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(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】P2023136796
(43)【公開日】2023-09-29
(54)【発明の名称】接合構造
(51)【国際特許分類】
H05K 3/32 20060101AFI20230922BHJP
H05K 3/34 20060101ALI20230922BHJP
【ＦＩ】
H05K3/32 C
H05K3/34 508Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022042685
(22)【出願日】2022-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(72)【発明者】
【氏名】水戸瀬 智久
(72)【発明者】
【氏名】池部 桐生
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 貴志
(72)【発明者】
【氏名】堀田 裕平
【テーマコード（参考）】
5E319
【Ｆターム（参考）】
5E319AC02
5E319BB08
5E319BB09
5E319CC12
5E319GG03
(57)【要約】
【課題】カーケンダルボイドを抑制できる接合構造を提供する。
【解決手段】第２の金属層２２の厚みは、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の厚みの合計の５０％以下である。これは、接合初期の状態でＳｎと金属間化合物を形成する金属の元素（Ａｕ）が接合構造１００の中央部よりも広い範囲にまで存在することを意味する。この場合、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属の元素の拡散のドライビングフォースとなる濃度勾配を小さくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することができる。
【選択図】図１
【解決手段】第２の金属層２２の厚みは、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の厚みの合計の５０％以下である。これは、接合初期の状態でＳｎと金属間化合物を形成する金属の元素（Ａｕ）が接合構造１００の中央部よりも広い範囲にまで存在することを意味する。この場合、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属の元素の拡散のドライビングフォースとなる濃度勾配を小さくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子部品と配線基板とを接合した接合構造であって、
前記電子部品側から順に、
Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、
Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、
Ｓｎを含む第２の金属層と、を備え、
前記第２の金属層の厚みは、前記第１の金属層、前記金属間化合物層、及び前記第２の金属層の厚みの合計の５０％以下である、接合構造。
前記電子部品側から順に、
Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、
Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、
Ｓｎを含む第２の金属層と、を備え、
前記第２の金属層の厚みは、前記第１の金属層、前記金属間化合物層、及び前記第２の金属層の厚みの合計の５０％以下である、接合構造。
【請求項2】
前記第１の金属層は、Ａｕを含む、請求項１に記載の接合構造。
【請求項3】
前記金属間化合物層は、前記配線基板の端子上に存在する、請求項１または２に記載の接合構造。
【請求項4】
前記配線基板の端子は、表面に形成されたＮｉを含む導電膜を有する、請求項１～３の何れか一項に記載の接合構造。
【請求項5】
前記第２の金属層の体積割合は、前記第１の金属層、前記金属間化合物層、及び前記第２の金属層の体積の合計の５０％以下である、請求項１～４の何れか一項に記載の接合構造。
【請求項6】
前記第１の金属層の体積割合は、前記第１の金属層、前記金属間化合物層、及び前記第２の金属層の体積の合計の５０％以下である、請求項１～５の何れか一項に記載の接合構造。
【請求項7】
電子部品と配線基板とを接合した接合構造であって、
前記電子部品側から順に、
Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、
Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、を備え、
前記金属間化合物層は、前記配線基板の端子上に存在する、接合構造。
前記電子部品側から順に、
Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、
Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、を備え、
前記金属間化合物層は、前記配線基板の端子上に存在する、接合構造。
【請求項8】
前記配線基板の端子は、表面に形成されたＮｉを含む導電膜を有する、請求項７に記載の接合構造。
【請求項9】
電子部品と配線基板とを接合した接合構造であって、
Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、
Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、
Ｓｎを含む第２の金属層と、を備え、
前記第２の金属層の体積割合は、前記第１の金属層、前記金属間化合物層、及び前記第２の金属層の体積の合計の５０％以下である、接合構造。
Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、
Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、
Ｓｎを含む第２の金属層と、を備え、
前記第２の金属層の体積割合は、前記第１の金属層、前記金属間化合物層、及び前記第２の金属層の体積の合計の５０％以下である、接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接合構造に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子化が進み、それに伴い電子部品を基板に実装する技術の開発が進んでいる。例えば、これまで微細な電子部品の組立において、電子部品の端子に金を採用し、対向する配線基板側にはＳｎをメッキや薄膜成膜で施し、はんだ接合や拡散接合で接合を行っている。電子部品と配線基板をＡｕメッキとＳｎメッキで接合させる場合、接合界面には共晶反応によりＡｕとＳｎの金属間化合物が形成される傾向があった。Ｓｎ－Ａｕはんだの課題の一つとして、Ｓｎ－Ａｕ系金属間化合物の脆さが挙げられる。その脆さを克服する方法として、金属間化合物が接合断面の面積分率として５～５０％の割合で分散させる技術が開示されている（例えば特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３－２８６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、Ｓｎは融点が低いためＳｎを含む合金内では金属元素が拡散しやすい傾向にある。そのため金属間化合物が分散した組織では、Ｓｎとの金属間化合物を形成する元素がＳｎを含む合金中に拡散し、Ｓｎとの金属間化合物を形成する元素が存在していた箇所にカーケンダルボイドを生成する問題があった。
【0005】
本発明は、カーケンダルボイドを抑制できる接合構造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】
【0006】
本発明に係る接合構造は、電子部品と配線基板とを接合した接合構造であって、電子部品側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、Ｓｎを含む第２の金属層と、を備え、第２の金属層の厚みは、第１の金属層、金属間化合物層、及び第２の金属層の厚みの合計の５０％以下である。
【0007】
本発明に係る接合構造において、第２の金属層の厚みは、第１の金属層、金属間化合物層、及び第２の金属層の厚みの合計の５０％以下である。これは、接合初期の状態でＳｎと金属間化合物を形成する金属の元素が接合構造の中央部よりも広い範囲にまで存在することを意味する。この場合、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属の元素の拡散のドライビングフォースとなる濃度勾配を小さくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することができる。
【0008】
第１の金属層は、Ａｕを含んでよい。ＡｕはＳｎとの金属間化合物を形成し易く、かつＡｕはＳｎを含む層に拡散しやすいため、カーケンダルボイドができやすい金属の元素である。これに対し、本発明の構造を採用することで、Ａｕを用いた場合であってもカーケンダルボイドを抑制することができる。
【0009】
金属間化合物層は、配線基板の端子上に存在してよい。配線基板の端子上にＳｎを含む金属間化合物層が存在することでＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の濃度勾配が低く拡散が起き難くなり、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0010】
配線基板の端子は、表面に形成されたＮｉを含む導電膜を有してよい。Ｎｉを含む導電膜が配線基板の端子内部とＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素との反応を抑制することができる。これにより、Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の拡散距離延伸を抑制することができ、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0011】
第２の金属層の体積割合は、第１の金属層、金属間化合物層、及び第２の金属層の体積の合計の５０％以下であってよい。これにより、Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素が拡散しづらくなりカーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0012】
第１の金属層の体積割合は、第１の金属層、金属間化合物層、及び第２の金属層の体積の合計の５０％以下であってよい。Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素を含む第１の金属層の体積を小さくすることで拡散する当該元素を少なくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0013】
本発明に係る接合構造は、電子部品と配線基板とを接合した接合構造であって、電子部品側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、を備え、金属間化合物層は、配線基板の端子上に存在する。
【0014】
本発明に係る接合構造は、共晶構造でなくＳｎとの金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層、及びＳｎを含む金属間化合物の積層構造である。また、金属間化合物層が、配線基板の端子上に達している。従って、拡散のドライビングフォースとなるＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の濃度勾配を小さくすることができカーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0015】
配線基板の端子は、表面に形成されたＮｉを含む導電膜を有してよい。Ｎｉを含む導電膜が配線基板の端子内部とＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素との反応を抑制することができる。これにより、Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の拡散距離延伸を抑制することができ、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0016】
本発明に係る接合構造は、電子部品と配線基板とを接合した接合構造であって、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層と、Ｓｎを含む第２の金属層と、を備え、第２の金属層の体積割合は、第１の金属層、金属間化合物層、及び第２の金属層の体積の合計の５０％以下であってよい。
【0017】
本発明に係る接合構造において、第２の金属層の体積割合は、第１の金属層、金属間化合物層、及び第２の金属層の体積の合計の５０％以下である。これは、接合初期の状態でＳｎと金属間化合物を形成する金属の元素が接合構造の中央部よりも広い範囲にまで存在することを意味する。この場合、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属の元素の拡散のドライビングフォースとなる濃度勾配を小さくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、カーケンダルボイドを抑制できる接合構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態に係る接合構造を備える実装基板を示す概略断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る接合構造が適用される配線基板を示す概略断面図である。
【図3】接合構造の積層構造の一例を示す概略断面図である。
【図4】接合構造の積層構造の一例を示す概略断面図である。
【図5】ＳＥＭ像の一例を示す図である。
【図6】電子部品と配線基板との接合方法について説明するための図である。
【図7】実施例及び比較例の測定結果を示す表である。
【図8】接合構造の積層構造の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る接合構造１００について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る接合構造１００を備える実装基板１を示す概略断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る接合構造１００が適用される配線基板３を示す概略断面図である。
【0021】
図１に示すように、実装基板１は、電子部品２と、配線基板３とを備える。実装基板１は、電子部品２を接合層４０を介して配線基板３に実装することによって構成される。
【0022】
電子部品２は、本体部６と、一対の端子７と、を備える。本体部６は、電子部品２としての機能を発揮するための部材である。端子７は、本体部６の主面に形成された金属製の部分である。電子部品２は、例えばマイクロＬＥＤなどによって構成される。マイクロＬＥＤは、配線基板３からの入力に応じて発光する部品である。
【0023】
配線基板３は、基材８と、壁９と、一対の端子１０と、を備える。基材８は、配線基板３の平板状の本体部である。壁９は、基材８の上面に形成された絶縁体によって形成された部材である。壁９の材料として、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂などの樹脂材料が採用される。特に好ましくは、壁９の材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が採用される。端子１０は、基材８の主面に形成された金属製の部分である。端子１０の材料として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ，Ａｌ、Ｍｏ、Ｐｔ，Ａｕや、これらの少なくとも二つから選択される合金などが採用される。端子１０は、表面に形成された導電膜１２を有する。導電膜１２の材料として、Ｔｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ａｇなどの膜や金属粒子とバインダーを混ぜた膜などが採用される。
【0024】
Ｓｎ層２０は、電子部品２の端子７と配線基板３の端子１０とを接合するＳｎを含む層である。組立前においては、配線基板３は、導電膜１２の上面に配置された状態の接合材４Ａを備える（図２参照）。接合材４Ａは、はんだとして機能する。組立時において、端子１０と導電膜１２と接合材４Ａと端子７が積層された後にはんだ接合が行われる。
【0025】
壁９には、凹部１１が形成される。凹部１１は、壁９を貫通する貫通孔によって構成される。これにより、凹部１１の底側では、基材８の上面が露出する。凹部１１は、配線基板３の厚み方向からみて、矩形をなしている。端子７、端子１０、導電膜１２、及びＳｎ層２０は、壁９に形成された凹部１１内に配置されることで、周囲を壁９によって囲まれる。端子７、端子１０、導電膜１２、及びＳｎ層２０と、凹部１１の四方の内側面（すなわち、壁９の内側面）との間には、僅かな隙間が形成される。
【0026】
凹部１１内において、電子部品２及びＳｎ層２０と、壁９との間には、構成材３０が配置される。これにより、構成材５０で支えることで、電子部品２が配線基板３から剥がれにくくすることができる。また、電子部品２やＳｎ層２０や端子７，１０に加わる力が緩和され、信頼性を向上することができる。構成材５０の材料として、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂やそれらの混合物、又は前記樹脂材料とＳｉＯｘ、セラミックスなどの混合物が採用される。特に好ましくは、構成材５０の材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が採用される。
【0027】
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る接合構造１００についてより詳細に説明する。図３（ａ）の例では、接合構造１００は、電子部品２側から順に、端子７、金属間化合物層２５、接合材４、導電膜１２、及び端子１０を備える。接合構造１００は、電子部品２側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する第１の金属を含む第１の金属層２１と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層２５と、Ｓｎを含む第２の金属で構成される第２の金属層２２を備える。ここでは、電子部品２の端子７が第１の金属層２１に該当し、接合材４が第２の金属層２２に該当する。金属間化合物層２５は、端子７と接合材４との間に設けられ、Ｓｎを含む接合材と、第１の金属との金属間化合物で構成される。
【0028】
なお、以降の説明では、Ａｕを含む端子７及びＳｎ層２０によって構成される積層構造を接合層４０と称する場合がある。
【0029】
接合材４の第２の金属は、Ｓｎを含んでいてもよく、Ｓｎを含む合金によって構成されていてもよい。第２の金属は、Ｓｎの他、Ｓｎを低融点化させる元素を含んでもよい。Ｓｎを低融点化させる元素として、例えばＢｉなどがあげられる。
【0030】
端子７の第１の金属は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄの何れかの金属、またはこれらの少なくとも二つから選択される合金である。第１の金属は、少なくともＡｕを含む金属であってよい。
【0031】
金属間化合物層２５は、端子７の第１の金属が配線基板３側に拡散することによって形成される。金属間化合物層２５は、端子７の第１の金属と接合材４のＳｎを含む第２の金属との金属間化合物によって構成される。ここでは、金属間化合物層２５は、第１の層３１と、第２の層３２と、を備える。例えば、第１の層３１は、ＡｕＳｎ２によって構成される。第２の層３２は、ＡｕＳｎ４によって構成される。なお、端子１０上（導電膜１２上）において、一部に接合材４が形成され、一部に金属間化合物層２５が存在していてもよい。
【0032】
図３（ｂ）の例では、接合構造１００は、電子部品２側から順に、端子７、金属間化合物層２５、導電膜１２、及び端子１０を備える。また、端子７、及び金属間化合物層２５の横側に接合材４が配置される。接合構造１００は、電子部品２側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する第１の金属を含む第１の金属層２１と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層２５と、を備える。金属間化合物層２５は、配線基板３の端子１０上に存在する。ここでは、端子１０は上面に導電膜１２を有しているため、金属間化合物層２５は、導電膜１２上に存在する。金属間化合物層２５は、第１の層３１と、第２の層３２と、を備える。例えば、第１の層３１は、ＡｕＳｎ２によって構成される。第２の層３２は、ＡｕＳｎ４によって構成される。接合材４は、端子７まで及ぶような三角形状をなしているが、接合材４の形状は特に限定されず、どの層まで及ぶかも限定されない。
【0033】
なお、図８に示すように、接合材４は端子７と接触していなくてよい。図８（ａ）に示す例では、三角形の接合材４が端子７に対して横側にずれるように延びることで端子７に接触しないような位置関係になっている。図８（ｂ）に示す例では、三角形の接合材４が端子７まで及んでいないことにより、端子７に接触しないような位置関係になっている。
【0034】
図４（ａ）の例では、図３の接合材４がすべて金属間化合物層２５になっている。接合構造１００は、電子部品２側から順に、端子７、金属間化合物層２５、導電膜１２、及び端子１０を備える。接合構造１００は、電子部品２側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する第１の金属を含む第１の金属層２１と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層２５と、を備える。金属間化合物層２５は、配線基板３の端子１０上に存在する。金属間化合物層２５は、第１の層３１と、第２の層３２と、を備える。例えば、第１の層３１は、ＡｕＳｎ２によって構成される。第２の層３２は、ＡｕＳｎ４によって構成される。
【0035】
図４（ｂ）の例では、金属間化合物層２５の構造が図４（ａ）と異なっている。接合構造１００は、電子部品２側から順に、端子７、金属間化合物層２５、導電膜１２、及び端子１０を備える。接合構造１００は、電子部品２側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する第１の金属を含む第１の金属層２１と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層２５と、を備える。金属間化合物層２５は、配線基板３の端子１０上に存在する。金属間化合物層２５は、第３の層３３を備える。例えば、第３の層３３は、ＡｕＳｎ系の金属間化合物層２５が形成され、例えば、ＡｕＳｎ４によって構成される。
【0036】
次に、接合構造１００の各層における厚み及び面積について説明する。以下の特定層における厚みの割合は、接合層４０全体の厚みに対する特定層の厚みの割合を示す。また、特定層における体積の割合は、接合層４０全体の体積に対する特定層の厚みの割合を示す。
【0037】
図３（ａ）に示す接合構造１００において、接合材４（第２の金属層２２）の厚みは、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４の厚みの合計の５０％以下であることが好ましく、より好ましくは３５％以下であり、さらに好ましくは１０％以下である。なお、下限値は特に限定されず、図４に示すように接合材４は消滅していてもよい。すなわち、接合材４（第２の金属層２２）の厚みは、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４の厚みの合計の０％以上であればよい。
【0038】
接合材４（第２の金属層２２）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４の体積の合計の５０％以下であることが好ましく、１４％以下であることがより好ましい。なお、下限値は特に限定されず、図４に示すように接合材４は消滅していてもよい。
【0039】
端子７（第１の金属層２１）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４（第２の金属層２２）の体積の合計の５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。下限値は特に限定されないが、端子７（第１の金属層２１）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４（第２の金属層２２）の体積の合計の４％以上であることが好ましい。
【0040】
図３（ｂ）に示す接合構造１００において、接合材４（第２の金属層２２）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４の体積の合計の５０％以下であることが好ましく、１２％以下であることがより好ましい。
【0041】
端子７（第１の金属層２１）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４（第２の金属層２２）の体積の合計の５０％以下であることが好ましく、２７％以下であることがより好ましい。下限値は特に限定されないが、端子７（第１の金属層２１）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４（第２の金属層２２）の体積の合計の４％以上であることが好ましい。
【0042】
図４（ａ）（ｂ）に示す接合構造１００において、端子７（第１の金属層２１）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、及び金属間化合物層２５の体積の合計の５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。下限値は特に限定されないが、端子７（第１の金属層２１）の体積割合は、端子７（第１の金属層２１）、及び金属間化合物層２５の体積の合計の４％以上であることが好ましい。
【0043】
【0044】
上述の接合構造１００の各層における厚み及び面積の測定方法について図５（ａ）を参照して説明する。まず、得られた接合構造１００の中央付近を配線基板３に垂直に切り出し、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定による元素比率からそれぞれの層の相同定を行う。断面の電子部品２側の端子７が電子部品２の本体部６と接している断面の中点と、配線基板３側の接合層４０が端子１０（導電膜１２）と接している断面の中点を直線Ｌで結ぶ、その直線Ｌがそれぞれの層を通る長さを層厚みとする。得られた各層の厚みの結果から上述の接合材４の厚みの割合を計算することができる。
【0045】
また、接合構造１００の各層の面積は、ＳＥＭ像における各層の面積を測定することによって算出することができる。得られた各層の面積の結果から、各層の体積を求め、それによって、上述の接合材４及び端子７の体積の割合を計算することができる。
【0046】
接合構造１００の各層における厚みの測定方法として、最小二乗近似法で各層の境界を線分に近似し、その中点同士の距離を層厚みとして測定する方法を採用してよい。当該測定方法に基づいて、接合材４（第２の金属層２２）の厚みが、端子７（第１の金属層２１）、金属間化合物層２５、及び接合材４の厚みの合計の５０％以下であればよい。
【0047】
次に、図６を参照して、電子部品２と配線基板３との接合方法について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、配線基板３の接合材４Ａの上に、電子部品２の端子７を載せる。ここで、Ｓｎの融点を超える温度で長時間（数分）加熱を行うと全体が共晶構造となり接合構造１００の金属間化合物層２５が層状になり難い。従って、液相を生成しない固相拡散で処理温度、処理時間、加圧力を制御することで形成してもよく、液相接合で接合処理時の温度勾配を制御することで所望の積層構造を形成してもよい。例えば電子部品２側に加熱板６１、配線基板３側に冷却板６０を接触させ、第１の金属を含む第１の金属層２１と、第２の金属を含む第２の金属層２２の接触部のみを溶解させる。なおかつ、加熱温度を下げるとともに冷却温度を上げることで溶解する箇所を徐々に配線基板３側へ移動させることで共晶構造ではなく積層構造を得ることが出来るようになる（図４（ｂ））。
【0048】
次に、本実施形態に係る接合構造１００の作用・効果について説明する。
【0049】
本実施形態に係る接合構造１００は、電子部品２と配線基板３とを接合した接合構造１００であって、電子部品２側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層２１と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層２５と、Ｓｎを含む第２の金属層２２と、を備える。第２の金属層２２の厚みは、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の厚みの合計の５０％以下である。
【0050】
本実施形態に係る接合構造１００において、第２の金属層２２の厚みは、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の厚みの合計の５０％以下である。これは、接合初期の状態でＳｎと金属間化合物を形成する金属の元素（Ａｕ）が接合構造１００の中央部よりも広い範囲にまで存在することを意味する。この場合、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属の元素の拡散のドライビングフォースとなる濃度勾配を小さくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することができる。
【0051】
第１の金属層２１は、Ａｕを含んでよい。ＡｕはＳｎとの金属間化合物を形成し易く、かつＡｕはＳｎを含む層に拡散しやすいため、カーケンダルボイドができやすい金属の元素である。これに対し、本実施形態の構造を採用することで、Ａｕを用いた場合であってもカーケンダルボイドを抑制することができる。
【0052】
金属間化合物層２５は、配線基板３の端子１０（導電膜１２）上に存在してよい。配線基板３の端子１０上にＳｎを含む金属間化合物層２５が存在することでＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の濃度勾配が低く拡散が起き難くなり、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0053】
配線基板３の端子１０は、表面に形成されたＮｉを含む導電膜１２を有してよい。Ｎｉを含む導電膜１２が配線基板３の端子１０内部とＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素との反応を抑制することができる。これにより、Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の拡散距離延伸を抑制することができ、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0054】
第２の金属層２２の体積割合は、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の体積の合計の５０％以下であってよい。これにより、Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素が拡散しづらくなりカーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0055】
第１の金属層２１の体積割合は、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の体積の合計の５０％以下であってよい。Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素を含む第１の金属層２１の体積を小さくすることで拡散する当該元素を少なくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0056】
本実施形態に係る接合構造１００は、電子部品２と配線基板３とを接合した接合構造１００であって、電子部品２側から順に、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層２１と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層２５と、を備え、金属間化合物層２５は、配線基板３の端子１０上に存在する。
【0057】
本実施形態に係る接合構造１００は、共晶構造でなくＳｎとの金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層２１、及びＳｎを含む金属間化合物の積層構造である。また、金属間化合物層２５が、配線基板３の端子１０上に達している。従って、拡散のドライビングフォースとなるＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の濃度勾配を小さくすることができカーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0058】
配線基板３の端子１０は、表面に形成されたＮｉを含む導電膜１２を有してよい。Ｎｉを含む導電膜１２が配線基板３の端子１０内部とＳｎとの金属間化合物を形成する金属の元素との反応を抑制することができる。これにより、Ｓｎとの金属間化合物を形成する金属の元素の拡散距離延伸を抑制することができ、カーケンダルボイドを抑制することが出来る。
【0059】
本実施形態に係る接合構造１００は、電子部品２と配線基板３とを接合した接合構造１００であって、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属を含む第１の金属層２１と、Ｓｎを含む金属間化合物で構成される金属間化合物層２５と、Ｓｎを含む第２の金属層２２と、を備え、第２の金属層２２の体積割合は、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の体積の合計の５０％以下であってよい。
【0060】
本実施形態に係る接合構造１００において、第２の金属層２２の体積割合は、第１の金属層２１、金属間化合物層２５、及び第２の金属層２２の体積の合計の５０％以下である。これは、接合初期の状態でＳｎと金属間化合物を形成する金属の元素が接合構造内の広い範囲にまで存在することを意味する。この場合、Ｓｎと金属間化合物を形成する金属の元素の拡散のドライビングフォースとなる濃度勾配を小さくすることができ、カーケンダルボイドを抑制することができる。
【0061】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【0062】
接合構造の各層の配置や大きさや数は特に限定されず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更してもよい。
【0063】
［実施例］
図７を参照して、実施例１～８、及び比較例１，２について説明する。ただし、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。まず、実施例及び比較例に係る実装基板１の製造方法について説明する。電子部品２としてＬＥＤを準備し、そのＬＥＤにＡｕの端子７形成した。基板側のＣｕの端子１０上にＮｉの導電膜１２の電析層を形成したのち、導電膜１２にＳｎの接合材４Ａを形成した。電子部品２のＡｕの端子７と配線基板３のＳｎの接合材４Ａを接触させた状態で、０．０５～０．２０ＭＰａの加圧を行いながら配線基板３側は常に５０℃になるように冷却板６０を接触させつつ電子部品２側を３００℃～３１０℃の加熱板６１を接触させ接触面が反応し始めるところで適宜冷却板６０の温度を上げ、加熱板６１の温度を下げ、金属間化合物層２５の厚みを制御し接合構造を得た。
図７を参照して、実施例１～８、及び比較例１，２について説明する。ただし、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。まず、実施例及び比較例に係る実装基板１の製造方法について説明する。電子部品２としてＬＥＤを準備し、そのＬＥＤにＡｕの端子７形成した。基板側のＣｕの端子１０上にＮｉの導電膜１２の電析層を形成したのち、導電膜１２にＳｎの接合材４Ａを形成した。電子部品２のＡｕの端子７と配線基板３のＳｎの接合材４Ａを接触させた状態で、０．０５～０．２０ＭＰａの加圧を行いながら配線基板３側は常に５０℃になるように冷却板６０を接触させつつ電子部品２側を３００℃～３１０℃の加熱板６１を接触させ接触面が反応し始めるところで適宜冷却板６０の温度を上げ、加熱板６１の温度を下げ、金属間化合物層２５の厚みを制御し接合構造を得た。
【0064】
実施例１～６、及び比較例１，２は、温度制御を調整した点以外は、同じ条件で製造された。実施例７，８は、実施例２に対しＳｎの接合材４Ａを電析する面積を５倍とし、接合材４Ａの高さは同じになるよう電析時の電流を調整し形成した点以外は同じ条件で形成した。接合層４０の各層の厚みは、ＳＥＭ－ＥＤＳ測定による元素比率からそれぞれの層の相同定を行い、ＳＥＭ像から接合層４０の各層の厚みを測定する前述の方法にて測定した。各層の厚みの接合層４０全体に対する割合を図７に示す。また、ＳＥＭ像から各層の面積を測定し、それに基づいて前述の方法にて第１の金属層２１及び第２の金属層２２の体積の接合層４０全体の体積に対する割合を測定した。当該割合を図７に示す。次に、実施例１～８、及び比較例１，２の実装基板１を恒温恒湿試験に投入し、試験後の実装基板１の発光実験を行った後、接合層４０の中央付近を配線基板３に垂直に切り出し断面のＫＶ（カーケンダルボイド）の数を測定した。測定結果を図７に示す。なお、実施例１のＳＥＭ像を図５（ａ）に示し、比較例２のＳＥＭ像を図５（ｂ）に示す。実施例１では、端子７の下側にＡｕＳｎ層３４が形成されている。
【0065】
比較例１では、金属間化合物層が０％であり、ＡｕとＳｎが接合しておらず、試験前はＡｕとＳｎが接触し発光していたが試験後は接触部が離れ発光しなかったと考えられる。比較例２では、Ａｕの拡散が不十分であり、ＫＶが多く発生し接合層４０が破断し発光しなかったと考えられる。実施例６は、試験前から少量であるがＡｕがＳｎへ拡散しており破断に至らず発光不良を抑えられたと考えられる。実施例２，４は、試験前からＡｕがＳｎへ拡散しており実施例６に比べ試験後ＫＶの発生数が少なかったと考えられる。実施例１，３，５は、試験前から多くのＡｕがＳｎへ拡散しており、実施例２，４，６に比べ試験後ＫＶの発生数が少なかったと考えられる。実施例７，８からＳｎ合金の析出体積が増えても厚み比率が同じであれば本発明の効果が得られると考えられる。
【符号の説明】
【0066】
２…電子部品、３…配線基板、１０…端子、１２…導電膜、２１…第１の金属層、２２…第２の金属層、２５…金属間化合物層、１００…接合構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】