WO2009110095A1 - 導電材料、導電ペースト、回路基板、及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

　導電材料１０は、第１の金属を主成分とする第１金属部１１と、前記第１の金属の融点よりも低い融点を有し、前記第１の金属と金属間化合物を形成し得る第２の金属を主成分とし、前記第１金属部の表面に形成された第２金属部１２と、前記第２の金属と共晶反応を生じ得る第３の金属を主成分とする第３金属部１３と、を有する。

Description

導電材料、導電ペースト、回路基板、及び半導体装置

　本発明は、導電材料、導電ペースト、回路基板、及び半導体装置に関し、より具体的には、プリント配線板等の回路基板に導体回路を形成又は回路間の層間接続等に用いられる導電材料及び導電性ペーストと、当該導電材料又は導電ペーストを用いた回路基板及び半導体装置に関する。

　プリント配線板等の回路基板に導体回路を形成又は回路間の層間接続等に用いられる導電材料は、化学的に安定しており、電気抵抗が小さいことが要求される。一方、電子部品が搭載されるプリント配線板等の回路基板においては、導体回路が高密度に多層形成されることが求められている。そこで、近年、導電材料をスルーホール又はビアホール内に埋め込んで上下の配線層を接続するインナービアホール（ＩＶＨ：Ｉｎｎｅｒ　Ｖｉａ　Ｈｏｌｅ）又はブラインドビアホール等を高密度に形成したプリント配線板が用いられており、これによって、電子部品の高密度な実装が図られている。

　このような回路基板に導体回路を形成する方法としては、プリント配線板の全面に導体回路となる金属膜を形成し、次いで、フォトリソグラフィー技術を用いて不要な金属膜をエッチングにより除去することによって回路基板に導体回路を形成するサブトラクティブ法が用いられていた。更に、別の方法として、低コスト化を図るために、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、又はカーボン（Ｃ）等の導電材料の粒子と、溶剤で溶解したバインダーとを含む導電ペーストの被膜を、スクリーン印刷法を用いて回路基板の表面に回路を形成する方法等がある。

　また、上述のインナービアホール又はブラインドビアホール内に導電ペーストを充填形成し、硬化処理を施すことにより、回路基板の層間を接続する導体回路を形成する方法も提案されている。

　更に、複数の粒子から成り、各粒子が導電性コーティングを有し、上記導電性コーティングが溶融して隣接する粒子上に導電性コーティングを形成し、溶融した粒子の網状構造を形成する、導電性材料が提案されている（特許文献１参照）。

　また、銅（Ｃｕ）の粒子の表面に、厚さ１μｍの錫（Ｓｎ）の被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラーと、所定の薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法により導体回路とビアを形成する態様が提案されている（特許文献２参照）。

　更に、２種類の金属元素の間で形成される合金の融点は各元素の融点よりも低温になること及び２種類の金属元素の間で形成される金属間化合物は高い融点を有することを利用した、積層セラミック電子部品の端子電極に用いられる導電性の金属ペーストが提案されている（特許文献３参照）。該提案では、銅（Ｃｕ）の粉末の表面に亜鉛（Ｚｎ）をコーティングした複合金属粉末を積層セラミック電子部品の端子電極として用い、５００乃至６００℃で焼結を行うと、亜鉛（Ｚｎ）と銅（Ｃｕ）との間で相互拡散が進み、亜鉛（Ｚｎ）部分が黄銅となり密度の高い焼結体を得ることができ、また、銅（Ｃｕ）粉末を黄銅で囲むことにより、銅（Ｃｕ）端子の電極表面が酸化することを防止する。
特開平８－２２７６１３号公報 特開２００６－１９３０６号公報 特開平０２－４６６０３号公報

　しかしながら、上述のスクリーン印刷によって導体回路を形成する方法においては、導電ペーストに用いる導電材料が銀（Ａｇ）から成る場合、電気抵抗値が５．０×１０^－５［Ω・ｃｍ］であり、導電性は優れるものの、硫黄（Ｓ）と反応して硫化銀が形成されたり、マイグレーションを起こす等の問題がある。また、導電ペーストに用いる導電材料が銅（Ｃｕ）から成る場合には、電気抵抗値が２．５×１０^－４［Ω・ｍ］で導電性が銀（Ａｇ）よりも劣るという問題がある。更に、導電性ペーストに用いる導電材料がカーボン（Ｃ）から成る場合には、硫黄（Ｓ）と反応して硫化したり、マイグレーションを起こすことはないものの、電気抗値が３．０×１０^－２［Ω・ｍ］であり、導電性が銅（Ｃｕ）よりも更に劣るという問題がある。

　また、回路基板の層間を接続する接続材料として、温度階層接合を鉛（Ｐｂ）を含有しない錫（Ｓｎ）系の半田に適用した場合、錫（Ｓｎ）－銀（Ａｇ）合金の融点である２２１℃（錫（Ｓｎ）－３銀（Ａｇ）－０．５銅（Ｃｕ）の場合は２１７℃）より高い温度である２４０乃至２６０℃で接続でき、融点の温度領域が回路基板の耐熱温度である２６０℃以上の錫（Ｓｎ）を主成分とする接続材料は殆どなく、例えば金（Ａｕ）を主成分とした材料を選択しなければならない。

　しかしながら、金（Ａｕ）を主成分とする合金系は、融点温度領域が高く、例えば金（Ａｕ）－錫（Ｓｎ）合金の融点は２８０（℃）、金（Ａｕ）－ゲルマニウム（Ｇｅ）合金の融点は３５６（℃）、金（Ａｕ）－ケイ素（Ｓｉ）合金の融点は３７０（℃）である。従って、これらの材料を回路基板の層間を接続する接続材料として用いた場合、回路を構成する他の部材に与える熱損傷が大きくなると共に、これらの材料は金（Ａｕ）を主成分とするため材料コストの面でも問題がある。更に、金（Ａｕ）を主成分とする合金系の材料は、鉛（Ｐｂ）－錫（Ｓｎ）系の半田材料と比較して、硬く且つ脆いため、接続信頼性の面でも問題がある。

　また、電子部品の接続部の微細化により、電子部品を回路基板に接続する際に加える熱及び電子部品と回路基板の熱膨張係数の相違に因り、前記接続部の位置ずれは接続の可否を決定づける致命的な問題となる。従って、接続時の加熱温度は低いほど望ましい。例えば、熱膨張係数の大きい有機系の回路基板の場合は、当該加熱温度を少なくとも１６０℃以下にする必要がある。一方、接続温度が低い場合、他のプロセスで接続部を再溶融すると信頼性が低下するおそれがあるため、最終製品における接続部は高温に絶える構造であることが必要である。

　この問題に対応する一つの策として、ナノサイズの粒子を用いたナノペースト材料が近年開発されている。しかしながら、ナノペースト材料の場合、低温で焼結（又は凝集結合）し易いという利点があるものの、ナノサイズの粒子はその製法が特殊であり、コストも高いという欠点がある。

　そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、従来の導電材料よりも電気抵抗値が低く、回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度以下の温度で溶融・結合でき、更に、金属反応に因り前記絶縁基板の耐熱温度よりも高い融点を有し、電子部品の半田付け温度に耐えることができ、信頼性の高い電気的な接続及び十分な強度を保った接続を実現することができる導電材料及び導電性ペーストと、当該導電材料又は導電ペーストを用いた回路基板及び半導体装置を提供することを目的とする。

　本発明の一観点によれば、第１の金属を主成分とする第１金属部と、前記第１の金属の融点よりも低い融点を有し、前記第１の金属と金属間化合物を形成し得る第２の金属を主成分とし、前記第１金属部の表面に形成された第２金属部と、前記第２の金属と共晶反応を生じ得る第３の金属を主成分とする第３金属部と、を有することを特徴とする導電材料が提供される。

　絶縁基板のガラス転移点以下或いはガラス転移点を大きく超えない温度において、前記第２金属部の主成分である前記第２金属と、前記第３金属部の主成分である前記第３金属との共晶反応が発生することとしてもよい。また、前記第１金属部の主成分である前記第１金属と、前記第２金属部の主成分である前記第２金属とにより金属化合物が形成され、前記金属化合物の融点の温度は、絶縁基板の耐熱温度よりも高い温度であることとしてもよい。

　本発明の別の観点によれば、上述の導電材料と、樹脂成分とが混合されてなることを特徴とする導電ペーストが提供される。

　本発明の別の観点によれば、回路部を備えた回路基板であって、前記回路部は、上述の導電材料を備えた接続部により互いに接続されていることを特徴とする回路基板が提供される。

　本発明の別の観点によれば、回路基板の主面に半導体素子が接続されてなる半導体装置であって、前記回路基板と、前記半導体素子とは、上述の導電材料を備えた接続部により互いに接続されることを特徴とする半導体装置が提供される。

　本発明によれば、従来の導電材料よりも電気抵抗値が低く、回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度以下の温度で溶融・結合でき、金属反応に因り前記絶縁基板の耐熱温度よりも高い融点を有し、電子部品の半田付け温度に耐えることができ、更に信頼性の高い電気的な接続及び十分な強度を保った接続を実現することができる導電材料及び導電性ペーストと、当該導電材料又は導電ペーストを用いた回路基板及び半導体装置を提供することができる。

本発明の原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施例において、２回の加熱処理による温度変化と熱量の測定結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施例を説明するための図である。 本発明の第３の実施例を説明するための図である。 本発明の第４の実施例を説明するための図である。 本発明の第５の実施例を説明するための図である。

符号の説明

１０　　　　　導電材料
１１　　　　　第１金属部
１２　　　　　第２金属部
１３　　　　　第３金属部
１４　　　　　第２の金属と第３の金属との金属化合物
１５　　　　　第１の金属と第２の金属との金属化合物
２０、４１　　配線基板
２１、２２　　導電パターン
３０　　　　　多層配線基板
３５　　　　　粘着テープ
４０、５０　　半導体装置
４２　　　　　電極端子
４３　　　　　半導体素子
４４　　　　　凸状外部接続端子
４５　　　　　外部接続端子

　以下、先ず、本発明の原理について説明し、次いで、本発明の実施例について説明する。

　［本発明の原理］
　図１に、本発明の原理を示す。

　図１（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係る導電材料１０においては、第１の金属を主成分とする金属又は合金の粒子であって、核となる第１金属部１１の表面に、前記第１の金属の融点よりも低い融点を有し、前記第１の金属と金属間化合物を形成し得る第２の金属を主成分とする合金被膜たる第２金属部１２が形成されている。更に、導電材料１０には、第２の金属と共晶反応を生じ得る第３の金属を主成分とする金属又は合金の粉末から成る第３金属部１３が混合されている。

　第１金属部１１を構成する第１の金属としては、例えば、黄銅又はリン銅等の粉末の如き銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金を用いることができる。

　第２金属部１２を構成する第２の金属としては、錫（Ｓｎ）又は錫（Ｓｎ）－銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）－亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）－インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）－アンチモン（Ｓｂ）、若しくは錫（Ｓｎ）－ビスマス（Ｂｉ）等の錫（Ｓｎ）を主成分とする錫（Ｓｎ）合金を用いることができる。

　第３金属部１３を構成する第３の金属としては、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、又はビスマス（Ｂｉ）を主成分とするビスマス（Ｂｉ）－銀（Ａｇ）若しくはビスマス（Ｂｉ）－銅（Ｃｕ）等の粉末を用いることができる。

　上述の粉末の粒径は、微細な回路形成、ビア埋め、又は電子部品の接続に用いるため１０μｍ以下に設定することが望ましい。そのため、第１金属部１１を構成する第１の金属の表面における第２金属部１２を構成する第２の金属の被覆形成にあっては、無電解めっき法を用いることが好ましい。粉末状の金属にめっきする方法として、電気めっきによるバレルめっき法を用いることが一般的であるが、該方法を用いた微粉末への処理では歩留りが低下し、めっき皮膜厚のコントロールも難しいため、このような問題が生じない無電解めっき法を用いることが望ましい。

　また、無電解めっき法によるめっき厚は、第１の金属の粉末の粒径、第３の金属の粒径、及び配合比等によって適時設定されるが、低温での溶着及び高融点化を考慮すると拡散現象を滞りなく進行させるために、約１乃至３μｍの厚さに設定することが望ましい。

　また、表面に第２金属部１２が被覆された第１金属部１１の第１の金属の粉末と、第３金属部１３を構成する第３の金属の粉末の配合比率は、用途によって適時変えることが可能であるが、低温での溶着及び高融点化を考慮すると拡散現象を滞りなく進行させるために、第３の金属の粉末の配合比を約２０乃至６０％とすることが望ましい。

　また、導電材料のペースト化にあっては、印刷供給によるペースト供給を考慮して、粉末比率を約７０乃至９５ｗｔ％とすることが望ましい。但し、ペースト供給を、例えばデイスペンス又はインクジェット法等を利用した他の供給方法による場合、本発明の原理を逸脱しない範囲内で粉末比率を７０ｗｔ％以下としてもよい。

　このような構造を有する導電材料に対して、加熱及び加圧処理を施すと、回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度以下の温度であり、当該基板のガラス転移点以下の温度（例えば、１６０℃以下の温度）になったときに、第２金属部１２を構成する第２の金属と、第３金属部１３を構成する第３の金属との共晶反応が発生する。その結果、図１（ｂ）に示すように、第１金属部１１の周囲に液体状の、第２の金属と第３の金属との金属化合物１４が形成される。

　更に加熱及び加圧処理を施すと、図１（ｃ）に示すように、第１金属部１１を構成する第１の金属と、金属化合物１４中の第２の金属とが反応し、回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度よりも高い温度（例えば２６０℃以上の温度）の融点を有する、第１の金属と第２の金属との金属化合物１５と、第３金属部１３とに分離・変化する。第３金属部１３も、金属化合物１５と同様に、回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度よりも高い温度（例えば２６０℃以上の温度）の融点を有する。従って、図１（ｃ）の状態となった導電材料は、融点が上昇し、回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度よりも高い温度（例えば２６０℃以上の温度）では溶融しない。

　このような導電材料を備えた回路部は熱的に安定しており、電子部品を回路基板に搭載する場合のリフロー半田付け温度である約２２０乃至２４０℃では再溶融することはない。

　また、このような導電材料を、樹脂成分が混合された導電ペーストとして用いることができる。この場合、樹脂成分として、エポキシ系、フェノール系、又はシリコーン系の何れかをベースとし、有機酸等を添加することにより、導電材料の酸化を除去又は防止することができ、よって良好な金属結合体を形成することが可能となる。例えば、半田ペーストのように、導電材料と、ロジン樹脂と、有機酸又はハロゲン系活性成分と、溶剤とを混合して、接続材料たる導電ペーストを形成することができる。

　更に、第１の金属と第２の金属との金属化合物１５は、回路基板の導体回路として用いることが可能な電気抵抗値を有しており、本発明の実施の形態に係る導電材料又は導電ペーストを用いて形成された導体回路を備えた回路基板に電子部品を搭載することが可能となる。

　更に、上述の導電材料及び導電性ペーストを半導体素子等の電子部品の接続部材として用いることができる。上述の導電材料及び導電性ペーストを、高融点を有する鉛（Ｐｂ）を含有する半田の代替として用いることができ、熱膨張差の影響の少ない低温にて半導体素子等の電子部品を接続し、その後、融点が上昇した高信頼な接続部を形成することが可能となる。

　［第１の実施例］
　次に、上述の本発明の原理に基づく、本発明の第１の実施例について説明する。

　本発明の発明者は、先ず、図２に示す７種類の導電材料Ａ乃至Ｇを準備した。具体的には、図１に示す第１金属部１１を構成する第１の金属として、粒径が約５乃至１０μｍのＣｕ（銅）粉末を用い、当該第１金属の表面に第２金属部１２を構成する第２の金属として無電解錫（Ｓｎ）めっき又は無電解錫（Ｓｎ）－銀（Ａｇ）又は無電解錫（Ｓｎ）－インジウム（Ｉｎ）めっきを約２μｍ被覆形成した導電粒子と、第３金属部１３を構成する第３の金属として粒径が約５乃至１０μｍのビスマス（Ｂｉ）粉末、ビスマス（Ｂｉ）－銀（Ａｇ）粉末、又はビスマス（Ｂｉ）－銅（Ｃｕ）粉末を混合して、７種類の導電材料Ａ乃至Ｇを作成した。

　また、表面に第２金属部１２が被覆形成された第１金属部１１を構成する第１の金属に対する、第３金属部１３を構成する第３金属の混合比率は、低温結合及び融点上昇を得るため約２０乃至６０％の範囲内で任意に選択することができ、導電材料Ａ乃至Ｆにあっては、表１に示す比率に設定した。

　そして、上述の導電材料Ａ乃至Ｇと、ビスフェノールＦタイプのエポキシ系樹脂、硬化剤、及びアジピン酸を混合した樹脂成分とを６：４の割合で混合し、７種類の導電ペースト１乃至７を作成した。更に、各導電ペースト１乃至７に対し、約１００乃至２９０℃の加熱処理を２回繰り返し行った。

　当該２回の加熱処理における温度変化と熱量の測定結果を図２に示す。

　図２に示すグラにおいて、縦軸は熱量［μＷ］を示し、横軸は温度［℃］を示す。また、実線は、１回目の加熱処理における温度変化と熱量の測定結果を示し、一点鎖線は、２回目の加熱処理における温度変化と熱量の測定結果を示す。

　図２に示すように、何れの導電ペースト１乃至７の場合も、１回目の加熱処理においては、１３７．９℃のときに第２の金属と第３の金属との共晶反応が発生し第２の金属と第３の金属の金属化合物が形成され、更に、１９８．９℃のときに第１の金属と第２の金属と第３の金属の金属化合物を構成する第２の金属とが反応したことが分かる。１回目の加熱処理が終了し冷却した後に２回目の加熱処理を施すと、１３７．９℃のときに第２の金属と第３の金属との共晶反応を見ることはできず、２７１℃になった時点で初めて熱量が下がったことが分かる。

　この現象は、導電ペースト１乃至７の融点が上昇し、当該融点が回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度よりも高い温度（例えば２６０℃以上の温度）になったことを示している。

　本発明の発明者が加熱処理後の導電ペーストの状態を確認したところ、導電ペースト１乃至７が、銅（Ｃｕ）から成る第１の金属部と、その表面に銅（Ｃｕ）と錫（Ｃｎ）の金属化合物と、当該金属化合物の上面にビスマス（Ｂｉ）が形成されてなる構造に変化していることが分かった。そして、加熱処理後の各導電ペースト１乃至７の電気抵抗を測定すると、表２に示すように、何れも１．０×１０^－６乃至２．０×１０^－６の低抵抗になっていることが分かった。

　本発明の発明者はまた、上述の導電材料Ａ乃至Ｇと、ロジン樹脂、無水酢酸、及びブチルカルビトールを混合した樹脂成分とを９：１の割合で混合し、７種類の導電ペースト８乃至１４を作成した。そして、各導電ペースト８乃至１４に対し、約１００乃至２９０℃の加熱処理を２回繰り返し行った後に、各導電ペースト８乃至１４の電気抵抗を測定すると、表３に示すように、何れも５．０×１０^－６乃至６．０×１０^－６の低抵抗になっていることが分かった。

　［第２の実施例］
　本発明の発明者は、図３に示すように、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を基材とし、上面及び下面に銅（Ｃｕ）等からなる導電パターン（配線部）２１、２２が選択的に配設された配線基板（回路基板）２０内に形成されたビアホール中に、上述の導電ペースト１乃至７（図３においては符号「Ｐ」を付している）をそれぞれ充填した。

　ビアホールは、ドリル加工又はレーザ加工等により形成することができ、例えば、直径１００μｍを有する。上述の導電ペースト１乃至７は、例えばスクリーン印刷法等により
ビアホールに充填でき、硬化した導電ペースト１乃至７は、配線基板の基材の上面及び下面に形成した導電パターン２１、２２を電気的に接続する。

　本発明の発明者は、かかる構造に対し、真空中で１５０℃の加熱処理を施した結果、第１の実施例における表２及び表３に示す結果と同様に、低抵抗の回路を形成することを確認した。また、本構造に対し、配線基板の耐熱温度よりも高い温度（例えば２６０℃以上の温度）まで加熱しても、ビアホールに充填され硬化した後の導電ペースト１乃至７が再溶融する現象は確認されず、信頼性の高い良好な導電接続ビアホール構造を形成することができた。

　［第３の実施例］
　本発明の発明者は、図４に示す回路基板、即ち多層配線基板３０に本発明を適用した。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）において点線で囲んだ部分を拡大して示している。

　本例における多層配線基板３０は、上面及び内部に銅（Ｃｕ）等からなる導電パターン（配線部）２１を備えたガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を基材とする樹脂基板２０ａと、下面及び内部に銅（Ｃｕ）等からなる導電パターン（配線部）２２を備えたガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を基材とする樹脂基板２０ｂとが、粘着シート３５を介して積層された構造を有する。

　本発明の発明者は、多層配線基板３０の形成にあたり、粘着シート３５であって、樹脂基板２０ａの内部に形成された導電パターン２１及び樹脂基板２０ｂの内部に形成された導電パターン２２の対応する位置にビアホールを形成し、当該ビアホール中に、上述の導電ペースト１乃至７（図４においては符号「Ｐ」を付している）をそれぞれ充填した。

　ビアホールは、ドリル加工又はレーザ加工等により形成することができ、例えば、直径１００μｍを有する。上述の導電ペースト１乃至７は、例えばスクリーン印刷法等により
ビアホールに充填でき、硬化した導電ペースト１乃至７は、樹脂基板２０ａ、２０ｂに形成された導電パターン２１、２２を電気的に接続する。

　本発明の発明者は、かかる構造に対し、真空中で１５０℃の加熱処理を施し、第１の実施例における表２及び表３に示す結果と同様に、低抵抗の回路を有する多層配線基板３０を形成することができた。また、本構造に対し、配線基板の耐熱温度よりも高い温度、例えば２６０℃以上の温度まで加熱しても、ビアホールに充填され硬化した後の導電ペースト１乃至７が再溶融する現象は確認されず、信頼性の高い良好な導電接続ビアホール構造を有する多層配線基板を形成することができた。

　［第４の実施例］
　本発明の発明者は、図５に示す半導体装置４０に本発明を適用した。

　半導体装置４０の形成にあっては、ビルドアッププロセスで製造したガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を基材とした配線基板（回路基板）４１の上面に表出された銅（Ｃｕ）等からなる電極端子４２に、シリコン（Ｓｉ）等を基材とする半導体素子４３の主面に配設された凸状（突起状）の外部接続端子４４を接続した。即ち、半導体素子４３を所謂フリップチップ（フェイスダウン）状態で、配線基板４１に搭載した。

　具体的には、一辺が約１０ｍｍの略正方形状を有する半導体素子４３の主面に８０μｍのピッチで形成された電極パッド（図示を省略）上に、バンプとも称される凸状外部接続端子４４を金（Ａｕ）めっきにより形成し、次いで、上述の表３を参照して説明した導電ペースト８乃至１４（図５においては符号「Ｐ'」を付している）を凸状外部接続端子４４の先端に転写した。しかる後、当該凸状外部接続端子４４と配線基板４１の電極端子４２とを位置合わせして接続し、１５０℃の加熱処理を施した。

　次いで、アンダーフィル剤（図示を省略）をキャピラリーフローにより配線基板４１と半導体素子４３との間に充填し、温度１８０℃で１時間硬化処理を施した。その結果、導電ペースト８乃至１４が用いられた接続箇所の接続抵抗は約５×１０^－６Ω・ｃｍであり、第１の実施例と同様低に低抵抗であることを確認できたと共に、良好な接続部が形成されたことを確認した。また、この接続部は、配線基板４１の耐熱温度よりも低い温度、例えば２６０℃以下の温度では、再溶融しないことを確認した。

　［第５の実施例］
　本発明の発明者は、図６に示す半導体装置５０に本発明を適用した。

　半導体装置５０の形成にあっては、ビルドアッププロセスで製造したガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を基材とした配線基板４１の上面に表出された銅（Ｃｕ）等からなる電極端子４２に、シリコン（Ｓｉ）等を基材とする半導体素子４３の主面に配設された外部接続端子４５を接続した。即ち、半導体素子４３を所謂フリップチップ（フェイスダウン）状態で、配線基板４１に搭載した。

　具体的には、一辺が約１０ｍｍの略正方形状を有する半導体素子４３の主面に１５０μｍのピッチで形成された電極パッド（図示を省略）上に上述の表３を参照して説明した導電ペースト８を印刷し、１５０℃の加熱処理を施して、バンプとも称される外部接続端子４５を形成した。一方、配線基板４１の電極端子４２に導電ペースト８を印刷した。

　しかる後、外部接続端子４５と配線基板４１の電極端子４２とを位置合わせして接続し、１５０℃の加熱処理を施した。

　次いで、その後、アンダーフィル剤（図示を省略）をキャピラリーフローにより配線基板４１と半導体素子４３との間に充填し、温度１８０℃で１時間硬化処理を施した。その結果、導電ペースト８が用いられた接続箇所の接続抵抗は約５×１０^－６Ω・ｃｍであり、第１の実施例と同様低に低抵抗であることを確認できたと共に、良好な接続部が形成されたことを確認した。また、この接続部は、配線基板４１の耐熱温度よりも低い温度、例えば２６０℃以下の温度では、再溶融しないことを確認した。

　上述した第１乃至第５の実施例の説明から明らかなように、本発明の実施例の導電材料よれば、第１金属部の主成分である第１金属と第２金属部の主成分である第２金属とにより形成される金属化合物と、第３金属部の主成分である第３金属とにより電気的接続部が形成される。

　本発明の実施例の導電材料は、従来の導電材料よりも電気抵抗値が低く、回路基板として用いられる絶縁基板の耐熱温度以下の温度で溶融・結合でき、金属反応に因り前記絶縁基板の耐熱温度よりも高い融点を有し、電子部品の半田付け温度に耐えることができ、信頼性の高い電気的な接続及び十分な強度を保った接続を実現することができる。

　また、本発明の実施例の導電材料は、絶縁基板の耐熱温度よりも高い融点を有するため、低温で回路形成及び電子部品を接続することができ、よって、回路基板及び半導体装置の製造プロセスにおいて発生し得る応力を低減することができる。

　以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

　本発明は、導電材料、導電ペースト、回路基板、及び半導体装置に適用可能であり、プリント配線板等の回路基板に導体回路を形成又は回路間の層間接続等に用いられる導電材料及び導電性ペーストと、当該導電材料又は導電ペーストを用いた回路基板及び半導体装置に適用可能である。

　以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

Claims (16)

1. 　第１の金属を主成分とする第１金属部と、
   　前記第１の金属の融点よりも低い融点を有し、前記第１の金属と金属間化合物を形成し得る第２の金属を主成分とし、前記第１金属部の表面に形成された第２金属部と、
   　前記第２の金属と共晶反応を生じ得る第３の金属を主成分とする第３金属部と、を有することを特徴とする導電材料。
2. 　請求項１記載の導電材料であって、
   　絶縁基板のガラス転移点以下の温度において、前記第２金属部の主成分である前記第２金属と、前記第３金属部の主成分である前記第３金属との共晶反応が発生することを特徴とする導電材料。
3. 　請求項２記載の導電材料であって、
   　前記共晶反応は、１６０℃以下の温度で発生することを特徴とする導電材料。
4. 　請求項１乃至３いずれか一項記載の導電材料であって、
   　前記第１金属部の主成分である前記第１金属と、前記第２金属部の主成分である前記第２金属とにより金属化合物が形成され、前記金属化合物の融点の温度は、絶縁基板の耐熱温度よりも高い温度であることを特徴とする導電材料。
5. 　請求項４記載の導電材料であって、
   　前記金属化合物の融点の温度は、２６０℃以上であることを特徴とする導電材料。
6. 　請求項１乃至５いずれか一項記載の導電材料であって、
   　前記第２金属部は、無電解めっき法により前記第１金属部の表面に形成されることを特徴とする導電材料。
7. 　請求項１乃至６いずれか一項記載の導電材料であって、
   　前記第１の金属は、銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金であることを特徴とする導電材料。
8. 　請求項１乃至７いずれか一項記載の導電材料であって、
   　前記第２の金属は、錫（Ｓｎ）又は錫（Ｓｎ）合金であることを特徴とする導電材料。
9. 　請求項１乃至８いずれか一項記載の導電材料であって、
   　前記第３の金属は、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、又はビスマス（Ｂｉ）を主成分とする粉末であることを特徴とする導電材料。
10. 　請求項１乃至９いずれか一項記載の導電材料と、樹脂成分とが混合されてなることを特徴とする導電ペースト。
11. 　回路部を備えた回路基板であって、
    　前記回路部は、請求項１乃至９いずれか一項記載の導電材料を備えた接続部により互いに接続されていることを特徴とする回路基板。
12. 　請求項１１記載の回路基板であって、
    　前記接続部は、前記第１金属部の主成分である前記第１金属と前記第２金属部の主成分である前記第２金属とにより形成される前記金属化合物と、前記第３金属部の主成分である前記第３金属とにより形成されることを特徴とする回路基板。
13. 　請求項１２記載の回路基板であって、
    　前記回路基板は、前記回路部を有する複数の樹脂基板を積層させて成る多層配線基板であることを特徴とする回路基板。
14. 　回路基板の主面に半導体素子が接続されてなる半導体装置であって、
    　前記回路基板は、請求項１１乃至１３いずれか一項記載の回路基板であることを特徴とする半導体装置。
15. 　回路基板の主面に半導体素子が接続されてなる半導体装置であって、
    　前記回路基板と、前記半導体素子とは、請求項１乃至９いずれか一項記載の導電材料を備えた接続部により互いに接続されることを特徴とする半導体装置。
16. 　請求項１５記載の半導体装置であって、
    　前記接続部は、前記第１金属部の主成分である前記第１金属と前記第２金属部の主成分である前記第２金属とにより形成される前記金属化合物と、前記第３金属部の主成分である前記第３金属とにより形成されることを特徴とする半導体装置。

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