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公開番号2024014647
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-01
出願番号2022127454
出願日2022-07-22
発明の名称パワーデバイスの接合方法
出願人個人
代理人
主分類B23K 31/02 20060101AFI20240125BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】パワーデバイスの接合に使用されるはんだについて、電力は電流の2乗と抵抗値の積であることから、はんだの抵抗値を低減させて消費電力の低減を行いたいという課題がある。
【解決手段】電流は抵抗値が低い個所を通ろうとする自然の原理を利用し、液体状態のはんだ(27)から、液体状態のはんだ(27)と析出してきたはんだの微細結晶(28)の混在状態へ、さらに固体のはんだ(29)へと変化するときに、交流の電流を印可し、はんだ付け部の電気抵抗を低減させる方法を提供する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
本発明は、液体状態のはんだ（２７）から、液体状態のはんだ（２７）と析出してきたはんだの微細結晶（２８）の混在状態へ、さらに固体のはんだ（２９）へと変化するときに、交流の電流を印可することを特徴とする方法を提供する。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
液体状態のはんだ（２７）に交流の電流を印可し、電流は抵抗値が低い個所を通ろうとする自然の原理から、液体状態のはんだ（２７）が冷却され、液体状態のはんだ（２７）の中に析出するはんだの微細結晶（２８）の結晶構造が、電流が流れる方向に対して、電流が流れやすい結晶構造、すなわち電気の抵抗としてのはんだの抵抗値が低くくなるような結晶構造で析出することを特徴とする請求項１に準ずる方法を提供する。
【請求項３】
液体状態のはんだ（２７）に交流の電流を印可し、液体状態のはんだ（２７）が冷却され、はんだがすべて固体のはんだ（２９）になったときには、はんだの抵抗値が低減することを特徴とする請求項１および、請求項２に準ずる方法を提供する。
【請求項４】
自由電子が移動するときに、電子は移動しやすい個所を通ろうとする自然の原理を利用し、液体状態のはんだ（２７）が冷却され、液体状態のはんだ（２７）から、液体状態のはんだ（２７）と析出してきたはんだの微細結晶（２８）の混在状態へ変化し、さらに固体のはんだ（２９）へと変化するときに、交流の電流を印可し、はんだの抵抗値を低減させるすることを特徴とする請求項１および、請求項２および、請求項３に準ずる方法を提供する。
【請求項５】
交流電源（３０）に接続された、等価回路でコンデンサになる個所のコンデンサの電極（３１、３２）の間の、直流的に絶縁された領域に、はんだ（３３）を設置し、液体状態のはんだ（２７）から、液体状態のはんだ（２７）と析出してきたはんだの微細結晶（２８）の混在状態へ、さらに固体のはんだ（２９）へと変化するときに、交流電源（３０）から交流の電圧を、交流電源（３０）に接続されたコンデンサの電極（３１、３２）へ印可することを特徴とする請求項１および、請求項２および、請求項３および、請求項４に準ずる方法を提供する。
【請求項６】
交流電源（３０）から電極（３２、３３）へ印可する交流の電圧の周波数については、印可される交流電圧によりコンデンサに発生する変位電流と、はんだ（３３）が持っている抵抗によるジュール熱により、はんだが（３３）再溶融しなければよいので周波数に関する制約はないことを特徴とする請求項１および、請求項２および、請求項３および、請求項４に準ずる方法を提供する。
【請求項７】
電力は電流の２乗と抵抗値の積で、電力と時間の積が熱エネルギーであるため、はんだ付け部に交流の電流を印可し、はんだの抵抗値を低減することにより、消費電力を低減できることを特徴とする請求項１および、請求項２および、請求項３および、請求項４に準ずる方法を提供する。
【請求項８】
電力は電流の２乗と抵抗値の積で、ジュール熱は電力と時間の積がであるため、はんだ付け部に交流の電流を印可し、はんだの抵抗値を低減することにより、発熱の抑制が期待され、放熱用部材のコンパクト化に寄与できることを特徴とする請求項１および、請求項２および、請求項３および、請求項４に準ずる方法を提供する。
【請求項９】
電子部品のはんだと接合するための金属層とはんだの接合について、はんだに交流の電流を印可すると、電子が通りやすいような金属層とはんだの合金層（６３）の構造になることにより、電子部品のはんだと接合するための金属層とはんだの合金層の抵抗値が低減することを特徴とする請求項１および、請求項２および、請求項３および、請求項４に準ずる方法を提供する。
【請求項１０】
本発明は、交流の電圧を等価回路でコンデンサになる個所に印可する方法であり、放射される電磁波は、磁界強度（２３）より電界強度（２４）のほうが大きいため、低周波の交流の電圧を印可する場合、外部の機器の誤動作の原因となる電磁波ノイズを抑制および遮蔽する素材は磁性体でなくてもよいため、素材の選択が容易になることを特徴とする請求項１および、請求項２および、請求項３および、請求項４に準ずる方法を提供する。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイスの接合方法に関するものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００２】
日本金属学会誌第７３巻第９号（２００９）７３２－７４１、凝固中断実験によるＳｎ－Ａｇ系合金の凝固過程の解析、防衛大学校機能材料工学科、宮内喜子（防衛大学校大学院生）、江坂久雄、篠塚計
第２４回マイクロエレクトロニクスシンポジウム、２０１４年９月、磁界によりＳｎ結晶方位を配向するはんだ接合部の高信頼性化技術、山中公博（中央大学工学部）、西川宏（大阪大学接合科学研究所）、田口博久（中央大学工学部）、原田美由紀（関西大学化学生命工学部）、越智光一（関西大学化学生命工学部）
山陽特殊製鋼、技報Ｖｏｌ．４（１９９７年）Ｎｏ．１、材料電磁プロセッシングの進展、浅井慈生（名古屋大学、工博）
デンソーテクニカルレビュー、Ｖｏｌ．１６、２０１１、両面放熱パワーモジュール「パワーカード」の実装技術、坂本善次
金属微細粒子を用いた低温焼結接合材料の機械的特性および強度信頼性に関する研究、報告番号１２１０２甲第９２７６号、２０１９年９月、筑波大学、システム情報工学研究科、鈴木智久
銅単結晶（１００）、（１１０）、および（１１１）上への酸性硫酸銅浴からの銅電着について、木下宏（大阪府立大学）、林忠夫（大阪府立大学）、石田武男（大阪府立大学）、１９６６年Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．６
【背景技術】
【０００３】
パワーデバイスの接合方法として、はんだ付けやナノ粒子導電性ペーストを使用した接合方法がある。
【０００４】
はんだを融液状態から固体へと凝固させる場合のはんだの生成をコントロールする方法として、融液はんだを冷却する時の降温レートを調整する方法がある。［非特許文献１］にＳｎ－Ａｇ系合金の凝固過程の検討が示されている。
【０００５】
しかし、［非特許文献１］には、はんだの電気抵抗を低減させる方法についての記載はない。
【０００６】
図１に、Ｓｎの結晶構造の体心正方晶のβ－Ｓｎ結晶構造を示す。ａ軸（２）の原子間距離は５．８３Å、ｂ軸（３）の原子間距離は３．１８Å、ｃ軸（４）の原子間距離はｂ軸の原子間距離と同じ３．１８Åである。
【０００７】
融液はんだを冷却する時に、はんだに非接触で磁界の印可を行い、はんだの結晶構造の配向をコントロールする方法がある。［非特許文献２］にはんだ凝固時に、Ｓｎ結晶が磁気異方性を持っていることを利用し、外部磁界に対してＳｎ結晶構造が磁化容易方向に配向するように、はんだと非接触の外部磁界を印可することで、Ｓｎ結晶方位のａ軸、ｂ軸、ｃ軸の中で、エレクトロマイグレーションが起きにくいｃ軸を、実際にはんだへ電気回路の一部として電流が流れる経路として電流が流れる場合に、はんだに電流が流れる方向と垂直になるように結晶方位を配向させて、Ｓｎ結晶方位のｃ軸に磁界が発生するようにし、エレクトロマイグレーションを起きにくくする方法が示されている。
【０００８】
しかし、［非特許文献２］には、はんだ付け部の電気抵抗を低減させる方法としての記載はなく、はんだ付け部の電気抵抗を低減させる方法の記載はない。
【０００９】
また、［非特許文献２］は、［非特許文献２］の図１に示されているように、Ｓｎ結晶方位のｃ軸の配向についての記載はあるが、Ｓｎ結晶方位のａ軸、ｂ軸の配向についての記載は無い
【００１０】
また、［非特許文献２］は、［非特許文献２］の図３に示すように、Ｓｎ結晶が磁気異方性を持っているため、外部磁界に対して磁化容易方向にＳｎ結晶構造が配向することを利用するために磁界を用いる方法であり、はんだに対して交流の電界を印可するなど、電界を用いることは記載されていない。
（【００１１】以降は省略されています）

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