５】
前記線材は、扁平状であることが好ましい。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になる。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。【００１６】
前記空間は、前記線材の軸方向から見た断面の長手方向に沿って並んでいることが好ましい。この構成では、前述した熱圧着等を用いる接合手段を用いる際に、線材の溶融液中で金属粒を水平方向により均等に分散させることができ、金属間化合物の生成反応を偏りなく生じさせられる。【００１７】
また、本発明に係る接合方法は、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、を含んでもよい。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、金属粒と流動材とを混合する工程と、線材に設けられた孔に、金属粒を混合した流動材を、低融点金属の融点より低温に加熱した状態で圧力をかけて注入する工程と、を含むことが好ましい。このような製造方法によって、低融点金属に設けられた空間に金属粒を容易に挿入することができる。
【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、接合時の温度条件を接合後の再溶融の温度条件よりも低温にでき、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（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８】図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の第２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９】図９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１０】図１０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１１】図１１は、本発明の第５実施形態に係る接合用部材の一部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の第１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。
【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。接合用部材１は、線材２と芯材３とを備え、芯材３を中心に、芯材３の外周が線材２で覆われた構造である。
【００２４】
線材２は、軸方向に延びる線状の外形状と環状の断面形状とを有する固体構造物である。線材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。線材２の表面は、低融点金属の酸化膜に覆われている。また、線材２の中心部は、軸方向に延びる孔４が設けられている。なお、孔４は、線材２の全長に渡って連続的して設けられていてもよく、線材２の全長にわたって断続的に設けられていてもよい。
【００２５】
芯材３は、線材２の孔４に設けられた円柱状の外形状を有する固体構造物である。芯材３は、金属粒５と流動材６とを含んでいる。金属粒５は、流動材６の内部に分散して配置されている。金属粒５の材質は、線材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重量％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。
なお、線材２をＳｎとし、孔４にＣｕ粒子を配置する効果は次の通りである。すなわち、この構成は、Ｃｕ粒子の酸化を防げること、具体的には、はんだ付けの際、Ｓｎが溶けだしてＣｕと反応するため、Ｃｕが外部に露出して酸化することを防止できる。
【００２６】
流動材６は、金属粒５を線材２の孔４に挿入する際に、自らが流動することで、金属粒５の流動性を向上させ、金属粒５の孔４への挿入を容易化する。ここでの流動材６は、常温で固体状態となり、線材２（低融点金属）の融点よりも低い温度で軟化して流動し易くなる材料を採用している。したがって、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、流動材６は常温で粘性を有するような材料を採用してもよい。
なお、流動材６（フラックス）の効果は次の通りである。すなわち、流動材６は、金属粒５を孔４へ挿入する際、挿入したＣｕ粒子どうしが密集しなくなり、溶融時にＳｎとの反応面積を増やすことができる。
【００２７】
流動材６の具体的な材料は、上記した性質を示す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。流動材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】
流動材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、流動材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と流動材６との重量比は、金属粒５：流動材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、線材２の孔４に金属粒５を挿入する際に、十分な流動性を得ることができず、孔４に金属粒５を十分な分量だけ挿入することができなくなるおそれがある。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残存してしまうおそれがある。したがって、金属粒５と流動材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、所望の接合強度や再溶融温度条件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。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、線材２や芯材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、線材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、流動材６に添加される金属粉、線材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、接合用部材１の最終線径よりも大径なインゴット状態で、円環状の低融点金属の線材２を製作する（Ｓ１）。
【００３４】
また、加熱により軟化させた状態の流動材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を混練した流動材６を、加熱により軟化した状態で圧力をかけて、線材２の孔４に注入する（Ｓ３）。このようにして、金属粒５の流動性を高めた状態で、線材２に設けられた孔４に金属粒５を挿入することで、孔４に多量の金属粒５を挿入、充填することが容易になる。
【００３６】
そして、金属粒５および流動材６を孔４に挿入した状態の線材２を、加熱により流動材６を軟化させた状態で、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（Ｓ４）。
【００３７】
このような製造方法により、線材状に接合用部材１を製造することができる。このような製造方法であれば、線材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低温（低融点金属の融点近傍）にできる。また、線材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。
【００３８】
なお、接合用部材１の製造は、上記以外の方法によっても実現できる。例えば、低融点金属からなる短冊状の薄板に、金属粒５を含む流動材６を塗布し、薄板を環状に曲げながら延伸して細くすることによって、薄板の端面同士を圧着させて線材を円環状に成形し、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、低融点金属からなる柱状部材に溝を形成し、その切り込みに金属粒５を含む流動材６を注入し、柱状部材から線材を延伸して引き出すことで、溝の端面を圧着させて線材を円環状に成形し、上記した構成の接合用部材１を製造することもできる。
【００３９】
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。
【００４０】
図４は、はんだごて１０３を用いて接合用部材１を溶融、硬化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。
【００４１】
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。
【００４２】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、接合用部材１によ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。
【００４３】
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５（Ａ）に示すように、接合用部材１の線材２と流動材６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、流動材６に含まれるフラックスが、線材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１２が、第１接合対象物１０１と第２接合対象物１０２とに濡れ広がり、また、金属粒５が溶融液１０５の内部に分散する。このため、フラックスによって、各部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、流動材６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。
【００４４】
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５（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。
【００４５】
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。
【００４６】
図６（Ａ）および図６（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６（Ａ）は、比較例にあたる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の断面を示している。図６（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の断面を示している。
【００４７】
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６（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６（Ｂ）参照。）。したがって、線材状の接合用部材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。
【００４８】
次に、本発明の第２実施形態に係る接合用部材と、この接合用部材を用いた接合方法とについて説明する。
【００４９】
図７は、本発明の第２実施形態に係る接合用部材１Ａの一部を模式的に示す斜視図である。この接合用部材１Ａは線材２Ａと複数の芯材３Ａとを備える。線材２Ａは、軸方向に延びる線状の外形状を有する固体構造物であり、軸方向に延びる複数の孔４Ａが設けられている。複数の孔４Ａは互いが等間隔になるように線材２Ａの断面にて断面中心を通る直線上に配列されている。複数の芯材３Ａは、それぞれ線材２Ａの複数の孔４Ａに設けられていて、それぞれ金属粒５と流動材６とを含んでいる。
【００５０】
次に、この接合用部材１Ａを用いて、第１接合対象物１０１Ａと第２接合対象物１０２Ａとの間を接合する具体的な接合方法について説明する。
【００５１】
図８は、熱圧着を用いて接合用部材１Ａを溶融、硬化させる接合方法を示す模式図である。第１接合対象物１０１Ａと第２接合対象物１０２Ａとを接合する際には、まず、接合用部材１Ａを必要な長さだけ切り出す。そして、第１接合対象物１０１Ａと第２接合対象物１０２Ａとの間に接合用部材１Ａは挟み込む（図８（Ａ）参照。）。この状態で、第１接合対象物１０１Ａと第２接合対象物１０２Ａとを加熱するとともに、両者の間の間隔を狭めて、接合用部材１Ａを加圧および加熱する。これにより、接合用部材１Ａの線材２Ａおよび芯材３Ａの流動材６が溶融し、溶融液１０５Ａが第１接合対象物１０１Ａと第２接合対象物１０２Ａとの間に広がる（図８（Ｂ）参照。）。なお、接合用部材１Ａを配置する際には、複数の芯材３Ａが並ぶ方向と、第１接合対象物１０１Ａや第２接合対象物１０２Ａの接合面とが平行になるようにしておけば、溶融液１０５Ａの内部に金属粒６を均等に分散させることができ好ましい。この後、溶融液１０５Ａの内部では、金属粒５が周囲の低融点金属と反応して、金属間化合物１２の生成が進む。そして、溶融液１０５Ａが冷却されて硬化することで、第１接合対象物１０１Ａと第２接合対象物１０２Ａとの間が金属間化合物１２による接合部１０６Ａで接合されることになる。
【００５２】
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１Ａのように、孔４Ａおよび芯材３Ａを線材２Ａの断面で直線上に並べておくことで、金属粒５を第１接合対象物１０１Ａと第２接合対象物１０２Ａとの間に均等に分散させて、金属間化合物の生成反応を偏りなく生じさせることが可能になる。
【００５３】
次に、本発明の第３実施形態に係る接合用部材について説明する。
【００５４】
図９は、本発明の第３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は線材２Ｂと複数の芯材３Ｂとを備える。線材２Ｂは、軸方向に延びる線状の外形状を有する固体構造物であり、断面形状の外形が長手方向と短手方向とを有する扁平形状である。また、線材２Ｂは、断面の長手方向に沿って複数の孔４Ｂが並んでいる。複数の芯材３Ｂは、それぞれ線材２Ｂの複数の孔４Ｂに設けられていて、それぞれ金属粒５と流動材６とを含んでいる。
【００５５】
接合用部材１Ｂがこのように扁平状に形成されていれば、前述したように熱圧着を用いて接合用部材１Ｂを溶融、硬化させる接合方法を利用する際に、接合用部材１Ｂの配置姿勢が安定し、接合用部材１Ｂの断面長手方向を、接合対象物の接合面と平行にすることが容易となる。
【００５６】
また、この構成の接合用部材１Ｂは、線材２Ｂの成形時に、当初は断面が円形状になるように線材２Ｂを成形し、それを押し潰すことで断面が扁平状になるように塑性変形させて製造することができる。
【００５７】
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。
【００５８】
図１０は、本発明の第４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は線材２Ｃと複数の芯材３Ｃとを備える。線材２Ｃは、軸方向に延びる線状の外形状を有する固体構造物であり、軸方向に延びる複数の孔４Ｃが設けられている。複数の孔４Ｃは互いが等間隔になるように線材２Ｃの断面にて点対象に配置されている。３つの芯材３Ｃは、それぞれ線材２Ｃの３つの孔４Ｃに設けられていて、それぞれ金属粒５と流動材６とを含んでいる。
【００５９】
このように、接合用部材１Ｃは、孔４Ｃおよび芯材３Ｃが線材２Ｃに複数、点対象な配置で設けられた多芯構造であってもよい。このようにすれば、接合用部材１Ｃの向きや姿勢を考慮しなくても、接合時に、溶融液中に金属粒を均等に分散させることができる。
【００６０】
次に、本発明の第５実施形態に係る接合用部材について説明する。
【００６１】
図１１は、本発明の第５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は線材２Ｄと複数の芯材３Ｄとを備える。線材２Ｄは、軸方向に延びる線状の外形状を有する固体構造物であり、軸方向に対して直交する方向に延びる複数の孔４Ｄが、軸方向に沿って等間隔に配列されている。複数の芯材３Ｄは、それぞれ線材２Ｄの複数の孔４Ｄに設けられていて、それぞれ金属粒５と流動材６とを含んでいる。
【００６２】
このように、接合用部材１Ｄは、孔４Ｄおよび芯材３Ｄが線材２Ｄの軸方向とは異なる方向に延びていてもよい。
【００６３】
最後に、以上の各実施形態の説明は、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】
【００６４】
１…接合用部材
２…線材
３…芯材
４…孔
５…金属粒
６…流動材
１２…金属間化合物
１６…残滓
１０５…溶融液
１０６…接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月12日(2017.10.12)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、電子部品を基板に接合する際などの接合方法に関するものである。
【手続補正３】
【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】
孔が設けられた、低融点金属を含む線材と、前記孔に挿入された、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を有する金属間化合物を生成する高融点金属を含む金属粒と、を備え、前記線材が扁平状である、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に記載の接合方法。
【請求項３】
前記接合用部材は、前記金属粒とともに前記孔に挿入されていて、前記孔への挿入時に前記金属粒の流動性を向上させる流動材を更に備える、
請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記流動材は、常温では固体状態であり、かつ、前記常温よりも高く前記低融点金属の融点よりも低い温度では軟化する、
請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記流動材は、フラックスを含む、
請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記金属粒と前記流動材との重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内である、
請求項３乃至５のいずれかに記載の接合方法。
【請求項７】
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乃至６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
前記孔は、前記線材の軸方向に沿って互いに平行に延びるように複数設けられている、
請求項１乃至７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
前記孔は、前記線材の軸方向から見た断面の長手方向に沿って並んでいる、
請求項８に記載の接合方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月25日(2018.1.25)
【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】
複数の孔が設けられた、主たる材質が低融点金属である線材と、前記複数の孔に挿入された、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を有する金属間化合物を生成する高融点金属を含む金属粒と、を備え、前記線材が扁平状であり、前記複数の孔が前記線材の軸方向に沿って互いに平行に延びるように設けられている、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２】
前記複数の孔は、前記線材の軸方向から見た断面の長手方向に沿って並んでいる、
請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
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または２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記接合用部材は、前記金属粒とともに前記複数の孔に挿入されていて、前記複数の孔への挿入時に前記金属粒の流動性を向上させる流動材を更に備える、
請求項１から３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記流動材は、常温では固体状態であり、かつ、前記常温よりも高く前記低融点金属の融点よりも低い温度では軟化する、
請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記流動材は、フラックスを含む、
請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
前記金属粒と前記流動材との重量比は、７５：２５〜９９．５：０．５の範囲内である、
請求項４乃至６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
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乃至７のいずれかに記載の接合方法。
【国際調査報告】
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