金属フィラー及びこれを含む鉛フリーはんだ
【課題】Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低い温度で溶融接合でき、接合後は耐熱性に優れ、かつ室温で良好な接合強度を与える金属フィラーの提供。
【解決手段】Ｃｕ系合金粒子（Ｃｕ系合金粒子は、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎを含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含み、そして該Ｃｕ系合金粒子の含有量は３０〜４５質量％である）；並びに複合合金粒子（該複合合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、該Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は２５〜２５０質量部であり、該Ｂｉ系合金粒子は、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％のＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及び／又はＳｎを含み、そして該Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する）を含む金属フィラー。
【解決手段】Ｃｕ系合金粒子（Ｃｕ系合金粒子は、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎを含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含み、そして該Ｃｕ系合金粒子の含有量は３０〜４５質量％である）；並びに複合合金粒子（該複合合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、該Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は２５〜２５０質量部であり、該Ｂｉ系合金粒子は、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％のＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及び／又はＳｎを含み、そして該Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する）を含む金属フィラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子部品の接続及びビア充填等に使用される金属フィラー、及び該金属フィラーを含む鉛フリーはんだ、特に低温〜中温接続用の鉛フリーはんだに関する。また、本発明の金属フィラーは、原理上導電性接着剤等にも使用されることができる。また、本発明は、本発明の鉛フリーはんだを用いて得られる接続構造体、並びに基板及び該基板上に搭載された該接続構造体を含む部品搭載基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リフロー熱処理において使用されるはんだ材料として、一般的に１８３℃の融点を有するスズ（Ｓｎ）−３７鉛（Ｐｂ）共晶はんだが用いられてきた。また、高耐熱性が要求される電子部品の内部等で使用される高温はんだとしては、２７０℃の固相線温度及び３０５℃の液相線温度を有するＳｎ−９０Ｐｂ高温はんだが広く用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、近年、ＷＥＥＥ（Ｗａｓｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎ）指令、ＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）指令等のＥＵの環境規制が示すように、鉛（Ｐｂ）の有害性が問題となっている。よって、環境汚染を防止する観点から、はんだの鉛フリー化（すなわち、実質的に鉛を含まないはんだの形成）が急速に進んでいる。このような状況の中で、現在、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだの代替物としては、約２２０℃の融点を有するＳｎ−３．０銀（Ａｇ）−０．５銅（Ｃｕ）から成る鉛フリーはんだが代表的である。該鉛フリーはんだのリフロー熱処理条件としては、ピーク温度が約２４０℃〜２６０℃である温度範囲が一般的となりつつある。
【０００４】
上記Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕから成る鉛フリーはんだは、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだに比べ、合金の融点が高いことから、そのリフロー熱処理条件もより高温になる。昨今、化石燃料の枯渇、地球温暖化等の問題が危惧されているので、リフロー熱処理温度を低温化することによって、省エネルギープロセス、及び低二酸化炭素排出プロセスを確立することが切望されている。また、このようなリフロー熱処理温度の低温化は、電気・電子機器及び基板材料の熱損傷を抑制することを可能にし、そして使用できる基板材料の選択の幅を広げるので期待されている。現在、低温で溶融接合できるＰｂフリーはんだ材料の代表的な例としては、Ｓｎ−５８ビスマス（Ｂｉ）共晶はんだ（融点１３８℃）、インジウム（Ｉｎ）（融点１５７℃）、Ｓｎ−５２Ｉｎ合金はんだ（融点１１８℃）等が挙げられる（特許文献１及び２参照）。しかし、これらのはんだ材料はいずれも融点が低く、はんだ接合後に、再度融点以上の温度になれば再溶融してしまうという課題を抱えている。
【０００５】
ところで、携帯電話に代表されるように、電子機器の小型化、軽量化及び高機能化の流れは目覚しく、これに追従して、高密度実装技術も急速な進歩を続けている。例えば、部品を基板中に内蔵するか、又は複数のＬＳＩを単一パッケージ化する手法のように、限られた容積を有効に利用するための多様な実装技術が開発されている。一方で、このような高密度化が進むほど、基板内部又はパッケージ内部に組み込まれた部品のはんだ接続部が、後工程で熱処理を受ける回数が増加する。これにより、後工程ではんだが再溶融して、そして部品と封止樹脂との隙間からはんだが流れ出すために、部品電極間等でショートが発生するという問題が顕在化している。したがって、基板内部又はパッケージ内部に組み込まれた部品の接続において、後工程で複数回の熱処理を受けても溶融流動しない鉛フリーはんだ材料の開発が望まれている。
【０００６】
また、上述のように部品を基板に内蔵する場合、一般的には部品を基板に実装した後に、プリプレグ及び内層配線基板等を介して約１５０℃〜２００℃の熱処理を加えながら積層プレスが行われる。その際、一般的なＳｎ−５８Ｂｉはんだ（融点１３８℃）等の低温はんだで部品を実装した場合には、積層熱プレス等の温度のためにはんだが再溶融し、そしてプリプレグの樹脂流動圧力により、はんだ部及び部品自体が流動する。すなわち、低温はんだを用いる場合、現状では積層熱プレスをして部品を内蔵することが極めて困難である。このような背景から、低温での実装が可能であり、かつ耐熱性に優れた金属フィラー、及び該金属フィラーを含む鉛フリーはんだが望まれている。
【０００７】
本発明者等は、これまで上記問題を考慮して、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理の温度よりも低い温度（例えばピーク温度１６０℃）で溶融接合でき、接合後は耐熱性に優れ、かつ接合後に室温での良好な接合強度を与えることができる金属フィラーを提案してきた（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３３４３８６号公報
【特許文献２】特開平１１−２３９８６６号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０９８３５７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に記載される技術においては、Ｂｉを大量に含むＳｎ−Ｂｉ系合金粒子を使用していた。通常、このようなＳｎ−Ｂｉ系合金粒子を含むＳｎ−Ｂｉ系はんだは、ＰｂフリーはんだであるＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ等に比べて融点が低く、加熱時の流動性の観点で改善の余地がある。また、Ｂｉを大量に含むＳｎ−Ｂｉ系はんだは、その接続抵抗が高いので、部品接合後の接続特性において改善の余地がある。
【００１０】
したがって、本発明は、Ｃｕ系合金粒子、並びにＢｉ系合金粒子及びＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子を含む混合粉体を使用することにより、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理の温度条件よりも低い温度条件（例えば、ピーク温度１６０℃〜２００℃）で溶融接合でき、接合後は耐熱性に優れ、かつ室温で良好な接合強度を与えることができる金属フィラーを提供することを目的とする。また、本発明は、特許文献３の技術に比べてＢｉ使用量を大幅に低減して、接続抵抗等の接続特性を改良することも目的とする。さらに、本発明は、該金属フィラーを含む鉛フリーはんだ又は導電性接着剤、該鉛フリーはんだ又は導電性接着剤を用いて得られる接続構造体、並びに基板及び該接続構造体を含む部品搭載基板を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は下記の通りである：
［１］ 以下の：
（１）銅（Ｃｕ）系合金粒子
ここで、該Ｃｕ系合金粒子は、Ｃｕ、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含み、そして該Ｃｕ系合金粒子の含有量は、該金属フィラーの全質量を基準として３０〜４５質量％である；並びに
（２）複合合金粒子
ここで、該複合合金粒子は、ビスマス（Ｂｉ）系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、該Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、該Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部であり、該Ｂｉ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％の銀（Ａｇ）、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の金属を含み、そして該Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する；
を含む金属フィラー。
【００１２】
［２］ 前記Ｃｕ系合金粒子はＡｇ又はＢｉをさらに含む、［１］に記載の金属フィラー。
【００１３】
［３］ 前記Ｂｉ系合金粒子はＳｎを含む、［１］又は［２］に記載の金属フィラー。
【００１４】
［４］ 前記Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、Ｓｎ１００質量部に対して、４．０質量部以下のＡｇ及び／又はＣｕを含む、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の金属フィラー。
【００１５】
［５］ ［１］〜［４］のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む鉛フリーはんだ。
【００１６】
［６］ ［１］〜［４］のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む導電性接着剤。
【００１７】
［７］ 第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接合しているはんだ接合部を含む接続構造体であって、該はんだ接合部は、［５］に記載の鉛フリーはんだを、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【００１８】
［８］ 第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接着している接着部を含む接続構造体であって、該接着部は、［６］に記載の導電性接着剤を、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【００１９】
［９］ 基板及び該基板上に搭載された［７］又は［８］に記載の接続構造体を含む部品搭載基板。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の金属フィラーは、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだよりも低いリフロー熱処理温度（例えば、ピーク温度１６０℃〜２００℃）で溶融接合を可能にし、接合後は耐熱性に優れ、かつ室温で良好な接合強度を与える。また、本発明は、特許文献３の技術に比べてＢｉ使用量を大幅に低減できるから、接続抵抗等の接続特性を改良できる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜金属フィラー＞
一般に、金属フィラーとは、金属を含む充填剤をいう。本発明の金属フィラーは、銅（Ｃｕ）系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）を含む。また、本発明の金属フィラーは、Ｃｕ系合金粒子（１）と複合合金粒子（２）との混合物でもよい。本発明の金属フィラーは、特定のＣｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の金属フィラーでは、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ｃｕ、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含む。したがって、Ｃｕ系合金粒子（１）は、主成分としてＣｕ元素を含む。また、本発明の金属フィラーでは、金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、金属フィラーの全質量を基準として３０〜４５質量％である。
【００２３】
本発明の金属フィラーでは、複合合金粒子（２）は、ビスマス（Ｂｉ）合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、そして複合合金粒子（２）中のＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部である。また、本発明の金属フィラーでは、Ｂｉ系合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％の銀（Ａｇ）、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の金属も含む。また、本発明の金属フィラーでは、Ｓｎ系合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有し、かつＢｉを含まない。なお、本明細書において「特定の元素を含まない」とは、意図的にその元素を添加していないという意味であり、特定の元素が不可避的不純物の濃度で金属フィラーに混入することはあり得る。
【００２４】
本発明の金属フィラーの形態は、限定されるものではないが、液体、固体、粉末などでよい。また、金属フィラーに含まれる成分の幾つかを予備混合するか、又は金属フィラーに含まれる全ての成分を同時に混合することも好ましい。
【００２５】
本発明において、Ｃｕ系合金粒子（１）、並びにＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子とＢｉ系合金粒子との混合粉（複合合金粒子（２））に対して、Ｂｉ系合金粒子（例えばＳｎ５８Ｂｉ粒子）の固相線温度以上、かつＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下の熱処理温度でリフローした場合、Ｂｉ系合金粒子が溶融し、Ｃｕ系合金粒子（１）と溶融したＢｉ合金成分との間で熱拡散による合金化反応が進み、そしてＢｉ系合金粒子の融点よりも高い融点を有する安定合金相が形成される。安定合金相の形成と同時に、溶融したＢｉ合金成分は、Ｓｎ粒子又はＢｉを含まないＳｎ系合金粒子に溶融拡散することによって、Ｂｉ含有量の少ないＳｎ系合金相が形成される。
【００２６】
本発明の典型的な実施態様では、本発明に係るＣｕ系合金粒子（１）、Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、リフロー熱処理温度において完全溶融しない。これにより、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだは、低温条件（典型的には、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件の温度よりも低い温度の条件）で溶融接合されることができて、溶融接合後には、熱処理で再溶融しないという効果を有する。さらに、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだにより溶融接合された溶融接合部は、Ｓｎ−５８Ｂｉの共晶組成等に比べてＢｉ含有量の少ないＳｎ系合金相を形成するから、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだは、接続信頼性に優れる。また、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだは、低温で溶融接合されることができるから、省エネルギープロセス及び低二酸化炭素排出プロセスで使用されることができるとともに、適用される電気・電子機器及び基板材料等の熱損傷を抑制できる点で有利である。
【００２７】
＜Ｃｕ系合金粒子（１）、Ｂｉ系合金粒子、及びＳｎ粒子又はＳｎ系合金粒子の混合物＞
前述の通り、本発明の金属フィラーは、Ｃｕ系合金粒子（１）と複合合金粒子（２）との混合物でよい。該混合物である金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、金属フィラーの全質量を基準として、３０〜４５質量％の範囲である。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量が４５質量％以下である場合、金属フィラー中の、リフロー熱処理時に溶融拡散する金属成分の存在割合が多いため、低温での溶融接合が良好に実施されることができるとともに、例えば、はんだとして接合された後に、溶融接合部に良好な物理的強度が付与される。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量が４０質量％以下である場合、さらに良好な物理的強度が得られるため好ましく、３７質量％以下が最も好ましい。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量が３０質量％以上である場合、溶融したＢｉ合金成分がＣｕ系合金粒子（１）と反応することで形成される、高融点を有する安定合金相の存在割合が多くなるため、耐熱性が得られるようになる。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量は、３１質量％以上が好ましく、３３質量％以上が最も好ましい。また、はんだ接合部の物理的強度及び耐熱性の観点から、該混合物である金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、３０〜４５質量％の範囲である。
【００２８】
Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の粒度分布は、はんだペースト用途に応じて定めることができる。例えば、スクリーン印刷用途では、版抜け性を重視して、粒度分布をブロードにするのが好ましく、ディスペンス用途、及びビア充填用途では、吐出流動性及び穴埋め性を重視して、粒度分布をシャープにするのが好ましい。
【００２９】
Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の平均粒径は、後述するように、フラックスとの反応性及びペースト特性の観点から、好ましくは、それぞれ２〜３０μｍ、及び５〜４０μｍの範囲であり、より好ましくは、Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の平均粒径は、いずれも５〜２５μｍの範囲である。
【００３０】
本発明の金属フィラーは、後述するように、例えばフラックスと組合わされることによって、ペースト状の鉛フリーはんだを形成できる。このはんだペーストを用いて部品実装を行なう場合、リフロー熱処理によって形成されるはんだ接合部（特にフィレット部分）の表面に、薄いフラックス層が形成される場合がある。金属フィラーの平均粒径が小さいと、該フラックス層中に金属フィラーの微粒子が浮遊した状態（すなわち金属粒子が互いに離れている状態）で同伴されやすく、はんだ接合された部品を後続のフラックス洗浄工程に供する際に、洗浄液中に金属フィラーの粒子が流れ出して部品に付着するという不都合が生じる場合がある。Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子の平均粒径がいずれも５μｍ以上である場合、部品実装時にフラックス層中に金属フィラーの微粒子が同伴されにくく、フラックス層中の浮遊粒子の発生を抑制できるため、洗浄液中に流れ出す粒子の数を低減できる。一方、Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子の平均粒径がいずれも２５μｍ以下である場合、はんだペーストの粘着力が損なわれ難くなるので好ましい。
【００３１】
なお、本明細書で規定するＣｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の元素組成は、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析等で確認されることができる。また、粒子断面の元素組成は、ＳＥＭ−ＥＤＸ（特性Ｘ線分析装置）を用いることによって解析されることができる。
【００３２】
なお、本明細書における「平均粒径」とは、レーザー回折式粒子径分布測定装置で測定される値をいう。
【００３３】
＜Ｃｕ系合金粒子（１）＞
Ｃｕ系合金粒子（１）とは、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎを含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含む粒子をいう。さらに、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ａｇ又はＢｉの金属を含むことが好ましい。これにより、Ｃｕ系合金粒子（１）は準安定合金相を形成できる。該準安定合金相の形成は、主に熱処理時のＣｕ系合金粒子（１）とＢｉ系合金粒子との合金化の促進に寄与し、従って、低温での溶融接合時の良好な接合強度の付与に寄与する。
【００３４】
好ましい態様において、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ａｇ５〜１５質量％、Ｂｉ２〜８質量％、Ｃｕ４９〜８１質量％、Ｓｎ１０〜２０質量％及びＩｎ２〜８質量％から成る。なお、この場合、不可避的不純物がＣｕ系合金粒子（１）に含まれてもよい。さらに好ましくは、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ａｇ８〜１２質量％、Ｂｉ３〜７質量％、Ｃｕ６０〜７０質量％、Ｓｎ１３〜１７質量％及びＩｎ３〜７質量％から成る。
【００３５】
Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径は、２〜３０μｍの範囲であることが好ましい。Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径が２μｍ以上である場合、粒子の比表面積が小さくなる。そのため、例えば、後述するフラックスを用いて、本発明の金属フィラーからはんだペーストを形成するときに、Ｃｕ系合金粒子（１）とフラックスとの接触面積が少なくなり、そしてはんだペーストの寿命が長くなるという利点が得られる。さらに、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径が２μｍ以上である場合には、リフロー熱処理において、フラックスによる金属フィラーの還元反応（すなわち、金属フィラー粒子の酸化膜除去）で発生するアウトガスを少なくすることができるので、はんだ接続内部に発生するボイドを低減させることができる。また、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径は、はんだペーストの粘着力の観点から３０μｍ以下が好ましい。粒子サイズが大きくなりすぎると、粒子間の隙間が大きくなるので、はんだペーストの粘着力が損なわれ易くなり、そしてはんだ接合される部品の搭載からリフロー熱処理が終わるまでの工程間で該部品が外れ易くなる。より好ましくは、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径は、５〜２５μｍの範囲である。
【００３６】
前述の通り、金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、金属フィラーの全質量を基準として、３０〜４５質量％の範囲、好ましくは、３１〜４０質量％の範囲、より好ましくは、３３〜３７質量％の範囲である。
【００３７】
＜複合合金粒子（２）＞
複合合金粒子（２）とは、Ｂｉ系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物をいう。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度は、Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上である。低温溶融接合性を考慮すると、複合合金粒子（２）中のＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部の範囲である。Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量が２５質量部以上である場合には、複合合金粒子（２）中のＢｉ含有量が相対的に少なくなるため接続信頼性の観点で有利である。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、３０質量部以上であることが好ましく、５０質量部以上であることがより好ましい。また、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量が２５０質量部以下である場合には、Ｂｉ系合金粒子による低温接合性が確保できる。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、２３０質量％以下であることが好ましく、２１０質量％以下であることがより好ましい。
【００３８】
Ｂｉ系合金粒子の固相線温度は、好ましくは８０〜１６０℃の範囲であり、より好ましくは１００〜１５０℃の範囲である。また、Ｓｎ粒子及びＢｉを含まないＳｎ系合金粒子の固相線温度は、耐熱性の観点からＢｉ系合金粒子の固相線温度よりも、２０℃以上高いことが好ましく、５０℃以上高いことがより好ましい。本発明の典型的な実施態様では、本発明の鉛フリーはんだを用いるときのリフロー熱処理温度でＢｉ系合金粒子は溶融し、Ｓｎ粒子又はＢｉを含まないＳｎ系合金粒子は完全溶融しない。
【００３９】
＜Ｂｉ系合金粒子＞
一般に、Ｂｉ系合金粒子とは、Ｂｉを含む合金粒子をいう。本発明で使用されるＢｉ系合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％のＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる１種以上の金属から選択される少なくとも１種の金属を含む。なお、不可避的不純物がＢｉ系合金粒子に含まれていてもよい。Ｂｉ系合金粒子は、上記組成を有することにより、リフロー熱処理において溶融し、そして溶融したＢｉ系合金粒子成分とＣｕ系合金粒子（１）、又は溶融したＢｉ系合金粒子成分とＳｎ粒子若しくはＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の間で、熱拡散による合金化が良好に実現される。
【００４０】
Ｂｉ系合金粒子中のＢｉの含有量は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、低温での溶融接合を可能にするとともに接合後に室温での良好な接合強度を得る観点から、４０質量％以上７０質量％以下であり、好ましくは５０〜６０質量％である。
【００４１】
Ｂｉ系合金粒子中の、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる１種以上の金属の含有量は、Ｃｕ系合金粒子（１）とＢｉ系合金粒子との合金化を良好に実現する観点から３０質量％以上であり、ＢｉをＢｉ系合金粒子中に十分な量で含有させて低温での溶融接合を可能にする観点から６０質量％以下である。上記Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる１種以上の金属の含有量は、好ましくは４０〜５０質量％である。
【００４２】
特に、金属フィラーの良好な低温溶融性及び接合性、並びに低温での溶融接合における良好な接合強度を提供するために、Ｂｉ系合金粒子はＳｎを含むことが好ましい。Ｂｉ系合金粒子中のＳｎの含有量は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜５０質量％であることが好ましく、４０〜４４質量％がより好ましい。また、Ｂｉ系合金粒子にＩｎを加えることによって、より低温での溶融接合も可能である。
【００４３】
Ｂｉ系合金粒子が、Ａｇ、Ｃｕ及びＩｎから選ばれる１種以上の金属を含む場合には、延性の改善、低融点化、機械的強度等の改良が可能である。
【００４４】
また、金属フィラーの低温溶融性及び接合性の観点から、Ｂｉ系合金粒子は、好ましくは、Ｓｎ−Ｂｉ系合金粒子であり、より好ましくは、凝固欠陥及び偏析が生じ難い共晶組成（典型的には、固相線温度１３９℃のＳｎ−５８Ｂｉ）を有するＳｎ−Ｂｉ系合金粒子である。Ｓｎ−Ｂｉ系合金粒子は、典型的には、Ｓｎ及びＢｉのみを構成元素とする（但し、不可避的不純物を含有してもよい。）が、延性の改善、低融点化、機械的強度等の改良の目的で、Ａｇ、Ｃｕ及びＩｎから選ばれる１種以上の金属を微量添加されることができる。具体例として、固相線温度１３８℃のＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇが挙げられる。
【００４５】
Ｂｉ系合金粒子の平均粒径は、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径と同じ理由、すなわち、フラックスとの反応性及びペーストの粘着力の観点から、好ましくは、５〜４０μｍの範囲であり、より好ましくは、５〜２５μｍの範囲である。
【００４６】
＜Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子＞
一般に、Ｓｎ粒子とは、Ｓｎから成る粒子をいう。一般に、Ｓｎ粒子の固相線温度は、約２３２℃である。また、一般に、Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子とは、Ｂｉを含まず、かつＳｎを含む合金粒子をいうが、不可避的不純物としてのＢｉの混入を除外するものではない。Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する。前述の通り、Ｂｉ系合金粒子の固相線温度は、８０〜１６０℃の範囲であり、Ｓｎ粒子及びＢｉを含まないＳｎ系合金粒子の固相線温度は、耐熱性の観点からＢｉ系合金粒子の固相線温度よりも、２０℃以上高いことが好ましく、５０℃以上高いことがより好ましい。
【００４７】
また、Ｓｎ系合金粒子は、好ましくは、Ｓｎ１００質量部に対して、４．０質量部以下のＡｇ及び／又はＣｕを含む。本発明に使用されるＳｎ系合金粒子の具体例としては、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ粒子（固相線温度：約２１７℃）、Ｓｎ−３．５Ａｇ粒子（固相線温度：約２２１℃）、Ｓｎ−０．７５Ｃｕ粒子（固相線温度：約２２７℃）、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕ粒子（固相線温度：約２１７℃）等が挙げられる。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の平均粒子径は、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径と同じ理由、すなわちフラックスとの反応性及びペーストの粘着力の観点から、好ましくは、５〜４０μｍの範囲であり、より好ましくは、５〜２５μｍの範囲である。
【００４８】
＜粒子の製造方法＞
Ｃｕ系合金粒子（１）、Ｂｉ系合金粒子、Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子を製造する方法としては、微粉末の製造方法として既知の方法を採用できるが、急冷凝固法が好ましい。急冷凝固法による微粉末の製造方法としては、水噴霧法、ガス噴霧法、遠心噴霧法等が挙げられる。これらの中でも、粒子の酸素含有量を抑えることができる点から、ガス噴霧法及び遠心噴霧法がより好ましい。
【００４９】
ガス噴霧法では、通常、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用することができる。これらの不活性ガスの中でも、ガス噴霧時の線速を高くして、冷却速度を速くできる点で、比重の軽いヘリウムガスを用いることが好ましい。冷却速度は、５００〜５０００℃／秒の範囲であることが好ましい。
【００５０】
遠心噴霧法では、回転ディスク上面に均一な溶融膜を形成する観点から、ディスクの材料は、サイアロンであることが好ましく、そしてディスク回転速度は、６万〜１２万ｒｐｍの範囲であることが好ましい。
【００５１】
＜鉛フリーはんだ＞
本発明は、上述した本発明の金属フィラーを含む鉛フリーはんだをも提供する。本明細書において、「鉛フリー」とは、ＥＵの環境規制に準じ、鉛の含有量が０．１質量％以下であることを意味する。本発明の鉛フリーはんだは、金属フィラー成分及びフラックス成分を含むはんだペーストであることが好ましい。典型的には、本発明の鉛フリーはんだは、金属フィラー成分及びフラックス成分から成る。金属フィラー成分は、上述した本発明の金属フィラーであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、他の金属フィラーを少量含んでもよい。
【００５２】
上記はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量は、ペースト特性の観点から、はんだペーストの全質量（すなわち、１００質量％）を基準として、８４〜９４質量％の範囲であることが好ましい。はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量のより好ましい範囲は、ペーストの用途に応じて定めることができる。例えば、スクリーン印刷用途では、版抜け性が重視されるので、はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量は、はんだペーストの全質量を基準として、好ましくは、８７〜９２質量％の範囲であり、より好ましくは、８８〜９１質量％の範囲である。例えば、ディスペンス用途では、吐出流動性が重視されるので、はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量は、はんだペーストの全質量を基準として、好ましくは、８０〜８９質量％の範囲であり、より好ましくは、８６〜８８質量％の範囲である。
【００５３】
一般に、フラックスとは、はんだより速く溶融して、金属表面を洗浄する材料をいう。本発明で使用されるフラックス成分は、ロジン、溶剤、活性剤及びチクソ剤を含むことが好ましい。そのようなフラックス成分は、金属フィラーの表面処理に好適である。すなわち、フラックス成分は、リフロー熱処理時にはんだペースト中の金属フィラー成分の酸化膜を除去し、再酸化を抑制することで、金属の溶融及び熱拡散による合金化を促進する。フラックス成分としては、既知の材料を使用することができる。
【００５４】
＜導電性接着剤＞
本発明は、上述した本発明の金属フィラーを含む導電性接着剤も提供する。一般に、導電性接着剤とは、銀、銅、カーボンファイバー等の導電性の良い材料を含む接着剤をいう。一般に、導電性接着剤は、鉛フリー、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）フリー、フラックスレス、容易な低温実装等の特徴を有するので、本発明の導電性接着剤は、電気接続したいがはんだ付けできない部品（例えば、半導体チップ、液晶、有機ＥＬ、ＬＥＤ等に関連するデバイス）に適する。また、本発明の導電性接着剤は、上記鉛フリーはんだと同じ組成を有することができる。ただし、本発明の導電性接着剤は、フラックス成分を含んでもよいし、含まなくてもよい。
【００５５】
＜接続構造体＞
本発明は、第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接合しているはんだ接合部又は該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接着している接着部を含む接続構造体も提供する。また、本発明の接続構造体では、前記はんだ接合部は、本発明の鉛フリーはんだを、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＳｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている。また、本発明の接続構造体では、前記接着部は、本発明の導電性接着剤を、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＳｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている。
【００５６】
第１の電子部品及び第２の電子部品の組合せとしては、基板電極と搭載部品電極との組み合わせ等が挙げられる。本発明の接続構造体を形成するための第１の電子部品と第２の電子部品との接合方法としては、基板電極にはんだペーストを塗布した後に搭載部品電極を載せてリフロー熱処理により接合する方法、搭載部品電極又は基板電極にはんだペーストを塗布し、リフロー熱処理によるバンプ形成後、搭載部品電極と基板電極とを重ね合せて再度リフロー熱処理で接合する方法等が挙げられる。上記の場合、電極間のはんだ接合により該電極間を接続できる。
【００５７】
リフロー時の熱処理ピーク温度は、好ましくは、１００〜２１０℃の範囲であり、より好ましくは１６０〜２００℃の範囲である。この熱処理時のピーク温度は、典型的には、Ｃｕ系合金粒子（１）の融点未満かつＢｉ系合金粒子の融点以上に設定される。本発明に係る鉛フリーはんだを用いて、電子デバイス等の搭載部品電極と基板電極とを接続する場合、Ｂｉ系合金粒子の融点以上の熱履歴が与えられるとＢｉ系合金粒子は溶融し、Ｃｕ系合金粒子（１）と溶融したＢｉ合金成分との間で熱拡散による合金化反応が進み、Ｂｉ系合金粒子の融点よりも高い融点を有する安定合金相が形成される。この新たな安定合金相の融点は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕから成る鉛フリーはんだのリフロー熱処理温度（例えば２６０℃程度）より高く、後工程で複数回の熱処理を受けてもはんだが溶融しない。したがって、本発明によれば、はんだの再溶融によって部品電極間で発生するショートを防止できる。
【００５８】
また、溶融したＢｉ合金成分はＳｎ粒子又はＢｉを含まないＳｎ系合金粒子に対して溶融拡散することで、Ｂｉ組成の少ないＳｎ系合金相を形成する。典型的な実施態様では、本発明の鉛フリーはんだ又は導電性接着剤を用いるときのリフロー熱処理温度においてＣｕ系合金粒子（１）は完全溶融しない。これにより、本発明の金属フィラーを含む鉛フリーはんだは、低温条件（典型的には、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低い温度の条件）で溶融接合されることができるとともに、溶融接合後には、熱処理で再溶融しないという効果を有し、そして溶融接合部は、Ｓｎ−５８Ｂｉの共晶組成等に比べてＢｉ含有量の少ないＳｎ系合金相を形成するので、接続抵抗が下がる等の特性に優れる。
【００５９】
＜部品搭載基板＞
本発明は、基板及び該基板上に搭載された本発明の接続構造体を含む部品搭載基板をも提供する。また、本発明の部品搭載基板は、好ましくは、電子部品が搭載されている基板であり、そして各種の電子機器の製造に使用されることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６１】
＜実施例１＞
（１）Ｃｕ系合金粒子（１）の製造
Ｃｕ６．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｓｎ１．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ａｇ１．０ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｂｉ０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、及びＩｎ０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）（すなわち、目標元素組成が、Ｃｕ：６５質量％、Ｓｎ：１５質量％、Ａｇ：１０質量％、Ｂｉ：５質量％、及びＩｎ：５質量％である。）を黒鉛坩堝に入れ、９９体積％以上のヘリウム雰囲気で、高周波誘導加熱装置により１４００℃まで加熱、融解した。次に、この溶融金属を、坩堝の先端より、ヘリウムガス雰囲気の噴霧槽内に導入した後、坩堝先端付近に設けられたガスノズルから、ヘリウムガス（純度９９体積％以上、酸素濃度０．１体積％未満、圧力２．５ＭＰａ）を噴出してアトマイズを行い、そして２６００℃／秒の冷却速度で溶融金属を冷却することにより、Ｃｕ系合金粒子（１）を作製した。
【００６２】
このＣｕ系合金粒子（１）を気流式分級機（日清エンジニアリング：ＴＣ−１５Ｎ）を用いて、２０μｍ設定で分級し、大粒子側を回収後、もう一度３０μｍ設定で分級し、小粒子側を回収した。回収した合金粒子をレーザー回折式粒子径分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）で測定したところ、平均粒径は、１５．１μｍであった。このＣｕ系合金粒子（１）を示差走査熱量計（島津製作所：ＤＳＣ−５０）を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件で、４０〜５８０℃の範囲において測定したところ、５０２℃及び５２１℃に吸熱ピークが検出され、これらによって示される複数の融点から、複数の合金相の存在を確認することができた。また、２５８℃及び２８２℃には発熱ピークが検出され、準安定合金相の存在を確認することができた。
【００６３】
（２）Ｂｉ系合金粒子
Ｂｉ系合金粒子には、山石金属（株）社製の粒度１０μｍ〜２５μｍのはんだ粉末Ｓｎ−５８Ｂｉ（元素組成は、Ｂｉ：５８質量％、Ｓｎ：４２質量％であり、固相線温度は１３９℃である）を用いた。示差走査熱量計（島津製作所：ＤＳＣ−５０）によって、前記Ｃｕ系合金粒子（１）の測定と同じ測定条件で測定される融点は、１３８℃であった。また、Ｂｉ系合金粒子をレーザー回折式粒子径分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）で測定したところ平均粒径は２０．４μｍであった。
【００６４】
（３）Ｓｎ粒子
Ｓｎ粒子としては、山石金属（株）社製の粒度１０μｍ〜２５μｍのＳｎ粒子を用いた。該Ｓｎ粒子をレーザー回折式粒子径分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）で測定したところ平均粒径は２１．８μｍであった。なお、Ｓｎ粒子の固相線温度は、２３２℃である。
【００６５】
（４）鉛フリーはんだペーストの作製
上記のＣｕ系合金粒子（１）、並びにＢｉ系合金粒子及びＳｎ粒子の混合粉（複合合金粒子（２））を、質量比３５：６５で混合し、金属フィラー成分を調製した。このとき、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が２００質量部となるように複合合金粒子（２）を調製した。次に、９０質量％の金属フィラー成分及び１０質量％のロジン系フラックスを混合し、ソルダーソフナー（マルコム：ＳＰＳ−１）、及び脱泡混練機（松尾産業：ＳＮＢ−３５０）に順次に供して、はんだペーストを作製した。
【００６６】
（５）部品接合強度の測定
上記はんだペーストを用いて１００５サイズの０Ω抵抗部品（１００５Ｒ）を実装し、その後、Ｎ２雰囲気で、ピーク温度１７０℃のリフロー条件で熱処理に供して、１００５Ｒ、４５個のデイジーチェーンを作製した。熱処理装置は、リフローシミュレータ（マルコム：ＳＲＳ−１Ｃ）を使用した。温度プロファイルは、熱処理開始（常温）から１００℃までを１．５℃／秒で昇温し、１００℃から１３０℃までを９０秒かけて徐々に昇温した後、２．０℃／秒で昇温し、ピーク温度１７０℃で４５秒間保持する条件を採用した。印刷パターン形成には、スクリーン印刷機（マイクロテック：ＭＴ−３２０ＴＶ）を用いた。印刷マスクはメタル製であり、そしてスキージはウレタン製である。マスクは、開口サイズ２ｍｍ×３．５ｍｍ、厚み０．１ｍｍである。印刷条件は、速度５０ｍｍ／秒、印圧０．１ＭＰａ、スキージ圧０．２ＭＰａ、背圧０．１ＭＰａ、アタック角度２０°、クリアランス０ｍｍ、及び印刷回数１回とした。その後、部品の長手方向より荷重を掛けて接合強度を測定したところ、部品接合強度の平均値は、４．２Ｎであった。なお、実施例１の（５）以降の評価結果を表１に示す。
【００６７】
（６）部品接続抵抗
上記１００５Ｒ、４５個のデイジーチェーンの抵抗値を測定したところ、９８８ｍΩであった。
【００６８】
（７）加熱時溶融流動特性
上記はんだペーストを、アルミナ基板上にスクリーン印刷機（マイクロテック：ＭＴ−３２０ＴＶ）を用いて印刷し（印刷厚み：２００μｍ、印刷開口：６ｍｍΦ）、ピーク温度１７０℃のリフロー条件（（５）同様）で熱処理を行った。リフロー前後での、はんだの面積変化を測定したところ、リフロー後は、リフロー前に対して９２．１％の面積に変化した。該面積変化を、表１の加熱時溶融流動特性に示した。
【００６９】
＜実施例２及び３並びに比較例１及び２＞
Ｂｉ系合金粒子とＳｎ粒子の混合質量比を表１に示した混合比に変えて、その他条件は実施例１と同様の条件で各評価を実施した。
【００７０】
＜部品接合強度＞
表１の実施例１〜３及び比較例１より、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が０〜２００質量部の複合合金粒子（２）を用いた場合には、１００５Ｒで４Ｎ以上の部品接合強度が得られている。一方、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が６００質量部である場合には、１００５Ｒの部品接合強度が０ Ｎであった（比較例２）。これは複合合金粒子（２）中のＢｉ系合金粒子の混合比が少なくなりすぎると、１７０℃のリフローにて溶融する粒子が少なくなるため（Ｓｎ粒子の融点：２３２℃）良好な金属接合が得られないことを意味する。逆に、実施例１ではＢｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が２００質量部であるにもかかわらず、ピーク温度１７０℃のリフローによって、Ｓｎ粒子を含有しない比較例１と同等の部品接合強度がえられた。
【００７１】
＜部品接続抵抗＞
表１の実施例１〜３及び比較例１より、複合合金粒子（２）中のＢｉ系合金粒子の混合比を減らすことによって、部品接続抵抗値を下げることが可能であり、部品接続特性を改善できることがわかる。
【００７２】
＜加熱時溶融流動特性＞
比較例１では、印刷したはんだを１７０℃で熱処理を行うことで、該はんだの面積が６３％に変化する。これは、リフロー時に、溶融した金属成分に表面張力が働いて、溶融流動していることを意味する。一方、実施例１〜３では、所定量のＳｎ粒子が複合合金粒子（２）中に加わったことによって、上記熱処理後のはんだ面積は、いずれも７０％以上であった。すなわち、実施例１〜３の金属フィラー組成では、加熱時の溶融流動が少ないため、比較例１の金属フィラー組成に比べてより耐熱性に優れているといえる。
【００７３】
【表１】
【００７４】
＜実施例４〜６＞
実施例１のＳｎ粒子の代わりに、Ｓｎ系合金粒子である、粒度１０〜２５μｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ粒子（実施例４）、粒度１０〜２５μｍのＳｎ−３．５Ａｇ粒子（実施例５）、及び粒度２５〜３８μｍのＳｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕ粒子（実施例６）を用いて、実施例１と同様の評価を行った結果を表２に示す。部品接合強度、部品接続抵抗値、加熱時溶融流動特性はいずれも、実施例１に近い値が得られた。
【００７５】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の金属フィラー及びこれを含む鉛フリーはんだ又は導電性接着剤は、後工程で複数回の熱処理を受ける接続構造体の用途（例えば、部品内蔵基板、パッケージ等の電子デバイスの用途）に適用されることができ、かつ低温実装を実現できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子部品の接続及びビア充填等に使用される金属フィラー、及び該金属フィラーを含む鉛フリーはんだ、特に低温〜中温接続用の鉛フリーはんだに関する。また、本発明の金属フィラーは、原理上導電性接着剤等にも使用されることができる。また、本発明は、本発明の鉛フリーはんだを用いて得られる接続構造体、並びに基板及び該基板上に搭載された該接続構造体を含む部品搭載基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リフロー熱処理において使用されるはんだ材料として、一般的に１８３℃の融点を有するスズ（Ｓｎ）−３７鉛（Ｐｂ）共晶はんだが用いられてきた。また、高耐熱性が要求される電子部品の内部等で使用される高温はんだとしては、２７０℃の固相線温度及び３０５℃の液相線温度を有するＳｎ−９０Ｐｂ高温はんだが広く用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、近年、ＷＥＥＥ（Ｗａｓｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎ）指令、ＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）指令等のＥＵの環境規制が示すように、鉛（Ｐｂ）の有害性が問題となっている。よって、環境汚染を防止する観点から、はんだの鉛フリー化（すなわち、実質的に鉛を含まないはんだの形成）が急速に進んでいる。このような状況の中で、現在、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだの代替物としては、約２２０℃の融点を有するＳｎ−３．０銀（Ａｇ）−０．５銅（Ｃｕ）から成る鉛フリーはんだが代表的である。該鉛フリーはんだのリフロー熱処理条件としては、ピーク温度が約２４０℃〜２６０℃である温度範囲が一般的となりつつある。
【０００４】
上記Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕから成る鉛フリーはんだは、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだに比べ、合金の融点が高いことから、そのリフロー熱処理条件もより高温になる。昨今、化石燃料の枯渇、地球温暖化等の問題が危惧されているので、リフロー熱処理温度を低温化することによって、省エネルギープロセス、及び低二酸化炭素排出プロセスを確立することが切望されている。また、このようなリフロー熱処理温度の低温化は、電気・電子機器及び基板材料の熱損傷を抑制することを可能にし、そして使用できる基板材料の選択の幅を広げるので期待されている。現在、低温で溶融接合できるＰｂフリーはんだ材料の代表的な例としては、Ｓｎ−５８ビスマス（Ｂｉ）共晶はんだ（融点１３８℃）、インジウム（Ｉｎ）（融点１５７℃）、Ｓｎ−５２Ｉｎ合金はんだ（融点１１８℃）等が挙げられる（特許文献１及び２参照）。しかし、これらのはんだ材料はいずれも融点が低く、はんだ接合後に、再度融点以上の温度になれば再溶融してしまうという課題を抱えている。
【０００５】
ところで、携帯電話に代表されるように、電子機器の小型化、軽量化及び高機能化の流れは目覚しく、これに追従して、高密度実装技術も急速な進歩を続けている。例えば、部品を基板中に内蔵するか、又は複数のＬＳＩを単一パッケージ化する手法のように、限られた容積を有効に利用するための多様な実装技術が開発されている。一方で、このような高密度化が進むほど、基板内部又はパッケージ内部に組み込まれた部品のはんだ接続部が、後工程で熱処理を受ける回数が増加する。これにより、後工程ではんだが再溶融して、そして部品と封止樹脂との隙間からはんだが流れ出すために、部品電極間等でショートが発生するという問題が顕在化している。したがって、基板内部又はパッケージ内部に組み込まれた部品の接続において、後工程で複数回の熱処理を受けても溶融流動しない鉛フリーはんだ材料の開発が望まれている。
【０００６】
また、上述のように部品を基板に内蔵する場合、一般的には部品を基板に実装した後に、プリプレグ及び内層配線基板等を介して約１５０℃〜２００℃の熱処理を加えながら積層プレスが行われる。その際、一般的なＳｎ−５８Ｂｉはんだ（融点１３８℃）等の低温はんだで部品を実装した場合には、積層熱プレス等の温度のためにはんだが再溶融し、そしてプリプレグの樹脂流動圧力により、はんだ部及び部品自体が流動する。すなわち、低温はんだを用いる場合、現状では積層熱プレスをして部品を内蔵することが極めて困難である。このような背景から、低温での実装が可能であり、かつ耐熱性に優れた金属フィラー、及び該金属フィラーを含む鉛フリーはんだが望まれている。
【０００７】
本発明者等は、これまで上記問題を考慮して、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理の温度よりも低い温度（例えばピーク温度１６０℃）で溶融接合でき、接合後は耐熱性に優れ、かつ接合後に室温での良好な接合強度を与えることができる金属フィラーを提案してきた（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３３４３８６号公報
【特許文献２】特開平１１−２３９８６６号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０９８３５７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に記載される技術においては、Ｂｉを大量に含むＳｎ−Ｂｉ系合金粒子を使用していた。通常、このようなＳｎ−Ｂｉ系合金粒子を含むＳｎ−Ｂｉ系はんだは、ＰｂフリーはんだであるＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ等に比べて融点が低く、加熱時の流動性の観点で改善の余地がある。また、Ｂｉを大量に含むＳｎ−Ｂｉ系はんだは、その接続抵抗が高いので、部品接合後の接続特性において改善の余地がある。
【００１０】
したがって、本発明は、Ｃｕ系合金粒子、並びにＢｉ系合金粒子及びＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子を含む混合粉体を使用することにより、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理の温度条件よりも低い温度条件（例えば、ピーク温度１６０℃〜２００℃）で溶融接合でき、接合後は耐熱性に優れ、かつ室温で良好な接合強度を与えることができる金属フィラーを提供することを目的とする。また、本発明は、特許文献３の技術に比べてＢｉ使用量を大幅に低減して、接続抵抗等の接続特性を改良することも目的とする。さらに、本発明は、該金属フィラーを含む鉛フリーはんだ又は導電性接着剤、該鉛フリーはんだ又は導電性接着剤を用いて得られる接続構造体、並びに基板及び該接続構造体を含む部品搭載基板を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は下記の通りである：
［１］ 以下の：
（１）銅（Ｃｕ）系合金粒子
ここで、該Ｃｕ系合金粒子は、Ｃｕ、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含み、そして該Ｃｕ系合金粒子の含有量は、該金属フィラーの全質量を基準として３０〜４５質量％である；並びに
（２）複合合金粒子
ここで、該複合合金粒子は、ビスマス（Ｂｉ）系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、該Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、該Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部であり、該Ｂｉ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％の銀（Ａｇ）、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の金属を含み、そして該Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する；
を含む金属フィラー。
【００１２】
［２］ 前記Ｃｕ系合金粒子はＡｇ又はＢｉをさらに含む、［１］に記載の金属フィラー。
【００１３】
［３］ 前記Ｂｉ系合金粒子はＳｎを含む、［１］又は［２］に記載の金属フィラー。
【００１４】
［４］ 前記Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、Ｓｎ１００質量部に対して、４．０質量部以下のＡｇ及び／又はＣｕを含む、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の金属フィラー。
【００１５】
［５］ ［１］〜［４］のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む鉛フリーはんだ。
【００１６】
［６］ ［１］〜［４］のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む導電性接着剤。
【００１７】
［７］ 第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接合しているはんだ接合部を含む接続構造体であって、該はんだ接合部は、［５］に記載の鉛フリーはんだを、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【００１８】
［８］ 第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接着している接着部を含む接続構造体であって、該接着部は、［６］に記載の導電性接着剤を、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【００１９】
［９］ 基板及び該基板上に搭載された［７］又は［８］に記載の接続構造体を含む部品搭載基板。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の金属フィラーは、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだよりも低いリフロー熱処理温度（例えば、ピーク温度１６０℃〜２００℃）で溶融接合を可能にし、接合後は耐熱性に優れ、かつ室温で良好な接合強度を与える。また、本発明は、特許文献３の技術に比べてＢｉ使用量を大幅に低減できるから、接続抵抗等の接続特性を改良できる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜金属フィラー＞
一般に、金属フィラーとは、金属を含む充填剤をいう。本発明の金属フィラーは、銅（Ｃｕ）系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）を含む。また、本発明の金属フィラーは、Ｃｕ系合金粒子（１）と複合合金粒子（２）との混合物でもよい。本発明の金属フィラーは、特定のＣｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の金属フィラーでは、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ｃｕ、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含む。したがって、Ｃｕ系合金粒子（１）は、主成分としてＣｕ元素を含む。また、本発明の金属フィラーでは、金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、金属フィラーの全質量を基準として３０〜４５質量％である。
【００２３】
本発明の金属フィラーでは、複合合金粒子（２）は、ビスマス（Ｂｉ）合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、そして複合合金粒子（２）中のＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部である。また、本発明の金属フィラーでは、Ｂｉ系合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％の銀（Ａｇ）、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の金属も含む。また、本発明の金属フィラーでは、Ｓｎ系合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有し、かつＢｉを含まない。なお、本明細書において「特定の元素を含まない」とは、意図的にその元素を添加していないという意味であり、特定の元素が不可避的不純物の濃度で金属フィラーに混入することはあり得る。
【００２４】
本発明の金属フィラーの形態は、限定されるものではないが、液体、固体、粉末などでよい。また、金属フィラーに含まれる成分の幾つかを予備混合するか、又は金属フィラーに含まれる全ての成分を同時に混合することも好ましい。
【００２５】
本発明において、Ｃｕ系合金粒子（１）、並びにＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子とＢｉ系合金粒子との混合粉（複合合金粒子（２））に対して、Ｂｉ系合金粒子（例えばＳｎ５８Ｂｉ粒子）の固相線温度以上、かつＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下の熱処理温度でリフローした場合、Ｂｉ系合金粒子が溶融し、Ｃｕ系合金粒子（１）と溶融したＢｉ合金成分との間で熱拡散による合金化反応が進み、そしてＢｉ系合金粒子の融点よりも高い融点を有する安定合金相が形成される。安定合金相の形成と同時に、溶融したＢｉ合金成分は、Ｓｎ粒子又はＢｉを含まないＳｎ系合金粒子に溶融拡散することによって、Ｂｉ含有量の少ないＳｎ系合金相が形成される。
【００２６】
本発明の典型的な実施態様では、本発明に係るＣｕ系合金粒子（１）、Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、リフロー熱処理温度において完全溶融しない。これにより、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだは、低温条件（典型的には、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件の温度よりも低い温度の条件）で溶融接合されることができて、溶融接合後には、熱処理で再溶融しないという効果を有する。さらに、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだにより溶融接合された溶融接合部は、Ｓｎ−５８Ｂｉの共晶組成等に比べてＢｉ含有量の少ないＳｎ系合金相を形成するから、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだは、接続信頼性に優れる。また、本発明の金属フィラーを含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだは、低温で溶融接合されることができるから、省エネルギープロセス及び低二酸化炭素排出プロセスで使用されることができるとともに、適用される電気・電子機器及び基板材料等の熱損傷を抑制できる点で有利である。
【００２７】
＜Ｃｕ系合金粒子（１）、Ｂｉ系合金粒子、及びＳｎ粒子又はＳｎ系合金粒子の混合物＞
前述の通り、本発明の金属フィラーは、Ｃｕ系合金粒子（１）と複合合金粒子（２）との混合物でよい。該混合物である金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、金属フィラーの全質量を基準として、３０〜４５質量％の範囲である。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量が４５質量％以下である場合、金属フィラー中の、リフロー熱処理時に溶融拡散する金属成分の存在割合が多いため、低温での溶融接合が良好に実施されることができるとともに、例えば、はんだとして接合された後に、溶融接合部に良好な物理的強度が付与される。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量が４０質量％以下である場合、さらに良好な物理的強度が得られるため好ましく、３７質量％以下が最も好ましい。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量が３０質量％以上である場合、溶融したＢｉ合金成分がＣｕ系合金粒子（１）と反応することで形成される、高融点を有する安定合金相の存在割合が多くなるため、耐熱性が得られるようになる。Ｃｕ系合金粒子（１）の含有量は、３１質量％以上が好ましく、３３質量％以上が最も好ましい。また、はんだ接合部の物理的強度及び耐熱性の観点から、該混合物である金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、３０〜４５質量％の範囲である。
【００２８】
Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の粒度分布は、はんだペースト用途に応じて定めることができる。例えば、スクリーン印刷用途では、版抜け性を重視して、粒度分布をブロードにするのが好ましく、ディスペンス用途、及びビア充填用途では、吐出流動性及び穴埋め性を重視して、粒度分布をシャープにするのが好ましい。
【００２９】
Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の平均粒径は、後述するように、フラックスとの反応性及びペースト特性の観点から、好ましくは、それぞれ２〜３０μｍ、及び５〜４０μｍの範囲であり、より好ましくは、Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の平均粒径は、いずれも５〜２５μｍの範囲である。
【００３０】
本発明の金属フィラーは、後述するように、例えばフラックスと組合わされることによって、ペースト状の鉛フリーはんだを形成できる。このはんだペーストを用いて部品実装を行なう場合、リフロー熱処理によって形成されるはんだ接合部（特にフィレット部分）の表面に、薄いフラックス層が形成される場合がある。金属フィラーの平均粒径が小さいと、該フラックス層中に金属フィラーの微粒子が浮遊した状態（すなわち金属粒子が互いに離れている状態）で同伴されやすく、はんだ接合された部品を後続のフラックス洗浄工程に供する際に、洗浄液中に金属フィラーの粒子が流れ出して部品に付着するという不都合が生じる場合がある。Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子の平均粒径がいずれも５μｍ以上である場合、部品実装時にフラックス層中に金属フィラーの微粒子が同伴されにくく、フラックス層中の浮遊粒子の発生を抑制できるため、洗浄液中に流れ出す粒子の数を低減できる。一方、Ｃｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子の平均粒径がいずれも２５μｍ以下である場合、はんだペーストの粘着力が損なわれ難くなるので好ましい。
【００３１】
なお、本明細書で規定するＣｕ系合金粒子（１）及び複合合金粒子（２）の元素組成は、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析等で確認されることができる。また、粒子断面の元素組成は、ＳＥＭ−ＥＤＸ（特性Ｘ線分析装置）を用いることによって解析されることができる。
【００３２】
なお、本明細書における「平均粒径」とは、レーザー回折式粒子径分布測定装置で測定される値をいう。
【００３３】
＜Ｃｕ系合金粒子（１）＞
Ｃｕ系合金粒子（１）とは、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎを含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含む粒子をいう。さらに、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ａｇ又はＢｉの金属を含むことが好ましい。これにより、Ｃｕ系合金粒子（１）は準安定合金相を形成できる。該準安定合金相の形成は、主に熱処理時のＣｕ系合金粒子（１）とＢｉ系合金粒子との合金化の促進に寄与し、従って、低温での溶融接合時の良好な接合強度の付与に寄与する。
【００３４】
好ましい態様において、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ａｇ５〜１５質量％、Ｂｉ２〜８質量％、Ｃｕ４９〜８１質量％、Ｓｎ１０〜２０質量％及びＩｎ２〜８質量％から成る。なお、この場合、不可避的不純物がＣｕ系合金粒子（１）に含まれてもよい。さらに好ましくは、Ｃｕ系合金粒子（１）は、Ａｇ８〜１２質量％、Ｂｉ３〜７質量％、Ｃｕ６０〜７０質量％、Ｓｎ１３〜１７質量％及びＩｎ３〜７質量％から成る。
【００３５】
Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径は、２〜３０μｍの範囲であることが好ましい。Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径が２μｍ以上である場合、粒子の比表面積が小さくなる。そのため、例えば、後述するフラックスを用いて、本発明の金属フィラーからはんだペーストを形成するときに、Ｃｕ系合金粒子（１）とフラックスとの接触面積が少なくなり、そしてはんだペーストの寿命が長くなるという利点が得られる。さらに、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径が２μｍ以上である場合には、リフロー熱処理において、フラックスによる金属フィラーの還元反応（すなわち、金属フィラー粒子の酸化膜除去）で発生するアウトガスを少なくすることができるので、はんだ接続内部に発生するボイドを低減させることができる。また、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径は、はんだペーストの粘着力の観点から３０μｍ以下が好ましい。粒子サイズが大きくなりすぎると、粒子間の隙間が大きくなるので、はんだペーストの粘着力が損なわれ易くなり、そしてはんだ接合される部品の搭載からリフロー熱処理が終わるまでの工程間で該部品が外れ易くなる。より好ましくは、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径は、５〜２５μｍの範囲である。
【００３６】
前述の通り、金属フィラー中のＣｕ系合金粒子（１）の含有量は、金属フィラーの全質量を基準として、３０〜４５質量％の範囲、好ましくは、３１〜４０質量％の範囲、より好ましくは、３３〜３７質量％の範囲である。
【００３７】
＜複合合金粒子（２）＞
複合合金粒子（２）とは、Ｂｉ系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物をいう。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度は、Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上である。低温溶融接合性を考慮すると、複合合金粒子（２）中のＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部の範囲である。Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量が２５質量部以上である場合には、複合合金粒子（２）中のＢｉ含有量が相対的に少なくなるため接続信頼性の観点で有利である。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、３０質量部以上であることが好ましく、５０質量部以上であることがより好ましい。また、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量が２５０質量部以下である場合には、Ｂｉ系合金粒子による低温接合性が確保できる。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、２３０質量％以下であることが好ましく、２１０質量％以下であることがより好ましい。
【００３８】
Ｂｉ系合金粒子の固相線温度は、好ましくは８０〜１６０℃の範囲であり、より好ましくは１００〜１５０℃の範囲である。また、Ｓｎ粒子及びＢｉを含まないＳｎ系合金粒子の固相線温度は、耐熱性の観点からＢｉ系合金粒子の固相線温度よりも、２０℃以上高いことが好ましく、５０℃以上高いことがより好ましい。本発明の典型的な実施態様では、本発明の鉛フリーはんだを用いるときのリフロー熱処理温度でＢｉ系合金粒子は溶融し、Ｓｎ粒子又はＢｉを含まないＳｎ系合金粒子は完全溶融しない。
【００３９】
＜Ｂｉ系合金粒子＞
一般に、Ｂｉ系合金粒子とは、Ｂｉを含む合金粒子をいう。本発明で使用されるＢｉ系合金粒子は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％のＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる１種以上の金属から選択される少なくとも１種の金属を含む。なお、不可避的不純物がＢｉ系合金粒子に含まれていてもよい。Ｂｉ系合金粒子は、上記組成を有することにより、リフロー熱処理において溶融し、そして溶融したＢｉ系合金粒子成分とＣｕ系合金粒子（１）、又は溶融したＢｉ系合金粒子成分とＳｎ粒子若しくはＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の間で、熱拡散による合金化が良好に実現される。
【００４０】
Ｂｉ系合金粒子中のＢｉの含有量は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、低温での溶融接合を可能にするとともに接合後に室温での良好な接合強度を得る観点から、４０質量％以上７０質量％以下であり、好ましくは５０〜６０質量％である。
【００４１】
Ｂｉ系合金粒子中の、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる１種以上の金属の含有量は、Ｃｕ系合金粒子（１）とＢｉ系合金粒子との合金化を良好に実現する観点から３０質量％以上であり、ＢｉをＢｉ系合金粒子中に十分な量で含有させて低温での溶融接合を可能にする観点から６０質量％以下である。上記Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる１種以上の金属の含有量は、好ましくは４０〜５０質量％である。
【００４２】
特に、金属フィラーの良好な低温溶融性及び接合性、並びに低温での溶融接合における良好な接合強度を提供するために、Ｂｉ系合金粒子はＳｎを含むことが好ましい。Ｂｉ系合金粒子中のＳｎの含有量は、Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜５０質量％であることが好ましく、４０〜４４質量％がより好ましい。また、Ｂｉ系合金粒子にＩｎを加えることによって、より低温での溶融接合も可能である。
【００４３】
Ｂｉ系合金粒子が、Ａｇ、Ｃｕ及びＩｎから選ばれる１種以上の金属を含む場合には、延性の改善、低融点化、機械的強度等の改良が可能である。
【００４４】
また、金属フィラーの低温溶融性及び接合性の観点から、Ｂｉ系合金粒子は、好ましくは、Ｓｎ−Ｂｉ系合金粒子であり、より好ましくは、凝固欠陥及び偏析が生じ難い共晶組成（典型的には、固相線温度１３９℃のＳｎ−５８Ｂｉ）を有するＳｎ−Ｂｉ系合金粒子である。Ｓｎ−Ｂｉ系合金粒子は、典型的には、Ｓｎ及びＢｉのみを構成元素とする（但し、不可避的不純物を含有してもよい。）が、延性の改善、低融点化、機械的強度等の改良の目的で、Ａｇ、Ｃｕ及びＩｎから選ばれる１種以上の金属を微量添加されることができる。具体例として、固相線温度１３８℃のＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇが挙げられる。
【００４５】
Ｂｉ系合金粒子の平均粒径は、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径と同じ理由、すなわち、フラックスとの反応性及びペーストの粘着力の観点から、好ましくは、５〜４０μｍの範囲であり、より好ましくは、５〜２５μｍの範囲である。
【００４６】
＜Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子＞
一般に、Ｓｎ粒子とは、Ｓｎから成る粒子をいう。一般に、Ｓｎ粒子の固相線温度は、約２３２℃である。また、一般に、Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子とは、Ｂｉを含まず、かつＳｎを含む合金粒子をいうが、不可避的不純物としてのＢｉの混入を除外するものではない。Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する。前述の通り、Ｂｉ系合金粒子の固相線温度は、８０〜１６０℃の範囲であり、Ｓｎ粒子及びＢｉを含まないＳｎ系合金粒子の固相線温度は、耐熱性の観点からＢｉ系合金粒子の固相線温度よりも、２０℃以上高いことが好ましく、５０℃以上高いことがより好ましい。
【００４７】
また、Ｓｎ系合金粒子は、好ましくは、Ｓｎ１００質量部に対して、４．０質量部以下のＡｇ及び／又はＣｕを含む。本発明に使用されるＳｎ系合金粒子の具体例としては、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ粒子（固相線温度：約２１７℃）、Ｓｎ−３．５Ａｇ粒子（固相線温度：約２２１℃）、Ｓｎ−０．７５Ｃｕ粒子（固相線温度：約２２７℃）、Ｓｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕ粒子（固相線温度：約２１７℃）等が挙げられる。Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の平均粒子径は、Ｃｕ系合金粒子（１）の平均粒径と同じ理由、すなわちフラックスとの反応性及びペーストの粘着力の観点から、好ましくは、５〜４０μｍの範囲であり、より好ましくは、５〜２５μｍの範囲である。
【００４８】
＜粒子の製造方法＞
Ｃｕ系合金粒子（１）、Ｂｉ系合金粒子、Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子を製造する方法としては、微粉末の製造方法として既知の方法を採用できるが、急冷凝固法が好ましい。急冷凝固法による微粉末の製造方法としては、水噴霧法、ガス噴霧法、遠心噴霧法等が挙げられる。これらの中でも、粒子の酸素含有量を抑えることができる点から、ガス噴霧法及び遠心噴霧法がより好ましい。
【００４９】
ガス噴霧法では、通常、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用することができる。これらの不活性ガスの中でも、ガス噴霧時の線速を高くして、冷却速度を速くできる点で、比重の軽いヘリウムガスを用いることが好ましい。冷却速度は、５００〜５０００℃／秒の範囲であることが好ましい。
【００５０】
遠心噴霧法では、回転ディスク上面に均一な溶融膜を形成する観点から、ディスクの材料は、サイアロンであることが好ましく、そしてディスク回転速度は、６万〜１２万ｒｐｍの範囲であることが好ましい。
【００５１】
＜鉛フリーはんだ＞
本発明は、上述した本発明の金属フィラーを含む鉛フリーはんだをも提供する。本明細書において、「鉛フリー」とは、ＥＵの環境規制に準じ、鉛の含有量が０．１質量％以下であることを意味する。本発明の鉛フリーはんだは、金属フィラー成分及びフラックス成分を含むはんだペーストであることが好ましい。典型的には、本発明の鉛フリーはんだは、金属フィラー成分及びフラックス成分から成る。金属フィラー成分は、上述した本発明の金属フィラーであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、他の金属フィラーを少量含んでもよい。
【００５２】
上記はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量は、ペースト特性の観点から、はんだペーストの全質量（すなわち、１００質量％）を基準として、８４〜９４質量％の範囲であることが好ましい。はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量のより好ましい範囲は、ペーストの用途に応じて定めることができる。例えば、スクリーン印刷用途では、版抜け性が重視されるので、はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量は、はんだペーストの全質量を基準として、好ましくは、８７〜９２質量％の範囲であり、より好ましくは、８８〜９１質量％の範囲である。例えば、ディスペンス用途では、吐出流動性が重視されるので、はんだペースト中の金属フィラー成分の含有量は、はんだペーストの全質量を基準として、好ましくは、８０〜８９質量％の範囲であり、より好ましくは、８６〜８８質量％の範囲である。
【００５３】
一般に、フラックスとは、はんだより速く溶融して、金属表面を洗浄する材料をいう。本発明で使用されるフラックス成分は、ロジン、溶剤、活性剤及びチクソ剤を含むことが好ましい。そのようなフラックス成分は、金属フィラーの表面処理に好適である。すなわち、フラックス成分は、リフロー熱処理時にはんだペースト中の金属フィラー成分の酸化膜を除去し、再酸化を抑制することで、金属の溶融及び熱拡散による合金化を促進する。フラックス成分としては、既知の材料を使用することができる。
【００５４】
＜導電性接着剤＞
本発明は、上述した本発明の金属フィラーを含む導電性接着剤も提供する。一般に、導電性接着剤とは、銀、銅、カーボンファイバー等の導電性の良い材料を含む接着剤をいう。一般に、導電性接着剤は、鉛フリー、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）フリー、フラックスレス、容易な低温実装等の特徴を有するので、本発明の導電性接着剤は、電気接続したいがはんだ付けできない部品（例えば、半導体チップ、液晶、有機ＥＬ、ＬＥＤ等に関連するデバイス）に適する。また、本発明の導電性接着剤は、上記鉛フリーはんだと同じ組成を有することができる。ただし、本発明の導電性接着剤は、フラックス成分を含んでもよいし、含まなくてもよい。
【００５５】
＜接続構造体＞
本発明は、第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接合しているはんだ接合部又は該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接着している接着部を含む接続構造体も提供する。また、本発明の接続構造体では、前記はんだ接合部は、本発明の鉛フリーはんだを、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＳｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている。また、本発明の接続構造体では、前記接着部は、本発明の導電性接着剤を、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＳｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている。
【００５６】
第１の電子部品及び第２の電子部品の組合せとしては、基板電極と搭載部品電極との組み合わせ等が挙げられる。本発明の接続構造体を形成するための第１の電子部品と第２の電子部品との接合方法としては、基板電極にはんだペーストを塗布した後に搭載部品電極を載せてリフロー熱処理により接合する方法、搭載部品電極又は基板電極にはんだペーストを塗布し、リフロー熱処理によるバンプ形成後、搭載部品電極と基板電極とを重ね合せて再度リフロー熱処理で接合する方法等が挙げられる。上記の場合、電極間のはんだ接合により該電極間を接続できる。
【００５７】
リフロー時の熱処理ピーク温度は、好ましくは、１００〜２１０℃の範囲であり、より好ましくは１６０〜２００℃の範囲である。この熱処理時のピーク温度は、典型的には、Ｃｕ系合金粒子（１）の融点未満かつＢｉ系合金粒子の融点以上に設定される。本発明に係る鉛フリーはんだを用いて、電子デバイス等の搭載部品電極と基板電極とを接続する場合、Ｂｉ系合金粒子の融点以上の熱履歴が与えられるとＢｉ系合金粒子は溶融し、Ｃｕ系合金粒子（１）と溶融したＢｉ合金成分との間で熱拡散による合金化反応が進み、Ｂｉ系合金粒子の融点よりも高い融点を有する安定合金相が形成される。この新たな安定合金相の融点は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕから成る鉛フリーはんだのリフロー熱処理温度（例えば２６０℃程度）より高く、後工程で複数回の熱処理を受けてもはんだが溶融しない。したがって、本発明によれば、はんだの再溶融によって部品電極間で発生するショートを防止できる。
【００５８】
また、溶融したＢｉ合金成分はＳｎ粒子又はＢｉを含まないＳｎ系合金粒子に対して溶融拡散することで、Ｂｉ組成の少ないＳｎ系合金相を形成する。典型的な実施態様では、本発明の鉛フリーはんだ又は導電性接着剤を用いるときのリフロー熱処理温度においてＣｕ系合金粒子（１）は完全溶融しない。これにより、本発明の金属フィラーを含む鉛フリーはんだは、低温条件（典型的には、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低い温度の条件）で溶融接合されることができるとともに、溶融接合後には、熱処理で再溶融しないという効果を有し、そして溶融接合部は、Ｓｎ−５８Ｂｉの共晶組成等に比べてＢｉ含有量の少ないＳｎ系合金相を形成するので、接続抵抗が下がる等の特性に優れる。
【００５９】
＜部品搭載基板＞
本発明は、基板及び該基板上に搭載された本発明の接続構造体を含む部品搭載基板をも提供する。また、本発明の部品搭載基板は、好ましくは、電子部品が搭載されている基板であり、そして各種の電子機器の製造に使用されることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６１】
＜実施例１＞
（１）Ｃｕ系合金粒子（１）の製造
Ｃｕ６．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｓｎ１．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ａｇ１．０ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｂｉ０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、及びＩｎ０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）（すなわち、目標元素組成が、Ｃｕ：６５質量％、Ｓｎ：１５質量％、Ａｇ：１０質量％、Ｂｉ：５質量％、及びＩｎ：５質量％である。）を黒鉛坩堝に入れ、９９体積％以上のヘリウム雰囲気で、高周波誘導加熱装置により１４００℃まで加熱、融解した。次に、この溶融金属を、坩堝の先端より、ヘリウムガス雰囲気の噴霧槽内に導入した後、坩堝先端付近に設けられたガスノズルから、ヘリウムガス（純度９９体積％以上、酸素濃度０．１体積％未満、圧力２．５ＭＰａ）を噴出してアトマイズを行い、そして２６００℃／秒の冷却速度で溶融金属を冷却することにより、Ｃｕ系合金粒子（１）を作製した。
【００６２】
このＣｕ系合金粒子（１）を気流式分級機（日清エンジニアリング：ＴＣ−１５Ｎ）を用いて、２０μｍ設定で分級し、大粒子側を回収後、もう一度３０μｍ設定で分級し、小粒子側を回収した。回収した合金粒子をレーザー回折式粒子径分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）で測定したところ、平均粒径は、１５．１μｍであった。このＣｕ系合金粒子（１）を示差走査熱量計（島津製作所：ＤＳＣ−５０）を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件で、４０〜５８０℃の範囲において測定したところ、５０２℃及び５２１℃に吸熱ピークが検出され、これらによって示される複数の融点から、複数の合金相の存在を確認することができた。また、２５８℃及び２８２℃には発熱ピークが検出され、準安定合金相の存在を確認することができた。
【００６３】
（２）Ｂｉ系合金粒子
Ｂｉ系合金粒子には、山石金属（株）社製の粒度１０μｍ〜２５μｍのはんだ粉末Ｓｎ−５８Ｂｉ（元素組成は、Ｂｉ：５８質量％、Ｓｎ：４２質量％であり、固相線温度は１３９℃である）を用いた。示差走査熱量計（島津製作所：ＤＳＣ−５０）によって、前記Ｃｕ系合金粒子（１）の測定と同じ測定条件で測定される融点は、１３８℃であった。また、Ｂｉ系合金粒子をレーザー回折式粒子径分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）で測定したところ平均粒径は２０．４μｍであった。
【００６４】
（３）Ｓｎ粒子
Ｓｎ粒子としては、山石金属（株）社製の粒度１０μｍ〜２５μｍのＳｎ粒子を用いた。該Ｓｎ粒子をレーザー回折式粒子径分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）で測定したところ平均粒径は２１．８μｍであった。なお、Ｓｎ粒子の固相線温度は、２３２℃である。
【００６５】
（４）鉛フリーはんだペーストの作製
上記のＣｕ系合金粒子（１）、並びにＢｉ系合金粒子及びＳｎ粒子の混合粉（複合合金粒子（２））を、質量比３５：６５で混合し、金属フィラー成分を調製した。このとき、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が２００質量部となるように複合合金粒子（２）を調製した。次に、９０質量％の金属フィラー成分及び１０質量％のロジン系フラックスを混合し、ソルダーソフナー（マルコム：ＳＰＳ−１）、及び脱泡混練機（松尾産業：ＳＮＢ−３５０）に順次に供して、はんだペーストを作製した。
【００６６】
（５）部品接合強度の測定
上記はんだペーストを用いて１００５サイズの０Ω抵抗部品（１００５Ｒ）を実装し、その後、Ｎ２雰囲気で、ピーク温度１７０℃のリフロー条件で熱処理に供して、１００５Ｒ、４５個のデイジーチェーンを作製した。熱処理装置は、リフローシミュレータ（マルコム：ＳＲＳ−１Ｃ）を使用した。温度プロファイルは、熱処理開始（常温）から１００℃までを１．５℃／秒で昇温し、１００℃から１３０℃までを９０秒かけて徐々に昇温した後、２．０℃／秒で昇温し、ピーク温度１７０℃で４５秒間保持する条件を採用した。印刷パターン形成には、スクリーン印刷機（マイクロテック：ＭＴ−３２０ＴＶ）を用いた。印刷マスクはメタル製であり、そしてスキージはウレタン製である。マスクは、開口サイズ２ｍｍ×３．５ｍｍ、厚み０．１ｍｍである。印刷条件は、速度５０ｍｍ／秒、印圧０．１ＭＰａ、スキージ圧０．２ＭＰａ、背圧０．１ＭＰａ、アタック角度２０°、クリアランス０ｍｍ、及び印刷回数１回とした。その後、部品の長手方向より荷重を掛けて接合強度を測定したところ、部品接合強度の平均値は、４．２Ｎであった。なお、実施例１の（５）以降の評価結果を表１に示す。
【００６７】
（６）部品接続抵抗
上記１００５Ｒ、４５個のデイジーチェーンの抵抗値を測定したところ、９８８ｍΩであった。
【００６８】
（７）加熱時溶融流動特性
上記はんだペーストを、アルミナ基板上にスクリーン印刷機（マイクロテック：ＭＴ−３２０ＴＶ）を用いて印刷し（印刷厚み：２００μｍ、印刷開口：６ｍｍΦ）、ピーク温度１７０℃のリフロー条件（（５）同様）で熱処理を行った。リフロー前後での、はんだの面積変化を測定したところ、リフロー後は、リフロー前に対して９２．１％の面積に変化した。該面積変化を、表１の加熱時溶融流動特性に示した。
【００６９】
＜実施例２及び３並びに比較例１及び２＞
Ｂｉ系合金粒子とＳｎ粒子の混合質量比を表１に示した混合比に変えて、その他条件は実施例１と同様の条件で各評価を実施した。
【００７０】
＜部品接合強度＞
表１の実施例１〜３及び比較例１より、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が０〜２００質量部の複合合金粒子（２）を用いた場合には、１００５Ｒで４Ｎ以上の部品接合強度が得られている。一方、Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が６００質量部である場合には、１００５Ｒの部品接合強度が０ Ｎであった（比較例２）。これは複合合金粒子（２）中のＢｉ系合金粒子の混合比が少なくなりすぎると、１７０℃のリフローにて溶融する粒子が少なくなるため（Ｓｎ粒子の融点：２３２℃）良好な金属接合が得られないことを意味する。逆に、実施例１ではＢｉ系合金粒子１００質量部に対して、Ｓｎ粒子が２００質量部であるにもかかわらず、ピーク温度１７０℃のリフローによって、Ｓｎ粒子を含有しない比較例１と同等の部品接合強度がえられた。
【００７１】
＜部品接続抵抗＞
表１の実施例１〜３及び比較例１より、複合合金粒子（２）中のＢｉ系合金粒子の混合比を減らすことによって、部品接続抵抗値を下げることが可能であり、部品接続特性を改善できることがわかる。
【００７２】
＜加熱時溶融流動特性＞
比較例１では、印刷したはんだを１７０℃で熱処理を行うことで、該はんだの面積が６３％に変化する。これは、リフロー時に、溶融した金属成分に表面張力が働いて、溶融流動していることを意味する。一方、実施例１〜３では、所定量のＳｎ粒子が複合合金粒子（２）中に加わったことによって、上記熱処理後のはんだ面積は、いずれも７０％以上であった。すなわち、実施例１〜３の金属フィラー組成では、加熱時の溶融流動が少ないため、比較例１の金属フィラー組成に比べてより耐熱性に優れているといえる。
【００７３】
【表１】
【００７４】
＜実施例４〜６＞
実施例１のＳｎ粒子の代わりに、Ｓｎ系合金粒子である、粒度１０〜２５μｍのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ粒子（実施例４）、粒度１０〜２５μｍのＳｎ−３．５Ａｇ粒子（実施例５）、及び粒度２５〜３８μｍのＳｎ−０．３Ａｇ−０．７Ｃｕ粒子（実施例６）を用いて、実施例１と同様の評価を行った結果を表２に示す。部品接合強度、部品接続抵抗値、加熱時溶融流動特性はいずれも、実施例１に近い値が得られた。
【００７５】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の金属フィラー及びこれを含む鉛フリーはんだ又は導電性接着剤は、後工程で複数回の熱処理を受ける接続構造体の用途（例えば、部品内蔵基板、パッケージ等の電子デバイスの用途）に適用されることができ、かつ低温実装を実現できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の：
（１）銅（Ｃｕ）系合金粒子
ここで、該Ｃｕ系合金粒子は、Ｃｕ、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含み、そして該Ｃｕ系合金粒子の含有量は、該金属フィラーの全質量を基準として３０〜４５質量％である；並びに
（２）複合合金粒子
ここで、該複合合金粒子は、ビスマス（Ｂｉ）系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、該Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、該Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部であり、該Ｂｉ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％の銀（Ａｇ）、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の金属を含み、そして該Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する；
を含む金属フィラー。
【請求項２】
前記Ｃｕ系合金粒子はＡｇ又はＢｉをさらに含む、請求項１に記載の金属フィラー。
【請求項３】
前記Ｂｉ系合金粒子はＳｎを含む、請求項１又は２に記載の金属フィラー。
【請求項４】
前記Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、Ｓｎ１００質量部に対して、４．０質量部以下のＡｇ及び／又はＣｕを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属フィラー。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む鉛フリーはんだ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む導電性接着剤。
【請求項７】
第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接合しているはんだ接合部を含む接続構造体であって、該はんだ接合部は、請求項５に記載の鉛フリーはんだを、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【請求項８】
第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接着している接着部を含む接続構造体であって、該接着部は、請求項６に記載の導電性接着剤を、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【請求項９】
基板及び該基板上に搭載された請求項７又は８に記載の接続構造体を含む部品搭載基板。
【請求項１】
以下の：
（１）銅（Ｃｕ）系合金粒子
ここで、該Ｃｕ系合金粒子は、Ｃｕ、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、かつＣｕ、Ｉｎ及びＳｎの中でＣｕを最高の質量割合で含み、そして該Ｃｕ系合金粒子の含有量は、該金属フィラーの全質量を基準として３０〜４５質量％である；並びに
（２）複合合金粒子
ここで、該複合合金粒子は、ビスマス（Ｂｉ）系合金粒子とＳｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子との混合物であり、該Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の含有量は、該Ｂｉ系合金粒子１００質量部に対して２５〜２５０質量部であり、該Ｂｉ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の全質量を基準として、４０〜７０質量％のＢｉ並びに３０〜６０質量％の銀（Ａｇ）、Ｃｕ、Ｉｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の金属を含み、そして該Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、該Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上の固相線温度を有する；
を含む金属フィラー。
【請求項２】
前記Ｃｕ系合金粒子はＡｇ又はＢｉをさらに含む、請求項１に記載の金属フィラー。
【請求項３】
前記Ｂｉ系合金粒子はＳｎを含む、請求項１又は２に記載の金属フィラー。
【請求項４】
前記Ｂｉ不含有Ｓｎ系合金粒子は、Ｓｎ１００質量部に対して、４．０質量部以下のＡｇ及び／又はＣｕを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属フィラー。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む鉛フリーはんだ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属フィラーを含む導電性接着剤。
【請求項７】
第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接合しているはんだ接合部を含む接続構造体であって、該はんだ接合部は、請求項５に記載の鉛フリーはんだを、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【請求項８】
第１の電子部品、第２の電子部品、並びに該第１の電子部品及び該第２の電子部品を接着している接着部を含む接続構造体であって、該接着部は、請求項６に記載の導電性接着剤を、前記Ｂｉ系合金粒子の固相線温度以上であり、かつ前記Ｓｎ粒子又はＢｉ不含有Ｓｎ系合金粒子の固相線温度以下である温度でリフロー熱処理することにより形成されている接続構造体。
【請求項９】
基板及び該基板上に搭載された請求項７又は８に記載の接続構造体を含む部品搭載基板。
【公開番号】特開２０１２−１２５７９１（Ｐ２０１２−１２５７９１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９１１５（Ｐ２０１０−２７９１１５）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Ｆターム（参考）】
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