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JP6398499B2 - 電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

電子装置及び電子装置の製造方法 Download PDF

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JP6398499B2
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Description

本発明は、電子装置及び電子装置の製造方法に関する。
電子部品間の端子を、接合材を用いて接合し、電気的に接続する技術が知られている。接合材としては、例えば、１種又は２種以上の成分を含む半田が用いられる。例えば、半導体素子や半導体パッケージを、半田バンプを用いて、プリント基板等の基板に実装する技術が知られている。
特開２００２−２３９７８０号公報 特開２００７−２４２７８３号公報
電子部品間の端子の接合部には、外部からの衝撃、或いは電子部品の発熱や電子部品に対する加熱に起因して生じる熱応力によって、クラック、剥離、断線等の接合不良が発生する場合がある。
本発明の一観点によれば、第１端子を備える第１電子部品と、前記第１端子に対向する第２端子を備える第２電子部品と、前記第１端子と前記第２端子を接合し、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延び、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向と交差する方向を法線方向とする一対の主面を有する板状のＣｕ ６ Ｓｎ ５ の第１化合物を含有する接合部とを含む電子装置が提供される。
また、本発明の一観点によれば、第１電子部品に設けられた第１端子と、第２電子部品に設けられた第２端子とを、接合材を介して対向させる工程と、前記接合材を加熱して溶融し、前記第１端子、前記接合材及び前記第２端子を接続する工程と、前記第１電子部品を前記第２電子部品よりも高温にした状態で、前記接合材を冷却して凝固し、前記接合材の内部に、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延び、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向と交差する方向を法線方向とする一対の主面を有する板状のＣｕ ６ Ｓｎ ５ の化合物を析出させる工程とを含む電子装置の製造方法が提供される。
開示の技術によれば、電子部品間の接合部の強度を高め、接合信頼性に優れる電子装置を実現することが可能になる。
第１の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る電子装置の別例を示す図である。 第１の実施の形態に係る端子構造の例を示す図である。 半導体素子の構成例を示す図である。 半導体パッケージの構成例を示す図（その１）である。 半導体パッケージの構成例を示す図（その２）である。 半導体パッケージの構成例を示す図（その３）である。 回路基板の構成例を示す図である。 第２の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る電子装置の第１構成例を示す図である。 第２の実施の形態に係る電子装置の第２構成例を示す図である。 第３の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る電子装置の第１構成例を示す図である。 第３の実施の形態に係る電子装置の第２構成例を示す図である。 第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。 第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の別例を説明する図（その１）である。 第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の別例を説明する図（その２）である。 第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の別例を説明する図（その３）である。 電子装置の製造装置の一例を示す図である。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。尚、図１（Ａ）には、第１の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。図１（Ｂ）には、第１の実施の形態に係る電子装置の一例の、接合部の電子部品平面方向に沿った断面を模式的に図示している。図１（Ｂ）の接合部断面は、一例として、図１（Ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った位置に相当する接合部断面を模式的に図示したものである。図１（Ａ）の電子装置の接合部断面は、一例として、図１（Ｂ）のＬ２−Ｌ２線に沿った位置に相当する接合部断面を模式的に図示したものである。
図１（Ａ）に示す電子装置１は、電子部品１０及び電子部品２０、並びに、電子部品１０と電子部品２０の間を接合する接合部３０を有している。
電子部品１０は、その表面１０ａに設けられた端子１１を有している。ここでは一例として、１つの端子１１を図示している。端子１１には、各種導体材料を用いることができる。例えば、端子１１には、その一部又は全部に銅（Ｃｕ）を用いることができる。
電子部品２０は、電子部品１０に対向して配置されている。電子部品２０は、電子部品１０の表面１０ａと対向する表面２０ａに設けられた端子２１を有している。ここでは一例として、１つの端子２１を図示している。電子部品２０の端子２１は、電子部品１０の端子１１に対応する位置に設けられている。端子２１には、各種導体材料を用いることができる。例えば、端子２１には、その一部又は全部にＣｕを用いることができる。
接合部３０は、電子部品１０の端子１１と、電子部品２０の端子２１との間に設けられ、それらの端子１１と端子２１とを接合する。
電子部品１０及び電子部品２０にはそれぞれ、例えば、半導体素子（半導体チップ）、半導体素子を備える半導体パッケージ、又は回路基板を用いることができる。尚、電子部品１０及び電子部品２０の構成の詳細については後述する。
電子部品１０と電子部品２０の間を接合する接合部３０には、半田を用いることができる。半田には、スズ（Ｓｎ）を含む半田を用いることができる。半田には、例えば、鉛（Ｐｂ）を含まないＰｂフリー半田が用いられる。例えば、接合部３０には、Ｓｎと銀（Ａｇ）とＣｕを含むＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を用いることができる。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田として、例えば、Ａｇを３．０ｗｔ％、Ｃｕを０．５ｗｔ％含むＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田が用いられる。
接合部３０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、端子１１から端子２１、或いは、端子２１から端子１１に向かう方向に延びる、板状の化合物３１を含有している。
ここで、図１（Ｂ）に示す接合部３０の断面は、電子部品１０と電子部品２０の間の接合部３０を、図１（Ａ）のＬ１−Ｌ１線の位置で切断した時の断面の一例である。接合部３０内の板状の化合物３１は、図１（Ｂ）に示すように、端子１１から端子２１、或いは、端子２１から端子１１に向かう方向（図１（Ｂ）の紙面奥行き方向、或いは、紙面手前方向）と交差する方向を法線方向とする一対の主面３１ａを有する。図１（Ｂ）には、接合部３０内に、主面３１ａが異なる方向を向いた複数の板状の化合物３１が含まれる形態を例示している。図１（Ａ）に示す接合部３０の断面は、電子部品１０と電子部品２０の間の接合部３０を、図１（Ｂ）のＬ２−Ｌ２線の位置で切断した時の断面の一例である。図１（Ａ）の接合部３０の断面内には、接合部３０内に含まれる複数の板状の化合物３１のうち、図１（Ｂ）のＬ２−Ｌ２線の位置で切断された３つの板状の化合物３１（それらの切断面）を例示している。
例えば、接合部３０に上記のようなＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田が用いられる場合、接合部３０には、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物３１（金属間化合物（InterMetallic Compound；ＩＭＣ））が含有される。
このような板状の化合物３１は、電子部品１０と電子部品２０を、接合部３０となる材料（接合材）を用いて接合する過程で、形成することができる。
図２は第１の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。尚、図２には、第１の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例の要部断面を模式的に図示している。図２（Ａ）は接合前の状態の一例を示す図、図２（Ｂ）は接合時の状態の一例を示す図、図２（Ｃ）は接合後の状態の一例を示す図である。
まず図２（Ａ）に示すような、接合する電子部品１０及び電子部品２０が準備される。準備される電子部品１０と電子部品２０のうち、一方の端子上、この例では電子部品２０の端子２１上に、予め接合材３０ａが設けられる。接合材３０ａは、上記のような接合部３０を形成するための材料である。接合材３０ａには、例えば、半田が用いられる。ここでは、接合材３０ａにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を用いる場合を例にして説明する。
図２（Ａ）に示すような、電子部品２０の端子２１上の接合材３０ａは、例えば、端子２１上に半田ボールを搭載したり半田をメッキにより堆積したりすることで配設された半田を、加熱により溶融し、冷却により凝固することで、形成される。ここでは一例として、略ボール状に成形された接合材３０ａを図示するが、接合材３０ａは、この形状に限定されるものではなく、種々の形状を採り得る。
上記のような電子部品１０、及び接合材３０ａが設けられた電子部品２０が準備された後、これらの電子部品１０と電子部品２０が、図２（Ａ）に示すように、互いの端子１１と端子２１（又はその上の接合材３０ａ）の位置合わせが行われて、対向配置される。
そして、図２（Ｂ）に示すように、電子部品２０の端子２１上の接合材３０ａが、加熱により溶融され、電子部品１０の端子１１に接続される。接合材３０ａと端子１１の接続後、接合材３０ａは、冷却により凝固される。ここで、接合材３０ａの加熱は、窒素（Ｎ2）等の不活性ガス雰囲気とされた炉内で行われる。接合材３０ａの冷却は、不活性ガス雰囲気とされた炉内で行われ、例えば炉内をパージしたり炉内で自然放冷したりすることで行われる。
このような接合材３０ａの加熱後の冷却過程において、例えば少なくとも接合材３０ａの凝固開始から凝固終了までの間、電子部品１０と電子部品２０は、一方が他方よりも高温の状態になるように調節される。例えば、電子部品２０が電子部品１０よりも高温の状態になるように調節される。或いは、電子部品１０が電子部品２０よりも高温の状態になるように調節される。
例えば、電子部品１０と電子部品２０のうちの一方側に、所定の熱容量を有する部材を設け、その部材を設けた一方側の電子部品の冷却速度を低下させる。このようにすることで、例えば接合材３０ａの凝固開始から凝固終了までの間、一方側の電子部品を他方側の電子部品よりも高温の状態にする。
或いは、一方側の電子部品の冷却速度を低下させるように、その一方側の電子部品を選択的に温める。或いはまた、他方側の電子部品を選択的に冷却し、その他方側の電子部品の冷却速度を増大させる。このようにすることで、例えば接合材３０ａの凝固開始から凝固終了までの間、一方側の電子部品を他方側の電子部品よりも高温の状態にする。
このように、接合材３０ａの加熱後の冷却過程において、例えば接合材３０ａの凝固開始から凝固終了までの間、一方側の電子部品を他方側の電子部品よりも高温の状態にすることで、凝固時の接合材３０ａには温度勾配ができる。即ち、接合材３０ａの、高温の状態になるようにした一方の電子部品側が、他方の電子部品側よりも高温になるような温度勾配ができる。このような温度勾配ができることで、接合材３０ａは概ね、より低温の他方の電子部品側から、より高温の一方の電子部品側に向かって、凝固が進行していくようになる。
このように凝固が進行していくことで、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田の接合材３０ａには、図２（Ｃ）に示すように、その凝固の進行方向に延びるように、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物３１が析出する。即ち、電子部品１０の端子１１から電子部品２０の端子２１に向かう方向に延びるように、或いは、電子部品２０の端子２１から電子部品１０の端子１１に向かう方向に延びるように、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物３１が析出する。ここでは複数の板状の化合物３１を例示している。板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物３１は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する部分３２で覆われる。凝固の進行により、そのような部分３２の内部に板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物３１を含有する接合部３０が形成され、図２（Ｃ）に示すような、接合部３０で電子部品１０と電子部品２０が接合された電子装置１が得られる。
接合部３０に、上記のように端子１１から端子２１に向かう方向、或いは、端子２１から端子１１に向かう方向に延びる板状の化合物３１が形成されることで、それが補強材の役割を果たし、接合部３０の、外力や熱に起因した応力に対する強度の向上が図られる。例えば、接合部３０の、端子１１と端子２１の対向方向と交差する方向の応力に対する強度の向上が図られる。
半導体素子の高密度実装、端子の狭ピッチ化に伴い、半導体素子や半導体パッケージが大型化したり、半導体素子や半導体パッケージと回路基板との間の半田の接合部が微細化したりすると、接合部に加わる外力や応力が大きくなる場合がある。接合部に上記のようなＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を用いる場合で、上記図２で述べたような接合方法を用いない場合には、接合部内に、粗大なＣｕ6Ｓｎ5の化合物が形成されたり、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物が端子面方向に延びて形成されたりすることがある。このような化合物に外力や熱に起因した応力が集中することで、その化合物の部位を起点とした接合部のクラックや剥離、せん断応力によるせん断剥離が発生し易い。
上記のように、電子部品１０と電子部品２０の間の接合部３０に、端子１１から端子２１、或いは、端子２１から端子１１に向かう方向に延びるような板状の化合物３１を設けることで、接合部３０が、外力や熱に起因した応力に対し、より強い構造となる。このような接合部３０の強度の向上により、外力や応力に起因した接合部３０のクラックや剥離の発生、そのようなクラックや剥離による断線を、効果的に抑制することが可能になる。
ここでは接合材３０ａを、予め電子部品２０の端子２１上に設けるようにしたが、予め電子部品１０の端子１１上に設け、上記図２に例示した手順に従って接合を行っても、接合部３０内に、上記のような板状の化合物３１を析出させることが可能である。
尚、上記のような板状の化合物３１は、必ずしも電子部品１０の端子１１から電子部品２０の端子２１に達するように形成されることを要しない。板状の化合物３１が端子１１から端子２１に達するような長さでない場合でも、接合部３０内に上記のような板状の化合物３１が存在することで、上記のような接合部３０の強度の向上、接合部３０の強度の向上によるクラックや剥離を抑制することが可能である。例えば、上記の板状の化合物３１は、端子１１−端子２１間距離の半分以上の長さで形成され得る。それにより、一定の強度向上効果を得ることが可能である。
電子部品１０の端子１１と電子部品２０の端子２１の間には、例えば、複数の板状の化合物３１が、端子１１から端子２１、或いは、端子２１から端子１１に向かう方向に配向するように延在されて形成される。この場合、複数の板状の化合物３１は、必ずしも互いに平行に延在されることを要しない。また、複数の板状の化合物３１は、必ずしも互いに同じ長さで延在されることを要しない。更にまた、複数の板状の化合物３１は、必ずしも互いに端子１１面又は端子２１面から同じ高さの位置を起点に延在されることを要しない。
また、板状の化合物３１は、必ずしも接合部３０内に複数含有されていることを要しない。接合部３０内に少なくとも１つの板状の化合物３１が存在することで、上記のような接合部３０の強度の向上、接合部３０の強度の向上によるクラックや剥離を抑制することが可能である。
ここでは板状の化合物３１としてＣｕ6Ｓｎ5を例示したが、板状の化合物３１には、Ｃｕ及びＳｎを含む他の結晶相（Ｃｕ3Ｓｎ等）が含有されてもよい。そのような場合でも、板状の化合物３１が含有されることによる上記のような接合部３０の強度の向上、接合部３０の強度の向上によるクラックや剥離を抑制することが可能である。
また、接合部３０内には、上記のような板状の化合物３１のほか、柱状の化合物が含有されてもよい。
図３は第１の実施の形態に係る電子装置の別例を示す図である。尚、図３（Ａ）には、第１の実施の形態に係る電子装置の別例の要部断面を模式的に図示している。図３（Ｂ）には、第１の実施の形態に係る電子装置の別例の、接合部の電子部品平面方向に沿った断面を模式的に図示している。図３（Ｂ）の接合部断面は、一例として、図３（Ａ）のＬ３−Ｌ３線に沿った位置に相当する接合部断面を模式的に図示したものである。図３（Ａ）の電子装置の接合部断面は、一例として、図３（Ｂ）のＬ４−Ｌ４線に沿った位置に相当する接合部断面を模式的に図示したものである。
上記のように温度勾配を持たせてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田の接合材３０ａを凝固させていくと、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、Ｃｕ6Ｓｎ5のような板状の化合物３１が析出される。更に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、端子１１から端子２１、或いは、端子２１から端子１１に向かう方向に延びる、Ａｇ3Ｓｎ等の柱状の化合物３３も析出され得る。
ここで、図３（Ｂ）に示す接合部３０の断面は、電子部品１０と電子部品２０の接合部３０を、図３（Ａ）のＬ３−Ｌ３線の位置で切断した時の断面の一例である。図３（Ｂ）には、接合部３０内に、主面３１ａが異なる方向を向いた複数の板状の化合物３１、及び、複数の柱状の化合物３３が含まれる形態を例示している。図３（Ａ）に示す接合部３０の断面は、電子部品１０と電子部品２０の接合部３０を、図３（Ｂ）のＬ４−Ｌ４線の位置で切断した時の断面の一例である。図３（Ａ）の接合部３０の断面内には、接合部３０内に含まれる複数の板状の化合物３１及び柱状の化合物３３のうち、図３（Ｂ）のＬ４−Ｌ４線の位置で切断された３つの板状の化合物３１（それらの切断面）及び４つの柱状の化合物３３（それらの切断面）を例示している。
このように接合部３０内には、板状の化合物３１のほか、柱状の化合物３３が含有されていてもよい。接合部３０内の板状の化合物３１及び柱状の化合物３３により、接合部３０が、外力や熱に起因した応力に対して強い構造となり、接合部３０のクラックや剥離の発生、そのようなクラックや剥離による断線を抑制することができる。
ところで、接合部３０内に板状の化合物３１として形成されるＣｕ6Ｓｎ5のＣｕは、例えば、接合材３０ａに用いるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田に含まれるＣｕである。このほか、形成されるＣｕ6Ｓｎ5のＣｕは、接合材３０ａ外から接合材３０ａ内に拡散するＣｕであってもよい。電子部品１０と電子部品２０を接合する際の接合材３０ａの溶融時には、接合材３０ａ内に、端子１１や端子２１の側からＣｕが拡散し得る（図２（Ｂ））。その場合、接合材３０ａが冷却、凝固される際には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田に含まれるＣｕのほか、このように端子１１や端子２１の側から拡散してくるＣｕが用いられて、Ｃｕ6Ｓｎ5が形成され得る（図２（Ｃ））。
接合材３０ａに用いるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田のＣｕ含有量が少量の場合でも、溶融時に端子１１や端子２１の側から接合材３０ａ内にＣｕが供給されることで、接合部３０内に、応力に対して一定の強度向上効果を示す大きさや数のＣｕ6Ｓｎ5が形成可能になる。このように端子１１や端子２１の側から接合材３０ａ内にＣｕを供給するためには、端子１１や端子２１にＣｕを用いるほか、例えば次の図４に示すような構造を採用することもできる。
図４は第１の実施の形態に係る端子構造の例を示す図である。尚、図４（Ａ）〜図４（Ｆ）にはそれぞれ、第１の実施の形態に係る電子部品の要部断面を模式的に図示している。
図４（Ａ）には、電子部品１０の端子１１を例示している。図４（Ａ）の端子１１は、電子部品１０の表面１０ａに設けられた電極層１１ａを備えている。電極層１１ａには、Ｃｕ等、各種導体材料を用いることができる。電極層１１ａ上には、接合材３０ｂが設けられている。接合材３０ｂには、半田ペースト３０ｂａにＣｕ粉３０ｂｂを混合したものを用いる。半田ペースト３０ｂａには、各種半田材料、例えば、Ｓｎを含む半田材料を用いることができる。Ｃｕ粉３０ｂｂには、例えば、粒径３μｍ〜５μｍのＣｕ粒子の粉末を用いることができる。端子１１は、図４（Ｂ）に示すように、電極層１１ａと接合材３０ｂの間に介在する、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）を含む電極層１１ｂを含んでもよい。端子１１側に図４（Ａ）又は図４（Ｂ）のような構造を用いると（図２（Ａ））、接合材３０ｂ内のＣｕ粉３０ｂｂがＣｕの供給源となり、溶融時の接合材３０ａ内にＣｕが供給されて（図２（Ｂ））、接合部３０内に板状のＣｕ6Ｓｎ5が化合物３１として形成される（図２（Ｃ））。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、半田ペースト３０ｂａにＣｕ粉３０ｂｂを混合した接合材３０ｂを例示したが、例えば図４（Ｃ）に示すように、半田ペースト３０ｂａ上にＣｕ粉３０ｂｂを付着させることで、接合材３０ｂを形成してもよい。尚、図４（Ｃ）には、図４（Ｂ）と同様に、電極層１１ａと接合材３０ｂの間にＮｉ及びＡｕを含む電極層１１ｂを介在させた構造を例示している。
従来の電子部品１０と電子部品２０の接合では、端子１１及び端子２１のうち、例えば一方の端子２１上に予め接合材３０ｂを設け、もう一方の端子１１上に予め予備半田として半田ペースト（Ｃｕ粉３０ｂｂを含まない半田ペースト３０ｂａ）を設ける場合がある。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の手法では、そのような予備半田として用いられる半田ペースト３０ｂａに予めＣｕ粉３０ｂｂを混合しておき、これを接合材３０ｂとして端子１１の上方に設ければよい。また、図４（Ｃ）の手法では、端子１１の上方に予備半田として半田ペースト３０ｂａを設け、その半田ペースト３０ｂａの上に、Ｃｕ粉３０ｂｂを付着させればよい。そのため、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）の手法では、電極層１１ａや電極層１１ｂの形成条件を、半田ペースト３０ｂａのみを予備半田として設ける場合から変更することなく、或いは大きく変更することなく、Ｃｕの供給源を含む構造を得ることができる。
図４（Ｄ）及び図４（Ｅ）には、電子部品１０の端子１１を例示している。図４（Ｄ）には、Ｃｕを用い、平面サイズを増大させた端子１１を例示し、図４（Ｅ）には、Ｃｕを用い、厚みを増大させた端子１１を例示している。このように平面サイズや厚みを増大させた端子１１をＣｕの供給源とし、溶融時の接合材３０ａ内にＣｕを拡散させて供給し、接合部３０内に板状のＣｕ6Ｓｎ5が形成されるようにしてもよい。
図４（Ｄ）のような構造は、端子１１の形成領域を変更することで得られ、図４（Ｅ）のような構造は、形成する端子１１の厚みを変更することで得られる。これらの変更は、端子１１を形成する際のマスクの開口サイズを変更したり、マスクの厚み及び端子材料の堆積時間を変更したりする等、製造工程を大幅に複雑化することなく、比較的容易に行うことができる。
尚、ここでは図示を省略するが、図４（Ｄ）及び図４（Ｅ）の端子１１上には、上記のような半田ペースト３０ｂａや、Ｃｕ粉３０ｂｂを混合した半田ペースト３０ｂａを設けることもできる。
以上の図４（Ａ）〜図４（Ｅ）には、電子部品１０の端子１１側の構造を例示したが、図４（Ａ）〜図４（Ｅ）のような構造を、電子部品２０の端子２１側に採用することもできる。
また、図４（Ｆ）には、電子部品２０の端子２１を例示している。端子２１上には接合材３０ａが設けられ、接合材３０ａの表面にはＣｕ粉３０ｃが付着されている。このように端子２１上に、Ｃｕ粉３０ｃを付着させた接合材３０ａを設けた電子部品２０を、電子部品１０と対向させて配置し（図２（Ａ））、加熱しながら、Ｃｕ粉３０ｃを付着させた接合材３０ａを電子部品１０の端子１１に接続する（図２（Ｂ））。その後、冷却、凝固を行う（図２（Ｃ））。接合材３０ａに付着させたＣｕ粉３０ｃがＣｕの供給源となり、溶融時の接合材３０ａ内にＣｕが供給されて、接合部３０内に板状のＣｕ6Ｓｎ5が化合物３１として形成される。
図４（Ｆ）の手法では、端子２１上に接合材３０ａを設け、その上にＣｕ粉３０ｃを付着させればよい。そのため、端子２１の形成条件を、Ｃｕ粉３０ｃを付着させない場合から変更することなく、或いは大きく変更することなく、Ｃｕの供給源を含む構造を得ることができる。
電子部品１０の端子１１、電子部品２０の端子２１に、図４（Ａ）〜図４（Ｆ）のような構造を採用し、接合材３０ａ内のＣｕ量を確保し、接合部３０内に、応力に対して一定の強度向上効果を示す大きさや数の板状のＣｕ6Ｓｎ5を形成するようにしてもよい。
尚、上記図２（Ｂ）の工程における接合材３０ａ内のＣｕ量を確保するためには、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田のＣｕ含有量を増大させてもよい。但し、接合材３０ａのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田のＣｕ含有量を増大させることで、接合材３０ａの融点が、少量の場合に比べて上昇する可能性がある点に留意する。
ここでは接合材３０ａに、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を用いる場合を例示したが、接合材３０ａに用いる半田は、これに限定されるものではない。接合材３０ａには、ＳｎとＣｕを含むＳｎ−Ｃｕ系半田、ＳｎとＡｇを含むＳｎ−Ａｇ系半田、ＳｎとＡｕを含むＳｎ−Ａｕ系半田、ＳｎとＮｉを含むＳｎ−Ｎｉ系半田、Ｓｎとパラジウム（Ｐｄ）を含むＳｎ−Ｐｄ系半田等を用いることもできる。尚、接合材３０ａにＣｕを含まないものを用いても、上記のように端子１１や端子２１の側からＣｕを供給できる構造を採用することで、板状のＣｕ6Ｓｎ5を化合物３１として含有する接合部３０を形成することが可能である。接合材３０ａにこのような各種半田材料を用いた場合にも、上記図２或いは更に図４で述べたような手法を用いることで、板状の化合物３１を含有する接合部３０が形成可能であり、板状の化合物３１によって得られる上記同様の効果を得ることが可能である。尚、いずれの系の半田も、２元系半田に限定されるものではない。
また、上記図３のように、接合部３０内に、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物３１に加え、柱状のＡｇ3Ｓｎの化合物３３を形成するため、Ａｇの供給源として、上記図４のＣｕ粉３０ｂｂ，３０ｃと共に、又はＣｕ粉３０ｂｂ，３０ｃに替えて、Ａｇ粉を用いてもよい。
前述のように、例えば電子部品１０及び電子部品２０にはそれぞれ、半導体素子、半導体素子を備える半導体パッケージ、又は回路基板を用いることができる。半導体素子、半導体パッケージ、回路基板の構成例について、以下の図５〜図９を参照して説明する。
図５は半導体素子の構成例を示す図である。尚、図５には、半導体素子の一例の要部断面を模式的に図示している。
図５に示す半導体素子１００は、トランジスタ等の素子が設けられた半導体基板１１０と、半導体基板１１０上に設けられた配線層１２０とを有する。
半導体基板１１０には、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の基板のほか、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）等の基板が用いられる。このような半導体基板１１０に、トランジスタ、容量、抵抗等の素子が設けられる。図５には素子の一例として、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ１３０を図示している。
ＭＯＳトランジスタ１３０は、半導体基板１１０に設けられた素子分離領域１１０ａにより画定された素子領域に設けられる。ＭＯＳトランジスタ１３０は、半導体基板１１０上にゲート絶縁膜１３１を介して形成されたゲート電極１３２と、ゲート電極１３２の両側の半導体基板１１０内に形成されたソース領域１３３及びドレイン領域１３４とを有する。ゲート電極１３２の側壁には、絶縁膜のスペーサ１３５（サイドウォール）が設けられる。
このようなＭＯＳトランジスタ１３０等が設けられた半導体基板１１０上に、配線層１２０が設けられる。配線層１２０は、半導体基板１１０に設けられたＭＯＳトランジスタ１３０等に電気的に接続された導体部１２１（配線及びビア）と、導体部１２１を覆う絶縁部１２２とを有する。図５には一例として、ＭＯＳトランジスタ１３０のソース領域１３３及びドレイン領域１３４に電気的に接続された導体部１２１を図示している。導体部１２１には、Ｃｕ、アルミニウム（Ａｌ）等の各種導体材料が用いられる。絶縁部１２２には、酸化シリコン等の無機絶縁材料や、樹脂等の有機絶縁材料が用いられる。
配線層１２０の最表面の導体部１２１は、外部接続用の端子１２１ａとなる部位を含む。端子１２１ａ上には、他の電子部品との接合時に、或いは接合前に予め、上記の接合材３０ａ（図２）に相当する半田等のバンプが接続される。
図６〜図８はそれぞれ半導体パッケージの構成例を示す図である。尚、図６〜図８にはそれぞれ、半導体パッケージの一例の要部断面を模式的に図示している。
まず、図６に示す半導体パッケージ２００について述べる。
図６に示す半導体パッケージ２００は、パッケージ基板２１０（回路基板）と、パッケージ基板２１０上に搭載された半導体素子２２０と、半導体素子２２０を封止する封止層２３０とを有する。
パッケージ基板２１０には、例えば、プリント基板が用いられる。パッケージ基板２１０は、導体部２１１（配線及びビア）と、導体部２１１を覆う絶縁部２１２とを有する。導体部２１１には、Ｃｕ、Ａｌ等の各種導体材料が用いられる。絶縁部２１２には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料、そのような樹脂材料をガラス繊維や炭素繊維に含浸した複合樹脂材料等が用いられる。
このようなパッケージ基板２１０上に、半導体素子２２０が、樹脂や導電性ペースト等のダイアタッチ材２４０で接着、固定され、ワイヤ２５０でパッケージ基板２１０に電気的に接続（ワイヤボンディング）される。パッケージ基板２１０上の半導体素子２２０及びワイヤ２５０は、封止層２３０で封止される。封止層２３０には、エポキシ樹脂等の樹脂材料、そのような樹脂材料に絶縁性フィラーを含有させた材料等が用いられる。
パッケージ基板２１０の、半導体素子２２０の搭載面と反対側の表面の導体部２１１は、外部接続用の端子２１１ａとなる部位を含む。端子２１１ａ上には、他の電子部品との接合時に、或いは接合前に予め、上記の接合材３０ａ（図２）に相当する半田等のバンプが接続される。
尚、ここでは半導体素子２２０をパッケージ基板２１０にワイヤボンディングする場合を例示したが、半導体素子２２０は、パッケージ基板２１０にフリップチップボンディングされてもよい。
また、パッケージ基板２１０上には、複数の半導体素子２２０が搭載されてもよく、また、半導体素子２２０のほか、チップコンデンサ等の他の電子部品が搭載されてもよい。
続いて、図７に示す半導体パッケージ３００について述べる。
図７に示す半導体パッケージ３００は、パッケージ基板３１０（回路基板）と、パッケージ基板３１０上に搭載された半導体素子３２０と、半導体素子３２０を覆う被覆材３３０とを有する。
パッケージ基板３１０には、例えば、プリント基板が用いられる。パッケージ基板３１０は、Ｃｕ、Ａｌ等の導体部３１１（配線及びビア）と、導体部３１１を覆う樹脂材料等の絶縁部３１２とを有する。
このようなパッケージ基板３１０に、半導体素子３２０が、それに設けられた半田等のバンプ３４０で電気的に接続（フリップチップボンディング）される。パッケージ基板３１０と半導体素子３２０の間には、アンダーフィル材３４１が充填される。パッケージ基板３１０上の半導体素子３２０は、被覆材３３０で覆われる。被覆材３３０には、Ｃｕ等の熱伝導性の部材が用いられる。被覆材３３０は、熱界面材料（Thermal Interface Material；ＴＩＭ）３５０を用いて半導体素子３２０上に接着され、半導体素子３２０と熱的に接続される。被覆材３３０は、例えば、その端部が接着材３５１を用いてパッケージ基板３１０に接着される。
パッケージ基板３１０の、半導体素子３２０の搭載面と反対側の表面の導体部３１１は、外部接続用の端子３１１ａとなる部位を含む。端子３１１ａ上には、他の電子部品との接合時に、或いは接合前に予め、上記の接合材３０ａ（図２）に相当する半田等のバンプが接続される。
尚、パッケージ基板３１０上には、複数の半導体素子３２０が搭載されてもよく、また、半導体素子３２０のほか、チップコンデンサ等の他の電子部品が搭載されてもよい。
続いて、図８に示す半導体パッケージ４００について述べる。
図８に示す半導体パッケージ４００は、樹脂層４１０と、樹脂層４１０に埋設された複数（ここでは一例として２つ）の半導体素子４２０と、樹脂層４１０上に設けられた配線層４３０（再配線層）とを有する。
半導体素子４２０は、その端子４２０ａの配設面が露出するように樹脂層４１０に埋設される。配線層４３０は、Ｃｕ、Ａｌ等の導体部４３１（再配線及びビア）と、導体部４３１を覆う樹脂材料等の絶縁部４３２とを有する。
配線層４３０の最表面の導体部４３１は、外部接続用の端子４３１ａとなる部位を含む。導体部４３１により、半導体素子４２０の端子４２０ａの位置が、外部接続用の端子４３１ａの位置に再配置される。端子４３１ａ上には、他の電子部品との接合時に、或いは接合前に予め、上記の接合材３０ａ（図２）に相当する半田等のバンプが接続される。
尚、樹脂層４１０には、１つ又は３つ以上の半導体素子４２０が埋設されてもよく、また、半導体素子４２０のほか、チップコンデンサ等の他の電子部品が埋設されてもよい。
図９は回路基板の構成例を示す図である。尚、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）にはそれぞれ、回路基板の一例の要部断面を模式的に図示している。
図９（Ａ）には、回路基板５００として、複数の配線層を含む多層プリント基板を例示している。回路基板５００は、上記図６に示したパッケージ基板２１０及び上記図７に示したパッケージ基板３１０と同様、Ｃｕ、Ａｌ等の導体部５１１（配線及びビア）と、導体部５１１を覆う樹脂材料等の絶縁部５１２とを有する。
回路基板５００の最表面の導体部５１１は、外部接続用の端子５１１ａとなる部位を含む。端子５１１ａ上には、他の電子部品との接合時に、或いは接合前に予め、上記の接合材３０ａ（図２）に相当する半田等のバンプが接続される。
図９（Ｂ）には、回路基板６００として、ビルドアップ工法を用いて形成されるビルドアップ基板を例示している。回路基板６００は、コア基板６１０と、コア基板６１０上に設けられた絶縁層６２０と、絶縁層６２０を介して設けられた導体パターン６３０と、異なる導体パターン６３０間を接続するビア６４０とを有する。コア基板６１０には、セラミックス材料や有機材料等が用いられる。絶縁層６２０には、プリプレグ等の絶縁材料が用いられる。導体パターン６３０及びビア６４０には、Ｃｕ等の導体材料が用いられる。
回路基板６００の最表面の導体パターン６３０は、外部接続用の端子６３０ａとなる部位を含む。端子６３０ａ上には、他の電子部品との接合時に、或いは接合前に予め、上記の接合材３０ａ（図２）に相当する半田等のバンプが接続される。
例えば、図５のような半導体素子１００、図６〜図８のような半導体パッケージ２００，３００，４００、図９のような回路基板５００，６００を、上記図１〜図４に示した電子部品１０及び電子部品２０にそれぞれ用いることが可能である。
尚、接合する電子部品１０と電子部品２０の組合せとしては、例えば、半導体素子と回路基板の組合せ、半導体パッケージと回路基板の組合せ、半導体素子と半導体パッケージの組合せがある。このほか、接合する電子部品１０と電子部品２０の組合せとしては、半導体素子同士の組合せ、半導体パッケージ同士の組合せ、回路基板同士の組合せもある。
各種組合せの電子部品１０と電子部品２０の接合に、上記図２或いは更に図４のような手法を用いることで、接合材３０ａが凝固されて得られる接合部３０に、端子１１から端子２１、或いは、端子２１から端子１１に向かう方向に延びる板状の化合物３１を形成することができる。それにより、接合部３０の強度の向上が図られ、外力や応力に起因した接合部３０のクラックや剥離の発生、そのようなクラックや剥離による断線が効果的に抑制されるようになる。
次に、第２の実施の形態について説明する。
ここでは、接合する電子部品の一方を回路基板とし、他方を半導体パッケージとする場合を例にして説明する。
図１０は第２の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。尚、図１０には、第２の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例の要部断面を模式的に図示している。図１０（Ａ）は接合前の状態の一例を示す図、図１０（Ｂ）は接合時の状態の一例を示す図、図１０（Ｃ）は接合後の状態の一例を示す図である。
この例では、まず接合する電子部品として、図１０（Ａ）に示すような回路基板４０と半導体パッケージ５０が準備される。
回路基板４０は、その表面４０ａに設けられた端子４１を有する。端子４１は、Ｃｕ等の電極層４１ａと、電極層４１ａ上に設けられた、例えばＮｉとＡｕを積層したＮｉ／Ａｕの電極層４１ｂとを含む。回路基板４０の端子４１（電極層４１ｂ）上には、接合材６０ｂが予め設けられる。接合材６０ｂには、例えば、上記図４（Ｂ）に例示した接合材３０ｂと同様に、半田ペーストにＣｕ粉を混合したものを用いる。或いは、接合材６０ｂには、例えば、上記図４（Ｃ）に例示した接合材３０ｂと同様に、半田ペースト上にＣｕ粉を付着させたものを用いる。半田ペーストの半田には、Ｓｎを含む各種半田材料を用いることができる。Ｃｕ粉には、例えば、粒径３μｍ〜５μｍのＣｕ粒子の粉末を用いることができる。接合材６０ｂは、例えば、このようなＣｕ粉を混合した半田ペーストを端子４１上に塗布することで、形成する。或いは、Ｃｕ粉を含まない半田ペーストを端子４１上に塗布した後、その半田ペースト上にＣｕ粉を付着させることで、接合材６０ｂを形成する。
半導体パッケージ５０は、回路基板４０に対向して配置され、回路基板４０の表面４０ａと対向する表面５０ａに設けられた端子５１を有する。端子５１は、Ｃｕ等の電極層５１ａと、電極層５１ａ上に設けられた、例えばＮｉ／Ａｕの電極層５１ｂとを含む。半導体パッケージ５０の端子５１（電極層５１ｂ）上には、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田の接合材６０ａが予め設けられる。接合材６０ａは、例えば、端子５１上に半田ボールを搭載したり半田をメッキにより堆積したりすることで配設された半田を、加熱により溶融し、冷却により凝固することで、形成される。
半導体パッケージ５０の、端子５１が設けられた表面５０ａと反対側の表面（上面）５０ｂには、所定の熱容量を有する部材７０Ａが設けられる。部材７０Ａには、後述のように接合材６０ａ及び接合材６０ｂを加熱により溶融しその後冷却して凝固する際に、この部材７０Ａを設けた半導体パッケージ５０が回路基板４０よりも高温の状態になるような熱容量を有する材料が用いられる。部材７０Ａは、このような所定の熱容量を有するように、材料（比熱）が選択されると共に、その平面サイズ及び厚みが設定される。部材７０Ａには、例えば、Ｃｕ、Ａｌ等のプレートを用いることができる。
図１０では図示を省略するが、部材７０Ａは、樹脂や金属ペースト等の接着材を用いて半導体パッケージ５０の上面５０ｂに設けられる。尚、部材７０Ａの半導体パッケージ５０上への配設については後述する。
接合材６０ｂが設けられた回路基板４０と、接合材６０ａ及び部材７０Ａが設けられた半導体パッケージ５０は、図１０（Ａ）に示すように、互いの端子４１（接合材６０ｂ）と端子５１（接合材６０ａ）の位置合わせが行われて、対向配置される。
そして、図１０（Ｂ）に示すように、半導体パッケージ５０の端子５１上の接合材６０ａが、加熱により溶融され、回路基板４０の端子４１上の、同様に溶融された接合材６０ｂと接続される。加熱により溶融された接合材６０ｂには、半田ペーストの溶融した半田と、その半田にＣｕ粉のＣｕ粒子から供給されたＣｕとが含まれる。溶融された接合材６０ｂには、粒状のＣｕが残存し得る。このような接合材６０ｂが、接合材６０ａと接続される。接合材６０ａと接合材６０ｂは、溶融、接続により一体化される。このように接合材６０ａと接合材６０ｂが一体化された部位（接合部位）６０ｃには、接合材６０ａのＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ等の成分、接合材６０ｂのＳｎ、Ｃｕ等の成分が含まれる。接合部位６０ｃには、電極層４１及び電極層５１のＣｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の成分も含まれ得る。このような接合部位６０ｃが、冷却により凝固される。
ここで、上記のように半導体パッケージ５０には、所定の熱容量を有する部材７０Ａが設けられている。この部材７０Ａにより、接合材６０ａ及び接合材６０ｂの加熱後の冷却過程で、例えば接合材６０ａ及び接合材６０ｂ（接合部位６０ｃ）の凝固開始から凝固終了までの間、半導体パッケージ５０が回路基板４０よりも高温の状態になるように調節される。
部材７０Ａを設けた半導体パッケージ５０は、部材７０Ａを設けていない半導体パッケージ５０に比べて大きな熱容量を有する。そのため、接合材６０ａ及び接合材６０ｂが加熱により溶融され、それらが一体化した接合部位６０ｃが、凝固のために冷却される際、部材７０Ａを設けた半導体パッケージ５０の冷却速度は、部材７０Ａを設けていない半導体パッケージ５０に比べて低下する。即ち、半導体パッケージ５０は、部材７０Ａが設けられることで、より冷え難くなる。例えば、部材７０Ａを設けた半導体パッケージ５０の冷却速度は、１℃／ｍｉｎ以下である。
接合材６０ａ及び接合材６０ｂが加熱により溶融され、それらが一体化した接合部位６０ｃが、凝固のために冷却される際には、半導体パッケージ５０と共に、回路基板４０も冷却されていく。この時、半導体パッケージ５０は、部材７０Ａにより冷却速度が低下し、部材７０Ａを設けていないものよりもゆっくりと冷却が進行していくことで、その間も冷却が進行する回路基板４０よりも高温の状態となり得る。例えば接合部位６０ｃの凝固開始から凝固終了までの間、このように部材７０Ａを設けた半導体パッケージ５０が回路基板４０よりも高温の状態になるように、所定の熱容量を有する部材７０Ａが設けられる。
このような部材７０Ａが設けられ、半導体パッケージ５０が回路基板４０よりも高温の状態とされることで、凝固時の接合部位６０ｃには、半導体パッケージ５０側が回路基板４０側よりも高温になるような温度勾配ができる。このような温度勾配ができることで、接合部位６０ｃは概ね、より低温の回路基板４０側から、より高温の半導体パッケージ５０側に向かって、凝固が進行していくようになる。
このように凝固が進行していくことで、接合部位６０ｃには、図１０（Ｃ）に示すように、その凝固の進行方向、即ち、回路基板４０の端子４１から半導体パッケージ５０の端子５１に向かう方向に延びるように、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１が形成される。板状のＣｕ6Ｓｎ5は、接合材６０ａ及び接合材６０ｂに含まれるＳｎとＣｕが用いられて形成される。Ｃｕ6Ｓｎ5の形成には、接合材６０ａ及び接合材６０ｂに含まれるＣｕのほか、Ｃｕを用いた電極層４１ａ及び電極層５１ａから拡散するＣｕが更に用いられてもよい。ここでは複数の板状の化合物６１を例示するが、化合物６１の数、配置は、例示の形態に限定されるものではない。板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する部分６２で覆われる。凝固の進行により、そのような部分６２の内部に板状の化合物６１を含有する接合部６０が形成され、図１０（Ｃ）に示すような、接合部６０で回路基板４０と半導体パッケージ５０が接合された電子装置１Ａが得られる。
尚、電極層４１ｂ及び電極層５１ｂのＮｉ層は、接合部位６０ｃや接合部６０の半田成分と反応し、金属間化合物を形成し得る。電極層４１ｂ及び電極層５１ｂのＡｕ層は、接合前のＮｉ層の酸化を抑制する機能を有し、接合時には接合部位６０ｃや接合部６０の半田成分と反応して金属間化合物を形成し得る。
以上のように電子装置１Ａでは、図１０（Ｃ）に示すように、回路基板４０の端子４１と半導体パッケージ５０の端子５１を接合する接合部６０に、端子４１から端子５１に向かう方向に延びる板状の化合物６１が形成される。この板状の化合物６１が補強材の役割を果たし、接合部６０の、外力や熱に起因した応力、例えば、端子４１と端子５１の対向方向と交差する方向の応力に対する強度の向上が図られる。例えば、接合部６０にこのような板状の化合物６１を形成することで、形成しなかった場合に比べて、繰り返し曲げ試験寿命や温度サイクル試験寿命を２倍以上にすることも可能になる。
ここで、所定の熱容量を有する部材７０Ａの半導体パッケージ５０上への配設に関し、次の図１１及ぶ図１２を参照して説明する。
図１１は第２の実施の形態に係る電子装置の第１構成例を示す図である。尚、図１１には、第２の実施の形態に係る電子装置の第１構成例の要部断面を模式的に図示している。
部材７０Ａは、図１１に示す電子装置１Ａａのように、半導体パッケージ５０の上面５０ｂに、接着材８０ａを用いて設けることができる。接着材８０ａには、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いることができる。また、接着材８０ａには、例えば、インジウム銀（ＩｎＡｇ）合金、金スズ（ＡｕＳｎ）合金等の金属ペースト材料を用いることができる。
このような接着材８０ａを用いて予め部材７０Ａが接着された半導体パッケージ５０が準備され、準備された半導体パッケージ５０が、上記図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示したように、回路基板４０と接合される。これにより、図１１に示すような、部材７０Ａが接着材８０ａで接着された半導体パッケージ５０と、回路基板４０とが、内部に板状の化合物６１を含有する接合部６０を介して接合された電子装置１Ａａが得られる。電子装置１Ａａの、半導体パッケージ５０上に接着された部材７０Ａは、例えば、電子装置１Ａａの使用時に、半導体パッケージ５０で発生する熱を外部に放熱する放熱部材として用いることができる。
図１２は第２の実施の形態に係る電子装置の第２構成例を示す図である。尚、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）には、第２の実施の形態に係る電子装置の第２構成例の要部断面を模式的に図示している。
この例では、図１２（Ａ）に示すように、接着材８０ｂが用いられて、部材７０Ａが半導体パッケージ５０の上面５０ｂに接着される。ここでの接着材８０ｂには、紫外線照射によって硬化し、剥離性が発現する（粘着力が低下する）紫外線硬化樹脂が用いられる。
このような紫外線硬化樹脂の接着材８０ｂが用いられ、予め部材７０Ａが接着（仮接着）された半導体パッケージ５０が準備される。準備された半導体パッケージ５０が、上記図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示したように、回路基板４０と接合される。これにより、図１２（Ａ）に示すような、部材７０Ａが接着材８０ｂで仮接着された半導体パッケージ５０と、回路基板４０とが、内部に板状の化合物６１を含有する接合部６０を介して接合された構造が得られる。
このような構造が得られた後、接着材８０ｂに紫外線が照射される。これにより、接着材８０ｂに剥離性が発現され、半導体パッケージ５０上に仮接着されていた部材７０Ａ及び接着材８０ｂが、半導体パッケージ５０上から分離可能な状態になる。このような状態となった部材７０Ａ及び接着材８０ｂが、半導体パッケージ５０上から除去されることで、図１２（Ｂ）に示すような電子装置１Ａｂが得られる。このように部材７０Ａは、回路基板４０と半導体パッケージ５０の接合時には仮接着しておき、回路基板４０と半導体パッケージ５０の接合後に除去することもできる。
尚、この第２の実施の形態では、接合材６０ａにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を用いる場合を例示したが、以上述べた手法は、Ｓｎ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ａｇ系半田、Ｓｎ−Ａｕ系半田、Ｓｎ−Ｎｉ系半田、Ｓｎ−Ｐｄ系半田等を用いる場合にも、同様に適用可能である。また、上記のような接合材６０ｂを半導体パッケージ５０側に設け、接合材６０ａを回路基板４０側に設けて、接合を行うことも可能である。半導体パッケージ５０側、回路基板４０側には、上記図４の例に従い、板状の化合物６１の原料となる元素を含む接合材６０ａ、接合材６０ｂを設けることが可能である。
また、この第２の実施の形態では、回路基板４０と半導体パッケージ５０の接合を例にして説明したが、このような部材７０Ａを用いる手法は、各種電子部品同士の接合の際に、同様に適用可能である。
次に、第３の実施の形態について説明する。
ここでは、上記第２の実施の形態と同様に、接合する電子部品の一方を回路基板とし、他方を半導体パッケージとする場合を例にして説明する。
図１３は第３の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。尚、図１３には、第３の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例の要部断面を模式的に図示している。図１３（Ａ）は接合前の状態の一例を示す図、図１３（Ｂ）は接合時の状態の一例を示す図、図１３（Ｃ）は接合後の状態の一例を示す図である。
この図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示す、第３の実施の形態に係る電子部品接合工程は、回路基板４０側に所定の熱容量を有する部材７０Ｂが設けられる点で、上記第２の実施の形態に係る電子部品接合工程と相違する。
この第３の実施の形態では、まず接合する電子部品として、図１３（Ａ）に示すような、部材７０Ｂを設けた回路基板４０と、半導体パッケージ５０が準備される。
回路基板４０は、その表面４０ａに設けられた、Ｃｕ等の電極層４１ａとＮｉ／Ａｕ等の電極層４１ｂとを含む端子４１を有する。端子４１（電極層４１ｂ）上には、例えば、上記図４（Ｂ）に例示した接合材３０ｂと同様に、半田ペーストにＣｕ粉を混合した接合材６０ｂが、予め設けられる。或いは、端子４１上には、例えば、上記図４（Ｃ）に例示した接合材３０ｂと同様に、半田ペースト上にＣｕ粉を付着させた接合材６０ｂが、予め設けられる。上記第２の実施の形態で述べたのと同様に、半田ペーストの半田には、Ｓｎを含む各種半田材料を用いることができ、Ｃｕ粉には、例えば粒径３μｍ〜５μｍのＣｕ粒子の粉末を用いることができる。接合材６０ｂは、例えば、このようなＣｕ粉を混合した半田ペーストを端子４１上に塗布する、或いは端子４１上に塗布した半田ペースト上にＣｕ粉を付着させることで、形成される。
回路基板４０の、端子４１が設けられた表面４０ａと反対側の表面（下面）４０ｂには、所定の熱容量を有する部材７０Ｂが設けられる。部材７０Ｂには、後述のように接合材６０ａ及び接合材６０ｂを加熱により溶融しその後冷却して凝固する際に、この部材７０Ｂを設けた回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態になるような熱容量を有する材料が用いられる。部材７０Ｂは、このような所定の熱容量を有するように、材料（比熱）が選択されると共に、その平面サイズ及び厚みが設定される。部材７０Ｂには、例えば、Ｃｕ、Ａｌ等のプレートを用いることができる。
部材７０Ｂは、回路基板４０の下面４０ｂに直に設けることができるほか、図１３では図示を省略するが、樹脂等の接着材を用いて回路基板４０の下面４０ｂに設けることもできる。尚、部材７０Ｂの回路基板４０下への配設については後述する。
半導体パッケージ５０は、回路基板４０に対向して配置され、表面５０ａに設けられた、Ｃｕ等の電極層５１ａとＮｉ／Ａｕ等の電極層５１ｂとを含む端子５１を有する。半導体パッケージ５０の端子５１（電極層５１ｂ）上には、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田の接合材６０ａが予め設けられる。
接合材６０ｂ及び部材７０Ｂが設けられた回路基板４０と、接合材６０ａが設けられた半導体パッケージ５０は、図１３（Ａ）に示すように、互いの端子４１（接合材６０ｂ）と端子５１（接合材６０ａ）の位置合わせが行われて、対向配置される。
そして、図１３（Ｂ）に示すように、半導体パッケージ５０の端子５１上の接合材６０ａが、加熱により溶融され、回路基板４０の端子４１上の、同様に溶融された接合材６０ｂと接続される。接合材６０ａと接合材６０ｂは、このような溶融、接続により一体化され、一体化された接合部位６０ｃが、冷却により凝固される。
ここで、上記のように回路基板４０には、所定の熱容量を有する部材７０Ｂが設けられている。この部材７０Ｂにより、接合材６０ａ及び接合材６０ｂの加熱後の冷却過程で、例えば接合部位６０ｃの凝固開始から凝固終了までの間、回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態になるように調節される。
部材７０Ｂを設けた回路基板４０は、部材７０Ｂを設けていない回路基板４０に比べて大きな熱容量を有する。そのため、接合材６０ａ及び接合材６０ｂが溶融されて一体化された接合部位６０ｃが凝固のために冷却される際、部材７０Ｂを設けた回路基板４０の冷却速度は、部材７０Ｂを設けていない回路基板４０に比べて低下する。即ち、回路基板４０は、部材７０Ｂが設けられることで、より冷え難くなる。例えば、部材７０Ｂを設けた回路基板４０の冷却速度は、１℃／ｍｉｎ以下である。
接合部位６０ｃが凝固のために冷却される際には、回路基板４０と共に、半導体パッケージ５０も冷却されていく。この時、回路基板４０は、部材７０Ｂにより冷却速度が低下し、部材７０Ｂを設けていないものよりもゆっくりと冷却が進行していくことで、その間も冷却が進行する半導体パッケージ５０よりも高温の状態となり得る。例えば接合部位６０ｃの凝固開始から凝固終了までの間、このように部材７０Ｂを設けた回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態になるように、所定の熱容量を有する部材７０Ｂが設けられる。
このような部材７０Ｂが設けられ、回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態とされることで、凝固時の接合部位６０ｃには、回路基板４０側が半導体パッケージ５０側よりも高温になるような温度勾配ができる。このような温度勾配ができることで、接合部位６０ｃは概ね、より低温の半導体パッケージ５０側から、より高温の回路基板４０側に向かって、凝固が進行していくようになる。
このように凝固が進行していくことで、接合部位６０ｃには、図１３（Ｃ）に示すように、その凝固の進行方向、即ち、半導体パッケージ５０の端子５１から回路基板４０の端子４１に向かう方向に延びるように、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１が形成される。板状のＣｕ6Ｓｎ5は、接合材６０ａ及び接合材６０ｂに含まれるＳｎとＣｕが用いられて、或いは更に電極層４１ａ及び電極層５１ａから拡散するＣｕが用いられて、形成される。ここでは複数の板状の化合物６１を例示するが、化合物６１の数、配置は、例示の形態に限定されるものではない。板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する部分６２で覆われる。凝固の進行により、そのような部分６２の内部に板状の化合物６１を含有する接合部６０が形成され、図１３（Ｃ）に示すような、接合部６０で回路基板４０と半導体パッケージ５０が接合された電子装置１Ｂが得られる。
このように、所定の熱容量を有する部材７０Ｂを回路基板４０側に設けた場合にも、回路基板４０の端子４１と半導体パッケージ５０の端子５１を接合する接合部６０に、端子５１から端子４１に向かう方向に延びる板状の化合物６１を形成することができる。これにより、接合部６０の、外力や熱に起因した応力、例えば、端子４１と端子５１の対向方向と交差する方向の応力に対する強度の向上が図られた、電子装置１Ｂを得ることができる。例えば、接合部６０にこのような板状の化合物６１を形成することで、形成しなかった場合に比べて、繰り返し曲げ試験寿命や温度サイクル試験寿命を２倍以上にすることも可能になる。
ここで、所定の熱容量を有する部材７０Ｂの回路基板４０下への配設に関して説明する。
部材７０Ｂを回路基板４０下に設ける方法の１つとして、部材７０Ｂ上に回路基板４０を載置する方法が挙げられる。この場合、回路基板４０は、単に部材７０Ｂ上に載置すればよく、接着材を用いて部材７０Ｂ上に接着する等して固定することを要しない。このように部材７０Ｂ上に載置された回路基板４０に、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示したように、接合材６０ａ及び接合材６０ｂが用いられ、半導体パッケージ５０が接合される。接合後の構造体は、部材７０Ｂ上からピックアップされる。これにより、接合部６０で回路基板４０と半導体パッケージ５０が接合された、部材７０Ｂを含まない電子装置１Ｂが得られる。
また、部材７０Ｂは、接着材を利用して回路基板４０下に設けることも可能である。このような方法について、次の図１４及び図１５を参照して説明する。
図１４は第３の実施の形態に係る電子装置の第１構成例を示す図である。尚、図１４には、第３の実施の形態に係る電子装置の第１構成例の要部断面を模式的に図示している。
回路基板４０が、その下面４０ｂに回路パターンや外部接続用の端子を有しない片面回路基板である場合には、図１４に示すように、回路基板４０の下面４０ｂに樹脂材料や金属ペースト材料等の接着材８０ａを用いて、部材７０Ｂを設けてもよい。このような接着材８０ａを用いて予め部材７０Ｂが接着された回路基板４０が準備され、準備された回路基板４０が、上記図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示したように、接合材６０ａ及び接合材６０ｂを用いて、半導体パッケージ５０と接合される。これにより、図１４に示すような、半導体パッケージ５０と、部材７０Ｂが接着材８０ａで接着された回路基板４０とが、内部に板状の化合物６１を含有する接合部６０を介して接合された電子装置１Ｂａが得られる。電子装置１Ｂａの部材７０Ｂは、電子装置１Ｂａの使用時に、回路基板４０に伝熱された熱を外部に放熱する放熱部材として用いることができる。
図１５は第３の実施の形態に係る電子装置の第２構成例を示す図である。尚、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）には、第３の実施の形態に係る電子装置の第２構成例の要部断面を模式的に図示している。
この例では、図１５（Ａ）に示すように、紫外線硬化樹脂の接着材８０ｂが用いられて、部材７０Ｂが回路基板４０の下面４０ｂに接着される。このような接着材８０ｂで予め部材７０Ｂが接着（仮接着）された回路基板４０が準備され、上記図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示したように、接合材６０ａ及び接合材６０ｂを用いて、半導体パッケージ５０と接合される。これにより、図１５（Ａ）に示すような、半導体パッケージ５０と、部材７０Ｂが接着材８０ｂで仮接着された回路基板４０とが、内部に板状の化合物６１を含有する接合部６０を介して接合された構造が得られる。その後、接着材８０ｂに紫外線が照射され、部材７０Ｂ及び接着材８０ｂが回路基板４０下から除去されることで、図１５（Ｂ）に示すような電子装置１Ｂｂが得られる。このように回路基板４０と半導体パッケージ５０の接合時には部材７０Ｂを仮接着しておき、接合後、その部材７０Ｂを除去することもできる。
尚、この第３の実施の形態では、接合材６０ａにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を用いる場合を例示したが、以上述べた手法は、Ｓｎ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ａｇ系半田、Ｓｎ−Ａｕ系半田、Ｓｎ−Ｎｉ系半田、Ｓｎ−Ｐｄ系半田等を用いる場合にも、同様に適用可能である。また、上記のような接合材６０ｂを半導体パッケージ５０側に設け、接合材６０ａを回路基板４０側に設けて、接合を行うことも可能である。半導体パッケージ５０側、回路基板４０側には、上記図４の例に従い、板状の化合物６１の原料となる元素を含む接合材６０ａ、接合材６０ｂを設けることが可能である。
また、この第３の実施の形態では、回路基板４０と半導体パッケージ５０の接合を例にして説明したが、このような部材７０Ｂを用いる手法は、各種電子部品同士の接合の際に、同様に適用可能である。
次に、第４の実施の形態について説明する。
ここでは、上記第２及び第３の実施の形態と同様に、接合する電子部品の一方を回路基板とし、他方を半導体パッケージとする場合を例にして説明する。
図１６は第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。尚、図１６には、第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例の要部断面を模式的に図示している。図１６（Ａ）は接合前の状態の一例を示す図、図１６（Ｂ）は接合時の状態の一例を示す図、図１６（Ｃ）は接合後の状態の一例を示す図である。
この例では、まず接合する電子部品として、図１６（Ａ）に示すような回路基板４０と半導体パッケージ５０が準備される。
回路基板４０は、その表面４０ａに設けられた、Ｃｕ等の電極層４１ａとＮｉ／Ａｕ等の電極層４１ｂとを含む端子４１を有する。端子４１（電極層４１ｂ）上には、例えば、半田ペーストにＣｕ粉を混合した接合材６０ｂ、或いは半田ペースト上にＣｕ粉を付着させた接合材６０ｂが、予め設けられる。
半導体パッケージ５０は、回路基板４０に対向して配置され、表面５０ａに設けられた、Ｃｕ等の電極層５１ａとＮｉ／Ａｕ等の電極層５１ｂとを含む端子５１を有する。半導体パッケージ５０の端子５１（電極層５１ｂ）上には、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田の接合材６０ａが予め設けられる。
接合材６０ｂが設けられた回路基板４０と、接合材６０ａが設けられた半導体パッケージ５０は、図１６（Ａ）に示すように、互いの端子４１（接合材６０ｂ）と端子５１（接合材６０ａ）の位置合わせが行われて、対向配置される。
そして、図１６（Ｂ）に示すように、半導体パッケージ５０の端子５１上の接合材６０ａが、加熱により溶融され、回路基板４０の端子４１上の、同様に溶融された接合材６０ｂと接続される。接合材６０ａと接合材６０ｂは、このような溶融、接続により一体化された接合部位６０ｃとなり、この接合部位６０ｃが冷却により凝固される。
この冷却の際、回路基板４０と半導体パッケージ５０のうちの一方、ここでは一例として半導体パッケージ５０を、選択的に冷却する。例えば、図１６（Ｃ）に示すように、半導体パッケージ５０に対して選択的に、ファン等を用いて送風９１を行い、半導体パッケージ５０を冷却する。このように半導体パッケージ５０を送風９１により冷却し、その冷却速度を増大させる。
接合部位６０ｃが凝固のために冷却される際には、回路基板４０及び半導体パッケージ５０が共に冷却されていく。この時、半導体パッケージ５０に対して選択的に送風９１を行い、半導体パッケージ５０の冷却速度を増大させることで、回路基板４０は、半導体パッケージ５０よりも高温の状態となり得る。半導体パッケージ５０を、このような送風９１により冷却し、例えば接合部位６０ｃの凝固開始から凝固終了までの間、回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態になるように調節する。
回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態とされることで、凝固時の接合部位６０ｃには、回路基板４０側が半導体パッケージ５０側よりも高温になるような温度勾配ができる。このような温度勾配ができることで、接合部位６０ｃは概ね、より低温の半導体パッケージ５０側から、より高温の回路基板４０側に向かって、凝固が進行していくようになる。
このように凝固が進行していくことで、接合部位６０ｃには、図１６（Ｃ）に示すように、半導体パッケージ５０の端子５１から回路基板４０の端子４１に向かう方向に延びるように、板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１が形成される。ここでは複数の板状の化合物６１を例示するが、化合物６１の数、配置は、例示の形態に限定されるものではない。板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する部分６２で覆われる。凝固の進行により、そのような部分６２の内部に板状の化合物６１を含有する接合部６０が形成され、図１６（Ｃ）に示すような、接合部６０で回路基板４０と半導体パッケージ５０が接合された電子装置１Ｃが得られる。
このように半導体パッケージ５０に対して選択的に送風９１を行う方法によっても、回路基板４０と半導体パッケージ５０の接合部６０に、端子５１から端子４１に向かう方向に延びる板状の化合物６１を形成することができる。これにより、接合部６０の、外力や熱に起因した応力、例えば、端子４１と端子５１の対向方向と交差する方向の応力に対する強度の向上が図られた、電子装置１Ｃを得ることができる。
図１７〜図１９は第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の別例を説明する図である。尚、図１７〜図１９にはそれぞれ、第４の実施の形態に係る電子部品接合工程の別例の要部断面を模式的に図示している。
上記図１６（Ｃ）には、図１６（Ｂ）の接合部位６０ｃが凝固のために冷却される際、半導体パッケージ５０に対して選択的に送風９１を行って半導体パッケージ５０を冷却し、回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態になるようにする場合を例示した。
このほか、図１６（Ｂ）の接合部位６０ｃが凝固のために冷却される際、同様に回路基板４０が半導体パッケージ５０よりも高温の状態になるようにするためには、図１７に示すように、回路基板４０に対して選択的にヒータ等で加熱９２を行う方法を採用してもよい。加熱９２を行うことで、回路基板４０を温め、その冷却速度を低下させる。このような方法を用いて、凝固時の接合部位６０ｃに、回路基板４０側が半導体パッケージ５０側よりも高温になるような温度勾配を生じさせ、概ね回路基板４０側に向かって凝固を進行させて、上記のような板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１を形成する。
また、上記図１６（Ｃ）には、半導体パッケージ５０に対して選択的に送風９１を行う場合を例示したが、図１８に示すように、回路基板４０に対して選択的に送風９１を行い、半導体パッケージ５０が回路基板４０よりも高温の状態になるようにしてもよい。この場合は、まず上記図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示したように、回路基板４０と半導体パッケージ５０が対向配置され、接合材６０ａと接合材６０ｂが溶融、接続されて接合部位６０ｃが形成された後、接合部位６０ｃが冷却により凝固される。この冷却の際、回路基板４０に対して選択的に、ファン等を用いて送風９１を行い、回路基板４０を冷却する。このように回路基板４０を送風９１により冷却し、その冷却速度を増大させ、例えば接合部位６０ｃの凝固開始から凝固終了までの間、半導体パッケージ５０が回路基板４０よりも高温の状態になるようにする。このような方法を用いて、凝固時の接合部位６０ｃに、半導体パッケージ５０側が回路基板４０側よりも高温になるような温度勾配を生じさせ、概ね半導体パッケージ５０側に向かって凝固を進行させて、上記のような板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１を形成する。
半導体パッケージ５０側が回路基板４０側よりも高温の状態になるようにするためには、図１９に示すように、半導体パッケージ５０に対して選択的にヒータ等で加熱９２を行う方法を採用してもよい。加熱９２を行うことで、半導体パッケージ５０を温め、その冷却速度を低下させる。このような方法を用いて凝固時の接合部位６０ｃに、半導体パッケージ５０側が回路基板４０側よりも高温になるような温度勾配を生じさせ、上記のような板状のＣｕ6Ｓｎ5の化合物６１を形成する。
尚、この第４の実施の形態では、接合材６０ａに、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田を用いる場合を例示したが、以上述べた手法は、Ｓｎ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ａｇ系半田、Ｓｎ−Ａｕ系半田、Ｓｎ−Ｎｉ系半田、Ｓｎ−Ｐｄ系半田等を用いる場合にも、同様に適用可能である。また、上記のような接合材６０ｂを半導体パッケージ５０側に設け、接合材６０ａを回路基板４０側に設けて、接合を行うことも可能である。半導体パッケージ５０側、回路基板４０側には、上記図４の例に従い、板状の化合物６１の原料となる元素を含む接合材６０ａ、接合材６０ｂを設けることが可能である。
この第４の実施の形態では、回路基板４０と半導体パッケージ５０の接合を例にして説明したが、このような送風９１又は加熱９２を行う手法は、各種電子部品同士の接合の際に、同様に適用可能である。
以上述べた第１〜第４の実施の形態に係る電子装置１，１Ａ（１Ａａ，１Ａｂ），１Ｂ（１Ｂａ，１Ｂｂ），１Ｃは、例えば、次のような製造装置を用いて製造することができる。尚、ここでは、接合する電子部品の一方を回路基板４０とし、他方を半導体パッケージ５０とする場合を例にして説明する。
図２０は電子装置の製造装置の一例を示す図である。
図２０に示す製造装置１０００は、配置部１１００、加熱部１２００及び冷却部１３００を備える。
準備された回路基板４０と半導体パッケージ５０は、まず配置部１１００に搬送され、配置部１１００において位置合わせが行われ、対向配置される。尚、準備される回路基板４０と半導体パッケージ５０は、例えば、回路基板４０と、部材７０Ａが設けられた半導体パッケージ５０である。或いは、準備される回路基板４０と半導体パッケージ５０は、例えば、部材７０Ｂが設けられた回路基板４０と、半導体パッケージ５０との組合せである。或いはまた、準備される回路基板４０と半導体パッケージ５０は、部材７０Ｂが設けられていない回路基板４０と、部材７０Ａが設けられていない半導体パッケージ５０との組合せである。図２０では便宜上、部材７０Ａ、部材７０Ｂの図示を省略している。
位置合わせされた回路基板４０と半導体パッケージ５０は、配置部１１００の後段に設けられた加熱部１２００に移送され、回路基板４０に設けられた接合材６０ｂ及び半導体パッケージ５０に設けられた接合材６０ａの種類に応じた温度で加熱される。加熱は、不活性ガス雰囲気で行われる。加熱部１２００において、回路基板４０の接合材６０ｂと半導体パッケージ５０の接合材６０ａとが溶融、接続され、接合材６０ａと接合材６０ｂが一体化された接合部位６０ｃが形成される。尚、加熱部１２００では、加熱温度を段階的に上昇させ、より低温の加熱（予備加熱）と、より高温の加熱（本加熱）とが実施されるようにすることができる。
加熱により接合部位６０ｃが形成された回路基板４０と半導体パッケージ５０は、加熱部１２００の後段に設けられた冷却部１３００に移送され、接合部位６０ｃが冷却により凝固される。冷却は、不活性ガス雰囲気で行われる。
ここで、冷却部１３００は、パージ等で内部の全体的な雰囲気温度を調節し、回路基板４０及び半導体パッケージ５０並びに接合部位６０ｃを冷却する温度調節装置１３１０を備える。冷却部１３００は更に、このような温度調節装置１３１０に加えて、回路基板４０側に設けられた温度調節装置１３２０、半導体パッケージ５０側に設けられた温度調節装置１３３０を備える。温度調節装置１３２０には、例えば、送風機能若しくは加熱機能、又は送風機能と加熱機能の両方を備えたものが用いられる。温度調節装置１３３０には、例えば、送風機能若しくは加熱機能、又は送風機能と加熱機能の両方を備えたものが用いられる。
準備される回路基板４０及び半導体パッケージ５０が、それぞれ部材７０Ｂ及び部材７０Ａを設けたものである場合には、温度調節装置１３１０が使用され、上記第２及び第３の実施の形態で述べたような冷却、接合部６０の形成が行われる。この場合は、必ずしも温度調節装置１３２０及び温度調節装置１３３０を使用することを要しない。
準備される回路基板４０及び半導体パッケージ５０が、いずれも部材７０Ｂ及び部材７０Ａを設けていないものである場合には、温度調節装置１３１０と、温度調節装置１３２０又は温度調節装置１３３０が使用される。即ち、温度調節装置１３２０又は温度調節装置１３３０が使用され、回路基板４０と半導体パッケージ５０のいずれか一方が選択的に加熱されるか又は冷却される。これにより、上記第４の実施の形態で述べたような冷却、接合部６０の形成が行われる。
例えば、この図２０に示すような構成を有する製造装置１０００を用いて、上記第１〜第４の実施の形態に係る電子装置１，１Ａ（１Ａａ，１Ａｂ），１Ｂ（１Ｂａ，１Ｂｂ），１Ｃを製造することができる。
以下に実施例を示す。
〔実施例１〕
平面サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍの半導体パッケージの背面に、その半導体パッケージと同等サイズのＣｕプレート（部材）を装着した。そして、このＣｕプレートを装着した半導体パッケージの端子と、回路基板の端子とを、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ａｇ：３．０ｗｔ％，Ｃｕ：０．５ｗｔ％）の半田ボールを用いて接合した。接合は、Ｎ2雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）中、最大温度２４５℃、２１７℃以上で２分間の条件で行った。
このようにして回路基板と半導体パッケージとを接合した電子装置について、その接合部の導通に問題がないことを確認した後、接合信頼性の評価を行った。−４０℃〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を１０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、温度１２１℃、湿度８５％の環境下に１０００時間放置した後も、温度サイクル試験同様、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。電子顕微鏡を用いて接合部の断面観察を行った結果、回路基板と半導体パッケージの端子間に、一方の端子から他方の端子に向かう方向に延びる板状のＣｕ6Ｓｎ5化合物が形成されていることが確認された。
〔実施例２〕
平面サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍの半導体パッケージの背面に、その半導体パッケージと同等サイズのＡｌプレート（部材）を装着した。そして、このＡｌプレートを装着した半導体パッケージの端子と、回路基板の端子とを、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ａｇ：３．０ｗｔ％，Ｃｕ：０．５ｗｔ％）の半田ボールを用いて接合した。接合は、Ｎ2雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）中、最大温度２４５℃、２１７℃以上で２分間の条件で行った。
このようにして回路基板と半導体パッケージとを接合した電子装置について、その接合部の導通に問題がないことを確認した後、接合信頼性の評価を行った。−４０℃〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を１０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、温度１２１℃、湿度８５％の環境下に１０００時間放置した後も、温度サイクル試験同様、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。電子顕微鏡を用いて接合部の断面観察を行った結果、回路基板と半導体パッケージの端子間に、一方の端子から他方の端子に向かう方向に延びる板状のＣｕ6Ｓｎ5化合物が形成されていることが確認された。
〔実施例３〕
平面サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍの半導体パッケージの背面に、その半導体パッケージと同等サイズのＣｕプレート（部材）を装着した。回路基板の端子上には、粒径３μｍ〜５μｍのＣｕ粉を混合したＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの半田ペーストを印刷法により塗布した。そして、Ｃｕプレートを装着した半導体パッケージの端子と、Ｃｕ粉を混合した半田ペーストを設けた回路基板の端子とを、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ａｇ：３．０ｗｔ％，Ｃｕ：０．５ｗｔ％）の半田ボールを用いて接合した。接合は、Ｎ2雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）中、最大温度２４５℃、２１７℃以上で２分間の条件で行った。
このようにして回路基板と半導体パッケージとを接合した電子装置について、その接合部の導通に問題がないことを確認した後、接合信頼性の評価を行った。−４０℃〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を１０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、温度１２１℃、湿度８５％の環境下に１０００時間放置した後も、温度サイクル試験同様、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。電子顕微鏡を用いて接合部の断面観察を行った結果、回路基板と半導体パッケージの端子間に、一方の端子から他方の端子に向かう方向に延びる板状のＣｕ6Ｓｎ5化合物が形成されていることが確認された。
〔実施例４〕
平面サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍの半導体パッケージの背面に、その半導体パッケージと同等サイズのＡｌプレート（部材）を装着した。回路基板の端子上には、粒径３μｍ〜５μｍのＣｕ粉を混合したＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの半田ペーストを印刷法により塗布した。そして、Ａｌプレートを装着した半導体パッケージの端子と、Ｃｕ粉を混合した半田ペーストを設けた回路基板の端子とを、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ａｇ：３．０ｗｔ％，Ｃｕ：０．５ｗｔ％）の半田ボールを用いて接合した。接合は、Ｎ2雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）中、最大温度２４５℃、２１７℃以上で２分間の条件で行った。
このようにして回路基板と半導体パッケージとを接合した電子装置について、その接合部の導通に問題がないことを確認した後、接合信頼性の評価を行った。−４０℃〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を１０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、温度１２１℃、湿度８５％の環境下に１０００時間放置した後も、温度サイクル試験同様、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。電子顕微鏡を用いて接合部の断面観察を行った結果、回路基板と半導体パッケージの端子間に、一方の端子から他方の端子に向かう方向に延びる板状のＣｕ6Ｓｎ5化合物が形成されていることが確認された。
〔実施例５〕
回路基板の背面に、その回路基板と同等サイズのＣｕプレート（部材）を装着した。そして、このＣｕプレートを装着した回路基板の端子と、平面サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍの半導体パッケージの端子とを、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ａｇ：３．０ｗｔ％，Ｃｕ：０．５ｗｔ％）の半田ボールを用いて接合した。接合は、Ｎ2雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）中、最大温度２４５℃、２１７℃以上で２分間の条件で行った。
このようにして回路基板と半導体パッケージとを接合した電子装置について、その接合部の導通に問題がないことを確認した後、接合信頼性の評価を行った。−４０℃〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を１０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、温度１２１℃、湿度８５％の環境下に１０００時間放置した後も、温度サイクル試験同様、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。電子顕微鏡を用いて接合部の断面観察を行った結果、回路基板と半導体パッケージの端子間に、一方の端子から他方の端子に向かう方向に延びる板状のＣｕ6Ｓｎ5化合物が形成されていることが確認された。
〔実施例６〕
平面サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍの半導体パッケージの端子と、回路基板の端子とを、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（Ａｇ：３．０ｗｔ％，Ｃｕ：０．５ｗｔ％）の半田ボールを用いて接合した。接合は、Ｎ2雰囲気（酸素濃度１００ｐｐｍ以下）中、最大温度２４５℃、２１７℃以上で２分間の条件で行い、冷却時に半導体パッケージに対して選択的にＮ2の吹き付けを行った。
このようにして回路基板と半導体パッケージとを接合した電子装置について、その接合部の導通に問題がないことを確認した後、接合信頼性の評価を行った。−４０℃〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を１０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、温度１２１℃、湿度８５％の環境下に１０００時間放置した後も、温度サイクル試験同様、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。電子顕微鏡を用いて接合部の断面観察を行った結果、回路基板と半導体パッケージの端子間に、一方の端子から他方の端子に向かう方向に延びる板状のＣｕ6Ｓｎ5化合物が形成されていることが確認された。
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 第１端子を備える第１電子部品と、
前記第１端子に対向する第２端子を備える第２電子部品と、
前記第１端子と前記第２端子を接合し、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延びる板状の第１化合物を含有する接合部と
を含むことを特徴とする電子装置。
（付記２） 前記接合部は、前記第１化合物を覆う部分を有し、
前記部分は、第１元素と第２元素とを含み、
前記第１化合物は、前記第１元素と前記第２元素とを含む金属間化合物であることを特徴とする付記１に記載の電子装置。
（付記３） 前記接合部は、前記第１化合物と、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延びる柱状の第２化合物とを含有することを特徴とする付記１に記載の電子装置。
（付記４） 前記接合部は、前記第１化合物と前記第２化合物とを覆う部分を有し、
前記部分は、第１元素と第２元素と第３元素とを含み、
前記第１化合物は、前記第１元素と前記第２元素とを含む金属間化合物であり、
前記第２化合物は、前記第１元素と前記第３元素とを含む金属間化合物であることを特徴とする付記３に記載の電子装置。
（付記５） 前記第１電子部品に設けられ、第１熱容量を有する第１部材を更に含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の電子装置。
（付記６） 前記第１部材が設けられた前記第１電子部品の熱容量が、前記第２電子部品の熱容量よりも大きいことを特徴とする付記５に記載の電子装置。
（付記７） 第１電子部品に設けられた第１端子と、第２電子部品に設けられた第２端子とを、接合材を介して対向させる工程と、
前記接合材を加熱して溶融し、前記第１端子、前記接合材及び前記第２端子を接続する工程と、
前記第１電子部品を前記第２電子部品よりも高温にした状態で、前記接合材を冷却して凝固し、前記接合材の内部に、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延びる板状の化合物を析出させる工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
（付記８） 前記化合物は、第１元素と第２元素とを含む金属間化合物であり、
前記接合材は、前記第１端子上に設けられた第１接合材と、前記第２端子上に設けられた第２接合材とを含み、
前記第１接合材と前記第２接合材には、前記第１元素と前記第２元素のうち、少なくとも前記第１元素を含む半田材料が用いられ、
前記第２接合材の前記半田材料に、前記第２元素の粉末材料が含まれていることを特徴とする付記７に記載の電子装置の製造方法。
（付記９） 前記第１電子部品に、第１熱容量を有する第１部材を設ける工程を更に含み、
前記第１部材が設けられた前記第１電子部品の前記第１端子と、前記第２電子部品の前記第２端子とを、前記接合材を介して対向させることを特徴とする付記７又は８に記載の電子装置の製造方法。
（付記１０） 前記化合物を析出させる工程後に、前記第１部材を除去する工程を更に含むことを特徴とする付記９に記載の電子装置の製造方法。
（付記１１） 前記第１部材を設ける工程は、前記第１電子部品に接着材を用いて前記第１部材を接着する工程を含み、
前記第１部材を除去する工程は、前記接着材の接着力を低下させて前記第１部材を前記第１電子部品から除去する工程を含むことを特徴とする付記１０に記載の電子装置の製造方法。
（付記１２） 前記接合材を冷却し凝固する工程は、前記第１電子部品が前記第２電子部品よりも高温になるように、前記第１電子部品と前記第２電子部品のうち、前記第２電子部品を選択的に冷却する工程を含むことを特徴とする付記７又は８に記載の電子装置の製造方法。
（付記１３） 前記接合材を冷却し凝固する工程は、前記第１電子部品が前記第２電子部品よりも高温になるように、前記第１電子部品と前記第２電子部品のうち、前記第１電子部品を選択的に加熱する工程を含むことを特徴とする付記７又は８に記載の電子装置の製造方法。
１，１Ａ，１Ａａ，１Ａｂ，１Ｂ，１Ｂａ，１Ｂｂ，１Ｃ 電子装置
１０，２０ 電子部品
１０ａ，２０ａ，４０ａ，５０ａ 表面
１１，２１，４１，５１，１２１ａ，２１１ａ，３１１ａ，４２０ａ，４３１ａ，５１１ａ，６３０ａ 端子
１１ａ，１１ｂ，４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂ 電極層
３０，６０ 接合部
３０ａ，３０ｂ，６０ａ，６０ｂ 接合材
３０ｂａ 半田ペースト
３０ｂｂ，３０ｃ Ｃｕ粉
３１，３３，６１ 化合物
３２，６２ 部分
４０，５００，６００ 回路基板
４０ｂ 下面
５０，２００，３００，４００ 半導体パッケージ
５０ｂ 上面
６０ｃ 接合部位
７０Ａ，７０Ｂ 部材
８０ａ，８０ｂ，３５１ 接着材
９１ 送風
９２ 加熱
１００，２２０，３２０，４２０ 半導体素子
１１０ 半導体基板
１１０ａ 素子分離領域
１２０，４３０ 配線層
１２１，２１１，３１１，４３１，５１１ 導体部
１２２，２１２，３１２，４３２，５１２ 絶縁部
１３０ ＭＯＳトランジスタ
１３１ ゲート絶縁膜
１３２ ゲート電極
１３３ ソース領域
１３４ ドレイン領域
１３５ スペーサ
２１０，３１０ パッケージ基板
２３０ 封止層
２４０ ダイアタッチ材
２５０ ワイヤ
３３０ 被覆材
３４０ バンプ
３４１ アンダーフィル材
３５０ 熱界面材料
４１０ 樹脂層
６１０ コア基板
６２０ 絶縁層
６３０ 導体パターン
６４０ ビア
１０００ 製造装置
１１００ 配置部
１２００ 加熱部
１３００ 冷却部
１３１０，１３２０，１３３０ 温度調節装置

Claims (8)

  1. 第１端子を備える第１電子部品と、
    前記第１端子に対向する第２端子を備える第２電子部品と、
    前記第１端子と前記第２端子を接合し、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延び、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向と交差する方向を法線方向とする一対の主面を有する板状のＣｕ ６ Ｓｎ ５ の第１化合物を含有する接合部と
    を含むことを特徴とする電子装置。
  2. 前記接合部は、前記第１化合物を覆う部分を有し、
    前記部分は、ＳｎとＣｕとを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
  3. 前記接合部は、前記第１化合物と、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延びる柱状の第２化合物とを含有することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
  4. 前記接合部は、前記第１化合物と前記第２化合物とを覆う部分を有し、
    前記部分は、ＳｎとＣｕとＡｇとを含み、
    前記第２化合物は、Ａｇ ３ Ｓｎであることを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
  5. 第１電子部品に設けられた第１端子と、第２電子部品に設けられた第２端子とを、接合材を介して対向させる工程と、
    前記接合材を加熱して溶融し、前記第１端子、前記接合材及び前記第２端子を接続する工程と、
    前記第１電子部品を前記第２電子部品よりも高温にした状態で、前記接合材を冷却して凝固し、前記接合材の内部に、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向に延び、前記第２端子から前記第１端子に向かう方向と交差する方向を法線方向とする一対の主面を有する板状のＣｕ ６ Ｓｎ ５ の化合物を析出させる工程と
    を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
  6. 前記接合材は、前記第１端子上に設けられた第１接合材と、前記第２端子上に設けられた第２接合材とを含み、
    前記第１接合材と前記第２接合材には、ＳｎとＣｕのうち、少なくとも前記Ｓｎを含む半田材料が用いられ、
    前記第２接合材の前記半田材料に、前記Ｃｕの粉末材料が含まれていることを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。
  7. 前記第１電子部品に、第１熱容量を有する第１部材を設ける工程を更に含み、
    前記第１部材が設けられた前記第１電子部品の前記第１端子と、前記第２電子部品の前記第２端子とを、前記接合材を介して対向させることを特徴とする請求項５又は６に記載の電子装置の製造方法。
  8. 前記接合材を冷却し凝固する工程は、前記第１電子部品が前記第２電子部品よりも高温になるように、前記第１電子部品と前記第２電子部品のうち、前記第２電子部品を選択的に冷却する工程を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の電子装置の製造方法。
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