(57)【要約】【課題】本発明は、Ｐｂフリー化を達成した高融点はんだとして、有望な低融点のはんだ粉末とそれよりも高融点の金属粉末を混合するろう付け用シートの製造方法において、圧粉体成形後の金属粉末の欠落や、圧延時の破断等の問題を解消した、ろう付け用シートの製造方法を提供する。【解決手段】本発明は融点がＴｍの金属粉末と、融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末とを混合して、前記融点がＴｍの金属粉末の含有量が２５〜８５体積％の混合金属粉末とし、該混合金属粉末を融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属からなる金属容器内に充填し、前記金属容器を箔状に圧延するろう付け用シートの製造方法である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点がＴｍの金属粉末と、融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末とを混合して、前記融点がＴｍの金属粉末の含有量が２５〜８５体積％の混合金属粉末とし、該混合金属粉末を融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属からなる金属容器内に充填し、前記金属容器を箔状に圧延することを特徴とするろう付け用シートの製造方法。
【請求項２】
融点がＴｍの金属粉末がＣｕ又はＣｕ合金、融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末がＳｎ又はＳｎ合金であることを特徴とする請求項１に記載のろう付け用シートの製造方法。
【請求項３】
前記金属容器は一端が封止されたパイプ材であり、該パイプ材は横断面における中空部面積Ｓｈと、同断面におけるパイプ材面積Ｓｐとの比が０．０４≦Ｓｐ／Ｓｈ≦０．６０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のろう付け用シートの製造方法。
【請求項４】
前記金属容器内部を脱気した後、圧延することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のろう付け用シートの製造方法。
【請求項５】
融点がＴｍの金属粉末及び融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末の平均粒径は最終圧延厚さの０．５倍以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のろう付け用シートの製造方法。
【請求項６】
最終圧延後の金属容器部の厚さが２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のろう付け用シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワートランジスタや絶縁ゲート型バイポーラトランジスタにおける半導体チップ等の基板等への接続に用いるろう付け用シートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップの基板への接合はろう付けにより行われるが、この際に用いられるはんだには、融点が３００℃程度の高融点のはんだが適用されている。半導体チップのろう付けに高融点のはんだが用いられるのは、半導体チップをろう付けされた基板は、後工程で、別の基板等にろう付けする為のリフロー工程に再度さらされる為である。一般に後工程で用いられるろう材には、融点が２００℃程度のはんだが用いられるので、このはんだのリフロー時に、溶融することのないよう高融点のはんだが用いられるのである。
また、半導体チップのろう付けに用いられるはんだには、高融点なことに加えて、後工程のリフロー時の温度条件下で接続が維持できるだけの高温強度も必要である。現在、これらの特性を満たすことのできる低価格のろう付け用材料は、９５Ｐｂ５Ｓｎに代表されるＰｂ−Ｓｎ系はんだのみである。
【０００３】
現在、上記のはんだを用いた半導体チップ等の基板等への接合においては、はんだは厚さが数十μｍ程度の箔（リボン）状であるろう付け用シートとしてはんだメーカより納品され、ろう付け用シートを溶断やプレス等により半導体チップに適合するサイズに切断して用いられる。切断されたろう付け用シートは基板上に配置された後、加熱しながら機械的に押し付けられることで急速に溶融する。溶融したろう付け用シート上にチップを配置させ、低荷重で押し付けることで接合が行われている。
このように、現在半導体チップの接合に用いるはんだには、上述の高融点であるＰｂ−Ｓｎ系はんだを箔状へ加工したろう付け用シートが主に適用されている。
【０００４】
一方、近年、電子部品で用いられるはんだに含まれた鉛が、廃棄後に酸性雨にさらされ周辺環境に溶出した際の毒性が懸念されている。この問題を解決するべくＰｂフリーのはんだの検討が進められてきているが、現在実用に至っているのは融点が２００℃程度の低融点はんだが中心であり、半導体チップのろう付けに用いる高融点のＰｂフリーはんだについては未だ開発段階である。その為、世界中でＰｂフリー化を宣言している電機メーカやＬＳＩメーカは、半導体チップのろう付け部分が含まれるパッケージ内部については除外しているのが現状である。
【０００５】
このような状況の中、Ｐｂフリー化を達成した高融点はんだとして、低融点のはんだ粉末とそれよりも高融点の金属粉末を混合した混合金属粉末を加圧して圧粉体とし、得られた圧粉体を圧延したはんだ箔が報告されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特許文献１、２に記載のはんだ箔では低融点のはんだ粉末が用いられている。この低融点のはんだ粉末が半導体チップのろう付け時に溶融して、未溶融の高融点の金属粉末と反応して融点の高い金属間化合物を形成し、半導体チップと基板とを接続する。一旦形成した金属間化合物は、後工程でのリフローの際にも、溶融することなく、高い強度を有するものである。
このように特許文献１、２に開示されるはんだ箔は、Ｐｂフリー化を達成した上で、ろう付け後に高融点、高温強度を達成している点において現在のＰｂ−Ｓｎ系はんだを用いたろう付け用シートの代替材料として有望である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３０１５８８号公報
【特許文献２】
特開２００２−３０７１８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１、２には、はんだ箔の製造方法として図４に示すように、カーボン治具内１０に混合金属粉末７を充填してプレス加工により圧粉体１１を作製し、これを圧延ロール８で圧延してはんだ箔とすることが開示されている。この方法では、一方の金属粉末が塑性流動して、他方の金属粉末間に形成されている空間を埋めていくことにより圧粉体が成形されるが、この製造方法で得られる圧粉体は、金属粉末相互の結合が非常に弱い。その為、カーボン治具から取り出した後に金属粉末が容易に欠落したり、また圧延の際には元の粒子同士の界面が脆性破壊して圧延自体が困難となり、低圧下率では２枚（ワニ口）割れ、高圧下率では表面部での多数の亀裂を生じ、ろう付け用シートへの加工が困難であるという問題がある。
【０００８】
これらの問題は、一つには特許文献１、２に記載のプレス加工による方法では、圧延と異なり個々の金属粉末の伸びが小さいため、金属粉末同士の接合に寄与できるような活性な新生面の創出が少なく、新生面による金属結合が期待できない為に生じるものである。また、常温下もしくは、金属粉末の間の金属間化合物形成を抑制し、かつ金属粉末の流動を促進する程度の低温加熱下でプレスすることが必要な為、金属粉末間に働く結合力は金属結合のような強固な結合ではなく、殆どは変形した金属粉末の機械的な結合に過ぎず、金属粉末間の機械的強度は通常のバルク材と異なり非常に小さいものとなる為である。
【０００９】
これら圧延時の破壊を防ぐには、完全に焼結して圧延に耐えるだけの機械的強度を付与する方法が考えられるが、焼結を行った場合、ろう付け時に形成されるべき金属間化合物が焼結時に予め形成されてしまう。この状態では新たに金属間化合物を形成するために必要な低融点材は消耗されてしまっており、また予め形成している金属間化合物はろう付け時には溶融しないので、半導体チップと基板等を接合する時には十分な接合強度が得られないという問題を生じる。
【００１０】
本発明は、Ｐｂフリー化を達成した高融点はんだとして、有望な低融点のはんだ粉末とそれよりも高融点の金属粉末を混合するろう付け用シートの製造方法において、圧粉体成形後の金属粉末の欠落や、圧延時の破断等の問題を解消した、ろう付け用シートの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、金属粉末を金属容器内に充填して圧延することで、金属粉末の欠落等の上述した問題を生じることなく、ろう付け用シートの製造が可能となることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は融点がＴｍの金属粉末と、融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末とを混合して、前記融点がＴｍの金属粉末の含有量が２５〜８５体積％の混合金属粉末とし、該混合金属粉末を融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属からなる金属容器内に充填し、前記金属容器を箔状に圧延するろう付け用シートの製造方法である。
【００１２】
好ましくは融点がＴｍの金属粉末がＣｕ又はＣｕ合金、融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末がＳｎ又はＳｎ合金である上記ろう付け用シートの製造方法である。
【００１３】
また好ましくは、前記金属容器は一端が封止されたパイプ材であり、該パイプ材は横断面における中空部面積Ｓｈと、同断面におけるパイプ材面積Ｓｐとの比が０．０４≦Ｓｐ／Ｓｈ≦０．６０であることを特徴とする上記ろう付け用シートの製造方法である。
更に好ましくは前記金属容器内部を脱気した後、圧延することを特徴とする上記ろう付け用シートの製造方法である。
更に好ましくは融点がＴｍの金属粉末及び融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末の平均粒径は最終圧延厚さの０．５倍以下であることを特徴とする上記ろう付け用シートの製造方法である。
また、好ましくは最終圧延後の金属容器の厚さが２０μｍ以下であることを特徴とする上記ろう付け用シートの製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の最も重要な特徴は、低融点のはんだ粉末とそれよりも高融点の金属粉末を混合した混合金属粉末を用いたろう付け用シートの製造において、従来の混合金属粉末を圧粉体とした後に圧延する構成に代えて、混合金属粉末を金属容器に充填し、金属容器ごと箔状に圧延する構成を採用したことにある。
【００１５】
本発明の製造方法では、混合粉末を金属容器内に充填して圧延を行うので、従来の製造方法で問題であった圧延前、または圧延中における金属粉末の欠落は根本的に解消される。さらに、本発明の製造方法によれば従来の製造方法で生じていた圧延時の割れの問題も解消でき、ろう付け用シートへの加工を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明で金属容器内に充填する金属粉末は圧粉体に加工されておらず、金属粉末は相互に結合していない。圧延初期には金属粉末は相互に拘束し合うことなく流動が可能であるので、局所的な応力を生じ難い。この結果、圧延時に割れを生じることなく、厚いものでも箔にまで薄く圧延することができる。
また本発明では、圧延により伸延された金属粉末の表面には活性な新生面が創出され、隣接する金属粉末は新生面同士が塑性変形を伴いながら圧着される。その結果、圧延後にはプレス加工による圧粉体での金属粉末間に見られる結合と比べて強固な結合を達成することが出来る。
【００１７】
本発明では、金属容器に充填する混合金属粉末には、融点がＴｍの金属粉末と、融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末とを混合して用いる。
この混合金属粉末を用いたろう付け用シートでは、ろう付けの際に融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末のみをＴｍ以下の温度（ＴＲ）で溶融することで、未溶融の状態で存在する融点がＴｍの金属粉末との界面に金属間化合物を形成する。
【００１８】
図１に本発明により製造されるろう付け用シートの一例を示す。図１（ａ）に示すように、ろう付け前には、融点がＴｍの金属粉末１と、融点がＴｍより低い金属粉末２、および最終圧延後の金属容器部５が存在する。ろう付け用シートをＴＲで溶融すると、図１（ｂ）に示すように金属間化合物４が、未溶融のまま存在する融点がＴｍの金属粉末１の表面部から成長、連結し、全体として立体的な網の目のような骨格形状を構成する。この結果、ＴＲより高い融点を持つ金属間化合物４のネットワークを形成し、これにより半導体チップと基板等の被接合体をろう付けする。なお、図１（ｂ）では三つの相が存在する組織の一例を示すが、混合金属粉末の混合比や、ろう付け時の加熱時間等に依存して、ろう付け後の組織が金属間化合物と一方の金属粉末からなる二相、又は金属間化合物の一相のみとなる場合もある。
【００１９】
ネットワークを構成する金属間化合物はＴＲ以下の温度では溶融しないので、混合金属粉末を用いたろう付け用シートで接合した後に、後工程でリフローが必要な場合には、後工程において融点がＴＲより低い低融点のはんだを適用することで、リフロー時の熱処理温度にさらされていても半導体チップと基板等の先の被接合部を保持できるだけの十分な強度を維持することができる。
加えて、本発明では金属容器には融点がＴｍより低い金属を用いるので、圧延後のろう付け用シートの表面を、ほぼ全面において融点がＴｍより低い金属で被覆することが出来る。この結果、本発明の製造方法によるろう付け用シードでは、ＴＲに加熱した際に表面が液相で覆われるので、半導体チップや基板等の被接合体との接触面に空隙が生じ難く、接続信頼性を向上することが出来る。
【００２０】
本発明者等の検討によれば十分な強度のネットワークを形成するためには、融点がＴｍの金属粉末は２５体積％以上が必要である。上述のように金属間化合物のネットワークは、ろう付け時に未溶融のままで存在する融点がＴｍの金属粉末の表面部に沿って成長する。融点がＴｍの金属粉末の量が十分でないと、金属間化合物は分断して成長してしまい、強固な接合部を形成しない。Ｔｍの金属粉末が２５体積％以上であれば、金属間化合物は立体的な網の目のような骨格形状のネットワークを構成し、接合部は十分な強度を有する。
一方、８５体積％を越えると、ろう付け時に溶融する融点がＴｍより低い金属粉末が不足し、やはり金属間化合物は骨格形状のネットワークを構成しない。よって混合金属粉末における融点がＴｍの金属粉末の含有量は２５〜８５体積％とする。
【００２１】
融点がＴｍの金属粉末としてＣｕやＮｉ、Ａｇ及びそれらの合金等、融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末、及び金属容器を構成する金属としてＳｎやＩｎ及びとそれらの合金等を用いることが出来る。これらの内、特にＣｕ又はＣｕ合金の金属粉末と、Ｓｎ又はＳｎ合金の金属粉末とを混合して混合金属粉末とし、Ｓｎ又はＳｎ合金からなる金属容器内に充填することが好ましい。
【００２２】
これらの金属粉末の組み合わせはたとえば融点がＴｍの金属としてＣｕとすると融点が約１０８５℃、融点がＴｍより低い金属としてＳｎを選択するとＳｎの融点が約２８２℃である。ＣｕとＳｎとを比較すると、Ｃｕは硬く、Ｓｎは軟らかいので、ＣｕとＳｎの金属粉末を混合しＳｎのパイプに充填して圧延すると、主にＳｎが変形し、Ｃｕはわずかしか変形せず、図１（ａ）に示すようにＳｎ（融点がＴｍより低くい金属粉末２）中にＣｕ（融点がＴｍの金属粉末１）が分散した形態となる。なお、ＣｕとＳｎとを混合金属粉末とした場合のように、圧延時における一方の金属粉末の変形が少ない場合には、硬い金属粉末の含有量が多すぎると、圧延時に硬い金属粉末の貫通により金属容器が破損し内部に充填した粉末が漏出する場合がある。金属容器の破損を防止するためには、やはり硬い金属粉末の含有量は８５体積％以下とすることが必要である。
【００２３】
Ｃｕ又はＣｕ合金の金属粉末と、Ｓｎ又はＳｎ合金の金属粉末とを混合して混合金属粉末として用いたろう付け用シートでろう付けを行う場合、Ｓｎ又はＳｎ合金の融点以上、Ｃｕ又はＣｕ合金未満の温度、例えば４００℃で行えば、Ｓｎのみが融解し、Ｃｕと反応して高融点で強度の高いＣｕ６Ｓｎ５主体の金属間化合物を形成し、隣り合うＣｕ同士から成長した金属間化合物が連結してネットワークを形成する。
金属容器もＳｎ又はＳｎ合金で構成する場合には、ろう付け用シートの外周もＳｎ又はＳｎ合金で被覆される。従って、４００℃の加熱により、ろう付け用シートの外周も全面で融解するので、接合を確実に行うことが出来る。
【００２４】
本発明において、金属容器は一端が封止されたパイプ材であり、該パイプ材は横断面における中空部面積Ｓｈと、同断面におけるパイプ材面積Ｓｐとの比が０．０４≦Ｓｐ／Ｓｈ≦０．６０であることが好ましい。
本発明では金属容器に粉末を充填したものを圧延していくため、一端は封止されていることが好ましい。また、圧延により金属容器部も薄くなるが、圧延時に金属容器が破れて充填粉末が洩れることを抑制するには、金属容器の肉厚が厚いことが好ましい。一方、ろう付け時に被接合体との界面で、十分な金属間化合物を形成できる形態を実現するためには金属容器部は薄い方が好ましい。
【００２５】
これらの観点から、本発明者等は金属容器の肉厚と充填する金属粉末の量との関係を鋭意検討した。その結果、パイプ材は中空部面積が最小となる断面における中空部面積Ｓｈと、同断面におけるパイプ材面積Ｓｐとの比が０．０４≦Ｓｐ／Ｓｈの場合には圧延時における金属容器の破断を生じ難い。またＳｐ／Ｓｈ≦０．６０であれば、ろう付け時における金属間化合物形成を阻害することがない。よって、パイプ材は０．０４≦Ｓｐ／Ｓｈ≦０．６０とすることが好ましい。
なお、金属容器は粉末を充填できることが必ずしも円筒形である必要はなく、長手方向に断面が同形状であれば断面が楕円形状や角形状のパイプ材も適用することができる。
【００２６】
本発明の製造方法では、金属容器内部を脱気した後、圧延することが好ましい。大気中で金属粉末の充填を行と、充填時に金属容器内に空気が取り込まれることになる。金属粉末の充填が緻密に行われていると、取りこまれた空気を圧延時に外部に排除できない場合が有る。圧延後のろう付け用シート内に残存する空気は、ろう付け時に接合界面の酸化の原因となり、延いては金属間化合物の成長の阻害原因となる。さらに、ろう付け時の熱により膨張してろう付け部分に空孔を生じ、接合強度の低下原因となる。
金属容器内部を脱気することで、金属粉末同士および金属粉末と金属容器との界面の空気の除去を確実とし、上述の問題を抑制することが出来る。特に金属容器内部を１．３Ｐａ以下に脱気した場合には、効果が顕著となり好ましい。
【００２７】
また、充填粉末として使用する融点がＴｍの金属粉末及び融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末の平均粒径は最終圧延厚さの０．５倍以下であることが望ましい。
混合金属粉末では、通常、混合された金属粉末によって硬さが異なるので、圧延時にはもっぱら柔らかい金属粉末が変形する。本発明者等の検討では、柔らかい金属粉末が変形する場合には、最終圧延を終えたろう付け用シート内の混合金属粉末の分布形態は、おおまかに図２に模式図で示す二種類に分類することができ、また、これらの分布形態は使用した金属粉末の平均粒径と最終圧延厚さの関係に大きく依存する。
【００２８】
図２に記載の分布形態は、それぞれ以下のものである。
（ａ）：最終圧延厚さに対して金属粉末（図中の融点がＴｍの金属粉末１）の粒径が大きく、また硬い金属粉末の変形が小さい為、最終圧延後の金属容器部５にまで食い込んでろう付け用シートを構成している場合。
（ｂ）：最終圧延厚さに対して金属粉末の粒径が小さく、最終圧延後の金属容器部５までの食い込みは小さく均一に分布してろう付け用シートを構成している場合。
【００２９】
（ａ）の分布形態となった場合には、（ｂ）と比べて最終厚さに圧延するまでにシートが破損する頻度が高くなる。本発明者等らの検討結果から、充填粉末として使用する金属粉末の平均粒径が最終圧延厚さの０．５倍以下の場合には（ｂ）の分布形態になり易く、その結果、圧延時の破断を低減することができる。
よって、金属粉末の平均粒径は最終圧延厚さの０．５倍以下とすることが好ましい。
【００３０】
さらに、ろう付け用シートの製造に用いる金属容器は厚みが最終圧延後に２０μｍ以下であることが望ましい。図１（ａ）に一例を示す最終圧延後の金属容器部７は既述のように接続信頼性を向上させる効果を持つが、最終圧延後の金属容器部が過度に厚いと、ろう付けの際に、被接合体とろう付け用シートとの界面近傍で、融点がＴｍの金属の量が不足し、金属間化合物を十分に形成できない。その結果、特に接合時間が短い場合には接合強度が低下する。最終圧延後の金属容器の厚さが２０μｍ以下であれば、ろう付け付け時に界面近傍まで金属間化合物のネットワークを形成し、本来の高い接合強度を得ることができる。
【００３１】
加えて、最終圧延後の金属容器部が厚すぎると、融解した金属容器部が過剰に濡れ広がり易くなり、ろう付け用シートの使用形態によっては回路の短絡などを生じる可能性がある。過剰な濡れ広がりを抑制する点においても、最終圧延後の金属容器部の厚さを２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３２】
また、ろう付け用シートの製造にあたっては充填粉末として融点がＴｍの金属粉末の上に融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末を電気メッキなどの方法によりコーティングした粉末を使用することが望ましい。
【００３３】
混合金属粉末を金属容器内に充填する際、充填密度を高めるために振動を加えることが好ましいが、振動を加えると混合金属粉末の密度の違いにより金属粉末の分離を生ずることが有る。これに対して、融点がＴｍの金属粉末の上に融点がＴｍより低い金属粉末をコーティングした粉末を使用することで、分離の発生を低減することができる。これは融点がＴｍの金属粉末の上に融点がＴｍより低く、溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末をコーティングすることによって、金属粉末同士の密度差を小さくできる為である。
また、充填後の混合金属粉末において、構造的にも融点がＴｍの金属粉末同士が接触する確率はゼロとなり、必ず、コーティングした残りの種類の金属がコアの金属同士の間に存在することになり、均一性が高まる。
【００３４】
さらに、融点がＴｍより低い金属粉末としてＳｎ又はＳｎ合金等の柔らかい金属粉末を用い、これを融点がＴｍの金属粉末にコーティングした場合には、圧延時に柔らかい金属粉末が変形することで粉末同士の接合性を高め、空孔を形成することを防ぐ効果がある。
【００３５】
以下に、本発明の製造方法における金属容器への混合金属粉末の充填、及び金属容器の圧延手順の一例を図３に基づき具体的に説明する。
本発明で用いる金属容器には図３（ａ）に一例を示すパイプ材６を用いることができる。混合金属粉末の充填を行う前に前記のパイプ材６の一端を塑性変形して封止し、金属容器３とする（図３（ｂ））。後工程で金属容器３内部を減圧して脱気する場合は、はんだ等を用いて組成変形させた端部のろう付けを行い、封止を確実に行うことが好ましい。
【００３６】
上記の金属容器３の中空部にブレンダーなどを用いて混合した混合金属粉末７を充填するが、混合金属粉末の充填密度を高めるために振動などを加えて充填することが好ましい（図３（ｃ））。充填後には、混合金属粉末が洩れないように金属容器３の開放している他端も封止することが好ましい（図３（ｄ））。充填後に金属容器内部の脱気を行う場合には、真空ポンプにて脱気しながら開放している他端を塑性変形させて押しつぶし、押しつぶした部分を半田ごて等で溶融切断する方法により、容器内部の減圧雰囲気を損なうことなく金属容器を封止することができる。混合金属粉末を充填した後、圧延ロール８による冷間圧延を繰り返して、箔状のろう付け用シート９への加工を行う（図３（ｅ））。
【００３７】
また別の一例として、長尺の薄板を成形ロール等で長尺のパイプ状に成形しながら、成形途中の湾曲した薄板上に混合金属粉末を配置、充填していく方法により、連続してろう付け用シートを製造することができる。この場合、混合金属粉末の配置後、薄板の幅方向の端部が長手方向に連続して重複部を有するように成形して圧延を行うことが好ましい。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
融点がＴｍの金属粉末としてＣｕ、融点がＴｍより低い金属粉末としてＳｎを選定し平均粒径３０μｍの粉末を用いてろう付け用シートを製造した。
Ｃｕ粉末を２５〜８５体積％、残部Ｓｎ粉末としてそれぞれＶブレンダーで３時間混合して混合金属粉末とした。一端が封止された外径１５ｍｍ内径１２ｍｍのパイプ状Ｓｎ製金属容器の中に混合金属粉末を充填し、３分間、３ｃｍの落下を１秒毎に繰り返して密度を高めた。
その後、開放側も圧接により封止し、圧延によって図１に示す断面形態で、厚さ１００μｍののろう付け用シートを得た。得られたシートをプレスにて４ｍｍ角に切り出し８ｍｍ×８ｍｍ×１ｍｍのＣｕ板と５ｍｍ×８ｍｍ×１ｍｍのＣｕ板との接合に供した。接合はダイボンダーを用いて接合温度を４００℃、接合時間１０秒とし、窒素を吹き付けながら行った。
【００３９】
接続したＣｕ板同士を接合面と平行に引張ることによってせん断試験を行い、常温接合強度、２６０℃での高温接合強度を測定した。加えて、耐温度サイクル接合強度の評価として、−５５℃〜１２５℃／１ｈ／サイクルを１００サイクル行い、上記と同様の方法にて常温接合強度を測定した。
比較例としてＣｕ粉末に２０体積％、残部Ｓｎ粉末、及びＣｕ粉末が９０体積％、残部Ｓｎ粉末を用い、上記と同様の方法でろう付け用シートとしたもの、及び組成が質量％で１．５Ａｇ−５Ｓｎ−ｂａｌ．Ｐｂ、厚さが１００μｍのはんだ箔を用いて同様の接合体を作製し、同様の評価を行った。
なお、全ての評価において１条件について各１０回測定した。
【００４０】
本発明例および比較例の結果を表１に示す。Ｃｕ粉末が２５〜８５体積％の本発明例であるＮｏ．２〜４では場合は、本発明の配合比を外れたＮｏ．１、５および、従来のＰｂ含有はんだ箔であるＮｏ．６と比べて接合強度が同等以上となっており、Ｐｂフリーで十分な接合強度を持つろう付け用シートが得られることが分かる。
【００４１】
【表１】
2004160515.tif 000003
【００４２】
（実施例２）
実施例１で用いた体積％でＣｕ５０％−Ｓｎ５０％の混合粉末を用い、パイプ材の肉厚を変えて前記と同様の試料作製法で接合体を作製し、上記と同様にせん断試験を行い、各接合強度を測定した。加えて、ろう付け用シート製造時におけるろう付け用シートの破れ発生頻度を測定した。破れ発生頻度は、圧延した幅５０ｍｍのろう付け用シートを目視により確認し、１ｍあたりについて認められる破れの発生箇所数を計数して行った。
結果を表２に示す。表２から０．０４≦Ｓｐ／Ｓｈ≦０．６０の場合には、ろう付け用シートの製造時に破れが発生せず、またろう付け後には十分な接合強度を達成できている。
【００４３】
【表２】
2004160515.tif 000004
【００４４】
（実施例３）
実施例２で用いたのと同じ混合金属粉末を用い、混合金属粉末の充填後に金属容器内部を脱気する以外は実施例１と同様の製造方法でろう付け用シートを製造した。金属容器内の脱気は１．０×１０５〜４．０×１０−４（Ｐａ）の範囲で行った。得られたろう付け用シートを用いて、実施例１と同様にして接合体を作製し、接合強度の評価を行った。
さらに、４ｍｍ角のろう付け用シートのみを加熱する方法で膨れの発生についての評価を行った。ここで、膨れとは、加熱時にろう材が異常変形する現象であるが、これはろう付け用シートの製造時に金属容器中に閉じ込められた空気等の気体が、ろう付け時に軟化したシート内部で膨張する結果生じるものである。
膨れの発生評価は５０個の試料について２１０℃×６０ｍｉｎの熱処理を行い、目視により膨れが確認された試料の割合として評価した。
【００４５】
結果を表３に示す。混合金属粉末の充填後に行う脱気時の真空度が高いほど接合強度が高く、また膨れの発生を抑制できている。特に１．３（Ｐａ）以下で脱気を行った場合には膨れは生じていない。
【００４６】
【表３】
2004160515.tif 000005
【００４７】
（実施例４）
実施例２と同様の混合金属粉末を用い、外径１５ｍｍ内径１２ｍｍのパイプ状Ｓｎ製金属容器の中に充填し、ろう付け用シートの最終圧延厚さが５０、６０、１００、２００μｍとなるまで圧延を行った。各厚さにおいて、実施例２と同様にして破れ発生頻度を測定し、最終圧延厚さに対する金属粉末の平均粒径の比と、破れ発生頻度との関連を評価した。
結果を表４に示す。金属粉末の平均粒径を最終圧延厚さの０．５倍以下とすることでろう付け用シートが破損せず、所望の厚さに圧延することができる。
【００４８】
【表４】
2004160515.tif 000006
【００４９】
（実施例５）
実施例２と同様の混合金属粉末を用い、外径１４ｍｍの金属容器を用い、実施例１と同様の方法で最終圧延厚さが１００μｍのろう付け用シートを製造した。この際、厚さが２．５〜０．５ｍｍの範囲で異なる金属容器を用いることで、最終圧延後における金属容器部の厚さの異なるろう付け用シートを作製した。このろう付け用シートを用いて実施例１と同様にして接合体を作製し、実施例１と同様にして各接合強度の測定を行った。
なお、最終圧延後の金属容器部の厚さは、複数のろう付け用シートを重ねて硬化時の発熱の少ないアクリル樹脂に埋め込んで固定し、垂直断面で切断、研磨を行い、エッチング後に光学顕微鏡で観察して測定した。この際、エッチングは５％塩酸アルコール（５ｖｏｌ．％塩酸と９５ｖｏｌ．％エタノールの混合液）にて行った。また、金属容器部厚さは、１５視野の平均値をもって最終圧延後の金属容器部の厚さとした。
【００５０】
結果を表５に示す。常温接続強度では最終圧延後の金属容器部の厚さによる影響が小さいが、高温接続強度と耐温度サイクル接続強度は最終圧延後の金属容器部の厚さによる影響が大きくなり、特に金属容器部の厚さを２０μｍ以下とすることで高い接合強度を達成できている。
【００５１】
【表５】
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【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｐｂフリー化を達成した高融点はんだとして、有望な低融点のはんだ粉末とそれよりも高融点の金属粉末を混合するろう付け用シートの製造方法において、圧粉体成形後の金属粉末の欠落や、圧延時の破断等の問題を解消した、ろう付け用シートの製造が可能となり、高融点鉛フリーはんだの実用化にとって欠くことのできない技術となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造されるろう付け用シートの一例を示す模式図である。
【図２】ろう付け用シートにおける金属粉末の分布形態を示す模式図である。
【図３】本発明の製造方法の一例を示す模式図である。
【図４】従来のろう付け用シートの製造方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１．融点がＴｍの金属粉末、２．融点がＴｍより低い金属粉末、３．金属容器、４．金属間化合物、５．最終圧延後の金属容器部、６．パイプ材、７．混合金属粉末、８．圧延ロール、９．ろう付け用シート、１０．カーボン治具、１１．圧粉体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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