特許 6089243 接合構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6089243

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】接合構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/34 20060101AFI20170227BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20170227BHJP

   B23K 1/20 20060101ALI20170227BHJP

   B23K 35/22 20060101ALI20170227BHJP

   B23K 35/26 20060101ALI20170227BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20170227BHJP

   C22C 9/02 20060101ALN20170227BHJP

   B22F 1/00 20060101ALN20170227BHJP

   B23K 101/42 20060101ALN20170227BHJP

【ＦＩ】

   H05K3/34 505F

   H05K3/34 507C

   H05K3/34 512C

   B23K1/00 330E

   B23K1/00 310B

   B23K1/00 K

   B23K1/20 J

   B23K35/22 310A

   B23K35/26 310A

   B23K35/30 310C

   !C22C9/02

   !B22F1/00 L

   B23K101:42

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-181870(P2015-181870)

(22)【出願日】2015年9月15日

(65)【公開番号】特開2016-219769(P2016-219769A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2015年10月15日

(31)【優先権主張番号】特願2015-104909(P2015-104909)

(32)【優先日】2015年5月22日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000143215

【氏名又は名称】株式会社弘輝

(74)【代理人】

【識別番号】100074332

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100114432

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 寛昭

(74)【代理人】

【識別番号】100171310

【弁理士】

【氏名又は名称】日東 伸二

(72)【発明者】

【氏名】大谷 怜史

(72)【発明者】

【氏名】山本 佑樹

(72)【発明者】

【氏名】古澤 光康

【審査官】 中島 昭浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０９４２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６１１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１３５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２４７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５６２６３７３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０００５２４７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ ３／３４

Ｂ２３Ｋ １／００ − ３／０８

Ｂ２３Ｋ ３５／２２

Ｂ２３Ｋ ３５／２６

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／９２

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｕを６０質量％以上１００質量％以下含有するＣｕ金属粒子及びＳｎを８０質量％以上１００質量%以下含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子混合物とフラックスとを含むＣｕＳｎはんだペーストを、基板の表面に塗布して加熱した後に冷却することにより、前記基板の表面に第一はんだ層を形成する第一はんだ層形成工程と、
Ｓｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子とフラックスとを含むＳｎはんだペーストを前記基板に接合する接合部品の表面に塗布することにより、第二はんだ層を形成する第二はんだ層形成工程であって、前記第二はんだ層に含まれる金属粒子は、Ｓｎを８０質量％以上１００質量％以下含有するＳｎ金属粒子及びＣｕを６０質量％以上１００質量％以下含有するＣｕ金属粒子を、質量比でＳｎ金属粒子がＣｕ金属粒子よりも多くなるように含む第二はんだ層形成工程と、
前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とを接触させて、該接触させた部分を加圧しながら加熱することにより、前記基板と前記接合部品とを前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とからなる接合部を介して接合する接合工程とを備える接合構造体の製造方法。

【請求項2】

前記Ｓｎはんだペーストに含まれる金属粒子は、質量比がＣｕ金属粒子：Ｓｎ金属粒子＝０：１００〜４０：６０となるように、Ｃｕ金属粒子とＳｎ金属粒子とを含む請求項１記載の接合構造体の製造方法。

【請求項3】

Ｃｕを６０質量％以上１００質量％以下含有するＣｕ金属粒子及びＳｎを８０質量％以上１００質量%以下含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子混合物とフラックスとを含むＣｕＳｎはんだペーストを、基板の表面に塗布して加熱した後に冷却することにより、前記基板の表面に第一はんだ層を形成する第一はんだ層形成工程と、
Ｓｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子とフラックスとを含むＳｎはんだペーストを前記基板に接合する接合部品の表面に塗布することにより、第二はんだ層を形成する第二はんだ層形成工程であって、前記Ｓｎはんだペーストに含まれる金属粒子は、Ｓｎを８０質量％以上１００質量%以下含有するＳｎ金属粒子を含み、Ｃｕを含有するＣｕ金属粒子を含まない第二はんだ層形成工程と、
前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とを接触させて、該接触させた部分を加圧しながら加熱することにより、前記基板と前記接合部品とを前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とからなる接合部を介して接合する接合工程とを備える接合構造体の製造方法。

【請求項4】

前記ＣｕＳｎはんだペーストに含まれる金属粒子混合物は質量比でＣｕ金属粒子をＳｎ金属粒子よりも多く含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接合構造体の製造方法。

【請求項5】

前記ＣｕＳｎはんだペーストに含まれる金属粒子混合物はＣｕ金属粒子を６０質量％以上９０質量％以下含み、
前記金属粒子はＳｎ金属粒子を６０質量％以上１００質量％以下含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合構造体の製造方法。

【請求項6】

前記第一はんだ層形成工程において、２３０℃以上２７０℃以下で加熱した後に０℃以上４０℃以下になるまで冷却する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の接合構造体の製造方法。

【請求項7】

前記接合工程において、０．０５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下の力で加圧する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の接合構造体の製造方法。

【請求項8】

前記接合工程において、２３０℃以上２７０℃以下で加熱する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の接合構造体の製造方法。

【請求項9】

前記第一はんだ層形成工程及び前記第二はんだ層形成工程において、前記接合部に含まれるＣｕの合計の質量に対するＳｎの質量比が０．４以上３．０以下となるように、前記ＣｕＳｎはんだペースト及び前記Ｓｎはんだペーストを塗布する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の接合構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品等の接合部品が基板に接合された接合構造体を製造する方法としては、はんだ合金とフラックスとを含むはんだペーストを基板の表面の電極部等に塗布し、接合部品の電極部を前記基板の電極部に接触させて加熱することで、はんだペーストからなる接合部を介して基板と接合部品とを接合することが知られている。
近年、かかる接合構造体に用いられるはんだ合金としては、環境への配慮から鉛を含まない鉛フリーはんだ合金が要望されている。鉛フリーはんだ合金として、例えば、特許文献１には、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるＳｎ系の金属粒子と、Ｃｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ系の金属粒子と混合された金属フィラーを用いることが記載されている。

【0003】

特許文献１に記載の金属フィラーは、加熱すると、まずＣｕよりも融点の低いＳｎが溶融し、該溶融したＳｎがＣｕ系の金属粒子表面のＣｕと反応してＣｕ系金属粒子の表面にＣｕ-Ｓｎ合金の層を形成するため、かかるＣｕ-Ｓｎ合金の層によってＣｕ系金属粒子同士を連結することではんだ接合部を形成するものである。
さらに、Ｃｕ-Ｓｎ合金はＳｎよりも融点が高い金属であるため、かかるはんだ接合部は再度加熱した場合でも溶融しにくくなる。部品内蔵基板のように内部にはんだ接合部を有する電子部品をコア基板に実装する場合等では内部のはんだ接合部は再度加熱されることになるが、該再加熱時にもＣｕ-Ｓｎ合金は再溶融しにくい。よって、前記金属フィラーをはんだ合金として用いることで、電気的な接続信頼性を損なうことが少ない接合構造体が得られる。

【0004】

しかしながら、融点が異なる金属粒子が混合された金属フィラーを用いたはんだは、ボイドが発生しやすいという問題がある。すなわち、加熱時にははんだに含まれるフラックス等の揮発成分によってガスが発生し、溶融したＳｎ系金属中に気泡として存在する場合があるが、Ｃｕ系の金属粒子は溶融しにくく粒子として存在するため、ガスが金属粒子周囲に付着して溜まりやすくなり、溶融金属から抜けにくくなる。よって、そのままはんだが冷却されて接合部が形成されるとガスの部分がボイドとして接合部に残存する。かかるボイドが接合部中に多く存在すると、基板と接合部品との接触面積が減少するため電気抵抗が増加し、発熱の原因等になり好ましくない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１４９１８５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、再加熱しても溶融しにくく、且つ、ボイドが少ない接合部を有する接合構造体の製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、Ｃｕを６０質量％以上１００質量％以下含有するＣｕ金属粒子及びＳｎを８０質量％以上１００質量%以下含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子混合物とフラックスとを含むＣｕＳｎはんだペーストを、基板の表面に塗布して加熱した後に冷却することにより、前記基板の表面に第一はんだ層を形成する第一はんだ層形成工程と、Ｓｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子とフラックスとを含むＳｎはんだペーストを前記基板に接合する接合部品の表面に塗布することにより、第二はんだ層を形成する第二はんだ層形成工程であって、前記第二はんだ層に含まれる金属粒子は、Ｓｎを８０質量％以上１００質量％以下含有するＳｎ金属粒子及びＣｕを６０質量％以上１００質量％以下含有するＣｕ金属粒子を、質量比でＳｎ金属粒子がＣｕ金属粒子よりも多くなるように含む第二はんだ層形成工程と、前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とを接触させて、該接触させた部分を加圧しながら加熱することにより、前記基板と前記接合部品とを前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とからなる接合部を介して接合する接合工程とを備える。
また、本発明は、Ｃｕを６０質量％以上１００質量％以下含有するＣｕ金属粒子及びＳｎを８０質量％以上１００質量%以下含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子混合物とフラックスとを含むＣｕＳｎはんだペーストを、基板の表面に塗布して加熱した後に冷却することにより、前記基板の表面に第一はんだ層を形成する第一はんだ層形成工程と、
Ｓｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子とフラックスとを含むＳｎはんだペーストを前記基板に接合する接合部品の表面に塗布することにより、第二はんだ層を形成する第二はんだ層形成工程であって、前記Ｓｎはんだペーストに含まれる金属粒子は、Ｓｎを８０質量％以上１００質量%以下含有するＳｎ金属粒子を含み、Ｃｕを含有するＣｕ金属粒子を含まない第二はんだ層形成工程と、前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とを接触させて、該接触させた部分を加圧しながら加熱することにより、前記基板と前記接合部品とを前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とからなる接合部を介して接合する接合工程とを備える。

【0008】

本発明によれば、Ｃｕを含有するＣｕ金属粒子及びＳｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子混合物とフラックスとを含むＣｕＳｎはんだペーストを基板の表面に塗布して加熱した後に冷却することにより、前記基板の表面に第一はんだ層を形成する第一はんだ層形成工程を備えるため、Ｃｕ-Ｓｎ合金（Ｃｕ及びＳｎを含む合金）層を有する第一はんだ層を基板表面に形成することができる。また、Ｓｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子とフラックスとを含むＳｎはんだペーストを前記基板に接合する接合部品の表面に塗布することにより、第二はんだ層を形成する第二はんだ層形成工程と、前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とを接触させて、該接触させた部分を加圧しながら加熱することにより、前記基板と前記接合部品とを前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とから成る接合部を介して接合する接合工程とを備えるため、第一はんだ層において空隙が発生していた場合でも、接合工程において第二はんだ層のＳｎ金属が溶融し、加圧によって空隙中に溶融したＳｎ金属が入り込み空隙を埋めることができる。よって、接合部におけるボイドの発生を抑制することができる。

【0009】

前記ＣｕＳｎはんだペーストの金属粒子混合物は質量比でＣｕ金属粒子をＳｎ金属粒子よりも多く含んでいてもよい。

【0010】

前記金属粒子混合物はＣｕ金属粒子を６０質量％以上９０質量％以下含んでいてもよい。

【0011】

前記金属粒子混合物がＣｕ粒子を前記含有量で含んでいる場合には、第一はんだ層においてＣｕ-Ｓｎ合金層をより形成させやすくなる。よって、接合部が再加熱してもより溶融しにくくなる。

【0013】

前記Ｓｎはんだペーストの金属粒子はＣｕ金属粒子をさらに含み、質量比でＳｎ金属粒子をＣｕ金属粒子よりも多く含んでいる場合には、第一はんだ層において空隙が発生していた場合でも、空隙中に溶融したＳｎ金属がより入り込みやすくなる。よって、接合部におけるボイドの発生をより抑制しやすくなる。

【0014】

前記金属粒子はＳｎ金属粒子を６０質量％以上１００質量％以下含んでいてもよい。

【0015】

前記第一はんだ層形成工程において、２３０℃以上２７０℃以下で加熱した後に０℃以上４０℃以下になるまで冷却してもよい。

【0016】

前記第一はんだ層形成工程において、前記温度の範囲で加熱した後に前記温度の範囲になるまで冷却した場合には、Ｃｕ-Ｓｎ合金層をより形成させやすくなる。よって、接合部は再加熱してもより溶融しにくくなる。

【0017】

前記接合工程において、０．０５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下で加圧してもよい。

【0018】

前記接合工程において、前記範囲の圧力で加圧した場合には、第一はんだ層において空隙が発生していた場合でも、第二はんだ層のＳｎ金属がより空隙を埋めやすくなる。よって、接合部におけるボイドの発生をより抑制することができる。

【0019】

前記接合工程において、２３０℃以上２７０℃以下で加熱してもよい。

【0020】

前記接合工程において、前記範囲の温度で加熱した場合には、第二はんだ層のＳｎ金属が溶融しやすく、より空隙を埋めやすくなる。よって、接合部におけるボイドの発生をより抑制することができる。

【0021】

前記第一はんだ層形成工程及び前記第二はんだ層形成工程において、前記接合部に含まれるＣｕの合計の質量に対するＳｎの質量比が０．４以上３．０以下となるように、前記ＣｕＳｎはんだペースト及び前記Ｓｎはんだペーストを塗布してもよい。

【0022】

前記第一はんだ層形成工程及び前記第二はんだ層形成工程において、前記接合部に含まれるＣｕの合計の質量に対するＳｎの質量比が前記範囲となるように前記ＣｕＳｎはんだペースト及び前記Ｓｎはんだペーストを塗布した場合には、より再溶融しにくい接合部が得られる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、再加熱しても溶融しにくく、且つ、ボイドが少ない接合部を有する接合構造体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施例の接合構造体の断面を示す顕微鏡写真。

【図2】比較例の接合構造体の断面を示す顕微鏡写真。

【図3】実施例の接合構造体の断面を示す顕微鏡写真。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、本発明に係る接合構造体の製造方法について説明する。
本実施形態の接合構造体の製造方法（以下、単に製造方法ともいう）は、Ｃｕを含有するＣｕ金属粒子及びＳｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子混合物とフラックスとを含むＣｕＳｎはんだペーストを基板の表面に塗布して加熱した後に冷却することにより、前記基板の表面に第一はんだ層を形成する第一はんだ層形成工程と、Ｓｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子とフラックスとを含むＳｎはんだペーストを前記基板に接合する接合部品の表面に塗布することにより、第二はんだ層を形成する第二はんだ層形成工程と、前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とを接触させて、該接触させた部分を加圧しながら加熱することにより、前記基板と前記接合部品とを前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とから成る接合部を介して接合する接合工程とを備えている。

【0026】

（第一はんだ層形成工程）
本実施形態の製造方法は、基板の表面に第一はんだ層を形成する第一はんだ層形成工程
を備える。
尚、第一はんだ層形成工程と、第二はんだ層形成工程とは、並行して同時に実施してもよく、順番に実施してもよい。順番に実施する場合、第一はんだ層形成工程と第二はんだ層形成工程とはいずれを先に実施してもよく実施する順序は問わない。

【0027】

本工程では、まずＣｕを含有するＣｕ金属粒子及びＳｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子混合物とフラックスとを含むＣｕＳｎはんだペーストを基板の表面に塗布する。
金属粒子混合物のＣｕ金属粒子としては、Ｃｕを１００質量％からなる金属銅粒子、あるいは、Ｃｕと、Ｉｎ、Ａｇ、Ｓｎ、及びＢｉからなる群から選ばれる一種以上の他の金属とからなる合金粒子等が挙げられる。
Ｃｕ金属粒子としては好ましくはＣｕ１００質量％である金属銅粒子、Ｃｕ−Ａｇ−Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金からなる金属粒子等が挙げられる。

【0028】

ＣｕＳｎはんだペーストの金属粒子混合物のＣｕ金属粒子としては、Ｃｕの質量比が、６０質量％以上１００質量％以下であることが望ましい。６０質量％以下であるとＣｕ-Ｓｎ合金が形成されにくく、再溶融防止効果が低減する。
尚、本実施形態においてＣｕ-Ｓｎ合金とは、Ｃｕ及びＳｎを含む合金、すなわちＣｕ及びＳｎを合金の主な構成金属として含む合金を意味するが、Ｃｕ及びＳｎ以外の金属を合金の構成金属として含む合金であってもよい。

【0029】

Ｃｕ金属粒子の粒径は特に限定されるものではないが、例えば、平均粒径Ｄ５０が１μｍ以上４０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３０μｍ以下であって、９０％粒子径Ｄ９０が、４０μｍ以下であるような粒子が挙げられる。
Ｃｕ金属粒子が前記範囲の平均粒径、及び、粒度分布である場合には、６０μｍ厚以下薄い印刷が可能であり、接合層を薄くすることができる。接合層が薄い方が放熱性を向上させることができ望ましく、それを実現するために、Ｃｕ金属粒子の粒径は上記粒径範囲であることが好ましい。

【0030】

金属粒子混合物のＳｎ金属粒子としては、Ｓｎ１００質量％からなる金属スズ粒子、あるいは、ＳｎとＩｎ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＢｉからなる群から選ばれる一種以上の他の金属とからなる合金粒子等が挙げられる。
Ｓｎ金属粒子としては好ましくはＳｎ１００質量％である金属スズ粒子、Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金からなる金属粒子等が挙げられる。

【0031】

金属粒子混合物のＳｎ金属粒子としては、Ｓｎの質量比として、８０質量％以上１００質量％以下、より好ましくは、９０質量％以上１００質量％未満からなることが望ましい。８０質量％未満である場合、融点が高くなり、Ｃｕ-Ｓｎ合金が形成されにくくなる。

【0032】

Ｓｎ金属粒子の粒径は特に限定されるものではないが、例えば、平均粒径Ｄ５０が、１μｍ以上４０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３０μｍ以下であって、９０％粒子径Ｄ９０が、４０μｍ以下であるような粒子が挙げられる。
Ｓｎ金属粒子が前記範囲の平均粒径及び粒度分布である場合には、６０μｍ厚以下薄い印刷が可能であり、接合層を薄くすることができる。接合層が薄い方が放熱性を向上させることができ望ましく、それを実現するために、Ｓｎ金属粒子の粒径は上記粒径範囲であることが好ましい。

【0033】

尚、本実施形態において「平均粒径Ｄ５０」および「９０％粒子径Ｄ９０」とは、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定される値をいう。

【0034】

ＣｕＳｎはんだペーストに含まれる金属粒子混合物はＣｕ金属粒子及びＳｎ金属粒子が混合されている。Ｃｕ金属粒子とＳｎ金属粒子との混合比率は特に限定されるものではないが、例えば、質量比でＣｕ金属粒子：Ｓｎ金属粒子＝６０：４０〜９０：１０等が挙げられ、より好ましくは、Ｃｕ金属粒子：Ｓｎ金属粒子＝８０：２０〜９０：１０である。
かかる範囲の組成と混合比率でＣｕ金属粒子および及びＳｎ金属粒子を含むことでＣｕ金属粒子間にＣｕ-Ｓｎ合金を十分に形成できる。このようにＣｕ-Ｓｎ合金を十分に形成することで、接合部を形成した際により再溶融しにくく且つボイドを低減することができる。

【0035】

ＣｕＳｎはんだペーストに含まれる金属粒子混合物は、Ｃｕ金属粒子及びＳｎ金属粒子の他にさらに別の金属粒子を含んでいてもよい。
別の金属粒子としては、例えば、Ｎｉ等を含有する金属粒子が挙げられる。
これらの別の金属粒子を含む場合には、金属粒子混合物中に１質量％以上２０質量％以下程度の含有量であることが好ましい。

【0036】

本実施形態のＣｕＳｎはんだペーストは、金属粒子混合物とフラックスとを含む。
金属粒子混合物と混合するフラックスとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ロジン系、合成樹脂系、有機酸系の公知のフラックス等が挙げられる。

【0037】

ＣｕＳｎはんだペーストにおける金属粒子混合物とフラックスとの混合比率は特に限定されるものではないが、例えば、質量比で金属粒子混合物：フラックス＝８５：１５〜９５：５等が挙げられる。残留フラックスを減らすことにより、ボイドの生成を抑制できることから、質量比で金属粒子混合物：フラックス＝９０：１０〜９５：５であることが、より好ましい。

【0038】

上述のようなＣｕＳｎはんだペーストを基板の表面に塗布する。本実施形態で用いる基板は、プリント配線板等のように電子部品等の接合部品を接合して電気回路を形成するための基板が挙げられる。本実施形態の第一はんだ層を形成する基板表面としては、プリント配線板上の電極部等が挙げられる。
該電極部には、ＣｕＳｎはんだペーストを塗布する前に、プリフラックスやＮｉ／Ａｕめっき、Ｓｎめっき、Ａｇめっき、はんだレベラー処理等の表面処理を行ってもよい。

【0039】

ＣｕＳｎはんだペーストを基板の表面に塗布する塗布方法としては、公知のはんだ塗布方法、例えば、はんだ印刷装置による印刷等が挙げられる。
さらに、ＣｕＳｎはんだペーストの塗布厚みとしては特に限定されるものではないが、例えば２０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上６０μｍ以下等が挙げられる。

【0040】

ＣｕＳｎはんだペーストを塗布した後は、前記基板を加熱する。加熱温度としては、例えば、２３０℃以上２７０℃以下、好ましくは２３０℃以上２５５℃以下等が挙げられる。より具体的な加熱条件としては、加熱温度が上記範囲であって、昇温速度が１℃／分以上４℃／分以下、ピーク温度２３０℃以上２５５℃以下が３０秒から１分間保持される温度条件等が挙げられる。
加熱処理時には、金属の酸化を抑制するために、窒素ガスなどを用いて不活性ガス雰囲気下で加熱してもよい。あるいは、ガスの放出を促進させるために、真空ポンプを用いて雰囲気を減圧し或いは真空で加熱を行ってもよい。また、不活性ガス雰囲気下で減圧或いは真空加熱を行ってもよい。

【0041】

さらに、前記基板を加熱した後に冷却する。冷却条件は、例えば降温速度１℃／分以上５℃／分以下で温度を低下させて、０℃以上４０℃以下まで冷却すること等が挙げられる

【0042】

上述のようにして基板の表面に第一はんだ層が形成される。
第一はんだ層はＣｕ金属粒子の表面同士がＣｕ-Ｓｎ合金層によって連結された状態になっている。すなわち、ＳｎはＣｕよりも溶融する温度が低いためＳｎ金属粒子がＣｕ金属粒子よりも先に溶融する。そして、Ｃｕ金属粒子の表面において、該Ｃｕ金属粒子の表面のＣｕと溶融したＳｎが反応して、Ｃｕ-Ｓｎ合金層が形成される。つまり、Ｃｕ金属粒子同士がＣｕ-Ｓｎ合金層によって連結された状態になっている。
さらに、第一はんだ層においては、ＣｕＳｎはんだペーストに含まれるフラックスの揮発成分が揮発するため加熱中にガスが発生するが、粒子として残存しているＣｕ金属粒子の周囲にはガスが溜まりやすく、その結果冷却後に第一はんだ層に空隙が存在することがある。すなわち、第一はんだ層形成工程の実施によって形成された第一はんだ層は空隙が存在している場合がある。

【0043】

（第二はんだ層形成工程）
第二はんだ層形成工程は、Ｓｎを含有するＳｎ金属粒子を含む金属粒子とフラックスとを含むＳｎはんだペーストを前記基板に接合する接合部品の表面に塗布することにより、第二はんだ層を形成する。

【0044】

接合部品としては、プリント配線板に搭載される電子部品等が挙げられる。
本実施形態の第二はんだ層を形成する接合部品の表面としては、電子部品のプリント配線板上の電極部に接続される電極部が挙げられる。
該電極部には、Ｓｎはんだペーストを塗布する前に、プリフラックスやＮｉ／Ａｕめっき、Ｓｎめっき、Ａｇめっき、はんだレベラー処理等の表面処理を行ってもよい。

【0045】

Ｓｎはんだペーストに含まれる金属粒子のＳｎ金属粒子としては、Ｓｎ１００質量％からなる金属スズ粒子、あるいは、ＳｎとＩｎ、Ａｇ、Ｃｕ及びＢｉからなる群から選ばれる一種以上の他の金属とからなる合金粒子等が挙げられる。
Ｓｎ金属粒子としては好ましくはＳｎ１００質量％である金属スズ粒子、Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金からなる金属粒子等が挙げられる。

【0046】

金属粒子に含まれるＳｎ金属粒子としては、Ｓｎの質量比として、８０質量％以上１００質量％以下、より好ましくは、９０質量％以上１００質量％未満からなることが望ましい。Ｓｎ金属粒子中のＳｎの含有量が上記範囲である場合には、融点が高くなって第一はんだ層の空隙を充填しにくくなることが抑制できる。

【0047】

Ｓｎはんだペーストに含まれるＳｎ金属粒子の粒径は特に限定されるものではないが、例えば、平均粒径Ｄ５０が、１μｍ以上４０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３０μｍ以下、９０％粒子径Ｄ９０が４０μｍ以下であるような粒子が挙げられる。
Ｓｎはんだペーストに含まれるＳｎ金属粒子が前記範囲の平均粒径及び粒度分布である場合には、６０μｍ厚以下薄い印刷が可能であり、接合層を薄くすることができる。接合層が薄い方が放熱性を向上させることができ望ましく、それを実現するために、Ｓｎ金属粒子の粒径は上記粒径範囲であることが好ましい。

【0048】

Ｓｎはんだペーストの金属粒子はＣｕ金属粒子をさらに含んでいてもよい。
この場合Ｃｕ金属粒子としては、Ｃｕを１００質量％からなる金属銅粒子、あるいは、Ｃｕと、Ｉｎ、Ａｇ、Ｓｎ、及びＢｉからなる群から選ばれる一種以上の他の金属とからなる合金粒子等が挙げられる。
Ｃｕ金属粒子としては好ましくはＣｕ１００質量％である金属銅粒子、Ｃｕ−Ａｇ−Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金からなる金属粒子等が挙げられる。

【0049】

Ｃｕ金属粒子としては、Ｃｕの質量比が６０質量％以上１００質量％以下であるようなＣｕ（Ｃｕ合金）粒子であることが望ましい。
Ｃｕ金属粒子中のＣｕ含有量は前記範囲であると、Ｃｕ‐Ｓｎ合金が形成されやすく、再溶融防止効果が維持できる。

【0050】

Ｓｎはんだペーストに含まれる、Ｃｕ金属粒子の粒径は特に限定されるものではないが、例えば、平均粒径Ｄ５０が、１μｍ以上４０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３０μｍ以下、９０％粒子径Ｄ９０が、４０μｍ以下であるような粒子が挙げられる。
Ｓｎはんだペーストに含まれるＣｕ金属粒子が前記範囲の平均粒径及び９０％粒子径である場合には、６０μｍ厚以下薄い印刷が可能であり、接合層を薄くすることができる。接合層が薄い方が放熱性を向上させることができ望ましく、それを実現するために、Ｃｕ金属粒子の粒径は上記粒径範囲であることが好ましい。

【0051】

Ｓｎはんだペーストに含まれる金属粒子にＣｕ金属粒子が含まれる場合、Ｃｕ金属粒子とＳｎ金属粒子との混合比率は特に限定されるものではないが、例えば、質量比でＣｕ金属粒子：Ｓｎ金属粒子＝０：１００〜４０：６０等が挙げられ、より好ましくは、Ｃｕ金属粒子：Ｓｎ金属粒子＝０：１００〜２０：８０である。

【0052】

かかる範囲の組成と混合比率でＣｕ金属粒子及びＳｎ金属粒子を含むことで、溶融したＳｎ金属合金が第一はんだ層のボイドを埋めることができ、且つ、第一はんだ層のＣｕ−Ｓｎ合金との結合を行い、より再溶融しにくくすることができる。

【0053】

Ｓｎはんだペーストに含まれる金属粒子は、Ｃｕ金属粒子及びＳｎ金属粒子の他にさらに別の金属粒子を含んでいてもよい。
別の金属粒子としては、例えば、Ｎｉ等を含有する金属粒子が挙げられる。
これらの別の金属粒子を含む場合には、金属粒子混合物中に１質量％以上２０質量％以下程度の含有量であることが好ましい。

【0054】

本実施形態のＳｎはんだペーストは、前記金属粒子とフラックスとを含む。
フラックスとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ロジン系、合成樹脂系、有機酸系の公知のフラックス等が挙げられる。

【0055】

Ｓｎはんだペーストを接合部品の表面に塗布する塗布方法としては、公知のはんだ塗布方法、例えば、印刷等が挙げられる。より具体的には、開口のあるメタルマスク上にペーストを塗布し、金属スキージによってペーストを開口の内部充填することで、接合部品の所定の表面にはんだペーストを塗布する方法が挙げられる。
Ｓｎはんだペーストの塗布厚みとしては特に限定されるものではないが、例えば２０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上６０μｍ以下等が挙げられる。

【0056】

Ｓｎはんだペーストの塗布量及び塗布厚みは特に限定されるものではないが、例えば、
前記第一はんだ層形成工程及び前記第二はんだ層形成工程において、前記接合部に含まれるＣｕの合計の質量に対するＳｎの質量比が０．４以上３．０以下となるように、前記ＣｕＳｎはんだペースト及び前記Ｓｎはんだペーストを塗布することが挙げられる。

【0057】

第二はんだ層のＳｎの第一はんだ層のＣｕ及びＳｎの合計に対する質量比を前記範囲に調整することで、再加熱時の溶融をより抑制することができ、且つ、第一はんだ層の空隙を十分に埋めることができボイドを抑制することができる。

【0058】

より具体的には、接合部に含まれる第二はんだ層のＳｎ金属粒子と第一はんだ層のＳｎ金属粒子との質量の合計が、第二はんだ層のＣｕ金属粒子とＳｎ金属粒子と、第一はんだ層のＣｕ金属粒子とＳｎ金属粒子の総質量に対して、３０質量％以上８０質量％以下となるようにとなるようにＳｎはんだペーストを塗布することが好ましい。

【0059】

（接合工程）
次に、前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とを接触させて、該接触させた部分を加圧しながら加熱することで前記基板と前記接合部品とを前記第一はんだ層と前記第二はんだ層とから成る接合部を介して接合する接合工程を実施する。
本実施形態では、基板の表面に形成された第一はんだ層と、接合部品の表面に形成され第二はんだ層とを接触させた状態で固定して加熱する。
固定する方法としては、治具をボルトで固定することや、バネによる押圧で両者に圧をかけた状態で固定すること等が挙げられる。
具体的にはダイボンディング装置やパルスヒート加熱装置を用いることが挙げられる。
このように、前記基板と前記接合部品とを固定することで、第一はんだ層と第二はんだ層とを接触させた部分を加圧することができる。

【0060】

前記加圧は、例えば、０．０５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下、好ましくは０．０５ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下、より好ましくは０．１ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下の力で加圧することが挙げられる。
かかる範囲の力で加圧することで、接合部におけるボイドの発生をより抑制することができる。

【0061】

前記加熱する条件は、例えば、２３０℃以上２７０℃以下、好ましくは２３０℃以上２５５℃以下等が挙げられる。より具体的な加熱条件としては、加熱温度が上記範囲であって、昇温速度が１℃／分以上４℃／分以下、ピーク温度２３０℃以上２５５℃以下が３０秒から１分間保持される温度条件等が挙げられる。
加熱処理時には、金属の酸化を抑制するために、窒素ガスなどを用いて不活性ガス雰囲気下で加熱してもよい。あるいは、ガスの放出を促進させるために、真空ポンプを用いて雰囲気を減圧し或いは真空で加熱を行ってもよい。また、不活性ガス雰囲気下で減圧或いは真空加熱を行ってもよい。

【0062】

接合工程においては、Ｃｕ金属粒子同士がＣｕ−Ｓｎ合金層によって連結された状態になっている第一はんだ層と、Ｓｎを比較的多く含む第二はんだ層とを加圧しつつ加熱する。また、第一はんだ層には上述のように空隙が生じている場合がある。
接合工程では、第二はんだ層の金属粒子中のＳｎはＣｕ、及び、Ｃｕ−Ｓｎ合金よりも融点が低いため最も溶融しやすい。そして、加熱すると同時に第一はんだ層と第二はんだ層との接合部には前記のような力で加圧されているため、溶融したＳｎは第一はんだ層の空隙中に入り込み空隙を埋めることができる。よって、第一はんだ層と第二はんだ層とは一体化されて均一な金属成分分布である接合部を構成し、該接合部では空隙が低減され、ボイドの発生が抑制された接合構造体が得られる。

【0063】

本実施形態の製造方法で得られた接合構造体の接合部は、例えば、後述する実施例に示す測定方法で測定されるボイド率が１０％以下、好ましくは７％以下であるような接合部である。

【0064】

さらに、本実施形態の製造方法で得られた接合構造体は、接合部が均一な金属成分分布に構成されているため、電気接続性が良好である。すなわち、本実施形態の製造方法で得られた接合構造体の接合部は、基板側の第一はんだ層と接合部品側の第二はんだ層とが別々に形成されるが、各はんだ層が十分に融合されているため、接合部は均一な金属成分分布になる。よって、部分的に電気特性が変化したり、接合強度が変化したりすることがなく、良好な電気接続性を確保できる。

【0065】

本実施形態にかかる接合構造体の製造方法は、以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【実施例】

【0066】

次に、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。

【0067】

（ＣｕＳｎはんだペースト）
Ｃｕ金属粒子：Ｃｕ６５質量％、Ｓｎ１５質量％、Ａｇ１０質量％、Ｉｎ５質量％、Ｂｉ５質量％、平均粒径Ｄ５０＝１１μｍ
Ｓｎ金属粒子：Ｓｎ１００質量％、平均粒径Ｄ５０＝２１μｍ、
フラックス：ペーストフラックス（ＲＭＡタイプ）、弘輝社製
前記Ｃｕ金属粒子とＳｎ金属粒子とを質量比９０：１０で混合した金属粒子混合物を９０質量％、前記フラックスを１０質量％となるように混合してＣｕＳｎはんだペーストを得た。
尚、平均粒径、粒度分布は、日機装株式会社製マイクロトラックＭＴ３１００および、ベックマンコールター社製ＬＳ１３ ３２０で測定した。

【0068】

（Ｓｎはんだペースト）
Ｓｎ金属粒子：Ｓｎ１００質量％、平均粒径Ｄ５０＝２１μｍ
Ｃｕ金属粒子：Ｃｕ６５質量％、Ｓｎ１５質量％、Ａｇ１０質量％、Ｉｎ５質量％、Ｂｉ５質量％、平均粒径Ｄ５０＝１１μｍ
フラックス：ペーストフラックス（ＲＭＡタイプ）、弘輝社製
前記Ｓｎ金属粒子とＣｕ金属粒子とを質量比９０：１０で混合した金属粒子混合物を、９０質量％、前記フラックス１０質量％となるように混合して、Ｓｎはんだペーストを得た。

【0069】

（比較はんだペースト）
以下のような比較はんだペーストを準備した。
Ｓｎ金属粒子：Ｓｎ１００質量％、平均粒径Ｄ５０＝２１μｍ
Ｃｕ金属粒子：Ｃｕ６５質量％、Ｓｎ１５質量％、Ａｇ１０質量％、Ｉｎ５質量％、Ｂｉ５質量％、平均粒径Ｄ５０＝１１μｍ
フラックス：ペーストフラックス（ＲＭＡタイプ）、弘輝社製
前記Ｓｎ金属粒子とＣｕ金属粒子とを質量比で４２：５８にて混合した金属粒子混合物を、９０質量％、前記フラックス１０質量％となるように混合して、比較はんだペーストを得た。

【0070】

（試験基板）
基板として５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み１．６ｍｍのガラスエポキシ銅貼積層板を準備した。基板上には銅箔にて５．７×７．１ｍｍのパターンを形成し、プリフラックス（商品名「タフエース」、四国化成社製）で処理した。
接合部品として５．７ｍｍ×７．１ｍｍ厚み０．５ｍｍのリン脱酸素銅板を準備した。

【0071】

[試験１]
《実施例》
以下のような方法で実施例の接合構造体を作製した。
（第一はんだ層の作製）
前記基板にＣｕＳｎはんだペーストを厚み６０μｍ、開口部５．７×７．１ｍｍのメタルマスクを用いて塗布した。塗布厚みは６０μｍであった。その後、以下のような温度条件で加熱して第一はんだ層を作製した。
《温度条件》
昇温速度：２℃／秒、ピーク温度：２４５℃、２３０℃以上４５秒、窒素雰囲気、残留酸素濃度５００ｐｐｍ以下

【0072】

（第二はんだ層の作製）
前記接合部品にＳｎはんだペーストを厚み４０μｍ、開口部５．７×７．１ｍｍのメタルマスクを用いて塗布した。塗布厚みは４０μｍであった。第二はんだ層を作製した。
尚、接合部に含まれる第二はんだ層のＳｎ金属粒子と第一はんだ層のＳｎ金属粒子との質量和は、第二はんだ層のＣｕ金属粒子とＳｎ金属粒子と、第一はんだ層のＣｕ金属粒子とＳｎ金属粒子の総質量和に対して、４２％であった。
また、接合部に含まれるＣｕの合計の質量に対するＳｎの質量比はＳｎ／Ｃｕ＝１．３であった。

【0073】

（接合工程）
上記基板と接合部品とを、各はんだ層を接触させながら治具とバネ板で固定して加熱し、接合構造体を得た。固定による圧力は０．１５ＭＰａであった。
圧力の測定はバネ板の変位量から求めた。
加熱時の温度条件は以下のような条件である。
《温度条件》
昇温速度：２℃／秒、ピーク温度：２４５℃、２３０℃以上４５秒、窒素雰囲気（残留酸素濃度５００ｐｐｍ以下）

【0074】

《比較例》
上記基板に、上記はんだペーストを厚み６０μｍ、開口部５．７×７．１ｍｍのメタルマスクを用いて塗布厚み６０μｍとなるよう塗布した。
さらに接合部品をはんだペーストが塗布された箇所に載置し治具とバネ板で固定して、上記実施例と同様の温度条件で加熱して、接合構造体を得た。

【0075】

上記実施例及び比較例の接合構造体の接合部の断面写真を撮影した。各撮影画像を図１及び図２に示す。尚、各接合構造体は、マルトー株式会社製ＭＣ−１２０で切断し、ＳＴＲＵＥＲＳ社製ＴＥＧＲＡＰＯＬ−１１を用いて樹脂埋め研磨して、該切断断面を撮影した。撮影装置はハイロックス社製デジタルマイクロスコープＫＨ−８７００を用いて撮影条件は以下のとおりである。
撮影条件：落射照明、倍率３５０倍
尚、切断断面の写真の撮影は、接合構造体の一断面を水平方向に１０分割して１．０ｍｍ×０．７５ｍｍの断面視野を一枚の断面写真として撮影した。

【0076】

図１及び図２に示すように、実施例の接合構造体の接合部では比較例に比べてボイドは極めて少なかった。

【0077】

さらに、上記実施例及び比較例の接合構造体の接合部のボイド率を測定した。
測定方法は以下のとおりである。
《測定方法》
接合部の断面写真よりボイドを含む接合部の面積及び空隙の面積を測定し、接合部の面積で空隙の面積の総和を除した値を１００分率（パーセント）で表す。測定方法は各接合構造体の一断面分の１０枚の断面写真ごとにボイド率を測定し、各断面写真におけるボイド率をＮ１〜Ｎ１０のボイド率として表１に示した。

【0078】

【表1】

【0079】

表１に示すとおり、実施例の接合構造体の接合部ではすべての断面視野においてボイド率は１０％以下であったのに対し、比較例の接合構造体の接合部では２５．６〜６８．４％であった。

【0080】

[試験２]
接合工程の圧力及び加熱手段を変えた以外は上記実施例と同様の方法で接合構造体を得た。
加熱手段としてパルスヒート装置（商品名 ＰＨＵ−３５、日本アビオニクス社製）用いて、該装置のヒーター素子で基板と接合部品とを１．５ＭＰａの圧力で押さえつけて加熱した。
加熱条件は上記実施例と同様である。
かかる接合構造体の接合部の断面写真（図３）から上記測定方法と同様にしてボイド率を測定した。結果を表２に示す。

【0081】

【表2】

【0082】

表２に示すとおり接合構造体の接合部はすべての断面視野においてボイド率は１０％以下であった。

【図1】

【図2】

【図3】