(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電子部品と、
前記第１電子部品と対向する第２電子部品と、
前記第１電子部品と前記第２電子部品とを接合する接合部と
を含み、
前記接合部が、動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田を含み、
前記半田は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎを含有し、前記物質としてＡｇ２Ｉｎを含有し、
前記Ａｇ２Ｉｎは、動作に伴う昇温過程でγ−黄銅構造から六方最密充填構造に変態し、動作に伴う降温過程で六方最密充填構造からγ−黄銅構造に変態することを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記昇降温過程の温度範囲が０℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
用いられる電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田が設けられた端子を含み、
前記半田は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎを含有し、前記物質としてＡｇ２Ｉｎを含有し、
前記Ａｇ２Ｉｎは、前記電子装置の動作に伴う昇温過程でγ−黄銅構造から六方最密充填構造に変態し、前記電子装置の動作に伴う降温過程で六方最密充填構造からγ−黄銅構造に変態することを特徴とする電子部品。
【請求項４】
Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎを含有し、用いられる電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質としてＡｇ２Ｉｎを含有し、前記Ａｇ２Ｉｎは、前記電子装置の動作に伴う昇温過程でγ−黄銅構造から六方最密充填構造に変態し、前記電子装置の動作に伴う降温過程で六方最密充填構造からγ−黄銅構造に変態することを特徴とする半田。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、電子部品及び半田に関する。
【背景技術】
【０００２】
半田を用いて電子部品間を接合する技術が知られている。このような半田を用いた電子部品間の接合に関し、例えば、接合部の応力緩和、クラック抑制等の観点から、半田にフィラーを混入する技術や、半田の下部又は周囲にマルテンサイト変態性合金を設ける技術を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２９５１８４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半田を用いて接合された電子部品群を含む電子装置、又はそれを含む電子装置（電子機器）では、動作に伴う昇降温過程の熱で、接合部に含まれる半田の結晶粒が粗大化する場合がある。接合部に含まれる半田の結晶粒が粗大化すると、クラックが進展し易くなり、信頼性の低下を招く恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、第１電子部品と、前記第１電子部品と対向する第２電子部品と、前記第１電子部品と前記第２電子部品とを接合する接合部とを含み、前記接合部が、動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田を含み、前記半田は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎを含有し、前記物質としてＡｇ２Ｉｎを含有し、前記Ａｇ２Ｉｎは、動作に伴う昇温過程でγ−黄銅構造から六方最密充填構造に変態し、動作に伴う降温過程で六方最密充填構造からγ−黄銅構造に変態する電子装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の一観点によれば、用いられる電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田が設けられた端子を含み、前記半田は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎを含有し、前記物質としてＡｇ２Ｉｎを含有し、前記Ａｇ２Ｉｎは、前記電子装置の動作に伴う昇温過程でγ−黄銅構造から六方最密充填構造に変態し、前記電子装置の動作に伴う降温過程で六方最密充填構造からγ−黄銅構造に変態する電子部品が提供される。
【０００７】
また、本発明の一観点によれば、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎを含有し、用いられる電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質としてＡｇ２Ｉｎを含有し、前記Ａｇ２Ｉｎは、前記電子装置の動作に伴う昇温過程でγ−黄銅構造から六方最密充填構造に変態し、前記電子装置の動作に伴う降温過程で六方最密充填構造からγ−黄銅構造に変態する半田が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、動作に伴う昇降温過程での半田の結晶粒の粗大化を抑え、優れた信頼性を有する電子装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る接合部において得られる作用効果を概念的に示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係るＳｎ（スズ）−Ｂｉ（ビスマス）−Ａｇ（銀）−Ｉｎ（インジウム）系計算状態図の一例を示す図（その１）である。
【図４】第２の実施の形態に係るＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ系計算状態図の一例を示す図（その２）である。
【図５】第２の実施の形態に係るＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ系計算状態図の一例を示す図（その３）である。
【図６】第２の実施の形態に係るＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ系計算状態図の一例を示す図（その４）である。
【図７】第２の実施の形態に係るＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田の走査型電子顕微鏡像の一例を示す図（その１）である。
【図８】第２の実施の形態に係るＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田の走査型電子顕微鏡像の一例を示す図（その２）である。
【図９】第２の実施の形態に係るＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田の走査型電子顕微鏡像の一例を示す図（その３）である。
【図１０】第３の実施の形態に係る電子部品の一例を示す図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。
【図１２】第４の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。
【図１３】第５の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。
【図１４】半導体チップの構成例を示す図である。
【図１５】半導体パッケージの構成例を示す図である。
【図１６】半導体パッケージの別の構成例を示す図である。
【図１７】回路基板の構成例を示す図である。
【図１８】電子機器の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図１には、第１の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
【００１１】
図１に示す電子装置１は、電子部品１０、電子部品２０及び接合部３０を有している。
電子部品１０は、半導体素子（半導体チップ）、半導体チップを含む半導体装置（半導体パッケージ）、回路基板等である。電子部品１０は、その表面１０ａに、内部に設けられる図示しないトランジスタや導体部（配線、ビア等）に電気的に接続された電極１１を有する。
【００１２】
電子部品２０は、半導体チップ、半導体パッケージ、回路基板等である。電子部品２０は、電子部品１０の表面１０ａ側に対向して設けられる。電子部品２０は、電子部品１０の表面１０ａと対向する表面２０ａの、電子部品１０の電極１１に対応する位置に、内部に設けられる図示しないトランジスタや導体部（配線、ビア等）に電気的に接続された電極２１を有する。
【００１３】
電子部品１０の電極１１及び電子部品２０の電極２１には、例えば、Ｃｕ（銅）若しくはＣｕを含む材料、Ｎｉ（ニッケル）若しくはＮｉを含む材料、又は、Ａｕ（金）若しくはＡｕを含む材料が用いられる。尚、電極１１及び電極２１には、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等を用いた単層構造又は積層構造の電極層を用いることができる。また、そのような電極層上にＮｉ、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）等が用いられたバリアメタル層を設けた積層構造を用いることもできる。
【００１４】
例えば上記のような電子部品１０と電子部品２０の、互いの電極１１と電極２１とが、接合部３０によって接合される。電子部品１０と電子部品２０とは、電極１１、接合部３０及び電極２１を通じて、電気的に接続される。
【００１５】
ここでは一対の電極１１及び電極２１と、それらを接合する１つの接合部３０を例示するが、これらの数は限定されるものではない。電子部品１０及び電子部品２０には、対応する複数対の電極１１及び電極２１が設けられてよく、それら複数対の電極１１及び電極２１をそれぞれ接合する複数の接合部３０が設けられてよい。
【００１６】
尚、接合部３０によって接合される電子部品１０と電子部品２０の組合せとしては、例えば、半導体チップと回路基板の組合せ、半導体パッケージと回路基板の組合せ、半導体チップと半導体パッケージの組合せがある。接合部３０によって接合される電子部品１０と電子部品２０の組合せとしては、このほかにも、例えば、半導体チップ同士の組合せ、半導体パッケージ同士の組合せ、回路基板同士の組合せがある。また、接合部３０によって接合される電子部品１０と電子部品２０は、個片化後の電子部品同士の組合せ、個片化前の電子部品と個片化後の電子部品の組合せ、或いは個片化前の電子部品同士の組合せであってもよい。
【００１７】
電子部品１０と電子部品２０とを接合する接合部３０は、半田３１を含む。接合部３０の半田３１には、例えば、Ｓｎ（スズ）を含有する半田、Ｓｎを含有しＰｂ（鉛）を含有しない半田（Ｐｂフリー半田）が用いられる。この接合部３０の半田３１には更に、電子装置１或いは電子装置１を含む電子装置（電子機器）の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化（可逆的に変態）する物質３２が含有される。図１では便宜上、電子装置１を含む電子装置を、電子機器２として点線で模式的に表す。
【００１８】
電子装置１の動作時には、熱が発生し得る。また、電子装置１を含む電子機器２の動作時には、電子機器２内の電子装置１、或いは電子機器２内の別の電子装置等で、熱が発生し得る。電子装置１或いは電子機器２の動作に伴って熱が発生し、その熱が電子装置１の接合部３０に伝わると、接合部３０が昇温される。動作終了後、接合部３０は降温される。尚、接合部３０の昇温は、通常、接合部３０の半田３１の融点未満が上限とされる。
【００１９】
接合部３０の半田３１には、このような電子装置１或いは電子機器２の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質３２が含有される。電子装置１或いは電子機器２の動作に伴う接合部３０の温度は、電子装置１或いは電子機器２の構成に依存する。例えば、電子装置１或いは電子機器２の動作前における接合部３０の温度は、０℃〜３０℃であり、電子装置１或いは電子機器２の動作時における接合部３０の温度は、８０℃〜１００℃である。
【００２０】
ここで、電子部品間を接合する接合部として、上記のような物質３２を含有しない半田を用いた場合について述べる。
一般的に金属材料は、融点の１／２以上の温度になると回復、再結晶が生じ、組織はより安定な状態となる。
【００２１】
しかし、半田が所謂低融点半田と称されるような比較的融点の低いものである場合や、半田が用いられている電子装置等の動作に伴ってその半田が比較的高い温度まで昇温される場合には、付与される熱で半田の結晶粒の粗大化（結晶粒成長）が進行し得る。一度粗大化した半田の結晶粒は、その後、同様の動作に伴う昇温で更に粗大化し得るものの、再溶融しない限り微細な結晶粒に戻ることはないか、極めて稀である。上記物質３２を含有しない半田を用いた場合には、電子装置等の動作に伴って継続的に或いは繰り返し付与される熱によって、結晶粒の粗大化が比較的進行し易い。
【００２２】
半田の結晶粒が粗大化すると、その半田が用いられた１つの接合部に含まれる結晶の数が減少するため、接合部は、多結晶材料を用いた場合とは異なり、結晶方位に起因した異方性を示すようになる。その結果、個々の接合部の強度や導電性といった性質が異なってきてしまい、例えば、複数の接合部を含む電子装置等の製品の特性がばらついたり、特性を適正に評価できなくなったりする恐れがある。更に、微細な結晶粒を含む組織は、その微細組織によってクラックの進展を抑える働きを有する一方、粗大化した結晶粒が増えると、クラックが比較的進展し易くなってしまい、接合信頼性の低下を引き起こす恐れがある。
【００２３】
これに対し、電子部品１０と電子部品２０との接合部３０に、上記のような物質３２を含有する半田３１を用いた場合には、次のような作用効果が得られる。
図２は第１の実施の形態に係る接合部において得られる作用効果を概念的に示す図である。
【００２４】
例えば、電子装置１或いは電子機器２に含まれる、電子部品１０と電子部品２０との接合部３０に、電子装置１或いは電子機器２の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質３２を含有する半田３１が用いられる。接合部３０を含む電子装置１或いは電子機器２の、動作前の接合部３０の半田３１は、通常、多数の結晶粒を有する（ステップＳ１）。電子装置１或いは電子機器２の、動作前の接合部３０の半田３１は、電子部品１０と電子部品２０とを接合する際の再結晶や半田３１の組成等によって、比較的微細な結晶粒を有する組織とすることができる。
【００２５】
電子装置１或いは電子機器２の動作が実行され、動作に伴って接合部３０が昇温されると、その昇温過程で、半田３１に含有される物質３２の結晶構造が変化し、物質３２が変態する（ステップＳ２）。このような昇温過程での物質３２の結晶構造の変化により、半田３１内には歪みが発生する。
【００２６】
物質３２の結晶構造の変化によって半田３１内に発生した歪みは、上記動作に伴う接合部３０の昇温過程で、半田３１の回復、再結晶を促進する（ステップＳ３）。接合部３０が昇温されても、物質３２の結晶構造の変化によって半田３１内に発生する歪みが駆動力となり、半田３１の回復、再結晶が促進され、半田３１の結晶粒の粗大化が抑えられる。即ち、微細な結晶粒（再結晶粒）が多数生成され、その結果、粗大な結晶粒の生成、結晶粒成長による粗大化等が抑えられる。例えば、昇温前の比較的微細な結晶粒が維持されるか、或いは昇温前の比較的微細な結晶粒に近いサイズの結晶粒が得られる。
【００２７】
このように、昇温過程での物質３２の結晶構造の変化によって発生する歪みにより（ステップＳ２）、半田３１の回復、再結晶が促進されることで（ステップＳ３）、結晶粒の粗大化が抑えられた半田３１が生成される（ステップＳ４）。
【００２８】
電子装置１或いは電子機器２は、その動作が終了すると、自然冷却や、冷却装置を用いた強制冷却により、室温等の所定温度に向かって降温されていく。この降温過程でも、接合部３０の半田３１に含有される物質３２の結晶構造が変化する（ステップＳ５）。このような降温過程での物質３２の結晶構造の変化により、半田３１内には歪みが発生する。
【００２９】
接合部３０の降温過程で半田３１内に発生した歪みは、半田３１の回復、再結晶を促進する（ステップＳ６）。接合部３０が降温される際も、物質３２の結晶構造の変化によって半田３１内に発生する歪みが駆動力となり、半田３１の回復、再結晶が促進され、半田３１の結晶粒の粗大化が抑えられる。例えば、動作による昇温前の比較的微細な結晶粒が維持されるか、或いは昇温前の比較的微細な結晶粒に近いサイズの結晶粒が得られる。
【００３０】
このように、降温過程での物質３２の結晶構造の変化によって発生する歪みにより（ステップＳ５）、半田３１の回復、再結晶が促進されることで（ステップＳ６）、結晶粒の粗大化が抑えられた半田３１が生成される（ステップＳ１）。
【００３１】
上記のように、電子部品１０と電子部品２０との接合部３０の半田３１に物質３２を含有させることで、その結晶構造が変化する変態により、電子装置１或いは電子機器２の動作に伴う昇降温過程で、半田３１の結晶粒の粗大化を抑えることができる。動作（昇温）が継続的に実行される場合や、動作（昇降温）が複数回繰り返されるような場合でも、物質３２の結晶構造の変化により、半田３１の結晶粒の粗大化を抑えることができる。
【００３２】
半田３１の結晶粒の粗大化を抑えることで、接合部３０をクラックが進展し難い構造とすることができ、電子部品１０と電子部品２０の間の接合信頼性を向上させることができる。また、結晶粒の粗大化によって生じる、結晶方位に起因した半田３１の異方性を抑えることができ、異なる電子装置１間に設けられる、或いは１つの電子装置１内に複数設けられる、異なる接合部３０間の性質のばらつきを抑えることができる。
【００３３】
接合部３０の半田３１に物質３２を含有させることで、優れた信頼性を有する接合部３０を実現することができ、そのような接合部３０を含む電子装置１或いは電子機器２の信頼性の向上を図ることができる。
【００３４】
上記図２に示したようなステップＳ５及びステップＳ６に関し、動作後の電子装置１或いは電子機器２を室温まで降温させ、半田３１を回復、再結晶させるためには、室温が絶対温度で半田３１の融点の１／２以上であることが好ましい。室温を例えば２７℃とした場合、物質３２を含有する半田３１の融点Ｔｍとの関係は、次式（１）で表すことができる。
【００３５】
（２７［℃］＋２７３）［Ｋ］≧０．５×（Ｔｍ［℃］＋２７３）［Ｋ］・・・（１）
式（１）より、室温２７℃で半田３１を回復、再結晶させるためには、物質３２を含有する半田３１の融点Ｔｍを、Ｔｍ≦３２７℃とすることが好ましい。
【００３６】
室温２７℃で半田３１を、より回復、再結晶させるためには、次式（２）のような関係式から半田３１の融点Ｔｍを設定する。
（２７［℃］＋２７３）［Ｋ］≧０．６×（Ｔｍ［℃］＋２７３）［Ｋ］・・・（２）
式（２）より、室温２７℃で半田３１を、より回復、再結晶させるためには、物質３２を含有する半田３１の融点Ｔｍを、Ｔｍ≦２２７℃とすることが好ましい。
【００３７】
また、更に低温の０℃で半田３１を回復、再結晶させる場合であれば、物質３２を含有する半田３１の融点Ｔｍを、次式（３）の関係式から設定する。
（０［℃］＋２７３）［Ｋ］≧０．５×（Ｔｍ［℃］＋２７３）［Ｋ］・・・（３）
式（３）より、０℃で半田３１を回復、再結晶させるためには、物質３２を含有する半田３１の融点Ｔｍを、Ｔｍ≦２７３℃とすることが好ましい。
【００３８】
０℃で半田３１を、より回復、再結晶させるためには、次式（４）の関係式から半田３１の融点Ｔｍを設定する。
（０［℃］＋２７３）［Ｋ］≧０．６×（Ｔｍ［℃］＋２７３）［Ｋ］・・・（４）
式（４）より、０℃で半田３１を、より回復、再結晶させるためには、物質３２を含有する半田３１の融点Ｔｍを、Ｔｍ≦１８２℃とすることが好ましい。
【００３９】
電子装置１或いは電子機器２の動作に伴う昇温時の最大温度、降温時の回復、再結晶の温度等に基づき、接合部３０に用いる半田３１の融点、即ち、接合部３０に用いる半田３１の材料を設定することができる。
【００４０】
次に、第２の実施の形態について説明する。
この第２の実施の形態では、電子装置或いは電子機器の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田について、具体例を挙げて、より詳細に説明する。
【００４１】
ここでは、半田として、Ｓｎ及びＢｉ（ビスマス）を含むものを用い、その半田に含有される、結晶構造が可逆的に変化する物質として、Ｉｎ（インジウム）及びＡｇ（銀）を含むものを用いる場合を例にして説明する。
【００４２】
例えば、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田（Ｓｎ：４２重量％，Ｂｉ：５８重量％）は、融点が１３９℃と比較的低く、所謂低融点半田と呼ばれるものの１種である。低融点半田としては、このようなＳｎ−Ｂｉ共晶半田のほかにも、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ半田やＳｎ−Ｂｉ−Ｃｕ半田等、様々なものが開発されている。
【００４３】
Ｓｎ−Ｂｉ系半田のような低融点半田を、電子部品間の接合に用いると、リフロー温度を低下させることができる。例えば、半導体チップとプリント基板とを、低融点半田よりも融点の高いＳｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田を用い、リフローして接合する場合には、プリント基板に半導体チップとの熱膨張率差に起因して反りが生じてしまうことがある。これに対し、接合に低融点半田を用い、リフロー温度を低下させると、プリント基板に生じる反りを低減することができる。また、リフロー温度の低下により、消費電力を低減し、製造コストを抑えることも可能になる。
【００４４】
しかし、前述の通り、電子部品間の接合に、単に低融点半田を用いると、接合された電子部品群を含む電子装置或いは電子機器（単に「電子装置」とも言う）の継続的な或いは繰り返しの動作に伴う熱で、半田の結晶粒が粗大化する場合がある。
【００４５】
例えば、半田の融点をＴｍとした時、コンピュータ等の電子機器の動作温度は０．８×Ｔｍ〜０．９×Ｔｍに達することがある。このような温度は、電子部品間の接合部の半田にとっては非常に高温であり、電子機器の動作に伴って半田の結晶粒の粗大化が顕著となる場合がある。前述の通り、半田の結晶粒の粗大化は、接合部の異方性によるばらつきや、クラックが進展し易くなることによる接合信頼性の低下を招く恐れがある。また、接合部の半田の結晶粒が、接合当初は比較的微細であっても、動作に伴って粗大化してしまうと、再溶融しない限りは再び微細な結晶粒に戻すことが難しい。
【００４６】
そこで、電子部品間の接合に、それらを含む電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田を用いる、上記のような技術を採用する。
例えば、上記図１に示す電子部品１０と電子部品２０との接合部３０の半田３１として、Ｓｎ−Ｂｉ系半田を用いる。その半田３１内に、電子装置１或いは電子機器２（電子装置）の動作前の温度（例えば０℃〜３０℃）と動作時の温度（例えば８０℃〜１００℃）との間の昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質３２として、Ａｇ2Ｉｎを含有させる。
【００４７】
Ａｇ2Ｉｎの単体の結晶構造は、室温（０℃〜３０℃）ではγ−ｂｒａｓｓ構造（γ−黄銅構造）であるが、３００℃を超えるとＨＣＰ構造（六方最密充填構造）に変化（変態）する。このＡｇ2Ｉｎを、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田に含有させると、０℃〜１００℃の間でＡｇ2Ｉｎがその結晶構造を変化させて変態するようになる。
【００４８】
第２の実施の形態に係るＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ系計算状態図の一例を図３に示す。
図３は、４２重量％のＳｎと５８重量％のＢｉとを含むＳｎ−Ｂｉ共晶半田に対し、Ａｇ及びＩｎを１：１で含有させた時の計算状態図である。図３において、横軸はＳｎ−Ｂｉ共晶半田を原点とした時のＡｇ及びＩｎの含有量［重量％］を表し、縦軸は温度［℃］を表している。例えば、横軸のＡｇ及びＩｎの含有量１重量％は、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田に１重量％のＡｇ及び１重量％のＩｎを含有させていることを表す。
【００４９】
図３より、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田に、一定量（例えば図３に示す太矢印のような位置の含有量で）、Ａｇ及びＩｎを含有させると、温度に応じてＳｎ、Ｂｉ及びＡｇ2Ｉｎを含む３種類の状態（相）を採り得る組成が存在することが分かる。即ち、比較的低温側の温度領域に生成される相４０、比較的高温側の温度領域に生成される相５０、並びにこれらの相４０及び相５０が生成される温度領域の中間の温度領域に生成される相６０の、３種類の相を採り得る組成が存在する。
【００５０】
ここで、比較的低温側の温度領域に生成される相４０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）相）である。比較的高温の温度領域に生成される相５０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。これらの相４０及び相５０が生成される温度領域の中間の温度領域に生成される相６０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存して含まれる相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。
【００５１】
所定組成のＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田において、Ａｇ2Ｉｎは、室温等の比較的低温域と電子装置が動作する時の比較的高温域との間で、昇温過程ではγ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に、降温過程ではＨＣＰ構造からγ−ｂｒａｓｓ構造に、変態する。即ち、所定組成のＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田が用いられた電子部品間接合部を含む電子装置では、その動作に伴う昇降温過程で、接合部に含有されるＡｇ2Ｉｎがその結晶構造を可逆的に変化させる。
【００５２】
Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態する際、及びＨＣＰ構造からγ−ｂｒａｓｓ構造に変態する際には、体積変化、歪みが発生する。そのため、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田を電子部品間接合部に用いると、昇温過程ではＡｇ2Ｉｎの変態時の歪みでＳｎ−Ｂｉ系半田の回復、再結晶が促進され、結晶粒の粗大化が抑えられる（上記図２のステップＳ１〜Ｓ３に相当）。降温過程でも同様に、Ａｇ2Ｉｎの変態時の歪みでＳｎ−Ｂｉ系半田の回復、再結晶が促進され、結晶粒の粗大化が抑えられる（上記図２のステップＳ４〜Ｓ６に相当）。
【００５３】
また、電子部品間接合部に、それを含む電子装置の動作に伴う昇降温の温度範囲にＡｇ2Ｉｎの変態点が存在するような所定組成のＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田が用いられる。この場合、昇温されるＡｇ2Ｉｎの準安定状態又は安定状態への遷移時に生じる吸熱は、接合部の昇温の緩和に寄与する。降温されるＡｇ2Ｉｎの準安定状態又は安定状態への遷移時に生じる吸熱は、接合部の降温の進行に寄与する。
【００５４】
続いて、Ａｇ及びＩｎを含有するＳｎ−Ｂｉ系半田の組成について更に述べる。
第２の実施の形態に係るＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ系計算状態図の一例を図４に示す。
図４は、Ａｇ及びＩｎを含有するＳｎ−Ｂｉ系半田のＳｎ含有量を変化させた時の計算状態図である。図４において、横軸はＳｎ含有量［重量％］、縦軸は温度［℃］を表している。Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎの割合は一定としている。
【００５５】
図４の相４０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）相）である。相５０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。これらの間の相６０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存して含まれる相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。
【００５６】
例えば、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田が用いられた電子部品間接合部を含む電子装置の動作時に、接合部が１００℃以上とならない場合を想定する。
この場合、図４より、Ｓｎ含有量が３１．８重量％以下では、接合部が１００℃以上とならない電子装置の動作の間、Ａｇ2Ｉｎの、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造への変態が起こらない。即ち、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、γ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存する相６０や、Ａｇ2ＩｎがＨＣＰ構造を採る相５０への変態が起こらない。電子装置の動作時に、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＡｇ2Ｉｎが、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態しないと、変態による歪みが発生せず、半田の回復、再結晶が促進されないため、結晶粒が粗大化し得る。電子装置の動作時に、それに含まれる接合部が１００℃以上とならないような場合には、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＳｎ含有量は、３１．８重量％超とする。
【００５７】
更に、図４より、Ｓｎ含有量が３１．８重量％超で３９．５重量％以下では、接合部が１００℃以上とならない電子装置の動作の間、Ａｇ2Ｉｎの、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造への完全な変態は起こらない。即ち、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、ＨＣＰ構造を採る相５０への変態が起こらない。しかし、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、γ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存する相６０への変態は起こり得る。電子装置の動作時に、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＡｇ2Ｉｎが、全部ではないが一部、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態する場合でも、変態により発生する歪みで半田の回復、再結晶を促進し、結晶粒の粗大化を抑えることはできる。
【００５８】
但し、電子装置の動作時に、Ａｇ2Ｉｎが全部、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態する場合の方が、発生する歪み量が多くなり、半田の回復、再結晶を促進する効果は大きくなり、結晶粒の粗大化を抑える効果は大きくなる。即ち、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、γ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存する相６０、更にＡｇ2ＩｎがＨＣＰ構造を採る相５０への変態が起こる場合の方が、半田の結晶粒の粗大化を抑える効果は大きくなる。Ａｇ2Ｉｎが全部、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態し得るＳｎ含有量は、３９．５重量％超である。
【００５９】
従って、電子装置の動作時に、それに含まれる接合部が１００℃以上とならない場合には、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＳｎ含有量は、３１．８重量％超とし、更に、３９．５重量％超とすることが好ましい。
【００６０】
また、図４より、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＳｎ含有量が、７４．４重量％を超えると、固相線温度が上昇し始める。そのため、Ｓｎ含有量が７４．４重量％超のＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田では、それを用いて電子部品間を接合する際、接合温度が高くなる可能性がある。Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＳｎ含有量は、低温接合の観点では、７４．４重量％以下とすることが好ましい。
【００６１】
更に、第２の実施の形態に係るＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ系計算状態図の一例を図５に示す。
図５は、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田にＡｇ及びＩｎを２：３で含有させた時の計算状態図である。図５において、横軸はＡｇ含有量［重量％］、縦軸は温度［℃］を表している。
【００６２】
図５の相４０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）相）である。相５０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。これらの間の相６０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存して含まれる相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。
【００６３】
例えば、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田が用いられた電子部品間接合部を含む電子装置の動作時に、接合部が１００℃以上とならない場合を想定する。
この場合、図５より、Ａｇ含有量が５．５重量％を超えると、接合部が１００℃以上とならない電子装置の動作の間、Ａｇ2Ｉｎの、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造への変態が起こらない。即ち、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、γ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存する相６０や、Ａｇ2ＩｎがＨＣＰ構造を採る相５０への変態が起こらない。そのため、電子装置の動作時に、Ａｇ2Ｉｎの変態による歪みが発生せず、半田の回復、再結晶が促進されないため、結晶粒が粗大化し得る。電子装置の動作時に、それに含まれる接合部が１００℃以上とならない場合には、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＡｇ含有量は、５．５重量％以下とする。
【００６４】
更に、図５より、Ａｇ含有量が５．５重量％以下で３．２重量％超では、接合部が１００℃以上とならない電子装置の動作の間、Ａｇ2Ｉｎの、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造への完全な変態は起こらない。即ち、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、ＨＣＰ構造を採る相５０への変態が起こらない。しかし、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、γ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存する相６０への変態は起こり得る。電子装置の動作時に、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＡｇ2Ｉｎが、全部ではないが一部、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態する場合でも、変態により発生する歪みで半田の回復、再結晶を促進し、結晶粒の粗大化を抑えることはできる。
【００６５】
但し、電子装置の動作時に、Ａｇ2Ｉｎが全部、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態する場合の方が、発生する歪み量が多くなり、半田の回復、再結晶を促進する効果は大きくなり、結晶粒の粗大化を抑える効果は大きくなる。即ち、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造を採る相４０から、γ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存する相６０、更にＡｇ2ＩｎがＨＣＰ構造を採る相５０への変態が起こる場合の方が、半田の結晶粒の粗大化を抑える効果は大きくなる。Ａｇ2Ｉｎが全部、γ−ｂｒａｓｓ構造からＨＣＰ構造に変態し得るＳｎ含有量は、３．２重量％以下である。
【００６６】
従って、電子装置の動作時に、それに含まれる接合部が１００℃以上とならない場合には、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＡｇ含有量は、５．５重量％以下とし、更に、３．２重量％以下、或いは更に３重量％以下とすることが好ましい。
【００６７】
同様の観点から、電子装置の動作時に、それに含まれる接合部が１００℃以上とならない場合、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＡｇ含有量は、０．３５重量％超、好ましくは０．７重量％超とする。０．３５重量％以下では、電子装置の動作時に、相５０の状態しか採らないためである。０．３５重量％超で０．７重量％以下では、電子装置の動作時に、相６０と相５０の間での変態が生じるが、相４０と相５０との間の変態が生じないためである。
【００６８】
また、Ｓｎ−Ｂｉ系半田にＡｇと共に含有されるＩｎの含有量が３重量％を超えると、著しく固相線温度が低下し、それを用いた接合部を含む電子装置の動作時に溶融してしまい、電子装置の信頼性が低下する。Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＩｎ含有量は、３重量％以下とすることが好ましい。
【００６９】
更に、第２の実施の形態に係るＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ系計算状態図の一例を図６に示す。
図６は、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田にＡｇ及びＩｎを、Ａｇ含有量＞Ｉｎ含有量となる条件で含有させた時の計算状態図である。Ａｇ含有量は３重量％以下とし、Ａｇ及びＩｎを２：１としている。図６において、横軸はＡｇ含有量（＞Ｉｎ含有量）［重量％］、縦軸は温度［℃］を表している。
【００７０】
図６の相４０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）相）である。相５０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎを含む相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。これらの間の相６０は、Ｓｎ及びＢｉ、並びにγ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存して含まれる相（Ｓｎ＋Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ（γ−ｂｒａｓｓ）＋Ａｇ2Ｉｎ（ＨＣＰ）相）である。
【００７１】
図６より、Ｉｎ含有量がＡｇ含有量よりも少ない場合には、γ−ｂｒａｓｓ構造とＨＣＰ構造のＡｇ2Ｉｎが共存して含まれる相６０が現れる領域が広くなる。いずれのＡｇ含有量においても、接合部が１００℃以上とならない電子装置の動作の間、Ａｇ2Ｉｎがγ−ｂｒａｓｓ構造のみを採る相４０から、Ａｇ2ＩｎがＨＣＰ構造のみを採る相５０への変態が起こらない。そのため、変態によって発生する歪みで半田の回復、再結晶を促進させて結晶粒の粗大化を抑える効果が小さくなる可能性がある。
【００７２】
Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＩｎ含有量は、前述のように３重量％以下とすることが好ましく、更に、この図６の知見から、Ａｇ含有量と同じか、又はＡｇ含有量よりも多くすることが好ましい。
【００７３】
以上の図４〜図６のような知見から、所定量のＳｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、残部がＢｉ又はＢｉと不可避不純物である材料を、所定温度範囲における昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田として、用いることができる。
【００７４】
図４〜図６では、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田が用いられた電子部品間接合部を含む電子装置の動作時に、接合部が１００℃以上とならない場合を想定した時の、好ましいＳｎ、Ａｇ及びＩｎの含有量の設定例を示している。電子装置の動作時の温度、それによって想定される接合部の温度が変われば、好ましいＳｎ、Ａｇ及びＩｎの含有量も変わってくる。Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田のＳｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎの組成は、想定される接合部の温度に依存する。電子装置の動作に伴う昇温過程で、相４０から相６０への変態、或いは更に相５０への変態が起こり、降温過程では、相５０から相６０への変態、或いは更に相４０への変態が起こるように、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＩｎの組成が設定される。
【００７５】
続いて、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田について熱処理を行った結果について述べる。
第２の実施の形態に係るＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；ＳＥＭ）像の一例を図７〜図９に示す。
【００７６】
図７（Ａ）は、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田（Ｓｎ−Ｂｉ）を、１２０℃まで昇温し、１２０℃から室温まで冷却した後のＳＥＭ像である。図７（Ｂ）は、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田に１．５重量％のＡｇ2Ｉｎを含有させたもの（Ｓｎ−Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ）を、１２０℃まで昇温し、１２０℃から室温まで冷却した後のＳＥＭ像である。図７（Ａ）のＳｎ−Ｂｉ共晶半田に比べて、図７（Ｂ）のＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田の方が、微細な結晶粒が存在していることが分かる。
【００７７】
また、図８（Ａ）は、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田（Ｓｎ−Ｂｉ）を、１００℃で１２時間熱処理し、室温まで冷却した後のＳＥＭ像である。図８（Ｂ）は、Ｓｎ−Ｂｉ共晶半田に１．５重量％のＡｇ2Ｉｎを含有させたもの（Ｓｎ−Ｂｉ＋Ａｇ2Ｉｎ）を、１００℃で１２時間熱処理し、室温まで冷却した後のＳＥＭ像である。図８（Ａ）のＳｎ−Ｂｉ共晶半田では、結晶粒がおよそ２倍程度になり、粗大化が進行しているのに比べ、図８（Ｂ）のＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田では、結晶粒の粗大化が抑えられ、微細な結晶粒が存在していることが分かる。
【００７８】
図９は、Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田の熱処理後の拡大ＳＥＭ像である。変態したＡｇ2Ｉｎ７０の周囲に微細な結晶粒７１が形成されていることが確認できる。
以上説明したように、Ｓｎ−Ｂｉ系半田に、電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質としてＡｇ2Ｉｎを含有させることで、その結晶構造の変化により発生する歪みで半田の回復、再結晶が促進され、結晶粒の粗大化が抑えられる。Ａｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田を電子部品間接合部に用いることで、結晶粒の粗大化に起因した性質のばらつきやクラックの進展の容易化を抑え、優れた信頼性の接合部を実現することができる。更に、そのような接合部を有する、優れた信頼性の電子装置を実現することができる。
【００７９】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１０は第３の実施の形態に係る電子部品の一例を示す図である。図１０には、第３の実施の形態に係る電子部品の一例の要部断面を模式的に図示している。
【００８０】
図１０に示す電子部品８０は、半導体チップ、半導体パッケージ、回路基板等であり、その表面８０ａに、内部に設けられる図示しないトランジスタや導体部（配線、ビア等）に電気的に接続された電極８１を有する。電極８１には、例えばＣｕが用いられる。電極８１は、その表層に、Ｎｉ等が用いられたバリアメタル層を有していてもよい。バリアメタル層にＮｉを用いる場合、例えば無電解めっきでＮｉを４μｍ〜６μｍ程度の厚さで形成する。この場合、形成されるＮｉのバリアメタル層は、めっき液に含まれるリン（Ｐ）を含有し得る。
【００８１】
電子部品８０は更に、電極８１上に設けられたバンプ１００を有する。バンプ１００には、上記のようなＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田等、電子部品８０が用いられる電子装置或いは電子機器の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質１０２を含有する半田１０１が用いられる。
【００８２】
このようなバンプ１００を有する電子部品８０によれば、他の電子部品との接合時及び接合後において、半田１０１の結晶粒の粗大化を抑えることができる。
ここで、図１１は第３の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例を示す図である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）にはそれぞれ、第３の実施の形態に係る電子部品接合工程の一例の要部断面を模式的に図示している。
【００８３】
図１１（Ａ）に示すように、電極８１上にバンプ１００が設けられた電子部品８０と、電極８１と対応する位置に電極９１が設けられた電子部品９０とが準備される。電子部品９０は、半導体チップ、半導体パッケージ、回路基板等である。電極９１には、例えばＣｕが用いられる。電極９１は、その表層に、Ｎｉ等が用いられたバリアメタル層を有していてもよい。Ｎｉを用いたバリアメタル層は、これを無電解めっきで形成する際のめっき液に含まれるＰを含有し得る。
【００８４】
準備された電子部品８０及び電子部品９０が、図１１（Ａ）に示すように、電極８１側の表面８０ａと電極９１側の表面９０ａとが対向され、電極８１及び電極９１の位置合わせが行われて、配置される。
【００８５】
その後、電子部品８０及び電子部品９０が加熱、加圧され、図１１（Ｂ）に示すように、電子部品８０のバンプ１００と、電子部品９０の電極９１とが接合される。この接合時の加熱は、バンプ１００の半田１０１の融点を上回る温度、例えば１５０℃〜２００℃程度で、行われる。バンプ１００は、加熱により溶融され、その後、例えば室温まで冷却されて、凝固される。
【００８６】
図１１（Ｂ）に示すように、バンプ１００と電極８１との界面、及びバンプ１００と電極９１との界面には、それぞれ金属間化合物８２及び金属間化合物９２が形成され得る。バンプ１００にＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田を用い、電極８１及び電極９１にＣｕを用いている場合は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｉｎ及びＣｕのうちのいずれか２種以上を含む金属間化合物８２及び金属間化合物９２が形成され得る。バンプ１００にＡｇ2Ｉｎ含有Ｓｎ−Ｂｉ系半田を用い、電極８１及び電極９１の表面にＮｉのバリアメタル層を設けている場合は、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｉｎ及びＮｉのうちのいずれか２種以上を含む金属間化合物８２及び金属間化合物９２が形成され得る。
【００８７】
バンプ１００には、結晶構造が可逆的に変化する物質１０２を含有する半田１０１が用いられている。そのため、接合時の昇温過程では、物質１０２の結晶構造が変化する際の歪みによって、半田１０１の結晶粒の粗大化が抑えられ、降温過程でも同様に、物質１０２の結晶構造が変化する際の歪みによって、半田１０１の結晶粒の粗大化が抑えられる。これにより、微細な結晶粒の半田１０１を含む接合部１００ａで電子部品８０と電子部品９０とが接合された電子装置１ａが得られる。
【００８８】
物質１０２を含有する半田１０１が用いられた、電子部品８０と電子部品９０との接合部１００ａは、その後、電子装置１ａ或いはそれが用いられる電子機器（電子装置）の動作に伴って昇温され、動作後に降温され得る。接合部１００ａの半田１０１は、電子装置１ａ等の動作時の昇温過程では、物質１０２の結晶構造の変化による歪みによって結晶粒の粗大化が抑えられ、動作後の降温過程でも同様に、物質１０２の結晶構造の変化による歪みによって結晶粒の粗大化が抑えられる。
【００８９】
これにより、結晶粒の粗大化に起因した性質のばらつきやクラックの進展の容易化を抑え、優れた信頼性の接合部１００ａを実現することができ、更に、そのような接合部１００ａを有する、優れた信頼性の電子装置１ａ等を実現することができる。
【００９０】
尚、第３の実施の形態において、電子部品８０及び電子部品９０には、対応する複数対の電極８１及び電極９１が設けられてよい。その場合、電子部品８０には、複数の電極８１上にそれぞれ、バンプ１００が設けられる。
【００９１】
また、第３の実施の形態において、バンプ１００によって接合する電子部品８０と電子部品９０の組合せとしては、例えば、半導体チップと回路基板の組合せ、半導体パッケージと回路基板の組合せ、半導体チップと半導体パッケージの組合せがある。このほかにも、例えば、半導体チップ同士の組合せ、半導体パッケージ同士の組合せ、回路基板同士の組合せがある。また、電子部品８０と電子部品９０は、個片化後の電子部品同士の組合せ、個片化前の電子部品と個片化後の電子部品の組合せ、或いは個片化前の電子部品同士の組合せであってもよい。
【００９２】
次に、第４の実施の形態について説明する。
図１２は第４の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図１２（Ａ）には、第４の実施の形態に係る電子装置の第１構成例の要部断面を模式的に図示している。図１２（Ｂ）には、第４の実施の形態に係る電子装置の第２構成例の要部断面を模式的に図示している。
【００９３】
例えば、上記第３の実施の形態では、電子部品８０の電極８１と、電子部品９０の電極９１とを、バンプ１００（接合部１００ａ）によって接合する場合を例示した。このほか、図１２（Ａ）に示すように、電子部品８０の電極８１上にポスト８３を設け、このポスト８３上に設けたバンプ１００と、電子部品９０の電極９１とを接合してもよい。また、図１２（Ｂ）に示すように、電子部品８０の電極８１上にポスト８３を設け、電子部品９０の電極９１上にポスト９３を設け、電子部品８０のポスト８３の上に設けたバンプ１００と、電子部品９０のポスト９３とを接合してもよい。ポスト８３及びポスト９３には、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の各種導体材料を用いることができる。
【００９４】
このように、ポスト８３と電極９１との接合部１００ａ（図１２（Ａ））、或いはポスト８３とポスト９３との接合部１００ａ（図１２（Ｂ））に、結晶構造が可逆的に変化する物質１０２を含有する半田１０１を用いてもよい。
【００９５】
次に、第５の実施の形態について説明する。
図１３は第５の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図１３には、第５の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
【００９６】
図１３に示すような、チップコンデンサ等のチップ部品１１０（電子部品）と、他の電子部品１２０との接合に、結晶構造が可逆的に変化する物質１３２を含有する半田１３１を用いてもよい。チップ部品１１０の電極１１１と、電子部品１２０の電極１２１とが、物質１３２を含有する半田１３１で接合され、電子装置１ｂが形成される。
【００９７】
物質１３２を含有する半田１３１が用いられた、チップ部品１１０と電子部品１２０との接合部１３０は、これらを含む電子装置１ｂ或いはそれが用いられる電子機器（電子装置）の動作に伴って昇温され、動作後に降温され得る。接合部１３０の半田１３１は、電子装置１ｂ等の動作時の昇温過程及び動作後の降温過程で、物質１３２の結晶構造の変化による歪みによって結晶粒の粗大化が抑えられる。
【００９８】
これにより、優れた信頼性の接合部１３０が実現され、更に、そのような接合部１３０を有する、優れた信頼性の電子装置１ｂ等が実現される。
尚、チップ部品１１０の電極１１１に、物質１３２を含有する半田１３１を用い、そのような物質１３２を含有する半田１３１を用いた電極１１１（端子）を、電子部品１２０の電極１２１と接合することもできる。
【００９９】
以上、第１〜第５の実施の形態で述べた電子部品１０，２０，８０，９０，１２０等には、半導体チップ、半導体パッケージ、擬似ＳｏＣ（System on a Chip）、回路基板等を用いることができる。これらの構成例について、以下の図１４〜図１７を参照して説明する。
【０１００】
図１４は半導体チップの構成例を示す図である。図１４には、半導体チップの一例の要部断面を模式的に図示している。
図１４に示す半導体チップ２００は、トランジスタ等の回路素子が設けられた半導体基板２１０と、半導体基板２１０の表面２１０ａに設けられた配線層２２０とを有する。
【０１０１】
半導体基板２１０には、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等の基板のほか、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）等の基板が用いられる。このような半導体基板２１０に、トランジスタ、容量、抵抗等の回路素子が設けられる。図１４には一例として、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ２３０を図示している。
【０１０２】
ＭＯＳトランジスタ２３０は、半導体基板２１０に設けられた素子分離領域２１１により画定された素子領域に設けられる。ＭＯＳトランジスタ２３０は、半導体基板２１０上にゲート絶縁膜２３１を介して形成されたゲート電極２３２と、ゲート電極２３２の両側の半導体基板２１０内に形成されたソース領域２３３及びドレイン領域２３４とを有する。ゲート電極２３２の側壁には、絶縁膜のスペーサ２３５（サイドウォール）が設けられる。
【０１０３】
このようなＭＯＳトランジスタ２３０等が設けられた半導体基板２１０上に、配線層２２０が設けられる。配線層２２０は、半導体基板２１０に設けられたＭＯＳトランジスタ２３０等に電気的に接続された導体部２２１（配線、ビア等）と、導体部２２１を覆う絶縁部２２２とを有する。導体部２２１には、Ｃｕ等の各種導体材料が用いられる。絶縁部２２２には、ＳｉＯ等の無機絶縁材料や、樹脂等の有機絶縁材料が用いられる。
【０１０４】
配線層２２０には、導体部２２１に電気的に接続された端子２２１ａが設けられる。端子２２１ａは、電極（パッド）、或いは電極上に設けられるポストである。端子２２１ａ上には、バンプ２４０が設けられる。このバンプ２４０に、半導体チップ２００が用いられる電子装置或いはその電子装置が用いられる電子機器の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質２４２を含有する半田２４１が用いられる。
【０１０５】
図１５は半導体パッケージの構成例を示す図である。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）にはそれぞれ、半導体パッケージの一例の要部断面を模式的に図示している。
図１５（Ａ）に示す半導体パッケージ３００Ａ、図１５（Ｂ）に示す半導体パッケージ３００Ｂは、パッケージ基板３１０と、パッケージ基板３１０上に搭載された半導体チップ３２０と、半導体チップ３２０を封止する封止層３３０とを有する。
【０１０６】
パッケージ基板３１０には、例えば、プリント基板が用いられる。パッケージ基板３１０は、導体部３１１（配線、ビア等）と、導体部３１１を覆う絶縁部３１２とを有する。導体部３１１には、Ｃｕ等の各種導体材料が用いられる。絶縁部３１２には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料、そのような樹脂材料をガラス繊維や炭素繊維に含浸した複合樹脂材料等が用いられる。
【０１０７】
図１５（Ａ）の半導体パッケージ３００Ａでは、パッケージ基板３１０の表面３１０ａに、半導体チップ３２０が、樹脂や導電性ペースト等のダイアタッチ材３４１で接着、固定され、ワイヤ３５０でワイヤボンディングされる。半導体チップ３２０及びワイヤ３５０は、封止層３３０で封止される。また、図１５（Ｂ）の半導体パッケージ３００Ｂでは、パッケージ基板３１０の表面３１０ａに、半導体チップ３２０が、半田等のバンプ３２１でフリップチップ接続される。パッケージ基板３１０と半導体チップ３２０との間には、アンダーフィル樹脂３４２が充填される。半導体チップ３２０は、封止層３３０で封止される。封止層３３０には、エポキシ樹脂等の樹脂材料、そのような樹脂材料に絶縁性フィラーを含有させた材料等が用いられる。
【０１０８】
パッケージ基板３１０の裏面３１０ｂには、導体部３１１に電気的に接続された端子３１１ａが設けられる。端子３１１ａは、電極（パッド）、或いは電極上に設けられるポストである。端子３１１ａ上には、バンプ３６０が設けられる。このバンプ３６０に、半導体パッケージ３００Ａ又は半導体パッケージ３００Ｂが用いられる電子装置或いはその電子装置が用いられる電子機器の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質３６２を含有する半田３６１が用いられる。
【０１０９】
尚、半導体パッケージ３００Ｂの、半導体チップ３２０とパッケージ基板３１０とを接合するバンプ３２１にも同様に、電子装置或いは電子機器の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田が用いられてもよい。
【０１１０】
また、半導体パッケージ３００Ａ及び半導体パッケージ３００Ｂのパッケージ基板３１０上には、同種又は異種の複数の半導体チップ３２０が搭載されてもよく、また、半導体チップ３２０のほか、チップコンデンサ等の他の電子部品が搭載されてもよい。
【０１１１】
図１６は半導体パッケージの別の構成例を示す図である。図１６には、半導体パッケージの別例の要部断面を模式的に図示している。
図１６に示す半導体パッケージ４００は、樹脂層４１０と、樹脂層４１０に埋設された同種又は異種の複数（ここでは一例として２つ）の半導体チップ４２０と、樹脂層４１０の表面４１０ａに設けられた配線層４３０（再配線層）とを有する。半導体パッケージ４００は、擬似ＳｏＣ（System on a Chip）等とも称される。
【０１１２】
半導体チップ４２０は、その端子４２１の配設面が露出するように樹脂層４１０に埋設される。配線層４３０は、Ｃｕ等の導体部４３１（再配線、ビア等）と、導体部４３１を覆う樹脂材料等の絶縁部４３２とを有する。
【０１１３】
配線層４３０には、導体部４３１に電気的に接続された端子４３１ａが設けられる。端子４３１ａは、電極（パッド）、或いは電極上に設けられるポストである。端子４３１ａ上には、バンプ４４０が設けられる。このバンプ４４０に、半導体パッケージ４００が用いられる電子装置或いはその電子装置が用いられる電子機器の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質４４２を含有する半田４４１が用いられる。
【０１１４】
尚、半導体パッケージ４００の樹脂層４１０には、１つの半導体チップ４２０、或いは同種又は異種の３つ以上の半導体チップ４２０が埋設されてもよく、また、半導体チップ４２０のほか、チップコンデンサ等の他の電子部品が埋設されてもよい。
【０１１５】
図１７は回路基板の構成例を示す図である。図１７には、回路基板の一例の要部断面を模式的に図示している。
図１７には、回路基板５００として、複数の配線層を含む多層プリント基板を例示している。回路基板５００は、Ｃｕ等の導体部５１１（配線、ビア等）と、導体部５１１を覆う樹脂材料等の絶縁部５１２とを有する。
【０１１６】
回路基板５００の表面には、導体部５１１に電気的に接続された端子５１１ａが設けられる。端子５１１ａは、電極（パッド）、或いは電極上に設けられるポストである。端子５１１ａ上には、バンプ５２０が設けられる。このバンプ５２０に、回路基板５００が用いられる電子装置或いはその電子装置が用いられる電子機器の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質５２２を含有する半田５２１が用いられる。
【０１１７】
尚、ここでは、回路基板５００の一面（下面）の端子５１１ａ上にバンプ５２０を設けたが、回路基板５００の他面（上面）の端子５１１ａ上にバンプ５２０を設けてもよい。
また、多層プリント基板のほか、コア基板の表裏面に配線パターン及び絶縁層を積層するビルドアップ基板、コア基板にＳｉ基板、有機基板、ガラス基板を用いるインターポーザでも同様に、表面の端子に上記のようなバンプ５２０を採用することが可能である。
【０１１８】
図１４に示す半導体チップ２００、図１５及び図１６に示す半導体パッケージ３００Ａ，３００Ｂ，４００、並びに図１７に示す回路基板５００等の各種電子部品が、第１〜第５の実施の形態で述べた電子部品１０，２０，８０，９０，１２０等に採用される。
【０１１９】
また、上記のような、結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田を用いて接合された電子部品群を含む電子装置は、各種電子機器（電子装置）に用いることができる。例えば、コンピュータ（パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等）、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子機器に用いることができる。
【０１２０】
電子機器の一例を図１８に示す。
図１８には一例として、上記第１の実施の形態で述べた電子装置１を搭載したコンピュータ２ａを模式的に図示している。上記物質３２を含有する半田３１を用いる電子装置１は、このようにコンピュータ２ａに搭載することができ、また、このようなコンピュータ２ａに限らず、各種電子機器に搭載することができる。
【０１２１】
第２〜第５の実施の形態で述べたような各種電子装置についても同様に、コンピュータ２ａをはじめとする各種電子機器に搭載することができる。
上記物質を含有する半田を用いる技術を採用することにより、優れた信頼性を有する電子装置、電子機器が実現される。
【０１２２】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  第１電子部品と、
前記第１電子部品と対向する第２電子部品と、
前記第１電子部品と前記第２電子部品とを接合する接合部と
を含み、
前記接合部が、動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田を含むことを特徴とする電子装置。
【０１２３】
（付記２）  前記昇降温過程の温度範囲が０℃〜１００℃であることを特徴とする付記１に記載の電子装置。
（付記３）  前記半田は、Ｓｎ及びＢｉを含有し、前記物質としてＩｎ及びＡｇを含有することを特徴とする付記１又は２に記載の電子装置。
【０１２４】
（付記４）  前記物質は、Ａｇ2Ｉｎであることを特徴とする付記３に記載の電子装置。
（付記５）  前記半田は、３９．５重量％超の前記Ｓｎと、前記物質として３重量％以下の前記Ｉｎ及び３重量％以下の前記Ａｇを含有し、残部に前記Ｂｉを含有することを特徴とする付記３に記載の電子装置。
【０１２５】
（付記６）  前記Ｉｎの含有量は、前記Ａｇの含有量と同じか又は前記Ａｇの含有量よりも多いことを特徴とする付記５に記載の電子装置。
（付記７）  前記半田の融点が２２７℃以下であることを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の電子装置。
【０１２６】
（付記８）  用いられる電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有する半田が設けられた端子を含むことを特徴とする電子部品。
（付記９）  前記昇降温過程の温度範囲が０℃〜１００℃であることを特徴とする付記８に記載の電子部品。
【０１２７】
（付記１０）  前記半田は、Ｓｎ及びＢｉを含有し、前記物質としてＩｎ及びＡｇを含有することを特徴とする付記８又は９に記載の電子部品。
（付記１１）  用いられる電子装置の動作に伴う昇降温過程で結晶構造が可逆的に変化する物質を含有することを特徴とする半田。
【０１２８】
（付記１２）  前記昇降温過程の温度範囲が０℃〜１００℃であることを特徴とする付記１１に記載の半田。
（付記１３）  前記半田は、Ｓｎ及びＢｉを含有し、前記物質としてＩｎ及びＡｇを含有することを特徴とする付記１１又は１２に記載の半田。
【符号の説明】
【０１２９】
１，１ａ，１ｂ  電子装置
２  電子機器
２ａ  コンピュータ
１０，２０，８０，９０，１２０  電子部品
１０ａ，２０ａ，８０ａ，９０ａ，２１０ａ，３１０ａ，４１０ａ  表面
１１，２１，８１，９１，１１１，１２１  電極
３０，１００ａ，１３０  接合部
３１，１０１，１３１，２４１，３６１，４４１，５２１  半田
３２，１０２，１３２，２４２，３６２，４４２，５２２  物質
４０，５０，６０  相
７０  Ａｇ2Ｉｎ
７１  結晶粒
８２，９２  金属間化合物
８３，９３  ポスト
１００，２４０，３２１，３６０，４４０，５２０  バンプ
１１０  チップ部品
２００，３２０，４２０  半導体チップ
２１０  半導体基板
２１１  素子分離領域
２２０，４３０  配線層
２２１，３１１，４３１，５１１  導体部
２２１ａ，３１１ａ，４２１，４３１ａ，５１１ａ  端子
２２２，３１２，４３２，５１２  絶縁部
２３０  ＭＯＳトランジスタ
２３１  ゲート絶縁膜
２３２  ゲート電極
２３３  ソース領域
２３４  ドレイン領域
２３５  スペーサ
３００Ａ，３００Ｂ，４００  半導体パッケージ
３１０  パッケージ基板
３１０ｂ  裏面
３３０  封止層
３４１  ダイアタッチ材
３４２  アンダーフィル樹脂
３５０  ワイヤ
４１０  樹脂層
５００  回路基板
【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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