7386826 成形はんだ及び成形はんだの製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-11-16

(45)【発行日】2023-11-27

(54)【発明の名称】成形はんだ及び成形はんだの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/14 20060101AFI20231117BHJP

   B23K 35/26 20060101ALI20231117BHJP

   B23K 35/40 20060101ALI20231117BHJP

   C22C 9/00 20060101ALI20231117BHJP

   C22C 9/01 20060101ALI20231117BHJP

   C22C 9/02 20060101ALI20231117BHJP

   C22C 9/04 20060101ALI20231117BHJP

   C22C 9/06 20060101ALI20231117BHJP

   C22C 19/03 20060101ALI20231117BHJP

【ＦＩ】

B23K35/14 D

B23K35/14 Z

B23K35/26 310A

B23K35/26 310D

B23K35/40 340G

B23K35/40 340H

C22C9/00

C22C9/01

C22C9/02

C22C9/04

C22C9/06

C22C19/03 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021045870

(22)【出願日】2021-03-19

(65)【公開番号】P2021175578

(43)【公開日】2021-11-04

【審査請求日】2021-04-17

【審判番号】

【審判請求日】2022-12-06

(31)【優先権主張番号】P 2020076390

(32)【優先日】2020-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390005223

【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100139996

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 洋子

(72)【発明者】

【氏名】坂本 伊佐雄

【合議体】

【審判長】池渕 立

【審判官】井上 猛

【審判官】土屋 知久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３０１５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０４０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／１２５８６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－８１９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－５５０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６０４２５７７（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

B23K 35/00-35/40

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数種の金属粉末の混合体を圧延して形成される成形はんだであって、
前記複数種の金属粉末の混合体は
（ａ）ニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅の粉末と、
（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含み、
前記ニッケルを含む合金は、１質量％以上７質量％以下のリンまたは０．５質量％以上１．５質量％以下のホウ素を含み、残部がニッケルからなり、
前記（ａ）銅の粉末の含有割合は前記複数種の金属粉末の混合体全量に対して２０質量％以上４０質量％以下であり、
前記錫を含む合金は、Ｓｎ－５０Ｉｎである成形はんだ。

【請求項2】

前記（ａ）銅の粉末のニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚は０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下である請求項１に記載の成形はんだ。

【請求項3】

複数種の金属粉末を混合分散して当該複数種の金属粉末の混合体を作製する工程と、
当該複数種の金属粉末の混合体を圧延する工程とを含む成形はんだの製造方法であって、
前記複数種の金属粉末は（ａ）ニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅の粉末と、（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含み、
前記ニッケルを含む合金は、１質量％以上７質量％以下のリンまたは０．５質量％以上１．５質量％以下のホウ素を含み、残部がニッケルからなり、
前記（ａ）銅の粉末の含有割合は前記複数種の金属粉末の混合体全量に対して２０質量％以上５０質量％以下であり、
前記錫を含む合金は、Ｓｎ－５０Ｉｎである成形はんだの製造方法。

【請求項4】

前記（ａ）銅の粉末のニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚は０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下である請求項３に記載の成形はんだの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成形はんだ及び成形はんだの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子回路基板上に形成される電子回路に電子部品を接合する接合材料としては、主としてはんだ合金が用いられている。

【0003】

またパワー半導体を使用した電子製品の作製においても、ＤＣＢ基板上にＳｉ素子、ＳｉＣ素子等を実装（接合）する方法として、例えば成形はんだを用いたはんだ接合方法が採用されている。

【0004】

ここで成形はんだとは、長方形、正方形及びディスク状といった所定の形状に成形されたはんだをいい、加圧、圧延等の方法で形成することができる。特に圧延の場合、成形はんだの厚みを調整し易い。

【0005】

近年は、より電力損失が少なく、大電流が扱えるＳｉＣ素子が普及しつつある。ＳｉＣ素子は比較的高い温度でも動作可能であることから、ＳｉＣ素子のＤＣＢ基板への接合材料としては、動作時に溶融しないために固相線温度が一定温度以上であることが求められる。

【0006】

従来技術として、例えば第１粉末成分と第２粉末成分とのブレンドを含み、前記第１粉末成分が第１はんだ合金であり、前記第２粉末成分が第２はんだ合金または金属であってＣｕ等を含むはんだ組成物をプリフォームとして使用するもの（特許文献１参照）や、融点がＴｍの金属粉末と、融点がＴｍより低く溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末とを混合して金属容器内に充填し、これを箔状に圧延するものであって、融点がＴｍの金属粉末がＣｕまたはＣｕ合金、融点がＴｍよりも低い金属粉末がＳｎまたはＳｎ合金であるろう付け用シート（特許文献２参照）が開示されている。
これらのはんだ組成物及びろう付けシートは異なる融点を有する２種の金属（合金）からなるため、低い方の融点近傍の温度にてはんだ接合をすることではんだ組成物及びろう付けシート内に金属間化合物を形成させ、その固相線温度を上昇させることができる。そのため、はんだ組成物及びろう付けシートのはんだ接合前後の固相線温度を調整することも可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１４－５２７４６６号公報

【文献】特開２００４－１６０５１５号公報

【0008】

しかし、金属（合金）粉末の圧延時には摩擦熱が生じ得る。そのため、例えば特許文献１に開示されるはんだ組成物を圧延によってプリフォーム化する場合、及び特許文献２に開示される圧延により作製するろう付けシートにおいては、この摩擦熱によってＳｎ／Ｓｎ合金とＣｕ／Ｃｕ合金の接点で拡散が生じ、作成されたプリフォームやろう付けシート中にＣｕ_６Ｓｎ_５等のＣｕ／Ｓｎ系化合物が形成される虞がある。圧延中にＣｕ／Ｓｎ系化合物が形成されたプリフォームやろう付けシートは、Ｃｕ／Ｓｎ系化合物が形成されないものよりも延性及び強度が低下する。

【0009】

またプリフォームやろう付けシート中にＣｕ／Ｓｎ系化合物が形成された分、これらに含まれるＳｎ／Ｓｎ合金の含有量は減少する。そのため、はんだ接合時において接合に寄与するはんだ成分（Ｓｎ／Ｓｎ合金）が減少し、その接合性が低下する虞がある。

【0010】

なお特許文献２には、充填粉末として、融点がＴｍの金属粉末の上に融点がＴｍより低く溶融時に前記融点がＴｍの金属粉末と金属間化合物を形成する金属粉末を電気メッキ等の方法によりコーティングした粉末を使用することが望ましい旨が開示されている。
しかしこの場合、圧延時に上述する摩擦熱によって「融点がＴｍの金属粉末」と「融点がＴｍの金属粉末に電気メッキ等でコーティングされた融点がＴｍより低い金属粉末」との金属間化合物が形成される虞がある。また充填粉末としての「融点がＴｍより低い金属粉末」と「融点がＴｍの金属粉末に電気メッキ等でコーティングされた融点がＴｍより低い金属粉末」との金属間化合物も形成される虞があり、従ってろう付けシートの延性及び強度の低下、並びにはんだ接合性の低下の抑制は難しい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の目的は上記の課題を解決するものであり、圧延時に発生する摩擦熱によるＣｕ／Ｓｎ系化合物の形成を抑制することのできる成形はんだ及び成形はんだの製造方法を提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の成形はんだは、複数種の金属粉末の混合体を圧延して形成されるものであって、前記複数種の金属粉末の混合体は、（ａ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅の粉末及び（ｂ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅を含む合金の粉末の少なくとも一方と（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含み、前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方の含有割合は、前記複数種の金属粉末の混合体全量に対して２０質量％以上５０質量％以下である。

【0013】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方のニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚は、０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下であることが好ましい。

【0014】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方の前記ニッケルを含む合金は、ニッケル以外にリン及びホウ素の少なくとも一方を含むことができる。

【0015】

前記リンは、前記ニッケルを含む合金全量に対して１質量％以上７質量％以下含有させることができる。

【0016】

前記リンは、前記ニッケルを含む合金全量に対して１質量％以上４質量％以下含有させることができる。

【0017】

前記ホウ素は、前記ニッケルを含む合金全量に対して０．５質量％以上１．５質量％以下含有させることができる。

【0018】

本発明の成形はんだの製造方法は、複数種の金属粉末を混合分散して当該複数種の金属粉末の混合体を作製する工程と、当該複数種の金属粉末の混合体を圧延する工程とを含み、前記複数種の金属粉末の混合体は、（ａ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅の粉末及び（ｂ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅を含む合金の粉末の少なくとも一方と（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含み、前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方の含有割合は、前記複数種の金属粉末の混合体全量に対して２０質量％以上５０質量％以下である。

【0019】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方のニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚は、０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下であることが望ましい。

【0020】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方の、前記ニッケルを含む合金は、ニッケル以外にリン及びホウ素の少なくとも一方を含むことができる。

【0021】

前記リンは、前記ニッケルを含む合金全量に対して１質量％以上７質量％以下含有させることができる。

【0022】

前記リンは、前記ニッケルを含む合金全量に対して１質量％以上４質量％以下含有させることができる。

【0023】

前記ホウ素は、前記ニッケルを含む合金全量に対して０．５質量％以上１．５質量％以下含有させることができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明の成形はんだ及び成形はんだの製造方法は、圧延時に発生する摩擦熱によるＣｕ／Ｓｎ系化合物の形成を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施例及び比較例に係る成形はんだの「ニッケルめっき喰われ試験」において使用する試験片を表わす概略断面図。

【図2】実施例及び比較例に係る成形はんだの「ニッケルめっき喰われ試験」及び「シェア強度試験」において使用する試験片を作製する際のリフロー時における温度条件を表す温度プロファイル。

【図3】実施例及び比較例に係る成形はんだの「シェア強度試験」における強度試験方法を表わす概略図（側面から見た場合）。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の成形はんだ及び成形はんだの製造方法の一実施形態について詳細に説明する。
なお、本発明が当該実施形態に限定されないのはもとよりである。

【0027】

＜複数種の金属粉末の混合体＞
本実施形態の成形はんだの作製に用いる複数種の金属粉末の混合体は、少なくとも（ａ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅の粉末及び（ｂ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅を含む合金の粉末の少なくとも一方と、（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含む。

【0028】

即ち、前記複数種の金属粉末の混合体は、以下の構成を含む。
・前記（ａ）銅の粉末と、前記（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含む。
・前記（ｂ）銅を含む合金の粉末と、前記（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含む。
・前記（ａ）銅の粉末と、前記（ｂ）銅を含む合金の粉末と、前記（ｃ）錫を含む合金の粉末とを含む。

【0029】

なお、本明細書において金属粉末とは、以下の粉末を意味する。
・金属元素単体の粉末
・半金属元素単体の粉末
・合金の粉末

【0030】

（ａ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅の粉末
前記（ａ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅の粉末は、銅の粉末の表面またはその表面上に形成された金属等の被膜上にニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有するものであり、無電解めっき等の方法にてニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を形成したものが好ましく用いられる。
なお、銅の粉末の表面またはその表面上に形成された金属等の被膜にニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を形成できる方法であれば、いずれの方法も用いることができる。

【0031】

（ｂ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅を含む合金の粉末
前記（ｂ）ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有する銅を含む合金の粉末は、銅を含む合金の粉末の表面またはその表面上に形成された金属等の被膜上にニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を有するものであり、無電解めっき等の方法にてニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を形成したものが好ましく用いられる。
なお、銅を含む合金の粉末の表面またはその表面上に形成された金属等の被膜にニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を形成できる方法であれば、いずれの方法も用いることができる。

【0032】

また前記銅を含む合金に含まれる銅以外の金属元素（本明細書においては半金属元素も含む用語として使用する。以下同じ。）としては、例えば錫、銀、ビスマス、亜鉛、インジウム、ガリウム、アンチモン、金、パラジウム、ゲルマニウム、ニッケル、クロム、アルミニウム、リン及びインジウム等が挙げられる。これらの銅以外の金属元素は、１種でも複数種でもいずれでも好ましく用いられる。
なお、前記銅を含む合金に含まれる銅の含有量は、８０質量％以上であることが好ましい。より好ましいその含有量は８５質量％以上９５質量％以下であり、９０質量％以上９５質量％以下が特に好ましい。

【0033】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末のいずれにおいても、ニッケルを含む合金には、ニッケル以外の金属元素を含有させることができる。当該ニッケル以外の金属元素としては、例えばリン、ホウ素及びコバルト等が挙げられる。これらの中でも特にリン、ホウ素が好ましく用いられる。
これらのニッケル以外の金属元素は１種でも複数種でもいずれでもよい。特に、はんだ接合（リフローによるはんだ接合を含む。以下同じ。）時において、後述する加熱により溶融した金属（合金）への溶解速度が銅よりも遅く、これらとの金属間化合物の形成が遅くなる金属元素が好ましく用いられる。

【0034】

前記ニッケルを含む合金にリンを含有させる場合、その含有量は、前記ニッケルを含む合金全量に対して１質量％以上７質量％以下とすることができる。また当該含有量は、前記ニッケルを含む合金全量に対して１質量％以上４質量％以下とすることができる。
なお本明細書においては、リンの含有量がニッケルを含む合金全量に対して１質量％以上４質量％以下であるニッケルリン合金を「低リンタイプ」と言い、リンの含有量がニッケルを含む合金全量に対して５質量％以上７質量％以下であるニッケルリン合金を「中リンタイプ」と言う。

【0035】

また前記ニッケルを含む合金にホウ素を含有させる場合、その含有量は、前記ニッケルを含む合金全量に対して０．５質量％以上１．５質量％以下とすることができる。

【0036】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅の合金の粉末として、低リンタイプのニッケルリン合金からなる被膜を形成した粉末やニッケル及びホウ素を含む合金からなる被膜を形成した粉末は、良好なはんだ濡れ性を有する。そのため、これらの粉末を用いて形成される成形はんだにおいては、後述するはんだ接合時において、前記（ａ）銅の粉末／前記（ｂ）銅を含む粉末が溶融した金属中へ溶解し易くなる。
またその際、前記（ａ）銅の粉末／前記（ｂ）銅を含む粉末のニッケルまたはニッケル合金からなる被膜の少なくとも一部も溶融した金属中に溶解し易くなる。これにより、前記（ａ）銅の粉末／前記（ｂ）銅を含む粉末の内部の銅／銅を含む合金が露出し易くなり、溶融した金属中での銅や錫の拡散が促進される。その結果、溶融した金属中での金属間化合物が形成され易くなることで、後述する「はんだ接合時の成形はんだ（はんだ接合部）の固相線温度及び液相線温度上昇」が起こり易くなる。またこれにより、はんだ接合後の成形はんだ（はんだ接合部）の被はんだ接合材との接合強度を更に向上させることができる。

【0037】

前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の平均粒子径は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。より好ましい当該平均粒子径は１μｍ以上１０μｍ以下であり、１μｍ以上５μｍ以下が特に好ましい。

【0038】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の、ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚は、０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下であることが好ましい。より好ましいその膜厚は、０．０３μｍ以上０．１μｍ以下であり、０．０３μｍ以上０．０５μｍ以下が特に好ましい。

【0039】

はんだ接合時においては、成形はんだに含まれる金属（合金を含む。この段落において以下同じ。）のうち、その加熱温度以下の溶融温度（液相線温度）を有する金属が溶融する。
ニッケルはその溶融温度が１４５５℃と高いため、はんだ接合時の加熱では溶融し難い。そのため前記ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜、即ちニッケルまたはニッケルを含む合金は、この溶融した金属中に溶解され得る。
また、銅もその溶融温度が１０８５℃と高いため、はんだ接合時の加熱では溶融し難い。また上記ニッケルまたはニッケルを含む合金の溶解により、（前記ニッケルまたはニッケルを含む合金で被覆されていた）銅／銅を含む合金も（上述した溶解によってニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の少なくとも一部がなくなることにより）上述する溶融した金属中に溶解し、金属間化合物を形成する。そしてこれにより、後述する「はんだ接合時の成形はんだ（はんだ接合部）の固相線温度及び液相線温度上昇」が起こり得る。
従って前記ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚が薄ければ、はんだ接合時に、前記銅／銅を含む合金が溶融した金属中に溶解し易くなる。
一方、前記ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚が厚ければ、圧延時におけるＣｎ／Ｓｎ系化合物の形成は抑制され易くなる。

【0040】

そして本実施形態の成形はんだにおいては、前記ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の膜厚を上記範囲とすることにより、「前記銅／銅を含む合金の溶融した金属中への溶解割合」と「圧延時におけるＣｎ／Ｓｎ系化合物の形成抑制」のバランスをより良好にすることができる。また前記ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜を作製する際の銅／銅を含む合金の粉末の凝集も抑制することができる。

【0041】

また前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方の含有割合は、前記複数種の金属粉末の混合体全量に対して２０質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。より好ましいその含有割合は２０質量％以上４０質量％以下であり、３０質量％以上４０質量％以下が特に好ましい。
前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方の含有割合をこの範囲とすることで、上述した「前記ニッケルまたはニッケルを含む合金の溶融した金属中への溶解割合」を調整し易く、また「前記銅／銅を含む合金の溶融した金属中への溶解による（はんだ接合部の）固相線温度及び液相線温度上昇」とのバランスをより良好にすることができる。
またこれにより、後述するはんだ接合後の成形はんだ（はんだ接合部）の再溶融をより抑制することができ、特にＤＣＢ基板とパワー半導体との接合時において、その接合を良好に行うことができるとともに、その熱伝導率を向上し得る。

【0042】

（ｃ）錫を含む合金の粉末
（ｃ）錫を含む合金の粉末は、錫を含む合金を粉末化したものが用いられる。前記錫を含む合金に含まれる錫の含有量は、４０質量％以上であることが好ましい。より好ましいその含有量は４０質量％以上９７質量％以下であり、４０質量％以上６０質量％以下が特に好ましい。

【0043】

前記錫を含む合金に含まれる錫以外の金属元素としては、例えば銀、銅、ビスマス、亜鉛、インジウム、ガリウム、アンチモン、金、パラジウム、ゲルマニウム、ニッケル、クロム、アルミニウム、リン及びインジウム等が挙げられる。これらの錫以外の金属元素は、１種でも複数種でもいずれでも好ましく用いられる。

【0044】

また前記錫を含む合金としては、例えばその固相線温度が２５０℃以下であるものが好ましく用いられる。

【0045】

また前記（ｃ）錫を含む合金の粉末の含有割合は、前記複数種の金属粉末の混合体全量に対して５０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。より好ましいその含有割合は６０質量％以上８０質量％以下であり、７０質量％以上８０質量％以下が特に好ましい。

【0046】

更には、前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方と前記（ｃ）錫を含む合金の粉末の含有率は、前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方：前記（ｃ）錫を含む合金の粉末で２０：８０～５０：５０であることが好ましい。より好ましいその含有率は２０：８０～４０：６０である。

【0047】

本実施形態の成形はんだは、後述するように圧延により成形される。
そして本実施形態の成形はんだは、その作製に前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方を用いるため、圧延時に発生した摩擦熱を起因とする錫を含む合金（例えば前記（ｃ）錫を含む合金の粉末）と銅／銅を含む合金との接点における拡散を抑制し、圧延時における成形はんだ中でのＣｕ／Ｓｎ系化合物の形成を抑制することができる。そしてこれにより、成形はんだの延性及び強度低下を抑制することができる。
また本実施形態の成形はんだは、このような構成により、圧延時における成形はんだに含まれる前記（ｃ）錫を含む合金の粉末由来の錫の含有量の減少を抑制することができるため、その接合性の低下を抑制することができる。

【0048】

ここで、電子部品や半導体素子は、はんだ接合時にその電極がはんだ接合部に拡散してしまう（喰われてしまう）ことを防ぐために、電極にニッケルめっきを施す、またはニッケルめっきに加えて他の金属元素によるめっきを施すことが多い。しかしこれらをはんだ接合する際、使用する成形はんだの組成によっては、ニッケルめっきがはんだ接合部に拡散してしまい（ニッケルめっき喰われ）、これに伴い、電極もはんだ接合部に拡散してしまう虞がある。
一方、本実施形態の成形はんだは、その作製に前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方を用いることにより、このような電子部品や半導体素子の電極のニッケルめっき喰われを抑制することができる。

【0049】

なお、前記複数種の金属粉末の混合体には、前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方の溶融温度（液相線温度）とは異なる溶融温度（液相線温度）を有する金属／合金からなる粉末が含まれることが好ましい。これは前記（ｃ）錫を含む合金の粉末であってもよい。

【0050】

そして以下で詳述するように、本実施形態の成形はんだは圧延によって形成されるものの、圧延時には（摩擦熱以外の）加熱を伴わない。そのため、上述する成形はんだ中でのＣｕ／Ｓｎ系化合物の形成の抑制も相まって、はんだ接合前の成形はんだ中の金属間化合物の形成は抑制される。
従って、本実施形態の成形はんだは、その形成に用いる複数種の金属粉末の溶融温度（液相線温度）のうち最も低い溶融温度（液相線温度）にてはんだ接合を行うことができる。即ち、成形はんだに含まれる「最も低い溶融温度（液相線温度）を有する金属（合金である場合も含む。この段落において以下同じ。）」が溶融することではんだ接合を行うことができる。

【0051】

そして更にこの際、上述したように、はんだ接合時の加熱によって前記ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜、即ちニッケルまたはニッケルを含む合金が溶融した金属中に溶解する。そしてこのニッケルまたはニッケルを含む合金の溶解により、（前記ニッケルまたはニッケルを含む合金で被覆されていた）銅／銅を含む合金も（上述した溶解によってニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜の少なくとも一部がなくなることにより）上記溶融した金属中に溶解し、金属間化合物が形成されるため、はんだ接合によって形成されたはんだ接合部の固相線温度及び液相線温度は上昇する。従って、このはんだ接合部を上述する最も低い溶融温度（液相線温度）にて再度加熱した場合であっても、はんだ接合部の再溶融を抑制することができ、信頼性の高いはんだ接合部を提供することができる。
なお、上述した「最も低い溶融温度（液相線温度）を有する金属」は、前記錫を含む合金（（ｃ）錫を含む合金の粉末）であることが好ましい。

【0052】

また上述の通り、銅はその溶融温度が１０８５℃と高いため、上述するはんだ接合部の固相線温度及び液相線温度を上昇させ易く、そのためはんだ接合部の再溶融をより抑制することができる。
よって本実施形態の成形はんだは、例えばＳｉＣ素子のような高温動作が想定されるパワー半導体のはんだ接合においても好適に用いることができる。

【0053】

また例えば、前記（ｃ）錫を含む合金の粉末を構成する錫を含む合金は、その合金組成と各合金組成の含有量によって溶融温度（液相線温度）を調整し易い。そのため、前記錫を含む合金の溶融温度（液相線温度）を調整することで、上述する「複数種の金属粉末の溶融温度（液相線温度）のうち最も低い溶融温度（液相線温度）」を調整することができ、成形はんだのはんだ接合時の加熱温度を適宜調整することができる。
よって本実施形態の成形はんだは、はんだ接合部の再溶融を抑制しつつ、はんだ接合時の加熱温度を調整し得るため、例えばＳｉＣ素子のような高温動作が想定されるパワー半導体のはんだ接合においても効率的にはんだ接合を行うことができる。

【0054】

＜成形はんだの製造（成形）＞
本実施形態の成形はんだは、例えば前記複数種の金属粉末を混合分散して当該複数種の金属粉末の混合体を作製する工程と、当該複数種の金属粉末の混合体を圧延する工程とを含む製造方法により形成される。

【0055】

前記複数種の金属粉末を混合分散して当該複数種の金属粉末の混合体を作製する方法としては、例えば前記複数種の金属粉末を混合機、撹拌機、ふるい機等を用いて、混合分散させる方法が挙げられる。なお、前記複数種の金属粉末を混合分散することができれば、いずれの方法を用いてもよい。
また、前記複数種の金属粉末の混合体を作製する前に、前記複数種の金属粉末を、それぞれふるい機等に通し、凝集物等を除去しておくことが望ましい。

【0056】

前記複数種の金属粉末の混合体を圧延する方法としては、例えば圧延ロールを備える圧延装置に当該複数種の金属粉末の混合体を投入して圧延する方法や、収容容器に前記複数種の金属粉末の混合体を収容し、これを圧延装置にて圧延する方法等が挙げられる。これ以外にも、前記複数種の金属粉末の混合体を圧延し得る方法であれば、いずれも好適に用いられる。

【0057】

また圧延の条件は、前記複数種の金属粉末の混合体を板状に加工（成形）できる条件であればよく、前記複数種の金属粉末を構成する金属により適宜調整し得る。
なお、本実施形態の成形はんだの厚みは、使用する基板（ＤＣＢ基板含む）、電子部品や半導体素子の種類、前記複数種の金属粉末の種類によって適宜調整し得るが、２０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。

【0058】

そして本実施形態の製造方法により形成された成形はんだは、その形成に前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方を用いるため、圧延時に発生した摩擦熱を起因とする錫を含む合金と銅／銅を含む合金との接点における拡散を抑制し、成形はんだ中でのＣｕ／Ｓｎ系化合物の形成を抑制することができる。そしてこれにより、成形はんだの延性及び強度低下を抑制することができる。
またこのような成形はんだは、これに含まれる錫を含む合金の粉末由来の錫の含有量の減少を抑制することができるため、その接合性の低下を抑制することができる。

【0059】

また本実施形態の製造方法により形成された成形はんだは、その作製に前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方を用いることにより、はんだ接合時における電子部品や半導体素子の電極のニッケルめっき喰われを抑制することができる。

【0060】

また本実施形態の製造方法により形成された成形はんだは、これに含まれる「最も低い溶融温度（液相線温度）を有する金属（合金である場合も含む。この段落において以下同じ。）」が溶融することではんだ接合を行うことができる。そしてこの際、前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の、前記ニッケルまたはニッケルを含む合金からなる被膜、即ちニッケルまたはニッケルを含む合金の溶融した金属中への溶解に伴い、（前記ニッケルまたはニッケルを含む合金で被覆されていた）銅／銅を含む合金も上記溶融した金属中に溶解して金属間化合物が形成されるため、はんだ接合によって形成されたはんだ接合部の固相線温度及び液相線温度を上昇させることができる。よってこのはんだ接合部を上述する最も低い溶融温度（液相線温度）にて再度加熱した場合であっても、はんだ接合部の再溶融を抑制することができ、信頼性の高いはんだ接合部を提供することができる。

【0061】

また本実施形態の製造方法により形成された成形はんだは、その作製に前記（ａ）銅の粉末及び前記（ｂ）銅を含む合金の粉末の少なくとも一方を用いることにより、例えばＳｉＣ素子のような高温動作が想定されるパワー半導体のはんだ接合においても好適に用いることができる。

【0062】

また本実施形態の製造方法により形成された成形はんだは、前記錫を含む合金（（ｃ）錫を含む合金の粉末）の溶融温度（液相線温度）を調整することで、上述する「複数種の金属粉末の溶融温度（液相線温度）のうち最も低い溶融温度（液相線温度）」を調整することができ、成形はんだのはんだ接合時の加熱温度を適宜調整することができる。よってこのような成形はんだは、はんだ接合部の再溶融を抑制しつつ、はんだ接合時の加熱温度を調整し得るため、例えばＳｉＣ素子のような高温動作が想定されるパワー半導体のはんだ接合においても効率的にはんだ接合を行うことができる。

【0063】

＜成形はんだを用いたはんだ接合＞
本実施形態の成形はんだを用いたはんだ接合方法の一例は以下の通りである。
まず、Ｓｉ素子、ＳｉＣ素子等の半導体素子を用意し、ＤＣＢ基板上にフラックスを塗布して、本実施形態の成形はんだを載置する。次いで、当該成形はんだの表面（ＤＣＢ基板に接していない面）に更にフラックスを塗布し、これにＳｉ素子、ＳｉＣ素子等を載置して、これを当該成形はんだの成形に用いる前記複数種の金属粉末の溶融温度（液相線温度）のうち最も低い溶融温度（液相線温度）以上の温度で加熱することにより、前記ＤＣＢ基板上にＳｉ素子、ＳｉＣ素子等をはんだ接合する。
なお、予め本実施形態の成形はんだの少なくとも２面（ＤＣＢ基板に接する面と半導体素子に接する面）にフラックスを塗布しておいてもよい。

【0064】

上記はんだ接合時の加熱温度は、ＤＣＢ基板、搭載する素子の種類、前記成形はんだの成形に用いる前記複数種の金属粉末の種類によって適宜調整し得るが、１５０℃以上であることが好ましい。

【0065】

なお、当該はんだ接合方法に使用するフラックスとしては、例えばベース樹脂、溶剤、活性剤及びチクソ剤を含むフラックスが挙げられる。これらの成分の種類、配合量等は、適宜調整可能である。
特に、固化したはんだ（はんだ接合部）の表面に残渣を生じにくくするためには、成形はんだの表面に、はんだ接合の加熱時に気化する有機酸等を予めフラックスコートすることが望ましい。例えば、前記（ｃ）錫を含む合金の粉末の液相線温度以上であり、はんだ接合の加熱時の加熱温度以下の沸点を有する有機酸が好ましく用いられる。
このような表面にフラックスコートされた成形はんだは、様々な用途で好ましく用いられる。
また本実施形態の成形はんだは、例えば、還元性雰囲気のギ酸リフロー等を用いることではんだ接合を行うことも可能である。

【実施例】

【0066】

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0067】

表１に表す組成及び割合の各金属粉末を以下の条件にて圧延加工し、試験用の各成形はんだを作製した。
即ち、まず各金属粉末を混合分散して混合体を作製した。次いで各混合体を圧延ロールを備える圧縮装置（卓上型Φ６３ｍｍ ２型粉末圧延機：大野ロール（株）製）を用いて、圧延荷重約４０ｋＮの条件にて圧縮し、帯状の各成形はんだを作製した。得られた帯状の各成形はんだの厚みは、２００μｍであった。
更に各成形はんだについて上記と同じ条件にて再度圧縮装置を用いて圧縮を行い、厚みが１００μｍの各成形はんだを作製した。
そして、この各成形はんだをカッターを用いて７ｍｍ角に裁断したものを試験用の成形はんだとした。
なお、表１に記載の数値のうち、各金属粉末の含有量についての単位は、特に但し書きのない限り、質量％とする。

【0068】

【表1】

※１ Ｓｎ－５０Ｉｎ：平均粒子径：１０～２０μｍ
※２ Ｎｉ－ＰめっきＣｕ（中リンタイプ）：Ｃｕの平均粒子径５μｍ。Ｎｉ－Ｐめっきの膜厚約０．１μｍ。Ｃｕの表面に無電解めっきにてニッケルリン合金（リンの含有量：５質量％以上７質量％以下）のめっき被膜を形成したもの。
※３ Ｎｉ－ＰめっきＣｕ（低リンタイプ）：Ｃｕの平均粒子径５μｍ。Ｎｉ－Ｐめっきの膜厚約０．１μｍ。Ｃｕの表面に無電解めっきにてニッケルリン合金（リンの含有量：１質量％以上４質量％以下）のめっき被膜を形成したもの。
※４ Ｎｉ－ＢめっきＣｕ：Ｃｕの平均粒子径５μｍ。Ｎｉ－Ｂめっきの膜厚約０．１μｍ。Ｃｕの表面に無電解めっきにてニッケルホウ素合金（ホウ素の含有量：約１質量％）のめっき被膜を形成したもの。
※５ Ｃｕ：平均粒子径５μｍ
※６ Ｎｉ：平均粒子径５μｍ

【0069】

＜ニッケルめっき喰われ試験＞
イソプロピルアルコールにグルタル酸を５質量％濃度の割合で適宜溶解させたものをフラックスとした。
そして、各試験用の成形はんだにフラックスをスプレー塗布し、これを風乾して、各試験用の成形はんだにフラックスコートした。この際、当該フラックスコートの膜厚を３～５μｍとなるように調整した。
次いで、図１で表すように、フラックスコートされた各試験用の成形はんだ（図１の成形はんだ２００）をニッケルめっき銅板１００（３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ）上に載置し、更に成形はんだ２００上にニッケルめっき銅板３００（５ｍｍ×５ｍｍ×０．３ｍｍ）を載置した。なお、ニッケルめっき銅板１００，３００ともに、そのニッケルめっきの膜厚は約８μｍとなるように調整した。
そして、これらをダイボンダー（製品名：Ｔ－３０００－ＦＣ３、Ｄｒ． Ｔｒｅｓｋｙ ＡＧ社製）を用いて接合荷重０．１ＭＰａ、窒素雰囲気下にて図２で表す温度プロファイル条件（ピーク温度３５０℃で２分間、昇温速度５℃／秒）にてリフローし、ニッケルめっき銅板１００，３００を接合する接合部を有する各試験片を作製した。
各試験片について、「接合部に接するニッケルめっき銅板１００の膜厚」と「接合部に接していないニッケルめっき銅板１００のニッケルめっき膜厚の膜厚」との差分を算出し、この差分を「ニッケルめっき喰われ量（μｍ）」とした。その結果を表２及び表３に示す。

【0070】

＜シェア強度試験＞
上記ニッケルめっき喰われ試験と同様の条件にて各試験用の成形はんだを作製した。
次いで、図３で表すように、フラックスコートされた各試験用の成形はんだ２００を銅板４００上に載置した。更に成形はんだ２００上にニッケルめっきを施したＳｉチップ５００（２ｍｍ×２ｍｍ×０．６ｍｍ、ニッケルめっき膜の膜厚０．５μｍ）を載置したものを酸素濃度を１００ｐｐｍとする以外は上記ニッケルめっき喰われ試験と同様の条件にてリフローし、各試験片を作製した。
そして、各試験片についてボンドテスター（製品名：Ｎｏｒｄｓｏｎ ＤＡＧＥ ４０００ 万能型ボンドテスター、Ｎｏｒｄｓｏｎ ＤＡＧＥ社製）とロードセル（製品名：ＤＳ１００、Ｎｏｒｄｓｏｎ ＤＡＧＥ社製、Ｍａｘ Ｒａｎｇｅ：１００ｋｇ）を用いてそのチップ接合強度（ＭＰａ）を計測及び算出した。
具体的には、図３で表すようにロードセル６００が矢印で示すＤ方向に動くよう設定し、以下の条件にて計測及び算出した。
ステージ加熱温度：２００℃
テストスピード：３００μｍ／秒
テスト高さ：３００μｍ
ツール移動量：３，０００μｍ
そして算出した「チップ接合強度（ＭＰａ）」について、以下の基準にて評価した。その結果を表２及び表３に示す。
◎：３０ＭＰａ以上
〇：１８ＭＰａ以上３０ＭＰａ未満
×：１８ＭＰａ未満

【0071】

【表2】

【0072】

【表3】

※比較例５のニッケルめっき喰われ試験については、成形はんだとニッケルめっき銅板１００，３００とを接合することができなかったため、その評価を「計測不能」とした。

【0073】

このように本実施例の成形はんだは、使用する電子部品や半導体素子の電極のニッケルめっき喰われを抑制でき、また信頼性の高いはんだ接合部を提供することができる。
またニッケルリン合金（低リン）の被膜を有する銅粉末を使用した実施例２及びニッケルホウ素合金の被膜を有する銅粉末を使用した実施例３の成形はんだは、被はんだ接合材（ニッケルめっき銅板１００，３００）との接合強度が特に良好であることが分かる。

【符号の説明】

【0074】

１ 試験片
１００，３００ 銅板
２００ 成形はんだ（フラックスコートされた各試験用の成形はんだ）
４００ 銅板
５００ Ｓｉチップ
６００ ロードセル

【図1】

【図2】

【図3】