(57)【要約】チップ部品と配線部材を固着したはんだ層が樹脂層で包囲され、はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合材で構成された半導体装置が開示されている。チップ部品を配線部材にはんだ材により搭載し、はんだ付け部を樹脂封止してなる半導体装置を、外部配線部材に２次実装する際、はんだ材の流出やこれによる短絡、断線、チップ部品の位置ずれを防止できる。
2003021664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で包囲され、前記はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合体で構成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で封止され、前記はんだ層がマトリックス金属に前記マトリクッス金属とは異なる金属粉末を分散させた複合体で構成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で封止され、前記はんだ層がマトリックス金属に前記マトリクッス金属の融点よりも高い融点を有する金属粉末を分散させた複合体で構成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記マトリックス金属がＳｎを主成分とする金属、又はＳｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金であり、
前記金属粉末がＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇの群から選択された１種の金属、又はＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記マトリックス金属中に粒径０．０５〜６０μｍの前記金属粉末を３〜７５ｖｏｌ％添加したことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、前記樹脂層がヤング率９０Ｐａ〜５０ＧＰａ又は熱膨張率５〜９６００ｐｐｍ／℃を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記樹脂層がエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、シリコーンゲル樹脂、シリコーンゴム樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂の群から選択された少なくとも１種からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記配線部材として、セラミックス、樹脂又は半導体からなる母材に金属配線を設けた配線部材、又は金属を母材とする配線部材を用いたことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記配線部材がガラスセラミックス、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、ベリリヤの群から選択された１種のセラミックス、又はガラス布、ガラス不織布、アラミド不織布，紙の群から紙の群から選択された１種の基材にエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイド樹脂・トリアジン樹脂の群から選択された１種の樹脂材を含浸させた複合樹脂、又はポリエステル、ポリイミド、ポリイミドアミドの群から選択されたフイルム状樹脂を母材とすることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記配線部材がＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌを主成分として含む金属又は合金からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記配線部材がリードフレーム状に成形されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で封止され、前記はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合体で構成された半導体装置が、接続層を介して外部配線部材に固着されたことを特徴とする構造体。
【請求項１３】
配線パターンを有する配線部材と、前記配線部材の前記配線パターン上にはんだ層を介して固着されたチップ部品と、前記はんだ層を封止するように設けられた樹脂層と、前記配線部材に設けられた外部電極層と、前記外部電極層と導電的に固着された外部配線部材とを有し、前記はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合体で構成されたことを特徴とする構造体。
【請求項１４】
クレーム１２または１３において、前記はんだ層がマトリックス金属に前記マトリクッス金属とは異なる金属粉末を分散させた複合体で構成されたことを特徴とする構造体。
【請求項１５】
クレーム１２〜１４のいずれかにおいて、前記接続層の融点が前記はんだ層の融点よりも低いことを特徴とする構造体。
【請求項１６】
クレーム１２〜１５のいずれかにおいて、前記接続層の材料がはんだ材であることを特徴とする構造体。
【請求項１７】
クレーム１６において、前記はんだ層および前記接続層の材料がＰｂフリーはんだ材であることを特徴とする構造体。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれかにおいて、前記外部配線部材は、ガラス布又はガラス不織布にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ、紙にフェノール樹脂を含浸させた紙フェノール、紙にエポキシ樹脂を含浸させた紙エポキシ、ガラス布にポリイミドを含浸させたガラスポリイミド材からなる板材、または、ポリエステル、ポリイミド又はポリイミドアミドからなるフィルム材のいずれか一つに外部配線を形成した複合材であり、前記外部配線はＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄの群から選択された少なくとも１種からなる金属であることを特徴とする構造体。
【請求項１９】
請求項１２〜１７のいずれかにおいて、前記外部配線部材がガラス材を母材とすることを特徴とする構造体。
【請求項２０】
請求項１２〜１９のいずれかにおいて、前記マトリックス金属がＳｎからなる金属、またはＳｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金であり、前記金属粉末がＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇの群から選択された１種の金属、またはＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された少なくとも１種を含む合金からなることを特徴とする構造体。
【請求項２１】
請求項１２〜２０のいずれかにおいて、前記マトリックス金属中に粒径０．０５〜６０μｍの前記金属粉末を３〜７５ｖｏｌ％添加したことを特徴とする構造体。
【請求項２２】
チップ部品と配線部材を固着したはんだ層が封止樹脂で封止され、前記はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合材で構成された半導体装置が組み込まれたことを特徴とする電子装置。
【請求項２３】
チップ部品と配線部材を固着したはんだ層が封止樹脂で封止され、前記はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合材で構成された半導体装置を、接続層を介して外部配線部材に固着した構造体が組み込まれたことを特徴とする電子装置。
【請求項２４】
請求項１において、前記金属粉末が主成分としてのＡｇ又はＣｕとともにＳｎ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｂ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｐ，Ｐｂ，Ａｌの群から選択された１種以上の金属を含む合金で構成されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は配線部材上に搭載した回路素子（チップ部品）を樹脂封止してなる半導体装置に関する。
背景の技術
日本国特許公開公報である特開平６−６１４１７号には、アルミナからなる電気絶縁性基板の第１の主面に形成された所定の導電パターンに１つ以上の半導体素子を固着し、これを樹脂封止してなる半導体装置が開示されている。
日本国特許公開公報である特開平７−２３５５６５号には、配線基板と、この配線基板上にはんだからなるバンプを介して電気的に接続された回路部品とを有し、前記バンプ中にバンプ高さを制御するための固体微粒子が分散された電子回路装置が開示されている。ここで、バンプは１８３℃の融点を持つＰｂ−Ｓｎ系合金であり、固体微粒子はＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｇ及びこれらの合金や、ステンレス鋼ボール、Ｍｏ粉、樹脂コート金属粉である。このようなはんだ材を用いてチップ部品をはんだ付けすると、各固体微粒子の表面にＳｎとの金属間化合物が成長して結合する。このため、バンプ高さの調節が容易で、チップ部品実装時にバンプの表面張力のバランスが崩れた場合でもチップ部品の傾斜搭載を防止できる。
近年では環境保全の観点から、電子部品搭載に従来適用されてきたＰｂ−Ｓｎ系合金材を、Ｐｂフリー合金で代替えすることが望まれている。現在実用可能なＰｂフリーはんだ材はＳｎを圧倒的多量に含む合金であって、その融点は２４０℃以下である。基板上にチップ部品をはんだ材を用いて搭載し、チップ部品を樹脂封止した樹脂封止型半導体装置において、Ｐｂフリーはんだ材を適用した場合、外部配線基板等への２次実装時に半導体装置のはんだ材の再溶融により、配線の短絡、断線やチップ部品の位置ずれの問題が生じる。
前述の特開平６−６１４１７号公報に開示された発明では、１次実装用はんだ材が包囲物質で密閉された場合に特有の、はんだ層の再溶融とこれに伴う内部回路の短絡や回路機能の劣化についての考慮がなされていない。
また、前述の特開平７−２３５５６５号公報に開示された電子回路装置では、固体微粒子とその表面に成長する金属間化合物によってバンプ高さの調節やチップ部品の傾斜搭載を防止できるけれども、１次実装用はんだ材が上述の包囲物質で密閉された系において特有の上記問題の解決指針を与えていない。また、本先行技術例のはんだ母材はＰｂ−Ｓｎ系合金であり、上述したＰｂフリー化には対応できない。
発明の開示
本発明の目的は、基板上に回路素子としてのチップ部品を搭載し、搭載チップ部品を樹脂封止してなる半導体装置を外部配線基板に搭載する場合に１次実装はんだ材の流出やこれによる短絡、断線、チップ部品の位置ずれを防止できる半導体装置、該半導体装置を用いた構造体、またはこれらを用いた電子装置を提供することにある。
本発明の半導体装置は、チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で包囲され、はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合材で構成されたことを特徴とする。
また、本発明の構造体は、チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で封止され、はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合材で構成された半導体装置が、接続層を介して外部配線部材に固着されたことを特徴とする。
また、本発明の電子装置は、チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で封止され、はんだ層がマトリックス金属に金属粉末を分散させた複合材で構成された半導体装置、又は前記半導体装置が接続層を介して外部配線部材に固着された構造体が組み込まれたことを特徴とする。
ここで、電子装置としては例えば、二次電池装置、高周波電力増幅装置、電力計測装置、液晶ディスプレイ装置又はコンバータ装置等が挙げられる。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
本実施例では半導体装置１１について説明する。
図４５は本発明はんだ材の形態を説明する模式図を示す。（ａ）は第１の形態であるペースト状はんだ材５’である。ペースト状はんだ材５’は、はんだ付け熱処理を経た後にマトリックス金属となるＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金（融点：２３０〜２４０℃）からなるマトリックス金属用金属粉末（粒径：１５．６０μｍ）５Ａと、Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕを主成分とする分散用金属粉末（粒径：１５〜５０μｍ、融点：７７９℃）５Ｂと、有機物を含むフラックス剤〔重量比：ＷＷロジン（１００）−アジビン酸（１）−トリエタノールアミン（１）−アニリン塩酸塩（２）〕５Ｃを混練した組成物である。はんだ材５’中におけるフラックス剤５Ｃの添加量は約１１ｗｔ％である。また、分散用金属粉末５Ｂははんだ付け熱処理を経た後に５０ｖｏｌ％を占有するように添加量が調整されている。マトリックス金属用金属粉末５Ａもはんだ付け熱処理を経た後に５０ｖｏｌ％を占有するように添加量が調整されている。以上に説明したペースト状はんだ材５’は、印刷法、ディスペンス法等により所望接続部に供給され、空気中、窒素中、窒素に水素を添加したフォーミングガス中ではんだ付け処理される。
（ｂ）は第２の形態であるシート状又はリボン状のはんだ材５’である。シート状はんだ材５’は、あらかじめＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金（融点：２３０〜２４０℃）からなるマトリックス金属５Ａと、マトリックス金属５Ａ中に分散されたＡｇ−２８ｗｔ％Ｃｕを主成分とする分散用金属粉末（粒径：１５〜５０μｍ、融点：７７９℃）５Ｂとから構成される。マトリックス金属５Ａ及び分散用金属粉末５Ｂは、はんだ付け熱処理を経た後にそれぞれ５０ｖｏｌ％を占有するように添加量調整されている。以上に説明したシート状はんだ材５’は、被接続部材の間に介在するように供給され、水素中、窒素中、窒素に水素を添加したフォーミングガス中ではんだ付け処理される。
以上のはんだ材５’によれば、後述する本発明半導体装置で説明するように、従来のはんだ材では得られない作用、効果、利点をもたらす。
図１は本実施例の半導体装置を説明する断面模式図である。半導体装置１１は次のように構成されている。配線部材となる基板１は、多層ガラスセラミックス基板〔ガラスセラミックス（低温焼成基板とも言われる）であり、基板１の内部には内層配線層（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ）２及びスルーホール配線（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ）２Ａが設けられている。基板１の第１主面１Ａには配線パターン（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ）４が設けられ、この配線パターン４上には集積回路素子基体６Ａ（図示せず）やＦＥＴ素子基体６Ｂを含む半導体素子基体（Ｓｉ、３．５ｐｐｍ／℃）６、チップ抵抗（約７ｐｐｍ／℃）８、コンデンサ（約１１．５ｐｐｍ／℃）９からなるチップ部品がはんだ層５により導電的に固着（１次実装はんだ付け）されている。はんだ層５は、図２に示したように、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＷ粉末（粒径：１μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｗ粉末５Ｂの添加量は５０ｖｏｌ％に調整されている。また、半導体素子基体６と配線パターン４の所定部間には、Ａｕからなる金属細線７がボンディング（集積回路素子基体６Ａ：直径２７μｍ、ＦＥＴ素子基体６Ｂ：直径５０μｍ）されている。これらのチップ部品と金属細線７や、第１主面１Ａは主成分がエポキシ材である樹脂層（硬化後の物性が、熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：２４．５ＧＰａ、ガラス転移点：１５０℃、フィラ添加量：８５ｗｔ％）１０により外気から完全に遮断される如くに封止されている。多層セラミックス基板１の第１主面１Ａと反対側の第２主面１Ｂには、外部電極層（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ）３が設けられている。外部電極層３は多層セラミックス基板１の内部に設けられた内層配線層２やスルーホール配線２Ａを中継して配線パターン４と電気的に接続されている。集積回路素子基体６ＡやＦＥＴ素子基体６Ｂを含む半導体素子基体６、チップ抵抗８、コンデンサ９からなるチップ部品は配線パターン４上にはんだ層５により導電的に固着されているため、外部電極層３はこれらのチップ部品とも電気的に接続されている。ここで、内層配線層２やスルーホール配線２Ａは、多層セラミックス基板１の内部領域に埋設される如くに配置されている。また、図示せずしているけれども、配線パターン４や外部電極層３の表面にはＮｉめっき層、Ａｕめっき層が順次設けられている。また、チップ抵抗８やコンデンサ９の電極には、Ｎｉめっき層、Ｓｎめっき層が順次設けられている。以上に説明したように、いずれのチップ部品も基板１、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲され、これらのチップ部品を固着しているはんだ層５もチップ部品６、８、９、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲されている。
次に、はんだ層５について説明する。図２に、本実施例の半導体装置に適用されるはんだ層の断面模式図を示す。（ａ）ははんだ層５の模式図であり、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金（融点：２３０〜２４０℃）からなるマトリックス金属５Ａ中に、Ｗ（平均粒径：約１μｍ）からなる金属粉末５Ｂが分散された構成を有している。Ｗ金属粉末５Ｂの添加量は５０ｖｏｌ％であり、残部の５０ｖｏｌ％はマトリックス金属５Ａが占有している。（ｂ）は半導体素子基体６（６Ａ、６Ｂ）が搭載されている部分の拡大断面模式図である。半導体素子基体６は（ａ）の構成からなるはんだ層５により、基板１上の配線パターン４に導電的に固着されている。基板１、配線パターン４、半導体素子基体６（６Ａ、６Ｂ）、及びはんだ層５は、樹脂層１０によって封止されている。配線パターン４の表面にはＮｉめっき層（５μｍ、図示せず）とＡｕめっき層（１μｍ、図示せず）が順次設けられている。ここで、半導体素子基体６（６Ａ、６Ｂ）の被固着面にはＴｉ（０．１５μｍ）−Ｎｉ（０．６μｍ）−Ａｕ（０．２μｍ）積層金属層６０５が蒸着により形成されている。（ｃ）はチップ抵抗８、コンデンサ９が搭載されている部分の拡大断面模式図である。チップ抵抗８やコンデンサ９も（ａ）の構成からなるはんだ層５により、基板１上の配線パターン４に導電的に固着されている。ここで、チップ抵抗８及びコンデンサ９にはＡｇ厚膜からなる電極１０５が設けられている。図示せずしているけれどもＡｇ厚膜の表面にはＮｉめっき層（５μｍ）、Ｓｎめっき層（１μｍ）が順次設けられている。しかし、チップ部品６、８、９が固着（１次実装はんだ付け）された後は、配線パターン４上のＡｕめっき層、積層金属層６０５上のＡｕ層、電極１０５上のＳｎめっき層ははんだ層５に融合する。基板１、配線パターン４、チップ抵抗８及びコンデンサ９、はんだ層５は樹脂層１０によって封止されている。本発明において特に特徴的な点は、はんだ層５は周囲を他の固体物質によって完全に包囲されている状態にあって、マトリックス金属５Ａに金属粉末５Ｂが分散されていることである。はんだ層５がこのような構成を有することによって、半導体装置１１が後続工程でマトリックス５Ａが溶融状態になる温度に加熱（２次実装はんだ付け）された場合でもはんだ材５は実質的に流動せず、短絡、チップ部品の位置ずれ、チップ部品の放熱性劣化が回避される。これらのことが本発明において重要な点である。
また、金属粉末５Ｂはマトリックス金属５Ａにぬれやすい物質（Ａｇ−Ｃｕ合金）からなる。このことが、例えばＳｎを主成分とするマトリックス金属とＣｕ，Ｎｉ等の金属粉末とを組み合わせた場合には得られにくい利点をもたらす。この点を、図４５（ａ）のペースト状はんだ材５’を例にとって説明する。昇温に伴って融点に達したマトリックス金属粉末５Ａの溶融及び結合と同時に、フラックス剤５Ｃによる金属粉末５Ｂの表面クリーニング（特に表面酸化膜の除去）も進行し、瞬時にマトリックス金属５Ａと金属粉末５Ｂの結合（金属粉末５Ｂの表面に溶融したマトリックス金属５Ａがぬれる）が完結する。この結果、金属粉末５Ｂのフラックス剤５Ｃによる流動や系外への除去が抑制されるため、金属粉末５Ｂは溶融マトリックス金属中に留まりやすくなり、金属粉末５Ｂの充填率も高められる。本発明はんだ材５’において金属粉末５Ｂの充填率が高められるのは、金属粉末５Ｂがマトリックス金属粉末５Ａにぬれやすいことに起因する。フラックス剤５Ｃの化学的活性度が高まった段階で、マトリックス金属粉末５Ａ及び金属粉末５Ｂの表面はほぼ同時にクリーニングされ、表面酸化膜除去もほぼ同時に進行する。この結果、マトリックス金属粉末５Ａの溶融及び結合と同時に、マトリックス金属５Ａによる金属粉末５Ｂの表面へのぬれ反応も瞬時に進行する。この際、被接続部の配線パターン４や積層金属層６０５、電極１０５もフラックス剤５Ｃによりクリーニングされ、溶融マトリックス金属５Ａとの接合が良好になされる。
一方、Ｃｕ，Ｎｉ等の金属粉末を添加したペースト状はんだ材を加熱すると、昇温に伴ってフラックス剤５Ｃにおける低分子成分が揮発し、分子量の大きい有機成分が残る。同時に、融点に達したマトリックス金属粉末の溶融と粉末どうしの結合が進む。この際、フラックス剤５Ｃの化学的活性度も高まり、マトリックス金属粉末の表面がクリーニング（特に表面酸化膜の除去）がなされる。しかしながら、Ｃｕ，Ｎｉ等の単体金属からなる金属粉末の場合は表面クリーニングが進行しにくく、マトリックス金属粉末の溶融と結合が完結した段階でも、Ｃｕ，Ｎｉ粉末表面の酸化膜は完全には除去されない。この結果、Ｃｕ，Ｎｉ粉末はフラックス剤５Ｃとともに流動して系外に除去されるため、溶融マトリックス金属中に留まりにくくなる。この現象は、Ｃｕ，Ｎｉ粉末の充填量が高いほど顕著になる。
本発明はんだ材と同様の効果は、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金以外の金属粉末５Ｂを添加した場合でも享受できる。例えば、Ｓｎ−４０ｗｔ％Ｓｂ−１０ｗｔ％Ａｇ−８ｗｔ％Ｃｕ、Ａｇ−２０．４ｗｔ％Ｃｕ−１３．６ｗｔ％Ｚｒ、Ａｇ−４４ｗｔ％Ｃｕあるいは（２５〜６６ｗｔ％）Ｓｎ−（２２〜７０ｗｔ％）Ｓｂ−（４．５〜３１ｗｔ％）Ａｇ−（２．３〜１８ｗｔ％）Ｃｕの合金粉末５Ｂや、後述する表３に掲げるように主成分としてのＡｇ又は／及びＣｕとともにＳｎ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｂ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｐ，Ｐｂ，Ａｌの群から選択された１種類以上の金属を含む合金粉末５Ｂを用いることが可能である。
次に、はんだ層５がマトリックス金属のみで構成された場合の問題点について説明する。図３ははんだ層がマトリックス金属のみで構成される際の問題点を説明する断面模式図である。ここで、（ａ）、（ｂ）は主としてヤング率の高い樹脂（例えばエポキシ樹脂）１０によって封止された場合に生じやすい問題点、（ｃ）、（ｄ）は主としてヤング率が低く熱膨張率が高い樹脂（例えばゲル樹脂）１０によって封止された場合に生じやすい問題点を示す。（ａ）はチップ部品の電極間が溶融はんだの流動によって短絡する場合の状態を説明する断面模式図である。はんだ層５の再溶融による内圧Ｐの上昇（８２５ＭＰａ）によって、チップ部品８、９近傍の樹脂１０が剥離（チップ部品−封止樹脂間）し、それによって生ずる空隙に沿って溶融はんだ材５ａが流出する。この流出が進むと電極１０５間が短絡される。（ｂ）は溶融はんだの流動によって周辺の配線パターン間が短絡する場合の状態を説明する断面模式図である。はんだ層５の再溶融による内圧Ｐの上昇によってチップ部品８、９近傍の樹脂１０が剥離（基板−封止樹脂間）し、それによって生ずる空隙に沿って溶融はんだ材５ａが流出する。この流出が進むと配線パターン４間が短絡される。（ｃ）は溶融はんだの流動及び封止樹脂の熱変形によってチップ部品が浮き上がる状態を説明する断面模式図である。これはチップ部品が半導体素子基体６（６Ａ、６Ｂ）の場合に生じやすい現象で、樹脂１０の熱的変形に基づく外力により半導体素子基体６がＹ方向に浮き上がり、これに伴ってはんだ層５の周縁部が狭められる。この結果、はんだ層５は大半の領域にわたって熱伝導が阻害される状態になる。特にＦＥＴ素子基体６Ｂは発熱量が大きく、（ｃ）の現象は正常な電気的動作をする上での障害になる。（ｄ）はチップ部品が受動部品８、９である場合に生じやすい現象で、樹脂１０の熱的変形に基づく外力により部品８、９がＹ方向に浮き上がったり、Ｘ方向へ移動（位置ずれ）する。特に位置ずれが進んだ場合は、溶融はんだ材５によって配線パターン４間が短絡される。また、図示していないけれども、位置ずれが進むことによってはんだ層５が切断され、電極１０５と配線パターン４の間は電気的に遮断された状態になる。
引き続き図２に戻って説明を続ける。２次実装はんだ付け工程でマトリックス５Ａが再溶融した場合は、固相状態から液相状態に変化する過程でその体積は約１６％膨張する。一方、金属粉末５Ｂはマトリックス金属５Ａよりも融点が高いため、マトリックス金属５Ａが溶融状態になっても固相状態が維持されるから、金属粉末５Ｂが分担する体積膨張分は無視できる程度に小さい。金属粉末５Ｂがはんだ層５に占める体積率は５０ｖｏｌ％であるから、はんだ層５の実質的な膨張は約８％に抑えられる。この値は、はんだ層がマトリックス金属だけで構成される場合の１／２である。１／２の体積膨張によってはんだ層５に生ずる内圧は４１３ＭＰａ（４２ｋｇｆ／ｍｍ２）であり、はんだ層がマトリックス金属だけで構成される場合の８２５ＭＰａ（８４．１ｋｇｆ／ｍｍ２）より大幅に低減される。この結果、封止樹脂の接合界面の剥離が抑制されるため、剥離空隙に沿った溶融はんだ材の流出や、電極１０５間や配線パターン４間の短絡（図２（ａ）、（ｂ）参照）が防止される。また、仮に封止樹脂の接合界面が剥離してはんだ層５の流動が始まる場合でも、金属粉末５Ｂは微小な剥離空隙に堆積して溶融マトリックス５ａの流動を抑制する役割（目詰まり現象）を有する。
以上に説明したように、本実施例では固相状態を維持する金属粉末５Ｂの存在によって、はんだ層５が再溶融してもその実質的体積膨張を小さくし、内圧の過大な上昇、封止樹脂の剥離、溶融はんだ材の流出、短絡を抑制し、金属粉末５Ｂの目詰まり現象によって溶融はんだ材の流出、短絡を抑制することができる。
本発明では、基板１に搭載したチップ部品を封止する封止樹脂１０はヤング率の高いエポキシ材には限らない。例えばゲル樹脂（ヤング率：０．９８ＭＰａ、熱膨張率：９５０ｐｐｍ／℃、針入度：５５〜９０（１／１０ｍｍ））、シリコーン樹脂（ヤング率：１１ＧＰａ、熱膨張率：３０ｐｐｍ／℃）のようにヤング率が低く熱膨張率が高い樹脂１０で封止した場合は、１次実装はんだ材がマトリックス金属のみで構成されているとその再溶融によって搭載チップ部品の「浮き」や「位置ずれ」を生ずる。浮きは、チップ部品が所定の搭載位置から持ち上げられる（基板に対して縦方向に浮き上がる、図２（ｃ）参照）モードとして現われる。位置ずれは、所定の搭載位置から外れて基板に対して水平方向にずれる（図２（ｄ）参照）モードとして現われる。このような浮きや位置ずれは半導体装置の回路機能消失につながるため好ましくない。これは本発明者らの検討によると、１次実装はんだ材の再溶融によって固着状態から解放されたチップ部品が、樹脂の熱膨張や熱変形に伴う外力の印加によって、基板に対して水平方向や縦方向に移動させられることに起因する。
上述したようにマトリックスのみで構成されるはんだ材はその再溶融によって高い内圧を持つから、周囲環境が崩れること（封止樹脂の剥離や樹脂の変形）によって加速的に流動変形する。これに対し本実施例においては、金属粉末５Ｂはマトリックス金属５Ａが再溶融した場合にはんだ層５の実質的な流動性を低下させる（換言すると粘度を高める）作用を持つ。ここで、金属粉末５Ｂは（１）溶融マトリックス５Ａ自体の流動を遮る抵抗物質の役割、（２）液相（溶融マトリックス金属５Ａ）−固相（金属粉末５Ｂ）間の接触面積を増して両者間の接合力を高める役割（溶融マトリックス５Ａのちぎれ抑制）を有する。上記（１）、（２）の作用により、はんだ層５の実質的流動性は低下し、浮きや位置ずれが抑制される。このように、本実施例のはんだ層を適用することにより、金属粉末５Ｂによって再溶融はんだ層５の粘度を実質的に高め、外力印加に伴うチップ部品の移動を抑制するとともに、断線、浮き、位置ずれ等を抑制することができる。
本発明の半導体装置において、はんだ層５を構成するマトリックス金属５Ａは、環境保全の観点からＳｎが主体の金属又は合金であることが特に望ましい。このような目的に適合するマトリックス金属５Ａとして、Ｓｎからなる金属又はＳｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金を選択し得る。例えば、Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ％Ｃｕで代表されるような、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ、Ｓｎ−１０ｗｔ％Ｓｂ、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０．６ｗｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐで代表されるようなＳｎ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−５８ｗｔ％Ｂｉで代表されるようなＳｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕで代表されるようなＳｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−５２ｗｔ％Ｉｎで代表されるようなＳｎ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎで代表されるようなＳｎ−Ｚｎ系合金、Ｉｎ−１０ｗｔ％Ａｇで代表されるようなＩｎ−Ａｇ系合金、そしてＡｕ−２０ｗｔ％Ｓｎで代表されるようなＡｕ−Ｓｎ系合金に置き換えてもよい。また、Ｓｎ−８．５ｗｔ％Ｚｎ−１．５ｗｔ％Ｉｎ、Ｓｎ−４ｗｔ％Ａｇ−２ｗｔ％Ｚｎ−２ｗｔ％Ｂｉのように、上述のＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｉｎ−Ａｇ系、そしてＡｕ−Ｓｎ系はんだ材を任意に組み合わせた合金材を適用することも可能である。上記合金の中で更に好適な材料としてＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−１０ｗｔ％Ｓｂ、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎを挙げることができる。
しかしながら、これらの金属又は合金は圧倒的に多量のＳｎが含有されているため、これらの融点は２００℃前後とさほど高くない。また、１次実装後のはんだ層５には、チップ部品６、８、９の固着部を構成する金属や、配線パターン４の表面に設けられた金属が融合される。この融合により、１次実装後のはんだ層５は更に低い溶融温度持つようになる（これについては後述する）。したがって、Ｓｎを多量に含むはんだ層５の場合は２次実装はんだ付けに伴う再溶融、溶融はんだ材の流出や短絡、断線、浮きや位置ずれ等の問題を引き起こしやすいため、これらの防止策を与える本発明の役割はいっそう重要になる。
一方、Ｐｂフリー化の点では一歩後退するけれども、本発明ではＰｂを含むはんだ材５であってもチップ部品６、８、９の１次実装用として適用可能である。例えば、Ｐｂ−１２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ａｇ合金、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ、Ｐｂ−３．５ｗｔ％Ｓｎ−１．５ｗｔ％Ａｇ、Ｓｎ−６０ｗｔ％Ｓｎ、Ｓｎ−５０ｗｔ％Ｓｎで代表されるようなＰｂ−Ｓｎ系合金を用いることができる。これらの合金の中には、上述したＳｎを多量に含むＰｂフリーはんだ材より融点の高いものが多い。
しかしながら、１次実装後のはんだ層５にチップ部品６、８、９の固着部表面の金属や配線パターン４の表面金属が融合され、１次実装後のはんだ層５が低い溶融温度持つようになる事情は上述と同様である（これについては後述する）。したがって、Ｐｂを含むはんだ層５の場合でも、２次実装はんだ付けに伴う再溶融、溶融はんだ材の流出や短絡、断線、浮きや位置ずれの防止策を与える本発明の役割は重要である。
次に、Ｓｎを主体に含むはんだ材及びＰｂ−Ｓｎ系はんだ材が周辺材料と融合した場合の融点低下に関し、そのメカニズムを説明する。
図４はＳｎ−１０ｗｔ％Ｓｂはんだ材にＡｕが融合した場合の融点低下を説明するグラフである。（ａ）ははんだ材がＡｕを融合していない場合の吸熱特性模式図、（ｂ）はＡｕを融合している場合の吸熱特性模式図、（ｃ）は吸熱ピーク高さのＡｕ濃度依存性を示す。ここで、Ａｕは配線パターン４、あるいは半導体素子基体６における積層金属層６０５の表面に設けられたＡｕを導入源とする。はんだ材がＡｕを融合していない場合（ａ）は、昇温過程で約２４５℃にピークを持つ吸熱反応を生ずる。この反応により、はんだ材は固相から液相に変化して溶融状態となる。このピークに対応する吸熱ピーク（ΔＰ１）は大きな値を示す。Ａｕを融合した場合（ｂ）は、（ａ）における２４５℃のピークが低温側へシフトして２３５℃になるとともに、更に低温の領域で約２２１℃の深いピーク（ΔＰ２）を生ずる。この際、高温側の吸熱ピーク（ΔＰ１）は（ａ）の場合のピークΔＰ１より浅くなる。以上の傾向をまとめると（ｃ）が得られる。高温側のピーク（ΔＰ１）ははんだ中のＡｕ濃度を増すにつれ低くなるのに対し、低温側のピーク（ΔＰ２）はＡｕ濃度を増すにつれ高くなる。この傾向から、Ａｕの融合量の少ないはんだ材は高温側ピーク（ΔＰ１）に対応した反応によって固相から液相に変化するけれども、Ａｕの融合量を増すにつれ低温側ピーク（ΔＰ２）の反応が支配的になって低融点化が促進される。
図５はＰｂ−１２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ａｇはんだ材にＳｎが融合した場合の融点低下を説明するグラフである。ここで、Ｓｎはチップ部品８、９の電極１０５の表面に設けられたＳｎめっきを導入源とする。（ａ）ははんだ材がめっきＳｎを融合していない場合の吸熱特性模式図、（ｂ）はめっきＳｎを融合している場合の吸熱特性模式図、（ｃ）は吸熱ピーク高さのＳｎ濃度依存性を示す。はんだ材がめっきＳｎを融合していない場合（ａ）は、昇温過程で約２４５℃にピークを持つ吸熱反応を生ずる。この反応により、はんだ材は固相から液相に変化して溶融状態となる。このピークに対応する吸熱ピーク（ΔＰ１）は大きな値を示す。めっきＳｎを融合した場合（ｂ）は、（ａ）における２４５℃のピークが低温側へシフトして２３０℃になるとともに、更に低温の領域で約１８３℃の深いピーク（ΔＰ２）を生ずる。この際、高温側の吸熱ピーク（ΔＰ１）は（ａ）の場合のピークΔＰ１より浅くなる。以上の傾向をまとめると（ｃ）が得られる。高温側のピーク（ΔＰ１）ははんだ中のめっきＳｎ濃度を増すにつれ低くなるのに対し、低温側のピーク（ΔＰ２）はめっきＳｎ濃度を増すにつれ高くなる。この傾向から、めっきＳｎの融合量の少ないはんだ材は高温側ピーク（ΔＰ１）に対応した反応によって固相から液相に変化するけれども、めっきＳｎの融合量を増すにつれ低温側ピーク（ΔＰ２）の反応が支配的になって低融点化が促進される。
以上のように、１次実装はんだ付けで周辺材料を取り込んで低融点化し、２次実装はんだ付けの際に再溶融しやすくなる問題は、はんだ材５がＳｎを多量に含む場合やＰｂを多量に含む場合のいずれにも共通する。
本実施例のはんだ層５は、周辺材料の融合を抑制する点でも有効になる。１次実装はんだ付けにおける溶融はんだ材５への周辺材料の溶解量は、（ａ）はんだ材５におけるマトリックス金属５Ａと周辺材料間の実質的な接触面積、（ｂ）接触界面における溶融はんだ材の流動性、の要因で決定付けられる。換言すると、周辺材料の溶け込み量は接触面積が大きく流動性が高いほど多く、逆に接触面積が小さく流動性が低いほど少ない。図２で説明したように本実施例の半導体装置１１では、はんだ層５はＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金マトリックス金属５Ａ中にＷ粉末５Ｂが分散されており、Ｗ粉末５Ｂとマトリックス金属５Ａが占める体積はそれぞれ５０ｖｏｌ％である。接触界面近傍の溶融マトリックス金属５ＡはＷ粉末５Ｂにより遮られるため、周辺材料との実質的な接触面積が低下する。また、上述したように溶融マトリックス金属５Ａの流動性は低下している（粘度が高められている）。流動性低下によって、周辺材料物質を含有しないフレッシュな溶融マトリックス金属５Ａが接触界面に供給されにくくなり、周辺材料のさらなる溶解が抑制される。この結果、ＡｕやＳｎの融合量を減らすことができ、低温側ピーク（ΔＰ２）の反応による低融点化を抑制できる。この点も本発明における重要な作用の１つである。したがって、本実施例のはんだ材を適用することにより、溶融はんだ材５の周辺材料との実質的接触面積を小さくし、併せて流動性を低めることにより、周辺材料物質の溶解とそれに伴う低融点化を抑制することができる。
次に、本実施例の半導体装置１１の製造方法について説明する。図１２は本実施例の半導体装置に適用した多層ガラスセラミックス基板を説明する図である。（ａ）の断面図に示すように、ガラスセラミックス材１Ｃの素材と有機物の混合物からなる第１グリーンシート（焼成後の面積が７８．８ｍｍ×７５ｍｍそして焼成後の厚さが０．２５ｍｍになるように調整している）６３の所定部に貫通孔を形成し、この貫通孔に焼成後の組成がＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔになるように調整したペースト１８Ｂを充填するとともに、配線パターン４を形成するためのペースト層１８Ａをスクリーン印刷法により形成する。また、（ｂ）に示すように、上述と同様の第２グリーンシート６４にも所定部に貫通孔を形成し、この貫通孔に同様のペースト１８Ｂを充填するとともに、内層配線層２を形成するためのペースト層１８Ｃをスクリーン印刷法により形成する。第２グリーンシート６４の裏面には、あらかじめブレークライン（溝）１６が設けられている。このブレークライン１６は、後続工程で多層ガラスセラミック基板１を分割するとともに、半導体装置１１のサイズ（又は区画）を決定するものである。この区画は有効領域１０２個が得られるようになっている。次いで、上記第１及び２グリーンシート６３、６４を積層して１０００℃のもとで焼成し、ガラスセラミックス材１Ｃの素材とペースト１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを同時に焼結させる。この工程を経たグリーンシート６３、６４は相互に接合されるとともに、剛性の高い焼結体となる。（ｃ）の平面図に示すように、焼結後のグリーンシート６３側の表面（多層ガラスセラミックス基板１の第１主面１Ａに対応）には配線パターン４が形成される。配線パターン４は、反対側の面（多層ガラスセラミックス基板１の第２主面１Ｂに対応）に設けられたブレークライン１６で構成される区画内に収まるようにパターンニングされている。次いで（ｄ）の平面図に示すように、反対側の面（第２主面１Ｂ）に焼成後の組成がＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔになるように調整しかつ焼成後に外部電極層３となるべきペースト１８Ｄをスクリーン印刷法により形成し、８５０℃のもとで空気中で焼成する。この工程を経て多層ガラスセラミックス基板１が得られる。なお、この多層ガラスセラミックス基板１上の配線パターン４と外部電極層３には、Ｎｉめっき層（図示せず、厚さ：０．５〜４μｍ）、Ａｕめっき層（図示せず、厚さ：０．１〜２μｍ）が順次積層して形成される。Ｎｉめっき層は１次及び２次実装はんだ付けで、はんだ材５や外部配線接続層用はんだ材１２によって配線パターン４や外部電極層３が浸食されるのを防止する障壁として作用する。Ａｕめっき層ははんだ材５や外部配線接続層用はんだ材１２に対するぬれ性を付与すると同時に、金属細線７のワイヤボンディング性を付与する役割を有している。多層ガラスセラミックス基板１は、（ｅ）の断面図に示すように、複数の区画内に第１主面１Ａに設けられた配線パターン４、内層配線層２、スルーホール配線２Ａ、そして外部電極層３が設けられ、これらの所定部間は電気的に連絡されている。また、焼成後の多層ガラスセラミックス基板１は、面積が７８．８ｍｍ×７５ｍｍそして厚さが０．５ｍｍに調整されている���なお、以上の工程を経て得られた多層ガラスセラミックス基板１は、熱膨張率：６．２ｐｐｍ／℃、熱伝導率：２．５Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：２．５ＧＰａ、ヤング率：１１０ＧＰａ、誘電率：５．６（１ＭＨｚ）なる性能を有している。
多層ガラスセラミックス基板１は、別の性能〔熱膨張率：１２．２ｐｐｍ／℃、熱伝導率：２．０Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：２．０ＧＰａ、ヤング率：１１０ＧＰａ、誘電率：５．４（１ＭＨｚ））の多層ガラスセラミックス基板、あるいは、アルミナ材を母材とする多層セラミックス基板〔熱膨張率：１２．２ｐｐｍ／℃、熱伝導率：２．０Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：２．０ＧＰａ、ヤング率：１１０ＧＰａ、誘電率：５．４（１ＭＨｚ）〕で代替えすることができる。また、多層ガラスセラミックス基板や多層アルミナセラミックス基板のいずれの場合も、内層配線層２、スルーホール配線２Ａ、外部電極層３、配線パターン４はＡｇからなる導体材料、Ｃｕからなる導体材料、ＷやＭｏ等の金属粉末を分散させたＣｕからなる導体材料で代替えすることもできる。
図１３は以降の半導体装置の製作工程を示す断面図である。多層ガラスセラミックス基板１の配線パターン４上に、集積回路素子基体６ＡやＦＥＴ素子基体６Ｂを含む半導体素子基体６、チップ抵抗８やコンデンサ９（図示せず）からなるチップ部品が、組成Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂからなるマトリックス金属５ＡにＷ粉末（粒径：１μｍ、添加量：５０ｖｏｌ％）５Ｂを分散してなるはんだ層５により導電的に固着される。この工程では、はんだ付け後の組成が前述の構成になるように調整されたペースト（マトリックス金属５Ａの粉末と金属粉末５Ｂとをあらかじめフラックス剤とともに混練したペースト）を配線パターン４の所定部に印刷し、ペースト上にチップ部品６、８、９をセットし、空気中で２６５℃に加熱する手順を踏む。この工程を経て、（ａ）に示したようにチップ部品６、８、９が多層ガラスセラミックス基板１上に導電的に固着される。
ここで、はんだ層５は図２に示した構成を有している。この点については既に詳述してあるのでＷ粉末５Ｂの役割を述べるにとどめ、他の説明は省略する。Ｗ粉末５Ｂの役割は半導体装置１１が後述する２次実装はんだ付けにより配線基板１４上に搭載される過程で発揮される。その役割は、２次実装はんだ付けの際に、（１）固相状態を維持するＷ粉末５Ｂの存在によって、はんだ層５が再溶融してもその実質的な体積膨張を小さくし、内圧の過大な上昇、剥離、溶融はんだ材の流出、短絡を抑制し、Ｗ粉末５Ｂの目詰まり現象によって溶融はんだ材の流出、短絡を抑制する、（２）溶融はんだ材５の周辺材料との接触面積を実質的に小さくし、併せて流動性を低めることにより、周辺材料物質の溶解とそれに伴う低融点化を抑制することである。
マトリックス金属５ＡとしてＳｎからなる金属、又はＳｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金が選択され、金属粉末５Ｂが表２に掲げた単体金属や、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上からなる合金材が選択された場合も、はんだ層５が密閉された状態のもとで金属粉末５Ｂは上記（１）及び（２）の好ましい作用を及ぼす。
次いで、（ｂ）に示すように、半導体素子基体６と配線パターン４の所定部間には、Ａｕからなる金属細線（集積回路素子基体６Ａ：直径２７μｍ、ＦＥＴ素子基体６Ｂ：直径５０μｍ）７が２００℃のもとで熱圧着ボンディングされる。ここまでの工程を経た多層ガラスセラミックス基板１のチップ部品搭載側には、チップ部品６、８、９と金属細線７や第１主面１Ａが完全に被覆されるように、主成分がエポキシ材である樹脂層（硬化後の物性が、熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：２４．５ＧＰａ、ガラス転移点：１５０℃、フィラ添加量：８５ｗｔ％）１０が印刷され、空気中で１１０℃×１．５ｈ、１５０℃×１．５ｈの加熱処理を順次施してエポキシ材を硬化する。以上の処理によって、（ｃ）の断面構造に見られるように、樹脂層１０によりチップ部品６、８、９と金属細線７や第１主面１Ａが外気から完全に遮断される如くに封止される。次に、樹脂モールドされた多層ガラスセラミックス基板１は、曲げモーメントによる外力を印加することによりブレークライン１６に沿って分割される。この際、多層ガラスセラミックス基板１と樹脂層１０は、それぞれの破壊面が実質的に同一平面に属す形態で破断される。また、外部電極層３もこの破断により、多層ガラスセラミックス基板１と樹脂層１０の破壊面と実質的に同一平面に属す形態になる。
以上までの工程により、図１に開示した半導体装置１１が得られる。上記工程によれば、個別化分割に至るプロセスでは、多数個取りの多層ガラスセラミックス基板１単位でチップ部品搭載、ワイヤボンディング、樹脂モールドを施すことができる。このため半導体装置１１の量産性が高まり、経済的なメリットを増す。
上記の個別化分割工程では、多層ガラスセラミックス基板１、樹脂層１０、外部電極層３は、曲げモーメントによる外力を印加している。この半導体装置１１は、例えば回転ブレードを用いた切断により個別化することも可能である。
以上に説明した半導体装置１１によれば、後述する２次実装はんだ付け工程ではんだ層５の再溶融を生じても、そのマトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡を防止することができる。
本発明の半導体装置１１には、本実施例で使用した材料以外にも、以下のような材料を使用することが可能である。
厚膜材料としてはＡｇ−Ｐｔ系以外の材料、例えばＡｇ（１６２Ω・ｃｍ、９６２℃）、Ｐｔ（１０６０Ω・ｃｍ、１７７２℃）、Ｃｕ（１７２Ω・ｃｍ、１０８４℃）、Ｐｄ（１０８０Ω・ｃｍ、１５５４℃）、Ａｕ（２４０Ω・ｃｍ、１０６４℃）の群から選択された少なくとも１種の金属からなる材料に置き換えてもよい。例えば、組成：Ｃｕ（約１００ｗｔ％）材、Ａｇ−１５ｗｔ％Ｐｄ材の如き厚膜材料も好適な配線材になり得る。このような場合に、例えば外部電極層３や配線パターン４の如き配線層として形成された、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｕの群から選択された少なくとも１種の金属からなる厚膜材料の表面に、Ｎｉ層やＡｕ層をめっき法等で形成しておくことは、厚膜材料表面の品質維持、ワイヤボンディング性の確保、はんだぬれ性の確保、はんだ材による浸食防止、はんだ付け界面における金属間化合物の生成防止のために好ましいことである。
ガラスセラミックス材１Ｃとしては、例えば（１）Ａｌ２Ｏ３−２ＭｇＯ・ＳｉＯ２−（Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系〔組成：Ａｌ２Ｏ３（３５ｗｔ％）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（２５ｗｔ％）、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス（４０ｗｔ％）〕、（２）Ａｌ２Ｏ３−（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３）系〔組成：Ａｌ２Ｏ３（４０ｗｔ％）、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３ガラス（６０ｗｔ％）〕、（３）Ａｌ２Ｏ３−（ＰｂＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３）系〔組成：Ａｌ２Ｏ３（５５ｗｔ％）、ＰｂＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３ガラス（４５ｗｔ％）〕、（４）ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３系〔組成：ガラス相にＢａＡｌ２ＳｉＯ６が析出〕、（５）Ａｌ２Ｏ３−（Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系〔組成：Ａｌ２Ｏ３（５０ｗｔ％）、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス（５０ｗｔ％）〕を用いることができる。これらのガラスセラミックス材１Ｃを用いて得られる多層セラミックス基板１は、例えば、（ａ）Ｃｕ配線を施した熱膨張率：５．９ｐｐｍ／℃、熱伝導率：２．２Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．２ＧＰａ、ヤング率：１１０ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：３ｍΩ／□、（ｂ）Ｃｕ配線を施した熱膨張率：６．２ｐｐｍ／℃、熱伝導率：１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．２ＧＰａ、ヤング率：１００ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：３ｍΩ／□、（ｃ）Ｃｕ配線を施した熱膨張率：１２．２ｐｐｍ／℃、熱伝導率：２．０Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．２ＧＰａ、ヤング率：７５ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：３ｍΩ／□、（ｄ）Ａｇ又はＡｇ−Ｐｔ配線を施した熱膨張率：６．３ｐｐｍ／℃、熱伝導率：２．５Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．２５ＧＰａ、ヤング率：７５ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：３ｍΩ／□、（ｅ）Ａｇ又はＡｇ−Ｐｔ配線を施した熱膨張率：１０．４ｐｐｍ／℃、熱伝導率：４．７Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．２１ＧＰａ、ヤング率：７５ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：３ｍΩ／□のような特性を有する。
基板１の母材はガラスセラミックス材に限定されることはなく、一例としてＣｕにＷを分散させた配線を有する、熱膨張率：７．０ｐｐｍ／℃、熱伝導率：１５．２Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．４ＧＰａ、ヤング率：３００ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：４ｍΩ／□なるアルミナ基板を用いてもよい。また、基板１の母材であるガラスセラミックス材は、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、ベリリヤに置き換えることができる。この場合、ガラスセラミックス、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、ベリリヤのいずれの基板１であっても、内層配線層２やスルーホール配線２Ａを有していることを必須としない。
内層配線層２、スルーホール配線２Ａ、外部電極層３そして配線パターン４の母材は、配線抵抗が低い点、焼成又は製作が容易である点、はんだ材による浸食に耐えられる点等を考慮して選ばれる。この観点から、内層配線層２、スルーホール配線２Ａ、外部電極層３そして配線パターン４の母材は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕの群から選択された少なくとも１種の金属で構成されてもよい。この際、厚膜焼成法や物理蒸着法によって形成してもよい。特にＡｇ−０．２〜１．５ｗｔ％Ｐｔ材は配線抵抗（シート抵抗）が約３ｍΩ／□と低く、１０００℃程度におけるガラスセラミックス材との同時焼成が容易である。また、Ａｇ−０．２〜１．５ｗｔ％Ｐｔ材の場合は、例えばＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ材（融点：２２１℃）のようにＳｎを圧倒的多量に含む溶融はんだ材でチップ部品を固着した場合でも、溶融はんだ材による浸食はほとんど受けない。Ｓｎの添加量がこれより少ないはんだ材を用いる場合は、浸食による問題はほとんど回避できる。したがって本発明では、外部電極層３や配線パターン４がＡｇ−０．２〜１．５ｗｔ％Ｐｔ材で構成される場合は、表面にＮｉ層やＡｕ層をめっき形成することを必須としない。更に、内層配線層２やスルーホール配線２Ａは、半導体装置１１に要求性能に応じて、必要がなければ設ける必要はない。
樹脂層１０としては、硬化後の物性が、熱膨張率：５〜２２０ｐｐｍ／℃、ヤング率：１〜５０ＧＰａ、ガラス転移点：７５〜１６０℃を有する各種エポキシ樹脂で代替えできる。また、例えば硬化後の物性が、熱膨張率：９０〜９００ｐｐｍ／℃、ヤング率：０．８〜６．４ＭＰａを有する各種ＲＴＶ（Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｖｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）ゴム樹脂でも代替えできる。更に、前記の各種エポキシ樹脂と各種ＲＴＶゴム樹脂を混合して得られる樹脂で代替えしてもよい。
樹脂層１０としてのエポキシ材は、硬化後の物性が、例えば熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：２４．５ＧＰａ、ガラス転移点：１５０℃、フィラ添加量：８５ｗｔ％のものだけでなく、例えば硬化後の物性が、熱膨張率：１４ｐｐｍ／℃、ヤング率：８．８ＧＰａ、ガラス転移点：１３６℃、フィラ添加量：７４ｗｔ％のような、硬化後のヤング率が１〜５０ＧＰａ、熱膨張率が５〜２２０ｐｐｍ／℃の範囲のエポキシ樹脂に置き換えることが可能である。また、樹脂層１０は搭載部品を機械的に保護したり気密的に封止できれば、エポキシ樹脂組成物以外の熱硬化性又は熱可塑性の樹脂及び充填剤等を含有する樹脂組成物を使用できる。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が好ましく、この際液状や固形状のいずれも使用できる。液状エポキシ樹脂はトランスファモールド等の公知の方法で形成処理することができる。熱可塑性樹脂としてのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブトレンテレフタレート（ＰＢＴ）等は射出成形法により形成処理することができる。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ／Ｆ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等を使用できる。更に、耐熱性向上のために脂環式エポキシ樹脂を単独で使用あるいは併用することもできる。脂環式エポキシ樹脂として例えば、３、４−エポキシシクロヘキシメチル−（３、４−エポキシ）シクロヘキサンカルボキシレート、４−（１、２−エポキシプロピル）−１、２−エポキシシクロヘキサン、２−（３、４−エポキシ）シクロヘキシル−５、５−スピロ（３、４−エポキシ）シクロヘキサン−ｍ−ジオキサン等を挙げることができる。また、エポキシ樹脂の硬化剤としては、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール樹脂等を使用できる。アミン系硬化剤としては、ジエチレントリアミン、ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等を挙げることができる。酸無水物系硬化剤としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ナジック酸無水物等を挙げることができる。フェノール樹脂としては、フェノールノボラック樹脂、フェノールアルキル樹脂等を挙げることができる。また、樹脂層１０としてのエポキシ材は、ヤング率が小さく、熱膨張率が高い樹脂でも代替えできる。例えば、硬化後の物性が、熱膨張率：１４ｐｐｍ／℃、ヤング率：８．８ＧＰａ、ガラス転移点：１３６℃、フィラ添加量：７４ｗｔ％のような、硬化後の熱膨張率が５〜２２ｐｐｍ／℃の範囲のエポキシ樹脂に置き換えることが可能である。
充填剤としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭化カルシウム、ドロマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ等を使用でき、形状は破砕状、球状、繊維状のいずれであってもよい。これらの充填剤の平均粒径は０．１〜３０μｍの範囲が好ましい。この理由は、粒径が０．１μｍより小さい場合は粘度が高くなって作業性を害すこと、そして粒径が３０μｍより大きい場合は狭部への充填が困難になることによる。また、充填剤の添加量を調節することにより、樹脂層１０の硬化後の膨張率を所望の範囲に調整することができる。すなわち、充填剤添加量を増やせば熱膨張率を小さくすることができ、減らせば大きくすることができる。これら以外にも、可とう化剤、難燃剤、着色剤、表面処理剤等を必要に応じて添加することができる。
本発明において、基板１の母材はセラミックス材以外の材料でも代替えできる。例えば、ガラス布を基材としこれにエポキシを含浸させた複合樹脂材（ガラスエポキシ、物性が熱膨張率：１４ｐｐｍ／℃、ヤング率：１７０ＧＰａ）に置き換えることが可能である。また、基材として紙を用い含浸樹脂としてフェノール樹脂を用いた紙フェノール材、基材にガラス布、ガラス不織布、紙を用い含浸樹脂としてエポキシ樹脂、ポリイミド、ビスマレイド・トリアジンを用いたコンポジット材、基材としてガラス布を用い含浸樹脂としてポリイミドを用いたガラスポリイミド材を用いることも可能である。更には、ポリエステル、ポリイミド、ポリイミドアミド等のフィルムに配線パターンを形成したフレキシブルプリント基板も使用することができる。これらの基板１に設ける配線はＣｕ、Ｎｉであり、単層であっても多層であってもよい。
半導体素子基体６としてのＳｉ材はＧａＡｓ材（６．０ｐｐｍ／℃）、ＳｉＣ（３．７ｐｐｍ／℃）の如き化合物半導体材を代表とする、Ｇａ、Ａｓ、Ａｌ、Ｐ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃの群から選択された少なくとも１種を主成分として含む化合物半導体、あるいはＧｅ材（６．０ｐｐｍ／℃）に置き換えてもよい。また、Ｓｉ材を含むこれら材料を組み合わせて得られる、例えばＳｉＧｅであってもよい。
Ａｕからなる金属細線７はＡｌ又はＳｉ、Ｎｉを添加したＡｌ材に置き換えることが可能である。Ａｕ材を含めたこれらの代替材は、必要に応じて１０〜１００μｍの直径を選択できる。
外部回路の電気的な接続は、一般的には半導体装置と熱膨張率の異なる物質を母材にした回路基板（例えば、ガラスエポキシ基板）上にはんだ付けすることにより達成される。近年では環境保全の観点から、電子部品搭載に従来適用されてきたＰｂ−Ｓｎ系合金材を、Ｐｂフリー合金で代替えすることが望まれている。現在、実用可能なＰｂフリーはんだ材はＳｎを圧倒的多量に含む合金であって、その融点は２４０℃以下である。例えば、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂはんだ材（融点：２３０〜２４０℃）を用いて半導体素子を固着（１次実装はんだ付け）した上記半導体装置が、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕはんだ材（融点：２２１℃）を用いて回路基板にはんだ付け（２次実装はんだ付け）する場合は、確実に２次実装するため融点より約４０ｄｅｇ高い温度で加熱する必要がある。このような熱処理においては、２次実装用はんだ材は勿論のこと１次実装用はんだ材までも溶融することとなる。本発明者らの検討結果によれば、Ｐｂフリーはんだ材は固相状態から液相状態に変化する過程で約１６％の体積膨張を生ずる。１次実装用はんだ材は樹脂で周囲を包囲されており、この体積膨張によって８２５ＭＰａ（８４．１ｋｇｆ／ｍｍ２）と大きな内圧を生ずる。この結果、封止樹脂の接合界面（樹脂−セラミックス板間）が剥離し、これによって生じた空隙を通して溶融１次実装用はんだ材が流出し、配線パターン間を短絡する。例えばコンデンサ、抵抗体等のチップ部品が１次実装された場合は、同様の原因によってチップ部品の電極間が短絡する。このような短絡は、半導体装置は勿論のこと半導体装置を用いた電子装置の回路機能までも消失させる。
更に、チップ部品が搭載される基板が樹脂を母材とする基板である場合は、１次実装用はんだ材には高融点のはんだ材は使用できない。この理由は、樹脂基板の耐熱性はセラミックス材ほどには高くないためである。例えば、ガラスエポキシ基板の場合には２５０℃以上の温度で１次実装はんだ付けすると、基板自体の変質（変色）、変性（絶縁劣化）、変形等の品質劣化を生ずる。これを避けるためには、１次実装用はんだ材として２５０℃を越えない温度で処理できる材料を用いる必要がある。このような低融点のはんだ材で１次実装した半導体装置の場合は、後続の２次実装はんだ付けにおける１次実装はんだ材の流出や、これによる短絡、断線、チップ部品の位置ずれがいっそう加速される。
本実施例によれば、上述のような問題を解決し、基板上に回路素子としてのチップ部品を搭載し、搭載チップ部品を樹脂封止してなる半導体装置を外部配線基板に搭載する場合に１次実装はんだ材の流出やこれによる短絡、断線、チップ部品の位置ずれを防止可能な信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
（実施例２）
実施例１によって得た半導体装置１１は配線基板１４上に搭載され、図６に示した本実施例構造体１５に適用された。構造体１５は配線基板１４の一方の面に設けた厚さ２５μｍのＣｕ材からなる外部配線１３と半導体装置１１の外部電極層３とを、外部配線接続層１２を介して導電的に固着することにより得られる。この場合、外部配線接続層１２としてＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔＣｕはんだ材（融点：２２１℃）を用いて固着（作業温度：２６０℃）されている。配線基板１４はガラスエポキシ材（ガラス繊維クロスにエポキシ樹脂を含浸させた形態の複合材、熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：３５ＧＰａ）のように、半導体装置１１の中の多層セラミックス基板１とは熱膨張率を異にする材料を母材とするものである。また、配線基板１４のサイズは３０ｍｍ×７ｍｍ×０．６ｍｍである。このような構造体１５においても、内層配線層２やスルーホール配線２Ａは、多層セラミックス基板１の内部領域に埋設される如くに配置されている。
ここで、半導体装置１１に収納されているチップ部品６（６Ａ、６Ｂ）、８、９は、基板１に設けられた配線パターン４上にはんだ層５により導電的に固着（１次実装はんだ付け）されている。はんだ層５は、実施例１で説明したように、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＷ粉末（粒径：１μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｗ粉末５Ｂの添加量は５０ｖｏｌ％に調整されている。いずれのチップ部品６、８、９も基板１、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲され、これらのチップ部品を固着しているはんだ層５もチップ部品６、８、９、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲されている。
このような構造体１５においても、はんだ層５が他の固体物質によって周囲を完全に包囲されている部分にあって、マトリックス金属５Ａに金属粉末５Ｂが分散された状態にあることが重要な点である。はんだ層５がこのような構成を有することにより、半導体装置１１が外部配線接続層（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕはんだ材）１２を用いて２次実装（加熱温度：２６０？）される際、はんだ層５のマトリックス金属（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ）５Ａが溶融状態になってもＷ粉末５Ｂは溶融せず固相状態を維持できる。
実施例１において説明した利点ないし効果は、直接的には構造体１５を得る２次実装の過程で享受できる。その詳細は既述してあるので重複を避けるため、要点を示すにとどめる。
（１）固相状態を維持する金属粉末５Ｂの存在によって、はんだ層５が再溶融してもその実質的体積膨張を小さくし、内圧の過大な上昇、剥離、溶融はんだ材の流出、短絡を抑制し、金属粉末５Ｂの目詰まり現象によって溶融はんだ材の流出、短絡が抑制する。
（２）固相状態を維持する金属粉末５Ｂの存在によって再溶融はんだ層５の実質的粘度を高め、外力印加に伴うチップ部品の移動を抑制し、浮きや位置ずれを抑制する。
（３）溶融はんだ材５の周辺材料との実質的接触面積を小さくし、併せて流動性を低めることにより、周辺材料物質の溶解とそれに伴う低融点化を抑制する。
本構造体１５において、２次実装熱処理ではんだ層５の再溶融が許されるので、外部配線接続層１２としてのＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕはんだ材は他の金属又は合金材で代替えできる。例えば、Ｐｂ−１２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ａｇ、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ、Ｐｂ−３．５ｗｔ％Ｓｎ−１．５ｗｔ％Ａｇ、Ｐｂ−４０ｗｔ％Ｓｎ、Ｐｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ、Ｐｂ−８５ｗｔ％Ｓｎで代表されるようなＰｂ−Ｓｎ系合金、Ｐｂ−Ｓｎ系にＢｉ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐの群から選択された少なくとも１種を添加した合金材を用いることができる。また、環境保全の観点から、Ｓｎからなる金属、又はＳｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金を選択し得る。例えば、Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ％Ｃｕで代表されるようなＳｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ、Ｓｎ−１０ｗｔ％Ｓｂ、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０．６ｗｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐで代表されるようなＳｎ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−５８ｗｔ％Ｂｉで代表されるようなＳｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕで代表されるようなＳｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−５２ｗｔ％Ｉｎで代表されるようなＳｎ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎで代表されるようなＳｎ−Ｚｎ系合金、Ｉｎ−１０ｗｔ％Ａｇで代表されるようなＩｎ−Ａｇ系合金、そしてＡｕ−２０ｗｔ％Ｓｎで代表されるようなＡｕ−Ｓｎ系合金に置き換えてもよい。また、Ｓｎ−８．５ｗｔ％Ｚｎ−１．５ｗｔ％Ｉｎ、Ｓｎ−４ｗｔ％Ａｇ−２ｗｔ％Ｚｎ−２ｗｔ％Ｂｉのように、上述のＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｉｎ−Ａｇ系、そしてＡｕ−Ｓｎ系はんだ材を任意に組み合わせた合金材を適用することも可能である。上記合金の中で更に好適な材料として、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−１０ｗｔ％Ｓｂ、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ、Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎを挙げることができる。
配線基板１４は、物性が例えば熱膨張率：１４ｐｐｍ／℃、ヤング率：１７０ＧＰａのガラスエポキシ材に置き換えることが可能である。また、ガラスエポキシ材以外にも、基材として紙を用い含浸樹脂としてフェノール樹脂を用いた紙フェノール材、基材にガラス布、ガラス不織布、紙を用い含浸樹脂としてエポキシ樹脂を用いたコンポジット材、基材としてガラス布を用い含浸樹脂としてポリイミドを用いたガラスポリイミド材を用いることも可能である。更には、ポリエステル、ポリイミド、ポリイミドアミド等のフィルムに配線パターンを形成したフレキシブルプリント基板も使用することができる。これらの配線基板１４は単層であっても他にも有機絶縁層を設けたアルミニウム基板上に配線パターンを形成した形態の基板を使用することもできる。半導体装置１１を搭載する上述の各種基板の裏面には、更に外部回路へ接続するための配線パターンが設けられていることは好ましいことである。この際、裏面の配線パターンと半導体装置１１を搭載するための配線パターンとは、電気的に接続されている。
また、配線基板１４の一方の面に外部配線１３を設けているが、この外部配線１３はスルーホール配線を経由して反対の主面側へ電気的に連絡することが可能である。また、更に高密度の配線を施す場合には、配線基板１４内に１層以上の内層配線層を設けることも可能である。
表１は本発明構造体の不良発生率を説明する表である。半導体装置１１におけるはんだ層５はＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金マトリックス金属５Ａ中にＷ粉末５Ｂを５０ｖｏｌ％分散させたものである。また、金属粉末を添加しないＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金を適用した同一構造の半導体装置を用いて得た構造体と比較している。本発明構造体１５の不良発生率は０．０００１５％で、比較用構造体の３．４５％に比べて１／２３０００に低減されている。不良モードは両構造体とも短絡による回路機能の消失であるけれども、本発明構造体１５の場合はＷ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果が明確に表れている。
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表１は各種金属粉末添加のはんだ材を用いてチップ部品搭載した構造体の回路機能消失に基づく不良発生率を示す。ここで言う回路機能消失は、はんだ材５が再溶融・流出して短絡することによる。いずれの金属粉末５Ｂを添加した場合も、短絡による回路機能消失不良は０．０１３％以下であり、比較用構造体（表１）の３．４５％より圧倒的に低い値を示している。また、金属粉末５Ｂの密度はＳｉの２．３３ｇ／ｃｍ３からＰｔの２１．４５ｇ／ｃｍ３まで変わっているけれども、不良発生率との明確な相関（不良率の金属粉末密度依存性）は見られない。この点から、はんだ材５用の金属粉末５Ｂとして表２に掲げた全ての金属が適用可能である。上記金属粉末５Ｂの中で、コスト、粉末製造上の容易性、マトリックス金属５Ａとの接合性の観点から、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｐｔが更に好ましい。
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また、表３は各種代替粉末を適用した構造体の回路機能消失に基づく不良発生率を示す。いずれの粉末５Ｂを用いた場合でも、不良発生率は０．０１８％以下と優れている。代替粉末５Ｂは、２次実装段階においてマトリックス金属５Ａの再溶融を生じても、はんだ材５が流出及び短絡しない観点から選択される。また、１次実装段階において、融点に達したマトリックス金属粉末５Ａの溶融及び結合と同時に、フラックス剤５Ｃによる金属粉末５Ｂの表面クリーニング（特に表面酸化膜の除去）も進行し、瞬時にマトリックス金属５Ａと金属粉末５Ｂの結合（金属粉末５Ｂの表面に溶融したマトリックス金属５Ａがぬれる）が完結する点も考慮して選択される。また、本発明においては、金属粉末５Ｂは表２に掲げた合金粉末に限られない。主成分としてのＡｇ又は／及びＣｕとともにＳｎ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｂ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｐ，Ｐｂ，Ａｌの群から選択された１種類以上の金属を含む合金材であっても適用可能である。
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本発明において、はんだ材５に添加できる金属粉末５Ｂは、表２に掲げた単体金属粉末に限られない。Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質からなる合金材であっても、それが粉末である限り適用可能である。例えば、Ｆｅ−５０ｗｔ％Ｎｉ、Ｆｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ、Ｆｅ−２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ、Ｆｅ−３０ｗｔ％Ｎｉ−１３ｗｔ％Ｃｏ−０．３ｗｔ％Ｓｉ−０．８ｗｔ％Ｍｎ−０．０２ｗｔ％Ｃ−０．３ｗｔ％Ｂｅ、Ｆｅ−０．３ｗｔ％Ｃ−０．５ｗｔ％Ｍｎ−０．２ｗｔ％Ｓｉ−０．８７ｗｔ％Ｃｒ−０．２ｗｔ％Ｍｏ、Ｆｅ−０．５３ｗｔ％Ｃ−０．３ｗｔ％Ｍｎ−１．０ｗｔ％Ｃｒ−０．１７ｗｔ％Ｖ、Ｆｅ−１８ｗｔ％Ｎｉ−８ｗｔ％Ｃｒ、Ｃｕ−６７ｗｔ％Ａｌ、Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ、Ａｌ−１．５ｗｔ％Ｂｅ、Ａｌ−７．６ｗｔ％Ｃａ、Ａｌ−１０ｗｔ％Ｃｅ、Ａｌ−１０ｗｔ％Ｃｏ、Ａｌ−１０ｗｔ％Ｃｒ、Ａｌ−１．８ｗｔ％Ｆｅ、Ａｌ−５３ｗｔ％Ｇｅ、Ａｌ−１５ｗｔ％Ｍｎ、Ａｌ−３ｗｔ％Ｍｏ、Ａｌ−５．７ｗｔ％Ｎｉ、Ａｌ−２２ｗｔ％Ｐｄ、Ａｌ−３０ｗｔ％Ｓｂ、Ａｌ−１１．７ｗｔ％Ｓｉ、Ａｌ−３ｗｔ％Ｔｅ、Ａｌ−２．５ｗｔ％Ｔｉ、Ａｌ−３．３ｗｔ％Ｖ、Ａｌ−３ｗｔ％Ｗ、Ａｌ−５ｗｔ％Ｚｒ、Ｆｅ−３．８ｗｔ％Ｂ、Ｎｉ−４ｗｔ％Ｂ、Ｆｅ−１．２ｗｔ％Ｃ、Ｃｕ−３ｗｔ％Ｃｏ、Ｇｅ−２７ｗｔ％Ｃｏ、Ｃｏ−１０ｗｔ％Ｍｎ、Ｃｏ−８ｗｔ％Ｍｏ、Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｏ、Ｚｎ−５ｗｔ％Ｃｏ、Ｆｅ−５０ｗｔ％Ｃｕ、Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｇｅ、Ｃｕ−５０ｗｔ％Ｎｉ、Ｃｕ−３１ｗｔ％Ｓｂ、Ｃｕ−１５ｗｔ％Ｓｉ、Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｓｎ、Ｃｕ−８ｗｔ％Ｔｉ、Ｃｕ−３１ｗｔ％Ｚｎ、Ｃｕ−１１ｗｔ％Ｚｒ、Ｆｅ−３５ｗｔ％Ｇｅ、Ｆｅ−１１ｗｔ％Ｍｎ、Ｆｅ−１５ｗｔ％Ｍｏ、Ｆｅ−６ｗｔ％Ｐ、Ｆｅ−２０ｗｔ％Ｓｂ、Ｆｅ−１９ｗｔ％Ｓｉ、Ｆｅ−１８ｗｔ％Ｔａ、Ｆｅ−８ｗｔ％Ｔｉ、Ｎｉ−２５ｗｔ％Ｇａ、Ｍｎ−３ｗｔ％Ｍｏ、Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｍｎ、Ｎｉ−２５ｗｔ％Ｍｏ、Ｓｉ−１３ｗｔ％Ｍｏ、Ｍｏ−５ｗｔ％Ｔｉ、Ｍｏ−１０ｗｔ％Ｗ、Ｎｉ−１１ｗｔ％Ｐ、Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｐｄ、Ｎｉ−３６ｗｔ％Ｓｂ、Ｎｉ−１１．５ｗｔ％Ｓｉ、Ｎｉ−３２．５ｗｔ％Ｓｎ、Ｎｉ−２２ｗｔ％Ｚｎ、Ｓｂ−９．８ｗｔ％Ｐｄの如き合金材は、金属粉末５Ｂ用として特に好ましい材料である。
図７は２次実装後の短絡不良率に及ぼすＷ粉末粒径の影響を説明するグラフである。Ｗ粉末５Ｂの粒径が０．０５〜１０μｍの範囲では、短絡不良率は０％又はそれに限りなく近い。したがって、粒径は０．０５〜１０μｍの範囲を選択することがより好ましい。また、本発明の半導体装置や構造体は後述する電子装置とともに量産品として取り扱われる。この場合、製品を安定的に生産する観点からは、各製品の不良率は０．１％（約−３σの水準）であることが望ましい。したがって本発明では、０．１％までの短絡不良率は許される範囲である。このような観点から、好ましい範囲として選択されるＷ粉末５Ｂの粒径は０．０５〜６０μｍである。なお、金属粉末５Ｂが表２に掲げた単体金属からなる場合や、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質からなる合金材の場合であっても、好ましい粒径範囲が０．０５〜６０μｍで、より好ましい粒径範囲が０．０５〜１０μｍである点は同じである。なお、はんだ材５における金属粉末５Ｂの充填率を高める観点からは、０．０５〜６０μｍの範囲で種々の粒径の金属粉末５Ｂを組み合わせて添加することが望ましい。
図８は２次実装後の短絡不良率に及ぼすＷ粉末添加量の影響を説明するグラフである。Ｗ粉末が無添加の場合は短絡不良率は３．５％と高く、許される不良率（０．１％、約−３σの水準）を越えている。また、Ｗ粉末添加量が３ｖｏｌ％未満でも、高い短絡不良率を示している。これは、Ｗ粉末５Ｂの量が少なく下記の点を満たし得ないことによる。
（１）マトリックス金属５Ａの再溶融による体積膨張を効率よく抑えること
（２）再溶融はんだ材５の実質的粘度を十分に高めること
（３）溶融はんだ材５と周辺材料との実質的接触面積を十分小さくする
一方、Ｗ粉末添加量が３ｖｏｌ％以上の範囲では０％と許容される不良率を下回っている。これは、上記（１）〜（３）の点を満たすのに十分な量のＷ粉末５Ｂが添加されていることに基づく。これより、短絡不良を防止する観点からＷ粉末添加量は３〜８５ｖｏｌ％の範囲が選択される。以上の傾向は、既述した全てのマトリックス金属５Ａ及び金属粉末５Ｂの場合にも共通する。
しかしながら、Ｗ粉末５Ｂの添加量は半導体装置１１や構造体１５の信頼性の観点からも考慮されねばならない。図９は本発明構造体の断線不良率に及ぼすＷ粉末添加量の影響を説明するグラフである。ここで言う断線不良は半導体装置１１内部のはんだ層５のクラック破壊による断線のことであり、温度サイクル試験は−２０〜１１０℃で１０００回実施している。Ｗ粉末５Ｂの添加量が０〜７５ｖｏｌ％の範囲では、断線不良率は０％又はそれに限りなく近く優れた結果が得られている。しかし、７５ｖｏｌ％を越えると不良率を増している。クラック破壊はＷ粉末５Ｂの添加量が多くなるにつれ、温度変化に基づく過大な歪がはんだ層５におけるマトリックス金属５Ａに集中して作用するため生ずる。Ｗ粉末５Ｂの添加量が適切な範囲では歪を分担するマトリックス金属５Ａの領域が拡がり、過大応力の集中が避けられるためはんだ層５のクラック破壊が抑制される。これより、クラック破壊による断線を防止する観点からは、Ｗ粉末添加量は０〜７５ｖｏｌ％の範囲が選択される。以上の傾向は、既述した全てのマトリックス金属５Ａ及び金属粉末５Ｂの場合にも共通する。
以上に説明したように、短絡と断線を防止する観点から、Ｗ粉末５Ｂの適正な添加量として３〜７５ｖｏｌ％が選択される。この適正添加量は、マトリックス金属５ＡがＳｎからなる金属又はＰｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金である場合、金属粉末５Ｂが表２に掲げた単体金属からなる場合やＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質で構成される合金材の場合であっても共通する。チップ部品を搭載する以前には、マトリックス金属５Ａと金属粉末５Ｂはペースト状態であることが好ましい。金属粉末５Ｂが均一に分散されたペーストを作製する観点からは、金属粉末５Ｂの添加量は５〜３０ｖｏｌ％であることが好ましい。更に、部品搭載後においては金属粉末５Ｂはマトリックス金属５Ａと冶金的に接合した状態であることが望ましい。この観点から、更に好ましい金属粉末５Ｂの添加量として５〜２０ｖｏｌ％が選択される。
上述したように、本実施例の構造体１５は作業温度：２６０℃のもとで半導体装置１１が配線基板１４上に搭載（２次実装はんだ付け）されたものである。この熱処理による半導体装置１１の不良発生率は表１に示したように０．０００１５％であり、比較用構造体（はんだ層としてＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金を適用、金属粉末無添加）の３．４５％に比べて１／２３０００に低減されている。不良モードは両構造体とも短絡による回路機能の消失であるけれども、本発明構造体１５の場合はＷ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果が明確に表れている。回路機能の消失（はんだ材５の流出）が防止されたのは、２次実装熱処理のもとでも固相状態を維持するＷ粉末５Ｂが、再溶融はんだ材５の体積膨張を実質的に小さく抑え、内圧の過大な上昇、剥離、溶融はんだ材の流出、短絡を抑制するとともに、Ｗ粉末５Ｂの目詰まり現象によって溶融はんだ材の流出、短絡が抑制されることによる。また、固相状態を維持するＷ粉末５Ｂによって再溶融はんだ材５の実質的粘度を高め、流出や短絡を抑制することも寄与している。更に、１次実装の際にＷ粉末５Ｂが溶融はんだ材５（特に溶融マトリックス金属５Ａ）と、配線パターン４上のＡｕめっき層、チップ部品８、９の電極１０５上のＳｎめっき層、半導体チップ６の積層金属層６０５上のＡｕ層の間の接触面積を狭め、ＡｕやＳｎのはんだ層５への融合を抑えた点も寄与している。
本実施例で用いたＷ粉末５Ｂの粒径は１μｍであるけれども、これ以外の粒径であっても本発明の目的は達成される。図７に示したように粒径が０．０５〜６０μｍの範囲では、短絡不良率は０％又はそれに限りなく近い。また、より小型のチップ部品の場合は、粒径の小さい方が位置ずれを伴わずに搭載できる。このような観点から、粒径は０．０５〜１０μｍの範囲を選択することがより好ましい。また、半導体装置１１や構造体１５は後述する電子装置とともに量産品として取り扱われる。この場合、製品を安定的に生産する観点からは、各製品の不良率は０．１％（約−３σの水準）であることが望ましい。したがって本発明では、０．１％までの短絡不良率は許される範囲である。このような観点から、好ましい範囲として選択されるＷ粉末５Ｂの粒径は０．０５〜６０μｍである。なお、金属粉末５Ｂが表２に掲げた単体金属からなる場合や、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質からなる合金材の場合であっても、好ましい粒径範囲が０．０５〜６０μｍで、より好ましい粒径範囲が０．０５〜１０μｍである点は同じである。なお、はんだ材５における金属粉末５Ｂの充填率を高める観点からは、０．０５〜６０μｍの範囲で種々の粒径の金属粉末５を組み合わせて添加することが望ましい。
金属粉末５Ｂの形状は真球状であっても、不定形な球状あるいは角形、棒状であってもよい。
本実施例で用いたＷ粉末５Ｂの添加量は５０ｖｏｌ％であるけれども、これ以外の添加量であっても本発明の目的は達成される。図８に示したようにＷ粉末の添加量が少ない領域では短絡不良率は高く、許される不良率（０．１％、約−３σの水準）を越えている。これは、Ｗ粉末５Ｂの量が少なく、（１）マトリックス金属５Ａの再溶融による体積膨張を効率よく抑えること、（２）再溶融はんだ材５の実質的粘度を十分に高めること、（３）溶融はんだ材５と周辺材料との実質的接触面積を十分小さくすることの点で十分な機能を発揮できないことによる。
一方、Ｗ粉末添加量３〜８５ｖｏｌ％の範囲では０％と許容される不良率を下回っている。これは、上記（１）〜（３）の機能を果たすのに十分な量のＷ粉末５Ｂが添加されていることに基づく。これより、短絡不良を防止する観点からＷ粉末添加量は１５〜８５ｖｏｌ％の範囲が選択される。以上の傾向は、既述した全てのマトリックス金属５Ａ及び金属粉末５Ｂの場合にも共通する。
一方、Ｗ粉末５Ｂの添加量は半導体装置１１や構造体１５の信頼性の観点からも考慮されねばならない。図９に示したように、構造体１５の断線不良率（半導体装置１１内部におけるはんだ層５のクラック破壊による断線、温度サイクル試験：−２０〜１１０℃、１０００回）はＷ粉末５Ｂ添加量が０〜７５ｖｏｌ％の範囲では０％又はそれに限りなく近く優れた結果が得られている。しかし、７５ｖｏｌ％を越えると不良率を増している。クラック破壊はＷ粉末５Ｂの添加量が多くなるにつれ、温度変化に基づく過大な歪がはんだ層５におけるマトリックス金属５Ａに集中して作用するため生ずる。Ｗ粉末５Ｂの添加量が適切な範囲では歪を分担するマトリックス金属５Ａの領域が拡がり、過大応力の集中が避けられるためはんだ層５のクラック破壊が抑制される。これより、クラック破壊による断線を防止する観点からは、Ｗ粉末添加量は０〜７５ｖｏｌ％の範囲が選択される。以上の傾向は、既述した全てのマトリックス金属５Ａ及び金属粉末５Ｂの場合にも共通する。
以上に説明したように、短絡と断線を防止する観点から、Ｗ粉末５Ｂの適正な添加量として３〜７５ｖｏｌ％が選択される。この適正添加量は、マトリックス金属５ＡがＳｎからなる金属又はＰｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金である場合、金属粉末５Ｂが表２に掲げた単体金属からなる場合やＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質で構成される合金材の場合であっても共通する。
図１４は高温高湿雰囲気にさらした半導体装置を適用して得た構造体の短絡不良率を説明するグラフである。ここで、試料Ａは半導体装置１１を高温高湿雰囲気（８５℃、８５％ＲＨ）に５００時間さらした後、２６０℃の２次実装はんだ付けをして得た構造体１５、試料Ｂは半導体装置１１を高温高湿雰囲気さらさずに上記２次実装をして得た構造体１５で、いずれも本実施例の構造体１５である。試料Ｃは金属粉末を添加しないはんだ材で１次実装した半導体装置１１を、高温高湿雰囲気さらさずに２次実装して得た比較例構造体である。試料Ａの短絡不良率は０．０００３７％で試料Ｂ（０．０００１５％）とほぼ同等であり、試料Ｃ（３．４５％）より圧倒的に優れた歩留りを示している。半導体装置１１が高温高湿雰囲気さらされた場合は、水分が樹脂層１０を通して内部に侵入する。この水分はチップ部品６、８、９、配線パターン４、基板１と樹脂層１０の接触界面の接合力を低下させ、２次実装はんだ付けに伴うはんだ材５の再溶融と体積膨張によって界面剥離を生じやすくなる。しかし、試料Ａの結果はこのような界面剥離を生じやすい状態のもとでも、はんだ材５の流出や短絡を生じていない。この点もＷ粉末５Ｂの添加による効果である。
本実施例構造体１５は比較例構造体とともに、−２０〜１１０℃の温度サイクル試験に投入した。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例の構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。一方、比較例構造体も２０００回までの試験で回路機能を消失することはなかった。これらの試験結果は、はんだ層５に金属粉末５Ｂが添加されている場合であっても、はんだ層５の接続信頼性は金属粉末を添加しない場合と遜色ないことを示唆する。
（実施例３）
実施例２で得た構造体１５は、図１０に示す電子装置１００としてのリチウムイオン二次電池に適用された。電子装置（二次電池、外形サイズ：６０ｍｍ×３０ｍｍ×８ｍｍ）１００は次の構成を有している。ステンレス鋼からなる有底角柱形の金属ケース（サイズ：５５ｍｍ×２９ｍｍ×７ｍｍ）２０の中に正極活物質、負極活物質、正極集電体、負極集電体、セパレータ、有機電解液等の二次電池要素が収納されている。この電池では、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２、負極活物質としてグラファイト構造を有するカーボンが用いられている。正極活物質がＡｌからなる正極集電体に保持され、負極活物質がＣｕからなる負極集電体に保持されている。正極活物質と負極活物質の間にはセパレータが配置され、有機電解液が充填されている。二次電池の負電極となる金属ケース２０の開口部には、断面が凹状の金属蓋２１がはめ合わされている。金属蓋２１の中央部にはガラス材からなる絶縁層２２を介して正電極２３が設けられる。また、金属蓋２１の所定部の孔に安全弁２４が取り付けられている。金属蓋２１と金属ケース２０で構成される空間には、ポリイミドからなり、Ｃｕ配線（図示せず）が施されたフレキシブルプリント基板２５と、半導体装置１１が配線基板１４に搭載された構造体１５が装着されている。半導体装置１１には後述するように、過放電、過充電、過電流を防止し、二次電池要素の過熱を防止するための保護回路が構成されている。
二次電池の過充電や過放電を抑制する理由は以下の通りである。例えば、リチウムイオン二次電池を所定の電池電圧以上に過放電すると、負極上でのリチウム金属の析出、正極活物質の分解、有機電解液の分解等を生じ、正負極の短絡、電池性能劣化等の原因となる。このため、二次電池の過充電は避けなければならない。逆に、リチウムイオン電池を所定の電池電圧以下に過放電すると、負極集電体の金属がイオン化して有機電解液中に溶出し、集電機能の劣化及び負極活物質の脱落を生じて容量低下を引き起こす。この点が過放電を抑制しなければならない理由である。
フレキシブルプリント基板２５には正極外部端子３５、負極外部端子３６及び接地端子３７が設けられている。正極外部端子３５は接続部３０、３１、構造体１５及びフレキシブルプリント基板２５上の配線（図示せず）を介して金属ケース２０とそれぞれ結ばれている。フレキシブルプリント基板２５及び構造体１５の配線基板１４には、安全弁２４に対応する位置に孔３４、３８がそれぞれ形成されている。フレキシブルプリント基板２５の上には外部端子３５、３６、３７に対応する位置に孔２６を設けた絶縁板２７が配置されている。また、金属ケース２０の底面側にも絶縁板２８が配置されている。絶縁板２７、金属ケース２０及び絶縁板２８の外側面は熱収縮チューブ２９で被覆されている。正極外部端子３５及び負極外部端子３６の間には充電器又は電子機器（例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ等に給電）が接続されて実用に供される。
本実施例の電子装置１００を得るに当たって重要な点は、半導体装置１１が配線基板１４に搭載される２次実装はんだ付けにおいて、再溶融はんだ材５の流出やそれに伴う短絡が回避され、この結果得られた構造体１５が装着される点である。
上記構成の本実施例電子装置（リチウムイオン二次電池）１００は、図１１に示した半導体装置１１の回路を内蔵している。半導体装置１１には集積回路素子６Ａ、ＦＥＴ素子６Ｂ、チップ抵抗８Ａ、８Ｂ、チップコンデンサ９が搭載されている。二次電池要素を収納している金属ケース（負電極を兼ねる）２０と負極外部端子３６との間に、過放電防止用ＦＥＴ素子６１と過電圧防止用ＦＥＴ素子６２からなるＦＥＴ素子６Ｂが接続されている。集積回路素子６Ａは正電極２３と金属ケース２０の間に過電圧が印加されると、ＦＥＴ素子６２をオフにする。これにより過充電が防止される。また、集積回路素子６Ａは過放電により正電極２３と金属ケース２０の間の電圧が所定電圧より低下すると、ＦＥＴ素子６１をオフにする。これにより過電流が防止される。
従来、リチウムイオン二次電等の二次電池に搭載されている保護回路の素子には、ディスクリート型の素子が用いられていたため、保護回路のコンパクト化には限界があった。本発明の電子装置の一例であるリチウムイオン二次電には、保護回路として、配線基板に回路素子としてのチップ部品を搭載し、搭載チップ部品を樹脂封止してなる半導体装置を用いている。このため、同サイズのリチウムイオン二次電において、従来の金属ケース２０のサイズは５０ｍｍ×２９ｍｍ×７ｍｍであったのに対して、本実施例の金属ケース２０のサイズは５５ｍｍ×２９ｍｍ×７ｍｍとなった。したがって、二次電池内の保護回路の占有容積が小さくなり、電池要素の占有容量を増すことができた。これにより、二次電池の高容量化を達成でき、リチウムイオン二次電の稼働可能時間が１．１倍になった。
電子装置１００は、多層セラミックス基板１上に回路素子としてのチップ部品６、８、９を搭載し、搭載チップ部品を樹脂層１０により封止してなる、小型、軽量、薄型、かつ量産や表面実装に適した半導体装置１１と、半導体装置１１を外部配線基板１４上に２次実装する際のはんだ材流出や短絡が防止された構造体１５が収納されている。これによって、電子装置１００の高信頼化、高性能化、高容積効率化、高密度実装化が可能になる。
本実施例電子装置１００としてのリチウムイオン二次電池は、超小型パッケージに高精度電圧検出回路と遅延回路を内蔵し、外付け部品もないため、携帯電話用電池パックに適する。この特徴あるいは利点は以下の通りである。
（１）高精度電圧検出回路内蔵
・過充電検出電圧：３．９〜４．４Ｖ±２５ｍＶ
・過充電解除電圧：３．８〜４．４Ｖ±５０ｍＶ
・過放電検出電圧：２．０〜３．０Ｖ±８０ｍＶ
・過放電解除電圧：２．０〜３．４Ｖ±１００ｍＶ
・過電流Ａ検出電圧：０．０５〜０．３Ｖ±３０ｍＶ
・過電流Ｂ検出電圧：０．５Ｖ±１００ｍＶ
（２）充電器接続端子に高耐圧デバイスを適用（最大定格電圧２６Ｖ）
（３）各種検出遅延時間
・過充電：１ｓ
・過放電：１２５ｍｓ  ・過電流Ａ：８ｍｓ
・過電流Ｂ：２ｍｓ
・上記検出機能は内蔵回路で付与（外付けコンデンサは不要）
・部品点数削減による小型、計量化
（４）３段階の過電流検出回路内蔵
・過電流Ａ、過電流Ｂ、負荷短絡
・負荷のソフトショートに対する安全性が向上
（５）０Ｖ電池への充電機能有無を選択可能
（６）充電器接続検出機能と異常充電電流検出機能を内蔵
・過大充電器電圧（２４Ｖ）の印加に対する安全性を確保
（７）低消費電流
・動作時：３．０μＡ
・パワーダウン時：０．１μＡ
（８）動作温度幅が広い
・−４０〜８５℃
電子機器の一例としては、自動車電話機携帯用無線電話装置、携帯用パーソナルコンピューター、携帯用ビデオカメラ等が挙げられる。これらの電子機器に、本発明の半導体装置１１又は構造体１５を搭載した電子装置１００においても、小型化、高信頼化、高性能化等の効果が得られる。
（実施例４）
本実施例では、多層セラミックス基板１としてＣｕにＷを分散させた内層配線層２、スルーホール配線２Ａ、外部電極層３、配線パターン配線４を有する熱膨張率：７．０ｐｐｍ／℃、熱伝導率：１５．２Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．４ＧＰａ、ヤング率：３００ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：４ｍΩ／□なる特性のアルミナ基板を用いた半導体装置１１を作製した。この際、チップ部品６、８、９を１次実装はんだ付け（２４０℃）するためのはんだ材５として、Ｐｂ−５０ｗｔ％Ｓｎ合金からなるマトリックス金属５ＡにＡｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金からなる金属粉末（粒径：０．５〜１０μｍ、添加量：３０ｖｏｌ％）５Ｂを分散させた複合材を用いた。多層セラミックス基板１とはんだ材５以外の部材構成及び２次実装はんだ付けを含む製作プロセスは、実施例１と同様である。以上の構成による半導体装置は、実施例１と同様の性能、利点、効果を示した。
この半導体装置１１は配線基板１４の上に２次実装はんだ付けされて構造体１５に収納され、この構造体１５は電子装置１００としてのリチウムイオン二次電池に適用された。これらの場合も、多層セラミックス基板１とはんだ材５以外の部材構成は実施例２、３と同様である。この結果、前記実施例２、３と同様に優れた性能が得られた。特に、構造体１５の短絡不良率は０．０００２２％と低く、量産製品用電子部品として優れた歩留りを示した。これは、はんだ材５に添加されたＡｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金粉末５Ｂが、マトリックス金属５Ａの体積膨張及び流出を抑制する上で有効に作用したことによる。また、本実施例の構造体１５は、−２０〜１１０℃の温度サイクル試験に投入した結果、構造体１５は２５００回までの試験で半導体装置１１の回路機能消失による不具合を示すことはなかった。はんだ材５に添加されたＡｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金粉末５Ｂはマトリックス金属５Ａに対するぬれ性に優れるため、Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ合金粉末５Ｂとマトリックス金属５Ａの接合が良好になされている。この点が優れた接続信頼性を示した主因である。
また、リチウムイオン二次電池１００に収納される保護回路の占有容積が実施例３と同様に低減された。この結果、従来の金属ケース２０のサイズが５０ｍｍ×２９ｍｍ×７ｍｍであったのに対して、本実施例の金属ケース２０のサイズを５５ｍｍ×２９ｍｍ×７ｍｍに増すことができた。したがって、電池要素の占有容量を高められたことにより、二次電池の高容量化を達成でき、リチウムイオン二次電の稼働可能時間を１．１倍に増大させることができた。
（実施例５）
実施例４で得た半導体装置１１を直接フレキシブルプリント基板２５に搭載して電子装置１００としてのリチウムイオン二次電池を得た。この場合も、外部配線基板１４を用いててないことを除いては、実施例４と同様の部材構成を有している。この結果、従来の金属ケース２０のサイズが５０ｍｍ×２９ｍｍ×７ｍｍであったのに対して、本実施例の金属ケース２０のサイズを５５ｍｍ×２９ｍｍ×７ｍｍに増すことができた。したがって、電池要素の占有容量を高められたことにより、二次電池の高容量化を達成でき、リチウムイオン二次電の稼働可能時間を１．１倍に増大させることができた。
（実施例６）
本実施例では、電力乗算回路を構成した半導体装置１１を得た。図１５は本実施例の半導体装置としての電力乗算回路装置の回路ブロック図を示す。半導体装置１１はホール効果素子７０、電圧変換回路７５、電圧−電流変換回路７６から構成されている。これらの回路を構成するチップ部品は、ＣｕにＷを分散させた配線を有する熱膨張率：７．０ｐｐｍ／℃、熱伝導率：１５．２Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．４ＧＰａ、ヤング率：３００ＧＰａ、配線抵抗（シート抵抗）：４ｍΩ／□なるアルミナからなる多層セラミックス基板１の上に、実施例１と同様に１次実装はんだ付け搭載された。このはんだ付けでは、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金からなるマトリックス金属５Ａに、Ｆｅ−３６ｗｔ％Ｎｉ合金からなる合金粉末（粒径：０．５〜５５μｍ、添加量：４０ｖｏｌ％）５Ｂを分散したはんだ材５を用いた。以下、実施例１と同様のワイヤボンディング、樹脂モールド、個別化分割工程を経た。半導体装置１１のサイズは１５ｍｍ×１０ｍｍ×１．２ｍｍと小型化されている。
上述により得た半導体装置１１は、Ｃｕ配線層１３を設けたポリイミドシート１４の上に、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金からなる外部配線接続層１２により固着（２次実装はんだ付け：２６０℃）された。このようにして得られた構造体１５は、高温高湿雰囲気（８５℃、８５％ＲＨ）に５００時間さらした後、２次実装はんだ付けをしている。この構造体１５の短絡不良率は０．０００４４％で優れた歩留りを示した。この結果は、水分が樹脂層１０を通して内部に侵入した状態にあっても、チップ部品、配線パターン４、基板１と樹脂層１０の接触界面の接合力を低下させることなく、２次実装はんだ付けに伴うはんだ材５の再溶融と体積膨張によっても界面剥離せず、はんだ材５の流出や短絡を生じていないことを示唆する。これはＦｅ−３６ｗｔ％Ｎｉ合金粉末５Ｂの添加による効果である。
本実施例の構造体１５を、−４０〜１２５℃の温度サイクル試験に投入した。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。これらの試験結果は、はんだ層５にＦｅ−３６ｗｔ％Ｎｉ合金粉末５Ｂが添加されている場合であっても優れた接続信頼性を維持できることを示唆する。
図１６は磁界発生部の構成図を示す。磁界発生部は磁性体のコア８４、コア８４に巻かれた電流コイル８５、磁界ギャップ８６、磁界ギャップ８６にホール効果素子７０が収納された半導体装置１１と、この半導体装置１１を配線基板１４上に２次実装した構造体１５で構成されている。
以下、半導体装置１１の機能について図１５及び図１６を用いて説明する。入力端子７３、７４に入力された被測定系の電源電圧は、抵抗器７１、７２からなる電圧変換回路７５を経て電圧−電流変換回路７６に入力される。電圧−電流変換回路７６は入力電圧に比例した電流をホール効果素子７０の制御電流端子７７に出力する。一方、被測定系の電流は電流コイル８５に入力され、入力電流に比例する磁界がギャップ８６に生じ、ギャップ８６の磁界とホール効果素子７０の制御電流の流れ方向に直交するように置かれているホール効果素子７０の電圧出力端子７９、８０にホール起電力が生ずる。可変抵抗器８１はホール効果素子７０の特性の非対称性によって発生するオフセット電圧を補償するためのもので、電圧出力端子７９と８０の間に接続され、可動端子７８がグランドに接地されている。出力は、出力端子８２、８３から外部へ出力される。
以上の構成からなる磁界発生部は電力計や電力量計に電力乗算回路用として用いられた。これらの電力計や電力量計は小型化、軽量化されるとともに、構造が簡素化されている。
（実施例７）
本実施例では、セルラー電話機等の送信部に用いる高周波電力増幅装置（高周波パワーモジュール）としての半導体装置１１、半導体装置１１を用いた構造体１５、構造体１５を用いた携帯電話１００を得た。
図１７は本実施例の半導体装置である高周波パワーモジュールを説明する断面模式図である。本実施例の半導体装置（８ｍｍ×１２．３ｍｍ×２．７ｍｍ）１１は以下の構成からなる。多層ガラスセラミックス基板１は、熱膨張率：６．２ｐｐｍ／℃、熱伝導率：２．５Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度：０．２５ＧＰａ、ヤング率：１１０ＧＰａ、誘電率：５．６（１ＭＨｚ）の特性を有する。基板１の内部には、２層からなる内層配線層（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ）２、ブラインド型ビア（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ、直径：０．１４ｍｍ）４０、サーマルビア（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ、直径：０．１４ｍｍ）４１、貫通型ビア（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ、直径：０．１４ｍｍ）４２がそれぞれ設けられている。基板１の第１主面１Ａには、配線パターン（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ、厚さ：０．０１５ｍｍ）４が設けられている。この配線パターン４には、チップ抵抗（約７ｐｐｍ／℃）８、チップコンデンサ（約１１．５ｐｐｍ／℃）９のチップ部品がはんだ層５により導電的に固着（１次実装はんだ付け）されている。第１主面１Ａにはキャビテイ４３が設けられ、その底部に設けられた配線パターン４上に集積回路素子基体６Ａ（図示せず）、ＦＥＴ素子基体６Ｂ（図示せず）を含む半導体素子基体（Ｓｉ、３．５ｐｐｍ／℃）６がはんだ層５により導電的に固着（１次実装はんだ付け）されている。はんだ層５は、図２に示したように、Ｐｂ−１２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ａｇ合金（融点：２３８℃）からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：０．０５〜１８μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｎｉ粉末５Ｂの添加量は４０ｖｏｌ％に調整されている。また、半導体素子基体６と配線パターン４の所定部間には、Ａｕからなる金属細線７がボンディング（集積回路素子基体６Ａ：直径２７μｍ、ＦＥＴ素子基体６Ｂ：直径５０μｍ）されている。これらのチップ部品と金属細線７や、第１主面１Ａはゲル樹脂層（硬化後の物性が、熱膨張率：２１０ｐｐｍ／℃、ヤング率：０．６２ＭＰａ、ガラス転移点：−４２℃）１０により外気から完全に遮断されるように封止されている。また、搭載チップ部品６、８、９、樹脂層１０は、基板１とそれにはめ込んだ金属製キャップ（厚さ：０．１５ｍｍ）４４により周囲を包囲されている。金属製キャップ４４は電磁的雑音を遮蔽するためのものである。なお、基板１の第２主面１Ｂには外部電極層（Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ、厚さ：０．０１５ｍｍ）３が設けられている。
ゲル樹脂層１０は、硬化後の物性が、熱膨張率：２００〜９６００ｐｐｍ／℃、ヤング率：９０Ｐａ〜１１ＧＰａ、針入度：５５〜９０（１／１０ｍｍ）を有する各種ゲル樹脂で代替えすることが可能である。
図１８は本実施例の半導体装置の回路図である。入力信号は３段に増幅されて出力される。
なお、本実施例では、はんだ層５としてＰｂ−１２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ａｇ合金からなる合金を用いてチップ部品６、８、９を搭載した比較用半導体装置も作製した。ここでは、はんだ層５以外は全て本実施例半導体装置１１と同じ部材構成を有している。
図１９は携帯電話用構造体を説明する断面模式図である。構造体１５は上述の半導体装置１１が、外部配線基板（ガラスエポキシ材、１５ｍｍ×２０ｍｍ×１．２ｍｍ、熱膨張率：１４．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：１７０ＧＰａ）１４上に２次実装はんだ付けされたものである。外部配線基板１４上には厚さ：２５μｍのＣｕ層からなる外部配線１３が設けられ、この外部配線１３上には半導体装置１１の外部電極層３が外部配線接続層１２としてのＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ（融点：２２１℃）を用いた２次実装はんだ付け（作業温度：２６０℃）により固着されている。ここで、前述した比較用半導体装置も同様にして得た。
図２０は本実施例の構造体を適用した携帯電話の回路ブロック図である。入力音声信号は混合器５０で発信器５１からの高周波信号に変換され、電力増幅器である本実施例構造体１５、アンテナ共用器５２を通してアンテナから電波として発射される。送信電力は結合器によってモニタされ、電力増幅器である本実施例構造体１５への制御信号によって一定に保たれている。ここで、アンテナ共用器５２やアンテナは本発明で言う負荷である。
以上の構成からなる携帯電話は小型化、軽量化されるとともに、構造が簡素化されている。
図２１は本実施例の構造体の断線不良率及び熱抵抗増大不良率を説明するグラフである。ここで、試料Ａは半導体装置１１を適用した本実施例の構造体１５、試料Ｂは比較用半導体装置を２次実装して得た比較用構造体である。ここで言う断線不良は、図３（ｄ）で説明したように、樹脂層１０の熱的変形に伴ってチップ部品８、９がＹ方向に浮き上がったり、Ｘ方向へ移動（位置ずれ）することによってはんだ層５が切断され、電極１０５と配線パターン４の間が電気的に遮断された状態のことである。また、熱抵抗増大不良は、図３（ｃ）で説明したように樹脂１０の熱変形によって半導体素子基体６（６Ａ、６Ｂ）がＹ方向に浮き上がり、これに伴ってはんだ層５の周縁部が狭められる結果、半導体素子基体６の放熱性が阻害される状態（２次実装はんだ付け後の熱抵抗が、１次実装はんだ付け後の熱抵抗の２倍に達した状態）のことである。試料Ａの断線不良率は０．０００２３％そして熱抵抗増大不良率は０．０００２２％と、試料Ｂ断線不良率：１．３８％、熱抵抗増大不良率：１．９３％）より圧倒的に優れた不良率を示している。試料Ａのはんだ層５にはＮｉ粉末５Ｂが添加されており、この粉末５Ｂの存在により再溶融はんだ材５（より正確にはマトリックス金属５Ａ）の粘度が実質的に高められる。この結果、樹脂１０の熱的変形を生じてもチップ部品８、９の浮き上がりや位置ずれが防止され、断線状態に至ることが回避される。また、半導体素子基体６（６Ａ、６Ｂ）の浮き上がりも防止されるため、はんだ層５の周縁部が狭められることがなく半導体素子基体６の放熱性が維持される。これに対し、試料Ｂの場合ははんだ層に金属粉末が添加されていないため、再溶融はんだ材の粘度は低下する。この結果、チップ部品８、９の浮き上がりや位置ずれや半導体素子基体６（６Ａ、６Ｂ）の浮き上がりを生じ、断線状態や熱抵抗増大状態に至る。以上に説明したように、本実施例構造体１５の不良発生率が大幅に低減された点は、はんだ層５にＮｉ粉末５Ｂを添加したことによる効果である。
本実施例の構造体１５は比較用構造体とともに、−４０〜１２５℃の温度サイクル試験に投入した。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。一方、比較例構造体も２０００回までの試験で回路機能を消失することはなかった。これらの試験結果は、はんだ層５にＮｉ粉末５Ｂが添加されている場合であっても、はんだ層５の接続信頼性は金属粉末を添加しない場合と遜色ないことを示唆する。
（実施例８）
本実施例では、セルラー電話機等の送信部に用いる別形態の高周波電力増幅装置（高周波パワーモジュール）としての半導体装置１１、半導体装置１１を用いた構造体１５、構造体１５を用いた携帯電話１００を得た。
図２２は本実施例半導体装置としての高周波パワーモジュールを説明する断面模式図である。本実施例の半導体装置（８ｍｍ×１２．３ｍｍ×２．５ｍｍ）１１では、樹脂層１０として、主成分がエポキシ材である樹脂層（硬化後の物性が、熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：２４．５ＧＰａ、ガラス転移点：１５０℃、フィラ添加量：８５ｗｔ％）を適用した。樹脂層１０以外の部材構成は、実施例７で作製した半導体装置と同様であり、図１９に示した回路を有している。
なお、本実施例では、はんだ層５としてＰｂ−１２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ａｇ合金からなる合金を用いてチップ部品６、８、９を搭載した比較用半導体装置も作製した。ここでは、はんだ層５以外は全て本実施例の半導体装置１１と同じ部材構成を有している。
図２３は携帯電話用構造体を説明する断面模式図である。構造体１５は上述の半導体装置１１が、外部配線基板（ガラスエポキシ材、１５ｍｍ×２０ｍｍ×１．２ｍｍ、熱膨張率：１４．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：１７０ＧＰａ）１４上に２次実装はんだ付けされたものである。外部配線基板１４上には厚さ：２５μｍのＣｕ層からなる外部配線１３が設けられ、この外部配線１３上には半導体装置１１の外部電極層３が外部配線接続層１２としてのＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ（融点：２２１℃）を用いた２次実装はんだ付け（作業温度：２６０℃）により固着されている。ここで、前述した比較用半導体装置も同様にして得た。以上の構成からなる本実施例構造体１５は図２１に示した携帯電話用の回路を有している。
以上の構成からなる構造体１５を用いて得た携帯電話１００は、小型化、軽量化されるとともに構造が簡素化されている。
本実施例半導体装置１１や構造体１５のようにヤング率の高い樹脂層１０で封止した構造で発生する不良は再溶融はんだ材５の流出による短絡であり、前記実施例７のように熱膨張率が高く、ヤング率の高い樹脂層により封止した構造で見られた位置ずれ断線や浮き上がりによる熱抵抗増大に基づく不良は生じない。また、本実施例の構造体１５の短絡不良率は０．０００３３％と低く、比較用構造体の２．７５％より圧倒的に優れた不良率を示している。これは、はんだ層５に添加されたＮｉ粉末５Ｂによる前記実施例２と同様の効果に基づく。
（実施例９）
本実施例では樹脂を母材とする配線基板１を用いた半導体装置１１について説明する。
図２４は本実施例の半導体装置を説明する断面模式図である。半導体装置１１は次のように構成されている。多層ガラスエポキシ基板（３０ｍｍ×７ｍｍ×０．４ｍｍ）１の内部には内層配線層（Ｃｕ、厚さ：１５μｍ）２及びスルーホール配線（Ｃｕ、めっき形成）２Ａが設けられている。基板１の第１主面１Ａには配線パターン（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）４が設けられ、この配線パターン４上には集積回路素子基体６Ａ（図示せず）やＦＥＴ素子基体６Ｂを含む半導体素子基体（Ｓｉ、３．５ｐｐｍ／℃）６、チップ抵抗（約７ｐｐｍ／℃）８、コンデンサ（約１１．５ｐｐｍ／℃）９のチップ部品がはんだ層５により導電的に固着（１次実装はんだ付け、作業温度：２７０℃）されている。はんだ層５はＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＦｅ−１９ｗｔ％Ｓｉ粉末（粒径：１μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｆｅ−１９ｗｔ％Ｓｉ粉末５Ｂの添加量は４５ｖｏｌ％に調整されている。また、半導体素子基体６と配線パターン４の所定部間には、Ａｕからなる金属細線７がボンディング（集積回路素子基体６Ａ：直径２７μｍ、ＦＥＴ素子基体６Ｂ：直径５０μｍ）されている。これらのチップ部品と金属細線７や、第１主面１Ａは主成分がエポキシ材である樹脂層（硬化後の物性が、熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：２４．５ＧＰａ、ガラス転移点：１５０℃、フィラ添加量：８５ｗｔ％）１０により外気から完全に遮断される如くに封止されている。この樹脂層（寸法：１０．５ｍｍ×４ｍｍ×０．８ｍｍ）１０はポッテイング法により形成したものである。基板１の第１主面１Ａと反対側の第２主面１Ｂには、外部電極層（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）３が設けられている。外部電極層３は基板１の内部に設けられた内層配線層２やスルーホール配線２Ａを中継して配線パターン４と電気的に接続されている。チップ部品６、８、９は配線パターン４上にはんだ層５により導電的に固着されているから、外部電極層３はこれらのチップ部品とも電気的に接続されている。以上に説明したように、いずれのチップ部品も基板１、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲され、これらのチップ部品を固着しているはんだ層５もチップ部品６、８、９、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲されている。
なお、半導体装置１１を作製する前の段階では、多層ガラスエポキシ基板１はフレーム状（８個取り）になっており、チップ部品６、８、９の搭載、ワイヤボンディング、樹脂モールドを終了した後は、回転ブレードを用いた切断により個別化される。また、外部電極層３は第２主面１Ｂ側に形成されることを必須とするものではなく、必要に応じて第１主面１Ａ側に形成されてもよい。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＦｅ−１９ｗｔ％Ｓｉ粉末（粒径：１μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡を防止することができる。
（実施例１０）
本実施例では、実施例９によって得た半導体装置１１に金属部材を接続した形態の構造体１５について説明する。
図２５は本実施例の構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１の外部電極層３には、外部配線接続層１２としてのＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔＣｕはんだ材（融点：２２１℃）を用いてＮｉ板（１０ｍｍ×３ｍｍ×０．４ｍｍ）５５が固着（２次実装はんだ付け、作業温度：２６０℃）されている。このＮｉ板５５は半導体装置１１と、二次電池要素を収納している金属ケース（負電極を兼ねる）２０及び正電極２３とを電気接続するための配線材の役割を有している。このように半導体装置１１の外部電極層３に接続された部材が金属材５５であって配線基板の形態をなさない場合であっても、本発明においては構造体１５の範囲に属する。
上述したように、本実施例の構造体１５は作業温度：２６０℃のもとで２次実装はんだ付けされたものである。この熱処理による半導体装置１１の短絡不良発生率は０．０００３５％と低く、Ｆｅ−１９ｗｔ％Ｓｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果が明確に表れている。はんだ材５の流出が防止されたのは、２次実装熱処理のもとでも固相状態を維持する粉末５Ｂが、再溶融はんだ材５の体積膨張を実質的に小さく抑え、内圧の過大な上昇、剥離、溶融はんだ材の流出、短絡を抑制するとともに、粉末５Ｂの目詰まり現象によって溶融はんだ材の流出、短絡が抑制されることによる。また、固相状態を維持する粉末５Ｂによって再溶融はんだ材５の実質的粘度を高め、流出や短絡を抑制することも寄与している。更に、１次実装の際に粉末５Ｂが溶融マトリックス金属５Ａと、配線パターン４上のＡｕめっき層、チップ部品８、９の電極１０５上のＳｎめっき層、半導体チップ６の積層金属層６０５上のＡｕ層の間の接触面積を狭め、ＡｕやＳｎのはんだ層５への融合を抑えた点も寄与している。
本発明において、基板１が樹脂材を母材とする場合であっても、Ｆｅ−１９ｗｔ％Ｓｉ粉末５Ｂと同様の作用を及ぼす金属は表２に掲げた各種金属が適用可能である。また、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質からなる合金材であっても、それが粉末である限り適用可能である。
本実施例で用いた粉末５Ｂの粒径は１μｍであるけれども、これ以外の粒径であっても本発明の目的は達成される。好ましい範囲として選択される粉末５Ｂの粒径は０．０５〜６０μｍである。なお、金属粉末５Ｂが表２に掲げた単体金属からなる場合や、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質からなる合金材の場合であっても、好ましい粒径範囲が０．０５〜６０μｍで、より好ましい粒径範囲が０．０５〜１０μｍである点は同じである。なお、はんだ材５における金属粉末５Ｂの充填率を高める観点からは、０．０５〜６０μｍの範囲で種々の粒径の金属粉末５を組み合わせて添加することが望ましい。
金属粉末５Ｂの形状は真球状であっても、不定形な球状あるいは角形、棒状であってもよい。
本実施例で用いたＷ粉末５Ｂの添加量は４５ｖｏｌ％であるけれども、これ以外の添加量であっても本発明の目的は達成される。既述したように短絡と断線を防止する観点から、粉末５Ｂの適正な添加量として３〜７５ｖｏｌ％が選択される。
上述した適正粒径範囲や適正添加量は、マトリックス金属５ＡがＳｎからなる金属又はＰｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄの群から選択された２種以上からなる合金である場合、金属粉末５Ｂが表２に掲げた単体金属からなる場合やＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃ、Ｐの群から選択された２種類以上の物質で構成される合金材の場合であっても共通する。
本実施例の構造体１５を、−２０〜１１０℃の温度サイクル試験に投入した。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。
（実施例１１）
実施例１０で得た構造体１５は、電子装置１００としてのリチウムイオン二次電池に適用された。電子装置（二次電池、外形サイズ：６０ｍｍ×３０ｍｍ×８ｍｍ）１００は図１１に示した回路を構成し、これに搭載された半導体装置１１あるいは構造体１５は過放電、過充電、過電流を防止し、二次電池要素の過熱を防止するための保護回路としての役割を有している。
以上の構成からなるリチウムイオン二次電１００は、実施例３と同等の作用及び効果を示した。
（実施例１２）
本実施例では、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）型半導体装置１１及びこれを外部配線基板に搭載した構造体１５について説明する。
図２６は本実施例の半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）のように構成されている。ポリイミド基板（１１ｍｍ×１１ｍｍ×０．３ｍｍ）１の第１主面１Ａには配線パターン（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）４が設けられ、この配線パターン４上には集積回路素子基体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍ）６からなるチップ部品がはんだ層（ピッチ：０．１ｍｍ）５により導電的に固着（１次実装はんだ付け、作業温度：２７０℃）されている。はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：０．０５〜０．５μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｎｉ粉末５Ｂの添加量は４５ｖｏｌ％に調整されている。集積回路素子基体６とポリイミド基板１とで構成される空隙（約５０μｍ）にはエポキシ樹脂１０が充填され、はんだ層５は完全に外気から遮断される如くに封止されている。エポキシ樹脂１０はビスフェノールＡ、無水物系硬化剤としてのメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、硬化促進剤としてのアミン及び有機酸とから構成される。ここで、第１主面１Ａに設けられた配線パターン４の所定部（はんだ層５の形成領域以外の部分）には、はんだレジスト膜５１が設けられている。また、配線パターン４は外部電極層３としての役割も兼ね、基板１の第２主面１Ｂ側に向けて外部配線接続用はんだボール（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．７ｗｔ％Ｃｕ、直径：約０．１５ｍｍ）１２が形成されている。本実施例における外部配線接続用はんだボール１２には金属粉末５Ｂは添加されていないけれども、必要に応じて添加することは好ましいことである。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
次に、上述の半導体装置１１を用いた構造体１５は（ｂ）のように構成されている。半導体装置１１は前記実施例２と同様の材料からなる配線基板１４の外部配線（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ）１３に、外部配線接続用はんだボール１２により固着されている。この際、はんだボール１２による２次実装はんだ付けは２６０℃のもとで実施されている。
本実施例構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡又は断線による回路機能の消失）発生率は０．０００１５％と極めて低い値であった。これは
Ｎｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｎｉ粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象、溶融マトリックス金属５Ａと配線パターン４間の実質的接触面積の低減に基づく。
本実施例の構造体１５には−３０〜１２５℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。
本実施例では、ポリイミド基板１上の配線パターン４に集積回路素子基体６をＮｉ粉末添加はんだ層５により固着し、集積回路素子基体６とポリイミド基板１とで構成される空隙にエポキシ樹脂１０を充填した構造の半導体装置１１及びこれを用いた構造体１５について説明した。本実施例において、半導体装置１１及び構造体１５は上記の形態に限定されない。
図２７は他の形態のＣＳＰ型半導体装置を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）に示すように、ワイヤボンディングの手法によって集積回路素子基体６に設けたＡｕバンプ５６を介して、金属粉末５Ｂとマトリックス金属５Ａとからなるはんだ層５により基板１の配線パターン４に固着されている。Ａｕバンプ５６はＣｕ、Ａｌのワイヤボンディングによって形成されてもよい。また、（ｂ）に示す半導体装置１１は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｕ−Ｓｎ合金の如き金属ボール５６を介して、金属粉末５Ｂとマトリックス金属５Ａとからなるはんだ層５により基板１の配線パターン４に固着されている。以上の構成の半導体装置１１であっても、本実施例と同様の効果が得られる。なお、図示せずするけれども、このような構造の半導体装置１１を配線基板１４に搭載した構造体１５の場合も、本実施例と同様の効果を得ることができる。
以上に説明した半導体装置１１や構造体１５は、集積回路の大規模化、高速化、多機能化等の必要性に基づいて多ピン化、小型化、薄型化が必要となるパッケージの役割を担うことができる。このような半導体装置１１や構造体１５は、携帯情報端末機器やカメラ一体型ＶＴＲに実装するのに適している。
（実施例１３）
本実施例では、別形態のＣＳＰ型半導体装置１１及びこれを外部配線基板に搭載した構造体１５について説明する。
図２８は本実施例の半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）のように構成されている。配線基板１として、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板、ガラス基板およびベリリヤ基板（１２ｍｍ×１２ｍｍ×０．３ｍｍ）を用いた。基板１の第１主面１Ａには配線パターン（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）４が設けられ、この配線パターン４上には集積回路素子基体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍ）６からなるチップ部品がはんだ層（ピッチ：０．１ｍｍ）５により導電的に固着（１次実装はんだ付け、作業温度：２７０℃）されている。はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：０．０５〜０．５μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成される。本実施例では、Ｎｉ粉末５Ｂの添加量は２５ｖｏｌ％に調整されている。集積回路素子基体６とポリイミド基板１とで構成される空隙（約５０μｍ）にはエポキシ樹脂１０が充填され、はんだ層５は完全に外気から遮断される如くに封止されている。エポキシ樹脂１０はビスフェノールＡ、無水物系硬化剤としてのメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、硬化促進剤としてのアミン及び有機酸とから構成される。また、配線パターン４は外部電極層３としての役割も兼ね、基板１の第１主面１Ａから側面を経由して第２主面１Ｂ側に向けて延長して形成されている。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
次に、上述の半導体装置１１を用いた構造体１５は（ｂ）のように構成されている。半導体装置１１は実施例２と同様の材料からなる配線基板１４の外部配線（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ）１３に、外部配線接続用はんだ層（Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金）１２により固着されている。この際、はんだ層１２による２次実装はんだ付けは２６０℃のもとで実施されている。
本実施例の構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡又は断線による回路機能の消失）発生率は、配線基板１が窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板、ガラス基板、ベリリヤ基板のいずれの場合も０．０００２３〜０．０００６３％と極めて低い値であった。これはＮｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｎｉ粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象、溶融マトリックス金属５Ａと配線パターン４間の実質的接触面積の低減に基づく。
本実施例の構造体１５には−３０〜１２５℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、配線基板１として窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板、ガラス基板、ベリリヤ基板のいずれを用いた構造体１５も、半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。
以上に説明した半導体装置１１や構造体１５は、集積回路の大規模化、高速化、多機能化等の必要性に基づいて多ピン化、小型化、薄型化が必要となるパッケージの役割を担うことができる。このような半導体装置１１や構造体１５は、携帯情報端末機器やカメラ一体型ＶＴＲに実装するのに適している。
（実施例１４）
本実施例では、別の形態のＣＳＰ型半導体装置１１及びこれを外部配線基板に搭載した構造体１５について説明する。
図２９は本実施例の半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）のように構成されている。配線基板１は実施例１２と同様のポリイミド基板であり、配線パターン４と集積回路素子基体（９ｍｍ×９ｍｍ×０．３ｍｍ）６のチップ部品が、ＴＡＢ配線（厚さ：６０μｍのポリイミドテープに、厚さ：２５μｍのＣｕ配線を設けている）７を介してはんだ層（ピッチ：０．１ｍｍ）５′及び５″により導電的に固着（１次実装はんだ付け、作業温度：２７０℃）されている。はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：０．０５〜０．１μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｎｉ粉末５Ｂの添加量は３５ｖｏｌ％に調整されている。集積回路素子基体６はＡｇ粉末を添加したエポキシ樹脂からなる接着剤（図示せず）により基板１と接着されている。集積回路素子基体６、ＴＡＢ配線７、はんだ層５′、５″、配線パターン４は、実施例１と同様のエポキシ樹脂層１０によって封止されている。配線パターン４は外部電極層３としての役割も兼ね、基板１の第２主面１Ｂ側に向けて外部配線接続用はんだボール（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．７ｗｔ％Ｃｕ、直径：約０．１５ｍｍ）１２が形成されている。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
次に、上述の半導体装置１１を用いた構造体１５は（ｂ）のように構成されている。半導体装置１１は実施例２と同様の材料からなる配線基板１４の外部配線（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ）１３に、外部配線接続用はんだボール１２により固着されている。この際、はんだボール１２による２次実装はんだ付けは、２６０℃のもとで実施されている。
本実施例の構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡又は断線による回路機能の消失）発生率は０．０００２２％と極めて低い値であった。これはＮｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｎｉ粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象、溶融マトリックス金属５Ａと配線パターン４間の実質的接触面積の低減に基づく。
本実施例の構造体１５には−３０〜１２５℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。
（実施例１５）
本実施例では、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｂｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型半導体装置１１及びこれを外部配線基板に搭載した構造体１５について説明する。
図３０は本実施例の半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）のように構成されている。ポリイミド基板（１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．４ｍｍ）１の中央部には貫通穴が設けられ、この部分には集積回路素子基体６が配置されるようになっている。基板１の内部には配線パターン（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）４が埋設され、配線パターン４の一部は貫通穴側に突出して形成されている。突出した配線パターン４と集積回路素子基体（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍ）６からなるチップ部品は、はんだ層（ピッチ：０．１ｍｍ）５により導電的に固着（１次実装はんだ付け、作業温度：２７０℃）されている。はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＣｕ粉末（粒径：０．０５〜０．１μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｃｕ粉末５Ｂの添加量は３０ｖｏｌ％に調整されている。集積回路素子基体６、ポリイミド基板１、配線パターン４、はんだ層５は、エポキシ樹脂１０によりモールドされ、特にはんだ層５は完全に外気から遮断される如くに封止されている。エポキシ樹脂１０は実施例１と同様の材質のものである。また、配線パターン４の一部は外部電極層３としての役割も兼ね、基板１の第２主面１Ｂ側に向けて外部配線接続用はんだボール（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．７ｗｔ％Ｃｕ、直径：約０．２５ｍｍ）１２が形成されている。したがって、外部電極層３を兼ねる基板１の外周側に配置された配線パターン４は、突出した配線パターン４や集積回路素子基体６と電気的に連絡されている。本実施例における外部配線接続用はんだボール１２には金属粉末５Ｂは添加されていないけれども、必要に応じて添加することは好ましいことである。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＣｕ粉末５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
次に、上述の半導体装置１１を用いた構造体１５は（ｂ）のように構成されている。半導体装置１１は実施例２と同様の材料からなる配線基板１４の外部配線（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ）１３に、外部配線接続用はんだボール１２により固着されている。この際、はんだボール１２による２次実装はんだ付けは、２６０℃のもとで実施されている。
本実施例の構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡又は断線による回路機能の消失）発生率は０．０００３９％と極めて低い値であった。これはＣｕ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｃｕ粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象、溶融マトリックス金属５Ａと配線パターン４間の実質的接触面積の低減に基づく。
本実施例の構造体１５には−３０〜１２５℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例の構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。
本実施例の半導体装置１１及び構造体１５では、ポリイミド基板１上の配線パターン４に集積回路素子基体６を固着している。しかし、半導体装置１１及び構造体１５は上記の形態に限定されない。例えば、ポリイミド基板１の代わりに、ガラスエポキシ材（ガラス繊維クロスにエポキシ樹脂を含浸させた形態の複合材、熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：３５ＧＰａ）を母材とするものであってもよい。このような形態の半導体装置、及びこの半導体装置を用いた構造体であっても、上述と同様の優れた性能及び効果が得られる。
以上に説明した半導体装置１１や構造体１５は、集積回路の大規模化、高速化、多機能化等の必要性に基づいて多ピン化、小型化、薄型化が必要となるパッケージの役割を担うことができる。このような半導体装置１１や構造体１５は、携帯情報端末機器やカメラ一体型ＶＴＲに実装するのに適している。
図３１は本実施例の構造体の変形例を説明する断面模式図である。この構造体１５は基本的には図３０の構造体と同様であるけれども、次の２点が異なっている。第１は半導体装置１１と配線基板１４との間にシリコーン樹脂１０１が充填され、外部配線接続用はんだボール１２が完全に密閉されている点である。第２は、外部配線接続用はんだボール１２がＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．７ｗｔ％Ｃｕμｍからなるマトリックス金属１２ＡとＦｅ粉末（粒径：約０．２５ｍｍ、添加量：４０ｖｏｌ％）１２Ｂとで構成されている点である。このような構成によれば、構造体１５を熱処理により他の部材と一体化又は電気的接続する場合に、外部配線接続用はんだボール１２が再溶融しても、マトリックス金属１２Ａの流出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。ここで、マトリックス金属１２Ａと金属粉末１２Ｂには、既述したマトリックス金属５Ａと金属粉末５Ｂを適用できる。この際の金属粉末１２Ｂの適正な粒径や添加量は金属粉末５Ｂの場合と同様な値を選択できる。
（実施例１６）
本実施例では、ＣＯＣ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）型半導体装置１１及びこれを外部配線基板に搭載した構造体１５について説明する。
図３２は本実施例の半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）のように構成されている。基板１はＳｉ基板（１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍ）であり、第２の集積回路素子基体６′を兼ねる。第２の集積回路素子基体６′上には第１の集積回路素子基体（１２ｍｍ×１２ｍｍ×０．３ｍｍ）６からなるチップ部品がはんだ層（ピッチ：０．０８ｍｍ）５により導電的に固着（１次実装はんだ付け、作業温度：２７０℃）されている。はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：０．０５〜０．１μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｎｉ粉末５Ｂの添加量は３ｖｏｌ％に調整されている。図示せずしているけれども、第１集積回路素子基体６にはＡｌ配線（厚さ：１．７５μｍ）が設けられており、Ａｌ配線上のはんだ層５を形成する領域にはＴｉ（０．１８μｍ）−Ｃｕ（１．７５μｍ）−Ｎｉ（１５μｍ）積層金属層が選択的に設けられている。一方、第２集積回路素子基体６′にも、第１集積回路素子基体６と同様のＡｌ配線とＴｉ−Ｃｕ−Ｎｉ積層金属層が設けられている。第２集積回路素子基体６′の積層金属層は配線パターン４の役割も兼ねている。第１集積回路素子基体６及び第２集積回路素子基体６′とで構成される空隙（約７０μｍ）にはエポキシ樹脂１０が充填され、はんだ層５は完全に外気から遮断されるように封止されている。エポキシ樹脂１０はビスフェノールＡ、無水物系硬化剤としてのメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、硬化促進剤としてのアミン及び有機酸とから構成される。また、第２の集積回路素子基体６′は銀ペースト接着剤（図示せず）により台座５０上に搭載されている。第２集積回路素子基体６′の周辺領域にはＡｌ配線層が設けられており（図示せず）、このＡｌ配線層は外部端子３とＡｕ細線（直径：２５μｍ）７のワイヤボンディングによって電気接続されている。ここで、台座５０と外部端子３はＦｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ合金（厚さ：０．１ｍｍ、Ｓｎめっき）からなるリードフレームを構成していたものである。以上に説明した各部材は、外部端子３の一部を除いてトランスファモールド法（１８０℃、４．９ＭＰａ、３ｍｉｎ、１８０℃×６ｈ）により設けられたエポキシ樹脂（硬化後の熱膨張率：１６ｐｐｍ／℃、弾性率：１５．７ＧＰａ、ガラス転移点：１５５℃）１０１によって封止されている。このようなトランスファモールド用エポキシ樹脂１０１は、硬化後の熱膨張率：５〜２２０ｐｐｍ／℃、ヤング率：１〜５０ＧＰａ、ガラス転移点：１２０〜１６０℃の物性を有する樹脂で代替えすることが可能である。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。また、本実施例の半導体装置１１は次のような特徴を有する。すなわち、（１）第１の集積回路素子基体６と第２の集積回路素子基体６′は互いに異なった電気的役割を担った異種デバイスであるけれども、対面接合による実装面積の縮小が図られ、（２）電気信号ロスの少ない高速通信に適す金属接合がなされている。
本実施例の半導体装置１１には１５０℃、１０００ｈの高温放置試験により、第１の集積回路素子基体６と第２の集積回路素子基体６′の間のはんだ接合部の接続抵抗を追跡した。抵抗値は１１ｍΩの初期値に対して１０００ｈ後は１２ｍΩと、優れた安定性を示した。また、半導体装置１１には（１）８５℃、８５％ＲＨ、５０Ｖの高温高湿ブロッキング試験、（２）１５０℃、５００ｈの高温放置試験、（３）−５５〜１５０℃、１０００回の温度サイクル試験を施した。いずれの試験においても投入試料数１５個に対して回路機能低下による不良数はゼロと、優れた信頼性を示した。
次に、上述の半導体装置１１を用いた構造体１５は（ｂ）のように構成されている。半導体装置１１の外部端子３と、実施例２と同様の材料からなる配線基板１４の外部配線（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ）１３の間は、外部配線接続用はんだ（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．７ｗｔ％Ｃｕ）１２により固着されている。この際の２次実装はんだ付けは２６０℃のもとで実施されている。
本実施例の構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡又は断線による回路機能の消失）発生率は０．０００４５％と極めて低い値であった。これはＮｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｎｉ粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象、溶融マトリックス金属５Ａと被接続金属間の実質的接触面積の低減に基づく。
本実施例構造体１５には−３０〜１２５℃の温度サイクル試験が施された。２０００回までの試験では、本実施例構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。
本実施例では、第１の集積回路素子基体６及び第２の集積回路素子基体６′とで構成される空隙にエポキシ樹脂１０を充填し、更にトランスファモールド法によるエポキシ樹脂１０１で封止した構造の半導体装置１１及び構造体１５について説明した。しかし、本実施例において、半導体装置１１及び構造体１５は上記の形態に限定されない。
図３３は他の形態のＣＯＣ型半導体装置を説明する断面模式図である。この半導体装置１１では、第１の集積回路素子基体６及び第２の集積回路素子基体６′とで構成される空隙に、トランスファモールド法によるエポキシ樹脂１０１が充填されている。このような構成の半導体装置１１であっても、本実施例と同様の効果が得られる。また、詳細な説明を省略するけれども、このような構造の半導体装置１１を配線基板１４に搭載した構造体１５の場合も、本実施例と同様の効果を得ることができる。
以上に説明した半導体装置１１や構造体１５は、集積回路の大規模化、高速化、多機能化等の必要性に基づいて多ピン化、小型化、薄型化が必要となるパッケージの役割を担うことができる。このような半導体装置１１や構造体１５は、携帯情報端末機器やカメラ一体型ＶＴＲに実装するのに適している。
（実施例１７）
本実施例では、携帯機器用超小型ＤＣ／ＤＣコンバータとしての半導体装置１１及びこれを外部配線基板に搭載した構造体１５について説明する。
図３４は本実施例の半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）のように構成されている。多層ガラスエポキシ基板（２５ｍｍ×１０ｍｍ×０．４ｍｍ）１の内部には内層配線層（Ｃｕ、厚さ：１５μｍ、図示せず）２及びスルーホール配線（Ｃｕ、めっき形成、図示せず）２Ａが設けられている。基板１の第１主面１Ａには配線パターン（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）４が設けられ、この配線パターン４上には薄膜インダクタ１１０、ＰＷＭ制御集積回路基体６Ａ、スイッチング素子としてのＭＯＳ  ＦＥＴ素子基体６Ｂ、整流ダイオード６Ｃ（図示せず）、チップ抵抗８、コンデンサ９のチップ部品が、はんだ層５により導電的に固着（１次実装はんだ付け、作業温度：２７０℃）されている。はんだ層５はＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末とＡｌ粉末からなる混合粉末（粒径：０．３μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、混合粉末５Ｂの添加量は３０ｖｏｌ％に調整されている。また、半導体素子基体６Ａ、６Ｂ及び薄膜インダクタ１１０と配線パターン４の所定部間には、Ａｕからなる金属細線７がボンディング（直径４０μｍ）されている。これらのチップ部品、金属細線７、配線パターン４、第１主面１Ａは主成分がエポキシ材である樹脂層（硬化後の物性が、熱膨張率：９．０ｐｐｍ／℃、ヤング率：２４．５ＧＰａ、ガラス転移点：１５０℃、フィラ添加量：８５ｗｔ％）１０により外気から完全に遮断される如くに封止されている。この樹脂層（寸法：２３ｍｍ×９ｍｍ×０．８ｍｍ）１０はポッテイング法により形成したものである。基板１の第１主面１Ａから側面１Ｃに沿って、外部端子層（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）３が延長して設けられている。外部端子層３は基板１の内部に設けられた内層配線層２やスルーホール配線２Ａを中継して配線パターン４と電気的に接続されている。以上に説明したように、いずれのチップ部品も基板１、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲され、これらのチップ部品を固着しているはんだ層５もチップ部品、配線パターン４、樹脂層１０によって完全に包囲されている。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末とＡｌ粉末からなる混合粉末５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡、断線を防止することができる。
図３５は本実施例半導体装置の回路を説明する図である。この半導体装置１１は５ＭＨｚのスイッチング用ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成している。入力側（Ｖｉ）にはリチウムイオン二次電池（電圧：３．０〜４．２Ｖ、平均電圧：３．６Ｖ）と接続され、入力側（Ｖｏ）には複数の各種負荷が接続され、各種負荷の必要とする電圧に応じて昇圧又は降圧ないし反転しながら最大出力電圧：４．７Ｖ、最大出力電流：６００ｍＡ（最大出力：約３Ｗ）の電力が供給される。このＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、通信機能、表示機能、画像情報の高速処理機能を必要とする携帯電話やブック型パソコン用として適している。
上記半導体装置１１を組み込んだ本実施例の構造体１５は図３５（ｂ）のように構成されている。半導体装置１１は、実施例２と同様の材料からなる配線基板１４の外部配線（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ）１３上に、外部配線接続用はんだ（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０．６ｗｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐ）１２により固着されている。この際、外部配線接続用はんだ１２による２次実装はんだ付けは、２６０℃のもとで実施されている。
本実施例の構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡又は断線による回路機能の消失）発生率は０．０００４５％と極めて低い値であった。これはＮｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｎｉ及びＡｌの混合粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象、溶融マトリックス金属５Ａと配線パターン４間の実質的接触面積の低減に基づく。
本実施例の構造体１５を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータとしての制御特性を調べた。３Ｖから４．２Ｖまでの入力電圧変動に対して出力電圧は±３％以下の変動しかなく、構造体１５は優れた制御性を有していることが確認された。
また、図３６は本実施例構造体の出力電流と変換効率の関係を説明するグラフである。入力電圧（Ｖｉｎ）が３．０Ｖ、３．６Ｖ、４．２Ｖの場合について示しているけれども、特にリチウムイオン二次電池の平均電圧３．６Ｖに対して、出力電流３００ｍＡの場合は８０％以上と高い効率が得られている。
（実施例１８）
本実施例では、自動車用オルタネータ装置用半導体装置１１及びこれを用いた構造体１５について説明する。
図３７は本実施例半導体装置を説明する断面模式図である。１は配線部材としてのＣｕ容器であり、その表面にＮｉめっき層（厚さ：３〜７μｍ、図示せず）を形成している。容器１の底部にはんだ層５″により熱膨張緩和部材１９が取り付けられており、熱膨張緩和部材１９上にはんだ層５により固着された半導体基体６と、半導体基体６上にはんだ層５′を介してＣｕリード７が固着されている。また、熱膨張緩和部材１９、Ｃｕリード７、はんだ層５、５′、５″及び半導体基体６の表面を被覆する樹脂層（熱膨張率：４５０ｐｐｍ／℃、ヤング率：１．２７ＭＰａ、シリコーン樹脂（７５％）と炭酸カルシウム（２５％）からなるＲＴＶシリコーンゴム）１０が形成されている。熱膨張緩和部材１９は異種金属板の積層構造体〔Ｃｕ（厚さ：０．２ｍｍ）−インバ（０．２ｍｍ）−Ｃｕ（０．２ｍｍ）〕で、直径５ｍｍの円盤状に加工されている。この熱膨張緩和部材１９の横方向熱膨張率は１０．６ｐｐｍ／℃であり、熱伝導率は３０．３Ｗ／ｍ・Ｋ（縦方向）、２６２Ｗ／ｍ・Ｋ（横方向）を有する。円盤加工された熱膨張緩和部材１９の表面には、Ｎｉめっき層（厚さ：３〜７μｍ、図示せず）が形成されている。Ｃｕリード７の表面にも同様のＮｉめっき層が形成されている。半導体基体６はＳｉからなるダイオードで、厚さ０．３ｍｍ直径約４ｍｍの円板状に加工されている。
ここで、はんだ層５、５′、５″はＰｂ−５０ｗｔ％Ｓｎ−１．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：３μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、混合粉末５Ｂの添加量は１５ｖｏｌ％に調整されている。はんだ付けは、Ｃｕ容器、熱膨張緩和部材１９、半導体基体６、Ｃｕリード７の各部材の間にシート状はんだ材５、５′、５″を積層状に配置し、これらを水素雰囲気中、３５０℃の熱処理により実施している。
はんだ層５、５′、５″の厚さは２０〜３００μｍの範囲であればよいが、半導体装置１１に要求される信頼性、作業性、歩留り等を考慮すると５０〜２００μｍの範囲がより望ましい。
リード７としてはＣｕ以外に、Ｃｕを母材にした合金が用いられてもよい。この際、はんだぬれ性を付与するために、表面にＮｉ以外にＡｇ、Ａｕ等の金属をめっきしておくことが望ましい。
熱膨張緩和部材１９はＭｏ、Ｗ、Ｃｕ−Ｗ複合材、Ｃｕ−Ｍｏ複合材、Ｃｕ−Ｃｕ２Ｏ複合材、Ａｌ−ＳｉＣ複合材のように熱膨張率が半導体基体に近似し、熱伝導率が高い材料で代替えすることが可能である。
樹脂層１０は、例えば熱膨張率：１〜３ｐｐｍ／℃、ヤング率：１９６０ＭＰａのフェノール樹脂（炭酸カルシウム添加）、熱膨張率：３０ｐｐｍ／℃、ヤング率：１１０００ＭＰａのシリコーン樹脂、熱膨張率：３５〜７５ｐｐｍ／℃、ヤング率：８８００ＭＰａのポリブチレンテレフタレート樹脂、熱膨張率：１９〜２２ｐｐｍ／℃、ヤング率：１１７００〜１３７００ＭＰａのポリフェニレンサルファイド樹脂（４０％ガラス繊維配合）、熱膨張率：９５０ｐｐｍ／℃、ヤング率：０．０２ＭＰａのシリコーンゲル樹脂で代替えすることが可能である。
以上に説明したように、半導体装置１１に搭載された部材、特にはんだ層５、５′、５″は容器１、熱膨張緩和部材１９、半導体基体６、Ｃｕリード７、樹脂層１０によって完全に包囲されている。このような構造の半導体装置１１によれば、はんだ層５、５′、５″はＰｂ−５０ｗｔ％Ｓｎ−１．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡとＮｉ粉末５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡（特に熱膨張緩和部材１９と半導体基体６の間、半導体基体６とＣｕリード７の間）を防止することができる。
図３８は本実施例の半導体装置の温度サイクル試験における熱抵抗の推移を説明するグラフである。図において、Ａは本実施例の半導体装置１１、Ｂは比較例半導体装置の場合である。ここで、比較例半導体装置は、本実施例の半導体装置１１のはんだ層５、５′、５″に対応する部分がＰｂ−５０ｗｔ％Ｓｎ−１．５ｗｔ％Ａｇ合金のみで構成（金属粉末を添加せず）され、その他の構成は本実施例と同一構成である。縦軸の初期値に対する熱抵抗増加量は、（試験後の熱抵抗／初期熱抵抗）比で表わす。試料Ａ及びＢとも１万サイクルまでの試験で熱抵抗は増加せず、初期熱抵抗値が維持されている。この結果は、本実施例半導体装置１１のようにはんだ層５、５′、５″に金属粉末５Ｂが添加されている場合であっても、金属粉末無添加の場合と同等の信頼性を確保できることを示唆する。
図３９は本実施例半導体装置のパワーサイクル試験における熱抵抗の推移を説明するグラフである。この試験においては、容器１の温度が３０〜１２５℃の変化を生ずるように半導体装置１１に間欠通電を施した。図におけるＡとＢは図３８に示した温度サイクル試験の場合と同様である。また、縦軸の見方も図３８の場合と同様である。試料Ａ及びＢとも、約５万サイクルまでは初期値と同等の熱抵抗を示し、熱抵抗増加は５万サイクルを越えてから生じている。この結果からも、本実施例の半導体装置１１のようにはんだ層５、５′、５″に金属粉末５Ｂが添加されている場合であっても、金属粉末無添加の場合と同等の信頼性を確保できることを確認できる。
上記の半導体装置１１は、構造体１５としての全波整流装置に適用された。図４０は全波整流装置を説明する平面図及び断面図である。（ａ）は構造体１５としての全波整流装置の平面図、そして（ｂ）はＡ−Ａ′断面図である。図において、半導体装置１１は、Ｃｕ容器１、容器１の底部にはんだ層５′により固着された熱膨張緩和部材１９、熱膨張緩和部材１９上にはんだ層５により固着された半導体基体６、半導体基体６上にはんだ層５″を介して固着された
Ｃｕリード７、そしてこれらを被覆する樹脂層１０からなる。３個の半導体装置１１のＣｕ容器１が、外部配線接続層１２を介して外部配線１３と外部配線基板１４の役割を兼ねる第１放熱板９０に接着される。また、第２放熱板９１上にも同様に３個の半導体装置１１が搭載されている。すなわち、複数個の半導体装置１１が互いに対をなす第１放熱板９０及び第２放熱板９１上に搭載され、各放熱板内では整流方向が揃えられ、放熱板相互間では整流方向が異なるように取り付けられている。ここで、第１放熱板９０及び第２放熱板９１にはプレス加工したＣｕ板が用いられている。放熱板９０、９１の役割は、半導体装置１１が放出する熱を効率よく外部へ伝達すること及び電力を効率よく伝達することにある。この観点から、放熱板９０、９１にはＡｌ板を用いることも可能である。第１放熱板９０と第２放熱板９１は互いに対をなしており、エポキシ樹脂等からなる端子台９２に取付部材９３を介して取り付けられている。Ｃｕリード７は、はんだ材９４を介してあらかじめ端子台９２に埋め込まれたＣｕ端子９５に接合されている。はんだ材９４や外部配線接続層１２にはＰｂ−６３ｗｔ％Ｓｎ合金が適用され、これらのはんだ付けは２６０℃の熱処理により実施されている。この合金は、（１）Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ−１．５ｗｔ％Ａｇ、Ｐｂ−１０ｗｔ％Ｓｎ、Ｐｂ−５０ｗｔ％Ｓｎ、Ｐｂ−６３ｗｔ％Ｓｎの如きＰｂ−Ｓｎ系合金材、（２）Ｓｎからなる金属又は（３）Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂｉ、Ｚｎ、ＡｕそしてＩｎの群から選択された少なくとも２種を含む合金材で代替えしてもよい。
本実施例の構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡による回路機能の消失）発生率は０．０００５５％と極めて低い値であった。これはＮｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｎｉ粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象に基づく。
図４１は本実施例の構造体の全波整流回路を説明する回路図である。この全波整流装置１５は、車両用三相交流発電機に取り付けられた。車両のエンジンによる回転動力がロータに伝達され、このロータに取り付けられたロータコイルが励磁巻線の発生する界磁と鎖交することにより、ロータコイルに交流が発生する。全波整流装置１５のＵ、Ｖ、Ｗ端子は、上記のロータコイルと接続されている。したがって、Ｕ、Ｖ、Ｗ端子を経由した交流は各半導体装置１１により直流に変換され、端子Ａ及びＢを通して負荷に直流電力として供給される。
全波整流装置１５は、これが取り付けられた三相交流発電機１００とともに自動車のエンジンルーム内に搭載された。この自動車には２０万ｋｍの走行試験が施された。三相交流発電機１００及び全波整流装置１５は、この走行試験期間中は常に稼働状態にあったけれども、電気的機能は初期状態と同等に維持されていた。このように優れた耐久性能が得られた理由として、（１）半導体装置１１の内部におけるはんだ層５、５′、５″の再溶融による流出が完全に抑制された点、（２）半導体装置１１内の各部材が図３７、図３８に示したように優れた信頼性を持つはんだ層５、５′、５″で接続されている点が挙げられる。
全波整流装置は本実施例に示した形態のみに限定されない。図４２は他の形態の全波整流装置を説明する断面模式図である。図において、半導体装置１１は第１放熱板９０と第２放熱板９１の貫通孔に外部配線接続用はんだ層１２により固着されている。第１放熱板９０と第２放熱板９１の間には、シリコーン樹脂からなる絶縁シート９６が挟まれている。すなわち、複数個の半導体装置１１が互いに対をなす第１放熱板９０及び第２放熱板９１上に固着され、各放熱板内では整流方向が揃えられ、放熱板相互間では整流方向がことなるように取り付けられている。第１放熱板９０と第２放熱板９１は互いに対をなしている。各半導体装置１１は、Ｃｕリード７をあらかじめ端子台９４に取り付けられた金属端子９５とはんだ材９４を介して接合されている。以上の構造の全波整流装置１５は図４０に示した全波整流回路を構成している。この全波整流装置１５も車両用三相交流発電機に取り付けて使用できる。
（実施例１９）
本実施例では、ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）型半導体装置１１及びこれを外部配線基板に搭載した構造体１５について説明する。
図４３は本実施例の半導体装置およびそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置１１は（ａ）のように構成されている。ガラスエポキシ基板（１８．８ｍｍ×１６．８ｍｍ×０．６５ｍｍ、４層配線）１の第１主面１Ａには配線パターン（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ、厚さ５μｍのＮｉめっき及び厚さ１μｍのＡｕめっきを順次形成）４が設けられ、この配線パターン４上には４種類の集積回路素子基体（４．７ｍｍ×８．２ｍｍ×０．３５ｍｍ、３．９ｍｍ×４．９ｍｍ×０．３５ｍｍ、４．９ｍｍ×４．７ｍｍ×０．３５ｍｍ、６．０ｍｍ×６．０ｍｍ×０．３５ｍｍ）６からなるチップ部品がはんだ層（ピッチ：０．１ｍｍ）５により導電的に固着されている。はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：０．０５〜１５μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成され、Ｎｉ粉末５Ｂの添加量は１５ｖｏｌ％に調整されている。集積回路素子基体６とガラスエポキシ基板１とで構成される空隙（約５０μｍ）にはエポキシ樹脂１０が充填され、はんだ層５は完全に外気から遮断されるように封止されている。エポキシ樹脂１０は、ビスフェノールＡ、無水物系硬化剤としてのメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、硬化促進剤としてのアミン及び有機酸とから構成される。ここで、第１主面１Ａに設けられた配線パターンの所定部（はんだ層５の形成領域以外の部分）には、はんだレジスト膜が設けられている。また、配線パターン４は外部電極層３としての役割も兼ね、基板１の第２主面１Ｂ側に向けて外部配線接続用はんだボール（直径：約０．１５ｍｍ）１２が形成されている。はんだボール１２はＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．７ｗｔ％Ｃｕからなるマトリックス金属１２ＡにＣｕ粉末（粒径：０．０５〜２５μｍ）からなる金属粉末１２Ｂが１５ｖｏｌ％添加された複合体で構成されている。
以上に説明した半導体装置１１によれば、はんだ層５はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ合金からなるマトリックス金属５ＡにＮｉ粉末（粒径：０．０５〜１５μｍ）５Ｂを分散させた複合体で構成されているため、後述する２次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属５Ａの流出とこれに伴う短絡や断線を防止することができる。
次に、上述の半導体装置１１を用いた構造体１５は（ｂ）のように構成されている。半導体装置１１は実施例２と同様の材料からなる配線基板１４の外部配線（Ｃｕ、厚さ：２５μｍ）１３に、外部配線接続用はんだボール１２により固着されている。この際、はんだボール１２による２次実装はんだ付けは２６０℃のもとで実施されている。
本実施例構造体１５における半導体装置１１の不良（短絡または断線による回路機能の消失）発生率は０．０００１５％と極めて低い値であった。これはＮｉ粉末５Ｂの添加によるはんだ材５の流出防止効果によるものである。この流出防止効果は、Ｎｉ粉末５Ｂによる再溶融はんだ材５の体積膨張の抑制、流動性の抑制、目詰まり現象、溶融マトリックス金属５Ａと配線パターン４間の実質的接触面積の低減に基づく。また、本実施例の構造体１５の外部配線接続用はんだボール１２にはＣｕ粉末１２Ｂが添加されているため、構造体１５を熱処理により他の基板に搭載する場合（３次実装はんだ付け）でも、マトリックス金属１２Ａの流出とそれに伴う短絡や断線を防止することができる。
本実施例の構造体１２には−３０〜１２５℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、本実施例の構造体１５は半導体装置１１の回路機能消失による不具合は示さなかった。
以上に説明した半導体装置１１や構造体１５は、最終的に８０×４０×１２．８ｍｍのサイズの３バンド（ＡＭ／ＦＭステレオ／ＴＶ）搭載のテレビ機能付き小型ラジオに搭載された。
（実施例２０）
図４４は本発明の他形態のパワーモジュール装置を説明する平面及び断面模式図である。この絶縁型半導体装置１１は４００Ａ級のものである。セラミック絶縁基板１２２と半導体素子基体６を支持部材１２５上に固着した後、エポキシ樹脂ケース１３０、金属細線７、エポキシ樹脂蓋１３１を設けるとともに同ケース内にシリコーンゲル樹脂１０を充填した状態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′断面、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′断面をそれぞれ示す。ここで、支持部材１２５上のセラミック絶縁基板１２２ははんだ（厚さ：２００μｍ）５′により固着され、セラミック絶縁基板１２２の銅板４ａ上には８個のＳｉからなるＭＯＳ  ＦＥＴ素子基体（寸法：７ｍｍ×７ｍｍ×０．３ｍｍ）６がはんだ層（厚さ：２００μｍ）５により固着されている。各素子基体６にはＡｌ線（直径：４００μｍ）７によるワイヤボンディングが施されソース電極４ｂ、ドレイン電極４ａ、エポキシ樹脂ケース１３０にあらかじめ取り付けられている主端子１４０や補助端子１４１に接続されている。また、セラミック絶縁基板１２２上の銅板４ｃ上には、温度検出用サーミスタ素子３４０がはんだ層５（図示せず）によりろう付けされ、銅板４ｃと補助端子１４１との間を金属細線７によるワイヤボンディングして、外部へ連絡されている。なお、図面では省略しているけれども、エポキシ樹脂ケース１３０と支持部材１２５の間はシリコーン接着樹脂１３５を用いて固定されている。エポキシ樹脂蓋１３１の肉厚部には凹み２２５、主端子１４０には穴１４０′がそれぞれ設けられ、絶縁型半導体装置１１を外部回路配線に連絡するためのネジ（図示せず）が収納されるようになっている。主端子１４０や補助端子１４１はあらかじめ所定形状に打抜き、成形された銅板にＮｉめっきを施したものであり、トランスファモールド法によってエポキシ樹脂ケース１３０に取り付けられている。
ここで、はんだ層５、５′はマトリックス金属５ＡとしてのＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金にＣｕ粉末（粒径：１〜１２μｍ）５Ｂが１０ｖｏｌ％添加されている。
支持部材１２５はＡｌ−ＳｉＣ複合金属部材からなり、熱膨張率：８．０ｐｐｍ／℃、熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋなる物性を有している。支持部材１２５の母材は、Ａｌマトリックス１２５Ａ中にＳｉＣ粒子１２５Ｂを分散した複合体であり、表面にＮｉめっき層（厚さ：５μｍ）が形成されている。支持部材１２５の寸法は７４．０ｍｍ×４２．４ｍｍ×３ｍｍであり、その周縁部に取り付け穴（直径：５．６ｍｍ）１２５Ｅが設けられている。
セラミック絶縁基板１２２は、寸法５０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６３ｍｍを有するＡｌＮ焼結体（熱膨張率：４．３ｐｐｍ／℃、熱伝導率：１６０Ｗ／ｍ・Ｋ）４２０の両面に、厚さ３００μｍの銅板４ａ（ドレイン電極を兼ねる）、４ｂ（ソース電極を兼ねる）、４ｃ（サーミスタ搭載用）と、厚さ２５０μｍの銅板４ｄを、活性金属としてのＴｉを２ｗｔ％添加したＡｇ−２８ｗｔ％Ｃｕろう（図示せず、厚さ：２０μｍ）によりそれぞれ接合したものである。これらの表面には、無電解めっきにより厚さ５μｍのＮｉ層が形成されている。ＡｌＮ焼結体１２の代替物として窒化珪素焼結体（熱膨張率：３．１ｐｐｍ／℃、熱伝導率：１２０ｗ／ｍ・Ｋ）を用いることができる。
以上の構成によれば、半導体装置１１の稼働時において半導体素子基体６が過熱し、はんだ層５あるいは５′が再溶融した場合でも、はんだ層５あるいは５′の流出、部品６、３４０の位置ずれ等の不具合を生ずるのを防止できる。このことにより、半導体装置１１の所定性能を維持できる。
（実施例２１）
本実施例でははんだ材５’について説明する。
図４５は本発明はんだ材の形態を説明する模式図を示す。（ａ）は第１の形態であるペースト状はんだ材５’である。ペースト状はんだ材５’は、はんだ付け熱処理を経た後にマトリックス金属となるＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金（融点：２３０〜２４０℃）からなるマトリックス金属用金属粉末（粒径：１５〜６０μｍ）５Ａと、Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕを主成分とする分散用金属粉末（粒径：１５〜５０μｍ、融点：７７９℃）５Ｂと、有機物を含むフラックス剤〔重量比：ＷＷロジン（１００）−アジビン酸（１）−トリエタノールアミン（１）−アニリン塩酸塩（２）〕５Ｃを混練した組成物である。はんだ材５’中におけるフラックス剤５Ｃの添加量は約１１ｗｔ％である。また、分散用金属粉末５Ｂははんだ付け熱処理を経た後に５０ｖｏｌ％を占有するように添加量が調整されている。マトリックス金属用金属粉末５Ａもはんだ付け熱処理を経た後に５０ｖｏｌ％を占有するように添加量が調整されている。以上に説明したペースト状はんだ材５’は、印刷法、ディスペンス法等により所望接続部に供給され、空気中、窒素中、窒素に水素を添加したフォーミングガス中ではんだ付け処理される。
フラックス剤５Ｃは、マトリックス金属用金属粉末５Ａ、分散用金属粉末５Ｂ、被接続部品や被接続基板のメタライズ領域の表面清浄化とともに表面酸化物を除去する役割を担う。例えば、有機アミン塩酸塩系フラックス剤５Ｃの場合は、被接続物質（Ｃｕ）は次の反応により清浄化される。
２Ｒ・ＮＨ２・ＨＣｌ＋ＣｕＯ→ＣｕＣｌ２＋２ＲＮＨ２＋Ｈ２Ｏ
−−−−−−−−（１）
２ＣｕＣｌ２＋Ｓｎ（溶融錫）→ＳｎＣｌ４＋２Ｃｕ
−−−−−−−−−−−−−−−（２）
また、フラックス剤５Ｃには、例えば以下に示す型式の材料を用いることができる。
（１）千住金属工業（株）製−−−−−スパークルフラックス
ＰＯ−Ｆ−１０１０Ｓ，ＰＯ−Ｆ−１０１０Ｋ，ＥＳ−１０４０，ＰＯ−Ｆ−００９Ｍ，ＰＯ−Ｆ−７１０，ＺＲ−８６，ＺＲ−９３，ＳＲ−２０９，ＳＲ−１２，ＷＦ−３０４１，ＷＦ−２０５０，Ｔ−１
（２）日本スペリア（株）製
ＮＳ−８２７，ＮＳ−８２８Ａ，ＮＳ−８２８Ｂ，ＮＳ−８２８Ｂ−ｎｅ，ＮＳ−８２９，ＮＳ−５０１Ａ，ＮＳ−３１６Ｆ−６，ＮＳ−３１６Ｆ−７，ＮＳ−３１６Ｆ−８，ＮＳ−３３４，ＲＭ−５，ＮＳ−５２，ＮＳ−９１，ＮＳ−３０，ＮＳ−４５，ＮＳ−２３，ＮＳ−２２，ＮＳ−７２，ＮＳ−６５，ＲＡ−３，ＲＡ−５，ＲＡ−９４３，ＲＡ−５１Ａ，ＲＡ−５１Ｍ，ＲＡ−５１Ｔ，ＲＡ−Ａ２１，ＲＭＡ−１，ＲＭＡ−２，ＲＭＡ−Ｍ１６０，ＲＭＡ−Ｍ２９３，ＲＭＡ−Ｍ２９３Ｔ，ＲＭＡ−３５５Ｔ，ＮＣ−４０，ＮＣ−５２
（３）日本ハンダ（株）製
ラピックス−Ｒ，ラピックス−ＲＭＡ，ラピックス−ＲＡ，ラピックス−Ｐ５，ラピックス−Ｇ１５０，ラピックス−Ｇ１３０，ラピックス−ＺＲＭＡ，ラビックス−ＺＲＡ，ラピックス−Ｅ３，ラピックス−Ｅ−６，ラピックスＡＸ−ＢＰ１，ラピックス９２Ｋ，ラピックスＢＡ−１，ラピックスＳＳＲ−１００，ラピックスＳＳＲ−１０１，ラピックスＳＳＲ−１０２，ラピックス−ＣＺ７，ラピックス−ＦＷ１，ラピックス−ＡＤ２，ラピックス−１０００，ラピックス−２０００
（４））日本アルミット（株）製
ＨＭ−１  ＲＭＡ  Ｖ１４Ｌ，ＳＳＨＡ−ＳＮ，Ａ−６５
（５）ソルダーコート（株）製
ＴＡＳ−ＬＦ２２１，ＴＡＳ−ＬＦ２２０，ＴＡＳ−ＬＦ２１９，ＴＡＳ−ＬＦ２１７，ＴＡＳ−ＬＦ２１５，ＴＡＳ−３５０，ＴＡＳ−５５０，ＴＡＳ−ＳＨ２８５，ＴＡＳ−ＳＬ１７０，ＴＡＳ−６５０，ＴＡＳ−ＳＭ１８０
（６）ハリマ化成（株）製
Ｆ−４０，Ｆ−５０，ＬＦ−３００，ＦＲ−３０，ＦＲ−３８
（７）タルチンケスター（株）製
Ｒ−１０１，Ｒ−５００，Ｒ−５０１，Ｒ−５０４，ＨＡ−７８ＴＳ−Ｍ，ＨＡ−９０ＴＳ−Ｍ，Ｌ−８８１，Ｌ−５７０，Ｌ５７１，Ｃ−９０３，Ｓ−１５０（８）タムラ化研（株）製
ＥＣ−１９Ｓ−８，ＥＣ−１５
（９）（株）タムラ製作所製
ＵＬＦ−１０Ｐ，ＵＬＦ−４５，ＶＯＦ−１９，ＶＯＣ−００７Ｖ，ＥＣ−１５，ＥＣ−１９Ｓ
（１０）昭和電工（株）製
９ＺＳＮ０５Ｍ２，８ＺＳＮ０５Ｍ２，８Ｚ３Ｂ０５Ｎ２
（１１）（株）日本フィラーメタルズ製
Ｍ１８０，Ｋ１８０，Ｍ２００，Ａ５５４，ＡＦ０７，ＡＺ３０
（ｂ）は第２の形態であるシート状又はリボン状のはんだ材５’である。シート状はんだ材５’は、あらかじめＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ合金（融点：２３０．２４０℃）からなるマトリックス金属５Ａと、マトリックス金属５Ａ中に分散されたＡｇ−２８ｗｔ％Ｃｕを主成分とする分散用金属粉末（粒径：１５．５０μｍ、融点：７７９℃）５Ｂとから構成される。マトリックス金属５Ａ及び分散用金属粉末５Ｂは、はんだ付け熱処理を経た後にそれぞれ５０ｖｏｌ％を占有するように添加量調整されている。以上に説明したシート状はんだ材５’は、被接続部材の間に介在するように供給され、水素中、窒素中、窒素に水素を添加したフォーミングガス中ではんだ付け処理される。
以上のはんだ材５’によれば、上述の実施例と同様に、従来のはんだ材では得られない作用、効果、利点をもたらす。なお、マトリックス用金属５ＡがＳｎからなる金属又はＳｎ，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｐｄ，Ｐｂの群から選択された２種以上からなる合金、分散用金属粉末５Ｂが主成分としてのＡｇ又は／及びＣｕとともにＳｎ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｂ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｐ，Ｐ，Ａｌの群から選択された１種類以上の金属を含む合金でそれぞれ構成された場合でも同様の作用、効果、利点を享受できる。
（実施例２２）
本実施例では、実施例６で用いたはんだ材５に代えて、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金からなるマトリックス金属５Ａに、Ｓｎ−４０ｗｔ％Ｓｂ−１０ｗｔ％Ａｇ−８ｗｔ％Ｃｕからなる４元合金粉末（粒径：２５〜９０μｍ、添加量：４０ｖｏｌ％）５Ｂを分散したはんだ材５を用い、図１６の半導体装置１１及び構造体１５を得た。はんだ材５の材料以外の構成及び製造方法は実施例６と同じである。
本実施例の構造体１５の短絡不良率は０．００４４％で優れた歩留りを示した。この結果は、水分が樹脂層１０を通して内部に侵入した状態にあっても、チップ部品、配線パターン４、基板１と樹脂層１０の接触界面の接合力を低下させることなく、２次実装に伴うはんだ材５の再溶融と体積膨張によっては界面剥離せず、はんだ材５の流出や短絡を生じないことを示唆する。また、本実施例の４元合金系の組成が適正範囲からはずれるとマトリックス金属５Ａ中に溶解しやすくなり、粒子の形態を消失して、本発明の効果を享受できなくなる。しかし、組成が（２５〜６６）ｗｔ％Ｓｎ−（２２〜７０）ｗｔ％Ｓｂ−（４．５〜３１）ｗｔ％Ａｇ−（２．３〜１８）ｗｔ％Ｃｕの範囲にある場合は、Ｓｎ−４０ｗｔ％Ｓｂ−１０ｗｔ％Ａｇ−８ｗｔ％Ｃｕ合金粉末５Ｂの場合と同様の効果が得られる。
本実施例構造体１５を、−４０〜１２５℃の温度サイクル試験に投入した。ここでは、はんだ層５のクラック破壊に基づく半導体装置１１の回路機能消失に注目した。２０００回までの試験では、回路機能消失による不具合は認められなかった。また、（２５〜６６）ｗｔ％Ｓｎ−（２２〜７０）ｗｔ％Ｓｂ−（４．５〜３１）ｗｔ％Ａｇ−（２．３〜１８）ｗｔ％Ｃｕ合金粉末５Ｂを適用した場合も同様の接続信頼性を維持できる。
以上に説明したように、本発明によればチップ部品を配線部材にはんだ材により搭載し、はんだ付け部を樹脂封止してなる半導体装置を、外部配線部材に２次実装する際のはんだ材の流出やこれによる短絡、断線、チップ部品の位置ずれを防止できる半導体装置、この半導体装置を用いた構造体、及びこれらを用いた電子装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の半導体装置の断面模式図である。
図２は、本発明の半導体装置に適用されているはんだ層の断面模式図である。
図３は、はんだ層がマトリックス金属のみで構成される際の問題点を説明する断面模式図である。
図４は、Ｓｎ−１０ｗｔ％Ｓｂはんだ材にＡｕが融合した場合の融点低下を説明するグラフである。
図５は、Ｐｂ−１２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｓｂ−１ｗｔ％Ａｇはんだ材にＳｎが融合した場合の融点低下を説明するグラフである。
図６は、本発明構造体の断面模式図である。
図７は、２次実装後の短絡不良率に及ぼすＷ粉末粒径の影響を説明するグラフである。
図８は、２次実装後の短絡不良率に及ぼすＷ粉末添加量の影響を説明するグラフである。
図９は、本発明構造体の断線不良率に及ぼすＷ粉末添加量の影響を説明するグラフである。
図１０は、本発明電子装置の一例であるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。
図１１は、電子装置の一例であるリチウムイオン二次電池に組み込まれた半導体装置の回路ブロック図である。
図１２は、一実施例半導体装置に適用する多層ガラスセラミックス基板を説明する図である。
図１３は、一半導体装置の製作工程を示す断面図である。
図１４は、高温高湿雰囲気にさらした半導体装置を適用して得た構造体の短絡不良率を説明するグラフである。
図１５は、一実施例の半導体装置としての電力乗算回路装置の回路ブロック図である。
図１６は、磁界発生部の構成図である。
図１７は、他実施例半導体装置としての高周波パワーモジュールを説明する断面模式図である。
図１８は、他実施例半導体装置を説明する回路図である。
図１９は、携帯電話用構造体を説明する断面模式図である。
図２０は、他実施例構造体を適用した携帯電話の回路ブロック図である。
図２１は、他実施例構造体の断線不良率及び熱抵抗増大不良率を説明するグラフである。
図２２は、他実施例半導体装置としての高周波パワーモジュールを説明する断面模式図である。
図２３は、携帯電話用構造体を説明する断面模式図である。
図２４は、他実施例半導体装置を説明する断面模式図である。
図２５は、他実施例構造体を説明する断面模式図である。
図２６は、他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。
図２７は、他の形態のＣＳＰ型半導体装置を説明する断面模式図である。
図２８は、他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。
図２９は、他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。
図３０は、他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。
図３１は、他実施例構造体の変形例を説明する断面模式図である。
図３２は、他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。
図３３は、他の形態のＣＯＣ型半導体装置を説明する断面模式図である。
図３４は、他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。
図３５は、他実施例半導体装置の回路を説明する図である。
図３６は、他実施例構造体の出力電流と変換効率の関係を説明するグラフである。
図３７は、他実施例半導体装置を説明する断面模式図である。
図３８は、他実施例半導体装置の温度サイクル試験における熱抵抗の推移を説明するグラフである。
図３９は、他実施例半導体装置のパワーサイクル試験における熱抵抗の推移を説明するグラフである。
図４０は、全波整流装置を説明する平面図及び断面図である。
図４１は、他実施例構造体の全波整流回路を説明する回路図である。
図４２は、他の形態の全波整流装置を説明する断面模式図である。
図４３は、他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体を説明する断面模式図である。
図４４は、他形態のパワーモジュール装置を説明する平面及び断面模式図である。
図４５は、本発明のはんだ材の形態を説明する図である。
【図１】
2003021664.tif 000006
【図２（ａ）】
2003021664.tif 000007
【図２（ｂ）】
2003021664.tif 000008
【図２（ｃ）】
2003021664.tif 000009
【図３（ａ）】
2003021664.tif 000010
【図３（ｂ）】
2003021664.tif 000011
【図３（ｃ）】
2003021664.tif 000012
【図３（ｄ）】
2003021664.tif 000013
【図４（ａ）】
2003021664.tif 000014
【図４（ｂ）】
2003021664.tif 000015
【図４（ｃ）】
2003021664.tif 000016
【図５（ａ）】
2003021664.tif 000017
【図５（ｂ）】
2003021664.tif 000018
【図５（ｃ）】
2003021664.tif 000019
【図６】
2003021664.tif 000020
【図７】
2003021664.tif 000021
【図８】
2003021664.tif 000022
【図９】
2003021664.tif 000023
【図１０】
2003021664.tif 000024
【図１１】
2003021664.tif 000025
【図１４】
2003021664.tif 000026
【図１２（ａ）】
2003021664.tif 000027
【図１２（ｂ）】
2003021664.tif 000028
【図１２（ｃ）】
2003021664.tif 000029
【図１２（ｄ）】
2003021664.tif 000030
【図１２（ｅ）】
2003021664.tif 000031
【図１３（ａ）】
2003021664.tif 000032
【図１３（ｂ）】
2003021664.tif 000033
【図１３（ｃ）】
2003021664.tif 000034
【図１５】
2003021664.tif 000035
【図１６】
2003021664.tif 000036
【図１７】
2003021664.tif 000037
【図１８】
2003021664.tif 000038
【図１９】
2003021664.tif 000039
【図２０】
2003021664.tif 000040
【図２１】
2003021664.tif 000041
【図２２】
2003021664.tif 000042
【図２３】
2003021664.tif 000043
【図２４】
2003021664.tif 000044
【図２５】
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【図２６（ａ）】
2003021664.tif 000046
【図２６（ｂ）】
2003021664.tif 000047
【図２７（ａ）】
2003021664.tif 000048
【図２７（ｂ）】
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【図２８（ａ）】
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【図２８（ｂ）】
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【図２９（ａ）】
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【図２９（ｂ）】
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【図３０（ａ）】
2003021664.tif 000054
【図３０（ｂ）】
2003021664.tif 000055
【図３１】
2003021664.tif 000056
【図３２（ａ）】
2003021664.tif 000057
【図３２（ｂ）】
2003021664.tif 000058
【図３３】
2003021664.tif 000059
【図３４（ａ）】
2003021664.tif 000060
【図３４（ｂ）】
2003021664.tif 000061
【図３５】
2003021664.tif 000062
【図３６】
2003021664.tif 000063
【図３７】
2003021664.tif 000064
【図３８】
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【図３９】
2003021664.tif 000066
【図４１】
2003021664.tif 000067
【図４０（ａ）】
2003021664.tif 000068
【図４０（ｂ）】
2003021664.tif 000069
【図４２】
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【図４３（ａ）】
2003021664.tif 000071
【図４３（ｂ）】
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【図４４（ａ）】
2003021664.tif 000073
【図４４（ｂ）】
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【図４４（ｃ）】
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【図４５（ａ）】
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【図４５（ｂ）】
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【国際調査報告】
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2003021664.tif 000079