(57)【要約】【課題】接合面にＣｕを含む被接合部材の接合に用いた場合でも、十分な接合強度のはんだ接合部を形成できるはんだペーストを提供することを目的とする。【解決手段】金属粉末を含有するはんだペーストであって、  前記金属粉末が、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、Ｓｎ粉末とからなり、  前記ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ａｇを０．１質量％以上１１．０質量％以下の割合で含有し、前記金属粉末に占める前記Ｓｎ粉末の割合が、０．２質量％以上３．０質量％以下であるはんだペーストを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末を含有するはんだペーストであって、
前記金属粉末が、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、Ｓｎ粉末とからなり、
前記ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ａｇを０．１質量％以上１１．０質量％以下の割合で含有し、前記金属粉末に占める前記Ｓｎ粉末の割合が、０．２質量％以上３．０質量％以下であるはんだペースト。
【請求項２】
前記ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末が、Ｂｉと、Ａｇとから構成されたＢｉ−Ａｇ合金粉末である請求項１に記載のはんだペースト。
【請求項３】
接合面にＣｕを含む被接合部材と、他の被接合部材との接合に用いる請求項１または２に記載のはんだペースト。
【請求項４】
接合面にＡｇを含む被接合部材と、他の被接合部材との接合に用いる請求項１または２に記載のはんだペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子部品や半導体素子等の組立て等に用いるはんだペーストには、被接合部材に対する濡れ性等の通常のはんだペーストに要求される特性の中でも、以下の（１）〜（３）等の特性を満たすことが特に要求されている。
（１）３２０℃以下の温度ではんだ付けが可能なこと。
（２）プリント基板やリードフレームへ実装後にはんだ付けした部品が作動最高温度である２００℃の温度で再溶融しないこと。
（３）はんだ接合部の信頼性が確保できること、即ち比較的高温の使用環境下においてはんだ接合部の劣化が生じないこと。
【０００３】
これらの特性を有するはんだペーストとして、従来から例えばＰｂ−５質量％Ｓｎを含有する高温はんだペーストが使用されている。しかし、近年では環境汚染防止への配慮から、Ｐｂを含まない、いわゆるＰｂフリーの高温はんだペーストが求められている。Ｐｂフリーの高温はんだペーストとしては、上記（１）〜（３）の特性を全て満たす適切な材料は見出されておらず、各種検討が進められている。
【０００４】
例えば特許文献１には、約６０重量％〜約９２重量％の第１はんだ合金パウダーと、０重量％よりも多いが約１２重量％よりも少ない第２はんだ合金パウダーと、フラックスと、を含み、前記第１はんだ合金パウダーが、約２６０℃を超える固相温度を有する第１はんだ合金を含み、前記第２はんだ合金パウダーが、約２５０℃よりも小さい固相温度を有する第２はんだ合金を含むことを特徴とする、はんだペーストが開示されている。そして、第１はんだ合金はＢｉ−Ａｇ、Ｂｉ−Ｃｕ又はＢｉ−Ａｇ−Ｃｕ合金を含み、第２はんだ合金はＳｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金等を含む旨も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５２５１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで電子部品や半導体素子等の組立ての際、接合面にＣｕを含む被接合部材が用いられる場合がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されたはんだペーストを、接合面にＣｕを含む被接合部材と他の被接合部材との接合に適用した場合、Ｓｎ合金添加量によってははんだ接合部の接合強度が低くなり、信頼性が確保できない場合があった。
【０００８】
上記従来技術の問題に鑑み、本発明の一側面では、接合面にＣｕを含む被接合部材の接合に用いた場合でも、十分な接合強度のはんだ接合部を形成できるはんだペースト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】
上記課題を解決するため本発明の一態様では、
金属粉末を含有するはんだペーストであって、
前記金属粉末が、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、Ｓｎ粉末とからなり、
前記ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ａｇを０．１質量％以上１１．０質量％以下の割合で含有し、前記金属粉末に占める前記Ｓｎ粉末の割合が、０．２質量％以上３．０質量％以下であるはんだペーストを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、接合面にＣｕを含む被接合部材の接合に用いた場合でも、十分な接合強度のはんだ接合部を形成できるはんだペーストを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例、比較例において作製した試験片１の構造の説明図。
【図２】実施例、比較例において作製した試験片２の構造の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のはんだペーストの一実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態のはんだペーストは、金属粉末を含有し、該金属粉末はＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、Ｓｎ粉末とから構成される。そして、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ａｇを０．１質量％以上１１．０質量％以下の割合で含有する。Ｓｎ粉末は、金属粉末に０．２質量％以上３．０質量％以下の割合で含有される。
【００１４】
本発明の発明者は、接合面にＣｕを含む被接合部材である電子部品等に十分な接合強度を有するはんだ接合部を形成できるはんだペーストについて検討を行った。その結果、はんだペーストに含まれる金属粉末を、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、Ｓｎ粉末とから構成し、かつその含有量を所定の範囲とすることにより十分な接合強度のはんだ接合部を形成できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１５】
ここでまず、本実施形態のはんだペーストに含まれる金属粉末について説明する。
【００１６】
金属粉末は、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、Ｓｎ粉末とで構成される。すなわち、金属粉末は、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、Ｓｎ粉末とからなる混合粉末である。
【００１７】
ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末について説明する。
【００１８】
ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末に含まれるＢｉは、本実施形態のはんだペーストの主成分として添加する。ここでいう主成分とは、はんだペースト中に質量比で最も多く含まれている成分であることを意味する。
【００１９】
Ｂｉの融点は２７１℃であるため、Ｂｉを含有することで、高温鉛フリーはんだペーストに要求される２００℃程度の温度で再溶融せず、３２０℃以下の温度ではんだ付けが可能なはんだペーストとすることが比較的容易にできる。
【００２０】
ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、ＢｉにＡｇを添加し、ＢｉとＡｇとを含有する合金の粉末とすることで脆性を改善し、応力緩和性を向上させることができる。ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末中のＡｇの含有量は０．１質量％以上であり、０．５質量％以上であることが好ましい。
【００２１】
これはＢｉとＡｇとを含有する合金粉末のＡｇの含有量を０．１質量％以上とすることで、ＢｉとＡｇとを含有する合金の応力緩和性を改善できるためである。ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末のＡｇの含有量を０．５質量％以上とすると、応力緩和の効果がより発揮されるので好ましい。
【００２２】
ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末のＡｇの含有量の上限値は１１．０質量％以下であり、５．０質量％以下であることが好ましい。これはＢｉとＡｇとを含有する合金粉末のＡｇの含有量が１１．０質量％を超えると、ＢｉとＡｇとを含有する合金の融点を３２０℃以下にすることが困難となり、はんだペーストを溶融するために加熱する際、基板等の被接合部材を熱により損傷する場合があるためである。ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末のＡｇの含有量を５．０質量％以下とすると融点を３２０℃以下にすることが比較的容易にできるため好ましい。
【００２３】
ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ｂｉ、Ａｇ以外にも任意の成分を含有することができる。例えばＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｐ等から選択される１種類以上の金属をさらに含有することもできる。ただし、本実施形態のはんだペーストはＰｂフリーはんだペーストであることから、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は不可避成分を除いてＰｂは含有しない。なお、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ｂｉ及びＡｇのみから構成することもできる。すなわちＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ｂｉ−Ａｇ合金粉末とすることもできる。
【００２４】
次にＳｎ粉末について説明する。
【００２５】
本発明の発明者の検討によれば、金属粉末がＢｉとＡｇとを含有する合金粉末に加えてＳｎ粉末を含有することにより、融点の低いＳｎがＢｉ合金よりも先に溶融して接合面にＣｕを含む被接合部材のＣｕと反応し、被接合部材、例えばパッドの表面とはんだ接合部との間にＣｕＳｎ合金層を形成する。このＣｕＳｎ合金層の形成により十分な接合強度を有することができる。
【００２６】
本実施形態のはんだペーストにおいては、Ｓｎは金属粉末中に、金属Ｓｎ単体のＳｎ粉末として含有する。
【００２７】
これは、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末の合金成分としてＳｎを添加した場合、またはＳｎを金属Ｓｎの単体の粉末ではなくＳｎを含有する合金の粉末として添加した場合、Ｓｎを含有する合金粉末の融点は金属Ｓｎ単体の融点より高くなってしまうからである。
【００２８】
これに対して、本実施形態のはんだペーストは、金属Ｓｎ単体のＳｎ粉末として金属粉末に含有されているため、比較的低温で溶融し、被接合部材の接合面に含まれるＣｕと反応して比較的容易にＣｕＳｎ合金層を形成することができる。また、金属Ｓｎ単体のＳｎ粉末を用いることで、ＣｕＳｎ合金層形成時に該合金層が他の元素を含有しにくくなり、緻密なＣｕＳｎ合金層を形成することができる。
【００２９】
金属粉末に占めるＳｎ粉末の割合は、０．２質量％以上３．０質量％以下であり、０．５質量％以上２．５質量％以下であることが好ましい。
【００３０】
これは金属粉末の総量に占めるＳｎ粉末の割合を０．２質量％以上とすることでＣｕＳｎ合金層を十分に形成し、十分な接合強度とすることができるからである。特に、金属粉末の総量に占めるＳｎ粉末の割合が０．５質量％以上の場合、より確実に、接合面全面にＣｕＳｎ合金層を形成できるため好ましい。
【００３１】
ただし、金属粉末の総量に占めるＳｎ粉末の割合が３．０質量％を超えると、ＣｕＳｎ合金層を形成しない余剰のＳｎが生じ易く、余剰のＳｎがはんだ接合部内に比較的多く残留してしまう。そして、Ｓｎは融点が低いため、特に使用時等に高温になる電子部品などの被接合部材等を接合する用途においては、はんだ接合部の一部が溶融し、ボイドを発生する等してはんだ接合部が脆くなり、接合信頼性が低下する恐れがある。このため、金属粉末の総量に占めるＳｎ粉末の割合は３．０質量％以下が好ましい。特に、金属粉末の総量に占めるＳｎ粉末の割合が２．５質量％以下の場合、余剰のＳｎがほとんど生じないので好ましい。
【００３２】
金属粉末を構成するＢｉとＡｇとを含有する合金粉末、及びＳｎ粉末の粒径は特に限定されるものではない。例えば、金属粉末を構成するＢｉとＡｇとを含有する合金粉末、及びＳｎ粉末の粒径は、はんだペーストとした際の分散の度合いや、パッド上に塗布する際の作業性等を考慮して任意に選択することができる。
【００３３】
なお、ここまで説明した金属粉末は上述のようにＢｉとＡｇとを含有する合金粉末、及びＳｎ粉末から構成されるが、不純物等の不可避成分が含まれることを除外するものではない。
【００３４】
本実施形態のはんだペーストは、金属粉末と混合することでペースト状にするためのフラックスを含有する。
【００３５】
フラックスとしては特に限定されるものでなく、例えば樹脂系、有機酸系、無機酸系など用途等に応じて任意に選択することができる。例えば、ロジンまたはレジン、溶剤、活性剤、チクソ剤などを含有するフラックスを用いることができる。
【００３６】
ロジンとしては、ロジンまたはロジン誘導体等を、溶剤としてはエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル等を用いることができる。また、活性剤としてはジフェニルグアニジンＨＢｒ、ジエチルアミンＨＣｌ等を、チクソ剤としては水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド等を用いることができる。
【００３７】
金属粉末と、フラックスとの混合比率も特に限定されるものではなく、はんだペーストに要求される流動性等に応じて任意に選択することができる。印刷法等を用いてはんだペーストを塗布して使用するためには、一般的には金属粉末と、フラックスとの混合物に占めるフラックスの割合は３．０質量％以上１５．０質量％以下とすることが好ましく、５．０質量％以上１２．０質量％以下とすることがより好ましい。
【００３８】
ここまで本実施形態のはんだペーストについて説明してきたが、既述のように本実施形態のはんだペーストは接合面にＣｕを含む被接合部材と、他の被接合部材との接合に特に好適に用いることができる。
【００３９】
また、はんだ付け性を向上させるため、接合面にＡｇを含む被接合部材が用いられる場合があるが、既述の特許文献１に開示されたはんだペーストを、接合面にＡｇを含む被接合部材と、他の被接合部材との接合に適用した場合、Ｓｎ合金添加量によっては、はんだ接合部の接合強度が低くなり、信頼性が確保できない場合があった。
【００４０】
これに対して、本実施形態のはんだペーストは、該接合面にＡｇを含む被接合部材と、他の被接合部材との接合にも好適に用いることができる。
【００４１】
既述のように、本実施形態のはんだペーストは、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末と、金属Ｓｎの単体であるＳｎ粉末とからなる金属粉末を含有しており、融点の低いＳｎがＢｉ合金よりも先に溶融して、接合面等のＡｇと反応し、ＡｇＳｎ合金層を形成することができる。そして、ＡｇＳｎ合金層が形成されることで、十分な接合強度を有することができるためである。
【００４２】
接合面にＡｇを含む被接合部材としては、その接合面にＡｇを有するものであれば良いが、例えばＣｕ基板（Ｃｕ層）と、Ａｇ膜（Ａｇ層）とが積層され、Ａｇ膜が被接合面となった被接合部材等が挙げられる。
【００４３】
ただし、本実施形態のはんだペーストは、ここまで説明した被接合部材と、他の被接合部材との接合の用途に限定されるものではなく、例えば高温鉛フリーはんだペーストが要求される各種用途において用いることができる。
【００４４】
本実施形態のはんだペーストを用いて形成したはんだ接合部の接合強度は被接合部材の材料や用途等により異なるため特に限定されるものではない。ただし、２つの被接合部材を本実施形態のはんだペーストにより接合した構造体について、接合直後の接合強度（初期接合強度）は２０．０ＭＰａ以上であることが好ましく、３０．０ＭＰａ以上であることがより好ましい。なお、構造体の接合強度は室温でシェア試験により測定することができる。
【００４５】
さらに、２つの被接合部材を本実施形態のはんだペーストにより接合した構造体を２００℃で１００時間、または２００時間加熱した際の接合強度も２０．０ＭＰａ以上であることが好ましく、３０．０ＭＰａ以上であることがより好ましい。なお、上記２００℃での加熱時間には室温からの昇温時間を含んでいてもよい。
【００４６】
以上に説明した本実施形態のはんだペーストによれば、接合面にＣｕを含む被接合部材と他の被接合部材との接合に用いた場合に、十分な接合強度のはんだ接合部を形成できる。また、接合面にＡｇを含む被接合部材と他の被接合部材との接合に用いた場合にも、十分な接合強度のはんだ接合部を形成できる。
【実施例】
【００４７】
以下に具体的な実施例、比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
まず、以下の実施例、比較例を用いた試験片の作製方法、及びその試験片を用いたはんだペーストの評価方法について説明する。
（試験片の作製方法）
図１に示した構成の試験片を以下の様に作製した。
【００４９】
（１）試験片１
２０ｍｍ×２０ｍｍのＣｕ製の被接合部材１１を用意し、被接合部材１１上に各実施例、比較例で作製したはんだペーストを３ｍｍ×３ｍｍ、厚さが５０μｍから６０μｍとなるように印刷して、はんだ接合部１２を形成した。はんだ接合部１２上に他方の被接合部材として、３ｍｍ×３ｍｍ、厚さが０．３０ｍｍのシリコンチップ１３を載置した。
【００５０】
得られた構造体を加熱炉内に配置し、大気雰囲気下、室温から４℃／秒の昇温速度で３２０℃まで昇温した後３分間保持し、その後室温まで冷却することにより試験片を作製した。各種評価のため、各実施例、比較例に対応する試験片１を同じ条件で４個ずつ作製した。
（２）試験片２
図２に示したように、被接合部材１１として、２０ｍｍ×２０ｍｍのＣｕ基板１１２の一方の面上に、厚さ４μｍのＡｇめっき層１１１を配置した被接合部材を用いた点以外は、試験片１と同様にして試験片２を作製した。なお、図２に示したように、試験片２においては、Ａｇめっき層１１１上にはんだ接合部１２、及びシリコンチップ１３が配置される。
【００５１】
各種評価のため、各実施例、比較例に対応する試験片２を同じ条件で４個ずつ作製した。
（接合性評価１）
各実施例、比較例を用いて作製した試験片のうちの１個について、接合性評価１として、一方の被接合部材である被接合部材１１と、他方の被接合部材であるシリコンチップ１３とが接合されているか簡易な確認を行った。シリコンチップ１３に対して水平方向に指で軽く力を加えて、シリコンチップ１３が被接合部材１１から容易に剥離してしまう場合には接合できていないと判断して×と評価した。シリコンチップ１３が、被接合部材１１から容易に離れなかった場合には接合できていると判断して〇と評価した。
【００５２】
なお、各実施例、比較例において作製した、試験片１、試験片２それぞれについて接合性評価１を行っている。
（接合界面評価）
試験片１のはんだ接合部１２と被接合部材１１との接合界面について、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ：株式会社  日立ハイテクノロジーズ製  型式：ＳＥＭ  Ｓ−４８００）および、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ：エダックス・ジャパン株式会社製  型式：ＧＥＮＥＳＩＳ  ２０００）にて定性分析を行った。そして、被接合部材１１がＳｎと反応して形成するＣｕＳｎ合金層の有無を確認した。なお、試験片１のはんだ接合部１２と被接合部材１１との接合界面が観察できるように、試験片１を、被接合部材１１、はんだ接合部１２、シリコンチップ１３の積層方向と平行で、かつ被接合部材１１と、はんだ接合部１２と、シリコンチップ１３を含む面で切断し、その切断面を分析に供した。厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の十分なＣｕＳｎ合金層が確認された場合は〇と評価した。ＣｕＳｎ合金層の厚さが０．５μｍ未満であるか、ＣｕＳｎ合金が不連続に存在する場合は△と評価した。ＣｕＳｎ合金層が確認されなかった場合は×と評価した。
【００５３】
また、試験片２のはんだ接合部１２と被接合部材１１との接合界面について、同様にして定性分析を行い、被接合部材１１のＡｇめっき層１１１等がＳｎと反応して形成するＡｇＳｎ合金層の有無について確認した。なお、試験片２のはんだ接合部１２と被接合部材１１との接合界面が観察できるように、試験片２を、被接合部材１１、はんだ接合部１２、シリコンチップ１３の積層方向と平行で、かつ被接合部材１１と、はんだ接合部１２と、シリコンチップ１３を含む面で切断し、その切断面を分析に供した。厚さが０．５μｍ以上３μｍ以下の十分なＡｇＳｎ合金層が確認された場合は〇と評価した。ＡｇＳｎ合金層の厚さが０．５μｍ未満であるか、ＡｇＳｎ合金が不連続に存在する場合は△と評価した。ＡｇＳｎ合金層が確認されなかった場合は×と評価した。
（接合性評価２：シェア試験）
接合性評価２として、作製した試験片を、大気雰囲気下２００℃で所定の時間加熱した後、室温まで冷却してシェア試験を実施した。シェア試験用の加熱処理試料は、作製した試験片を加熱炉に入れ、室温から１℃／分で昇温し、２００℃に到達後、そのまま２００℃で保持し、昇温を開始してから１００時間、または２００時間経過した時点で加熱炉内から取り出し、室温まで冷却することにより得た。また、比較のため、２００℃に加熱する前の試料のシェア試験も実施し、初期接合強度を測定した。
【００５４】
シェア試験は、被接合部材１１を固定し、シリコンチップ１３に対して、図１、図２に示したブロック矢印Ａの方向に力を加えて実施した。試験片が破壊された時の強度を当該試験片の接合強度とし評価した。
【００５５】
なお、各実施例、比較例において作製した、試験片１、試験片２それぞれについて接合性評価２を行っている。
【００５６】
次に各実施例、比較例のはんだペーストの作製手順について説明する。
［実施例１］
ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末である、Ａｇを０．５質量％と、Ｂｉを９９．５質量％とを含有するＢｉ−Ａｇ合金粉末（平均粒径３０μｍ）と、Ｓｎ粉末（平均粒径３０μｍ）とを混合した金属粉末を用意した。
【００５７】
なお、金属粉末中のＳｎ粉末の含有量が０．５質量％、Ｂｉ−Ａｇ合金粉末が９９．５質量％となる様に混合した。
【００５８】
以下、上述のような金属粉末の組成をＢｉ／０．５Ａｇ＋０．５Ｓｎのように記載する。
【００５９】
上述の金属粉末とフラックスとを混合してはんだペーストとした。
【００６０】
フラックスとしては、ロジンを主成分としたノンハロゲンタイプを用い、金属粉末と、フラックスとの混合物の粘度が、１９０Ｐａ・Ｓになるようにフラックスの添加量を調整し、両者を混合してはんだペーストとした。なお、ここでいう粘度とは、粘度計（株式会社マルコム製  型式：ＰＣＵ-２０３）で回転条件が１０ｒｐｍの場合の、２５℃における粘度を指す。
【００６１】
以下の実施例、比較例でもはんだペーストを調製する際、同様の粘度となるようにフラックスの添加量を調整したところ、いずれもはんだペースト中のフラックスの含有量は７．０質量％以上１１．０質量％以下の範囲となっている。
【００６２】
得られたはんだペーストを用いて試験片１、試験片２を作製し、上述の接合性評価１、接合性評価２、接合界面評価、を実施した。結果を表１、表２に示す。表１が試験片１についての、表２が試験片２についての評価結果となり、以下の実施例、比較例についても同様である。
［実施例２〜実施例１２］
各実施例について、表１、表２に示した組成を有する金属粉末を用いた点を除いては実施例１と同様にしてはんだペーストを作製した。
【００６３】
なお、表１、表２中、実施例２に示した金属粉末の場合、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末はＡｇを０．５質量％含有し、残部、すなわち９９．５質量％がＢｉにより構成されているＢｉ−Ａｇ合金粉末であることを示している。そして金属粉末は、Ｓｎ粉末１．０質量％と、係るＢｉ−Ａｇ合金粉末９９．０質量％とから構成される混合粉であることを示している。
【００６４】
また、実施例１２に示した金属粉末の場合は、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末が、ＢｉとＡｇ以外にＣｕ、Ｎｉ、及びＧｅを含有していることを示している。係るＢｉとＡｇとを含有する合金粉末は、Ａｇを３．０質量％、Ｃｕを０．１質量％、Ｎｉを０．１質量％、Ｇｅを０．０５質量％、Ｂｉを９６．７５質量％含有している。そして金属粉末は、係るＢｉとＡｇとを含有する合金粉末９７．５質量％と、Ｓｎ粉末２．５質量％とから構成される混合粉であることを示している。
【００６５】
各実施例において得られたはんだペーストを用いて試験片１、試験片２を作製し、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１、表２に示す。
［比較例１〜比較例４］
表１、表２に示した組成を有する金属粉末を用いた点を除いては実施例１と同様にしてはんだペーストを作製した。
【００６６】
得られたはんだペーストについて実施例１と同様に評価を行った。結果を表１、表２に示す。
［比較例５］
表１、表２に示したように、Ａｇを２．６質量％含有するＢｉ−Ａｇ合金粉末（平均粒径３０μｍ）と、Ｓｎ−Ｚｎ合金粉末とを混合した金属粉末を用いた点以外は実施例１と同様にしてはんだペーストを作製した。
【００６７】
なお、表１、表２にも示すように、金属粉末に含まれるＢｉ−Ａｇ合金粉末は、Ａｇを２．６質量％含有し、残部である９７．４質量％がＢｉにより構成されている。
【００６８】
また、表１、表２に示すように、Ｓｎ−Ｚｎ合金粉末は１．８質量％のＺｎを含有し、残部、すなわち９８．２質量％がＳｎとなっている。
【００６９】
そして、金属粉末はＳｎ−Ｚｎ合金粉末を２０．０質量％含有し、残部、すなわち８０．０質量％がＢｉ−Ａｇ合金粉末となっている。
【００７０】
得られたはんだペーストを用いて試験片１、試験片２を作製し、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１、表２に示す。
［比較例６］
表１、表２に示したように、Ａｇを０．５質量％含有するＢｉ−Ａｇ合金粉末（平均粒径３０μｍ）と、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金粉末とを混合した金属粉末を用いた点以外は実施例１と同様にしてはんだペーストを作製した。
【００７１】
なお、表１、表２にも示すように、金属粉末に含まれるＢｉ−Ａｇ合金粉末は、Ａｇを０．５質量％含有し、残部である９９．５質量％がＢｉにより構成されている。
【００７２】
また、表１、表２に示すように、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金粉末は０．００６質量％のＡｇと、０．００１質量％の銅とを含有し、残部、すなわち９９．９９３質量％がＳｎとなっている。
【００７３】
そして、金属粉末は係るＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金粉末を０．２質量％含有し、残部、すなわち９９．８質量％がＢｉ−Ａｇ合金粉末となっている。
【００７４】
得られたはんだペーストを用いて試験片１、試験片２を作製し、実施例１と同様に評価を行った。結果を表１、表２に示す。
【００７５】
【表１】
2017148862.tif 000003
【００７６】
【表２】
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表１の試験片１についての接合性評価１の結果によると、実施例１〜実施例１２のはんだペーストはいずれも３２０℃の熱処理で、はんだペーストに含まれる金属粉末が溶融し、被接合部材１１と、シリコンチップ１３である他方の被接合部材とを、接合できることを確認できた。
【００７７】
また、表２に示した試験片２についての接合性評価１の結果からも、実施例１〜実施例１２のはんだペーストについて、同様のことが確認できた。
【００７８】
そして、試験片１についての接合性評価２の結果から、実施例１〜実施例１２で作製した試験片１においてはいずれも初期接合強度が２０．０ＭＰａ以上になっており、２つの被接合部材を十分な強度で接合できていることを確認できた。これは２つの被接合部材を接合する際に、被接合部材１１とはんだ接合部１２との間にＣｕＳｎ合金層が形成されたためと考えられる。
【００７９】
また、試験片２についての接合性評価２の結果においても、実施例１〜実施例１２で作製した試験片２においてはいずれも初期接合強度が２０．０ＭＰａ以上になっており、２つの被接合部材を十分な強度で接合できていることを確認できた。これは２つの被接合部材を接合する際に、被接合部材１１のＡｇめっき層１１１とはんだ接合部１２との間にＡｇＳｎ合金層が形成されたためだと考えられる。
【００８０】
ただし、実施例４、実施例８においては初期接合強度が試験片１についてはそれぞれ２１．３ＭＰａ、２４．４ＭＰａとなっており、試験片２についてはそれぞれ２１．１ＭＰａ、２４．７ＭＰａとなっていることが確認できた。すなわち、実施例４、実施例８においては、十分な初期接合強度を発揮できているものの、他の実施例と比較すると初期接合強度が小さいことが確認された。
【００８１】
実施例４については、金属粉末中のＳｎ粉末の混合比率が比較的少なかったために、試験片１ではＣｕＳｎ合金層の形成が、試験片２ではＡｇＳｎ合金層の形成が十分でない部分を生じ、接合界面の評価が△となっている。このため、他の実施例よりもはんだ接合部の初期接合強度が小さくなったと考えられる。
【００８２】
また、実施例８については金属粉末中のＳｎ粉末の混合比率が比較的多かったため、試験片１ではＣｕと反応しなかった余剰のＳｎが、試験片２ではＡｇと反応しなかった余剰のＳｎが、それぞれはんだ接合部内に他の実施例と比較して多く残留していると考えられる。そして、Ｓｎの融点は低いため、試験片作製時にはんだ接合部内のＳｎ部分については凝固が遅れ、例えば、はんだ接合部内に微小なボイドが包含される等の要因により、他の実施例と比較して初期接合強度が低くなったと推認される。ただし、Ｓｎの残留分は、例えば後述する比較例３等と比較すると少ないため、２００℃の熱処理を２００時間実施しても、接合強度（シェア強度）の低下は見られなかった。
【００８３】
これに対して、比較例１では、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末に含まれるＡｇの含有量が少なかったため、Ｂｉの脆い特性を十分改善できず、初期接合強度でも試験片１では１７．３ＭＰａ、試験片２では１７．０ＭＰａと、実施例１〜実施例１２と比較して大幅に小さくなることが確認できた。
【００８４】
比較例２は、試験片１、試験片２共に被接合部材１１と、はんだ接合部１２との接合界面での反応は十分に進行したものと考えられる。ただし、金属粉末中のＳｎ粉の混合比率が多過ぎたため、はんだ接合部内に残留する余剰のＳｎが多くなり、試験片を作製する際に、はんだ接合部内で、凝固するタイミングが、他の部分よりも遅くなる部分が増え、大きなボイドが生じる等したと推認される。このため、十分な初期接合強度が得られなかったと考えられる。
【００８５】
また、比較例２の、試験片１及び試験片２についての接合性評価２の結果から、はんだ接合部１２内に余剰のＳｎが存在するものの、接合に寄与する合金層も一定量以上存在するため、２００℃の熱処理を実施してもバラツキの範囲内である程度の接合強度は維持されているものと考えられる。
【００８６】
これに対し、比較例３は、試験片１、試験片２共に被接合部材１１と、はんだ接合部１２との接合界面での反応は十分に進行したものの、初期接合強度が非常に低くなった。これは、金属粉末中のＳｎ粉の混合比率が比較例２の場合よりもさらに多いため、はんだ接合部内に残留する余剰のＳｎが非常に多くなり、試験片を作製する際に、はんだ接合部内で凝固するタイミングが、他の部分よりも遅くなる部分がさらに増え、より大きなボイドが生じる等したためと推認される。
【００８７】
また、比較例３の接合性評価２において、作製した試験片１、試験片２を２００℃で再加熱した際に、シェア試験の接合強度の低下が見られた。
【００８８】
これは、試験片を２００℃に再加熱した際、はんだ接合部内で、一旦凝固したＳｎ成分が再溶融し、係る再溶融するＳｎ成分の量が多いため、はんだ接合部内で例えばボイド同士が合体し、さらに大きなボイドを生じる等したためと推認される。
【００８９】
なお、金属粉末中のＳｎ量が特に多いため、はんだ接合部１２内に残留するＳｎ量も多くなる。そして、Ｓｎは融点が低いため、本はんだペーストを用いて接合させた試験片では、接合性評価２を行った際に２００℃の加熱で再溶融し、はんだ接合体の一部が変形したのが観察された。
【００９０】
比較例４では、ＢｉとＡｇとを含有する合金粉末中のＡｇの含有量が多く、融点が高くなったため、はんだペースト中の金属粉末の一部が溶融せず、被接合部材１１と、シリコンチップ１３とを十分に接合できないことが確認できた。なお、表１、表２中、比較例４については接合界面の評価、及びシェア試験は−と記載しているが、これは２つの被接合部材を接合できなかったため、接合界面の評価、及びシェア試験を行わなかったからである。
【００９１】
また、比較例５、比較例６では接合界面を観察したところ、試験片１ではＣｕＳｎ層の形成が十分でなく、試験片２ではＡｇＳｎ層の形成が十分ではなかったため、接合界面評価は×であった。
【００９２】
これは、試験片１においては、Ｓｎ合金が融解し、Ｃｕ製の被接合部材と反応層を形成する際に、Ｓｎ合金にＳｎと共に添加されている他の元素が邪魔をして、緻密なＣｕＳｎ層を形成できなかったためと考えられる。
【００９３】
また、試験片２においては、Ｓｎ合金が融解し、被接合部材のＡｇめっき層と反応層を形成する際に、Ｓｎ合金にＳｎと共に添加されている他の元素が邪魔をして、緻密なＡｇＳｎ層を形成できなかったためと考えられる。
【００９４】
以上の理由から、比較例５、６では、試験片１、試験片２において、初期接合強度から十分な接合強度が得られなかったものと考えられる。
【００９５】
更に比較例５の様に、金属粉末中のＳｎ量が非常に多い場合、はんだ接合部１２内に残留するＳｎ量も多くなる。そして、Ｓｎは融点が低いため、比較例５のはんだペーストを用いて接合させた試験片１、試験片２は、接合性評価２を行った際に２００℃の加熱で再溶融することが観察されており、接合強度（シェア強度）はより一層低い値を示している。
【００９６】
以上の結果から、ＢｉとＡｇとを含有し、Ａｇを所定の割合で含有する合金粉末と、所定の割合のＳｎ粉末とからなる金属粉末を含有するはんだペーストを用いることで、接合面にＣｕを含む被接合部材の接合に用いた場合でも、十分な接合強度のはんだ接合部を形成できることを確認できた。
【００９７】
また、同様にＢｉとＡｇとを含有し、Ａｇを所定の割合で含有する合金粉末と、所定の割合のＳｎ粉末とからなる金属粉末を含有するはんだペーストを用いることで、接合面にＡｇを含む被接合部材の接合に用いた場合でも、十分な接合強度のはんだ接合部を形成できることを確認できた。
【符号の説明】
【００９８】
１１  被接合部材
【図１】
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【図２】
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