In-Situ反応制御プロセスによる高温対応エレクトロニクス実装部の形成

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560626
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 廣瀬 明夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70144433)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上西 啓介 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (80223478) ; 小林 紘二郎 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70026277)
• Keywords: 高温対応実装プロセス / エレクトロニクス実装部 / 界面反応 / 金属間化合物 / めっき / ナノ粒子 / 低温焼成

Research Abstract

300℃以下の温度で実装でき、実装後には2次実装を想定した260℃でも液相を生成しない高温対応エレクトロニクス実装部を実現するための接合プロセスの開発を目的とし、以下の2通りのプロセスについて検討を行なった。
(1)はんだ/めっき面反応を利用した高融点化プロセス
はんだには低温実装が可能なSn-3.5Ag共晶はんだを用い、リフロー過程で基板上のNi-Co/Auめっきと反応させることで接合部に金属間化合物を形成し高融点化を行った。その結果、めっきがNiのみあるいはNiとAuのみでは、界面にNi_3Sn_4層が形成し、この層中のNi拡散が遅いため、はんだ全体の化合物化には至らなかった。これに対してCoを添加したNi-Coめっきでは、界面に(Ni,Co)Sn_2が反応層として形成し、この層を介してNiとCoがはんだ中へ拡散してSnと反応した。このときのNi、Coの拡散反応が速いため、接合部の金属間化合物化が急速に進行した。その結果、Ni-Co/Auめっきを用いることでリフロー温度240℃において接合部が金属間化合物化し高融点化することが分かった。
(2)有機-Ag複合ナノ粒を用いた接合プロセス
ナノ粒子の低温焼成機能を利用して低温で実装し、焼成後に接合部を高融点化する新しい接合プロセスの開発を行った。本プロセスでは有機殻で被覆された粒径10nm以下の有機-Ag複合ナノ粒子を用いた。熱分析の結果、本ナノ粒子は200℃程度の温度で有機殻が分解しナノ粒子の機能を発現するためエレクトロニクス実装温度での適用が可能であることが分かった。Cu円板接合体を有機-Ag複合ナノ粒子を用いて接合した結果、接合温度300℃以下でナノ粒子の自己焼成とともにCuとの金属接合も達成されることが確認できた。また、得られた接合部は従来の高温はんだを用いた接合部と同等以上の接合強度を有しており、高温対応実装プロセスとして適応可能であることが分かった。

Research Products

• [Publications] 山本孝志: "マイクロ接合部高融点化のためのSn-AgはんだとAu/Ni-Coめっきとの反応性評価"Proc.10th Sympo.on Microjoining and Assembly Technologies for Electronics. 10. 117-122 (2004)
• [Publications] 井出英一: "銀ナノ粒子を用いた接合プロセス-Cuとの接合性検討-"Proc.10th Sympo.on Microjoining and Assembly Technologies for Electronics. 10. 213-218 (2004)