(57)【要約】【課題】初期接合強度が高く、かつ冷熱サイクル試験後も高い接合強度を維持する接合を実現する。【解決手段】ＣｕコアＳｎシェル粉末の圧縮された集合体により構成された接合用成形体である。接合用成形体内部の閉空孔及び開空孔の双方に前記粉末表面の酸化物を除去するための活性剤含有物が存在する。接合用成形体がＣｕを５５〜９５質量％の割合でかつＳｎを４５〜５質量％の割合でそれぞれ含有する。活性剤含有物中の活性剤が接合用成形体１００質量％に対して０．０１〜２質量％の割合で含まれ、接合用成形体が２０〜４００μｍの厚さを有する。【選択図】図１
2018171635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣｕコアＳｎシェル粉末の圧縮された集合体により構成された接合用成形体であって、
前記接合用成形体内部の閉空孔及び開空孔の双方に前記粉末表面の酸化物を除去するための活性剤含有物が存在し、
前記接合用成形体がＣｕを５５〜９５質量％の割合でかつＳｎを４５〜５質量％の割合でそれぞれ含有し、
前記活性剤含有物中の活性剤が前記接合用成形体１００質量％に対して０．０１〜２質量％の割合で含まれ、
前記接合用成形体が２０〜４００μｍの厚さを有することを特徴とする接合用成形体。
【請求項２】
平均粒径が０．５〜５０μｍのＣｕコアＳｎシェル粉末に前記粉末表面の酸化物を除去するための活性剤含有物を不活性ガス雰囲気下で均一に混合して混合物を調製する工程と、
前記混合物を不活性ガス雰囲気下で１０〜１０００ＭＰａの圧力でプレス成形又はロール圧延成形して厚さ２０〜４００μｍのペレット状又はシート状の成形体を得る工程とを含み、
前記ＣｕコアＳｎシェル粉末がＣｕを５５〜９５質量％の割合でかつＳｎを４５〜５質量％の割合でそれぞれ含有し、前記活性剤含有物を前記混合物中、０．０１〜２質量％の割合で含むように混合することを特徴とする接合用成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被接合部材である半導体チップ素子、ＬＥＤチップ素子等の電子部品と基板との間に介在させて、被接合部材である電子部品を基板に実装するのに好適に用いられる接合用成形体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、２００℃を超える高温でも動作する、ＳｉＣのようなワイドギャップ半導体が注目されている。高温で動作する半導体チップ素子の接合方法として、ＣｕとＳｎを含む接合材料を半導体チップ素子と基板との間に介在させ、Ｓｎの融点より高い温度で加熱し、前記接合材をＣｕ6Ｓｎ5やＣｕ3Ｓｎからなる組成の金属間化合物（Inter-Metallic Compound：ＩＭＣ）とする遷移的液相焼結法（Transient Liquid Phase Sintering：ＴＬＰ法）と呼ばれる接合方法が注目されている。この接合方法に基づいた高温用途向けのＣｕコアＳｎシェル粉末成形体が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
非特許文献１のＣｕコアＳｎシェル粉末成形体は、粒径３０μｍのＣｕ粒子を無電解Ｓｎめっき液に滴下して約２〜３μｍ厚のＳｎ層で被覆した後、これらの粒子をプレスして次の用途向けの成形体にしている。成形体中の各Ｃｕ粒子はＳｎ層で被覆されＣｕコアＳｎシェル粉末構造を形成する。成形体を２３２℃まで加熱すると、外殻のＳｎ層が溶融し近傍粒子の溶融Ｓｎと一体化し、粒子間の隙間に存在していた空隙は接合層外に排出され緻密化する。この方法でＣｕ粒子は接合面に均一に分布する。リフロー時間を延長すると、ＣｕコアとＳｎシェルの相互拡散によりＣｕ6Ｓｎ5及びＣｕ3Ｓｎ化合物が形成される。最終的に外殻のＳｎは完全に消費されて金属間化合物（ＩＭＣ）になる。Ｃｕ粒子はＣｕ−Ｓｎ金属間化合物（Ｃｕ6Ｓｎ5やＣｕ3Ｓｎ）で囲まれ、Ｃｕ6Ｓｎ5及びＣｕ3Ｓｎの融点がそれぞれ４１５℃及び６７６℃であるため、少なくとも４１５℃までの高温に耐えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Tianqi Hu et al., "Cu@SnCore-Shell Structure Powder Preform for High-Temperature Applications Based on Transient Liquid Phase Bonding", IEEE Transactions on Power Electronics, February 2016
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載されたＣｕコアＳｎシェル粉末成形体は、成形前のＣｕコアＳｎシェル粉末の表面に自然酸化膜が形成されている場合には、この成形体を被接合部材である半導体チップ素子と基板との間に配置して、リフローしても、外殻のＳｎがＣｕ粒子表面に濡れにくく、高い強度で半導体チップ素子を基板に接合することが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決し、初期接合強度が高く、かつ冷熱サイクル試験後も高い接合強度を維持する接合を実現する接合用成形体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、ＣｕコアＳｎシェル粉末の圧縮された集合体により構成された接合用成形体であって、前記接合用成形体内部の閉空孔及び開空孔の双方に前記粉末表面の酸化物を除去するための活性剤含有物が存在し、前記接合用成形体がＣｕを５５〜９５質量％の割合でかつＳｎを４５〜５質量％の割合でそれぞれ含有し、前記活性剤含有物中の活性剤が前記接合用成形体１００質量％に対して０．０１〜２質量％の割合で含まれ、前記接合用成形体が２０〜４００μｍの厚さを有することを特徴とする接合用成形体である。本明細書で、「開空孔」とは、接合用成形体内部に存在する空孔のうち、接合用成形体の外表面に連通する空孔(open pore)をいい、「閉空孔」とは、上記空孔のうち、接合用成形体の外表面に連通しない空孔(closed pore)をいう。
【０００８】
本発明の第２の観点は、平均粒径が０．５〜５０μｍのＣｕコアＳｎシェル粉末に前記粉末表面の酸化物を除去するための活性剤含有物を不活性ガス雰囲気下で均一に混合して混合物を調製する工程と、前記混合物を不活性ガス雰囲気下で１０〜１０００ＭＰａの圧力でプレス成形又はロール圧延成形して厚さ２０〜４００μｍのペレット状又はシート状の成形体を得る工程とを含み、前記ＣｕコアＳｎシェル粉末がＣｕを５５〜９５質量％の割合でかつＳｎを４５〜５質量％の割合でそれぞれ含有し、前記活性剤含有物を前記混合物中、０．０１〜２質量％の割合で含むように混合することを特徴とする接合用成形体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１の観点の接合用成形体は、ＣｕコアＳｎシェル粉末の圧縮された集合体により構成された接合用成形体の内部の閉空孔及び開空孔の双方に前記粉末表面の酸化物を除去するための活性剤含有物が存在する。この構造的特徴により、接合用成形体を保存するときに、ＣｕコアＳｎシェル粉末の外殻のＳｎの酸化を防止することができる。また外殻のＳｎ層の表面に自然酸化膜が形成されたとしても、電子部品と基板のような被接合部材の接合面にこの接合用成形体を配置して接合するための加熱（以下、接合加熱という。）をすれば、活性剤含有物中の活性剤が外殻のＳｎ層の酸化物を除去することができ、これにより、Ｓｎが短時間で溶融してＣｕコア粒子表面に濡れて液相焼結が速やかに進行するとともに、Ｓｎは隣接するＣｕコアＳｎシェル粉末の外殻のＳｎと繋がり、一体化した接合層とすることができる。接合加熱を続ければ、コアのＣｕとシェルのＳｎの相互拡散が生じてＣｕコア粒子がＣｕ6Ｓｎ5及びＣｕ3Ｓｎ化合物で囲まれてなる高温耐性のある緻密な接合層が形成され、初期接合強度が高く、かつ冷熱サイクル試験後も高い接合強度を維持する接合を実現することができる。また接合用成形体内部にＣｕが残存することで、この接合用成形体を用いて接合層を形成した場合には、接合層に高い熱伝導性や電気伝導性も得られる。
【００１０】
本発明の第２の観点の接合用成形体の製造方法では、プレス成形又はロール圧延成形することにより、接合加熱前の段階から内部に空隙の少ない成形体にすることができ、この結果、接合加熱時に接合層を緻密化させ易くなる。また非特許文献１のように、ＣｕコアＳｎシェル粉末のみをプレスして成形体を作製するのではなく、成形体を作製する前に、ＣｕコアＳｎシェル粉末に活性剤含有物を均一に混合するため、非特許文献１の方法ではＣｕコアＳｎシェル粉末間に隙間、即ち閉空孔及び開空孔の双方が形成されていたものが、この方法により上記閉空孔及び開空孔の各内壁は活性剤含有物で被覆され、これらの空孔に活性剤含有物が存在するようになる。このＣｕコアＳｎシェル粉末と活性剤含有物の混合物をプレス成形又はロール圧延成形することにより、粉末同士の接点が多くかつ活性剤含有物がＣｕコアＳｎシェル粉末間に均一に分散してなる接合用成形体を作製することができる。特に上記開空孔において大気との接触がなくなり、接合用成形体を保存するときの酸化を防止するとともに、接合加熱時に上記開空孔表面の酸化物を活性剤が除去し、液相焼結が速やかに進むようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の接合用成形体を製造する工程を示す図である。図１(A-1)はプレス成形する前の一軸プレス機を、図１(A-2)はプレス成形後の一軸プレス機をそれぞれ模式的に示す図である。図１(B)はロール圧延中の圧延機を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の接合用成形体１は、ＣｕコアＳｎシェル粉末２に活性剤含有物３を均一に混合した混合物４をプレス成形又はロール圧延成形して厚さ２０〜４００μｍのペレット状又はシート状に作製される。図１(A-1)及び図１(A-2)）は一軸プレス機１０を示し、図１(B)は圧延機２０を示す。
【００１４】
〔ＣｕコアＳｎシェル粉末〕
接合用成形体の原料となるＣｕコアＳｎシェル粉末２は、図１の拡大図に示すように、Ｃｕからなるコア２ａと、このコア２ａを被覆するＳｎからなるシェル２ｂとにより構成される。このＣｕコアＳｎシェル粉末２の平均粒径は０．５〜５０μｍ、好ましくは１．０〜２０μｍである。平均粒径が下限値である０．５μｍ未満では、プレス成形又はロール圧延成形をする際に、均一な密度の成形体を作ることが困難であるだけでなく、２５℃などの通常の材料を取り扱う温度下では二層構造粒子のＣｕとＳｎ界面でＣｕの拡散が数時間で進行することが知られており、接合加熱時にＳｎ液相が生成する前の昇温途中で外殻のＳｎのほぼ全量がＣｕ6Ｓｎ5となってしまい、接合性能が悪化する不具合がある。一方、平均粒径が上限値の５０μｍを超えると、接合加熱時にＳｎが溶融し一体化しやすくなるが、ＣｕとＳｎが相互拡散して金属間化合物を形成するのに多くの時間を必要とし、本発明の効果の一つである短時間接合が実現できなくなる不具合がある。また、二層構造の粉末の中心に配置されるＣｕの粒径より薄い成形体前駆体を得る場合には、外殻のＳｎだけでなくＣｕも変形させる必要があるが、ＣｕはＳｎより硬く変形しにくいため、平均粒径が上限値の５０μｍを超えると、最表面にＣｕが露出して、Ｃｕが酸化して濡れ性が悪くなり、また表面部のＳｎの存在割合が減少するため、接合に関与する液相のＳｎが接合面に出にくく、接合性を悪化させる不具合がある。ここで、粉末の平均粒径（体積基準）はレーザー回折散乱法（堀場製作所社製、ＬＡ９６０）により測定した値である。
【００１５】
またＣｕコアＳｎシェル粉末２は、ＣｕコアＳｎシェル粉末を１００質量％とするとき、Ｃｕを５５〜９５質量％の割合で、Ｓｎを４５〜５質量％の割合でそれぞれ含有する。好ましい含有量はＣｕが６０〜８５質量％であり、Ｓｎが４０〜１５質量％である。Ｃｕの含有量が９５質量％を超えてＳｎの含有量が５質量％未満では、接合加熱時の焼結性が低く、接合層が一体化せずに接合強度が低く熱抵抗が大きくなる不具合がある。またＣｕの含有量が５５質量％未満であってＳｎの含有量が４５質量％を超えると、接合層の最終組成物の高温耐熱性が低く期待する性能が得られなくなる不具合がある。
【００１６】
ＣｕコアＳｎシェル粉末２を製造する方法としては、コアとシェルの双方を湿式法で製造する方法と、コアにＣｕ微粉末を用いて、シェルのみを湿式法で製造する方法が挙げられる。前者の製造方法では、先ずＣｕイオン及びＳｎイオンが共存する水溶液に還元剤を投入し、酸化還元電位の貴なＣｕを還元析出させ、続いてこのＣｕを覆うように酸化還元電位の卑なＳｎを還元析出させることでＣｕコアＳｎシェル構造の粉末前駆体を製造する。還元剤はＣｕのみを還元する弱還元剤とＳｎも還元する強還元剤を段階的に投入して、Ｃｕの還元析出反応とＳｎの還元析出反応を分離した操作としてもよい。また後者の製造方法では、Ｃｕ微細粉末を予め準備し、これをＳｎイオンが含有する水溶液に高分散させ、ここに還元剤を投入して分散Ｃｕ微細粉末表面にＳｎを還元析出させてもよい。また水溶液には、合成したＣｕコアＳｎシェル構造の粉末前駆体の凝集を防止する目的で、水溶液調製時にヒドロキシプロピルメチルセルロースやポリビニルピロリドンなどの分散剤を投入してもよい。合成したＣｕコアＳｎシェル構造の粉末前駆体を洗浄した後、回収し乾燥することで、ＣｕコアＳｎシェル構造の微細な粉末が得られる。
【００１７】
〔活性剤含有物〕
接合用成形体のもう一つの原料となる活性剤含有物３は、活性剤成分を含有するフラックスであるか、又は活性剤成分を含有する溶剤である。活性剤としては、ハロゲン化水素酸アミン塩が好ましく、具体的には、トリエタノールアミン、ジフェニルグアニジン、エタノールアミン、ブチルアミン、アミノプロパノール、ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンラウレルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、メトキシプロピルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、エチルヘキシルアミン、エトキシプロピルアミン、エチルヘキシルオキシプロピルアミン、ビスプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ピペリジン、２，６−ジメチルピペリジン、アニリン、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、３−アミノ−１−プロペン、イソプロピルアミン、ジメチルヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン等のアミンの塩化水素酸塩又は臭化水素酸塩が挙げられる。この中でシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩が好ましい。
【００１８】
上記溶剤としては、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、α−テルピネオール等の沸点が１８０℃以上である有機溶剤が挙げられる。この中でα−テルピネオールが好ましい。活性剤成分を含有する溶剤からなる活性剤含有物には、例えば、セバシン酸を５質量％の濃度でαテルピネオールに溶解した溶剤に活性剤成分を含有させたものが挙げられる。
【００１９】
またフラックスには、活性剤の他に、上記溶剤、ロジン、チキソ剤を含んでもよい。活性剤成分を含有するフラックスからなる活性剤含有物には、例えば、無鉛はんだ用の汎用フラックス（９２ＭＳ、荒川化学製）が挙げられる。フラックス又は溶媒に含まれる活性剤の含有割合は、後述する混合物１００質量％に対して０．０１〜２質量％、好ましくは０．５〜１質量％になるように決められる。この活性剤の含有割合は、最終的に接合用成形体になったときの接合用成形体中の含有割合と同じである。
【００２０】
〔接合用成形体の製造方法〕
接合用成形体の製造は、先ずＣｕコアＳｎシェル粉末２と活性剤成分を含有する活性剤含有物３を窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気下で、乳鉢、Ｖブレンダ、ボールミル、シェイカーミル等を用いて十分に時間をかけて混合して、二層構造粉末であるＣｕコアＳｎシェル粉末と活性剤含有物を略均一な組成の混合物４に調製する。この混合により、ＣｕコアＳｎシェル粉末間の隙間、即ち閉空孔及び開空孔の各内壁が活性剤含有物で被覆され、粉末間に活性剤含有物が存在するようになる。
【００２１】
図１(A-1)及び(A-2)に示すように、得られた混合物４を一軸プレス機１０で一軸プレス成形を行うか、図１(B)に示すように、得られた混合物４を圧延機２０でロール圧延成形を行う。一軸プレス成形もロール圧延成形も窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気下で行われる。
【００２２】
最初に一軸プレス成形について説明する。一軸プレス機１０は、金型となるダイ１０ａ、上パンチ１０ｂ及び下パンチ１０ｃを有する。この一軸プレス機１０により、接合用成形体を製造するには、先ずダイ１０ａに下パンチ１０ｃを組み合わせた状態で、混合物４を所定量秤量し、ダイ１０ａの上パンチ挿入孔から下パンチ１０ｃ上に投入する（図１(A-1)）。図示しないが、治具で混合物４を上からタッピングして略均等な厚さとする。次に上パンチ１０ｂをダイ１０ａに挿入して下降させる（図１(A-2)）。この上パンチ１０ｂの加圧力により、混合物４中のＣｕコアＳｎシェル粉末２は変形して、粉末間の絡み合いや接着が起こって独立した成形体になる。このとき、混合物４中の活性剤含有物３は粉末間の閉空孔及び開空孔の各内壁を被覆し、閉空孔及び開空孔に存在する。圧縮された集合体である成形体中、コアのＣｕを符号２ａで示す（図１(A-2)）。このようにして、一軸プレス機１０で混合物４を一軸プレスして２０〜４００μｍの所定の厚さとなるように成形する。成形圧力は、ＣｕコアＳｎシェル粉末２の粒径や組成で変化するため、それぞれの微細粉末の粒径、組成、形状に応じた圧力とするため、個別に限定することができないが、１０〜１０００ＭＰａの範囲でプレス成形する。このとき、成形物の断面を観察してＣｕとＳｎの金属成分以外から構成される空隙部の面積が５％〜０．１％となるように投入粉末量を決定し、上記所定の厚さとなるように圧力調整する。図示しないが、上記空隙部の内壁は一軸プレス成形後には、活性剤含有物で被覆される。
【００２３】
次にロール圧延成形について説明する。圧延機２０は一対の円柱状の上ロール２０ａと下ロール２０ｂを有する。上ロール２０ａと下ロール２０ｂは互いに逆方向に回転し、図１では左側から供給される混合物４を右方向に圧延するように構成される。これらのロール間のギャップを調整した後に、図示しない専用のフィーダーを用いて混合物４を投入してロール圧延する。ロール圧延の場合は、線圧となり、実際に圧延成形されるＣｕコアＳｎシェル粉末に印加される圧力の確認及び管理が難しいため、圧力は限定することはできないが、一軸プレス成形と同様に２０〜４００μｍの所定の厚さとなるようにロール間ギャップを調整するとともに成形物の断面を観察して空隙部が５％〜０．１％になるようにフィーダーによる混合物４の投入量を調整する。図示しないが、上記空隙部の内壁はロール圧延成形後には、活性剤含有物で被覆される。
【００２４】
一軸プレス成形では、成形後、上パンチ１０ｂを脱型して、接合用成形体１を取り出す。金型の形状により、ペレット状又はシート状の接合用成形体が得られる。ロール圧延成形では、圧延された成形体を所定のサイズに切断することにより接合用成形体１が得られる。切断方法により、シート状又はペレット状の接合用成形体が得られる。この接合用成形体の形状及びサイズは、被接合部材である電子部品の接合面の形状及びサイズに応じて決められる。一軸プレス成形又はロール圧延成形で得られた接合用成形体は、ＣｕコアＳｎシェル粉末の圧縮された集合体により構成され、その内部の閉空孔及び開空孔の双方に前記粉末表面の酸化物を除去するための活性剤含有物が存在する。接合用成形体中のＣｕは５５〜９５質量％の割合でＳｎは４５〜５質量％の割合でそれぞれ含まれる。
【００２５】
〔接合用成形体を用いた接合方法〕
次に上記方法で製造された接合用成形体を用いてシリコンチップ素子を銅板の基板に接合して、シリコンチップ素子を基板に実装する一例について説明する。先ず上記接合用成形体を銅板上に配置し、接合用成形体の上に２．５ｍｍ□の裏面をＡｕスパッタしたシリコンチップ素子を搭載する。次に接合炉、例えばマルコム社製、ＳＲＳ−１Ｃを用い、窒素ガス雰囲気下で、０．１〜１００ＭＰａの荷重を加えながら、最高温度２５０〜３５０℃条件で１〜１５分間加熱保持処理する。この接合加熱により接合用成形体中の活性剤が粉末の外殻のＳｎ層の酸化物を除去することにより、Ｓｎが短時間で溶融し、ＣｕとＳｎの相互拡散によりコアのＣｕを囲むようにＣｕ−Ｓｎの金属間化合物（ＩＭＣ）が形成されて、シリコンチップ素子と銅板とが高い接合強度で接合する。
【００２６】
この接合加熱の条件は接合用成形体中のＣｕコアＳｎシェル粉末の平均粒径によって、上記加熱温度及び加熱時間が上記範囲から決められる。ＣｕコアＳｎシェル粉末の平均粒径が小さい程、上記範囲内で低い加熱温度及び短い加熱時間が決められ、ＣｕコアＳｎシェル粉末の平均粒径が大きい程、上記範囲内で高い加熱温度及び長い加熱時間が決められる。加熱温度が２５０℃未満又は加熱時間が１分未満では、平均粒径が０．５μｍであっても、Ｓｎが溶融しにくくＣｕ−Ｓｎの金属間化合物粉末が形成されず、接合強度が高くならない。また加熱温度が３５０℃を超える場合又は加熱時間が１５分を超える場合には、被接合部材であるシリコンチップ素子に熱損傷を与えてしまう不具合がある。
【実施例】
【００２７】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００２８】
＜実施例１＞
平均粒径が０．５μｍであって、Ｃｕ割合が７５質量％かつＳｎの割合が２５質量％のＣｕコアＳｎシェル粉末を用意した。ここでＣｕコアＳｎシェル粉末のＣｕとＳｎの組成割合は、ＩＣＰ発光分光法（Thermo Fisher Scientific社製、iCAP-6500 Duo）により測定した。またコアシェル構造の結晶構造が主としてＣｕ及びＳｎから構成されることは、粉末Ｘ線回折法（PANalytical社製、多目的Ｘ線回折装置Empyrean）により確認した。次いで窒素雰囲気下、ＣｕコアＳｎシェル粉末を乳鉢に入れ、ＣｕコアＳｎシェル粉末に汎用フラックス（荒川化学製９２ＭＳ）を添加し、３０分間均一に混合して混合物を得た。この混合物ではＣｕコアＳｎシェル粉末間に隙間、即ち閉空孔及び開空孔の各内壁が活性剤含有物で被覆された。このときのＣｕコアＳｎシェル粉末と汎用フラックスとの混合割合は、ＣｕコアＳｎシェル粉末が９９質量％、汎用フラックス中の活性剤成分が１質量％であった。得られた混合物を図１に示す一軸プレス機１０を用いて成形荷重５００ＭＰａで３００秒間一軸プレス成形し、厚さ１００μｍで３ｍｍ□のペレット状の接合用成形体を得た。
【００２９】
＜実施例２〜５及び比較例１、２＞
実施例２〜５及び比較例１、２では、表１に示すように、接合用成形体を作製するためのＣｕコアＳｎシェル粉末の平均粒径について、実施例１とは異なる平均粒径のＣｕコアＳｎシェル粉末を用いて、実施例１と同様にして接合用成形体を得た。
【００３０】
＜実施例６〜９及び比較例３、４＞
実施例６〜９及び比較例３、４では、表１に示すように、接合用成形体を作製するためのＣｕコアＳｎシェル粉末のＣｕとＳｎの組成について、実施例１とは異なるＣｕとＳｎの組成のＣｕコアＳｎシェル粉末を用いて、実施例１と同様にして接合用成形体を得た。
【００３１】
＜実施例１０〜１２及び比較例５、６＞
実施例１０〜１２及び比較例５、６では、表１に示すように、接合用成形体を作製するための混合物のＣｕとＳｎを合計した成分（Ｃｕ・Ｓｎ成分）と活性剤含有物中の活性剤成分との質量割合について、実施例１とは異なる質量割合の混合物を用いて、実施例１と同様にして接合用成形体を得た。
【００３２】
【表１】
2018171635.tif 000003
【００３３】
＜実施例１３〜１６及び比較例７、８＞
実施例１３〜１６及び比較例７、８では、表２に示すように、接合用成形体を作製するときの一軸プレス成形するときの成形荷重について、実施例１とは異なる成形荷重で、実施例１と同様にして接合用成形体を得た。荷重を加えた時間は実施例１と同一の３００秒間であった。
【００３４】
＜実施例１７〜２０及び比較例９、１０＞
実施例１７〜２０及び比較例９、１０では、表２に示すように、混合物の金型に投入する量を変えて、得られる接合用成形体の厚さについて、実施例１とは異なる厚さになるようにした。それ以外は、実施例１と同様にして接合用成形体を得た。
【００３５】
＜実施例２１〜２５及び比較例１１、１２＞
実施例１７〜２５及び比較例１１、１２では、表２に示すように、成形方法をロール圧延成形に変更し、圧延機のロール間ギャップを調整して、得られる接合用成形体の厚さについて、実施例１とは異なる厚さになるようにした。それ以外は、実施例１と同様にして接合用成形体を得た。
【００３６】
【表２】
2018171635.tif 000004
【００３７】
＜比較評価＞
実施例１〜２５及び比較例１〜１２で得られた３７種類の接合用成形体をそれぞれ銅板上に載せ、ここに裏面をＡｕスパッタした２．５ｍｍ□のシリコンチップ素子を搭載した。シリコンチップ素子に１ＭＰａの荷重を加えて銅板に密着させた状態で、リフロー炉を用いて、窒素雰囲気下、最高温度３００℃で５分間保持して、銅板とシリコンチップ素子を接合し、３７種類の接合サンプルを得た。これらの接合サンプルについて、次に述べる方法により、初期接合強度試験と冷熱サイクル試験を行い、評価した。その評価結果を表１及び表２に示す。
【００３８】
（１）初期接合強度
接合強度はダイシェアテスタ（エー・アンド・デイ社製、テンシロン万能試験機ＲＴＦ−１３１０）により、３７種類の接合サンプルの銅板をそれぞれ固定し、シリコンチップ素子側面から銅板と平行方向に力を加え、シリコンチップ素子が剥がれる際の力又は破壊された際の力（単位はニュートン、Ｎ）を計測し、この値を接合面積２．５ｍｍ×２．５ｍｍ＝６．２５ｍｍ2で除した値を接合強度（単位はＭＰａ）とした。
【００３９】
（２）冷熱サイクル
３７種類の接合サンプルを冷熱サイクル試験機（エスペック社製、冷熱衝撃試験装置ＴＳＡ―７３ＥＳ）にそれぞれ入れ、下限温度−４０℃、上限温度２００℃に設定し、降温と昇温を１０００回繰り返し、上記（１）の初期接合強度と同様の方法で接合強度を測定し、初期接合強度で除したものを冷熱サイクル特性とした。これは１．００であれば初期強度を維持したことを意味し、０．５０であれば初期強度の半分に低下していることを意味する。
【００４０】
表１及び表２から実施例１〜２５と比較例１〜１２とを比較すると次のことが分かった。
【００４１】
比較例１では、平均粒径が０．３μｍである微細過ぎるＣｕコアＳｎシェル粉末を用いたため、プレス成形した成形体の厚さばらつきが大きく、成形体が銅板とシリコンチップ素子（以下、基板と素子という。）の各面で十分に接触できずに十分な接合が実現できなかった。
【００４２】
比較例２では、平均粒径が６０μｍである粗大過ぎるＣｕコアＳｎシェル粉末を用いたため、液相のＳｎが出て、基板と素子との初期接合は、それ相応に得られたが、ＣｕがＳｎに拡散するのに時間を要するため、５分間の熱処理では十分に金属間化合物が生成せず、冷熱サイクル試験中にも体積変化を伴う反応が進行して、接合強度を十分に維持できなかった。
【００４３】
比較例３では、ＣｕコアＳｎシェル粉末中のＣｕの含有量が５０質量％と少な過ぎ、Ｓｎの含有量が５０質量％と多過ぎたため、Ｃｕコアが消滅してしまい、冷熱サイクル試験において発生する応力を緩和することが十分にできずに接合強度を十分に維持できなかった。
【００４４】
比較例４では、ＣｕコアＳｎシェル粉末中のＣｕの含有量が９７質量％と多過ぎ、Ｓｎの含有量が３質量％と少な過ぎたため、Ｓｎ液相の生成量が不十分で基板や素子との界面に濡れ広がることができずに接合させることができなかった。このため初期接合強度試験と冷熱サイクル試験を行うことができなかった。
【００４５】
比較例５では、混合物中のＣｕとＳｎの金属成分の含有量が９９．９９５質量％と多過ぎ、活性剤含有物の含有量が０．００５質量％と少な過ぎたため、粉末表面の酸化物が十分に除去できないだけでなく、基板や素子の各表面の酸化物の除去も不十分となり、液相のＳｎが濡れ広がらずに初期接合強度も低く、冷熱サイクル試験後の接合強度も初期値を維持することができなかった。
【００４６】
比較例６では、混合物中のＣｕとＳｎの金属成分の含有量が９７．５質量％と少な過ぎ、活性剤含有物の含有量が２．５質量％と多過ぎたため、溶融したＳｎ同士の接触を妨げ、一体化した接合層になりにくく所望の初期接合強度が得られなかった。
【００４７】
比較例７では、一軸プレス成形時の成形荷重が５ＭＰａと低過ぎたため、予め緻密な成形体とすることができなかった。このため、溶融したＳｎ同士の接触が困難で、一体化した接合層を得ることができずに初期接合強度が低い値であった。
【００４８】
比較例８では、一軸プレス成形時の成形荷重が２０００ＭＰａと高過ぎたため、成形体が硬くなり成形物が変形しにくく、基板と素子との間に介挿して加圧加熱しても基板や素子の反りに追従して変形することができずに接触面を十分に確保できなかったことから、溶融したＳｎが十分に濡れ広がることができずに、初期接合強度が十分に高い値にならなかった。
【００４９】
比較例９では、一軸プレス成形後の成形体の厚さが１５μｍと薄過ぎたため、接合層から生成するＳｎ液相量が不十分で基板や素子に十分に濡れ広がることができずに初期接合強度の値が十分な値にならなかった。
【００５０】
比較例１０では、一軸プレス成形後の成形体の厚さが４５０μｍと厚過ぎたため、Ｓｎ液相は十分に生成するため初期接合強度は得ることができたが、熱抵抗が小さくないため、成形体から熱が放散しにくく冷熱サイクル試験で初期接合強度を維持することができなかった。
【００５１】
比較例１１では、ロール圧延成形後の成形体の厚さが１５μｍと薄過ぎたため、接合層から生成するＳｎ液相量が不十分で基板や素子に十分に濡れ広がることができずに初期接合強度の値が十分でなかった。
【００５２】
比較例１２では、ロール圧延成形後の成形体の厚さが４５０μｍと厚過ぎたため、Ｓｎ液相は十分に生成するため初期接合強度は得ることができたが、熱抵抗が小さくないため、成形体から熱が放散しにくく冷熱サイクル試験で初期接合強度を維持することができなかった。
【００５３】
これに対して、実施例１〜２５の接合サンプルは、第１の観点に規定する要件を備え、かつ第２の観点に規定する要件で製造された接合用成形体を用いて得られたサンプルであったため、初期接合強度は３８〜５８ＭＰａと高く、また冷熱サイクルは０．６２〜０．９８の範囲にあり、冷熱サイクル試験による接合強度の低下はみられなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、高温雰囲気に晒される電子部品の実装に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１  接合用成形体
２  ＣｕコアＳｎシェル粉末
２ａ  コア（Ｃｕ）
２ｂ  シェル（Ｓｎ）
３  活性剤含有物
４  混合物
【図１】
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