CN101506906A - 导电性接合材料及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电性接合材料，含有：热固性树脂(7)、以该热固性树脂(7)的热固化温度以下的温度熔融的低熔点金属粉末(8)、在所述热固性树脂(7)的热固化温度以下的温度下不熔融且在热固性树脂(7)的加热固化时与低熔点金属粉末(8)发生反应而生成具有300℃以上的高熔点的反应物的高熔点金属粉末(9)、除去形成于高熔点金属粉末(9)的表面的氧化物的还原性物质，低熔点金属粉末(8)及高熔点金属粉末(9)的总含量为75～88重量％，低熔点金属粉末(8)的平均粒径D1和高熔点金属粉末(9)的平均粒径D2的粒径比D1/D2为0.5～6.0。由此，即使在反复进行回流加热处理而承受与剧烈的温度变化相伴的热冲击的情况下，也可以实现具有良好的导通性及高的连接强度的导电性接合材料及使用该导电性接合材料的电子装置。

Description

导电性接合材料及电子装置
技术领域
本发明涉及导电性接合材料及电子装置，具体而言是涉及将各种片状电子部件及印刷电路布线板等电结构物彼此接合的导电性接合材料、及经由所述导电性接合材料接合多个电结构物而成的电子装置。
背景技术
以往，公知使用含有热固性树脂和金属粉末的导电性接合剂对多个电结构物接合而成的电子装置。
例如，如图6所示，专利文献1提出一种连接结构体，在基板101上形成有第一电极102，并且，在电子器件103上形成有第二电极104，第一电极102及第二电极104连接于通过金属微粒子的熔敷而确保导通的电极连接部105，并且，电极连接部105间设有由导电性接合剂构成的中间连接部106，且所述金属微粒子在所述导电性接合剂的热固化温度以下进行熔敷，所述导电性接合剂含有在该导电性接合剂的热固化温度以下不发生熔敷的粒径的导电性填料。
在该专利文献中，电极连接部105由导电性接合剂构成，该导电性接合剂包括：在导电性接合剂的热固化温度以下发生熔敷的Ag等金属微粒子、在导电性接合剂的热固化温度以下不发生熔敷的粒径的导电性填料、接合剂。
另外，在专利文献1中，通过加热固化处理经由包含于电极连接部105的金属微粒子使第一及第二电极102、104和导电性填料熔敷，再经由所述金属微粒子使各导电性填料熔敷，由此，提高了在界面的粘着力。
另外，如图7所示，专利文献2提出了一种由热传导性材料109接合第一基板107和第二基板108的热传导性接合体。
专利文献2的热传导性材料109包括含有有机酸的热固性树脂110和热传导性填料，所述热传导性填料的组成包括具有熔点比热固性树脂110的热固化温度高的第一填料111、具有熔点比热固性树脂110的热固化温度低的第二填料112。
另外，专利文献2公示的实施例为，调整热传导性填料(第一及第二填料)相对于热固性树脂110及热传导性填料111、112的总量的体积比率，使其为50体积％(相当于89重量％)。
在专利文献2中，热传导性填料含有熔点比热固性树脂110的热固化温度低的第二填料112，因此，在热固性树脂110热固化之前第二填料112熔融，第一填料111和第二填料112熔敷。另外，热传导性填料含有比热固性树脂的热固化温度高的熔点的第一填料111，因此，在热固性树脂110热固化之后第一填料111也能保持其形态，由此可抑制热阻力的增加。此外，热传导性材料由于含有热固性树脂110和热传导性填料，因而可降低接合温度，且由于将树脂系材料做成基底因而降低了弹性率，进而可以降低热应力。由此，得到了具有高的热传导性且连接可靠性也优良的热传导性材料。
专利文献1：(日本)特开2005—93826号公报(权利要求1、6)
专利文献2：(日本)特开2004—335872号公报(权利要求1、第[0040]自然段等)
但是，专利文献1中，虽然电极连接部105对在导电性接合剂的热固化温度以下熔融的金属微粒子进行熔敷以确保导通性，但是由于中间连接部106只是通过各导电性填料的接触确保导通性，因而该中间连接部106存在导通性差的问题。
因此，为了避免该问题，应考虑使导电性接合剂含有以导电性接合剂的热固化温度熔融的低熔点的金属粉末的方法。
但是，在将接合有多个电结构物的接合构造体安装于母板等的情况下，有可能因反复进行回流加热处理而承受与剧烈温度变化相伴随的热冲击，连接结构体长时间暴露于高温氛围下。因此，产生致使所述低熔点金属粉末再熔融，而不能得到充分的接合强度的问题。而且，该情况下，若热冲击而反复进行熔融混入固化，则有可能使电极连接部105和中间连接部106的接合界面剥离。
特别是在回流加热处理中，基于对环境的考虑一般使用无Pb焊料，但该无Pb焊料是熔融温度高达270℃～280℃的高温，因此，致使固化的金属再熔融进而更容易引起在接合界面的剥离。
另外，专利文献2中，根本没有考虑热传导性填料的含量及第一填料以及第二填料的粒径。即，这些热传导性填料的含量及第一填料以及第二填料的粒径有可能降低对加热固化后的接合面的接合强度，另外长时间暴露于高温潮湿环境下则有可能使连接电阻变高而招致导电性的降低。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而设立的，其目的在于提供一种即使在反复进行回流加热处理或承受伴随剧烈的温度变化的热冲击的情况下也具有良好的导通性和高连接强度的导电性接合材料以及使用了该导电性接合材料的电子装置。
为了实现所述目的，本发明的导电性接合材料，其特征在于，含有：热固性树脂、在该热固性树脂的热固化温度以下的温度熔融的第一金属粉末、在所述热固性树脂的热固化温度以下的温度不熔融且在所述树脂热固性树脂的加热固化时与所述第一金属粉末发生反应生成具有300℃以上的高熔点的反应物的第二金属粉末、除去形成于该第二金属粉末的表面上的氧化物的还原性物质，所述第一金属粉末及所述第二金属粉末的含量总计为75～88重量％，并且，所述第一金属粉末的平均粒径D1和所述第二金属粉末的平均粒径D2的粒径比D1/D2为0.5～6.0。
另外，本发明的导电性接合材料，其特征在于，所述第一金属粉末相对于所述第一金属粉末和所述第二金属粉末的总量的体积比率为25～75体积％。
另外，本发明的导电性接合材料，其特征在于，所述第二金属粉末被对所述第一金属粉末的润湿性比对所述第二金属粉末的润湿性高、且在所述热固性树脂的热固化温度以下的温度熔融的低熔点金属覆盖，另一特征在于，所述第二金属粉末是以Cu为主成分的金属粉末，所述低熔点金属是含Sn的金属。
再者，本发明的导电性接合材料，其特征在于，优选所述第二金属粉末被对所述第一金属粉末的润湿性比对该第二金属粉末的润湿性高的金属覆盖，而另一特征在于，所述润湿性高的金属是贵金属。
另外，本发明的导电性接合材料，其特征在于，所述第一金属粉末是Sn—Bi合金粉末。
另外，本发明的电子装置，其包括具有第一电极的第一电结构物、具有第二电极的第二电结构物，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极经上述的导电性接合材料被电连接，并且，所述第一金属粉末和所述第二金属粉末的界面、所述第一金属粉末和所述第一电极的界面及所述第一金属粉末和所述第二电极的界面中的至少一个界面由具有300℃以上的高熔点的反应物结合。
根据本发明的导电性接合材料，由于其含有：热固性树脂、以该热固性树脂的热固化温度以下的温度熔融的第一金属粉末(例如Sn—Bi合金粉末)、在所述热固性树脂的热固化温度以下的温度不熔融且在所述树脂热固性树脂的加热固化时与所述第一金属粉末发生反应生成具有300℃以上的高熔点的反应物的第二金属粉末(例如Cu粉末)、除去形成于该第二金属粉末的表面的氧化物的还原性物质，所述第一金属粉末及所述第二金属粉末的含量总计为75～88重量％，并且，所述第一金属粉末的平均粒径D1和所述第二金属粉末的平均粒径D2的粒径比D1/D2为0.5～6.0，因此，在加热固化时第一金属粉末因润湿扩散与第二金属粉末电连接，从而形成导电通道。而且，第一金属粉末与第二金属粉末发生反应生成在300℃不熔融的高熔点反应物。这样，可得到导通性优良且具有牢固的接合力的连接可靠性优良的导电性接合材料。
特别是在第一金属粉末像Sn—Bi合金粉末那样含有熔融时体积膨胀率小的Bi的情况下，例如即使第一金属粉末向第二金属粉末的润湿扩散不足而不能充分形成高熔点反应物的情况下，也难以发生随着熔融时的体积膨胀的接合面的破损，进而可确保良好的接合强度。
另外，由于所述第一金属粉末相对于所述第一金属粉末及所述第二金属粉末的总量的体积比率为25～75体积％，因而，可将第一金属粉末所占的体积比率保持在适当范围，进而能够很容易形成多个导电通道。即，可以抑制诸如第一金属粉末不足或者残留没有与第二金属粉末发生反应的未反应的第一金属粉末，进而可得到能够确保所期望的导通性和连接可靠性的导电性接合材料。
另外，由于所述第二金属粉末由对所述第一金属粉末的润湿性比对所述第二金属粉末的润湿性高、且以所述热固性树脂的热固化温度以下的温度熔融的低熔点金属(例如Sn)覆盖，因而在热固性树脂的加热固化时第一金属粉末易于润湿扩散到第二金属粉末的表面。而其结果是，可以促进熔点为300℃以上的高熔点反应物的生成，进而不仅可以形成具有更良好的导通性的导电通道，还可以进一步提高接合面的接合强度。
再者，即使在所述第二金属粉末由对第一金属粉末的润湿性比对该第二金属粉末的润湿性高的金属(例如Au等贵金属)覆盖的情况下，也可以达到与所述同样的作用效果。
另外，根据本发明的电子装置，由于具有第一电极的第一电结构物和具有第二电极的第二电结构物经由所述的导电性接合材料电连接，并且，所述第一金属粉末和所述第二金属粉末的界面、所述第一金属粉末和所述第一电极的界面、及所述第一金属粉末和所述第二电极的界面中的至少一个界面由具有300℃以上的高熔点的反应物接合，因而可形成具有良好的导通性的导电通道，由高熔点反应物粘合这些接合界面。
因此，在将第一电结构物和第二电结构物接合之后，即使是承受回流加热处理及热冲击且长时间暴露于高温氛围中的情况，也可以避免发生金属的再熔融，而不会使接合界面剥离，进而可得到具有良好的导通性和牢固的界面接合力的机械强度优良的电子装置。
附图说明
图1是表示使用本发明的导电性接合材料制造的电子装置的一实施方式的概略剖面图；
图2是图1的加热固化前的A部放大图；
图3是图1的加热固化后的A部放大图；
图4是示意性表示低熔点金属的平均粒径相对于高熔点金属的平均粒径过小时的导电性材料的固化状态的剖面图；
图5是示意性表示低熔点金属的平均粒径相对于高熔点金属的平均粒径过大时的导电性材料的固化状态的剖面图；
图6是专利文献1记载的连接结构体的示意图；
图7是表示专利文献2记载的热传导接合体固化前的状态的示意图。
符号说明
1a、1b：焊盘电极(第一电极)
2：基板(第一电结构体)
3：片状电子部件(第二电结构体)
5a、5b：外部电极(第二电极)
6a、6b：导电性接合材料
7：热固性树脂
8：低熔点金属粉末(第一金属粉末)
9：高熔点金属粉末(第二金属粉末)
具体实施方式
下面，详细阐述本发明的实施方式。
图1是示意性表示使用本发明的导电性接合材料制造的电子装置的一实施方式的剖面图。
即，本电子装置在形成有焊盘电极(第一电极)1a、1b的印刷线路板等基板(第一电结构体)2上搭载有陶瓷电容器等片状电子部件(第二电结构体)3。
该片状电子部件3在以陶瓷为主成分的电子部件主体4的两端形成有外部电极(第二电极)5a、5b，该外部电极5a、5b和焊盘电极1a、1b由导电性接合材料6a、6b电连接。
图2是图1的加热固化前的A部放大图。
导电性接合材料6a含有：热固化温度例如为200℃左右的热固性树脂7、在该热固性树脂7的热固化温度以下的温度熔融的低熔点金属粉末(第一金属粉末)8、在所述热固性树脂7的热固化温度以下的温度不熔融且在所述热固性树脂7的加热固化时与所述低熔点金属粉末8发生反应生成熔点为300℃以上的高熔点反应物的高熔点金属粉末(第二金属粉末)9、除去形成于该高熔点金属粉末9的表面的氧化物的还原性物质(未图示)。
即，该导电性接合材料6a在热固性树脂7中分散有低熔点金属粉末8、高熔点金属粉末9、及还原性物质(未图示)。
另外，如上所述，将所述反应物称为低熔点金属粉末和高熔点金属粉末发生反应而生成的熔点为300℃以上的高熔点反应物，具体而言，所述反应物是指金属间化合物或者固溶体。
图3是图1的加热固化后的A部放大图。
在将导电性接合材料6a涂敷于外部电极5a及焊盘电极1a上，在热固化温度以上的温度进行加热处理时，低熔点金属粉末熔融润湿扩散。而且，高熔点金属粉末9、9间经由低熔点金属粉末8连接，形成多个导电通道11。
即，由于所述高熔点金属粉末9在热固性树脂7的热固化温度不熔融，因而即使只有高熔点金属粉末9分散于热固性树脂7中，也难以形成导电通道11。
于是，在本实施方式中，热固性树脂7中分散有以该热固性树脂7的热固化温度以下的温度熔融的低熔点金属粉末8，在加热固化时通过以热固化温度以上的温度加热，由此，使低熔点金属粉末8熔融且润湿扩散。由此，高熔点金属粉末9、9间由低熔点金属粉末8连接，生成具有良好的导电性的多个导电通道11。
由于该低熔点金属粉末8与高熔点金属粉末9发生反应生成熔点为300℃以上的高熔点反应物，因此，即使在使用无Pb焊料进行回流加热处理或反复承受热冲击等在高温潮湿环境中长时间暴露的情况下，接合界面的金属也不会再熔融，可得到具有良好的接合强度的电子装置。
另外，由于熔融的低熔点金属粉末润湿扩散到焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b，因而在与包含于这些焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b的Ag—Pb及Sn等金属之间也生成高熔点反应物，从而形成导电通道11。因此，由此可得到与焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b间的接合力更牢固且机械强度优良的电子装置。
另外，本导电性接合材料中含有还原性物质，由此，可以除去高熔点金属粉末9的表面生成的氧化物。即，通过除去表面生成的氧化物，在热固性树脂7的加热固化时易于使低熔点金属粉末8润湿扩散到高熔点金属粉末9的表面，从而形成导通性更高的导电通道11，并且，可促进高熔点反应物的生成。因此，由此也可得到焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b之间具有更牢固的接合力的电子装置。
而且，作为这样的还原性物质可优选使用具有还原性的物质，例如琥珀酸、醋酸等有机酸、盐酸、溴酸等，但只要是具有还原性也可以使用酸以外的物质。
这样，根据本实施方式，可得到既确保良好的导通性又以牢固的接合力接合焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b的接合界面的电子装置。
另外，在本实施方式中，将导电性材料6a、6b中的低熔点金属粉末8及高熔点金属粉末9的含量即金属粉末的总含量设为75～88重量％。
即，在导电性材料6a、6b中的金属粉末的总含量不足75重量％时，由于导电性材料6a、6b中的金属粉末过少，在加热固化时即使低熔点金属粉末8润湿扩散也不会与高熔点金属粉末9连接，从而难以生成导电通道11，而不能充分地生成熔点为300℃以上的高熔点反应物。其结果是，将会招致导电性的下降，特别是在长时间放置于高温潮湿环境中时将助长导通性降低。
另一方面，在导电性材料6a、6b中的金属粉末的总含量超过88重量％时，由于导电性材料6a、6b中的热固性树脂7的含量过少，而有可能降低焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b间的接合强度。
因此，在本实施方式中，将导电性材料6a、6b中的金属粉末的总含量设为75～88重量％。
另外，将低熔点金属粉末8的平均粒径D1和高熔点金属粉末9的平均粒径D2的粒径比D1/D2设为0.5～6.0。
即，在粒径比D1/D2不足0.5时，由于低熔点金属粉末8的平均粒径D1相对于高熔点金属粉末9的平均粒径D2过小，因而相对于低熔点金属粉末8的平均粒径D1使高熔点金属粉末9间的间隔扩大，如图4所示，即使进行加热固化处理低熔点金属粉末8也不能和高熔点金属粉末9连接而产生不能生成导电通道11的部分。因此，产生不能由高熔点反应物牢固地连接焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b的部分，在长时间暴露于高温潮湿环境中时有可能使连接电阻劣化。
另一方面，在粒径比D1/D2超过6.0时，低熔点金属粉末8的平均粒径D1相对于高熔点金属粉末9的平均粒径D2过大而使导电性接合材料中的低熔点金属粉末8和高熔点金属粉末9的分散状态恶化，如图5所示，在加热固化时易于使低熔点金属粉末8彼此熔敷。因此，将造成连接在高熔点金属粉末9间的导电通道11的形成不充分。另外，还不能充分得到高熔点反应物，使焊盘电极1a、1b及外部电极6a、6b的接合力劣化，还有可能因回流加热处理使低熔点金属粉末8再熔融而招致导通性的降低。
因此，在本实施方式中，将低熔点金属粉末8的平均粒径D1和高熔点金属粉末9的平均粒径D2的粒径比D1/D2设为0.5～6.0。
另外，作为热固性树脂7，只要通过解热固化处理而具有良好的接合性、焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b之间具有充分的接合强度，就无特别限制，可使用环氧系、苯酚系、丙烯酸系热固性树脂及聚酰亚胺系、聚氨基甲酸乙酯系、三聚氰胺系及尿素系热固性树脂，但优选使用环氧系的热固性树脂。例如，可优选使用双酚F型、双酚A型、加氢双酚型、可溶酚醛型、缩水甘油胺型、萘型、环戊二烯型、环己烷型、四羟基苯乙烷型、乙内酰脲系、聚乙二醇型、醚型的环氧树脂及用硅酮、橡胶、甲酸乙酯、螯合物等对这些环氧树脂进行了改性的改性环氧树脂。特别是在环氧系的热固性树脂中，由于双酚F型环氧树脂及双酚A型环氧树脂等的液态形态不需要用于确保操作性的有机溶剂，因此基于环境及操作方面的考虑而优选之，另外，更优选在对热固性树脂进行加热固化时，使有机溶剂挥发而不会在接合界面形成中空(空隙)。
另外，作为低熔点金属粉末8，只要在热固化树脂7的热固化温度不熔融就无特别限制，可以使用Sn、In、Sn—Bi、Sn—In、Sn—In—Bi、Sn—Pb等，而优选使用熔融时的体积膨胀小的Bi系合金，例如Sn—Bi。通过使用含有熔融时体积膨胀小的Bi的低熔点金属粉末8，就难以产生伴随体积膨胀的接合界面的破损，可得到优良的接合强度。
即，在考虑到对搭载于母板等的其它电子部件的影响而不能以低温进行加热处理的情况下，有可能造成低熔点金属粉末8向高熔点金属粉末9的润湿扩散不足而不能充分形成高熔点反应物。
但是，即使在这样的情况下，通过使用含有熔融时体积膨胀小的Bi的低熔点金属粉末8，难以产生伴随体积膨胀的接合界面的破损，从而可以确保焊盘电极1a、1b及外部电极5a、5b之间的接合力。
另外，作为高熔点金属粉末9，只要在热固性树脂7的热固化温度以下的温度不熔融且在热固性树脂7的解热固化时与低熔点金属粉末8发生反应生成熔点为300℃以上的高熔点反应物就无特别限制，可以使用Ti、Cr、Au、Ag、Cu、Ni、Pt、Bi、Zn、Pd、Pb、Mo、Sn及它们的合金，而如果考虑成本、导电性、腐蚀性、与所述低熔点金属粉末8的反应性，则优选使用Cu。
而且，在作为低熔点金属粉末8使用Sn—Bi等Sn合金、作为高熔点金属粉末9使用Cu的情况下，在加热固化时使包含于低熔点金属粉末8的Sn成分与Cu发生反应而生成Cu6Sn5及Cu3Sn等金属间化合物。另外，在将Sn—Bi等Sn合金用作低熔点金属粉末8，作为高熔点金属粉末9使用Au的情况下生成由AuSn4构成的金属间化合物，在使用Ag的情况下生成由AgSn3构成的金属间化合物，在使用Ni的情况下生成由Ni3Sn构成的金属间化合物。而且，由于这些金属间化合物是熔点为300℃以上的高熔点反应物，因此即使反复进行回流加热处理、反复承受与剧烈的温度变化相伴随的热冲击等，也不会使接合界面再熔融，进而可确保牢固的接合力。
另外，本发明不限于所述实施方式，而是可以进行各种变形。
例如，优选低熔点金属粉末8相对于金属粉末(低熔点金属粉末8及高熔点金属粉末9)的总量的体积比率为25～75体积％。
这是因为，在低熔点金属粉末8的体积比率相对于金属粉末的总量不足25体积％时，低熔点金属粉末占的体积比率小，从而妨碍导电通道11的形成，存在招致导电性降低的趋势，另一方面，在低熔点金属粉末8相对于金属粉末的总量的体积比率超过75体积％时，将残留没有与高熔点金属粉末9发生反应的未反应的低熔点金属粉末，将招致导通性下降，存在在高温下的连接可靠性降低的趋势。
另外，优选高熔点金属粉末9由对低熔点金属粉末8的润湿性比对该高熔点金属粉末9的润湿性高的金属覆盖。这样，通过用对低熔点金属粉末8的润湿性比对该高熔点金属粉末9的润湿性高的金属覆盖高熔点金属粉末9，在热固性树脂7的加热固化时易于使低熔点金属粉末润湿扩散到高熔点金属粉末9的表面。其结果是，可促进熔点为300℃以上的高熔点反应物的生成，进而可形成导通性更高的导电通道11，从而得到更牢固的界面接合力。
而且，作为这样的润湿性高的金属，可使用以Sn、Sn—Bi、Sn—In、Sn—Bi—In等热固性树脂的热固化温度以下熔融的金属及Au、Ag、Pt、Pd等贵金属，但若考虑成本及高熔点反应物的强度、耐久性，则优选使用Sn、Sn—In。
另外，作为润湿性高的金属，还可以使用在热固性树脂的热固化温度不熔融且通过与低熔点金属粉末8发生反应以热固性树脂的热固化温度熔融的金属材料。
下面，具体说明本发明的实施例。
实施例1
导电性金属材料的调制
作为热固性树脂准备双酚F型环氧树脂，作为反应性稀释材料准备叔丁基缩水甘油醚，作为固化剂准备氨络物，作为所述固化剂的反应抑制剂准备硼化物和环氧树脂的混合物，作为还原性物质准备琥珀酸。
另外，准备平均粒径D1为10μm、熔点为139℃的Sn—58Bi粉末(比重：8.93)(低熔点金属粉末)，再准备平均粒径D2为5μm、熔点为约1080℃的Cu粉末(比重：8.75)(高熔点金属粉末)。另外，Sn—58Bi粉末的平均粒径和Cu粉末的平均粒径D2的粒径比D1/D2为2.0。
然后，相对于双酚F型液态环氧树脂100重量份，分别称量叔丁基缩水甘油醚和氨络物25重量份，称量硼化物和环氧树脂的混合物12.5重量份，称量琥珀酸15重量份，再以金属粉末(Sn—58Bi粉末及Cu粉末)的总含量达到70～93重量％)且Sn—58Bi粉末相对于所述金属粉末的总量的体积比率达到50体积％的方式称量，将这些称量物投入乳钵，用乳棒搅拌15分钟进行混合，制作了试样编号为1～6的导电性接合材料。
评价试样的制作
在厚0.7mm的氧化铝基板上的规定位置涂敷Ag—Pd糊剂，实施烧结处理，在氧化铝基板上形成间隔为0.8mm的一对焊盘电极。
接着，使用厚度50μm的金属掩膜将所述导电性接合材料涂覆于焊盘电极上。
然后，将外部电极为由Sn构成的长：1.6mm、宽：0.8mm、厚：0.8mm的片状电阻部件载置于所述导电性接合材料上，以温度200℃下、30分钟、在空气烘箱中进行解热处理，得到了试样编号为1～6的试样。
特性评价
对试样编号为1～6的各试样，使用毫欧高灵敏万用表(HIOKI社制：3224型)测定焊盘电极间的连接电阻的初始值R0，另外，使用粘合试验机(DAGE社制：系列号4000)测定了接合强度的初始值S0。
接着，在温度为105℃、湿度为100％的高温潮湿环境中进行48个小时PCT(压力蒸煮试验)，测定了PCT后的电阻值R1及接合强度S1，再根据下述数学公式(1)计算了PCT后的电阻变化率ΔR1。
ΔR1＝(R1—R0)/R0×100…(1)
然后，使试样编号为1～6的各试样5次穿过将最高温度调整到270℃的反射炉进行回流加热处理。而且，对回流加热处理后的电阻值R2及接合强度S2进行了测定，根据数学公式(2)计算了回流后的电阻变化率ΔR2。
ΔR2＝(R2—R0)/R0×100…(2)
表1表示试样编号为1～6的导电性接合材料的规格参数和实验结果。
Figure A200780031822D00161
作为评价基准，将全部满足下述条件连接电阻的初始值R0为200mΩ以下、电阻变化率ΔR1、ΔR2为±200％以下、以及各接合强度为10N/mm2以上的试样判定为合格品，将不满足这些评价基准中任何一条的试样判定为不合格品。再者，在这些合格品中，将全部满足下述条件连接电阻的初始值R0为100mΩ以下、电阻变化率ΔR1、ΔR2为±100％以下、各接合强度为20N/mm2以上的试样判定为优秀品。表1中，在判定一栏用符号◎表示优秀品、用符号○表示合格品、用符号×表示不合格品。
如由该表1表明的那样，1号试样由于金属粉末(Sn—58Bi粉末及Cu粉末)的总含量为70重量％低于75重量％，因而连接电阻的初始值R0为470mΩ超过200mΩ，另外，PCT后的电阻变化率ΔR1也高达390％超过了200％，而且PCT后的接合强度也只有14N/mm2在20N/mm2以下。这可以看作是，由于导电性接合材料中的金属粉末的含量少，因而在加热固化时Sn—58Bi粉末的润湿扩散不足，因此，由于未进行充分的导电通道的生成而不能充分得到熔点为300℃以上的高熔点反应物，因而PCT后的导通性及接合强度低，招致耐湿性劣化。
另外，6号试样由于金属粉末(Sn—58Bi粉末及Cu粉末)的总含量为93重量％超过了88重量％，因而接合强度初始值S0也低至7N/mm2，PCT后及回流处理后更是分别降低到4N/mm2、2N/mm2。这可以看作是，由于接合界面的用于确保机械接合性的数值成分相对较少，因而招致接合强度的降低。
与此相对，2～5号试样由于金属粉末的总含量为75～88重量％，并且Sn—58Bi粉末的平均粒径D1和Cu粉末的平均粒径D2的粒径比D1/D2为2.0在本发明范围内，Sn—58Bi粉末相对于金属粉末的总量的体积比率为50体积％属于优选的范围，因此，连接电阻的初始值R0为21～130mΩ，PCT后的电阻变化率ΔR1为2～16％，回流后的电阻变化率ΔR2为5～—25％，接合强度初始值为15～31N/mm2，PCT后为10～25N/mm2，回流后为16～22N/mm2都得到了良好的结果。特别是金属粉末的总含量为83～86重量％的3、4号试样，连接电阻的初始值R0为21～58mΩ，PCT后的电阻变化率ΔR1为3～8％，回流后的电阻变化率ΔR2为5～—25％，接合强度初始值为29～31N/mm2，PCT后为21～25N/mm2，回流后为20N/mm2得到了极为良好的结果。
另外，将试样编号为2的试样埋入树脂之后进行研磨，在对焊盘电极和外部电极的界面的剖面进行观察，确认了，分散于导电性接合材料中的Sn—58Bi粉末，在形成外部电极的Sn及形成焊盘电极的Ag—Pd，进而在在与Cu粉末之间形成高熔点反应物，由此，得到了良好的连接可靠性。
实施例2
作为高熔点金属粉末替代了实施例1的Cu粉末而使用由膜厚为0.05μm的Sn覆盖的Cu粉末(比重8.86)(以下称为“Sn涂层Cu粉末”)，除此之外，用与实施例1同样的方法制作了试样编号为11～16的导电性接合材料。
而且，使用与实施例1同样的方法·工序对连接电阻的初始值R0及接合强度的初始值S0进行了测定，另外还计算了PCT后及回流处理后的各电阻变化率ΔR1、ΔR2及接合强度S1、S2。
表2表示试样编号为11～16的导电性接合材料的规格参数及实验结果。
Figure A200780031822D00191
如由该表2所表明的那样，11～16号试样得到了与1～6号试样大致同样的趋势。
即，11号试样由于金属粉末(Sn—58Bi粉末及Sn涂层Cu粉末)的总含量为70重量％低于75重量％，因而由于与1号试样大致同样的原因，连接电阻的初始值R0为330mΩ超过200mΩ，另外，PCT后的电阻变化率ΔR1达到260％超过了200％，而且PCT后的接合强度也只有15N/mm2在20N/mm2以下。
另外，16号试样由于金属粉末的总含量为93重量％超过了88重量％，因而由于与6号试样大致同样的原因，接合强度初始值S0也低至16N/mm2，PCT后及回流处理后更是分别降低到3N/mm2、8N/mm2。
与此相对，12～15号试样由于金属粉末的总含量为75～88重量％，并且Sn—58Bi粉末的平均粒径D1和Sn涂层Cu粉末的平均粒径D2的粒径比D1/D2为2.0在本发明范围内，Sn—58Bi粉末相对于金属粉末的总量的体积比率为50体积％在优选的范围，因此，连接电阻的初始值R0为33～102mΩ，PCT后的电阻变化率ΔR1为2～14％，回流后的电阻变化率ΔR2为4～—18％，接合强度初始值S0为17～33N/mm2，PCT后为14～28N/mm2，回流后为15～21N/mm2都得到了良好的结果。特别是金属粉末的总含量为83～86重量％的13、14号试样，连接电阻的初始值RX为33～36mΩ，PCT后的电阻变化率ΔR1为2～4％，回流后的电阻变化率ΔR2为4～—18％，接合强度初始值为30～31N/mm2，PCT后为21～28N/mm2，回流后为20～21N/mm2因而得到了极为良好的结果。
另外，在与实施例1的对比中得知，总体而言在连接电阻及接合强度两方面都得到了提高。这可以看作是，由于由对Sn—58Bi粉末的润湿性高的Sn覆盖Cu粉末，因而促进了导电通道的形成及高熔点反应物的生成。
实施例3
作为低熔点金属粉末使用Sn—58Bi粉末(比重：8.93)，作为高熔点金属粉末使用Sn涂层Cu粉末(比重：8.86)，使用与实施例1同样的方法，制作了在粒径比D1/D2为0.2～10.0的范围不同的试样编号21～25的导电性接合材料。
而且，使用与实施例1同样的方法·工序对连接电阻的初始值R0及接合强度的初始值S0进行了测定，另外还计算了PCT后及回流处理后的各电阻变化率ΔR1、ΔR2及接合强度S1、S2。
表3表示试样编号为21～25的导电性接合材料的规格参数及实验结果。
Figure A200780031822D00221
如由该表3表明的那样，21号试样由于粒径比D1/D2为0.2不足0.5，因而PCT后的电阻变化率ΔR1为210％超过了200％。这可以作如下考虑，由于相对于Sn涂层Cu粉末彼此的间隔Sn—58Bi粉末的平均粒径D1过小，因而在加热固化时即使Sn—58Bi粉末润湿扩散也会产生不能用Sn—58Bi粉末巧妙连接各Sn涂层Cu粉末的部位，因此，不能充分形成导电性良好的导电通道，其结果是长时间暴露在高温潮湿环境中时将使连接电阻上升而使导通性降低。
另外，25号试样由于粒径比D1/D2为10.0超过了6.0，因而回流后的电阻变化率ΔR2为1070％大大超过200％。另外，接合强度初始值S0低至19N/mm2，PCT后及回流后更是分别降低到为18N/mm2、9N/mm2。这可以认为是，由于Sn—58Bi的平均粒径D1相对于Sn涂层Cu粉末的平均粒径D2过大，因而在加热固化时使Sn—58Bi粉末彼此熔敷，或者使使Sn—58Bi粉末润湿扩散到焊盘电极及外部电极，使连接Sn涂层Cu粉末间的导电通道的形成不足，因此，不能充分得到Sn涂层Cu粉末和焊盘电极及外部电极的接合强度而使接合力劣化进而也使耐热性劣化。
与此相对，21～24号试样粒径比D1/D2为0.5～6.0，而且金属粉末(Sn—58Bi粉末及Sn涂层Cu粉末)的总含量为86体积％在本发明范围内，同时Sn—58Bi粉末相对于金属粉末的总量的体积比率为50体积％在本发明优选的范围内，因此，连接电阻的初始值R0为36～71mΩ，PCT后的电阻变化率ΔR1为4～18％，回流后的电阻变化率ΔR2为—5～—22％，接合强度初始值为30～39N/mm2，PCT后为17～25N/mm2，回流后为21～35N/mm2，都得到了良好的结果。特别是粒径比D1/D2为0.5～2.0的22、23号试样，连接电阻的初始值R0为36～48mΩ，PCT后的电阻变化率ΔR1为4～18％，回流后的电阻变化率ΔR2为—5～—18％，接合强度初始值为30～39N/mm2，PCT后为23～25N/mm2，回流后为21～33N/mm2得到了极为良好的结果。
实施例4
预备Sn—58Bi粉末和Sn涂层Cu粉末，使用与实施例1同样的方法，使Sn—58Bi粉末相对于金属粉末(Sn—58Bi粉末及Sn涂层Cu粉末)的总量的体积比率为20～80体积％的范围，用与实施例1同样的方法制作了互不相同的试样编号为31～36的导电性接合材料。
接着，使用与实施例1同样的方法·工序对连接电阻的初始值R0及接合强度的初始值S0进行了测定，另外还计算了PCT后及回流处理后的各电阻变化率ΔR1、ΔR2及接合强度S1、S2。
表4表示试样编号为31～35的导电性接合材料的规格参数及实验结果。
Figure A200780031822D00251
如根据该表4表明的那样，连接电阻的初始值R0达到46～200mΩ、PCT后的电阻变化率ΔR1达到4～180％，回流后的电阻变化率ΔR2达到—65～150％、接合强度初始值为21～36N/mm2、PCT后为10～28N/mm2、回流后为10～42N/mm2都得到了良好的结果。
但是，可以看出，由于31号试样Sn—58Bi粉末相对于金属粉末的总量的体积比率为20体积％，降低到25体积％以下，因而Sn—58Bi粉末所占的体积比率小而妨碍了导电通道的形成，因此，连接电阻的初始值R0为110mΩ、PCT后的电阻变化率ΔR1达到110％、而PCT后的接合强度达到10N/mm2，与32～35号试样相比为实用上没有问题的水平，但电性及机械强度比较差。
另外，36号试样由于Sn—58Bi粉末相对于金属粉末的总量的体积比率为80体积％，超过了75体积％，因而没有与Sn涂层Cu粉末发生反应的Sn—58Bi粉末以未反应状态残留，因此，连接电阻的初始值R0为200mΩ，PCT后的电阻变化率ΔR1为180％，回流后的电阻变化率ΔR2为150％，接合强度PCT后为17N/mm2，回流后为10N/mm2，该情况与32～35号试样相比实用方面为毫无问题的水平，但致使导通性下降，在高温下的连接可靠性低，表明电性及机械强度比较差。
根据以上所述，确认了，对于Sn—58Bi粉末相对于金属粉末的总量的体积比率而言，25～75体积％为优选的范围。
实施例5
使用了除使用平均粒径D1为10μm的Sn—58Bi粉末和由膜厚0.02μm的Au覆盖平均粒径D2为5μm的Cu粉末的Au涂层Cu粉末之外其它都与实施例1同样的方法·工序制作了试样编号为41的导电性接合材料。
另外，还使用了除了使用由膜厚0.01μm的In覆盖平均粒径D2为5μm的Cu粉末的In涂层Cu粉末取代所述Au涂层Cu粉末之外其它都与实施例1同样的方法·工序制作了试样编号为42的导电性接合材料。
另外，还使用除了在导电性接合材料的调制过程不添加还原性物质之外其它都与42号试样同样的方法·工序制作了试样编号为43的导电性接合材料。
接着，使用与实施例1同样的方法·工序对连接电阻的初始值R0及接合强度的初始值S0进行了测定，另外还计算了PCT后及回流处理后的各电阻变化率ΔR1、ΔR2及接合强度S1、S2。
表5表示试样编号为41～43的导电性接合材料的规格参数及实验结果。
Figure A200780031822D00281
如由该表5表明的那样，43号试样因连接电阻的初始值R0达到7300mΩ因而导通性低，而PCT后的电阻变化率ΔR1高达790％，致使PCT后的接合强度降低至9N/mm2。可以认为这是因为，由于导电性接合材料中不含还原剂，因而在In涂层Cu粉末的表面氧化物未被除去而残存，因此，在热固性树脂的加热固化时Sn—58Bi粉末难以润湿扩散到In涂层Cu粉末的表面，不能促进高熔点反应物的生成。
与此相对，可以看出，43号及42号试样导电性接合材料中含有作为还原性物质的琥珀酸，并且金属粉末的总含量为86重量％、粒径比D1/D2为2.0都在本发明范围内，再者由于Sn—58Bi粉末相对于金属粉末的总量为50体积％属于优选的范围，因而连接电阻的初始值R0达到21～28mΩ、PCT后的电阻变化率ΔR1达到4～6％，回流后的电阻变化率ΔR2达到35～—10％、接合强度初始值为28～33N/mm2、PCT后为20～25N/mm2、回流后为27～30N/mm2都得到了极为良好的结果。

Claims (8)

1、一种导电性接合材料，其特征在于，含有：热固性树脂、在该热固性树脂的热固化温度以下的温度熔融的第一金属粉末、在所述热固性树脂的热固化温度以下的温度不熔融且在所述树脂热固性树脂的加热固化时与所述第一金属粉末发生反应生成具有300℃以上的高熔点的反应物的第二金属粉末、除去形成于该第二金属粉末的表面上的氧化物的还原性物质，
所述第一金属粉末及所述第二金属粉末的含量总计为75～88重量％，
并且，所述第一金属粉末的平均粒径D1和所述第二金属粉末的平均粒径D2的粒径比D1/D2为0.5～6.0。
2、如权利要求1所述的导电性接合材料，其特征在于，所述第一金属粉末相对于所述第一金属粉末和所述第二金属粉末的总量的体积比率为25～75体积％。
3、如权利要求1或2所述的导电性接合材料，其特征在于，所述第二金属粉末被对所述第一金属粉末的润湿性比对所述第二金属粉末的润湿性高、且在所述热固性树脂的热固化温度以下的温度熔融的低熔点金属覆盖。
4、如权利要求3所述的导电性接合材料，其特征在于，所述第二金属粉末是以Cu为主成分的金属粉末，所述低熔点金属是含Sn的金属。
5、如权利要求1或2所述的导电性接合材料，其特征在于，所述第二金属粉末被对所述第一金属粉末的润湿性比对该第二金属粉末的润湿性高的金属覆盖。
6、如权利要求5所述的导电性接合材料，其特征在于，所述第二金属粉末是以Cu为主成分的金属粉末，所述润湿性高的金属是贵金属。
7、如权利要求1～6中任一项所述的导电性接合材料，其特征在于，所述第一金属粉末是Sn—Bi合金粉末。
8、一种电子装置，其包括具有第一电极的第一电结构物、具有第二电极的第二电结构物，其特征在于，
所述第一电极和所述第二电极经权利要求1～7中任一项所述的导电性接合材料被电连接，并且，
所述第一金属粉末和所述第二金属粉末的界面、所述第一金属粉末和所述第一电极的界面及所述第一金属粉末和所述第二电极的界面中的至少一个界面由具有300℃以上的高熔点的反应物结合。
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