(57)【要約】【課題】ニッケル層で被覆された銅製の電極とスズ層との電気的接続の信頼性を高められる配線基板を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、絶縁層と、絶縁層に配置された銅製の電極と、電極を被覆し、Ｎｉを主成分とすると共にＰを含むニッケル層と、ニッケル層の電極とは反対の表面側に配置され、Ｓｎを主成分とするスズ層とを備える配線基板である。配線基板は、ニッケル層とスズ層との間に配置され、ニッケル層よりもＰの濃度が高いリン濃化層をさらに備える。【選択図】図２
2020072232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、
前記絶縁層に配置された銅製の電極と、
前記電極を被覆し、Ｎｉを主成分とすると共にＰを含むニッケル層と、
前記ニッケル層の前記電極とは反対の表面側に配置され、Ｓｎを主成分とするスズ層と、
を備える配線基板であって、
前記ニッケル層と前記スズ層との間に配置され、前記ニッケル層よりもＰの濃度が高いリン濃化層をさらに備える、配線基板。
【請求項２】
前記スズ層の融点は、２３０℃以上である、請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記電極と電気的に接続される銅製の配線部材と、
前記配線部材を被覆し、Ｎｉを主成分とすると共にＰを含む第２ニッケル層と、
前記第２ニッケル層と前記スズ層との間に配置され、前記第２ニッケル層よりもＰの濃度が高い第２リン濃化層と、
をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
請求項３に記載の配線基板と、
半導体素子と、
を備える半導体装置であって、
前記半導体素子は、
前記配線部材と電気的に接続される第２電極と、
前記第２電極を被覆し、Ｎｉを主成分とすると共にＰを含む第３ニッケル層と、
前記第２ニッケル層と前記第３ニッケル層との間に配置され、Ｓｎを主成分とする第２スズ層と、
前記第３ニッケル層と前記第２スズ層との間に配置され、前記第３ニッケル層よりもＰの濃度が高い第３リン濃化層と、
を有する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、配線基板、及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板と、配線基板に鉛フリーはんだによって実装された半導体とを有する半導体装置が公知である。半導体が実装される配線基板の電極は、一般に銅（Ｃｕ）で構成され、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするめっきで表面が被覆される。
【０００３】
このような半導体装置において、はんだによる電気的接続の信頼性を高めるために、Ｎｉ処理膜の上に、スズ（Ｓｎ）を含むＳｎ拡散防止膜を設けた接合方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
上記公報では、Ｓｎ拡散防止膜によって、ビスマス（Ｂｉ）又は亜鉛（Ｚｎ）を主成分とするはんだ材の拡散が抑制されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２１２３６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体装置には、高温の使用環境を想定してＳｎを主成分とするはんだ材が用いられるものがある。Ｓｎ系のはんだ材を用いると、図５に示すように、高温環境下でＳｎとＮｉとが相互拡散し、電極１２２Ａとはんだ層１２２Ｄとの間にＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ金属化合物層１２２Ｆと、Ｎｉ−Ｓｎ金属化合物層１２２Ｅとが生成される。その結果、電極１１２Ａを被覆するＮｉめっきが消失することで電極１２２Ａの界面でボイドＶが発生し、電気的接続の信頼性が低下する。
【０００７】
これに対し、上記公報の接合方法は、Ｂｉ系又はＺｎ系のはんだ材を用いた技術であるため、Ｓｎ系はんだ材への適用は容易ではない。つまり、上記公報の接合方法は、Ｓｎ系はんだ材の拡散抑制効果が得られるとは限らない。
【０００８】
本開示の一局面は、ニッケル層で被覆された銅製の電極とスズ層との電気的接続の信頼性を高められる配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、絶縁層と、絶縁層に配置された銅製の電極と、電極を被覆し、Ｎｉを主成分とすると共にＰを含むニッケル層と、ニッケル層の電極とは反対の表面側に配置され、Ｓｎを主成分とするスズ層とを備える配線基板である。配線基板は、ニッケル層とスズ層との間に配置され、ニッケル層よりもＰの濃度が高いリン濃化層をさらに備える。
【００１０】
このような構成によれば、リン濃化層によって、ＳｎとＮｉとの相互拡散が抑制されるので、高温環境下におけるニッケル層の消失が抑制できる。その結果、ニッケル層で被覆された銅製の電極とスズ層との電気的接続の信頼性を高められる。
【００１１】
本開示の一態様では、スズ層の融点は、２３０℃以上であってもよい。このような構成によれば、高温環境下での使用に適した半導体装置を得ることができる。
【００１２】
本開示の一態様は、電極と電気的に接続される銅製の配線部材と、配線部材を被覆し、Ｎｉを主成分とすると共にＰを含む第２ニッケル層と、第２ニッケル層とスズ層との間に配置され、第２ニッケル層よりもＰの濃度が高い第２リン濃化層と、をさらに備えてもよい。このような構成によれば、配線部材によって半導体素子と電極とを容易に接続することができる。また、第２リン濃化層によって、ＳｎとＮｉとの相互拡散が抑制されるので、高温環境下における第２ニッケル層の消失が抑制できる。その結果、第２ニッケル層で被覆された銅製の配線部材とスズ層との電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００１３】
本開示の別の態様は、上記配線基板と、半導体素子と、を備える半導体装置である。半導体素子は、配線部材と電気的に接続される第２電極と、第２電極を被覆し、Ｎｉを主成分とすると共にＰを含む第３ニッケル層と、第２ニッケル層と第３ニッケル層との間に配置され、Ｓｎを主成分とする第２スズ層と、第３ニッケル層と第２スズ層との間に配置され、第３ニッケル層よりもＰの濃度が高い第３リン濃化層と、を有する。
【００１４】
このような構成によれば、高温環境下における配線基板と半導体素子との電気的接続の信頼性の高い半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の半導体装置の模式的な断面図である。
【図２】図２Ａは、図１の半導体装置における接合部分の模式的な拡大断面図であり、図２Ｂは、図２Ａとは異なる実施形態における接合部分の模式的な拡大断面図である。
【図３】図１の半導体装置における電極からスズ層までの積層体の模式的な拡大断面図である。
【図４】実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】従来の半導体装置における電極からスズ層までの積層体の模式的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す半導体装置１は、電力変換器（例えば、インバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等）、半導体モジュール、半導体パッケージ、セラミックパッケージ等として用いられる電子機器である。半導体装置１は、配線基板２と、半導体素子３と、放熱部材４と、ピラー５とを備える。
【００１７】
＜配線基板＞
配線基板２は、絶縁層２１と、第１電極２２Ａと、複数の配線部材２３Ａと、第３電極２４Ａとを有する。
【００１８】
また、配線基板２は、図２Ａに示すように、第１ニッケル層２２Ｂと、第１リン濃化層２２Ｃと、第１スズ層２２Ｄと、第２ニッケル層２３Ｂと、第２リン濃化層２３Ｃとを有する。なお、第１スズ層２２Ｄ、第２ニッケル層２３Ｂ、及び第２リン濃化層２３Ｃは、各配線部材２３Ａに対して１つずつ設けられている。
【００１９】
絶縁層２１には、第１電極２２Ａ及び第３電極２４Ａを含む配線（図示省略）が配置されている。この配線は、絶縁層２１の表面に配置された配線パターン、絶縁層２１を貫通する導体等を含んでいる。絶縁層２１は、複数の絶縁シートが積層された多層構造であってもよい。
【００２０】
絶縁層２１の材質は特に限定されないが、耐熱性の観点から絶縁層２１はセラミックを主成分とするとよい。このセラミックとしては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラス等が挙げられる。これらのセラミックは単体で、又は２種以上組み合わせて使用することができる。なお、「主成分」とは、９０質量％以上含まれる成分を意味する。
【００２１】
第１電極２２Ａは、絶縁層２１の表面に配置された銅製の電極である。ここで、「銅製」とは、銅の含有率が９９重量％以上であることを意味する。第１電極２２Ａは、複数の配線部材２３Ａを介して、後述する半導体素子３の第２電極３２Ａと電気的に接続されている。第１電極２２Ａは、例えば、めっき、ろう付け、二次メタライズ等の公知の方法によって形成される。
【００２２】
第１電極２２Ａの絶縁層２１とは反対側の表面は、第１ニッケル層２２Ｂによって被覆されている。第１ニッケル層２２Ｂは、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とすると共に、Ｐ（リン）を含むめっき被膜である。なお、第１ニッケル層２２Ｂは、成分の異なる（つまり、Ｎｉ濃度又はＰ濃度が異なる）複数の層が積層された多層構造であってもよい。
【００２３】
第１ニッケル層２２Ｂは、例えば無電解めっきによって形成できる。第１ニッケル層２２Ｂの平均厚みの下限としては、１μｍが好ましく、３μｍがより好ましい。一方、第１ニッケル層２２Ｂの平均厚みの上限としては、２０μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。
【００２４】
なお、第１ニッケル層２２Ｂの「平均厚み」は、第１電極２２Ａと配線部材２３Ａとの接合に寄与している領域の平均厚みを意味し、例えば、上記領域内の１０点の厚みを平均した値である。後述する他の層の平均厚みについても同様である。
【００２５】
複数の配線部材２３Ａは、第１電極２２Ａと第２電極３２Ａとを電気的に接続する配線を構成する銅製のブロック体である。複数の配線部材２３Ａは、第１電極２２Ａと第２電極３２Ａとの間に配置されている。
【００２６】
各配線部材２３Ａの形状は特に限定されない。各配線部材２３Ａの形状は、例えば、図２Ａに示される球体、図２Ｂに示される角柱体又は円柱体等とすることができる。なお、配線基板２は、１個の配線部材２３Ａを有してもよい。
【００２７】
各配線部材２３Ａの表面は、第２ニッケル層２３Ｂによって被覆されている。第２ニッケル層２３Ｂは、Ｎｉを主成分とすると共に、Ｐを含むめっき被膜である。第２ニッケル層２３Ｂの平均厚みは、第１ニッケル層２２Ｂと同様とすることができる。また、第２ニッケル層２３Ｂは、複数の層が積層された多層構造であってもよい。
【００２８】
本実施形態では、配線部材２３Ａの表面全体が第２ニッケル層２３Ｂによって被覆されている。ただし、配線部材２３Ａの表面のうち、第１電極２２Ａ又は第２電極３２Ａと対向しない領域（つまり側面）は必ずしも第２ニッケル層２３Ｂによって被覆されなくてもよい。
【００２９】
第１電極２２Ａと複数の配線部材２３Ａとは、Ｓｎ（スズ）を主成分とする第１スズ層２２Ｄによって接合されている。第１スズ層２２Ｄは、第１ニッケル層２２Ｂの第１電極２２Ａとは反対の表面側（具体的には第１リン濃化層２２Ｃの表面）、及び第２ニッケル層２３Ｂの配線部材２３Ａとは反対の表面側（具体的には第２リン濃化層２３Ｃの表面）に配置されている。つまり、第１スズ層２２Ｄは、第１ニッケル層２２Ｂと第２ニッケル層２３Ｂとの間に配置されている。また、第１スズ層２２Ｄは、配線部材２３Ａの側面に配置されたスズ層を介して、後述する第２スズ層３２Ｄと連結されている。
【００３０】
第１スズ層２２Ｄは、例えば、純Ｓｎ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ等で構成される。第１スズ層２２Ｄの融点（つまり、固相線温度）としては、２３０℃以上が好ましい。第１スズ層２２Ｄの融点が低すぎると、半導体装置１の耐熱性が不十分となるおそれがある。第１スズ層２２Ｄは、例えば、電解めっき、ペースト塗布、スズ膜の積層等によって形成できる。
【００３１】
第１スズ層２２Ｄの平均厚みの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。一方、第１スズ層２２Ｄの平均厚みの上限としては、５０μｍが好ましく、３０μｍがより好ましい。
【００３２】
本実施形態では、配線部材２３Ａの表面のうち、第１電極２２Ａ又は第２電極３２Ａと対向しない領域にもスズ層が配置されている。これにより、配線部材２３Ａの酸化及び変色を抑制できる。また、第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄがフィレット状に広がることで、第１電極２２Ａ又は第２電極３２Ａとの接合強度を高めることができる。
【００３３】
第１ニッケル層２２Ｂと第１スズ層２２Ｄとの間には、第１ニッケル層２２ＢよりもＰの濃度が高い第１リン濃化層２２Ｃが配置されている。第１リン濃化層２２Ｃは、第１ニッケル層２２Ｂの第１電極２２Ａとは反対の表面を被覆すると共に、第１スズ層２２Ｄと接合されている。第１リン濃化層２２Ｃは、ＮｉとＰとを含む。
【００３４】
図３に示すように、第１リン濃化層２２Ｃによって、第１ニッケル層２２Ｂから第１スズ層２２ＤへのＮｉの拡散が抑制され、Ｎｉ−Ｓｎ金属化合物層２２Ｅの生成が抑制される。
【００３５】
第１リン濃化層２２ＣのＰ濃度としては、１５重量％以上２１重量％以下が好ましく、１５重量％がより好ましい。第１リン濃化層２２ＣのＰ濃度が１５重量％より小さいと、第１スズ層２２ＤへのＮｉの拡散抑制効果が不十分となるおそれがある。また、第１リン濃化層２２ＣのＰ濃度が２１重量％より大きいと、Ｎｉの減少による電気抵抗の上昇が顕著となるおそれがある。なお、第１リン濃化層２２ＣのＰ濃度は、ＳＥＭ−ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光）や、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）等の元素分析を行うことで測定することができる。
【００３６】
第２ニッケル層２３Ｂと第１スズ層２２Ｄとの間には、第２ニッケル層２３ＢよりもＰの濃度が高い第２リン濃化層２３Ｃが配置されている。第２リン濃化層２３Ｃは、第２ニッケル層２３Ｂの配線部材２３Ａとは反対の表面を被覆すると共に、第１スズ層２２Ｄ及び後述する第２スズ層３２Ｄと接合されている。第２リン濃化層２３Ｃは、ＮｉとＰとを含む。第２リン濃化層２３ＣのＰ濃度は、第１リン濃化層２２Ｃと同様である。
【００３７】
以上から、第１電極２２Ａは、第１ニッケル層２２Ｂ、第１リン濃化層２２Ｃ、第１スズ層２２Ｄ、第２リン濃化層２３Ｃ、及び第２ニッケル層２３Ｂを介して、複数の配線部材２３Ａと電気的に接続されている。
【００３８】
図１に示すように、第３電極２４Ａは、絶縁層２１の第１電極２２Ａとは反対の表面に配置された電極である。第３電極２４Ａの表面は、第１ニッケル層２２Ｂと同じ成分のニッケル層で被覆されていてもよい。
【００３９】
＜半導体素子＞
半導体素子３は、配線基板２に実装された素子である。半導体素子３としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電力供給用の半導体チップ等が例示される。
【００４０】
半導体素子３は、図２Ａに示すように、素子本体３１と、第２電極３２Ａと、第３ニッケル層３２Ｂと、第３リン濃化層３２Ｃと、第２スズ層３２Ｄとを有する。なお、第２スズ層３２Ｄは、各配線部材２３Ａに対して１つずつ設けられている。
【００４１】
第２電極３２Ａは、複数の配線部材２３Ａと電気的に接続される金属製の電極である。第２電極３２Ａは、複数の配線部材２３Ａを介して、第１電極２２Ａと電気的に接続されている。
【００４２】
第２電極３２Ａの素子本体３１とは反対側の表面（つまり配線基板２と対向する表面）は、第３ニッケル層３２Ｂによって被覆されている。第３ニッケル層３２Ｂは、Ｎｉを主成分とすると共に、Ｐを含むめっき被膜である。第３ニッケル層３２Ｂの平均厚みとしては、２μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。また、第３ニッケル層３２Ｂは、複数の層が積層された多層構造であってもよい。
【００４３】
第２電極３２Ａと複数の配線部材２３Ａとは、Ｓｎを主成分とする第２スズ層３２Ｄによって接合されている。第２スズ層３２Ｄは、第３ニッケル層３２Ｂの第２電極３２Ａとは反対の表面側（具体的には第３リン濃化層３２Ｃの表面）、及び第２ニッケル層２３Ｂの配線部材２３Ａとは反対の表面側（具体的には第２リン濃化層２３Ｃの表面）に配置されている。つまり、第２スズ層３２Ｄは、第３ニッケル層３２Ｂと第２ニッケル層２３Ｂとの間に配置されている。第２スズ層３２Ｄの融点及び平均厚みは、第１スズ層２２Ｄの融点及び平均厚みと同様とすることができる。
【００４４】
第３ニッケル層３２Ｂと第２スズ層３２Ｄとの間には、第３ニッケル層３２ＢよりもＰの濃度が高い第３リン濃化層３２Ｃが配置されている。第３リン濃化層３２Ｃは、第３ニッケル層３２Ｂの配線部材２３Ａとは反対の表面を被覆すると共に、第２スズ層３２Ｄと接合されている。第３リン濃化層３２Ｃは、ＮｉとＰとを含む。第３リン濃化層３２ＣのＰ濃度は、第１リン濃化層２２Ｃと同様である。
【００４５】
以上から、第２電極３２Ａは、第３ニッケル層３２Ｂ、第３リン濃化層３２Ｃ、第２スズ層３２Ｄ、第２リン濃化層２３Ｃ、及び第２ニッケル層２３Ｂを介して、複数の配線部材２３Ａと電気的に接続されている。
【００４６】
＜放熱部材＞
図１に示す放熱部材４は、半導体素子３が発する熱を放熱するための部材である。放熱部材４としては、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、及び鉄のうち少なくとも１種を含む金属材、金属とセラミックとのコンポジット材（例えば、Ａｌ−ＳｉＣ等）、比較的放熱性の高い基板（例えば、金属ベースと、金属ベースの表面に絶縁層を介して配置された配線とを備える基板、セラミック基板の表面に金属を接合した基板等）を用いることができる。
【００４７】
半導体素子３は、例えば、金属、導電性樹脂等を用いた接合材によって放熱部材４の表面に接合されている。放熱部材４の半導体素子３とは反対側の面には、放熱フィンが取り付けられてもよい。また、放熱部材４の表面には、配線パターン（つまり電極）が形成されていてもよい。
【００４８】
＜ピラー＞
本実施形態のピラー５は、配線基板２の第１電極２２Ａと放熱部材４との間に配置された導電性の部材である。ピラー５は、例えば、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ等によって構成される。
【００４９】
ピラー５は、第１電極２２Ａを被覆する第１ニッケル層２２Ｂ又は第１リン濃化層２２Ｃと、放熱部材４とに接合されている。ピラー５は、１つのブロック体から構成されてもよいし、複数のプレートを重ね合わせて構成されてもよい。
【００５０】
ピラー５によって、配線基板２の第１電極２２Ａと放熱部材４とが電気的に接続される。そのため、放熱部材４を介して、配線基板２及び半導体素子３へ電力を供給することができる。また、ピラー５によって、配線基板２の傾きが抑制できる。
【００５１】
＜製造方法＞
半導体装置１は、例えば、図４に示される半導体装置の製造方法によって得ることができる。この半導体装置の製造方法は、配線基板用意工程Ｓ１０と、配線部材用意工程Ｓ２０と、半導体素子用意工程Ｓ３０と、配置工程Ｓ４０と、加熱工程Ｓ５０とを備える。
【００５２】
（配線基板用意工程）
本工程では、絶縁層２１と、第１ニッケル層２２Ｂで表面が被覆された第１電極２２Ａとを有する配線基板を用意する。第１ニッケル層２２ＢのＰ濃度の下限としては、１重量％が好ましく、７重量％がより好ましい。第１ニッケル層２２ＢのＰ濃度の上限としては１２重量％が好ましく、９重量％がより好ましい。このような範囲であれば、好適に第１リン濃化層２２Ｃを形成することができる。
本工程では、複数の配線部材２３Ａが接合されておらず、かつ、第１ニッケル層２２Ｂの表面に第１リン濃化層２２Ｃ及び第１スズ層２２Ｄが形成されていない配線基板を用意する。
【００５３】
（配線部材用意工程）
本工程では、第２ニッケル層２３Ｂで表面が被覆された複数の配線部材２３Ａを用意する。第２ニッケル層２３ＢにおけるＰ濃度は、第１ニッケル層２２Ｂと同様である。本工程で用意する配線部材２３Ａは、第２ニッケル層２３Ｂの表面に第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄが形成されている。なお、第２ニッケル層２３Ｂと第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄとの間には、第２リン濃化層２３Ｃは形成されていない。
【００５４】
（半導体素子用意工程）
本工程では、素子本体３１と、第３ニッケル層３２Ｂで表面が被覆された第２電極３２Ａとを有する半導体素子を用意する。第３ニッケル層３２ＢにおけるＰ濃度は、第１ニッケル層２２Ｂと同様である。なお、本工程では、第３ニッケル層３２Ｂの表面に第３リン濃化層３２Ｃ及び第２スズ層３２Ｄが形成されていない半導体素子を用意する。
【００５５】
配線基板用意工程Ｓ１０、配線部材用意工程Ｓ２０及び半導体素子用意工程Ｓ３０を実施する順序は問われない。
【００５６】
（配置工程）
本工程では、第１電極２２Ａに対し、第１スズ層２２Ｄと、複数の配線部材２３Ａと、第２スズ層３２Ｄと、第２電極３２Ａとがこの順に積層されるように、配線部材２３Ａ及び半導体素子３を配置する。
【００５７】
なお、はんだ材（つまり、第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄ）の濡れ性を高めるために、第１ニッケル層２２Ｂと第１スズ層２２Ｄとの間、第２ニッケル層２３Ｂと第１スズ層２２Ｄ及び／又は第２スズ層３２Ｄとの間、第３ニッケル層３２Ｂと第２スズ層３２Ｄとの間に、フラックスを塗布してもよい。
【００５８】
（加熱工程）
本工程では、配置工程Ｓ４０で得られた積層体を第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄの融点（つまり固相線温度）以上で加熱する。本工程での加熱温度は、第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄの液相線温度よりも高い温度が好ましく、液相線温度よりも２０℃以上高い温度がさらに好ましい。
【００５９】
これにより、第１リン濃化層２２Ｃ、第２リン濃化層２３Ｃ、及び第３リン濃化層３２Ｃがそれぞれ形成されると共に、各電極と各配線部材とが、各スズ層によるはんだ付けによって接合される。
【００６０】
なお、当該半導体装置の製造方法では、加熱工程以外での熱処理は行わない。つまり、はんだリフローより前に、各電極、各配線部材、各ニッケル層、及び各スズ層は加熱されない。
【００６１】
（他の製造方法）
当該半導体装置の製造方法では、配線部材用意工程Ｓ２０において、第２ニッケル層２３Ｂの表面に第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄが形成されていない配線部材２３Ａを用意してもよい。
【００６２】
この場合、配線基板用意工程Ｓ１０において、第１ニッケル層２２Ｂの表面に第１スズ層２２Ｄが形成された配線基板を用意する。または、配置工程Ｓ４０において、第１スズ層２２Ｄを構成する第１スズ膜を第１電極２２Ａに重ねると共に、第１スズ膜の第１電極２２Ａとは反対側の表面に配線部材２３Ａを重ねてもよい。
【００６３】
上述の場合は、さらに、半導体素子用意工程Ｓ３０において、第３ニッケル層３２Ｂの表面に第２スズ層３２Ｄが形成された半導体素子を用意する。または、配置工程Ｓ４０において、第２スズ層３２Ｄを構成する第２スズ膜を第２電極３２Ａに重ねると共に、第２スズ膜の第２電極３２Ａとは反対側の表面に配線部材２３Ａを重ねてもよい。
【００６４】
［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）リン濃化層２２Ｃ，２３Ｃ，３２Ｃによって、ＳｎとＮｉとの相互拡散が抑制されるので、高温環境下におけるニッケル層２２Ｂ，２３Ｂ，３２Ｂの消失が抑制できる。その結果、ニッケル層で被覆された電極又は配線部材とスズ層との電気的接続の信頼性を高められる。
【００６５】
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００６６】
（２ａ）上記実施形態の半導体装置１において、半導体素子３は、必ずしも第３リン濃化層３２Ｃを有さなくてもよい。さらに、半導体素子３の第２電極３２Ａは、必ずしも第３ニッケル層３２Ｂによって被覆されなくてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態の半導体装置１において、配線基板２は、必ずしも第２リン濃化層２３Ｃを有さなくてもよい。さらに、配線部材２３Ａは、必ずしも第２ニッケル層２３Ｂによって被覆されなくてもよい。
【００６８】
（２ｂ）上記実施形態の半導体装置１において、放熱部材４とピラー５とは必ずしも電気的に接続されなくてもよい。また、上記実施形態の半導体装置１は、必ずしも放熱部材４及びピラー５を備えなくてもよい。
また、配線基板２は、必ずしも第３電極２４Ａを有しなくてもよい。
【００６９】
（２ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００７０】
［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。
【００７１】
＜実施例１＞
焼結したアルミナ製の絶縁層の両面にＣｕめっきにて平均厚み１００μｍの電極を形成した配線基板を用意した。この配線基板の電極表面に平均厚み５μｍのＮｉ−Ｐめっき膜（つまり第１ニッケル層）を形成した。
【００７２】
配線部材として直径２７０μｍの銅製のボールを用意した。この配線部材の表面に平均厚み５μｍのＮｉ−Ｐめっき膜（つまり第２ニッケル層）を形成し、さらに、Ｎｉ−Ｐめっき膜の上に平均厚み５０μｍのＳｎ−５Ｓｂめっき膜（つまり第１スズ層及び第２スズ層）を形成した。このめっき膜の固相線温度は２３８℃、液相線温度は２４２℃である。
【００７３】
アルミニウム製の電極表面に平均厚み５μｍのＮｉ−Ｐめっき膜（つまり第３ニッケル層）を形成した半導体素子を用意した。
上から順に、配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極の順に配置し、２８０℃で２分間リフロー加熱を行うことで、半導体装置を得た。
【００７４】
＜実施例２＞
配線部材として、直径３００μｍの銅製の円柱状ピラーを用意し、この配線部材の表面に平均厚み５μｍのＮｉ−Ｐめっき膜と、平均厚み５０μｍのＳｎ−５Ｓｂめっき膜とを形成した点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。
【００７５】
＜比較例１＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉ−Ｐめっき膜を純Ｎｉめっき膜に替えた点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。
【００７６】
＜耐熱性テスト＞
実施例１，２及び比較例１の半導体装置に対して、１７５℃に１０００時間放置する高温放置試験を行った。
【００７７】
上記高温放置試験の前と後とで、各半導体装置における電極間の接合部分の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、コントラストの差を確認した。また、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）による元素マッピングを用いて元素の分布状態を確認した。
【００７８】
＜結果＞
実施例１，２の半導体装置では、高温放置試験前の半導体装置における電極間の接合部分において、図３に示すように、第１電極２２Ａとはんだ層（つまり、第１スズ層２２Ｄ）との間に、第１ニッケル層２２Ｂ、第１リン濃化層２２Ｃ、及びＮｉ−Ｓｎ金属化合物層２２Ｅが存在していた。さらに、高温放置試験後の半導体装置における電極間の接合部分において、Ｎｉ−Ｐめっき膜の消失、及び電極の界面におけるボイド、クラック等の欠陥の発生がなかった。
【００７９】
一方、比較例の半導体装置では、高温放置試験前の半導体装置における電極間の接合部分において、図５に示すように、第１電極１２２Ａとはんだ層１２２Ｄとの間に、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃｕ金属化合物層１２２Ｆ及びＮｉ−Ｓｎ金属化合物層１２２Ｅが存在していた。Ｎｉ−Ｓｎ金属化合物層の厚みは、実施例１，２よりも大きかった。高温放置試験後の半導体装置における電極間の接合部分において、比較例では、Ｎｉめっき膜が消失し、電極１２２ＡとＮｉ−Ｓｎ−Ｃｕ金属化合物層１２２Ｆとの界面にボイド、クラック等の欠陥が発生していた。
【符号の説明】
【００８０】
１…半導体装置、２…配線基板、３…半導体素子、４…放熱部材、５…ピラー、
２１…絶縁層、２２Ａ…第１電極、２２Ｂ…第１ニッケル層、
２２Ｃ…第１リン濃化層、２２Ｄ…第１スズ層、２２Ｅ…Ｎｉ−Ｓｎ金属化合物層、
２３Ａ…配線部材、２３Ｂ…第２ニッケル層、２３Ｃ…第２リン濃化層、
２４Ａ…第３電極、３１…素子本体、３２Ａ…第２電極、３２Ｂ…第３ニッケル層、
３２Ｃ…第３リン濃化層、３２Ｄ…第２スズ層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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