(57)【要約】【課題】Ｐｂフリーで温度階層接続の高温側のはんだ接続に用いることのできるはんだを提供する。【解決手段】複合はんだ１は、Ｃｕからなる金属網２が２枚のはんだ箔３によって挟まれて圧着された構成からなる。このように、金属網２とはんだ箔３とを重ねて圧延することにより、はんだ箔３のＳｎが金属網２の網の隙間に入り込む。複合はんだ１は、半導体チップのダイボンドなどの温度階層接続に用いられる。ダイボンドの際には、半導体チップを複合はんだ１を介して配線基板の搭載面に接触させ、加熱、加圧させながら接合する。【選択図】      図１
2004174522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の金属繊維箔と、少なくとも２枚のはんだ箔とよりなり、前記金属繊維箔を前記はんだ箔により挟み込んで接合した構成からなることを特徴とする複合はんだ。
【請求項２】
請求項１記載の複合はんだにおいて、前記金属繊維箔は、銅からなる金属線がメッシュ状に形成された金属網からなり、前記はんだ箔は、錫からなること特徴とする複合はんだ。
【請求項３】
請求項２記載の複合はんだにおいて、前記金属線の線径が、２５μｍ〜１００μｍよりなることを特徴とする複合はんだ。
【請求項４】
請求項２または３記載の複合はんだにおいて、前記はんだ箔の厚さが、２０μｍ〜２５０μｍよりなることを特徴とする複合はんだ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合はんだにおいて、前記金属繊維箔は、錫またはニッケルのめっきが施されていることを特徴とする複合はんだ。
【請求項６】
金属線をメッシュ状に形成した金属繊維箔、およびはんだ箔を準備する工程と、
前記金属繊維箔の両面を前記はんだ箔によって挟みながら加圧し、前記金属繊維箔と前記はんだ箔とを接合する工程とを有することを特徴とする複合はんだの製造方法。
【請求項７】
金属線をメッシュ状に形成した金属繊維箔が真空中、もしくは不活性ガス中で熱処理する工程と、
前記熱処理された金属繊維箔とはんだ箔とを準備する工程と、
前記金属繊維箔の両面を前記はんだ箔によって挟みながら加圧し、前記金属繊維箔と前記はんだ箔とを接合する工程とを有することを特徴とする複合はんだの製造方法。
【請求項８】
少なくとも１つの電子部品が搭載され、前記電子部品、または前記電子部品の素子が、少なくとも１枚の金属繊維箔が少なくとも２枚のはんだ箔に挟み込まれて接合した構成の複合はんだを用いて実装接続されたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだの接続技術に関し、特に、温度階層接続に用いられるはんだ接続に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、Ｓｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）系はんだにおいては、高温系はんだとしてＰｂリッチのＰｂ−５Ｓｎ（融点：３１４℃〜３１０℃）、Ｐｂ−１０Ｓｎ（融点：３０２℃〜２７５℃）などを３３０℃近傍の温度ではんだ付けし、その後、このはんだ付け部を溶かさないで、低温系はんだのＳｎ−３７Ｐｂ共晶（融点：１８３℃）で接続する温度階層接続が可能であった。
【０００３】
これらのはんだは、柔軟で変形性に富み、このため破壊し易いシリコン（Ｓｉ）チップなどを熱膨張係数の異なる基板に接合することができた。このような温度階層接続は、半導体チップをダイボンドするタイプの半導体装置に適用されている。
【０００４】
すなわち、半導体装置内部で使用するはんだと、半導体装置それ自体を基板に接続するはんだとは温度階層接続されていることを意味する（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
（社）エレクトロニクス実装会（編）、エレクトロニクス実装大辞典、（株）工業調査会、２０００年７月２８日発行、Ｐ６７１，Ｐ６７２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような温度階層接続に用いられるはんだでは、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００７】
現在、あらゆる分野においてＰｂフリー化が進んでいる。
【０００８】
Ｐｂフリーはんだの主流はＳｎ−Ａｇ（銀）共晶系（融点：２２１℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ共晶系（融点：２２１〜２１７℃）、Ｓｎ−Ｃｕ共晶系（融点：２２７℃）になる。
【０００９】
表面実装におけるはんだ付け温度は部品の耐熱性から低いことが望ましいが、信頼性確保のため、ぬれ性を確保する必要性から均熱制御に優れた炉を用いても、基板内の温度ばらつきを考慮すると、一番低い温度で可能なＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ共晶系で２３５〜２４５℃くらいが実情である。
【００１０】
したがって、このはんだ付け温度に耐えられる階層用はんだとしては、融点が少なくとも２５０℃以上が必要がある。現状で、これらのはんだと組合せて使用できる高温側の温度階層用Ｐｂフリーはんだはない。
【００１１】
最も可能性のある組成として、Ｓｎ−５Ｓｂ（融点：２４０℃〜２３２℃）があるが、溶けてしまうので温度階層用にはならない。
【００１２】
また、高温系のはんだとして、Ａｕ（金）−２０Ｓｎ（融点：２８０℃）は知られているが、硬く、コスト高のために使用が狭い範囲に限定される。特に、熱膨張係数の異なる材料への半導体チップの接続、大型チップの接続では、Ａｕ−２０Ｓｎはんだは硬いため、半導体チップを破壊させる可能性が高いため使用されていない。
【００１３】
本発明の目的は、Ｐｂフリーで温度階層接続の高温側のはんだ接続に用いることのできる複合はんだ、その製造方法および電子機器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合はんだは、少なくとも１枚の金属繊維箔と、少なくとも２枚のはんだ箔とよりなり、該金属繊維箔をはんだ箔により挟み込んで接合したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の複合はんだは、前記金属繊維箔が銅の金属線がメッシュ状に形成された金属網からなり、前記はんだ箔が錫からなることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の複合はんだは、前記金属線の線径が、２５μｍ〜１００μｍよりなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の複合はんだは、前記はんだ箔の厚さが、２０μｍ〜２５０μｍよりなることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の複合はんだは、前記金属繊維箔に錫またはニッケルのめっきが施されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の複合はんだの製造方法は、金属線をメッシュ状に形成した金属繊維箔、およびはんだ箔を準備する工程と、該金属繊維箔の両面をはんだ箔によって挟みながら加圧し、金属繊維箔とはんだ箔とを接合する工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明の複合はんだの製造方法は、金属線をメッシュ状に形成した金属繊維箔が真空中、もしくは不活性ガス中で熱処理する工程と、該熱処理された金属繊維箔とはんだ箔とを準備する工程と、該金属繊維箔の両面をはんだ箔によって挟みながら加圧し、金属繊維箔とはんだ箔とを接合する工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の電子機器は、少なくとも１つの電子部品が搭載され、該電子部品、または該電子部品の素子が、少なくとも１枚の金属繊維箔が少なくとも２枚のはんだ箔に挟み込まれて接合した構成の複合はんだを用いて実装接続されたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態による複合はんだの説明図、図２は、図１の複合はんだの製造工程の一例を示す説明図、図３は、図１の複合はんだの製造工程の他の例を示す説明図、図４は、図１の複合はんだを製造する際に用いる割型プレスの説明図、図５は、図１の複合はんだを１００メッシュＣｕ網の金属網で作製した際の断面図、図６は、図１の複合はんだを３２５メッシュＣｕ網の金属網で作製した際の断面図、図７は、金属網におけるＣｕメッシュ大きさを変えた際の複合はんだ箔の高温強度の関係を示す図、図８は、１００メッシュＣｕ網の金属網で高温強度がでるメカニズムを示す図、図９は、図１の複合はんだを用いたダイボンドプロセスの一例を示す断面のモデル図、図１０は、図９によるダイボンド後の複合はんだの継手断面のモデル図、図１１は、図１の複合はんだによるダイボンド接続部、および封止部の断面モデル図、図１２は、図１の複合はんだを用い構成された高出力ダイオードの断面モデル図、図１３は、図１の複合はんだを用いて構成されたモジュールの断面モデル図、図１４は、図１の複合はんだを用いて構成されたモジュールの断面図、図１５は、図１４のモジュールを実装したＲＦモジュールの断面のモデル図、図１６は、図１５のＲＦモジュール実装の製造プロセスを示すフローチャート図、図１７は、図１の複合はんだを用いて構成された半導体装置の平面、および断面モデル図、図１８は、図１７の半導体装置の製造プロセスを示すフローチャート図、図１９は、図１の複合はんだを用いて構成された半導体装置の他の例を示す断面モデル図である。
【００２４】
本実施の形態において、複合はんだ１は、たとえば、温度階層接続などに用いられるはんだである。複合はんだ１は、図１に示すように、Ｃｕなどの金属網（金属繊維箔）２とＳｎ系はんだ箔３とが重ねられて圧延された構成からなる。
【００２５】
この複合はんだ１は、図２（ａ）に示すように、Ｃｕからなる金属網２（たとえば、１００メッシュ、線径１０５μｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ）が２枚のはんだ箔３（たとえば、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．０６ｍｍ）によって挟まれ、図２（ｂ）に示すように、プレスなどによって圧縮（たとえば、４００ｋｇ／ｃｍ２×１ｍｉｎ程度）される。
【００２６】
このように、金属網２とはんだ箔３とを重ねて圧延することにより、はんだ箔３のＳｎが金属網２の網の隙間に入り込んだ複合はんだ１が得られる。
【００２７】
一体化した複合はんだ１を透明埋め込み樹脂で包埋し、機械研磨で試料断面を研磨し、光学顕微鏡で観察した結果、固いＣｕ繊維の回りに、柔らかいＳｎ成分が回りこんでいるのが観察された。
【００２８】
また、複合はんだ１において、細径のＣｕからなる金属網（３２５メッシュ、線径２８μｍ）を２枚重ねて置き、それら金属網の上部と下部とにＳｎのはんだ箔（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．０６ｍｍ）をサンドイッチ的に重ね、プレス治具で４００ｋｇ／ｃｍ２×１ｍｉｎ程度、圧縮した構成としてもよい。
【００２９】
この結果、細径Ｃｕの金属網とＳｎ成分とが一体化した複合はんだ（１２ｍｍ×１２ｍｍ×０．１９ｍｍ）が得られた。この場合においても、複合はんだ内部に柔らかいＳｎ成分が回りこんでいるのが観察された。
【００３０】
さらに、複合はんだ１は、Ｃｕの金属網２にＳｎめっき（約１μｍ程度）したものを用いることにより、はんだ箔３との滑りがよくなる。この場合、試料の断面を観察すると、Ｃｕ繊維とＳｎ成分との間に小さな空洞は全く観察されなかった。
【００３１】
複合はんだ１において、金属網２を真空中もしくは不活性のＡｒ（アルゴン）ガス中で、４００℃〜６００℃×３０ｍｉｎ程度の熱処理したのを用いると、Ｃｕ繊維の表面は清浄化され、はんだ箔３との滑りが改善される。この場合も、複合はんだ１の断面観察をすると、Ｃｕ繊維とＳｎ成分との間に小さな空洞は全く観察されなかった。
【００３２】
また、複合はんだ１は、金属網としてＮｉ金網、インバーなどの低熱膨張係数を有するＮｉ−ＡｕめっきしたＦｅ−Ｎｉ系金網、Ｎｉ−ＡｕめっきしたＡｌ金網、はんだ箔としてＳｎ−５Ａｇ−０．３Ｃｕ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ、Ｓｎ−（５〜１０）Ｓｂ（アンチモン）などのＰｂフリーはんだ箔を用いるようにしてもよい。
【００３３】
図３は、延圧機による複合はんだ１の形成例を示した説明図である。
【００３４】
たとえば、約１５ｍｍ幅、１００メッシュ程度の金属網２の上下の平面部に、約１５ｍｍ幅、０．０６ｍｍ厚程度のはんだ箔３をそれぞれ重ね、圧延機のローラＲによって圧延率２０〜３０％のクラッド圧延する。
【００３５】
これにより、Ｓｎ成分が金属網２にめり込んで一体化し、約１７ｍｍ幅、０．２ｍｍ厚程度の長尺テープ状の複合はんだ１が得られる。この長尺テープをカッターで切断することにより、容易に任意の大きさ（たとえば、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．２ｍｍ程度）のはんだ箔を得ることができる。
【００３６】
さらに、割型プレスを用いて複合はんだ１を一定寸法に作成する製造方法を示す。
【００３７】
前述した長尺テープ状の複合はんだ１を切断したまま使うと、該複合はんだ１の切断面ではＣｕが露出する部分が現れることになるが、割型プレスを用いた方式では、切断面のＣｕの露出を防止することができる。
【００３８】
図４は、割り金型の全体構成を示す図である。図４（ａ）は、割り金具の外観を示し、図４（ｂ）は、その断面を示したものである。
【００３９】
割り金型の内部断面は、９ｍｍ×９ｍｍ程度の正方形である。これに受け治具Ｊ１を挿入し、上部から、スペーサＳ１を介して、たとえば、９ｍｍ×９ｍｍ、３２５メッシュ、線径２８μｍ程度の金属網２を１〜２枚重ね、該金属網２の両平面部に、９ｍｍ×９ｍｍ×０．０６ｍｍ厚程度のはんだ箔３を重ねる。
【００４０】
次に、抜き治具Ｊ２を外して、押し治具Ｊ３を、４００ｋｇ／ｃｍ２×１ｍｉｎ程度で圧縮する。それにより、９ｍｍ×９ｍｍ×０．２ｍｍ程度の複合はんだ１を得ることができる。
【００４１】
割型金具Ｊ４、押し治具Ｊ３、受け治具Ｊ１、スペーサＳ１は焼き入れの工具鋼（ＳＫＤ）を用い、ガイドリングＧＲ、抜き治具Ｊ２は一般構造材（ＳＳ）を使用する。
【００４２】
ここで、複合はんだ１の接続強度について説明する。
【００４３】
たとえば、Ｃｕリード（１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ程度）２個の中間に複合はんだ１を入れて、ｍａｘ２８０℃程度、Ｎ２  （窒素）雰囲気、１ｋｇｆ／ｃｍ２程度の加圧下で接続した。
【００４４】
加熱後、Ｃｕリードの強制剥離を試みたが、１ｋｇｆ／ｃｍ２程度の力で剥がれることはなかった。試料断面の内部を観察すると、Ｃｕ繊維上に生成したＣｕ６Ｓｎ５化合物がＳｎ成分内部で網状につながっており、これが剥離試験における強度を与えているものと考えられる。
【００４５】
なお、この金属間化合物の効果は、Ｃｕ−Ｓｎに限らず、Ｎｉ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎなどの化合物でも同様である。また、はんだ箔３はＳｎの代わりにＩｎ（インジウム）でも同様である。
【００４６】
合金層成長速度の違いはあるが、核酸により形成された合金層の融点は高く、形成されれば２８０度程度で溶けるものはない。このため、複合はんだ１は、温度階層用だけでなく、耐熱はんだとしても使用可能である。
【００４７】
図５（ａ）は、１００メッシュの金属網２を用いた複合はんだ１の断面であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡大写真である。図示するように金属網２の交差部分はＣｕ線同士がＳｎの介在でＣｕ−Ｓｎ化合物で接合されている。複合はんだ１の厚さは約１７０μｍである。
【００４８】
図６（ａ）は、３２５メッシュの金属網２を用いた複合はんだ１の断面であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の拡大写真である。図示した複合はんだ１においては金属網２を２枚重ねしてプレスして作製したものである。
【００４９】
なお、このサンプルはボイド有無確認のために再溶融させたものであり、細かなＣｕ−Ｓｎ化合物が析出している。これにより、複合箔の状態でのボイドは殆ど観察されない。
【００５０】
図５（ａ）の１００メッシュＣｕの金属網２の場合、図６（ａ）の３２５メッシュＣｕの金属網２に比べ、当然ながらＣｕ線間隔が広いので、被接合部材との化合物による接合部もこの広い間隙で接合されることになり、高温での強度低下が課題である。
【００５１】
次に、Ｃｕ金網径を変えた複合はんだ１をＣｕ箔リード間にサンドイッチして接続し、２８５℃程度での高温せん断引張試験を行った結果を図７に示す。図７においては、横軸に金属網２のメッシュを取り、縦軸に強度を取ったものである。
【００５２】
金属網２は、６００℃×３０ｍｉｎ程度で真空中で処理し、その後でＳｎめっきを１〜２μｍ施したものである。しかし、図７の高温強度結果からわかるように、１００メッシュでも３２５メッシュ並みの強度がでている。
【００５３】
この原因として、図８に示す１００メッシュＣｕの金属網２の断面観察から分かるように、Ｓｎのはんだ箔３中に針状、棒状のＣｕ−Ｓｎ金属間化合物４が顕著に成長していることから、これらの化合物連結により高温での強度を確保しているものと考えられる。
【００５４】
このように成長が顕著な材料の組み合わせ（ＣｕとＳｎ）では、粗い１００メッシュ網でも可能ということになる。しかし、線径が太いことから低温時に剛性の影響がでたり、接合のばらつきが大きいことも予想されるので、線径としては１００メッシュより細かいことが望ましい。
【００５５】
金属網２の厚さは、金属メッシュを構成する線径の約２倍となる。後述する８０〜２５０μｍ程度の望ましい厚さの複合はんだ１に、１枚、もしくは２枚の金属網２を用いることを想定すると、金属メッシュの線径は２５〜１００μｍが望ましい。
【００５６】
図９は、長尺テープから切断した複合はんだ１を用いて、ＢＧＡなどの半導体装置に設けられた配線基板Ｐに半導体チップ（素子）ＣＨをダイボンドの一例を示す図である。
【００５７】
半導体チップＣＨをダイボンドするダイボンダには、配線基板Ｐを搭載するステージＳＴが設けられている。その配線基板Ｐのチップ搭載面には複合はんだ１が搭載される。配線基板Ｐは、たとえば、Ａｌ２  Ｏ３  （アルミナ）などからなる。
【００５８】
配線基板Ｐのチップ搭載面には、メタライズＭＺが形成されている。このメタライズＭＺは、たとえば、Ａｇ−Ｐｂ導体にＮｉめっき（：Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ間での合金層の形成）からなる。半導体チップＣＨの搭載面においても、Ｃｒ−Ｃｕ−ＡｕなどからなるメタライズＭＺ１が形成されている。
【００５９】
ステージＳＴの下方には予熱用のヒータＨが設けられている。該ステージＳＴに搭載された配線基板Ｐの外周部近傍からは、Ｎ２  ガスが噴射されている。そして、真空吸着によってコレットＣに保持された半導体チップＣＨが、該コレットＣによって位置決めされて配線基板Ｐの所定の位置に装着される。
【００６０】
複合はんだ１は、前述したようにＣｕの金属網２と、Ｓｎのはんだ箔３との組合せからなる。ＣｕはＮｉに比べて軟らかく、Ｓｎとの反応が活発で、金属間化合物（Ｃｕ６Ｓｎ５）の機械的性質は優れているので、厚く成長しても脆さは出にくい。
【００６１】
万一、化合物成長が顕著でその弊害が現れる場合、Ｓｎ中にＣｕなどを微量添加して合金層成長速度を抑えることは可能である。また、Ｃｕ上にＮｉ、Ｎｉ−Ａｕなどの薄いＮｉめっきを施すことで合金層成長を抑えることは可能である。ここでは、短時間のはんだ付け時に半導体チップＣＨ、および配線基板Ｐ間を金属間化合物で確実に連結することが重要である。
【００６２】
Ｓｎと半導体チップＣＨ、およびＳｎと配線基板Ｐとの接続において、Ｓｎのぬれ性、ぬれ拡がり性の向上は重要である。このため、Ｓｎ中に微量のＣｕ、Ｂｉ添加による流動性の向上、表面張力の低減によるぬれ性改善の効果が期待できる。他方、界面との強度向上のため、Ｎｉ、Ａｇ、Ｚｎなどの微量添加の効果も期待できる。
【００６３】
なお、Ｓｎの融点向上にはＳｎの代わりにＳｎ−Ｓｂ（５〜１０％）にすることで、Ｃｕ−Ｓｎ化合物、Ｎｉ−Ｓｎ化合物形成ではんだ中のＳｂ濃度が増して、２４６℃にはんだの融点を向上させることができる。
【００６４】
他の代表例として、Ｃｕよりも更に軟らかい純Ａｌ網の場合、温度サイクルに対する変形能に優れる。課題はＡｌ網とチップ、基板のメタライズとの反応である。
【００６５】
Ａｌ表面にＮｉめっきもしくはＮｉ−Ａｕフラッシュめっきを施すことでＡｌ網とＮｉめっきのチップ間、Ｎｉめっきの基板間も同様にＳｎによる接合強度は確保される。
【００６６】
ＮｉとＳｎ間の金属間化合物は通常はＮｉ３Ｓｎ４であり、２００℃以上ではＣｕ−Ｓｎの成長速度より速いので反応不足の心配はない。ＣｕとＮｉが同時に介在する個所では一部に（ＮｉＣｕ）３Ｓｎ４の混合した合金層が形成されることもある。Ａｌ網にはんだが直接反応できるように、Ｓｎ中にＡｇ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉなどを微量添加することにより、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｎｉ間の接続もＳｎなどを介して接続は可能である。
【００６７】
Ａｕの網に対しても同様な対応が可能である。Ａｕは柔軟でＳｎとの化合物を形成し易いので、コストの面を除くと有力な組成である。ただし、Ｓｎが多い系での化合物は融点が低いので、２８０℃以上の融点を持つためには、Ｓｎが５５％以下の組成比であるＡｕＳｎ、ＡｕＳｎ２の化合物とする必要がある。
【００６８】
このため、はんだ付け温度を高くして、接合部はＳｎが少ない構成にすることが必要であることから、半導体チップ側のメタライズＭＺ１に、たとえば、Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｎを設けることにより、Ａｕ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｓｎの形成が容易になる。
【００６９】
Ａｇ網も同様に有力候補であり、高融点のＡｇ３Ｓｎ化合物の形成で２８０℃でも溶けない連結接続が可能となる。同様に硬く、かつ融点の低い合金系として、Ｃｕ−Ｓｎ系（たとえばＣｕ６Ｓｎ５）などがあるが、同様な対応が可能である。
【００７０】
また、配線基板Ｐの周辺部には、Ｗ（焼結）−Ｃｕめっき（約３μｍ程度）、もしくはＷ−Ｎｉめっきなどを施したメタライズＭＺ２が額縁状に形成されており、その内周部には、同じくＷ（焼結）−Ｃｕめっき（約３μｍ程度）、もしくはＷ−Ｎｉめっきなどを施した電極Ｄ１が形成されている。メタライズＭＺ２は、キャップＣＰ（図１１）が接合される接合部であり、電極Ｄ１は、ボンディングワイヤＢＷ（図１１）がボンディングされる電極部である。
【００７１】
配線基板Ｐとしては、アルミナの他にムライト、ガラスセラミック、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などがある。接続時にフラックスを使用する場合、もしくは予熱段階から不活性雰囲気、あるいは還元雰囲気で使用できるならば、Ｃｕ電極のままでよい。
【００７２】
半導体チップＣＨのサイズは、たとえば、□５ｍｍであり、複合はんだ１のサイズは、たとえば□４ｍｍ×ｔ（厚さ）０．１５であるが、半導体チップ寸法の制約はなく、大型チップでも可能である。
【００７３】
後工程の２次リフローに対して、化合物層が高温での強度を確保し、その後の熱疲労に対してはＳｎ系はんだが主に寄与し、一部、応力的に厳しい個所では複合材が効果を発揮し寿命は向上する。
【００７４】
したがって、化合物層で強く拘束されたイメージはない。大きな歪み、応力がかかるチップ周辺部では接合界面で化合物を形成させることで、強固な接続のため破壊が起こりにくくなる。
【００７５】
ダイボンダによるダイボンド工程について説明する。
【００７６】
まず、配線基板Ｐは真空吸引によりステージＳＴに固定され、半導体チップＣＨも真空吸引により取付治具となるコレットＣに保持される。そして、コレットＣを下降させ、半導体チップＣＨを複合はんだ１を介して配線基板Ｐに接触させ、加熱（ｍａｘ２８０℃）、加圧（初期に０．５ｋｇｆ）により５秒間程度保持する。
【００７７】
なお、コレットＣには、ヒータ、および温度測定用熱電対ＴＴが設けられている。ヒータは、半導体チップＣＨを温めることによって接合性を高める。温度測定用熱電対ＴＴは、半導体チップＣＨが接触する近くに埋め込まれており、温度コントロールができる構成となっている。
【００７８】
また、複合はんだ１の温度はその融点に達すると、瞬時にＳｎのはんだ箔３が溶け、圧力が加わり溶け始める。そこで、複合はんだ１のつぶれ防止のため、設定温度に達するとコレットＣを複合はんだ１を加圧した時の位置を起点とし、その位置から複合はんだ１の厚さに対して約１０％（ｍａｘ２０％）以下にし、チップからのはんだのはみ出し量を制御している。
【００７９】
複合はんだ１の厚さは熱疲労寿命に影響するので、１５０μｍ位にするのが一般的である。しかし、本方式はクッションの金属網２が入って、しかもつながれているので熱伝導に優れており、約２００〜２５０μｍであっても熱的には従来はんだより優れる。
【００８０】
たとえば、複合はんだ１の厚さが８０μｍ以下であると、応力緩和機能が充分に作用せず、被接合材の膨張係数が大きい場合にクラックなどの不良が発生する恐れがある。
【００８１】
また、複合はんだ１の厚さが２５０μｍ以上では、接続部の電気抵抗、および熱抵抗が大きくなりすぎて、電気的接続用途の場合には電気特性、放熱用途の場合には素子の温度を充分に下げることができず、いずれの場合においても不具合が発生してしまう恐れがある。よって、複合はんだ１の厚さは８０〜２５０μｍが望ましい。
【００８２】
配線基板Ｐの予熱は約１００℃程度とした。急激な温度上昇、下降は継手に大きなストレスをかけるので、予熱は熱衝撃を緩和させる意味でも重要である。抵抗加熱体によるダイボンドの場合、接続時の複合はんだ１の酸化を防止するため、前述のように局所的に周囲から窒素を吹き付ける機構としている。
【００８３】
また、半導体チップＣＨを吸着するコレットＣの周囲にも窒素を吹き付け、常に接合部が５０〜１００ｐｐｍレベルの酸素純度に保たれるようにするのがよい。
【００８４】
このはんだ箔であれば、水素、もしくは窒素などの不活性雰囲気炉でｍａｘ２７０℃前後で半導体チップＣＨなどのダイボンド、パワーモジュールなどの接合も可能である。炉を使用する場合、ｍａｘ温度はＳｎの場合、２６０℃から３５０℃程度までも可能であるが、化合物の形成状態を考慮した条件選定が必要である。
【００８５】
図１０（ａ）は、図９により複合はんだ１を用いて、半導体チップＣＨを搭載したと配線基板Ｐの断面のモデルを示す。金属網２は連続して繋がっているので、切断すると切断面に金属網２のＣｕが露出する。
【００８６】
複合はんだ１は、半導体チップＣＨより少し小さめに切断し、はんだ付け後にＳｎが外側にぬれ拡がることでフィレットを形成し、金属網２が見えないようにすることが望ましい。
【００８７】
１個ずつ作るならば切断後に、Ｓｎめっきを施すことでＣｕの露出は防ぐことはできる。チップより大き目の複合はんだ１を用いることにより、図１０（ｂ）に示すように、半導体チップＣＨ周囲での信頼性を向上させる構造にすることが可能である。この場合の他の利点として、複合はんだ１が半導体チップＣＨとの多少のズレがあっても信頼性での問題は少ない。
【００８８】
図１１は、コレットＣによるダイボンド、および水素炉もしくは窒素などの不活性雰囲気炉によるダイボンドした代表的な接合部の断面モデルを示す。
【００８９】
このようにダイボンドされた半導体チップＣＨの上面から、ボンディングワイヤＢＷを介して配線基板Ｐの電極Ｄ１に接続し、アルミニウムなどからなるキャップＣＰ（あるいはモールド樹脂など）で該半導体チップＣＨを封止することにより、半導体装置Ｈが形成される。
【００９０】
さらに、配線基板Ｐの周囲に小型のチップ部品などを接続し（この場合の接続も、配線基板Ｐの端子に合った複合はんだ１を、予めチップ部品の電極などに仮付けしたものを配線基板Ｐに接続させたり、または熱圧着したものを同時にリフロー炉で接続することも可能である）、配線基板Ｐの裏面側などから外部接続端子（通常はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕなどのはんだで接合される）をとることによりモジュールを形成するようにしてもよい。
【００９１】
金属網２同士、金属網２と半導体チップＣＨのメタライズＭＺ１（たとえば、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕ：Ａｕは大変薄いので実質はＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ間での合金層の形成）、金属網２と配線基板ＰのメタライズＭ（たとえば、Ａｇ−Ｐｂ導体にＮｉめっき：Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ間での合金層の形成）とはそれぞれ合金層がしっかり形成され、連結状態を確保する。
【００９２】
半導体チップＣＨのメタライズＭの組合せは多様であるが、はんだのＳｎと反応するのはＣｕかＮｉが大部分である。表面層に主に酸化防止のためＡｕが使用される場合があるが、０．０５μｍレベルであり、はんだ層の脆化には関与しない。
【００９３】
他方、配線基板Ｐ側も同様に下地は各種あるが、Ｓｎとの反応層は半導体チップＣＨ同様ＮｉもしくはＣｕである。特殊な場合としてＡｇ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｄなどの厚膜導体などもある。
【００９４】
パワーもののダイボンドでは熱伝導の面で、ボイドがあると特性に大きく影響を及ぼすため、ボイドレス化が最重要視される。はんだペーストの場合はフラックスの反応、溶剤の揮発等によりガス量は多いため、ガスが逃げ易い継手構造、たとえば細長い端子、小型の半導体チップのダイボンドなどに適用される。
【００９５】
したがって、中、大型の半導体チップのダイボンドでは、不活性雰囲気で、フラックスレスではんだ箔を用いた抵抗加熱体によるダイボンド、もしくは水素炉もしくは窒素などの不活性雰囲気炉によるダイボンドの使用が一般的である。
【００９６】
なお、ボイドの特性への影響も少ないことが予想される。複合はんだ１をＳｎめっきＣｕ板に挟んで窒素雰囲気中でダイボンダで加圧接合すると、ＣｕとＣｕ板間はしっかりとＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物が形成され、良好な接合部が得られることが分かった。
【００９７】
特に反応を抑えたい場合は化学Ｎｉ／Ａｕめっき（高温でも化合物が厚く形成されにくい）などを施したり、Ａｇめっきなどを使用することも可能である。
【００９８】
ところで、図３に記載した工程で作製した複合はんだ１はリールに巻いて切断工程を含めて連続供給できる。したがって、温度階層を必要とする部品の封止部、端子接続部の接続に使用する場合は、パンチング加工、レーザ加工などでその形状に合わせたものを用いることができる。
【００９９】
そして、その部品の封止部、端子接続部をパルス方式の加圧型ヒートツールで窒素雰囲気下で加熱、加圧することでフラックスレスで接続することができる。予熱時の酸化防止、ぬれ性を確保するため、Ｓｎめっきされた複合はんだ１が望ましい。ピッチが粗く、端子数が少ない部品の接続などは複合はんだ１の載置、部品端子の位置決め、パルス電流による抵抗加熱電極による加圧接続などが容易でやり易い。
【０１００】
図１１（ａ）はフラックスを用いないで、窒素雰囲気中でパルス加熱によるコレットＣで半導体チップＣＨと配線基板Ｐとの間に、複合はんだ１を載せてダイボンドした後、Ａｕ線などのボンディングワイヤＢＷで、半導体チップＣＨの端子と配線基板Ｐの電極Ｄとを繋ぎ、キャップＣＰと配線基板ＰのメタライズＭＺ２との間に複合はんだ１を載せ、窒素雰囲気中でフラックスレスで封止を行ったＢＧＡ、ＣＳＰタイプの半導体装置（電子部品）Ｈの断面である。
【０１０１】
複合はんだ１は被接合体に仮固着して接合することもできる。なお、配線基板Ｐにはスルーホールが形成されており、該スルーホールにより上下間の電気的接続、すなわち半導体チップＣＨとはんだボールなどからなる外部接続端子Ｂとの電気的接続を確保している。なお、高出力チップの場合、放熱の効率から熱伝導性に優れるＡｌＮなどの配線基板を使用することもある。
【０１０２】
この半導体装置Ｈの外部接続端子Ｂのはんだ組成は、たとえば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕなどからなり、端子ピッチが広い場合はボールで供給され、ピッチが狭い場合はペーストで形成される。また、Ｃｕ端子もしくはＮｉ−Ａｕめっき端子のままの場合もある。
【０１０３】
その後、半導体装置Ｈはプリント配線基板上に搭載され、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ（融点：２１７℃〜２２１℃）ペーストで他の電子部品と同時に、ｍａｘ２４０℃程度でリフロー接続されるが、前述の通り、このリフロー温度では複合はんだ１の高温強度は確保されるので、高信頼でプリント配線基板上に接続することができる。
【０１０４】
すなわち、半導体装置Ｈ実装における接続とプリント配線基板上の接続とは温度階層接続を実現することができる。外部接続端子Ｂの形態はさまざまであるが、いずれにせよ複合はんだ１を用いることで外部接続端子Ｂとプリント配線基板との接続に対して温度階層接続を実現することができる。
【０１０５】
なお、接続部の外周部のぬれ性をよりよくするため、パルス加熱によるコレットで接続後、さらに窒素炉もしくは水素炉などでリフローをすることで良好な継手が形成できる。
【０１０６】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した半導体装置Ｈにおいて、窒素雰囲気中でキャップＣＰを配線基板ＰのメタライズＭＺ２に複合はんだ１を載せ、コレットＣによってフラックスレスで封止を行った例である。
【０１０７】
図１０（ｂ）左は、パンチングで切り抜いた複合はんだ１を示しており、図１０（ｂ）右は、窒素雰囲気中でパルス加熱によるコレットＣで、複合はんだ１（左図のＢ−Ｂ’断面）とキャップＣＰとを加熱して配線基板ＰのメタライズＭＺ２に封止するモデルの断面図である。
【０１０８】
図１０（ｂ）の右側に示した状態で接続することにより、複合はんだ１による接合は、図１０（ａ）に示す形状になる。なお、パンチングでは無駄な部分が多くなるので、形に合わせて網構造とする製造法も可能である。
【０１０９】
また、水素などの還元雰囲気炉でのフラックスレスのリフロー接続も可能である。なお、長期間の絶縁性を確保できるロジンベースのフラックスの場合、腐食の問題はないので洗浄レスのリフロー接続も製品によっては使用が可能である。
【０１１０】
ところで、リフローの課題は、複合はんだ１の両面で拡散接続をし易くするため、該複合はんだ１と接続される側とが接触している状態を作ることがポイントであり、加圧して接触させることが好ましいこととなる。
【０１１１】
したがって、仮り付け工程もしくは加圧工程があるプロセスを採用することが好ましい。たとえば、リード、部品の電極部に予め熱圧着等で固着して供給しておくとよい。
【０１１２】
図１２は、高出力ダイオード（電子部品）ＨＤに適用した例である。半導体チップなどに形成された高出力ダイオードＨＤは約φ６ｍｍである。このため、従来は軟らかいＰｂリッチ系高温系はんだが使われてきた。
【０１１３】
Ｐｂフリー化になるとＳｎ−３．５Ａｇ（２２１℃）、Ｓｎ−０．７Ｃｕ（２２７℃）、もしくはＳｎ−５Ｓｂ（２３５℃）がある。Ｓｂは環境に対する負荷の問題が有ることを考えると、Ｓｎ−３．５Ａｇ、Ｓｎ−０．７Ｃｕ以外はないのが実情である。
【０１１４】
Ｚｎ−Ａｌ系は融点を下げるために、他の元素を添加すると硬くなるので、そのままでは半導体チップ割れを起こす可能性があり、またメタライズとのぬれ性の課題がある。
【０１１５】
この場合のはんだは階層接続用高温はんだというよりは、高出力を対象とするもので、従来のＳｎ−５Ｓｂなどでも信頼性を確保できないため、Ｐｂ−５Ｓｎなどを使ってきた経緯がある。高Ｐｂはんだに代わるＰｂフリーのソフトソルダーはないので、本案がその代替となる。
【０１１６】
車では、たとえば、オルタネータ用のダイオードとして用いられており、高出力ダイオードＨＤをエンジンに直接取り付けた場合、エンジンを切ったときに、２３０℃レベルに達する状態はまれに起こると言われており、要求仕様として示されている。
【０１１７】
さらには、約２６０℃のリフローに耐えられることも要求されている。複合はんだ１は、２６０℃程度のリフロー時にＳｎは溶けるが金属間化合物がネットワークで連結されているため、高温での強度は確保されている。
【０１１８】
なお、２２０℃レベルの高温に曝す機会がある車などにおいて、高温での瞬時部分溶融防止にはＳｎ系はんだとしてＳｎ−（５〜７）％Ｓｂはんだ（融点：２３６〜２４３℃）などのはんだ箔３を使用することで、ＳｎとＣｕ間の反応、Ｓｎと電極（Ｃｕ、Ｎｉ）との反応でＳｂ濃度が１０％以上になり、下限温度をＳｎ（２３２℃）以上の２４５℃レベルに上昇させることができる。
【０１１９】
このため、２２０℃になっても部分溶融の心配はなくなる。この時も、高温強度はＣｕとＳｎとの化合物層が分担する。なお、２８０℃での本方式のせん断強度は１Ｎ／ｍｍ２（０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）以上を確保している。
【０１２０】
他方、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだはＳｎ−Ｐｂ共晶と異なり、強度が高く剛性が強く変形性に劣ることにより、素子、部品などへの悪影響がいわれている。このため、柔軟性のあるＳｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｉｎ系、Ｓｎ−（０〜１）Ａｇ−Ｉｎ、Ｓｎ−（０〜１）Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系などのはんだを用いることで、はんだの融点は２００℃レベルに多少下がっても、はんだ自体が変形に対応してくれるので、耐衝撃性が要求される携帯用機器などの実装用の階層はんだとしての応用が期待できる。
【０１２１】
当然ながら、２次のはんだ付け時に必要な強度はＣｕとの化合物連結で高温強度を確保し、特に、最大応力、歪みがかかるチップ、部品などの最外周部では基板の界面部ではＣｕとの化合物形成で、界面近傍での破壊を阻止し、はんだ内部で破壊するような望ましい構成である。
【０１２２】
複合はんだ１を必要な寸法に切りだし、ＮｉめっきしたＣｕリードＬ１とダイオードＨＤとの間、高熱伝導低熱膨張のＣｕクラッドのディスク板ＤＢ（もしくはＭｏディスク板）との間、ディスク板ＤＢとＣｕからなるベース板ＢＢ間にそれぞれ搭載し、２８０℃の水素炉で一括してリフロー接続した。ディスク板ＤＢ、およびベース板ＢＢには、ＮｉなどによるめっきＤＢａ，ＢＢａがそれぞれ施されている。
【０１２３】
これにより、金属網２とＣｕリードＬ１間、金属網２とダイオードＨＤ間、金属網２とディスク板ＤＢ間、金属網２とベース板ＢＢ間などのＣｕとＮｉ金属間化合物による接合がなされる。
【０１２４】
これで接続したものは、既に、耐高温の金属間化合物（Ｃｕの場合はＣｕ６Ｓｎ５、Ｎｉの場合はＮｉ３Ｓｎ４）で連結されるので、２６０℃（２６０℃〜２８０℃でも可）で強度を保持し、後工程のリフローで問題になることはない。
【０１２５】
この継手を温度サイクル試験、パワーサイクル試験にかけても、これまでの高Ｐｂ入りはんだと同等な寿命を有することを確認できた。また、上記高出力ダイオードに限らず、パワーモジュールにおいても同様な応用が可能である。
【０１２６】
なお、パルス加熱方式のダイボンダーで窒素を吹き付け、ｍａｘ３５０℃、５秒間（５〜１０秒間でも可）で加圧接合する方式でも実装が可能である。また、パルス加熱方式で仮付けし、界面での接触を確実にした後、水素炉で一括してリフローすることで、外周部のぬれ確保、接合界面の接続を確実にすることが可能である。
【０１２７】
なお、半導体チップ周辺部はスムーズなフィレットを形成することが望ましいので、複合はんだ１の外周部にＳｎだけの層を設けることも可能である。
【０１２８】
図１３は、携帯電話などに使用される信号処理用に使われる高周波用ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）モジュール（電子部品）Ｍｄｌをプリント配線基板ＰＷＢに実装した例を示す。
【０１２９】
図１３（ａ）はＳｉのモジュール基板ＭＰ上に２つの半導体チップＣＨを実装した例である。モジュール基板ＭＰ上では抵抗、コンデンサなどは薄膜で形成できるのでより高密度実装が可能であり、主に半導体チップＣＨのみフリップチップ実装される。
【０１３０】
プリント配線基板ＰＷＢへの実装は、ＱＦＰなどで用いられる柔らかいＣｕ系リードＬ２を介して行う。リードＬ２とモジュール基板ＭＰとの接続は複合はんだ１を用いて、加圧、加熱して行う。
【０１３１】
その後、シリコーンなどの柔らかい樹脂Ｊで最後に保護、補強を行う。半導体チップＣＨは、はんだバンプＢを介してモジュール基板ＭＰに接続される。はんだバンプＢは、Ｓｎ−３Ａｇ（融点：２２１℃）などで構成される。
【０１３２】
プリント配線基板ＰＷＢＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ＰｂフリーのはんだＨｄにより接続する。はんだバンプＢは、はんだＨｄのリフロー時に再溶融してもプリント配線基板ＰＷＢへの実装における半導体チップＣＨの自重により変化することは殆どなく、かつＳｉ−Ｓｉの接続のため応力的負担はなく、信頼性上問題はない。プリント配線基板ＰＷＢへの実装が終わった後で、半導体チップＣＨ上には保護のためシリコンゲルＳＧなどをコートすることも可能である。
【０１３３】
また、他の方法として半導体チップＣＨのはんだバンプＢをＡｕのボールバンプにし、モジュール基板ＭＰ上に形成する端子にＳｎめっきを施すと、熱圧着によりＡｕ−Ｓｎ接合を得ることができ、プリント配線基板ＰＷＢへの実装における２５０℃のリフロー温度では溶けることはなく、したがって、温度階層接続が可能であり、リフローに十分耐えられる接合となる。
【０１３４】
複合はんだ１による接続は、前述の如く、金属間化合物により接合が保たれており、プリント配線基板ＰＷＢへの実装における２５０℃のリフロー温度においても強度を確保することができる。これによって今までの大きな課題であった温度階層をつけた鉛フリー接続を実現することができる。
【０１３５】
なお、モジュール基板ＭＰは、Ｓｉ基板に代えて、ＡｌＮ基板、ガラスセラミック基板、Ａｌ２  Ｏ３  基板などの厚膜基板を用いた場合、抵抗、コンデンサなどのチップ部品の搭載は機能素子を作る上で必要である。
【０１３６】
他方、厚膜ペーストでレーザートリミングによる抵抗、コンデンサなどの形成方法もある。厚膜ペーストによる抵抗、コンデンサの場合、上記Ｓｉ基板と同様な実装方式が可能である。
【０１３７】
図１３（ｂ）は、ＧａＡｓチップなどからなる半導体チップＣＨを、チップ部品（電子部品）ＣＤとともに熱伝導性、機械的特性に優れるＡｌ２  Ｏ３  のモジュール基板ＭＰ１に搭載し、該モジュール基板ＭＰ１の搭載面を樹脂Ｊ１によって絶縁封止したモジュール（電子部品）Ｍｄｌ１の構造である。
【０１３８】
このモジュールＭｄｌ１においては、モジュール基板ＭＰ１と半導体チップＣＨ、チップ部品ＣＤとの接続、およびモジュールＭｄｌ１の外部接続端子となるリードＬ３とモジュール基板ＭＰ１との接続に複合はんだ１が用いられている。
【０１３９】
ＧａＡｓとＡｌ２  Ｏ３  とは熱膨張係数が近いのでフリップチップ実装は信頼性上問題はない。これらの半導体チップＣＨやチップ部品ＣＤなどの端子接続は端子面積が□０．６ｍｍ以上であれば、はんだ厚ｔ：０．０５〜０．０１の複合はんだ１とする。
【０１４０】
また、端子数の少ない半導体チップＣＨ、チップ部品ＣＤに仮付けして、あるいはモジュール基板ＭＰ１側の端子に仮付けして、個別に抵抗加熱体で窒素雰囲気の加圧接続で、あるいは還元雰囲気もしくは不活性雰囲気のリフローでの接続が可能である。
【０１４１】
さらに、はんだ厚ｔ：０．０１５〜０．０２５の複合はんだ１を用いることも可能である。低コスト高出力対応には、複合はんだ１を用い半導体チップＣＨ裏面をダイボンドし、端子はワイヤボンドする方法が一般的である。
【０１４２】
半導体チップＣＨが高発熱チップを搭載するモジュール（電子部品）Ｍｄｌ２の場合、図１３（ｃ）に示すように、低熱膨張で耐熱性に優れるメタルコアのポリイミドなどの有機基板、高密度実装に対応したビルドアップ基板などのモジュール基板ＭＰ２を使用すれば、該半導体チップＣＨを直接に搭載することが可能である。
【０１４３】
モジュール基板ＭＰ２の実装面には、一方の端部が半導体チップＣＨの電極部と接続される配線パターンＰが形成されており、該配線パターンＰは、スルーホールＴＨを介してモジュール基板ＭＰ２の裏面に形成された外部接続端子となる電極ＧＰに接続されている。
【０１４４】
さらに、モジュール基板ＭＰ２には、ダミーの端子ＤＴが設けられている。この端子ＤＴは、モジュール基板ＭＰ２の中心部を形成するＣｕなどのメタルコアに直接属されており、半導体チップＣＨに設けられた放熱用の電極ＨＤに接続される。
【０１４５】
そして、モジュール基板ＭＰ２の端子ＤＴと半導体チップＣＨの放熱用の電極ＨＤとを接続することにより、直接熱をメタルコアに伝導させることも可能である。半導体チップＣＨの接続は小型であることからＡｕバンプとＳｎとのはんだＨｄによる接合などが可能である。
【０１４６】
ＡｌなどからなるキャップＣＰを接続する場合には、該キャップＣＰの周囲を取り巻く形状の複合はんだ１を用い、窒素雰囲気で抵抗加熱体で加圧接続する。この時、複合はんだ１は予めモジュール基板ＭＰ２かキャップＣＰのどちらかに仮付けしておくとよい。キャップＣＰがＡｌの場合は端子部はＮｉめっきなどが施されている。
【０１４７】
なお、ここでは、一例としてＲＦモジュールを取り上げたが、各種移動体通信機用のバンドパスフィルタとして使用されているＳＡＷ（弾性表面波）素子構造、ＰＡ（高周波電力増幅器）モジュール、他のモジュール、素子などに対しても同様に応用できる。また、製品分野としては、携帯電話、ノートパソコン等に限らずデジタル化時代を迎え、新たな家電品などに使用できるモジュール実装品を含む。
【０１４８】
図１４は、ＲＦモジュール実装への応用を更に具体化したものである。図１４（ａ）はモジュール（電子部品）Ｍｄｌ３の断面図であり、図１４（ｂ）は電子部品を搭載した際の平面図のモデルである。
【０１４９】
この場合、モジュールＭｄｌ３には、モジュール基板ＭＰ３に半導体チップＣＨ、ならびに抵抗、コンデンサなどのチップ部品ＣＤが実装されている。半導体チップＣＨには、電波を発生するＭＯＳＦＥＴ素子などが形成されており、フェースアップ接続で搭載されている。チップ部品ＣＤも小型化されており、たとえば、１０ｍｍ×５ｍｍの大きさ、いわゆる１００５サイズが使用されている。
【０１５０】
モジュール基板ＭＰ３は、Ａｌ２  Ｏ３  基板などからなり、半導体チップＣＨは複合はんだ１を介してモジュール基板ＭＰ３に接続されている。また、チップ部品ＣＤは、Ａｇなどの耐熱性導電ペーストを介してモジュール基板ＭＰ３に接続されている。
【０１５１】
半導体チップＣＨに形成された電極部は、モジュール基板ＭＰ３に形成された電極ＰＤとボンディングワイヤＢＷを介して接続されている。電極ＰＤは、該モジュール基板ＭＰ３の実装面に形成された配線パターン、スルーホールＴＨを介してモジュール基板ＭＰ３の裏面に形成された外部接続端子となる電極ＧＰに接続されている。
【０１５２】
チップ部品ＣＤは、モジュール基板ＭＰ３に形成された電極ＰＤ１とはんだＨｄによって接続され、さらにスルーホールＴＨを介して裏面の外部接続部となる電極ＧＰと電気的に接続される。
【０１５３】
そして、モジュール基板ＭＰ３の実装面には、該モジュール基板ＭＰ３全体を覆うように、ＡｌなどのキャップＣＰが接合される。キャップＣＰとモジュール基板ＭＰ３とは、たとえば、かしめなどにより接合されている。
【０１５４】
図１５は、携帯電話などの電子システム（電子機器）ＤＳに、図１４に示したモジュール（電子部品）Ｍｄｌ３を用いて構成した際の一例を示した図である。
【０１５５】
この場合、プリント配線基板ＰＷＢは、両面に電子部品を実装する両面実装基板からなる。プリント配線基板ＰＷＢの一方の面には、コンデンサや抵抗などのチップ部品ＣＤ、半導体装置（電子部品）Ｈ１、およびモジュールＭｄｌ３が実装されている。
【０１５６】
これらチップ部品ＣＤ、半導体装置Ｈ１、ならびにモジュールＭｄｌ３は、はんだＨｄを介してプリント配線基板ＰＷＢに実装されている。
【０１５７】
モジュールＭｄｌ３においては、プリント配線基板ＰＷＢなどに対して外部接続部となる電極ＧＰとのはんだ接続により実装されるものであり、温度階層接続が必要となるものである。
【０１５８】
実装の形態としては、まず、プリント配線基板ＰＷＢに形成された電極部分に、たとえば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕなどのはんだペースト（融点：２１７〜２２１℃）を印刷する。そして、半導体装置（電子部品）Ｈ２，Ｈ３の搭載面側からはんだＨｄによる接続を行うために、半導体装置Ｈ２，Ｈ３を搭載し、ｍａｘ２４０℃程度でリフロー接続する。
【０１５９】
次に、電子部品ＣＤ、モジュールＭｄｌ３、半導体装置Ｈ１をプリント配線基板ＰＷＢに搭載し、ｍａｘ２４０℃程度でリフロー接続することで両面実装を実現する。
【０１６０】
このように、先に耐熱性のある軽い部品をリフローし、後で、耐熱性のない、重い部品を接続するのが一般的である。後でリフロー接続する場合、最初に接続した側のはんだを再溶融させないことが理想である。
【０１６１】
前述の通り、この場合もプリント基板への実装時のリフロー温度では、モジュールＭｄｌ３の接続に用いた複合はんだ１自体の接合は確保されるので、モジュールＭｄｌ３などの電子部品を高信頼にプリント配線基板ＰＷＢ上に接続することができる。すなわち、モジューＭｄｌ３内の接続とプリント配線基板ＰＷＢ上の接続との温度階層接続を実現することができる。
【０１６２】
なお、プリント配線基板ＰＷＢの両面を同一のはんだにより接続したが、チップ部品ＣＤなどの重量の小さい小型部品においては、電子部品、モジュール、半導体装置のリフロー接続においてはんだが溶融したとしても、それ自体が軽いため重力よりも表面張力の作用が勝り、落下することはない。
【０１６３】
したがって、最悪のケースを考えた場合、基板の端子との金属間化合物はできずに単にＳｎで接合されただけでも問題は起きない。
【０１６４】
図１６は、モジュールＭｄｌ３（図１４）における製造工程を示すフローチャートであり、チップ部品ＣＤに対して、作業性から耐熱性のＡｇペーストを選択する方式である。
【０１６５】
図１６（ａ）において、まず、モジュール基板ＭＰ３を準備する（ステップＳ１０１）。そして、半導体チップＣＨを実装する位置に複合はんだ１を搭載し（ステップＳ１０２）、ダイボンドを行う（ステップＳ１０３）。
【０１６６】
その後、ワイヤボンディングを行い（ステップＳ１０４）、モジュール基板ＭＰ３のチップ部品ＣＤの搭載位置にはんだＨｄとなる銀ペーストを塗布し（ステップＳ１０５）、該チップ部品ＣＤを実装する（ステップＳ１０６）。チップ部品ＣＤの実装後、リフローを行い（ステップＳ１０７）、洗浄する（ステップＳ１０８）。
【０１６７】
また、図１６（ｂ）では、まず、モジュール基板ＭＰ３を準備し（ステップＳ２０１）、モジュール基板ＭＰ３のチップ部品ＣＤの搭載位置にはんだＨｄとなる銀ペーストを塗布し（ステップＳ２０２）、該チップ部品ＣＤを実装する（ステップＳ２０３）。
【０１６８】
その後、半導体チップＣＨを実装する位置に複合はんだ１を搭載し（ステップＳ２０４）、ダイボンドを行う（ステップＳ２０５）。そして、リフロー（ステップＳ２０６）、洗浄（ステップＳ２０７）後、半導体チップＣＨのワイヤボンディングを行う（ステップＳ２０８）。
【０１６９】
また、図１６（ｃ）については、まず、モジュール基板ＭＰ３を準備する（ステップＳ３０１）。そして、プリント配線基板ＰＷＢにＡｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎなどからなるはんだペーストを塗布し（ステップＳ３０２）、チップ部品ＣＤを実装する（ステップＳ３０３）。
【０１７０】
その後、リフローによる接続（ステップＳ３０４）、プリント配線基板ＰＷＢの洗浄の後（ステップＳ３０５）、半導体チップＣＨを実装する位置に複合はんだ１を搭載する（ステップＳ３０６）。
【０１７１】
そして、ダイボンドを行った後（ステップＳ３０７）、ワイヤボンディングを行う（ステップＳ３０８）。
【０１７２】
次に、モータドライバＩＣなどの高出力チップの樹脂パッケージへの適用例を示す。図１７（ａ）は、リードフレームＦＬの平面図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のリードフレームＦＬを用いて構成された半導体装置（電子部品）Ｈ４の断面図であり、図１５（ｃ）は、その一部の拡大である。
【０１７３】
リードフレームＦＬは、図１７（ａ）に示すように、中央部に半導体チップＣＨが搭載されるダイパッドＤＰが位置しており、そのダイパッドＤＰの周辺部近傍には、引き出し電極である複数のリードＬが形成されている。ダイパッドＤＰは、該ダイパッドＤＰのコーナ部に設けられたダイパッド吊りリードＬａにより固定されている。
【０１７４】
また、半導体装置Ｈ４は、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、ＱＦＰからなる。ダイパッドＤＰには、複合はんだ１を介して半導体チップＣＨが接続されており、該半導体チップに形成された電極とリードＬとは、ボンディングワイヤＢＷを介して接続されている。
【０１７５】
また、半導体チップＣＨ、ボンディングワイヤＢＷ、リードＬの一部は樹脂によりモールドされており、矩形状のパッケージＰａが形成されている。このパッケージ６から突出した複数のリードＬは、略クランク形状に屈曲成形されている。発熱が３Ｗレベルの半導体チップＣＨの熱は、複合はんだ１を介してダイパッドＤＰに伝わる。
【０１７６】
図１８は、図１７の半導体装置Ｈ４における製造工程のフローチャートである。
【０１７７】
まず、ダイパッドＤＰ上に複合はんだ１を介して半導体チップＣＨをダイボンド接続する（ステップＳ４０１）。ダイボンド接続された半導体チップＣＨは、該半導体チップに形成された電極とリードＬの端部とがボンディングワイヤＢＷによってボンディングされる（ステップＳ４０２）。
【０１７８】
その後、樹脂モールドされてパッケージＰａが形成され（ステップＳ４０３）、リードフレームＦＬに形成されたダムの切断後（ステップＳ４０４）、アウタリードとなるリードＬにＳｎ系のＰｂフリーはんだめっきが施される（ステップＳ４０５）。
【０１７９】
そして、リード切断成形されて（ステップＳ４０６）、半導体装置Ｈ４が完成となる（ステップＳ４０７）。
【０１８０】
半導体チップＣＨの裏面に形成されるメタライズは、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｃｕ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕなどの一般に使用されるメタライズであれば可能である。
【０１８１】
Ａｕが多い場合も、Ａｕ−Ｓｎの融点の高いＡｕリッチ側の化合物が形成されればよい。半導体チップのダイボンドは窒素を吹き付けて、パルスの抵抗加熱体で、初期加圧約２ｋｇｆ、３５０℃で５秒間程度で行う。
【０１８２】
はんだ厚の制御は初期加圧時の位置（約７０μｍ膜厚）から約１０μｍ程度下がったところでセットされ、耐熱疲労性向上のため、機構上、膜厚を確保するシステムになっている。
【０１８３】
上記以外に、半導体チップＣＨの素子形成面に負荷をかけないように初期加圧０．２〜１ｋｇｆ、３５０℃で５〜１０秒間で行った。はんだ厚の制御は初期加圧時の位置（１５０μｍ膜厚）  から約１０μｍ程度下がったところでセットされても同様であった。また、ダイパッドＰｄ側を２００℃以下で加熱し、ダイボンドの出力を下げることも可能である。
【０１８４】
高出力の半導体チップではボイド率低減が重要であり、目標の約５％以下を達成できた。厳しい熱疲労に対しても、Ｓｎ、Ｓｎ系はんだ自体の耐熱疲労性は優れており、かつ変形性にも優れている。
【０１８５】
図１９は、一般的なプラスチックパッケージ（ＳＯＰ：Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）の半導体装置（電子部品）Ｈ５に適用した例である。
【０１８６】
この場合、半導体チップＣＨ裏面が４２ＡｌｌｏｙのタブＴＡＢ上に複合はんだ１を介して接着されている。半導体チップの電極部はボンディングワイヤＢＷを介してリードＬに接続される。
【０１８７】
これら半導体チップＣＨ、ボンディングワイヤＢＷ、リードＬの一部は、モールド樹脂によってモールドされ、パッケージＰａが形成されている。パッケージＰａから突出したリードＬには、Ｐｂフリー化に対応したＳｎ−Ｂｉ系などのめっきが施される。
【０１８８】
これまで、プリント基板実装に対して、融点：１８３℃のＳｎ−３７Ｐｂ共晶はんだが使用できたので、ｍａｘ２２０℃でリフロー接続ができた。Ｐｂフリー化になるとＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点：２１７℃〜２２１℃）でリフロー接続を行うことになるので、ｍａｘ２４０℃程度となり、最高温度が約２０℃高くなる。
【０１８９】
このため、半導体チップＣＨとタブＴＡＢとの接続に、耐熱性の導電ペーストもしくは接着剤を使用すると高温での接着力は低下し、あるいは分解によるガス発生によりその後の信頼性に影響することが予想される。
【０１９０】
そこで、前記した複合はんだ１を使用することで、ｍａｘ２７０℃〜３５０℃程度での高温での強度を確保するので、Ｐｂフリーはんだによる階層接続が可能となる。
【０１９１】
このプラスチックパッケージへの応用は、半導体チップＣＨとタブＴＡＢとを接続するプラスチックパッケージ構造の半導体装置すべてに適用することができる。構造上、Ｇｕｌｌ  Ｗｉｎｇタイプ、Ｆｌａｔタイプ、Ｊ−ｌｅａｄタイプ、Ｂｕｔｔ−Ｌｅａｄタイプ、Ｌｅａｄｌｅｓｓタイプがある。
【０１９２】
それにより、本実施の形態によれば、複合はんだ１により、Ｐｂフリーで接続信頼性の高温度階層接続用はんだや耐熱はんだを得ることができる。
【０１９３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１９４】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、複合はんだを温度階層接続や耐熱はんだとして用いることにより、Ｐｂフリーで、かつ接続信頼性の高い接続を得ることができる。
（２）また、本発明では、複合はんだを用いて構成された電子部品、あるいは電子部品の実装に複合はんだを用いて電子機器を構成することにより、環境に優しく、信頼性の高い電子機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による複合はんだの説明図である。
【図２】図１の複合はんだの製造工程の一例を示す説明図である。
【図３】図１の複合はんだの製造工程の他の例を示す説明図である。
【図４】図１の複合はんだを製造する際に用いる割型プレスの説明図である。
【図５】図１の複合はんだを１００メッシュＣｕ網の金属網で作製した際の断面図である。
【図６】図１の複合はんだを３２５メッシュＣｕ網の金属網で作製した際の断面図である。
【図７】金属網におけるＣｕメッシュ大きさを変えた際の複合はんだ箔の高温強度の関係を示す図である。
【図８】１００メッシュＣｕ網の金属網で高温強度がでるメカニズムを示す図である。
【図９】図１の複合はんだを用いたダイボンドプロセスの一例を示す断面のモデル図である。
【図１０】図９によるダイボンド後の複合はんだの継手断面のモデル図である。
【図１１】図１の複合はんだによるダイボンド接続部、および封止部の断面モデル図である。
【図１２】図１の複合はんだを用い構成された高出力ダイオードの断面モデル図である。
【図１３】図１の複合はんだを用いて構成されたモジュールの断面モデル図である。
【図１４】図１の複合はんだを用いて構成されたモジュールの断面図である。
【図１５】図１４のモジュールを実装したＲＦモジュールの断面のモデル図である。
【図１６】図１５のＲＦモジュール実装の製造プロセスを示すフローチャート図である。
【図１７】図１の複合はんだを用いて構成された半導体装置の平面、および断面モデル図である。
【図１８】図１７の半導体装置の製造プロセスを示すフローチャート図である。
【図１９】図１の複合はんだを用いて構成された半導体装置の他の例を示す断面モデル図である。
【符号の説明】
１…複合はんだ、２…金属網（金属繊維箔）、３…はんだ箔、ＣＨ…半導体チップ（素子）、ＭＺ…メタライズ、ＭＺ１，ＭＺ２…メタライズ、Ｈ…半導体装置（電子部品）、Ｈ１〜Ｈ５…半導体装置（電子部品）、ＨＤ…高出力ダイオード（電子部品）、Ｍｄｌ…高周波用ＲＦモジュール（電子部品）、Ｍｄｌ１〜３…高周波用ＲＦモジュール（電子部品）、ＭＰ…モジュール基板、ＣＤ…チップ部品（電子部品）、ＤＣ…電子システム（電子機器）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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