接続対象物の接続方法および電子装置の製造方法
【課題】例えば、電極などの接続対象物を互いに接続する場合に用いられる接続信頼性の高い接続方法および該接続方法を用いた電子装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１金属と、第１金属よりも融点が高く、第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分とを含む導電性材料を接続対象物の間に配置し、第１金属の融点以上の温度で導電性材料を加熱し、第１金属と第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した第１金属中で、金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせる。
第１金属として、ＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金を用いる。
【解決手段】第１金属と、第１金属よりも融点が高く、第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分とを含む導電性材料を接続対象物の間に配置し、第１金属の融点以上の温度で導電性材料を加熱し、第１金属と第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した第１金属中で、金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせる。
第１金属として、ＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電極などの接続対象物を互いに接続する場合に用いられる接続方法および該接続方法を用いた電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の実装の際に用いる導電性材料としては、はんだが広く用いられている。
ところで、従来から広く用いられてきたＳｎ−Ｐｂ系はんだにおいては、高温系はんだとして、例えばＰｂリッチのＰｂ−５Ｓｎ（融点：３１４〜３１０℃）、Ｐｂ−１０Ｓｎ（融点：３０２〜２７５℃）などを用いて３３０〜３５０℃の温度ではんだ付けし、その後、例えば、低温系はんだのＳｎ−３７Ｐｂ共晶（１８３℃）などを用いて、上記の高温系はんだの融点以下の温度ではんだ付けすることにより、先のはんだ付けに用いた高温系はんだを溶融させることなく、はんだ付けによる接続を行う温度階層接続の方法が広く適用されている。
【０００３】
このような温度階層接続は、例えば、チップをダイボンドするタイプの半導体装置や、フリップチップ接続などの半導体装置などで適用されており、半導体装置の内部ではんだ付けによる接続を行った後、さらに、該半導体装置自体をはんだ付けにより基板に接続するような場合に用いられる重要な技術である。
【０００４】
この用途に用いられる導電性材料として、例えば、(ａ)Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの第２金属またはそれらを含む高融点合金からなる第２金属（または合金）ボールと、(ｂ)ＳｎまたはＩｎからなる第１金属ボール、の混合体を含むはんだペーストが提案されている（特許文献１参照）。
また、この特許文献１には、はんだペーストを用いた接続方法や、電子機器の製造方法が開示されている。
【０００５】
この特許文献１のはんだペーストを用いてはんだ付けを行った場合、図４(ａ)に模式的に示すように、低融点金属（例えばＳｎ）ボール５１と、高融点金属（例えばＣｕ）ボール５２と、フラックス５３とを含むはんだペーストが、加熱されて反応し、はんだ付け後に、図４(ｂ)に示すように、複数個の高融点金属ボール５２が、低融点金属ボールに由来する低融点金属と、高融点金属ボールに由来する高融点金属との間に形成される金属間化合物５４を介して連結され、この連結体により接続対象物が接続・連結される（はんだ付けされる）ことになる。
【０００６】
しかしながら、この特許文献１のはんだペーストの場合、はんだ付け工程ではんだペーストを加熱することにより、高融点金属（例えばＣｕ）と低融点金属（例えばＳｎ）との金属間化合物を生成させるようにしているが、Ｃｕ（高融点金属）とＳｎ（低融点金属）との組み合わせでは、その拡散速度が遅いため，低融点金属であるＳｎが残留する。Ｓｎが残留したはんだペーストの場合、高温下での接合強度が大幅に低下して、接続すべき製品の種類によっては使用することができなくなる場合がある。また、はんだ付けの工程で残留したＳｎは、その後のはんだ付け工程で溶融して流れ出すおそれがあり、温度階層接続に用いられる高温はんだとしては信頼性が低いという問題点がある。
【０００７】
すなわち、例えば半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装しようとした場合、半導体装置の製造工程におけるはんだ付けの工程で残留したＳｎが、リフローはんだ付けの工程で溶融して流れ出してしまうおそれがある。
【０００８】
また、Ｓｎが残留しないように、低融点金属を完全に金属間化合物にするためには、はんだ付け工程において、高温かつ長時間の加熱が必要となるが生産性との兼ね合いもあり、実用上不可能であるのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５４１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するものであり、例えば、電極などの接続対象物を互いに接続する場合に用いられる接続信頼性の高い接続方法および該接続方法を用いた電子装置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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の接続対象物の接続方法は、
（ａ）第１金属と、前記第１金属よりも融点が高く、前記第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分を含む導電性材料を、互いに接続すべき接続対象物の間に配置する工程と、
（ｂ）前記第１金属の融点以上の温度で前記導電性材料を加熱する工程と
を備えるとともに、
前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属と前記第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した前記第１金属中で、前記金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせること
を特徴としている。
【００１２】
また、本発明の接続対象物の接続方法においては、前記第１金属はＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金であることが好ましい。
第１金属として、ＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金を用いることにより、接続対象物間の接続をより確実なものにすることができる。
【００１３】
また、前記第２金属は前記第２金属の周囲に最初に生成する金属間化合物の格子定数と前記第２金属成分の格子定数との差である格子定数差が５０％以上の金属または合金であることが好ましい。
上記構成を備えることにより、第１金属と第２金属を確実に反応させて接合対象物間の接合を確実なものにすることができる。
【００１４】
また、本発明の接続対象物の接続方法においては、前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属のすべてを前記第２金属との金属間化合物とすることが好ましい。第１金属のすべてを第２金属との金属間化合物とすることにより、より耐熱強度の大きい接続構造を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の電子装置の製造方法は、本発明の接続対象物の接続方法を用いて接続対象物を接続する工程を備えていることを特徴としている。
【００１６】
なお、本発明において用いられる導電性材料は、フラックス成分を含むことが好ましい。
【００１７】
また、前記金属成分中に占める前記第２金属の割合は、３０体積％以上であることが望ましい。
【００１８】
また、前記第１金属は、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金であることが望ましい。
【００１９】
前記第２金属は、前記第２金属に占めるＭｎの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、前記第２金属に占めるＮｉの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｎｉ合金であることが望ましい。
【００２０】
また、前記第２金属は、比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上のものであることが望ましい。
【００２１】
また、前記第１金属のうち少なくとも一部が、前記第２金属の周りにコートされていることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の接続方法により形成される接続構造においては、前記金属間化合物が、前記導電性材料に由来する前記第２金属であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、Ｃｕ−Ｎｉ合金と、前記導電性材料に由来する前記第１金属である、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金との間に形成された金属間化合物であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の接続対象物の接続方法は、第１金属と、第１金属よりも融点が高く、前記第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分とを含む導電性材料を、互いに接続すべき接続対象物の間に配置し、第１金属の融点以上の温度で導電性材料を加熱するようにしているので、第１金属と第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した第１金属中で金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせることが可能になる。その結果、接続対象物間の接続を、耐熱強度の大きい信頼性の高い接続とすることができる。
【００２４】
また、本発明の電子装置の製造方法は、上述の本発明の接続方法を用いて接続対象物を接続するようにしているので、電極などの接続対象物間を確実に接続することができる。すなわち、例えば、半導体装置を製造するにあたって、本発明の接続方法を用いて接続（はんだ付け）を行う工程を経て半導体装置を製造した後、製造された後の半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融してしまうことがなく、高い信頼性を確保することができる。
【００２５】
なお、本発明の接続対象物の接続方法において使用する導電性材料を構成する第２金属として用いられる、Ｃｕ−Ｍｎ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金は、その周囲に最初に生成する金属間化合物との格子定数差が５０％以上となるような合金である。
特に、第１金属をＳｎまたはＳｎを８５重量％以上含む合金とすることにより、上記効果をより確実に奏させることが可能になる。
【００２６】
すなわち、上述のような導電性材料を用いることにより、例えば、半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融してしまうことがなく、信頼性の高い実装を行うことが可能になる。
【００２７】
なお、上記の「格子定数差」とは、金属間化合物の格子定数から第２金属成分の格子定数を差し引いた値を、第２金属成分の格子定数で除した数値の絶対値を１００倍した数値（％）と定義される。
すなわち、この格子定数差は、第２金属との界面に新たに生成する金属間化合物の格子定数が、第２金属の格子定数に対してどれだけ差があるかを示すものであり、いずれの格子定数が大きいかを問わないものである。
なお、計算式で表すと以下のようになる。
格子定数差（％）＝｛(金属間化合物の格子定数−第２金属の格子定数)／第２金属の格子定数｝×１００
【００２８】
図１は、本発明の接続方法を用いて接続を行う場合の挙動を模式的に示す図である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の接続方法を用いて一対の電極１１ａ，１１ｂを接続する場合、図１(ａ)に示すように、まず、一対の電極１１ａ，１１ｂ間に導電性材料１０を位置させる。
【００３０】
次に、この状態で接続部を加熱し、図１(ｂ)に示すように、導電性材料１０の温度が第１金属（ＳｎまたはＳｎを７０重量％以上含む合金）１の融点以上に達すると、導電性材料１０中の第１金属１が溶融する。
【００３１】
その後さらに加熱が続くと、第１金属１が、第２金属２との金属間化合物３（図１(ｃ)）を生成する。そして、本発明の接続方法において用いられる導電性材料１０では、第１金属１と第２金属２との界面に生成する金属間化合物３と、第２金属２間の格子定数差が大きくなるように構成されている（すなわち、第２金属２と金属間化合物３との格子定数差が５０％以上とされている）ため、溶融した第１金属中で金属間化合物が剥離，分散しながら反応を繰り返し、金属間化合物の生成が飛躍的に進行して短時間のうちに第１金属１（図１(ａ)，(ｂ)）の含有量を十分に低減させることができる。さらに、第１金属１と第２金属２との組成比を最適化することにより、図１(ｃ)に示すように、第１金属１をすべて金属間化合物とすることができる（図１(ｃ)参照）。
その結果、耐熱強度の大きいはんだ付けを行うことが可能になる。
【００３２】
また、第１金属と第２金属とからなる金属成分中に占める第２金属の割合を３０体積％以上とすることにより、はんだ付け工程における、Ｓｎの残留割合をさらに低減させて、耐熱性をより高めることができる。
【００３３】
また、第１金属として、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金を用いることにより、他の金属（第２金属）との間で金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。
【００３４】
また、第２金属として、Ｃｕ−Ｍｎ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金を用いることにより、さらには、Ｍｎの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、Ｎｉの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｎｉ合金を用いることにより、より低温、短時間で第１金属との間で金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、その後のリフロー工程でも溶融しないようにすることが可能になる。
第２金属には、第１金属との反応を阻害しない程度で、例えば、１重量％以下の割合で不純物が含まれていてもよい。不純物としては、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｐ、Ｐｒ、Ｔｈ、Ｚｒ、Ｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕなどが挙げられる。
また、接続性や反応性を考慮すると、第１および第２金属中の酸素濃度は２０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に１０〜１０００ｐｐｍが好ましい。
【００３５】
また、前記第２金属として、比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上のものを用いることにより、第１金属との接触確率が高くなり、第１金属との間で、さらに金属間化合物を形成しやすくなるため、一般的なリフロープロファイルで高融点化を完了させることが可能になる。
【００３６】
また、第１金属のうち少なくとも一部を、第２金属の周りにコートすることにより、第１金属と第２金属の間で、さらに金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、本願発明をより実効あらしめることができる。
【００３７】
また、本発明の接続方法に用いられる導電性材料においては、フラックスを含ませることも可能である。
フラックスは、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たす。フラックスとしては、例えば、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤などからなる、公知の種々のものを用いることが可能である。
前記ビヒクルの具体的な例としては、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂、合成樹脂、またはこれらの混合体などが挙げられる。
また、前記ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂の具体的な例としては、ガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、重合ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂、その他各種ロジン誘導体などが挙げられる。
また、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなる合成樹脂の具体的な例としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂などが挙げられる。
【００３８】
また、前記溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類などが知られており、具体的な例としては、ベンジルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル、ドデカン、テトラデセン、α−ターピネオール、テルピネオール、２−メチル２，４−ペンタンジオール、２−エチルヘキサンジオール、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、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、ジイソブチルアジペート、へキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２−ターピニルオキシエタノール、２−ジヒドロターピニルオキシエタノール、それらを混合したものなどが挙げられる。
【００３９】
また、前記チキソ剤の具体的な例としては、硬化ヒマシ油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス（ｐ−メチルベンジリデン）ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミドなどが挙げられる。また、これらに必要に応じてカプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸のような脂肪酸、１，２−ヒドロキシステアリン酸のようなヒドロキシ脂肪酸、酸化防止剤、界面活性剤、アミン類などを添加したものも前記チキソ剤として用いることができる。
【００４０】
また、前記活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、有機酸、有機アミン、多価アルコールなどがあり、前記アミンのハロゲン化水素酸塩の具体的なものとして、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン塩酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン塩酸塩、トリエタノールアミン臭化水素酸塩、モノエタノールアミン臭化水素酸塩などが例示される。
【００４１】
なお、前記有機ハロゲン化合物の具体的な例として、塩化パラフィン、テトラブロモエタン、ジブロモプロパノール、２，３−ジブロモ−１，４−ブタンジオール、２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレートなどが挙げられる。
また、前記有機酸の具体的な例として、マロン酸、フマル酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、フェニルコハク酸、マレイン酸、サルチル酸、アントラニル酸、グルタル酸、スベリン酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、アビエチン酸、安息香酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ドデカン酸などがあり、さらに有機アミンの具体的なものとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン、アニリン、ジエチルアニリンなどが挙げられる。
また、前記多価アルコールとしてはエリスリトール、ピロガロール、リビトールなどが例示される。
【００４２】
また、フラックスとして、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂またはその変性樹脂、アクリル樹脂からなる熱硬化性樹脂群より選ばれる少なくとも１種、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース系樹脂からなる熱可塑性樹脂群から選ばれる少なくとも１種を含むものを用いた場合にも、上述の本発明の作用効果をさらに確実に奏させることが可能になる。
上述のように、フラックスは、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たすことから、本発明の接続方法に用いられる導電性材料においては、フラックスを含むことが好ましい。なお、フラックスは、導電性材料全体に対して７〜１５重量％の割合で含むことが好ましい。
【００４３】
ただし、本発明の接続方法に用いられる導電性材料は、必ずしもフラックスを含むことを要するものではなく、フラックスを必要としない接続工法にも適用することが可能であり、例えば、加圧しながら加熱する方法や、強還元雰囲気で加熱する方法などによっても、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去して、信頼性の高い接続を可能にすることができる。
【００４４】
また、本発明の接続方法は、上述のような導電性材料を用い、加熱して導電性材料を構成する低融点金属を、導電性材料を構成する第２金属との金属間化合物にして、接続対象物を接続するようにしているので、接続対象物を接続する工程（導電性材料をソルダペーストとして用いた場合にははんだ付け工程）における、第１金属と第２金属の拡散が飛躍的に進行し，より高融点の金属間化合物への変化が促進され、第１金属成分の金属成分全体に対する割合を例えば３０体積％以下にして、耐熱強度の大きいはんだ付けを行うことが可能になる。
さらに導電性材料中の金属配合比などを最適化することにより、完全に第１金属成分が残留しない設計を行うことができる。
すなわち、上述のような導電性材料を用いることにより、例えば、半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融してしまうことがなく、信頼性の高い実装を行うことが可能になる。
【００４５】
また、本発明の接続方法により形成される接続構造は、接続対象物を接続させている接続部が、導電性材料に由来する第２金属と、該第２金属とＳｎとを含む金属間化合物とを主たる成分としており、導電性材料に由来する第１金属の金属成分全体に対する割合が３０体積％以下であることから、耐熱強度の大きい接続構造を提供することが可能になる。
【００４６】
また、金属間化合物が、導電性材料に由来する第２金属であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、Ｃｕ−Ｎｉ合金と、導電性材料に由来する第１金属である、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金との間に形成された金属間化合物である場合、より確実に、第１金属成分がほとんど残留せず、耐熱強度の大きい接続構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の接続方法を用いて接続を行う場合の挙動を模式的に示す図であり、(ａ)は加熱前の状態を示す図、(ｂ)は加熱が開始され、第１金属が溶融した状態を示す図、(ｃ)はさらに加熱が継続され、第１金属のすべてが、第２金属との金属間化合物を形成した状態を示す図である。
【図２】本発明の接続方法を用いて、無酸素Ｃｕ板上に、黄銅端子をマウントする際のリフロープロファイルを示す図である。
【図３】(ａ)，(ｂ)は、本発明の接続方法で用いることが可能なフォームはんだの構成を模式的に示す図である。
【図４】従来のはんだペーストを用いてはんだ付けを行う場合の、はんだの挙動を示す図であり、(ａ)は加熱前の状態を示す図、(ｂ)ははんだ付け工程終了後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００４９】
この実施例１では、導電性材料として、粉末状の第１金属（第１金属粉末）と、粉末状の第２金属（第２金属粉末）と、フラックスとを混合することにより導電性材料を作製した。
【００５０】
第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属が４０体積％）となるように調整した。
【００５１】
第１金属粉末としては、表１に示すように、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｎ−３．５Ａｇ、Ｓｎ−０．７５Ｃｕ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ−０．０５Ｎｉ、Ｓｎ−５Ｓｂ、Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉ、Ｓｎ−１０Ｂｉ、Ｓｎ−１５Ｂｉ、Ｓｎ−２０Ｂｉ、Ｓｎ−３０Ｂｉ、Ｓｎ−４０Ｂｉ（比較例）、Ｓｎ−５８Ｂｉ（比較例）を使用した。第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
なお、上記の各第１金属のうち、Ｓｎ−４０ＢｉおよびＳｎ−５８Ｂｉは、「Ｓｎを７０重量％以上含む合金」という本発明の要件を満たさない、比較例のものである。
また、第１金属のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕは、実施例としてのみではなく、比較例としても用いられているが、比較例の場合には、これにＣｕあるいはＣｕ−１０Ｚｎが組み合わされており、格子定数差が５０％未満になるため、好ましくないものである。
なお、上記の各材料の表記において、例えば、「Ｓｎ−３．５Ａｇ」の数字３．５は当該成分（この場合はＡｇ）の重量％の値を示しており、上記の他の材料および、以下の記載の場合も同様である。
【００５２】
また、第２金属粉末としては、表１に示すように、Ｃｕ−１０Ｎｉ、Ｃｕ−１０Ｍｎ、Ｃｕ−１２Ｍｎ−４Ｎｉ、Ｃｕ−１０Ｍｎ−１Ｐ、Ｃｕ−１０ＮｉとＣｕ−１０Ｍｎの同量混合粉末、Ｃｕ、Ｃｕ−１０Ｚｎを使用した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。
【００５３】
なお、フラックスとしては、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用いた。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
【００５４】
作製した導電性材料を、メタルマスクを用いて、サイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍの無酸素Ｃｕ板に印刷した。メタルマスクの開口径は１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、厚さは１００μｍとした。
印刷した導電性材料上に、ＮｉめっきおよびＡｕめっきを施した黄銅端子（サイズ１．２ｍｍ×１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）をマウントした後、リフロー装置を用いて、図２に示すリフロープロファイルで無酸素Ｃｕ板と黄銅端子を接合させて、両者を電気的、機械的に接続した。
なお、この実施例１においては、導電性材料は実質的にソルダペーストとして用いられている。
【００５５】
[特性の評価]
上述のようにして作製した試料について、以下の方法で接合強度および導電材料（はんだ）の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
【００５６】
≪接合強度≫
得られた接合体のシアー強度を、ボンディングテスタを用いて測定し、評価した。
シアー強度の測定は、横押し速度：０．１ｍｍ・ｓ-1，室温および２６０℃の条件下で行った。
そして、シアー強度が２０Ｎｍｍ-2以上のものを◎（優）、２Ｎｍｍ-2以下のものを×（不可）と評価した。
表１に、第１金属および第２金属の組成、第２金属の格子定数、第１金属および第２金属の配合割合、第２金属粉末の表面に最初に生成した金属間化合物の種類とその格子定数、第２金属（Ｃｕ合金）と金属間化合物の格子定数差、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）を示す。なお、格子定数はａ軸を基に評価している。
【００５７】
≪残留成分評価≫
得られた反応生成物を約７ｍｇ切り取り、測定温度３０℃〜３００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、Ｎ2雰囲気、リファレンスＡｌ2Ｏ3の条件で示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）を行った。得られたＤＳＣチャートの第１金属成分の溶融温度における溶融吸熱ピークの吸熱量から、残留した第１金属成分量を定量化した。これから金属成分全体に対する第１金属成分の割合を残留第１金属成分率として評価した。残留第１金属成分率が０〜３体積％の場合を◎（優）、３体積％を超え、３０体積％以下の場合を○（可）、３０体積％より大きい場合を×（不可）と評価した。
表１に、残留第１金属成分率と判定結果を併せて示す。
【００５８】
≪導電性材料の流れ出し不良率の測定および評価≫
プリント基板のＣｕランド（Ｃｕランド寸法：０．７ｍｍ×０．４ｍｍ）に前記導電性材料を塗布し（厚さ１００μｍ）、得られた塗布部に、長さ１ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍサイズのチップ型セラミックコンデンサをマウントした。
ピーク温度２５０℃でリフローして、Ｃｕランドとセラミックコンデンサを接合させた後（はんだ付けした後）、プリント基板をエポキシ樹脂で封止して相対湿度８５％の環境に放置し、ピーク温度２６０℃のリフロー条件で加熱して導電性材料（はんだ）が流れ出す割合を調べ、流れ出し不良率として評価した。
導電性材料の流れ出し不良率が０〜１０％の場合を◎（優）、１０％を超え、５０％以下は○（可）、５０％より大きい場合を×（不可）と評価した。
表１に、導電性材料の流れ出し不良率と判定結果を併せて示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることが確認された。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では２Ｎｍｍ-2以下と接合強度が不十分であったのに対して、実施例は１０Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。
【００６１】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例は全て５０％以下であり、高い耐熱性を有することが確認された。
また、実施例の試料においては、第１金属がＳｎを７０重量％以上含む合金であれば、第１金属の種類に関係なく同様の高耐熱性を備えていることが確認された。特に、第１金属がＳｎまたはＳｎを８５重量％以上含む合金であると、残留第１金属成分率を０体積％にすることができ、導電性材料の流れ出し不良率が０％となって、特に高い耐熱性を有することが確認された。
さらに、実施例の試料においては、第２金属がＣｕ−Ｍｎをベースとする金属（Ｃｕ−１２Ｍｎ−４ＮｉやＣｕ−１０Ｍｎ−１Ｐなど）である場合や、第２金属粉末が２種類以上（Ｃｕ−Ｍｎ、Ｃｕ-Ｎｉ混合粉末）である場合にも、同様に高耐熱性を備えていることが確認された。
【００６２】
このように実施例の試料が高耐熱性を備えているのは、第２金属として、Ｃｕ−ＭｎおよびＣｕ−Ｎｉ系合金を使用した実施例の場合には、金属間化合物がそれぞれ、Ｃｕ2ＭｎＳｎおよびＣｕ2ＮｉＳｎであり、各金属間化合物と第２金属（Ｃｕ合金）間の格子定数差が５０％以上であることによるものと考えられる。すなわち、生成した金属間化合物層と、ベース金属である第２金属間の格子定数差が大きいと，溶融した第１金属中で金属間化合物が剥離、分散しながら反応を繰り返すため金属間化合物化が飛躍的に進行することによるものと考えられる。
【００６３】
一方、比較例のように、第２金属としてＣｕまたはＣｕ−Ｚｎ合金を使用した場合、接合界面の金属間化合物がＣｕ3Ｓｎであり、金属間化合物と第２金属（Ｃｕ合金）間の格子定数差が２０％と小さく、金属間化合物化が効率よく進行しないため、高い耐熱性が得られないものと考えられる。
【００６４】
さらに、比較例のように、Ｓｎ−４０ＢｉまたはＳｎ−５８ＢｉとＣｕ−１０ＭｎＮｉの組み合わせで，高い耐熱性が得られなかったのは、第１金属中のＳｎの配合比が７０重量％未満の組成では、最初に界面に生成した金属間化合物層がＣｕ3Ｓｎとなり、金属間化合物と第２金属間（Ｃｕ合金）の格子定数差が５０％以上にならないためと考えられる。このことから、第１金属となる合金中のＳｎの含有率は、７０重量％以上であることが必要である。
【実施例２】
【００６５】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｃｕ−１０Ｍｎ、Ｃｕ−１０Ｎｉ、およびＣｕ（比較例）の粉末を用意した。なお、第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。
フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用意した。
【００６６】
そして、上記第１金属粉末と、第２金属粉末と、フラックスとを混合することにより、導電性材料を作製した。
なお、配合比は、第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が８７／１３〜５７／４３（すなわち、第２金属粉末が１３〜４３体積％）となるように調整した。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
【００６７】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価にあたっては、シアー強度が２０Ｎｍｍ-2以上のものを◎（優）、２Ｎｍｍ-2以上で２０Ｎｍｍ-2未満のものを○（良）、２Ｎｍｍ-2以下のものを×（不可）と評価した。
【００６８】
残留第１金属成分率については、０〜３体積％の場合を◎（優）、３体積％を超え、３０体積％以下の場合を○（可）、３０体積％より大きい場合を×（不可）と評価した。
【００６９】
また、導電性材料の流れ出し不良率については、０〜１０％の場合を◎（優）、１０％を超え、５０％以下は○（可）、５０％より大きい場合を×（不可）と評価した。
【００７０】
表２に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２に示すように、室温における接合強度については、実施例、比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では７〜２９Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。特に、第２金属がＣｕ−１０Ｍｎである場合、その割合が３０体積％以上では、２３Ｎｍｍ-2以上の接合強度を示し、高い耐熱強度を備えていることが確認された。また、第２金属がＣｕ−１０Ｎｉである場合、その割合が３０体積％以上では、２７Ｎｍｍ-2以上の接合強度を示し、高い耐熱強度を備えていることが確認された。
【００７３】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０ＭｎまたはＣｕ−１０Ｎｉの割合が３０体積％以上の場合に残留第１金属成分率が０体積％となった。また、導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て５０％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０ＭｎまたはＣｕ−１０Ｎｉの割合が３０体積％以上の場合に導電性材料の流れ出し不良率が０％となり、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例３】
【００７４】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｍｎの割合が５〜３０重量％のＣｕ−Ｍｎ合金の粉末、および、Ｎｉの割合が５〜２０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金の粉末を用意するとともに、比較例としてＣｕ粉末を用意した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。
フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用意した。
【００７５】
そして、上記第１金属粉末と、第２金属粉末と、フラックスとを混合することにより、導電性材料を作製した。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属粉末が４０体積％）となるように調整した。
【００７６】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度、残留第１金属成分率および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価および、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率の評価にあたっては、実施例２の場合と同様の基準で評価した。
表３に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００７７】
【表３】
【００７８】
表３に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では５〜２６Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。特に、第２金属がＣｕ−１０〜１５Ｍｎである場合、および、Ｃｕ−１０〜１５Ｎｉである場合、２４〜２６Ｎｍｍ-2と高い接合強度を示し、耐熱強度に優れていることが確認された。
【００７９】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０〜１５Ｍｎの場合、および、Ｃｕ−１０〜１５Ｎｉの場合に残留第１金属成分率が０体積％となった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て５０％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０〜１５Ｍｎの場合、および、Ｃｕ−１０〜１５Ｎｉの場合に導電性材料の流れ出し不良率が０％となり、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例４】
【００８０】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｃｕ−１０Ｍｎ合金の粉末およびＣｕ（比較例）を用意した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。第２金属粉末は、その粒径を変化させて、比表面積が０．０３〜０．０６ｍ2・ｇ-1となるようにした。
また、フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用意した。
【００８１】
そして、上記第１金属粉末と、第２金属粉末と、フラックスとを混合することにより、導電性材料を作製した。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は、第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属粉末が４０体積％）となるように調整した。
【００８２】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度および残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価および、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率の評価にあたっては、上述の実施例２の場合と同様の基準で評価した。
表４に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００８３】
【表４】
【００８４】
表４に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では１４〜２４Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。さらに第二金属であるＣｕ−１０Ｍｎの比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上の場合に２１Ｎｍｍ-2以上を示し、特に高い耐熱強度を有した。
【００８５】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０Ｍｎの比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上の場合に残留第１金属成分率が０体積％となった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て５０％以下であり、さらに第二金属であるＣｕ−１０Ｍｎの比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上の場合に導電性材料の流れ出し不良率が０％となり、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例５】
【００８６】
(ａ)ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金とＳｎ粉の混合体、
(ｂ)ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金とＳｎ粉とＣｕ−１０Ｍｎ合金の混合体、および
(ｃ)ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金単体、
からなる金属粉とフラックスを混合することにより導電性材料を作製した。
また、比較用に、
(ｄ)ＳｎめっきしたＣｕ粉とＳｎ粉の混合体、
(ｅ)ＳｎめっきしたＣｕ粉とＳｎ粉とＣｕ粉末の混合体、および
(ｆ)ＳｎめっきしたＣｕ粉末
からなる金属粉とフラックスを混合することにより導電性材料を作製した。
【００８７】
ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金単体を用いた場合、および、ＳｎめっきしたＣｕ粉末を用いた場合（比較例）を除き、第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は、第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属粉末が４０体積％）となるように調整した。
ただし、ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金単体の場合は、Ｃｕ−Ｍｎ合金（第２金属）の合計比率を８０％とした。また、ＳｎめっきしたＣｕ粉末を用いた場合（比較例）も、Ｃｕ（第２金属）の合計比率を８０％とした。
【００８８】
なお、フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用いた。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
【００８９】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度、残留第１金属成分率および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価、残留第１金属成分率、および導電性材料の流れ出し不良率の評価にあたっては、上述の実施例２の場合と同様の基準で評価した。
表５に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００９０】
【表５】
【００９１】
表５に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では２４〜２６Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。このことから、第１金属が第２金属の表面にめっき（コート）されている場合にも、上記の各実施例の場合と同様に、高い耐熱強度が得られることが確認された。
【００９２】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て０体積％であった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て０％であり、第１金属が第２金属の表面にめっき（コート）されている場合にも、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例６】
【００９３】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｃｕ−１０Ｍｎ合金の粉末を用意した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。また、比較のため、第２金属粉末として、Ｃｕ粉末を用意した。
フラックスとして、樹脂を添加したものと、樹脂を添加しなかったものを用意した。
【００９４】
樹脂を添加していないフラックスとしては、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率の一般的なフラックスＡを用意した。
【００９５】
また、樹脂を添加したものとしては、上記一般的なフラックスＡに、熱硬化性樹脂と硬化剤とを添加した熱硬化性樹脂配合フラックスＢと、上記一般的なフラックスＡに、熱可塑性樹脂を添加した熱可塑性樹脂配合フラックスＣを用意した。
【００９６】
なお、熱硬化性樹脂配合フラックスＢは、上記フラックスＡ、熱硬化性樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）、および、硬化剤を、以下の割合で含有するものである。
フラックスＡ ：３０重量％
熱硬化性樹脂 ：４０重量％
硬化剤 ：３０重量％
【００９７】
また、熱可塑性樹脂配合フラックスＣは、上記フラックスＡ、熱可塑性樹脂（ポリアミド樹脂）を以下の割合で含有するものである。
フラックスＡ ：３０重量％、
熱可塑性樹脂（ポリアミド樹脂） ：７０重量％
【００９８】
そして、
(１)樹脂を添加していない上記フラックスＡを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合で配合した導電性材料（表６の実施例Ｎｏ．３）と、
(２)熱硬化性樹脂配合フラックスＢを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が２５重量％となるような割合で配合した導電性材料（表６の実施例Ｎｏ．１）と、
(３)熱可塑性樹脂配合フラックスＣを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が２５重量％となるような割合で配合した導電性材料（表６の実施例Ｎｏ．２）と
を作製した。
また、比較例の導電性材料として、上述のＣｕ粉末を第２金属として用いた導電性材料を作製した。なお、この比較例の導電性材料においても、樹脂を添加していない上記フラックスＡを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合で配合した。
【００９９】
それから、これらの導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度、残留第１金属成分率および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
表６に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【０１００】
【表６】
【０１０１】
表６に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では２４〜３３Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。
【０１０２】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て０体積％であった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して、実施例では全て０％であり、樹脂を添加した場合も高い耐熱性が得られることが確認された。
【０１０３】
なお、上記実施例では、第２金属の格子定数よりも、金属間化合物の格子定数の方が大きい場合を例にとって説明したが、本発明は、理論上は、第２金属の格子定数が、金属間化合物の格子定数よりも大きくなるように構成することも可能である。その場合も、格子定数差が５０％以上になるようにすることにより、第１金属と第２金属の拡散が飛躍的に進行し，より高融点の金属間化合物への変化が促進され、第１金属成分がほとんど残留しなくなるため、耐熱強度の大きい接続を行うことが可能になる。
【０１０４】
[変形例]
本発明において用いられる導電性材料は、例えば、図３(ａ)，(ｂ)に模式的に示すようなフォームはんだとして構成することも可能である。
図３(ａ)のフォームはんだは、板状の第１金属１中に、粉末状の第２金属２を分散させたフォームはんだである。
また、図３(ｂ)のフォームはんだは、板状の第１金属１中に、板状の第２金属２を内包させたフォームはんだである。
【０１０５】
図３(ａ)，(ｂ)に示すようなフォームはんだを導電性材料として用いた場合にも、上記実施例で示した第１金属と、第２金属と、フラックスとを混合してなる、いわゆるソルダペーストとして用いる場合と同様の効果を奏する。
なお、第１金属中に第２金属を分散あるいは内包させる態様は、図３(ａ)，(ｂ)の態様に限定されるものではなく、他の態様とすることも可能である。
【０１０６】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、使用する導電性材料を構成する第１金属および第２金属の種類や組成、第１金属と第２金属の配合割合、フラックスの成分やフラックスの配合割合などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【０１０７】
また、本発明を適用して接続すべき接続対象物の種類や、接続工程における条件などに関しても、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【０１０８】
本発明はさらにその他の点においても、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 第１金属
２ 第２金属
３ 金属間化合物
４ 接続部
１１ａ，１１ｂ 一対の電極（接続対象物）
１０ 導電性材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電極などの接続対象物を互いに接続する場合に用いられる接続方法および該接続方法を用いた電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の実装の際に用いる導電性材料としては、はんだが広く用いられている。
ところで、従来から広く用いられてきたＳｎ−Ｐｂ系はんだにおいては、高温系はんだとして、例えばＰｂリッチのＰｂ−５Ｓｎ（融点：３１４〜３１０℃）、Ｐｂ−１０Ｓｎ（融点：３０２〜２７５℃）などを用いて３３０〜３５０℃の温度ではんだ付けし、その後、例えば、低温系はんだのＳｎ−３７Ｐｂ共晶（１８３℃）などを用いて、上記の高温系はんだの融点以下の温度ではんだ付けすることにより、先のはんだ付けに用いた高温系はんだを溶融させることなく、はんだ付けによる接続を行う温度階層接続の方法が広く適用されている。
【０００３】
このような温度階層接続は、例えば、チップをダイボンドするタイプの半導体装置や、フリップチップ接続などの半導体装置などで適用されており、半導体装置の内部ではんだ付けによる接続を行った後、さらに、該半導体装置自体をはんだ付けにより基板に接続するような場合に用いられる重要な技術である。
【０００４】
この用途に用いられる導電性材料として、例えば、(ａ)Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの第２金属またはそれらを含む高融点合金からなる第２金属（または合金）ボールと、(ｂ)ＳｎまたはＩｎからなる第１金属ボール、の混合体を含むはんだペーストが提案されている（特許文献１参照）。
また、この特許文献１には、はんだペーストを用いた接続方法や、電子機器の製造方法が開示されている。
【０００５】
この特許文献１のはんだペーストを用いてはんだ付けを行った場合、図４(ａ)に模式的に示すように、低融点金属（例えばＳｎ）ボール５１と、高融点金属（例えばＣｕ）ボール５２と、フラックス５３とを含むはんだペーストが、加熱されて反応し、はんだ付け後に、図４(ｂ)に示すように、複数個の高融点金属ボール５２が、低融点金属ボールに由来する低融点金属と、高融点金属ボールに由来する高融点金属との間に形成される金属間化合物５４を介して連結され、この連結体により接続対象物が接続・連結される（はんだ付けされる）ことになる。
【０００６】
しかしながら、この特許文献１のはんだペーストの場合、はんだ付け工程ではんだペーストを加熱することにより、高融点金属（例えばＣｕ）と低融点金属（例えばＳｎ）との金属間化合物を生成させるようにしているが、Ｃｕ（高融点金属）とＳｎ（低融点金属）との組み合わせでは、その拡散速度が遅いため，低融点金属であるＳｎが残留する。Ｓｎが残留したはんだペーストの場合、高温下での接合強度が大幅に低下して、接続すべき製品の種類によっては使用することができなくなる場合がある。また、はんだ付けの工程で残留したＳｎは、その後のはんだ付け工程で溶融して流れ出すおそれがあり、温度階層接続に用いられる高温はんだとしては信頼性が低いという問題点がある。
【０００７】
すなわち、例えば半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装しようとした場合、半導体装置の製造工程におけるはんだ付けの工程で残留したＳｎが、リフローはんだ付けの工程で溶融して流れ出してしまうおそれがある。
【０００８】
また、Ｓｎが残留しないように、低融点金属を完全に金属間化合物にするためには、はんだ付け工程において、高温かつ長時間の加熱が必要となるが生産性との兼ね合いもあり、実用上不可能であるのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５４１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するものであり、例えば、電極などの接続対象物を互いに接続する場合に用いられる接続信頼性の高い接続方法および該接続方法を用いた電子装置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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の接続対象物の接続方法は、
（ａ）第１金属と、前記第１金属よりも融点が高く、前記第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分を含む導電性材料を、互いに接続すべき接続対象物の間に配置する工程と、
（ｂ）前記第１金属の融点以上の温度で前記導電性材料を加熱する工程と
を備えるとともに、
前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属と前記第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した前記第１金属中で、前記金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせること
を特徴としている。
【００１２】
また、本発明の接続対象物の接続方法においては、前記第１金属はＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金であることが好ましい。
第１金属として、ＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金を用いることにより、接続対象物間の接続をより確実なものにすることができる。
【００１３】
また、前記第２金属は前記第２金属の周囲に最初に生成する金属間化合物の格子定数と前記第２金属成分の格子定数との差である格子定数差が５０％以上の金属または合金であることが好ましい。
上記構成を備えることにより、第１金属と第２金属を確実に反応させて接合対象物間の接合を確実なものにすることができる。
【００１４】
また、本発明の接続対象物の接続方法においては、前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属のすべてを前記第２金属との金属間化合物とすることが好ましい。第１金属のすべてを第２金属との金属間化合物とすることにより、より耐熱強度の大きい接続構造を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の電子装置の製造方法は、本発明の接続対象物の接続方法を用いて接続対象物を接続する工程を備えていることを特徴としている。
【００１６】
なお、本発明において用いられる導電性材料は、フラックス成分を含むことが好ましい。
【００１７】
また、前記金属成分中に占める前記第２金属の割合は、３０体積％以上であることが望ましい。
【００１８】
また、前記第１金属は、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金であることが望ましい。
【００１９】
前記第２金属は、前記第２金属に占めるＭｎの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、前記第２金属に占めるＮｉの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｎｉ合金であることが望ましい。
【００２０】
また、前記第２金属は、比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上のものであることが望ましい。
【００２１】
また、前記第１金属のうち少なくとも一部が、前記第２金属の周りにコートされていることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の接続方法により形成される接続構造においては、前記金属間化合物が、前記導電性材料に由来する前記第２金属であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、Ｃｕ−Ｎｉ合金と、前記導電性材料に由来する前記第１金属である、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金との間に形成された金属間化合物であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の接続対象物の接続方法は、第１金属と、第１金属よりも融点が高く、前記第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分とを含む導電性材料を、互いに接続すべき接続対象物の間に配置し、第１金属の融点以上の温度で導電性材料を加熱するようにしているので、第１金属と第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した第１金属中で金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせることが可能になる。その結果、接続対象物間の接続を、耐熱強度の大きい信頼性の高い接続とすることができる。
【００２４】
また、本発明の電子装置の製造方法は、上述の本発明の接続方法を用いて接続対象物を接続するようにしているので、電極などの接続対象物間を確実に接続することができる。すなわち、例えば、半導体装置を製造するにあたって、本発明の接続方法を用いて接続（はんだ付け）を行う工程を経て半導体装置を製造した後、製造された後の半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融してしまうことがなく、高い信頼性を確保することができる。
【００２５】
なお、本発明の接続対象物の接続方法において使用する導電性材料を構成する第２金属として用いられる、Ｃｕ−Ｍｎ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金は、その周囲に最初に生成する金属間化合物との格子定数差が５０％以上となるような合金である。
特に、第１金属をＳｎまたはＳｎを８５重量％以上含む合金とすることにより、上記効果をより確実に奏させることが可能になる。
【００２６】
すなわち、上述のような導電性材料を用いることにより、例えば、半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融してしまうことがなく、信頼性の高い実装を行うことが可能になる。
【００２７】
なお、上記の「格子定数差」とは、金属間化合物の格子定数から第２金属成分の格子定数を差し引いた値を、第２金属成分の格子定数で除した数値の絶対値を１００倍した数値（％）と定義される。
すなわち、この格子定数差は、第２金属との界面に新たに生成する金属間化合物の格子定数が、第２金属の格子定数に対してどれだけ差があるかを示すものであり、いずれの格子定数が大きいかを問わないものである。
なお、計算式で表すと以下のようになる。
格子定数差（％）＝｛(金属間化合物の格子定数−第２金属の格子定数)／第２金属の格子定数｝×１００
【００２８】
図１は、本発明の接続方法を用いて接続を行う場合の挙動を模式的に示す図である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の接続方法を用いて一対の電極１１ａ，１１ｂを接続する場合、図１(ａ)に示すように、まず、一対の電極１１ａ，１１ｂ間に導電性材料１０を位置させる。
【００３０】
次に、この状態で接続部を加熱し、図１(ｂ)に示すように、導電性材料１０の温度が第１金属（ＳｎまたはＳｎを７０重量％以上含む合金）１の融点以上に達すると、導電性材料１０中の第１金属１が溶融する。
【００３１】
その後さらに加熱が続くと、第１金属１が、第２金属２との金属間化合物３（図１(ｃ)）を生成する。そして、本発明の接続方法において用いられる導電性材料１０では、第１金属１と第２金属２との界面に生成する金属間化合物３と、第２金属２間の格子定数差が大きくなるように構成されている（すなわち、第２金属２と金属間化合物３との格子定数差が５０％以上とされている）ため、溶融した第１金属中で金属間化合物が剥離，分散しながら反応を繰り返し、金属間化合物の生成が飛躍的に進行して短時間のうちに第１金属１（図１(ａ)，(ｂ)）の含有量を十分に低減させることができる。さらに、第１金属１と第２金属２との組成比を最適化することにより、図１(ｃ)に示すように、第１金属１をすべて金属間化合物とすることができる（図１(ｃ)参照）。
その結果、耐熱強度の大きいはんだ付けを行うことが可能になる。
【００３２】
また、第１金属と第２金属とからなる金属成分中に占める第２金属の割合を３０体積％以上とすることにより、はんだ付け工程における、Ｓｎの残留割合をさらに低減させて、耐熱性をより高めることができる。
【００３３】
また、第１金属として、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金を用いることにより、他の金属（第２金属）との間で金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。
【００３４】
また、第２金属として、Ｃｕ−Ｍｎ合金またはＣｕ−Ｎｉ合金を用いることにより、さらには、Ｍｎの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、Ｎｉの割合が１０〜１５重量％であるＣｕ−Ｎｉ合金を用いることにより、より低温、短時間で第１金属との間で金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、その後のリフロー工程でも溶融しないようにすることが可能になる。
第２金属には、第１金属との反応を阻害しない程度で、例えば、１重量％以下の割合で不純物が含まれていてもよい。不純物としては、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｐ、Ｐｒ、Ｔｈ、Ｚｒ、Ｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕなどが挙げられる。
また、接続性や反応性を考慮すると、第１および第２金属中の酸素濃度は２０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に１０〜１０００ｐｐｍが好ましい。
【００３５】
また、前記第２金属として、比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上のものを用いることにより、第１金属との接触確率が高くなり、第１金属との間で、さらに金属間化合物を形成しやすくなるため、一般的なリフロープロファイルで高融点化を完了させることが可能になる。
【００３６】
また、第１金属のうち少なくとも一部を、第２金属の周りにコートすることにより、第１金属と第２金属の間で、さらに金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、本願発明をより実効あらしめることができる。
【００３７】
また、本発明の接続方法に用いられる導電性材料においては、フラックスを含ませることも可能である。
フラックスは、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たす。フラックスとしては、例えば、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤などからなる、公知の種々のものを用いることが可能である。
前記ビヒクルの具体的な例としては、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂、合成樹脂、またはこれらの混合体などが挙げられる。
また、前記ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂の具体的な例としては、ガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、重合ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂、その他各種ロジン誘導体などが挙げられる。
また、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなる合成樹脂の具体的な例としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂などが挙げられる。
【００３８】
また、前記溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類などが知られており、具体的な例としては、ベンジルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル、ドデカン、テトラデセン、α−ターピネオール、テルピネオール、２−メチル２，４−ペンタンジオール、２−エチルヘキサンジオール、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、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、ジイソブチルアジペート、へキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２−ターピニルオキシエタノール、２−ジヒドロターピニルオキシエタノール、それらを混合したものなどが挙げられる。
【００３９】
また、前記チキソ剤の具体的な例としては、硬化ヒマシ油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス（ｐ−メチルベンジリデン）ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミドなどが挙げられる。また、これらに必要に応じてカプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸のような脂肪酸、１，２−ヒドロキシステアリン酸のようなヒドロキシ脂肪酸、酸化防止剤、界面活性剤、アミン類などを添加したものも前記チキソ剤として用いることができる。
【００４０】
また、前記活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、有機酸、有機アミン、多価アルコールなどがあり、前記アミンのハロゲン化水素酸塩の具体的なものとして、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン塩酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン塩酸塩、トリエタノールアミン臭化水素酸塩、モノエタノールアミン臭化水素酸塩などが例示される。
【００４１】
なお、前記有機ハロゲン化合物の具体的な例として、塩化パラフィン、テトラブロモエタン、ジブロモプロパノール、２，３−ジブロモ−１，４−ブタンジオール、２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレートなどが挙げられる。
また、前記有機酸の具体的な例として、マロン酸、フマル酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、フェニルコハク酸、マレイン酸、サルチル酸、アントラニル酸、グルタル酸、スベリン酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、アビエチン酸、安息香酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ドデカン酸などがあり、さらに有機アミンの具体的なものとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン、アニリン、ジエチルアニリンなどが挙げられる。
また、前記多価アルコールとしてはエリスリトール、ピロガロール、リビトールなどが例示される。
【００４２】
また、フラックスとして、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂またはその変性樹脂、アクリル樹脂からなる熱硬化性樹脂群より選ばれる少なくとも１種、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース系樹脂からなる熱可塑性樹脂群から選ばれる少なくとも１種を含むものを用いた場合にも、上述の本発明の作用効果をさらに確実に奏させることが可能になる。
上述のように、フラックスは、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去する機能を果たすことから、本発明の接続方法に用いられる導電性材料においては、フラックスを含むことが好ましい。なお、フラックスは、導電性材料全体に対して７〜１５重量％の割合で含むことが好ましい。
【００４３】
ただし、本発明の接続方法に用いられる導電性材料は、必ずしもフラックスを含むことを要するものではなく、フラックスを必要としない接続工法にも適用することが可能であり、例えば、加圧しながら加熱する方法や、強還元雰囲気で加熱する方法などによっても、接続対象物や金属の表面の酸化被膜を除去して、信頼性の高い接続を可能にすることができる。
【００４４】
また、本発明の接続方法は、上述のような導電性材料を用い、加熱して導電性材料を構成する低融点金属を、導電性材料を構成する第２金属との金属間化合物にして、接続対象物を接続するようにしているので、接続対象物を接続する工程（導電性材料をソルダペーストとして用いた場合にははんだ付け工程）における、第１金属と第２金属の拡散が飛躍的に進行し，より高融点の金属間化合物への変化が促進され、第１金属成分の金属成分全体に対する割合を例えば３０体積％以下にして、耐熱強度の大きいはんだ付けを行うことが可能になる。
さらに導電性材料中の金属配合比などを最適化することにより、完全に第１金属成分が残留しない設計を行うことができる。
すなわち、上述のような導電性材料を用いることにより、例えば、半導体装置の製造工程において、はんだ付けを行う工程を経て半導体装置を製造した後、その半導体装置を、リフローはんだ付けの方法で基板に実装するような場合にも、先のはんだ付けの工程におけるはんだ付け部分は、耐熱強度に優れているため、リフローはんだ付けの工程で再溶融してしまうことがなく、信頼性の高い実装を行うことが可能になる。
【００４５】
また、本発明の接続方法により形成される接続構造は、接続対象物を接続させている接続部が、導電性材料に由来する第２金属と、該第２金属とＳｎとを含む金属間化合物とを主たる成分としており、導電性材料に由来する第１金属の金属成分全体に対する割合が３０体積％以下であることから、耐熱強度の大きい接続構造を提供することが可能になる。
【００４６】
また、金属間化合物が、導電性材料に由来する第２金属であるＣｕ−Ｍｎ合金、または、Ｃｕ−Ｎｉ合金と、導電性材料に由来する第１金属である、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、Ｐからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金との間に形成された金属間化合物である場合、より確実に、第１金属成分がほとんど残留せず、耐熱強度の大きい接続構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の接続方法を用いて接続を行う場合の挙動を模式的に示す図であり、(ａ)は加熱前の状態を示す図、(ｂ)は加熱が開始され、第１金属が溶融した状態を示す図、(ｃ)はさらに加熱が継続され、第１金属のすべてが、第２金属との金属間化合物を形成した状態を示す図である。
【図２】本発明の接続方法を用いて、無酸素Ｃｕ板上に、黄銅端子をマウントする際のリフロープロファイルを示す図である。
【図３】(ａ)，(ｂ)は、本発明の接続方法で用いることが可能なフォームはんだの構成を模式的に示す図である。
【図４】従来のはんだペーストを用いてはんだ付けを行う場合の、はんだの挙動を示す図であり、(ａ)は加熱前の状態を示す図、(ｂ)ははんだ付け工程終了後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００４９】
この実施例１では、導電性材料として、粉末状の第１金属（第１金属粉末）と、粉末状の第２金属（第２金属粉末）と、フラックスとを混合することにより導電性材料を作製した。
【００５０】
第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属が４０体積％）となるように調整した。
【００５１】
第１金属粉末としては、表１に示すように、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｎ−３．５Ａｇ、Ｓｎ−０．７５Ｃｕ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ−０．０５Ｎｉ、Ｓｎ−５Ｓｂ、Ｓｎ−２Ａｇ−０．５Ｃｕ−２Ｂｉ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−８Ｉｎ、Ｓｎ−９Ｚｎ、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉ、Ｓｎ−１０Ｂｉ、Ｓｎ−１５Ｂｉ、Ｓｎ−２０Ｂｉ、Ｓｎ−３０Ｂｉ、Ｓｎ−４０Ｂｉ（比較例）、Ｓｎ−５８Ｂｉ（比較例）を使用した。第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
なお、上記の各第１金属のうち、Ｓｎ−４０ＢｉおよびＳｎ−５８Ｂｉは、「Ｓｎを７０重量％以上含む合金」という本発明の要件を満たさない、比較例のものである。
また、第１金属のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕは、実施例としてのみではなく、比較例としても用いられているが、比較例の場合には、これにＣｕあるいはＣｕ−１０Ｚｎが組み合わされており、格子定数差が５０％未満になるため、好ましくないものである。
なお、上記の各材料の表記において、例えば、「Ｓｎ−３．５Ａｇ」の数字３．５は当該成分（この場合はＡｇ）の重量％の値を示しており、上記の他の材料および、以下の記載の場合も同様である。
【００５２】
また、第２金属粉末としては、表１に示すように、Ｃｕ−１０Ｎｉ、Ｃｕ−１０Ｍｎ、Ｃｕ−１２Ｍｎ−４Ｎｉ、Ｃｕ−１０Ｍｎ−１Ｐ、Ｃｕ−１０ＮｉとＣｕ−１０Ｍｎの同量混合粉末、Ｃｕ、Ｃｕ−１０Ｚｎを使用した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。
【００５３】
なお、フラックスとしては、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用いた。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
【００５４】
作製した導電性材料を、メタルマスクを用いて、サイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍの無酸素Ｃｕ板に印刷した。メタルマスクの開口径は１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、厚さは１００μｍとした。
印刷した導電性材料上に、ＮｉめっきおよびＡｕめっきを施した黄銅端子（サイズ１．２ｍｍ×１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）をマウントした後、リフロー装置を用いて、図２に示すリフロープロファイルで無酸素Ｃｕ板と黄銅端子を接合させて、両者を電気的、機械的に接続した。
なお、この実施例１においては、導電性材料は実質的にソルダペーストとして用いられている。
【００５５】
[特性の評価]
上述のようにして作製した試料について、以下の方法で接合強度および導電材料（はんだ）の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
【００５６】
≪接合強度≫
得られた接合体のシアー強度を、ボンディングテスタを用いて測定し、評価した。
シアー強度の測定は、横押し速度：０．１ｍｍ・ｓ-1，室温および２６０℃の条件下で行った。
そして、シアー強度が２０Ｎｍｍ-2以上のものを◎（優）、２Ｎｍｍ-2以下のものを×（不可）と評価した。
表１に、第１金属および第２金属の組成、第２金属の格子定数、第１金属および第２金属の配合割合、第２金属粉末の表面に最初に生成した金属間化合物の種類とその格子定数、第２金属（Ｃｕ合金）と金属間化合物の格子定数差、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）を示す。なお、格子定数はａ軸を基に評価している。
【００５７】
≪残留成分評価≫
得られた反応生成物を約７ｍｇ切り取り、測定温度３０℃〜３００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、Ｎ2雰囲気、リファレンスＡｌ2Ｏ3の条件で示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）を行った。得られたＤＳＣチャートの第１金属成分の溶融温度における溶融吸熱ピークの吸熱量から、残留した第１金属成分量を定量化した。これから金属成分全体に対する第１金属成分の割合を残留第１金属成分率として評価した。残留第１金属成分率が０〜３体積％の場合を◎（優）、３体積％を超え、３０体積％以下の場合を○（可）、３０体積％より大きい場合を×（不可）と評価した。
表１に、残留第１金属成分率と判定結果を併せて示す。
【００５８】
≪導電性材料の流れ出し不良率の測定および評価≫
プリント基板のＣｕランド（Ｃｕランド寸法：０．７ｍｍ×０．４ｍｍ）に前記導電性材料を塗布し（厚さ１００μｍ）、得られた塗布部に、長さ１ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍサイズのチップ型セラミックコンデンサをマウントした。
ピーク温度２５０℃でリフローして、Ｃｕランドとセラミックコンデンサを接合させた後（はんだ付けした後）、プリント基板をエポキシ樹脂で封止して相対湿度８５％の環境に放置し、ピーク温度２６０℃のリフロー条件で加熱して導電性材料（はんだ）が流れ出す割合を調べ、流れ出し不良率として評価した。
導電性材料の流れ出し不良率が０〜１０％の場合を◎（優）、１０％を超え、５０％以下は○（可）、５０％より大きい場合を×（不可）と評価した。
表１に、導電性材料の流れ出し不良率と判定結果を併せて示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることが確認された。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では２Ｎｍｍ-2以下と接合強度が不十分であったのに対して、実施例は１０Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。
【００６１】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例は全て５０％以下であり、高い耐熱性を有することが確認された。
また、実施例の試料においては、第１金属がＳｎを７０重量％以上含む合金であれば、第１金属の種類に関係なく同様の高耐熱性を備えていることが確認された。特に、第１金属がＳｎまたはＳｎを８５重量％以上含む合金であると、残留第１金属成分率を０体積％にすることができ、導電性材料の流れ出し不良率が０％となって、特に高い耐熱性を有することが確認された。
さらに、実施例の試料においては、第２金属がＣｕ−Ｍｎをベースとする金属（Ｃｕ−１２Ｍｎ−４ＮｉやＣｕ−１０Ｍｎ−１Ｐなど）である場合や、第２金属粉末が２種類以上（Ｃｕ−Ｍｎ、Ｃｕ-Ｎｉ混合粉末）である場合にも、同様に高耐熱性を備えていることが確認された。
【００６２】
このように実施例の試料が高耐熱性を備えているのは、第２金属として、Ｃｕ−ＭｎおよびＣｕ−Ｎｉ系合金を使用した実施例の場合には、金属間化合物がそれぞれ、Ｃｕ2ＭｎＳｎおよびＣｕ2ＮｉＳｎであり、各金属間化合物と第２金属（Ｃｕ合金）間の格子定数差が５０％以上であることによるものと考えられる。すなわち、生成した金属間化合物層と、ベース金属である第２金属間の格子定数差が大きいと，溶融した第１金属中で金属間化合物が剥離、分散しながら反応を繰り返すため金属間化合物化が飛躍的に進行することによるものと考えられる。
【００６３】
一方、比較例のように、第２金属としてＣｕまたはＣｕ−Ｚｎ合金を使用した場合、接合界面の金属間化合物がＣｕ3Ｓｎであり、金属間化合物と第２金属（Ｃｕ合金）間の格子定数差が２０％と小さく、金属間化合物化が効率よく進行しないため、高い耐熱性が得られないものと考えられる。
【００６４】
さらに、比較例のように、Ｓｎ−４０ＢｉまたはＳｎ−５８ＢｉとＣｕ−１０ＭｎＮｉの組み合わせで，高い耐熱性が得られなかったのは、第１金属中のＳｎの配合比が７０重量％未満の組成では、最初に界面に生成した金属間化合物層がＣｕ3Ｓｎとなり、金属間化合物と第２金属間（Ｃｕ合金）の格子定数差が５０％以上にならないためと考えられる。このことから、第１金属となる合金中のＳｎの含有率は、７０重量％以上であることが必要である。
【実施例２】
【００６５】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｃｕ−１０Ｍｎ、Ｃｕ−１０Ｎｉ、およびＣｕ（比較例）の粉末を用意した。なお、第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。
フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用意した。
【００６６】
そして、上記第１金属粉末と、第２金属粉末と、フラックスとを混合することにより、導電性材料を作製した。
なお、配合比は、第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が８７／１３〜５７／４３（すなわち、第２金属粉末が１３〜４３体積％）となるように調整した。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
【００６７】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価にあたっては、シアー強度が２０Ｎｍｍ-2以上のものを◎（優）、２Ｎｍｍ-2以上で２０Ｎｍｍ-2未満のものを○（良）、２Ｎｍｍ-2以下のものを×（不可）と評価した。
【００６８】
残留第１金属成分率については、０〜３体積％の場合を◎（優）、３体積％を超え、３０体積％以下の場合を○（可）、３０体積％より大きい場合を×（不可）と評価した。
【００６９】
また、導電性材料の流れ出し不良率については、０〜１０％の場合を◎（優）、１０％を超え、５０％以下は○（可）、５０％より大きい場合を×（不可）と評価した。
【００７０】
表２に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２に示すように、室温における接合強度については、実施例、比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では７〜２９Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。特に、第２金属がＣｕ−１０Ｍｎである場合、その割合が３０体積％以上では、２３Ｎｍｍ-2以上の接合強度を示し、高い耐熱強度を備えていることが確認された。また、第２金属がＣｕ−１０Ｎｉである場合、その割合が３０体積％以上では、２７Ｎｍｍ-2以上の接合強度を示し、高い耐熱強度を備えていることが確認された。
【００７３】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０ＭｎまたはＣｕ−１０Ｎｉの割合が３０体積％以上の場合に残留第１金属成分率が０体積％となった。また、導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て５０％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０ＭｎまたはＣｕ−１０Ｎｉの割合が３０体積％以上の場合に導電性材料の流れ出し不良率が０％となり、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例３】
【００７４】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｍｎの割合が５〜３０重量％のＣｕ−Ｍｎ合金の粉末、および、Ｎｉの割合が５〜２０重量％のＣｕ−Ｎｉ合金の粉末を用意するとともに、比較例としてＣｕ粉末を用意した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。
フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用意した。
【００７５】
そして、上記第１金属粉末と、第２金属粉末と、フラックスとを混合することにより、導電性材料を作製した。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属粉末が４０体積％）となるように調整した。
【００７６】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度、残留第１金属成分率および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価および、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率の評価にあたっては、実施例２の場合と同様の基準で評価した。
表３に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００７７】
【表３】
【００７８】
表３に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では５〜２６Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。特に、第２金属がＣｕ−１０〜１５Ｍｎである場合、および、Ｃｕ−１０〜１５Ｎｉである場合、２４〜２６Ｎｍｍ-2と高い接合強度を示し、耐熱強度に優れていることが確認された。
【００７９】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０〜１５Ｍｎの場合、および、Ｃｕ−１０〜１５Ｎｉの場合に残留第１金属成分率が０体積％となった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て５０％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０〜１５Ｍｎの場合、および、Ｃｕ−１０〜１５Ｎｉの場合に導電性材料の流れ出し不良率が０％となり、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例４】
【００８０】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｃｕ−１０Ｍｎ合金の粉末およびＣｕ（比較例）を用意した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。第２金属粉末は、その粒径を変化させて、比表面積が０．０３〜０．０６ｍ2・ｇ-1となるようにした。
また、フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用意した。
【００８１】
そして、上記第１金属粉末と、第２金属粉末と、フラックスとを混合することにより、導電性材料を作製した。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は、第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属粉末が４０体積％）となるように調整した。
【００８２】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度および残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価および、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率の評価にあたっては、上述の実施例２の場合と同様の基準で評価した。
表４に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００８３】
【表４】
【００８４】
表４に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では１４〜２４Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。さらに第二金属であるＣｕ−１０Ｍｎの比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上の場合に２１Ｎｍｍ-2以上を示し、特に高い耐熱強度を有した。
【００８５】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て３０体積％以下であり、さらに第２金属であるＣｕ−１０Ｍｎの比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上の場合に残留第１金属成分率が０体積％となった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て５０％以下であり、さらに第二金属であるＣｕ−１０Ｍｎの比表面積が０．０５ｍ2・ｇ-1以上の場合に導電性材料の流れ出し不良率が０％となり、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例５】
【００８６】
(ａ)ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金とＳｎ粉の混合体、
(ｂ)ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金とＳｎ粉とＣｕ−１０Ｍｎ合金の混合体、および
(ｃ)ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金単体、
からなる金属粉とフラックスを混合することにより導電性材料を作製した。
また、比較用に、
(ｄ)ＳｎめっきしたＣｕ粉とＳｎ粉の混合体、
(ｅ)ＳｎめっきしたＣｕ粉とＳｎ粉とＣｕ粉末の混合体、および
(ｆ)ＳｎめっきしたＣｕ粉末
からなる金属粉とフラックスを混合することにより導電性材料を作製した。
【００８７】
ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金単体を用いた場合、および、ＳｎめっきしたＣｕ粉末を用いた場合（比較例）を除き、第１金属粉末と第２金属粉末の配合比は、第１金属粉末／第２金属粉末の体積比が６０／４０（すなわち、第２金属粉末が４０体積％）となるように調整した。
ただし、ＳｎめっきしたＣｕ−１０Ｍｎ合金単体の場合は、Ｃｕ−Ｍｎ合金（第２金属）の合計比率を８０％とした。また、ＳｎめっきしたＣｕ粉末を用いた場合（比較例）も、Ｃｕ（第２金属）の合計比率を８０％とした。
【００８８】
なお、フラックスとして、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率のものを用いた。
また、フラックスの配合割合は、導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合とした。
【００８９】
このようにして作製した導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度、残留第１金属成分率および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
なお、接合強度の評価、残留第１金属成分率、および導電性材料の流れ出し不良率の評価にあたっては、上述の実施例２の場合と同様の基準で評価した。
表５に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【００９０】
【表５】
【００９１】
表５に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では２４〜２６Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。このことから、第１金属が第２金属の表面にめっき（コート）されている場合にも、上記の各実施例の場合と同様に、高い耐熱強度が得られることが確認された。
【００９２】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て０体積％であった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して実施例では全て０％であり、第１金属が第２金属の表面にめっき（コート）されている場合にも、高い耐熱性が得られることが確認された。
【実施例６】
【００９３】
第１金属粉末としてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの粉末を用意した。なお、第１金属粉末の平均粒径は２５μｍとした。
また、第２金属粉末として、Ｃｕ−１０Ｍｎ合金の粉末を用意した。第２金属粉末の平均粒径は１５μｍとした。また、比較のため、第２金属粉末として、Ｃｕ粉末を用意した。
フラックスとして、樹脂を添加したものと、樹脂を添加しなかったものを用意した。
【００９４】
樹脂を添加していないフラックスとしては、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油２重量％の配合比率の一般的なフラックスＡを用意した。
【００９５】
また、樹脂を添加したものとしては、上記一般的なフラックスＡに、熱硬化性樹脂と硬化剤とを添加した熱硬化性樹脂配合フラックスＢと、上記一般的なフラックスＡに、熱可塑性樹脂を添加した熱可塑性樹脂配合フラックスＣを用意した。
【００９６】
なお、熱硬化性樹脂配合フラックスＢは、上記フラックスＡ、熱硬化性樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）、および、硬化剤を、以下の割合で含有するものである。
フラックスＡ ：３０重量％
熱硬化性樹脂 ：４０重量％
硬化剤 ：３０重量％
【００９７】
また、熱可塑性樹脂配合フラックスＣは、上記フラックスＡ、熱可塑性樹脂（ポリアミド樹脂）を以下の割合で含有するものである。
フラックスＡ ：３０重量％、
熱可塑性樹脂（ポリアミド樹脂） ：７０重量％
【００９８】
そして、
(１)樹脂を添加していない上記フラックスＡを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合で配合した導電性材料（表６の実施例Ｎｏ．３）と、
(２)熱硬化性樹脂配合フラックスＢを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が２５重量％となるような割合で配合した導電性材料（表６の実施例Ｎｏ．１）と、
(３)熱可塑性樹脂配合フラックスＣを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が２５重量％となるような割合で配合した導電性材料（表６の実施例Ｎｏ．２）と
を作製した。
また、比較例の導電性材料として、上述のＣｕ粉末を第２金属として用いた導電性材料を作製した。なお、この比較例の導電性材料においても、樹脂を添加していない上記フラックスＡを導電性材料全体に占めるフラックスの割合が１０重量％となるような割合で配合した。
【００９９】
それから、これらの導電性材料について、実施例１の場合と同様にして、接合強度、残留第１金属成分率および導電性材料の流れ出し不良率を測定し、特性を評価した。
表６に、各接合体の接合強度（室温、２６０℃）、残留第１金属成分率、導電性材料の流れ出し不良率、およびそれらの評価結果を示す。
【０１００】
【表６】
【０１０１】
表６に示すように、室温における接合強度については、実施例，比較例ともに２０Ｎｍｍ-2以上を示し、実用強度を備えていることがわかった。
一方、２６０℃における接合強度についてみると、比較例では０．１Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2を大きく下回っており、接合強度が不十分であったのに対して、実施例では２４〜３３Ｎｍｍ-2と、２Ｎｍｍ-2以上を保持し、実用強度を備えていることが確認された。
【０１０２】
また、残留第１金属成分率については、比較例が３０体積％より大きかったのに対して実施例は全て０体積％であった。また導電性材料の流れ出し不良率については、比較例が７０％以上であったのに対して、実施例では全て０％であり、樹脂を添加した場合も高い耐熱性が得られることが確認された。
【０１０３】
なお、上記実施例では、第２金属の格子定数よりも、金属間化合物の格子定数の方が大きい場合を例にとって説明したが、本発明は、理論上は、第２金属の格子定数が、金属間化合物の格子定数よりも大きくなるように構成することも可能である。その場合も、格子定数差が５０％以上になるようにすることにより、第１金属と第２金属の拡散が飛躍的に進行し，より高融点の金属間化合物への変化が促進され、第１金属成分がほとんど残留しなくなるため、耐熱強度の大きい接続を行うことが可能になる。
【０１０４】
[変形例]
本発明において用いられる導電性材料は、例えば、図３(ａ)，(ｂ)に模式的に示すようなフォームはんだとして構成することも可能である。
図３(ａ)のフォームはんだは、板状の第１金属１中に、粉末状の第２金属２を分散させたフォームはんだである。
また、図３(ｂ)のフォームはんだは、板状の第１金属１中に、板状の第２金属２を内包させたフォームはんだである。
【０１０５】
図３(ａ)，(ｂ)に示すようなフォームはんだを導電性材料として用いた場合にも、上記実施例で示した第１金属と、第２金属と、フラックスとを混合してなる、いわゆるソルダペーストとして用いる場合と同様の効果を奏する。
なお、第１金属中に第２金属を分散あるいは内包させる態様は、図３(ａ)，(ｂ)の態様に限定されるものではなく、他の態様とすることも可能である。
【０１０６】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、使用する導電性材料を構成する第１金属および第２金属の種類や組成、第１金属と第２金属の配合割合、フラックスの成分やフラックスの配合割合などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【０１０７】
また、本発明を適用して接続すべき接続対象物の種類や、接続工程における条件などに関しても、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【０１０８】
本発明はさらにその他の点においても、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 第１金属
２ 第２金属
３ 金属間化合物
４ 接続部
１１ａ，１１ｂ 一対の電極（接続対象物）
１０ 導電性材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１金属と、前記第１金属よりも融点が高く、前記第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分を含む導電性材料を、互いに接続すべき接続対象物の間に配置する工程と、
（ｂ）前記第１金属の融点以上の温度で前記導電性材料を加熱する工程と
を備えるとともに、
前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属と前記第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した前記第１金属中で、前記金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせること
を特徴とする接続対象物の接続方法。
【請求項２】
前記第１金属はＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金であることを特徴とする請求項１記載の接続対象物の接続方法。
【請求項３】
前記第２金属は前記第２金属の周囲に最初に生成する金属間化合物の格子定数と前記第２金属成分の格子定数との差である格子定数差が５０％以上の金属または合金であることを特徴とする請求項１または２記載の接続対象物の接続方法。
【請求項４】
前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属のすべてを前記第２金属との金属間化合物とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接続対象物の接続方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の接続対象物の接続方法を用いて接続対象物を接続する工程を備えていることを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１】
（ａ）第１金属と、前記第１金属よりも融点が高く、前記第１金属と反応して３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成する第２金属とからなる金属成分を含む導電性材料を、互いに接続すべき接続対象物の間に配置する工程と、
（ｂ）前記第１金属の融点以上の温度で前記導電性材料を加熱する工程と
を備えるとともに、
前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属と前記第２金属とを反応させて両者の金属間化合物を生じさせるとともに、溶融した前記第１金属中で、前記金属間化合物を剥離、分散させながら反応を繰り返して行わせること
を特徴とする接続対象物の接続方法。
【請求項２】
前記第１金属はＳｎまたはＳｎを７０％以上含む合金であることを特徴とする請求項１記載の接続対象物の接続方法。
【請求項３】
前記第２金属は前記第２金属の周囲に最初に生成する金属間化合物の格子定数と前記第２金属成分の格子定数との差である格子定数差が５０％以上の金属または合金であることを特徴とする請求項１または２記載の接続対象物の接続方法。
【請求項４】
前記導電性材料を加熱する工程において、前記第１金属のすべてを前記第２金属との金属間化合物とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接続対象物の接続方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の接続対象物の接続方法を用いて接続対象物を接続する工程を備えていることを特徴とする電子装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１６８５５（Ｐ２０１２−２１６８５５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３２５１８（Ｐ２０１２−１３２５１８）
【出願日】平成２４年６月１２日（２０１２．６．１２）
【分割の表示】特願２０１１−４４１４２（Ｐ２０１１−４４１４２）の分割
【原出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１２日（２０１２．６．１２）
【分割の表示】特願２０１１−４４１４２（Ｐ２０１１−４４１４２）の分割
【原出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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