(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極（４２）を有する電子部品（１０）と、前記電極と電気的に接続されるパッド部（５４）が形成された被実装部材（５０）とを備える電子装置において、
前記電子部品は、第１主面（１１ａ）および前記第１主面と反対側の第２主面（１１ｂ）を有する主基板（１１）を備える構成部材（１２）と、前記構成部材に形成された、前記主基板の第２主面側が開口部とされていると共に前記第１主面側が底部とされた孔部（４０）に配置され、金属材料で構成されている前記電極と、を備え、
前記被実装部材は、前記パッド部が前記主基板の第２主面と対向する一面（５１ａ）側に形成された被実装基板（５１）を有し、
前記電極と前記パッド部との間には、前記孔部における開口部を閉塞すると共に前記電極と電気的に接続され、かつ前記電極を構成する金属材料よりも融点の高い金属材料で構成された蓋部（６０）が形成され、
前記電極と前記パッド部とは、前記蓋部を介して電気的に接続されており、
前記蓋部は、前記電極を構成する金属原子と、前記パッド部を構成する金属原子とが固相拡散することで構成された合金層である電子装置。
【請求項２】
前記電極は、はんだで構成されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
電極（４２）を有する電子部品（１０）と、前記電極と電気的に接続されるパッド部（５４）が形成された被実装部材（５０）とを備える電子装置の製造方法において、
第１主面（１１ａ）および前記第１主面と反対側の第２主面（１１ｂ）を有する主基板（１１）を備える構成部材（１２）を用意することと、
前記構成部材に対し、前記主基板の第２主面側が開口部となると共に前記主基板の第１主面側が底部となる孔部（４０）を形成することと、
前記孔部に溶融金属を充填し、当該溶融金属を冷却することで前記孔部に前記電極を形成することと、
一面（５１ａ）を有し、当該一面側に前記パッド部が形成された被実装基板（５１）を有する前記被実装部材を用意することと、
前記電極と前記パッド部とが電気的に接続されるように、前記被実装部材上に前記電子部品を搭載することと、を行い、
前記被実装部材に前記電子部品を搭載することでは、前記電極のうちの前記主基板の第２主面側から露出する部分と前記パッド部とが当接するように、前記被実装部材上に前記電子部品を搭載して積層体（７０）を構成することと、前記電極を構成する金属材料の融点未満の温度に維持しつつ、前記被実装部材と前記電子部品との積層方向に前記積層体を加圧することにより、前記電極を構成する金属原子と前記パッド部を構成する金属原子とを固相拡散させて前記孔部における前記第２主面側の開口部を閉塞する蓋部（６０）を形成しつつ、当該蓋部を介して前記電極と前記パッド部とを電気的、機械的に接続することを行う電子装置の製造方法。
【請求項４】
前記電極を形成すること、および前記被実装部材を用意することでは、前記被実装部材上に前記電子部品を搭載することの際、前記積層方向から視たとき、前記パッド部の平面形状が前記電極の平面形状より大きくなるように、前記パッド部および前記電極を形成する請求項３に記載の電子装置の製造方法。
【請求項５】
前記孔部を形成することの後であって、前記電極を形成することの前に、前記主基板の第２主面側に絶縁膜（３０）を形成することを行い、
前記電極を形成することの後であって、前記被実装部材上に前記電子部品を搭載することの前に、前記絶縁膜を薄くすることにより、前記電極の一部を前記絶縁膜から突出させることを行う請求項３または４に記載の電子装置の製造方法。
【請求項６】
前記孔部に前記電極を形成することでは、はんだを溶融した溶融金属を充填する請求項３ないし５のいずれか１つに記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、および電子装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、電子部品として、基板に孔部が形成され、当該孔部に電極が埋め込まれたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、電極は、少なくとも一部が孔部から露出するように配置され、露出されている部分にて外部回路との電気的な接続が図れるようになっている。
【０００３】
このような電子部品は、基板に孔部を形成した後、孔部内に電極を構成する金属材料を溶融した溶融金属を充填し、当該溶融金属を固化して電極を形成することで構成される。なお、電極は、溶融金属を充填して固化することで形成されるため、融点の低いはんだ等の金属材料で構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０８２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような電子部品は、パッド部が形成された被実装部材上に、パッド部と電極とが電気的に接続されるように搭載されて用いられる。しかしながら、上記電子部品は、電極が融点の低い金属材料で構成されているため、電子部品を被実装部材に搭載する際や使用環境等により、電極を構成する金属材料が再び溶融して孔部から流出してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、孔部から電極を構成する金属材料が流出することを抑制できる電子装置、および電子装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１では、電極（４２）を有する電子部品（１０）と、電極と電気的に接続されるパッド部（５４）が形成された被実装部材（５０）とを備える電子装置において、電子部品は、第１主面（１１ａ）および第１主面と反対側の第２主面（１１ｂ）を有する主基板（１１）を備える構成部材（１２）と、構成部材に形成された、主基板の第２主面側が開口部とされていると共に第１主面側が底部とされた孔部（４０）に配置され、金属材料で構成されている電極と、を備え、被実装部材は、パッド部が基板の第２主面と対向する一面（５１ａ）側に形成された被実装基板（５１）を有し、電極とパッド部との間には、孔部における開口部を閉塞すると共に電極と電気的に接続され、かつ電極を構成する金属材料よりも融点の高い金属材料で構成された蓋部（６０）が形成され、電極とパッド部とは、蓋部を介して電気的に接続されており、蓋部は、電極を構成する金属原子と、パッド部を構成する金属原子とが固相拡散することで構成された合金層とされている。
【００１０】
これによれば、電子装置が電極を構成する金属材料の融点以上の温度で使用される場合等において、電極が溶融して孔部から流出することを抑制できる。
【００１３】
そして、請求項３では、電極（４２）を有する電子部品（１０）と、電極と電気的に接続されるパッド部（５４）が形成された被実装部材（５０）とを備える電子装置の製造方法において、第１主面（１１ａ）および第１主面と反対側の第２主面（１１ｂ）を有する主基板（１１）を備える構成部材（１２）を用意することと、構成部材に対し、主基板の第２主面側が開口部となると共に主基板の第１主面側が底部となる孔部（４０）を形成することと、孔部に溶融金属を充填し、当該溶融金属を冷却することで孔部に電極を形成することと、一面（５１ａ）を有し、当該一面側にパッド部が形成された被実装基板（５１）を有する被実装部材を用意することと、電極とパッド部とが電気的に接続されるように、被実装部材上に電子部品を搭載することと、を行い、被実装部材に電子部品を搭載することでは、電極のうちの主基板の第２主面側から露出する部分とパッド部とが当接するように、被実装部材上に電子部品を搭載して積層体（７０）を構成することと、電極を構成する金属材料の融点未満の温度に維持しつつ、被実装部材と電子部品との積層方向に積層体を加圧することにより、電極を構成する金属原子とパッド部を構成する金属原子とを固相拡散させて孔部における第２主面側の開口部を閉塞する蓋部（７０）を形成しつつ、当該蓋部を介して電極とパッド部とを電気的、機械的に接続することを行うこととしている。
【００１４】
これによれば、電極よりも融点の高い金属材料で蓋部を形成しているため、電子装置が電極を構成する金属材料の融点以上の温度で使用される場合等において、電極が溶融して孔部から流出することを抑制できる。さらに、電極を構成する金属材料の融点未満の温度条件下において当該蓋部を形成するため、蓋部を形成する際に電極が溶融して孔部から流出することも抑制できる。また、電極を構成する金属材料の融点未満の温度に維持しつつ、被実装部材と電子部品との積層方向に積層体を加圧することにより、蓋部を形成することと、電極とパッド部とを電気的、機械的に接続することとを同一工程で行っているため、製造工程数が増加することを抑制できる。
【００１５】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態における電子装置の断面図である。
【図２】図１に示す電子装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】図２に続く電子装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】第２実施形態における電子部品の断面図である。
【図５】図４に示す電子部品を被実装部材に搭載してなる電子装置の断面図である。
【図６】図４に示す電子部品の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の電子装置の構造について説明する。本実施形態の電子装置は、図１に示されるように、電子部品１０が被実装部材５０に搭載されて構成されている。
【００１９】
電子部品１０は、第１主面１１ａおよび当該第１主面１１ａと反対側の第２主面１１ｂを有し、図示しないトランジスタ等の半導体素子が形成された主基板１１を備えている。なお、本実施形態では、主基板１１としてシリコン基板や炭化珪素基板等が用いられる。
【００２０】
そして、主基板１１の第１主面１１ａには、配線層２０が備えられている。本実施形態では、配線層２０は、層間絶縁膜２１内において、配線部２２が主基板１１の第１主面１１ａに対する法線方向に沿って積層された多層配線とされている。
【００２１】
なお、図１では、層間絶縁膜２１を簡略して示しているが、実際には層間絶縁膜２１は複数層の絶縁膜が積層されて構成されている。また、図１とは別断面において、各配線部２２は、適宜貫通ビア電極等を介して互いに電気的に接続されていると共に、主基板１１に形成された半導体素子と適宜貫通ビア電極等を介して電気的に接続されている。そして、本実施形態では、主基板１１および配線層２０にて構成部材１２が構成されている。
【００２２】
主基板１１の第２主面１１ｂ側には、主面絶縁膜３０が形成されている。なお、主面絶縁膜３０は、ＴＥＯＳ（すなわち、Tetra ethyl ortho silicate）等で構成されている。
【００２３】
そして、電子部品１０には、主面絶縁膜３０および主基板１１を貫通して配線部２２を露出させる孔部４０が形成されている。つまり、構成部材１２には、主基板１１の第２主面１１ｂ側が開口部とされていると共に第１主面１１ａ側が底部とされた孔部４０が形成されている。以下では、配線部２２のうちの孔部４０にて露出される配線部２２を接続配線部２２ａとして説明する。そして、孔部４０には、側面に側面絶縁膜４１が形成されている共に、側面絶縁膜４１を介して電極４２が埋め込まれている。本実施形態では、側面絶縁膜４１は、ＴＥＯＳ等で構成され、電極４２は、はんだで構成されている。
【００２４】
被実装部材５０は、一面５１ａを有し、当該一面５１ａ側に配線部５２が形成された被実装基板５１を有している。なお、本実施形態では、被実装基板５１としてシリコン基板や炭化珪素基板等が用いられる。そして、被実装基板５１の一面５１ａ上には、配線部５２を露出させるコンタクトホール５３ａが形成された一面絶縁膜５３が配置されていると共に、コンタクトホール５３ａを介して配線部５２と電気的に接続されるパッド部５４が形成されている。
【００２５】
パッド部５４は、電子部品１０に備えられた電極４２を構成する金属材料より融点が高い金属材料を用いて構成され、例えば、Ｎｉ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＷ膜、Ｃｕ膜のいずれか１つの金属膜、またはこれらの金属膜が複数積層されることで構成されている。
【００２６】
そして、電子部品１０は、電極４２のうちの接続配線部２２ａと反対側の一端部（以下では、電極４２の一端部という）が被実装部材５０のパッド部５４と電気的、機械的に接続されるように、被実装部材５０に搭載されている。具体的には、電極４２とパッド部５４と界面には、孔部４０を閉塞するように蓋部６０が形成されている。言い換えると、電極４２とパッド部５４との界面には、電極４２を孔部４０から露出させないように蓋部６０が形成されている。この蓋部６０は、具体的には後述するが、電極４２を構成する金属原子と、パッド部５４を構成する金属原子とが固相拡散することで構成される合金層である。そして、電極４２とパッド部５４とは、当該蓋部６０を介して電気的、機械的に接続されている。
【００２７】
なお、蓋部６０は、電極４２を構成する金属原子とパッド部５４を構成する金属原子とが固相拡散することで構成されるため、電極４２より融点が高く、パッド部５４より融点が低い合金層となる。
【００２８】
また、パッド部５４は、被実装部材５０と電子部品１０との積層方向（以下では、単に積層方向という）から視たとき、当該パッド部５４の外周に沿った長さが電極４２の外周に沿った長さより長くされている。つまり、積層方向から視たとき、パッド部５４は、電極４２より平面形状（すなわち、面積）が大きくされている。言い換えると、積層方向から視たとき、パッド部５４は電極４２から突出している。
【００２９】
以上が本実施形態における電子装置の構成である。次に、上記電子装置の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示されるように、半導体素子が形成されている主基板１１を用意した後、第１主面１１ａ側に配線層２０を形成することで構成部材１２を用意する。なお、半導体素子および配線層２０は、周知の半導体製造プロセスによって形成される。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示されるように、主基板１１の第２主面１１ｂ側に図示しないマスクを配置し、ドライエッチング等により、主基板１１を貫通して接続配線部２２ａに達する孔部４０を形成する。つまり、構成部材１２に対し、主基板１１の第２主面１１ｂ側が開口部となると共に、主基板１１の第１主面１１ａ側が底部となる孔部４０を形成する。続いて、主基板１１の第２主面１１ｂ側からＴＥＯＳ等の絶縁膜を成膜する。これにより、孔部４０の側面に側面絶縁膜４１が形成されると共に、主基板１１の第２主面１１ｂに主面絶縁膜３０が形成される。その後、絶縁膜は孔部４０の底部にも成膜されるため、孔部４０の底部に成膜された絶縁膜をドライエッチング等により除去し、再び孔部４０から接続配線部２２ａを露出させる。
【００３２】
続いて、図２（ｃ）に示されるように、孔部４０に、接続配線部２２ａと電気的に接続される電極４２を形成する。本実施形態では、電極４２を次のように形成する。すなわち、まず、はんだを溶融した溶融金属中に図３（ｂ）の工程まで行ったものを浸漬させ、孔部４０内に溶融金属を流入させて充填する。その後、このものを引き上げて冷却し、孔部４０内に充填された溶融金属を固化することで電極４２を形成する。
【００３３】
なお、図２（ｃ）の工程を行う前に、側面絶縁膜４１上に溶融金属（すなわち、はんだ）の濡れ性が高い金属膜を形成し、溶融金属が孔部４０内に流入し易くなるようにしてもよい。また、孔部４０に電極４２を形成する工程では、図３（ｂ）の工程まで行ったものを溶融金属中に浸漬させる代わりに、溶融金属を孔部４０に直接流し込み、その後に冷却することで電極４２を形成するようにしてもよい。
【００３４】
次に、図３（ａ）に示されるように、ドライエッチング等により、主面絶縁膜３０の厚さを全体的に薄くし、電極４２の一端部を主面絶縁膜３０から突出させる。
【００３５】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、上記パッド部５４等を有する被実装部材５０を用意する。そして、電子部品１０における主基板１１の第２主面１１ｂと被実装基板５１の一面５１ａとが対向し、電極４２の一端部とパッド部５４とが当接するように、被実装部材５０上に電子部品１０を積層して積層体７０を構成する。この際、上記のように、電極４２の一端部を主面絶縁膜３０から突出させているため、主面絶縁膜３０が一面絶縁膜５３と当接することにより、電極４２とパッド部５４とが当接しないことが抑制される。また、電極４２およびパッド部５４は、積層方向から視たとき、パッド部５４の平面形状が電極４２の平面形状より大きくされているため、位置ずれが発生したとしても電極４２の一端部における先端部がパッド部５４と当接しないことが抑制される。
【００３６】
その後、図３（ｃ）に示されるように、電極４２とパッド部５４との界面に孔部４０を閉塞する蓋部６０を形成しつつ、蓋部６０を介して電極４２とパッド部５４とを電気的、機械的に接続することにより、図１に示す電子装置が製造される。
【００３７】
具体的には、この工程では、電極４２を構成する金属材料（すなわち、はんだ）における融点未満の温度に維持しつつ、積層方向に積層体７０を加圧する。これにより、電極４２を構成する金属原子とパッド部５４を構成する金属原子とが固相拡散されて蓋部６０が形成され、蓋部６０を介して電極４２とパッド部５４とが電気的、機械的に接続される。なお、図３（ｃ）の工程では、孔部４０を閉塞する蓋部６０が形成されるように、加圧条件等が調整される。言い換えると、上記各工程では、図３（ｃ）の工程にて孔部４０を閉塞する蓋部６０が形成されるように、電極４２の平面形状や突出量等も調整される。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、孔部４０を閉塞するように蓋部６０が配置され、電極４２とパッド部５４とは蓋部６０を介して電気的、機械的に接続されている。また、蓋部６０は、電極４２よりも融点の高い材料で構成されている。このため、電子装置が電極４２を構成する金属材料の融点以上の温度で使用される場合等において、電極４２が溶融して孔部４０から流出することを抑制でき、電子装置に不具合が発生することを抑制できる。
【００３９】
また、本実施形態では、電極４２を構成する金属材料における融点未満の温度で積層体７０を積層方向に加圧することにより、蓋部６０を形成しつつ、当該蓋部６０を介して電極４２とパッド部５４とを電気的、機械的に接続している。つまり、蓋部６０を形成する工程と、電極４２とパッド部５４とを電気的、機械的に接続する工程とを同一の工程にて行っている。このため、製造工程数が増加することを抑制することができる。
【００４０】
さらに、蓋部６０を形成する際、電極４２を構成する金属材料における融点未満の温度に維持しているため、蓋部６０を形成する際に電極４２を構成する金属材料が溶融し、蓋部６０が形成されないという不具合が発生することを抑制できる。
【００４１】
また、被実装部材５０上に電子部品１０を搭載する前に、主面絶縁膜３０の厚さを薄くし、電極４２の一部を主面絶縁膜３０から突出するようにしている。このため、主面絶縁膜３０が一面絶縁膜５３と当接することにより、電極４２とパッド部５４とが当接しないことを抑制できる。つまり、積層体７０を加圧しても蓋部６０が適切に形成されないという不具合が発生することを抑制できる。
【００４２】
さらに、電極４２およびパッド部５４は、積層方向から視たとき、電極４２の平面形状がパッド部５４の平面形状より大きくなるようにしている。このため、被実装部材５０に電子部品１０を搭載する際に位置ずれが発生したとしても、電極４２の一端部における先端部がパッド部５４と当接しないことが抑制される。つまり、積層体７０を加圧しても蓋部６０が適切に形成されないという不具合が発生することを抑制できる。
【００４３】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、蓋部６０の形成方法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
まず、本実施形態の電子部品１０について説明する。本実施形態では、図４に示されるように、電子部品１０には、主基板１１の第２主面１１ｂ側に孔部４０を閉塞するように蓋部６０が形成されている。言い換えると、電極４２を孔部４０から露出させないように蓋部６０が形成されている。つまり、電子部品１０には、被実装部材５０に搭載される前に、予め蓋部６０が形成されている。なお、蓋部６０は、上記のように、電極４２より融点が高い金属材料で構成されている。
【００４５】
そして、電子装置は、図５に示されるように、電子部品１０の電極４２が被実装部材５０に形成されたパッド部５４と電気的、機械的に接続されるように、導電性接着剤等の接合部材８０を介して搭載されることで構成される。
【００４６】
次に、上記電子部品１０の製造方法、およびこの電子部品１０を被実装部材５０に搭載した電子装置の製造方法について説明する。
【００４７】
まず、電子部品１０は、上記図２（ａ）〜（ｃ）の工程と同様の工程を行った後、蓋部６０を形成することで製造される。具体的には、図２（ｃ）の工程の後、図６（ａ）に示されるように、電極４２の融点未満の温度で低温スパッタを行うことにより、主基板１１の第２主面１１ｂ側に金属膜６０ａを成膜する。なお、この工程では、電極４２を構成する金属材料の融点より高い融点を有する金属膜６０ａが成膜される。例えば、金属膜６０ａとして、Ｎｉ膜、ＴｉＷ膜、Ｔｉ膜、Ｃｕ膜等のいずれか１つの金属膜、またはこれらの金属膜が複数積層される。
【００４８】
続いて、図６（ｂ）に示されるように、金属膜６０ａをパターニングして孔部４０を閉塞する蓋部６０を形成することにより、上記図４に示す電子部品１０が製造される。
【００４９】
その後、上記被実装部材５０を用意し、被実装部材５０のパッド部５４と電子部品１０の電極４２とを導電性接着剤等の接合部材８０を介して電気的、機械的に接続することにより、上記図５に示す電子装置が製造される。なお、この工程では、電子部品１０には予め蓋部６０が形成されているため、蓋部６０の融点より低い温度であれば電極４２が溶融したとしても孔部４０から流出することはない。
【００５０】
以上説明したように、電子部品１０に孔部４０を閉塞する蓋部６０を予め形成するようにしても、電極４２が溶融して孔部４０から流出することを抑制でき、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００５２】
例えば、上記各実施形態において、積層方向から視たとき、パッド部５４の平面形状と電極４２の平面形状とが同一であってもよい。このような構成としても、孔部４０が蓋部６０にて閉塞されることにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、上記第１実施形態において、図３（ａ）において、主面絶縁膜３０を薄くする工程を行わず、図２（ｃ）の工程まで行ったものを被実装部材５０に搭載してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０    電子部品
１１    基板
１２    構成部材
１１ａ  第１主面
１１ｂ  第２主面
４１    孔部
４２    電極
５０    被実装部材
５１    被実装基板
５１ａ  一面
６０    蓋部
【図１】
0006551301.tif 000002
【図２】
0006551301.tif 000003
【図３】
0006551301.tif 000004
【図４】
0006551301.tif 000005
【図５】
0006551301.tif 000006
【図６】
0006551301.tif 000007