(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１および第２の主面を有し、かつ少なくとも前記第１の主面上に導電ランドが形成された、配線基板を用意する工程と、
電子部品を用意する工程と、
互いに対向する第１および第２の端面を有し、かつ少なくとも表面がＣｕ−Ｍ系合金（ＭはＮｉおよび／またはＭｎ）からなる、柱状の接続端子部材を用意する工程と、
前記Ｃｕ−Ｍ系合金よりも融点の低い低融点金属を主たる成分とする接合材料を用意する工程と、
前記配線基板の少なくとも前記第１の主面上に前記電子部品を実装する工程と、
前記接続端子部材と前記導電ランドとの間に前記接合材料を付与するとともに、前記第１の端面を前記導電ランドに向けた状態で前記接続端子部材を配置する工程と、
前記接続端子部材と前記導電ランドとを前記接合材料を介して接合するように、前記低融点金属が溶融する温度で熱処理する、熱処理工程と、
前記電子部品および前記接続端子部材を封止するように、前記配線基板の前記第１の主面上に樹脂層を形成する工程と、
を備え、
前記低融点金属は、Ｓｎ単体またはＳｎを７０重量％以上含む合金であり、前記Ｃｕ−Ｍ系合金は、前記低融点金属との間に金属間化合物を生成するものであって、当該金属間化合物との格子定数差が５０％以上であり、
前記熱処理工程は、前記接続端子部材と前記導電ランドとの間に、少なくともＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系の金属間化合物が生成する工程を含む、
電子部品モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記低融点金属は、Ｓｎ単体またはＳｎを８５重量％以上含む合金である、請求項１に記載の電子部品モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記低融点金属は、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、およびＰからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金である、請求項１または２に記載の電子部品モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記Ｃｕ−Ｍ系合金は、前記Ｍを５〜３０重量％の割合で含有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記Ｃｕ−Ｍ系合金は、前記Ｍを１０〜１５重量％の割合で含有する、請求項４に記載の電子部品モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記接続端子部材は、前記Ｃｕ−Ｍ系合金からなる、請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記接続端子部材は、その表面に形成された前記Ｃｕ−Ｍ系合金からなるめっき膜を有する、請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記熱処理工程において、前記導電ランド側で生成される前記金属間化合物の量が、前記接続端子部材側で生成される前記金属間化合物の量より少ない、請求項１ないし７のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品モジュールの製造方法に関するもので、特に、配線基板と、その上に実装される電子部品および柱状の接続端子部材と、電子部品および接続端子部材を封止する樹脂層とを備える、電子部品モジュールにおける、接続端子部材と配線基板との接合部の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明にとって興味ある技術が、たとえば特開２００８−１６７２９号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１には、柱状の接続端子部材としての内部接続用電極が、有機基板の配線パターン上の所定の位置に配置した接続電極用金属パッド部に接合され、内部接続用電極が封止樹脂により封止されている、半導体装置が記載されている。また、特許文献１では、内部接続用電極は接続電極用金属パッド部にはんだ接続されてもよいと記載されている。
【０００３】
しかし、内部接続用電極がはんだにより接続されていると、半導体装置を実装用基板に実装する際のリフロー工程において、接合材料としてのはんだが再溶融して体積が膨張し、はんだが内部接続用電極と封止樹脂との隙間を伝って半導体装置外側に流れ出る、あるいは噴き出るという問題に遭遇し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上記半導体装置のような電子部品モジュールにおいて、これを実装用基板に実装する際に実施されるリフロー工程での接合材料の流れ出しを抑制しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、簡単に言えば、配線基板上の導電ランドと柱状の接続端子部材との接合部において、金属間化合物を生成させることにより、リフロー時の接合材料の流れ出しを抑制しようとすることを特徴としている。
【００１７】
この発明に係る電子部品モジュールの製造方法は、互いに対向する第１および第２の主面を有し、かつ少なくとも第１の主面上に導電ランドが形成された、配線基板を用意する工程と、電子部品を用意する工程と、互いに対向する第１および第２の端面を有し、かつ少なくとも表面がＣｕ−Ｍ系合金（ＭはＮｉおよび／またはＭｎ）からなる、柱状の接続端子部材を用意する工程と、Ｃｕ−Ｍ系合金よりも融点の低い低融点金属を主たる成分とする接合材料を用意する工程と、配線基板の少なくとも第１の主面上に電子部品を実装する工程と、接続端子部材と導電ランドとの間に接合材料を付与するとともに、第１の端面を導電ランドに向けた状態で接続端子部材を配置する工程と、接続端子部材と導電ランドとを接合材料を介して接合するように、低融点金属が溶融する温度で熱処理する、熱処理工程と、電子部品および接続端子部材を封止するように、配線基板の第１の主面上に樹脂層を形成する工程と、を備える。
【００１８】
そして、この発明に係る電子部品モジュールの製造方法は、上記低融点金属が、Ｓｎ単体またはＳｎを７０重量％以上含む合金であり、上記Ｃｕ−Ｍ系合金が、この低融点金属との間に金属間化合物を生成するものであって、当該金属間化合物との格子定数差が５０％以上であり、上記熱処理工程は、接続端子部材と導電ランドとの間に、少なくともＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系の金属間化合物が生成する工程を含むことを特徴としている。
【００１９】
この発明に係る電子部品モジュールの製造方法において、上記低融点金属は、Ｓｎ単体またはＳｎを８５重量％以上含む合金であることが好ましい。低融点金属とＣｕ−Ｍ系合金との間で金属間化合物をより形成しやすくなるからである。
【００２０】
また、低融点金属は、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｅ、およびＰからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金であることが好ましい。低融点金属がこのような組成に選ばれることにより、Ｃｕ−Ｍ系合金との間で金属間化合物を形成しやすくすることができる。
【００２１】
Ｓｎ系の低融点金属との間で金属化合物を、より低温、かつ短時間で形成されやすくするため、Ｃｕ−Ｍ系合金は、Ｍを５〜３０重量％の割合で含有することが好ましく、Ｍを１０〜１５重量％の割合で含有することがより好ましい。
【００２２】
少なくとも表面がＣｕ−Ｍ系合金からなる接続端子部材は、たとえば、Ｃｕ−Ｍ系合金から構成されたり、その表面にＣｕ−Ｍ系合金からなるめっき膜が形成されたりすることによって与えることができる。前者の場合には、熱処理工程での温度を高くし、時間を延ばすと、接合材料に含まれるＳｎ成分がなくなるまで、接続端子部材との反応が続き、接合部をすべて金属間化合物生成領域とすることができる。後者の場合には、めっき膜の厚み分しか金属間化合物を生成する反応が起こらないので、めっき膜の厚みを調整することにより、金属間化合物生成領域の厚みを調整することができる。もちろん、前者の場合であっても、熱処理工程の温度および／または時間を制御することによって、金属間化合物生成領域の厚みを調整することができる。
【００２３】
たとえば、上述の後者の構成を採用すれば、熱処理工程において、導電ランド側で生成される金属間化合物の量が、接続端子部材側で生成される金属間化合物の量より少なくすることが容易である。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、生成領域において生成された金属間化合物が接合部を高融点化する。そのため、後工程またはユーザーでのリフロー工程で、接合部において再溶融しにくくすることができる。よって、再溶融がもたらす接合材料の体積膨張が、接続端子部材と樹脂層との隙間を伝っての接合材料の流れ出しあるいは噴き出しといった問題に発展することを抑制することができる。
【００２５】
また、仮に、接合部を与えるＳｎ系低融点金属を含む接合材料が再溶融して、接続端子部材と樹脂層との隙間を伝って流れ出そうとしても、接合材料と接続端子部材とが接触したとき、比較的短時間でＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系といった金属間化合物を生成するための反応が達成され、低融点金属がこの反応によって消費されるので、この点でも、接合材料の流れ出しあるいは噴き出しといった問題を生じにくくすることができる。
【００２６】
また、接合材料の体積膨張によってもたらされるであろう、樹脂層と接続端子部材および接合部との間での剥離の問題も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態による製造方法によって製造される電子部品モジュール１を示す断面図である。
【図２】図１に示した電子部品モジュール１を製造するために実施される工程を順次示す断面図である。
【図３】図２（Ａ）に示した工程の詳細を説明するためのもので、（Ａ）接続端子部材６を、導電ランド７との間に接合材料２１を介して配置した状態、（Ｂ）接続端子部材６と導電ランド７とを接合部１０を介して接合するため、熱処理した後の状態をそれぞれ拡大して示す断面図である。
【図４】図３に示した接続端子部材６の変形例を示す断面図である。
【図５】図１に示した電子部品モジュール１を実装用基板３１上に実装した状態を示す断面図である。
【図６】図５に示した実装用基板３１上への実装において、接続端子部材６において有利に採用される好ましい構造を説明するためのもので、電子部品モジュール１における接続端子部材６が位置する部分を拡大して示す断面図である。
【図７】実験例において作製した試験ワーク４１の外観を示す一部破断斜視図である。
【図８】図７に示した試験ワーク４１をプリント基板４７上に実装した状態の外観を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１を参照して、この発明の一実施形態による製造方法によって製造される電子部品モジュール１について説明する。
【００２９】
電子部品モジュール１は、互いに対向する第１および第２の主面２および３を有する配線基板４を備えている。配線基板４は、たとえば、複数のセラミックグリーンシートが積層され、かつ焼成されることによって製造された多層セラミック基板によって与えられる。セラミックグリーンシートは、低温焼結セラミックの原料となるべきアルミナおよびガラスなどの混合粉末が有機バインダおよび溶剤などと一緒に混合されたスラリーがシート化されたものである。セラミックグリーンシートには、レーザー加工などによりビアホールが形成され、形成されたビアホールにＡｇやＣｕなどを含む導電性ペーストが充填されて層間接続用のビア導体が形成される。また、セラミックグリーンシートには、導電性ペーストを印刷することにより種々の電極パターンが形成される。
【００３０】
その後、複数のセラミックグリーンシートが積層、圧着されることによりセラミック積層体が形成されて、約１０００℃前後の比較的低い温度で焼成されることにより配線基板４が得られる。このようにして得られた配線基板４の内部には、図１では図示しないが、ビア導体および内部電極パターンを含む配線導体が設けられている。
【００３１】
なお、配線基板４は、上述したような低温焼結セラミック材料からなるセラミック層を備える多層セラミック基板によって与えられる場合のほか、アルミナ系基板、ガラス基板、複合材料基板、または樹脂やポリマー材料などを用いたプリント基板であっても、あるいは、単層基板であってもよく、電子部品モジュール１の使用目的に応じて、適宜最適な材質または構造が選択される。
【００３２】
配線基板４の第１の主面２上には、チップ部品やＩＣなどといった複数の電子部品５が実装される。また、同じく第１の主面２上には、複数の柱状の接続端子部材６が実装される。図１には、接続端子部材６を実装するための導電ランド７が図示されている。導電ランド７は、配線基板４の第１の主面２上に形成されている。柱状の接続端子部材６は、互いに対向する第１および第２の端面８および９を有し、第１の端面８を導電ランド７に向けた状態で配置され、かつ導電ランド７に対して接合部１０を介して接合されている。なお、接合部１０の詳細な組成および構造については、図３を参照して後述する。
【００３３】
電子部品モジュール１は、接続端子部材６の第２の端面９を露出させた状態で、上記電子部品５および接続端子部材６を封止するように、配線基板４の第１の主面２上に形成される樹脂層１１を備える。図１においては、電子部品５はその天面も樹脂層１１に覆われているが、電子部品５の天面は露出した状態で封止されていてもよい。
【００３４】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、電子部品モジュール１の製造方法について説明する。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）では、図１に示した電子部品モジュール１とは上下が逆に示されている。
【００３５】
まず、配線基板４が前述したような方法により作製され、次に、図２（Ａ）に示すように、配線基板４の第１の主面２上に電子部品５および接続端子部材６が接合材料を用いて実装される。ここで、特に接続端子部材６の実装について、図３（Ａ）および（Ｂ）を参照してより詳細に説明する。
【００３６】
図３（Ａ）および（Ｂ）には、配線基板４および接続端子部材６の各一部が拡大されて図示されている。図３（Ａ）および（Ｂ）において、配線基板４に設けられる導電ランド７が図示されているが、この実施形態では、導電ランド７は、下地層１３、その上に形成される第１めっき層１４、およびその上に形成される第２めっき層１５から構成されている。典型的には、下地層１３は、Ｃｕを含む導電性ペーストを焼き付けることによって形成され、第１めっき層１４は、Ｎｉめっき膜から構成され、第２めっき層１５は、Ａｕめっき膜から構成される。また、図３（Ａ）および（Ｂ）には、配線基板４の内部に形成される内部電極パターン１６および１７も図示されている。一方の内部電極パターン１６は、上述の導電ランド７と電気的に接続されている。
【００３７】
接続端子部材６として、少なくとも表面がＣｕ−Ｍ系合金（ＭはＮｉおよび／またはＭｎ）からなるものが用意される。接続端子部材６は、図３（Ａ）に示すように、全体がＣｕ−Ｍ系合金から構成されても、図４に示すように、表面がＣｕ−Ｍ系合金からなるめっき膜１９によって被覆されたものであってもよい。後者の場合、接続端子部材６の本体部２０は、たとえばＣｕから構成される。接続端子部材６は、所望の断面寸法および長手方向寸法を有するもので、たとえば、円形または多角形の断面形状を有する金属線材を所定の長さで切断することによって得られるものである。
【００３８】
他方、図３（Ａ）に示した接合材料２１が用意される。接合材料２１は、前述した接合部１０を形成するためのものであり、上記Ｃｕ−Ｍ系合金よりも融点の低い低融点金属からなる粉末２２をフラックス２３中に分散させてなるものである。
【００３９】
上記低融点金属としては、Ｓｎ単体であるか、またはＳｎを７０重量％以上、好ましくは８５重量％以上含む合金が用いられる。より具体的には、低融点金属は、Ｓｎ単体、または、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｓｒ、ＴｅおよびＰからなる群より選ばれる少なくとも１種とＳｎとを含む合金であることが望ましい。低融点金属がこのような組成に選ばれることにより、前述した接続端子部材６の少なくとも表面を構成するＣｕ−Ｍ系合金との間で金属間化合物を生成しやすくすることができる。
【００４０】
上述したフラックス２３は、接合対象物としての接続端子部材６および導電ランド７や接合材料２１中の金属粉末２２の表面の酸化被膜を除去する機能を果たす。ただし、接合材料２１は、必ずしもフラックス２３を含むことを要するものではなく、フラックス２３を必要としない接合法を適用することも可能である。たとえば、加圧しながら加熱する方法や、強還元性雰囲気で加熱する方法などによっても、接合対象物や金属粉末の表面の酸化被膜を除去して、信頼性の高い接合を可能にすることができる。なお、フラックス２３を含む場合には、接合材料２１全体に対して、７〜１５重量％の割合で含むことが好ましい。
【００４１】
フラックス２３としては、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤などを含む、公知のものを用いることができる。
【００４２】
ビヒクルの具体的な例としては、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂、合成樹脂、またはこれらの混合体などが挙げられる。ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂の具体的な例としては、ガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、重合ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂、その他各種ロジン誘導体などが挙げられる。ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなる合成樹脂の具体的な例としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂などが挙げられる。
【００４３】
また、溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類などが知られており、具体的な例としては、ベンジルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル、ドデカン、テトラデセン、α−ターピネオール、ターピネオール、２−メチル２，４−ペンタンジオール、２−エチルヘキサンジオール、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジイソブチルアジペート、へキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、２−ターピニルオキシエタノール、２−ジヒドロターピニルオキシエタノール、それらを混合したものなどが挙げられる。
【００４４】
また、チキソ剤の具体的な例としては、硬化ヒマシ油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス（ｐ−メチルベンジリデン）ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミドなどが挙げられる。また、これらに必要に応じてカプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸のような脂肪酸、１，２−ヒドロキシステアリン酸のようなヒドロキシ脂肪酸、酸化防止剤、界面活性剤、アミン類などを添加したものも、チキソ剤として用いることができる。
【００４５】
また、活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、有機酸、有機アミン、多価アルコールなどが例示される。
【００４６】
活性剤としての上記アミンのハロゲン化水素酸塩の具体的なものとして、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン塩酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン塩酸塩、トリエタノールアミン臭化水素酸塩、モノエタノールアミン臭化水素酸塩などが例示される。
【００４７】
活性剤としての上記有機ハロゲン化合物の具体的な例として、塩化パラフィン、テトラブロモエタン、ジブロモプロパノール、２，３−ジブロモ−１，４−ブタンジオール、２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレートなどが挙げられる。
【００４８】
また、活性剤としての有機酸の具体的な例として、マロン酸、フマル酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、フェニルコハク酸、マレイン酸、サルチル酸、アントラニル酸、グルタル酸、スベリン酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、アビエチン酸、安息香酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ドデカン酸などがあり、さらに有機アミンの具体的なものとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン、アニリン、ジエチルアニリンなどが挙げられる。
【００４９】
また、活性剤としての多価アルコールとしては、エリスリトール、ピロガロール、リビトールなどが例示される。
【００５０】
また、フラックス２３として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂またはその変性樹脂、アクリル樹脂からなる熱硬化性樹脂群より選ばれる少なくとも１種、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース系樹脂からなる熱可塑性樹脂群から選ばれる少なくとも１種を含むものを用いてもよい。
【００５１】
他方、前述した接続端子部材６の少なくとも表面を構成するＣｕ−Ｍ系合金は、接合材料２１の加熱溶融によって、上記Ｓｎ系の低融点金属との組み合わせで、３１０℃以上の融点を示す金属間化合物を生成し得るものである。Ｃｕ−Ｍ系合金がＣｕ−Ｍｎ系合金である場合、当該合金に占めるＭｎの割合は１０〜１５重量％であることが好ましく、Ｃｕ−Ｎｉ系合金である場合、当該合金に占めるＮｉの割合は１０〜１５重量％であることが好ましい。
【００５２】
Ｃｕ−Ｍ系合金が上述のような組成に選ばれることにより、より低温、かつ短時間でＳｎ系の低融点金属との間で金属間化合物を形成しやすくすることができる。この金属化合物は、その後に実施され得るリフロー工程において溶融するものではない。
【００５３】
Ｃｕ−Ｍ系合金には、Ｓｎ系の低融点金属との反応を阻害しない程度で、たとえば、１重量％以下の割合で不純物が含まれていてもよい。不純物としては、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｐ、Ｐｒ、Ｔｈ、Ｚｒ、Ｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕなどが挙げられる。
【００５４】
また、接合性や反応性を考慮すると、低融点金属粉末２２中の酸素濃度は、２０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に１０〜１０００ｐｐｍであることが好ましい。
【００５５】
また、Ｃｕ−Ｍ系合金は、低融点金属粉末２２の周囲に生成する、すなわち接合部１０（図２（Ａ）、図３（Ｂ）参照）に生成する、金属間化合物と当該Ｃｕ−Ｍ系合金との間での格子定数差が５０％以上となるように選ばれる。上記格子定数差とは、後掲の式で示されるように、金属間化合物の格子定数からＣｕ−Ｍ系合金の格子定数を差し引いた値を、Ｃｕ−Ｍ系合金の格子定数で除した数値の絶対値を１００倍した数値（％）である。すなわち、この格子定数差は、Ｃｕ−Ｍ系合金との界面に最初に生成する金属間化合物の格子定数が、Ｃｕ−Ｍ系合金の格子定数に対してどれだけ差があるかを示すものであり、いずれの格子定数が大きいかを問わないものである。
【００５６】
格子定数差は、
格子定数差（％）＝［｜｛（金属間化合物の格子定数）−（Ｃｕ−Ｍ系合金の格子定数）｝｜／（Ｃｕ−Ｍ系合金の格子定数）］×１００
といった式で表わされる。
【００５７】
再び、図３（Ａ）を参照して、上述した接合材料２１が、接続端子部材６と導電ランド７との間に付与されながら、接続端子部材６が、その第１の端面８を導電ランド７に向けた状態で配置される。そして、この状態で、接合材料２１に含まれる低融点金属粉末２２が溶融する温度で熱処理される。熱処理後の状態が図３（Ｂ）に示されている。
【００５８】
上述した熱処理によって、接合材料２１が加熱され、低融点金属粉末２２を構成するＳｎ系低融点金属の融点以上の温度に達すると、低融点金属粉末２２が溶融して、粉末としての形態を失う。
【００５９】
その後さらに加熱が続くと、Ｓｎ系低融点金属が接続端子部材６の表面にあるＣｕ−Ｍ系合金と反応して、図３（Ｂ）に示すような形態の接合部１０が形成される。
【００６０】
接合部１０の断面を波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＸ）により分析したとき、この接合部１０の断面には、少なくともＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系の金属間化合物が生成された金属間化合物生成領域２５の存在が確認される。この金属間化合物生成領域２５は、接合部１０の断面を縦および横に均等に１０マスずつ合計１００マスに細分化した際に、１マス中にＳｎ系金属成分のみが存在するマスを除いた残りの全マス数、すなわち金属間化合物が存在する全マス数に対する、構成元素の異なる金属間化合物が少なくとも２種類存在するマス数の割合（分散度）が７０％以上であることも、ＷＤＸにより確認される。
【００６１】
上述のように、金属間化合物生成領域２５に、少なくともＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系といった３種類以上の金属間化合物が存在しており、かつ、生成領域２５内における金属間化合物が、分散度７０％以上というように良好に分散した状態となっていると、応力集中が生じにくくなり、よって、後述する実験例から明らかなように、熱衝撃等により発生する線膨脹係数差に起因する歪みにより、接合部１０に応力が負荷された場合でも、クラックが生じにくくなり、そのため、接合部１０における抵抗値上昇や接合強度低下といった問題を生じさせにくくすることができる。
【００６２】
上述の金属間化合物生成領域２５は、図３（Ｂ）に示すように、接続端子部材６側に位置し、導電ランド７側には、生成領域２５よりＳｎ系金属成分を多く含むＳｎリッチ領域２６を位置させていることが好ましい。その理由は以下のとおりである。
【００６３】
生成領域２５が生じる過程において、通常、ボイドが発生するが、仮に、導電ランド７側にもＣｕ−Ｍ系合金を配置した場合、接合部１０の上下から同時に金属間化合物の生成が起こるため、発生したボイドが接合部１０の中央に集まりやすい。しかも、このような接合工程では、接合部１０は、その上下から押さえつけられる。これらのことから、接合部１０の内部では、発生したボイドがつながって、大きな層状の空隙となって残ってしまう。接合部１０の内部に大きな空隙が存在すると、落下試験または熱衝撃試験において、空隙を起点とするクラックが生じることがある。特に、クラックが大きくなり、接合部１０を破断してしまうと、深刻な問題を引き起こす。
【００６４】
これに対して、図３（Ｂ）に示すように、金属間化合物生成領域２５が接続端子部材６側にのみ位置している場合、すなわち、接続端子部材６と接合部１０との間でのみ、金属間化合物を生成させる場合には、一方方向から反応が起こるため、発生したボイドは導電ランド７側に逃げやすく、生成領域２５内部には留まりにくい。他方、導電ランド７側のＳｎリッチ領域２６に、たとえボイドが残存していたとしても、ここでは金属間化合物が実質的に生成されないため、ボイドが寄せ集められることがなく、分散した状態で存在し、そのため、ボイドがクラックの起点となることがない。よって、クラックの発生を抑制することができる。
【００６５】
上述したような、金属間化合物生成領域２５が接続端子部材６側に位置し、導電ランド７側には、Ｓｎリッチ領域２６を位置させている構成は、図４に示したようなＣｕ−Ｍ系合金からなるめっき膜１９が形成された接続端子部材６を用いる方がより容易に得ることができる。なぜなら、めっき膜１９の厚み分しか金属間化合物を生成する反応が起こらないので、めっき膜１９の厚みを調整することにより、金属間化合物生成領域２５の厚みを調整することができるからである。
【００６６】
なお、金属間化合物生成領域２５が接続端子部材６側に位置し、かつ導電ランド７側にＳｎリッチ領域２６を位置させている構成による上述した利点を特に望まないならば、導電ランド７は、少なくとも表面がＣｕ−Ｍ系合金から構成されたものであってもよい。
【００６７】
接合部１０、特に生成領域２５の耐熱性を向上させるためには、生成領域２５は、Ｓｎ系金属成分を含まないことが好ましく、たとえＳｎ系金属成分を含む場合であっても、その含有率は３０体積％以下とされることが好ましい。Ｓｎ系金属成分は、たとえば３００℃以上の高温環境下に置かれた場合、再溶融して流れ出すことがあり得るため、生成領域２５の耐熱性の低下につながる。よって、Ｓｎ系金属成分の含有率が３０体積％以下とされることにより、耐熱性をより向上させることができる。このようなＳｎ系金属成分の含有率の低減のため、格子定数が関係する。
【００６８】
前述したように、接続端子部材６の少なくとも表面を構成するＣｕ−Ｍ系合金の格子定数が、生成領域２５で生成される金属間化合物の格子定数との間で、５０％以上の格子定数差を有していると、接合材料２１に含まれる低融点金属粉末２２を構成するＳｎ系低融点金属と接続端子部材６の少なくとも表面を構成するＣｕ−Ｍ系合金との反応による金属間化合物の生成が迅速に進行して、短時間のうちに、生成領域２５中のＳｎ系金属成分の含有量を十分に低減させることができる。
【００６９】
なお、接合材料２１は、上述のようなペーストの形態ではなく、たとえば板状の固体の形態であってもよい。
【００７０】
また、接合材料２１が、Ｓｎ系の低融点金属粉末２２だけでなく、Ｃｕ−Ｍ系合金からなる粉末をさらに含んでいてもよい。この場合には、接続端子部材６の少なくとも表面がＣｕ−Ｍ系合金から構成されていなくても、すなわち、たとえば接続端子部材６がＣｕから構成されていても、接合部１０において、少なくともＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系の金属間化合物が生成された、金属間化合物生成領域２５を形成することができる。
【００７１】
次に、図２（Ｂ）に示すように、電子部品５および接続端子部材６を封止するように、配線基板４の第１の主面２上に樹脂層１１が形成される。樹脂層１１は、たとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性の樹脂に、酸化アルミニウムやシリカ（二酸化ケイ素）、二酸化チタンなどの無機フィラーが混合されて形成された複合樹脂により形成することができる。
【００７２】
たとえば、ＰＥＴフィルム上に複合樹脂を成形して半硬化させた樹脂シートを用いて樹脂層１１を形成する場合には、所望の厚みを有するスペーサまたは型が周囲に配置された状態の配線基板４に樹脂シートを被せ、樹脂の厚みがスペーサまたは型の厚みになるように樹脂シートを加熱プレスした後、配線基板４をオーブンにより加熱して樹脂を硬化させることにより、所望の厚みを有する樹脂層１１を形成することができる。
【００７３】
なお、樹脂層１１は、液状の樹脂を用いたポッティング技術やトランスファーモールド技術、コンプレッションモールド技術など、樹脂層を形成し得る他の一般的な成形技術を用いて形成することもできる。
【００７４】
次に、図２（Ｃ）に示すように、ローラブレード等により樹脂層１１の表面が研削されたり研磨されたりすることにより、不要な樹脂が除去されて、樹脂層１１の表面が平坦化されるとともに、接続端子部材６の第２の端面９が樹脂層１１の表面に露出する。これにより、電子部品モジュール１が完成する。なお、図示されないが、この工程において、電子部品５の天面が露出するように研削、研磨されてもよい。また、電子部品５がＩＣである場合には、ＩＣの天面自体を研削、研磨してしてもよい。これにより、電子部品モジュール１をより低背化することができる。
【００７５】
接続端子部材６の第１の端面８側に付与される接合材料２１の厚みなどの影響で、接続端子部材６の、配線基板４の第１の主面２からの高さにばらつきが生じている場合には、樹脂層１１と一緒に接続端子部材６の第２の端面９側を研削または研磨することにより、接続端子部材６の配線基板４からの高さを揃えることができる。なお、接続端子部材６が、図４を参照して前述したように、Ｃｕ−Ｍ系合金からなるめっき膜１９によって被覆されたものである場合、研削または研磨の後であっても、めっき膜１９の少なくとも一部は残されるようにする。
【００７６】
図２（Ｂ）に示した段階において、接続端子部材６の第２の端面９が適正に露出するように樹脂層１１が形成される場合には、樹脂層１１の表面を研磨または研削する工程は、必ずしも実施されなくてもよい。
【００７７】
なお、電子部品モジュール１は、上記したように、これを個別に製造してもよいが、複数の電子部品モジュール１の集合体を形成した後に、個々の電子部品モジュール１に分割する方法が採用されてもよい。
【００７８】
以上のようにして得られた電子部品モジュール１は、図５に示すように、実装用基板３１上に実装される。図５には、実装用基板３１に設けられる導電ランド３２、および導電ランド３２と電子部品モジュール１の接続端子部材６とを接合する接合部３３が図示されている。接合部３３は、たとえばＳｎ系低融点金属を含むはんだによって与えられ、接合部３３を形成するため、リフロー工程が適用される。
【００７９】
上述のリフロー工程において、電子部品モジュール１の接合部１０の特に金属間化合物生成領域２５（図３（Ｂ）参照）は、耐熱強度に優れているので、再溶融してしまうことがない。
【００８０】
また、リフロー工程において、仮に、接合部１０のＳｎリッチ領域２６（図３（Ｂ）参照）が再溶融して、接続端子部材６と樹脂層１１との隙間を伝って流れ出そうとしても、Ｓｎリッチ領域２６に含まれるＳｎ系低融点金属が接続端子部材６とが接触したとき、比較的短時間でＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系といった金属間化合物を生成するための反応が達成され、Ｓｎ系低融点金属がこの反応によって消費されるので、この点で、接合材料２１の流れ出しあるいは噴き出しといった問題を生じさせにくくすることができる。
【００８１】
さらに、以下の点にも注目すべきである。前述した接続端子部材６と導電ランド７との接合工程の間、接続端子部材６には、導電ランド７に向かう方向に力が加えられるので、図３（Ａ）に示すように、接合材料２１は、接続端子部材６の径より大きい容積を占めるように広がる。そのため、図３（Ｂ）からわかるように、金属間化合物生成領域２５は、接続端子部材６の径より大きい径を有する状態となる。その結果、接合部１０における金属間化合物生成領域２５は、接続端子部材６と樹脂層１１との隙間を遮るような壁となり、これによっても、接合材料２１の流れ出しまたは噴き出しを抑制することができる。
【００８２】
図６には、上述した実装用基板３１上への実装において、電子部品モジュール１の接続端子部材６において有利に採用される好ましい構造が示されている。図６に示した接続端子部材６の第２の端面９、すなわち、配線基板４の導電ランド７との接合部１０（図６では図示されない。）とは反対側の端面には、前述した金属間化合物生成領域２５と同等の金属間化合物生成領域３５が存在している。
【００８３】
接続端子部材６がたとえばＣｕを主成分とする場合、実装用基板３１へ実装するリフロー工程において、Ｃｕがはんだに喰われて接合信頼性が低下するという問題がある。しかし、上記したように、接続端子部材６の第２の端面９にも、金属間化合物生成領域３５が存在していると、リフロー温度でも金属間化合物は溶融しないため、リフロー工程において、接合部３３（図５参照）を与える接合材料としてのはんだと接続端子部材６間の拡散を防止することができ、その結果、接合信頼性を高く維持することができる。
【００８４】
なお、図６に示した金属間化合物生成領域３５は、前述した接合部１０を与える接合材料２１と同じ組成の接合材料を、接合部３３を形成するために用いれば、実装用基板３１上への実装のためのリフロー工程において自然と形成されるが、実装用基板３１への実装前の電子部品モジュール１の段階で予め形成しておいてもよい。後者の場合には、図３（Ａ）に示した工程において、接続端子部材６の第２の端面９上にも接合材料２１と同じ組成の接合材料を塗布しておけば、図３（Ｂ）に示した工程において、金属間化合物生成領域３５が形成される。
【００８５】
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明は、たとえば、配線基板４の第１の主面２だけでなく、第２の主面３にも電子部品および／または接続端子部材が設けられた電子部品モジュールに対しても適用することができる。
【００８６】
次に、この発明に基づいて実施した実験例について記載する。
【００８７】
（実験例１）
実験例１では、図７に示すような形態の試験ワーク４１を作製した。
【００８８】
試験ワーク４１は、低温焼結セラミック材料をもって構成された配線基板４２と、配線基板４２の一方主面上に３個×４個の行列をなすように形成されたＮｉめっきが施されたＣｕからなる１２個の導電ランド４３と、導電ランド４３の各々に接合部４４を介して接合された柱状の１２個の接続端子部材４５と、接続端子部材４５を封止するように、配線基板４２の一方主面上に形成されたエポキシ樹脂からなる樹脂層４６とを備えるものとした。
【００８９】
配線基板４２は、３ｍｍ×２．４ｍｍの平面寸法および１ｍｍの厚みを有し、接続端子部材４５は、直径が０．３ｍｍ、長さが０．５ｍｍであって、配列ピッチが０．６ｍｍであり、また、樹脂層の厚みは０．５５ｍｍであった。
【００９０】
この試験ワーク４１の接合部４４を得るため、表１の「接合材料を構成する低融点金属」の欄に示す低融点金属からなる粉末とフラックスとを混合したペースト状の接合材料を用意した。フラックスとしては、ロジン：７４重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテル：２２重量％、トリエタノールアミン：２重量％、および水素添加ヒマシ油：２重量％の配合比率のものを用いた。また、フラックスの配合割合は、接合材料全体に占めるフラックスの割合で１０重量％となるようにした。
【００９１】
また、接続端子部材４５として、表１の「接続端子部材」の欄に記載された「組成」からなるものを用意した。表１の「接続端子部材」の欄には、ａ軸を基準とした「格子定数」も示されている。
【００９２】
次に、配線基板４２を用意し、導電ランド４３上に上記接合材料を０．０５ｍｍの厚さで塗布した後、接続端子部材４５をその上に配置した。
【００９３】
次に、リフロー装置を用いて、１５０℃〜１８０℃の温度範囲で９０秒、２２０℃以上で４０秒、２４０℃以上で１５秒それぞれ維持し、ピーク温度を２３５℃〜２４５℃とした温度プロファイルで熱処理することによって、導電ランド４３と接続端子部材４５とを接合し、接合部４４を形成した。
【００９４】
次に、この段階で、表１に示した「最初に生成する金属間化合物」を評価した。「最初に生成する金属間化合物」とは、接合材料と接続端子部材４５との界面において最初に生成する金属間化合物のことであり、接合部４４の断面をＦＥ−ＷＤＸでマッピング分析することによって確認した。「格子定数」は、ａ軸を基準として求めたものである。また、表１の「格子定数差」は前述した式により求めたものである。
【００９５】
また、表１において、接合部４４に生成する金属間化合物の代表例が「接合部に生成する金属間化合物例」の欄に示されている。したがって、接合部４４には、表１に記載したもの以外の金属間化合物も生成し得る。接合部４４に生成する金属間化合物についても、接合部４４の断面をＦＥ−ＷＤＸでマッピング分析することによって確認した。
【００９６】
なお、上述した分析の結果、接合部４４において、金属間化合物生成領域が接続端子部材４５側に位置しており、導電ランド４３側では、金属間化合物生成領域よりＳｎ系金属成分を多く含む領域が位置していることを確認した。
【００９７】
また、表１に示すように、「分散度」を評価した。「分散度」は、以下のような手順で求めた。
（１）接合部４４の断面写真において、接続端子部材４５との界面近傍の領域で接合部４４を縦と横に均等に１０マスずつ、合計１００マスに細分化した。
（２）１マス分の中に金属間化合物が２種類以上存在するマス数を数えた。
（３）細分化された１００マスの中から、金属間化合物が存在しないマスがあれば、それを除外した残りのマス数を全マス数とし、（２）において金属間化合物が２種類以上存在するマス数を全マス数で除して１００をかけた値を、分散度（％）とした。
【００９８】
次に、接続端子部材４５を封止するように、配線基板４２の一方主面上に樹脂層４６を形成し、図７に示した試験ワーク４１を完成させた。
【００９９】
このようにして作製された試験ワーク４１に対して、表１に示すように、「流れ出し試験」、「落下試験」および「熱衝撃試験」を実施した。
【０１００】
「流れ出し試験」では、試験ワーク４１に対して、温度１２５℃で２４時間の前処理を実施した後、温度８５℃、相対湿度８５％の高温高湿環境下に１６８時間放置し、次いで、ピーク温度２６０℃のリフロー条件で３回加熱した後、外観観察によって、接続端子部材４５の露出面における接合材料の流れ出しの有無を評価した。接続端子部材４５のすべてで流れ出しが確認されなかったものについては、合格と判定し、「流れ出し試験」の欄に「〇」と表示し、接続端子部材４５の少なくとも１つでも流れ出しが確認されたものについては、不合格と判定し、「流れ出し試験」の欄に「×」と表示した。
【０１０１】
「落下試験」では、図７に示した１０個の試験ワーク４１を、図８に示すように、プリント基板４７上に実装し、このプリント基板４７を、図示しないが、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）材で成形された、平面寸法１２０ｍｍ×５０ｍｍで厚み３０ｍｍのホルダに取り付けた状態とした。そして、このホルダの６面に対して、各３回の落下試験を１．５ｍの高さから実施し、外観上の不具合を検査した。その結果、すべての試験ワーク４１について不具合が確認されなかったものについては、合格と判定し、「落下試験」の欄に「〇」と表示し、少なくとも１個の試験ワーク４１について不具合が確認されたものについては、不合格と判定し、「落下試験」の欄に「×」と表示した。
【０１０２】
「熱衝撃試験」では、図７に示すような形態の試験ワークについて、−５５℃と＋１２５℃とのそれぞれの温度条件で各々３０分間保持するサイクルを１０００回まで付与する熱衝撃試験を実施した後、接続端子部材での電気的導通状態を評価した。その結果、５００個の接続端子部材について、すべてが導通していたものを、合格と判定し、「熱衝撃試験」の欄に「〇」と表示し、少なくとも１個がオープン不良となったものを不合格と判定し、「熱衝撃試験」の欄に「×」と表示した。
【０１０３】
【表１】
0005594324.tif 000002
【０１０４】
表１において、試料１６〜１８は、この発明の範囲外の比較例である。
【０１０５】
この発明の範囲内の試料１〜１５では、「接合部に生成する金属間化合物例」からわかるように、少なくともＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系（ＭはＮｉおよび／またはＭｎ）およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系の金属間化合物が存在しており、また、「分散度」については、７０％以上の値を示した。
【０１０６】
その結果、試料１〜１５では、「流れ出し試験」、「落下試験」および「熱衝撃試験」のいずれについても、「〇」の評価を得た。
【０１０７】
なお、表１には表示されないが、「接合材料を構成する低融点金属」および「接続端子部材」を試料２と同じにしながら、導電ランド４３も「接続端子部材」と同じ組成とした試料についても、同様の評価を行なった。その結果、当該試料でも、「最初に生成する金属間化合物」、「格子定数差」、「接合部に生成する金属間化合物例」および「分散度」は試料２と同じとなり、「流れ出し試験」、「落下試験」および「熱衝撃試験」のいずれにおいても、「〇」の評価を得た。ただし、当該試料では、特に深刻ではないが、接合部４４において微小クラックが認められた。
【０１０８】
これらに対して、この発明の範囲外の試料１６〜１８では、「流れ出し試験」、「落下試験」および「熱衝撃試験」のいずれについても、「×」の評価を得た。これは、試料１６および１７では、「接合部に生成する金属間化合物例」として、少なくともＣｕ−Ｓｎ系、Ｍ−Ｓｎ系およびＣｕ−Ｍ−Ｓｎ系の金属間化合物が存在するという条件を満たさず、また、試料１６〜１８では、「格子定数差」が２０％と小さく、「分散度」が７０％未満であったためであると推測される。
【０１０９】
（実験例２）
実験例２は、接続端子部材の少なくとも表面を構成するＣｕ−Ｍ系合金におけるＭの好ましい含有率を求めるために実施した。
【０１１０】
まず、接合材料として、表２の「接合材料を構成する低融点金属」の欄に示すように「Ｓｎ」を含むもの、すなわち、実験例１における試料３において用いたものと同じものを用意した。
【０１１１】
他方、実験例１における導電ランド４３および接続端子部材４５に代わる接合対象物として、表２の「接合対象物の組成」の欄に示した組成をともに有する導電ランドおよび接続端子部材を用意した。
【０１１２】
次に、実験例１の場合と同様の条件で、接合材料を介して、上記導電ランドを備える配線基板と接続端子部材と配置し、リフロー装置を用いて熱処理することによって、導電ランドと接続端子部材とを接合し、接合部を形成した。
【０１１３】
このようにして得られた接合部について、表２に示すように、「低融点金属残留率」を評価した。「低融点金属残留率」の評価にあたっては、得られた試料における接合部を約７ｍｇ切り取り、測定温度３０℃〜３００℃、昇温速度５℃／分、Ｎ2雰囲気、リファレンスＡｌ2Ｏ3の条件で示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）を実施した。得られたＤＳＣチャートのＳｎの溶融温度における溶融吸熱ピークの吸熱量から、残留したＳｎ成分量を定量化した。そして、このＳｎ成分量から、金属成分全体に対するＳｎ成分の割合を「低融点金属残留率」として求めた。
【０１１４】
【表２】
0005594324.tif 000003
【０１１５】
表２から、接合対象物を構成するＣｕ−Ｍ（ＭはＭｎまたはＮｉ）合金におけるＭの含有率が５〜３０重量％であるとき、残留Ｓｎ成分がある程度低減されるが、Ｍの含有率が１０〜１５重量％であるとき、残留Ｓｎ成分のさらなる低減が図られることがわかった。このことから、Ｃｕ−Ｍ系合金とＳｎ系の低融点金属との間で金属化合物を、より低温、かつ短時間で形成されやすくするため、Ｃｕ−Ｍ系合金は、Ｍを５〜３０重量％の割合で含有することが好ましく、Ｍを１０〜１５重量％の割合で含有することがより好ましいことがわかる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  電子部品モジュール
２  第１の主面
３  第２の主面
４，４２  配線基板
５  電子部品
６，４５  接続端子部材
７，４３  導電ランド
８  第１の端面
９  第２の端面
１０，４４  接合部
１１，４６  樹脂層
１９  Ｃｕ−Ｍ系合金からなるめっき膜
２１  接合材料
２２  低融点金属粉末
２３  フラックス
２５，３５  金属間化合物生成領域
２６  Ｓｎリッチ領域
【図１】
0005594324.tif 000004
【図２】
0005594324.tif 000005
【図３】
0005594324.tif 000006
【図４】
0005594324.tif 000007
【図５】
0005594324.tif 000008
【図６】
0005594324.tif 000009
【図７】
0005594324.tif 000010
【図８】
0005594324.tif 000011