JP2010245161A - 電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ付け面としての四角形の裏面電極を有する半導体チップを、はんだを介してリードフレームのはんだ付け面に接合してなる電子装置において、電子部品のはんだ付け面の角部にてフィレットを適切に形成して、十分な接合強度を確保できるようにすることを目的とする。
【解決手段】リードフレーム２０のはんだ付け面２１のうち半導体チップ１０の裏面電極１１が投影された四角形の領域である部品投影領域２２の一部に、リードフレーム２０のはんだ付け面２１よりもはんだ３０に対する濡れ性に優れたＡｇやＡｕ等の貴金属よりなる貴金属層２３が設けられており、さらに、貴金属層２３は、部品投影領域２２の外周端部に位置する辺のうち４個の角部２２ａを除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも角部２２ａ寄りの部位に隣接して部品投影領域２２の内周側の所定領域に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品と基材とを、はんだを介して接合してなる電子装置、および、そのような電子装置の製造方法に関する。

一般に、基材に電子部品をはんだ付けしてなる電子装置としては、電子部品と基材とを、互いのはんだ付け面を対向して配置するとともに、これら両部材のはんだ付け面の間に、はんだを介在させて、貼り合わせた後、はんだを溶融・固化させて接合したものが、提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、一般に、電子部品としては、半導体チップなど、そのはんだ付け面が四角形であるものが用いられ、基材のはんだ付け面は、電子部品のはんだ付け面と同等かそれ以上の平面サイズのものとされる。この場合、基材のはんだ付け面のうち電子部品のはんだ付け面が投影された領域が、部品投影領域とされるが、この領域は、電子部品のはんだ付け面と同一の四角形をなすものとなる。

特開２００４−３３５６５７号公報

本発明者は、上記従来の電子装置について鋭意検討を行い、以下に示すような問題点を見出した。まず、１つ目の問題点は、はんだ不濡れによるはんだ引けの問題である。たとえば、基材である基板等に対して、電子部品であるＳｉチップ等の表面実装部品を、Ｓｎ系Ｐｂフリーはんだを用いてはんだ付けする場合について発生する。

この場合、被接合体である基材のはんだ付け面のはんだ濡れ性が悪いこと、および、はんだの表面張力が大きく溶融時に安定な球体に近づこうとする。それによって、はんだは、上記電子部品のはんだ付け面に相当する四角形の部品投影領域の全体に濡れ拡がらず、当該部品投影領域の角部からのはんだ引けが発生する。

そのため、電子部品のはんだ付け面の外周端部、特に角部において、はんだが不足する、フィレットが形成されないなど、はんだ濡れ性が悪いことに起因した不具合が発生する。また、この場合、電子部品の角部の直下にはんだが存在しないため、例えば、この電子部品の角部にワイヤボンディングする際、ボンディングツールからの超音波が電子部品に十分に伝達されず、ボンディング強度が低下するといった不具合が発生する。

具体的に、このはんだ引けの問題は、Ｓｉチップ等の表面実装部品を、Ｎｉめっき上にフラックスレスはんだを用いて接合する場合に顕著である。ここで、活性の高いフラックスを用いることで、濡れ性を確保できる可能性はあるが、一般的に活性を上げるためには、より強い還元作用をもつハロゲン化合物をフラックスに用いる必要がある。

そのため、はんだ付け後には、強い還元力を持つハロゲンが当該フラックス内に残留し、洗浄に手間がかかる他、当該ハロゲンの除去が不十分であった場合には、素子特性の異常が発生するなどの不具合が生じる。

それゆえ、フラックスレスはんだを用いてはんだ接合を行うが、このとき、Ｓｉチップの角部に、はんだ不濡れが発生し、接続寿命の低下やボンディング不良の原因となる。これは、Ｎｉに対するＳｎの濡れ性は比較的良いものの、Ｎｉ上に酸化被膜があり、それが濡れ性を悪化させているためと考えられる。

２つ目の問題点としては、はんだと貴金属との合金による接合強度の低下の問題である。一般に、はんだ濡れ性を向上させるため、基材のはんだ付け面の全体にＡｇめっきやＡｕめっきを施し、当該はんだ付け面を貴金属化することが実施されているが、上記したようなＳｎ系Ｐｂフリーはんだを用いる場合、Ｓｎと貴金属との間で発生する金属拡散により、Ｓｎ−Ａｇ合金もしくはＳｎ−Ａｕ合金がはんだ中に形成される。

このように、はんだ濡れ性を向上させるための貴金属を採用した場合、その貴金属とはんだとの合金は、市場環境下のストレス等によってはんだ接合部の疲労破壊を起こしやすい。具体的には、たとえば、繰返し冷熱の応力により発生する歪みに対して脆いＡｇ_３Ｓｎ層が、はんだ中に形成される。そして、はんだのうち電子部品の角部直下に位置する領域は、当該応力が集中し上記歪みが発生しやすい領域であるが、この領域では、上記Ａｇ_３Ｓｎ層のために、はんだクラックが進行しやすく、接合寿命の低下は免れない。

３つ目の問題点としては、電子部品が傾いて搭載されるという問題である。たとえばＳｎ系Ｐｂフリーはんだを用いた場合には、基材のはんだ付け面に対して、はんだの濡れ性が悪く且つその表面張力が大きいため、はんだが盛り上がりやすく、たとえば、面の中央部にはんだが集まる。

そのため、電子部品の基材への搭載時に位置ズレが生じた場合には、電子部品が傾いて搭載されることになる。すると、はんだ高さが低くなった部分にて、はんだ歪みが集中するため、市場でのストレスにてはんだ中にクラックが発生しやすくなる。

なお、この傾きの問題に対しては、上記特許文献１に記載されているチップ底面電極の長手方向に、基材のランドを複数に分割する手法によって、部品長手方向の傾きは防止することが可能となる。しかし、上記した１つ目および２つ目の問題点に対しては、解決とはならない。

このように、はんだの濡れ性が悪いことによる上記角部でのはんだ引けの発生、および、はんだ濡れ性を高めるための貴金属とはんだとの合金の形成、といった問題は、応力が集中する上記角部において、フィレットが形成されない、接合強度が低下するといった不具合をもたらす。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、四角形のはんだ付け面を有する電子部品を、はんだを介して基材のはんだ付け面に接合してなる電子装置において、電子部品のはんだ付け面の角部にてフィレットを適切に形成して、十分な接合強度を確保できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、基材（２０）のはんだ付け面（２１）のうち電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）が投影された四角形の領域である部品投影領域（２２）の一部に、基材（２０）のはんだ付け面（２１）よりもはんだ（３０）に対する濡れ性に優れた貴金属よりなる貴金属層（２３）が設けられており、貴金属層（２３）は、部品投影領域（２２）の外周端部に位置する辺のうち４個の角部（２２ａ）を除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも角部（２２ａ）寄りの部位に隣接して部品投影領域（２２）の内周側の所定領域に配置されていることを特徴としている。

それによれば、はんだ接合時に、電子部品（１０）と基材（２０）との間で溶融したはんだ（３０）は、基材（２０）のはんだ付け面（２１）の部品投影領域（２２）において濡れ性の高い貴金属層（２３）にて拡がりやすくなり、部品投影領域（２２）の外周端部に位置する辺のうち角部（２２ａ）を除く部位に拡がり、そこから、当該辺に沿って角部（２２ａ）に回り込んでくる。そのため、当該角部（２２ａ）では、十分なはんだ（３０）の量が確保される。また、貴金属層（２３）が存在しない角部（２２ａ）では、はんだ（３０）と貴金属との合金が形成されない。

よって、本発明によれば、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の角部にて、フィレットを適切に形成して、十分な接合強度を確保することが可能となる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の電子装置においては、基材（２０）のはんだ付け面（２１）は、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）よりも大きく、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の外周端部よりはみ出しているものであり、貴金属層（２３）は、基材（２０）のはんだ付け面（２１）において部品投影領域（２２）の内周側の所定領域から部品投影領域（２２）の外周端部を超えて部品投影領域（２２）の外側まではみ出して連続して配置されているものであってもよい。

それによれば、はんだ接合時に、溶融したはんだ（３０）が、部品投影領域（２２）の外周端部のうち角部（２２ａ）を除く辺に拡がりやすくなる。

さらに、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の電子装置においては、基材（２０）のはんだ付け面（２１）において、部品投影領域（２２）の外側には、貴金属層（２３）が、部品投影領域（２２）を取り囲むように連続した環状をなして設けられていてもよい。

それによれば、はんだ接合時に、貴金属層（２３）上に沿って濡れ拡がるはんだ（３０）は、部品投影領域（２２）の全外周を囲んで連続した環状を形成することから、部品投影領域（２２）の４個の角部（２２ａ）にて、はんだ（３０）の厚さを均一にしやすくなるため、電子部品（１０）が傾いて搭載されるのを防止できる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の電子装置においては、さらに、貴金属層（２３）は、部品投影領域（２２）の辺のうち一方の角部（２２ａ）寄りの部位から当該辺の中央部を通って他方の角部（２２ａ）寄りの部位まで連続して辺に隣接しつつ、部品投影領域（２２）の内周側の所定領域に配置されたものであってもよい。

それによれば、部品投影領域（２２）において、貴金属層（２３）が辺の中央部で分断されている場合に比べて、はんだ（３０）が部品投影領域（２２）の辺に拡がりやすく、結果的に、部品投影領域（２２）の角部（２２ａ）に集まるはんだ（３０）の量を多くしやすい。

ここで、請求項１〜請求項４に記載の発明は、基材（２０）のはんだ付け面（２１）に貴金属層（２３）を設けたものであったが、それに代えて、請求項５および請求項６に記載の発明のように、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）に貴金属層（２３）を設けてもよい。

請求項５に記載の発明においては、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の一部に、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）よりもはんだ（３０）に対する濡れ性に優れた貴金属よりなる貴金属層（２３）が設けられており、貴金属層（２３）は、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の外周端部に位置する辺のうち４個の角部を除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも角部寄りの部位に隣接して電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の内周側の所定領域に配置されていることを特徴としている。

それによれば、はんだ接合時に、電子部品（１０）と基材（２０）との間で溶融したはんだ（３０）は、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）において濡れ性の高い貴金属層（２３）にて拡がりやすくなり、当該はんだ付け面（１１）の外周端部に位置する辺のうち角部を除く部位に拡がり、そこから、当該辺に沿って角部に回り込んでくる。そのため、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の角部では、十分なはんだ（３０）の量が確保される。また、貴金属層（２３）が存在しない角部では、はんだ（３０）と貴金属との合金が形成されない。

よって、本発明によれば、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の角部にて、フィレットを適切に形成して、十分な接合強度を確保することが可能となる。

ここで、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の電子装置においては、さらに、貴金属層（２３）は、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の辺のうち一方の角部寄りの部位から当該辺の中央部を通って他方の角部寄りの部位まで連続して当該辺に隣接しつつ、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の内周側の所定領域に配置されたものであってもよい。

それによれば、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）において、貴金属層（２３）が辺の中央部で分断されている場合に比べて、はんだ（３０）が電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）の辺に拡がりやすく、結果的に、電子部品（１０）のはんだ付け面部品（１１）の角部に集まるはんだ（３０）の量を多くしやすい。

また、上記請求項１〜請求項６に記載の電子装置においては、請求項７に記載の発明のように、はんだ（３０）はＳｎ系Ｐｂフリーはんだであるものにできる。Ｓｎ系Ｐｂフリーはんだは、比較的濡れ性が悪いので、上記各手段に用いて好適である。

また、上記請求項１〜請求項７に記載の電子装置においては、請求項８に記載の発明のように、基材（２０）のはんだ付け面（２１）はＮｉ、ＣｕまたはＮｉ−Ｐを主成分とするめっきよりなるものにできる。Ｎｉ、ＣｕまたはＮｉ−Ｐを主成分とするめっきは、酸化されやすく、比較的濡れ性が悪いので、上記各手段に用いて好適である。

また、上記請求項１〜請求項８に記載の電子装置においては、請求項９に記載の発明のように、貴金属層（２３）はＡｇまたはＡｕよりなるものにできる。ＡｇまたはＡｕは、はんだ（３０）の濡れ性に優れた材質として有効である。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１、２、３、４、７、８、９のいずれか１つに記載の電子装置の製造方法であって、基材（２０）のはんだ付け面（２１）にはんだ（３０）を供給し、当該はんだ（３０）を介して、電子部品（１０）のはんだ付け面（１１）と基材（２０）のはんだ付け面（２１）とを貼り合わせた後、はんだ（３０）を固化させるものであり、はんだ（３０）を供給するとき、部品投影領域（２２）の外周端部寄りの領域に、部品投影領域（２２）の内周側の領域よりも多くのはんだ（３０）を供給することを特徴としている。

それによれば、貴金属層（２３）上にて、はんだ（３０）を厚く形成するのに好ましい方法が提供される。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ概略断面図である。 図１中の基材および電子部品の単品構成を示す図であり、（ａ）は基材のはんだ付け面の概略平面図、（ｂ）は電子部品のはんだ付け面の概略平面図である。 角部からのはんだ引け量を示す概略断面図である。 第１実施形態の電子装置と比較例とについて、はんだ引け量ｘを測定した結果を示す図である。 冷却／加熱の繰り返し回数とチップ引っ張り強度との関係を求めた結果を示す図である。 予備はんだ法によるはんだの供給方法を示す概略平面図である。 本発明の第２実施形態に係る貴金属層２３の種々の平面形状を示す図である。 上記第２実施形態に係る貴金属層２３の種々の平面形状を示す図である。

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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１において、（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電子装置１００の概略平面構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）中の一点鎖線Ａ−Ａに沿った概略断面図、（ｃ）は、（ａ）中の一点鎖線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。

また、図２は、図１中の基材２０および電子部品１０の単品構成を示す図であり、（ａ）は基材２０のはんだ付け面２１の概略平面図、（ｂ）は電子部品１０のはんだ付け面１１の概略平面図である。

本実施形態の電子部品１０としては、基材２０にはんだ付け可能なものであればよく、たとえば、シリコン半導体よりなるＩＣチップ、チップ抵抗、チップコンデンサ、ダイオードなどが挙げられる。また、電子部品１０のはんだ付け面１１は、はんだ３０が接触し、はんだ接合される面であり、四角形をなすものとされている。

ここで、電子部品１０のはんだ付け面１１がなす四角形とは、正方形、長方形、平行四辺形、菱形、台形等、幾何学的に四角形に分類されるものであればよく、さらには、角部がテーパ形状、Ｒ形状のものも含む。

図１に示される例では、電子部品１０は、正方形板状をなすシリコン半導体よりなる半導体チップ１０であり、その裏面の全体に形成された裏面電極１１が電子部品１０のはんだ付け面１１として構成されている。この裏面電極１１は、半導体チップ１０の裏面全体に形成されたものであり、半導体チップ１０の平面形状である正方形と同一の正方形をなす面として構成されている。

たとえば、裏面電極１１は、シリコン半導体よりなる半導体チップ１０の裏面に、当該裏面側からＮｉ、Ａｕの各層が順次形成されたＮｉ／Ａｕ層である。このＮｉ／Ａｕ層は、はんだ濡れ性を確保するためＡｕ層が表層に施され、そのＡｕ層下には、Ｓｎによるはんだ食われ時にもＳｉが拡散しないようにＮｉ層が形成されたものである。

本実施形態の基材２０としては、電子部品１０をはんだ接合により搭載可能なものであり、具体的には、セラミック基板、プリント基板、フレキシブルプリント基板などの配線基板や、リードフレームや、ヒートシンクなどが挙げられる。この基材２０は、電子部品１０のはんだ付け面１１と同等かそれ以上の大きさのはんだ付け面２１を有する。

この基材２０のはんだ付け面２１は、Ｎｉ、ＣｕまたはＮｉ−Ｐを主成分とするめっきなどよりなる。図１に示される例では、基材２０は、Ｃｕ合金に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施したリードフレーム２０であり、この場合、基材２０のはんだ付け面２１は、リードフレーム２０の一方の板面であり、Ｎｉめっきにより構成された面である。

そして、図１に示されるように、半導体チップ１０の裏面電極１１とリードフレーム２０のはんだ付け面２１とは対向して配置されており、これら両はんだ付け面１１、２１の間に介在するはんだ３０により接合されている。はんだ３０としては、特に限定しないが、具体的にはＳｎ系Ｐｂフリーはんだが望ましい。

Ｓｎ系Ｐｂフリーはんだとは、Ｐｂを含まないものであって、Ｓｎを主成分として他の金属成分が添加されているものである。たとえば、本実施形態のはんだ３０としては、市販されているＳｎにＡｇが添加されてなるＳｎ−Ａｇ系はんだ、ＳｎにＣｕが添加されてなるＳｎ−Ｃｕ系はんだ等が挙げられる。

そして、リードフレーム２０のはんだ付け面２１のうち半導体チップ１０の裏面電極１１が投影された四角形の領域は、部品投影領域２２とされている。この部品投影領域２２の外形は、図２（ａ）において破線の四角形として示されている。

この部品投影領域２２は、両はんだ付け面１１、２１が対向して配置された状態において、半導体チップ１０の裏面電極１１をリードフレーム２０のはんだ付け面２１に投影した領域２２、つまり半導体チップ１０の裏面電極１１と同一の正方形をなす領域とされている。

言い換えれば、部品投影領域２２は、対向配置された両はんだ付け面１１、２１において、リードフレーム２０のはんだ付け面２１のうち半導体チップ１０の裏面電極１１に重なり合い正対する部位である。つまり、部品投影領域２２をなす四角形と半導体チップ１０の裏面電極１１をなす四角形とは、図形学的に合同の関係にある。

そして、本実施形態では、図１、図２（ａ）に示されるように、部品投影領域２２の一部に、貴金属層２３が設けられている。この貴金属層２３は、リードフレーム２０のはんだ付け面２１（ここではＮｉめっき）よりもはんだ３０（ここではＳｎ系Ｐｂフリーはんだ）に対する濡れ性に優れた貴金属よりなる。

ここで、はんだ３０に対する濡れ性とは、溶融したはんだ３０と接触する面において液状のはんだ３０と当該面とのなす接触角の大小により決められるものであり、当該接触角が小さい方が濡れ性に優れる。つまり、貴金属層２３は、リードフレーム２０のはんだ付け面２１を構成するＮｉめっき等よりも当該接触角が小さく、はんだ３０が濡れ拡がりやすいものである。

具体的に、貴金属層２３は、ＡｇまたはＡｕなどのはんだ３０の濡れ性に優れた材質よりなる。そして、このような貴金属層２３は、ＡｇめっきやＡｕめっきなどにより形成される。なお、貴金属層２３としては、めっき以外にも可能ならば蒸着やスパッタで成膜されたものであってもよい。

図１、図２（ａ）に示されるように、本実施形態では、貴金属層２３は、部品投影領域２２の中央部および角部２２ａを除く周辺部に設けられている。つまり、貴金属層２３は、部品投影領域２２の外周端部に位置する辺のうち４個の角部２２ａを除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも角部２２ａ寄りの部位に隣接して部品投影領域２２の内周側の所定領域に配置されている。

ここで、部品投影領域２２は四角形をなすことから、その外周端部は４個の辺および４個の角部２２ａにより構成される。この角部２２ａとは、部品投影領域２２を構成する４辺のうち隣接する２辺が交わる点である頂点を意味する。

そして、部品投影領域２２の内周側の所定領域とは、部品投影領域２２を形成する各辺から部品投影領域２２の中央側へ向かって広がる領域である。図１、図２（ａ）に示される例では、所定領域は、部品投影領域２２の１個の辺をみたとき、この１個の辺を下底として部品投影領域２２の内周側に拡がる台形をなしている。

さらに、この台形をなすことから明らかなように、貴金属層２３は、部品投影領域２２の辺のうち一方の角部２２ａ寄りの部位から当該辺の中央部を通って他方の角部２２ａ寄りの部位まで連続して当該辺に隣接し、この隣接している辺の部分から部品投影領域２２の内周側に向かって上記台形状の領域に拡がって配置されたものとなっている。つまり、貴金属層２３は、当該辺の中央部で分断されてはいない。

また、図１、図２に示されるように、リードフレーム２０のはんだ付け面２１は、半導体チップ１０の裏面電極１１よりも大きい。そして、リードフレーム２０のはんだ付け面２１のうち半導体チップ１０の裏面電極１１と重なっている部位の周辺部は、半導体チップ１０の裏面電極１１の外周端部よりはみ出している。

ここにおいて、貴金属層２３は、リードフレーム２０のはんだ付け面２１において部品投影領域２２の内周側の所定領域から部品投影領域２２の外側まで、部品投影領域２２の外周端部を跨いで連続して配置されている。さらに、本実施形態では、貴金属層２３は、部品投影領域２２の外側にて部品投影領域２２を取り囲むように連続した環状をなして配置されている。

つまり、ここでは、図１（ａ）、図２（ａ）に示されるように、環状の貴金属層２３は、部品投影領域２２を取り囲む矩形の額縁形状をなすとともに、その内周部が部品投影領域２２内に台形状に張り出した形状とされている。

こうして、図２（ａ）に示されるように、リードフレーム２０のはんだ付け面２１は、貴金属層２３に被覆された部位と、貴金属層２３に被覆されずに露出した部位とを有し、当該露出した部位では、貴金属層２３よりもはんだ３０に対する濡れ性が悪いものとされている。

そして、本実施形態の電子装置１００では、図１に示されるように、はんだ３０は、正対する両はんだ付け面１１、２１の間すなわち部品投影領域２２と、部品投影領域２２の外側にはみ出した貴金属層２３上とに配置されている。そして、このはんだ３０を介して、半導体チップ１０とリードフレーム２０とが電気的・機械的に接合されている。

ここで、図１（ｂ）、（ｃ）に示されるように、部品投影領域２２の辺、角部２２ａとそれぞれ同じ位置にある半導体チップ１０の裏面電極１１の辺、角部においては、はんだ３０は、半導体チップ１０側からリードフレーム２０側に裾野が拡がった形状をなしており、適切なフィレットが形成されている。

次に、本実施形態の電子装置１００の製造方法について述べる。はんだ付け面２１に貴金属層２３が設けられたリードフレーム２０を用意し、そのはんだ付け面２１にはんだ３０を供給する。供給方法としては、はんだワイヤを用いて無フラックスで供給する方法、印刷法、ディスペンス法、インクジェット法などが挙げられる。

このはんだ３０の供給後、当該はんだ３０を介して、半導体チップ１０の裏面電極１１とリードフレーム２０のはんだ付け面２１とを貼り合わせ、しかる後、はんだ３０を固化させる。これにより、本実施形態の電子装置１００ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、はんだ接合時に、半導体チップ１０とリードフレーム２０との間で溶融したはんだ３０は、部品投影領域２２のうち濡れ性の高い貴金属層２３にて拡がりやすくなり、部品投影領域２２の外周端部に位置する辺のうち角部２２ａを除く部位に拡がる。

そして、貴金属層２３は、部品投影領域２２の辺の中央部よりも当該辺の角部２２ａ寄りの部位に配置されているため、当該辺まで拡がったはんだ３０は、貴金属層２３上を当該辺に沿って濡れ拡がり、角部２２ａに回り込んでくる。このように、部品投影領域２２の角部２２ａにはんだ３０が集まってくるため、この角部２２ａでは、十分な量のはんだ３０を確保することができる。

また、部品投影領域２２の角部２２ａでは貴金属層２３が存在しないため、この角部２２ａでは、Ｓｎ−Ａｇ合金やＳｎ−Ａｕ合金等、はんだ３０と貴金属との合金が形成されることはない。

そして、部品投影領域２２の角部２２ａは、半導体チップ１０の裏面電極１１の角部と同じ位置であるから、本実施形態によれば、半導体チップ１０の裏面電極１１の角部にて、はんだ３０のフィレットを適切に形成することができ、且つ、十分な接合強度を確保することができる。

また、上述したが、本実施形態によれば、リードフレーム２０のはんだ付け面２１を、半導体チップ１０の裏面電極１１よりも大きいサイズとし、貴金属層２３を、部品投影領域２２の内周側から外側まではみ出して連続して配置しているから、はんだ接合時に、溶融したはんだ３０が、部品投影領域２２の外周端部の辺まで濡れ拡がりやすくなる。

本実施形態では、部品投影領域２２の内周側の所定領域に形成された貴金属層２３が、部品投影領域２２の外周端部すなわち辺で途切れている構成であってもよい。つまり、上記図２（ａ）において貴金属層２３を、矩形破線の部品投影領域２２内のみ残し、当該領域２２の外側の部分は除去した構成としてもよい。

しかし、貴金属層２３の構成としては、このような辺で途切れた構成よりも、部品投影領域２２の辺の外側まではみ出していた方が、当該辺まで、はんだ３０が十分な厚さを持って拡がりやすい。

また、貴金属層２３の製造面から考えた場合、貴金属層２３を部品投影領域２２の外周端部すなわち辺に隣接させつつ、この辺から寸分足りともはみ出さないように形成することは、寸法公差の点で制約が生じる。その点、貴金属層２３を部品投影領域２２の辺を超えて当該領域２２の外側まではみ出させる構成とすれば、そのような製造上の制約が解消される。

また、貴金属層２３を部品投影領域２２の辺を超えて当該領域２２の外側まではみ出させれば、それに伴って、はんだ３０も部品投影領域２２の辺の外側まで濡れ拡がってはみ出た構成となる（図１参照）。この場合、はんだ接合部の外観検査のときに、半導体チップ１０の上方から見て、部品投影領域２２の外側にはみ出しているはんだ３０の形状を視認することができるので、当該検査が容易に行えるという利点もある。

また、上述したが、本実施形態では、リードフレーム２０のはんだ付け面２１において、部品投影領域２２の外側には、貴金属層２３が、部品投影領域２２を取り囲むように連続した環状をなして設けられている。

それによれば、はんだ接合時に、溶融したはんだ３０は、貴金属層２３上に沿って、部品投影領域２２の全外周を囲む連続した環状に濡れ拡がるから、部品投影領域２２の４個の角部２２ａにて、はんだ３０の厚さを均一にしやすくなる。そのため、半導体チップ１０の搭載時に、半導体チップ１０の傾きを防止し、両はんだ付け面１１、２１を平行とした状態で、当該搭載を行える。

さらに、本実施形態では、貴金属層２３を、部品投影領域２２の辺のうち一方の角部２２ａ寄りの部位から当該辺の中央部を通って他方の角部２２ａ寄りの部位まで連続して配置しているから、貴金属層２３が部品投影領域２２の辺の中央部で分断されている場合（後述の図７（ｃ）等参照）に比べて、はんだ３０が部品投影領域２２の辺に拡がりやすくなる。その結果、部品投影領域２２の角部２２ａに集まるはんだ３０の量を多くすることができる。

次に、本実施形態の上記効果、すなわち、半導体チップ１０の裏面電極１１の角部におけるフィレットの適切な形成、および、十分な接合強度の確保といった効果について、本発明者が行った具体例を挙げて、より詳細に述べる。

この具体例では、電子部品として上記Ｎｉ／Ａｕ層よりなる裏面電極１１をはんだ付け面とするシリコン半導体よりなる半導体チップ１０、基材として上記Ｃｕ合金に無電解Ｎｉめっきを施し且つ貴金属層２３としてのＡｇめっきを形成してなるリードフレーム２０を用い、これらを、Ｐｂフリーはんだを用いたはんだダイボンド法にて、はんだ付けする場合について述べる。

はんだ３０としては、Ｓｎ−Ｃｕ系Ｐｂフリーのはんだワイヤを使用する。当該はんだワイヤはリールから供給し、無フラックスである。まず、リードフレーム２０を加熱して２６０℃にて安定させ、次にリールに巻かれた上記はんだワイヤを長さで制御しながら一定量供給する。はんだワイヤを供給するための治具は、当該はんだ３０の溶融温度以下の２００℃に加熱保持する。

次に、リードフレーム２０のはんだ付け面２１上に供給されたはんだ３０の上に、当該はんだ３０の厚さがおおよそ５０μｍから１００μｍ程度の一定の厚さになるように、半導体チップ１０を搭載する。

このとき、半導体チップ１０下の中央付近のはんだ３０の濡れ拡がりが芳しくない場合には、半導体チップ１０に荷重を加えたり、前後左右に強制的にずらしたりして、濡れ拡がりを補助する。

これら一連の操作の終了後、リードフレーム２０を冷却し、はんだ３０を固化する。このようにして、半導体チップ１０とリードフレーム２０とを、はんだ付けし、上記図１に示される本実施形態の電子装置１００を作製した。

そして、上記具体例の方法により作製した本実施形態の電子装置と、比較例として上記方法においてリードフレーム２０に貴金属層２３を形成せずに、リードフレーム２０のはんだ付け面２１であるＮｉめっき上に直接はんだ付けを行って作製した電子装置について、はんだフィレットの形成状況を調査した。なお、以下、この比較例をＡｇめっき無しの比較例という。

この調査は、具体的には図３に示される部品投影領域２２の角部２２ａからのはんだ引け量ｘを求めることにより行った。図３では、部品投影領域２２の角部２２ａにフィレットが形成されず、はんだ３０の引けが生じており、この場合、半導体チップ１０の角部からはんだ３０の側面までの距離ｘを、はんだ引け量ｘとした。

図４は、本実施形態の電子装置と上記Ａｇめっき無しの比較例とについて、それぞれ、ｎ数：１００にて、はんだ引け量ｘを測定した結果を示す図である。はんだ引け量ｘが０の場合には、角部にて適切にフィレットが形成されるが、はんだ引け量ｘが大きいほどはんだ３０の濡れ性が悪く、フィレットが形成されないことになる。

図４に示されるように、Ａｇめっき無しの比較例では、はんだ引け量ｘが大きくなっており、半導体チップ１０の角部におけるはんだ濡れ性悪く、はんだフィレットが形成できていないものが多く発生したが、本実施形態では、全ての調査サンプルにおいてはんだ引け量ｘが０であり、半導体チップ１０の角部にフィレットが形成されていた。

次に、はんだ接合強度の市場レベルでの冷熱ストレス性について、調査した。本実施形態の電子装置は、上記具体例の方法で作製したものであり、比較例として、上記リードフレーム２０のはんだ付け面２１の全面に貴金属層２３としてのＡｇめっきを施したものを用いて、上記同様の方法で電子装置を作製した。以下、この比較例を全面Ａｇめっきの比較例という。

これら本実施形態および比較例の場合、はんだ３０の歪みは、半導体チップ１０の裏面電極１１の角部に集中する。また、本実施形態の電子装置では、貴金属層２３としてのＡｇめっきが設けられている領域では、はんだ付けすることにより、ＡｇとＳｎが拡散し、Ａｇめっきが施された領域に脆弱なＡｇＳｎ合金層が形成されることになる。ただし、部品投影領域２２の角部２２ａでは、Ａｇめっきが形成されていないため、ＡｇＳｎ合金層は形成されない。

そのため、本実施形態では、上記歪みが集中する部分である４個の角部２２ａにて、脆弱なＡｇＳｎ合金層が形成されないので、ストレスによる接合強度の低下が抑制される。実際に、本実施形態の電子装置と上記全面Ａｇめっきの比較例とについて、それぞれ、ｎ数：２０にて、冷却／加熱繰り返し評価を実施した。その結果を図５に示す。

図５は、この冷熱繰り返し試験において、冷却／加熱の繰り返し回数と、はんだ３０の接合強度として半導体チップの引っ張り強度（チップ引っ張り強度、単位：Ｎ）との関係を求めた結果を示す図である。図５中、本実施形態は白丸プロット、全面Ａｇめっきの比較例は黒丸プロットで表してある。なお、図５中、識別のため、本実施形態と比較例とでプロットをずらして併記したが、これらは同じ繰り返し回数での評価である。

図５に示されるように、全面Ａｇめっきの比較例では、繰り返しストレスを加えることにより、はんだ接合強度が低下する傾向が見られるが、本実施形態では、それに比べて、はんだ接合強度低下が抑制できていることがわかる。

このように、本実施形態によれば、半導体チップ１０における四角形の裏面電極１１において、はんだ接合時のはんだ３０は、その外周端部の辺に拡がり、隣り合う２辺から角部に回り込むことで、角部にはんだ３０が集まる。

そして、半導体チップ１０の４個の角部の直下に、十分な厚さのはんだ３０が存在するため、半導体チップ１０の傾きが抑えられることから、部品組付け高さを均一にすることができる。そのため、はんだ厚さが局部的に薄くなることにより発生するはんだ３０への歪みの集中を回避することができ、はんだ接続寿命の低下を低減できる。

また、四角形をなす裏面電極１１においては、市場環境下におけるストレスに対するはんだ歪みの発生が、裏面電極１１の対角方向に最大となることから、当該対角方向の角部にて貴金属層２３を存在させないことにより、脆弱な上記合金層が形成されず、接合強度の低下が抑制できる。

ここで、本実施形態における電子装置の製造方法について、さらに述べると、貴金属層２３が形成されたリードフレーム２０のはんだ付け面２１にはんだ３０を供給するとき、部品投影領域２２の外周端部寄りの領域に、部品投影領域２２の内周側の領域よりも多くのはんだ３０を供給することが望ましい。それによれば、部品投影領域２２の外周端部側に位置する貴金属層２３上にて、はんだ３０を厚く形成しやすくなる。

具体的には、ディスペンス法で部分的に滴下量を変えてやるとか、インクジェット法によって塗布するときのドットの大きさを変えてやることで、部品投影領域２２の外周端部寄りの領域と内周側の領域とで、はんだ３０の供給量を変更できる。

また、上記具体例では、はんだダイボンド法によるはんだ付けを行い、上記図３〜図５の調査を行って効果を確認したが、はんだ箔を用いた予備はんだ法（つまり、ステップはんだ付け）においても、同様の効果が確認されている。図６は、この予備はんだ法によるはんだ３０の供給方法を示す概略平面図である。

図６に示されるように、はんだ箔としてのはんだ３０を、リードフレーム２０のはんだ付け面２１に搭載するものであるが、このとき、はんだ３０を、貴金属層２３と同程度の四角形枠状のものとし、これを搭載する。

そうすることで、所望の領域にはんだ３０を形成することが可能となり、また、はんだ箔の厚さが一定であることから、４個の角部２２ａにおけるはんだ厚さが一定となるため、半導体チップ１０の傾きも効果的に防止することが可能となる。

（第２実施形態）
ところで、貴金属層２３は、リードフレーム２０のはんだ付け面２１の部品投影領域２２の一部に設けられ、部品投影領域２２の辺のうち４個の角部２２ａを除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも角部２２ａ寄りの部位に隣接して部品投影領域２２の内周側の所定領域に配置されていればよく、その平面形状は、上記図１（ａ）および図２（ａ）に示される例に限定するものではない。

本発明の第２実施形態では、リードフレーム２０のはんだ付け面２１に設けられる貴金属層２３の種々の平面形状を提供する。図７（ａ）〜（ｅ）、図８（ａ）〜（ｄ）は、この貴金属層２３の種々の平面形状を示す平面図である。また、これら図７、図８においては、部品投影領域２２の外形を破線の四角形として示している。

上記図１（ａ）および図２（ａ）では、貴金属層２３は、部品投影領域２２を取り囲むとともに内周部が部品投影領域２２内に台形状に張り出した矩形の額縁形状をなしていた。それに対して、図７（ａ）に示される例のように、貴金属層２３は、内周部が部品投影領域２２内に円弧状に張り出した矩形の額縁形状であってもよい。さらには、この張り出し部分の形状としては、三角形、波形などであってもよい。

また、貴金属層２３は、部品投影領域２２の辺のうち角部２２ａには設けられないが、当該辺の中央部よりも角部２２ａ寄りの部位に配置される。図７（ｂ）に示される例では、貴金属層２３を辺の中央部よりも角部２２ａに寄った部位に配置しつつ、上記図１（ａ）および図２（ａ）の例よりも角部２２ａから離した構成としている。

また、上記図１（ａ）および図２（ａ）の例では、貴金属層２３は、部品投影領域２２の辺のうち一方の角部２２ａ寄りの部位から中央部を通って他方の角部２２ａ寄りの部位まで連続して設けられているが、図７（ｃ）に示される例では、当該辺の中央部で貴金属層２３を分離した形状としている。

また、図７（ｄ）に示される例は、上記図７（ｃ）の例に対して、さらに部品投影領域２２の中央部の一部にも貴金属層２３を形成したものであり、当該中央部にもはんだ３０が濡れやすくなるようにしている。この場合、部品投影領域２２の外周端部側の貴金属層２３の幅を、中央部側の貴金属層２３の幅よりも広くすれば、当該外周端部側におけるはんだ３０の厚さを大きくすることが容易となり、好ましい。

また、図７（ｅ）に示される例では、上記図７（ｃ）の例に対して、部品投影領域２２の外側では、貴金属層２３が部品投影領域２２を取り囲むように連続した環状をなすものとしている。

また、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示されるように、貴金属層２３は、複数個のドットの集合体として配置されたものであってもよい。この場合、たとえば貴金属層２３を構成する貴金属を含むペーストを用い、この貴金属ペーストをインクジェット法により、リードフレーム２０のはんだ付け面２１に吹き付け、乾燥・硬化させればよい。

図８に示される貴金属層２３は、いずれも、部品投影領域２２の辺のうち４個の角部２２ａを除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも角部２２ａ寄りの部位に隣接して部品投影領域２２の内周側の所定領域に配置されたものとなっている。

そして、これら図７、図８に示される貴金属層２３を採用した場合も、上記第１実施形態と同様に、部品投影領域２２の角部２２ａにて、十分なはんだ３０の量を確保し、且つはんだ３０と貴金属との合金の形成を防止できるため、フィレットを適切に形成して、十分な接合強度を確保することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態において、リードフレーム２０のはんだ付け面２１に代えて、電子部品のはんだ付け面としての半導体チップ１０の裏面電極１１に、貴金属層２３を設けてもよい。その貴金属層２３の構成としては、上記図１や図７、図８における部品投影領域２２内に配置された貴金属層２３の平面形状と同様のものにできる。

つまり、この半導体チップ１０の裏面電極１１に貴金属層２３を設けた場合、裏面電極１１の一部に、裏面電極１１よりもはんだ３０に対する濡れ性に優れた貴金属よりなる貴金属層２３が設けられており、貴金属層２３は、裏面電極１１の外周端部に位置する辺のうち４個の角部を除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも角部寄りの部位に隣接して裏面電極１１の所定領域に配置されている電子装置とされる。

また、この場合も、貴金属層２３を、裏面電極１１の辺のうち一方の角部寄りの部位から当該辺の中央部を通って他方の角部寄りの部位まで連続して配置すれば、貴金属層２３が裏面電極１１の辺の中央部で分断されている場合（上記図７（ｃ）等参照）に比べて、はんだ３０が裏面電極１１の辺に拡がりやすくなり、結果として、裏面電極１１の角部に集まるはんだ３０の量を多くすることができる。

また、上記各実施形態では、電子部品は四角形板状をなす半導体チップ１０であり、電子部品のはんだ付け面は、その半導体チップ１０の裏面全体に設けられた四角形の裏面電極１１であった。しかし、たとえば半導体チップ１０が円形や六角形であった場合であっても、その裏面に四角形をなす裏面電極１１を設ければ、この裏面電極１１が電子部品のはんだ付け面を構成する。

また、はんだ付け面としては、Ｎｉ、ＣｕまたはＮｉ−Ｐを主成分とするめっき以外にも、はんだ濡れが期待できる表面層であればよい。

１０ 電子部品としての半導体チップ
１１ 電子部品のはんだ付け面としての半導体チップの裏面電極
２０ 基材としてのリードフレーム
２１ 基材のはんだ付け面としてのリードフレームのはんだ付け面
２２ 部品投影領域
２２ａ 部品投影領域の角部
２３ 貴金属層
３０ はんだ

Claims (10)

1. 四角形をなすはんだ付け面（１１）を有する電子部品（１０）と、
   前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）と同等以上の大きさのはんだ付け面（２１）を有する基材（２０）、とを備え、
   前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）と前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）とは対向して配置されるとともに、これら両はんだ付け面（１１、２１）の間に介在するはんだ（３０）により接合されてなる電子装置において、
   前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）のうち前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）が投影された四角形の領域である部品投影領域（２２）の一部に、前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）よりも前記はんだ（３０）に対する濡れ性に優れた貴金属よりなる貴金属層（２３）が設けられており、
   前記貴金属層（２３）は、前記部品投影領域（２２）の外周端部に位置する辺のうち４個の角部（２２ａ）を除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも前記角部（２２ａ）寄りの部位に隣接して前記部品投影領域（２２）の内周側の所定領域に配置されていることを特徴とする電子装置。
2. 前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）は、前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）よりも大きく、前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）の外周端部よりはみ出しているものであり、
   前記貴金属層（２３）は、前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）において前記部品投影領域（２２）の内周側の所定領域から前記部品投影領域（２２）の外周端部を超えて前記部品投影領域（２２）の外側まではみ出して連続して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）において、前記部品投影領域（２２）の外側には、前記貴金属層（２３）が、前記部品投影領域（２２）を取り囲むように連続した環状をなして設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. さらに、前記貴金属層（２３）は、前記辺のうち一方の前記角部（２２ａ）寄りの部位から当該辺の中央部を通って他方の前記角部（２２ａ）寄りの部位まで連続して前記辺に隣接しつつ、前記部品投影領域（２２）の内周側の所定領域に配置されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子装置。
5. 四角形をなすはんだ付け面（１１）を有する電子部品（１０）と、
   前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）と同等以上の大きさのはんだ付け面（２１）を有する基材（２０）、とを備え、
   前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）と前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）とは対向して配置されるとともに、これら両はんだ付け面（１１、２１）の間に介在するはんだ（３０）により接合されてなる電子装置において、
   前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）の一部に、前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）よりも前記はんだ（３０）に対する濡れ性に優れた貴金属よりなる貴金属層（２３）が設けられており、
   前記貴金属層（２３）は、前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）の外周端部に位置する辺のうち４個の角部を除く部位であって且つ当該辺の中央部よりも前記角部寄りの部位に隣接して前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）の内周側の所定領域に配置されていることを特徴とする電子装置。
6. さらに、前記貴金属層（２３）は、前記辺のうち一方の前記角部寄りの部位から当該辺の中央部を通って他方の前記角部寄りの部位まで連続して前記辺に隣接しつつ、前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）の内周側の所定領域に配置されたものであることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
7. 前記はんだ（３０）はＳｎ系Ｐｂフリーはんだであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電子装置。
8. 前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）はＮｉ、ＣｕまたはＮｉ−Ｐを主成分とするめっきよりなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の電子装置。
9. 前記貴金属層（２３）はＡｇまたはＡｕよりなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の電子装置。
10. 請求項１、２、３、４、７、８、９のいずれか１つに記載の電子装置の製造方法であって、
    前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）に前記はんだ（３０）を供給し、当該はんだ（３０）を介して、前記電子部品（１０）の前記はんだ付け面（１１）と前記基材（２０）の前記はんだ付け面（２１）とを貼り合わせた後、前記はんだ（３０）を固化させるものであり、
    前記はんだ（３０）を供給するとき、前記部品投影領域（２２）の外周端部寄りの領域に、前記部品投影領域（２２）の内周側の領域よりも多くの前記はんだ（３０）を供給することを特徴とする電子装置の製造方法。

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