JP2010219492A - 電子モジュール、電子モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラックス洗浄に起因する種々の問題を解決した、洗浄プロセスが不要で信頼性の高い電子モジュールおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】第１のランドと第２のランドとを有する配線パターンを同一表面側に備えた基板と、この基板の第１のランドに接続部材を介して実装された表面実装型受動素子部品と、端子パッドを備えた機能面を有し、該機能面が基板の側とは反対の側に向けられ該基板上に設けられた半導体チップと、この半導体チップの端子パッドと基板の第２のランドとを電気的に接続するボンディングワイヤと、を具備し、接続部材が、多孔性の構造を備えた導電部と、該導電部の該多孔性構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に半導体チップが接続された電子モジュールおよびその製造方法に係り、特に、半導体チップに加えて受動素子部品が混載された電子モジュールおよびその製造方法に関する。

半導体チップと受動素子部品とが基板上に混載された電子モジュールの例として特開２００４-１２０６１５号公報記載のものがある。この電子モジュールは、半導体チップとして固体撮像素子が用いられ、基板との接続にはボンディングワイヤが使われている。このボンディングワイヤが接続される基板面には、さらに受動素子部品（チップ部品）が表面実装されている。半導体チップと受動素子部品とを基板上に混載することで、電子モジュールとして要求される機能をコンパクトにまとめることができる。

この電子モジュールの製造プロセスは、概略、例えば以下である。まず、基板上に受動素子部品をはんだで表面実装する。このとき、クリームはんだを用いてこれを例えばスクリーン印刷により所定パターンに適用することで効率的な表面実装ができる。次に、半導体チップを基板上に固定する。このとき、固体撮像素子については、受光面が開放されるような向きで基板上に固定する。受光面には固体撮像素子の端子パッドも設けられているので、この端子パッドと基板との間の電気的接続のため、その後、ワイヤボンディング工程を行う。ワイヤボンディング工程を表面実装工程のあとに行うことで、ワイヤの保護を図り、固体撮像素子の受光面の汚染を避けることができる。

しかしながら、受動素子部品の表面実装においては、クリームはんだのフラックス成分が基板上に広がり、これがワイヤボンディング用のパッド上にまで達すると汚染源になり得る。最近のモジュール面積小型化の傾向からこの発生の可能性は高くなっている。ワイヤボンディング用のパッドは、ワイヤとの接続信頼性確保のためその清浄度を保つ必要がある。そこで、汚染を取り除くため、一般的に、表面実装後にフラックスの洗浄が行われるが、この工程の分生産性が犠牲になる。また、洗浄が不十分だと、フラックス残渣でボンディングの信頼性が低下し、さらには、洗浄斑や乾燥斑が汚染として残る場合も同様に信頼性低下になる。加えて、洗浄装置のコストや、洗浄液の廃液処理が問題になることもあり得る。

特開２００４−１２０６１５号公報

本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、半導体チップに加えて受動素子部品が混載された電子モジュールおよびその製造方法において、特にフラックス洗浄に起因する種々の問題を解決した、洗浄プロセスが不要で信頼性の高い電子モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に一態様である電子モジュールは、第１のランドと第２のランドとを有する配線パターンを同一表面側に備えた基板と、前記基板の前記第１のランドに接続部材を介して実装された表面実装型受動素子部品と、端子パッドを備えた機能面を有し、該機能面が前記基板の側とは反対の側に向けられ該基板上に設けられた半導体チップと、前記半導体チップの前記端子パッドと前記基板の前記第２のランドとを電気的に接続するボンディングワイヤと、を具備し、前記接続部材が、多孔性の構造を備えた導電部と、該導電部の該多孔性構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有することを特徴とする。

また、本発明の別の態様である電子モジュールは、第１のランドと第２のランドとを有する配線パターンを同一表面側に備えた基板と、前記基板の前記第１のランドに接続部材を介して実装された表面実装型受動素子部品と、前記基板の前記第２のランドを介して該基板にフリップ実装された半導体チップと、を具備し、前記接続部材が、多孔性の構造を備えた導電部と、該導電部の該多孔性の構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有することを特徴とする。

すなわち、基板上に混載で表面実装型受動素子部品と半導体チップとが設けられた電子モジュールであって、そのうちの表面実装型受動素子部品が、多孔性の構造を備えた導電部とこの導電部の多孔性の構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有する接続部材を用いて基板上に実装されている。このような接続部材は、クリームはんだ中のはんだ粒子が凝集して形成された導電部とは構造の異なる導電部を有しており、その多孔性ゆえその間を埋めて樹脂部が存在できる。すなわち、もともとはんだ粒子を凝集させるほどのフラックスの必要ない材料であり、フラックスによる汚染が発生しない。また、樹脂部が空隙を発生させず、さらにはんだが気中に曝されるのを防止するので高い接続信頼性が確保される。

したがって、フラックス洗浄に起因する種々の問題を解決した、洗浄プロセスが不要で信頼性の高い電子モジュールが得られる。

また、本発明のさらに別の態様である電子モジュールの製造方法は、第１のランドと第２のランドとを有する配線パターンを同一表面側に備えた基板の前記第１のランド上に、硬化前の絶縁性接着樹脂中にはんだ粒子が分散されたペースト材料を適用する第１の工程と、前記ペースト材料が適用された前記基板の前記第１のランド上に、表面実装型受動素子部品を載置する第２の工程と、前記表面実装型受動素子部品が載置された前記基板を加熱し、前記ペースト材料を、多孔性の構造を備えた導電部と該導電部の該多孔性構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有する接続部材に変化させることによって、前記表面実装型受動素子部品を前記基板の前記第１のランド上に電気的、機械的に接続する第３の工程と、前記第３の工程の後、端子パッドを備えた機能面を有する半導体チップを該機能面が前記基板の側とは反対の側に向くように該基板上に固定する第４の工程と、前記半導体チップの前記端子パッドと前記基板の前記第２のランドとの間をボンディングワイヤで接続する第５の工程とを具備することを特徴とする。

すなわち、基板上に混載で表面実装型受動素子部品と半導体チップとが設けられた電子モジュールの製造方法であって、まず、そのうちの表面実装型受動素子部品を、硬化前の絶縁性接着樹脂中にはんだ粒子が分散されたペースト材料を用い基板上に実装する。この実装で、ペースト材料は、多孔性の構造を備えた導電部とこの導電部の多孔性の構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有する接続部材に変化する。このような接続部材は、導電部の多孔性ゆえその間を埋めて樹脂部が存在できる。また、もともとはんだ粒子を凝集させるほどのフラックスの必要ないペースト材料であり、フラックスによる汚染が発生しない。さらに、樹脂部が空隙を発生させず、加えてはんだが気中に曝されるのを防止するので高い接続信頼性が確保される。表面実装型受動素子部品の実装後に、半導体チップをボンディングワイヤで基板上に接続する。

したがって、フラックス洗浄に起因する種々の問題を解決した、洗浄プロセスが不要で信頼性の高い電子モジュールの製造方法となる。

本発明によれば、半導体チップに加えて受動素子部品が混載された電子モジュールおよびその製造方法において、特にフラックス洗浄に起因する種々の問題を解決した、洗浄プロセスが不要で信頼性の高い電子モジュールおよびその製造方法を提供することができる。

一実施形態に係る電子モジュールの構造を模式的に示す断面図。 図１に示した電子モジュールに使用の接続部材２２の微細な構造を示す説明図。 図１に示した電子モジュールの製造過程を模式的な断面で示す工程図。 図３の続図であって、図１に示した電子モジュールの製造過程を模式的な断面で示す工程図。 別の実施形態に係る電子モジュールの構造を模式的に示す断面図。 図１に示した電子モジュールに使用の接続部材２２に代えて使用できる接続部材２２ａの微細な構造を示す説明図。 図６に示した接続部材２２ａ中の導電部を得るための材料の例を示す表。 図６に示した接続部材２２ａを構成する複数元素系相部の材料例を示す表。

実施態様として、前記接続部材の前記導電部が、第１の金属の粒子の種部と、該種部を覆った、前記第１の金属と該第１の金属とは異なる第２の金属との複数元素系相部とを含有し、かつ、該複数元素系相部が連接して前記多孔性の構造を形成しており、前記接続部材の前記導電部が、前記第２の金属を組成のひとつとするはんだ成分をさらに含有し、該はんだ成分の融点が２４０℃以下であり、前記複数元素系相部の融点が２６０℃以上である、とすることができる。

この場合、製造時の加熱ではんだ成分に溶融が生じる。この融点を２４０℃以下とすることで、基板が有機材料であってもそれに対する加熱温度としてその耐熱温度までには余裕を持たせることができる。複数元素系相部は、はんだ成分のひとつである第２の金属と、種部の第１の金属との反応により作られた相である。この相の融点が２６０℃以上となるように材料選択することで、この電子モジュールを別の基板に実装する場合（＝２次実装）の加熱（例えば高くとも２５０℃以下）において、接続部材の再溶融自体を防止することができる。これにより電子モジュールとして信頼性がなお向上する。

また、実施態様として、前記接続部材の前記樹脂部が、その材料としてエポキシ変性ポリイミド樹脂である、とすることができる。エポキシ変性ポリイミド樹脂を使用することでその熱硬化温度を例えば２４０℃を少し超える程度とすることができる。これにより、この樹脂部が熱硬化するより少し前あるいはほぼ同時にこれに含有された金属粒子が溶融するようにその金属を選択できる。その結果、多孔性の構造を備えた導電部と、該導電部の該多孔性構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有する接続部材が形成され得る。

ここで、前記はんだ成分が、Ｓｎ−Ｉｎ組成系、Ｓｎ−Ｂｉ組成系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ組成系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ組成系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成系、Ｓｎ−Ａｇ組成系、Ｓｎ−Ｃｕ組成系、およびＳｎ−Ｓｂ組成系、ならびにＳｎからなる群より選択された１種の組成系または金属であり、前記第１の金属が、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＦｅ、ならびにＣｕ−Ｎｉ組成系、Ｃｕ−Ｓｎ組成系、Ａｇ−Ｓｎ組成系、Ｃｕ−Ｚｎ組成系、およびＣｏ−Ｓｂ組成系からなる群より選択された１種以上の金属または組成系である、とすることができる。

これによれば、複数元素系相部を、Ｃｕ_ｘＳｎ_ｙ（融点：６４０．４℃）、Ｃｏ_ｘＳｎ_ｙ（同：５２５℃）、Ｃｕ_ｘＺｎ_ｙ（同：５９８．８℃）、Ｃｕ_ｘＳｂ_ｙ（同：５８６℃）、Ｃｏ_ｘＳｂ_ｙ（同：７７０℃）、Ｎｉ_ｘＢｉ_ｙ（同：４６９℃）、Ａｇ_ｘＳｎ_ｙ（同：４８０℃）、Ｆｅ_ｘＳｎ_ｙ（同：４９６．６℃）、Ａｇ_ｘＣｕ_ｙＳｎ_ｚ（同：５１５℃）、またはＡｕ_ｘＳｎ_ｙ（同：２７８℃）とすることができる。したがって、融点が２６０℃以上の複数元素系相部を実現できる。ここで、ｘ、ｙ、ｚは、各元素が複数元素系相を形成可能な正の数である（以下、同じ）。

また、ここで、前記接続部材の前記導電部の前記複数元素系相部が、Ｃｕ_ｘＳｎ_ｙ、Ｃｏ_ｘＳｎ_ｙ、Ｃｕ_ｘＺｎ_ｙ、Ｃｕ_ｘＳｂ_ｙ、Ｃｏ_ｘＳｂ_ｙ、Ｎｉ_ｘＢｉ_ｙ、Ａｇ_ｘＳｎ_ｙ、Ｆｅ_ｘＳｎ_ｙ、Ａｇ_ｘＣｕ_ｙＳｎ_ｚ、およびＡｕ_ｘＳｎ_ｙからなる群から選択された１種以上を含む相である、とすることができる。これらは上記のように、融点が２６０℃以上である相の例示である。

また、ここで、前記はんだ成分が、Ｓｎと、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択された１種以上とを組成とする第１の合金と、Ｓｎと、Ａｇと、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択された１種以上とを組成とする第２の合金とを有し、前記第１の金属が、Ｃｕと、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、およびＳｎからなる群より選択された１種以上とを組成とする合金である、とすることができる。これは、融点が２４０℃以下である金属として、２種の合金を用いている態様である。これによれば、はんだ成分の融点をより低温度化できる。よって、その温度を絶縁性接着樹脂部の熱硬化温度から大きく離すことができるので、製造時の加熱の温度管理が容易になる。

また、ここで、前記接続部材が、前記樹脂部として、該接続部材の前記はんだ成分の前記融点より高い熱硬化温度を有する熱硬化性樹脂を有する、とすることができる。これによれば、樹脂部が熱硬化するより前にこれに含有されたはんだ成分を溶融することができる。先に熱硬化してしまうと、はんだ成分が溶融しても樹脂中でその移動が円滑にはいかず融点が２６０℃以上となる複数元素系相の形成が減じられる。これを回避して融点が２６０℃以上となる複数元素系相を意図通り形成させることができる。

また、実施態様として、前記半導体チップが、前記機能面に受光部をも備えた固体撮像素子である、とすることができる。固体撮像素子では、受光部を基板上に上向きに配する関係上、端子パッドも素子の上面に位置されるので、基板との接続にはボンディングワイヤが使われ得る。すなわち、半導体チップとして固体撮像素子が利用される態様には、適用先として向いている。

また、実施態様として、前記接続部材の前記導電部が、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの組成のはんだである、とすることができる。このはんだは融点が２１０数℃であり、基板が有機材料であってもそれに対する加熱温度としてその耐熱温度までには余裕を持たせることができる。

また、実施態様として、前記接続部材が、その全体に対する前記導電部の割合として２０重量％ないし９０重量％である、とすることができる。接続部材における導電部の割合の具体的な態様例である。より具体的には、電気伝導度の確保を前提として、例えば、信頼性試験を行い決定することができる。

以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る電子モジュールの構造を模式的に示す断面図である。同図に示すように、この電子モジュールは、基板１０、表面実装型受動素子部品２１、接続部材２２、半導体チップ２３、ボンディングワイヤ２４、接着剤２５、レンズ保持部３１、レンズ３２を有する。基板１０は、この電子モジュールを別の基板に実装するためのランド１１と、ランド１１を含む裏面側の配線パターン１２と、裏面側のはんだレジスト１３と、表面実装型受動素子部品用のランド１４と、ワイヤボンディング用のランド１５と、ランド１４、１５を含む表面側の配線パターン１６と、表面側のはんだレジスト１７とを有する。

基板１０は、その表面側、裏面側に配線パターン１２、１６を有するだけでなく、例えば、内層としての配線パターン（不図示）をさらに有する多層配線基板であってもよい。また、縦方向の電気的接続に関しては、スルーホール導電体（不図示）や、各種の密構造の導電部材（不図示）を採用してよい。さらに、部品が板厚み内部に埋め込まれて実装（不図示）されている、部品内蔵配線板であってよい。これらの点については任意に選択可能なので、図１においては図示省略している。

ランド１１を含む配線パターン１２、およびランド１４、１５を含む配線パターン１６は、基板１０の絶縁層上に積層された例えば銅箔を例えば周知のフォトリソグラフィ工程により所望にパターニングして形成されたものである。はんだレジスト１３、１７は、配線パターン１２、１６上のうち特に別の導電体が接続される必要のある部位（ランド１１、１４、１５がこれに当たる）を除いて絶縁層上に全面的に形成された絶縁性の保護膜である。はんだレジスト１３、１７で覆われていないランド１１、１４、１５上には、その洗浄度を保ちやすくするため、ニッケル／金のめっき（不図示）が施されていてもよい。

表面実装型受動素子部品２１は、ランド１４上に接続部材２２により実装された部品である。例えば、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップインダクタなどであり、その平面的なサイズは例えば０．６ｍｍ×０．３ｍｍである。接続部材２２は、通常のはんだ材とは少し異なった材料になっている（さらには後述する）。半導体チップ２３は、ここでは例えば固体撮像素子であり、その開放面（図で上面）側の機能面に受光部（不図示）が設けられている。そして、受光部の周縁側にボンディングワイヤ２４を接続するための端子パッド（不図示）があり、この端子パッドと基板１０側のパッド１５との間が例えば金のボンディングワイヤ２４により接続されている。なお、半導体チップ２３の裏面（図で下面）側は基板１０に接着剤２５を介して固定、接続されている。

レンズ保持部３１は、レンズ３２の位置が半導体チップ２３の受光部から所望の間隔になるように保持するものである。レンズ３２は、その光軸が半導体チップ２３の受光部の面に直交するように設けられていて、半導体チップ２３が位置する側とは反対側からの光を導いて受光部に像を結像させる。

図２は、図１に示した電子モジュールに使用の接続部材２２の微細な構造を示す説明図である。接続部材２２は、図２右側に示すように、微細な構造として、硬化されている樹脂部２０２Ａ中に、多孔性を有する構造の導電部２０１Ａが存在する構成になっている。この多孔性構造の孔の部位には樹脂部２０２Ａが満たされ、空隙をもたせないようにしている。

接続部材２２のこの微細構造には、その形成過程が関連している。概略的には、図２左側に示すように、硬化前の接続部材２２Ａは、その状態として、ペースト状の絶縁性接着樹脂部２０２中にはんだ粒子２０１が分散された構成を有している。絶縁性接着樹脂部２０２には、例えば、エポキシ変性ポリイミド樹脂を使用することができる。はんだ粒子２０１には、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの組成のはんだ粒子を用いることができる。

エポキシ変性ポリイミド樹脂とＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの組成のはんだ粒子とを有する接続部材２２Ａを加熱してはんだ粒子２０１を溶解させると、樹脂の熱硬化が影響して溶融したはんだの凝集は不完全なものに留まり、結果、はんだによる導電部２０１Ａが多孔性を有する構造になる。これは、エポキシ変性ポリイミド樹脂の熱硬化温度が例えば２４０℃程度であり、はんだ粒子の融点が２１０数℃であってこれらの差が小さいためである。多孔性構造の孔の部分には絶縁性接着樹脂部２０２Ａが硬化して満たされることになる。

硬化前の接続部材２２Ａにおける、樹脂２０２の具体的材料とはんだ粒子２０１の組成とは、それらの熱硬化温度および溶融温度が上記のようにほぼ近くてかつ熱硬化温度の方が多少高い関係になるように選択すればよい。とりわけ、上記のように、融点が２１０数℃であるはんだ粒子を選択する場合には、基板１０が有機材料を有するものであってもそれに対する加熱温度としてその耐熱温度までには大きな余裕を持たせることができる。

なお、硬化前の接続部材２２Ａには、はんだ粒子２０１やランド１４の表面を活性化する成分を多少混ぜておくことができる。これは、はんだ接続本来の良好な電気的接続を得るためである。この成分は、加熱により化学反応して活性化機能は失われ得る。また、接続部材２２は、その全体に対する導電部２０１Ａの適当な割合として２０重量％ないし９０重量％程度が考えられる。より具体的には、接続部材２２の電気伝導度の確保を前提として、例えば、信頼性試験を行い決定することができる。

さらに、硬化前の接続部材２２Ａ中におけるはんだ粒子２０１の粒径は、例えば、３μｍないし７０μｍ（より具体的には２０μｍないし４０μｍ）とすることができる。この粒径は、一般に、ランド１４の面積が小さい場合にはそれ相応に小さな粒径とするのが好ましい。

以上説明のように、この電子モジュールは、表面実装型受動素子部品２１が、多孔性の構造を備えた導電部２０１Ａとこの導電部２０１Ａの多孔性の構造の空間を埋めて存在する樹脂部２０２Ａとを有する接続部材２２を用いて基板１０上に実装されている。このような接続部材２２は、クリームはんだ中のはんだ粒子が凝集して形成された導電部とは構造の異なる導電部２０１Ａを有しており、その多孔性ゆえその空間を埋めて樹脂部２０２Ａが存在できる。よって、もともとはんだ粒子２０１を完全に凝集させるほどのフラックスの必要ない材料になっており、フラックスによる汚染が発生しない。

したがって、表面実装型受動素子部品２１の実装のあとに、ボンディングワイヤ２４による接続の信頼性を確保するためのフラックス洗浄を行うには及ばない。フラックス洗浄の工程がなくてもワイヤボンディング用のランド１５の表面の洗浄度は十分に保たれている。また、樹脂部２０２Ａが空隙を発生させず、さらに導電部２０１Ａが気中に曝されるのを防止しているので、電気的に高い接続信頼性が長期間確保される。したがって、フラックス洗浄に起因する種々の問題を解決した、洗浄プロセスが不要で信頼性の高い電子モジュールが得られる。

特にその混載される半導体チップ２３が固体撮像素子である場合には、受光部を基板１０上に上向きに配する関係上、半導体チップ２３の端子パッドもがその上面に位置することになり、基板１０との接続にはボンディングワイヤ２４が利用しやすい。すなわち、半導体チップ２３として固体撮像素子が利用される態様において種々の問題が解決される効果が大きい。

なお補足であるが、ボンディングワイヤ２４の接続を先に行い、そのあとに表面実装型受動素子部品２１の実装を行おうとすると、固定された半導体チップ２３が干渉して、硬化前の接続部材２２Ａの基板１０上への適用がより非能率的にならざるを得なくなる。また、接続後のボンディングワイヤ２４の保護という意味でも不利であり、さらに、固体撮像素子の受光部が汚染される可能性が生じる点でも不利になる。したがって、上記の実施形態は、表面実装型受動素子部品２１の実装が先であり、ボンディングワイヤ２４の接続が後である。

次に、図１に示した電子モジュールの製造方法について図３、図４を参照して説明する。図３、図４は、図１に示した電子モジュールの製造過程を模式的な断面で示す工程図である。図３、図４において、すでに説明した図に登場の構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。

まず、図３（ａ）に示すように、表裏面に、ランド１１を含む配線パターン１２、およびランド１４、１５を含む配線パターン１６が形成され、さらに表裏面の必要な領域にはんだレジスト１３、１７が形成された基板１０を用意する。そして、そのランド１４（表面実装型受動素子部品用）上に硬化前の接続部材２２Ａ（ペースト材料）を適用する。これには例えばスクリーン印刷やディスペンサを使用できる。図示していないが、基板１０としては、大面積のボードに多面付けで多数の基板１０が形成されたものを使用することができる。そのようなボードに対してスクリーン印刷でペースト材料を印刷すれば高能率で硬化前の接続部材２２Ａを適用できる。

次に、図３（ｂ）に示すように、硬化前の接続部材２２Ａが適用されたランド１４上に例えばマウンタを用いて表面実装型受動素子部品２１を載置する。さらに、基板１０ごと加熱して接続部材２２Ａを熱硬化して接続部材２２に変化させる（図３（ｃ））。接続部材２２Ａから接続部材２２への変化の詳細態様例についてはすでに説明したとおりである。この加熱では、通常のクリームはんだを使用したときのようにフラックスや揮発成分が飛散するということはない。よって、表面実装型受動素子部品用のランド１４と、ワイヤボンディング用のランド１５とがごく近い場合であってもランド１５の汚染の問題は生じない。したがって、高密度パターン形成の基板１０の場合にも対応できる。

次に、図３（ｄ）に示すように、基板１０の所定位置上に接着剤２５を介して半導体チップ２３を固定する。続いて、図４（ａ）に示すように、半導体チップ２３上の端子パッドと基板１０上のワイヤボンディング用のパッド１５との間をボンディングワイヤ２４で接続する。このワイヤボンディング工程は、周知のように、例えばワイヤに金線を用い超音波を発生するボンディングツールを利用して行うことができる。さらに、図４（ｂ）に示すように、レンズ保持部３１およびレンズ３２を取り付けることにより図１に示した電子モジュールが完成する。なお、図４（ａ）までの工程は、多面付けで多数の基板１０が形成された大面積のボードのままで行うことができ、これにより生産性を向上できる。

次に、別の実施形態に係る電子モジュールについて図５を参照して説明する。図５は、別の実施形態に係る電子モジュールの構造を模式的に示す断面図である。同図において、すでに説明した図中に示したものと同一または同一相当の構成には同一符号を付してある。その部分の説明は省略する。

この実施形態は、図１における半導体チップ２３に代えてフリップ接続の半導体チップ２３Ａを使用したものである。これに対応するため、基板１０Ａには、フリップ接続用のランド１５Ａが、図１におけるランド１５に代えて形成されている。半導体チップ２３Ａ上に形成された端子パッド上には、あらかじめ、スタッド状の金バンプ２４Ａが形成されており、例えばフリップチップボンダを用いて、このバンプ２４Ａにランド１５Ａが向かい合うように半導体チップ２３Ａを位置合わせし圧接したものである。半導体チップ２３Ａと基板１０Ａとの間には、アンダーフィル樹脂２６が充填され圧接部位の保護を図っている。アンダーフィル樹脂２６は、フリップ接続後でなく接続前に基板１０Ａ上に適用しておく方法もある。

この実施形態の場合も、表面実装型受動素子部品２１の実装でフラックスの汚染が発生しないことから、フラックス洗浄の工程がなくてもフリップ接続用のランド１５Ａの表面の洗浄度は十分に保たれている。したがって、接続強度の確保された信頼性の高いフリップ接続ができる。よって、図１に示した形態と同様に、フラックス洗浄に起因する種々の問題を解決した、洗浄プロセスが不要で信頼性の高い電子モジュールが得られる。

次に、図１に示した電子モジュールに使用の接続部材２２に代えて使用できる別の接続部材について図６を参照して説明する。図６は、図１に示した電子モジュールに使用の接続部材２２に代えて使用できる接続部材２２ａの微細な構造を示す説明図である。接続部材２２ａは、図６（ａ）右側に示すように、微細な構造として、硬化されている樹脂部２０２Ａ中に導電部２０５の多孔性構造が形成された構成になっている。この多孔性構造はその孔の部位に樹脂部２０２Ａが満たされ、空隙をもたせないようにしている。

導電部２０５は、さらに詳細には、図６（ｂ）に示す拡大断面図に描かれるように、粒子状の金属の種部２０３Ａとこの表面を覆う複数元素系相部２１３とを有し、種部２０３Ａを覆う複数元素系相部２１３が互いに連接することによって多孔性構造になっている。なお、接続部材２２ａ中には、種部２０３Ａ、複数元素系相部２１３のほかに、残留はんだ２０１ＡＡも多少存在する。複数元素系相部２１３は、はんだ粒子２０１（図６（ａ）左側を参照）中の金属と種部２０３Ａ中の金属とによる合成相であり、はんだ粒子２０１の融点が２４０℃以下、複数元素系相部２１３の融点が２６０℃以上となるように、はんだ粒子２０１および種部２０３Ａ（種粒子２０３）の材料が選ばれている。

接続部材２２ａの上記微細構造には、それらの形成過程が関連している。概略的には、図６（ａ）左側に示すように、接続部材２２ａは、硬化される前の状態として、ペースト状の絶縁性接着樹脂部２０２中にはんだ粒子２０１と種粒子２０３とが分散された構成の組成物である。

このような導電性接着性樹脂を加熱してはんだ粒子２０１を溶解させると、その成分金属と種粒子２０３が含有する金属とが反応（または溶け合って。以下では「反応」で溶け合う場合も含むこととする）して種粒子２０３表面が複数元素系相部２１３に変化し、はんだ粒子２０１の溶解に由来して複数元素系相部２１３は互いに連接する。複数元素系相部２１３が発現するとその融点ははんだ粒子２０１より高いので、上記加熱の温度程度では固相となって多孔性構造になる。種粒子２０３のうちの未反応部（中心に近い部位）は、複数元素系相部２１３の中に種となって残り種部２０３Ａになる。はんだ粒子２０１のうち複数元素系相部２１３への変化に残留した分は凝固して残留はんだ２０１ＡＡになる。

上記で、はんだ粒子２０１を溶解させる温度では、絶縁性接着樹脂部２０２は硬化しないようにその材料が選択されている。これにより、はんだ粒子２０１が溶解したときのその移動を妨げずに溶解金属と種粒子２０３との反応が円滑になされるようになっている。このような溶解、反応を生じさせた後に、加熱温度を上げて絶縁性接着樹脂部２０２を熱硬化させる。この熱硬化により、上記形成された多孔性構造を固定化するように多孔性構造の隙間に樹脂部２０２Ａが満たされた構造ができあがる。

このような構成の接続部材２２ａでは、とりわけ、上記導電部２０５中において複数元素系相部２１３が連接して形成された多孔性構造がその導電性を担っており、この複数元素系相部２１３は、上記のように、融点が２６０℃以上になっている。２６０℃以上とすることで、この電子モジュールを別の基板に実装するときの加熱（２次実装時加熱（例えば高くとも２５０℃））での溶融自体を回避でき、さらに、接続不良や短絡を効果的に防止できる利点がある。

また、この導電性の多孔性構造は硬化された樹脂部２０２Ａ中に形成されており、多孔性構造の隙間はこれにより埋められている。したがって、接続部材２２ａ中にボイドが発生し信頼性が損なわれることがない。さらに、接続部材２２ａの導電性が導電体２０５による多孔性構造によっているので、低抵抗の接続部にすることができる。なお、残留はんだ２０１ＡＡが２次実装時に再溶融することはあり得るが、複数元素系相部２１３へ変化せずに残留した分なのでその量はわずかでありかつ樹脂部２０２Ａ中に閉じ込められているので、信頼性に対する影響は最小限に抑制できる。

図７は、図６に示した接続部材２２ａ中の導電部２０５を得るための材料の例を示す表であり、図７（ａ）は、硬化前の接続部材２２ａＡ中に含まれるはんだ粒子２０１の材料例、図７（ｂ）は、同じく種粒子２０３の材料例である。図７（ａ）に示すように、これらのはんだ粒子２０１では、その融点が２４０℃以下である。はんだ粒子２０１としてこのような融点の金属材料を用いることで、基板１０が有機材料の絶縁層を有するものであってもそれに対する加熱温度としてその耐熱温度までには余裕を持たせることができる。図７（ｂ）に示す組成系または金属は、はんだ粒子２０１の組成金属のひとつと反応してできる複数元素系相部が融点として２６０℃以上を有する組成系または金属として選択されている。

図８は、図６に示した接続部材２２ａを構成する複数元素系相部２１３の材料例を示す表であり、図７に示した材料のはんだ粒子２０１と種粒子２０３とから形成され得る複数元素系相を示している。図８に示すように、これらの複数元素系相部２１３は、その融点が２６０℃以上になっている。このような複数元素系相部２１３により、２次実装時加熱（例えば高くとも２５０℃）での再溶融自体が起こらない。

なお、図８に示す複数元素系相におけるｘ、ｙ（、ｚ）の比は、単純な整数比になる場合（＝化学量論的組成；金属間化合物）のみならず、これからはずれて例えばｘの値を固定したときにｙ（、ｚ）が幅をもった値で存在できる場合もある。例えば、合金（固溶体）相の場合や、組成比の異なる２種以上の金属間化合物が混晶している相の場合である。

図８に示す複数元素系相における金属間化合物としては、例えば、Ｃｕ_６Ｓｎ_５、ＣｕＺｎ_３、Ｃｕ_２Ｓｂ、Ａｇ_３Ｓｎ、ＦｅＳｎ_２、ＡｕＳｎ_２が知られている。Ｃｕ_６Ｓｎ_５は、これと組成元素が同じで組成比が異なる異種の金属間化合物であるＣｕ_３Ｓｎと混在して形成される場合があり、この混在比に応じて全体としてｘ、ｙの比は単純な整数比ではなくなる。Ｃｕ_３Ｓｎは、Ｃｕ_６Ｓｎ_５と比較してもろい性質があるが、その融点が２６０℃以上であることに変わりはなく、また、導電部５０５の構造が樹脂部５０３Ａにより補強される構造により、その悪影響を小さく留めることができる。

図６で示した接続部材２２ａは、上記のように、導電部２０５の多孔性構造がそれ自体の反応形成過程に由来して作られ、絶縁性接着樹脂部２０２Ａはそのあとに時間差で硬化されたものである。この点は、図２に示した接続部材２２と異なっている。このように絶縁性接着樹脂部２０２Ａが時間差で硬化される場合には、次のような形態が考えられる。すなわち、はんだ粒子２０１の融点と絶縁性接着樹脂部２０２の硬化温度とをなるべく大きく離すようにして、加熱の温度管理をより容易にすることである。

このためには例えば、接続部材２２ａＡのはんだ粒子２０１として、Ｓｎと、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択された１種以上とを含む第１の合金の粒子と、Ｓｎと、Ａｇと、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択された１種以上とを含む第２の合金の粒子とが備えられたものを用いる。種粒子２０３としては、Ｃｕと、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、およびＳｎからなる群より選択された１種以上とを含む合金の粒子とする。絶縁性接着樹脂部２０２には、硬化温度２４０℃のエポキシ変性ポリイミド樹脂を用いる。上記３種の合金は、絶縁性接着樹脂部２０２を含んだ全体に対して８０ｗｔ％の含有率とする。

以上の、合金の粒子と絶縁性接着樹脂との混合体についてＤＳＣ（示差走査熱量測定）による融点観察を行うと、１００℃ないし２００℃という比較的低温に複数の融点があり、さらに、３００℃ないし５００℃の間にも複数の融点があることがわかる。よって、この合金粒子分散の絶縁性接着樹脂を用いれば、１００℃ないし２００℃の間に存在する融点により、一般的に言われるはんだづけが可能である。

また、１００℃ないし２００℃に存在する融点での融解を生じしめたあとに生じる凝固組成物について同様にＤＳＣによる融点観察を行うと、１００℃ないし２００℃の間に存在する融点はほとんど消失し（∵融点の高い複数元素系相に変化している）、３００℃以上に融点が残るのみとなることがわかる。この性質から、２次実装での加熱（例えば２５０℃）においてはこの組成物はほぼ溶融はしない。説明が前後するが、接続時（製造時）においては、第１、第２の合金粒子の融点と絶縁性接着樹脂２０２の硬化温度とは、大きく離れており、加熱時の温度管理はより容易である。

１０、１０Ａ…基板、１１…ランド（モジュール実装用）、１２…配線パターン、１３…はんだレジスト、１４…ランド（表面実装型受動素子部品用）、１５…ランド（ワイヤボンディング用）、１５Ａ…ランド（フリップ接続用）、１６…配線パターン、１７…はんだレジスト、２１…表面実装型受動素子部品、２２、２２ａ…接続部材、２２Ａ、２２ａＡ…接続部材（硬化前；ペースト材料）、２３…半導体チップ（固体撮像素子）、２３Ａ…半導体チップ、２４…ボンディングワイヤ、２４Ａ…スタッド状バンプ、２５…接着剤、２６…アンダーフィル樹脂、３１…レンズ保持部、３２…レンズ、２０１…はんだ粒子、２０１Ａ…多孔性構造導電部（はんだによる）、２０１ＡＡ…残留はんだ、２０２…絶縁性接着樹脂部（硬化前）、２０２Ａ…絶縁性接着樹脂部（硬化後）、２０３…種粒子、２０３Ａ…種部、２０５…多孔性構造導電部（種部と複数元素系相部とによる）、２１３…複数元素系相部。

Claims (14)

1. 第１のランドと第２のランドとを有する配線パターンを同一表面側に備えた基板と、
   前記基板の前記第１のランドに接続部材を介して実装された表面実装型受動素子部品と、
   端子パッドを備えた機能面を有し、該機能面が前記基板の側とは反対の側に向けられ該基板上に設けられた半導体チップと、
   前記半導体チップの前記端子パッドと前記基板の前記第２のランドとを電気的に接続するボンディングワイヤと、を具備し、
   前記接続部材が、多孔性の構造を備えた導電部と、該導電部の該多孔性構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有すること
   を特徴とする電子モジュール。
2. 第１のランドと第２のランドとを有する配線パターンを同一表面側に備えた基板と、
   前記基板の前記第１のランドに接続部材を介して実装された表面実装型受動素子部品と、
   前記基板の前記第２のランドを介して該基板にフリップ実装された半導体チップと、を具備し、
   前記接続部材が、多孔性の構造を備えた導電部と、該導電部の該多孔性の構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有すること
   を特徴とする電子モジュール。
3. 前記接続部材の前記導電部が、第１の金属の粒子の種部と、該種部を覆った、前記第１の金属と該第１の金属とは異なる第２の金属との複数元素系相部とを含有し、かつ、該複数元素系相部が連接して前記多孔性の構造を形成しており、
   前記接続部材の前記導電部が、前記第２の金属を組成のひとつとするはんだ成分をさらに含有し、該はんだ成分の融点が２４０℃以下であり、前記複数元素系相部の融点が２６０℃以上であること
   を特徴とする請求項１または２記載の電子モジュール。
4. 前記接続部材の前記樹脂部が、その材料としてエポキシ変性ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の電子モジュール。
5. 前記はんだ成分が、Ｓｎ−Ｉｎ組成系、Ｓｎ−Ｂｉ組成系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ組成系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ組成系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成系、Ｓｎ−Ａｇ組成系、Ｓｎ−Ｃｕ組成系、およびＳｎ−Ｓｂ組成系、ならびにＳｎからなる群より選択された１種の組成系または金属であり、
   前記第１の金属が、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＦｅ、ならびにＣｕ−Ｎｉ組成系、Ｃｕ−Ｓｎ組成系、Ａｇ−Ｓｎ組成系、Ｃｕ−Ｚｎ組成系、およびＣｏ−Ｓｂ組成系からなる群より選択された１種以上の金属または組成系であること
   を特徴とする請求項３記載の電子モジュール。
6. 前記接続部材の前記導電部の前記複数元素系相部が、Ｃｕ_ｘＳｎ_ｙ、Ｃｏ_ｘＳｎ_ｙ、Ｃｕ_ｘＺｎ_ｙ、Ｃｕ_ｘＳｂ_ｙ、Ｃｏ_ｘＳｂ_ｙ、Ｎｉ_ｘＢｉ_ｙ、Ａｇ_ｘＳｎ_ｙ、Ｆｅ_ｘＳｎ_ｙ、Ａｇ_ｘＣｕ_ｙＳｎ_ｚ、およびＡｕ_ｘＳｎ_ｙからなる群から選択された１種以上を含む相であることを特徴とする請求項３記載の電子モジュール。
7. 前記はんだ成分が、Ｓｎと、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択された１種以上とを組成とする第１の合金と、Ｓｎと、Ａｇと、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択された１種以上とを組成とする第２の合金とを有し、
   前記第１の金属が、Ｃｕと、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、およびＳｎからなる群より選択された１種以上とを組成とする合金であること
   を特徴とする請求項３記載の電子モジュール。
8. 前記半導体チップが、前記機能面に受光部をも備えた固体撮像素子であることを特徴とする請求項１記載の電子モジュール。
9. 前記接続部材の前記導電部が、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの組成のはんだであることを特徴とする請求項１または２記載の電子モジュール。
10. 前記接続部材が、その全体に対する前記導電部の割合として２０重量％ないし９０重量％であることを特徴とする請求項１または２記載の電子モジュール。
11. 前記接続部材が、前記樹脂部として、該接続部材の前記はんだ成分の前記融点より高い熱硬化温度を有する熱硬化性樹脂を有することを特徴とする請求項３記載の電子モジュール。
12. 第１のランドと第２のランドとを有する配線パターンを同一表面側に備えた基板の前記第１のランド上に、硬化前の絶縁性接着樹脂中にはんだ粒子が分散されたペースト材料を適用する第１の工程と、
    前記ペースト材料が適用された前記基板の前記第１のランド上に、表面実装型受動素子部品を載置する第２の工程と、
    前記表面実装型受動素子部品が載置された前記基板を加熱し、前記ペースト材料を、多孔性の構造を備えた導電部と該導電部の該多孔性構造の間を埋めて存在する樹脂部とを有する接続部材に変化させることによって、前記表面実装型受動素子部品を前記基板の前記第１のランド上に電気的、機械的に接続する第３の工程と、
    前記第３の工程の後、端子パッドを備えた機能面を有する半導体チップを該機能面が前記基板の側とは反対の側に向くように該基板上に固定する第４の工程と、
    前記半導体チップの前記端子パッドと前記基板の前記第２のランドとの間をボンディングワイヤで接続する第５の工程と
    を具備することを特徴とする電子モジュールの製造方法。
13. 前記ペースト材料が、前記はんだ粒子に加えて、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＦｅ、ならびにＣｕ−Ｎｉ組成系、Ｃｕ−Ｓｎ組成系、Ａｇ−Ｓｎ組成系、Ｃｕ−Ｚｎ組成系、およびＣｏ−Ｓｂ組成系からなる群より選択された１種以上の金属または組成系の粒子を含有することを特徴とする請求項１２記載の電子モジュールの製造方法。
14. 前記半導体チップが、前記機能面に受光部をも備えた固体撮像素子であることを特徴とする請求項１２記載の電子モジュールの製造方法。

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