(57)【要約】【課題】半田により部材を接合する接合部分における高温下でのＮｉの拡散が抑制され、合金層の成長が抑制され、高温環境下を含み、良好な接合信頼性を維持できるパワーモジュール及び電子部品の製造方法、パワーモジュール、並びに電子部品を提供する。【解決手段】パワーモジュールの製造方法において、まず、放熱板６、絶縁基板４、及びパワーデバイスのうちの少なくとも一つの部材の金属層上にＮｉ−Ｐめっきを行ってＮｉ−Ｐめっき層５を形成し、Ｎｉ−Ｐめっき層５上にＣｕめっきを行ってＣｕめっき層８を形成する。そして、Ｃｕめっき層８と、前記部材に対向する他の部材との間に、すずを含む半田材料３１を配し、半田材料３１を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、Ｎｉ−Ｐめっき層５側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層３２を有し、かつ半田層３３を有し、Ｃｕを０．５質量％以上２質量％以下含む接合部分３４を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々金属層を有する１又は２の放熱板、絶縁基板又は金属板、及びパワーデバイスを備えるパワーモジュールの製造方法において、
前記放熱板、前記絶縁基板又は金属板、及び前記パワーデバイスのうちの少なくとも一つの部材の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、
該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って銅めっき層を形成し、
該銅めっき層と、前記部材に対向する他の部材との間に、すずを含む半田材料を配し、
該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層側又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有し、銅を０．５質量％以上２質量％以下含む接合部分を形成する
ことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
夫々金属層を有する１又は２の放熱板、絶縁基板又は金属板、及びパワーデバイスを備えるパワーモジュールの製造方法において、
前記放熱板、前記絶縁基板又は金属板、及び前記パワーデバイスのうちの少なくとも一つの部材の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、
該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように銅めっき層を形成し、
該銅めっき層と、前記部材に対向する他の部材との間に、すずを含む半田材料を配し、
該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有する接合部分を形成する
ことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記銅めっき層は、硫酸銅、硫酸、及び塩素を含む置換銅めっき液を用いて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項４】
前記置換銅めっき液は、前記塩素を８ｐｐｍ以上１１０ｐｐｍ以下含むことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項５】
前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成した後、前記銅めっき層を形成する前に、酸性処理液により活性化処理を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項６】
前記酸性処理液は、酒石酸を１ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含むことを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項７】
前記銅めっき層にＯＳＰ処理を施すことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項８】
前記ニッケル−リンめっき層は、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて形成されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項９】
夫々金属層を有する１又は２の放熱板、絶縁基板又は金属板、及びパワーデバイスを備えるパワーモジュールにおいて、
前記放熱板、前記絶縁基板又は金属板、及び前記パワーデバイスのうちの少なくとも一つの部材の金属層上に設けられた、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層と、
該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に設けられ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層、及びすずを含む半田層を有し、前記部材に対向する他の部材を接合している接合部分と
を備え、
２５０℃で６０分放置した後に半田ボールプル試験をサンプル数ｎで行った場合に、前記半田層で破壊した半田破壊モード数の、ｎに対する比率である半田破壊モード比率が５５％以上であることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１０】
前記パワーデバイスは、ワイドバンドギャップ半導体を有することを特徴とする請求項９に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
夫々金属層を有する支持体と被着体とを、すずを含む半田材料を用いて接続する電子部品の製造方法において、
前記支持体の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、
該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って銅めっき層を形成し、
該銅めっき層と、前記被着体の金属層との間に、前記半田材料を配し、
該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層側又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有し、銅を０．５質量％以上２質量％以下含む接合部分を形成する
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１２】
夫々金属層を有する支持体と被着体とを、すずを含む半田材料を用いて接続する電子部品の製造方法において、
前記支持体の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、
該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように銅めっき層を形成し、
該銅めっき層と、前記被着体の金属層との間に、前記半田材料を配し、
該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有する接合部分を形成する
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１３】
前記銅めっき層は、硫酸銅、硫酸、及び塩素を含む置換銅めっき液を用いて形成されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１４】
前記置換銅めっき液は、前記塩素を８ｐｐｍ以上１１０ｐｐｍ以下含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１５】
前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成した後、前記銅めっき層を形成する前に、酸性処理液により活性化処理を行うことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１６】
前記酸性処理液は、酒石酸を１ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１７】
前記銅めっき層にＯＳＰ処理を施すことを特徴とする請求項１１から１６までのいずれか１項に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１８】
前記ニッケル−リンめっき層は、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて形成されることを特徴とする請求項１１から１７までのいずれか１項に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１９】
夫々金属層を有する支持体と被着体とを、すずを含む半田材料により接続されている電子部品において、
前記支持体の金属層上に設けられた、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層と、
該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に設けられ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層、及びすずを含む半田層を有し、前記被着体の金属層を接合している接合部分と
を備え、
２５０℃で６０分放置した後に半田ボールプル試験をサンプル数ｎで行った場合に、前記半田層で破壊した半田破壊モード数の、ｎに対する比率である半田破壊モード比率が５５％以上であることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持体の金属層にニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を設け、該ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層と、支持体に対向する被着体との間に半田材料を配して半田接合部分を形成するパワーモジュール及び電子部品の製造方法、パワーモジュール、並びに電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールは、コンバータ，インバータ等の電力変換器において、電力制御に用いられるパワー半導体素子であり、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワーデバイスの駆動回路及び自己保護構造を組み込んである。
前記電力変換器としては、太陽光発電装置，風力発電装置等の発電装置、エアコンディショナー，洗濯機，冷蔵庫等の民生用機器、及びＨＶ車，電気自動車，電車等の車両等に備えられるものが挙げられる。
【０００３】
パワーモジュールとして、一面にＣｕ配線を有する絶縁基板の該Ｃｕ配線と、パワーデバイスの下面にスパッタリング等により形成された金属層とを、半田層を含む接合部分を介し接合してケース内に収容した後、ケース内に封止樹脂を充填し、ケースの底面には冷却器を配し、パワーデバイスからの熱を放熱するように構成されたものがある。
【０００４】
前記接合部分は、例えば以下のようにして形成される。
絶縁基板のＣｕ配線の表面に、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液及び置換金めっき液を用いて順次Ｎｉ−Ｐめっき層及びＡｕめっき層を形成する。そして、パワーデバイスの金属層とＡｕめっき層との間に半田材料を配し、リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、半田材料とＮｉ−Ｐめっき層との界面に合金層が形成された状態で半田材料が凝固し、接合部分が形成される。
【０００５】
従来、パワーデバイスの材料はＳｉであったが、近年、電力損失が少なく、電力密度を向上させることができるという観点からＳｉＣ又はＧａＮ等の、バンドギャップが２．２ｅＶ以上であるワイドバンドギャップ半導体を有するパワーデバイスを用いることが検討されている。
Ｓｉパワーデバイスは１５０℃以上、ワイドバンドギャップ半導体を有するパワーデバイスは２００℃以上の高温動作が可能であるので、パワーモジュールの冷却器を小さくすることができ、パワーモジュール全体を小さくすることができる。そして、パワーモジュールが自動車に用いられる場合、車体の軽量化に繋げることができる。
パワーデバイスが高温で動作されるので、前記接合部分の温度は１５０℃以上になり、前記Ｎｉ−Ｐめっき層のＮｉが半田層側に拡散して、合金層が成長する。その結果、合金層の下部にボイドが生じ、ボイドを起点としてクラックが生じ、このクラックが生じた部分から接合部が剥離し易くなり、接合信頼性が低下するという問題がある。
【０００６】
特許文献１には、表面にＮｉめっき層及びＡｕめっき層を順次形成してなるリードフレームに対してパワーデバイスを半田付けし、中間体を製造する第１ステップ、中間体の表面にプライマーを塗布し、乾燥させてプライマー層を形成する第２ステップ、プライマー層の表面に封止樹脂体を成形し、パワーモジュールを製造する第３ステップからなるパワーモジュールの製造方法において、第１ステップで熱処理を施して、Ｎｉが拡散されたＡｕめっき層を形成する発明が開示されている。この発明においては、Ａｕめっき層によって、リードフレームに対し半田との間で良好な濡れ性を確保するとともに、Ｎｉの拡散によりＡｕめっき層とプライマーとの密着性を高めることが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１２２７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の場合、Ｎｉの拡散によって、上述したように接合信頼性が低下する虞がある。
【０００９】
パワーモジュール以外の電子部品においても、夫々金属層を有する支持体と被着体とが、すずを含む半田材料を用いて形成された接合部分により接続されることが多い。接合部分は、支持体のＣｕ配線にＯＳＰ処理を施した後、又は該Ｃｕ配線にＮｉ−Ｐめっき層及びＡｕめっき層を形成した後、表面に半田材料を配することにより形成される。電子部品はさらなる小型化及び薄型化が要求されており、より高い接合信頼性が必要とされている。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、半田により部材を接合する接合部分における高温下でのＮｉの拡散が抑制され、合金層の成長が抑制され、高温環境下を含み、良好な接合信頼性を維持することができるパワーモジュール及び電子部品の製造方法、パワーモジュール、並びに電子部品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】
【００１１】
本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、パワーモジュールの接合される部材の金属層上にニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を設け、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっき層を設け、該銅めっき層上に半田材料を配して接合部分を形成し、接合部分の銅の含有量、又は銅めっき層の厚みを調整することで、高温下でのニッケルの拡散が抑制され、良好な接合信頼性を維持することができるパワーモジュールを製造することができることを見出した。
そして、電子部品の支持体の金属層上にニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を設け、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっき層を設け、該銅めっき層上に半田材料を配して接合部分を形成し、接合部分の銅の含有量、又は銅めっき層の厚みを調整することで、ニッケルの拡散が抑制され、良好な接合信頼性を維持することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、夫々金属層を有する１又は２の放熱板、絶縁基板又は金属板、及びパワーデバイスを備えるパワーモジュールの製造方法において、前記放熱板、前記絶縁基板又は金属板、及び前記パワーデバイスのうちの少なくとも一つの部材の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って銅めっき層を形成し、該銅めっき層と、前記部材に対向する他の部材との間に、すずを含む半田材料を配し、該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層側又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有し、銅を０．５質量％以上２質量％以下含む接合部分を形成することを特徴とする。
【００１３】
ここで、金属層とは、放熱板等の部材の表面に設けられたものであってもよく、又は部材が金属からなり、その金属表面を指すものであってもよい。以下、同様である。
また、銅めっきとしては、電解銅めっき、無電解銅めっきとしての自己触媒銅めっき及び置換銅めっき等が挙げられる。
【００１４】
従来のように、ニッケル−リンめっき層上に金めっき層を形成し、半田接合を行った場合、初期にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層としての（Ｃｕ，Ｎｉ）6Ｓｎ5合金層が形成され、（Ｃｕ，Ｎｉ）6Ｓｎ5合金層の成長とともに、該合金層の下側に（Ｎｉ，Ｃｕ）3 Ｓｎ4 合金層が形成される。（Ｎｉ，Ｃｕ）3 Ｓｎ4 合金層は、ニッケルが拡散して成長し易く、ボイドが生じてクラックが発生し易い。
本発明においては、ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっき層を設けた上で、半田材料を配して接合部分を形成するので、銅めっき層から銅が供給されて（Ｃｕ，Ｎｉ）6Ｓｎ5合金層が速やかに形成される。接合部分で銅の濃度が大きくなるので、（Ｎｉ，Ｃｕ）3 Ｓｎ4 合金層の形成が抑制され、高温下での接合部分におけるニッケルの拡散が抑制される。ニッケルが拡散しないので、（Ｃｕ，Ｎｉ）6Ｓｎ5合金層の成長が抑制される。従って、合金層の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制される。
接合部分の銅の含有量は０．５質量％以上２質量％以下に調整するので、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層と半田層との接合強度が低下することがないことと相まって、パワーモジュールは高温下の使用で、良好な接合信頼性を維持することができる。
【００１５】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、夫々金属層を有する１又は２の放熱板、絶縁基板又は金属板、及びパワーデバイスを備えるパワーモジュールの製造方法において、前記放熱板、前記絶縁基板又は金属板、及び前記パワーデバイスのうちの少なくとも一つの部材の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように銅めっき層を形成し、該銅めっき層と、前記部材に対向する他の部材との間に、すずを含む半田材料を配し、該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有する接合部分を形成することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっき層を形成した上で、半田材料を配して接合部分を形成するので、銅めっき層から銅が供給されてＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層が速やかに形成される。（Ｎｉ，Ｃｕ）3 Ｓｎ4 合金層の形成が抑制され、高温下での接合部分におけるニッケルの拡散が抑制され、合金層の成長が抑制される。従って、合金層の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制される。
厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように銅めっき層が形成されているので、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層と半田層との接合強度が低下することがないことと相まって、パワーモジュールは、高温下で使用された場合に、良好な接合信頼性を維持することができる。
【００１７】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、上述のパワーモジュールの製造方法において、前記銅めっき層は、硫酸銅、硫酸、及び塩素を含む置換銅めっき液を用いて形成されることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、銅めっき層を形成する際、置換銅めっき液に部材を浸漬のみすればよく、通電の必要がない。また、同じ無電解めっきである自己触媒めっきと比較して、液管理が非常に容易である。
【００１９】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、上述のパワーモジュールの製造方法において、前記置換銅めっき液は、前記塩素を８ｐｐｍ以上１１０ｐｐｍ以下含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、接合信頼性が良好である。
【００２１】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、上述のパワーモジュールの製造方法において、前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成した後、前記銅めっき層を形成する前に、酸性処理液により活性化処理を行うことを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層の表面に存在する酸化膜が除去され、銅めっきにおいて、該表面に均一に銅が析出される。
【００２３】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、上述のパワーモジュールの製造方法において、前記酸性処理液は、酒石酸を１ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、接合信頼性が良好である。
【００２５】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、上述のパワーモジュールの製造方法において、前記銅めっき層にＯＳＰ処理を施すことを特徴とする。
【００２６】
本発明においては、銅めっき層の表面が酸化されるのが抑制される。
【００２７】
本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、上述のパワーモジュールの製造方法において、前記ニッケル−リンめっき層は、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて形成されることを特徴とする。
【００２８】
無電解ニッケルめっき液を用いて形成され、合金層の下部にボイドが生じ易い場合に、良好に、ボイドの発生を抑制することができる。
【００２９】
本発明に係るパワーモジュールは、夫々金属層を有する１又は２の放熱板、絶縁基板又は金属板、及びパワーデバイスを備えるパワーモジュールにおいて、前記放熱板、前記絶縁基板又は金属板、及び前記パワーデバイスのうちの少なくとも一つの部材の金属層上に設けられた、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層と、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に設けられ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層、及びすずを含む半田層を有し、前記部材に対向する他の部材を接合している接合部分とを備え、２５０℃で６０分放置した後に半田ボールプル試験をサンプル数ｎで行った場合に、前記半田層で破壊した半田破壊モード数の、ｎに対する比率である半田破壊モード比率が５５％以上であることを特徴とする。
【００３０】
本発明においては、高温下で使用される場合に、良好な接合信頼性を維持することができる。
【００３１】
本発明に係るパワーモジュールは、上述のパワーモジュールにおいて、前記パワーデバイスは、ワイドバンドギャップ半導体を有することを特徴とする。
【００３２】
本発明においては、接合部分の温度が１５０℃以上になる環境下で使用される場合でも、良好な接合信頼性を維持することができる。
【００３３】
本発明に係る電子部品の製造方法は、夫々金属層を有する支持体と被着体とを、すずを含む半田材料を用いて接続する電子部品の製造方法において、前記支持体の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って銅めっき層を形成し、該銅めっき層と、前記被着体の金属層との間に、前記半田材料を配し、該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層側又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有し、銅を０．５質量％以上２質量％以下含む接合部分を形成することを特徴とする。
パワーモジュールの場合と同様に、得られた電子部品は良好な接合信頼性を維持することができる。
【００３４】
本発明に係る電子部品の製造方法は、夫々金属層を有する支持体と被着体とを、すずを含む半田材料を用いて接続する電子部品の製造方法において、前記支持体の金属層上にニッケルめっき又はニッケル−リンめっきを行って、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成し、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっきを行って、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように銅めっき層を形成し、該銅めっき層と、前記被着体の金属層との間に、前記半田材料を配し、該半田材料を加熱により溶融させ、その後、凝固させて、前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層側にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層を有する接合部分を形成することを特徴とする。
パワーモジュールの場合と同様に、得られた電子部品は良好な接合信頼性を維持することができる。
【００３５】
本発明に係る電子部品の製造方法は、上述の電子部品の製造方法において、前記銅めっき層は、硫酸銅、硫酸、及び塩素を含む置換銅めっき液を用いて形成されることを特徴とする。
本発明においては、銅めっき層を形成する際、置換銅めっき液に部材を浸漬のみすればよく、通電の必要がない。また、同じ無電解めっきである自己触媒めっきと比較して、液管理が非常に容易である。
【００３６】
本発明に係る電子部品の製造方法は、上述の電子部品の製造方法において、前記置換銅めっき液は、前記塩素を８ｐｐｍ以上１１０ｐｐｍ以下含むことを特徴とする。
本発明においては、接合信頼性が良好である。
【００３７】
本発明に係る電子部品の製造方法は、上述の電子部品の製造方法において、前記ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を形成した後、前記銅めっき層を形成する前に、酸性処理液により活性化処理を行うことを特徴とする。
本発明においては、ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層の表面に存在する酸化膜が除去され、銅めっきにおいて、該表面に均一に銅が析出される。
【００３８】
本発明に係る電子部品の製造方法は、上述の電子部品の製造方法において、前記酸性処理液は、酒石酸を１ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含むことを特徴とする
本発明においては、接合信頼性が良好である。
【００３９】
本発明に係る電子部品の製造方法は、前記銅めっき層にＯＳＰ処理を施すことを特徴とする。
本発明においては、銅めっき層の表面が酸化されるのが抑制される。
【００４０】
本発明に係る電子部品の製造方法は、上述の電子部品の製造方法において、前記ニッケル−リンめっき層は、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて形成されることを特徴とする。
無電解ニッケルめっき液を用いて形成され、合金層の下部にボイドが生じ易い場合に、良好に、ボイドの発生を抑制することができる。
【００４１】
本発明に係る電子部品は、夫々金属層を有する支持体と被着体とを、すずを含む半田材料により接続されている電子部品において、前記支持体の金属層上に設けられた、ニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層と、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に設けられ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層、及びすずを含む半田層を有し、前記被着体の金属層を接合している接合部分とを備え、２５０℃で６０分放置した後に半田ボールプル試験をサンプル数ｎで行った場合に、前記半田層で破壊した半田破壊モード数の、ｎに対する比率である半田破壊モード比率が５５％以上であることを特徴とする。
本発明においては、高温下で使用される場合も含み、良好な接合信頼性を維持することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、接合される部材の金属層上にニッケルめっき層又はニッケル−リンめっき層を設け、該ニッケルめっき層上又はニッケル−リンめっき層上に銅めっき層を設け、該銅めっき層上に半田材料を配して接合部分を形成し、銅めっき層は、接合部分の銅の含有量が０．５質量％以上２質量％以下になり、又は厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成するので、高温下での接合部分におけるニッケルの拡散が抑制され、合金層の成長が抑制されて合金層の下部でボイドが生じるのが抑制され、高温下で良好な接合信頼性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１に係るパワーモジュールを示す模式的断面図である。
【図２】絶縁基板と放熱板との接合構造を示す模式的断面図である。
【図３】パワーデバイスと絶縁基板との接合構造を示す模式的断面図である。
【図４】無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理を施す場合のフローチャートである。
【図５】無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理を施す場合のフローチャートである。
【図６】電解Ｎｉめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理を施す場合のフローチャートである。
【図７】電解Ｎｉめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理を施す場合のフローチャートである。
【図８】無電解Ｎｉめっき処理及び置換Ｃｕめっき処理を示すフローチャートである。
【図９】放熱板上のＮｉ−Ｐめっき層に形成されたＣｕめっき層にＯＳＰ処理を施し、ＯＳＰ処理膜が形成された状態を示す模式的断面図である。
【図１０】実施の形態２に係るパワーモジュールを示す模式的断面図である。
【図１１】実施の形態３に係るパワーモジュールを示す模式的断面図である。
【図１２】実施の形態４に係る電子部品の接合前後を示す模式的断面図である。
【図１３】実施の形態５に係る電子部品の接合前後を示す模式的断面図である。
【図１４】実施例１〜６、及び比較例１〜４の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、プル強度及び破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図１５】実施例３、４、及び比較例１の試験基板につき、２００℃で０〜１０００時間放置した後、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図１６】実施例４の接合部の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。
【図１７】比較例１の接合部の断面のＳＥＭ写真である。
【図１８】実施例３の接合部の半田層を剥離した後の合金層の平面のＳＥＭ写真である。
【図１９】比較例１の接合部の半田層を剥離した後の合金層の平面のＳＥＭ写真である。
【図２０】実施例７、８及び比較例５の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、プル強度及び破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図２１】実施例９〜１２の試験基板を２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、プル強度及び破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図２２】実施例３及び１３、並びに比較例１の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図２３】２５０℃で６０分放置した後の実施例１３の試験基板の接合部の断面のＳＥＭ写真である。
【図２４】実施例１３〜１６の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図２５】実施例１３、１５、１７及び１８の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図２６】実施例１３、１９〜２４の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図２７】実施例１３、及び２４、並びに比較例１の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
【図２８】実施例３、７、２４、及び比較例１、７の試験基板につき、１５０℃で０〜１０００時間放置し、半田ボールプル試験を行った結果を示すグラフである。
【図２９】実施例３、及び比較例１、７の試験基板につき、２００℃で０〜１０００時間放置し、半田ボールプル試験を行った。その結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係るパワーモジュール２０を示す模式的断面図、図２は絶縁基板４と放熱板６との接合構造を示す模式的断面図、図３はパワーデバイス１と絶縁基板４との接合構造を示す模式的断面図である。
パワーモジュール２０は、パワーデバイス１，１、絶縁基板４、放熱板６、冷却器７、ケース１０、端子１２，１２、ワイヤ１３，１４、樹脂層１５、及び絶縁基板１９を備える。
放熱板６は銅製である。絶縁基板４は例えばセラミック製であり、絶縁基板４にはＣｕパッド９（図２参照）が設けられている。放熱板６と絶縁基板４の図２における下側のＣｕパッド９とは半田接合されている。
図２に示すように放熱板６の表面、及び絶縁基板４の下側のＣｕパッド９夫々にＮｉ−Ｐめっき層（又はＮｉめっき層）５が設けられ、Ｎｉ−Ｐめっき層５，５間に接合部３が設けられている。図２に示すように、Ｃｕパッド９とＮｉ−Ｐめっき層５とで接続金属部２が構成される。
なお、図１においては、放熱板６上にＮｉ−Ｐめっき層５が連続して設けられ、Ｎｉ−Ｐめっき層５上に接合部３及び接続金属部２が設けられた状態を示しているが、Ｎｉ−Ｐめっき層５、接合部３、及び接続金属部２の三層積層構造は放熱板６上に断続的に設けられるものであってもよい。
【００４５】
パワーデバイス１は、電力の変換及び制御、交流電源からの直流電源への変換（整流）等を行う、例えばＳｉＣ系又はＧａＮ系等の半導体素子である。
図３に示すように、絶縁基板４のＣｕパッド９にＮｉ−Ｐめっき層５が設けられ、Ｎｉ−Ｐめっき層５と、パワーデバイス１のスパッタリング等により形成された金属配線層との間に接合部３が設けられている。
【００４６】
図１に示すように、放熱板６には、絶縁基板１９を介し冷却器７が取り付けられている。
ケース１０は、底板に開口部を有する箱状をなす。該開口部から冷却器７が突出する状態で底板に放熱板６が嵌合し、パワーデバイス１、絶縁基板４、及び放熱板６がケース１０に収容されている。
ケース１０の高さ方向の中央部には、内側に突出した段部が設けられており、該段部に端子１２，１２が設けられている。
パワーデバイス１上の２つの電極は、アルミニウム製のワイヤ１３，１４により、端子１２，１２に接続されている。
そして、ケース１０の内部には絶縁樹脂１５が充填されている。
【００４７】
以下、絶縁基板４と放熱板６との接合について説明する。
図２Ａに示すように、まず、放熱板６の表面、及び絶縁基板４の下側のＣｕパッド９にＮｉ−Ｐめっき層５，５を設け、Ｎｉ−Ｐめっき層５，５の表面にＣｕめっき層８，８を設ける。
【００４８】
Ｎｉ−Ｐめっき層５及びＣｕめっき層８の形成は、以下のようにして行われる。
図４は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理を施して、Ｎｉ−Ｐめっき層５及びＣｕめっき層８を形成する場合のフローチャートである。
放熱板６及び絶縁基板４各々に対し酸性脱脂剤を用い、５０℃、５分の処理条件で脱脂を行う（Ｓ１）。
過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ及び硫酸１０ｍｌ／Ｌを用いてソフトエッチング処理を行う（Ｓ２）。保持時間は１分である。
硫酸５０ｇ／Ｌを用いて酸処理を行う（Ｓ３）。保持時間は０．５分である。
硫酸２８．７ｇ／Ｌを用いてプリディップ処理を行う（Ｓ４）。保持時間は０．５分である。
アクチベータ処理液を用いてアクチベータを行う（Ｓ５）。保持時間は１分である。アクチベータ処理は、還元析出型の無電解ニッケル−めっき液中の還元剤が放熱板６及びＣｕパッド９上でのみ電子を放出するように触媒となるＰｄを付与する処理である。
触媒残渣除去液によりアクチベータ処理後の触媒残渣を除去する、ポストディップ処理を行う（Ｓ６）。保持時間は２分である。
【００４９】
その後、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行い、Ｎｉ−Ｐめっき層５を放熱板６及び絶縁基板４のＣｕパッド９の表面上に形成する（Ｓ７）。狙い厚みは５μｍである。
【００５０】
次に、以下の電解Ｃｕめっき液組成及びめっき条件にて電解Ｃｕめっき処理を行い、Ｃｕめっき層８をＮｉ−Ｐめっき層５上に形成する（Ｓ８）。
＜電解Ｃｕめっき液組成＞
硫酸銅・五水和物：１００ｇ／Ｌ
硫酸：１９０ｇ／Ｌ
塩素：５０ｍｇ／Ｌ
光沢剤：適量
＜電解Ｃｕめっき条件＞
液温：室温
電流密度：２Ａ／ｄｍ2 
【００５１】
次に、Ｃｕめっき層８，８間に半田材料３１を配する。半田材料３１としては、例えばＳｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ半田シート、Ｓｎ−0.7Ｃｕ半田シート等が挙げられる。
【００５２】
そして、リフロー処理を行う。
リフローの装置としては、静止型リフロー装置（Ｍａｌｃｏｍ社製：「ＲＤＴ２５０Ｃ」）を用いた。リフロー雰囲気は大気である。
一例として、昇温速度３．０℃／ｓｅｃで１５０℃まで昇温し、次に１７０℃まで１２０秒かけて昇温し、昇温速度１．５℃／ｓｅｃで２５０℃まで昇温し、１０秒間保持する場合が挙げられる。
【００５３】
リフロー処理を行うことで、半田材料３１が溶融し、図２Ｂに示すように、半田材料３１とＮｉ−Ｐめっき層５，５との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層３２，３２が形成された状態で半田材料３１が凝固し、該合金層３２，３２、及び半田層３３を有する接合部３が形成される。なお、一つの合金層３２と半田層３３とにより、本願の請求項１に係る接合部分３４が構成される。
【００５４】
上述のステップＳ８において、Ｃｕめっき層８は、リフロー処理後に生じる接合部分３４のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。Ｃｕの含有量の上限値は１．５質量％、１．３質量％、１質量％、０．８質量％、０．６質量％の順に好ましい。
又は、Ｃｕめっき層８は、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。Ｃｕめっき層の厚みの上限値は１．５μｍ、１μｍ、０．７５μｍ、０．５μｍ、０．４μｍ、０．３μｍ、０．１μｍの順に好ましい。
【００５５】
本実施の形態の場合、初期に（Ｃｕ，Ｎｉ）6Ｓｎ5合金層が形成されるが、（Ｎｉ，Ｃｕ）3 Ｓｎ4 合金層の形成は抑制される。従って、ボイドが生じてクラックが発生するのが抑制される。
【００５６】
以下、パワーデバイス１と絶縁基板４との接合について説明する。
図３Ａに示すように、半田のリフロー処理前に、上記と同様にして絶縁基板４のＣｕパッド９にＮｉ−Ｐめっき層５を設け、Ｎｉ−Ｐめっき層５にＣｕめっき層８を設ける。Ｃｕめっき層８とパワーデバイス１の前記金属配線層との間に半田材料３１を配し、リフロー処理を行うことで、図３Ｂに示すように、半田材料３１が溶融し、半田材料３１とＮｉ−Ｐめっき層５との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層３２が形成された状態で半田材料３１が凝固し、該合金層３２及び半田層３３を有する接合部３が形成される。該接合部３は、上述の絶縁基板４と放熱板６との間に設けられる接合部３と異なり、合金層３２は一方の界面のみに有する。
【００５７】
Ｎｉ−Ｐめっき層５及びＣｕめっき層８は、上述の無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理により形成される場合には限定されない。Ｎｉ−Ｐめっき層５及びＣｕめっき層８は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び無電解Ｃｕめっきの１種である自己触媒めっき処理により形成してもよい。
図５は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理を示すフローチャートである。以下、放熱板６と絶縁基板４とを接合する場合を例として説明する。
放熱板６及び絶縁基板４に対し酸性脱脂剤を用い、５０℃、５分の処理条件で脱脂を行う（Ｓ１１）。
過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ及び硫酸１０ｍｌ／Ｌを用いてソフトエッチング処理を行う（Ｓ１２）。保持時間は１分である。
硫酸５０ｇ／Ｌを用いて酸処理を行う（Ｓ１３）。保持時間は０．５分である。
硫酸２８．７ｇ／Ｌを用いてプリディップ処理を行う（Ｓ１４）。保持時間は０．５分である。
アクチベータ処理液を用いてアクチベータを行う（Ｓ１５）。保持時間は１分である。
触媒残渣除去液によりアクチベータ処理後の触媒残渣を除去する、ポストディップ処理を行う（Ｓ１６）。保持時間は２分である。
【００５８】
その後、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行い、Ｎｉ−Ｐめっき層５を放熱板６及びＣｕパッド９の表面上に形成する（Ｓ１７）。狙い厚みは５μｍである。
【００５９】
そして、上述のプリディップ処理、アクチベータ処理、及びポストディップ処理を行う（Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０）。アクチベータ処理は、還元析出型の自己触媒Ｃｕめっき液中の還元剤がＮｉ−Ｐめっき層５上でのみ電子を放出するように触媒となるＰｄを付与する処理である。
その後、自己触媒Ｃｕめっき液により、Ｎｉ−Ｐめっき層５上にＣｕめっき層８を形成する（Ｓ２１）。自己触媒Ｃｕめっきにおいては、自己触媒Ｃｕめっき液中のＣｕイオンが、還元剤の酸化反応で放出される電子によって還元され、Ｎｉ−Ｐめっき層５の表面に析出する。
【００６０】
上述のステップＳ２１において、Ｃｕめっき層８は、形成される接合部分３４のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。又は、Ｃｕめっき層８は、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
【００６１】
また、電解Ｎｉめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理によりＮｉめっき層５及びＣｕめっき層８を形成することにしてもよい。
図６は、電解Ｎｉめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理を示すフローチャートである。以下、放熱板６と絶縁基板４とを接合する場合を例として説明する。
放熱板６及び絶縁基板４に対し酸性脱脂剤を用い、４５℃、３分の処理条件で脱脂を行う（Ｓ３１）。
過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ及び硫酸１０ｍｌ／Ｌを用いてソフトエッチング処理を行う（Ｓ３２）。保持時間は１分である。
硫酸５０ｇ／Ｌを用いて酸処理を行う（Ｓ３３）。保持時間は０．５分である。
【００６２】
そして、スルファミン酸ニッケルめっき液により電解Ｎｉめっき処理を行い、Ｎｉめっき層５を放熱板６及びＣｕパッド９の表面上に形成する（Ｓ３４）。狙い厚みは５μｍである。なお、電解Ｎｉめっき液として、スルファミン酸ニッケルめっき液を用いる場合に限定されるものではなく、ワット浴を用いることにしてもよい。
以下にスルファミン酸ニッケルめっき液組成及び電解Ｎｉめっき条件を示す。
＜スルファミン酸ニッケルめっき液組成＞
スルファミン酸ニッケル・四水和物：４５０ｇ／Ｌ
塩化ニッケル・六水和物：１０ｇ／Ｌ
ほう酸：３０ｇ／Ｌ
＜電解Ｎｉめっき条件＞
液温：５０℃
電流密度：２Ａ／ｄｍ2 
【００６３】
その後、上述の電解Ｃｕめっき処理を行い、Ｎｉめっき層５上にＣｕめっき層８を形成する（Ｓ３５）。
上述のステップＳ３５において、Ｃｕめっき層８は、形成される接合部分３４のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。又は、Ｃｕめっき層８は、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
【００６４】
さらに、電解Ｎｉめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理によりＮｉめっき層５及びＣｕめっき層８を形成することにしてもよい。
図７は、電解Ｎｉめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理を示すフローチャートである。以下、放熱板６と絶縁基板４とを接合する場合を例として説明する。
放熱板６及び絶縁基板４に対し酸性脱脂剤を用い、５０℃、５分の処理条件で脱脂を行う（Ｓ４１）。
過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ及び硫酸１０ｍｌ／Ｌを用いてソフトエッチング処理を行う（Ｓ４２）。保持時間は１分である。
硫酸５０ｇ／Ｌを用いて酸処理を行う（Ｓ４３）。保持時間は０．５分である。
【００６５】
そして、上述のスルファミン酸ニッケルめっき液により電解Ｎｉめっき処理を行い、Ｎｉめっき層５を放熱板６及びＣｕパッド９の表面上に形成する（Ｓ４４）。狙い厚みは５μｍである。
【００６６】
そして、上述のプリディップ処理、アクチベータ処理、及びポストディップ処理を行う（Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ４７）。
自己触媒Ｃｕめっき液により、Ｎｉめっき層５上にＣｕめっき層８を形成する（Ｓ４８）。 
上述のステップＳ４８において、Ｃｕめっき層８は、形成される接合部分３４のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。又は、Ｃｕめっき層８は、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
【００６７】
Ｎｉ−Ｐめっき層５及びＣｕめっき層８は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び置換Ｃｕめっき処理により形成することにしてもよい。
図８は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び置換Ｃｕめっき処理を示すフローチャートである。以下、放熱板６と絶縁基板４とを接合する場合を例として説明する。
放熱板６及び絶縁基板４各々に対し酸性脱脂剤を用い、５０℃、５分の処理条件で脱脂を行う（Ｓ５１）。
過硫酸ナトリウム１００ｇ／Ｌ及び硫酸１０ｍｌ／Ｌを用いてソフトエッチング処理を行う（Ｓ５２）。保持時間は１分である。
硫酸５０ｇ／Ｌを用いて酸処理を行う（Ｓ５３）。保持時間は０．５分である。
硫酸２８．７ｇ／Ｌを用いてプリディップ処理を行う（Ｓ５４）。保持時間は０．５分である。
アクチベータ処理液を用いてアクチベータを行う（Ｓ５５）。保持時間は１分である。
触媒残渣除去液によりアクチベータ処理後の触媒残渣を除去する、ポストディップ処理を行う（Ｓ５６）。保持時間は２分である。
【００６８】
その後、次亜リン酸を還元剤とする無電解ニッケルめっき液を用いて無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行い、Ｎｉ−Ｐめっき層５を放熱板６及び絶縁基板４のＣｕパッド９の表面上に形成する（Ｓ５７）。狙い厚みは５μｍである。
【００６９】
活性化処理を行う（Ｓ５８）。
活性化の酸性処理液は、酒石酸等の有機酸、及び／又は硫酸，塩酸等の無機酸を含む。酸性処理液は、酒石酸を１ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含むのが好ましい。酒石酸の含有量の下限値は１０ｇ／Ｌ、２０ｇ／Ｌ、３０ｇ／Ｌの順により好ましい。上限値は６０ｇ／Ｌであるのがより好ましい。活性化処理は、液温が室温の状態で、１０分間行う。
活性化処理は省略することができる。しかし、Ｎｉ−Ｐめっき層５の表面に存在する酸化膜が除去され、後続する置換Ｃｕめっきにおいて、均一にＣｕが析出されるので、活性化処理を行う方が好ましい。
【００７０】
次に、以下の置換Ｃｕめっき液組成及びめっき条件にて置換Ｃｕめっき処理を行い、Ｎｉ−Ｐめっき層５上にＣｕめっき層８を形成する（Ｓ５９）。
＜置換Ｃｕめっき液組成＞
硫酸銅・五水和物：０．５ｇ／Ｌ
硫酸：５０ｇ／Ｌ
塩素：８ｐｐｍ以上１１０ｐｐｍ以下
ｐＨ：１．０（ＮａＯＨで調整）
＜置換Ｃｕめっき条件＞
液温：７５℃ 
【００７１】
置換Ｃｕめっきにおいては、ＮｉとＣｕとのイオン化傾向の違いにより、Ｎｉが液中に溶出するときに放出される電子をＣｕイオンが受け取って、Ｎｉ−Ｐめっき層５上に析出する。
Ｃｕめっき層８は、形成される接合部分３４のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。又は、Ｃｕめっき層８は、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
【００７２】
Ｃｕめっき層８を形成する際、置換Ｃｕめっき液に、Ｎｉ−Ｐめっき層５が形成された放熱板６又は絶縁基板４を浸漬のみすればよく、通電の必要がない。また、同じ無電解めっきである自己触媒めっきと比較して、液管理が非常に容易である。
置換Ｃｕめっきを、電解Ｎｉめっきにより形成されたＮｉめっき層５に適用して、Ｃｕめっき層８を形成することも可能である。
【００７３】
以上のように、本実施の形態においては、Ｎｉ−Ｐめっき層５（又はＮｉめっき層５）上にＣｕめっき層８を、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように設けた上で、又は接合部３のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように調整して接合部３を形成するので、高温下での接合部３におけるＮｉの拡散が抑制され、合金層３２の成長が抑制される。従って、合金層３２の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制され、パワーモジュール２０は高温下の使用で、良好な接合信頼性を維持することができる。
【００７４】
以上のように形成されたＣｕめっき層８の表面にはＯＳＰ処理を施すことにしてもよい。ＯＳＰ処理液としては、通常用いられるプリフラックス液を用いることができる。例えば四国化成工業株式会社製の「タフエースF2(LX)」等を使用できる。
Ｃｕめっき層８に表面処理を行わなかった場合、長期に保管した場合、表面が酸化され、半田材料３１の濡れ不良が生じることがある。
図９は、放熱板６上のＮｉ−Ｐめっき層５に形成されたＣｕめっき層８にＯＳＰ処理を施し、ＯＳＰ処理膜１８が形成された状態を示す模式的断面図である。ＯＳＰ処理膜１８により、Ｃｕめっき層８の酸化が防止され、接合性が低下するのが防止される。
【００７５】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係るパワーモジュール２１を示す模式的断面図である。図中、図１と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
パワーモジュール２１はパワーモジュール２０と異なり、両面放熱構造を有する。
パワーモジュール２１は、パワーデバイス１、放熱板６，６、冷却器７，７、金属板１６、端子１２、ワイヤ１３、及び樹脂層１５を備える。
図１０における下側の放熱板６の表面の所定部分には上記と同様にしてＮｉ−Ｐめっき層５が設けられており、パワーデバイス１の裏面には、スパッタリング等により形成された金属配線層が設けられている。該金属配線層と放熱板６のＮｉ−Ｐめっき層５とは、接合部３により接合されている。
リフロー処理前には、Ｎｉ−Ｐめっき層５に、図３Ａと同様にＣｕめっき層が設けられている。Ｃｕめっき層と前記金属配線層との間に半田材料を配した後、リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、半田材料とＮｉ−Ｐめっき層５との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層が形成された状態で、半田材料が凝固し、接合部３が形成される。
【００７６】
パワーデバイス１の表面には、金属配線層にＮｉ−Ｐめっき層を積層して接続金属部２が設けられており、同様にＣｕ製の金属板１６の両面には、Ｎｉ−Ｐめっき層５が設けられている。パワーデバイス１の接続金属部２と金属板１６の裏面のＮｉ−Ｐめっき層５とは接合部３により接合されている。リフロー処理前には図２Ａと同様に、前記接続金属部２のＮｉ−Ｐめっき層、及びＮｉ−Ｐめっき層５に夫々Ｃｕめっき層が設けられている。
接合部３は、図２Ａと同様に、Ｃｕめっき層間に半田材料を配した後、リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、半田材料と、各Ｎｉめっき層との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層が形成された状態で、半田材料が凝固して形成される。
【００７７】
図１０における上側の放熱板６の裏面の所定部分にはＮｉ−Ｐめっき層５が設けられており、Ｎｉ−Ｐめっき層５は、金属板１６の表面のＮｉ−Ｐめっき層５に接合部３により接合されている。
リフロー処理前には、図２Ａと同様に、各Ｎｉ−Ｐめっき層５にＣｕめっき層が設けられている。
接合部３は、Ｃｕめっき層間に半田材料を配した後、リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、半田材料と、各Ｎｉ−Ｐめっき層との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層が形成された状態で、半田材料が凝固して形成される。
【００７８】
放熱板６，６は対向するように配され、放熱板６，６の反対側の面には夫々絶縁基板１９，１９を介し冷却器７，７が取り付けられている。
冷却器７，７間には、絶縁樹脂を充填した樹脂層１５が設けられている。
樹脂層１５の高さ方向の中央部には端子１２が挿入され、パワーデバイス１の電極とワイヤ１３により接続されている。樹脂層１５の、端子１２が挿入されている部分と反対側の部分においては、放熱板６，６の端部が各別に外部に引き出されている。
【００７９】
Ｎｉ−Ｐめっき層５及びＣｕめっき層は、実施の形態１と同様に、無電解Ｎｉ−Ｐめっきと、電解Ｃｕめっき，自己触媒Ｃｕめっき，及び置換Ｃｕめっきのいずれかとにより形成される。また、電解ＮｉめっきによりＮｉめっき層５を形成することにしてもよい。
【００８０】
本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、Ｎｉ−Ｐめっき層５（又はＮｉめっき層５）上にＣｕめっき層を、接合部３の接合部分のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。又は、Ｃｕめっき層を、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
従って、高温下での接合部３におけるＮｉの拡散が抑制され、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層の成長が抑制される。合金層の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制され、パワーモジュール２１は高温下の使用で、良好な接合信頼性を維持することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係るパワーモジュール２２を示す模式的断面図である。図中、図１、図１０と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
パワーモジュール２２はパワーモジュール２１と同様に、両面放熱構造を有する。
パワーモジュール２２は、パワーデバイス１、絶縁基板４，４、放熱板６，６、冷却器７，７、端子１２，１２、及び樹脂層１５を備える。
図１１における下側の放熱板６の表面の所定部分には上記と同様にしてＮｉ−Ｐめっき層５が設けられている。下側の絶縁基板４の両面には上述の接続金属部２が設けられている。前記Ｎｉ−Ｐめっき層５と、前記絶縁基板４の裏面の接続金属部２のＮｉ−Ｐめっき層との間に接合部３が設けられている。
リフロー処理前には、Ｎｉ−Ｐめっき層に、上記と同様にしてＣｕめっき層が設けられている。接合部３は、図２Ａと同様にＣｕめっき層間に半田材料を配した後、リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、半田材料とＮｉ−Ｐめっき層との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層が形成された状態で、半田材料が凝固して形成される。
【００８２】
前記絶縁基板４の表面の接続金属部２と、パワーデバイス１の下側のスパッタリング等により形成された金属配線層とは接合部３により接合されている。
パワーデバイス１の表面には、金属配線層にＮｉ−Ｐめっき層が積層されて接続金属部２が設けられており、上側の絶縁基板４の両面には、Ｃｕ層にＮｉ−Ｐめっき層が積層されて接続金属部２が設けられている。
上側の絶縁基板４の裏面の接続金属部２、及びパワーデバイス１の接続金属部２同士は接合部３により接合されている。
いずれもリフロー処理前には、接続金属部２のＮｉ−Ｐめっき層にＣｕめっき層が設けられている。Ｃｕめっき層間に半田材料を配した後、リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、半田材料とＮｉ−Ｐめっき層との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層が形成された状態で、半田材料が凝固して接合部３が形成される。
【００８３】
上側の放熱板６の裏面の所定部分にはＮｉ−Ｐめっき層５が設けられている。Ｎｉ−Ｐめっき層５と、上側の絶縁基板４の表面の接続金属部２とは接合部３により接合されている。リフロー処理前には、前記Ｎｉ−Ｐめっき層５及び接続金属部２のＮｉ−Ｐめっき層にＣｕめっき層が設けられている。Ｃｕめっき層間に半田材料を配した後、リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、半田材料とＮｉ−Ｐめっき層との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層が形成された状態で、半田材料が凝固して接合部３が形成される。
【００８４】
放熱板６，６の対向面の反対側の面には夫々絶縁基板１９，１９を介し冷却器７，７が取り付けられている。
冷却器７，７間には、絶縁樹脂を充填した樹脂層１５が設けられている。
樹脂層１５の両側面の、高さ方向の中央部には端子１２，１２が挿入されている。図１１における左側の端子１２は、上側の絶縁基板４の接続金属部２と、接合部３を介して接続され、右側の端子１２は、下側の絶縁基板４の接続金属部２と、接合部３を介して接続されている。
【００８５】
Ｎｉ−Ｐめっき層５及びＣｕめっき層は、実施の形態１及び２と同様に、無電解Ｎｉ−Ｐめっきと、電解Ｃｕめっき，自己触媒Ｃｕめっき，及び置換Ｃｕめっきのいずれかとにより形成される。また、電解ＮｉめっきによりＮｉめっき層５を形成することにしてもよい。
【００８６】
本実施の形態においては、実施の形態１及び２と同様に、Ｎｉ−Ｐめっき層５（又はＮｉめっき層５）上にＣｕめっき層を、接合部３の接合部分のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。又は、Ｃｕめっき層を、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
従って、高温下での接合部３におけるＮｉの拡散が抑制され、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層の成長が抑制される。従って、合金層の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制され、パワーモジュール２２は高温下の使用で、良好な接合信頼性を維持することができる。
本実施の形態に係るパワーモジュール２２はワイヤを有さないので、寄生容量を減じることができる。
【００８７】
（実施の形態４）
図１２のＡ及びＢは、実施の形態４に係る電子部品２３の接合の前後を示す模式的断面図である。
電子部品２３の基板２４の表面には、Ｃｕ配線２６，２６が形成されている。
Ｃｕ配線２６の表面及び側面には、上記と同様にして、Ｎｉ−Ｐめっき層５（又はＮｉめっき層５）が形成されている。
Ｎｉ−Ｐめっき層５の表面には、電解Ｃｕめっき，自己触媒Ｃｕめっき，及び置換Ｃｕめっきのいずれかにより、上記と同様にしてＣｕめっき層８が形成されている。
Ｃｕめっき層８の表面には、上記と同様にしてＯＳＰ処理膜１８が形成されている。
チップ部品２５の両端部に設けられた、例えばＳｎ合金等からなる電極２５１，２５１をＣｕ配線２６，２６に半田接合により接続することにより、チップ部品２５が基板２４に実装される。
【００８８】
電子部品２３を製造する場合、Ａに示すように、基板２４のＣｕ配線２６，２６の上側に、チップ部品２５の電極２５１，２５１を配し、電極２５１，２５１とＯＳＰ処理膜１８，１８との間に半田材料を配する。
リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、Ｂに示すように、半田材料とＮｉ−Ｐめっき層５，５との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層３２，３２が形成された状態で半田材料が凝固し、該合金層３２，３２、及び半田層３３，３３を有する接合部３，３が形成される。
【００８９】
本実施の形態においては、実施の形態１〜３と同様に、Ｎｉ−Ｐめっき層５（又はＮｉめっき層５）上にＣｕめっき層８を、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
従って、Ｎｉ−Ｐめっき層５上にＡｕめっき層を形成した場合と異なり、高温下での接合部３におけるＮｉの拡散が抑制され、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層３２の成長が抑制される。即ち、合金層３２の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制され、電子部品２３は高温下での使用を含み、良好な接合信頼性を維持することができる。
電子部品２３は、小型化及び薄型化を進め、接合部３がチップ部品２５の発熱の影響を受け易くなった場合を含み、良好な接合信頼性を維持することができる。
【００９０】
（実施の形態５）
図１３のＡ及びＢは、実施の形態５に係る電子部品２７の接合の前後を示す模式的断面図である。
電子部品２７は、プリント配線板２８とパッケージ基板３６とを半田接合してなる。
プリント配線板２８及びパッケージ基板３６ともに、Ｃｕ配線２６が形成されている。  Ｃｕ配線２６の表面の半田接合をしない部分には、ソルダーレジストであるレジスト２９が形成されている。
Ａに示すように、プリント配線板２８及びパッケージ基板３６の半田接合をする部分において、Ｃｕ配線２６の表面には、上記と同様にして、Ｎｉ−Ｐめっき層５（又はＮｉめっき層５）が形成されている。
Ｎｉ−Ｐめっき層５の表面には、電解Ｃｕめっき，自己触媒Ｃｕめっき，及び置換Ｃｕめっきのいずれかにより、上記と同様にしてＣｕめっき層８が形成されている。
Ｃｕめっき層８の表面には、上記と同様にしてＯＳＰ処理膜１８が形成されている。
【００９１】
電子部品２７を製造する場合、プリント配線板２８のＯＳＰ処理膜１８と、パッケージ基板３６のＯＳＰ処理膜１８との間に半田材料を配する。
リフロー処理を行うことで、半田材料が溶融し、Ｂに示すように、半田材料とＮｉ−Ｐめっき層５，５との界面にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層３２，３２が形成された状態で半田材料が凝固し、該合金層３２，３２、及び半田層３３を有する接合部３が形成される。なお、一つの合金層３２と半田層３３とにより、本願の請求項１１に係る接合部分３４が構成される。
【００９２】
本実施の形態においては、実施の形態１〜４と同様に、Ｎｉ−Ｐめっき層５（又はＮｉめっき層５）上にＣｕめっき層８を、接合部３の接合部分のＣｕの含有量が０．５質量％以上２質量％以下になるように形成する。又は、Ｃｕめっき層８を、厚みが０．０３μｍ以上２μｍ以下になるように形成する。
従って、Ｎｉ−Ｐめっき層５上にＡｕめっき層を形成した場合と異なり、高温下での接合部３におけるＮｉの拡散が抑制され、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎを含む合金層３２の成長が抑制される。即ち、合金層３２の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制され、電子部品２３は高温下の使用を含み、良好な接合信頼性を維持することができる。
電子部品２７は、小型化及び薄型化した場合に、良好な接合信頼性を維持することができる。
【実施例】
【００９３】
１．無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理
［実施例１］
半田ボールプル試験基板として、直径０．４８ｍｍのＣｕパッドを多数有する基板を使用した。半田ボールプル試験基板は、市販の高耐熱性基材（ガラス転移温度３００℃）を用いた。一般的なＦＲ−４材を使用した場合、２００℃及び２５０℃放置後の半田ボールプル試験を実施したとき、基材−銅箔間で剥離が頻発するので、前記高耐熱性基材を用いた。
【００９４】
上述の図４の無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理のフローチャートに従って、半田ボールプル試験基板にＮｉ−Ｐめっき層及びＣｕめっき層を形成した。Ｎｉ−Ｐめっき層の狙い厚みは５μｍ、Ｃｕめっき層の狙い厚みは０．０３μｍである。
Ｃｕめっき後の試験基板にフラックス（株式会社タムラ製：「ＥＣ−１９Ｓ−８」）を塗布し、塗膜上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５／３．０／０．５であり、直径が０．６ｍｍの半田ボール（千住金属株式会社製：「Ｍ７０５」）を搭載し、上述の条件でリフローを行い、実施例１の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５０６ｗｔ％である。
【００９５】
［実施例２〜６］
Ｃｕめっき層の狙い厚みを夫々０．０６μｍ、０．１μｍ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍに変えたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜６の試験基板を得た。
下記の表１に、実施例１〜６と接合部３のＣｕ含有量（ｗｔ％）との関係を示す。
【００９６】
【表１】
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【００９７】
［比較例１］
前記高耐熱性基材に対し、図４のフローチャートの脱脂、ソフトエッチング、酸処理、プリディップ、アクチベータ、ポストディップ処理、及び無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行った。そして、無電解Ａｕめっき処理を実施し、Ｎｉ−Ｐめっき層上にＡｕめっき層を形成した。また、Ｎｉ−Ｐめっき層の狙い厚みは５μｍ、Ａｕめっき層の狙い厚みは０．０３μｍである。
Ａｕめっき後の試験基板に前記フラックスを塗布し、塗膜上に前記半田ボールを搭載し、上述の条件でリフローを行い、比較例１の試験基板を得た。
【００９８】
［比較例２〜４］
Ｃｕめっき層の狙い厚みを夫々３μｍ、４μｍ、５μｍに変えたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例２〜４の試験基板を得た。
前記表１に、比較例２〜４と接合部３のＣｕ含有量（ｗｔ％）との関係を示す。
【００９９】
［半田ボールプル試験］
上述の実施例１〜６及び比較例１〜４の試験基板を２５０℃で０〜６０分放置した後、半田ボールプル試験を行った。
半田ボールプル試験は１８ｍｍ／ｍｉｎの速度で実施した。強度の測定は、株式会社レスカの試験装置「ＲＨＥＳＣＡ  ＳＴＲ−１０００」を用いて行った。半田ボールプル試験は、接合部３をＢＧＡチャックで挟み、積層方向に引っ張った場合に破壊したときのプル強度を求め、光学顕微鏡により破壊モードの同定を行った。界面の合金層３２で破壊した場合をＩＭＣ（合金層）破壊モードとし、接合部３の合金層３２以外の部分（半田層３３）で破壊した場合を半田破壊モードとしている。半田破壊モードの場合、接合部３の強度が半田層の強度より大きいことになる。
各サンプルについてｎ＝２５で評価した。
実施例１〜６、及び比較例１〜４の試験基板につき、２５０℃で夫々０〜６０分間放置し、半田ボールプル試験を行い、プル強度及び破壊モード比率（半田破壊モード比率）を求めた結果を図１４に示す。破壊モード比率は、半田破壊モード数がｎである場合を１００％とし、即ち半田破壊モード数のｎに対する比率で表している。
【０１００】
図１４より、Ｎｉ−Ｐめっき層にＣｕめっき層を設けて接合部を形成した実施例１〜６の試験基板のプル強度は、Ｎｉ−Ｐめっき層にＡｕめっき層を設けて接合部を形成した比較例１の試験基板のプル強度より大きく、半田破壊モードの比率が高く、接合信頼性が高いことが分かる。そして、Ｃｕめっき層の厚みが３μｍ以上であり、リフロー処理後にＣｕめっき層が残存し、接合部分のＣｕ含有量が１質量％超過である比較例２〜４の場合、実施例１〜６の試験基板のプル強度より小さく、半田破壊モードの比率が低いことが分かる。
Ｃｕめっき層の厚みの上限値は１．５μｍ、１μｍ、０．７５μｍ、０．５μｍ、０．４μｍ、０．３μｍ、０．１μｍの順に好ましい。
Ｃｕの含有量の上限値は０．８質量％、０．６質量％の順に好ましい。
なお、本実施例においては、直径０．６ｍｍの半田ボールを用いているが、例えば厚み０．１５ｍｍのＳｎ−0.7Ｃｕ半田シート、厚み０．１５ｍｍのＳｎ−3.0Ａｇ−0.5Ｃｕ半田シートを用いた場合、Ｃｕめっき層の厚みが２μｍのときに、接合部分のＣｕ含有量は２質量％になる。
【０１０１】
実施例５の試験基板において、２５０℃で６０分放置した後の破壊モード比率は５５％であり、実施例１〜４、６の試験基板においては６０％以上の破壊モード比率が得られている。破壊モード比率は、７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましい。
【０１０２】
次に、実施例３、４、及び比較例１の試験基板につき、２００℃で０〜１０００時間放置し、半田ボールプル試験を行った。その結果を図１５に示す。
図１５より、実施例３の試験基板は全期間において、比較例１の試験基板より半田破壊モードの比率が高く、実施例４の試験基板は、７５０時間に到達するまでは、比較例１の試験基板より半田破壊モードの比率が高いことが分かる。
【０１０３】
［接合部の断面観察、及び半田層を剥離した後の合金層の平面観察］
２５０℃で６０分放置した後の実施例３及び比較例１の試験基板の接合部の断面をＳＥＭにより観察した。実施例３の接合部の断面のＳＥＭ写真を図１６に、比較例１の接合部の断面のＳＥＭ写真を図１７に示す。
図１７の比較例１の接合部においては、合金層の下部にボイドが多数生じているのに対し、図１６の実施例３の接合部においては、ボイドが生じていないことが分かる。
【０１０４】
次に、２５０℃で６０分放置した後の実施例３及び比較例１の試験基板の接合部の半田層を酸により剥離し、ＳＥＭにより平面観察を行った。
【０１０５】
実施例３の接合部の半田層を剥離した後の合金層の平面のＳＥＭ写真を図１８に、比較例１の接合部の半田層を剥離した後の合金層の平面のＳＥＭ写真を図１９に示す。
図１８の実施例３の合金層は、図１９の比較例１の合金層より、成長が抑制された状態で、密に形成されていることが分かる。
【０１０６】
２．無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理
［実施例７］
上述の図５の無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理のフローチャートに従って、半田ボールプル試験基板にＮｉ−Ｐめっき層及びＣｕめっき層を形成した。Ｎｉ−Ｐめっき層の狙い厚みは５μｍ、Ｃｕめっき層の狙い厚みは０．０３μｍである。
Ｃｕめっき後の試験基板に前記フラックスを塗布し、塗膜上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５／３．０／０．５であり、直径が０．６ｍｍの前記半田ボールを搭載し、上述の条件でリフローを行い、実施例７の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５０６ｗｔ％である。
【０１０７】
［実施例８］
Ｃｕめっき層の狙い厚みを０．１μｍに変えたこと以外は、実施例７と同様にして、実施例８の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５１９ｗｔ％である。
【０１０８】
［比較例５］
前記高耐熱性基材に対し、図４のフローチャートの脱脂、ソフトエッチング、酸処理、プリディップ、アクチベータ、ポストディップ処理、及び無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行った。そして、置換めっき液を用いて、Ｎｉ−Ｐめっき層の上に、Ａｕめっき層を形成した。Ｎｉ−Ｐめっき層の狙い厚みは５μｍ、Ａｕめっき層の狙い厚みは０．０３μｍである。
Ａｕめっき後の試験基板に前記フラックスを塗布し、塗膜上に前記半田ボールを搭載し、上述の条件でリフローを行い、比較例５の試験基板を得た。
【０１０９】
図２０は、実施例７、８及び比較例５の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、プル強度及び破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
図２０より、実施例７、８の試験基板は、比較例５の試験基板と比較して、全ての期間において半田破壊モードの比率が極めて高く、プル強度が強く、接合信頼性が高いことが分かる。
【０１１０】
３．電解Ｎｉめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理
［実施例９］
上述の図６の電解Ｎｉめっき処理及び電解Ｃｕめっき処理のフローチャートに従って、半田ボールプル試験基板にＮｉめっき層及びＣｕめっき層を形成した。Ｎｉめっき層の狙い厚みは５μｍ、Ｃｕめっき層の狙い厚みは０．０３μｍである。
Ｃｕめっき後の試験基板に前記フラックスを塗布し、塗膜上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５／３．０／０．５であり、直径が０．６ｍｍの前記半田ボールを搭載し、上述の条件でリフローを行い、実施例９の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５０６ｗｔ％である。
［実施例１０］
Ｃｕめっき層の狙い厚みを０．１μｍに変えたこと以外は、実施例９と同様にして、実施例１０の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５１９ｗｔ％である。
【０１１１】
実施例９，１０の試験基板を２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、プル強度及び破壊モード比率を求めた。その結果を図２１のグラフに示す。
図２１より、実施例９，１０の試験基板は、全てのタイミングにおいて半田破壊モードの比率が１００％であり、プル強度も強く、接合信頼性が高いことが分かる。
【０１１２】
４．電解Ｎｉめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理
［実施例１１］
上述の図７の電解Ｎｉめっき処理及び自己触媒Ｃｕめっき処理のフローチャートに従って、半田ボールプル試験基板にＮｉめっき層及びＣｕめっき層を形成した。Ｎｉめっき層の狙い厚みは５μｍ、Ｃｕめっき層の狙い厚みは０．０３μｍである。
Ｃｕめっき後の試験基板に前記フラックスを塗布し、塗膜上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５／３．０／０．５であり、直径が０．６ｍｍの前記半田ボールを搭載し、上述の条件でリフローを行い、実施例１１の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５０６ｗｔ％である。
【０１１３】
［実施例１２］
Ｃｕめっき層の狙い厚みを０．１μｍに変えたこと以外は、実施例１１と同様にして、実施例１２の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５１９ｗｔ％である。
【０１１４】
実施例１１，１２の試験基板を２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、プル強度及び破壊モード比率を求めた。その結果を図２１のグラフに示す。
図２１より、実施例１１，１２の試験基板は、全てのタイミングにおいて半田破壊モードの比率が１００％であり、プル強度が強く、接合信頼性が高いことが分かる。
【０１１５】
５．無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び置換Ｃｕめっき処理
［実施例１３］
上述の図８の無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理及び置換Ｃｕめっき処理のフローチャートに従って、半田ボールプル試験基板にＮｉ−Ｐめっき層及びＣｕめっき層を形成した。置換Ｃｕめっき液の塩素の含有量は２５ｐｐｍ、活性化処理液は酒石酸を含み、酒石酸の濃度含有量は５０ｇ／Ｌである。Ｎｉめっき層の狙い厚みは５μｍ、Ｃｕめっき層の狙い厚みは０．１μｍである。
Ｃｕめっき後の試験基板に前記フラックスを塗布し、塗膜上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５／３．０／０．５であり、直径が０．６ｍｍの前記半田ボールを搭載し、上述の条件でリフローを行い、実施例１３の試験基板を得た。前記接合部３のＣｕの含有量は０．５０６ｗｔ％である。
【０１１６】
図２２は、実施例３及び１３、並びに比較例１の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
図２２より、置換ＣｕめっきによりＣｕめっき層を形成した実施例１３は、電解ＣｕめっきによりＣｕめっき層を形成した実施例３と同程度の良好な接合信頼性を有することが分かる。６０分放置後の結果は実施例３より良好である。
【０１１７】
図２３は、２５０℃で６０分放置した後の実施例１３の試験基板の接合部の断面のＳＥＭ写真である。
図２３より、実施例１３の接合部には図１６の実施例３の接合部と同様に、ボイドが生じていないことが分かる。
【０１１８】
次に、置換Ｃｕめっき液中の塩素の含有量と接合信頼性との関係を調べた。
【０１１９】
［実施例１４〜１６］
置換Ｃｕめっき液中の塩素の含有量を、夫々１０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍに変えたこと以外は、実施例１３と同様にして実施例１４〜１６の試験基板を作製した。
［比較例６］
置換Ｃｕめっき液が塩素を含有しないこと以外は、実施例１３と同様にして比較例６の試験基板を作製した。
【０１２０】
図２４は、実施例１３〜１６の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
比較例６の場合、半田濡れ性が悪く、半田ボールがＮｉめっき層の表面から崩れ落ち、接合部３を形成することができなかった。Ｎｉめっき層の表面にＮｉ層が溶けて生じた腐食痕が見られた。実施例１３のＮｉめっき層の表面には腐食痕は見られない。
図２４より、置換Ｃｕめっき液中の塩素の含有量は８ｐｐｍ以上１１０ｐｐｍ以下であるのが好ましいことが分かる。塩素の含有量の下限値は１０ｐｐｍであるのがより好ましい。塩素の含有量の上限値は１００ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、５０ｐｐｍの順により好ましい。
【０１２１】
次に、活性化処理の有無、活性化処理液の成分と接合信頼性との関係を調べた。
【０１２２】
［実施例１７］
置換Ｃｕめっき液中の塩素の含有量を５０ｐｐｍとし、活性化処理を行わなかったこと以外は、実施例１３と同様にして実施例１７の試験基板を作製した。
［実施例１８］
置換Ｃｕめっき液中の塩素の含有量を５０ｐｐｍとし、活性化処理液として、酒石酸の代わりに硫酸を５０ｇ／Ｌ含むこと以外は、実施例１３と同様にして実施例１８の試験基板を作製した。
図２５は、実施例１３、１５、１７及び１８の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
６０分放置後の実施例１５と１７とを比較することにより、活性化処理を行う方が接合信頼性がやや向上することが分かる。
活性化処理を行わない実施例１７の場合、Ｎｉめっき層の表面上のＣｕの析出にムラが見られたが、実施例１５の場合、ムラは見られなかった。
実施例１８の場合、ムラは見られなかった。接合面にボイドがあり、接合部を積層方向に引っ張った場合に、Ｎｉめっき層の表面にボイド由来のクレータが生じた状態で破断した。これをクレータ状破断とした。活性化処理液中の硫酸の濃度を減じ、処理時間を短くすることにより、クレータ状破断は抑制されると考えられる。
【０１２３】
次に、活性化処理液中の酒石酸の含有量と接合信頼性との関係を調べた。
【０１２４】
［実施例１９］
活性化処理液中の酒石酸の含有量を１ｇ／Ｌとしたこと以外は、実施例１３と同様にして実施例１９の試験基板を作製した。
［実施例２０］
活性化処理液中の酒石酸の含有量を１０ｇ／Ｌとしたこと以外は、実施例１３と同様にして実施例２０の試験基板を作製した。
［実施例２１］
活性化処理液中の酒石酸の含有量を３０ｇ／Ｌとしたこと以外は、実施例１３と同様にして実施例２１の試験基板を作製した。
［実施例２２］
活性化処理液中の酒石酸の含有量を４０ｇ／Ｌとしたこと以外は、実施例１３と同様にして実施例２２の試験基板を作製した。
［実施例２３］
活性化処理液中の酒石酸の含有量を６０ｇ／Ｌとしたこと以外は、実施例１３と同様にして実施例２３の試験基板を作製した。
【０１２５】
図２６は、実施例１３、１９〜２４の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
図２６より、酒石酸を１ｇ／Ｌ以上７０ｇ／Ｌ以下含む場合、良好な接合信頼性を有することが分かる。酒石酸の含有量の下限値は１０ｇ／Ｌ、２０ｇ／Ｌ、３０ｇ／Ｌの順により好ましい。上限値は６０ｇ／Ｌであるのが好ましい。
【０１２６】
次に、ＯＳＰ処理の有無と接合信頼性との関係を調べた。
［実施例２４］
Ｃｕめっき層の形成後、ＯＳＰ処理を行ったこと以外は、実施例１３と同様にして実施例２４の試験基板を作製した。
図２７は、実施例１３、及び２４、並びに比較例１の試験基板につき、２５０℃で０〜６０分間放置した後、半田ボールプル試験を行い、破壊モード比率を求めた結果を示すグラフである。
図２７より、ＯＳＰ処理を行った実施例２４の場合も良好な接合信頼性が得られることが分かる。
【０１２７】
以上の１．から５．までの各処理により形成された実施例の試験基板において、高温下での接合部におけるＮｉの拡散が抑制され、合金層の成長が抑制され、即ち合金層の下部にボイドが形成されてクラックが生じるのが抑制され、この接合構造をパワーモジュールに適用した場合に、高温下の使用で、良好な接合信頼性を維持することができることが確認された。
【０１２８】
置換ＣｕめっきによりＣｕめっき層を形成する場合も、電解ＣｕめっきによりＣｕめっき層を形成する場合と同様に、良好な接合信頼性が得られることが確認された。
また、Ｃｕめっき層の形成後にＯＳＰ処理を施す場合も良好な接合信頼性が得られることが確認された。
【０１２９】
６．Ｃｕめっき層にＯＳＰ処理を施した比較例と、実施例との比較
次に、Ｃｕめっき層にＯＳＰ処理を施した比較例と、実施例との接合信頼性の比較を行った結果を示す。
［比較例７］
半田ボールプル試験基板のＣｕパッドにＯＳＰ処理を施して形成されたＯＳＰ処理膜に前記フラックスを塗布し、塗膜上に前記半田ボールを搭載し、上述の条件でリフローを行って比較例７の試験基板を得た。
【０１３０】
実施例３、７、２４、及び比較例１、７の試験基板につき、１５０℃で０〜１０００時間放置し、半田ボールプル試験を行った。その結果を図２８に示す。
比較例１及び８の構成は従来の電子部品に適用されている。実施例の接合信頼性は比較例の接合信頼性と同等である。試験の放置温度が１５０℃であり、２００℃以上である場合と比較して、接合部分の劣化が十分に進まず、実施例と比較例との差異が見られなかったと考えられる。
比較例７に対し、Ｃｕパッド上にＮｉ−Ｐ層を形成した実施例の場合、Ｃｕ層の喰われが抑制されるという効果が奏される。
また、実施例の場合、Ａｕを使用しないので、コストが低減される。
【０１３１】
実施例３、及び比較例１、７の試験基板につき、２００℃で０〜１０００時間放置し、半田ボールプル試験を行った。その結果を図２９に示す。
図２９より、実施例３は比較例１及び７と比較して、半田破壊モードの比率が高く、接合信頼性が著しく向上していることが分かる。
【０１３２】
パワーモジュールのように高温下で使用される場合に限定されず、本実施の形態の構成は、例えばＩｏＴのセンサを含むセンサ、ＭＥＭＳ等の種々の電子部品に適用することができる。
接合信頼性が良好であるので、電子部品を小型化及び薄型化することができる。接合部がチップ部品等の発熱の影響を受け易くなった場合を含み、良好な接合信頼性を維持することができる。
【０１３３】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３４】
１  パワーデバイス
２  接続金属部
３  接合部
３１  半田材料
３２  合金層
３３  半田層
３４  接合部分
４、１９  絶縁基板
５  Ｎｉ−Ｐめっき層（又はＮｉめっき層）
６  放熱板
７  冷却器
８  Ｃｕめっき層
９  Ｃｕパッド
１０  ケース
１２  端子
１３、１４  ワイヤ
１５  樹脂層
１６  金属板
１８  ＯＳＰ処理膜
２０、２１、２２  パワーモジュール
２３、２７  電子部品
２４  基板
２５  チップ部品
２６  Ｃｕ配線
２８  プリント配線板
３６  パッケージ基板
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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