JP2011062752A

JP2011062752A - 導電性フィラー、及び低温はんだ材料

Info

Publication number: JP2011062752A
Application number: JP2010239464A
Authority: JP
Inventors: Norihito Tanaka; 軌人田中; Yasuki Shimamura; 泰樹島村
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】従来のＳｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低温条件（ピーク温度１４０℃以上）で溶融接合できる高耐熱性の導電性フィラーを提供する。
【解決手段】金属粒子の混合体からなり、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で発熱ピークとして観測される準安定合金相を少なくとも１つと、吸熱ピークで観測される融点を１１０〜１４０℃に少なくとも１つと１４０〜２００℃に少なくとも１つと３００〜４５０℃に複数有し、１４０〜４００℃で熱処理することにより該金属粒子の混合体を溶融接合させた後の最低融点が３００〜４００℃にある導電性フィラー。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気・電子機器の接合材料に用いられる「導電性フィラー」に関するもので、特に鉛フリーのはんだ材料、導電性接着剤に関する。

はんだは、一般的に金属材料の接合に用いられ、溶融温度域（固相線温度から液相線温度の範囲）が４５０℃以下の合金材料とされる。従来、リフロー熱処理で使用するはんだ材料としては、一般的に融点１８３℃のＳｎ−３７Ｐｂ共晶はんだが用いられ、また、高耐熱性が要求される電子部品の内部等で使用される高温はんだとしては、固相線２７０℃、液相線３０５℃からなるＳｎ−９０Ｐｂ高温はんだが広く用いられてきた。

しかしながら、近年、ＥＵの環境規制（ＷＥＥＥ、ＲｏＨＳ指令）にあるように、Ｐｂの有害性が問題となり、環境汚染を防止する観点から、はんだの鉛フリー化が急速に進んでいる（非特許文献１，２参照）。このような状況の中で、現在、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだの代替としては、融点２２０℃程度のＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕからなる鉛フリーはんだ（特許文献１，２参照）が用いられ、リフロー熱処理として２４０℃から２６０℃程度の温度範囲のものが一般的となりつつある。一般に、リフロー熱処理条件は、はんだ合金融点＋１０〜５０℃で設定される。

これに対し、高温はんだ材料は、Ａｕ−２０Ｓｎ共晶合金（融点２８０℃）、Ｓｂ−Ｓｎ系合金などが実用化されているが、Ａｕ−Ｓｎ系合金は、機械的に硬く脆い材料で応力緩和性に乏しく、また、極めて高価な材料なので用途が限られること、Ｓｂ−Ｓｎ系合金は、Ｓｂの有害性が指摘されるなど、有力な代替材料が無く、２００６年７月から施行される上記ＲｏＨＳ指令においても、８５％以上Ｐｂを含有する高温はんだは、代替材料が確立されるまでは、適用除外としている。

ところで、上述した融点２２０℃程度のＳｎ主成分の鉛フリーはんだは、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだに比べ、合金の融点が高いことから、当然、使用時に必要なリフロー熱処理条件もより高温になる。しかしながら、最近では、電気・電子機器の熱損傷を抑制するため、出来るだけ低温でのはんだ付けが要望されており、しかも機器が使用中に高温状態となっても再溶融、剥離しない厳しい条件が要求されてきている。低温で溶融接合できるＰｂフリーはんだ材料としては、Ｓｎ−５８Ｂｉ共晶はんだ（融点１３８℃）、Ｉｎ（融点１５７℃）、Ｓｎ−５２Ｉｎ合金はんだ（融点１１８℃）等があるが（特許文献３，４参照）、いずれも融点温度以上になれば、再溶融するので２６０℃耐熱性要求を満たせる材料ではない。

本発明者らは、上記の課題を解決する導電性接続材料として、準安定合金相を有し融点を複数有する第１の合金粒子と融点を複数有する第２の合金粒子からなり熱処理により最低融点が上昇する機能性合金粉体からなる接続材料を提案してきた（例えば特許文献５参照）。特許文献５における具体的な該機能性合金粉体としては、Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｂｉ，及びＩｎからなる合金に置換Ｓｎメッキした合金粒子と、Ｉｎ，Ｓｎ，Ａｇ，及びＣｕからなる合金粒子の混合物が開示されているが、上記粉体作成には置換Ｓｎメッキプロセスが必要であり、工程が複雑になる上生産性が悪く、製造コストがあがってしまうという課題があった。

特開平５−０５０２８６号公報特開平５−２２８６８５号公報特開平１１−２３９８６６号公報特開２００１−３３４３８６号公報特開２００４−２２３５５９号公報

菅沼克昭他著「鉛フリーはんだ技術・実践ハンドブック」株式会社リアライズ社２０００年発行株式会社東レリサーチセンター調査研究部門著「エレクトロニクスを支える接着技術」株式会社東レリサーチセンター調査研究部門２００３年発行

本発明は、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低温条件（ピーク温度１４０℃以上）で溶融接合できる高耐熱性の導電性フィラーを提供することを目的とする。また、前記導電性フィラーを用いたはんだペーストを提供することも本発明の目的である。

本発明者らは、上記特許文献５記載の機能性合金粉体において、Ｓｎ置換メッキ工程を不要にすべく検討を行った結果、本発明をなすにいたった。
すなわち、本発明の一は、第１の金属粒子と第２の金属粒子と第３の金属粒子との混合体からなる導電性フィラーであって、該混合体は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で発熱ピークとして観測される準安定合金相を少なくとも１つと、吸熱ピークとして観測される融点を１１０〜１４０℃に少なくとも１つと１４０〜２００℃に少なくとも１つと３００〜４５０℃に複数有しており、該混合体を１４０〜４００℃で熱処理することにより第２の金属粒子を溶融させ第１の金属粒子及び第３の金属粒子と接合させた後の最低融点が３００〜４００℃にあることを特徴とする導電性フィラーである。上記混合体が第１の金属粒子１００質量部と第２の金属粒子２５〜４００質量部と第３の金属粒子２５〜６００質量部からなり、該第１の金属粒子は、Ｃｕ５０〜８０質量％とＡｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、及びＳｎからなる群より選ばれる少なくとも１つ以上の元素２０〜５０質量％の組成を有する合金からなり、該第２の金属粒子は、Ｓｎ３０〜６０質量％とＡｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１つ以上の元素４０〜７０質量％の組成を有する合金からなり、該第３の金属粒子は、Ｓｎ３０〜５５質量％とＡｇ２０〜４０質量％とＢｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１つ以上の元素５〜５０質量％の組成を有する合金からなることが好ましい。
本発明の二は、上記の導電性フィラーを含むはんだペーストである。

本発明の導電性フィラーは、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低温条件（ピーク温度１４０℃以上）で溶融接合可能な高耐熱性のはんだ材料としての利用が期待できると共に、従来の高温はんだよりも低温で使用できるので、製造コスト、環境負荷を低減できる利点がある。

実施例１で作製した第１の金属粒子、第２の金属粒子、第３の金属粒子を重量比１００：８９：１９６で混合した導電性フィラーを試料とした示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャートである。実施例１で作製したはんだペーストをリフロー炉で空気雰囲気下にて、ピーク温度１８０℃で熱処理したものを試料とした示差走査熱量測定により得られたＤＳＣチャートである。

本発明の導電性フィラーとして好ましい態様を例示すると、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で発熱ピークとして観測される準安定合金相と吸熱ピークで観測される融点を３００℃以上に有する第１の金属粒子と、前記発熱ピークを有さず吸熱ピークで観測される融点を１１０〜１４０℃に有する第２の金属粒子と、吸熱ピークで観測させる融点を１４０〜２００℃に少なくとも１つと３００℃〜４５０℃に複数有する第３の金属粒子との混合体があげられる。この混合体は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で発熱ピークとして観測される準安定合金相と、吸熱ピークで観測される融点を１１０〜１４０℃に少なくとも１つと１４０〜２００℃に少なくとも１つと３００〜４５０℃に複数有している。

熱処理により、上記の第２の金属粒子の融点以上に熱履歴が与えられると、該第２の金属粒子が溶融し、上記の第１の金属粒子、及び第３の金属粒子と接合することにより、熱拡散反応が加速的に進み、新たな安定合金相が形成される。また、この際にＤＳＣで発熱ピークとして観測される準安定合金相の存在が熱拡散を助長する効果がある。この新たに形成された安定合金相は、融点が３００℃以上なので、冷却後の最低融点は、３００℃以上となる。従って、例えば、この導電性フィラーを高温はんだに用いれば、プリント基板と電子部品とをはんだ付けする際のリフロー熱処理温度が３００℃未満なら、熱履歴を繰返し与えても、内部接続に使用される高温はんだが再溶融することはない。

本発明の導電性フィラーを構成する第１の金属粒子は、Ｃｕ５０〜８０質量％とＡｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、及びＳｎからなる群より選ばれる少なくとも１つ以上の元素２０〜５０質量％の組成を有する合金からなることが好ましく、第２の金属粒子は、Ｓｎ３０〜６０質量％とＡｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１つ以上の元素４０〜７０質量％の組成を有する合金からなることが好ましく、第３の金属粒子は、Ｓｎ３０〜５５質量％とＡｇ２０〜４０質量％とＢｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１つ以上の元素５〜５０質量％の組成を有する合金からなることが好ましい。

尚、第１の金属粒子と第２の金属粒子と第３の金属粒子の混合比は、第１の金属粒子１００質量部に対して、第２の金属粒子２５〜４００質量部、第３の金属粒子２５〜６００質量部が好ましく、更には、第１の金属粒子１００質量部に対して、第２の金属粒子５０〜２００質量部、第３の金属粒子１００〜３００質量部がより好ましい。
上記金属粒子の粒子サイズは、用途に応じて様々であるが、例えば、はんだペースト用途では、印刷性を重視して、平均粒径で２〜４０μｍの比較的真球度の高い粒子を使い、導電性接着剤用途では、粒子の接触面積を増やすため、異形粒子を使うのが一般的である。
また、通常、金属粒子は表面酸化されていることが多い。従って、上述の用途における熱処理による溶融、熱拡散を促進するためには、酸化膜を除去する活性剤を配合したり、加圧したりする条件が好ましい。

本発明の導電性フィラーを構成する第１、第２及び第３の金属粒子の製造方法としては、該金属粒子内に準安定合金相や安定合金相を形成させるために、急冷凝固法である不活性ガスアトマイズ法を採用することが望ましい。また、ガスアトマイズ法では、通常、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが使用されるが、本発明に関しては、ヘリウムガスを用いることが好ましく、冷却速度は、５００℃／秒以上が好ましい。

本発明のはんだペーストは、本発明の導電性フィラー、並びにロジン、溶剤、活性剤、
及び増粘剤等の成分からなるフラックスで構成される。はんだペーストにおける該導電性フィラーの含有率としては、８５〜９５質量％が好ましい。フラックスは、金属粒子からなる導電性フィラーの表面処理に最適で、該金属粒子の溶融、及び熱拡散を促進する。フラックスとしては、公知の材料が使用できるが、更に有機アミンを加えるとより効果的である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
［実施例１］
（１）第１の金属粒子の製造
Ｃｕ粒子６．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｓｎ粒子１．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ａｇ粒子１．０ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｂｉ粒子０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｉｎ粒子０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）を黒鉛坩堝に入れ、９９体積％以上のヘリウム雰囲気で、高周波誘導加熱装置により１４００℃まで加熱、融解した。次に、この溶融金属を坩堝の先端より、ヘリウムガス雰囲気の噴霧槽内に導入した後、坩堝先端付近に設けられたガスノズルから、ヘリウムガス（純度９９体積％以上、酸素濃度０．１体積％未満、圧力２．５ＭＰａ）を噴出してアトマイズを行い、第１の金属粒子を作製した。この時の冷却速度は２６００℃／秒とした。

得られた第１の金属粒子を走査型電子顕微鏡（日立製作所（株）製：Ｓ−２７００）で観察したところ球状であった。この金属粒子を気流式分級機（日清エンジニアリング（株）製：ＴＣ−１５Ｎ）を用いて、１０μｍの設定で分級した後に、そのアンダーカット粉を回収した。この回収された第１の金属粒子の体積平均粒径は２．７μｍであった。このようにして得られた第１の金属粒子を試料とし、島津製作所（株）製「ＤＳＣ−５０」を用い、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件で、３０〜６００℃の範囲において示差走査熱量測定を行った。その結果、得られた第１の金属粒子には、４９７℃、５１７℃の吸熱ピークが存在し、複数の融点を有することが確認できた。また、１５９℃、２５０℃の発熱ピークが存在し、準安定合金相を複数有することが確認できた。尚、ＤＳＣ測定については、熱量が±１．５Ｊ／ｇ以上あるものを第１の金属粒子由来のピークとして定量し、それ未満は分析精度の観点から除外した。

（２）第２の金属粒子の製造
Ｃｕ粒子１．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｓｎ粒子３．７５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ａｇ粒子１．０ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｉｎ粒子３．７５ｋｇ（純度９９質量％以上）を黒鉛坩堝に入れ、９９体積％以上のヘリウム雰囲気で、高周波誘導加熱装置により１４００℃まで加熱、融解した。次に、この溶融金属を坩堝の先端より、ヘリウムガス雰囲気の噴霧槽内に導入した後、坩堝先端付近に設けられたガスノズルから、ヘリウムガス（純度９９体積％以上、酸素濃度０．１体積％未満、圧力２．５ＭＰａ）を噴出してアトマイズを行うことにより、第２の金属粒子を作製した。この時の冷却速度は２６００℃／秒とした。

得られた第２の金属粒子を走査型電子顕微鏡（日立製作所（株）製：Ｓ−２７００）で観察したところ球状であった。この金属粒子を気流式分級機（日清エンジニアリング（株）製：ＴＣ−１５Ｎ）を用いて、１５μｍの設定で分級した後に、そのオーバーカット粉を３０μｍの設定でもう一度分級して得られたアンダーカット粉を回収した。この回収された第２の金属粒子の体積平均粒径は１３．９μｍであった。このようにして得られた第２の金属粒子を試料とし、島津製作所（株）製「ＤＳＣ−５０」を用い、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件で、３０〜６００℃の範囲において示差走査熱量測定を行った。その結果、得られた第２の金属粒子は、示差走査熱量測定による１３３℃の吸熱ピークが存在し、融点１２４℃（融解開始温度：通常、固相線温度と表示させる温度）を有することが確認できた。また、特徴的な発熱ピークは存在しなかった。尚、ＤＳＣ測定については、熱量が±１．５Ｊ／ｇ以上あるものを第２の金属粒子由来のピークとして定量し、それ未満は分析精度の観点から除外した。

（３）第３の金属粒子の製造
Ｃｕ粒子１．０ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｓｎ粒子４．８ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ａｇ粒子３．２ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｂｉ粒子０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）、Ｉｎ粒子０．５ｋｇ（純度９９質量％以上）を黒鉛坩堝に入れ、９９体積％以上のヘリウム雰囲気で、高周波誘導加熱装置により１４００℃まで加熱、融解した。次に、この溶融金属を坩堝の先端より、ヘリウムガス雰囲気の噴霧槽内に導入した後、坩堝先端付近に設けられたガスノズルから、ヘリウムガス（純度９９体積％以上、酸素濃度０．１体積％未満、圧力２．５ＭＰａ）を噴出してアトマイズを行い、第３の金属粒子を作製した。この時の冷却速度は２６００℃／秒とした。

得られた第３の金属粒子を走査型電子顕微鏡（日立製作所（株）製：Ｓ−２７００）で観察したところ球状であった。この金属粒子を気流式分級機（日清エンジニアリング（株）製：ＴＣ−１５Ｎ）を用いて、５μｍの設定で分級した後に、そのアンダーカット粉を回収した。この回収された第３の金属粒子の体積平均粒径は１．８μｍであった。このようにして得られた第３の金属粒子を試料とし、島津製作所（株）製「ＤＳＣ−５０」を用い、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件で、３０〜６００℃の範囲において示差走査熱量測定を行った。その結果、得られた第３の金属粒子には、１９５℃、３５９℃、４０２℃の吸熱ピークが存在し、複数の融点を有することが確認できた。尚、ＤＳＣ測定については、熱量が±１．５Ｊ／ｇ以上あるものを第３の金属粒子由来のピークとして定量し、それ未満は分析精度の観点から除外した。

（４）熱処理による融点変化の確認
上記第１の金属粒子、第２の金属粒子、第３の金属粒子を重量比１００：８９：１９６で混合した導電性フィラー（平均粒径２．２μｍ）を試料とし、島津製作所（株）製「ＤＳＣ−５０」を用い、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件で、３０〜６００℃の範囲において示差走査熱量測定を行った。この測定により得られたＤＳＣチャートを図１に示す。この図に示すように、１３２℃、１９５℃、３７９℃に吸熱ピークが存在することが確認された。１３２℃吸熱ピークは、融点１２８℃（融解開始温度：固相線温度と表示させる温度）である。また、特徴的に２９６℃に発熱ピークが存在していた。尚、ＤＳＣ測定については、熱量が±１．５Ｊ／ｇ以上あるものを導電性フィラー由来のピークとして定量し、それ未満は分析精度の観点から除外した。

次に、前記導電性フィラー９０．５質量％、ロジン系フラックス６．６１質量％、トリエタノールアミン（酸化膜除去剤）１．６５質量％、ステアリン酸（活性剤）０．４１質量％、及びエチレングリコールモノヘキシルエーテル（溶剤）０．８３質量％を混合し、脱泡混練機（松尾産業社（株）製：ＳＮＢ−３５０）にかけてはんだペーストを作製した。
得られたはんだペーストをアルミナ基板に載せ、リフロー炉で空気雰囲気下にて、ピーク温度１８０℃で熱処理した。この熱処理後のはんだペーストを試料とし、島津製作所（株）製「ＤＳＣ−５０」を用い、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／分の条件で、３０〜６００℃の範囲において示差走査熱量測定を行った。この測定により得られたＤＳＣチャートを図２に示す。この図に示すように、３７８℃に吸熱ピークが存在し、１３２℃、１９５℃の吸熱ピークは消失していることが確認された。３７８℃吸熱ピークは、融点３２０℃（融解開始温度：固相線温度と表示させる温度）である。すなわち、ピーク温度１８０℃のリフロー熱処理により、導電性フィラーの最低融点が１２８℃から３２０℃に上昇したことが確認された。尚、ＤＳＣ測定については、熱量が±１．５Ｊ／ｇ以上あるものを導電性フィラー由来のピークとして定量し、それ未満は分析精度の観点から除外した。

（５）接合強度、高耐熱性の確認
上記はんだペーストをＣｕ基板に２ｍｍ×３．５ｍｍで印刷し、２ｍｍ×２ｍｍチップを搭載後、リフロー炉で空気雰囲気下にて、ピーク温度１８０℃で熱処理した。印刷パターン形成は、印刷機としてマイクロテック（株）製の「ＭＴ−３２０ＴＶ」を用い、版は、スクリーンマスクを用いた。スクリーンマスクの開孔は、２ｍｍ×２ｍｍであり、厚みは、５０μｍである。印刷条件は、印刷速度：２０ｍｍ／秒、印圧：０．１ＭＰａ、スキージ圧：０．２ＭＰａ、背圧：０．１ＭＰａ、アタック角度：２０°、クリアランス：１ｍｍ、印刷回数１回とした。また、チップは、厚みが０．６ｍｍで、接合面にＡｕ／Ｎｉ／Ｃｒ（３０００／２０００／５００Å）スパッタリングしてあるＳｉチップを用いた。次に、常温で、チップの剪断方向の接合強度をプッシュ・プルゲージにより、押し速度１０ｍｍ／ｍｉｎで測定し、単位面積に換算したところ１１ＭＰａであった。更に、前記と同じ方法で作製した基板をホットプレート上で２６０℃まで加熱し、２６０℃で１分間保持した状態で、前記と同じ方法で、剪断方向の接合強度を測定したところ、３ＭＰａであり、２６０℃でも接合強度を保持できる耐熱性を確認できた。

（６）耐イオンマイグレーション性及び絶縁信頼性の確認
次に上記はんだペーストを用いて、ガラスエポキシ基板上に「ＪＩＳＺ３１９７」に準拠した「櫛形電極」のパターンを印刷した。このパターンをリフロー炉で空気雰囲気下にてピーク温度１８０℃で熱処理することにより、パターンを硬化させて「櫛形電極」を形成した。次に熱処理で得られた「櫛形電極」を用いて、「ＪＩＳＺ３１９７」の方法でマイグレーション試験を実施した。すなわち、各「櫛形電極」を温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽内に入れ、５０Ｖの電圧を付与した状態で１０００時間保持した。その後、拡大鏡で「櫛形電極」の状態を観察したところ、いずれの基板上の「櫛形電極」についても、デンドライト（樹枝状金属）の生成は認められなかった。

また、前記各条件で熱処理されて得られた「櫛形電極」を用いて、「ＪＩＳＺ３１９７」の方法で絶縁抵抗試験を実施した。すなわち、各「櫛形電極」を、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽内に入れて、５０Ｖの電圧を付与した状態で１０００時間保持した後、その抵抗値を測定した。また、この試験前にも各「櫛形電極」の抵抗値を測定した。その結果、試験前の抵抗値が１．１×１０¹⁰Ωであり、試験後の抵抗値が８．０×１０¹⁰Ωであった。いずれの抵抗値も、１．０×１０⁸Ω以上であり、絶縁抵抗値の低下は見られなかった。

（７）導電性の確認
次に、一対のＡｇ／Ｐｄ電極を形成したセラミック基板上に、該電極間を接続するように上記はんだペーストを印刷後、リフロー炉で空気雰囲気下にて、ピーク温度１８０℃で熱処理した。印刷パタ−ン形成は、印刷機としてマイクロテック（株）製の「ＭＴ−３２０ＴＶ」を用い、版は、スクリーンマスクを用いた。スクリーンマスクの開孔は、２ｍｍ×２ｍｍであり、膜厚は５０μｍである。印刷条件は、印刷速度：２０ｍｍ／秒、印圧：０．１ＭＰａ、スキージ圧：０．２ＭＰａ、背圧：０．１ＭＰａ、アタック角度：２０°、クリアランス：１ｍｍ、印刷回数１回とした。これにより得られた印刷パターンの抵抗値を２端子法により測定した。また、配線の長さ、幅、厚みから体積を算出した。この測定値と算出値から印刷パターンの体積抵抗値を計算したところ、２．６×１０⁻⁴Ω・ｃｍであった。

［比較例１］
Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだ粒子（平均粒径３２．５μｍ）を９０．５質量％、ロジン系フラックス６．６１質量％、トリエタノールアミン（酸化膜除去剤）１．６５質量％、ス
テアリン酸（活性剤）０．４１質量％及びエチレングリコールモノヘキシルエーテル（溶剤）０．８３質量％を混合し、脱泡混練機（松尾産業社（株）製：ＳＮＢ−３５０）、３本ロールにかけてはんだペーストを作製した後に、実施例１と同様の条件で、Ｃｕ基板に２ｍｍ×３．５ｍｍで印刷し、２ｍｍ×２ｍｍチップを搭載後、リフロー炉で空気雰囲気下にて、ピーク温度１８０℃で熱処理して基板を作製した。次に、常温で、実施例１と同じ方法で、チップの剪断方向の接合強度を測定し、単位面積に換算したところ５ＭＰａであった。また、更に、実施例１と同じ方法で作製した基板をホットプレート上で２６０℃まで加熱し、２６０℃で１分間保持した状態で、実施例１と同じ方法で、剪断方向の接合強度を測定しようとしたところ、はんだペーストが再溶融して、チップが浮いてしまい接合強度は測定できなかった。

［比較例２］
Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ鉛フリーはんだ粒子（平均粒径１７．４μｍ）を９０．５質量％、ロジン系フラックス６．６１質量％、トリエタノールアミン（酸化膜除去剤）１．６５質量％、ステアリン酸（活性剤）０．４１質量％及びエチレングリコールモノヘキシルエーテル（溶剤）０．８３質量％を混合し、脱泡混練機（松尾産業社（株）製：ＳＮＢ−３５０）、３本ロールにかけてはんだペーストを作製した後に、上記と同様の条件で、Ｃｕ基板に２ｍｍ×３．５ｍｍで印刷し、２ｍｍ×２ｍｍチップを搭載後、リフロー炉で空気雰囲気下にて、ピーク温度１８０℃で熱処理して基板を作製した。次に、常温で、前記と同じ方法で、チップの剪断方向の接合強度を測定し、単位面積に換算したところ１ＭＰaであった。また、更に、前記と同じ方法で作製した基板をホットプレート上で２６０℃まで加熱し、２６０℃で１分間保持した状態で、前記と同じ方法で、剪断方向の接合強度を測定しようとしたところ、はんだペーストが再溶融して、チップが浮いてしまい接合強度は測定できなかった。

[結果まとめ]
以上、説明したように本発明の導電性フィラーを用いれば、従来のＳｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低温条件（ピーク温度１４０℃以上）で溶融接合できる高耐熱性のはんだ材料が開発できる。また、はんだペーストとしても、耐イオンマイグレーション性、絶縁信頼性、導電性に優れた材料であることが確認できた。

本発明の導電性フィラーは、鉛フリー材料であり、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶はんだのリフロー熱処理条件よりも低温条件（ピーク温度１４０℃以上）で溶融接合可能な、高耐熱性のはんだ材料としての利用が期待できる。また、従来の高温はんだよりも低温で使用できるので、製造コスト、環境負荷を低減できる利点がある。

Claims

第１の金属粒子と第２の金属粒子と第３の金属粒子との混合体からなる導電性フィラーであって、該混合体は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で発熱ピークとして観測される準安定合金相を少なくとも１つと、吸熱ピークとして観測される融点を１１０〜１４０℃に少なくとも１つと１４０〜２００℃に少なくとも１つと３００〜４５０℃に複数有しており、該混合体を１４０〜４００℃で熱処理することにより第２の金属粒子を溶融させ第１の金属粒子及び第３の金属粒子と接合させた後の最低融点が３００〜４００℃にあり、混合体が第１の金属粒子１００質量部と第２の金属粒子８９質量部と第３の金属粒子１９６質量部からなり、該第１の金属粒子は、Ｃｕ６５質量％、Ａｇ１０質量％、Ｂｉ５質量％、Ｉｎ５質量％、及びＳｎ１５質量％の組成を有する合金からなり、該第２の金属粒子は、Ｓｎ３７．５質量％とＡｇ１０質量％、Ｃｕ１５質量％、Ｉｎ３７．５質量％の組成を有する合金からなり、該第３の金属粒子は、Ｓｎ４８質量％とＡｇ３２質量％とＢｉ５質量％、Ｃｕ１０質量％、Ｉｎ５質量％の組成を有する合金からなることを特徴とする導電性フィラー。
請求項１に記載の導電性フィラーを含むはんだペースト。