JP5962939B2 - ソルダペースト - Google Patents

Description

本発明は、基板接合に用いられるソルダペーストに関する。

ノートブック型パーソナル・コンピュータや携帯電話等の民生用モバイル電子機器の普及に伴い、このような電子機器の小型化、高性能化への要求は高まっている。この要求に応えるため、近年では、プリント配線板の高密度化に加え、プリント配線板を複数層積層した積層基板が用いられている。

積層基板は、各基板に設けられたビアホールにはんだなどの接合材料を充填し、加熱しながら加圧することにより各基板を電気的に接合した基板である。基板の積層数が３層以上の場合、１層目と２層目との接合（１次リフロー）の際に接合材料によって形成された継手が、３層目との接合（２次リフロー）の際に溶融して流れ出してしまうと、接続短絡などの不良の原因となる。

また、金属が流れ出さない場合でも、２次リフローの際に１次リフロー時に形成された継手が溶融してしまうと、接合箇所が破損し、基板の位置がずれてしまう等の不良が発生することがある。そのため、２次リフローの際に、流れ出さないだけでなく、ある程度の接合強度も持つ継手を形成する接合材料が求められる。そこで、１次リフロー時に形成された継手は、その１次リフローのプロセス中に高温化（高融点化）して、２次リフローの際に再溶融しない接合材料が用いられている。

例えば１次リフロー時の加熱温度と２次リフロー時の加熱温度が同じ２５０℃〜２７０℃の場合、１層目と２層目とを接合する接合材料は、１次リフロー時では溶融するものの、１次リフローにより形成された継手は、２次リフローの最高温度である２７０℃でも溶融しないことが要求される。

このような再溶融温度の高い接合材料として、特許文献１には、ＣｕボールとＳｎボールとをフラックス中で混合したソルダペーストが開示されている。Ｓｎの融点以上の温度において、ソルダペーストはＣｕボールの一部とＳｎボールとからＣｕ₆Ｓｎ₅を含む化合物を形成し、Ｃｕボール同士はＣｕ₆Ｓｎ₅を含む化合物により結合される状態となるため、再溶融温度が高くなる。この発明によれば、Ｓｎボールが融解したとき、ＳｎはＣｕボールに濡れ拡がり、Ｃｕボールの隙間を埋め、Ｃｕボール間に比較的均一に存在することとなる。これにより、Ｃｕボールの表面の少なくとも一部に融点が４００℃以上を示すＣｕ₆Ｓｎ₅が形成され、Ｃｕボール同士がＣｕ₆Ｓｎ₅により結合される、というものである。

特許文献２、３には、ソルダペーストに予め金属間化合物粉末を配合することが開示されているが、同時に銅微粉末の配合も必須とされている。

特許第３５５８０６３号公報 特開２０１１−６２７３６号公報 特表２０１２−５３３４３５号公報 特開平０９−１２２９６７号公報 特開２００２−１２４５３３号公報 ＷＯ２００７／１２５８６１号公報

しかし、特許文献１、２，３で開示されたソルダペーストは、３か月程度の保存期間で経時変化を起こして粘度が上昇してしまう。一般に、ソルダペーストがそのような経時変化を起こしてしまうメカニズムは、金属粉末中の金属元素がフラックス中の有機酸や活性剤により金属イオンとして溶出し、この金属イオンがフラックス中の有機酸や活性剤と反応して、それぞれ金属塩を生成してしまうことにある。

特許文献１、２，３のソルダペーストには、ＳｎとＣｕが金属粉末として添加されているが、特に、酸化したＣｕはフラックス中の有機酸や活性剤により還元されＣｕイオンとなり、さらにロジンや有機酸と反応してＣｕの金属塩となる。このような金属塩の生成により、ソルダペーストの粘性を高めて印刷性や保存性を意味する経時安定性を低下させたり、ソルダペーストの揮発成分とともに基板に残渣として残る場合には配線間の接続短絡を招く恐れがある。

ソルダペーストの経時安定性を高めるための対策として、ソルダペーストに含まれるフラックス中のロジンや添加剤について、活性力が弱いものを選択することが考えられる。しかし、これはロジンや添加剤の選択の幅を狭めるものであり、場合によっては活性力の低下による濡れ性の大幅な低下を引き起こしてしまうことになると考えられる。

ところで、近年の電子機器の小型化によって実装技術も高密度化され、プリント配線板の接続端子の大きさも小型化が進行している。このため、ソルダペーストの印刷領域も微小となり、隣接間隔も狭くなり、接続端子に印刷されるソルダペーストには優れた印刷性が要求されている。

前述のように、そのようなＣｕ含有ソルダペーストは調製後、密閉容器に保存しても、３ケ月程度の保存期間で経時変化を起こして、粘度が上昇してしまう。また、ソルダペーストを収容する容器を開けて、はんだ付け作業に使用し始めると、容器内のソルダペーストは半日程度で経時変化がすすみ、粘度が増大してしまう。

このように、Ｃｕボールを含有するソルダペーストでは、保存中および使用中の経時変化が避けられない。

従来の一般のソルダペーストには６ケ月の保証期間が与えられていることを考えると、Ｃｕボールを含有するソルダペーストでも、３ケ月以上の保証期間が与えられることが望ましい。

特に、保存期間中のかかる経時変化の問題は、今日のように微細回路に用いるソルダペーストの場合には顕著となる。つまり、メタルマスクの孔が約２００μｍ以下と小さくなり、粒径２５〜３８μｍといった、従来よりさらに細かいはんだ粒子が必要となってきている。そのため、はんだ粒子全体の表面積が大きくなり、このことがソルダペーストの経時変化に大きく影響しているものと思われる。

したがって、近年のソルダペーストは、調製後に長期間保存しても経時変化が起きない保存性に加え、印刷時に酸化雰囲気にさらされても、増粘せずに安定して連続使用できる優れた印刷安定性、つまり連続印刷性を発揮でき、それを長期間維持することができる経時安定性が必要とされている。本明細書ではそれらをまとめて単に「経時安定性」とも云う。

本発明の課題は、近年の電子機器の小型化に対応するため、特に積層基板の２次リフロー以降の加熱時に、１次リフローによって形成された継手が流れ出さず、常温下（２５℃）および高温下（２５０℃）においてもＣｕボールを含有したソルダペーストと同等以上の高い接合強度を有し、且つＣｕボールを含有していない一般のソルダペーストと同等以上の良好な経時安定性を備えたソルダペーストを提供することである。

本発明者らは、Ｃｕイオンがフラックス中に溶出してＣｕの金属塩を形成しないようにするため、フラックスの成分ではなく、ソルダペースト中の金属粉末に着目した。具体的には、ソルダペーストに添加する金属粉末として、Ｃｕ粉末を添加するのではなく、代わりに、Ｓｎと予め反応させて金属間化合物としたＣｕＳｎ金属間化合物粉末を、ソルダペーストに添加することに着目した。この結果、本発明者らは、「Ｃｕ粉末」ではなく、予めＣｕとＳｎを反応させた「ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物粉末」をソルダペーストに添加することにより、Ｃｕが単独で接合材料中に存在しないため、Ｃｕイオンの溶出を抑制することができるとの着想を得た。

また、そのような金属間化合物粉末をＣｕ以外の１種以上の金属元素からなるバリア金属層で被覆することにより、はんだ付け性の改善を図ることができ、さらには、バリア金属層として被覆する金属の種類によっては、金属間化合物粉末の濡れ性を改善できるとの知見を得た。

つまり、本発明によれば、はんだ粉末中のＳｎがリフロー時に金属間化合物粉末と反応して新たなＣｕ₆Ｓｎ₅の網目構造を形成し、継手を高温化するのであるが、そのような反応がはんだ粉末が溶融する前に起こると、ボイドの発生や凝集率の低下などを招き、はんだ付け性が低下して十分な接合強度を確保できないことも想定されるが、予め金属間化合物粉末表面をバリア金属層で被覆しておくことで、更なるはんだ付け性の改善を図ることができる。

また、従来は、金属間化合物は濡れ性が悪いため、それを粉末にしてソルダペーストに配合しても、十分な接合強度が得られるとは考えられていなかった。しかし、本発明の場合、２次リフロー以降の加熱時に２５０〜２７０℃という温度ではんだ付けを行うばかりか、濡れ性のよい金属で金属間化合物粉末を被覆するため、金属間化合物粉末の濡れ性はさらに改善される。

さらに、本発明の場合、バリア金属層によって金属間化合物粉末を被覆することによって、ペースト中で金属間化合物粉末からＣｕイオンがペースト中に溶出することが低減されるので、ソルダペーストの経時安定性がより改善される。

従来にあっても、特許文献４、５が示すように、少量の金属間化合物をソルダペーストに配合することは提案されているが、常温下での強度改善が目的であって、継手の溶融温度を高めるというものではない。この点に関し、継手の溶融温度を高める材料として特許文献６に開示されているものがあるが、この材料はＣｕ粉にＮｉめっきをしている点で本発明のものとは組成が異なる。

ここに、本発明は次の通りである。

（１）金属粉末成分とフラックス成分とから構成され、該金属粉末成分がＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物粉末であって、バリア金属層で被覆されている金属間化合物粉末と、Ｓｎを主成分とするはんだ粉末とからなり、該金属粉末成分が、前記金属間化合物粉末１０〜７０質量％および前記はんだ粉末３０〜９０質量％からなることを特徴とするソルダペースト。

ここで、本発明において、「金属間化合物」とは、ＣｕとＳｎとが所定の整数比で結合してできた化合物をいう。

（２）前記金属間化合物粉末がＳｎおよびＮｉから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属で表面が被覆された金属間化合物粉末であることを特徴とする上記（１）記載のソルダペースト。

（３）前記金属粉末成分の平均粒径が５０μｍ以下である上記（１）に記載のソルダペースト。

（４）前記はんだ粉末中のＳｎ含有量は４０〜１００質量％である、上記（１）から（３）のいずれかに記載のソルダペースト。

（５）前記はんだ粉末が、組成が異なる２種類以上のはんだ粉末の混合物である（１）〜（４）のいずれかに記載のソルダペースト。

（６）上記（１）から（５）のいずれかに記載のソルダペーストを用いて形成されたことを特徴とするはんだ継手。

本発明に係るソルダペーストは、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物粉末、およびＳｎを主成分とするはんだ粉末からなる金属粉末成分を含有する。かかる金属粉末成分にはＣu単相の成分は存在しない。

まず、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物中には立方晶を形成するＣｕ単相は存在しない。ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物は、ＣｕとＳｎとで六方晶を形成するため、Ｃｕ原子が金属間化合物中で比較的安定に存在する。

また、一般に、Ｃｕ単相が存在するためには、金属間化合物またははんだ合金中に、Ｃｕが常温で９０質量％以上存在する必要があることが知られている。仮に、Ｓｎを主成分とするはんだ粉末がＣｕを含有する場合であっても、Ｃｕ含有量は最大でも６０％未満のため、上記はんだ粉末にもＣｕ単相が存在せず、六方晶であるＳｎとＣｕの金属間化合物として存在する。したがって、本発明で使用するはんだ粉末は立方晶であるＣｕ単相より安定な組織である。

つまり、本発明のソルダペーストを構成する金属間化合物粉末中およびはんだ粉末中のＣｕは、Ｃｕ単相中のＣｕよりも安定に存在する。したがって、本発明に係るソルダペーストは、接合材料中にＣｕイオンが溶出することが極めて少ないため、フラックス成分と反応してＣｕの金属塩がほとんど形成されることがなく優れた経時安定性を有する。

また、本発明に係るソルダペーストと基板の接続端子とで継手を形成する際に、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物粉末とはんだ粉末のＳｎとが反応し、この反応により金属間化合物粉末間および金属間化合物粉末と接続端子との間に金属間化合物の網目構造が形成される。つまり、はんだ粉末中のＳｎが新たなＣｕ₆Ｓｎ₅の網目構造を形成するため、高温での接合強度が高まる。そのため、本発明に係るソルダペーストを用いて形成された継手は、形成された金属間化合物の融点が高いことから、２次リフロー以降の加熱時において、継手から金属が流れ出さず、且つ高い接合強度を有する継手を形成することが可能となる。

さらに、経時安定性の問題から従来使用できなかった活性力が強いロジンや添加剤を使用できるようになり、ソルダペーストの濡れ性の向上及び新たな金属間化合物の形成による網目構造の形成を促進し、その結果、接合強度のさらなる向上も見込むことができる。

以下に、本発明に係るソルダペーストを構成する金属間化合物粉末およびはんだ粉末について説明する。

・金属間化合物粉末
本発明に係るソルダペーストで使用する金属間化合物粉末は、ＣｕおよびＳｎからなり、ＣｕがＳｎと金属間化合物を形成しているため、Ｃｕ単相が存在しない。これにより、ソルダペーストとしたときのフラックス中へのＣｕイオンの溶出がほとんどなく、優れた経時安定性を有する。

本発明において、上記金属間化合物の配合割合は、金属粉末成分に対する割合としては、１０〜７０質量％であり、好ましくは、１５〜６５質量％、より好ましくは、２０〜５０質量％である。

本発明に係るソルダペーストを用いて形成された継手は、リフロー時の加熱により金属間化合物の網目構造が形成される。一般に金属間化合物は融点が高いため、本発明に係るソルダペーストが１層目の基板と２層目の基板との接合に用いられた場合、３層目以降の基板を接合する温度である２５０℃〜２７０℃下で、継手から金属が流れ出さず、高い接合強度が得られる。

Ｃｕを粉末中に安定に存在させるため、金属間化合物粉末中のＳｎとＣｕとの質量比は、好ましくは８：２〜１：９の範囲であり、より好ましくは７：３〜２：８であり、特に好ましくは６：４〜３：７であり、最も好ましくは６：４〜４：６である。この質量比において形成される金属間化合物としては、例えば、Ｃｕ₃ＳｎおよびＣｕ₆Ｓｎ₅が挙げられる。これらは、融点が４００℃以上を示すため、継手がこれらの金属間化合物で構成されると再溶融温度が高まり、複数回加熱されることを前提に使用することが可能となる。

本発明に係るソルダペーストでは、金属間化合物として、Ｃｕ₃Ｓｎを含有することが好ましい。ソルダペースト中にＣｕ₃Ｓｎが存在していると、リフローによるはんだ継手形成時にはんだ中のＳｎと、金属間化合物粉末中のＣｕ₃Ｓｎが反応し、Ｃｕ₃Ｓｎの一部がＣｕ₆Ｓｎ₅に変化して、この新たに形成されたＣｕ₆Ｓｎ₅が、予め添加されていた金属間化合物粉末の間および接続端子と金属間化合物粉末との間でＣｕ₆Ｓｎ₅の網目構造を形成するためである。

また、本発明のソルダペーストによって形成されたはんだ継手中のＣｕ₃ＳｎとＣｕ₆Ｓｎ₅との含有比は、好ましくは４８：１〜１３：３３である。この範囲であると、継手の接合強度が高い値を示す。

なお、本発明の「Ｃｕ₃ＳｎとＣｕ₆Ｓｎ₅との含有比」は、金属間化合物全体でのＣｕ₃ＳｎとＣｕ₆ｎ₅との含有比を表す。

金属間化合物粉末の平均粒径は、ソルダペーストとして使用するためには好ましくは５０μｍ以下である。しかし、本発明は、すでに述べたように、従来のソルダペーストにおいて微細粉とするときの経時変化を阻止するという課題を解決するために提案されているものであり、微細構造用のはんだ付けに用いられる場合を考慮すれば、平均粒径は好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。下限は特に制限されない。なお、製造上の理由から、通常、粒径は０．１μｍ以上（Ｄ＝５０％値）である。

本発明では、前述の金属間化合物粉末の表面に、Ｃｕ以外の１種以上の金属元素からなるバリア金属層が被覆されている。金属間化合物粉末の表面にバリア金属層が被覆されていると、後述する２つの効果のうち、少なくとも１つを発現させることができる。

本発明の第１の効果は、プリヒート時等の、はんだ粉末が溶融しない温度での加熱時において、はんだ粉末と金属間化合物粉末が反応して金属間化合物が生成されるのを防ぐ効果である。

はんだ粉末が溶融する前に、はんだ継手内において金属間化合物が生成されてしまうと、生成された金属間化合物によって形成された網目構造がソルダペースト中のフラックス成分が継手の外部に逃げていくのを妨げてしまい、結果としてはんだ継手形成時にフラックス成分が残留していた箇所はボイドになってしまう。また、継手内のボイドの排出自体も妨げてしまう。さらに、網目構造がはんだの溶融前に形成されると、はんだ粉末の溶融後にはんだが濡れ拡がるのを網目構造が妨げてしまう。たとえはんだが濡れ拡がったとしても、網目構造によってはんだが凝集する力が阻害され、正常なはんだ継手の形状とならない可能性がある。

そこで、金属間化合物粉末の表面にバリア金属層を被覆することによって、はんだ粉末が溶融する前に、金属間化合物粉末とはんだ粉末が反応するのを防止する。その結果、ボイドの排出を促し、はんだの濡れ性を改善し、はんだ付け性を向上させることができる。

さらに、Ｃｕ粉末を含有するペーストと比較するとごくわずかな量ではあるものの、金属間化合物粉末とはんだ粉末を混練したソルダペーストは、金属間化合物粉末からＣｕイオンを溶出していたが、本発明の場合、バリア金属層によって金属間化合物粉末を被覆することによって、ペースト中で金属間化合物粉末よりＣｕイオンが溶出するのをさらに低減でき、結果として、経時安定性がより改善される。

本発明の第１の効果を得るために被覆する金属元素については、本発明を構成するＳｎを主成分とするはんだ粉末と反応して金属間化合物を生成しにくく、かつはんだ粉末が溶融する際の温度と同じもしくは近い温度で溶融する元素であれば制限はないが、特にＳｎが好ましい。Ｓｎ単体以外にも、Ｓｎを主成分としていれば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｎｉなどの合金を金属間化合物粉末に被覆してもよい。また前記各組成には、強度やぬれ性向上のため、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉの中から添加されていない元素を少なくとも１種以上選択して、各元素をそれぞれ５質量％以下の量で添加してもよい。

本発明の第２の効果は、はんだ粉末の溶融直後にはんだ粉末と金属間化合物粉末とが反応し金属間化合物を生成する速度を遅らせる効果である。

はんだ粉末が溶融した際に、はんだが濡れ拡がる前にはんだ継手内において金属間化合物が急速に生成されてしまうと、生成された金属間化合物によって形成された網目構造が、ペースト中のフラックス成分が継手の外部に逃げていくのを妨げてしまい、結果として、はんだ継手形成時にフラックス成分が残留していた箇所はボイドになってしまう。また継手内のボイドの排出自体も妨げてしまう。さらに、はんだが濡れ拡がる前に網目構造が形成されると、はんだ粉末の溶融後にはんだが濡れ拡がるのを網目構造が妨げてしまう。たとえはんだが濡れ拡がったとしても、網目構造によってはんだが凝集する力が阻害され、正常なはんだ継手の形状とならない可能性がある。

そこで、金属間化合物粉末の表面にバリア金属層を被覆することによって、はんだ粉末が溶融した際に、金属間化合物粉末とはんだ粉末が反応する速度を緩やかにし、はんだが濡れ拡がる前に金属間化合物の網目構造が形成されるのを抑制する。その結果、ボイドの排出が促進され、ボイドを低減し、はんだの濡れ性等を改善し、はんだ付け性を向上させることができる。

さらに、Ｃｕ粉末を含有するペーストと比較するとごくわずかな量であるものの、金属間化合物粉末とはんだ粉末を混練したソルダペーストは、金属間化合物粉末からＣｕイオンを溶出していたが、本発明の場合、バリア金属層によって金属間化合物粉末を被覆することによって、ペースト中で金属間化合物粉末よりＣｕイオンが溶出するのをさらに低減でき、結果として、経時安定性がより改善される。

本発明の第２の効果を得るために被覆する金属元素については、本発明を構成するＳｎを主成分とするはんだ粉末が溶融する際に金属間化合物粉末とはんだ粉末が反応する速度を緩やかにしつつ、はんだ粉末が濡れ拡がった後に金属間化合物による網目構造を形成する元素であれば特に制限はないが、特にＮｉが好ましい。またＮｉ単体以外にも、Ｎｉを主成分にしていればＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉの中から少なくとも１種以上を添加した合金を用いてもよい。

本発明は前記第１の効果と第２の効果のうち、少なくとも一方の効果があればよいが、両方の効果を得るために、金属間化合物粉末の粒子、つまり金属間化合物粉に、２層以上の異なるバリア金属層を多層状に被覆してもよい。具体例としては、金属間化合物粉にＮｉめっきを行った後、さらにその表面にＳｎめっきを行うことができる。それにより、実装時において、はんだ粉末の溶融前の温度での加熱時にはＳｎめっき層によりはんだ粉末と金属間化合物が生成するのを防止でき、はんだ粉末が溶融した際にＳｎのめっき層が溶融しても、Ｎｉめっき層が、はんだが濡れ拡がる前にはんだと金属間化合物粉が反応して、金属間化合物の網目構造を形成するのを抑制し、はんだ付け性を向上させることができる。

また、バリア金属層の代わりに、溶剤で金属間化合物表面を被覆しても、金属めっきによりバリア金属層を設けた時と同様の効果が得られる。

金属バリア層の金属めっきは、溶融めっき法や電解めっき法、無電解めっき法などの従来の周知の方法で形成することができる。金属めっきの膜厚は、特に制限されないが、一般には、０．０１〜１０μｍが考えられる。好ましくは、０．１〜３μｍである。

・はんだ粉末
本発明で使用するはんだ粉末は、基板の接続端子と金属間化合物粉末との接合や金属間化合物粉末間の接合に用いられる。

本発明において、Ｓｎを主成分とするはんだ粉末の、金属粉末成分に対する割合は、３０〜９０質量％であり、好ましくは、４０〜８５質量％であり、さらに好ましくは５０〜８０質量％である。

本発明において、「Ｓｎを主成分とする」とは、はんだ粉末中のＳｎの含有量が４０〜１００質量％であることをいう。Ｓｎを主成分とするのは、一般に基板の接続端子に用いられる材質がＣｕであり、本発明で使用する金属間化合物粉末と接続端子との間に金属間化合物の網目構造を形成させるためである。また、Ｓｎの含有量が４０〜１００質量％であると、仮にはんだ粉末の合金組成がＣｕを含有する場合であっても、Ｃｕ単相が存在しない。

ここで、本発明において、「はんだ」とは、材料間の接合に用いる金属や合金であり、実装時のピーク温度が２７０℃以下でリフローを行えるものをいう。

はんだ粉末の組成としては、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｎｉなどが挙げられる。また前記各組成には、強度やぬれ性向上のため、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉの中から添加されていない元素を少なくとも１種以上選択して、各元素を５％以下添加してもよい。

さらにはんだ粉末の表面に、はんだ粉末の組成とは異なり、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉのうち少なくとも１種以上からなるＣｕ単体以外の金属または合金を１層以上被覆してもよい。

そして本発明を構成するはんだ粉末は、組成や粒径の異なる２種以上のはんだ粉末の混合物を使用してもよい。

はんだ粉末の平均粒径は、ソルダペーストとして使用されているものでは５０μｍ以下である。本発明においてもはんだ粉末の粒径はそのような従来のものであればよく、特に制限はない。なお、現在、製造上の理由から、粒径の下限は０．１μｍ（Ｄ＝５０％値）程度である。

また、本発明にかかる金属間化合物粉末はＣｕ₃ＳｎおよびＣｕ₆Ｓｎ₅のうち１種以上からなり、金属間化合物粉末が前述の含有比を満たす場合、本発明に係るソルダペースト中に存在するＳｎの含有量と、Ｃｕ₃Ｓｎの含有量およびＣｕ₆Ｓｎ₅の含有量との含有比は、下記式を満たすことが好ましい。

（Ｓｎの含有量）／（Ｃｕ₃Ｓｎの含有量とＣｕ₆Ｓｎ₅の含有量の合計量）≧１／１０・・・式
これを満たす接合材料を用いて継手を形成すると、高温での接合強度が高まる。

本発明では、はんだ粉末や金属間化合物粉末に低α線材料を使用することにより、低α線の接合材料が得られる。この接合材料をメモリ周辺の接合に使用することにより、ソフトエラーを防止することが可能となる。

本発明において使用するフラックスは、一般にソルダペースト用に用いるものであれば特に制限されない。したがって、一般的に用いられるロジン、有機酸、活性剤、そして溶剤を適宜配合したものを使用すればよい。なお、本発明の場合、Ｃｕが金属単体として含有されることはなく、Ｃｕイオンの溶出により経時安定性が損なわれることはないから、フラックスの活性成分を通常より多くしても、あるいは慣用のものより強力な活性剤を使用してもよいという利点がある。

本発明において金属粉末成分とフラックス成分との配合割合は特に制限されないが、好ましくは、金属粉末成分：８０〜９０質量％、フラックス成分：１０〜２０質量％が好ましい。

このようにして調製された本発明に係るソルダペーストは、微細構造の回路基板に、例えば、印刷法により、ディスペンサを用いた吐き出し法により、あるいは転写ピンによる転写法により、はんだ付け部に付着させ、リフローを行うことができる。その場合、ＣｕボールおよびＣｕ粉末を含有していない一般のソルダペーストと同等以上の経時安定性を実現することが可能となる。

本発明においてはんだ付け温度、つまり、リフロー温度は、特に制限されないが、例えば２５０〜２７０℃の温度ではんだ付けが行われれば、特に問題はない。

表１に示す組成割合のはんだ粉末とＳｎまたはＮｉをその表面に被覆した金属間化合物粉末とを含有する実施例のソルダペースト、および、同じく表１に示すはんだ粉末と、金属間化合物粉末と、そしてＣｕ粉末とを適宜組合わせて含有する比較例のソルダペーストを調製し、それぞれについて、常温、高温での接合強度、はんだ付け部の外観の色、そして粘度変化によって評価される経時安定性、さらにボイド率および凝集率によって評価されるはんだ付け性も調査した。

本例における金属粉末成分とフラックス成分との配合割合は、金属粉末成分８８質量％、フラックス成分１２質量％であった。本例のバリア金属層は、一般的なバレル電解めっき法によって形成した。

本実施例によるソルダペーストの作製方法、各特性の評価方法は以下の通りである。

・ソルダペーストの作製方法
実施例のソルダペーストを以下のように作製した。まず、平均粒径が２０μｍであるＳｎ粉末（はんだ粉末）およびＳｎを主成分とする各はんだ粉末と、平均粒径が２０μｍであるＳｎの含有量がＣｕに対して２３〜６８質量％の間で適宜選択したＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物粉末とを、表１に示す割合となる量だけ用意し、それらの金属粉末を、千住金属製ＳＤＣ５（商品名）のペースト状ロジン系フラックス中に浸漬し、５分間混練して実施例のソルダペーストを作製した。フラックスの割合はソルダペースト全体の質量に対して１２質量％となるように調整した。

比較例のペーストについては、実施例のソルダペーストと同様にして調製したが、Ｃｕ粉末は、平均粒径が７．５μｍである福田金属箔粉工業製Ｃｕ粉末を使用した。

このようにして得られたソルダペーストを使って、下記要領でリフローはんだ付けを行った。リフロー温度は２５０℃であった。

・接合強度の評価
各ソルダペーストを使って、３２１６サイズのチップ抵抗をリフローはんだ付けで基板に実装した。

レスカ社製の継手強度試験機ＳＴＲ−１０００を使用して、常温時（２５℃）と高温時（２５０℃）の２種類の温度条件下で、チップ抵抗と基板との継手部のシェア強度を測定し、接合強度とした。シェア強度の試験条件は、シェア速度が常温時：毎分６ｍｍ、高温時：毎分２４ｍｍ、試験高さが常温時、高温時共に１００μｍとした。そして、各ソルダペーストにつき１０回シェア強度を測定し、その平均を算出した。常温時での試験では、本発明の継手を有する実装品が稼働する場合を想定して、衝撃等で破損しないように平均値が２０．０Ｎを超えたものを「合格」とした。一方、高温時での試験では、本発明の継手を有する電子部品の製造時を想定して、２次リフロー以降の加熱時に継手が流れ出したり、搭載した部品がずれたりしないように平均値が０．０Ｎを超えるものを「合格」とした。

・経時安定性の評価
本試験では、経時安定性を評価するために、静的試験と動的試験とを行った。

静的試験は、保存安定性を評価する試験である。具体的には、ビーカー内に、はんだ粉末とＣｕ粉末または金属間化合物粉末と、ペースト用フラックスからチクソ剤を抜いたものとを入れて混錬する。その後、作成した各サンプルを３５℃の状態で２４時間放置し、外観目視により色の変化を確認した。もとの黄色から変色していないものを「◎（優）」、多少変化し黄緑色になったものを「○（良）」、そして緑色に変化したものを「×（不良）」とした。この試験は、経時安定性に影響を与えるＣｕイオンがフラックス中に溶け出し、緑青の生成を引き起こすかを確認するものである。

また、各ソルダペーストの製造直後の初期粘度と、０℃〜１０℃で冷蔵保管６ケ月経過後に常温に戻した各ソルダペーストの経時後粘度とを、マルコム社製のＰＣＵ−２０５装置にて測定し、｛(経時後粘度−初期粘度)／初期粘度×１００｝の計算式により粘度変化率を算出した。粘度変化率は初期粘度から±１５％以内のものを「合格」とした。

動的試験は、実際の使用時の経時安定性を連続印刷性でもって評価する試験である。具体的には、作成したソルダペーストを印刷機にて最大２４時間スキージにかけたときの粘度を８時間毎に測定し、前記静的試験と同様の手法により粘度変化率を算出し、粘度変化率が１５％を超えた時間をもって、連続印刷性として評価した。試験装置も前記静的試験と同様の装置を使用した。

ボイドの評価は、８ｍｍ角のＱＦＮを各ソルダペーストで基板に実装し、継手を断面観察するために、樹脂埋め、研磨工程を経たものを評価サンプルに用いた行った。はんだ接合断面の観察は、ＪＥＯＬ製のＪＳＭ−７０００Ｆを用いて顕微鏡写真を撮り、電極間にはんだが充填されるべき面積を１００％としたときの空隙割合をボイド率として算出し、２０％以下を「合格」と評価した。

凝集率の評価は、直径１ｍｍのＡｇ電極を形成したセラミック板上に、各ソルダペーストを直径６．５ｍｍ、印刷厚が０．２ｍｍで印刷し、これを２４０〜２５０℃で加熱したものを評価サンプルとして用いて実施した。

１００×[(印刷時の直径−溶融後の直径)／(印刷時の直径−球となった場合の理想直径)｝の値を凝集率として算出し、９０％以上を「合格」と評価した。

これらの評価試験の評価結果を表１に示す。なお、表に示す各重量比は、ソルダペーストに対する質量％（ｗｔ％）である。

表１に示すように、実施例の各ソルダペーストでは、フラックスの変色が一切見られなかったため、Ｃｕイオンが経時安定性に影響を与えるほどには溶出しなかったものと考えられる。粘度変化についても、保存性、連続印刷性のいずれにおいても、安定しており、したがって、実施例のソルダペーストは経時安定性に優れることがわかった。ボイド率及び凝集率もいずれも良好であった。

一方、比較例１，２では、ボイド率が３０％を超え、凝集率は６０％未満であり、特に比較例２の場合には、凝集率が１．５％と低かった。また、比較例２のソルダペーストでは、フラックスが黄緑色に変色したため、Ｃｕイオンが多量に溶出したと考えられ、経時安定性に劣ることがわかった。

Claims (5)

1. 導体の配線されている面を複数積層する基板のはんだ付けに用いられるソルダペーストであって、ＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物粉末と、Ｓｎ含有量が４０〜１００質量%である（ただし、Ｓｎ１００質量%の場合を除く）Ｓｎ−Ｂｉはんだ粉末と、フラックス成分とから構成され、ＣｕおよびＳｎからなる前記金属間化合物粉末と前記Ｓｎ-Ｂｉはんだ粉末とにおいて、ＣｕおよびＳｎからなる前記金属間化合物粉末１０〜６５質量％および前記Ｓｎ-Ｂｉはんだ粉末３０〜９０質量％からなり、ＣｕおよびＳｎからなる該金属間化合物粉末が、表面をＣｕ以外の１種以上の金属元素からなる金属めっきで被覆されていることを特徴とする、ＣｕおよびＳｎからなる前記金属間化合物粉末と前記Ｓｎ-Ｂｉはんだ粉末のＳｎとの反応による新たな金属間化合物により、ＣｕおよびＳｎからなる前記金属間化合物粉末の間に網目構造が形成されるはんだ継手形成用のソルダペースト。
2. 前記金属間化合物粉末がＳｎおよびＮｉから成る群から選ばれた少なくとも1種の金属で表面が被覆された金属間化合物粉末であることを特徴とする請求項１に記載のソルダペースト。
3. 前記金属間化合物粉末およびＳｎ−Ｂｉはんだ粉末の平均粒径が５０μｍ以下である、請求項１または２に記載のソルダペースト。
4. 前記Ｓｎ-Ｂｉはんだ粉末が、組成が異なる２種類以上のはんだ粉末の混合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載のソルダペースト。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のソルダペーストに含まれるＣｕおよびＳｎからなる金属間化合物粉末と、ＣｕおよびＳｎからなる前記金属間化合物粉末と前記ソルダペーストに含まれる前記Ｓｎ-Ｂｉはんだ粉末のＳｎとの反応による新たな金属間化合物とからなる網目構造を備え、新たな前記金属間化合物がＣｕ₆Ｓｎ₅であることを特徴とする、導体の配線されている面を複数積層する基板に設けられたはんだ継手。