JP2005229113A - 電子機器および半導体装置および半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】
新規なはんだ接続による電子機器を提供することにある。特に温度階層接続における高温側のはんだ接続を実現することにある。
【課題手段】
半導体装置と基板の接続部が、Ｃｕ等の金属ボールおよび該金属ボールとＳｎの化合物からなり、該金属ボールは該化合物により連結されている。
【選択図】 図１

Description

電子機器のモジュール実装等に有効な温度階層を用いてはんだ接続する技術に関する。

Ｓｎ−Ｐｂ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℃）等を３３０〜３５０℃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（１８３℃）で接続する温度階層接続が行われてきた。このような温度階層接続は、チップをダイボンドするタイプの半導体装置や、フリップチップ接続などの半導体装置などで適用されている。すなわち、半導体装置内部で使用するはんだと、半導体装置自身を基板に接続するはんだとの温度階層接続できることがプロセスでも重要になっている。

一方、製品によっては部品の耐熱性の限界から２９０℃以下での接続が要求されるケースがでている。従来のＳｎ−Ｐｂ系の中でこれに適した高温用組成域としてＰｂ−１５Ｓｎ（液相：２８５℃）近傍が考えられる。しかし、Ｓｎが多くなると低温の共晶（１８３℃）が析出してくる。また、これよりＳｎが少なくなると液相温度が高くなるため、２９０℃以下での接続が困難となる。このため、プリント基板に接続する２次リフロー用はんだがＳｎ−Ｐｂ 共晶であっても、高温用はんだ継手が再溶融する問題が避けられなくなった。２次リフローはんだがＰｂフリー化されると、Ｓｎ−Ｐｂ 共晶より更に約２０〜３０℃高い２４０〜２５０℃で接続することになるため、更に、困難となる。

即ち、はんだ付け温度が、３３０〜３５０℃もしくは２９０℃レベルの温度階層可能な高温系のＰｂフリーはんだ材料はないのが現状である。

この状況を以下に詳しく記す。現在、はんだは環境の問題からＰｂフリー化が進んでいる。プリント基板にはんだ付けするＰｂフリーはんだの主流はＳｎ−Ａｇ共晶系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ共晶系、Ｓｎ−Ｃｕ共晶系になりつつあり、これに伴い、表面実装におけるはんだ付け温度は通常２４０〜２５０℃である。これらのはんだと組み合わ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。最も可能性のある組成として、Ｓｎ−５Ｓｂ（２４０〜２３２℃）はあるが、リフロー炉内の基板上の温度ばらつき等を考慮すると、これを溶かさないで接続できる高信頼性の低温側のはんだはない。他方、高温系のはんだとしてＡｕ−２０Ｓｎ（融点：２８０℃）は知られているが、硬い材料であり、コスト高のために使用が限定される。特に、熱膨張係数が大きく異なる材料へのＳｉチップの接続、あるいは大型Ｓｉチップの接続では、はんだが硬いため、Ｓｉチップを破壊させる恐れがあるため使用されていない。

上記状況において、Ｐｂフリー化に対応でき、モジュール実装において部品の耐熱性を越えない２９０℃以下で高温側のはんだで接続後（１次リフロー）、更に該モジュールの端子を、プリント基板等の外部接続端子にＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点：２１７〜２２１℃）はんだで表面実装（２次リフロー）することが要求されている。例えば、チップ部品と半導体チップとが搭載された携帯用製品のモジュール（一例として高周波モジュール）が開発されており、チップ部品及び半導体チップは高温系はんだによってモジュール基板に接続され、キャップ封止、もしくは樹脂封止が要求されている。これらのチップ部品は耐熱性の問題で、ｍａｘ２９０℃以下での接続が要求されている。該モジュールをＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕで２次リフローを行う場合、はんだ付け温度は２４０℃前後に達する。従って、Ｓｎ系はんだの中で最も高融点であるＳｎ−５Ｓｂでも融点が２３２℃であること、また、チップ電極めっきにＰｂ等が含まれると更に融点が下がることから、モジュール内のチップ部品のはんだ付け部が２次リフローで再溶融することは避けられない状況にある。このため、はんだが、再溶融しても、問題が起こらないシステム、プロセスが求められている。

これまでは、モジュール基板に、Ｐｂ系のはんだを用いてｍａｘ２９０℃でチップをダイボンドし、チップ部品をリフローした。ワイヤボンドされたチップ上には柔かいシリコーンゲルを塗布し、モジュール基板上面をＡｌ等のキャップで保護し、Ｓｎ−Ｐｂ共晶を用いた２次リフローで対応してきた。このため、２次リフローではモジュール継手のはんだの一部が溶融しても、応力がかからないのでチップは動かず、高周波特性で問題はない。しかし、Ｐｂフリーはんだによる２次リフローが要求され、かつ、コスト低減化のため、樹脂封止型モジュールの開発が必須になってきた。これをクリアするためには、以下の課題を解決することが要求されている。
１）ｍａｘ２９０℃以下での大気中リフロー接続が可能であること〔チップ部品 の耐熱保証温度；２９０℃〕。
２）２次リフロー（ｍａｘ２６０℃）で溶けないこと、もしくは溶けてもチップが 動かないこと（高周波特性に影響するため）。
３）２次リフロー時にモジュール内のはんだが再溶融しても、チップ部品 のはんだの体積膨張によるショートがないこと。

具体的にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）モジュールで評価した結果の課題を以下に示す。

ＲＦモジュールにおいてチップ部品とモジュール基板との接続に、従来のＰｂ系はんだ（２４５℃の固相線を持つはんだであるが、チップ部品の接続端子はＳｎ−Ｐｂ系のはんだめっきが施されている。このため、低温のＳｎ−Ｐｂ系共晶が形成されるため再溶融する）で接続し、絶縁性で弾性率を変えた各種樹脂を用いて一括で覆うように封止したモジュールの２次実装リフロー後のはんだの流れ出しによるショート発生率を調べた。

図２はモジュールにおけるチップ部品の２次実装リフロー時に、はんだ流れの原理を示す流れ出しの説明図であり、図３は同じくチップ部品のはんだ流れの一例を示す斜視図である。

はんだ流れ出しによるショートのメカニズムはモジュール内のはんだの溶融膨張圧力により、チップ部品と樹脂の界面、または樹脂とモジュール基板の界面を剥離させ、そこにはんだがフラッシュ状に流れ込み、表面実装部品の両端の端子が繋がって短絡に至るものである。

この結果、はんだの流れ出しによるショート発生率は樹脂の弾性率に比例して起きていることが分かった。従来の高弾性エポキシ樹脂は不適合であり、柔らかいシリコーン樹脂の場合は１８０℃（Ｓｎ−Ｐｂ共晶の融点）における弾性率が低い場合に、ショートが発生しないことも分かった。

しかし、低弾性樹脂としては実用的にはシリコーン樹脂になるため、基板分割工程の時、樹脂の特性から分割しきれないで残る場合があり、レーザ等の切り込み部を入れる工程が新たに必要になる。他方、一般のエポキシ系樹脂の場合、硬いためショートが発生し、不適合であるが、機械的分割は可能である。但し、１８０℃で短絡を起こさないくらいに柔かくすることは特性上、難しい状況にある。機械的保護を兼ねて、かつ、はんだの流れを防止できる樹脂封止が可能ならば、ケースやキャップなどで覆う必要がないのでコスト低減化が図れる。

本発明の目的は、全く新規なはんだペースト、はんだ接続法、はんだ継手構造を提供することである。

また、本発明の他の目的は、高温時に接続強度が維持できるはんだを用いた温度階層接続を提供するものである。

また、本発明の他の目的は、高温時に接続強度が維持できるはんだを用いて、温度階層接続された電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、本発明は、電子部品と基板を接続するはんだとして、ＣｕボールとＳｎはんだボールを有するはんだペーストを用いるものである。
また、本発明は、電子部品と基板を接続するはんだとして、表面にＳｎめっきされたＣｕボールを有するはんだペーストを用いるものである。

また、電子部品と基板を有する電子機器であって、該電子部品の電極と該基板の電極は、Ｃｕボールと、ＣｕとＳｎの化合物を有する接続部により接続され、かつ該Ｃｕボール同士は該ＣｕとＳｎの化合物で連結するものである。

また、本発明は、電子部品を搭載した一次基板がプリント基板やマザーボード等の二次基板に実装されている電子機器において、電子部品と一次基板との接続をＣｕボールとＳｎはんだボールを有するはんだペーストをリフローすることにより行い、一次基板と二次基板との接続をＳｎ−（２．０〜３．５）ｍａｓｓ％Ａｇ−（０．５〜１．０）ｍａｓｓ％Ｃｕはんだをリフローすることにより行うものである。

例えば、温度階層接続を考えると、既に接続した高温側のはんだは、一部が溶融しても、他の部分が溶融しなければ、後付けのはんだ接続時のプロセスに耐えられる強度を十分に確保できる。

金属間化合物の融点は高く、金属間化合物で結合された個所は３００℃でも、接合強度を十分確保できるので、高温側の温度階層接続用として利用できる。そこで、我々は、Ｃｕ（もしくはＡｇ，Ａｕ，Ａｌ，プラスチック）ボールもしくはこれらのボール表面にＳｎ等のめっきを施したものと、Ｓｎ系はんだボールとを体積比で約５０％配合したペーストを用いて接続した。これによって、Ｃｕボール同志が接するもしくは近接している個所は、その周りの溶融したＳｎと反応してＣｕ−Ｓｎ間の拡散によりＣｕ６Ｓｎ５金属間化合物が形成され、これによって、Ｃｕボール間の接続強度を高温で確保することができる。この化合物の融点は高く、２５０℃のはんだ付け温度では十分な強度を確保している（Ｓｎの部分のみ溶融する）ので、プリント回路基板への２次リフロー実装時において剥がれたりすることはない。従って、２次リフロー時におけるモジュールのはんだ付け部は、高融点の化合物の連結による弾性的結合力で高温強度を確保し、温度サイクル時には柔軟なＳｎの柔かさで寿命を確保する機能を分担する複合材であり、高温の温度階層接続用として十分使用できるものである。

この他、望ましい融点を持つ硬い、剛性の強いはんだ、例えばＡｎ−２０Ｓｎ、Ａｕ−（５０〜５５）Ｓｎ（融点：３０９〜３７０℃）、Ａｎ−１２Ｇｅ（融点：３５６℃）等の場合でも、粒状の粒子を使用し、柔かい、弾性のあるゴム粒子を分散混入させ、もしくは低融点のＳｎ、Ｉｎ等の柔かいはんだを該はんだ間に分散混入させることにより、該はんだの固相線温度以上でも接続強度を有し、変形に対しては金属粒子間にある柔かいＳｎもしくはＩｎもしくはゴムで緩和することにより、はんだの弱点を補完する新たな効果が期待できる。

次に、樹脂封止したＲＦモジュール構造での解決手段を示す。

はんだによる短絡の対策手段としては、（ｉ）２次実装リフローにおいてモジュール内部のはんだが溶融しない構造とするか、もしくは（ｉｉ）モジュール内部のはんだが溶融してもはんだの溶融膨張圧力を小さくして部品と樹脂の界面や樹脂とモジュール基板の界面での剥離を引き起こさない構造とするなどが考えられるが、樹脂設計が難しい。

他方、（ｉｉｉ）硬度の低いゲル状の樹脂などを用いて溶融した内部のはんだの溶融膨張圧力を緩和することが考えられるが、保護力（機械的強度）が小さいため、ケースやキャップで覆って保護することになり、これはコストアップのため採用できない。

図１３（後述）は樹脂封止構造とした場合における現用はんだを用いた場合と、本案を用いた場合との溶融はんだの流れに対する見方の比較を示す。Ｐｂ系はんだの体積膨張は３．６％である〔金属材料理工学；河上益夫、ｐ１４４２〕。本案継手構造では２次リフロー実装時の２４０℃前後ではＳｎのみ溶融するので、ＣｕボールとＳｎボールとの体積比率は約５０％であることを考慮すると、溶融直後の体積膨張は１．４％であり、Ｐｂ系はんだの約１／２．５倍である。他方、再溶融の状態を考慮すると、現用はんだは再溶融すると、瞬時に３．６％膨張するため、硬い樹脂では樹脂が変形できず、圧力が高まりチップ部品と樹脂の界面に溶融はんだが流れ込むことになる。このため、樹脂は柔らかいことが必要条件である。他方、本案では、図１（後述）のチップ断面モデルでも分かるように、Ｃｕ粒子間は主にＣｕ６Ｓｎ５化合物で連結されている。Ｃｕ粒子間の隙間にあるＳｎが溶融しても、Ｃｕ粒子が連結された構造のため動かないので、樹脂による圧力は連結されたＣｕの反発力で拮抗し、溶融Ｓｎへの圧力はかかりにくい状況になっている。更に、接合部の体積膨張は現用はんだの１／２．５と低いことから、両者の相乗効果を考慮すると、Ｓｎがチップ部品界面を伝わって流れる可能性は低いことが予想される。従って、該モジュールを本案接続構造にすることで、かつ、若干柔らかくしたエポキシ系樹脂で封止することが可能で、容易に切断加工できる低コストのＲＦモジュールを提供することができる。

本願発明によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

本発明によれば、温度階層接続において、高温時に接続強度が維持できるはんだを提供できる。

また、本発明によれば、高温時に接続強度が維持できるはんだを用いた温度階層接続方法を提供することができる。

また、本発明によれば、高温時に接続強度が維持できるはんだを用いて接続された電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明における接続構造の概念について示したものである。また、はんだ付け前の状態と、はんだ付け後の状態とを示している。図１の上段は、粒径約３０μｍのＣｕボール１（もしくはＡｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ−Ｓｎ合金等、もしくはこれらにＡｕめっき、Ｎｉ／Ａｕめっき等を施したもの、もしくはこれらにＳｎめっき等を施したものでも可能）、及び粒径約３０μｍのＳｎはんだボール２（融点：２３２℃）をフラックス４を介して適度に少量分散させたペーストを用いた例である。このペーストを２５０℃以上でリフローするとＳｎはんだボール２は溶融し、溶融Ｓｎ３がＣｕボール１を濡れるように拡がり、Ｃｕボール１間に比較的均一に存在することとなる。Ｃｕボールは球状である必要はなく、表面に凹凸が激しいものでも、棒状であっても、樹枝状を混ぜたものでも良い。その場合は、ＣｕとＳｎとの体積比が異なり、Ｃｕが隣接Ｃｕと接する状態になっていれば良い。球状が優れている点は印刷性にある。接合後、Ｃｕ同志が絡み合うことが高温での強度を確保する上で必要である。Ｃｕ同志で拘束され過ぎて、動きが取れないようでははんだ付け時に自由度がなく、変形性に欠けるので問題である。最終的には樹枝状晶が接触で繋がれて、弾性的な動きをするのが理想的と考える。従って、Ｃｕの樹枝状晶をＳｎ等で一旦包んで球状化し、それを混ぜる方法もある。なお、Ｃｕ、Ｓｎの粒子径はこれに限定されるものではない。

リフロー温度はできる限り高くすることにより、Ｃｕ６Ｓｎ５化合物が短時間に形成されるので、化合物形成のためのエージング工程は不要になる。Ｃｕ６Ｓｎ５化合物の形成が不十分な場合、部品耐熱の範囲で短時間のエージングを行い、Ｃｕボール１間強度を確保する必要がある。この化合物の融点は約６３０℃と高く、機械的特性は悪くないので、強度上の問題はない。高温で長時間エージングしすぎるとＣｕ３Ｓｎ化合物がＣｕ側に成長する。Ｃｕ３Ｓｎの機械的性質は一般に硬く、脆いとみなされているが、はんだ内部でＣｕ粒子周囲にＣｕ３Ｓｎが生成されても、温度サイクル試験等に対して寿命に影響がなければ問題はない。実験では高温、短時間でＣｕ３Ｓｎが十分生成されても、強度上での問題はなかった。これは、これまでも経験してきたように、接合界面に長く沿って形成される場合と、今回のように、個々の粒子の周囲に形成された場合では、破壊に及ぼす影響も異なってくることが考えられる。今回のケースは化合物周囲の柔らかいＳｎによる補完効果も大きいものと考えられる。

以上のようにＣｕボール１間を化合物（Ｃｕ６Ｓｎ５）を介して接合させるので、その後に２４０℃前後のリフロー炉を通るとしても、その接合部分（Ｃｕ６Ｓｎ５）、Ｃｕボール１ともに溶融せずに接続強度を確保することができる。なお、Ｃｕボール１間の接続信頼性からして、化合物（Ｃｕ６Ｓｎ５）は数μｍ程度生成されることが好ましい。また、Ｃｕボール間を接触に近い距離にすることがＣｕボール１間を化合物形成させる上で好ましく、Ｓｎ量を調整することで可能である。しかし、隣接Ｃｕ粒子すべてが化合物で結合する必要はなく、むしろ、確率的に、化合物による連結がない部分が存在することが、変形の自由度があって望ましい。ある領域内で拘束されれば、強度上の問題はない。なお、フラックス４は洗浄タイプ及び無洗浄タイプが可能である。

図１の下段は、前述のＣｕボール１に数μｍのＳｎめっき等を施した例である。Ｓｎめっきが薄いことによるＳｎ量が不足する場合は、同一ボール径のＳｎボールで補充する。ＣｕにＳｎめっき処理をすることで溶融Ｓｎ３がボールに沿って濡れ拡がりやすくなり、よりＣｕボール１間を均等の間隔にしやすくなる。また、ボイドレス化に対しても大きな効果がある。なお、はんだめっきはリフロー時に酸化被膜が破れて、表面張力の作用でＣｕボール同志が吸引されるように接近して、Ｃｕ６Ｓｎ５化合物が形成される。なお、ＳｎにＢｉ等を微量添加（１〜２％）することで、はんだの流動性を向上させ、端子上へのぬれ性を向上させる効果がある、但し、Ｂｉが多いと脆さがでてくるので望ましくない。

次にこの接続構造を有するＬＳＩパッケージ、部品等の電子部品をプリント基板に実装する。この際、温度階層接続が必要となる。例えば、プリント基板の接続端子部にＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点：２２１〜２１７℃）はんだペーストを印刷し、ＬＳＩパッケージ、部品等の電子部品を搭載後、２４０℃で大気中（窒素中でも可能）でリフローすることができる。このＳｎ−（２．０〜３．５）ｍａｓｓ％Ａｇ−（０．５〜１．０）ｍａｓｓ％Ｃｕはんだは、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだに置き換わる標準的なはんだとして取り扱われているが、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだよりも融点が高いことから、それに対応できる高温系Ｐｂフリーはんだの開発が要求されている。前述の如く、既に接合されているＣｕ−Ｃｕ６Ｓｎ５間で高温での強度を確保するとともに、リフロー時のプリント基板の変形等で発生する応力には十分耐えられるレベルになっている。従って、プリント基板との２次リフローにＳｎ−（２．０〜３．５）ｍａｓｓ％Ａｇ−（０．５〜１．０）ｍａｓｓ％Ｃｕを用いても、高温用はんだとしての機能を有することから、温度階層接続を実現することができる。なお、この場合のフラックスは洗浄レス用としてＲＭＡ（Ｒｏｓｉｎ Ｍｉｌｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）タイプもしくは洗浄用としてＲＡ（Ｒｏｓｉｎ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）タイプがあり、洗浄、無洗浄、共に可能である。

図２は素子１３を中継基板１４にＡｕ−２０Ｓｎはんだ７等で接合し、ワイヤボンド８後、洗浄レスタイプの上記ペーストを用い、ＡｌもしくはＦｅ−Ｎｉ等にＮｉ−Ａｕめっきを施したキャップ９周囲を中継基板にリフローで接合１０する。このとき、絶縁特性を重視すればフラックスは塩素の含まない系で窒素雰囲気での接続が望ましいが、ぬれ性を確保できない場合、ＲＭＡタイプの弱活性ロジンで封止する方法がある。この素子は完全な封止性を要求するものではなく、フラックスが十分な絶縁特性を確保していれば、フラックスが存在する状態でも長時間保持しても素子への影響はない。キャップ封止の目的は主に機械的保護である。封止の方法としては封止部をパルス電流による抵抗加熱体１５等で加圧接合することも可能である。この場合、封止部に沿ってデイスペンサーで塗布し、細い連続したパターン１２を形成する（図２（ｂ））。

パターンの断面Ａ−Ａ′を拡大したモデルを右側に示す。Ｃｕボール１とＳｎボール２はフラックス４で保持されている。この上からパルス電流による抵抗加熱体１５で加圧接合すると、ペーストは図２（ｃ）のように平坦化される。平坦化された断面Ｂ−Ｂ′を右側に拡大した。中継基板６とキャップ９間のはんだの接続部はこの場合、３０μｍのＣｕボールを使用すると、１〜１．５個分（約５０μｍ）の間隙になる。パルスヒータによる加圧接合条件は最大３５０℃、５秒で行ったので、Ｃｕボール１と中継基板の端子６、Ｃｕボール１とキャップ９との接触部はキャップ表面にＣｕ系もしくはＮｉ系のめっきが厚く形成されている限り、容易にＣｕ６Ｓｎ５もしくはＮｉ３Ｓｎ４の化合物を短時間に形成するため、エージング工程は一般に不要である。ペースト塗布幅は意図的に狭くとり、加圧により、例えば、幅２５０μｍ×高さ１２０μｍの断面で塗布されると、加圧後、粒子１個乃至１．５個分の厚さになるので約７５０μｍ 幅に広がることになる。

この封止したパッケージには外部接続用端子１１として、予めＳｎ−０．７５Ｃｕ共晶はんだボールを供給しておき、プリント基板上には、はんだペーストが印刷された状態で、他の部品と同様に位置決めし、搭載され、リフローで表面実装される。リフロー用はんだにはＳｎ−３Ａｇ（融点：２２１℃、リフロー温度：２５０℃）、Ｓｎ−０．７５Ｃｕ（融点：２２８℃、リフロー温度：２５０℃）、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点：２２１〜２１７℃、リフロー温度：２４０℃）等が使用される。これまでのＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの実績から、Ｃｕ−Ｃｕ６Ｓｎ５間は十分な強度が確保されているため、リフロー時に封止部等が剥がれることはない。なお、Ｃｕ箔同志をこのはんだペーストで接合したラップ型継手を２７０℃でせん断引張試験（引張速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ）を行ったところ、約０．３ｋｇｆ／ｍｍ２の値が得られたことにより、高温での強度は十分確保していることを確認した。

キャップ部がＮｉ−ＡｕめっきされたＡｌもしくはＦｅ−Ｎｉ系の場合、Ｎｉ膜厚が約３μｍ形成していれば、Ｎｉ−Ｓｎの合金層成長速度は１７５℃以上ではＣｕ−Ｓｎの合金層成長速度より早いので（例えばＤ．Ｏｌｓｅｎ他；Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１３ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｐｒｏｃ．，ｐｐ８０−８６，１９７５）、高温エージングによりＮｉ３Ｓｎ４の合金層も十分形成される。但し、合金層の性質としてはＣｕ６Ｓｎ５が優れるので、Ｎｉに対しては厚く成長させることは望ましくないが、高温エージング時間は長くできないので、成長しすぎて脆化することを恐れる心配はない。Ｓｎよりも合金層成長速度が遅く、かつ実績のあるＳｎ−４０ＰｂはんだのデータからＳｎの成長速度の概略を予測することができる。Ｓｎ−４０ＰｂはんだのＮｉに対する成長速度は、短時間であれば２８０℃でも１０時間で１μｍ以下であり（１７０℃、８時間で１μｍのデータもある）、脆化は問題にならない。ＮｉめっきのＳｎによる合金層成長に関しては、電気めっき、化学めっき等の種類で合金層成長速度が大きく異なることは知られている事実である。むしろ、ここでは接合強度を確保する必要から速い合金層成長速度を望んでいる。他方、Ｓｎ−４０ＰｂはんだのＣｕに対する成長速度として１７０℃、６時間で１μｍのデータがある（単純に固相状態と仮定して、変換すると２３０℃、１時間で１μｍ成長することになる）。３５０℃、５秒間での本接続実験ではＣｕ粒子間では、ｍａｘ５μｍのＣｕ６Ｓｎ５が生成されている個所があることを観察できたことから、高温ではんだ付けした場合、エージング工程は一般に不要と思われる。

このペースト方式ではボイドをなくすことが重要課題でもある。このため、Ｃｕ粒子に対してはんだのぬれ性を向上させること、及びはんだの流動性を良くすることが重要である。このため、ＣｕボールへのＳｎめっき、Ｓｎ−Ｃｕはんだめっき、Ｓｎ−Ｂｉはんだめっき、Ｓｎ−Ａｇはんだめっき、及びＳｎ−０．７Ｃｕ共晶はんだボールの採用、はんだボールへのＢｉ添加などは効果のある手段である。

また、はんだボールはＳｎに限らず、Ｓｎ−Ｃｕ共晶系はんだボール、Ｓｎ−Ａｇ共晶系はんだボール、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ共晶系はんだボールもしくはこれらにＩｎ，Ｚｎ，Ｂｉ等のいずれか一つ以上を添加したはんだボールであっても良い。これらの場合もＳｎが大部分を占める組成となるので、所望の化合物を生成することができる。また、二種類以上のはんだボールが混合しても良い。これらはＳｎより融点が低い分、一般的には高温での合金層成長が速くなる傾向がある。

図２のダイボンド７も本案のペーストが使用できる。本案ペーストで接続後、洗浄して、ワイヤボンデイングを行う。なお、これまではダイボンド用にＡｕ−２０Ｓｎ接合が使用されてきたが、信頼性の観点から小さなチップに限定されていた。また、Ｐｂ系であればＰｂ−１０Ｓｎ等が使用されてきた。本案の接合はある程度面積の広いものでも展開できる。接合部の間隙は厚いほど寿命で高信頼性になるが、高融点金属のボール径との応用が可能である。薄くする場合は粒子径を小さくすることで可能である。接続法によっては、粒子径を小さくして厚くすることも可能である。Ｃｕ粒子径は５〜１０μｍでも可能であり、更に微細粒が混入しても可能である。Ｓｉチップ（裏面のメタライズとしてＣｒ−Ｃｕ−Ａｕ、Ｎｉめっき他）とＣｕボール間、Ｃｕボールと基板上の接続端子間の化合物はＳｎとＣｕ、ＳｎとＮｉのいずれもあり得る。合金層成長が少ないことから、脆化の問題はない。

高温はんだの接続部分は、後工程のリフロー時に耐えられれば良く、その時にかかる応力は小さいと考えられる。そこで、金属ボールの替わり、接続端子の片面もしくは両面を荒らして、ＣｕもしくはＮｉ等の突起を形成することにより、突起の接触部のところで確実に合金層を形成し、他の部分ははんだで接合された状態になり、ボールと同じような効果がある。はんだはデイスペンサーで片方の端子上に塗布し、上からパルス電流による抵抗加熱体で突起部を食い込ませながらはんだを溶融させ、高温でダイボンドすることで、突起部のアンカー効果と接触部の化合物形成により、リフロー時に応力的に耐えるだけの強度を有することができる。図３（ａ）は基板１９のＣｕパッド１８上に表面をエッチング２０で荒らし、その上にＳｎ系のはんだ２ペーストを塗布した接続部断面モデルである。この時、Ｓｎ系はんだの中にＣｕ微粒子等を混ぜても良い。部品端子部７５の裏面は平坦でも良いが、ここではＣｕもしくはＮｉめっき等を施し、表面をエッチング２０で荒らした。図３（ｂ）は加熱加圧で接合した状態で、高めの温度でリフローすることで接触部は化合物が形成され強くなる。このため、外部接続端子を基板の端子上に接続する後工程のリフローでは、この部分が剥離することはない。

エージングで拡散濃度を増し、低温から高融点側に化合物が３段階くらいの変化があるＡｕ−Ｓｎ接合は、比較的低い温度で、温度変化が少ない範囲で各種の化合物が形成される。Ａｕ−Ｓｎ接合で、良く知られている組成はＡｕ−２０Ｓｎ（２８０℃共晶）であるが、２８０℃の共晶温度を保持するＳｎの組成域は約１０から３７％の範囲である。Ｓｎが多くなると脆くなる傾向はある。Ａｕが少ない系で実現できそうな組成領域として、Ｓｎは５５から７０％までと考える。この組成範囲では２５２℃の相が現れるが（Ｈａｎｓｅｎ；Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙｓ，ＭｃＧＲＡＷ−ＨＩＬＬ １９５８）、前工程（１次リフロー）で接続した個所が後工程（２次リフロー）の接続で２５２℃に達する可能性は低いと考えられるので、この組成域でも温度階層接続の目的は達成できるものと考える。化合物としてはＡｕＳｎ２からＡｕＳｎ４が形成される範囲である。ダイボンドもしくはキャップの封止部に適用することが可能である。更に安全サイドを考えるならＳｎ：５０〜５５％で３０９℃の固相線、ｍａｘ３７０℃の液相線になるので、２５２℃の相を析出をさけることができる。図４はＳｉチップ２５裏面に予めＮｉ（２μｍ）−Ａｕめっき（０．１μｍ）を施し、例えばリードフレーム１９上のタブにはＮｉ（２μｍ）２２−Ｓｎめっき（２〜３μｍ）２３を施した断面モデルである。窒素雰囲気で加熱、加圧のダイボンデイングにより、更には必要に応じてエージングを加えることにより、Ｓｎの一部はＮｉ−Ｓｎの合金層に消費され、残りはＡｕ−Ｓｎの合金層を形成することになる。Ｓｎが多いとＳｎと ＡｕＳｎ４の低い共晶点（２１７℃）が形成されるので、これを形成しないようにＳｎ量を制御する必要がある。微細な金属粒子とＳｎ等とを混ぜたペーストを塗布しても良い。Ａｕ−Ｓｎのダイボンドは３５０〜３８０℃の高温で行われるので、膜厚と温度と時間等を制御することで、ＡｕＳｎ２よりＳｎが少ない化合物を作ることにより、２５２℃以上の融点を確保できるので、後工程のリフロープロセスでは問題はないと考えられる。

以上説明したように、Ｓｎの融点よりかなり高い３００℃レベルで溶かすことにより、拡散が活発になり化合物を形成させて、高温での強度を確保することができ、温度階層接続における高温側の高信頼接続を実現することができた。

なお、これまで説明してきた金属ボールは、単体金属（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ）、合金（例えば、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｎｉ−Ｓｎ合金）、化合物（例えば、Ｃｕ６Ｓｎ５化合物）もしくはこれらの混合物を含むボールのいずれかであれば良い。すなわち、溶融するＳｎとの間で化合物を生成して金属ボール間の接続を確保できるものであればよい。従って、一種類の金属ボールに限らず、二種類以上の金属ボールを混合させてもよい。これらをＡｕめっき、もしくはＮｉ／Ａｕめっき、もしくはＳｎの単体金属めっき、もしくはＳｎを含む合金めっきを用いて処理したものであってもよい。また、樹脂ボールの表面をＮｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｃｕ／Ｓｎ、Ｃｕ／Ｎｉ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕのいずれかのめっきを施したものであっても良い。樹脂ボールを混ぜることで応力緩和作用が期待できる。

次に、他の金属ボールとしてＡｌを使用する場合を説明する。高融点の金属は一般に硬いが、低コストで柔らかい金属として純Ａｌがある。純Ａｌ（９９．９９％）は柔らかい（Ｈｖ１７）が、通常はＳｎにぬれにくいのでＮｉ／Ａｕめっき、もしくはＮｉ／Ｓｎ、Ｎｉ／Ｃｕ／Ｓｎめっき等を施すことにより、容易にＳｎをぬらすことができる。真空中で高温では拡散し易いので、接続条件しだいではＡｇ入りのＳｎ系はんだを使用すること等でＡｌ等とのＡｌ−Ａｇ化合物を形成することも可能となる。この場合は、Ａｌ表面へのメタライズは不要であり、コスト上でのメリットは大きい。Ａｌに反応し易いようにＳｎの中に微量のＡｇ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ等を入れても良い。Ａｌ表面を完全にぬらす場合と、まだら状にぬらすこともできる。まだら状にすることは応力がかかった場合、接合強度を確保していれば、変形時に拘束が小さくなることから変形し易く、かつ、ぬれていない部分は摩擦損出としてエネルギーを吸収してくれるので、変形能に優れた材料となる。２０〜４０μｍ位のＡｌ線にＳｎ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ａｇ等のめっきを施し、切断して粒状にすることも可能である。Ａｌ粒子は窒素中でアトマイズ法などで低コストで多量に製造することが可能である。表面を酸化させないで製造することは困難を伴うので、最初、酸化されてもメタライズ処理を施すことで酸化膜を除去できる。

次に、Ａｕボールについて説明する。ＡｕボールについてはＳｎは容易にぬれるので短時間の接続ならばメタライズは不要である。但し、はんだ付け時間が長いと、Ｓｎが顕著に拡散し、脆いＡｕ−Ｓｎ化合物の形成に不安が残る。このため、柔らかい構造とするにはＡｕ拡散の少ないＩｎめっきなども有力であり、Ｎｉ、Ｎｉ−Ａｕ等をバリアにしても良い。バリア層は極力薄くすることで、Ａｕボールが変形し易くなる。Ａｕとの合金層成長が抑えられるメタライズ構成であれば、他の構成でも良い。ダイボンドで短時間で接合させる場合、粒界に生ずる合金層は薄いので、バリアを設けなくてもＡｕの柔軟性による効果は大いに期待できる。ＡｕボールとＩｎはんだボールの組み合わせも可能である。

次に、Ａｇボールについて説明する。Ａｇボールについても、Ｃｕボール同様であるが、Ａｇ３Ｓｎ化合物の機械的性質の硬さ等は悪くはないので、通常プロセスでＡｇ粒子間を化合物で連結することも可能である。Ｃｕ等の中に混ぜた使用も可能である。

次に、金属ボールとして金属材料を使用する場合を説明する。合金系の代表例としてＺｎ−Ａｌ系、Ａｕ−Ｓｎ系がある。Ｚｎ−Ａｌ系はんだの融点は３３０〜３７０℃の範囲が主で、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだとの階層接続を行うには適した温度域にある。Ｚｎ−Ａｌ系の代表例として、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇａ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ、更にはこれらにＳｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ等のいずれか一つ以上を含有したものを含む。Ｚｎ−Ａｌ系は酸化が激しいこと、はんだの剛性が高いこと等のため、Ｓｉを接合した場合Ｓｉチップに割れを起こす恐れが指摘されており（清水他：「ダイアタッチ向けＰｂフリーはんだ用Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇａ合金」Ｍａｔｅ９９，１９９９−２）、単に金属ボールとして使用するとこれらの課題を解決しなければならない。

そこで、これらの課題をクリアする必要から、はんだの剛性を下げるために、Ｎｉ／はんだめっき、Ｎｉ／Ｃｕ／はんだ、Ｎｉ／Ａｇ／はんだ、もしくはＡｕめっきした耐熱性のプラスチックボールをＺｎ−Ａｌ系ボールの中に均一に分散させて、ヤング率の低減を図った。この分散粒子はＺｎ−Ａｌボールに比べ、小さく均一に分散させることが望ましい。変形時に柔らかい弾性を有する１μｍレベルのプラスチックボールが変形することにより、熱衝撃緩和、機械的衝撃緩和の効果は大である。Ｚｎ−Ａｌ系はんだボールのなかにゴムが分散されると、ヤング率が低減する。Ｚｎ−Ａｌ系はんだのボール間にプラスチックボールがほぼ均一に入るので、短時間の溶融ではこの分散は大きくくずれない。熱分解温度が約４００℃であるプラスチックボールであれば、抵抗加熱体による接合でははんだ内部で有機が分解することはない。

Ｚｎ−Ａｌは酸化され易いので、保管時のことも考慮すると、表面にＣｕ置換のＳｎめっきを施すことが望ましい。このＳｎ、Ｃｕは接続時に少量ならばＺｎ−Ａｌはんだに溶解する。Ｓｎが表面に存在することで、例えば、Ｃｕステム上のＮｉ／Ａｕめっき上への接続が容易である。２００℃以上の高温下においては、ＮｉとＳｎとの合金層（Ｎｉ３Ｓｎ４）成長速度はＣｕ６Ｓｎ５以上に大であることから、化合物形成が不十分のために接合ができないようなことはない。

なお、プラスチックボール以外に更にＳｎボールを５〜５０％混入することでＺｎ−Ａｌ系はんだ間にＳｎ層が入り込み、一部はＺｎ−Ａｌボール同志が接合されるが、他の部分は主に低温の比較的に柔らかいＳｎ−Ｚｎ相、及び残されたＳｎ等が存在するので、変形はこのＳｎ、Ｓｎ−Ｚｎ相とプラスチックボールのゴムが吸収する。特にプラスチックボールとＳｎ層との複合作用により、更に剛性を緩和することが期待できる。なお、この場合も、Ｚｎ−Ａｌ系はんだの固相線温度は２８０℃以上を確保しているので、高温での強度上の問題はない。

また、Ｚｎ−Ａｌ系はんだボールにＳｎめっきを施し、ボールに固溶しきれないＳｎ相を意図的に残すことにより、変形をＳｎ層で吸収させることで、Ｚｎ−Ａｌの剛性を緩和させることもできる。更に剛性緩和のため、メタライズとはんだで被覆した１μｍレベルのプラスチックボールを混ぜた状態で使用することにより、耐衝撃性が向上し、ヤング率は低下する。Ｚｎ−Ａｌ系（Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ，Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ，Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ，Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇａ等）はんだボールにＳｎ、Ｉｎ等のボール、更にはＳｎめっきされたプラスチックボールのゴムを分散混入したペーストを用いることにより、同様に耐温度サイクル性、耐衝撃性を緩和し、高信頼性を確保することができる。Ｚｎ−Ａｌ系はんだのみでは硬く（約Ｈｖ１２０〜１６０）、剛性が高いので大型Ｓｉチップは、破壊する恐れがある。そこで、一部、ボール周辺に軟らかい低温のＳｎの層、Ｉｎの層が存在することにより、また、ゴムがボール周囲に分散されることにより、変形させる効果がでて剛性が低下する。

図５は携帯電話等に使用される信号処理用に使われる比較的出力の小さなモジュール等が、□１５ｍｍを超える大型になった場合にモジュールとプリント基板間の熱膨張係数差を、リードで緩和するフラットパック型パッケージ構造をプリント基板に実装した一例を示す。この種の形態は熱伝導性に優れた中継基板に素子裏面をダイボンドし、ワイヤボンドで中継基板の端子部にひきまわされる方式が一般的である。数個のチップと周囲にＲ，Ｃ等のチップ部品を配し、ＭＣＭ（マルチ・チップ・モジュール）化している例が多い。従来のＨＩＣ（Ｈｙｂｒｉｄ ＩＣ）、パワーＭＯＳＩＣ等は代表例である。モジュール基板材料としてＳｉ薄膜基板、低熱膨張係数で高熱伝導のＡｌＮ基板、低熱膨張係数のガラスセラミック基板、熱膨張係数がＧａＡｓに近いＡｌ２Ｏ３基板、高耐熱性で熱伝導を向上させたＣｕ等のメタルコア有機基板等がある。

図５（ａ）はＳｉ基板３５上にＳｉチップを実装した例である。Ｓｉ基板３５上ではＲ，Ｃ等は薄膜で形成できるのでより高密度実装が可能であり、ここではＳｉチップ８のフリップチップ実装構造を示した。Ｓｉチップをダイボンデイングで接続し、端子をワイヤボンデイングで接続する方式も可能である。図５（ｂ）はプリント基板４９への実装はＱＦＰ−ＬＳＩ型モジュール構造とし、柔らかいＣｕ系リード２９を採用した例である。Ｃｕリード２９上のメタライズはＮｉ／Ｐｄ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｓｎ等が一般的である。リード２９とＳｉ基板３５との接続は本案のペーストで加圧、加熱接続したものである。リードの場合、端子列に一文字状にデイスペンサーで供給したり、あるいは各端子ごとに印刷で供給して、加圧、加熱により各端子に分離させることは可能である。ＳｉチップのＡｕ、もしくはＣｕバンプ３４はＳｉ中継基板３５に本案のペーストを供給して接続する。あるいは、基板側の端子にＳｎめっきして、Ａｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ接合も可能である。また、他の接続方法としてＡｕのボールバンプにして、基板上にはＳｎめっき端子の場合、熱圧着するとＡｕ−Ｓｎ接合になり２５０℃のリフロー温度に十分耐えられる接合となる。また、耐熱性の導電ペーストの使用も可能である。チップ上には保護のためシリコーンゲル２６、もしくはフィラーあるいはフィラー及びシリコーン等のゴムを混入して低熱膨張で、かつ、ある程度の柔軟性を有し、流動性と硬化後の機械的強度を維持したエポキシ系樹脂、シリコーン樹脂等でリード端子部を含めて保護、補強することが可能である。これによって、これまでの大きな課題であった温度階層をつけた鉛フリーでの接続を実現することができる。

なお、Ｓｉ基板に代えて、ＡｌＮ基板、ガラスセラミック基板、Ａｌ２Ｏ３基板等の厚膜基板を用いた場合、Ｒ，Ｃ等はチップ部品での搭載が基本になる。また、厚膜ペーストでレーザートリミングによる形成方法もある。厚膜ペーストによるＲ，Ｃの場合、上記Ｓｉ基板と同様な実装方式が可能である。

図５（ｂ）はＳｉもしくはＧａＡｓ等のチップ８を熱伝導性、機械的特性に優れるＡｌ２Ｏ３基板１９上にフェースアップで搭載し、パルスの抵抗加熱体で加圧接続し、チップ部品をリフロー接続後、洗浄し、ワイヤボンデイングする方式である。図５（ａ）と同様に樹脂封止が一般的である。樹脂は図５（ａ）に示した石英フィラー及びシリコーン等のゴムを分散した低熱膨張で熱衝撃を緩和できるエポキシ樹脂、もしくはシリコーン樹脂、もしくは両者が何らかの形で混ざった樹脂である。なお、ここではチップ、チップ部品搭載までは分割しない状態の大型基板で行い、その後分割してリードを接合後、樹脂を被覆する。ＧａＡｓとＡｌ２Ｏ３とは熱膨張係数が近く、本ペーストはんだはＣｕが約５０％含まれ、しかも、Ｃｕ粒子で連結された構造なので、優れた熱伝導特性を有する構造でもある。熱放散性を更に良くするためには、チップ直下部のメタライズ下にサーマルビアを設けることで、基板の裏面からの放熱も可能である。これらの端子への本案のペースト供給は印刷、もしくはデイスペンサーで行う。リード２９とＡｌ２Ｏ３基板との接続部分となるはんだ接合部３３にも、本案のペーストが使用できる。

Ａｌフィン接続の場合、無洗浄タイプが可能ならば、フィンの周囲を取り巻く形状にデイスペンサー、印刷でペーストを供給し、抵抗加熱体、レーザ、光ビーム等で加圧接続するか、もしくはリフローでチップ部品と同時に一括接続が可能である。Ａｌ材の場合はメタライズとしてＮｉめっき等が施される。フィン接続の場合、無洗浄化で実現するには箔に加工してＮ２雰囲気で抵抗加熱体で加圧接続することになる。

図５（ｃ）はメタル３９を内蔵するメタルコア基板に実装し、Ａｌフィン３１で封止したモジュール構造の一部を示す。チップ１３はフェースダウン構造で、熱放散用のダミー端子４５を設けて、メタルコア基板のメタル３９に直接接続することもできる。接続はＬＧＡ（Ｌｅａｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）方式で、チップ側電極はＮｉ／ＡｕもしくはＡｇ−Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕで、基板側電極はＣｕ／Ｎｉ／Ａｕで、本案のペーストで接合したものである。低熱膨張で耐熱性のポリイミドもしくは同様に耐熱性のあるビルドアップ基板を使用すれば、素子１３を本案のペースト３６を用いて直接搭載する温度階層を設けたモジュール実装が可能である。高発熱チップの場合、熱はサーマルビアを介してメタル３９に伝導されることも可能である。サーマルビア中はＣｕ粒子が接触した状態で入っているので、熱がメタルに即伝導される熱伝導性に優れた構造である。ここでは、キャップ３１を接続する部分についても、本案のペースト３６を用いて接続してあり、これらのペースト３６は一括して印刷することが可能である。

なお、本案の素子への実施例として、ＲＦモジュールの一例を取り上げたが、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、Ｌｉ電池監視用モジュール、他のモジュール、素子等に対しても同様である。また、製品分野としては、モバイル製品を中心とする携帯電話、ノートパソコン等に限らずデジタル化時代を迎え、新たな家電品等に使用できるモジュール実装品を含む。本案のはんだはＰｂフリーはんだの高温階層用として使用できることは言うまでもない。

図６は一般的なプラスチックパッケージに適用した例である。従来はＳｉチップ２５裏面が４２Ａｌｌｏｙのタブ５３上に導電ペースト５４で接着されている。素子は金線８などによるワイヤボンデイングによりリード２９に繋がれ、樹脂５でモールドされる。その後、リードにはＰｂフリー化に対応したＳｎ系のめっきが施される。従来は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。しかし、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、リフロー温度は２４０℃前後となり、従来に比べて最高温度が約２０℃高くなる。このため、従来、Ｓｉチップ２５と４２Ａｌｌｏｙのタブ５３の接続に使用されていた耐熱性の導電ペーストでは、高温での接着力が低下し、信頼性に影響を及ぼすことが予想される。そこで、導電ペーストの代わりに本案のはんだペーストを使用することで、ダイボンドで２９０℃前後で、Ｐｂフリー化接続ができる。このプラスチックパッケージへの応用は、Ｓｉチップとタブとを接続するプラスチックパッケージ構造すべてに適用できる。リードの形状については、構造上、Ｇｕｌｌ Ｗｉｎｇタイプ、Ｆｌａｔタイプ、Ｊ−Ｌｅａｄタイプ、Ｂｕｔｔ−Ｌｅａｄタイプ。Ｌｅａｄｌｅｓｓタイプがあるが、何れの場合にも適用可能であることは言うまでもない。

図７は高周波用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７（ａ）はモジュールの断面図であり、図７（ｂ）は上面のＡｌフィン３１を透かしてみた平面図のモデルである。

実際の構造は、電波を発生する１ｘ１．５ｍｍチップ１３のＭＯＳＦＥＴ素子がマルチバンド化に対応するため、数個フェースアップ接続で搭載されており、更に周辺には効率良く電波を発生させる高周波回路がＲ，Ｃ部品１７等で形成されている。チップ部品も小型化され、１００５、０６０３等が使用されていて、モジュールの縦横寸法も７×１４程度の小型で高密度実装されている。

ここでは、はんだの機能面のみを考慮し、代表して素子を１個、チップ部品を１個搭載したモデルの例で示す。なお、後述するようにチップ１３、チップ部品１７は本案のはんだペーストにより基板４３に接続されている。Ｓｉ（もしくはＧａＡｓ）チップ１３の端子は基板４３の有する電極にワイヤボンデイング８により接続され、さらにスルーホール４４、配線４５を介して基板裏面の外部接続部となる端子４６と電気的に接続される。チップ部品１７は基板の有する電極とはんだ接続され、さらにスルーホール４４、配線４５を介して基板裏面の外部接続部となる端子４６と電気的に接続される。チップ１３はシリコーンゲルで被覆される場合が多い（この図では省略）。チップ下は熱放散のためのサーマルビア４４で裏面の熱放散用端子４２に導かれている。このサーマルビアはセラミック基板の場合は熱伝導性に優れるＣｕ系の厚膜ペーストで充填される。比較的耐熱性に劣る有機基板を使用する場合は本案のペーストを使用することにより、チップ裏面接続、チップ部品接続、及びサーマルビア等に２５０〜２９０℃の範囲ではんだ付けが可能である。また、モジュール全体を覆うＡｌフィン３１と基板４３とは、かしめ等で固定されている。本モジュールは、プリント基板などに対して外部接続部となる端子４６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。

図７（ｃ）は、プリント基板４９に、このＲＦモジュール以外に、ＢＧＡタイプの半導体装置及びチップ部品１７を搭載した例である。半導体装置は、半導体チップ２５を中継基板１４上に本案のはんだペーストを用いてフェースアップの状態で接続し、半導体チップ２５の端子と中継基板１４の端子とをワイヤボンデイング８により接続したものであり、その周りは樹脂封止されている。例えば、半導体チップ２５は中継基板１４に抵抗加熱体を用いて２９０℃、５秒間ではんだペーストを溶融させてダイボンデイングを行う。また、中継基板１４の裏側にははんだボール端子３０が形成されている。はんだボール端子３０には、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだが用いられている。また、基板４９の裏面にも、ここではＴＳＯＰ−ＬＳＩ等の半導体装置がはんだ接続されており、いわゆる両面実装の例となっている。

この両面実装法としては、まず、プリント基板４９上の電極部分１８に、例えばＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだペーストを印刷する。そして、ＴＳＯＰ−ＬＳＩ５０等の半導体装置の搭載面側からはんだ接続を行うために、ＴＳＯＰ−ＬＳＩ５０を搭載し、ｍａｘ２４０℃でリフロー接続する。次に、チップ部品、モジュール、半導体装置を搭載し、ｍａｘ２４０℃でリフロー接続することで両面実装を実現する。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落下させないことが必要条件であり、再溶融させないことが理想である。

リフロー、リフローの両面実装の場合、既に実装した裏面の継手温度がはんだの融点以上に達する場合もあるが、部品が落下しなければ問題はない場合が多い。リフローの場合は、基板面及び基板の上下面の温度差が少ないため、基板の反りが少なく、軽量部品は溶けても表面張力の作用で落下しない。なお、本案のＣｕボール、Ｓｎの組合せを代表例で示したが、請求項で示した他の組合せについても同様に有効であることは言うまでもない。

次に、ＲＦモジュールを更に低コスト化するために、本案のペーストを用いた樹脂封止方式について以下に示す。

図８は樹脂封止方式のＲＦモジュール組立工程（ａ）、とその後に、モジュールをプリント基板に実装する２次実装組立工程（ｂ）を示す。図９は図８に示したＲＦモジュール組立工程（ａ）の順を示す断面モデルを示す。Ａｌ２Ｏ３多層セラミック基板４３の寸法は□１００〜１５０ｍｍと大きく、後でモジュール基板ごとに分割するためのブレーク用のスリット６２が設けられている。Ａｌ２Ｏ３多層基板４３上のＳｉチップ１３がダイボンドされる位置にはキャビテイ（窪み）６１が形成され、その面はＣｕ厚膜／Ｎｉ／Ａｕめっき、もしくはＡｇ−Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕが施されている。ダイボンド直下には何本かのサーマルビア（Ｃｕ厚膜導体等が充填されている）４４が形成され、基板裏側の電極４５に繋がれ、多層プリント基板４９を通して熱放散される仕組みになっている〔図９（ｄ）〕。これにより、数ワットの高出力チップの発熱もスムーズに熱放散される。Ａｌ２Ｏ３多層基板４３の電極材はＡｇ−Ｐｔ厚膜導体を用いた。中継基板（ここではＡｌ２Ｏ３）の種類、製法によってはＣｕ厚膜導体（もしくはＷ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｐｄ導体も可能である）もある。チップ部品が搭載される電極部はＡｇ−Ｐｔ厚膜／Ｎｉ／Ａｕめっきの構成である。なお、Ｓｉチップ側の裏面電極は、ここではＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜を用いたが、これに限定されるものではなく、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ等の一般に使用されている薄膜でも可能である。

Ｓｉチップ１３のダイボンドとチップ部品１７のリフロー（詳細は後述）後、Ａｌ２Ｏ３多層基板洗浄後にワイヤボンデイング８が行われる〔図９（ｂ）〕。更に、樹脂を印刷で供給し、図９（ｃ）の断面を得る。樹脂はシリコーン樹脂、または低弾性エポキシ樹脂で一括で覆うように、図１０に示すようにスキージ６５を用いて印刷して、Ａｌ２Ｏ３多層基板４３上に一括封止部７３を形成する。樹脂硬化後、レーザ等により認識マークを入れ、基板を分割して特性チェックを行う。図１１はＡｌ２Ｏ３多層基板を分割して完成したモジュールをプリント基板に搭載し、リフロー後の斜視図を示す。モジュールはＬＧＡ構造とすることで、プリント基板への高密度実装を可能にする。

図８（ａ）のモジュール組立工程順を参照しながら補足すると、本案のペーストはチップ部品に対しては印刷で供給し、キャビテイ部のチップ１３ に対してはデイスペンサーで供給する。まず、チップ抵抗、チップコンデンサー等の受動素子１７を搭載する。次に、１ｘ１．５ｍｍ のチップ１３を搭載すると同時に加熱体で２９０℃で、軽く均等にＳｉチップを押し付けて平坦化をはかってダイボンドを行う。Ｓｉチップ１３のダイボンドとチップ部品１７のリフローは主にＡｌ２Ｏ３多層基板下のヒーター加熱により一連の工程で行われる。ボイドをなくすため、ＣｕボールにはＳｎめっきしたものを使用した。２９０℃ではＣｕボールは軟化気味で、Ｓｎは高温で流動性を良くさせ、Ｃｕ、Ｎｉとの反応を活発化させる。Ｃｕ粒子同志、Ｃｕ粒子とメタライズ間は接触している状態であれば、接触部分は化合物が形成される。一度、化合物が形成されると化合物の融点は高いので、２次リフローの２５０℃でも溶融することはない。また、ダイボンドでは２次リフロー温度よりも高いので、Ｓｎは十分ぬれ拡がり、化合物化するので、２次リフロー時には化合物層が高温での強度を十分確保するので、樹脂封止した構造でも、Ｓｉチップが動くことはない。また、低融点のＳｎが再溶融しても、既により高温での熱履歴を受けているので、２５０℃でも流れだすことはない。このため、Ｓｉチップは２次リフロー時には、静止状態のままであり、モジュール特性に影響を及ぼすことはない。

本案ペーストを用いた場合と、従来のＰｂ系はんだ（２９０℃でリフロー可能）用いた場合の樹脂が及ぼす影響について以下に記す。

図１２は従来のＰｂ系はんだ（固相線：２４５℃）を用い、フィラー入りの高弾性エポキシ系樹脂（メタライズとして一般に使用されているＳｎもしくはＳｎ−Ｐｂめっきチップ部品の場合、このはんだが再溶融するときの融点は、Ｓｎ−Ｐｂの共晶相が形成されるので約１８０℃に低下する。従って、この樹脂による圧力により、はんだの流れ出し温度である１８０℃における樹脂の弾性率は１０００ＭＰａである）６８を用いて封止したモジュールを用いて、プリント基板にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだで２次リフロー（２２０℃）接続した場合に（図１１に示した実装状態に近い構成で、はんだ３０組成はここではＳｎ−Ｐｂ共晶を使用）、チップ部品１７ではんだ流れ出し７１によるショートが起きた現象をモデル化したものである。Ｐｂ系はんだの融点は固相線：２４５℃であるが、チップ部品電極にＳｎ−Ｐｂはんだめっきが施され、かつ、基板側にはＡｕめっきが施されており、融点は１８０℃前後になっている。従って、２次リフロー（２２０℃）では再溶融状態になっている。Ｐｂ系はんだが固体から液体に変化するとき、はんだは３．６％の体積膨張が急激に起こる。チップ部品の側面のフィレットを形成しているＰｂ系はんだ７６の再溶融膨張圧７０と樹脂圧力６９とが強い力でバランスを保ち、構造上弱い個所であるチップ上面の樹脂との界面を剥がし、はんだ流れ出しにより、反対側の電極部への短絡が高い確率（７０％）で発生した。この短絡現象は高温（１８０℃）における樹脂の弾性率を下げることで、その発生率を低減できることも分かった。エポキシ系樹脂では柔らかくすることは限界があるので、柔らかいシリコーン樹脂にフィラー等を入れて弾性率を上げた検討を行った。この結果、１８０℃での弾性率が１０ＭＰａ以下の場合は、はんだの流れ出しがないことが分かった。更に弾性率を上げて、１８０℃で２００ＭＰａにすると２％の発生があった。これより、再溶融するはんだ構造では樹脂の弾性率として、１８０℃で２００ＭＰａ以下である必要がある。

そこで、本案ペースト構造における流れ出しに及ぼす影響について、従来はんだと比較考察結果を図１３に示す。前述したように、本案ペーストで接合すると、溶融部分のＳｎが占める体積は約半分で、Ｓｎ自体の値が小さいことも関係して、この体積膨張率は１．４％となり、Ｐｂ系はんだの１／２．６と比べて小さい値を示す。更には、図１３中の現象モデルで示すように、Ｃｕ粒子間が点接触状態で接合されているので、Ｓｎは溶けても樹脂からの圧力は拘束されているＣｕ粒子の反作用にあい、つぶされないので、溶融はんだの場合と全く異なった現象になることが予想される。即ち、Ｓｎの流れ出しによる電極間の短絡が起こる確率が低いことが予想される。このため、フィラーが入っても柔らかめに設計したエポキシ系樹脂であても、はんだの流れ出しを防止できる。なお、図１３の結果から、完全溶融したと仮定し、体積膨張率に反比例した樹脂の弾性率が許容されると、単純に仮定すると５００ＭＰａに相当する。実際はＣｕ粒子による反発力の効果が期待できるので更に、高い弾性率を有する樹脂でも流れ出しは起こらないことが予想される。エポキシ系樹脂で可能であれば、基板分割が機械的に可能のため、レーザ等により樹脂にも切り込み部を設けなくても可能で、量産性効率も向上する。

上記モジュール実装は他のセラミック基板、有機のメタルコア基板、ビルドアップ基板にも適用できる。また、チップ素子はフェースアップ、フェースダウンでも良い。また、モジュールとしては弾性表面波モジュール、パワーＭＯＳＩＣ、メモリモジュール、マルチチップモジュール等にも応用できるものである。

次に、モータドライバーＩＣ等の高出力チップの樹脂パッケージへの適用例を示す。図１４（ａ）はリードフレーム５１と熱拡散板５２とを張り合わせてかしめた平面図である。図１４（ｂ）はパッケージの断面図であり、図１４（ｃ）はその一部の拡大である。これは、本案のはんだペーストを用いて熱拡散板（ヒートシンク）５２上に半導体チップ２５を接合したものである。そして、リード５１と半導体チップ２５の端子とをワイヤボンデイング８により接続し樹脂封止している。リード材料はＣｕ系である。

図１５はパッケージの工程図を示す。まず、リードフレーム５１と熱拡散板５２とをかしめ接合する。そしてかしめ接合された熱拡散板５２上にははんだペースト３６を供給して半導体チップ２５をダイボンドする。ダイボンド接続された半導体チップ２５は、更に図示するように、リード５１と金線８などによりワイヤボンデイングされる。その後、樹脂封止され、ダム切断後、Ｓｎ系はんだめっきが施される。そして、リード切断成形され、熱拡散板の切断が行われ完成する。Ｓｉチップの裏面電極は、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｃｕ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ等の一般に使用されるメタライズであれば可能である。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良い。ダイボンド接合については、はんだを印刷で供給後、パルスの抵抗加熱体で、初期加圧１ｋｇｆ、３００℃で５秒間で行った。

大型のチップに対しては、特に硬いＺｎ−Ａｌ系の場合、ゴム、低膨張フィラーを入れて高信頼性にすることが好ましい。

図１６はＢＧＡ、ＣＳＰの例で、チップ２５と中継基板１４とは２７０℃でも強度を確保できるＣｕボール８０のＰｂフリー階層接続のパッケージである。これまではチップとセラミック系の中継基板との接続には、Ｐｂ−（５〜１０）Ｓｎの高融点はんだを使用して階層を確保したが、Ｐｂフリー化になるとそれに代わるものがない。そこで、Ｓｎ系はんだを用い、化合物化することで、リフロー時にはんだの部分は溶けても、接合している部分は溶けず、接合強度を有する構造を提案するものである。図１６（ａ）はＢＧＡ、ＣＳＰの断面モデルで、中継基板としてはビルドアップ基板、メタルコア基板、セラミック系ノ基板等ガ考えられるが、ここではビルドアップ基板等の有機系基板を取り上げた。バンプ形状は（ｂ）はボール、（ｃ）はワイヤボンドバンプ、（ｄ）は変形し易い構造のＣｕめっきバンプの拡大である。外部接続端子は、ＣｕパッドもしくはＮｉ／Ａｕめっき８３上にボールもしくはペーストでＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ３０が供給される。

図１６（ａ）の場合、Ｓｉチップ２５側の薄膜電極８２上にＳｎを蒸着、めっき、ペースト、金属ボールとはんだボールとを複合してなるペースト等で供給し、その上にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等のボールもしくはＡｌにＡｕめっきしたボール等の金属ボール８０、もしくはメタライズした有機の樹脂ボールを熱圧着し、薄膜電極材（Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ等）との接触部８４及びその近傍でＳｎとの金属間化合物８４を形成させることで、リフローに耐える接続を可能にできる。次に、該チップに形成されたボール電極を、予め、金属ボールとはんだ（Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ等にＩｎ、Ｂｉ、Ｚｎを含むものでも可能）ボールとを混合してなるペースト等でを供給した中継基板（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、有機、ビルドアップ、メタルコア）の電極上に位置決めし、熱圧着することで、同様に中継基板電極８３とＳｎとの金属間化合物８４を形成させることで、２８０℃に耐える構造体となる。バンプ高さのばらつきがあっても複合ペーストが吸収してくれる。そして、はんだバンプ部とＳｉチップ電極部への応力負担が少なく、バンプの寿命向上、落下等の衝撃に対する機械的保護のため、ヤング率：５０〜１５０００Ｍｐａ、熱膨張係数：１０〜６０×１０−６／℃の流動性に優れる無溶剤系の樹脂８１を充填した高信頼ＢＧＡ、ＣＳＰとすることができる。

以下、図１６の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のプロセスについて記す。

図１７は、図１６（ｂ）に示したＣｕボール８０方式におけるＳｉチップ２５と中継基板１４間の接続プロセスを示す。Ｓｉチップ２０上の電極端子８２はこの場合はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕとしたが、特に限定されるものではない。ウエハプロセスの段階で各チップ上の薄膜電極８２にＳｎめっき、もしくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、もしくは金属ボールとはんだボールとを複合したぺ−スト８５等を供給する。Ａｕは主に表面酸化防止のためで約０．１μｍ以下と薄く、このため、溶融後ははんだ中に固溶する。ＰｔとＳｎとの化合物層はＰｔ３Ｓｎ、ＰｔＳｎ２等多種存在する。ボール径８０が大きい場合は、ボール固定用はんだ８５を厚く供給できる印刷方式が望ましい。なお、予め、ボールにはんだめっきしたものを使用しても良い。

図１７（ａ）はＳｎめっき２３された端子上にフラックス４を塗布後、１５０μｍの金属ボール（Ｃｕボール）８０をメタルマスクのガイドで位置決め固定した状態である。ウエハもしくはチップ上のどのボールも薄膜電極８２中央部に確実に接触するように、平坦なパルス電流の抵抗加熱体等で２９０℃、５秒間で加圧溶融させる。チップ内のＣｕボール寸法のばらつきにより、電極部と接触しないものが中にはあるが、高温におけるＣｕの塑性変形も関係するが、接近していれば、合金層が形成する可能性は高い。仮に合金層ができなくＳｎ層で接触しているバンプが幾つか発生しても、大多数のバンプが合金層を形成していれば、問題はない。複合ペースト３４の場合は、Ｃｕボールが電極部に接触しなくても接続後はＣｕボールの連結で電極部と繋がり、高温時にも強度を有する。

溶融後の電極部の断面は図１７（ｂ）になり、Ｃｕボールは端子に接触し、接触した個所８４はＰｔ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎとの化合物で連結される。この状態では完全に化合物で連結されなくても、後工程での加熱、加圧等により合金層が成長し連結される場合もある。周辺にはＳｎのフィレットが形成されるが、Ｃｕ全体にはぬれ広がらない場合が多い。ボールを接続後、ウエハもしくはチップごとに洗浄後（ウエハの場合はチップごとに切断する）、パルス電流の抵抗加熱体で該チップの裏面を吸着し、ボール端子をビルドアップ中継基板１４の電極端子８３上の複合ペースト３６に位置決め固着し、窒素を吹き付けて２９０℃、５秒間で加圧溶融させる。後工程で樹脂充填しない場合はフラックスを用いても良い。

図１７（ｃ）は加圧溶融後の断面で、Ｓｉチップ側の電極端子８２から、中継基板側の電極端子８３までは高融点の金属、金属間化合物等４１がシリーズに繋がっているので、この後のリフロー工程でも、剥がれることはない。ボールバンプの高さのばらつきで、中継基板上の電極に接触しないバンプも中には存在するが、金属間化合物で連結されるのでリフロー時でも問題はない。

図１６（ｃ）はＳｉチップ側のワイヤボンデイング端子（Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ等）４８にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等のワイヤバンピング端子８６等で熱圧着（超音波を加える場合もある）で接続した例である。ワイヤバンピング端子の特徴はキャピラリーで変形した形状とネック部のちぎれである。ネック部のちぎれによる高さのばらつきは大きいが、加圧時に平坦化されるものもあるが、ＣｕとＳｎとの混合ペーストで連結されるので問題はない。ワイヤバンピング端子として、Ｓｎに良くぬれて、かつ軟らかい材料であるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌがある。Ａｌの場合はＡｌにぬれるはんだに限定されるので、選択幅は狭いが可能である。 （ｂ）と同様に、狭い間隙の洗浄は作業上困難を伴うので、洗浄レスプロセスを前提とする。そして位置決め後、窒素を吹き付けて熱圧着することで、同様に中継基板電極とＳｎとの金属間化合物４１を形成させることができる。（ｂ）と同様に、２８０℃に耐える接続構造となる。

図１６（ｄ）のプロセスを図１８に示す。ウエハプロセスで、Ｓｉチップ２５の素子上にＣｕ端子８７とポリイミド絶縁膜９０等でリロケーションし、Ｃｕめっき８８によりバンプを形成する方式である。ホトレジ８９とＣｕめっき８８技術を用い、単調なバンプでなく、平面方向の応力に対して変形し易く細いネック部を設けたＣｕめっきバンプ構造９１である。図１８（ａ）はウエハプロセスで形成する断面モデルで、リロケーションした端子上で応力集中がないように、変形し易い構造をホトレジ８９とめっきで形成後、ホトレジを除去するとＣｕバンプが形成される。図１８（ｂ）は中継基板１４上にＣｕとＳｎとの複合ペーストを塗布後に該チップのＣｕバンプ９１を位置決めし、窒素雰囲気中、フラックスレスで加圧、加熱（２９０℃，５秒）すると、ＣｕバンプとＣｕ端子間がＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物８４で結合された断面を示す。

次に、はんだペーストの金属ボール（代表組成としてＣｕを選定）とはんだボール（代表組成としてＳｎを選定）の適正比率を検討するため、Ｃｕに対するＳｎの重量比率（Ｓｎ／Ｃｕ）をふった結果を図１９に示す。評価法は、リフロー後の断面観察により、Ｃｕ粒子同士の接触、接近状況等から、ペーストとしての適正配合量を検討した。使用したフラックスは通常の洗浄レスタイプである。Ｃｕ、Ｓｎの粒径は、ここでは２０〜４０μｍと比較的大きな粒子を用いた。この結果、少なくともＳｎ／Ｃｕ比率として、０．６〜１．４の範囲が望ましく、更に絞ると０．８〜１．０の範囲である。粒径は大きくても５０μｍ以下でないと、ファイン化に対応できない。通常は２０〜３０μｍレベルが使い易い。ファイン化（ピッチ、端子径、間隙等）に対して余裕のある粒径として、５〜１０μｍレベルの微細粒も可能である。しかし、あまり微細化し過ぎると、表面積が多くなるため、フラックスの還元能力に限界があり、はんだボール残留の問題、およびＣｕ−Ｓｎ合金化が加速されることにより、Ｓｎの柔らかい特性が失われる恐れもある。はんだ（Ｓｎ）は最終的に溶けるので粒径には関係しないが、ペーストの状態でＣｕとＳｎとを均一に分散させる必要があるので、両者の粒径をそろえることが基本である。なお、Ｃｕ粒子表面ははんだがぬれ易くするため、Ｓｎめっきを約１μｍ施すことが必要である。これにより、フラックスへの負担を減らすことができる。

複合はんだの剛性を低減させるためには、金属とはんだの中にメタライズされた柔らかいプラスチックボールを分散させることは効果がある。特に硬い金属の場合には変形、熱衝撃に対して、変形を吸収してくれるので信頼性向上に有効である。同様に、複合はんだにメタライズされたインバー、シリカ、アルミナ、ＡｌＮ、ＳＩＣ等の低熱膨張を分散させることで、継手の応力を低減させるので高信頼かが期待できる。なお、合金は機械的特性よりも、融点をさげる新たな材料として注目されるが、一般に硬い材料のため、メタライズされたＡｌ等の柔らかい金属ボール、プラスチックボール等を分散させることで、改質を図ることができる。

接続用ペーストの材料、構成を示す断面モデル図。 適用例の断面モデルとペースト供給法と接合状態のモデル図 表面エッチングパターンに適用した場合の断面図 合金化しやすいめっきに適用した場合の接合前の断面図 モジュールをプリント基板に実装した断面モデルの図 プラスチックパッケージの断面モデル図 ＲＦモジュール実装の断面のモデル図 ＲＦモジュール実装のプロセスフローチャート図 ＲＦモジュールのプロセス順の断面モデル図 ＲＦモジュールの実装基板への実装状態の斜視図 ＲＦモジュールの組立における樹脂印刷方法の斜視図 ＲＦモジュールの比較例におけるはんだ流れの原理を示す断面及び斜視図 ＲＦモジュールにおける比較例と本案の現象の比較 高出力樹脂パッケージの平面、断面モデル図 高出力樹脂パッケージのプロセスを示すフローチャート面 複合体のボールで接続したＣＳＰ接続部断面モデルの図 ＣｕボールバンプのＢＧＡ，ＣＳＰ断面モデル 変形構造ＣｕめっきバンプのＢＧＡ，ＣＳＰ断面モデル Ｓｎ／Ｃｕ比率と接合適正域の関係

符号の説明

１．Ｃｕボール
２．Ｓｎボール
３．溶融Ｓｎ
４．フラックス
５．Ｓｎめっき
６．中継基板の端子
７．Ａｕ−２０Ｓｎはんだ
８．ワイヤボンド
９．キャップ
１０．接合部
１１．外部接続端子
１２．印刷パターン
１３．素子
１４．中継基板
１５．抵抗加熱体
１６．メタライズ
１７．チップ部品
１８．Ｃｕパッド
１９．基板
２０．エッチング
２１．溶融はんだ
２２．Ｎｉめっき
２３．Ｓｎめっき
２４．Ｎｉ−Ｓｎめっき
２５．Ｓｉチップ
２６．シリコーンゲル
２７．Ｃｕ−Ｓｎ複合はんだ
２８．軟らかい樹脂
２９．リード
３０．Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系Ｐｂフリーはんだ
３１．Ａｌフィン
３２．フィンとの接合部
３３．リードとの接合部
３４．バンプ
３５．Ｓｉ基板
３６．複合はんだペースト
３７．端子
３８．端子（Ｃｕパッド）
３９．Ｃｕ
４０．有機材
４１．Ｃｕスルーホール導体
４２．Ａｇ−Ｐｄ導体
４３．Ａｌ２Ｏ３基板
４４．厚膜スルーホール導体
４５．Ｗ−Ｎｉ導体
４６．Ａｇ−Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕ電極
４７．かしめ部
４８．樹脂
４９．ワイヤボンデイング端子
５０．ＴＱＦＰ−ＬＳＩ
５１．リードフレーム
５２．熱拡散板
５３．タブ
５４．導電ペースト
６１．キャビテイ
６２．スリット
６３．半導体装置
６４．多数個段取りＡｌ２Ｏ３多層セラミック基板
６５．スキージ
６６．メタルマスク
６７．樹脂塗布済み基板
６８．高硬度樹脂
６９．樹脂圧力
７０．はんだ再溶融膨張圧
７１．はんだ流れ出し
７２．接続端子
７３．一括封止部
７４．Ｃｕ６Ｓｎ５
７５．部品端子部
７６．Ｐｂ系はんだ
８０．金属ボール（Ｃｕボール）
８１．低熱膨張、低剛性樹脂
８２．薄膜電極
８３．電極端子
８４．接触部（金属間化合物）
８５．ボール固定用はんだ
８６．ワイヤバンピング端子
８７．Ｃｕ端子
８８．Ｃｕめっき
８９．ホトレジ
９０．ポリイミド絶縁膜
９１．Ｃｕバンプ

Claims (14)

1. 半導体チップと、前記半導体チップと接続されたタブと、および
   ボンディングワイヤおよびリードによって前記半導体チップの端子と電気的に接続された外部接続端子とを有する半導体装置において、
   前記半導体チップと前記タブとは、
   粒子状の第一の金属と、前記第一の金属の粒子間を接続する第一の温度によって生成された前記第一の金属の成分を含む金属間化合物を介して接続されており、
   前記第一の金属と前記金属間化合物とは、前記第一の温度では溶融しないことを特徴とする半導体装置。
2. 半導体チップと、
   前記半導体チップと接続部を介して接続されたタブと、および
   ボンディングワイヤおよびリードによって前記半導体チップの端子と電気的に接続された外部接続端子とを有する半導体装置において、
   前記接続部は、粒子状の第一の金属と、前記第一の金属の粒子間を接続する第一の温度によって生成された前記第一の金属の成分を含む金属間化合物とを有し、
   前記半導体チップと前記タブとは、前記第一の温度でも接続されていることを特徴とする半導体装置。
3. 半導体チップと、
   前記半導体チップと接続部を介して接続されたタブと、および
   ボンディングワイヤおよびリードによって前記半導体チップの端子と電気的に接続された外部接続端子とを有する半導体装置において、
   前記接続部は、粒子状の第一の金属と、前記第一の金属の粒子間を接続する第一の温度によって生成された前記第一の金属の成分を含む金属間化合物とを有し、前記第一の温度では溶融しないことを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記金属間化合物は、前記第一の金属の成分とSn基はんだのSn成分との化合物であることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記第一の金属は、単体金属であることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項５記載の半導体装置において、
   前記第一の金属は、Cuであることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項５記載の半導体装置において、
   前記第一の金属は、Ag、Au、Al、またはNiのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記第一の金属は、単体金属、合金、化合物またはこれらの混合物のいずれかであることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記粒子状の第一の金属は、金属ボールであることを特徴とする半導体装置。
10. 請求項９記載の半導体装置において、
    前記金属ボールの径は、５μmから１０μmであることを特徴とする半導体装置。
11. 請求項９記載の半導体装置において、
    前記金属ボールの径は、２０μｍから４０μｍであることを特徴とする半導体装置。
12. 請求項４記載の半導体装置において、
    前記金属間化合物は、Cu6Sn5であることを特徴とする半導体装置。
13. 半導体チップと、
    前記半導体チップと接続部を介して接続されたタブと、および
    ボンディングワイヤおよびリードによって前記半導体チップの端子と電気的に接続された外部接続端子とを有する半導体装置において、
    前記接続部は、少なくともCu成分を有する粒子状の第一の金属と、前記第一の金属の粒子間を接続する第一の温度によって生成された前記第一の金属の少なくともCu成分とはんだのSn成分とを含む金属間化合物とを有し、前記第一の温度では溶融しないことを特徴とする半導体装置。
14. 半導体チップと該半導体チップが実装される実装基板を有する半導体装置であって、
    前記半導体チップの電極と前記実装基板の電極は、Cu6Sn5を含むCuSn化合物と粒子状のCuを有する接続部により接続され、かつ粒子状のCu同士は前記CuSn化合物で連結されていることを特徴とする半導体装置。
    

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