(57)【要約】【課題】接合部との接合性および取り扱い性が良く、容易に製造できると共に、ボイドの発生を抑制することができる線はんだを提供することにある。【解決手段】融点が３００℃以下の第一金属成分からなるシート状部材３の間に、前記第一金属成分からなる低融点粉末１、および前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する第二金属成分からなる高融点粉末２が混合されてなる混合粉を配置させ、圧延されることで、接合部形成時に第一金属成分と第二金属成分とが溶融し拡散してなる合金内への空気の入り込みを抑制させて、ボイドの発生を抑制させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点が３００℃以下の第一金属成分からなるシート状部材と、前記シート状部材の間に配置された、前記第一金属成分からなる低融点粉末、および前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する第二金属成分からなる高融点粉末が混合されてなる混合粉、前記高融点粉末、または前記第一金属成分および前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末とを有する
ことを特徴とする高温はんだ。
【請求項２】
請求項１に記載された高温はんだであって、
前記シート状部材および、前記混合粉末、前記高融点粉末、または前記合金粉末が圧延される
ことを特徴とする高温はんだ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された高温はんだであって、
前記高融点粉末、前記混合粉、または前記合金粉末内に前記シート状部材を少なくとも一つ配置させる
ことを特徴とする高温はんだ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載された高温はんだであって、
前記シート状部材および、前記混合粉末、前記高融点粉末、または前記合金粉末が圧延される前に、所定温度にて加圧される
ことを特徴とする高温はんだ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載された高温はんだであって、
前記高融点粉末、および前記合金粉末の平均粒径は１０μｍ以下である
ことを特徴とする高温はんだ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載された高温はんだであって、
前記第一金属成分および前記第二金属成分は、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＣｕ，Ａｇを主成分とする金属またはその合金である、または、Ｓｎ，Ｉｎ，のうち１種の金属元素またはその合金、およびＮｉを主成分とする金属またはその合金である
ことを特徴とする高温はんだ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載された高温はんだであって、
前記第一金属成分に前記第二金属成分が溶融し拡散して生成され、融点が３５０℃以上となる合金は、Ｓｎ４０〜６０ｗｔ％とＣｕ４０〜６０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｃｕ系合金、Ｉｎ２６〜４４ｗｔ％とＣｕ５６〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ１５〜２４．５ｗｔ％とＡｇ７５．５〜８５ｗｔ％とからなるＳｎ−Ａｇ系合金、Ｉｎ２６〜３５ｗｔ％とＡｇ６５〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ６０〜７４ｗｔ％とＮｉ２６〜４０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｎｉ系合金、Ｉｎ７４〜８２ｗｔ％とＮｉ１８〜２６ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｎｉ系合金である
ことを特徴とする高温はんだ。
【請求項８】
融点が３００℃以下の第一金属成分からなる低融点粉末と前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する第二金属成分からなる高融点粉末とを混合してなる混合粉、前記高融点粉末、または前記第一金属成分および前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末に溶媒を混ぜてスラリーを作製させるスラリー作製工程と、
前記スラリーを前記第一金属成分からなるシート状部材に塗布させる塗布工程と、
前記スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥させる乾燥工程と、
溶媒が蒸発したスラリー上に前記第一金属成分からなるシート状部材を配置させて高温はんだ本体を作製させる高温はんだ本体作製工程と、
前記高温はんだ本体を圧延して一体化する圧延工程とを有し、前記工程を同順序にて行うようにした
ことを特徴とする高温はんだの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載された高温はんだの製造方法であって、
前記高温はんだ本体作製工程の後に、前記高温はんだ本体を所定温度にて加圧させるホットプレス工程を設ける
ことを特徴とする高温はんだの製造方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載された高温はんだの製造方法であって、
前記高融点粉末、および前記合金粉末の平均粒径は１０μｍ以下である
ことを特徴とする高温はんだの製造方法。
【請求項１１】
請求項８乃至請求項１０の何れかに記載された高温はんだの製造方法であって、
前記第一金属成分および前記第二金属成分は、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＣｕ，Ａｇを主成分とする金属またはその合金である、または、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＮｉを主成分とする金属またはその合金である
ことを特徴とする高温はんだの製造方法。
【請求項１２】
請求項８乃至請求項１１の何れかに記載された高温はんだの製造方法であって、
前記第一金属成分に前記第二金属成分が溶融し拡散して生成され、融点が３５０℃以上となる合金は、Ｓｎ４０〜６０ｗｔ％とＣｕ４０〜６０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｃｕ系合金、Ｉｎ２６〜４４ｗｔ％とＣｕ５６〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ１５〜２４．５ｗｔ％とＡｇ７５．５〜８５ｗｔ％とからなるＳｎ−Ａｇ系合金、Ｉｎ２６〜３５ｗｔ％とＡｇ６５〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ６０〜７４ｗｔ％とＮｉ２６〜４０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｎｉ系合金、Ｉｎ７４〜８２ｗｔ％とＮｉ１８〜２６ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｎｉ系合金である
ことを特徴とする高温はんだの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温はんだおよびその製造方法に関し、詳細には、Ｐｂフリーはんだであって、接合部に発生し易いボイドを抑制し、電子部品の接合、特に半導体素子のダイボンディグや積層セラミックコンデンサのろう付け等に用いて好適な高温はんだおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波素子やトランジスタ素子など半導体素子の内部のダイボンディング、積層セラミックコンデンサのろう付け、両面および二次実装する際における最初のロウ付け部分の接続、パッケージの気密封止等においては、一般にＰｂを８５％〜９５％含むＰｂ−Ｓｎ合金等が使用されている。この合金は高融点であり、高温はんだと称される。この高温はんだによれば、ろう材の溶融温度の２６０℃以上となる３００℃〜３６０℃にてろう付けが可能となり、実装時などの熱履歴に接合部が耐えることができる。
【０００３】
しかし、Ｐｂ系合金については、環境汚染に対する配慮からＰｂの使用が敬遠され、高温はんだにおいても、Ｐｂを含まないはんだ（Ｐｂフリーはんだ）が求められている。このようなＰｂフリーはんだとして、Ｓｎなどの低融点化合物とＣｕ，Ｎｉ，またはＡｇなどの高融点化合物とを有する、混合粉や積層膜・シートなどからなるが考えられている。例えば、特許文献１には、Ｃｕの粒子とＳｎの粒子とを含む材料を圧延して形成されたはんだ箔が開示されている。また、特許文献２には、低融点である、例えばＺｎ−４Ａｌ−３Ｍｇ−４Ｇｅボールと、高融点であるＡｌボールとを含む材料を圧延して形成されたはんだが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０１５８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３０７１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、混合粉、または積層膜からなるＰｂフリーはんだは、線材や板材に成型することができず、取り扱い性が良くなかった。また、このＰｂフリーはんだにより接合部形成の際にボイド（空隙）が多く生成することが知られており、半導体素子のダイボンディング等の用途では、微少な接合部における接合強度を有し、かつ信頼性も要求されることから、生成したボイドは不具合の原因となってしまう。また、積層膜からなるＰｂフリーはんだでは、積層するための製造が複雑であった。
【０００６】
特許文献１に記載のはんだ箔では、高融点であるＣｕが接合時に被接合部と接触し、この部分では固体と固体との接触となるため接合が起こらず、これにより十分な接合強度を得ることができない可能性があった。また、Ｃｕの粒子のみを低融点であるＮｉでメッキすることで、被接続部とＣｕとの接触を防止することができるものの、メッキ処理を行なう工程が追加されるため、製造コストが増大してしまう。
【０００７】
特許文献２に記載のはんだでは、高融点であるＡｌが接合時に被接続部と接触し、この部分では固体と固体との接触となるため接合が起こらず、これにより十分な接合強度を得ることができない可能性があった。また、Ｚｎ−４Ａｌ−３Ｍｇ−４Ｇｅボールと、高融点であるＡｌボールとを含む材料を圧延して形成されたはんだを低融点であるＳｎ系でメッキすることで、非接続部とＡｌとの接触を防止することができるものの、メッキ処理を行なう工程が追加されるため、製造コストが増大してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、接合部との接合性および取り扱い性が良く、容易に製造できると共に、ボイドの発生を抑制することができる高温はんだおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決する第１の発明に係る高温はんだは、融点が３００℃以下の第一金属成分からなるシート状部材と、前記シート状部材の間に配置された、前記第一金属成分からなる低融点粉末、および前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する第二金属成分からなる高融点粉末が混合されてなる混合粉、前記高融点粉末、または前記第一金属成分および前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末とを有することを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決する第２の発明に係る高温はんだは、第１の発明に記載された高温はんだであって、前記シート状部材および、前記混合粉末、前記高融点粉末、または前記合金粉末が圧延されることを特徴とする。
【００１１】
上述した課題を解決する第３の発明に係る高温はんだは、第１または第２の発明に記載された高温はんだであって、前記高融点粉末、前記混合粉、または前記合金粉末内に前記シート状部材を少なくとも一つ配置させることを特徴とする。
【００１２】
上述した課題を解決する第４の発明に係る高温はんだは、第２または第３の発明に記載された高温はんだであって、前記シート状部材および、前記混合粉末、前記高融点粉末、または前記合金粉末が圧延される前に、所定温度にて加圧されることを特徴とする。
前記所定温度としては、常温から２３０℃の範囲が挙げられ、加圧の条件としては５０ＭＰａ〜２００ＭＰａが挙げられる。
【００１３】
上述した課題を解決する第５の発明に係る高温はんだは、第１乃至第４の何れかの発明に記載された高温はんだであって、前記高融点粉末、および前記合金粉末の平均粒径は１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
上述した課題を解決する第６の発明に係る高温はんだは、第１乃至第５の何れかの発明に記載された高温はんだであって、前記第一金属成分および前記第二金属成分は、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＣｕ，Ａｇを主成分とする金属またはその合金である、または、Ｓｎ，Ｉｎ，のうち１種の金属元素またはその合金、およびＮｉを主成分とする金属またはその合金であることを特徴とする。
【００１５】
上述した課題を解決する第７の発明に係る高温はんだは、第１乃至第６の何れかの発明に記載された高温はんだであって、前記第一金属成分に前記第二金属成分が溶融し拡散して生成され、融点が３５０℃以上となる合金は、Ｓｎ４０〜６０ｗｔ％とＣｕ４０〜６０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｃｕ系合金、Ｉｎ２６〜４４ｗｔ％とＣｕ５６〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ１５〜２４．５ｗｔ％とＡｇ７５．５〜８５ｗｔ％とからなるＳｎ−Ａｇ系合金、Ｉｎ２６〜３５ｗｔ％とＡｇ６５〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ６０〜７４ｗｔ％とＮｉ２６〜４０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｎｉ系合金、Ｉｎ７４〜８２ｗｔ％とＮｉ１８〜２６ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする。
前記第一金属成分に対する前記第二金属成分の割合として、例えば４０ｗｔ％が挙げられる。
【００１６】
上述した課題を解決する第８の発明に係る高温はんだの製造方法は、融点が３００℃以下の第一金属成分からなる低融点粉末と前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する第二金属成分からなる高融点粉末とを混合してなる混合粉、前記高融点粉末、または前記第一金属成分および前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末に溶媒を混ぜてスラリーを作製させるスラリー作製工程と、前記スラリーを前記第一金属成分からなるシート状部材に塗布させる塗布工程と、前記スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥させる乾燥工程と、溶媒が蒸発したスラリー上に前記第一金属成分からなるシート状部材を配置させて高温はんだ本体を作製させる高温はんだ本体作製工程と、前記高温はんだ本体を圧延して一体化する圧延工程とを有し、前記工程を同順序にて行うようにしたことを特徴とする。
【００１７】
上述した課題を解決する第９の発明に係る高温はんだの製造方法は、第８の発明に記載された高温はんだの製造方法であって、前記高温はんだ本体作製工程の後に、前記高温はんだ本体を所定温度にて加圧させるホットプレス工程を設けることを特徴とする。
前記所定温度としては、常温から２３０℃の範囲が挙げられ、加圧の条件としては５０ＭＰａ〜２００ＭＰａが挙げられる。
【００１８】
上述した課題を解決する第１０の発明に係る高温はんだの製造方法は、第８または第９の発明に記載された高温はんだの製造方法であって、前記高融点粉末、および前記合金粉末の平均粒径は１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
上述した課題を解決する第１１の発明に係る高温はんだの製造方法は、第８乃至第１０の何れかの発明に記載された高温はんだの製造方法であって、前記第一金属成分および前記第二金属成分は、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＣｕ，Ａｇを主成分とする金属またはその合金である、または、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＮｉを主成分とする金属またはその合金であることを特徴とする。
【００２０】
上述した課題を解決する第１２の発明に係る高温はんだの製造方法は、第８乃至第１１の何れかの発明に記載された高温はんだの製造方法であって、前記第一金属成分に前記第二金属成分が溶融し拡散して生成され、融点が３５０℃以上となる合金は、Ｓｎ４０〜６０ｗｔ％とＣｕ４０〜６０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｃｕ系合金、Ｉｎ２６〜４４ｗｔ％とＣｕ５６〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ１５〜２４．５ｗｔ％とＡｇ７５．５〜８５ｗｔ％とからなるＳｎ−Ａｇ系合金、Ｉｎ２６〜３５ｗｔ％とＡｇ６５〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ６０〜７４ｗｔ％とＮｉ２６〜４０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｎｉ系合金、Ｉｎ７４〜８２ｗｔ％とＮｉ１８〜２６ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする。
前記第一金属成分に対する前記第二金属成分の割合として、例えば４０ｗｔ％が挙げられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る高温はんだによれば、融点が３００℃以下の第一金属成分からなるシート状部材と、前記シート状部材の間に配置された、前記第一金属成分からなる低融点粉末、および前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する第二金属成分からなる高融点粉末が混合されてなる混合粉、前記高融点粉末、または前記第一金属成分および前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末とを有することにより、前記高融点粉末と前記シート状部材との接触面積が大きくなり、接合部形成時に合金化が進行し易くなる。また、接合部形成時に、前記シート状部材が溶融して、前記高融点粉末の周囲を覆うことになるので、合金化が一層進行し易くなる。よって、接合部との接合性が向上する。
【００２２】
第一金属成分と第二金属成分とを所定の組成割合にしたことで、第一金属成分に第二金属成分が溶融し拡散してなる合金の融点が３５０℃以上となり、電子部品の接合、特に半導体素子のダイボンディグや積層セラミックコンデンサのろう付け等に用いて好適となる。
【００２３】
前記高融点粉末、前記混合粉、または前記合金粉末内に前記シート状部材を少なくとも一つ配置させることにより、前記高融点粉末、前記混合粉、または前記合金粉末は均一に分布した状態に配置されるので、合金化が進行し易くなる。
【００２４】
前記シート状部材および、前記混合粉末、前記高融点粉末、または前記合金粉末が圧延される前に、所定温度にて加圧させることにより、前記シート状部材および、前記混合粉末、前記高融点粉末、または前記合金粉末を圧延した際に、前記混合粉末、前記高融点粉末、または前記合金粉末が不均一に分布することを防ぐことができる。さらに、前記加圧時に、低融点粉末と高融点粉末とが溶融してなる合金化が少し生じており、接合部形成時に第一金属成分と第二金属成分とが溶融し拡散してなる合金化が進み易くなる。
【００２５】
前記高温融点粉末または前記合金粉末を所定の粒径以下とすることで、所定の温度にて数十秒間にて加熱した際に、その中心部まで合金化が進行することとなり、十分な接合強度を得ることができる。
【００２６】
本発明に係る高温はんだの製造方法によれば、融点が３００℃以下の第一金属成分からなる低融点粉末と前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する第二金属成分からなる高融点粉末とを混合してなる混合粉、前記高融点粉末、または前記第一金属成分および前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末に溶媒を混ぜてスラリーを作製させるスラリー作製工程と、前記スラリーを前記第一金属成分からなるシート状部材に塗布させる塗布工程と、前記スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥させる乾燥工程と、溶媒が蒸発したスラリー上に前記第一金属成分からなるシート状部材を配置させて高温はんだ本体を作製させる高温はんだ本体作製工程と、前記高温はんだ本体を圧延して一体化する圧延工程とを有し、前記工程を同順序にて行うようにしたことにより、前記混合粉、前記高融点粉末、または前記合金粉末と前記シート状部材との間の空隙が少なくされる。また、前記工程自体が簡易であり、その製造コストの増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る高温はんだを実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。
【実施例１】
【００２８】
以下に、本発明の第１の実施例に係る高温はんだについて、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る高温はんだの概略図であり、図２は、その製造工程を示す図である。
【００２９】
本発明の第１の実施例に係る高温はんだ１０は、図１に示すように、融点が３００℃以下（低融点）の金属または合金である第一金属成分からなる低融点粉末１、および前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物である合金を生成する第二金属成分からなる高融点粉末２が混合されてなる混合粉と、前記混合粉からなる層の両側に配置され、前記第一金属成分からなるシート状部材３とを有し、前記混合粉および前記シート状部材３が圧延されてなる。すなわち、二つのシート状部材３の間に前記混合粉が挟み込まれる。ただし、前記混合粉はその厚みが均一となるように配置される。また、低融点粉末１および高融点粉末２の平均粒径は、１０μｍ以下とする。このような粒径の範囲とすることで、所定の温度、例えば４００℃にて数十秒間にて加熱した際に、その中心部まで合金化が進行することとなり、十分な接合強度を得ることができる。
【００３０】
前記第一金属成分および前記第二金属成分としては、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＣｕ，Ａｇを主成分とする金属またはその合金である。または、Ｓｎ，Ｉｎのうち１種の金属元素またはその合金、およびＮｉを主成分とする金属またはその合金が挙げられる。
【００３１】
また、前記第一金属成分に前記第二金属成分が溶融し拡散して生成され、融点が３５０℃以上となる合金として、例えば、Ｓｎ４０〜６０ｗｔ％とＣｕ４０〜６０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｃｕ系合金、Ｉｎ２６〜４４ｗｔ％とＣｕ５６〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ１５〜２４．５ｗｔ％とＡｇ７５．５〜８５ｗｔ％とからなるＳｎ−Ａｇ系合金、Ｉｎ２６〜３５ｗｔ％とＡｇ６５〜７４ｗｔ％とからなるＩｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ６０〜７４ｗｔ％とＮｉ２６〜４０ｗｔ％とからなるＳｎ−Ｎｉ系合金、Ｉｎ７４〜８２ｗｔ％とＮｉ１８〜２６ｗｔ％とからなるＩｎ−Ｎｉ系合金が挙げられる。
【００３２】
前記第一金属成分に対する前記第二金属成分の割合として、例えば４０ｗｔ％が挙げられる。このような割合にすることで、第一金属成分に第二金属成分が溶融し拡散してなる合金の融点が３５０℃以上となり、電子部品の接合、特に半導体素子のダイボンディグや積層セラミックコンデンサのろう付け等に用いて好適となる。
【００３３】
上述した高温はんだ１０の製造方法について、図２を用いて説明する。
【００３４】
最初に、図２に示すように、ステップＳ１にて、低融点粉末１と高融点粉末２とを混合してなる混合粉に、溶媒、例えばエタノールを混ぜてスラリーが作製される（スラリー作製工程）。ただし、溶媒は、沸点が比較的低く、室温にて揮発するものであれば良い。溶媒の濃度は、１０〜４０ｗｔ％とする。溶媒の濃度が１０ｗｔ％より低くなると、後述する圧延工程にて、混合粉の分布が不均一になる。また、前記溶媒の濃度が４０ｗｔ％より高くなると、シート状部材３に塗布した際にスラリーが流動してしまい、均一に分布した状態を維持させることができなくなる。よって、このような溶媒の濃度とすることにより、スラリー自体が好適な粘性を有することとなる。
【００３５】
続いて、ステップＳ２に進み、前記スラリーが第一金属成分からなるシート状部材に、その厚みが均一となるように塗布される（塗布工程）。このように塗布することで、第二金属成分からなる高融点粉末が高温はんだ内に均一に分布した状態となり、溶融し接合するときに、合金化が均一に進むこととなる。
【００３６】
続いて、ステップＳ３に進み、スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥させる（乾燥工程）。例えば、１００℃にて３分間加熱することにより前記スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥させる。
【００３７】
続いて、ステップＳ４に進み、溶媒が蒸発したスラリー上に前記第一金属成分からなるシート状部材を配置させて高温はんだ本体が作製される（高温はんだ本体作製工程）。
【００３８】
続いて、ステップ５に進み、前記高温はんだ本体が圧延され前記混合粉とシート状部材３とが圧着され一体化されて、高温はんだが製造される（圧延工程）。
【００３９】
したがって、本発明の第１の実施例に係る高温はんだ１０によれば、第一金属成分からなるシート状部材３と、シート状部材３の間に配置された、前記第一金属成分からなる低融点粉末１、および第二金属成分からなる高融点粉末２が混合されてなる混合粉とを有することで、低融点粉末１と高融点粉末２との接触面積が大きくなり、接合部形成時に合金化が進行し易くなる。また、接合部形成時に、低融点粉末１およびシート状部材３が溶融して、高融点粉末２の周囲を覆うことになるので、合金化が一層進行し易くなる。よって、接合部との接合性が向上する。
【００４０】
また、シート状部材３の間に前記混合粉を配置した状態にて圧延したことで、前記混合粉の間の空隙が少なくなると共に、シート状部材３と前記混合粉との間の空隙が少なくなる。よって、接合部形成時に第一金属成分と第二金属成分とが溶融し拡散してなる合金内への空気の入り込みが抑制され、その結果、ボイドの発生が抑制される。
【００４１】
また、本発明の第１の実施例に係る高温はんだの製造方法によれば、前記混合粉からなるスラリーを作製するスラリー作製工程と、スラリーをシート状部材に塗布する塗布工程と、スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥する乾燥工程と、溶媒が蒸発したスラリーの上にシート状部材を配置させて高温はんだ本体を作製する高温はんだ本体作製工程と、前記高温はんだ本体を圧延して一体化させる圧延工程とを有し、前記工程を同順序にておこなうようにしたことで、前記混合粉の間の空隙が少なくされると共に、前記混合粉と前記シート状部材との間の空隙が少なくされる。よって、接合部形成時に第一金属成分と第二金属成分とが溶融し拡散してなる合金内への空気の入り込みが抑制され、その結果、ボイドの発生が抑制される。また、前記工程自体が簡易であり、その製造コストの増加を抑制することができる。
【００４２】
なお、上記では、第一金属成分からなるシート状部材３と、シート状部材３の間に配置された、前記第一金属成分からなる低融点粉末１、および第二金属成分からなる高融点粉末２が混合されてなる混合粉とを有する高温はんだ１０を用いて説明したが、前記第一金属成分と前記第二金属成分とが所定の組成割合となれば良く、例えば、前記第一金属成分からなるシート状部材の間に第二金属成分からなる高融点粉末のみを配置するようにしても良い。このような高温はんだであっても、上述した本発明の第１の実施例に係る高温はんだと同様な作用効果を奏する。
【００４３】
なお、上述した本発明の第１の実施例に係る高温はんだの製造方法では、高温はんだ本体を作製した後に圧延を行うようにしたが、前記圧延を行う前に、高温はんだ本体に対して所定温度、例えば、常温から２３０℃の範囲にて５０ＭＰａ〜２００ＭＰａにて加圧させるホットプレス工程を設けても良い。このような工程を設けることで、上述した本発明の第１の実施例に係る高温はんだの製造方法と同様な作用効果を奏する他、高温はんだ本体を圧延した際に、前記混合粉が不均一に分布することを防ぐことができる。さらに、ホットプレス工程において、低融点粉末と高融点粉末とが溶融してなる合金化が少し生じており、接合部形成時に第一金属成分と第二金属成分とが溶融し拡散してなる合金化が進み易くなる。
【実施例２】
【００４４】
以下の本発明の第２の実施例に係る高温はんだについて、図面を用いて説明する。
図３は、本発明の第２の実施例に係る高温はんだの概略図であり、図５は、その製造工程を示す図である。ただし、本発明の第２の実施例に係る高温はんだは、上述した第１の実施例に係る高温はんだと同じ材料を有しており、同一材料には同一符号を付記しその説明を省略する。またその製造方法は、上述した第１の実施例に係る高温はんだの製造方法に積層する工程を追加したものであり、それ以外の工程が同じであるので、同一工程には同一符号を付記しその説明を省略する。また、第一金属成分および第二金属成分は、上述した実施例１に記載の第一金属成分および第二金属成分と同じであり、その説明を省略する。
【００４５】
本発明の第２の実施例に係る高温はんだ２０は、図３に示すように、融点が３００℃以下（低融点）の金属または合金である第一金属成分からなるシート状部材３の間に配置された、前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物である合金を生成する第二金属成分からなる高融点粉末２内にシート状部材３が配置され、高融点粉末２およびシート状部材３が圧延されてなる。すなわち、この高温はんだ２０は、シート状部材３の間に、高融点粉末２とシート状部材３とが交互に積層して配置され、圧延されてなる。
【００４６】
上述した高温はんだ２０の製造方法について、図４を用いて説明する。
【００４７】
最初に、図４に示すように、ステップＳ２１にて、高融点粉末２に溶媒、例えばエタノールを混ぜてスラリーが作製される（スラリー作製工程）。ただし、溶媒は、沸点が比較的低く、室温にて揮発するものであれば良い。溶媒の濃度は、１０〜４０ｗｔ％とする。溶媒の濃度が１０ｗｔ％より低くなると、後述する圧延工程にて、高融点粉末の分布が不均一になる。また、前記溶媒の濃度が４０ｗｔ％より高くなると、シート状部材３に塗布した際にスラリーが流動してしまい、均一に分布した状態を維持させることができなくなる。よって、このような溶媒の濃度とすることにより、スラリー自体が好適な粘性を有することとなる。
【００４８】
続いて、ステップＳ２に進み、前記スラリーがシート状部材にその厚みが均一となるように塗布される（塗布工程）。続いて、ステップＳ３に進み、前記スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥させる（乾燥工程）。続いて、ステップＳ４に進み、溶媒が蒸発したスラリー上にシート状部材を配置させて高温はんだ本体が作製される（高温はんだ本体作製工程）。
【００４９】
続いて、ステップＳ２７に進み、第一金属成分と第二金属成分の組成比の判定が行われており（組成比判定工程）、前記第一金属成分と前記第二金属成分との組成比が所定の組成比、例えば前記第一金属成分に対して４０ｗｔ％第二金属成分より大きい場合には、ステップＳ５に進み、前記組成比が前記所定の組成比以下の場合には、ステップＳ２に戻される。すなわち、前記組成比が所定の組成比となるまで、塗布工程、乾燥工程、および高温はんだ本体作製工程が繰り返し行われ、シート状部材とスラリーとが交互に積層される。
【００５０】
続いて、ステップＳ５にて、前記高温はんだ本体が圧延され高融点粉末２とシート状部材３とが圧着され一体化されて、高温はんだが製造される（圧延工程）。
【００５１】
したがって、本発明の第２の実施例に係る高温はんだ２０によれば、上述した第１の実施例に係る高温はんだと同様な作用効果を奏する他、高融点粉末２は均一に分布した状態に配置されるので、合金化が進行し易くなる。
【００５２】
また、本発明の第２の実施例に係る高温はんだの製造方法によれば、上述した第１の実施例に係る高温はんだの製造方法と同様な作用効果を奏する他、スラリーが高融点粉末２および溶媒のみからなるので、スラリー作製工程自体が簡易になり、その製造コストの増加を抑制することができる。
【００５３】
なお、上記では、第一金属成分からなるシート状部材３と、シート状部材３の間に配置された第二金属成分からなる高融点粉末２が混合されてなる混合粉とを有する高温はんだ２０を用いて説明したが、前記第一金属成分と前記第二金属成分とが所定の組成割合となれば良く、例えば、前記第一金属成分からなるシート状部材の間に、前記第一金属成分からなる低融点粉末と、前記第二金属成分からなる高融点粉末とを配置するようにしても良い。このような高温はんだであっても、上述した本発明の第２の実施例に係る高温はんだと同様な作用効果を奏する。
【実施例３】
【００５４】
以下に、本発明の第３の実施例に係る高温はんだについて、図面を用いて説明する。
図５は、本発明の第３の実施例に係る高温はんだの概略図である。
【００５５】
本発明の第３の実施例に係る高温はんだ３０は、融点が３００℃以下（低融点）の第一金属成分からなるシート状部材３と、前記シート状部材の間に配置された、前記第一金属成分および前記第一金属成分に溶融し拡散して３５０℃以上の高融点化合物を生成する前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末３１とを有し、シート状部材３および合金粉末３１が圧延されてなる。すなわち、二つのシート状部材３の間に合金粉末３１が挟み込まれる。ただし、合金粉末３１はその厚みが均一となるように配置される。また、合金粉末３１の平均粒径は、１０μｍ以下とする。
【００５６】
上述した高温はんだ３０の製造方法は、上述した第１の実施例に係る高温はんだの製造方法におけるステップＳ１において、低融点粉末１と高融点粉末２とを混合してなる混合粉の代わりに、前記第一金属成分と前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末を用いたものであり、それ以外は同一工程であるので、その説明を省略する。
【００５７】
すなわち、最初に、前記第一金属成分と前記第二金属成分が合金化されてなる合金粉末に、溶媒、例えばエタノールを混ぜてスラリーが作製される（スラリー作製工程）。続いて、前記スラリーがシート状部材にその厚みが均一となるように塗布される（塗布工程）。
【００５８】
続いて、前記スラリーの溶媒を蒸発させて乾燥させる（乾燥工程）。続いて、溶媒が蒸発したスラリー上にシート状部材を配置させて高温はんだ本体が作製される（高温はんだ本体作製工程）。続いて、前記高温はんだ本体を圧延し合金粉末３１およびシート状部材３を圧着させ一体化させて、高温はんだが製造される（圧延工程）。
【００５９】
したがって、本発明の第３の実施例に係る高温はんだ３０によれば、上述した第１の実施例に係る高温はんだと同様な作用効果を奏する他、シート状部材３の間に合金粉末３１が配置されるので、接合部形成時に、シート状部材３が溶融して、合金粉末３１の周囲を覆うようになり、合金化が進行し易くなる。また、合金粉末３１自体が合金化の起点となるので、シート状部材３と合金粉末３１との合金化がより一層進行し易くなる。
【００６０】
また、本発明の第３の実施例に係る高温はんだの製造方法によれば、上述した第１の実施例に係る高温はんだの製造方法と同様な作用効果を奏する他、スラリーが合金粉末３１および溶媒のみからなるので、スラリー作製工程自体が簡易になり、その製造コストの増加を抑制することができる。
【００６１】
［評価］
上述した高温はんだの断面状態、およびその表面における金属分布の状態について、評価を行った。図６は、第１〜第４試験体を光学顕微鏡による観察結果を示す図であり、図６（ａ）に第１試験体の光学顕微鏡による観察結果、図６（ｂ）に第２試験体の光学顕微鏡による観察結果、図６（ｃ）に第３試験体の光学顕微鏡による観察結果、図６（ｄ）に第４試験体の光学顕微鏡による観察結果を示す。図７は、第１試験体とＣｕの粒子およびＣｕの粒子を含む材料を圧延して形成されたはんだ箔の表面における金属分布の観察結果を示す図であり、図７（ａ）に第１試験体の走査型電子顕微鏡による観察結果、図７（ｂ）に第１試験体のＣｕ特性Ｘ線像、図７（ｃ）に前記高温はんだの走査型電子顕微鏡による観察結果、図７（ｄ）に前記高温はんだのＣｕ特性Ｘ線像を示す。
【００６２】
＜第１試験体＞
第１試験体４０は、Ｓｎからなるシート状部材（厚さ：４０μｍ）４１と、シート状部材４１の間に配置された、９０％が直径８μｍのＣｕ粉末４２とを有し、シート状部材４１およびＣｕ粉末４２が圧延され、Ｃｕ粉末４２とシート状部材４１とが圧着され一体化されて製造された高温はんだである。
【００６３】
＜第２試験体＞
第２試験体５０は、Ｓｎからなるシート状部材（厚さ：４０μｍ）５１の間に配置された、９０％が直径８μｍのＣｕ粉末５２内に、シート状部材５１が配置され、圧延されＣｕ粉末５２とシート状部材５１とが圧着され一体化されて製造された高温はんだである。すなわち、シート状部材５１の間に、シート状部材５１とＣｕ粉末５２とが交互に積層され、Ｃｕ粉末５２とシート状部材５１とが圧着され一体化されて製造された高温はんだである。ただし、第２試験体５０は、Ｃｕ粉末５２内にシート状部材５１が一つ配置された高温はんだである。
【００６４】
＜第３試験体＞
第３試験体６０は、Ｓｎからなるシート状部材（厚さ：４０μｍ）６１と、シート状部材６１の間に配置された、９０％が直径８μｍのＣｕ粉末、および９０％が直径４０μｍのＳｎ粉末とがＣｕ−２０ｗｔ％Ｓｎの重量比にて混合されてなる混合粉６２とを有し、シート状部材６１および混合粉６２が圧延され、混合粉６２とシート状部材６１とが圧着され一体化されて製造された高温はんだである。
【００６５】
＜第４試験体＞
第４試験体７０は、第１試験体において、圧延される前に、所定温度および所定圧力にて加圧された高温はんだである。すなわち、第４試験体７０は、Ｓｎからなるシート状部材（厚さ：４０μｍ）７１と、シート状部材７１の間に配置された、９０％が直径８μｍのＣｕ粉末７２とを有し、シート状部材７１およびＣｕ粉末７２が常温から２３０℃の範囲にて５０ＭＰａ〜２００ＭＰａにて加圧され、さらに圧延され、Ｃｕ粉末７２とシート状部材７１とが圧着され一体化されて製造された高温はんだである。
【００６６】
ここで、上述した第１，第２，第３，および第４試験体４０，５０，６０，７０に対して光学顕微鏡にて観察した結果について図６を用いて説明する。
図６（ａ）に示すように、第１試験体４０では、中央にほぼ均一にＣｕ粉末４２が配置される一方、表面にＳｎからなるシート状部材４１が配置されることが分かった。よって、接合部形成時に、シート状部材４１が溶融しＣｕ粉末４２を覆うようになり、均質な合金ができることが分かった。
【００６７】
図６（ｂ）に示すように、第２試験体５０では、シート状部材５１の間にＣｕ粉末５２が均一に配置される一方、表面にＳｎからなるシート状部材５１が配置されることが分かった。よって、接合部形成時に、シート状部材５１が溶融しＣｕ粉末５２を覆うようになり、均質な合金ができることが分かった。
【００６８】
図６（ｃ）に示すように、第３試験体６０では、シート状部材６１の間にＣｕ粉末およびＳｎ粉末からなる混合粉末６２が均一に配置される一方、表面にＳｎからなるシート状部材６１が配置されることが分かった。よって、接合部形成時に、シート状部材６１およびＳｎ粉末が溶融しＣｕ粉末を覆うようになると共に、前記Ｃｕ粉末が前記Ｓｎ粉末と接する接触面積が大きくなり、均質な合金ができることが分かった。
【００６９】
図６（ｄ）に示すように、第４試験体７０では、上述した第１〜第３試験体に比べて、Ｃｕ粉末同士がより密着して空隙が少なくなると共に、Ｃｕ粉末７２とシート状部材７１とがより密着して空隙が少なくなることが分かった。よって、接合部形成時に、前記空隙によるボイドの発生が抑制されることが分かった。
【００７０】
なお、上記では、シート状部材の間に第一金属成分および第二金属成分からなる合金粉末を配置し圧延してなる高温はんだについては評価していないが、第１試験体のＣｕ粉末の代わりに合金粉末を用いれば良く、第１試験体と同様な観察結果を得られることは明らかである。
【００７１】
ここで、第１試験体の表面、および特許文献１に記載のＣｕの粒子およびＳｎの粒子を含む材料を圧延して形成されたはんだ箔の表面を走査型電子顕微鏡にて観察した結果について図７を用いて説明する。
第１試験体では、図７（ａ）に示すように、その表面にＳｎが観察され、図７（ｂ）に示すように、その表面にＣｕが観察されないことが分かった。すなわち、第１試験体では、その表面にＣｕ粉末がないことが分かった。
【００７２】
前記はんだ箔では、図７（ｃ）に示すように、その表面にＳｎおよびＣｕが観察され、図７（ｄ）に示すように、その表面にＣｕが観察されることが分かった。すなわち、前記はんだ箔では、その表面にＣｕの粒子があることが分かった。
【００７３】
よって、第１試験体では、接合部形成時に、Ｓｎからなるシート状部材から溶融しＣｕ粉末の周囲に拡散し、合金化されるので、均質に接合されるものの、前記はんだ箔では、接合部形成時に、接合部とＣｕの粒子とが接触するため、この部分では固体と固体との接触となるため接合が起こらず、これにより十分な接合強度を得ることができない可能性があることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、高温はんだおよびその製造方法に利用することが可能であり、詳細には、Ｐｂフリーはんだであって、接合部に発生し易いボイドを抑制し、電子部品の接合、特に半導体素子のダイボンディグや積層セラミックコンデンサのろう付け等に好適な高温はんだおよびその製造方法に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施例に係る高温はんだの概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る高温はんだの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る高温はんだの概略図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る高温はんだの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る高温はんだの概略図である。
【図６】第１〜第４試験体を光学顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図７】第１試験体とＣｕの粒子およびＣｕの粒子を含む材料を圧延して形成されたはんだ箔の表面における金属分布の観察結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１                  低融点粉末
２                  高融点粉末
３                  シート状部材
１０，２０，３０    高温はんだ
３１                合金粉末
【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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