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JPWO2015118982A1 - 電子部品モジュール、および電子部品モジュールの製造方法 - Google Patents

電子部品モジュール、および電子部品モジュールの製造方法 Download PDF

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JPWO2015118982A1
JPWO2015118982A1 JP2015560928A JP2015560928A JPWO2015118982A1 JP WO2015118982 A1 JPWO2015118982 A1 JP WO2015118982A1 JP 2015560928 A JP2015560928 A JP 2015560928A JP 2015560928 A JP2015560928 A JP 2015560928A JP WO2015118982 A1 JPWO2015118982 A1 JP WO2015118982A1
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copper
component module
particle
external terminal
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紳弥 清野
俊孝 林
俊孝 林
頌 藤田
頌 藤田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

接合材料の内部まで確実に焼結させることができる銅粒子ペーストを用いて形成した、銅粒子の耐酸化性に優れ、かつ、接合信頼性の高い接合部を備えた電子部品モジュール、およびその製造方法を提供する。粒度分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲、焼結前の平均結晶子径が３０〜１００ｎｍの範囲にあり、凝集を抑制する分散剤を粒子表面に有していない銅粒子と、記銅粒子を焼結させる際の焼成温度で還元作用を奏する有機化合物とを含有する銅粒子ペーストを用いて、外部端子を接続対象に接合する。また、電子部品３１が備える外部端子３３が、接合材料３４を介して、接続対象３６に電気的および機械的に接続された構造を有する電子部品モジュール３０において、上記接合材料を、上記の銅粒子ペーストを焼き付けることにより形成される、平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍの範囲にある銅焼結体とする。

Description

本発明は銅粒子ペーストを用いて製造される電子部品モジュール、および電子部品モジュールの製造方法に関する。
近年のエレクトロニクス技術の進展に伴い、例えば、表面実装型の電子部品を回路基板上に実装してなる電子部品モジュールが広く用いられるに至っている。
そして、表面実装型の電子部品（以下、単に電子部品という）を回路基板上に実装するにあたって、導電性の接合材料を用いて電子部品の外部端子を、回路基板に配設された実装用電極（接続対象）に機械的、電気的に接続することが行われている。
このような接合材料として、特許文献１には、粒径１０００ｎｍ以下の銅ナノ粒子を含む液またはペーストであって、銅ナノ粒子の個数基準の粒径分布の粒径ピークが、粒径が１〜３５ｎｍの区間、および、粒径が３５ｎｍより大きく１０００ｎｍ以下の区間にそれぞれ一つ以上あり、銅ナノ粒子が、一次粒子と、一次粒子の融合体である二次粒子とを含む焼結性接合材料が提案されている。
さらに、特許文献１には、上述の焼結性接合材料に、分散剤（分散安定剤）を含ませることが開示され、また、焼成工程における還元雰囲気として、水素、ギ酸またはエタノールの雰囲気が開示されている。
特許文献１はその他にも、上記焼結性接合材料を用いて電子部品を接合する場合に、電子部品を接合する方向に加圧しながら焼結熱処理を施すことを開示している。
特開２０１３−９１８３５号公報
しかしながら、粒径が1〜３５ｎｍの区間に粒径ピークがある場合、そのような粒径を有する粒子、すなわち、サイズの小さい粒子は、凝集を生じやすく、また、比表面積が大きく、酸化し易いため、材料の安定性が悪いという問題点がある。
また、分散剤を含ませるようにした場合、焼成時に体積収縮を引き起こし、空隙を形成しやすいため、接合強度を低下させるという問題点がある。
さらに、水素、ギ酸またはエタノールの雰囲気を焼成雰囲気とした場合、例えば、電子部品と接続対象の接合領域が大きい場合、接合部の内部領域にまで還元雰囲気ガスが供給されず、内部領域を望ましい還元性雰囲気下で焼成することが困難になるという問題点がある。すなわち、還元性雰囲気に接する接合部の外周近傍では焼成が進みやすく、内部領域では焼成が進みにくいため、内部領域には未焼結領域が形成されることになり、接合強度が低下するという問題点がある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、導電成分である銅粒子の安定性（耐酸化性）に優れ、かつ、空隙を形成しにくく、接合信頼性の高い接合部を形成することが可能で、かつ、接合部を構成する接合材料の表面近傍のみならず、接合材料の内部まで確実に焼結させることが可能な銅粒子ペーストを用いて製造される電子部品モジュール、および電子部品モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の電子部品モジュールは、
電子部品が備える外部端子が、接合材料を介して、接続対象に電気的および機械的に接続された構造を有する電子部品モジュールであって、
前記接合材料は、
粒径分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあるとともに、焼結前の平均結晶子径が３０〜１００ｎｍの範囲にあり、かつ、凝集を抑制する分散剤を粒子表面に有していない銅粒子と、
前記銅粒子を焼結させる際の焼成温度で還元作用を奏する有機化合物と、
を含有する銅粒子ペーストを焼結させることにより形成されたものであること
を特徴としている。
また、前記接合材料は、焼結後の銅粒子の平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍの範囲にある銅焼結体であることが好ましい。
焼結後の平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍとなるようにすることにより、安定した銅焼結体が形成される。
また、上記の銅粒子ペーストにおいては、前記有機化合物がヒドロキシ基を有する有機化合物であることが好ましい。
銅粒子を焼結させるための焼成温度で還元作用を奏する有機化合物として、ヒドロキシ基を有する有機化合物を用いることにより、焼成工程で銅粒子の表面に形成されている酸化物膜を除去すること、焼成工程で銅が酸化されることなく確実に焼結されるようにすることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。
また、前記有機化合物がトリエタノールアミン、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
上記群からなる少なくとも１種を用いることにより、本発明をより実効あらしめることができる。
また、前記接続対象が、回路基板に配設された実装用電極であることが好ましい。
本発明の方法で電子部品の外部端子を回路基板上の実装用電極に接続することにより、例えば、ＩＣチップや積層セラミックコンデンサなどの表面実装型の電子部品が回路基板上に搭載された構造を有する、信頼性の高い電子部品モジュールを確実に製造することが可能になる。
また、前記接続対象が、前記外部端子に取り付けられた金属端子であることが好ましい。
本発明の方法で電子部品の外部端子を金属端子に取り付けることにより、信頼性の高い端子付き電子部品モジュールを確実に製造することが可能になる。
また、本発明の電子部品モジュールの製造方法は、
電子部品が備える外部端子が、接合材料を介して接続対象に電気的および機械的に接続された構造を有する電子部品モジュールの製造方法であって、
前記電子部品の前記外部端子が、粒径分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあるとともに、焼結前の平均結晶子径が３０〜１００ｎｍの範囲にあり、かつ、凝集を抑制する分散剤を粒子表面に有していない銅粒子と、前記銅粒子を焼結させる際の焼成温度で還元作用を奏する有機化合物と、を含有する銅粒子ペーストを介して前記接続対象と対向するように、前記電子部品と前記接合対象とを位置させる工程と、
熱処理を行って前記銅粒子ペーストに含まれる前記銅粒子を焼結させることにより、銅粒子の平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍである銅焼結体を形成し、前記電子部品の前記外部端子と前記接続対象とを、前記銅焼結体を介して接合する工程と
を備えていることを特徴としている。
本発明の電子部品モジュールの製造方法においては、前記電子部品の前記外部端子が、前記銅粒子ペーストを介して、前記接続対象と対向するように前記電子部品を前記接合対象上に載置した状態で、外部から力を加えることなく前記熱処理を行うようにすることが好ましい。
上述したような銅粒子ペーストを用いることにより、外部から力を加えることなく熱処理を行うことが可能であり、加圧をしないことで、電子部品へのダメージを少なくすることが可能になるとともに、微小な接合部を形成することができるようになる。
また、前記熱処理を、不活性雰囲気中で実施することが好ましい。
不活性雰囲気で熱処理することにより、さらに確実に銅粒子ペーストを構成する銅粒子を焼結させることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。
上記の銅粒子ペーストを構成する銅粒子として用いられている、粒度分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にある銅粒子は、過度に微細ではないため、酸化されにくく、安定性に優れている一方、焼結性の点では、平均結晶子径が３０〜１００ｎｍと小さく、３００℃以下の低温で焼結させることが可能で、焼結後は、平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍ程度の銅焼結体となり、安定した接合材料となるような銅粒子である。
また、銅粒子は、凝集を抑制する分散剤をその表面に有していないことから、焼結により得られる銅焼結体の密度が高く、空隙が占める割合が小さい焼結体を得ることができる。
すなわち、銅粒子の粒径が１００ｎｍ以下の所謂ナノ粒子では、分散剤が存在しないと凝集してしまうが、上記の銅粒子ペーストおいては、銅粒子の粒度分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあることから、分散剤を用いなくても凝集を抑制することを可能になる。
なお、平均結晶子径が１００ｎｍ以下のナノ粒子の場合、その効果（ナノサイズ効果）により低温で焼結させることが可能であるが、本発明では、銅粒子の平均結晶子径を３０〜１００ｎｍの範囲にすることで、３００℃以下での低温焼結を可能にしている。
つまり、銅粒子の粒度分布の粒径ピークを０．１〜５．０μｍと大きくし、かつ、平均結晶子径を３０〜１００ｎｍと小さくすることにより、分散剤を配合しなくても凝集させないようにすることが可能になるとともに、３００℃以下での低温焼結を可能にすることができるようになる。
また、上記の銅粒子ペーストは、銅粒子を焼結させるための焼成温度で還元作用を奏する有機化合物（例えば溶剤）を含ませるようにしているので、その有機化合物の還元作用により、焼結の阻害要因となる銅粒子表面の銅酸化物が還元されるため、特に還元性雰囲気中で焼成することを必要とせず、不活性雰囲気下での焼結が可能になる。なお、還元ガスを用いた還元雰囲気下で焼成を行うと、上記の銅粒子ペーストを接合材料として用いた場合には、接合部の表面や周辺部において焼結が進み、接合部の内部では焼結が不十分になりやすいという問題があるが、上述のように、還元作用を奏する有機化合物（例えば溶剤）を含有させることにより、還元雰囲気下で焼成を行う必要をなくして、この問題を解消することができる。
なお、上記の銅粒子ペーストにおいて、銅粒子が低温で焼結するのは、以下に説明するメカニズムによるものと考えられる。
図１Ａ〜図１Ｄは、銅粒子の焼結のプロセスを模式的に示す図である。
図１Ａに示すように、上記の銅粒子ペーストに用いられている銅粒子１０は、結晶子１１の平均サイズ（平均結晶子径）が３０〜１００ｎｍと小さく、大きな粒界エネルギーを有している。また、銅粒子１０は、常温ではその表面が酸化膜（銅酸化物）１２により覆われている。
この銅粒子ペースト（銅粒子）１が、リフロー温度（例えば２３０℃）に加熱されると、図１Ｂに示すように、銅粒子１０の周囲に存在する、銅粒子を焼結させるための焼成温度で還元作用を奏する有機化合物（例えば溶剤）１３が還元剤として作用し、銅粒子１０の表面の酸化膜（銅酸化物）１２が還元される。
こうして、銅粒子１０の表面の酸化膜（銅酸化物）１２が還元されると、平均結晶子径が小さく、大きな粒界エネルギーを有している銅粒子１０は、リフロー温度程度の低い温度でもネック成長し、図１Ｃに示すように合一して、結晶子径が大きくなる。その結果、図１Ｄに示すように、銅粒子１０自体も大きくなるとともに、平均結晶子径も６０〜１５０ｎｍと大きくなり、安定した銅焼結体が形成されることになる。
上記の銅粒子ペーストを構成する銅粒子は、このようなメカニズムにより、低温でも効率よく焼結させることができる。
また、本発明の電子部品モジュールは、電子部品が備える外部端子が、上記の銅粒子ペーストを焼き付けることにより形成された接合材料を介して、接続対象に電気的および機械的に接続された構造を有しており、電子部品の外部端子と接続対象とが密度が高く、空隙が占める割合が小さい銅焼結体からなる接合部を介して確実に接合されているので、高い信頼性を備えた電子部品モジュールを確実に提供することが可能になる。
また、本発明の電子部品モジュールの製造方法は、電子部品の外部端子が、上記の銅粒子ペーストを介して、接続対象と対向するように、電子部品と接合対象とを位置させた状態で熱処理を行い、銅粒子ペーストに含まれる銅粒子を焼結させ、電子部品の外部端子と接続対象とを、平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍの銅焼結体により接合するようにしているので、電子部品の外部端子と接続対象とを、密度が高く、空隙が占める割合が小さい銅焼結体からなる接合部を介して確実に接合することが可能になり、信頼性の高い電子部品モジュールを効率よく製造することができる。
銅粒子ペーストにおいて用いられている銅粒子の焼結のプロセスの一工程を模式的に示す図である。 上記の銅粒子ペーストにおいて用いられている銅粒子の焼結のプロセスの他の工程を模式的に示す図である。 上記の銅粒子ペーストにおいて用いられている銅粒子の焼結のプロセスのさらに他の工程を模式的に示す図である。 上記の銅粒子ペーストにおいて用いられている銅粒子の焼結のプロセスのさらに他の工程を模式的に示す図である。 上記の銅粒子ペーストを用いて接合した接合部を示す図である。 上記の銅粒子ペーストを用いて接合した接合部の接合強度の測定方法を説明する図である。 平均結晶子径が５６．７ｎｍの銅粒子を用いた銅粒子ペーストの焼成前の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。 平均結晶子径が５６．７ｎｍの銅粒子を用いた銅粒子ペーストの焼成後の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。 平均結晶子径が１０７．２ｎｍの銅粒子を用いた銅粒子ペーストの焼成前の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。 平均結晶子径が１０７．２ｎｍの銅粒子を用いた銅粒子ペーストの焼成後の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。 トリエタノールアミンの還元剤としての作用を確認するための図であり、トリエタノールアミンを塗布した亜酸化銅粉を２３０℃で１０ｍｉｎ加熱した場合のＸＲＤチャートを示す図である。 トリエタノールアミンの還元剤としての作用を確認するための図であり、トリエタノールアミンを塗布した亜酸化銅粉を２００℃で１０ｍｉｎ加熱した場合のＸＲＤチャートを示す図である。 本発明の実施形態１にかかる電子部品モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施形態２にかかる電子部品モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施形態２にかかる電子部品モジュールにおける、電子部品と回路基板の接合部近傍の顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。 本発明の実施形態３にかかる電子部品モジュールの構成を示す図である。
以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
［実施形態１］
本発明の実施形態１にかかる電子部品モジュールは、電子部品が備える外部端子が、銅粒子ペーストを焼結することにより形成される接合材料を介して、接続対象に電気的および機械的に接続された構造を有する電子部品モジュールである。
接合材料となる銅粒子ペーストを作製するにあたって、まず銅粒子として粒度分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあり、かつ、焼結前の平均結晶子径が３０〜１００ｎｍの範囲にある銅粒子を用意した。
また、銅粒子を焼結させる際の焼成温度で還元作用を奏する有機化合物として、常温で液体のトリエタノールアミンを用意した。
そして、銅粒子とトリエタノールアミンを、重量比で８７：１３となるような割合で配合し、混練することにより銅粒子ペーストを作製した。
なお、銅粒子の粒度分布の粒径ピークは以下の方法で求めた。まず、走査型電子顕微鏡を用いて銅粒子を観察し、視野中の粒子２００個について水平方向フェレ径を測定した。そして、得られた測定値を球に換算し、体積平均粒径を算出し、その結果から粒径ピークを求めた。
また、焼結前の平均結晶子径は以下の方法で求めた。まず、銅粒子についてＸ線回折測定を行い、ピーク＜１１１＞、＜２００＞、＜３１１＞の３つのピークを得た。それから、得られた３つのピークを用いて、リートベルト法により結晶子径を算出し、その平均値を平均結晶子径とした。
＜銅粒子ペーストの評価＞
（１）接合強度
上述のようにして作製した銅粒子ペーストを用いて、以下に説明する方法で、無酸素銅試料片どうしを接合し、接合強度を調べた。
ここでは、図２に示すように、平面寸法が縦横５ｍｍで、厚みが１ｍｍの第１の無酸素銅試料片２１と、平面寸法が縦横３ｍｍで、厚みが１ｍｍの第２の無酸素銅試料片２２を、上述のようにして作製した銅粒子ペーストを焼成してなる銅焼結体２３を介して接合した。
銅粒子ペーストを用いて第１の無酸素銅試料片２１と、第２の無酸素銅試料片２２とを接合するにあたっては、銅粒子ペーストを通過させる貫通孔（ここでは、直径が２０００μｍの平面形状が円形の貫通孔）を備えたメタルマスクを用い、第１の無酸素銅試料片２１上に、銅粒子ペーストを塗布厚みが４０μｍとなるように印刷した。
そして、第１の無酸素銅試料片２１に印刷された銅粒子ペースト上に、第２の無酸素銅試料片２２を載置し、特に応力は加えず、焼成温度：２３０℃、焼成時間：６０ｍｉｎ、焼成雰囲気：窒素の条件下で焼成することにより、図２に示すように、第１の無酸素銅試料片２１と第２の無酸素銅試料片２２を、接合材料（銅粒子ペーストを焼結させた銅焼結体）２３を介して接合した。
それから、第１の無酸素銅試料片２１と第２の無酸素銅試料片２２の接合強度を測定した。接合強度の測定は、Ｄａｇｅ社製万能型ボンドテスターＤａｇｅ４０００を用いて、シェア強度を測定することにより行った。
なお、測定にあたっては、図３に示すように、下側の第１の無酸素銅試料片２１を固定治具により固定し、ツール幅４ｍｍのシェアツール２４を用い、シェア速度５０μｍ／ｓ、無酸素銅試料片２１の表面からツール先端までの距離を５０μｍとしてシェアした。そして、破面を撮影し、画像処理にて接合面積を測定した。
そして、上記シェア強度値を、接合面積で除し、単位面積当たりのシェア強度（ＭＰａ）を求めた。
その結果、シェア強度として、３６ＭＰａの高強度が得られることが確認された。
（２）焼成前および焼成後の平均結晶子径について
焼成前の平均結晶子径は、銅粒子ペーストをガラス板上にインクを塗布し、上述の方法、すなわち、Ｘ線回折測定を行って得たピーク＜１１１＞、＜２００＞、＜３１１＞の３つのピークから、リートベルト法により結晶子径を算出しその平均値を求める方法で測定した。焼成後の平均結晶子径は、シェアした後の焼結体を、ピンセットを用いて抽出し、ガラス板に載せて、上述の方法、すなわち、Ｘ線回折測定を行って得たピーク＜１１１＞、＜２００＞、＜３１１＞の３つのピークから、リートベルト法により結晶子径を算出しその平均値を求める方法で測定した。
すなわち、直径が２０００μｍ（２ｍｍ）の平面形状が円形の貫通孔を備えたメタルマスクを用い、第１の無酸素銅試料片２１上に、銅粒子ペーストを塗布厚みが４０μｍとなるように印刷し、温度：２３０℃、焼成時間：６０ｍｉｎ、焼成雰囲気：窒素の条件下で焼成を行い、焼成前後の結晶子径を調べた。
その結果、焼成前の段階において、平均結晶子径が６２ｎｍであったものが、焼成後においては１０２μｍにまで大きくなることが確認された。
このように、焼成前の段階における平均結晶子径を、本発明の要件において規定されている範囲を満たすように小さくした場合、分散剤を用いることなく銅粒子の凝集を防止することが可能になるとともに、先に図１Ａ〜図１Ｄを参照しつつ説明したメカニズムにより低温での焼結が可能になる。その結果、高い温度で焼成することを必要とせずに、密度が高く、空隙が占める割合が小さい銅焼結体からなる接合材料を形成することが可能になる。
図４Ａ、図４Ｂおよび図５Ａ、図５Ｂに、本発明の要件において規定されている範囲内にある銅粒子および、範囲から外れた銅粒子を用いた銅粒子ペーストを焼成する前と後の銅粒子の顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を示す。
なお、図４Ａは、本発明の要件において規定されている範囲内にある平均結晶子径が５６．７ｎｍの銅粒子を用いた銅粒子ペーストの焼成前の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）、図４Ｂは焼成後の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。
また、図５Ａは、本発明の要件において規定されている範囲から外れた平均結晶子径が１０７．２ｎｍの銅粒子を用いた銅粒子ペーストの焼成前の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）、図５Ｂは焼成後の銅粒子の状態を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。
図５Ａ、図５Ｂからわかるように、平均結晶子径が１０７．２ｎｍの銅粒子１０を用いた本発明の要件において規定されている範囲から外れた銅粒子ペーストの場合、銅粒子１０のネック成長がほとんど認められなかった。
これに対して、図４Ａ、図４Ｂからわかるように、平均結晶子径が５６．７ｎｍの銅粒子１０を用いた本発明の要件において規定されている範囲内にある銅粒子ペーストの場合、銅粒子１０がネック成長すること、すなわち十分に焼結することが確認された。
（３）トリエタノールアミンの還元性評価
上述の銅粒子ペーストにおいて、銅粒子を焼結させる際の焼成温度で還元作用を奏する有機化合物（溶剤）として用いたトリエタノールアミンの還元性を、以下の方法で調べた。
トリエタノールアミンの還元性を確認するにあたっては、市販の亜酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）粉を用いて、以下に説明する実験を行った。まず、ガラス基板に亜酸化銅粉を載置し、常温で液体のトリエタノールアミンを塗布し、ホットプレートにて、所定の温度で１０ｍｉｎ加熱後、ＸＲＤにて組成分析を行った。
ここでは、２００℃で１０ｍｉｎ加熱した場合と、電極材料として一般的に用いられるＳｎの融点近傍の温度条件である２３０℃で１０ｍｉｎ加熱した場合の結果を図６Ａ、図６Ｂを参照しつつ説明する。
なお、図６Ａは、トリエタノールアミンを塗布した亜酸化銅粉を、電極材料として一般的に用いられるＳｎの融点近傍の温度条件である２３０℃で１０ｍｉｎ加熱した場合のＸＲＤチャート、図６Ｂはトリエタノールアミンを塗布した亜酸化銅粉を２００℃で１０ｍｉｎ加熱した場合のＸＲＤチャートを示す図である。
その結果、図６Ｂに示すように、加熱温度が２００℃の場合、Ｃｕのピークは認められず、亜酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）のピークが大きいままで、還元作用が奏されていないことが確認された。
一方、加熱温度が電極材料として一般的に用いられるＳｎの融点近傍の温度条件である２３０℃の場合、図６Ａに示すように、Ｃｕのピークがはっきりと認められる一方、亜酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）のピークが小さくなっていること、すなわち、還元作用が奏されていることが確認された。
なお、この実施形態では、還元性を有する有機化合物としてトリエタノールアミンを用いたが、トリエタノールアミン以外にも、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのヒドロキシ基を有する有機化合物が還元性を有していることが確認されており、これらの物質も還元性を有する有機化合物として用いることが可能である。
なお、還元作用を奏する有機化合物としては、さらに他の有機化合物を用いることも可能である。本発明においては、上述の還元作用を奏する有機化合物として、常温で液体である有機化合物を用いることが望ましいが、場合によっては、常温で固体の物質を用いることも可能であり、その際には、必要に応じて、他の溶剤に溶解させて用いることができる。
図７は、上述のようにして作製した銅粒子ペーストを焼結することにより形成される接合材料を介して、接続対象に電気的および機械的に接続された構造を有する、本発明の実施形態（実施形態１）にかかる電子部品モジュールを示す図である。
この電子部品モジュール３０は、図７に示すように、ＩＣチップ（本発明における電子部品）３１の表面電極３２上に形成された金バンプ（外部端子）３３が、銅焼結体（接合材料）３４を介して、回路基板３５に形成された、例えば銅からなる実装用電極（接続対象）３６上に、電気的および機械的に接続されているとともに、ＩＣチップ（電子部品）３１が封止樹脂３７により封止された構造を有する電子部品モジュールである。
なお、図７では、回路基板３５上にＩＣチップ３１が搭載された構造を示しているが、例えば、チップコンデンサやチップ抵抗などの他の電子部品が搭載されていてもよい。
上述の接合材料である銅焼結体３４は、上述の銅粒子ペーストを焼き付けることにより形成されたものであって、焼結後の平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍの範囲にある銅焼結体である。
次に、この電子部品モジュール３０の製造方法について説明する。この電子部品モジュールを製造するにあたっては、まず、表面に実装用電極（ランド電極）３６を備えた回路基板３５を用意する。
また、表面電極３２上に金バンプ（外部端子）３３が形成されたＩＣチップ（本発明における電子部品）３１を用意する。
それから、回路基板３５の実装用電極３６上に、上述の銅粒子ペーストを付与し、ＩＣチップ（電子部品）３１の金バンプ（外部端子）３３が、回路基板３５の実装用電極３６上に付与された銅粒子ペースト上に位置するような態様で、ＩＣチップ（電子部品）３１を回路基板３５の実装用電極３６上に搭載する。そして、特にＩＣチップ（電子部品）３１を回路基板３５に向かって押し付けたりすることなく、窒素雰囲気（不活性雰囲気）中、２３０℃で焼成することにより、銅粒子ペーストに含まれる銅粒子を焼結させ、銅焼結体（接合材料）３４を介して、金バンプ（外部端子）３３を実装用電極（接続対象）３６に接続する。
それから、回路基板３５上に搭載されたＩＣチップ（電子部品）３１を封止樹脂３７により封止する。これにより、図７に示すような構造を有する電子部品モジュール３０が得られる。
この電子部品モジュール３０は、ＩＣチップ（電子部品）３１の金バンプ（外部端子３３が、上記の銅粒子ペーストを焼き付けることにより形成され、焼結後の平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍの範囲にある銅焼結体（接合材料）３４を介して、接続対象である回路基板３５の実装用電極（接続対象）３６に電気的および機械的に接続された構造を有している。
したがって、ＩＣチップ（電子部品）３１の金バンプ（外部端子）３３と実装用電極（接続対象）３６とが、密度が高く、空隙が占める割合が小さい銅焼結体からなる接合材料３４を介して確実に接合された信頼性の高い電子部品モジュールを提供することができる。
また、上述の電子部品モジュールの製造方法によれば、ＩＣチップ（電子部品）３１の金バンプ（外部端子）３３が、焼成後に銅焼結体３４となる銅粒子ペーストを介して、接続対象３６と対向するように、ＩＣチップ（電子部品）３１と実装用電極（接続対象）３６とを位置させた状態で熱処理を行うようにしているので、ＩＣチップ（電子部品）３１の金バンプ（外部端子）３３と接続対象３６とを、密度が高く、空隙が占める割合が小さい銅焼結体からなる接合材料（銅焼結体）３４により確実に接合することが可能になる。
したがって、ＩＣチップ（電子部品）３１の金バンプ（外部端子）３３と接続対象３６とが確実に接合された、信頼性の高い電子部品モジュールを効率よく製造することができる。
また、外部から力を加えることなく熱処理を行うようにしているので、ＩＣチップ（電子部品）３１へのダメージを少なくすることが可能になるとともに、微小な接合部を形成することが可能になる。
なお、実施形態１では、ＩＣチップ（電子部品）のバンプが金からなるものであり、実装用電極（ランド電極）が銅からなるものである場合を、例にとって説明したが、バンプの構成材料としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ−Ｐｄなどを用いることが可能であり、また、実装用電極（ランド電極）の構成材料としては、 Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｇ−Ｐｄなどを用いることが可能である。
［実施形態２］
図８は、本発明の実施形態（実施形態２）にかかる電子部品モジュールを示す図である。
この電子部品モジュール４０は、図８に示すように、積層セラミックコンデンサ４１が備える銅からなる外部端子４２が、銅焼結体（接合材料）４４を介して、回路基板（アルミナ基板）４５に形成された銅からなる実装用電極（本発明における接続対象）４６に、電気的および機械的に接続された構造を有する電子部品モジュールである。
この電子部品モジュール４０において、実装用電極（ランド電極）４６と、外部端子４２との接合強度は４５ＭＰａであることが確認されている。
この電子部品モジュール４０は、回路基板４５の表面に形成された実装用電極（ランド電極）４６上に、焼成後に銅焼結体４４となる銅粒子ペーストを付与し、両端に外部端子４２が形成された積層セラミックコンデンサ４１を、実装用電極（ランド電極）４６と上記外部端子４２が銅粒子ペーストを介して対向するように載置し、特に外部から応力を加えたりすることなく、窒素雰囲気（不活性雰囲気）中、２３０℃で焼成することにより、銅粒子ペーストに含まれる銅粒子を焼結させることにより形成されたものである。
図９は、積層セラミックコンデンサ４１と回路基板４５の接合部近傍の顕微鏡写真（ＳＥＭ像）である。
図９より、回路基板４５上の銅からなる実装用電極４６に対して、積層セラミックコンデンサ４１の銅からなる外部端子４２が、銅焼結体４４からなる接合材料を介して接合されていることがわかる。
この実施形態２から、積層セラミックコンデンサ４１の外部端子４２にＳｎめっき層やはんだめっき層などを形成せずに、上記の銅粒子ペーストを用いて、積層セラミックコンデンサ４１の銅からなる外部端子４２と、回路基板４５上の銅からなる実装用電極４６とを直接接合することで、金属間化合物を形成することなく、信頼性の高い接合を実現できることがわかる。
なお、積層セラミックコンデンサの外部端子の構成材料は、銅に限らず、金、銀、銀−パラジウム、ニッケルなどから形成されていてもよい。また、銅にガラスが含まれていてもよい。
［実施形態３］
図１０は、本発明の他の実施形態（実施形態３）にかかる金属端子付きの電子部品（広義の電子部品モジュール）を示す図である。
図１０に示されている電子部品（例えば積層セラミックコンデンサ）５０は、電子部品素子５１の表面に形成された外部電極５２に、上記の銅粒子ペーストを焼き付けることにより形成される銅焼結体（接合材料）５４により、金属端子（この例では、Ｌ字状の金属端子）５３を接合してなる金属端子付きの電子部品５０である。
この実施形態３の金属端子付きの電子部品５０は、例えば、電子部品素子５１の表面に形成された外部電極５２または金属端子５３の少なくとも一方に上記の銅粒子ペーストを塗布し、両者を接合させた状態で、所定の条件下で熱処理を施し、銅粒子ペースト中の銅粒子を焼結させることにより容易かつ確実に作製することができる。
なお、この金属端子付きの電子部品５０は、電子部品素子５１の外部電極５２と接続対象である金属端子５３とが、密度が高く、空隙が占める割合が小さい銅焼結体からなる接合材料（銅焼結体）５４により確実に接合されており、高い信頼性を備えている。
なお、金属端子は上述のような構成のものに限られるものではなく、他の電子部品の一部を構成する金属端子であってもよい。その場合も同様の効果を得ることができる。金属端子５３の構成材料に特別の制約はなく、金、銀、銅、銀−パラジウム、ニッケルなどからなるものを用いることが可能である。
また、上記の銅粒子ペーストは、実施形態１，２で説明した電子部品モジュールや、実施形態３で説明した金属端子付き電子部品（広義の電子部品モジュール）などの用途に限られるものではなく、例えば、
（ａ）多層セラミック基板の内部に配設される内蔵部品の接続材料、
（ｂ）層間接続のためのビアホール導体形成用材料、
（ｃ）配線や電極を形成するための電極形成用材料、
（ｄ）導電性封止材料、
（ｅ）ダイボンド用の接続材料
などの用途にも適用することが可能である。
本発明はさらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。
１０ 銅粒子
１１ 結晶子
１２ 酸化膜（銅酸化物）
１３ 還元作用を奏する有機化合物（溶剤）
２１ 第１の無酸素銅試料片
２２ 第２の無酸素銅試料片
２３ 銅粒子ペーストを焼成してなる銅焼結体
２４ シェアツール
３０ 電子部品モジュール
３１ ＩＣチップ（電子部品）
３２ 表面電極
３３ 金バンプ（外部端子）
３４ 銅焼結体（接合材料）
３５ 回路基板
３６ 実装用電極（接続対象）
３７ 封止樹脂
４０ 電子部品モジュール
４１ 積層セラミックコンデンサ
４２ 外部端子
４４ 銅焼結体（接合材料）
４５ 回路基板（アルミナ基板）
４６ 実装用電極（接続対象）
５０ 電子部品
５１ 電子部品素子
５２ 外部電極
５３ 金属端子
５４ 銅焼結体（接合材料）

Claims (9)

  1. 電子部品が備える外部端子が、接合材料を介して、接続対象に電気的および機械的に接続された構造を有する電子部品モジュールであって、
    前記接合材料は、
    粒径分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあるとともに、焼結前の平均結晶子径が３０〜１００ｎｍの範囲にあり、かつ、凝集を抑制する分散剤を粒子表面に有していない銅粒子と、
    前記銅粒子を焼結させる際の焼成温度で還元作用を奏する有機化合物と、
    を含有する銅粒子ペーストを焼結させることにより形成されたものであること
    を特徴とする電子部品モジュール。
  2. 前記接合材料は、焼結後の銅粒子の平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍの範囲にある銅焼結体であること
    を特徴とする請求項１記載の電子部品モジュール。
  3. 前記有機化合物がヒドロキシ基を有する有機化合物であることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品モジュール。
  4. 前記有機化合物がトリエタノールアミン、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品モジュール。
  5. 前記接続対象が、回路基板に配設された実装用電極であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品モジュール。
  6. 前記接続対象が、前記外部端子に取り付けられた金属端子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品モジュール。
  7. 電子部品が備える外部端子が、接合材料を介して接続対象に電気的および機械的に接続された構造を有する電子部品モジュールの製造方法であって、
    前記電子部品の前記外部端子が、粒径分布の粒径ピークが０．１〜５．０μｍの範囲にあるとともに、焼結前の平均結晶子径が３０〜１００ｎｍの範囲にあり、かつ、凝集を抑制する分散剤を粒子表面に有していない銅粒子と、前記銅粒子を焼結させる際の焼成温度で還元作用を奏する有機化合物と、を含有する銅粒子ペーストを介して前記接続対象と対向するように、前記電子部品と前記接合対象とを位置させる工程と、
    熱処理を行って前記銅粒子ペーストに含まれる前記銅粒子を焼結させることにより、銅粒子の平均結晶子径が６０〜１５０ｎｍである銅焼結体を形成し、前記電子部品の前記外部端子と前記接続対象とを、前記銅焼結体を介して接合する工程と
    を備えていることを特徴とする電子部品モジュールの製造方法。
  8. 前記電子部品の前記外部端子が、前記銅粒子ペーストを介して前記接続対象と対向するように前記電子部品を前記接合対象上に載置した状態で、外部から力を加えることなく前記熱処理を行うことを特徴とする請求項７記載の電子部品モジュールの製造方法。
  9. 前記熱処理を、不活性雰囲気中で実施することを特徴とする請求項７または８記載の電子部品モジュールの製造方法。
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