特開 2022-42748 複合Ｃｕ材、これを含む電子部品または実装基板、電子部品実装基板、複合Ｃｕ材の製造方法、および、接合体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022042748

(43)【公開日】2022-03-15

(54)【発明の名称】複合Ｃｕ材、これを含む電子部品または実装基板、電子部品実装基板、複合Ｃｕ材の製造方法、および、接合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20220308BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20220308BHJP

   H05K 1/03 20060101ALN20220308BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311Q

H01L21/52 E

H05K1/03 630H

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020148313

(22)【出願日】2020-09-03

(71)【出願人】

【識別番号】504409543

【氏名又は名称】国立大学法人秋田大学

(71)【出願人】

【識別番号】591108178

【氏名又は名称】秋田県

(74)【代理人】

【識別番号】110000109

【氏名又は名称】特許業務法人特許事務所サイクス

(72)【発明者】

【氏名】大口 健一

(72)【発明者】

【氏名】福地 孝平

(72)【発明者】

【氏名】高橋 知也

(72)【発明者】

【氏名】大森 誉之

(72)【発明者】

【氏名】荒川 明

(72)【発明者】

【氏名】黒沢 憲吾

【テーマコード（参考）】

5F044

5F047

【Ｆターム（参考）】

5F044AA02

5F044KK01

5F044KK11

5F044LL13

5F047BA14

5F047BA19

(57)【要約】

【課題】Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを利用して電子部品等を接合する場合において、接合後の接合部に関し、厚さを確保しつつＣｕ₆Ｓｎ₅の存在量を低減できる複合Ｃｕ材を提供する。上記複合Ｃｕ材を含む電子部品、実装基板または電子部品実装基板の提供を目的とする。さらに、本発明は、上記複合Ｃｕ材の製造方法、および、複合Ｃｕ材を利用した接合体の製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】Ｃｕ材とこのＣｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む複合Ｃｕ材を、電子部品等への接合における接合部位として用いる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｕ材と前記Ｃｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む複合Ｃｕ材であって、電子部品への接合または実装基板への接合に用いられる複合Ｃｕ材。

【請求項2】

前記Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さが１～１０００μｍである、請求項１に記載の複合Ｃｕ材。

【請求項3】

前記Ｃｕ₃Ｓｎ層が、少なくとも一部の表面にＳｎ層を有する、請求項１または２に記載の複合Ｃｕ材。

【請求項4】

前記Ｃｕ₃Ｓｎ層が、少なくとも一部の表面にＣｕ₆Ｓｎ₅層を有する、請求項１または２に記載の複合Ｃｕ材。

【請求項5】

前記Ｃｕ₃Ｓｎ層が複合Ｃｕ材の最外層である、請求項１または２に記載の複合Ｃｕ材。

【請求項6】

前記複合Ｃｕ材が、電子部品のＣｕ電極、実装基板のＣｕ配線またはリード材として用いられることで前記接合に供せられる、請求項１～５のいずれか１項に記載の複合Ｃｕ材。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の複合Ｃｕ材を含む、電子部品または実装基板。

【請求項8】

請求項１～６のいずれか１項に記載の複合Ｃｕ材を介して接合された電子部品および実装基板を含む、電子部品実装基板。

【請求項9】

Ｃｕ材と前記Ｃｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む複合Ｃｕ材の製造方法であって、
表面の少なくとも一部にＳｎ層を有するＣｕ材を加圧状態で加熱して前記複合Ｃｕ材を得ること、を含む複合Ｃｕ材の製造方法。

【請求項10】

前記加圧状態での加熱が、前記Ｓｎ層を有する前記Ｃｕ材を、Ｓｎに対して不活性な材料中に埋没させて実施される、請求項９に記載の製造方法。

【請求項11】

前記不活性な材料が炭素材料である、請求項１０に記載の製造方法。

【請求項12】

前記加圧状態での加熱が、前記Ｓｎ層のＣｕ材側がＣｕ₃Ｓｎとなりかつ表層側がＳｎとなる条件で実施される、請求項９～１１のいずれか１項に記載の製造方法。

【請求項13】

前記加圧状態での加熱が、前記Ｓｎ層のＣｕ材側がＣｕ₃Ｓｎとなりかつ表層側がＣｕ₆Ｓｎ₅となる条件で実施される、請求項９～１１のいずれか１項に記載の製造方法。

【請求項14】

前記加圧状態での加熱が、前記Ｓｎ層の表面において、前記Ｓｎ層が前記Ｃｕ材とは異なるＣｕ材料と接触した状態で、実施される、請求項９に記載の製造方法。

【請求項15】

Ｃｕ材と前記Ｃｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む複合Ｃｕ材の製造方法であって、
Ｃｕ材の表面の少なくとも一部とＳｎ材料が接触した状態で前記Ｃｕ材およびＳｎ材料を加圧および加熱して、前記複合Ｃｕ材を得ること、を含む複合Ｃｕ材の製造方法。

【請求項16】

請求項１～６のいずれか１項に記載の複合Ｃｕ材を接合部位に有する部材Ａと、他のＣｕ材を接合部位に有する部材Ｂとを準備し、
前記複合Ｃｕ材が有するＣｕ₃Ｓｎ層と前記他のＣｕ材との間にインサート材を挟んだ状態で、前記部材Ａおよび前記部材Ｂの接合部分を加熱して、前記部材Ａおよび前記部材Ｂを接合した接合体を得ることを含み、
前記インサート材が、単独でまたは前記複合Ｃｕ材の表層部と一緒になって、Ｃｕ－Ｓｎ基化合物を生成可能な材料である、接合体の製造方法。

【請求項17】

前記部材Ａが、電子部品または実装基板であり、
前記部材Ｂが、実装基板または電子部品であり、
前記接合体が、電子部品および実装基板が互いに接合した電子部品実装基板である、請求項１６に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子部品（各種の能動素子および受動素子、半導体チップならびに集積回路（ＩＣ）など）の実装基板への接合などに使用される複合Ｃｕ（銅）材、およびこの複合Ｃｕ材を含む電子部品または実装基板に関する。また、本発明は、上記複合Ｃｕ材を介して接合された電子部品および実装基板を含む電子部品実装基板に関する。さらに、本発明は、上記複合Ｃｕ材の製造方法、および、複合Ｃｕ材を利用した接合体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２００℃以上での高温動作が可能なＧａＮまたはＳｉＣを含むパワー半導体チップの実用化は、パワーモジュールにおける冷却系の省略を可能とするため、電動化が進む自動車の軽量化を進める上で極めて重要な技術である。

【0003】

そのような高温環境下での使用が想定されるパワー半導体チップを実装する際には、融点が約２００℃の鉛フリーはんだを使用することはできない。また、環境への配慮から鉛を含む高融点はんだの使用も避けなければならない。さらに、現在提案されているＡｇナノ粒子を用いた焼結接合法は、Ａｇ材料を使用する点でコスト上の問題が大きい。

【0004】

これらの解決策として、Ｃｕ－Ｓｎ系金属間化合物（ＩＭＣ）を利用したＣｕ材の接合技術の開発が期待されている。例えば、非特許文献１には、Ｃｕ電極間にＳｎ層を挿入し、加圧状態でＳｎの融点付近の温度に置くことにより、接合部にＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを生成させる方法が記載されている。さらに、特許文献１および非特許文献２には、実装基板の反りを吸収する観点から、パワー半導体チップのＣｕ電極と実装基板のＣｕ配線（或いはＣｕ電極）との間に、Ｃｕ層およびＳｎ層の交互積層膜を挿入し、これを同様に加熱して、接合部の一定の厚さを確保しながら接合部にＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを生成させる方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１４９５８０号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】福本信次、「パワー半導体実装におけるナノテルミット反応接合法の開発」、科学研究費助成事業研究成果報告書、研究期間２０１２～２０１４、課題番号２４５６０８８３

【非特許文献2】福本信次、宮崎高彰、藤本高志、松嶋道也、高橋誠、藤本公三、「Ｃｕ／Ｓｎ多層膜を用いた銅の低温接合部のボイド低減」、平成２４年度秋季全国大会講演概要、溶接学会、２０１２年、２０１２ｆ巻、セッションＩＤ：２０９、ＤＯＩ：https://doi.org/10.14920/jwstaikai.2012f.0.84.0

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般に、線膨張係数に関し、電子部品と実装基板との間には、数十倍の差がある。このため、温度変動が生じる環境に、電子部品が実装済みの実装基板を置くと、電子部品および実装基板の接合部では、熱変形量の違いによる熱応力が発生する。そうすると、温度の上昇と下降が繰り返されることで、接合部で繰り返し熱応力が発生し、接合部が熱疲労破壊を起こしてしまうことがある。この熱疲労破壊を防止するには、温度変動により生じるひずみのうち、せん断ひずみ（工学的せん断ひずみ）の発生量を抑えることが重要である。せん断ひずみは、熱変形により生じるずれ変形量が等しければ、熱変形する物の高さに反比例することが知られている。

【0008】

上記の点を踏まえると、特許文献１および非特許文献２の方法は、接合部が、ある程度の厚さを有するため、パワー半導体チップおよび実装基板の熱膨張率の差に起因する接合部の熱疲労破壊を抑制する点でも有用であると思われる。

【0009】

しかしながら、特許文献１および非特許文献２の方法では、接合部の主要構造はＣｕ₃Ｓｎ（ε相：融点６７６℃）となるが、相変態を起こすＣｕ₆Ｓｎ₅（η相：融点４１５℃）も生成されやすい。パワーモジュールの使用中に相変態に伴う接合部の体積変化が生じると、その部分が接合部破壊の起点となる可能性がある。したがって、特許文献１および非特許文献２の方法でも、接合部の耐熱安定性の面で充分とは言えない。さらに、特許文献１および非特許文献２の方法において、Ｃｕ₆Ｓｎ₅の生成を抑制して接合部の耐熱安定性を高めるため、加圧力と加熱温度を高めたり加熱時間を長くしたりすると、パワー半導体チップや実装基板の破損を招く可能性がある。

【0010】

さらに、このような問題は、パワー半導体チップのみならず、パワー半導体チップと同じ環境で使用される他の電子部品（各種の能動素子および受動素子、他の半導体チップならびに集積回路（ＩＣ）など）にも生じうる。

【0011】

そこで、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを利用して電子部品等を接合する場合において、接合後の接合部に関し、厚さを確保しつつＣｕ₆Ｓｎ₅の存在量を低減できる手法が望まれる。

【0012】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを利用して電子部品等への接合を実施する場合において、接合後の接合部に関し、厚さを確保しつつＣｕ₆Ｓｎ₅の存在量を低減できる複合Ｃｕ材の提供を目的とする。

【0013】

また、本発明は、上記複合Ｃｕ材を含む電子部品または実装基板、これらに加え、電子部品および実装基板を含む電子部品実装基板の提供を目的とする。さらに、本発明は、上記複合Ｃｕ材の製造方法、および、複合Ｃｕ材を利用した接合体の製造方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題は、Ｃｕ材の表面にＣｕ₃Ｓｎ層を設けた複合Ｃｕ材を、Ｃｕ電極等の接合部位に用い、このＣｕ₃Ｓｎ層を介在させて接合を実施することにより、解決できた。具体的には、以下の手段により、上記課題は解決された。
＜１＞
Ｃｕ材とＣｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む複合Ｃｕ材であって、電子部品への接合または実装基板への接合に用いられる複合Ｃｕ材。
＜２＞
Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さが１～１０００μｍである、＜１＞に記載の複合Ｃｕ材。
＜３＞
Ｃｕ₃Ｓｎ層が、少なくとも一部の表面にＳｎ層を有する、＜１＞または＜２＞に記載の複合Ｃｕ材。
＜４＞
Ｃｕ₃Ｓｎ層が、少なくとも一部の表面にＣｕ₆Ｓｎ₅層を有する、＜１＞または＜２＞に記載の複合Ｃｕ材。
＜５＞
Ｃｕ₃Ｓｎ層が複合Ｃｕ材の最外層である、＜１＞または＜２＞に記載の複合Ｃｕ材。
＜６＞
複合Ｃｕ材が、電子部品のＣｕ電極、実装基板のＣｕ配線またはリード材として用いられることで接合に供せられる、＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の複合Ｃｕ材。
＜７＞
＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の複合Ｃｕ材を含む、電子部品または実装基板。
＜８＞
＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の複合Ｃｕ材を介して接合された電子部品および実装基板を含む、電子部品実装基板。
＜９＞
Ｃｕ材とＣｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む複合Ｃｕ材の製造方法であって、
表面の少なくとも一部にＳｎ層を有するＣｕ材を加圧状態で加熱して複合Ｃｕ材を得ること、を含む複合Ｃｕ材の製造方法。
＜１０＞
加圧状態での加熱が、Ｓｎ層を有するＣｕ材を、Ｓｎに対して不活性な材料中に埋没させて実施される、＜９＞に記載の製造方法。
＜１１＞
不活性な材料が炭素材料である、＜１０＞に記載の製造方法。
＜１２＞
加圧状態での加熱が、Ｓｎ層のＣｕ材側がＣｕ₃Ｓｎとなりかつ表層側がＳｎとなる条件で実施される、＜９＞～＜１１＞のいずれか１つに記載の製造方法。
＜１３＞
加圧状態での加熱が、Ｓｎ層のＣｕ材側がＣｕ₃Ｓｎとなりかつ表層側がＣｕ₆Ｓｎ₅となる条件で実施される、＜９＞～＜１１＞のいずれか１つに記載の製造方法。
＜１４＞
加圧状態での加熱が、Ｓｎ層の表面において、Ｓｎ層がＣｕ材とは異なるＣｕ材料と接触した状態で、実施される、＜９＞に記載の製造方法。
＜１５＞
Ｃｕ材とＣｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む複合Ｃｕ材の製造方法であって、
Ｃｕ材の表面の少なくとも一部とＳｎ材料が接触した状態でＣｕ材およびＳｎ材料を加圧および加熱して、複合Ｃｕ材を得ること、を含む複合Ｃｕ材の製造方法。
＜１６＞
＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の複合Ｃｕ材を接合部位に有する部材Ａと、他のＣｕ材を接合部位に有する部材Ｂとを準備し、
複合Ｃｕ材が有するＣｕ₃Ｓｎ層と上記他のＣｕ材との間にインサート材を挟んだ状態で、部材Ａおよび部材Ｂの接合部分を加熱して、部材Ａおよび部材Ｂを接合した接合体を得ることを含み、
インサート材が、単独でまたは複合Ｃｕ材の表層部と一緒になって、Ｃｕ－Ｓｎ基化合物を生成可能な材料である、接合体の製造方法。
＜１７＞
部材Ａが、電子部品または実装基板であり、
部材Ｂが、実装基板または電子部品であり、
接合体が、電子部品および実装基板が互いに接合した電子部品実装基板である、＜１６＞に記載の製造方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明の複合Ｃｕ材およびこれを含む電子部品または実装基板を使用することにより、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを利用して電子部品等への接合を実施する場合において、接合後の接合部に関し、厚さを確保しつつＣｕ₆Ｓｎ₅の存在量を低減することが可能になる。

【0016】

本発明の電子部品実装基板により、電子部品実装基板の熱安定性が向上する。

【0017】

本発明の複合Ｃｕ材の製造方法により、上記複合Ｃｕ材を得ることができる。本発明の接合体の製造方法により、熱安定性の高い接合体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1A】図１Ａは、本発明の複合Ｃｕ材のいくつかの例の断面概略図を示す。

【図1B】図１Ｂは、本発明の複合Ｃｕ材を含む電子部品、実装基板および接合体の一実施態様の断面概略図を示す。

【図2】図２は、ＳｎＳＯ₄めっき溶液を用いたＳｎめっき層付きＣｕ線の断面写真を示す。

【図3】図３は、各めっき溶液によるめっき処理を経たＳｎめっき層付きＣｕ線の断面のＳＥＭ画像を示す。

【図4】図４は、加熱処理用の型に埋没したＣｕ材の様子を示す概略図を示す。

【図5】図５は、加熱処理後の各実施例サンプルの断面写真を示す。

【図6A】図６Ａは、実施例における一サンプル（Ｃｕ線）のＣｕ線断面のＳＥＭ画像を示す。

【図6B】図６Ｂは、図６Ａ中の測定箇所１におけるＥＤＳ分析の結果を示す。

【図6C】図６Ｃは、図６Ａ中の測定箇所２および３におけるＥＤＳ分析の結果を示す。

【図7】図７は、加熱処理後のサンプルの断面図（ａ横断面、ｂ縦断面）である。

【図8】図８は、２つの複合Ｃｕ材を接合する際の接合部概略断面である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の代表的な実施形態について説明する。各構成要素は、便宜上、この代表的な実施形態に基づいて説明されるが、本発明は、そのような実施形態に限定されるものではない。

【0020】

「複合Ｃｕ材」
電子部品への接合または実装基板への接合に用いられる本発明の複合Ｃｕ材は、Ｃｕ材とこのＣｕ材の表面の少なくとも一部に設けたＣｕ₃Ｓｎ層とを含む。

【0021】

Ｃｕ材の形状および大きさは、特段制限されず、複合Ｃｕ材の用途に応じて適宜選択される。例えば、複合Ｃｕ材が、後述するような独立した部材である場合には、Ｃｕ材は、複合Ｃｕ材の形状に合致して、例えば、板状、箔（フォイル）状、テープ状、ワイヤー状、リング状、コイル状および柱状などの形状を有する。そのような板状Ｃｕ材の厚さは、例えば０．１～２０ｍｍであり、０．５～１０ｍｍであってもよい。板状Ｃｕ材の一辺の長さは、例えば１ｃｍ～２ｍであり、５ｃｍ～１ｍであってもよい。箔状Ｃｕ材の厚さは、例えば１～１００μｍであり、５～５０μｍであってもよい。箔状Ｃｕ材の一辺の長さは、板状Ｃｕ材と同様である。テープ状Ｃｕ材の厚さは、箔状Ｃｕ材と同様である。テープ状Ｃｕ材の長さは、例えば１～５０ｍであり、５ｍ～３０ｍであってもよい。ワイヤー状Ｃｕ材の直径は、例えば０．０５～２ｍｍであり、０．１～１ｍｍであってもよい。また、複合Ｃｕ材が、電子部品の電極または実装基板の配線の少なくとも一部となる場合には、通常、Ｃｕ材は薄膜状である。そのような薄膜状Ｃｕ材の厚さは、例えば１０ｎｍ～１００μｍであり、４０ｎｍ～１０μｍであってもよい。

【0022】

Ｃｕ₃Ｓｎ層は、実質的にＣｕ₃Ｓｎからなるか、あるいはＣｕ₃Ｓｎ以外にＣｕ₃Ｓｎ層の機能を阻害せず、本発明の効果が得られる範囲で、他の成分を含むことができる。Ｃｕ₃Ｓｎは、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣの一種であり、融点が６７６℃であることから、熱的安定性が高い。Ｃｕ₃Ｓｎ層に含むことができる他の成分は、特に制限はないが、例えば、Ｃｕ₃Ｓｎ以外のＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣ、金属Ｃｕ、金属Ｓｎ、その他の金属であることができる。Ｃｕ₃Ｓｎ以外のＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣとしては、例えば、Ｃｕ₆Ｓｎ₅を挙げることができる。Ｃｕ₆Ｓｎ₅の含有を積極的に推奨するものではないが、Ｃｕ₃Ｓｎ層の調製過程において、形成する可能性がある成分である。但し、Ｃｕ₆Ｓｎ₅は相変態を起こし体積変化して接合部の破壊起点となるおそれがあるため含有したとしても少ない方が好ましい。

【0023】

熱安定性が高い接合が得られ、本発明の効果が支障なく奏されるという観点から、Ｃｕ₃Ｓｎ層中のＣｕ₃Ｓｎの割合は、８５質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることがさらに好ましい。一方、Ｃｕ₆Ｓｎ₅は相変態を起こし体積変化して接合部の破壊起点となるおそれがあるため、Ｃｕ₃Ｓｎ層中のＣｕ₆Ｓｎ₅の割合は、１５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましく、５質量％以下であることがさらに好ましい。特に、Ｃｕ₃Ｓｎ層は、Ｃｕ₆Ｓｎ₅を含まないことが好ましい。

【0024】

Ｃｕ₃Ｓｎ層が設けられる位置は、Ｃｕ材の表面の少なくとも一部であって接合の用に供される部分であればよい。但し、Ｃｕ₃Ｓｎ層は、Ｃｕ材の表面の全面に形成されてもよい。Ｃｕ₃Ｓｎ層をＣｕ材の一部の表面に形成する場合には、全面に形成した後、リソグラフィー等のパターニング技術を適用してもよい。あるいは、後述するが、Ｃｕ₃Ｓｎ層の基となるＳｎ層を一部の表面領域に形成すればよい。

【0025】

Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さは、特に制限されず、例えば、１～１０００μｍであることができる。Ｃｕ₃Ｓｎ層を厚くすればするほど、接合部の厚さを確保でき、接合部内に生じるせん断ひずみを緩和することができる。一方、せん断ひずみを緩和する以上に厚くし過ぎるとコストの無駄を招く場合がある。したがって、Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さは、５～５００μｍであることが好ましく、１０～１００μｍであることがより好ましい。

【0026】

Ｃｕ₃Ｓｎ層は複合Ｃｕ材の最外層であってもよいが、Ｃｕ₃Ｓｎ層の表面に他の層を追加で設けることもできる。

【0027】

Ｃｕ₃Ｓｎ層は、少なくとも一部の表面に例えば、Ｓｎ層を有してもよく、Ｓｎ層を有する場合、Ｓｎ層は最外層であってもよいが、その他の層をさらに有することもできる。Ｃｕ₃Ｓｎ層の上にＳｎ層がある場合、Ｓｎ層は、接合の際に、インサート材と一緒になって接合層を形成するための材料として使用できる。

【0028】

Ｃｕ₃Ｓｎ層上のＳｎ層の厚さは、特に制限されないが、インサート材と一緒になって接合層を形成するという観点からは、例えば１～５００μｍであることができる。接合の際、接合層内でのＣｕ₆Ｓｎ₅の生成を抑制しやすいという観点から、Ｓｎ層の厚さは、３～２５０μｍであることが好ましく、５～１００μｍであることがより好ましい。

【0029】

Ｃｕ₃Ｓｎ層は、少なくとも一部の表面にＣｕ₆Ｓｎ₅層を有してもよく、Ｃｕ₆Ｓｎ₅層は最外層であってもよいが、その他の層をさらに有することもできる。Ｃｕ₃Ｓｎ層の上にＣｕ₆Ｓｎ₅層がある場合には、Ｃｕ₆Ｓｎ₅層は、接合の際に、インサート材と一緒になって接合層を形成するための材料として使用できる。

【0030】

Ｃｕ₃Ｓｎ層上のＣｕ₆Ｓｎ₅層の厚さは、特に制限されないが、例えば１～５００μｍである。接合の際、接合層内でのＣｕ₆Ｓｎ₅の生成を抑制する観点から、Ｃｕ₆Ｓｎ₅層の厚さは、３～２５０μｍであることが好ましく、５～１００μｍであることがより好ましい。

【0031】

Ｃｕ₃Ｓｎ層がその表面にＣｕ₆Ｓｎ₅層またはＳｎ層を有する場合において、深さ方向にＣｕ₃Ｓｎの割合が連続的に変化してＣｕ₃Ｓｎ層との明確な境界が認められないときは、局所的な深さ位置における最大成分に基づいて層の種類を判断する。例えば、ある局所的な深さ位置における最大成分がＣｕ₃Ｓｎであれば、その位置はＣｕ₃Ｓｎ層に属するものとする。

【0032】

Ｃｕ₃Ｓｎ層は、少なくとも一部の表面にＳｎ層およびＣｕ₆Ｓｎ₅層の両方を有してもよい。この場合、Ｓｎ層が最外層であることが好ましい。Ｓｎ層がＣｕ₆Ｓｎ₅層よりも、インサート材（Ｃｕリッチとされることが多い）側にあることにより、接合の際、Ｓｎ層が優先してインサート材中のＣｕ材と反応し、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣの材料として使用される。これにより、ＣｕおよびＳｎのモル比バランスが適切となり、接合層において、Ｃｕ₃Ｓｎを生成しやすく、Ｃｕ₆Ｓｎ₅を抑制しやすい。このときのＳｎ層およびＣｕ₆Ｓｎ₅層の厚さは上記と同様である。

【0033】

Ｃｕ₃Ｓｎ層がその表面にＣｕ₆Ｓｎ₅層およびＳｎ層を有する場合において、深さ方向にＣｕ₆Ｓｎ₅の割合が連続的に変化してＳｎ層との明確な境界が認められないときは、局所的な深さ位置における最大成分に基づいて層の種類を判断する。

【0034】

複合Ｃｕ材の表面が、Ｃｕ₆Ｓｎ₅層およびＳｎ層などの存在によってＳｎリッチな状態である場合には、その層の表面に、さらに、インサート材としてＣｕ層が設けられていてもよい。これにより、接合の際に、Ｃｕ箔やＣｕ粒子などの別途のＣｕ材料の使用を省略でき、またはその使用量を減じることができる。

【0035】

インサート材としてのＣｕ層の厚さは、接合層においてＣｕ₃Ｓｎ層を生成させる観点から、インサート材全体のＣｕ材料中のＣｕと、複合Ｃｕ材の表層部のＳｎとのモル比が３：１となるように、適宜調整される。インサート材としてのＣｕ層の厚さは、例えば１～５００μｍである。接合の際、接合層内でのＣｕ₆Ｓｎ₅の生成を抑制する観点から、インサート材としてのＣｕ層の厚さは、３～２５０μｍであることが好ましく、５～１００μｍであることがより好ましい。

【0036】

図１Ａは、本発明の複合Ｃｕ材のいくつかの例の断面概略図である。図１Ａのａ）の複合Ｃｕ材１ａでは、Ｃｕ材は板状のＣｕ材１０ａであり、このＣｕ材の片面の全表面にＣｕ₃Ｓｎ層２０ａが設けられている。この複合Ｃｕ材１ａにおいて、Ｃｕ₃Ｓｎ層２０ａはＣｕ材１０ａの片面の一部に設けられてもよく、両面の全面またはそれらの一部に設けられてもよい。図１Ａのｂ）の複合Ｃｕ材１ｂでは、Ｃｕ材はワイヤー状のＣｕ材１０ｂであり、このＣｕ材１０ｂの一部の外周面にＣｕ₃Ｓｎ層２０ｂが設けられている。この複合Ｃｕ材１ｂにおいて、Ｃｕ₃Ｓｎ層２０ｂは、Ｃｕ材１０ｂの外周面の全表面に設けられてもよい。図１Ａのｃ）の複合Ｃｕ材１ｃは、Ｃｕ材１０ｃと、このＣｕ材１０ｃの一部の表面に設けられたＣｕ₃Ｓｎ層２０ｃと、このＣｕ₃Ｓｎ層２０ｃの表面に設けられたＳｎ層３０ｃとからなる。図１Ａのｄ）の複合Ｃｕ材１ｄは、Ｃｕ材１０ｄと、このＣｕ材１０ｄの一部の表面に設けられたＣｕ₃Ｓｎ層２０ｄと、このＣｕ₃Ｓｎ層２０ｄの表面に設けられたＣｕ₆Ｓｎ₅層４０ｄとからなる。図１Ａのｅ）の複合Ｃｕ材１ｅは、Ｃｕ材１０ｅと、このＣｕ材１０ｅの一部の表面に設けられたＣｕ₃Ｓｎ層２０ｅと、このＣｕ₃Ｓｎ層２０ｅの表面に設けられたＣｕ₆Ｓｎ₅層４０ｅと、このＣｕ₆Ｓｎ₅層４０ｅの表面に設けられたＳｎ層３０ｅとからなる。

【0037】

上記のように、独立した部材としての複合Ｃｕ材は、基材となるＣｕ材の形状に応じて、例えば、板状、箔（フォイル）状、テープ状、ワイヤー状、リング状、コイル状および柱状などの形状を有することができる。このような独立した複合Ｃｕ材は、後述する接合技術により、リード材として電子部品または実装基板への接合に使用することができる。

【0038】

「電子部品および実装基板」
本発明は、上記した本発明の複合Ｃｕ材を接合部位に有する電子部品または実装基板を包含する。即ち、本発明の複合Ｃｕ材は、上記のように独立した部材の状態であるほか、電子部品または実装基板の一部となることもできる。

【0039】

図１Ｂのｆ）は、複合Ｃｕ材を含む電子部品の一実施態様の断面概略図を示す。この電子部品３は、主要回路部５０と、主要回路部５０から伸びた２つのＣｕ電極１０ｆ（取り出し電極）と、これらのＣｕ電極１０ｆの表面にそれぞれ設けられた２つのＣｕ₃Ｓｎ層２０ｆとからなる。１つのＣｕ電極１０ｆおよびそのＣｕ電極１０ｆの表面に設けられた１つのＣｕ₃Ｓｎ層２０ｆが、複合Ｃｕ材に相当する。ここで、各Ｃｕ₃Ｓｎ層２０ｆは、図１Ａと同様に、その表面の少なくとも一部に、Ｃｕ₆Ｓｎ₅層およびＳｎ層の一方または両方を有してもよい。図１Ｂのｇ）は、複合Ｃｕ材を含む実装基板５の一実施態様の断面概略図を示す。この実装基板５は、基板６０と、基板６０上のＣｕ配線１０ｇと、Ｃｕ配線１０ｇ上のＣｕ₃Ｓｎ層２０ｇとからなる。ここで、Ｃｕ₃Ｓｎ層２０ｇは、図１Ａと同様に、その表面の少なくとも一部に、Ｃｕ₆Ｓｎ₅層およびＳｎ層の一方または両方を有してもよい。

【0040】

複合Ｃｕ材は、電子部品および実装基板等との電気的接続を図る部材であり、インサート材を介在させ他のＣｕ材に接合することができる。接合に際し、本発明の複合Ｃｕ材は、例えば電子部品および実装基板のどちらか一方にのみ存在していてもよい。熱安定性の高い接合を確保する観点から、インサート材を介在させ、本発明の複合Ｃｕ材同士を接合することが好ましい。インサート材は、接合の際、単独でまたは複合Ｃｕ材の表層部（例えばＳｎ層およびＣｕ₆Ｓｎ₅層の少なくとも１つ）と一緒になって、Ｃｕ－Ｓｎ基化合物を含む接合層となる。

【0041】

本発明は、電子部品と実装基板との間に「複合Ｃｕ材／接合層／複合Ｃｕ材」からなる接合部または「複合Ｃｕ材／接合層」からなる接合部を有する電子部品実装基板を包含する。「複合Ｃｕ材／接合層／複合Ｃｕ材」からなる接合部を有する電子部品実装基板は、基板側から、実装基板／複合Ｃｕ材／接合層／複合Ｃｕ材／電子部品の構成を有する。「複合Ｃｕ材／接合層」からなる接合部を有する電子部品実装基板は、基板側から、実装基板／複合Ｃｕ材／接合層／通常のＣｕ材／電子部品の構成を有するか、実装基板／通常のＣｕ材／接合層／複合Ｃｕ材／電子部品の構成を有することができる。

【0042】

図１Ｂのｈ）は、基板側から、実装基板５－複合Ｃｕ材（Ｃｕ配線１０ｇおよびＣｕ₃Ｓｎ層２０ｇの部分）－接合層３５－複合Ｃｕ材（Ｃｕ電極１０ｆおよびＣｕ₃Ｓｎ層２０ｆの部分）－電子部品３の構成を有する接合体７（電子部品実装基板）の一例を示す概念図である。この接合体では、上記電子部品および上記実装基板が各Ｃｕ₃Ｓｎ層および接合層を介して互いに接合されている。

【0043】

上記のような構成を有する本発明の複合Ｃｕ材を使用することにより、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを利用して電子部品等への接合を実施する場合において、接合後の接合部に関し、厚さを確保しつつＣｕ₆Ｓｎ₅の存在量を低減することが可能になる。これは、次の理由によると考えられる。

【0044】

従来法（特許文献１）では、Ｃｕ材間に、Ｃｕ層およびＳｎ層の交互積層膜を挿入して、これを加熱し、接合部にＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣを生成させることにより、複数のＣｕ材が互いに接合されていた。しかしながら、電子部品にダメージを与えない限度での加熱条件が求められる状況において、金属Ｃｕおよび金属ＳｎからＣｕ₃Ｓｎが生成できる加熱条件が満たされず、Ｃｕ₆Ｓｎ₅が生成しやすい環境となっていた。

【0045】

これに対し、本発明では、Ｃｕ材の表面に予めＣｕ₃Ｓｎ層が設けられているため、接合の際には、インサート材を用いて、複合Ｃｕ材中のＣｕ₃Ｓｎ層と他のＣｕ材を接合する、或いは複数の複合Ｃｕ材中のＣｕ₃Ｓｎ層同士を接合するだけでよい。Ｃｕ₃Ｓｎの融点（６７６℃）は、金属Ｃｕ（Ｃｕ：１０８５℃）に比べて低く、比較的緩い加熱条件（低加圧、低温および短時間）で接合が可能である。この際、Ｃｕ₃Ｓｎ層の間にできる接合層にはＣｕ₆Ｓｎ₅が生成しうるが、接合部全体からみて接合層は僅かな領域であり、接合部のどの場所にもＣｕ₆Ｓｎ₅が生成しうる従来法に比べれば、熱による影響は小さいと言える。

【0046】

さらに、複合Ｃｕ材がその表面にＣｕ₆Ｓｎ₅およびＳｎ層の少なくとも１つを有する場合には、接合の際に、それらの層とインサート材との反応によりＣｕ₃Ｓｎ層に変換されるように調整することができる。したがって、Ｃｕ₆Ｓｎ₅およびＳｎ層を、インサート材と一緒になって接合層を形成するための材料として使用できる。

【0047】

さらに、Ｃｕ材上にＣｕ₃Ｓｎ層があることにより、電子部品や実装基板等の部材同士の間の接合部において、ある程度の厚さを確保することもでき、電子部品と実装基板との熱膨張特性の違いに起因する熱疲労破壊も抑制される。

【0048】

上記のように、接合後の接合部に関し、厚さを確保しつつＣｕ₆Ｓｎ₅の存在量を低減する結果として、接合の熱安定性が向上すると考えられる。

【0049】

「複合Ｃｕ材の製造方法」
本発明の複合Ｃｕ材は、例えば、表面の少なくとも一部にＳｎ層を有するＣｕ材を加圧状態で加熱することにより、得ることができる（第１の製造方法）。第１の製造方法では、加熱処理により、Ｃｕ材およびＳｎ層の密着界面でＣｕおよびＳｎの熱拡散を生じさせて、Ｃｕ₃Ｓｎ層を生成させる。

【0050】

Ｓｎ層を有するＣｕ材を得るためのＳｎ層の形成方法としては、例えば、蒸着法、スパッタリング法およびめっき法など、公知の金属膜の成膜法を使用できる。特に、大気圧下で実施できる簡便性から、Ｓｎ層の形成方法は、めっき法であることが好ましく、その中でも、成膜効率および厚さを制御しやすい観点から、電解めっき法であることがより好ましい。Ｃｕ材表面のＳｎ層の厚さの２倍から３倍程度のＣｕ₃Ｓｎ層が形成されるため、Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さを制御することにも繋がる。

【0051】

Ｓｎ層が設けられる位置は、Ｃｕ材の表面の少なくとも一部であって、接合の用に供される部分であればよい。一方、Ｓｎ層は、Ｃｕ材の表面の全面に形成されてもよい。Ｓｎ層をＣｕ材の一部の表面に形成する場合には、全面に形成した後、リソグラフィー等のパターニング技術を適用してもよく、Ｓｎ層の成膜工程においてテーピングなどのマスクを使用してもよい。

【0052】

Ｓｎ層の厚さは、特に制限されず、例えば、５００ｎｍ～５００μｍであることができる。熱処理によりＳｎ層の厚さの２倍から３倍程度のＣｕ₃Ｓｎ層が形成される。Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さを調整する観点から、Ｓｎ層の厚さは、１～２００μｍであることが好ましく、１０～１００μｍであることがより好ましい。

【0053】

第１の製造方法においては、上記のようなＳｎ層付きＣｕ材を加圧状態で加熱する。これにより、Ｓｎ層が常にＣｕ材へ押し付けられている状態を保つことができ、カーケンダルボイド（相互拡散の不均衡により発生した原子空孔）の発生を抑制して、均質なＣｕ₃Ｓｎ層を得ることができる。

【0054】

Ｓｎ層付きＣｕ材の加圧は、Ｓｎに対して不活性な材料を介して実施することができる。Ｓｎに対して不活性な材料は、気体でも固体でもよい。Ｓｎに対して不活性な材料は、容易に入手できる観点から、Ｃ（炭素）材料であることが好ましく、大気圧下で実施できる簡便性から、粉末材料であることが好ましく、Ｃ（炭素）粉末であることがより好ましい。Ｓｎ層付きＣｕ材の加圧は、具体的には、Ｓｎ層付きＣｕ材を、Ｓｎに対して不活性な材料（特に、Ｃ材料粉末）中に埋没させて実施することが好ましい。Ｓｎ層付きＣｕ材を、Ｓｎに対して不活性な材料中に埋没させ、その材料に加圧を行うことで、等方圧下でＳｎ層付きＣｕ材を加熱する。上記粉末材料の平均粒径は、特に制限されないが、例えば１～１０００μｍである。この平均粒径は、Ｓｎ層に対する均一な密着およびハンドリング性を考慮して、３０～７００μｍであることが好ましく、５０～５００μｍであることがより好ましい。なお、粉末の平均粒径は、例えば、レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置を用いて測定することができる。

【0055】

Ｓｎ層付きＣｕ材への加圧力は、例えば１ｋＰａ～１０ＭＰａであることができる。これにより、Ｓｎ層をＣｕ材へ充分に押し付け、かつＣｕ材の破損を防止することができる。さらに、加圧力は、１０ｋＰａ～７ＭＰａであってもよく、１５ｋＰａ～５ＭＰａであってもよい。本明細書において、加圧力は、大気圧以外の外力によって物体に付与された圧力を意味する。

【0056】

Ｓｎ層付きＣｕ材の加熱は、例えば電気炉などの加熱装置を用いて行う。加熱温度および加熱時間は、Ｓｎ層の厚さや、Ｓｎ層のどの範囲までＣｕ₃Ｓｎ層を生成させるかなどを考慮して適宜調整される。加熱温度は、例えば２５０～４５０℃の範囲とすることができ、２６０～４３０℃であることが好ましく、２７０～４２０℃であることがより好ましい。加熱時間は、例えば１～１００ｈ（時間）の範囲とすることができ、５～７０ｈであることが好ましく、１０～５０ｈであることがより好ましい。

【0057】

本発明の製造方法において、加圧状態での加熱は、Ｓｎ層のＣｕ材側がＣｕ₃Ｓｎとなり、表層側がＳｎとなる条件で実施することができる。この条件での実施により、Ｓｎ層の一部のみをＣｕ₃Ｓｎ層の生成に使用し、Ｃｕ₃Ｓｎ層の表面にＳｎ層を残すことができる。これにより、この残ったＳｎ層を、接合時にインサート材と一緒になって接合層を生成するための材料として使用できる。このＳｎ層は、接合時に、接合層を生成するため大部分またはすべて消費されることが好ましく、接合後、接合部に残らないことが好ましい。

【0058】

本発明の製造方法において、加圧状態での加熱は、Ｓｎ層のＣｕ材側がＣｕ₃Ｓｎとなり、かつ表層側がＣｕ₆Ｓｎ₅となる条件で実施することもできる。この条件での実施により、Ｃｕ₃Ｓｎ層の表層部にＳｎリッチのＣｕ₆Ｓｎ₅層を生成させることができる。これにより、表層部のＣｕ₆Ｓｎ₅層を、接合時にインサート材と一緒になって接合層を生成するための材料として使用できる。このＣｕ₆Ｓｎ₅層は、接合時に、接合層を生成するため大部分またはすべて消費されることが好ましく、接合後、接合部に残らないことが好ましい。

【0059】

本発明の製造方法において、加圧状態での加熱は、Ｓｎ層の表面において、Ｓｎ層が上記Ｃｕ材とは異なるＣｕ材料と接触した状態で、実施されてもよい。これにより、Ｓｎ層の両面で、ＣｕおよびＳｎの熱拡散を生じさせて、厚さ方向に均質なＣｕ₃Ｓｎ層を形成しやすくなる。そのような状態は、例えば、Ｓｎ層付きＣｕ材をＣｕ粉末に埋没させること、または、Ｓｎ層の表面にさらにＣｕ層を形成することにより実現できる。

【0060】

Ｓｎ層付きＣｕ材の埋没に用いるＣｕ粉末の粒径は、特に制限されないが、例えば１～１０００μｍである。この平均粒径は、Ｓｎ層に対する均一な密着およびハンドリング性を考慮して、３０～７００μｍであることが好ましく、５０～５００μｍであることがより好ましい。

【0061】

上記追加のＣｕ層の形成方法としては、例えば、蒸着法、スパッタリング法およびめっき法など、公知の金属膜の成膜法を使用できる。特に、大気圧下で実施できる簡便性から、このＣｕ層の形成方法は、めっき法であることが好ましく、その中でも、成膜効率および厚さを制御しやすい観点から、電解めっき法であることがより好ましい。上記Ｃｕ層の厚さは、特に制限されず、例えば、５００ｎｍ～５００μｍであることができる。Ｃｕ₃Ｓｎ層を適切に生成させる観点から、Ｃｕ層の厚さは、１～２００μｍであることが好ましく、１０～１００μｍであることがより好ましい。この追加のＣｕ層を設ける場合において、さらにＳｎ層およびＣｕ層を交互に積層することもできる。これにより、厚さ方向に均質なＣｕ₃Ｓｎ層を形成しやすくなる。製造工程の簡便性の観点から、Ｓｎ層およびＣｕ層は、それぞれ２層以下であってもよく、それぞれ１層（つまり、Ｃｕ材／Ｓｎ層／Ｃｕ層）であってもよい。

【0062】

さらに、本発明の複合Ｃｕ材は、例えば、Ｃｕ材の表面の少なくとも一部とＳｎ材料が接触した状態で加圧および加熱することにより、得ることができる（第２の製造方法）。第２の製造方法では、加熱処理により、Ｃｕ材およびＳｎ材料の接触界面でＣｕおよびＳｎの熱拡散を生じさせて、Ｃｕ₃Ｓｎ層を生成させる。

【0063】

第２の製造方法においては、上記のように接触するＣｕ材およびＳｎ材料を加圧状態で加熱する。これにより、Ｓｎ材料が常にＣｕ材へ押し付けられている状態を保つことができ、カーケンダルボイドの発生を抑制して、均質なＣｕ₃Ｓｎ層を得ることができる。

【0064】

Ｓｎ材料は、例えばＳｎ板、Ｓｎ箔、ＳｎチップおよびＳｎ粉末など中から、Ｃｕ材の形状に合わせて適宜選択可能である。Ｃｕ材に対する均一な接触を実現する観点から、Ｓｎ材料は、Ｓｎ粉末であることが好ましい。Ｓｎ粉末の平均粒径は、Ｃｕ材に対する均一な密着およびハンドリング性を考慮して、例えば３０～７００μｍであることが好ましく、５０～５００μｍであることがより好ましい。Ｓｎ材料がＳｎ粉末である場合には、等方圧下で加圧を行えるように、Ｃｕ材をＳｎ粉末に埋没させることが好ましい。

【0065】

Ｓｎ材料およびＣｕ材は、少なくともＣｕ₃Ｓｎ層を生成させる表面で互いに接触していればよい。Ｓｎ材料およびＣｕ材を接触させたくない領域がある場合には、例えば、テーピングなどでマスクすることができる。

【0066】

Ｓｎ材料およびＣｕ材への加圧力は、例えば１ｋＰａ～１０ＭＰａの範囲であることができる。これにより、Ｓｎ材料をＣｕ材へ充分に押し付け、かつＣｕ材の破損を防止することができる。さらに、加圧力は、１０ｋＰａ～７ＭＰａであることが好ましく、１５ｋＰａ～５ＭＰａであることがより好ましい。

【0067】

Ｓｎ材料およびＣｕ材の加熱は、例えば電気炉などの加熱装置を用いて行うことができる。加熱温度および加熱時間は、Ｃｕ₃Ｓｎ層の目標厚さなどにより、適宜調整される。加熱温度は、例えば２５０～４５０℃であり、２６０～４３０℃であることが好ましく、２７０～４２０℃であることがより好ましい。加熱時間は、例えば１～１００ｈ（時間）であり、５～７０ｈであることが好ましく、１０～５０ｈであることがより好ましい。

【0068】

上記で説明した本発明の複合Ｃｕ材の２つの製造方法のうち、Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さ制御が容易であるという観点から、第１の製造方法が好ましい。

【0069】

本発明の上記２つの製造方法において、加圧状態での加熱後、さらに、そのＣｕ材の表面に、Ｓｎ層を成膜する別の工程を実施してもよい。これにより、この成膜で追加されたＳｎ層を、接合時にインサート材と一緒になって接合層を生成するための材料として使用できる。この成膜によるＳｎ層は、例えば、加圧状態での加熱後に、別途、めっき法等の成膜技術で得られる。この成膜で追加されるＳｎ層は、加熱後にＣｕ₃Ｓｎ層の表面に残ったＳｎ層の表面に形成してもよい。また、この成膜で追加されるＳｎ層は、加熱後にＣｕ₃Ｓｎ層の表面に形成されたＣｕ₆Ｓｎ₅層の表面に形成してもよい。

【0070】

本発明の上記２つの製造方法において、加圧状態での加熱後、さらに、そのＣｕ材の表面に、インサート材としてのＣｕ層を成膜する別の工程を実施してもよい。これにより、接合の際に、Ｃｕ箔やＣｕ粒子などの別途のＣｕ材料の使用を省略でき、或いは、その使用量を減じることができる。このインサート材としてのＣｕ層は、例えば、加圧状態での加熱後に、別途、めっき法等の成膜技術で得られる。このインサート材としてのＣｕ層は、加熱後にＣｕ₃Ｓｎ層の表面に残ったＳｎ層の表面に形成してもよい。また、このインサート材としてのＣｕ層は、加熱後にＣｕ₃Ｓｎ層の表面に形成されたＣｕ₆Ｓｎ₅層の表面に形成してもよい。

【0071】

本発明の上記２つの製造方法において、加圧状態での加熱後、上記成膜技術によりＳｎ層およびＣｕ層を交互に積層することもできる。ただし、製造工程の簡便性の観点から、上記のような成膜によるＳｎ層およびＣｕ層は、それぞれ２層以下であってもよく、それぞれ１層（例えば、Ｃｕ材／Ｃｕ₃Ｓｎ層／Ｃｕ₆Ｓｎ₅層／成膜によるＳｎ層／成膜によるＣｕ層）であってもよい。なお、加圧状態での加熱後、Ｓｎ層およびＣｕ層を交互に積層する場合において、最初に形成されたＣｕ層以降の層（Ｓｎ層を含む。）は、インサート材とする。つまり、そのような積層を有する複合Ｃｕ材は、インサート材付きの複合Ｃｕ材と言える。

【0072】

「接合体の製造方法」
本発明の複合Ｃｕ材を利用した接合体の製造方法は、複合Ｃｕ材を接合部位に有する部材Ａと、他のＣｕ材を接合部位に有する部材Ｂとを準備し、複合Ｃｕ材が有するＣｕ₃Ｓｎ層と上記他のＣｕ材との間にインサート材を挟んだ状態で、部材Ａおよび部材Ｂの接合部分を加熱して、部材Ａおよび部材Ｂを接合した接合体を得ることを含む。ここで、インサート材は、単独でまたは複合Ｃｕ材の表層部と一緒になって、Ｃｕ－Ｓｎ基化合物を生成可能な材料である。

【0073】

本発明の複合Ｃｕ材を利用した接合体の製造方法では、複合Ｃｕ材を表面に有する部材同士を接合することも、一方の部材が、複合Ｃｕ材を表面に有する部材であり、他方の部材が、通常のＣｕ材を表面に有する部材であることもできる。熱安定性に優れた接合を得るという観点から、接合対象の両方の部材が本発明の複合Ｃｕ材をそれぞれ有し、複合Ｃｕ材同士を接合することが好ましい。このとき、１つの複合Ｃｕ材が有するＣｕ材が上記「他方のＣｕ材」に相当する。複合Ｃｕ材同士を接合する場合、本発明の複合Ｃｕ材を利用した接合体の製造方法は、部材Ａが有する第１の複合Ｃｕ材中のＣｕ₃Ｓｎ層と、部材Ｂが有する第２の複合Ｃｕ材中のＣｕ₃Ｓｎ層との間にインサート材を挟んだ状態で、部材Ａおよび部材Ｂの接合部分を加熱して、部材Ａと部材Ｂを接合した接合体を得ることを含む。

【0074】

本発明の複合Ｃｕ材を利用した接合体の製造方法において、部材Ａが、電子部品または実装基板であり、部材Ｂが、実装基板または電子部品であり、接合体が、それらの電子部品および実装基板が互いに接合した電子部品実装基板であり得る。複合Ｃｕ材同士を接合する場合、複合Ｃｕ材を接合部位に有する部材Ａは、複合Ｃｕ材を接合部位に有する電子部品であり、複合Ｃｕ材を接合部位に有する部材Ｂは、複合Ｃｕ材を接合部位に有する実装基板であり、接合体は、それらの電子部品および実装基板が互いに接合した電子部品実装基板であり得る。

【0075】

本発明の接合体の製造方法において、接合体は、電子部品および実装基板の接合体であり、複合Ｃｕ材は、電子部品のＣｕ電極または実装基板のＣｕ配線の少なくとも一部であり得る。特に、上記製造方法において、第１の複合Ｃｕ材が、電子部品のＣｕ電極の少なくとも一部であり、第２の複合Ｃｕ材が、実装基板のＣｕ配線の少なくとも一部であることが好ましい。これにより、接合体として、電子部品および実装基板の接合体である電子部品実装基板が得られる。

【0076】

インサート材は、上記のとおりＣｕ－Ｓｎ基化合物を生成し、接合層を形成する。接合層に含まれるＣｕ－Ｓｎ基化合物は、ＣｕおよびＳｎの総量が主成分（例えば５０質量％以上）である化合物であり、はんだ材料として通常使用されているＢｉ、Ａｇ、ＺｎおよびＩｎなどの他の成分を含み得る。Ｃｕ－Ｓｎ基化合物は、ＣｕおよびＳｎからなるＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣであることが好ましい。インサート材は、複合Ｃｕ材の表層部の材料を考慮しながら、例えば下記１～３のとおり適宜選択される。

【0077】

＜１．ＣｕおよびＳｎの熱拡散による接合＞
複合Ｃｕ材の表層部の材料がＣｕ₃Ｓｎである場合には、例えば、Ｃｕ材料とＳｎ材料を３：１のモル比で含有するインサート材や、Ｃｕ₃Ｓｎ粒子を含むインサート材を使用できる。これらのインサート材を用いることで、インサート材単独でＣｕ₃Ｓｎからなる接合層を形成できる。インサート材はペースト状でもよい。上記Ｃｕ材料およびＳｎ材料の供給源としては、Ｃｕ箔、複合Ｃｕ材表面に予め設けられたＣｕ層、Ｃｕ粒子、Ｓｎ箔、Ｓｎ粒子、および、Ｃｕ粒子をＳｎ膜で被覆したＣｕコア－Ｓｎシェル粒子などが挙げられる。

【0078】

複合Ｃｕ材の表層部の材料がＳｎである場合には、例えば、Ｃｕ材料を含有するインサート材を使用できる。この場合、インサート材と表層部のＳｎとが一緒になってＣｕ₃Ｓｎからなる接合層が形成される。即ち、インサート材中のＣｕが表層部のＳｎ内に拡散したり表層部のＳｎがインサート材中のＣｕに拡散したりする等により、Ｃｕ₃Ｓｎが生成する。インサート材はペースト状でもよい。この際、Ｃｕ材料中のＣｕと、複合Ｃｕ材の表層部のＳｎ材料中のＳｎとのモル比が３：１となるように、Ｃｕ材料の量を調整することが好ましい。なお、全体としてＣｕとＳｎのモル比が３：１となるのであれば、インサート材にＳｎ材料が含まれていてもよい。上記Ｃｕ材料およびＳｎ材料の供給源としては、Ｃｕ箔、複合Ｃｕ材表面に予め設けられたＣｕ層、Ｃｕ粒子、Ｓｎ箔、Ｓｎ粒子、および、Ｃｕ粒子をＳｎ膜で被覆したＣｕコア－Ｓｎシェル粒子などが挙げられる。この場合、複合Ｃｕ材のＣｕ₃Ｓｎ層上に予めＳｎ層が存在するため、Ｃｕ₃Ｓｎ層とＳｎ層の密着性が高く、熱安定性に優れた接合が行える。

【0079】

＜２．低融点Ｓｎ合金を用いた接合＞
複合Ｃｕ材の表層部の材料がＣｕ₃Ｓｎである場合に、２つのＣｕ₃Ｓｎ層の間に、Ｓｎ－Ｂｉ合金のような低融点Ｓｎ合金とＣｕのインサート材を挟んだ状態で加熱する。これにより低融点Ｓｎ合金を溶融させ、その状態でＣｕとの拡散を生じさせてＣｕ－Ｓｎ基化合物からなる接合層を生成させる。このように、接合層の形成に際し、インサート材を溶融状態とすることで、本発明の複合Ｃｕ材中のＣｕ₃Ｓｎ層と加圧なしで接合することができる。

【0080】

＜３．Ｃｕ₆Ｓｎ₅層を介した接合＞
複合Ｃｕ材の表層部の材料がＣｕ₆Ｓｎ₅である場合には、例えば、Ｃｕ材料を含有するインサート材を使用できる。インサート材とこの表層部のＣｕ₆Ｓｎ₅が一緒になってＣｕ₃Ｓｎからなる接合層が形成される。即ち、インサート材中のＣｕが、ＳｎリッチのＣｕ₆Ｓｎ₅内に拡散したり、Ｃｕ₆Ｓｎ₅中のＳｎがインサート材中のＣｕに拡散したりする等により、Ｃｕ₃Ｓｎが生成する。インサート材はペースト状でもよい。この際、上記表層部（Ｃｕ₆Ｓｎ₅）および上記Ｃｕ材料中の合計のＣｕと、上記表層部中のＳｎとのモル比が３：１となるように、Ｃｕ材料の量を調整することが好ましい。なお、全体としてＣｕとＳｎのモル比が３：１となるのであれば、インサート材にＳｎ材料が含まれていてもよい。上記Ｃｕ材料およびＳｎ材料の供給源としては、上記１．の場合と同様である。

【0081】

接合体の製造方法における加熱は、例えばホットプレスなどの加熱装置を用いて加熱したり、電気炉を用いて錘を載せた状態で加熱したりして行うことができる。加熱温度および加熱時間は、複合Ｃｕ材の表層部の材料および結合層の構成などにより、適宜調整される。加熱温度は、例えば２００～４００℃であり、２１０～３７０℃であってもよく、２２０～３５０℃であってもよい。加熱時間は、例えば１０ｍｉｎ～５０ｈであり、２０ｍｉｎ～２５ｈであってもよく、２５ｍｉｎ～１５ｈであってもよい。

【0082】

接合体の製造方法において、必要に応じて、複合Ｃｕ材を加圧しながら加熱してもよい。これにより、ＣｕおよびＳｎの拡散を利用する際に、その拡散を促進することができる。このときの加圧力は、例えば１ｋＰａ～５ＭＰａである。加圧力は、５ｋＰａ～３ＭＰａであってもよく、１０ｋＰａ～１ＭＰａであってもよい。但し、第１の複合Ｃｕ材が、電子部品のＣｕ電極の少なくとも一部であり、第２の複合Ｃｕ材が、実装基板のＣｕ配線の少なくとも一部である場合、特に電子部品の耐熱性および耐圧性を考慮して、温度および圧力を選択することが適当である。

【0083】

複合Ｃｕ材が、その表面にＳｎ層やＣｕ₆Ｓｎ₅層を有する場合には、接合時に、接合層を生成するため、それらの層の大部分またはすべて消費されることが好ましく、接合後、接合部に残らないことが好ましい。

【実施例0084】

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。したがって、本発明の範囲は、以下に示す具体例に限定されるものではない。

【0085】

「１．複合Ｃｕ材の製造方法（Ｓｎめっき層あり）」
Ｃｕ材としてＣｕ線（直径０．５ｍｍ）およびＣｕ板（１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を用いた。これらのＣｕ材の表面に電解めっき法によりＳｎめっき層を形成し、そのＳｎ層付きＣｕ材を加圧用粉末に埋没させた状態で加圧しながら加熱処理を施して、複合Ｃｕ材を得た。めっき条件および加圧加熱条件のうち、サンプルごとに変えた条件は表１のとおりであり、各工程の具体的な手順は下記のとおりである。なお、サンプル１２では、加熱処理の後、１回目の条件と同じ条件で、もう一度めっき処理を施して、複合Ｃｕ材の表面をＳｎめっき層とした（つまり、めっき処理→加熱処理→めっき処理）。

【表1】

【0086】

＜１－１．Ｃｕ材へのＳｎめっき処理＞
各サンプルのＣｕ材表面の酸化被膜を除去した後に、１．６ｍｏｌ／ＬのＨＣｌからなるめっき溶液またはＳｎＳＯ₄を含む下記のめっき溶液を用いてＣｕ材にＳｎの電解めっきを施した。その際、陽極として、Ｓｎ－３．０Ａｇ－０.５Ｃｕ系はんだ（ＳＡＣはんだ）またはＳｎ箔を使用し、陰極として、めっきを施すＣｕ材を使用した。電源には、ポテンショスタット／ガルバノスタットを使用した。めっき時の電流密度は２０ｍＡ／ｃｍ²とし、目標めっき厚は２０μｍとした。
・ＳｎＳＯ₄を含むめっき溶液
・・ＳｎＳＯ₄ ０．１８６ｍｏｌ／Ｌ
・・硫酸 ０．６１２ｍｏｌ／Ｌ
・・ｏ－クレゾール－４－スルホン酸 ０．３１９ｍｏｌ／Ｌ
・・ゼラチン ２ｇ／Ｌ
・・β－ナフトール ３．４７×１０^-3ｍｏｌ／Ｌ

【0087】

図２は、ＳｎＳＯ₄を含むめっき溶液を用いたＳｎめっき層付きＣｕ線の断面写真であり、図３は、各めっき溶液によるめっき処理を経たＳｎめっき層付きＣｕ線の断面のＳＥＭ画像である。ＳｎＳＯ₄を含むめっき溶液を用いた場合には、Ｓｎめっき層表面の凹凸が小さく、均一性の高い厚さのＳｎめっき層が形成されていた。ＨＣｌめっき溶液を用いた場合には、ＳｎＳＯ₄を含むめっき溶液を用いた場合に比べて、表面の凹凸が大きく、Ｓｎめっき層の厚さが薄かった。

【0088】

＜１－２．加熱処理前の準備＞
図４に示すような加熱処理用の型を用意した。この型は、その中に詰められた材料の上に蓋を載せて荷重をかけることにより、その材料に対して加圧を行えるようになっている。この型に加圧用粉末（Ｃ粉末、Ｃｕ粉末またはＳｎ粉末）を詰め、上記の工程を経たＣｕ材をこの粉末中に埋没させ、粉末の上から荷重をかけるように蓋を置いた。これにより、粉末中のＣｕ材に等方的に圧力をかけることができる。加圧力は、蓋の上に錘を載せることで調整した。Ｃ粉末およびＳｎ粉末の物性は下記のとおりである。
・Ｃ粉末：直径１０μｍ、長さ２００μｍのファイバー状、三菱ケミカル株式会社製、Ｋ２２３ＨＭ。
・Ｃｕ粉末：株式会社ニラコ製、ＣＵ－１１４１１１。
・Ｓｎ粉末：小宗化学薬品株式会社製、試薬・最純。

【0089】

＜１－３．Ｃｕ₃Ｓｎ層を生成するための加熱処理＞
蓋の上に錘を載せた状態で、Ｓｎ層付きＣｕ材を入れた型を大気雰囲気中の電気炉に配置し、サンプルごとに表１に示す条件で加熱処理を実施した。

【0090】

＜１－４．結果＞
図５に、加熱処理後の各サンプルの断面写真を示す。図中の点線で囲まれた各領域は、Ｃｕ成分が残った領域を示す。エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）によるＣｕ線断面の分析を行ったところ、いずれのサンプルでも、その領域の外側にＣｕ₃Ｓｎ層が形成できていた。

【0091】

例えば、図６Ａは、サンプル９（Ｃｕ線）のＣｕ線断面のＳＥＭ画像を示し、図６Ａ中の右の画像は、左の画像中の領域Ａの拡大画像である。ＥＤＳ分析は、図６Ａ中の１～３の測定箇所で行った。図６Ｂは、測定箇所１におけるＥＤＳ分析の結果を示し、図６Ｃは、測定箇所２および３におけるＥＤＳ分析の結果を示す。なお、酸素原子含量が多い領域は、測定用樹脂が存在する領域である。図６Ｂおよび図６Ｃに示されるように、いずれの箇所においても、ＳｎＯ₂分を除いたＣｕおよびＳｎの存在比は概ね３：１であり、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣとしてはＣｕ₃Ｓｎのみが生成し、Ｃｕ₆Ｓｎ₅は生成していなかった。Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さは約４５μｍであった。

【0092】

また、サンプル１１（Ｃｕ板）のＥＤＳ分析においても、Ｃｕ－Ｓｎ系ＩＭＣとしてＣｕ₃Ｓｎのみが生成していることを確認した。Ｃｕ₃Ｓｎ層の厚さは約２５μｍであった。

【0093】

「２．複合Ｃｕ材の製造方法（Ｓｎめっき層なし）」
Ｃｕ材としてＣｕ線（直径０．５ｍｍ）を用いた。このＣｕ線をＳｎ粉末に埋没させた状態で、加熱処理を施して、複合Ｃｕ材を得た。具体的な手順は下記のとおりである。

【0094】

＜２－１．加熱処理前の準備＞
図４に示すものと同様の加熱用型を用意し、この型の中にＳｎ粉末を詰め、表面の酸化被膜を除去したＣｕ線をこの粉末中に埋没させ、粉末の上から荷重をかけるように蓋を置いた。これにより、粉末中のＣｕ線に等方的に圧力をかけることができる。このときの加圧力は６２ｋＰａとした。加圧力は、蓋の上に錘を載せることで調整した。Ｓｎ粉末の物性は前述のものと同一である。

【0095】

＜２－２．Ｃｕ₃Ｓｎ層を生成するための加熱処理＞
蓋の上に錘を載せた状態で、Ｃｕ材を入れた型を大気雰囲気中の電気炉に配置し、３００℃および１８ｈの条件で加熱処理を実施した。

【0096】

＜２－３．結果＞
図７は、加熱処理後のサンプルの断面図（ａ横断面、ｂ縦断面）を示す。図中の点線の上側領域は、Ｃｕ成分が残った領域を示す。ＥＤＳによるＣｕ線断面の分析を行ったところ、その領域の外側にＣｕ₃Ｓｎ層が形成できていた。

【0097】

「３．複合Ｃｕ材の接合を使用した接合体の製造方法」
表１に示したサンプル１１（Ｃｕ₃Ｓｎ層が最表面である。）と同様の条件で作製した複合Ｃｕ材を２つ用意し、これらの接合を実施した。図８は、２つの複合Ｃｕ材を接合する際の様子を示す接合部概略断面図である。各複合Ｃｕ材表面のＣｕ₃Ｓｎ層の間にＣｕ箔およびＳｎ箔を挟み（図８）、加圧力３０ｋＰａ、温度２３０℃および時間１ｈの条件の下、これらのサンプルを加熱した。ここで、Ｃｕ箔におけるＣｕモル量と、２つのＳｎ箔の合計のＳｎモル量とが、３：１となるように、Ｃｕ箔およびＳｎ箔のそれぞれの厚さを調整した。このように、Ｃｕ₃Ｓｎ層の間でＳｎおよびＣｕの熱拡散を促すことにより、それらの層の間に新たなＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣ（特にＣｕ₃Ｓｎ）の層（接合層）を生成させ、上下のＣｕ₃Ｓｎ層を接合して、２つの複合Ｃｕ材が接合された接合体を得た。この接合体は、２００℃以上の温度下でも充分な接合強度を有していた。

【0098】

さらに、表１に示したサンプル１２（Ｓｎめっき層が最表面である。）と同様の条件で作製した複合Ｃｕ材を２つ用意し、これらの接合も実施した。各複合Ｃｕ材表面のＳｎめっき層の間にＣｕ箔を挟み（層構造としては図８の場合と同じ）、加圧力３０ｋＰａ、温度２３０℃および時間１ｈの条件の下、これらのサンプルを加熱した。ここで、Ｃｕ箔におけるＣｕモル量と、２つのＳｎめっき層の合計のＳｎモル量とが、３：１となるように、Ｃｕ箔およびＳｎめっき層のそれぞれの厚さを調整した。このように、Ｃｕ₃Ｓｎ層の間でＳｎおよびＣｕの熱拡散を促すことにより、それらの層の間に新たなＣｕ－Ｓｎ系ＩＭＣ（特にＣｕ₃Ｓｎ）の層（接合層）を生成させ、上下のＣｕ₃Ｓｎ層を接合して、２つの複合Ｃｕ材が接合された接合体を得た。この接合体は、２００℃以上の温度下でも充分な接合強度を有していた。

【符号の説明】

【0099】

１ 複合Ｃｕ材
３ 電子部品
５ 実装基板
７ 接合体
１０ａ～ｅ Ｃｕ材
１０ｆ Ｃｕ電極
１０ｇ Ｃｕ配線
２０ａ～ｆ Ｃｕ₃Ｓｎ層
３０ｃ、３０ｅ Ｓｎ層
３５ 接合層
４０ｄ、４０ｅ Ｃｕ₆Ｓｎ₅層

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】