接合方法、接合結(jié)構(gòu)體及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能得到無(wú)空隙、致密且耐熱性高、可靠性優(yōu)異的接合部的接合方法和接合部的可靠性高的接合結(jié)構(gòu)體。在將第1接合對(duì)象物3和第2接合對(duì)象物13用嵌入材料C接合時(shí)，第1接合對(duì)象物3和/或第2接合對(duì)象物13具有由Sn或含Sn合金構(gòu)成的第1金屬，在第1接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物之間配置以由含有選自Ni、Mn、Al及Cr中的至少一種和Cu的合金構(gòu)成的第2金屬為主要成分的嵌入材料D，進(jìn)行熱處理，生成第1接合對(duì)象物和/或第2接合對(duì)象物所具有的低熔點(diǎn)金屬與嵌入材料中所含的上述合金的金屬間化合物，由此將第1接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物接合。
【專利說(shuō)明】接合方法、接合結(jié)構(gòu)體及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將一方的接合對(duì)象物(第I接合對(duì)象物)和另一方的接合對(duì)象物(第2接合對(duì)象物)接合的接合方法和使用該接合方法形成的接合結(jié)構(gòu)體，更詳細(xì)地，涉及例如在將作為第I接合對(duì)象物的芯片型電子部件的外部電極接合到作為第2接合對(duì)象物的基板上的安裝用電極時(shí)等情況中所使用的接合方法、使用該接合方法形成的接合結(jié)構(gòu)體及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]作為將表面安裝型電子部件安裝在基板等上時(shí)的安裝方法，將電子部件的外部電極焊接到基板上的安裝用電極(陸地電極)等上進(jìn)行安裝的方法被廣泛使用。
[0003]作為在這種通過(guò)焊接進(jìn)行安裝的方法中所使用的焊膏，例如，有人提出含有(a)由Cu、Al、Au、Ag等高熔點(diǎn)金屬或含有這些金屬的高熔點(diǎn)合金構(gòu)成的第2金屬(或合金)球與(b)由Sn或In構(gòu)成的第I金屬球的混合體的焊膏(可參見(jiàn)專利文獻(xiàn)I)。
[0004]此外，在該專利文獻(xiàn)I中還公開(kāi)了使用該焊膏的接合方法和電子設(shè)備的制造方法。
[0005]然而，在使用該專利文獻(xiàn)I的焊膏進(jìn)行焊接時(shí)，如圖6(a)示意所示，含有低熔點(diǎn)金屬(例如Sn)球51、高熔點(diǎn)金屬(例如Cu)球52和助焊劑53的焊膏加熱后反應(yīng)，焊接后，如圖6 (b)所示，多個(gè)高熔點(diǎn)金屬球52介由來(lái)自低熔點(diǎn)金屬球的低熔點(diǎn)金屬和來(lái)自高熔點(diǎn)金屬球的高熔點(diǎn)金屬之間形成的金屬間化合物54而連結(jié)，通過(guò)該連結(jié)體，接合對(duì)象物連接-連結(jié)(焊接)在一起。
[0006]然而，在為該專利文獻(xiàn)I的焊膏的情況下，在焊接工序中對(duì)焊膏進(jìn)行加熱，以生成高熔點(diǎn)金屬(例如Cu)和低熔點(diǎn)金屬(例如Sn)的金屬間化合物，但在Cu (高熔點(diǎn)金屬)與Sn(低熔點(diǎn)金屬)的組合中，作為低熔點(diǎn)金屬的Sn因其擴(kuò)散速度慢而殘留。而且，若焊膏中有Sn殘留，則高溫下的接合強(qiáng)度會(huì)大幅降低，根據(jù)要接合的產(chǎn)品的種類，有時(shí)會(huì)無(wú)法使用。此外，會(huì)有焊接工序中殘留的Sn在之后的其他焊接工序中熔融而流出之虞，作為在溫階連接中使用的高溫焊料，存在可靠性低的問(wèn)題。
[0007]S卩，例如在半導(dǎo)體裝置的制造工序中，經(jīng)過(guò)進(jìn)行焊接的工序制造半導(dǎo)體裝置后，想要用回流焊的方法將該半導(dǎo)體裝置安裝到基板上時(shí)，會(huì)有半導(dǎo)體裝置的制造工序的焊接工序中殘留的Sn在回流焊工序中熔融而流出之虞。
[0008]此外，要使低熔點(diǎn)金屬完全成為金屬間化合物，使Sn不殘留，在焊接工序中，需要高溫且長(zhǎng)時(shí)間的加熱，但由于要兼顧生產(chǎn)效率，因而實(shí)際上不可行。
[0009]為了解決這種問(wèn)題，有人提出含有由第I金屬粉末和熔點(diǎn)高于第I金屬粉末的第2金屬粉末構(gòu)成的金屬成分及助焊劑成分的焊膏，使第I金屬為Sn或含Sn合金，使第2金屬(Cu-Mn或Cu-Ni)為會(huì)與上述第I金屬生成顯示310°C以上的熔點(diǎn)的金屬間化合物且在第2金屬粉末的周圍最初生成的金屬間化合物的晶格常數(shù)與第2金屬成分的晶格常數(shù)之差即晶格常數(shù)差在50%以上的金屬或合金(可參見(jiàn)專利文獻(xiàn)2)。
[0010]另外，在該專利文獻(xiàn)2中，作為第2金屬，舉例示出了 Cu-Mn或Cu-Ni等。
[0011 ] 此外，專利文獻(xiàn)2中，還提出了使用上述焊膏的接合方法、接合結(jié)構(gòu)以及電子設(shè)備的制造方法。
[0012]而且，根據(jù)使用該焊膏的接合方法，能夠進(jìn)行可大幅減少Sn殘留量、在回流焊時(shí)不發(fā)生焊料流出、高溫下的接合強(qiáng)度、接合可靠性優(yōu)異的接合。
[0013]然而，在使用專利文獻(xiàn)2的焊膏的接合方法中，Cu-Mn、Cu-Ni等第2金屬與Sn或Sn合金等第I金屬的擴(kuò)散反應(yīng)快速發(fā)生，因而，Sn呈現(xiàn)液狀的時(shí)間短，迅速形成熔融溫度高的金屬間化合物，因此，視情況，可能會(huì)在接合部?jī)?nèi)產(chǎn)生空隙。因此，期待有一種能夠進(jìn)行接合可靠性更高的接合的接合方法。
[0014]專利文獻(xiàn):
[0015]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2002-254194號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)2 =PCT專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書第2011/027659號(hào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而作出的，旨在提供能夠得到?jīng)]有空隙、致密、耐熱性優(yōu)異、可靠性高的接合部的接合方法，使用該接合方法形成的接合可靠性高的接合結(jié)構(gòu)體，以及制造該接合結(jié)構(gòu)體的制造方法。
[0018]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的接合方法是用于將第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物用嵌入材料接合的方法，在該方法中，
[0019]所述第I接合對(duì)象物和/或所述第2接合對(duì)象物具有由熔點(diǎn)低于構(gòu)成下述嵌入材料的合金的Sn或含Sn合金構(gòu)成的第I金屬，
[0020]所述嵌入材料以第2金屬為主要成分,所述第2金屬為含有選自N1、Mn、Al及Cr中的至少一種和Cu的合金，
[0021]在將所述嵌入材料配置在所述第I接合對(duì)象物和所述第2接合對(duì)象物之間的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，生成所述第I接合對(duì)象物和/或所述第2接合對(duì)象物具有的所述第I金屬與構(gòu)成所述嵌入材料的所述第2金屬的金屬間化合物，由此將所述第I接合對(duì)象物和所述第2接合對(duì)象物接合。
[0022]另外，作為第I和第2接合對(duì)象物，例如可以列舉芯片型電子部件的外部電極和搭載有芯片型電子部件的基板上的安裝用電極的情況，但在本發(fā)明中，包括一方的接合對(duì)象物例如為“鍍有Sn或Sn合金的Cu線”的情況等。
[0023]此外，在本發(fā)明中，作為由Sn或含Sn合金構(gòu)成的第I金屬，可以列舉以由形成在電極表面的Sn或含Sn合金構(gòu)成的鍍層的形式提供的情況等。這種情況下，優(yōu)選由第I金屬(Sn或含Sn合金)構(gòu)成的鍍層在第I和/或第2接合對(duì)象物的最表面，但其表面上還可進(jìn)一步形成其他層(例如貴金屬層等)。
[0024]此外，上述嵌入材料以上述合金(第2金屬)為主要成分，但也可在其表面上形成Sn鍍層、Au鍍層等抗氧化膜。
[0025]在本發(fā)明中，優(yōu)選上述第I金屬(含Sn合金)為含Sn70重量％以上的合金。
[0026]第I金屬為含Sn70重量％以上的合金時(shí)，能夠更切實(shí)地獲得本發(fā)明的效果，即能夠得到?jīng)]有空隙且耐熱性高、可靠性優(yōu)異的接合部。
[0027]此外,優(yōu)選上述第I金屬(含Sn合金)為含Sn85重量％以上的合金。
[0028]第I金屬為含Sn85重量％以上的合金時(shí)，能更切實(shí)地得到耐熱性更高的接合部。
[0029]此外,在本發(fā)明中，優(yōu)選構(gòu)成上述嵌入材料的第2金屬以Cu-Ni合金或Cu-Mn合金為主要成分。
[0030]在構(gòu)成嵌入材料的第2金屬以Cu-Ni合金和/或Cu-Mn合金為主要成分時(shí)，能得到尤其是耐熱性高的接合部。
[0031 ] 此外，優(yōu)選上述Cu-Ni合金在5?30重量％的范圍內(nèi)含有Ni，上述Cu-Mn合金以5?30重量％的比例含有Mn。
[0032]通過(guò)上述構(gòu)成，能更切實(shí)地得到尤其是耐熱性高的接合部。
[0033]此外，本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)體的特征在于，用上述本發(fā)明的接合方法形成。
[0034]此外，本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)體的制造方法的特征在于，使用上述本發(fā)明的接合方法。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的接合方法，在使用嵌入材料將第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物接合時(shí)，第I接合對(duì)象物和/或第2接合對(duì)象物具有由Sn或含Sn合金構(gòu)成的第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)，嵌入材料以含有選自N1、Mn、Al及Cr中的至少一種和Cu的合金(第2金屬)為主要成分，在嵌入材料位于第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物之間的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，生成第I接合對(duì)象物和/或第2接合對(duì)象物具有的第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)與構(gòu)成嵌入材料的第2金屬(上述Cu合金)的金屬間化合物，由此將第I接合對(duì)象我和第2接合對(duì)象物接合，因而能得到耐熱性優(yōu)異、可靠性高的接合部。
[0036]S卩，由于第I和/或第2接合對(duì)象物具有第I金屬(Sn或含Sn合金)，嵌入材料以第2金屬即含有選自N1、Mn、Al及Cr中的至少一種和Cu的合金為主要成分，因而在熱處理工序中，第2金屬(上述Cu合金)和上述第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)快速擴(kuò)散，在接合部上生成高熔點(diǎn)的金屬間化合物，并且第I金屬基本上變成金屬間化合物。其結(jié)果，例如在第I接合對(duì)象物為電子部件的外部電極、第2接合對(duì)象物為基板的安裝用電極的情況下，均能得到在電子部件安裝后的階段，在實(shí)施多次回流焊的情況下，以及在安裝的電子部件(例如車載用電子部件)在高溫下使用等情況下都不會(huì)引起電子部件的脫落等、高溫下的接合可靠性高的接合部。
[0037]另外，在使用嵌入材料接合第I和第2接合對(duì)象物時(shí)，在嵌入材料位于第I和第2接合對(duì)象物之間的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理。此時(shí)，溫度達(dá)到第I金屬(Sn或Sn合金等低熔點(diǎn)金屬)的熔點(diǎn)以上時(shí)，第I和/或第2接合對(duì)象物中的第I金屬熔融。第I金屬和嵌入材料中的第2金屬(Cu合金)迅速擴(kuò)散，生成金屬間化合物。
[0038]然后進(jìn)一步繼續(xù)加熱，作為低熔點(diǎn)金屬的第I金屬與第2金屬進(jìn)一步反應(yīng)，在第I金屬和第2金屬的組成比等處于適宜條件的情況下，第I金屬全部變成金屬間化合物，第I金屬不再存在于接合部。
[0039]另外，在本發(fā)明中，在第I金屬和第2金屬的界面上生成的金屬間化合物與第2金屬之間的晶格常數(shù)差大(第2金屬和金屬間化合物的晶格常數(shù)差在50%以上)，因此，在熔融第I金屬(Sn或Sn合金)中，金屬間化合物邊剝離、分散邊反復(fù)進(jìn)行反應(yīng)，金屬間化合物的生成飛躍性地進(jìn)行，能夠在在短時(shí)間內(nèi)充分減少第I金屬(Sn或Sn合金)的含量。
[0040]其結(jié)果，能夠進(jìn)行耐熱強(qiáng)度大的接合。
[0041]另外，構(gòu)成第2金屬(Cu合金)的Al和Cr與Cu相比,第I離子化能均小,這些金屬(Al和Cr)固溶在Cu中，因此，與Cu相比，Al和Cr先被氧化。其結(jié)果，未被氧化的Cu向熔融的第I金屬(Sn或含Sn合金)的擴(kuò)散得到促進(jìn)，在非常短的時(shí)間內(nèi)，與第I金屬之間生成金屬間化合物。因此，與該部分相應(yīng)地，接合部中的第I金屬的含量降低，接合部的熔點(diǎn)上升，耐熱強(qiáng)度提聞。
[0042]此外，在本發(fā)明中，能以板狀等表面積小的形式供給含有第2金屬(Cu合金)的嵌入材料，因而能夠減慢與第I和/或第2接合對(duì)象物中所含的第I金屬(Sn或Sn合金)的反應(yīng)。
[0043]即，在使嵌入材料為板狀時(shí)，與例如將構(gòu)成嵌入材料的第2金屬以膏狀這樣的表面積大的粉末的形式供給的情況相比，能使第2金屬的表面積充分小，減緩與第I金屬的反應(yīng)。其結(jié)果，能夠延長(zhǎng)第I金屬(Sn或Sn合金)以液體存在的時(shí)間，形成無(wú)空隙、致密的接合部。
[0044]此外，由于第I金屬為液體的時(shí)間變長(zhǎng)，因而，由于液體狀的第I金屬的表面張力，自對(duì)準(zhǔn)性也提高。
[0045]此外，根據(jù)本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)體，如上述那樣，第I和第2接合對(duì)象物介由以高熔點(diǎn)的金屬間化合物為主要成分的接合部被切實(shí)地接合，因而能夠提供耐熱強(qiáng)度也優(yōu)異的接合結(jié)構(gòu)體。
[0046]另外，為了更切實(shí)地得到本發(fā)明的效果，優(yōu)選第I和第2接合對(duì)象物具有的第I金屬(Sn或Sn合金)的量和嵌入材料中所含的第2金屬(含有選自N1、Mn、Al及Cr中的至少一種和Cu的合金)的比例在規(guī)定的范圍內(nèi)，通常，相對(duì)于第I金屬的量和第2金屬的合計(jì)量，優(yōu)選第I金屬的比例在70體積％以下。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1是顯示作為供實(shí)施本發(fā)明的接合方法用的第I (或第2)接合對(duì)象物的芯片型電子部件的圖。
[0048]圖2是顯示具有作為供實(shí)施本發(fā)明的接合方法用的第2(或第I)接合對(duì)象物的安裝用電極的玻璃環(huán)氧基板的圖。
[0049]圖3是顯示用本發(fā)明的接合方法將第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物接合時(shí)的一個(gè)工序的圖。
[0050]圖4是顯示用本發(fā)明的接合方法將第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物接合而成的接合結(jié)構(gòu)體的圖。
[0051]圖5是顯示用本發(fā)明的接合方法將第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物接合而成的接合結(jié)構(gòu)體的變形例的圖。
[0052]圖6是顯示用現(xiàn)有的焊膏進(jìn)行焊接時(shí)的焊料性狀的圖，(a)是顯示加熱前的狀態(tài)的圖，(b)是顯示焊接工序結(jié)束后的狀態(tài)的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0053]下面顯示本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的特征進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
[0054]另外，在該實(shí)施方式中，以將陶瓷層疊體的兩端部上配設(shè)有外部電極的芯片型電子部件(層疊陶瓷電容器)的外部電極(第I接合對(duì)象物)介由嵌入材料接合到玻璃環(huán)氧基板上的安裝用電極上(第2接合對(duì)象物)上的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0055]〔第I和第2接合對(duì)象物的準(zhǔn)備〕
[0056]首先，作為第I接合對(duì)象物，如圖1所示，準(zhǔn)備具有外部電極3的芯片型電子部件A，該外部電極3通過(guò)在形成在內(nèi)部電極4和陶瓷層5交替層疊成的陶瓷層疊體10的兩端部上的由Cu厚膜電極構(gòu)成的外部電極主體I的表面上形成表I和2的試樣編號(hào)I?25所不的Sn或含Sn合金(熔點(diǎn)低于構(gòu)成嵌入材料的Cu合金的第I金屬)的鍍層而形成。
[0057]另外，雖在圖中未示出，但在Cu厚膜電極與Sn或含Sn合金的鍍層2之間形成了Ni鍍層。
[0058]此外，鍍層2不必覆蓋外部電極主體I的整個(gè)表面，只要以在熱處理工序中會(huì)與下述嵌入材料C反應(yīng)、形成金屬間化合物的方式給到外部電極主體I上即可。
[0059]此外，作為第2接合對(duì)象物，如圖2所示，準(zhǔn)備具有安裝用電極13的玻璃環(huán)氧基板B，該安裝用電極13通過(guò)在形成在主面上的Cu電極膜11的表面上形成表I和2的試樣編號(hào)I?25所示的第I金屬(Sn或含Sn合金)的鍍層12而形成。另外，鍍層12可以以如圖2所示的覆蓋Cu電極膜11的整個(gè)表面、即Cu電極膜11的上表面和側(cè)面的方式形成，也可以僅形成在Cu電極膜11的上表面，甚至僅形成在上表面的一部分上。
[0060]在該實(shí)施方式中，作為第I接合對(duì)象物(芯片型電子部件的外部電極)和第2接合對(duì)象物(玻璃環(huán)氧基板的安裝用電極)的鍍層2及12用的第I金屬，如表I和2所示，使用了 Sn-3Ag-0.5Cu、Sn、Sn-3.5Ag, Sn-0.75Cu、Sn_15B1、Sn-0.7Cu_0.05N1、Sn_5Sb、Sn-2Ag-0.5Cu-2B1、Sn-30B1、Sn-3.5Ag_0.5Bi_8In、Sn_9Zn、Sn-8Zn_3Bi。
[0061]另外,在上述第I金屬的標(biāo)記中，例如試樣編號(hào)I的“Sn-3Ag_0.5Cu”表不,低熔點(diǎn)金屬材料是含有Ag3重量％、Cu0.5重量％、其余部分為Sn的合金(Sn合金)。
[0062]〔嵌入材料的準(zhǔn)備〕
[0063]此外，作為嵌入材料，準(zhǔn)備了由表I和2所示的Cu合金(第2金屬)形成的板狀的嵌入材料。
[0064]另外，作為構(gòu)成嵌入材料的第2金屬，如表I和2所示，使用了 Cu_5N1、Cu-1ONi,Cu-15N1、Cu-20N1、Cu_30N1、Cu_5Mn、Cu-1OMn、Cu_15Mn、Cu_20Mn、Cu_30Mn、Cu_12Mn_4N1、Cu-10Mn-lP、Cu-1OAl、Cu-1OCr 合金。
[0065]作為構(gòu)成嵌入材料的第2金屬,通常可以使用Cu-N1、Cu-Mn、Cu-Al和Cu-Cr合金中的任一種，但也可以如試樣編號(hào)22那樣同時(shí)含有Mn和Ni,還可以如試樣編號(hào)23那樣含有P (磷)等第3成分。
[0066]此外，為了進(jìn)行比較，作為嵌入材料，準(zhǔn)備了不具備本發(fā)明要件的表2的試樣編號(hào)26和27的嵌入材料。
[0067]另外，試樣編號(hào)26的嵌入材料由Cu形成,此外,試樣編號(hào)27的嵌入材料由Cu-Zn
合金形成。
[0068]〔第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物的接合〕
[0069]如圖3所示，載置表I和2的各芯片型電子部件A，并使外部電極(第I接合對(duì)象物)3介由表I和2的各嵌入材料C與表I和2的各玻璃環(huán)氧基板B上的安裝用電極(第2接合對(duì)象物)13相向，在250°C、30分鐘的條件下進(jìn)行回流焊。
[0070]這樣，如圖4所示，得到了芯片型電子部件A的外部電極(第I接合對(duì)象物)3和玻璃環(huán)氧基板B的安裝用電極(第2接合對(duì)象物)13介由金屬間化合物(接合部)M12而接合的接合結(jié)構(gòu)體D。
[0071]另外，圖5顯示通過(guò)上述方法得到的接合結(jié)構(gòu)體D的變形例。對(duì)本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)體而言，如圖5所示，嵌入材料C的一部分可以殘存，此外，在構(gòu)成外部電極3的Sn或含Sn合金(低熔點(diǎn)金屬)的鍍層2中，不與嵌入材料C接觸的部分的鍍層2也可以未反應(yīng)的狀態(tài)殘留。
[0072]此外，同樣地，使用不具備本發(fā)明要件的嵌入材料(試樣編號(hào)26的由Cu構(gòu)成的嵌入材料和試樣編號(hào)27的由Cu-Zn合金構(gòu)成的嵌入材料)，將與試樣編號(hào)I?10中使用的相同的芯片型電子部件的外部電極接合在玻璃環(huán)氧基板的安裝用電極上。
[0073]〔特性評(píng)價(jià)〕
[0074]以按上述那樣得到的接合結(jié)構(gòu)體作為試樣，用以下方法進(jìn)行了特性評(píng)價(jià)。
[0075]《接合強(qiáng)度》
[0076]使用接合強(qiáng)度測(cè)定儀測(cè)定了所得接合結(jié)構(gòu)體的剪切強(qiáng)度，并對(duì)接合強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
[0077]剪切強(qiáng)度的測(cè)定在橫推速度:0.1mm.s'室溫和260°C的條件下進(jìn)行。
[0078]將剪切強(qiáng)度在20NmnT2以上的試樣評(píng)價(jià)為◎(優(yōu))，2NmnT2以上、小于20NmnT2的試樣評(píng)價(jià)為良(〇)，2Nmm 2以下的試樣評(píng)價(jià)為X (不合格)。
[0079]在表I和2中一并示出對(duì)各試樣測(cè)得的室溫和260°C下的接合強(qiáng)度的值和評(píng)價(jià)結(jié)果O
[0080]《殘留成分評(píng)價(jià)》
[0081]切取約7mg在回流焊后凝固的接合部的金屬間化合物(反應(yīng)生成物)，在測(cè)定溫度30°C?300°C、升溫速度5°C /min、N2氣氛、對(duì)照物A1203的條件下進(jìn)行差示掃描量熱測(cè)定(DSC測(cè)定)。由所得DSC圖中第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)成分在熔融溫度下的熔融吸熱峰的吸熱量對(duì)殘留的低熔點(diǎn)金屬成分量進(jìn)行了定量，求出殘留低熔點(diǎn)金屬含有率(體積％ )。將殘留低熔點(diǎn)金屬含有率為O體積％的情況評(píng)價(jià)為◎(優(yōu))，將大于O體積％、在50體積％以下的情況評(píng)價(jià)為良(〇)，將大于50體積％的情況評(píng)價(jià)為X(不合格)。
[0082]在表I和2中一并示出殘留低熔點(diǎn)金屬含有率和評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0083]《流出不良率》
[0084]所得接合結(jié)構(gòu)體的流出不良率用以下方法測(cè)定。
[0085]首先，將接合結(jié)構(gòu)體用環(huán)氧樹(shù)脂密封并放置在相對(duì)濕度85%的環(huán)境中，在峰值溫度260°C的回流焊條件下進(jìn)行加熱。將接合材料再熔融流出的試樣視為不良，檢查流出不良的發(fā)生比例。由該結(jié)果求出流出不良發(fā)生率。
[0086]將接合材料的流出不良率為O的情況評(píng)價(jià)為◎(優(yōu))，將大于0%、在50%以下的情況評(píng)價(jià)為良(〇)，將大于50%的情況評(píng)價(jià)為※(不合格)。
[0087]在表I和2中一并示出流出不良發(fā)生率和評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0088]《致密性》
[0089]用金屬顯微鏡觀察所得接合結(jié)構(gòu)體的截面，確認(rèn)有無(wú)存在于接合部的空隙。將不存在一邊在50 μ m以上的空隙的情況評(píng)價(jià)為◎(優(yōu))，存在的情況評(píng)價(jià)為X。
[0090]在表I和2中一并示出致密性評(píng)價(jià)結(jié)果。m β I O @ ο ◎ S ◎ oe Il ?sIDtsS

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[0097]此外，關(guān)于殘留低熔點(diǎn)金屬含有率，確認(rèn)試樣編號(hào)26、27的比較例試樣的殘留低熔點(diǎn)金屬含有率大于50體積與此相對(duì),試樣編號(hào)I?25的本發(fā)明的實(shí)施例試樣的殘留低熔點(diǎn)金屬含有率均在50體積％以下。
[0098]此外還確認(rèn)，與使用Cu-Al合金或Cu-Cr合金作為構(gòu)成嵌入材料的第2金屬的試樣編號(hào)24、25的試樣相比，使用Cu-N1、Cu-Mn、Cu-Mn-Ni, Cu-Mn-P合金的試樣編號(hào)I?23的試樣的殘留低熔點(diǎn)金屬含有率低。
[0099]此外還確認(rèn)，使用Ni量或Mn量為5?20重量％的Cu-Ni合金或Cu-Mn合金的試樣編號(hào)I?4、6?9的試樣與Ni量或Mn量為30重量％的試樣編號(hào)5、10的試樣相比，殘留低熔點(diǎn)金屬含有率低。
[0100]還確認(rèn),在作為第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)而使用Sn或含Sn85重量％以上的合金的情況下(試樣編號(hào)I?4、6?9、11?17、19?23),殘留低熔點(diǎn)金屬含有率為O體積尤其優(yōu)選。
[0101]此外，關(guān)于接合材料的流出不良率，試樣編號(hào)26、27的比較例試樣的流出不良率在50%以上，與此相對(duì)，試樣編號(hào)I?25的本發(fā)明的實(shí)施例試樣的流出不良率均在50%以下。
[0102]還確認(rèn)，尤其是在使用Sn或含Sn85重量％以上的合金作為低熔點(diǎn)金屬、使用Ni量或Mn量為5?20重量％的合金作為第2金屬的情況下(試樣編號(hào)I?4、6?9、11?
17、19?23)，流出不良率為O %，具有高耐熱性。
[0103]此外，如上述那樣，還確認(rèn)具備本發(fā)明要件的試樣編號(hào)I?25的試樣不受第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)的種類的左右，均具有符合實(shí)用要求的耐熱性，但第2金屬的Ni量或Mn量為30重量％的試樣編號(hào)5、10的試樣與其他試樣(I?4、6?9、11?25的試樣)相比，存在260°C下的接合強(qiáng)度稍有降低的傾向。
[0104]另外還確認(rèn)，使用本發(fā)明的接合方法時(shí)，與如上述專利文獻(xiàn)2的接合方法那樣用含有Sn等第I金屬粉末、熔點(diǎn)高于第I金屬粉末的第2金屬粉末(Cu-Mn合金或Cu-Ni合金)和助焊劑的焊膏將不含Sn等第I金屬的第I和第2接合對(duì)象物接合的情況相比，能得到致密性高的接合部。
[0105]另外，在上述實(shí)施方式中，以第I接合對(duì)象物為芯片型電子部件(層疊陶瓷電容器)的外部電極、第2接合對(duì)象物為玻璃環(huán)氧基板的安裝用電極的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但第I和第2接合對(duì)象物的種類不局限于此。
[0106]例如，第I和/或第2接合對(duì)象物也可以是具有其他結(jié)構(gòu)的電子部件的外部電極、形成在其他基板上的電極。
[0107]此外，本發(fā)明也能應(yīng)用到將“鍍有Sn或Sn合金的Cu線”接合到基板上的電極、電子部件的外部電極上的情況。
[0108]本發(fā)明在其他方面也不局限于上述實(shí)施方式，關(guān)于第I金屬和第2金屬的組成等，在發(fā)明范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種應(yīng)用、變形。
[0109]符號(hào)說(shuō)明:
[0110]I外部電極主體
[0111]2構(gòu)成外部電極的第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)的鍍層
[0112]3外部電極(第I接合對(duì)象物)
[0113]10陶瓷層疊體
[0114]11Cu 電極膜
[0115]12構(gòu)成安裝用電極的第I金屬(低熔點(diǎn)金屬)的鍍層
[0116]13安裝用電極(第2接合對(duì)象物)
[0117]A芯片型電子部件
[0118]B玻璃環(huán)氧基板
[0119]C嵌入材料
[0120]D接合結(jié)構(gòu)體
[0121]Ml 2金屬間化合物
【權(quán)利要求】
1.接合方法，其是用嵌入材料將第I接合對(duì)象物和第2接合對(duì)象物接合的方法，其中， 所述第I接合對(duì)象物和/或所述第2接合對(duì)象物具有由熔點(diǎn)比構(gòu)成下述嵌入材料的合金低的Sn或含Sn合金構(gòu)成的第I金屬， 所述嵌入材料以第2金屬為主要成分，所述第2金屬為含有選自N1、Mn、Al及Cr中的至少一種和Cu的合金， 在將所述嵌入材料配置在所述第I接合對(duì)象物和所述第2接合對(duì)象物之間的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，生成所述第I接合對(duì)象物和/或所述第2接合對(duì)象物所具有的所述第I金屬與構(gòu)成所述嵌入材料的所述第2金屬的金屬間化合物，由此將所述第I接合對(duì)象物和所述第2接合對(duì)象物接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述第I金屬是含Sn70重量％以上的合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述第I金屬是含Sn85重量％以上的合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合方法，其特征在于，所述第2金屬以Cu-Ni合金或Cu-Mn合金為主要成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接合方法，其特征在于，所述Cu-Ni合金在5?30重量％的范圍內(nèi)含有Ni，所述Cu-Mn合金以5?30重量％的比例含有Mn。
6.接合結(jié)構(gòu)體，其特征在于，通過(guò)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的接合方法形成。
7.接合結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的接合方法。
【文檔編號(hào)】B23K35/26GK104144764SQ201380012362
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】中野公介, 高岡英清 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所