(57)【要約】  熱伝導性を有し、約2％以上の銀と、約60％以上のビスマスと、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属、とを含み、ここで前記1種類の追加金属が、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない、鉛フリーはんだ組成物が開示される。加えて、約2％以上の銀を提供すること、約60％以上のビスマスを提供すること、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属を提供すること、ビスマス-金属合金を形成するために、ビスマスと前記1種類以上の追加金属を混合すること、はんだ組成物を形成するために、前記ビスマス-金属合金を銅と混合すること、とを含み、ここで前記1種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない、熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物の製造方法も開示される。熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物のさらなる製造方法は、約2％以上の銀を提供すること、約60％以上のビスマスを提供すること、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属を提供すること、銀-金属合金を形成するために、銀と前記1種類以上の追加金属を混合すること、はんだ組成物を形成するために、前記銀-金属合金をビスマスと混合すること、とを含み、ここで前記1種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない。【選択図】図３
2010503538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物であって、
約２％以上の銀と、
約６０％以上のビスマスと、
銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、１種類以上の追加金属と、を含み、
ここで、前記１種類以上の追加金属が、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることがない、
鉛フリーはんだ組成物。
【請求項２】
ゲルマニウム、インジウム、またはこれらの組み合わせを更に含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項３】
１種以上の追加材料が、銅、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項４】
銀を約７％以上含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項５】
銀を約２０％以上含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物
【請求項６】
ビスマスを約７２％以上含む、請求項１記載のはんだ組成物。
【請求項７】
ビスマスを約９３％以上含む、請求項１記載のはんだ組成物。
【請求項８】
前記１種類以上の追加金属を約１５％未満含む、請求項１記載のはんだ組成物。
【請求項９】
前記１種類以上の追加金属を約１０％未満含む、請求項８記載のはんだ組成物。
【請求項１０】
前記１種類以上の追加金属を約５％未満含む、請求項９記載のはんだ組成物。
【請求項１１】
はんだ組成物がＢｉ１０Ａｇ１０Ｃｕ−Ｇｅである、請求項２記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項１２】
はんだ組成物がインジウムを１％未満含む、請求項２記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項１３】
前記１種類以上の追加金属が銅を含む、請求項１２記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項１４】
はんだペースト、ポリマーはんだ、はんだ系配合物、またはこれらの組み合わせである、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項１５】
１種類以上の支持材料をさらに含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項１６】
前記１種類以上の支持材料が、１種類以上のロジン材料、１種類以上の流体力学的添加物または材料、１種類以上のポリマー添加物または材料、１種類以上の溶媒または溶媒混合液、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１５記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項１７】
熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物の製造方法であって、
約２％以上の銀を提供すること、
約６０％以上のビスマスを提供すること、
銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、１種類以上の追加金属を提供すること、
ビスマス−金属合金を形成するために、ビスマスと前記１種類以上の追加金属を混合すること、及び
はんだ組成物を形成するために、前記ビスマス−金属合金を銅と混合すること、を含み、
ここで、前記１種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない、
製造方法。
【請求項１８】
前記はんだ組成物が、銅、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む１種類以上の追加材料を含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記１種類以上の追加金属が亜鉛を含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記はんだ組成物が、ゲルマニウム、インジウム、またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
前記はんだ組成物が、銀を約７％以上含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記はんだ組成物が、銀を約２０％以上含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
前記はんだ組成物が、ビスマスを約７２％以上含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
前記はんだ組成物が、ビスマスを約９３％以上含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１５％未満含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２６】
前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１０％未満含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約５％未満含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記はんだ組成物が、インジウムを１％未満含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２９】
熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物の製造方法であって、
約２％以上の銀を提供すること、
約６０％以上のビスマスを提供すること、
銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、１種類以上の追加金属を提供すること、
銀−金属合金を形成するために、銀と前記１種類以上の追加金属を混合すること、及び
はんだ組成物を形成するために、前記銀−金属合金をビスマスと混合すること、を含み、
ここで、前記１種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない、
製造方法。
【請求項３０】
前記はんだ組成物が、ゲルマニウム、インジウム、またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記はんだ組成物が、銅、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む１種類以上の追加材料を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
前記はんだ組成物が、銀を約７％以上含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
前記はんだ組成物が、銀を約２０％以上含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
前記はんだ組成物が、ビスマスを約７２％以上含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
前記はんだ組成物が、ビスマスを約９３％以上含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３６】
前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１５％未満含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３７】
前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１０％未満含む、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約５％未満含む、請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
前記はんだ組成物が、Ｂｉ１０Ａｇ１０Ｃｕ−Ｇｅである、請求項３０記載の方法。
【請求項４０】
前記はんだ組成物が、１％未満のインジウムを含む、請求項３０記載の方法。
【請求項４１】
前記１種類以上の追加金属が、銅を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項４２】
ゲルマニウムをある量で提供すること、及び、前記はんだ組成物がいったん３００℃未満に冷却された後に、前記ゲルマニウムを前記はんだ組成物と混合すること、をさらに含む、請求項１７または２９に記載の方法。
【請求項４３】
表面または基板；
電気的相互接続；
請求項１記載のはんだ組成物；および
半導体またはパッケージ、
を含む、層状材料。
【請求項４４】
前記表面または基板が、プリント回路板、リードフレーム、または適した電子部品を含む、請求項４３記載の層状材料。
【請求項４５】
前記はんだ組成物が、ワイヤー形状、リボン形状、球体形状、またはそれらの組み合わせへと形成される、請求項４３記載の層状材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2006年9月13日に出願された米国仮出願番号60/844445号（その全体を参照により本明細書に組み入れる）に基づく優先権を主張する米国特許出願である。
本発明の分野
本発明の分野は、電子部品、半導体部品および他の関連する層状材料用途における、改良された鉛不含熱相互接続システム、熱インターフェースシステムおよびインターフェース材料である。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
電子部品は、増え続ける消費者用電気製品および商業用電気製品に用いられる。これらの消費者用電気製品および商業用電気製品の例として、テレビジョン、パーソナルコンピュータ、インターネットサーバー、携帯電話、ポケットベル、手の平型システム手帳、ポータブルラジオ、カーステレオ、またはリモートコントロールが挙げられる。これらの消費者用電子機器および商業用電子機器に対する需要が増加するにつれ、これらの同じ製品が、消費者にとっておよび商用で、より小さく、より機能的にそしてより携帯可能となることに対する需要も存在する。
【０００３】
これらの製品のサイズ減少の結果として、これらの製品を構成する部品もより小さくならなければならない。サイズが減少するかまたは縮小される必要のあるこれらの部品のいくつかの例として、プリント回路板または配線板、抵抗器、配線、キーボード、タッチバッドおよびチップパッケージングが挙げられる。
【０００４】
従って、部品を分解して調査することにより、縮小することで小さい電子部品の要求が満たされることが可能な、より良い構築材料および中間材料、機械および方法が存在するか否かを確認する。より良い構築材料、機械および方法が存在するか否かを確認する工程の一部として、製造装置およびこれらの部品の構築法および組立て法が、どのように働くかを調査することが含まれる。
【０００５】
数多くの公知のダイ接着方法では、高鉛はんだ、はんだ組成物、またははんだ材料を用いることにより、機械的接続のために集積回路内の半導体ダイをリードフレームに取り付け、そして、ダイとリードフレームの間の熱伝導性および電気伝導性が提供される。たいていの高鉛はんだは比較的安価であり、種々の望ましい物理化学的性質を示すが、ダイ接着および他のはんだに鉛を用いることは、環境衛生および労働衛生の観点から厳しい目にさらされるようになっている。それゆえに、含鉛はんだを鉛フリーダイ接着組成物で置き換えるための種々のアプローチが試みられてきた。
【０００６】
例えば、あるアプローチにおいては、米国特許第5,150,195号;第5,195,299号;第5,250,600号;第5,399,907号および第5,386,000号に記載されるように、ポリマー接着剤（例えば、エポキシ樹脂またはシアン酸エステル樹脂）を用いることにより、基板にダイを接着する。ポリマー接着剤は、典型的には、比較的短い時間内で、一般的には200℃未満の温度で硬化し、かつ、硬化後、構造的柔軟性が保持されることさえ可能であり、これにより米国特許第5,612,403号に示されるように、フレキシブル基板上への集積回路のダイ接着が可能となる。しかし、多くのポリマー接着剤では、樹脂流出が起こる傾向があり、このことがダイと基板との電気的接触の潜在的に望ましくない減少、またはダイの部分的なまたは全体的な分離をもたらす。
【０００７】
少なくともこれらの樹脂流出の問題のいくつかを回避するために、Mitaniらによる米国特許第5,982,041号に記載のように、シリコン含有ダイ接着接着剤を用いることができる。このような接着剤は、樹脂シーラントと半導体チップ、基板、パッケージ、および／またはリードフレームとの間の接着を改善する傾向がある一方、このような接着剤の少なくともいくつかの硬化過程には、高エネルギー放射源が必要であり、これによりダイ接着過程に顕著なコストが必要とされる場合がある。
【０００８】
別の場合、高鉛ホウケイ酸塩ガラスを含むガラスペーストをDietzらによる米国特許第4,459,166号に記載のように用いることにより、高エネルギー硬化ステップが一般的に回避される。しかし、高鉛ホウケイ酸塩ガラスを含む多くのガラスペーストは、ダイを基板に永久的に接着するために４２５℃以上の温度を必要とする。更に、ガラスペーストは加熱冷却の間、頻繁に結晶化する傾向があるため、接着層の接着品質が低下する。
【０００９】
更に別のアプローチにおいては、種々の高融点はんだを用いてダイを基板またはリードフレームに接着する。ダイを基板にはんだ付けすることには、比較的単純なプロセス、溶媒フリー塗布、および比較的低コストである場合があるという種々の利点がある。当該技術分野において公知の種々の高融点はんだが存在する。しかし、これらのすべてまたはほとんどすべては、１つまたは２つ以上の不利点を有している。例えば、ほとんどの金共融合金（例えば、Au-20%Sn、Au-3%Si、Au-12%Ge、およびAu-25%Sb）は、比較的高価であり、しばしば理想より劣る機械的性質を有する。別の場合、合金J（Ag-10% Sb-65%Sn、例えば、Olsenらによる米国特許第4,170,472号を参照）は、種々の高融点はんだ用途に用いることができる。しかし、合金Jは２２８℃の固相線を有し、機械的性質も比較的劣っている。
【００１０】
電気的相互接続を必要とする部品には、球、ボール、パウダー、プリフォーム、または２つの部品の間の電気的相互接続を提供することのできる、はんだを基礎としたなんらかの部品が用いられる。BGA球の場合、これらの球は、パッケージとプリント回路板の電気的相互接続、および／または半導体ダイとパッケージ若しくは基板との電気的相互接続を形成する。これらの球が、基板、パッケージまたはダイと接触する位置は、ボンディングパッドと呼ばれる。はんだリフロー中、ボンディングパッドと球の冶金学的な相互作用が接続品質を決定し、相互作用または反応がほとんどない場合、ボンディングパッドにおいて、容易に作用しなくなる接続が生成されてしまう。ボンディングパッドの冶金学的反応または相互作用が大きすぎると、脆い金属間化合物、または金属間化合物の形成により得られる望ましくない生成物が過度に形成されることにより、同様の問題が起こり得る。
【００１１】
本明細書に示されるはんだの問題のいくつかを解決および／または軽減するためのいくつかのアプローチが存在する。例えば、日本国公開特許公報第JP07195189A号では、ビスマス、銅およびアンチモンをBGA球中でドーパントとして同時に用いることにより、接続の完全性が改善される。リンを加えてもよいし加えなくてもよい；しかし、この特許における結果では、リン添加による性能が好ましくなかったことが示されている。他の構成要素と比べて高い重量パーセントでリンを添加した。銅の濃度は１００ｐｐｍから１０００ｐｐｍの範囲であった。
【００１２】
“Effect of Cu Concentration on the reactions between Sn-Ag-Cu Solders and Ni”, Journal of Electronic Materials, Vol. 31 , No 6, p 584, 2002 by C.E. Ho, et al.、および、中国特許第149096I号（2001年3月23日）；C.R. Kao and C.E Hoにおいて、ENIGボンディングパッド上のSn‐Pb共晶合金の性質を改善する際の、銅添加の効果が調査されている。２０００ｐｐｍ未満のCuを含む組成物は調査されていなかった。
【００１３】
Jeon, et. al, “Studies of Electroless Nickel Under Bump Metallurgy - Solder Interfacial Reactions and Their Effects on Flip Chip Joint Reliability”, Journal of Electronic Materials, pg 520-528, Vol31, No 5, 2002、およびJeon et.al, “Comparison of Interfacial Reactions and Reliabilities of Sn3.5Ag and Sn4.0Ag0.5Cu and Sn0.7Cu Solder Bumps on Electroless Ni-P UBMs” Proceeding of Electronic Components and Technology Conference, IEEE, pg 1203, 2003では、純ニッケルのボンディングパッド上の金属間化合の成長が、無電解ニッケルボンディングパッドよりも早いことが論じられている。0.5%(5000ppm)以上の濃度の銅の利点も、双方の文献で調査され論じられている。
【００１４】
Zhang, et. al, “Effects of Substrate Metallization on Solder/UnderBump Metallization Interfacial Reactions in Flip-Chip Packages during Multiple Reflow Cycles”, Journal of Electronic Materials, Vol 32, No 3, pg 123-130, 2003において、金属間消費を減速する際、リンによる効果が存在しないこと(これはJeonの論文と矛盾する)が示されている。Shing Yehによる, “Copper Doped Eutectic Tin-Lead Bump for Power Flip Chip Applications”, Proceeding of Electronic Components and Technology Conference, IEEE, pg 338, 2003において、１％の銅添加によりニッケル層の消費が減少したことが言及されている。
【００１５】
Niedrichの特許および出願（欧州特許第EP0400363A1号、欧州特許第EP0400363B1号、および米国特許第5,011,658号）において、銅がSn-Pb-Inはんだ中のドーパントとして用いられることにより、銅のボンディングパッドまたはコネクターの消費が最小化されている（すなわち、ニッケルバリア層が用いられていない）ことが示されている。このはんだ中の銅により、銅コネクターの溶解が減少することが明らかとなった。Niedrichは、銅金属化合物または（Cu,Ni）Sn金属化合物の形成を介してニッケルバリア層の相互作用を抑制するために、銅を用いている。Niedrichの特許は、銅の使用に関して、米国特許第2,671,844号と非常に類似しており、この特許では、微細なはんだ作業中に、銅によりはんだ付けされた鉄チップの溶解が最小化されるように、銅を０．５重量％を超える量ではんだに追加する。
【００１６】
Ozakiによる米国特許第4,938,924号により、2000-4000ｐｐｍの銅の添加により、Sn-36Pb-2Ag合金のぬれおよび長期接合信頼性が改善されることが言及された。日本国特許第JP60166191A号「Solder Alloy Having Excellent Resistance to Fatigue Characteristic」において、耐疲労性を改善するために300-5000ppmの銅が添加されたSnBiPb合金が開示されている。
【００１７】
米国特許第6,307,160号において、Electroless Nickel/Immersion Gold (ENIG)ボンディングパッド上の共融Sn-Pb合金の結合強度を改善するために少なくとも２％のインジウムを使用することが教示されている。
【００１８】
米国特許第4,695,428号「Solder Composition」において、配管接合に用いられる鉛フリーはんだ組成物が開示されている。用いる銅の濃度は、1000ｐｐｍを超える濃度であり、複数の種類の他の元素も、はんだの液相線、固相線、流れ特性、および表面仕上げを改善するために合金化用添加物として添加される。
【００１９】
ビスマス系はんだにおいて、ビスマスの熱伝導率が低いため、熱伝導率は非常に低い。これらのはんだは、はんだと相互作用／反応するニッケルによる金属被覆（メッキまたはスパッタリング）により、インターフェースに沿った熱サイクル中に欠陥を示す。
【００２０】
従って、以下の需要が引き続き存在する；a)鉛系または含鉛はんだ材料と同じように機能する鉛フリーの改良されたはんだ材料の開発；b)バルクのはんだ特性に悪影響を及ぼさないが、ニッケルバリア層の消費を減少させ、そして、それ故、ある場合にはリンに富んだ層の成長を減少させ、その結果、結合の完全性が、リフローの間およびリフロー後の熱劣化の間、維持される、改良されたはんだ材料の開発;c)生産コストを最小化し電気的相互接続が組み入れられた製品の品質を最大化しつつ、顧客の仕様を満たす電気的相互接続の設計および製造;d)電気的相互接続およびこれらの相互接続を含む部品の信頼のおける製造方法の開発、およびe)はんだの液相線および固相線温度／温度範囲に実質的に有意な変化が存在せず、その一方、いくつかの態様においては材料の延性を改善する、高い熱伝導率を有したはんだ材料および組成物の開発。
【発明の概要】
【００２１】
約2％以上の銀と、約60％以上のビスマスと、1種類以上の追加金属とを含む、熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物を開示する。前記の追加金属は、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させるが、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない量で含まれる。
【００２２】
これらの前記鉛フリーはんだ組成物の製造方法もまた開示する。該製造方法は、約2％以上の銀を提供すること、約60％以上のビスマスを提供すること、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属を提供すること、ビスマス-金属混合物を形成するために、ビスマスと前記の1種類以上の追加金属を混合すること、はんだ組成物を形成するために、前記ビスマス-金属混合物を銅と混合すること、とを含み、ここで前記の1種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない。
【００２３】
熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物の別の製造方法は、約2％以上の銀を提供すること、約60％以上のビスマスを提供すること、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属を提供すること、銀-金属合金を形成するために、銀と前記の1種類以上の追加金属を混合すること、はんだ組成物を形成するために、銀-金属合金をビスマスと混合すること、とを含み、ここで前記の1種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図1は、Ag-Biの状態図を示す。
【図２】図2は、Ag-Bi合金が、主成分（銀）が微細な共晶組織に囲まれている亜共晶合金を形成していると思われる、電子顕微鏡写真を示す。
【図３】図3は、銀と、ビスマスと、銅とを含む状態図を示す。
【図４】図4は、表1のBi10Ag10Cu-Geはんだ合金における、20℃/分でのDTA（示差熱分析）曲線を示す。
【図５】図5は、表1の2つの新規なはんだ合金における、20℃/分でのDSC（示差走査熱量測定）データを示す。
【図６】図6は、熱伝導性における主効果プロットを示す。
【図７】図7は、検討されるはんだ合金における、DTAデータを示す。
【図８】図8は、検討されるはんだ合金における、DTAデータを示す。
【図９】図9は、検討されるはんだ合金における、DTAデータを示す。
【図１０】図10は、数種類のはんだ合金を使用した、ワイヤー延性の結果を示す。
【図１１】図11は、9W/mK以上の熱伝導性を示した、数種類の検討されるはんだ合金におけるレーザーフラッシュ法を用いた熱伝導性分析を示す。
【図１２】図12は、半導体ダイ（例えば、シリコン、ゲルマニウム、またはガリウムヒ素のダイ）をリードフレームに接合させるために電子装置で用いられてもよい、検討される組成物（および検討される組成物を含む材料）を示す。
【図１３】表1は、1種類以上の追加金属を含んだ種々の検討されるはんだと、ビスマスおよびアンチモンを個別に比較した、融解と熱伝導性についての結果を示す。表2は、検討されるはんだ合金のもう1つの群とそれらの温度データを示す。表3は、数種類のはんだ合金を用いたワイヤー延性の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
前述の参照文献とは違い、本明細書に記載の改良されたはんだ材料は、鉛フリーであり、鉛系または鉛含有のはんだ材料と同様に機能し、バルクはんだ特性（bulk solder properties）に有害効果がなく、それでいてニッケルバリア層の消費が遅く、結果、リフロー中およびリフロー後の熱劣化中での接合完全性が維持される。これらの改良されたはんだは、いくつかの態様においては前記材料の延性を改善しつつ、a）製造コストを最小限に抑え、かつ電気的相互接続を内蔵する製品の質を最良のものにしつつも、消費者の仕様を満足させる電気的相互接続の設計および製造、b）電気的相互接続および該電気的相互接続を含む部品の確実な製造方法の開発、およびc）はんだの液相線および固相線の温度/温度範囲を実質的に有意に変化させることなく高熱伝導性を有する、はんだ材料および組成物の開発、という目的を達成する。
【００２６】
本明細書において記載のビスマスおよび銀を含む鉛フリーはんだ組成物は、高熱伝導性を有しはんだの熱伝導性を向上させる1種類以上の追加金属も含む。加えて、本発明において検討される改良されたはんだは、実質的に鉛フリーである。これら前記はんだは、三元以上の合金であると考えられる。具体的には、約2％以上の銀と、約60％以上のビスマスと、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属とを含む、鉛フリーはんだ組成物を開示し、ここで前記の1種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない。記載の通り、意図されるはんだ材料および組成物は、はんだの液相線および固相線の温度/温度範囲を実質的に有意に変化させることなく高熱伝導性を有し、同時にいくつかの態様においては、前記材料の延性を改善する。本明細書において、「実質的に有意に変化」という表現は、その変化は統計的に有意であってよいが、その変化が、検討されるはんだ組成物の使用に悪影響を与えない、ということを意味する。
【００２７】
本明細書において、はんだ材料および組成物の当業者であれば、「許容可能な液相線温度範囲」という表現が、前記はんだ合金が実質的に液体で、はんだ付け温度において少量または僅かな比率でしか固体がないことを可能にするまたは許容する、液相線範囲の変化または転換を意味することを理解するはずである。前記の許容可能な範囲は、はんだの種類によっては数℃の場合があり、多くのはんだおよびはんだ合金においては、典型的には10〜20℃であるが、その他のはんだにおいては、100〜400℃の場合がある。この許容可能な液相線温度範囲の基準は、はんだ合金がその温度範囲内で実質的に液体のままであることである。
【００２８】
検討される組成物群は、二元合金からスタートし、はんだとして用いられてもよく、銀を約2〜約18重量％の量で含み、ビスマスを約98〜82重量％の量で含む二元合金を含む。これらの二元合金は、上記の通り、1種類以上の追加金属を、約5％を超え約15％未満の量で含む。図1は、Ag-Biの状態図を示す。前記二元合金は、それ自体、前記の少なくとも1種類の追加材料の追加後に熱伝導性の増加を判定する目的で、本明細書で検討される改良されたはんだ組成物と比較する「比較対照はんだ組成物」と考えられる。
【００２９】
本発明で検討される組成物は、a）適切に測定された量（上掲）の純金属負荷を提供すること；b）不応性容器または耐熱容器内（例えば、グラファイトるつぼ）で、前記金属を真空下または不活性雰囲気下で（例えば、窒素またはアルゴン雰囲気下）溶液の形態となるまで、約900〜1200℃の間に加熱すること；および、c）前記両金属の完全な混合および融解を確保するために十分な時間、前記金属を前記温度で撹拌することにより調製することができる。ニッケル、亜鉛、ゲルマニウム、銅、カルシウム、またはこれらの組み合わせを、約1000ppm以下、いくつかの態様では約500ppmのドーパント量で、前記金属負荷または溶融材料に添加してもよい。
【００３０】
次いで、前記溶融混合物または溶融物を敏速に鋳型に注ぎ入れ、周囲温度まで冷却し凝固させ、鋼片を約190℃に加熱することを含む従来の押出技術でワイヤーに加工、または約225〜250℃の温度で長方形のスラブを初めにアニールした後に同温度で熱間圧延する方法でリボン状に加工する。代わりに、リボンが押出され、続いてより薄い寸法に圧延してもよい。また、溶融工程は、形成するスラグが混合物の鋳型への注入前に取り除かれる限り、空気中で行ってもよい。図2は、Ag-Bi合金が、主成分（銀）が微細な共晶組織に囲まれている亜共晶合金を形成していると思われる、電子顕微鏡写真を示す。この電子顕微鏡写真から分かるように、前記材料にはごくわずかな相互溶解性しかなく、結果としてビスマス金属よりも延性のある材料を得る。
【００３１】
別の態様においては、特により高い液相線温度が所望される場合においては、検討される組成物は、例えば合金中約７〜約18重量％の量の銀および約93〜約82重量％の量のビスマスのように、異なる比率の合金材料を含んでもよい。他方、比較的低い液相線温度が所望される場合においては、検討される組成物は、例えば合金中約2〜約7重量％の量の銀および約98〜約93重量％の量のビスマスのように、同様の材料を異なる比率で含んでもよい。いくつかのダイ接着用途では、合金中約5〜約12重量％の量で銀が存在し、約95〜約88重量％の量でビスマスが存在する組成物を用いてもよい。前述のように、これらの改良された合金においては、1種類以上の追加金属が該合金中に存在する。
【００３２】
前記の1種類以上の追加金属は、合金の固相線温度および液相線温度に有意に影響を与えることなく、熱伝導性の向上を達成するはずである。検討される追加金属は、銅、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む。改良された合金は、例えば上で記載の1種類以上の追加金属を約15％未満で添加することにより製造される。いくつかの態様においては、改良された合金は、1種類以上の追加金属を10％未満で含む。更に別の態様においては、改良された合金は、1種類以上の追加金属を5％を超えて含む。図3は、銀と、ビスマスと、銅とを含む状態図を示す。
【００３３】
追加金属が亜鉛を含む態様においては、約400℃の温度でビスマスに単に添加するのが一つの添加方法である。追加金属として銅が用いられる態様においては、銅を銀と共に溶融した後、溶融銀-銅合金を溶融ビスマスに添加することで、銅が最適に添加される。どちらの場合においても、前記Bi-Ag-X（ここで、Xは追加金属または三元合金もしくはそれ以上の合金を形成する金属を表す）合金を撹拌して、酸化物を介したゲルマニウムの過度の揮発を避けるために約300℃に冷却した後に、ゲルマニウムは添加される。表1は、1種類以上の追加金属を含んだ種々の検討されるはんだと、ビスマスおよびアンチモンを個別に比較した、溶融と熱伝導性についての結果を示す。
【００３４】
図4は、表1のBi10Ag10Cu-Geはんだ合金における、20℃/分でのDTA（示差熱分析）曲線を示す。この情報は、圧倒的大部分の溶融が260〜270℃でおきていることを示している。少量の溶融が720℃の液相線温度付近でおきている可能性はあるが、これははんだが適用中、完全に液体であるためには不可欠なものではない。
【００３５】
図5は、表1の2つの新規なはんだ合金（Bi26.5Ag2.1Cu-GeおよびBi34.4Ag3Cu-Ge）における、20℃/分でのDSC（示差走査熱量測定）データを示す。この情報は、これらの合金が状態図から予想されるような挙動を示すことを示し、殆どの溶融が260〜270℃の範囲でおこり、小さなピークが高温にある。両合金はまた、有意に「過冷」し、これは極めて高純度の合金に想定されることである。DSCはDTAよりも遥かに高感度であり、遥かに直線状の基線を示している。
【００３６】
表2は、検討されるはんだ合金のもう1つの群とそれらの温度データを示す。図6は、熱伝導性における主効果プロットを示す。図7〜9は、表2のはんだにおけるDTAデータを示す。
【００３７】
いくつかの態様においては、はんだ組成物の延性を増加させるために、1種類以上の金属を加えてもよい。延性を増加させるために、ひび割れを抑止するワイヤー表面のコーティングや鋼片構造の改質等のいくつか他の選択肢もあるが、これらのいずれも用途に普遍的なものではない。1種類以上の金属の追加で、検討される用途におけるワイヤー延性が改善できる。銀及び追加金属としての銅の最適化と合わせ、この添加物により、非常に可塑性であると同時に、的確な融解範囲で高熱伝導性を有することへの必要性を満たすことができる。ある態様においては、このような非常に可塑性のはんだ組成物を製造するのに、1重量パーセント以下のインジウムを銅と共に加えてもよい。別の態様においては、検討される延性のあるはんだ組成物は10％以下の銀と、15％以下の銅と、1％以下のインジウム、とを含み、残りのはんだ組成物はビスマスを含む。表3および図10は、数種類のはんだ合金を用いたワイヤー延性の結果を示す。いくつかの態様においては、より低い銀濃度およびより高い銅濃度で、より優れた延性の結果になることが発見されている。加えて、はんだ中に銀が高濃度で存在する場合、少量のインジウムが高銀濃度合金の延性を改善できる。
【００３８】
本発明において検討されるはんだ組成物および材料は、実質的に鉛フリーであることが理解されるべきであり、ここで「実質的に」とは、存在する鉛は混入物であり、ドーパントや合金化材料とみなされないことを意味する。
【００３９】
本明細書においては、「金属」という用語は、シリコンやゲルマニウム等の金属のような特性を持つ元素と合わせ、元素周期表のdブロックおよびfブロックにある元素、を意味する。本明細書においては、「dブロック」という表現は、元素の原子核を取り囲む3d、4d、5dおよび6d軌道を満たしている電子を持つ元素、を意味する。本明細書においては、「fブロック」という表現は、ランタニド系元素およびアクチニド系元素を含む、元素の原子核を取り囲む4fおよび5f軌道を満たしている電子を持つ元素、を意味する。本明細書においては、「化合物」という表現は、化学過程により元素へと分解できる、一定の組成を持つ物質、を意味する。
【００４０】
他の望ましい特性の中でも、種々のダイ接着用途において、検討される組成物を高鉛含有はんだの当座の置換物（near drop-in replacement）として有利に用いてもよいことが発見されている。場合によっては、検討される組成物は約240℃以上の固相線および約500℃以下の液相線をもつ鉛フリー合金であり、他の場合には、その液相線は約400℃以下である。検討される方法および組成物の種々の局面が、PCT出願PCT/US01/17491に開示されている（この文献の内容は参照により本明細書中に組み入れられる）。
【００４１】
現段階では、他に断わりのない限り、本明細書および請求項で使用される、材料、構成要素、反応条件等の量を表現するすべての数は、全事例において、「約」という表現により修飾されるものと理解されるべきである。従って、他に断わりのない限り、本明細書および添付の請求項で説明される数値的要素は、本明細書において提示する主題で得ることを目的とする所望の特性によって変化する場合のある近似値である。少なくとも、そして本特許請求の範囲に均等論の適用を限定することが意図されるわけではないが、各数値的要素は、通常の切り上げ方法を適用することで、少なくとも記載される有効数字の観点から解釈されるべきである。本明細書の主題の広い範囲を説明する数値的範囲および数値的要素が近似値であるにもかかわらず、具体的な実施例で説明する数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、任意のいかなる数値も、それら個々の試験測定における標準偏差から見出せる特定の必然的な誤差を、本質的に含んでいる。
【００４２】
公知の鉛フリーはんだにおいて、一般的で主成分であるスズも本質的に含まない鉛フリーはんだとして、これらの検討される新規組成物を用いてもよいということが、特によく理解されるべきである。スズが本明細書に記載の新規組成物に加えられる場合、合金化の目的ではなく、ドーパントとして加えられる。
【００４３】
したがって、1種類以上の追加元素の濃度/量にもよるが、そのような合金が、約230℃以上の固相線、より好ましくは約248℃以上の固相線、最も好ましくは約258℃以上の固相線を有し、約500℃以下の液相線、場合によっては約400℃以下の液相線を有することが認識されるべきである。そのような合金の特に検討される使用には、ダイ接着用途（例えば、半導体ダイの基板への接着）が含まれる。したがって、電子デバイスが、検討される三元（またはそれ以上の）合金を含む組成物を含む材料を介して表面に結合した半導体ダイを含むことが意図される。検討される三元合金の製造に関しては、概要を上述したのと同様の検討事項が適応する。一般的に、1つのまたは複数種類の第三の元素は、二元合金または二元合金部品に適切な量で加えられる。
【００４４】
化学元素または金属を追加して1つ以上の物理化学特性または熱力学特性を改善するのは、すべての合金中の成分が実質的に（すなわち、各成分の95％以上）溶解している限り、いかなる順序で行われてもよいことを更に理解すべきであり、追加の順序は、本発明の内容に限定されるものではないことが意図される。同様に、溶解段階に先がけて銀とビスマスを混合することが意図される一方で、銀とビスマスを別々に溶解し、その後に溶解した銀と溶解したビスマスを混合することも意図される。銀の融点を超える温度へのより長時間の加熱段階を加え、成分の実質的に完全な溶解と混合を確実にしてもよい。1つ以上の追加元素が含まれる場合、検討される合金の固相線が低下する可能性があることは、特によく理解されるべきである。したがって、そのような追加合金を含む検討される合金は、約260〜255℃の範囲の固相線、約255〜250℃の範囲の固相線、約250〜245℃の範囲の固相線、約245〜235℃の範囲の固相線、およびさらに低い固相線を有する場合がある。
【００４５】
追加元素および、場合によってはドーパントが加えられる場合、任意の適切な形態（例えば、粉末、弾丸状（shot）、または断片）で、1種類以上の追加元素および/またはドーパントを所望の濃度にするのに十分な量で、1種類以上の追加元素および/またはドーパントを加えてもよいことが意図され、1つまたは複数の第三の元素の追加は、ビスマス（Bi)や銀(Ag)等の二元合金用の成分を溶解するのに先がけて、その最中に、またはその後に行われてもよい。
【００４６】
検討される合金の熱伝導性に関しては、本明細書に開示される組成物が、約5W/mK以上の伝導性、さらに好ましくは約9W/mK以上の伝導性、最も好ましくは約15W/mK以上の伝導性を有することが意図される。レーザーフラッシュ法によるいくつかの検討される合金における熱伝導性分析では、図11に描写されているように、9W/mK以上の熱伝導性を示した。
【００４７】
これら鉛フリーはんだ組成物の製造方法もまた開示され、該製造方法は、約2％以上の銀を提供すること、約60％以上のビスマスを提供すること、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属を提供すること、ビスマス-金属混合物を形成するために、ビスマスと前記の1種類以上の追加金属を混合すること、はんだ組成物を形成するために、前記ビスマス-金属混合物を銅と混合すること、とを含み、ここで前記の1種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない。
【００４８】
熱伝導性をもつ鉛フリーはんだ組成物のさらなる製造方法は、約2％以上の銀を提供すること、約60％以上のビスマスを提供すること、銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、1種類以上の追加金属を提供すること、銀-金属合金を形成するために、銀と前記の1種類以上の追加金属を混合すること、はんだ組成物を形成するために、前記銀-金属合金をビスマスと混合すること、とを含み、ここで前記の1種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない。
【００４９】
本明細書において、a）面または基板；b）電気的相互接続；c）例えば本明細書に記載されている、改良されたはんだ組成物、およびd）半導体ダイまたは半導体パッケージを含む層状材料もまた意図される。意図される面は、プリント回路板または適切な電子部品を含んでよい。本明細書に記載のはんだ材料および/または層状材料を含む、電子部品および半導体部品もまた意図される。
【００５０】
前記の1種類以上のはんだ材料および/または1種類以上の追加金属は、a）1種類以上のはんだ材料および/または1種類以上の追加金属を業者から購入すること；b）少なくともいくらかの前記1種類以上のはんだ材料および/または前記1種類以上の追加金属を、別の供給源から得た化学薬品を使って、社内で調製または製造すること、並びに/または、c）少なくともいくらかの前記1種類以上のはんだ材料および/または前記1種類以上の追加金属を、社内で製造または得た化学薬品を使って、社内もしくはその場で調製または製造すること、を含む任意の適切な方法で得ることができる。
【００５１】
用途
試験アセンブリーおよび他の種々のダイ接着用途では、一般的に、ダイとはんだ付けする基板との間に配置される薄いシートとして、はんだを製造する。その後の加熱ではんだを溶解し、接合部を形成する。代わりに、基板を加熱し、次いではんだを薄いシート、ワイヤー、溶解はんだ、または他の形態で加熱した基板上に配置してはんだの液滴を作成し、半導体ダイをそこに配置して接合部を形成することもできる。
【００５２】
エリア・アレイパッケージング（area array packaging）では、球体、小型プリフォーム、はんだ粉末からできたペースト、または他の形態ではんだを配置し、一般的に本用途に使用される複数のはんだ接合部を作成することができる。代わりに、検討されるはんだを、めっきタンクからの配置、固体または液体の形態からの蒸発、インクジェットプリンターのようにノズルからのプリント、またはスパッタリングして接合部を作成するのに使用する一連のはんだ隆起（solder bumps）を作成することを含む工程で使用してもよい。
【００５３】
検討される方法においては、フラックス（flux）またははんだペーストのいずれかを使用して球体をパッケージ上のパッドの上に配置し、パッケージに加熱接合されるまで、球体を適所に維持する。その温度は、前記はんだ球体が融解するような温度、または低融解組成物のはんだペーストを使用する場合、該はんだの融点未満の温度、のいずれかでよい。その後、はんだくずが接着したパッケージをエリア・アレイと基板上で、フラックスまたははんだペーストのいずれかを使用して整列させ、加熱して接合部を形成する。
【００５４】
半導体ダイをパッケージまたはプリント配線板に接着するための検討される方法は、マスクを介してはんだペーストをプリントすることではんだ隆起を作成すること、マスクを介してはんだを蒸発させること、または一連の伝導性パッド上にはんだを配置することを含む。このような手法で作成した前記隆起またはカラムは、接合部を加熱形成時に隆起またはカラムの全体が融解するように、均質な組成を有していてもよく、隆起またはカラムの一部分のみが融解するように、半導体ダイの表面に対して垂直方向に異質な組成でもよい。
【００５５】
検討される組成物の特定の形状は、本発明の主題にとって決定的に重要ではないことが、よりさらに意図される。しかしながら、検討される組成物は、ワイヤー形状、リボン形状、または球状（はんだ隆起）に形成される。
【００５６】
本明細書に記載のはんだ材料、はんだ球体、およびその他の関連する材料は、例えば以下に記載するHoneywell International Inc.の発行済特許および係属中の特許出願に見られるような、はんだペースト、ポリマーはんだ、およびその他のはんだ系構築物および材料の製造に使用してもよい；米国特許出願番号09/851103、60/357754、60/372525、60/396294、および09/543628、ＰＣＴ係属中出願番号PCT/US02/14613、ならびに全ての関連する継続出願、分割出願、一部継続出願、および外国出願（本明細書と権利者が共通であり、そのすべてが参照により本明細書に組み入れられる）。本明細書に記載のはんだ材料、コーティング組成物、およびその他の関連する材料は、部品として使用してもよく、電気製品、電子部品および半導体部品の構築に使用してもよい。検討される態様においては、本明細書に記載の合金は、ＢＧＡ球体の製造に使用されてもよく、隆起や球状ダイ等のＢＧＡ球体、パッケージまたは基板を含む電子アセンブリーに使用されてもよく、そして正電極、ワイヤーまたはペーストとして使用されてよく、または溶液の形態で使用されてもよい。
【００５７】
検討される態様においてはまた、前記球体をパッケージ/基板またはダイに接着し、ドープされていない（undoped）球体と同様の方法でリフローする。ドーパントはＥＮコーティングの消費速度を遅くし、高い完全性（高強度）の接合部をもたらす。
【００５８】
種々の他の用途の中でも、検討される化合物（例えば、ワイヤーの形状で）を使用して第一の材料と第二の材料を接合してもよい。例えば、電子デバイス中で検討される組成物（および、検討される組成物を含む材料）を使用し、図12に描写のように、半導体ダイ（例えば、シリコン、ゲルマニウム、またはガリウムヒ素のダイ）をリードフレームに接合してもよい。ここでは、電子デバイス100は、銀層112で金属化されたリードフレーム110を含む。半導体ダイ120上に第二の銀層122を溶着する（例えば、裏面銀メタライゼーションによって）。加えて、いくつかの態様は、リードフレームおよび/または半導体ダイと前記銀層の間に、さらなる金属層を含んでもよい。典型的な層は、リードフレーム側上のニッケルおよびダイ側上のチタンとニッケルであるが、他の多くの種類の層が可能である。最後に、いくつかの用途においては、前記銀を金でコーティングしてもよく、金で置き換えてもよい。ダイとリードフレームは、検討される組成物130でそれぞれの銀層を介してお互いに結合される（ここでは、例えば、約2〜18重量％の量で銀と約98〜82重量％の量でビスマスとを含む合金を含むはんだであり、該合金は、262.5℃以上の固相線と400℃以下の液相線を有する）。最適なダイ接着方法では、特定の合金の液相線より約40℃高い温度で15秒間、好ましくは約430℃より高くない温度で30秒以内、検討される組成物を加熱する。前記はんだ付けは、還元雰囲気化（例えば、水素またはフォーミングガス）で行える。
【００５９】
さらなる別の局面においては、本明細書に記載の化合物は、ダイ接着用途以外の多数のはんだ付け方法で使用してもよいことが意図される。実際、検討される組成物は、その後のはんだ付け段階が検討される組成物の融点未満の温度で行われる、すべてまたは殆どすべてのステップはんだ付け（step solder）用途で特に有用な場合がある。そのうえ、高鉛含有はんだを鉛フリーはんだで置換する必要があり、固相線温度240度を超える固相線温度が望まれる用途におけるはんだとしても、検討される組成物を使用してよい。特に好ましい他の使用には、検討されるはんだの、熱交換器の接合部品での使用もしくは、スタンドオフ（standoff）球体または電気/熱相互接続としての使用、が含まれる。
【００６０】
電気製品は、工業やその他消費者が使用できる状態になっているという意味で、「完成」の状態にありえる。完成した消費者製品の例には、テレビジョン、コンピューター、携帯電話、ポケットベル、手の平型システム手帳、ポータブルラジオ、カーステレオ、およびリモートコントロールが含まれる。加えて意図されるのは、回路基板、チップパッケージング、およびキーボード等の「中間」製品は、潜在的に完成品中で使用できる、ということである。
【００６１】
電気製品はまた、概念モデルから最終的なスケールアップ（scale-up）/実物モデル（mock-up）までのいずれの開発段階においても、プロトタイプ部品を含んでよい。プロトタイプは、完成品に含まれることが意図されるすべての実際の部品を含んでも含まなくてもよく、初期実験中に他の部品への初期効果を無効にする目的で、複合材料から構築した部品を含んでもよい。
【００６２】
本明細書においては、「電子部品」という表現は、なんらかの所望の電気作用を得るために電気回路内で使用可能な任意のデバイスまたはパーツを意味する。本明細書において検討される電子部品は、能動部品および受動部品への分類等、多くの異なる方法で分類されてよい。能動部品は、一般的に動作に電源を必要とする、増幅、振動、信号制御等のなんらかの動的機能が可能な電子部品である。例としては、バイポーラ・トランジスタ、電界効果トランジスタ、および集積回路が含まれる。受動部品は、動作中静的であり、例えば通常は増幅または振動が不可能で、通常それらの特徴的動作には電力が不必要な電子部品である。例としては、従来のレジスター、蓄電器、インダクタ、ダイオード、整流器、およびヒューズが含まれる。
【００６３】
本明細書において意図される電子部品はまた、伝導体、半導体、または絶縁体として分類されてよい。ここでは、伝導体は、電気回路中でのように電荷担体（例えば、電子）の原子間の移動を容易にさせる部品である。伝導体の例としては、金属を含む、回路トレース（circuit trace）および回路バイア(via)が含まれる。絶縁体は、例えば他の部材を電気的に分離するために用いられる、電流の伝導に対して極めて抵抗性の材料に、その機能が実質的に関連している部品であり、一方で半導体は、伝導体と絶縁体の間での自然抵抗性を使って電流を伝導する材料の能力に、その機能が実質的に関連している部品である。半導体部品の例としては、トランジスタ、ダイオード、一部のレーザー、整流器、サイリスタ、および光センサーが含まれる。
【００６４】
本明細書において意図される電子部品は、電源または電力消費物（power consumer）として分類されてよい。電源部品は、典型的には他の部品に電力を供給するために使用し、バッテリー、蓄電器、コイル、および燃料電池が含まれる。本明細書において、「バッテリー」という表現は、化学反応を介して使用可能な量の電力を産出するデバイスを意味する。同様に、充電式電池または二次電池は、化学反応を介して使用可能な量の電気エネルギーを貯蔵するデバイスである。電力を消費する部品には、レジスター、トランジスタ、集積回路、検出器等が含まれる。
【００６５】
さらに、本明細書において意図される電子部品は、ディスクリート（discreet）またはインテグレート(integrate)として分類されてよい。ディスクリート部品は、回路中の1箇所に特定の1つの電気的性質を集中させるデバイスである。例としては、レジスター、蓄電器、ダイオード、およびトランジスタが含まれる。インテグレート部品は、回路中の1箇所で複数の電気的性質を提供できる、部品の組み合わせである。例としては、集積回路が含まれ、すなわち、複数の部品と接続トレース（connecting trace）が連結して、ロジック等の複数または複雑な機能を行う、集積回路である。
【００６６】
本明細書で検討されるはんだ組成物はまた、1種類以上の支持材料および/または、例えばPCT出願PCT/US03/04374（本明細書と権利者が共通であり、参照により本明細書に組み入れられる）に記載の1種類以上の安定性改良材料（stability modification material）を含んでもよい。前記の1種類以上の支持材料は、はんだペースト配合物中で前記の1種類以上の金属系材料に基板または基質（matrix）を提供するように設計される。前記の1種類以上の支持材料は、1種類以上のロジン材料、1種類以上の流体学的添加物または材料、1種類以上のポリマー添加物または材料、および/もしくは1種類以上の溶媒または溶媒混合液を含んでよい。意図される態様によっては、前記の少なくとも1種類以上のロジン材料は、1種類以上の精製ガムロジンを含む場合がある。
【００６７】
また、湿潤剤、可塑剤およびグリセロール系化合物等の安定性改良材料および化合物は、貯蔵および処理期間、時間が経つにつれて、はんだ組成物に確実に安定性を加えていき、本明細書で提示される主題のはんだペースト配合物にとって望ましく、多くの場合不可欠な添加物として意図される。加えて、ドデカノール（ラウリルアルコール）およびラウリルアルコールに関連しかつ/または化学的に類似の化合物の追加は、検討されるはんだペースト配合物に見られる明確な安定性と粘性に寄与し、また検討されるはんだペースト構築物にとって望ましく、場合によっては不可欠な添加物として意図される。さらに、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、またはこれらの混合物等のアミン系化合物の追加または置換は、前記ペースト構築物のぬれ性を、ステンシル装置（stencil apparatus）との組み合わせで本質的により印刷可能な程度、従って長時間にわたり処理中でもより安定な程度まで改善させる可能性がある。長鎖二塩基酸等の二塩基酸化合物を安定性改良材料として用いてもよい。
【００６８】
このように、電気相互接続として使用される改良されたはんだ材料の具合的な態様と用途が開示されている。しかしながら、本明細書に記載の発明概念から逸脱することなく、本明細書で既に記載された内容以外にも、より多数の改変を施すことが可能なことは、当業者に明白なことであるべきである。さらに、本明細書の解釈において、すべての表現は、文脈と一貫する可能な限り広い意味で解釈されるべきであり、具体的には、「含む」および「含んでいる」という表現は、包括的意味において、要素、部品、または段階に関し、参照された要素、部品、または段階は、存在してもよく、使用されてもよく、または明示的には言及されていない他の元素、部品、または段階と組み合わされてもよい。
【図１】
2010503538.tif 000003
【図２】
2010503538.tif 000004
【図３】
2010503538.tif 000005
【図４】
2010503538.tif 000006
【図５】
2010503538.tif 000007
【図６】
2010503538.tif 000008
【図７】
2010503538.tif 000009
【図８】
2010503538.tif 000010
【図９】
2010503538.tif 000011
【図１０】
2010503538.tif 000012
【図１１】
2010503538.tif 000013
【図１２】
2010503538.tif 000014
【図１３】
2010503538.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月14日(2009.5.14)
【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】
熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物であって、
約２％以上の銀と、
約６０％以上のビスマスと、
銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、１種類以上の追加金属と、を含み、
ここで、前記１種類以上の追加金属が、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることがない、
鉛フリーはんだ組成物。
【請求項２】
ゲルマニウム、インジウム、またはこれらの組み合わせを更に含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項３】
１種以上の追加材料が、銅、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【請求項４】
前記１種類以上の追加金属を約１５％未満含む、請求項１記載のはんだ組成物。
【請求項５】
１種類以上の支持材料をさらに含み、該１種類以上の支持材料が、１種類以上のロジン材料、１種類以上の流体力学的添加物または材料、１種類以上のポリマー添加物または材料、１種類以上の溶媒または溶媒混合液、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１記載の鉛フリーはんだ組成物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
このように、電気相互接続として使用される改良されたはんだ材料の具合的な態様と用途が開示されている。しかしながら、本明細書に記載の発明概念から逸脱することなく、本明細書で既に記載された内容以外にも、より多数の改変を施すことが可能なことは、当業者に明白なことであるべきである。さらに、本明細書の解釈において、すべての表現は、文脈と一貫する可能な限り広い意味で解釈されるべきであり、具体的には、「含む」および「含んでいる」という表現は、包括的意味において、要素、部品、または段階に関し、参照された要素、部品、または段階は、存在してもよく、使用されてもよく、または明示的には言及されていない他の元素、部品、または段階と組み合わされてもよい。
１．熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物であって、
約２％以上の銀と、
約６０％以上のビスマスと、
銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、１種類以上の追加金属と、を含み、
ここで、前記１種類以上の追加金属が、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることがない、
鉛フリーはんだ組成物、
２．ゲルマニウム、インジウム、またはこれらの組み合わせを更に含む、前記１記載の鉛フリーはんだ組成物、
３．１種以上の追加材料が、銅、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む、前記１記載の鉛フリーはんだ組成物、
４．銀を約７％以上含む、前記１記載の鉛フリーはんだ組成物、
５．銀を約２０％以上含む、前記１記載の鉛フリーはんだ組成物、
６．ビスマスを約７２％以上含む、前記１記載のはんだ組成物、
７．ビスマスを約９３％以上含む、前記１記載のはんだ組成物、
８．前記１種類以上の追加金属を約１５％未満含む、前記１記載のはんだ組成物、
９．前記１種類以上の追加金属を約１０％未満含む、前記８記載のはんだ組成物、
１０．前記１種類以上の追加金属を約５％未満含む、前記９記載のはんだ組成物、
１１．はんだ組成物がＢｉ１０Ａｇ１０Ｃｕ−Ｇｅである、前記２記載の鉛フリーはんだ組成物、
１２．はんだ組成物がインジウムを１％未満含む、前記２記載の鉛フリーはんだ組成物、
１３．前記１種類以上の追加金属が銅を含む、前記１２記載の鉛フリーはんだ組成物、
１４．はんだペースト、ポリマーはんだ、はんだ系配合物、またはこれらの組み合わせである、前記１記載の鉛フリーはんだ組成物、
１５．１種類以上の支持材料をさらに含む、前記１記載の鉛フリーはんだ組成物、
１６．前記１種類以上の支持材料が、１種類以上のロジン材料、１種類以上の流体力学的添加物または材料、１種類以上のポリマー添加物または材料、１種類以上の溶媒または溶媒混合液、またはそれらの組み合わせを含む、前記１５記載の鉛フリーはんだ組成物、
１７．熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物の製造方法であって、
約２％以上の銀を提供すること、
約６０％以上のビスマスを提供すること、
銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、１種類以上の追加金属を提供すること、
ビスマス−金属合金を形成するために、ビスマスと前記１種類以上の追加金属を混合すること、及び
はんだ組成物を形成するために、前記ビスマス−金属合金を銅と混合すること、を含み、
ここで、前記１種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない、
製造方法、
１８．前記はんだ組成物が、銅、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む１種類以上の追加材料を含む、前記１７記載の方法、
１９．前記１種類以上の追加金属が亜鉛を含む、前記１７記載の方法、
２０．前記はんだ組成物が、ゲルマニウム、インジウム、またはこれらの組み合わせをさらに含む、前記１７記載の方法、
２１．前記はんだ組成物が、銀を約７％以上含む、前記１７記載の方法、
２２．前記はんだ組成物が、銀を約２０％以上含む、前記１７記載の方法、
２３．前記はんだ組成物が、ビスマスを約７２％以上含む、前記１７記載の方法、
２４．前記はんだ組成物が、ビスマスを約９３％以上含む、前記１７記載の方法、
２５．前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１５％未満含む、前記１７記載の方法、
２６．前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１０％未満含む、前記２５記載の方法、
２７．前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約５％未満含む、前記２６記載の方法、
２８．前記はんだ組成物が、インジウムを１％未満含む、前記２０記載の方法、
２９．熱伝導性を有する鉛フリーはんだ組成物の製造方法であって、
約２％以上の銀を提供すること、
約６０％以上のビスマスを提供すること、
銀とビスマスから成る比較対照はんだ組成物と比べて熱伝導性を増加させる量で、１種類以上の追加金属を提供すること、
銀−金属合金を形成するために、銀と前記１種類以上の追加金属を混合すること、及び
はんだ組成物を形成するために、前記銀−金属合金をビスマスと混合すること、を含み、
ここで、前記１種類の追加金属は、固相線温度を有意に変更することがなく、液相線温度を許容可能な液相温度範囲外に移動させることもない、
製造方法、
３０．前記はんだ組成物が、ゲルマニウム、インジウム、またはこれらの組み合わせをさらに含む、前記２９記載の方法、
３１．前記はんだ組成物が、銅、マグネシウム、アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む１種類以上の追加材料を含む、前記２９記載の方法、
３２．前記はんだ組成物が、銀を約７％以上含む、前記２９記載の方法、
３３．前記はんだ組成物が、銀を約２０％以上含む、前記２９記載の方法、
３４．前記はんだ組成物が、ビスマスを約７２％以上含む、前記２９記載の方法、
３５．前記はんだ組成物が、ビスマスを約９３％以上含む、前記２９記載の方法、
３６．前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１５％未満含む、前記２９記載の方法、
３７．前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約１０％未満含む、前記３６記載の方法、
３８．前記はんだ組成物が、前記１種類以上の追加金属を約５％未満含む、前記３７記載の方法、
３９．前記はんだ組成物が、Ｂｉ１０Ａｇ１０Ｃｕ−Ｇｅである、前記３０記載の方法、
４０．前記はんだ組成物が、１％未満のインジウムを含む、前記３０記載の方法、
４１．前記１種類以上の追加金属が、銅を含む、前記２９記載の方法、
４２．ゲルマニウムをある量で提供すること、及び、前記はんだ組成物がいったん３００℃未満に冷却された後に、前記ゲルマニウムを前記はんだ組成物と混合すること、をさらに含む、前記１７または２９に記載の方法、
４３．表面または基板；
電気的相互接続；
前記１記載のはんだ組成物；および
半導体またはパッケージ、
を含む、層状材料、
４４．前記表面または基板が、プリント回路板、リードフレーム、または適した電子部品を含む、前記４３記載の層状材料、
４５．前記はんだ組成物が、ワイヤー形状、リボン形状、球体形状、またはそれらの組み合わせへと形成される、前記４３記載の層状材料。
【国際調査報告】
2010503538.tif 000016
2010503538.tif 000017