(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にメタライズ層を備えた基板と、
前記基板上に搭載された回路素子と、
前記メタライズ層と前記回路素子とを接続するはんだ層と、
を有し、
前記はんだ層と前記メタライズ層との間には、前記はんだ層と前記メタライズ層との反応を防止するためのバリア層が配置され、
前記はんだ層は、ＡｕとＳｎとを含む合金からなり、
前記バリア層は、ＡｕとＳｎとの合金のδ相の結晶粒子を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回路装置において、
前記バリア層は、平均組成が、Ｓｎ４５ａｔ．％以上５５ａｔ．％以下、残部ＡｕのＡｕＳｎ合金からなることを特徴とする回路装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回路装置において、
前記はんだ層は、ＡｕとＳｎとの合金の結晶構造の異なる２種類の結晶を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回路装置において、
前記回路素子は、前記はんだ層により接続される側に電極層を有し、
前記バリア層は、前記はんだ層と前記電極層との間にも配置されていることを特徴とする回路装置。
【請求項５】
基板表面に予め形成されているメタライズ層の上に、平均組成がＳｎ４５ａｔ．％以上５５ａｔ．％以下、残部ＡｕのＡｕＳｎ合金を含む金属材料によりバリア層を形成する第１工程と、
前記バリア層の上にＡｕとＳｎとを含む合金によりはんだ層を形成する第２工程と、
前記はんだ層の上に回路素子を搭載する第３工程と、
前記はんだ層と前記バリア層とを、前記はんだ層の少なくとも一部を液相にする温度であって、前記バリア層の少なくとも一部を固相のままにする温度まで加熱した後、冷却する第３工程と、
を有することを特徴とする、回路装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、
前記第２工程では、前記はんだ層として、平均組成がＳｎ２９ａｔ．％以上４５ａｔ．％以下、残部ＡｕのＡｕＳｎ合金の層を形成することを特徴とする、回路装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の製造方法において、
前記第３工程において、前記温度は、前記はんだ層を構成する合金の液相線温度であることを特徴とする、回路装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の製造方法において、
前記第１工程では、前記バリア層を、Ａｕ層とＳｎ層とを交互に積層した多層膜構造に形成することを特徴とする、回路装置の製造方法。
【請求項９】
請求項５、６及び８のいずれか１項に記載の製造方法において、
前記第２工程では、前記はんだ層を、Ａｕ層とＳｎ層とを交互に積層した多層膜構造に形成することを特徴とする、回路装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の製造方法において、
前記第１および第２工程では、組成が膜厚方向に変化するＡｕＳｎ合金層により、前記バリア層および前記はんだ層を連続した一層として形成することを特徴とする、回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ接続により基板上に電子回路素子を接続した装置の構成に関し、特に、はんだとしてＡｕ−Ｓｎ共晶はんだを用いて接続を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板上に電子回路等の素子を接続する際のはんだとしては、共晶点の組成のＡｕ−Ｓｎ合金（Ａｕ−Ｓｎ共晶はんだ）が多く使用されている。その接続手順としては、予めメタライズ層が形成されている基板上の素子接続部に、蒸着などの方法によりＡｕ−Ｓｎ共晶はんだ層を形成した後、このはんだ層に素子の接続面を搭載する。そして、はんだの融点以上に加熱してはんだ層を溶融させ、その後冷却することにより接続するというものである。
【０００３】
また、特開平１１−７４４４８号公報には、接続部の組成を必ず共晶点の組成にするための構成が開示されている。この構成では、組成が共晶点よりもＳｎリッチ側にずれたＡｕＳｎ合金層を基板側に形成しておき、Ａｕ層を素子側に形成しておく。この基板側の合金層を液相線温度以下の接続温度で加熱し、固相と液相を共存させ、ここに基板側のＡｕ層を接触させることにより不足しているＡｕを補い、共晶組成のＡｕ−Ｓｎ合金接合層を形成するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような回路装置が提供される。すなわち、
表面にメタライズ層を備えた基板と、
前記基板上に搭載された回路素子と、
前記メタライズ層と前記回路素子とを接続するはんだ層と、
を有し、
前記はんだ層と前記メタライズ層との間には、前記はんだ層と前記メタライズ層との反応を防止するためのバリア層が配置され、
前記はんだ層は、ＡｕとＳｎとを含む合金からなり、
前記バリア層は、ＡｕとＳｎとの合金のδ相の結晶粒子を含むことを特徴とする回路装置が提供される。
【０００５】
これらの要因により、はんだの組成が、共晶組成（図２の共晶点２０１の組成、Ａｕ−２９ａｔ％Ｓｎ）よりＡｕリッチの組成になると、融点の高いζ相ＡｕＳｎ合金（Ａｕ5Ｓｎ）が析出する組成領域２０３に入るため、液相線２０２の温度（融点）は、共晶点２０１から離れるのに伴い急上昇する。このため、通常の接続温度（３３０〜３５０℃）ではζ相と液相の共存領域となり、ζ相が析出して、はんだが一部凝固する現象が発生する。これにより、はんだの濡れ不良などの問題が発生し、歩留まりを低下させる大きな要因となる。
【０００６】
このような組成変化による融点上昇の問題は、はんだ層が厚い場合には、組成変化が小さく、あまり問題とならないが、はんだ層が薄い場合には、はんだ量が少ないために影響が大きく、接続途中にはんだが一部凝固する現象がしばしば観察される。このため、薄く小さな体積のはんだを使用することの多い、微小な部品を基板に接合させる場合、はんだの高融点化により濡れ不良などの問題を引き起こしやすい。さらに、反応が進みすぎると、メタライズ層とはんだ層の界面で、はがれを生じる場合もある。
【０００７】
本発明は、薄いはんだ層により基板と素子とを接続する回路装置であって、接続不良の生じにくい接続構造を備えた回路装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような回路装置が提供される。すなわち、
表面にメタライズ層を備えた基板と、前記基板上に搭載された回路素子と、前記メタライズ層と前記回路素子とを接続するはんだ層とを有し、
前記はんだ層と前記メタライズ層との間には、前記はんだ層と前記メタライズ層との反応を防止するためのバリア層が配置され、
前記バリア層は、特定の温度において前記はんだ層の液相と前記バリア層の固相とが平衡状態となる材料により構成されていることを特徴とする回路装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について説明する。
【００１０】
本発明の第１の実施の形態の電子回路装置について図３を用いて説明する。図３の電子回路装置は、基板１上に、電子回路素子３０を搭載し、基板１上のメタライズ層３２と素子３０の電極層３１とを、はんだ層７により接続した構成である。メタライズ層３２は、一般的な３層構成であり、基板１との接着性の高い金属材料からなる接着層２と、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属材料からなる金属層３と、酸化防止のためのＡｕ層４の３層により構成されている。また、電極層３１も、メタライズ層３２と同じく、接着層２、金属層３、Ａｕ層４の３層構造である。
【００１１】
はんだ層７は、図２の共晶点２０１の組成の共晶組織のＡｕ−Ｓｎ合金からなり、具体的な組成は、Ｓｎ２９ａｔ．％、残部Ａｕである。共晶点２０１は、２７８℃である。
【００１２】
また、本実施の形態では、はんだ層７とメタライズ層３２との間、ならびに、はんだ層７と電極層３１との間にそれぞれ、バリア層６を配置している。バリア層６は、はんだ層７がＡｕ層４および金属層３と反応するのを防止する作用をする。このバリア層６を、本実施の形態ではδ相のＡｕ−Ｓｎ合金により形成している。δ相のＡｕ−Ｓｎ合金の組成領域２０４は、図２および図５のように、Ａｕ５０ａｔ．％、Ｓｎ５０ａｔ．％を中心とした幅の狭い領域であるので、バリア層６は、この組成範囲に入るように形成されている。δ相のＡｕ−Ｓｎ合金の液相線温度は、４１９．３℃である。
【００１３】
つぎに、上述してきた図３の電子回路装置の製造方法について説明する。
【００１４】
まず、あらかじめ３層構造のメタライズ層３２が形成されている基板１上の、電子回路素子３０を搭載すべき領域に、バリア層６、はんだ層７を順に、蒸着法により形成する。このとき、バリア層６は、上述したようにＡｕ−Ｓｎ合金のδ相領域２０４の組成（Ａｕ５０ａｔ．％、Ｓｎ５０ａｔ．％付近）になるように、供給するＡｕとＳｎの量を制御する。また、はんだ層７は、Ａｕ−Ｓｎ合金の共晶組成（Ａｕ７１ａｔ．％、Ｓｎ２９ａｔ．％）となるように、供給するＡｕとＳｎの量を制御する。
【００１５】
つぎに、あらかじめ電極層３１が形成された電子回路素子３０の電極層３１の上に、バリア層６を蒸着法により形成する。バリア層６の組成は、基板１側のバリア層６と同じく、δ相領域２０４の組成（Ａｕ５０ａｔ．％、Ｓｎ５０ａｔ．％付近）となるようにする。
【００１６】
つぎに、基板１の上の予め定められた搭載位置に、電子回路素子３０を搭載する。このとき、電子回路素子３０側のバリア層６が、はんだ層７と接触するように搭載する。
【００１７】
つぎに、はんだ層７および２層のバリア層６を、予め定めた接続温度に加熱する。接続温度は、はんだ層７を溶融することができる温度である。ここでは、はんだ層７の液相線温度が共晶点２７８℃であるため、接続温度を２７８℃とした。はんだ層７およびバリア層６を２７８℃に加熱すると、はんだ層７は溶融し、バリア層６は固相のままである。
【００１８】
Ａｕ−Ｓｎ合金には、図２および図５に示したようにδ相と液相との共存領域２０５が存在する。このことから明らかなように、２７８℃以上４１９．３℃以下のある温度のδ相のＡｕ−Ｓｎ合金（固相）は、液相線２０６上のある点の組成Ａｕ−Ｓｎ合金（液相）と平衡である。すなわち、２７８℃以上４１９．３℃以下のある温度においては、液相線２０６上の組成のＡｕ−Ｓｎ合金（液相）とδ相のＡｕ−Ｓｎ合金（固相）とが互いに接触していても、固相が液相に溶けることはなく、液相が凝固することもなく、固相と液相とが共存する。
【００１９】
したがって、はんだ接続時に、はんだ層７をこの共晶組成の液相線２０６の温度（共晶点２７８℃）に加熱すると、はんだ層７は溶融するが、２７８℃のδ相のＡｕ−Ｓｎ合金のバリア層６は、固体のままで、両者は平衡する。よって、バリア層６は、固相のままメタライズ層３２および電極層３１を覆っているため、溶融したはんだ層７が、メタライズ層３２および電極層３１と接触するのを防止するバリアとして作用する。これにより、溶融したはんだ層７２が、メタライズ層３２や電極層３１と反応することを防ぐことができ、はんだ層７２の組成を変化させることなく、安定した溶融状態を持続させることができる。したがって、融液状態を一定の時間維持することにより、はんだ層７の融液の表面張力により、素子３０をセルフアライメントする効果を得ることができる。
【００２０】
その後、はんだ層７２を冷却する。これにより、はんだ層７の融液からはδ相とζ相の共晶が析出し、はんだ層７は共晶組織の固相となり、上下のバリア層６と接合する。このとき、はんだ層７とバリア層６は組成は異なるが、いずれもＡｕ−Ｓｎ合金であるため、バリア層６とはんだ層７とは密着性がよく、強固に接合する。また、素子３０側および基板１側のバリア層６は、それぞれ電極層３１およびメタライズ層３２の上に蒸着法により形成されているため、これらの間も強く密着している。したがって、電極層３１付きの電子回路素子３０とメタライズ層３２付きの基板とは、Ａｕ−Ｓｎ合金の共晶のはんだ層７と、δ層のバリア層６とで強く接合される。これにより、電子回路素子３０を基板１上に搭載した電気回路装置を製造することができる。
【００２１】
このように、図３の構造の電子回路装置の製造方法は、バリア層６の作用によりはんだ層７の融液の組成を変化させることなく、溶融状態を持続させることができるため、はんだ層７を薄くすることが可能である。例えば、厚さ１μｍ程度のはんだ層７であっても、十分な接合を行うことができる。よって、上述の実施の形態の電子回路装置は、微小な素子３０を基板１上に高密度に搭載する電子回路装置の構造として適している。また、バリア層６の厚さは、メタライズ層３２および電極層３１を膜として覆うことができる厚さがあればよく、例えばバリア層６の厚さを０．３μｍ程度の薄膜にすることができる。
【００２２】
本実施の形態の製造方法により製造した電子回路装置の接続部の断面を斜めに研磨したものを、拡大して観察した各層の組織を図４に示す。図４からわかるように、素子３０側および基板１側に形成されたδ相のバリア層６が、はんだ層７と、電極層３１およびメタライズ層３２との反応を抑制し、健全な共晶組織のはんだ層７により接続されている。また、バリア層６と電極層３１およびメタライズ層３２との界面についても十分な密着が得られており、界面はくり等が生じていないことがわかる。このように、本実施の形態の接合構造を用いた電子回路装置は、はんだ層７の反応が生じないため、接続不良が生じにくい構成である。
【００２３】
なお、バリア層６の組成は、上述したように、δ相領域２０４の組成であることが望ましいが、δ相領域２０４から多少ずれてもそれを許容することができる。具体的には、Ｓｎの組成範囲が４５％以上５５％以下、残部ＡｕのＡｕ−Ｓｎ合金によりバリア層６を形成することが可能である。このような組成のバリア層６にした場合、接合時にバリア層６を加熱すると、バリア層６は、δ相（固体）の結晶粒と液相とが共存する状態となる。しかしながら、上記したＳｎ４５％以上５５％以下組成範囲であれば生じる液相の量が少ないため、δ相の結晶粒子が、はんだ層７の融液のメタライズ層３２等への到達を妨げ、バリア層６として機能できる。したがって、上述のδ相組成のバリア層６の場合と同様の効果を得ることができる。このように、Ｓｎの組成範囲が４５％以上５５％以下、残部Ａｕのバリア層６を用いて接合した場合、接合後のバリア層６の組織は、δ相結晶粒と、その間を埋める、δ相から組成のずれたＡｕ−Ｓｎ合金とにより構成される。
【００２４】
また、バリア層６は、上述の製造方法では、Ａｕ−Ｓｎ合金の単層膜として成膜したが、図６のように、Ａｕ膜とＳｎ膜とを交互に積層した多層膜１０として成膜することもできる。その場合、多層膜１０全体の平均組成が、Ｓｎが４５％以上５５％以下で残部がＡｕの組成、望ましくはδ相領域２０１の組成範囲になるように形成する。このように、バリア層６を多層膜構造にした場合、接合時に予め定められた接続温度に加熱されることにより、Ａｕ膜とＳｎ膜とが相互に拡散し、δ相の結晶粒が形成され、Ａｕ−Ｓｎ合金の単層膜で成膜した場合と同様の効果が得られる。よって、成膜時のバリア層６を多層膜１０にした場合も、接合後のバリア層６は、図３と同様にδ相もしくはその近傍の組成の単層膜となる。
【００２５】
また、はんだ層７の組成についても、上述した共晶組成に限定されるものではなく、これ以外の組成であってもよい。すなわち、図２および図５のように２７８℃以上４１９．３℃以下の液相線２０６上の組成および温度のＡｕ−Ｓｎ合金は、バリア層６のδ相と平衡であるから、Ｓｎ２９ａｔ．％以上５０ａｔ．％未満のＡｕ−Ｓｎ合金によりはんだ層７を形成することができる。この場合、接合時に接続温度をそのはんだ層７の組成の液相線温度に設定する。これにより、接合時に、上記平衡状態が得られ、バリア層６の効果を得ることができる。ただし、Ｓｎ２９ａｔ．％以上５０ａｔ．％未満であっても、Ｓｎの割合が多くなるにつれ、液相線温度が高くなるため、接続温度を高くする必要があるため、接続温度を低くするためには、Ｓｎ４５ａｔ．％程度以下にすることが望ましい。
【００２６】
また、接続温度が設定温度からずれてしまったり、はんだ層７の成膜時に組成が設定した組成からずれることにより、接続温度でのはんだ層７の組成が、液相線上の組成からずれることがあるが、ある程度の組成ずれが生じても、本実施の形態の接合構造はそれを許容することができる。これを以下詳しく説明する。
【００２７】
まず、成膜時の組成ずれ、もしくは接続温度のずれにより、はんだ層７の組成が、図７のように接続温度における液相線２０６上の点７００の組成よりもＳｎリッチ側の点７０１の組成にずれている場合について説明する。この場合、点７０１は、δ相と液相の共存領域２０５内に位置するので、はんだ層７を接続温度まで加熱すると、点７００の組成の液相とδ相とが生じる。このとき、液相の占める割合は、図７の線分Ｃの長さと線分Ｂの長さとの比Ｂ／Ｃであり、δ相の占める割合は、線分Ｃの長さと線分Ａの長さとの比Ａ／Ｃになる。したがって、はんだ層７の組成が、接続温度における液相線上の組成よりもＳｎリッチの場合は、はんだ層７中にδ相が析出するだけであり、液相とδ相とは平衡しているから、はんだ層７の液相部分の溶融は持続する。また、析出したδ相は、バリア層６と同じ組成であるから、δ相がはんだ層７中に析出してもはんだ層７とバリア層６との密着性は変化しない。よって、はんだ層７の組成が、接続温度における液相線上の組成よりもＳｎリッチ側にずれていても、問題は生じない。ただし、Ｓｎ濃度が４５ａｔ．％以上になると、析出するδ相の割合が多くなるため、液相の量がはんだ接続に必要な量だけ得にくく、接続不良が発生する恐れがあるため、Ｓｎ濃度は４５ａｔ．％以下であることが望ましい。
【００２８】
一方、成膜時の組成ずれもしくは接続温度のずれにより、はんだ層７の組成が、図８のように接続温度における液相線２０６上の点７００の組成よりもＡｕリッチ側（すなわちＳｎプア側）の点８０１にずれている場合について説明する。この場合、接続温度において点８０１は液相領域に位置するので、はんだ層７は液相になるが、液相線２０６上の組成ではないため、δ相のバリア層６とは平衡状態にならず、はんだ層７の融液がバリア層６を一部溶解する。バリア層６が一部溶解すると、はんだ層７にＳｎが供給され、はんだ層７の平均組成がＳｎリッチ側にずれ（図８）、液相線２０６上の組成７００に達すると、はんだ層７の液相とバリア層６のδ相とが平衡する。したがって、バリア層６の厚さが十分にある場合には、バリア層６が一部溶解されはんだ層７の組成が液相線２０６上に達した時点で平衡状態になる。この状態で溶解しなかったバリア層６の厚さが、メタライズ層３２および電極層３１を被覆する分だけ残っていれば、バリア層６はバリア層として機能でき、はんだ層７の組成のずれは問題とならない。しかしながら、はんだ層７の組成のずれが大きく、平衡に達するまでにバリア層６をすべて溶解してしまうとバリア層７が機能しない。したがって、予想されるはんだ層７の組成のずれの大きさを予測し、それによりバリア層６の溶解厚さを推定しておき、バリア層６の厚さをそれ以上の厚さ成膜しておくことにより、はんだ層７のＳｎプア側への組成ずれを許容できる。
【００２９】
ここで、はんだ層７の組成の、液相線２０６上の組成からのずれの大きさと、溶解されるバリア層６の厚さとの関係を見積もる。まず、接続温度における液相線２０６上の組成からのはんだ層７のＳｎ組成のずれをＮ（ｗｔ．％）とする。また、はんだ層７とバリア層６との接続面積をＳとする。また、はんだ層７の厚さをｔ１、はんだ層７の密度をｄ１とする。この場合、平衡組成になるために、はんだ層７に補われるべきＳｎ重量は、
Ｎ・Ｓ・ｔ１・ｄ１
で表される。一方、δ相のバリア層６のＳｎ濃度（ｗｔ．％）をＮ’、溶解するバリア層６の厚さをｔ２、バリア層の密度をｄ２とすると、バリア層６が溶解してはんだ層７に供給するＳｎ重量は、
Ｎ’・Ｓ・ｔ２・ｄ２
であるから、
Ｎ・Ｓ・ｔ１・ｄ１＝Ｎ’・Ｓ・ｔ２・ｄ２
となる。したがって、溶解するバリア層の厚さｔ２は、
ｔ２＝（Ｎ・ｄ１・ｔ１）／（Ｎ’・ｄ２）
となる。はんだの厚さを５μｍ、接続温度を３５０℃とし、はんだ層７の液相線組成からの組成ずれＮと、バリア層６の溶解厚さｔ２とを概算すると、
Ｎ＝１（ｗｔ．％）のときｔ２＝０．１６８（μｍ）
Ｎ＝２（ｗｔ．％）のときｔ２＝０．３３５（μｍ）
Ｎ＝３（ｗｔ．％）のときｔ２＝０．５０３（μｍ）
Ｎ＝４（ｗｔ．％）のときｔ２＝０．６７１（μｍ）
Ｎ＝５（ｗｔ．％）のときｔ２＝０．８３８（μｍ）
Ｎ＝６（ｗｔ．％）のときｔ２＝１．００６（μｍ）
となる。ただし、はんだ層７の密度ｄ１は組成に依存するが、ここではＳｎ２９ａｔ．％のときの密度ｄ１＝１４．８（ｇ／ｃｍ3）を用いた。また、δ相のバリア層６の密度ｄ２＝１１．７４（ｇ／ｃｍ3）を用いた。
【００３０】
したがって、予測される溶解厚さｔ２に、溶解後にバリア層６として機能するために必要な厚さ、例えば０．３〜１μｍを加えた厚さにバリア層６を成膜するようにすることにより、はんだ層７のＳｎプア側の組成ずれを許容できる。溶解後にバリア層６として機能するために必要な厚さは、最小で０．３μｍ程度であるが、バリア層６の溶解が一様に生じず、部分的にバリア層が大きく溶解する可能性を考慮し、余裕をもって１μｍ程度残るようにすることが望ましい。したがって、成膜時に２μｍの厚さにバリア層６を成膜しておけば、上述の条件の場合はんだ層７の組成ずれを少なくとも６％程度までは許容できる。本実施の形態の製造方法のように、蒸着法ではんだ層７を形成する場合、高精度に組成制御を行うことが可能であり、組成のばらつきを数％以内に抑えることは容易である。したがって、はんだ層７の組成を液相線上の組成に高精度に制御できる製造プロセスの場合は、バリア層６の厚さを０．３μｍ程度まで薄く成膜することが可能であるし、はんだ層７の組成のずれが数％生じる製造プロセスの場合には、バリア層６の厚さを２μｍ程度の厚めの膜に成膜しておくことが望ましい。
【００３１】
このように、はんだ層７の組成がＡｕリッチ側にずれた場合であっても、バリア層６が溶解することにより平衡状態にできるため、本実施の形態の接合構造はこれを許容することができる。しかしながら、はんだ層７の組成が、図２のζ相の生じる領域２０３に入ってしまうと、さらに多量（平均で１μｍ以上）のバリア層６が溶解することになり、溶解が不均一に起こった場合には部分的にバリア層６が無くなってしまう可能性がある。したがって、はんだ層７の組成が領域２０３に入らないように制御する必要がある。そのために、はんだ層７の平均組成は、共晶組成のＳｎ２９ａｔ．％よりもＳｎリッチ側になるように制御することが望ましい。
【００３２】
また、上記実施の形態では、はんだ層７を単一層として形成した場合について説明したが、Ａｕ薄膜とＳｎ薄膜とを交互に積層した多層膜構造にすることもできる。その場合、多層膜のはんだ層７の平均組成が、上記した組成範囲になるように制御することにより、上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、上述の実施の形態の製造方法では、バリア層６とはんだ層７とを別々の層として、成膜したが、基板１側に積層するバリア層６とはんだ層７は、どちらもＡｕ−Ｓｎ合金であり、組成が異なるだけであるので、図９のように厚さ方向に組成が変化する層９として、バリア層６とはんだ層７を連続した一層で形成することも可能である。この場合、層９の組成は、メタライズ層３２と接している部分でＳｎ４５ａｔ．％〜５５ａｔ．％の範囲とし、層９の厚さ方向に徐々にＡｕリッチな組成に変化させる。そして、層９の上部の部分の予め定めた厚さの部分は、平均組成が、接続温度における液相線の平均組成となるようにする。この層９を接続温度に加熱すると、上部部分は、溶融して液相となりはんだ層７となる。下部部分は、δ相の結晶粒が析出し、バリア層６となる。よって、冷却後は、図３のようなはんだ層７とバリア層６の２層に分かれる。
【００３４】
以上のように本実施の形態は、Ａｕ−Ｓｎはんだ層７とメタライズ層３２との間のバリア層６として、δ相のＡｕ−Ｓｎ合金を利用することにより、はんだ層７の組成変動を防ぎ、はんだの高融点化、接続途中の凝固を抑制し、安定したはんだ溶融・接続を実現することができる。また微量体積のはんだ層７でも、安定して溶融させることができるため、微量はんだによる微小部品のセルフアライメントが可能になる。また、付随的な効果として、基板１あるいは素子３０側のメタライズ層３２および電極層３１の構成を簡略化したり、薄くすることも可能となる。これにより、全体のコスト低減に寄与できる。
【００３５】
また、上記した実施の形態では、メタライズ層３２とはんだ層７との間にバリア層６を配置するとともに、電極層３１とはんだ層７との間にバリア層６を配置する構成であったが、メタライズ層３２と電極層３１そのものを、上述してきたバリア層６に置き換えることもできる。この場合、バリア層６を別途形成しなくても、メタライズ層３２と電極層３１との間ではんだ層７が溶融状態を維持できるため、層構成を簡略化しながら、膜剥がれ等の接続不良を防止でき、しかも、セルフアライメントの効果が得られる。
【００３６】
上記した実施の形態では、Ａｕ−Ｓｎ二元系合金をそれぞれはんだ層７とバリア層６とに用いる構成であったが、Ａｕ−Ｓｎ二元系合金に限らず、接続温度において液相と固相が平衡状態になる合金であれば、液相になる合金をはんだ層７とし、固相のままの合金をバリア層６として本実施の形態の電子回路装置に用いることが可能である。また、Ａｕ−Ｓｎに平衡が崩れない程度の添加物を加えた材料をはんだ層７とバリア層６として用いることもできる。
【００３７】
また、上記した実施の形態では、はんだ層７およびバリア層を蒸着法により成膜する製造方法について説明したが、成膜方法は蒸着法に限定されるものではなく、下の層との密着性が高く、膜剥がれが生じない成膜方法であれば種々の成膜方法を用いることができる。例えば、スパッタ法を用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、薄いはんだ層により基板と素子とを接続する回路装置であって、接続不良の生じにくい接続構造を備えた回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のはんだ接続のための基板上のメタライズ層とはんだ層の構成を示す断面図。
【図２】Ａｕ−Ｓｎ二元系平衡状態図。
【図３】本発明の一実施の形態の電子回路装置の構成を示す断面図。
【図４】本実施の形態で製造した電子回路装置の断面を斜めに研磨したものを拡大して観察した組織を示す説明図。
【図５】図２の平衡状態図の一部の拡大図。
【図６】本発明の一実施の形態の電子回路装置の製造方法において、バリア層を多層膜１０で成膜した層構成を示す断面図。
【図７】本発明の一実施の形態の電子回路装置の製造方法において、はんだ層７の組成が液相線２０６上の組成からずれた状態をＡｕ−Ｓｎ二元系平衡状態図上で説明する説明図。
【図８】本発明の一実施の形態の電子回路装置の製造方法において、はんだ層７の組成が液相線２０６上の組成からずれた状態をＡｕ−Ｓｎ二元系平衡状態図上で説明する説明図。
【図９】本発明の一実施の形態の電子回路装置の製造方法において、バリア層とはんだ層とを厚さ方向に組成が変化する層９として成膜した層構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…基板、２…接着層、３…金属層、４…Ａｕ層、５…共晶はんだ層、６…バリア層、７…はんだ層、９…厚さ方向に組成が変化するＡｕ−Ｓｎ合金層、３０…電子回路素子、３１…電極層、３２…メタライズ層、１０…多層膜、２０１…共晶、２０３…ζ相と液相の共存領域、２０４…δ相領域、２０５…δ相と液相の共存領域、２０６…液相線。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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