WO2008026517A1 - Conductive bonding material and electronic device - Google Patents

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Akihiro Nomura
Hidekiyo Takaoka
Kosuke Nakano
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive bonding material and an electronic device, and more specifically, a conductive bonding material for bonding electric structures such as a chip-type electronic component and a printed wiring board, and a plurality of electric structures including the conductive structure.
  • the present invention relates to an electronic device bonded through a conductive bonding material.
  • the first electrode 102 is formed on the substrate 101
  • the second electrode 104 is formed on the electronic device 103
  • the first electrode 102 is formed.
  • the second electrode 104 is connected to an electrode connecting portion 105 in which conduction is ensured by fusion of metal fine particles, and an intermediate connecting portion 106 made of a conductive adhesive is interposed between the electrode connecting portions 105.
  • the fine metal particles are fused at a temperature lower than the heat curing temperature of the conductive adhesive, and the conductive adhesive is not fused at a temperature lower than the heat curing temperature of the conductive adhesive!
  • a connection structure containing a filler has been proposed!
  • the electrode connecting portion 105 is fused with metal fine particles such as Ag that cause fusion at a temperature lower than the heat curing temperature of the conductive adhesive, and at a temperature lower than the heat curing temperature of the conductive adhesive. It is comprised with the conductive adhesive which consists of an electroconductive filler with a particle size which is not, and an adhesive agent.
  • Patent Document 1 the first and second electrodes 102 and 104 and the conductive filler are fused through the metal fine particles contained in the electrode connecting portion 105 by heat curing, The conductive fillers are fused with each other through the metal fine particles, thereby improving the adhesion at the interface.
  • Patent Document 2 proposes a thermally conductive joined body in which a first substrate 107 and a second substrate 108 are joined with a thermally conductive material 109, as shown in FIG. .
  • the heat conductive material 109 of Patent Document 2 includes a thermosetting resin 110 containing an organic acid and a heat conductive filler, and the heat conductive filler is a thermosetting temperature of the thermosetting resin 110.
  • a heat conductive material comprising V, a first filler 111 having a melting point, and a second filler 112 having a melting point lower than that of the thermosetting resin 110.
  • Patent Document 2 includes the second filler 112 having a melting point that is lower than the thermosetting temperature of the thermosetting resin 110, which is one of the heat conductive fillers. Therefore, the thermosetting resin 110 is cured. Before the second filler 112 is melted, the first filler 111 and the second filler 112 are fused. In addition, since the first filler 111 having a melting point higher than the thermosetting temperature of the thermosetting resin is included, the first filler 111 remains after the thermosetting resin 110 is cured. The form can be maintained, thereby suppressing an increase in thermal resistance.
  • the heat conductive material includes the thermosetting resin 110 and the heat conductive filler, the bonding temperature can be lowered, and since the resin-based material is used as a base, the elastic modulus is lowered and the thermal stress is reduced. Is possible. In this way, we are trying to obtain a thermally conductive material with high thermal conductivity and good connection reliability.
  • Patent Document 1 JP 2005-93826 A (Claim 1, Claim 6)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-335872 (Claim 1, paragraph number [0040], etc.).
  • the electrode connection portion 105 is electrically connected to the intermediate connection portion 1 although the metal fine particles that melt at or below the heat curing temperature of the conductive adhesive are fused.
  • Pb-free solder due to environmental considerations, etc.
  • This Pb-free solder has a melting temperature of 270 ° C to 280 ° C. The high temperature and thus the hardened metal remelts and is more susceptible to debonding at the joint interface.
  • Patent Document 2 no consideration is given to the content of the heat conductive filler and the particle sizes of the first and second fillers. That is, depending on the content of these heat conductive fillers and the particle sizes of the first and second fillers, there is a risk that the adhesion strength to the bonded surfaces after heat curing may be reduced, and high temperature and high humidity. If exposed underneath for a long time, the connection resistance may increase, leading to a decrease in conductivity.
  • the present invention has been made in view of such circumstances. Even when the reflow heat treatment is repeated or a thermal shock accompanied by a rapid temperature change is applied, good electrical conductivity and high V It is an object to provide a conductive bonding material having connection strength and an electronic device using the same.
  • the conductive bonding material according to the present invention includes a thermosetting resin, a first metal powder that melts at a temperature not higher than the thermosetting temperature of the thermosetting resin, and the heat Does not melt at a temperature lower than the thermosetting temperature of the curable resin, and reacts with the first metal powder during the heat curing of the thermosetting resin to produce a reactant having a high melting point of 300 ° C or higher.
  • the particle size ratio D1 / D2 between the average particle diameter D1 of the first metal powder and the average particle diameter D2 of the second metal powder is 75 to 88% by weight in total. 6. Characterized by zero
  • the volume ratio of the first metal powder to the total amount of the first metal powder and the second metal powder is 25 to 75% by volume. Special It is a sign.
  • the second metal powder has higher wettability to the first metal powder than the second metal powder, and the thermosetting property. It is characterized by being coated with a low melting point metal that melts at a temperature lower than the thermosetting temperature of the resin, and the low melting point metal is characterized by being a metal containing Sn.
  • the second metal powder is coated with a metal having higher wettability with respect to the first metal powder than the second metal powder. It is also preferable that the metal having high wettability is a noble metal.
  • the conductive bonding material of the present invention is characterized in that the first metal powder is a Sn-Bi alloy powder.
  • an electronic device is an electronic device including a first electric structure having a first electrode and a second electric structure having a second electrode, The first electrode and the second electrode are electrically connected via the conductive bonding material described above, and the interface between the first metal powder and the second metal powder, At least one of the interface between the first metal powder and the first electrode and the interface between the first metal powder and the second electrode has a high melting point of 300 ° C. or higher. It is characterized by being bound by reactants.
  • thermosetting resin and the first metal powder that melts at a temperature lower than the thermosetting temperature of the thermosetting resin.
  • a reaction product that does not melt at a temperature lower than or equal to the thermosetting temperature of the thermosetting resin and has a high melting point of 300 ° C. or more by reacting with the first metal powder during the heat curing of the thermosetting resin.
  • a second metal powder to be produced (for example, Cu powder) and a reducing substance that removes oxides formed on the surface of the second metal powder, and the first metal powder and the first metal powder
  • the total content of the metal powder 2 is 75 to 88% by weight, and the particle diameter ratio D1 between the average particle diameter D1 of the first metal powder and the average particle diameter D2 of the second metal powder Since / D2 is 0.5 to 6.0, the first metal powder wets and spreads during heating and curing, and the second metal powder Connected to form a conductive path.
  • the first metal powder then reacts with the second metal powder to produce a high melting point reactant that does not melt at 300 ° C. In this way, it is possible to obtain a conductive bonding material with excellent connection reliability and excellent connection reliability having a strong adhesive force.
  • the first metal powder contains Bi that has a small volume expansion at the time of melting, such as Sn-Bi alloy powder, even if the first metal powder is changed to the second metal powder. Even when the high-melting-point reactant is not sufficiently formed due to insufficient wetting and spreading of the material, it is possible to secure a good fixing strength that is unlikely to cause damage to the bonding interface due to volume expansion during melting.
  • the volume ratio of the first metal powder to the total amount of the first metal powder and the second metal powder is 25 to 75% by volume, the volume occupied by the first metal powder The ratio is maintained within an appropriate range, and a large number of conductive paths can be easily formed. That is, the shortage of the first metal powder or the remaining of the unreacted first metal powder that did not react with the second metal powder is suppressed, and the desired electrical conductivity and connection reliability are achieved. A conductive bonding material that can be secured can be obtained.
  • the second metal powder has higher wettability with respect to the first metal powder than the second metal powder and is equal to or lower than the thermosetting temperature of the thermosetting resin. Since it is coated with a low melting point metal (for example, Sn) that melts at 1! /, The first metal powder easily wets and spreads on the surface of the second metal powder during thermosetting of the thermosetting resin. As a result, the generation of a high melting point reactant having a melting point of 300 ° C or higher can be promoted, a conductive path having better conductivity can be formed, and the bonding strength of the bonding interface can be further improved.
  • Sn low melting point metal
  • the second metal powder may be coated with a metal (for example, a noble metal such as Au) having higher wettability with respect to the first metal powder than the second metal powder.
  • a metal for example, a noble metal such as Au
  • the first electrode of the first electric structure and the second electrode of the second electric structure are electrically connected via the conductive bonding material described above. Together with the interface between the first metal powder and the second metal powder, the interface between the first metal powder and the first electrode, and the first metal powder. Of the interface with the second electrode Since at least one interface is bonded with a high melting point reactant having a high melting point of 300 ° C. or higher, a conductive path having good conductivity is formed, and these bonding interfaces are fixed with the high melting point reactant.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an electronic device manufactured using a conductive bonding material according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part A before heat curing in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of part A after heat curing in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cured state of the conductive bonding material when the average particle size of the low melting point metal is excessively smaller than the average particle size of the high melting point metal.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a cured state of the conductive bonding material when the average particle size of the low melting point metal is excessively larger than the average particle size of the high melting point metal.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a connection structure described in Patent Document 1.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a state before curing of the thermally conductive joined body described in Patent Document 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of an electronic device manufactured using the conductive bonding material of the present invention.
  • the present electronic device has a chip-type electronic device such as a ceramic capacitor on a substrate (first electrical structure) 2 such as a printed wiring board on which land electrodes (first electrodes) la and lb are formed.
  • first electrical structure such as a printed wiring board on which land electrodes (first electrodes) la and lb are formed.
  • second electrical structure) 3 is installed!
  • This chip-type electronic component 3 has external electrodes (second electrodes) 5a and 5b formed at both ends of an electronic component main body 4 whose main component is a ceramic material, and the external electrodes 5a and 5b and the land Electrode la
  • And lb are electrically connected by conductive bonding materials 6a and 6b.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion A before the heat curing in FIG.
  • the conductive bonding material 6a includes a thermosetting resin 7 having a thermosetting temperature of about 200 ° C, for example, and a low-melting-point metal powder that melts at a temperature lower than the thermosetting temperature of the thermosetting resin 7 (first 8 and the thermosetting resin 7 does not melt at a temperature equal to or lower than the thermosetting temperature of the thermosetting resin 7, and reacts with the low melting metal powder 8 when the thermosetting resin 7 is heated and cured, so that the melting point is 300 °.
  • a refractory metal powder (second metal powder) 9 that generates a high melting point reactant of C or higher, and a reducing substance (not shown) that removes oxides formed on the surface of the refractory metal powder 9 Contains
  • the conductive bonding material 6a has a low melting point metal powder 8, a high melting point metal powder 9, and a reducing substance (not shown) dispersed in a thermosetting resin 7.
  • the above-mentioned reactant is a high-melting-point reactant having a melting point of 300 ° C or higher generated by the reaction between the low-melting-point metal powder and the high-melting-point metal powder as described above. Inter compound or solid solution.
  • FIG. 3 is an enlarged view of part A after the heat curing of FIG.
  • the conductive bonding material 6a is applied to the external electrode 5a and the land electrode la and heat-treated at a temperature equal to or higher than the thermosetting temperature, the low melting metal powder 8 is melted and spreads.
  • the high melting point metal powders 9 and 9 are connected via the low melting point metal powder 8 to generate a large number of conductive paths 11. Is done.
  • the refractory metal powder 9 does not melt at the thermosetting temperature of the thermosetting resin 7! /. Therefore, even if only the refractory metal powder 9 is dispersed in the thermosetting resin 7, Generating pass 11 is difficult.
  • the low melting point metal powder 8 that melts at a temperature lower than the thermosetting temperature of the thermosetting resin 7 is dispersed in the thermosetting resin 7, so that the heat curing temperature is higher than the thermosetting temperature.
  • the low melting point metal powder 8 is melted and spread.
  • the high melting point metal powders 9 and 9 are connected by the low melting point metal powder 8, and a large number of conductive paths 11 having good conductivity are generated.
  • this low melting point metal powder 8 reacts with the high melting point metal powder 9 to produce a high melting point reaction product having a melting point of 300 ° C or higher, reflow heat treatment using Pb-free solder or heat Even when it is exposed to high temperatures and humidity for a long time, such as repeated impacts, the metal at the bonding interface will not remelt, and it will be possible to obtain an electronic device with good bonding strength. .
  • the molten low melting point metal powder also wets and spreads on the land electrodes la and lb and the external electrodes 5a and 5b. Therefore, the Ag—Pd contained in the land electrodes la and lb and the external electrodes 5a and 5b.
  • a high-melting point reaction product is also formed with metals such as Sn and Sn, and a conductive path 11 is formed. Therefore, this also makes it possible to obtain an electronic device having a stronger adhering force between the land electrodes la and lb and the external electrodes 5a and 5b and an excellent mechanical strength.
  • the conductive bonding material contains a reducing substance, whereby the oxide generated on the surface of the refractory metal powder 9 can be removed. That is, by removing the oxide generated on the surface, the low melting point metal powder 8 tends to wet and spread on the surface of the high melting point metal powder 9 when the thermosetting resin 7 is heated and cured, and the conductivity is higher. A conductive path 11 is formed and the formation of a high melting point reactant can be promoted. Therefore, according to this, it is possible to obtain an electronic device having a much stronger fixing force between the land electrodes la and lb and the external electrodes 5a and 5b.
  • a reducing substance for example, an organic acid such as succinic acid or acetic acid, hydrochloric acid, odorous acid or the like can be preferably used. of If so, substances other than acids can also be used.
  • an electronic device in which the bonding interface between the land electrodes la and lb and the external electrodes 5a and 5b is bonded with a strong fixing force while ensuring good electrical conductivity. Obtain power S.
  • the contents of the low melting point metal powder 8 and the high melting point metal powder 9 in the conductive bonding materials 6a and 6b that is, the total content of the metal powder is 75 to 88% by weight. It is set.
  • the metal powder in the conductive bonding materials 6a and 6b is too small. Even if the low melting metal powder 8 wets and spreads, it is not connected to the high melting metal powder 9 and it becomes difficult to generate the conductive path 11, and a high melting point reactant having a melting point of 300 ° C or higher can be sufficiently generated. Can not be. As a result, the conductivity is lowered, and particularly when left in a high temperature and high humidity for a long time, the conductivity is reduced.
  • the total content of the metal powder in the conductive bonding materials 6a and 6b exceeds 88% by weight, the content of the thermosetting resin 7 in the conductive bonding materials 6a and 6b becomes too small. In addition, the adhesion strength between the land electrodes la and lb and the external electrodes 5a and 5b may be reduced.
  • the total content of the metal powder in the conductive bonding materials 6a and 6b is set to 75 to 88% by weight.
  • the particle diameter ratio D1 / D2 between the average particle diameter D1 of the low melting point metal powder 8 and the average particle diameter D2 of the high melting point metal powder 9 is set to 0.5 to 6.0.
  • the average particle size D1 of the low melting metal powder 8 relative to the average particle size D2 of the refractory metal powder 9 is too small.
  • the interval between the high melting point metal powders 9 becomes wider than the average particle diameter D1 of the powder 8, and the low melting point metal powder 8 connects the high melting point metal powders 9 even after heat curing as shown in FIG. As a result, there is a portion where the conductive path 11 cannot be generated.
  • the average particle size D2 of the refractory metal powder 9 The average particle diameter Dl of the low-melting-point metal powder 8 is too large, and the dispersion state of the low-melting-point metal powder 8 and the high-melting-point metal powder 9 in the conductive bonding material deteriorates. As shown in FIG. During melting, the low melting point metal powders 8 are easily fused. For this reason, the formation of the conductive path 11 connecting the refractory metal powders 9 becomes insufficient.
  • the particle diameter ratio D1 / D2 between the average particle diameter D1 of the low melting point metal powder 8 and the average particle diameter D2 of the high melting point metal powder 9 is set to 0.5 to 6.0. It is set.
  • thermosetting resin 7 it has good adhesiveness by heat curing treatment, and has sufficient fixing strength between the land electrodes la and lb and the external electrodes 5a and 5b.
  • thermosetting resin 7 it is possible to use epoxy-based, phenol-based, and acrylic-based thermosetting resins, polyimide-based, polyurethane-based, melamine-based, and urea-based thermosetting resins that are not particularly limited.
  • Epoxy-based The thermosetting resin is particularly preferably used.
  • bisphenol monore F type bisphenol A type
  • hydrogenated bisphenol type phenol nopolac type
  • glycidylamine type glycidylamine type
  • naphthalene type cyclopentagen type
  • cyclohexane type hexanetetrahydroxyphenolethane type
  • Hydantoin-type polyglycol-type
  • ether-type epoxy resins and modified epoxy resins obtained by modifying these epoxy resins with silicone, rubber, urethane, chelate, etc.
  • liquid epoxy type thermosetting resins such as bisphenol F type epoxy resin and bisphenol A type epoxy resin do not require an organic solvent to maintain workability. It is preferable from the viewpoint of work, and it is more preferable that when the thermosetting resin is heat-cured, the organic solvent is volatilized to form voids (voids) at the bonding interface.
  • the low melting point metal powder 8 is not particularly limited as long as it does not melt at the thermosetting temperature of the thermosetting resin 7! /, Sn, In, Sn—Bi, Sn — Force that can use In, Sn—In—Bi, Sn—Pb, etc. It is preferable to use a Bi-based alloy that has a small volume expansion upon melting, such as Sn—Bi! /. Low volume expansion at the time of melting! / By using low melting point metal powder 8 containing Bi, it is excellent in that the joint interface is not easily damaged due to volume expansion. Fixing strength can be obtained.
  • the high melting point metal powder 9 does not melt at a temperature lower than the thermosetting temperature of the thermosetting resin 7, and reacts with the low melting point metal powder 8 during the heat curing of the thermosetting resin 7. It is not particularly limited as long as it generates a high melting point reactant having a melting point of 300 ° C or higher.
  • the low melting point metal powder 8 a Sn alloy such as Sn-Bi is used, and the high melting point metal powder is used.
  • the Sn component force SCu contained in the low-melting-point metal powder 8 reacts during heat curing to produce intermetallic compounds such as Cu Sn and Cu Sn. Also low melting point
  • intermetallic compounds are high melting point reactants having a melting point of 300 ° C. or higher, so that the joint interface is not affected even when repeated reflow heat treatment or repeated thermal shock with sudden temperature changes is applied. Use force S to ensure a strong adhesive force that does not remelt.
  • the volume ratio of the low melting point metal powder 8 to the total amount of the metal powders (low melting point metal powder 8 and high melting point metal powder 9) is preferably 25 to 75% by volume.
  • the volume ratio of the low melting point metal powder 8 is less than 25% by volume with respect to the total amount of the metal powder.
  • the volume ratio of the low melting point metal powder 8 tends to be reduced and the formation of the conductive path 11 is hindered, leading to a decrease in conductivity, while the volume ratio of the low melting point metal powder 8 is less than that of the metal powder. If the total amount exceeds 75% by volume, it will not react with the refractory metal powder 9! /, Unreacted low-melting metal powder 8 will remain, leading to reduced continuity and reduced connection reliability at high temperatures. Because it becomes a tendency.
  • the high melting point metal powder 9 it is also preferable to coat the high melting point metal powder 9 with a metal having higher wettability with respect to the low melting point metal powder 8 than the high melting point metal powder 9.
  • the low melting point metal powder 8 can be used when the thermosetting resin 7 is heated and cured. Is easy to wet and spread on the surface of the refractory metal powder 9.
  • Such high wettability metals include metals that melt below the thermosetting temperature of thermosetting resins such as Sn, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Bi-In, Au, In consideration of the force capable of using noble metals such as Ag, Pt, Pd, the cost, the strength of the high melting point reactant, and durability, it is preferable to use Sn, Sn—In.
  • thermosetting temperature of the thermosetting resin does not melt at the thermosetting temperature of the thermosetting resin, but melts at the thermosetting temperature of the thermosetting resin by reacting with the low melting point metal powder 8 Use metal seeds.
  • Bisphenol F-type liquid epoxy resin as thermosetting resin, tertiary butyl daricidyl ether as reactive diluent, amine compound as curing agent, mixture of boron compound and epoxy resin as reaction inhibitor for the curing agent, reduction Succinic acid as a sexual substance
  • Sn-58Bi powder (specific gravity: 8.93) (low melting point metal powder) having an average particle diameter D1 of lO ⁇ m and a melting point of 139 ° C was prepared, and the average particle diameter D2 was 5 m.
  • Cu powder with a melting point of about 1080 ° C (Specific gravity: 8 ⁇ 75) (refractory metal powder) was prepared.
  • the particle diameter ratio D1 / D2 between the average particle diameter D1 of Sn-58Bi powder and the average particle diameter D2 of Cu powder is 2.0.
  • An Ag Pd paste was applied to a predetermined position on an alumina substrate having a thickness of 0.7 mm and baked to form a pair of land electrodes with an interval of 0.8 mm on the alumina substrate.
  • the conductive bonding material was applied on the land electrode using a metal mask having a thickness of 50 am.
  • a chip-type resistor component having an external electrode made of Sn and having a length of 1, 6 mm, a width of 0.8 mm, and a thickness of 0.8 mm was placed on the conductive bonding material, and the temperature was 200 °.
  • Heat treatment was carried out in an air oven for 30 minutes under C! /, Sample numbers;! -6 samples were obtained.
  • the initial value S of the fixing strength was measured using a series 4000).
  • PCT pressure tapping force one test
  • each of the samples Nos. 1 to 6 was subjected to reflow heat treatment by passing the sample 5 times through a reflow furnace adjusted to a maximum temperature of 270 ° C. Then, the resistance value R and the adhesion strength S after the reflow heat treatment are measured, and the resistance change rate AR after the reflow is based on the formula (2). Calculated.
  • Table 1 shows the specifications and experimental results of the conductive bonding materials of sample numbers 1-6.
  • connection resistance R force 3 ⁇ 400 ⁇ ⁇ or less As an evaluation standard, initial value of connection resistance R force 3 ⁇ 400 ⁇ ⁇ or less, resistance change rate A R A R
  • sample No. 1 has an initial value of connection resistance because the total content of metal powder (Sn-58Bi powder and Cu powder) is less than 70 wt% and 75 wt%.
  • R is 4
  • the adhesion strength after PCT is 14N / mm 2 and is reduced to 20N / mm 2 or less. did. This is because the content of the metal powder in the conductive bonding material is small, so the Sn-58Bi powder does not sufficiently spread during heat curing, so that a sufficient conductive path is not generated and the melting point is 300 ° C or higher. It is considered that the high-melting point reaction product cannot be sufficiently obtained, so that the conductivity and adhesion strength after PCT are lowered and the moisture resistance is deteriorated.
  • Sample No. 6 has a total content of metal powders (Sn-58Bi powder and Cu powder) exceeding 93 wt% and 88 wt%, so that the bond strength is 7N / mm even at the initial value S. 2 and lower PC
  • Sample No. 25 has a total content of metal powder of 75 88 wt%, but the average particle size D1 of Sn-58Bi powder and the average particle size D2 of Cu powder Since the ratio D1 / D2 is 2.0, which is within the range of the present invention, and the volume ratio of Sn-58Bi powder to the total amount of metal powder is 50% by volume, the initial value R of the connection resistance is 2; 130 ⁇ ⁇ after PCT
  • Resistance change rate A R force 3 ⁇ 4 ⁇ ; 16%, resistance change rate after reflow A R force 3 ⁇ 4 25%, sticking
  • Sample No. 3 4 with a total metal powder content of 83 86 wt% has an initial connection resistance value R of 2 ;! 58 ⁇ ⁇ Resistance change after PCT Rate AR force 3 ⁇ 4 to 8%, resistance change rate after reflow AR force 3 ⁇ 4 25%, initial bond strength
  • the sample No. 2 was embedded in the resin, polished, and the cross section of the interface between the land electrode and the external electrode was observed.
  • the Sn-58Bi powder dispersed in the conductive bonding material was found to be High-melting point reactants are formed between Sn forming the external electrode, Ag-Pd forming the land electrode, and Cu powder, which ensures good connection reliability. It has been certified.
  • the initial value S was measured, and each resistance change rate A R A R after PCT and after reflow treatment, and
  • Table 2 shows the specifications and experimental results of the conductive bonding materials of sample numbers 11 to 16;
  • Sample No. 11 has a total content of metal powder (Sn-58Bi powder and Sn-coated Cu powder) of less than 70 wt% and 75 wt%.
  • Sample No. 12 15 has a metal powder content of 75 88% by weight, and is composed of an average particle diameter D1 of Sn-58Bi powder and an average particle diameter D2 of Sn-coated Cu powder. Since the diameter ratio D1 / D2 is 2.0, which is within the range of the present invention, and the volume ratio of Sn-58Bi powder to the total metal powder is a preferable range of 50% by volume, the initial value of connection resistance R force 3 to 102 ⁇ ⁇ P
  • Resistance change rate A R force 3 ⁇ 4 ⁇ 4%, resistance change rate after reflow A R force 18%, adhesion strength
  • connection resistance and the fixing strength were improved as a whole. This seems to be because the Cu powder was coated with Sn, which has high wettability to Sn-58Bi powder, which facilitated the formation of conductive paths and the generation of high melting point reactants.
  • the initial value S is measured, and the resistance change rates A R, A R, and
  • Table 3 shows the specifications and experimental results of the conductive bonding materials of sample numbers 2;!
  • Sample No. 21 has a resistance change rate after PCT of AR force 3 ⁇ 4 10%. Over 200%. This is because the average particle diameter D1 of Sn-58Bi powder is too small compared to the spacing between Sn-coated Cu powders, so even if Sn-58Bi powder wets and spreads during heat-curing, Sn-coated Cu powders can be replaced with Sn-58Bi powder. As a result, it is impossible to form a conductive path with good conductivity, and as a result, the connection resistance rises when exposed to high temperature and high humidity for a long time. It is thought that the nature decreases.
  • Sample No. 2 ;! 24 has a particle size ratio D1 / D2 of 0.5 6.0 and a total content of metal powder (Sn-58Bi powder and Sn-coated Cu powder) of 86. Since the preferred volume ratio of Sn-58Bi powder to the total amount of metal powder is 50% by volume, the initial value of connection resistance R force 3 ⁇ 46 71 ⁇ ⁇ Resistance change after PCT Rate ⁇
  • sample number 22 2 3 having a particle size ratio D1 / D2 of 0.5 2.0 is the initial value of connection resistance R force 3 ⁇ 46 48 ⁇ Resistance change rate after PCT AR force ⁇ ; 18%
  • Example 4 [0102] Sn-58Bi powder and Sn-coated Cu powder were prepared, and the volume ratio of Sn-58Bi powder to the total amount of metal powder (Sn-58Bi powder and Sn-coated Cu powder) in the same manner as in [Example 1] However, the conductive bonding materials of Sample Nos. 3;! To 36, which are different in the range of 20 to 80% by volume, were produced in the same manner as in [Example 1].
  • the initial value S is measured, and the resistance change rates A R, A R, and
  • Table 4 shows the specifications and experimental results of the conductive bonding materials of sample numbers 31 to 36.
  • the volume ratio of the Sn-58Bi powder to the total amount of the metal powder is 20% by volume, which is as low as 25% by volume or less. This prevents the formation of a conductive path, and therefore the initial value R of the connection resistance is 110.
  • the volume ratio of the Sn- 58Bi powder to the total amount of the metal powder is 80 vol 0 / o, because it exceeds 75 volume 0/0, does not react with Sn-coated Cu powder Sn — 58B i powder remains unreacted, so the initial value of connection resistance R force 3 ⁇ 400 ⁇ ⁇ , PCT
  • the volume ratio of Sn-58Bi powder to the total amount of metal powder was preferably 25 to 75% by volume.
  • sample number was used except that an In-coated Cu powder in which an average particle diameter D2 was coated with Cu powder having a thickness of 0.01 am coated on a Cu powder with a particle diameter of 5 m was used.
  • a conductive bonding material of Sample No. 42 was produced by the same method and procedure as in 41.
  • a conductive bonding material of Sample No. 43 was produced by the same method and procedure as Sample No. 42, except that the reducing substance was not added in the process of preparing the conductive bonding material. [0113] Next, the initial value R of the connection resistance and the initial sticking strength were the same as in [Example 1].
  • Table 5 shows the specifications and experimental results of the conductive bonding materials of sample numbers 41 to 43.
  • sample No. 43 has an initial connection resistance value R of 7300 m ⁇ .
  • the conductivity decreased, the resistance change rate A Rl after PCT also increased to 790%, and the adhesion strength after PCT also decreased to 9 N / mm 2 .
  • the conductive bonding material does not contain a reducing agent, so that the oxide remains on the surface of the In-coated Cu powder, so that Sn-58Bi powder is not heated during thermosetting of the thermosetting resin. This seems to be because the formation of a high-melting-point reactant that wets and spreads on the surface of the In coat Cu powder is not promoted.
  • Sample Nos. 41 and 42 contain succinic acid as a reducing substance in the conductive bonding material, and the total content of the metal powder is 86% by weight, and the particle size ratio D1 / D2 is 2.0 and both are within the scope of the present invention, and the volume ratio of the Sn-58Bi powder to the total amount of the metal powder is a preferable range of 50% by volume. Therefore, the initial value of the connection resistance R force 3 ⁇ 4; 28

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Description

明 細 書
導電性接合材料、及び電子装置
技術分野
[0001] 本発明は導電性接合材料、及び電子装置に関し、より詳しくはチップ型電子部品 やプリント配線基板等の電気構造物同士を接合する導電性接合材料、及び複数の 電気構造物が前記導電性接合材料を介して接合された電子装置に関する。
背景技術
[0002] 従来より、熱硬化性樹脂と金属粉末とを含有した導電性接着剤を使用し、複数の電 気構造物同士を接合した電子装置が知られている。
[0003] 例えば、特許文献 1には、図 6に示すように、基板 101に第 1の電極 102が形成され ると共に、電子デバイス 103に第 2の電極 104が形成され、第 1の電極 102及び第 2 の電極 104は金属微粒子の融着により導通が確保された電極接続部 105に接続さ れると共に、電極接続部 105間には導電性接着剤からなる中間接続部 106が介在さ れ、かつ前記金属微粒子は、前記導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着し、前記 導電性接着剤は、該導電性接着剤の熱硬化温度以下では融着しな!、粒径の導電 性フイラ一を含有した接続構造体が提案されて!/、る。
[0004] この特許文献 1では、電極接続部 105が、導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着 が起こる Ag等の金属微粒子と、導電性接着剤の熱硬化温度以下では融着が起こら ない粒径の導電性フィラーと、接着剤とからなる導電性接着剤で構成されている。
[0005] そして、特許文献 1では、加熱硬化処理により電極接続部 105に含有される金属微 粒子を介して第 1及び第 2の電極 102、 104と導電性フィラーとを融着させ、さらに前 記金属微粒子を介して導電性フイラ一同士を融着させ、これにより界面での接着力を 向上させている。
[0006] また、特許文献 2には、図 7に示すように、第 1の基板 107と第 2の基板 108とが熱 伝導性材料 109で接合された熱伝導性接合体が提案されている。
[0007] 特許文献 2の熱伝導性材料 109は、有機酸を含有した熱硬化性樹脂 110と熱伝導 性フイラ一とを含み、前記熱伝導性フイラ一が熱硬化性樹脂 110の熱硬化温度より高 V、融点を有する第 1のフイラ一 111と、熱硬化性樹脂 110の熱硬化温度より低!/、融点 を有する第 2のフイラ一 112とからなる熱伝導性材料が提案されている。
[0008] また、特許文献 2では、熱硬化性樹脂 110及び熱伝導性フイラ一 111、 112の総量 に対する熱伝導性フイラ一(第 1及び第 2のフイラ一)の体積比率力 50体積% (89 重量%に相当 )となるように調製された実施例が開示されて!/、る。
[0009] 特許文献 2では、熱伝導性フイラ一力 熱硬化性樹脂 110の熱硬化温度より低!/ヽ融 点を有する第 2のフイラ一 112を含むことから、熱硬化性樹脂 110が硬化する前に第 2のフイラ一 112が溶融し、第 1のフイラ一 111と第 2のフイラ一 112とが融着する。ま た、熱伝導性フイラ一力 熱硬化性樹脂の熱硬化温度より高い融点を有する第 1のフ イラ一 111を含むことから、熱硬化性樹脂 110の硬化後も第 1のフイラ一 111がその 形態を維持し、これにより熱抵抗の増加を抑制できる。しかも、熱伝導性材料が、熱 硬化性樹脂 110と熱伝導性フイラ一とを含むため、接合温度を低くでき、かつ樹脂系 材料をベースとするために弾性率が低くなり、熱応力の低減が可能となる。そしてこ れにより、高い熱伝導性を有し、接続信頼性をも良好な熱伝導性材料を得ようとして いる。
[0010] 特許文献 1 :特開 2005— 93826号公報 (請求項 1、請求項 6)
特許文献 2:特開 2004— 335872号公報 (請求項 1、段落番号〔0040〕等)。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] しかしながら、特許文献 1では、電極接続部 105は、導電性接着剤の熱硬化温度 以下で溶融する金属微粒子が融着されて導通性が確保されるものの、中間接続部 1
06は、導電性フィラー同士の接触のみで導通性が確保されているため、該中間接続 部 106においては導通性が劣るという問題があった。
[0012] この問題を回避するために、導電性接着剤の熱硬化温度で溶融する低融点の金 属粉末を導電性接着剤に含有させる方法が考えられる。
[0013] ところ力 複数の電気構造物同士が接合された接合構造体をマザ一ボードなどに 実装する場合、リフロー加熱処理が繰り返し行われたり急激な温度変化を伴う熱衝撃 が負荷され、接続構造体が長時間高温雰囲気下に晒されるおそれがある。このため 前記低融点金属粉末が再溶融してしまい、十分な固着強度を得ることができないと いう問題が生じる。しかも、この場合、熱衝撃等によって溶融と硬化とが繰り返される と、電極接続部 105と中間接続部 106との接合界面が剥離するおそれがある。
[0014] 特に、リフロー加熱処理では、環境面への配慮等から Pbフリーはんだを使用するこ とが一般的となってきている力 この Pbフリーはんだは溶融温度が 270°C〜280°Cと 高温であり、したがって硬化した金属が再溶融し、接合界面での剥離がより起こり易く なる。
[0015] また、特許文献 2では、熱伝導性フイラ一の含有量や、第 1のフイラ一及び第 2のフ イラ一の粒径については何ら考慮されていない。すなわち、これら熱伝導性フイラ一 の含有量や、第 1のフイラ一及び第 2のフイラ一の粒径によっては、加熱硬化後の接 合面に対する固着強度が低下するおそれがあり、また高温多湿下に長時間晒される と接続抵抗が高くなつて導電性の低下を招くおそれがある。
[0016] 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、リフロー加熱処理が繰り返さ たり急激な温度変化を伴う熱衝撃が負荷された場合であっても、良好な導通性と高 Vヽ接続強度を有する導電性接合材料及びこれを用いた電子装置を提供することを 目白勺とする。
課題を解決するための手段
[0017] 上記目的を達成するために本発明に係る導電性接合材料は、熱硬化性樹脂と、該 熱硬化性樹脂の熱硬化温度以下の温度で溶融する第 1の金属粉末と、前記熱硬化 性樹脂の熱硬化温度以下の温度で溶融せず、かつ前記熱硬化性樹脂の加熱硬化 時に前記第 1の金属粉末と反応して 300°C以上の高融点を有する反応物を生成す る第 2の金属粉末と、該第 2の金属粉末の表面に形成される酸化物を除去する還元 性物質とを含有し、前記第 1の金属粉末及び前記第 2の金属粉末の含有量が、総計 で 75〜88重量%であり、かつ、前記第 1の金属粉末の平均粒径 D1と前記第 2の金 属粉末の平均粒径 D2との粒径比 D1/D2が、 0. 5〜6. 0であることを特徴としてい
[0018] また、本発明の導電性接合材料は、前記第 1の金属粉末及び前記第 2の金属粉末 の総量に対する前記第 1の金属粉末の体積比率は、 25〜75体積%であることを特 徴としている。
[0019] また、本発明の導電性接合材料は、前記第 2の金属粉末は、前記第 2の金属粉末 よりも前記第 1の金属粉末に対して濡れ性が高ぐかつ、前記熱硬化性樹脂の熱硬 化温度以下の温度で溶融する低融点金属で被覆されていることを特徴とし、また、前 記低融点金属は、 Snを含有した金属であることを特徴としている。
[0020] さらに、本発明の導電性接合材料は、前記第 2の金属粉末は、該第 2の金属粉末よ りも前記第 1の金属粉末に対して濡れ性の高い金属で被覆されていることを特徴とす るのも好ましく、また、前記濡れ性が高い金属は、貴金属であることを特徴とするのも 好ましい。
[0021] また、本発明の導電性接合材料は、前記第 1の金属粉末が、 Sn— Bi合金粉末であ ることを特 ί毁としている。
[0022] また、本発明に係る電子装置は、第 1の電極を有する第 1の電気構造物と、第 2の 電極を有する第 2の電気構造物とを備えた電子装置であって、前記第 1の電極と前 記第 2の電極とが、上述した導電性接合材料を介して電気的に接続されると共に、前 記第 1の金属粉末と前記第 2の金属粉末との界面、前記第 1の金属粉末と前記第 1 の電極との界面、及び前記第 1の金属粉末と前記第 2の電極との界面のうちの少なく とも 1つの界面は、 300°C以上の高融点を有する反応物で結合されていることを特徴 としている。
発明の効果
[0023] 本発明の導電性接合材料によれば、熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂の熱硬化 温度以下の温度で溶融する第 1の金属粉末 (例えば、 Sn— Bi合金粉末)と、前記熱 硬化性樹脂の熱硬化温度以下の温度で溶融せず、かつ前記熱硬化性樹脂の加熱 硬化時に前記第 1の金属粉末と反応して 300°C以上の高融点を有する反応物を生 成する第 2の金属粉末 (例えば、 Cu粉末)と、該第 2の金属粉末の表面に形成される 酸化物を除去する還元性物質とを含有し、前記第 1の金属粉末及び前記第 2の金属 粉末の含有量が、総計で 75〜88重量%であり、かつ、前記第 1の金属粉末の平均 粒径 D1と前記第 2の金属粉末の平均粒径 D2との粒径比 D1/D2が、 0. 5〜6. 0 であるので、加熱硬化時には第 1の金属粉末が濡れ拡がって第 2の金属粉末と電気 的に接続され、導電パスが形成される。そして、第 1の金属粉末は第 2の金属粉末と 反応して 300°Cでは溶融しない高融点反応物を生成する。このように導通性に優れ 、かつ強固な固着力を有する接続信頼性の優れた導電性接合材料を得ることができ
[0024] 特に、第 1の金属粉末が、 Sn— Bi合金粉末のように、溶融時の体積膨張が小さい Biを含有している場合は、たとえ第 1の金属粉末の第 2の金属粉末への濡れ拡がり が不足し、高融点反応物が十分に生成されない場合であっても、溶融時の体積膨張 に伴う接合界面の破損が生じ難ぐ良好な固着強度を確保することができる。
[0025] また、前記第 1の金属粉末及び前記第 2の金属粉末の総量に対する前記第 1の金 属粉末の体積比率は、 25〜75体積%であるので、第 1の金属粉末の占める体積比 率が適正範囲に維持され、多数の導電パスを容易に形成することができる。すなわ ち、第 1の金属粉末が不足したり、或いは第 2の金属粉末と反応しなかった未反応の 第 1の金属粉末が残留するのが抑制され、所望の導通性と接続信頼性を確保するこ とができる導電性接合材料を得ることができる。
[0026] また、前記第 2の金属粉末は、前記第 2の金属粉末よりも前記第 1の金属粉末に対 して濡れ性が高ぐかつ、前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度以下の温度で溶融する 低融点金属(例えば、 Sn)で被覆されて!/、るので、熱硬化性樹脂の加熱硬化時には 第 1の金属粉末が第 2の金属粉末の表面に濡れ拡カきやすくなる。そしてその結果、 融点が 300°C以上の高融点反応物の生成を促進させることができ、より良好な導通 性を有する導電パスを形成することができ、また接合界面の固着強度をより一層向上 させること力 Sでさる。
[0027] さらに、前記第 2の金属粉末は、該第 2の金属粉末よりも前記第 1の金属粉末に対 して濡れ性の高い金属(例えば、 Au等の貴金属)で被覆された場合も、上述と同様 の作用効果を奏することができる。
[0028] また、本発明の電子装置によれば、上述した導電性接合材料を介して第 1の電気 構造物の第 1の電極と第 2の電気構造物の第 2の電極とが電気的に接続されると共 に、前記第 1の金属粉末と前記第 2の金属粉末との界面、前記第 1の金属粉末と前 記第 1の電極との界面、及び前記第 1の金属粉末と前記第 2の電極との界面のうちの 少なくとも 1つの界面は、 300°C以上の高融点を有する高融点反応物で結合されて いるので、良好な導通性を有する導電パスが形成され、これらの接合界面は高融点 反応物で固着される。
[0029] したがって、第 1の電気構造物と第 2の電気構造物が接合された後に、リフロー加 熱処理や熱衝撃が負荷され、高温雰囲気に長時間晒された場合であっても、金属の 再溶融が生じるのを回避することができ、接合界面が剥離することもなぐ良好な導 通性と強固な界面固着力を有する機械的強度の優れた電子装置を得ることができる 図面の簡単な説明
[0030] [図 1]本発明に係る導電性接合材料を使用して製造された電子装置の一実施の形 態を示す概略断面図である。
[図 2]図 1の加熱硬化前における A部拡大図である。
[図 3]図 1の加熱硬化後における A部拡大図である。
[図 4]低融点金属の平均粒径が高融点金属の平均粒径に対して過度に小さい場合 の導電性接合材料の硬化状態を模式的に示す断面図である。
[図 5]低融点金属の平均粒径が高融点金属の平均粒径に対して過度に大きい場合 の導電性接合材料の硬化状態を模式的に示す断面図である。
[図 6]特許文献 1に記載された接続構造体の模式図である。
[図 7]特許文献 2に記載された熱伝導性接合体の硬化前の状態を示す模式図である 符号の説明
[0031] la lb ランド電極(第 1の電極)
2 基板 (第 1の電気構造体)
3 チップ型電子部品(第 2の電気構造体)
5a, 5b 外部電極(第 2の電極)
6a, 6b 導電性接合材料
7 熱硬化性樹脂
8 低融点金属粉末 (第 1の金属粉末) 9 高融点金属粉末 (第 2の金属粉末)
発明を実施するための最良の形態
[0032] 次に、本発明の実施の形態を詳述する。
[0033] 図 1は本発明の導電性接合材料を使用して製造される電子装置の一実施の形態 を模式的に示した断面図である。
[0034] すなわち、本電子装置は、ランド電極(第 1の電極) la、 lbが形成されたプリント配 線基板等の基板(第 1の電気構造物) 2上にセラミックコンデンサ等のチップ型電子部 品(第 2の電気構造物) 3が搭載されて!/、る。
[0035] このチップ型電子部品 3は、セラミック材料を主成分とする電子部品本体 4の両端に 外部電極(第 2の電極) 5a、 5bが形成されており、該外部電極 5a、 5bとランド電極 l a
、 lbとが導電性接合材料 6a、 6bで電気的に接続されている。
[0036] 図 2は、図 1の加熱硬化前における A部拡大図である。
[0037] 導電性接合材料 6aは、熱硬化温度が例えば 200°C程度の熱硬化性樹脂 7と、該 熱硬化性樹脂 7の熱硬化温度以下の温度で溶融する低融点金属粉末(第 1の金属 粉末) 8と、前記熱硬化性樹脂 7の熱硬化温度以下の温度で溶融せず、かつ前記熱 硬化性樹脂 7の加熱硬化時に前記低融点金属粉末 8と反応して融点が 300°C以上 の高融点反応物を生成する高融点金属粉末(第 2の金属粉末) 9と、該高融点金属 粉末 9の表面に形成される酸化物を除去する還元性物質(不図示)とを含有してレ、る
[0038] すなわち、この導電性接合材料 6aは、熱硬化性樹脂 7中に低融点金属粉末 8、高 融点金属粉末 9、及び還元性物質 (不図示)が分散されて!/、る。
[0039] 尚、上記反応物は、上述したように低融点金属粉末と高融点金属粉末とが反応し て生成する融点が 300°C以上の高融点反応物をいうが、具体的には金属間化合物 又は固溶体を意味する。
[0040] 図 3は、図 1の加熱硬化後における A部拡大図である。
[0041] 導電性接合材料 6aを外部電極 5a及びランド電極 laに塗布し、熱硬化温度以上の 温度で加熱処理すると、低融点金属粉末 8が溶融して濡れ拡がる。そして、高融点 金属粉末 9、 9間が低融点金属粉末 8を介して接続され、多数の導電パス 11が生成 される。
[0042] すなわち、上記高融点金属粉末 9は熱硬化性樹脂 7の熱硬化温度では溶融しな!/、 ため、高融点金属粉末 9のみを熱硬化性樹脂 7中に分散させても、導電パス 11を生 成するのは困難である。
[0043] そこで、本実施の形態では、熱硬化性樹脂 7中に該熱硬化樹脂 7の熱硬化温度以 下の温度で溶融する低融点金属粉末 8を分散させ、加熱硬化時に熱硬化温度以上 の温度で加熱することにより、低融点金属粉末 8を溶融させて濡れ拡がらしている。 そしてこれにより、高融点金属粉末 9、 9間が低融点金属粉末 8で接続され、良好な 導電性を有する多数の導電パス 11が生成される。
[0044] この低融点金属粉末 8は高融点金属粉末 9と反応して融点が 300°C以上の高融点 反応物を生成することから、 Pbフリーはんだを使用してリフロー加熱処理を行ったり 熱衝撃などが繰り返し負荷される等、高温多湿下で長時間晒された場合であつても、 接合界面の金属が再溶融することはなぐ良好な固着強度を有する電子装置を得る こと力 Sでさる。
[0045] また、溶融した低融点金属粉末はランド電極 la、 lbや外部電極 5a、 5bにも濡れ拡 力 ¾ことから、これらランド電極 la、 lbや外部電極 5a、 5bに含まれる Ag— Pdや Sn等 の金属との間でも高融点反応物が生成され、導電パス 11が形成される。したがって、 これによつてもランド電極 la、 lb及び外部電極 5a、 5bと間の固着力がより強固で機 械的強度の優れた電子装置を得ることができる。
[0046] また、本導電性接合材料には、還元性物質が含有されており、これにより高融点金 属粉末 9の表面に生成される酸化物を除去することができる。すなわち、表面に生成 している酸化物を除去することにより、熱硬化性樹脂 7の加熱硬化時には低融点金 属粉末 8が高融点金属粉末 9の表面に濡れ拡がりやすくなり、より導通性の高い導電 パス 11が形成されると共に、高融点反応物の生成を促進することができる。したがつ て、これによつてもランド電極 la、 lb及び外部電極 5a、 5bとの間がより一層強固な固 着力を有する電子装置を得ることができる。
[0047] そして、このような還元性物質としては、還元性を有する物質、例えば、こはく酸、酢 酸などの有機酸、塩酸、臭酸等を好んで使用することができる力 還元性を有するの であれば、酸以外の物質も使用することができる。
[0048] このように本実施の形態によれば、良好な導通性を確保しつつ、ランド電極 la、 lb 及び外部電極 5a、 5bとの接合界面が強固な固着力でもって接合された電子装置を 得ること力 Sでさる。
[0049] さらに、本実施の形態では、導電性接合材料 6a、 6b中の低融点金属粉末 8及び高 融点金属粉末 9の含有量、すなわち金属粉末の総含有量が、 75〜88重量%に設 定されている。
[0050] すなわち、導電性接合材料 6a、 6b中の金属粉末の総含有量が、 75重量%未満に 低下すると、導電性接合材料 6a、 6b中の金属粉末が過少であるため、加熱硬化時 に低融点金属粉末 8が濡れ拡がっても高融点金属粉末 9と接続されず、導電パス 11 を生成するのが困難となり、融点が 300°C以上の高融点反応物を十分に生成するこ とができなくなる。そしてその結果、導通性の低下を招き、特に高温多湿下で長時間 放置された場合は導通性低下を助長する。
[0051] 一方、導電性接合材料 6a、 6b中の金属粉末の総含有量が、 88重量%を超えると 、導電性接合材料 6a、 6b中の熱硬化樹脂 7の含有量が過少となるため、ランド電極 la、 lbや外部電極 5a、 5bとの間の固着強度が低下するおそれがある。
[0052] そこで、本実施の形態では、導電性接合材料 6a、 6b中の金属粉末の総含有量は 、 75〜88重量%に設定されている。
[0053] また、低融点金属粉末 8の平均粒径 D1と高融点金属粉末 9の平均粒径 D2との粒 径比 D1/D2は、 0. 5〜6. 0に設定されている。
[0054] すなわち、粒径比 D1/D2が 0. 5未満の場合は、高融点金属粉末 9の平均粒径 D 2に対する低融点金属粉末 8の平均粒径 D1が小さ過ぎるため、低融点金属粉末 8の 平均粒径 D1に対し高融点金属粉末 9間の間隔が広くなり、図 4に示すように、加熱 硬化処理を行っても低融点金属粉末 8が高融点金属粉末 9同士を接続することがで きずに導電パス 11を生成することができない部分が生じる。 このため、ランド電極 1 a、 lb及び外部電極 5a、 5bを高融点反応物で強固に接続できない部分が生じ、高 温多湿下で長時間晒されると接続抵抗が劣化するおそれがある。
[0055] 一方、粒径比 D1/D2が 6. 0を超えた場合は、高融点金属粉末 9の平均粒径 D2 に対する低融点金属粉末 8の平均粒径 Dlが大きすぎ、導電性接合材料中の低融 点金属粉末 8と高融点金属粉末 9との分散状態が悪化し、図 5に示すように、加熱硬 化時には低融点金属粉末 8同士が融着し易くなる。このため、高融点金属粉末 9間 を接続する導電パス 11の形成が不十分となる。また、高融点反応物を十分に得るこ とができなくなり、ランド電極 la、 lb及び外部電極 6a、 6bとの固着力が劣化し、またリ フロー加熱処理により低融点金属粉末 8が再溶融し、導通性の低下を招くおそれが ある。
[0056] そこで、本実施の形態では、低融点金属粉末 8の平均粒径 D1と高融点金属粉末 9 の平均粒径 D2との粒径比 D1/D2を、 0. 5〜6. 0に設定している。
[0057] また、熱硬化性樹脂 7としては、加熱硬化処理により良好な接着性を有し、ランド電 極 la、 lb及び外部電極 5a、 5bとの間で十分な固着強度を有するものであれば、特 に限定されるものではなぐエポキシ系、フエノール系、アクリル系の熱硬化性樹脂や ポリイミド系、ポリウレタン系、メラミン系や、ゥレア系の熱硬化性樹脂を使用することが できる力 エポキシ系の熱硬化性樹脂が特に好んで使用される。例えば、ビスフエノ 一ノレ F型、ビスフエノール A型、水添ビスフエノール型、フエノールノポラック型、グリシ ジルァミン型、ナフタレン型、シクロペンタジェン型、シクロへキサン型、へキサンテト ラヒドロキシフエノールェタン型、ヒダントイン型、ポリグリコール型、エーテル型のェポ キシ樹脂や、これらのエポキシ樹脂をシリコーン、ゴム、ウレタン、キレートなどで変性 した変性エポキシ樹脂を好んで使用することができる。特に、エポキシ系の熱硬化性 樹脂の中でもビスフエノール F型エポキシ樹脂やビスフエノール A型エポキシ樹脂等 の液状タイプのものは、作業性を保っための有機溶剤を必要としないことから、環境 面や作業面から好ましぐまた、熱硬化性樹脂を加熱硬化する際に、有機溶剤が揮 発して接合界面にボイド (空隙)を形成することもなぐより好ましい。
[0058] また、低融点金属粉末 8としては、熱硬化性樹脂 7の熱硬化温度で溶融しな!/、もの であれば特に限定されるものではなく、 Sn、 In、 Sn— Bi、 Sn— In、 Sn— In— Bi、 Sn -Pb等を使用することができる力 溶融時の体積膨張が小さい Bi系の合金、例えば S n— Biを使用するのが好まし!/、。溶融時の体積膨張が少な!/、Biを含有した低融点金 属粉末 8を使用することにより、体積膨張に伴う接合界面の破損が生じ難ぐ優れた 固着強度を得ることができる。
[0059] すなわち、マザ一ボード等に搭載される他の電子部品への影響を考慮して低温で 加熱処理を行わざるを得な!/、場合、低融点金属粉末 8の高融点金属粉末 9への濡 れ拡がりが不足し、高融点反応物を十分に生成できなくなるおそれがある。
[0060] しかしながら、このような場合であっても溶融時の体積膨張が少な!/、Biを含有した 低融点金属粉末 8を使用することにより、体積膨張に伴う接合界面の破損を生じ難く し、ランド電極 la、 lbや外部電極 5a、 5bとの間の固着力を確保することができる。
[0061] また、高融点金属粉末 9としては、熱硬化性樹脂 7の熱硬化温度以下の温度で溶 融せず、かつ熱硬化性樹脂 7の加熱硬化時に低融点金属粉末 8と反応して融点が 3 00°C以上の高融点反応物を生成するものであれば特に限定されるものではなぐ Ti 、 Cr、 Au、 Ag、 Cu、 Ni、 Pt、 Bi、 Zn、 Pd、 Pb、 Mo、 Snやこれらの合金を使用する ことができる力 コスト面、導電性、腐食性、上記低融点金属粉末 8との反応性を考慮 すると、 Cuを使用するのが好ましい。
[0062] そして、低融点金属粉末 8として、 Sn— Bi等の Sn合金を使用し、高融点金属粉末
9として Cuを使用した場合、加熱硬化時には低融点金属粉末 8に含有される Sn成分 力 SCuとが反応し、 Cu Snや Cu Sn等の金属間化合物が生成される。また、低融点
6 5 3
金属粉末 8に Sn— Bi等の Sn合金を使用し、高融点金属粉末 9として Auを使用した 場合は、 AuSnからなる金属間化合物が生成され、 Agを使用した場合は、 AgSn
4 3 からなる金属間化合物が生成され、 Niを使用した場合は、 Ni Snからなる金属間化
3
合物が生成される。そして、これらの金属間化合物は、融点が 300°C以上の高融点 反応物であるので、リフロー加熱処理を繰り返したり、急激な温度変化を伴う熱衝撃 などが繰り返し負荷されても、接合界面が再溶融することもなぐ強固な固着力を確 保すること力 Sでさる。
[0063] 尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなぐ種々の変形が可能であ
[0064] 例えば、金属粉末 (低融点金属粉末 8及び高融点金属粉末 9)の総量に対する低 融点金属粉末 8の体積比率は、 25〜75体積%が好ましい。
[0065] これは、低融点金属粉末 8の体積比率が金属粉末の総量に対し 25体積%未満に なると、低融点金属粉末 8の占める体積比率が少なくなつて導電パス 11の形成が妨 げられ、導通性の低下を招く傾向があり、一方で低融点金属粉末 8の体積比率が金 属粉末の総量に対し 75体積%を超えると、高融点金属粉末 9と反応しな!/、未反応の 低融点金属粉末 8が残留し、導通性の低下を招いたり、高温での接続信頼性が低下 傾向となるからである。
[0066] また、高融点金属粉末 9を、該高融点金属粉末 9よりも低融点金属粉末 8に対して 濡れ性が高い金属で被覆するのも好ましい。このように高融点金属粉末 9よりも低融 点金属粉末 8に対して濡れ性が高い金属で高融点金属粉末 9を被覆することにより、 熱硬化性樹脂 7の加熱硬化時には低融点金属粉末 8が高融点金属粉末 9の表面に 濡れ拡カ ^やすくなる。そしてその結果、融点が 300°C以上の高融点反応物の生成 を促進させること力 Sでき、より導通性の高い導電パス 11を形成でき、より強固な界面 固着力を得ることができる。
[0067] そして、このような濡れ性の高い金属としては、 Sn、 Sn— Bi、 Sn— In、 Sn— Bi— I nなどの熱硬化性樹脂の熱硬化温度以下で溶融する金属や Au、 Ag、 Pt、 Pd等の 貴金属を使用することができる力、コスト面や高融点反応物の強度、耐久性を考慮す ると、 Sn、 Sn— Inを使用するのが好ましい。
[0068] また、濡れ性の高!/、金属としては、熱硬化性樹脂の熱硬化温度では溶融せずに低 融点金属粉末 8と反応することで熱硬化性樹脂の熱硬化温度で溶融する金属種を 使用することあでさる。
[0069] 次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
実施例 1
[0070] 〔導電性接合材料の調製〕
熱硬化性樹脂としてビスフエノール F型液状エポキシ樹脂、反応性稀釈材としてタ ーシャルブチルダリシジルエーテル、硬化剤としてアミン化合物、前記硬化剤の反応 抑制剤としてホウ素化合物とエポキシ樹脂との混合物、還元性物質としてこはく酸を
[0071] また、平均粒径 D1が lO ^ mで融点が 139°Cの Sn— 58Bi粉末(比重: 8. 93) (低 融点金属粉末)を用意し、さらに平均粒径 D2が 5 mで融点が約 1080°Cの Cu粉末 (比重: 8· 75) (高融点金属粉末)を用意した。尚、 Sn— 58Bi粉末の平均粒径 D1と Cu粉末の平均粒径 D2との粒径比 D1/D2は 2. 0である。
[0072] 次に、ビスフエノール F型液状エポキシ樹脂 100重量部に対し、ターシャルブチル グリシジルエーテル及びアミン化合物をそれぞれ 25重量部、ホウ素化合物とェポキ シ樹脂の混合物を 12. 5重量部、こはく酸を 15重量部秤量し、さらに、金属粉末(Sn 58Bi粉末及び Cu粉末)の総含有量が 70〜93重量%となり、かつ前記金属粉末 の総量に対する Sn— 58Bi粉末の体積比率が 50体積%となるように秤量し、これら 秤量物を乳鉢に投入し、乳棒で約 15分間撹拌して混合し、試料番号;!〜 6の導電性 接合材料を作製した。
[0073] 〔評価試料の作製〕
厚さ 0. 7mmのアルミナ基板上の所定位置に Ag Pdペーストを塗布し、焼付け処 理を施し、アルミナ基板上に間隔が 0. 8mmの一対のランド電極を形成した。
[0074] 次!/、で、厚さ 50 a mのメタルマスクを使用してランド電極上に上記導電性接合材料 を塗布した。
[0075] 次に、外部電極が Snからなる縦: 1 , 6mm、横: 0. 8mm、厚さ: 0. 8mmのチップ 型抵抗部品を前記導電性接合材料上に載置し、温度 200°Cの下、 30分間、エアー オーブン中で加熱処理を行!/、、試料番号;!〜 6の試料を得た。
[0076] 〔特性評価〕
試料番号;!〜 6の各試料につ!/、て、ミリオームハイテスタ(HIOKI社製: 3224型)を 使用してランド電極間の接続抵抗の初期値 Rを測定し、またボンドテスタ(DAGE社
0
製:シリーズ 4000)を使用して固着強度の初期値 Sを測定した。
0
[0077] 次いで、温度 105°C、湿度 100%の高温多湿下、 48時間 PCT (プレッシャータツ力 一テスト)を行い、 PCT後の抵抗値 R及び固着強度 Sを測定し、さらに、下記数式( 1)に基づいて PCT後の抵抗変化率 A Rを算出した。
[0078] A R = (R -R ) /R Χ 100· · · (1)
1 1 0 0
さらに、試料番号 1〜6の各試料について、最高温度が 270°Cに調整されたリフロ ー炉に 5回通過させてリフロー加熱処理を行った。そして、リフロー加熱処理後の抵 抗値 R及び固着強度 Sを測定し、リフロー後の抵抗変化率 A Rを数式 (2)に基づ いて算出した。
[0079] AR =(R -R )/R Χ100···(2)
2 2 0 0
表 1は試料番号 1〜6の導電性接合材料の仕様と実験結果を示している。
[0080] [表 1]
Figure imgf000017_0001
* 発明 囲
[0081] 評価基準として、接続抵抗の初期値 R力 ¾00πι Ω以下、抵抗変化率 A R A R
0 1 2 土が 200%以下、及び各固着強度が 10N/mm2以上の全てを満足する試料を良 品と判定し、これらの評価基準のうち、いずれか一つでも満足しなかった試料を不良 品とした。さらに、良品のうち、接続抵抗の初期値 R力 OOmQ以下、抵抗変化率 Δ
0
R A R が ± 100%以下、各固着強度が 20N/mm2以上の全てを満足する試料
1 2
を優秀品とした。表 1中、判定の欄には、優秀品を◎印、良品を〇印、不良品を X印 で示している。
[0082] この表 1から明らかなように、試料番号 1は金属粉末(Sn— 58Bi粉末及び Cu粉末) の総含有量が 70重量%と 75重量%を下回っているため、接続抵抗の初期値 Rが 4
0
70πιΩとなって 200πιΩを超え、また PCT後の抵抗変化率 A Rも 390%となって 20 0%を超え、さらに PCT後の固着強度も 14N/mm2となって 20N/mm2以下に低 下した。これは導電性接合材料中の金属粉末の含有量が少ないため、加熱硬化時 に Sn— 58Bi粉末の濡れ拡がりが不足し、このため十分な導電パスの生成がなされ ず、融点が 300°C以上の高融点反応物を十分に得ることができないため、 PCT後の 導通性や固着強度が低下し、耐湿性劣化を招いたものと思われる。
[0083] また、試料番号 6は、金属粉末(Sn— 58Bi粉末及び Cu粉末)の総含有量が 93重 量%と 88重量%を超えているため、固着強度が初期値 Sでも 7N/mm2と低ぐ PC
0
T後ゃリフロー処理後はそれぞれ 4N/mm2 2N/mm2と更に低くなつた。これは接 合界面における機械的な接着性を確保するための樹脂成分が相対的に少ないため 、固着強度の低下を招いたものと思われる。
[0084] これに対し試料番号 2 5は、金属粉末の総含有量が 75 88重量%であり、しか も、 Sn— 58Bi粉末の平均粒径 D1と Cu粉末の平均粒径 D2との粒径比 D1/D2が 2 . 0と本発明範囲内であり、 Sn— 58Bi粉末の金属粉末の総量に対する体積比率が 5 0体積%と好ましい範囲であるので、接続抵抗の初期値 Rが 2;! 130πι Ω PCT後
0
の抵抗変化率 A R力 ¾〜; 16%、リフロー後の抵抗変化率 A R 力 ¾ 25%、固着
1 2
強度が初期値で 15 31N/mm2 PCT後で 10 25N/mm2、リフロー後で 16 22N/mm2といずれも良好な結果を得た。特に、金属粉末の総含有量が 83 86重 量%の試料番号 3 4は、接続抵抗の初期値 Rが 2;! 58πι Ω PCT後の抵抗変化 率 A R力 ¾〜8%、リフロー後の抵抗変化率 A R 力 ¾ 25%、固着強度が初期値
1 2
で 29 31N/mm2 PCT後で 2;! 25N/mm2、リフロー後で 20N/mm2と極め て良好な結果が得られた。
[0085] 尚、試料番号 2の試料を、樹脂に埋め込んだ後、研磨し、ランド電極と外部電極と の界面の断面を観察しところ、導電性接合材料中に分散させた Sn— 58Bi粉末は、 外部電極を形成する Snやランド電極を形成する Ag— Pd、さらには Cu粉末との間で 高融点反応物を形成しており、これにより良好な接続信頼性の得られていることが確 認された。
実施例 2
[0086] 高融点金属粉末として、実施例 1の Cu粉末に代えて、膜厚 0. 05 ,1 mの Snで被覆 された Cu粉末(比重: 8. 86) (以下、「Snコート Cu粉末」という。)を使用した以外は、 〔実施例 1〕と同様の方法で試料番号 11 16の導電性接合材料を作製した。
[0087] そして、〔実施例 1〕と同様の方法'手順で接続抵抗の初期値 R及び固着強度の初
0
期値 Sを測定し、さらに PCT後及びリフロー処理後の各抵抗変化率 A R A R、及
0 1 2 び固着強度 S Sを算出した。
1 2
[0088] 表 2は試料番号 11〜; 16の導電性接合材料の仕様と実験結果を示している。
[0089] [表 2]
Figure imgf000020_0001
*は本発明範囲外
[0090] この表 2から明らかなように、試料番号 11〜; 16は、試料番号;!〜 6と略同様の傾向 が得られた。
[0091] すなわち、試料番号 11は、金属粉末(Sn— 58Bi粉末及び Snコート Cu粉末)の総 含有量が 70重量%と 75重量%を下回っているため、試料番号 1と略同様の理由か ら、接続抵抗の初期値 R力 ¾30πι Ωとなって 200πι Ωを超え、また PCT後の抵抗変
0
化率 A R力 60%となって 200%を超え、さらに PCT後の固着強度も 15N/mm2と なって 20N/mm2以下に低下した。
[0092] また、試料番号 16は、金属粉末の総含有量が 93重量%と 88重量%を超えている ため、試料番号 6と略同様の理由から、固着強度が初期値 Sでも 16N/mm2と低く
0
PCT後ゃリフロー処理後はそれぞれ 3N/mm2 8N/mm2と更に低くなつた。
[0093] これに対し試料番号 12 15は、金属粉末の含有量が 75 88重量%であり、しか も、 Sn— 58Bi粉末の平均粒径 D1と Snコート Cu粉末の平均粒径 D2との粒径比 D1 /D2が 2. 0と本発明範囲内であり、 Sn— 58Bi粉末の全金属粉末に対する体積比 率が 50体積%と好ましい範囲であるので、接続抵抗の初期値 R力 3〜; 102πι Ω P
0
CT後の抵抗変化率 A R力 ¾〜; 14%、リフロー後の抵抗変化率 A R 力 18%
1 2
、固着強度は初期値で 17 33N/mm2 PCT後で 14 28N/mm2、リフロー後 で 15 21N/mm2といずれも良好な結果を得た。特に、金属粉末の総含有量が 83 86重量%の試料番号 13 14は、接続抵抗の初期値 R力 ¾3 36πι Ω PCT後
0
の抵抗変化率 A R力 ¾〜4%、リフロー後の抵抗変化率 A R 力 18%、固着強
1 2
度が初期値で 30 31N/mm2 PCT後で 2;! 28N/mm2、リフロー後で 20 21 N/mm2と極めて良好な結果を得た。
[0094] 尚、〔実施例 1〕との比較では、総体的に接続抵抗及び固着強度の双方で向上する ことが分かった。これは Cu粉末が Sn— 58Bi粉末に対して濡れ性の高い Snで被覆さ れているため、導電パスの形成や、高融点反応物の生成が促進されたものと思われ 実施例 3
[0095] 低融点金属粉末として Sn— 58Bi粉末(比重: 8. 93)を使用し、高融点金属粉末と して Snコート Cu粉末(比重: 8. 86)を使用し、〔実施例 1〕と同様の方法により、粒径 比 D1/D2が 0. 2-10. 0の範囲で異なる試料番号 2;!〜 25の導電性接合材料を 作製した。
[0096] そして、〔実施例 1〕と同様の方法'手順で接続抵抗の初期値 R及び固着強度の初
0
期値 Sを測定し、さらに PCT後及びリフロー処理後の各抵抗変化率 A R、 A R、及
0 1 2 び固着強度 S、 Sを算出した。
1 2
[0097] 表 3は試料番号 2;!〜 25の導電性接合材料の仕様と実験結果を示している。
[0098] [表 3]
Figure imgf000023_0001
*は本発明範囲外
[0099] この表 3から明らかなように、試料番号 21は、粒径比 D1/D2が 0. 2とと 0. 5未満 であるため、 PCT後の抵抗変化率 A R力 ¾ 10%となって 200%を超えている。これ は Snコート Cu粉末同士の間隔に対し Sn— 58Bi粉末の平均粒径 D1が小さすぎるた め、加熱硬化時に Sn— 58Bi粉末が濡れ拡がっても Snコート Cu粉末同士を Sn— 5 8Bi粉末で巧く接続することができない箇所が生じ、このため導電性の良好な導電パ スを十分に形成することができず、その結果高温多湿下で長時間晒されると接続抵 抗が上昇し、導通性が低下するものと考えられる。
[0100] また、試料番号 25は、粒径比 D1/D2が 10. 0と 6. 0を超えているため、リフロー 後の抵抗変化率 A R力 1070%となって 200%を大幅に超えることが分かった。また
2
、固着強度が初期値 Sでも 19N/mm2と低ぐ PCT後ゃリフロー処理後はそれぞれ
0
18N/mm2 9N/mm2と更に低くなつた。これは Snコート Cu粉末の平均粒径 D2 に対する Sn— 58Bi粉末の平均粒径 D1が大きすぎるため、加熱硬化時に Sn— 58B i粉末同士が融着し、又は Sn— 58Bi粉末がランド電極や外部電極に濡れ拡がり、 S nコート Cu粉末間をつなぐ導電パスの形成が不足し、このため、 Snコート Cu粉末とラ ンド電極及び外部電極との接合強度を十分に得ることができず、固着力が劣化し、さ らには耐熱性も劣化したものと思われる。
[0101] これに対し試料番号 2;! 24は、粒径比 D1/D2が 0. 5 6. 0であり、しかも金属 粉末(Sn— 58Bi粉末及び Snコート Cu粉末)の総含有量が 86重量%と本発明範囲 内であり、 Sn— 58Bi粉末の金属粉末の総量に対する体積比率が 50体積%と好まし い範囲であるので、接続抵抗の初期値 R力 ¾6 71πι Ω PCT後の抵抗変化率 Δ
0
R力 〜; 18%、リフロー後の抵抗変化率 A R がー 5 22%、固着強度が初期値
1 2
で 30 39N/mm2 PCT後で 17 25N/mm2、リフロー後で 2;! 35N/mm2と いずれも良好な結果を得た。特に、粒径比 D1/D2が 0. 5 2. 0の試料番号 22 2 3は、接続抵抗の初期値 R力 ¾6 48πιΩ PCT後の抵抗変化率 A R力 〜; 18%
0 1
リフロー後の抵抗変化率 A R が— 5 ― 18%、固着強度が初期値で 30 39Ν/
2
mm2 PCT後で 23 25N/mm2、リフロー後で 2;! 33N/mm2と極めて良好な 結果が得られた。
実施例 4 [0102] Sn— 58Bi粉末と Snコート Cu粉末を用意し、〔実施例 1〕と同様の方法により、金属 粉末(Sn— 58Bi粉末及び Snコート Cu粉末)の総量に対する Sn— 58Bi粉末の体積 比率が、 20〜80体積%の範囲で異なる試料番号 3;!〜 36の導電性接合材料を〔実 施例 1〕と同様の方法で作製した。
[0103] 次いで、〔実施例 1〕と同様の方法 ·手順で接続抵抗の初期値 R及び固着強度の初
0
期値 Sを測定し、さらに PCT後及びリフロー処理後の各抵抗変化率 A R、 A R、及
0 1 2 び固着強度 S、 Sを算出した。
1 2
[0104] 表 4は試料番号 31〜36の導電性接合材料の仕様と実験結果を示している。
[0105] [表 4]
Figure imgf000026_0001
[0106] この表 4から明らかなように、接続抵抗の初期値 R力 6〜200πι Ω、 PCT後の抵
0
抗変化率 A R力 〜; 180%、リフロー後の抵抗変化率 A R 力 S— 65〜; 150%、固着
1 2
強度が初期値で 2;!〜 36N/mm2、 PCT後で 10〜28N/mm2、リフロー後で 10〜 42N/mm2といずれも良好な結果が得られた。
[0107] しかしながら、試料番号 31は、金属粉末の総量に対する Sn— 58Bi粉末の体積比 率が 20体積%であり、 25体積%以下と低いため、 Sn— 58Bi粉末の占める体積比 率が少なくなつて導電パスの形成が妨げられ、このため接続抵抗の初期値 Rが 110
0 πι Ω、 PCT後の抵抗変化率 A R力 110%となり、また PCT後の固着強度が 10N/ mm2となり、試料番号 32〜35に比べて実用上問題の無いレベルである力 電気的 及び機械的強度が比較的劣ることが分かった。
[0108] また、試料番号 36は、金属粉末の総量に対する Sn— 58Bi粉末の体積比率が 80 体積0 /oであり、 75体積0 /0を超えているため、 Snコート Cu粉末と反応しない Sn— 58B i粉末が未反応状態のまま残留し、このため接続抵抗の初期値 R力 ¾00πι Ω、 PCT
0
後の抵抗変化率 A R力 S180%、リフロー後の抵抗変化率 A R 力 50%、固着強度
1 2
力 SPCT後で 17N/mm2、リフロー後で 10N/mm2となり、この場合も試料番号 32〜 35に比べて実用上問題の無いレベルであるが、導通性の低下を招いたり、高温での 接続信頼性が低下し、電気的及び機械的強度が比較的劣ることが分かった。
[0109] 以上より、金属粉末の総量に対する Sn— 58Bi粉末の体積比率は、 25〜75体積 %が好ましレ、範囲であることが確認された。
実施例 5
[0110] 平均粒径 D1が lO ^ mの Sn— 58Bi粉末と、平均粒径 D2が 5 mの Cu粉末に膜 厚 0. 02 mの Auが被覆された Auコート Cu粉末を使用した以外は、〔実施例 1〕と 同様の方法 ·手順で試料番号 41の導電性接合材料を作製した。
[0111] また、上記 Auコート Cu粉末に代えて、平均粒径 D2が 5 mの Cu粉末に膜厚 0. 0 1 a mの Inが被覆された Inコート Cu粉末を使用した以外は、試料番号 41と同様の方 法-手順で試料番号 42の導電性接合材料を作製した。
[0112] さらに、導電性接合材料の調製過程で還元性物質を添加しなかった以外は試料番 号 42と同様の方法 ·手順で試料番号 43の導電性接合材料を作製した。 [0113] 次いで、〔実施例 1〕と同様の方法 ·手順で接続抵抗の初期値 R及び初期固着強
0
度 Sを測定し、さらに PCT後及びリフロー処理後の各抵抗変化率 A R、 A R、及び
0 1 2 固着強度 S、 Sを算出した。
1 2
[0114] 表 5は試料番号 41〜43の導電性接合材料の仕様と実験結果を示している。
[0115] [表 5]
Figure imgf000029_0001
*は本発明範囲外
[0116] この表 5から明らかなように、試料番号 43は、接続抵抗の初期値 Rは 7300m Ωと
0
なって導通性が低下し、また PCT後の抵抗変化率 A Rlも 790%と高くなり、 PCT後 の固着強度も 9N/mm2に低下した。これは導電性接合材料中に還元剤が含有され ていないため、 Inコート Cu粉末の表面には酸化物が除去されずに残存し、このため 熱硬化性樹脂の加熱硬化時には Sn— 58Bi粉末が Inコート Cu粉末の表面に濡れ 拡がりにくぐ高融点反応物の生成が促進されなくなるためと思われる。
[0117] これに対し試料番号 41及び 42は導電性接合材料中に還元性物質としてのこはく 酸が含有されており、しかも金属粉末の総含有量が 86重量%、粒径比 D1/D2が 2 . 0といずれも本発明範囲内であり、さらに Sn— 58Bi粉末の金属粉末の総量に対す る体積比率が 50体積%と好ましい範囲であるので、接続抵抗の初期値 R力 ¾;!〜 28
0
πι Ω、 PCT後の抵抗変化率 A R力 〜6%、リフロー後の抵抗変化率 A R 力 ¾5〜
1 2
10%、固着強度が初期値で 28〜33N/mm2、 PCT後で 20〜25N/mm2、リフ ロー後で 27〜30N/mm2といずれも極めて良好な結果が得られることが分かった。

Claims

請求の範囲
[1] 熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂の熱硬化温度以下の温度で溶融する第 1の金 属粉末と、前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度以下の温度で溶融せず、かつ前記熱硬 化性樹脂の加熱硬化時に前記第 1の金属粉末と反応して 300°C以上の高融点を有 する反応物を生成する第 2の金属粉末と、該第 2の金属粉末の表面に形成される酸 化物を除去する還元性物質とを含有し、
前記第 1の金属粉末及び前記第 2の金属粉末の含有量が、総計で 75〜88重量% であり、
かつ、前記第 1の金属粉末の平均粒径 D1と前記第 2の金属粉末の平均粒径 D2と の粒径比 D1/D2が、 0. 5〜6. 0であることを特徴とする導電性接合材料。
[2] 前記第 1の金属粉末及び前記第 2の金属粉末の総量に対する前記第 1の金属粉 末の体積比率は、 25〜75体積%であることを特徴とする請求項 1記載の導電性接 合材料。
[3] 前記第 2の金属粉末は、前記第 2の金属粉末よりも前記第 1の金属粉末に対して濡 れ性が高ぐかつ、前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度以下の温度で溶融する低融点 金属で被覆されていることを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載の導電性接合材 料。
[4] 前記第 2の金属粉末は Cuを主成分とした金属粉末であり、前記低融点金属は Sn を含有した金属であることを特徴とする請求項 3記載の導電性接合材料。
[5] 前記第 2の金属粉末は、該第 2の金属粉末よりも前記第 1の金属粉末に対して濡れ 性の高い金属で被覆されていることを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載の導電 性接合材料。
[6] 前記第 2の金属粉末は Cuを主成分とした金属粉末であり、前記濡れ性が高い金属 は貴金属であることを特徴とする請求項 5記載の導電性接合材料。
[7] 前記第 1の金属粉末は、 Sn— Bi合金粉末であることを特徴とする請求項 1乃至請 求項 6の!/、ずれかに記載の導電性接合材料。
[8] 第 1の電極を有する第 1の電気構造物と、第 2の電極を有する第 2の電気構造物と を備えた電子装置であって、 前記第 1の電極と前記第 2の電極とが、請求項 1乃至請求項 7のいずれかに記載の 導電性接合材料を介して電気的に接続されると共に、
前記第 1の金属粉末と前記第 2の金属粉末との界面、前記第 1の金属粉末と前記 第 1の電極との界面、及び前記第 1の金属粉末と前記第 2の電極との界面のうちの少 なくとも 1つの界面は、 300°C以上の高融点を有する反応物で結合されていることを 特徴とする電子装置。
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