JP4957649B2 - はんだ接合体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１のはんだを介して第１の部材と第２の部材とをはんだ接合して複合体を形成し、さらに第２のはんだを介して複合体と第３の部材とをはんだ接合してなるはんだ接合体、および、その製造方法に関する。

従来より、この種のはんだ接合体は、次のようにして製造する。まず、第１のはんだ付け工程として、第１の部材と第２の部材とを、第１のはんだを介して重ね合わせ、第１のはんだを加熱して溶融させることにより、第１の部材と第２の部材とがはんだ接合された複合体を形成する。

次に、第２のはんだ付け工程として、上記複合体と第３の部材とを、第２のはんだを介して重ね合わせ、第２のはんだを加熱して溶融させることにより、複合体と第３の部材とをはんだ接合する。こうして、３つの部材がはんだを介して接合されたはんだ接合体ができあがる。

このようなはんだ接合体としては、たとえば、第１の部材としてのＳｉ素子、第２の部材としてのヒートシンク、第３の部材としての基板を積層するとともに、各部材間をはんだ付けしたものが知られている。

この場合、従来では、一般に、Ｓｉ素子とヒートシンクを接続する第１のはんだとして、高融点はんだを用いており、ヒートシンクと基板との間を接続する第２のはんだとしては、上記高融点はんだよりも著しく低い融点を保有するはんだを用いていた。

そのため、第１のはんだ付け工程で形成されたヒートシンク付きのＳｉ素子を、第２のはんだ付け工程にて、第２のはんだを介して基板にはんだ付けする際、Ｓｉ素子の下に位置する第１のはんだについては再加熱されても溶融することなく、Ｓｉ素子の位置もずれることは無かった。

しかし、従来では、使用されるはんだ材料がＰｂ入りのものであったのに対し、近年では、Ｐｂフリー化のため、第１および第２のはんだとして、Ｓｎ系はんだ材料を用いることになる。その場合、高融点で信頼性の高いはんだ材料が乏しい。

そのため、Ｓｉ素子の下の第１のはんだと基板実装時の第２のはんだとで互いの融点が近いものとなり、第２のはんだ付け工程である基板実装時には、既に接合が完了している第１のはんだが、第２のはんだの溶融とともに再溶融することが多くなる。

その場合、再溶融した第１のはんだの上では、第１の部材であるＳｉ素子が、当該第１のはんだの面積の範囲内で動いてしまう。そのため、せっかく第１のはんだ付け工程によって、Ｓｉ素子が第２の部材であるヒートシンク上の所望の位置にはんだ接合されていても、第２のはんだ付け工程にて当該Ｓｉ素子の位置がずれてしまう。

このようなはんだ付けの際の部材の位置ずれに対しては、従来より、ガイドを被接合部材に設置する方法（特許文献１参照）、隣接する被接合部材の間にバネ材を使用して両部材の間隔を保つ方法（特許文献２参照）、スペーサを用いて被接合部材の位置ずれを防止する方法（特許文献３参照）といった、はんだとは別体の位置ずれ防止部材を用いる方法が提案されている。
特開２００２−８４０８２号公報 特開２００６−９３５７４号公報 特開平５−１２１４６３号公報

本発明者は、従来技術に基づいて、はんだ接合体について鋭意検討を行った。図８は、本発明者が試作したはんだ接合体を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。

第１の部材であるＳｉ素子１０と第２の部材であるヒートシンク２０とが、第１のはんだ５１を介して重ね合わせられてはんだ接合され、これらはんだ接合された両部材１０、２０により複合体４０が構成されている。そして、この複合体４０と第３の部材である基板３０とが、第２のはんだ５２を介して重ね合わせられてはんだ接合されている。

このようなはんだ接合体は、次のようにして製造した。まず第１のはんだ付け工程において、ヒートシンク２０上に第１のはんだ５１を配置する予備はんだ工程を行った後、その上にＳｉ素子１０を搭載する。予備はんだ工程では、第１のはんだ５１の表面の酸化によって第１のはんだ５１の表面の濡れ性が悪化するのを防止するため、水素等の還元雰囲気にて熱処理を施すようにする。

次に、Ｓｉ素子１０を搭載する工程では、Ｓｉ素子１０の下の第１のはんだ５１の濡れ性を良くするため、同様に水素等の還元雰囲気下にて、第１のはんだ５１の表面の酸化膜を除去しながらＳｉ素子１０を搭載する。

この後、第２のはんだ付け工程を行う。すなわち、できあがった複合体４０を、第２のはんだ５２を介して基板３０上に搭載し、同様に還元雰囲気下にてはんだ接合を行う。こうして、図８に示されるはんだ接合体を作成した。

この場合、第２のはんだ付け工程である基板３０への実装時に、既に接合が完了している第１のはんだ５１が、第２のはんだ５２の溶融とともに再溶融する。すると、図８（ｂ）に示されるように、図中の破線に示される所望の位置から、Ｓｉ素子１０がずれてしまう。

このような場合、まず、第１のはんだ５１の領域をＳｉ素子１０の被接合面と同一面積とすることで、Ｓｉ素子１０の位置ずれを防止する方法が考えられる。しかし、この方法では、第１のはんだ５１の領域の公差および治具の公差を考慮すると、Ｓｉ素子１０の被接合面の面積よりも第１のはんだ５１の面積が大きくなったり、小さくなったりすることは明白である。

ここで、Ｓｉ素子１０よりも第１のはんだ５１の面積が小さくなった場合には、Ｓｉ素子１０の下に第１のはんだ５１が存在しない部分が生じることになる。そうすると、後工程でＳｉ素子１０にワイヤボンディングを行うような場合には、中空ボンディングとなり、ワイヤの接続信頼性が低下する可能性がある。

そこで、工程上の公差を考慮すると、やはり、Ｓｉ素子１０よりも大きめの領域に第１のはんだ５１を形成する必要がある。つまり、図８に示されるように、第１のはんだ付け工程では、第１のはんだ５１の面積を第１の部材であるＳｉ素子１０の被接合面の面積よりも大きくし、それにより、第１のはんだ５１の周辺部がＳｉ素子１０の外周からはみ出すように、Ｓｉ素子１０とヒートシンク２０との重ね合わせを行うことになる。

しかし、この場合、上述したように、基板３０への実装時にＳｉ素子１０の下の第１のはんだ５１が再溶融して、Ｓｉ素子１０に位置ずれが発生することにつながる。このＳｉ素子１０の位置ずれが発生すると、たとえば、基板３０に実装した後に基板３０側の電極とＳｉ素子１０の電極とを結ぶワイヤボンディング工程において、Ｓｉ素子１０の電極の位置の認識が困難となり、結果としてワイヤボンドができなくなるなどの不具合が発生する。

また、上記従来公報に記載の手法では、はんだとは別体の位置ずれ防止部材を用いているが、その場合、たとえば、被接合部材の形状や構成あるいは配置に制約が多くなるなどの問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、第１のはんだを介して第１の部材と第２の部材とをはんだ接合して複合体を形成する第１のはんだ付け工程の後、第２のはんだを介して複合体と第３の部材とをはんだ接合する第２のはんだ付け工程を行って形成されるはんだ接合体において、はんだとは別体の位置ずれ防止部材を用いることなく、第２のはんだ付け工程時に第１の部材の位置ずれを防止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に記載の発明では、第１のはんだ付け工程では、第１のはんだ（５１）の面積を第１の部材（１０）の被接合面の面積よりも大きくすることにより、第１のはんだ（５１）の周辺部が第１の部材（１０）の外周からはみ出すように、第１の部材（１０）と第２の部材（２０）との重ね合わせを行い、続いて第１のはんだ（５１）の加熱を行って複合体（４０）を形成するとともに、第１の部材（１０）の外周からはみ出している第１のはんだ（５１）の周辺部に、当該周辺部の表面を被覆し且つ第２のはんだ付け工程における第２のはんだ（５２）の加熱温度よりも高い融点を有する被膜（６０）を形成し、その後、被膜（６０）によって第１の部材（１０）の外周側への動きを拘束した状態で、第２のはんだ付け工程を行うものであり、
第１のはんだ（５１）と第２のはんだ（５２）とは同一材料であり、被膜（６０）の形成にあたっては、第１のはんだ（５１）の周辺部の表面を熱処理して酸化させることにより、酸化膜を形成し、当該酸化膜を被膜（６０）とすることを特徴とする。

それによれば、第２のはんだ付け工程のときに、第２のはんだ（５２）とともに第１のはんだ（５１）が再溶融しても、第１の部材（１０）の外周が被膜（６０）によって拘束されているので、はんだとは別体の位置ずれ防止部材を用いることなく、第２のはんだ付け工程時に第１の部材（１０）の位置ずれを防止することができる。

また、このように第１のはんだ（５１）、第２のはんだ（５２）の種類によらず、上記位置ずれが防止できるので、本発明のように、第１のはんだ（５１）と第２のはんだ（５２）とを同一材料としてもよく、この場合、異種材料とする場合に比べてコスト低減が期待できる。

請求項２に記載の発明では、第１の部材（１０）と第２の部材（２０）とが、第１のはんだ（５１）を介して重ね合わせられてはんだ接合された複合体（４０）を備え、この複合体（４０）と第３の部材（３０）とが、第２のはんだ（５２）を介して重ね合わせられてはんだ接合されてなるはんだ接合体において、第１のはんだ（５１）の面積は第１の部材（１０）の被接合面の面積よりも大きく、第１のはんだ（５１）の周辺部が第１の部材（１０）の外周からはみ出しており、第１の部材（１０）の外周からはみ出している第１のはんだ（５１）の周辺部には、当該周辺部の表面を被覆し且つ第２のはんだ（５２）ののはんだ接合時加熱温度よりも高い融点を有する被膜（６０）が形成されており、被膜（６０）によって第１の部材（１０）の外周側への動きが拘束されており、
第１のはんだ（５１）と第２のはんだ（５２）とは同一材料であり、被膜（６０）は、第１のはんだ（５１）の周辺部の表面を熱処理して酸化させることにより形成された厚さ３ｎｍ以上の酸化膜であることを特徴としている。

本発明のはんだ接合体は、請求項１に記載の製造方法により適切に製造されるものであり、これによっても、はんだとは別体の位置ずれ防止部材を用いることなく、第２のはんだ付け工程時に第１の部材（１０）の位置ずれを防止することができる。

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。

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は、本発明の第１実施形態に係るはんだ接合体を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。

第１の部材であるＳｉ素子１０と第２の部材であるヒートシンク２０とが、第１のはんだ５１を介して重ね合わせられてはんだ接合され、これらはんだ接合された両部材１０、２０により複合体４０が構成されている。そして、この複合体４０と第３の部材である基板３０とが、第２のはんだ５２を介して重ね合わせられてはんだ接合されている。

Ｓｉ素子１０としては、シリコン半導体よりなるＩＣチップや、トランジスタ素子や、受動素子などが挙げられる。ヒートシンク２０としては、ＣｕやＦｅなどよりなりＳｉ素子１０の熱を放熱する一般的なものが挙げられる。基板３０としては、セラミック回路基板、プリント基板あるいはリードフレームなどが挙げられる。ここでは、各部材１０、２０、３０は一般的な板形状をなしている。

また、第１のはんだ５１および第２のはんだ５２としては、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだ、あるいはＰｂを含むはんだなど、この種の一般的なはんだ材料を採用できる。たとえば、Ｐｂフリーはんだとしては、ＳｎＣｕ系はんだ、ＳｎＡｇ系はんだなどが挙げられる。また、第１のはんだ５１と第２のはんだ５２とは同一材料でもよいし、異種材料でもよい。

また、本実施形態においては、第１のはんだ５１の面積は、第１の部材であるＳｉ素子１０の被接合面（図１（ａ）中の下面）の面積よりも大きいものとなっている。具体的には、図１に示されるように、第１のはんだ５１は、Ｓｉ素子１０における矩形の被接合面よりも一回り大きな矩形をなしている。

それにより、重ね合わされたＳｉ素子１０とヒートシンク２０とにおいて、第１のはんだ５１の周辺部がＳｉ素子１０の外側にはみ出している。そして、このＳｉ素子１０の外周からはみ出している第１のはんだ５１の周辺部には、当該周辺部の表面を被覆する被膜６０が形成されている。

つまり、この被膜６０の平面形状は、図１（ｂ）に示されるように矩形の額縁形状であり、その外周が第１のはんだ５１の外周に実質的に一致し、その内周がＳｉ素子１０の外周に実質的に一致するものである。

そして、この被膜６０は、第２のはんだ５２の加熱温度よりも高い融点を有する。つまり、被膜６０は、後述する第２のはんだ５２を加熱して溶融させる工程において当該加熱によって溶融せずに固体状態を維持するものである。

ここでは、被膜６０は、第１のはんだ５１の表面を熱処理によって酸化させたＳｎの酸化膜よりなる。そして、この被膜６０によって、Ｓｉ素子１０は被膜６０によって外周側への移動すなわち平面方向への移動が拘束されている。

次に、本実施形態のはんだ接合体の製造方法について、図２を参照して述べる。図２は、本製造方法を示す工程図であり、工程順にワークの概略断面を示している。

ここでは、第１のはんだ５１として、融点が２３０℃程度であるＳｎＣｕ系はんだ材料を使用し、第２のはんだ５２として、融点が２２０℃程度であるＳｎＡｇ系はんだ材料を使用した。また、各はんだ５１、５２の加熱は、雰囲気制御が可能な一般的なオーブン等を用いて行う。

まず、第１のはんだ付け工程では、Ｓｉ素子１０とヒートシンク２０とを、互いの被接合面を対向させつつ第１のはんだ５１を介して重ね合わせ、第１のはんだ５１を加熱して溶融させることにより、これら両部材１０、２０がはんだ接合された複合体４０を形成する。

この第１のはんだ付け工程では、まず、図２（ａ）に示されるように、ヒートシンク２０上に第１のはんだ５１を配置する予備はんだ工程を行う。この第１のはんだ５１の配置は、はんだ箔の状態で行ってもよいし、はんだペーストの印刷や滴下等により行ってもよい。

ここでは、予備はんだとしての第１のはんだ５１の形態は、はんだ領域とほぼ同等の面積を有する矩形状の薄板、つまり、はんだ箔を用いた。そして、予備はんだとしての第１のはんだ５１の面積は、上述したように、Ｓｉ素子１０の被接合面の面積よりも大きいものとする。

また、この予備はんだ工程においては、後でＳｉ素子１０を第１のはんだ５１の上に搭載することから、そのときの濡れ性を確保する必要がある。そのため、第１のはんだ５１の表面の酸化を防止することを目的として、一般的な水素還元雰囲気にて熱処理を実施した。具体的には、第１のはんだ５１の融点以上の温度（たとえば２７０℃程度）で熱処理を行った。

次に、図２（ｂ）に示されるように、第１のはんだ５１の上にＳｉ素子１０を搭載し、第１のはんだ５１を介してヒートシンク２０上にＳｉ素子１０を重ね合わせる。このＳｉ素子１０の搭載工程は、第１のはんだ５１の濡れ性を良くするため、脱酸素雰囲気で行う。具体的には、上記予備はんだ工程と同様に水素還元雰囲気下にて、Ｓｉ素子１０を搭載する。

ここで、Ｓｉ素子１０の搭載においては、第１のはんだ５１の周辺部がＳｉ素子１０の外周からはみ出すように、Ｓｉ素子１０とヒートシンク２０との重ね合わせを行う。この重ね合わせ後の平面構成は、上記図１（ｂ）と実質同一である。

そして、水素還元雰囲気の中、上記重ね合わせ状態にて、第１のはんだ５１をその融点以上（たとえば２７０℃程度）に加熱して溶融させる。その後、第１のはんだ５１を冷却して固化させることで、Ｓｉ素子１０とヒートシンク２０とをはんだ接合し、複合体４０を形成する。ここまでのワークすなわち複合体４０が図２（ｂ）に示される。

つまり、第１のはんだ付け工程では、第１のはんだ５１として、その面積が第１の部材であるＳｉ素子１０の被接合面の面積よりも大きなものを、第２の部材であるヒートシンク２０の被接合面に予め設け、次に第１のはんだ５１の周辺部がＳｉ素子１０の外周からはみ出すように、Ｓｉ素子１０をヒートシンク２０に重ね合わせる。そして、これら両部材１０、２０の重ね合わせの状態を維持しつつ第１のはんだ５１を加熱・溶融させて、はんだ接合を行う。

ここで、第１のはんだ付け工程では、上記はんだ接合による複合体４０の形成後、さらに、図２（ｃ）に示されるような被膜６０の形成を行う。本実施形態では、Ｓｉ素子１０の外周からはみ出している第１のはんだ５１の周辺部に、上記被膜６０、すなわち、当該周辺部の表面を被覆し且つ第２のはんだ付け工程における第２のはんだ５２の加熱温度（たとえば２３５℃）よりも高い融点を有する被膜６０を形成する。

この被膜形成では、第１のはんだ５１の周辺部の表面を熱処理して酸化させることにより、酸化膜を形成し、当該酸化膜を被膜６０とする。具体的には、複合体４０を、酸素を含む雰囲気、たとえば大気中にて２００℃で１０分間放置する。それによって、第１のはんだ５１の表面のうちＳｉ素子１０で覆われた部分以外の露出部分の表面が酸化し、被膜６０としてのＳｎ酸化膜が形成される。

この被膜６０は１０００℃を超える融点を持つ。そのため、次の第２のはんだ付け工程における加熱温度では、被膜６０は全く溶融せず、Ｓｉ素子１０の周辺が、あたかも第１のはんだ５１の殻としての被膜６０に覆われたような状態となり、Ｓｉ素子１０の動きを拘束することができる。

なお、上記第１のはんだ付け工程において、第１のはんだ５１をヒートシンク２０の被接合面に予め設けた後、Ｓｉ素子１０を重ねるまでの間に、第１のはんだ５１の表面には２〜３ｎｍ未満の厚さを持つＳｎ酸化膜が自然に発生する。Ｓｎは高活性であるため、脱酸素雰囲気に制御しても、このような酸化膜の形成を回避することは困難である。２〜３ｎｍ未満の厚さならば、Ｓｉ素子１０の濡れ性が確保され、Ｓｉ素子１０の下におけるボイドの発生を抑え、放熱効率の低下を抑制することができる。

本実施形態では、被膜６０は、第１のはんだ５１をヒートシンク２０の被接合面に予め設けた後、Ｓｉ素子１０を重ねるまでの間に第１のはんだ５１の表面に発生する上記酸化膜よりも厚い膜厚とする。

上述したように、具体的には、被膜６０は、大気などの酸素が存在する雰囲気中で第１のはんだ５１を加熱することにより行う。この場合、第１のはんだ５１がＳｎを含有するはんだの場合、Ｓｎ酸化膜としての被膜６０が形成されるが、その膜厚は３ｎｍ以上がよく、５ｎｍ以上がより好ましい。

この被膜６０の膜厚は、被膜形成における加熱温度によって制御可能である。その膜厚制御の一具体例を図３に示す。図３は、被膜６０の膜厚と加熱温度との関係について本発明者が調査した結果を示すグラフである。ここでは、第１のはんだとしてＳｎＣｕ系はんだを用い、これを上記被膜形成と同様に大気中で加熱した。そのときの加熱温度（単位：℃）を横軸にとり、測定した被膜６０としてのＳｎ酸化膜の膜厚（単位：ｎｍ）を縦軸にとった。

図３に示されるように、被膜形成における加熱温度を高くするにつれて被膜６０の膜厚が増加していく。図３に示される例では、１５０℃で約３ｎｍの膜厚、２００℃で約５ｎｍの膜厚となっている。そこで、この図３に示されるような加熱温度と膜厚との関係を求めておけば、被膜形成において当該加熱温度を適宜決定することにより、被膜６０の膜厚制御が可能となる。

こうして第１のはんだ付け工程によって被膜６０を備える複合体４０ができあがる。その後、本実施形態の製造方法では、第２のはんだ付け工程を行う。

この場合、上記第１のはんだ５１をヒートシンク２０上に配置したのと同様の要領で、第２のはんだ５２を第３の部材である基板３０の上に配置する。そして、図２（ｄ）に示されるように、複合体４０を第２のはんだ５２の上に搭載し、複合体４０と基板３０とを、第２のはんだ５２を介して重ね合わせる。

そして、第２のはんだ５２を加熱して溶融させることにより、複合体４０と基板３０とをはんだ接合する。この第２のはんだ５２の加熱・溶融も、上記第１のはんだ付け工程と同様に還元雰囲気下にて行う。このときの加熱温度、すなわち上記した第２のはんだ５２の加熱温度は２３５℃程度である。こうして、図２（ｄ）に示される本実施形態のはんだ接合体ができあがる。

本実施形態の場合、第２のはんだ付け工程では、既に接合が完了している第１のはんだ５１が、第２のはんだ５２の溶融とともに再溶融する。しかし、第２のはんだ付け工程では、被膜６０によって、Ｓｉ素子１０がその外周側への動きを拘束された状態となっているので、第１のはんだ５１が再溶融しても、上記１（ｂ）に示されるように、Ｓｉ素子１０は所望の位置から動くことはない。

つまり、第２のはんだ付け工程では、Ｓｉ素子１０の下部の第１のはんだ５１が溶融しても、第１の部材５１の外周では、第１のはんだ５１の表面に固体である被膜６０が存在し、Ｓｉ素子１０は平面的にずれない。その結果、本実施形態によれば、第１のはんだ５１とは別体の位置ずれ防止部材を用いることなく、第２のはんだ付け工程時にＳｉ素子１０の位置ずれが発生しない。

また、上述したように、被膜形成では、第１のはんだ５１がＳｎを含有するはんだの場合、被膜６０は、第１のはんだ５１をヒートシンク２０の被接合面に予め設けてからＳｉ素子１０を重ねるまでの間に第１のはんだ５１の表面に自然発生するＳｎ酸化膜よりも厚い膜厚とすることが好ましい。具体的に当該膜厚は３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上としている。

この具体的な膜厚の根拠は、本発明者の実験検討の結果に基づくものである。本発明者は、上記製造方法において、Ｓｎ酸化膜よりなる被膜６０の膜厚と、Ｓｉ素子１０の位置ずれの発生度合との関係について実験調査した。その結果を図４に示す。

図４は、被膜６０の膜厚としてのＳｎ酸化膜厚（単位：ｎｍ）を横軸にとり、Ｓｉ素子１０の位置ずれの発生度合としてのＳｉ素子ズレ発生率（単位：％）を縦軸にとり、これら両パラメータの関係を示すグラフである。Ｓｉ素子ズレ発生率は、各膜厚についてｎ：５０個のサンプルを試作し、当該５０個中、第２のはんだ付け工程においてＳｉ素子１０が所望の位置からずれたもの（上記図８（ｂ）参照）の割合を示す。

従来において自然発生する酸化膜厚は３ｎｍ未満であるが、図４に示されるように、被膜６０の膜厚を３ｎｍ未満とした場合には、Ｓｉ素子１０の位置ずれはかなりの頻度で発生し、歩留まり低下など、実用上の問題を生じる。

しかし、図４に示されるように、Ｓｎ酸化膜としての被膜６０の膜厚が３ｎｍ以上であれば、実用上問題ない程度までＳｉ素子１０の位置ずれの発生を抑制することができる。さらに、当該膜厚が５ｎｍ以上であれば、当該位置ずれの発生を完全に防止できる。これが上記した被膜６０の好ましい膜厚の根拠である。

また、本実施形態によれば、第１のはんだ５１の面積をＳｉ素子１０の被接合面の面積よりも大きくすることにより、Ｓｉ素子１０の被接合面の全面に位置させ、第１のはんだ５１の周辺部がＳｉ素子１０の外周からはみ出すようにすればよい。そして、この関係が確保されるならば、第１のはんだ５１の領域については特に限定されない。

このことは、上述のように、第２のはんだ付け工程時にＳｉ素子１０の位置ずれ防止がなされるという上記被膜６０の効果によるものである。また、Ｓｉ素子１０よりも大きめの領域に第１のはんだ５１を形成できるということは、上述したように工程上の公差を考慮すると好ましい。

さらに、本実施形態のはんだ接合体においては、図示しないが、基板３０とＳｉ素子１０とをワイヤボンディングによって接続してもよい。そして、この場合、第１のはんだ５１がＳｉ素子１０の被接合面の全面を保持するとともに、Ｓｉ素子１０の位置ずれも防止されるため、ワイヤボンディングが良好に行える。

また、上記被膜６０の効果を持つためには、第１のはんだ５１については、酸化により高融点化して上記被膜６０が形成できることが必要であるが、それ以外には、本実施形態では、はんだ５１、５２の種類を特に限定することはない。

本実施形態の上記例では、第１のはんだ５１と第２のはんだ５２とは別のはんだ材料であったが、同一材料であってもよい。そして、両はんだ５１、５２の融点の大小関係についても特に問わない。

第１のはんだ５１と第２のはんだ５２とを、同一材料とすれば、互いを異種材料とする場合に比べて、はんだ材料の共有化、リフロー温度の共通化などによる工程の簡略化が可能となり、コスト低減が期待できる。

なお、本実施形態の被膜形成は、第１のはんだ付け工程の一環として、複合体４０を大気中にて加熱することによりなされるが、この被膜形成は、第１のはんだ付け工程におけるオーブンからいったん取り出して大気中で別途加熱する方法を採用してもよいし、当該取り出しを行う前に同じオーブン内で行ってもよい。

当該取り出し前に行う場合には、当該オーブン内を被膜形成温度（たとえば１５０℃以上）に維持しつつ、当該オーブン内のガスを置換して還元雰囲気から大気雰囲気に変えるようにする。そうすれば、当該オーブン内にて被膜６０を形成可能な環境が実現され、被膜６０の形成後に、当該オーブンからワークを取り出せばよい。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るはんだ接合体の製造方法を示す工程図であり、工程順にワークの概略断面を示している。本実施形態の製造方法では、上記第１実施形態と比べて被膜形成方法が相違するものであり、ここでは、この相違点を中心に述べることとする。

上記第１実施形態における被膜形成は、第１のはんだ５１の周辺部の表面を熱処理して酸化させることにより、酸化膜を形成し、当該酸化膜を被膜６０として形成するものであった。それに対して、本実施形態では、第１のはんだ５１の周辺部の表面に、樹脂６０ａを塗布し、この樹脂６０ａを加熱硬化することにより、硬化された樹脂としての被膜６０を形成する。

具体的に本実施形態の第１のはんだ付け工程では、図５（ａ）に示されるように、上記同様に、Ｓｉ素子１０とヒートシンク２０とが第１のはんだ５１を介して接合された複合体４０を形成する。

その後、被膜形成においては、図５（ｂ）に示されるように、第１のはんだ５１の周辺部の表面に、樹脂６０ａとしてのＳｎゲルを滴下、印刷などの手法によって塗布する。このＳｎゲルは、加熱により硬化するゲル材料の内部にＳｎ粒子が含有されたものである。

その後、このＳｎゲルよりなる樹脂６０ａを焼成すれば、Ｓｎゲルが硬化し、図５（ｃ）に示されるように、ＳｎもしくはＳｎ酸化物を含む樹脂膜としての被膜６０が形成される。こうして、本実施形態においても、第１のはんだ付け工程によって被膜６０を備える複合体４０ができあがる。その後は上記同様、第２のはんだ付け工程を行う。

この樹脂よりなる被膜６０も、第２のはんだ５２の加熱温度よりも高い融点を有するものであり、上記第１実施形態と同様、第１のはんだ５１とは別体の位置ずれ防止部材を用いることなく、第２のはんだ付け工程時にＳｉ素子１０の位置ずれを防止できる。

また、本実施形態では、第１のはんだ５１自身が酸化して被膜６０を形成する必要がないので、上記第１実施形態に比べて、各はんだ５１、５２の種類において自由度が大きいものとなる。また、本実施形態においては、樹脂６０ａとしてはＳｎゲルに代えて、たとえばエポキシ樹脂などであってもよい。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係るはんだ接合体の製造方法を示す工程図であり、図７は、図６に続くはんだ接合体の製造方法を示す工程図である。ここでも、工程順にワークの概略断面を示している。

本実施形態も、上記第２実施形態と同様、被膜形成において樹脂よりなる被膜６０を形成する例であるが、その形成方法を一部変形したものである。樹脂よりなる被膜６０を構成する樹脂６０ａとしては、上記Ｓｎゲルに限らず、硬化された状態で第２のはんだ５２の加熱温度よりも高い融点を持つ樹脂材料であればよい。

本実施形態の樹脂６０ａとしても、上記Ｓｎゲルでもよいが、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を採用してもよい。本実施形態では、硬化前の樹脂６０ａの配置方法に工夫を施したものである。

Ｓｉ素子１０は、通常Ｓｉウェハの状態で形成され、最終的にダイシングカットされて個片化されたものとして形成される。そこで、本実施形態では、まず、図６（ａ）に示されるように、複数のＳｉ素子が形成されたＳｉウェハ１００を、台２００の上に支持し、第１のダイシングブレード２１０により、スクライブ領域にてウェハ１００の厚さ方向の途中までカットして溝１１０を形成する。

次に、図６（ｂ）に示されるように、印刷やポッティングなどによって、溝１１０に樹脂６０ａを充填する。この樹脂６０ａは未硬化または仮硬化の状態とする。その後、図６（ｃ）に示されるように、第１のダイシングブレード２１０よりも刃幅の小さい第２のダイシングブレード２２０を用いて、スクライブ領域にて樹脂６０ａとともにウェハ１００を分断する。

これにより個片化された各チップがＳｉ素子１０となる。そして、このＳｉ素子１０の側面には、未硬化もしくは仮硬化の樹脂６０ａが配設された状態となる。この状態のＳｉ素子１０を用いて、本実施形態では第１のはんだ付け工程を行う。

図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、第１のはんだ付け工程における加熱により、Ｓｉ素子１０の側面に予め設けておいた樹脂６０ａが、当該側面から第１のはんだ５１の周辺部の表面へ流れだす。そして、当該表面は樹脂６０ａにより被覆され、さらに、この樹脂６０ａは、第１のはんだ付け工程における加熱により、硬化して被膜６０となる。

上記各実施形態では、第１のはんだ付け工程において、はんだ接合による複合体４０の形成後に被膜６０の形成を行ったが、本実施形態の第１のはんだ付け工程においては、当該複合体形成と被膜形成とが、同じ加熱工程により成される。こうして、本実施形態においても、第１のはんだ付け工程によって被膜６０を備える複合体４０ができあがる。

それによって、図７（ｃ）に示される第２のはんだ付け工程では、第１のはんだ５１が再溶融しても、被膜６０によってＳｉ素子１０の動きが拘束される。よって、本実施形態においても、第１のはんだ５１とは別体の位置ずれ防止部材を用いることなく、第２のはんだ付け工程時にＳｉ素子１０の位置ずれを防止できる。

（他の実施形態）
なお、上記第２実施形態および上記第３実施形態のような樹脂よりなる被膜６０は、上記第１実施形態のような酸化膜としての被膜６０に比べて長期的な信頼性が劣ることが予想される。しかし、長期信頼性が不要な場合には、これら樹脂よりなる被膜６０であってもよい。

また、上記酸化膜よりなる被膜６０としては、第２のはんだ付け工程における第２のはんだ５２の加熱温度よりも高い融点を有するものであればよく、上記Ｓｎ酸化膜に限定されるものではない。ただし、Ｐｂフリーはんだとしては、通常Ｓｎを含むはんだであり、その場合、酸化膜よりなる被膜はＳｎ酸化膜となる。そして、その効果は上記図４にて実証される。

また、被膜６０の平面形状は、上記図１（ｂ）に示される矩形の額縁形状のように、Ｓｉ素子１０の全周を取り囲むものであってもよいが、Ｓｉ素子１０の動きを拘束し位置ずれ防止可能なものならば、被膜６０の平面形状は、Ｓｉ素子１０の外周に断続的に設けられたパターンでもよい。

また、上記各実施形態においては、Ｓｉ素子１０とヒートシンク２０との間の電気的接続あるいは熱的接続は、第１のはんだ５１により確保されており、これら部材１０、２０間の導電性、放熱性に問題はない。それゆえ、被膜６０としては導電性や放熱性を持つものでもよいが、非導電性の膜であってもよいし、非放熱性の膜であってもかまわない。

また、上記各実施形態とは異なり、第１の部材をヒートシンク２０、第２の部材を基板３０、第３の部材をＳｉ素子１０としてもよい。この場合、第１のはんだ付け工程では、ヒートシンク２０と基板３０とをはんだ付けして複合体を形成し、その後、第２のはんだ付け工程にて、当該複合体とＳｉ素子１０とをはんだ付けすればよい。

そして、この後に、ヒートシンク２０と基板３０との間に介在するはんだのうちヒートシンク２０の外周にはみ出す周辺部の表面に、上記同様に被膜を形成し、その後、第２のはんだ付け工程を行えば、上記各実施形態と同様、当該被膜による位置ずれ防止の効果が発揮される。ただし、この場合は、第２のはんだ付け工程における基板３０上のヒートシンク２０の位置ずれの防止となる。

また、はんだ接合体としては、第１の部材と第２の部材とを、第１のはんだを介してはんだ接合して複合体を形成し、次に複合体と第３の部材とを、第２のはんだを介してはんだ接合するものであればよく、第１の部材、第２の部材、第３の部材としては、種々の変更が適宜可能である。たとえば、第１〜第３の部材がすべてＳｉ素子であってもよいし、３つの部材のうち２つがＳｉ素子で残りの１つがヒートシンクであってもよい。

また、上記各実施形態では、第１の部材としてのＳｉ素子１０、第２の部材としてのヒートシンク２０、第３の部材としての基板３０といった３つの部材についての適用例を示しているが、本発明は３以上の部材をはんだ接合する場合にも適用してよい。

たとえば、上記図１に示される３つの部材１０〜３０を積層し、はんだ接合してなる接合体を、さらに、リードフレームなどの第４の部材に、はんだを介して接合する場合でも、適用可能である。

この場合、さらに、ヒートシンク２０と基板３０とを接続する第２のはんだ５２に対しても、ヒートシンク２０の外周からはみ出す周辺部の表面に、上記同様の要領で被膜を形成する。そして、この第２のはんだ５２にも被膜が形成された接合体を、第４の部材にはんだ付けすればよい。

なお、この場合、第２のはんだ５２にも被膜が形成された接合体が、本発明でいうところの複合体として構成され、第４の部材が本発明でいうところの第３の部材として構成されることは、明らかである。そして、同じ要領で、さらに第５の部材、第６の部材というように、はんだ付けをくり返していくことが可能である。

本発明の第１実施形態に係るはんだ接合体を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。 第１実施形態のはんだ接合体の製造方法を示す工程図である。 被膜の膜厚と加熱温度との関係を示すグラフである。 被膜の膜厚とＳｉ素子ズレ発生率との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るはんだ接合体の製造方法を示す工程図である。 本発明の第３実施形態に係るはんだ接合体の製造方法を示す工程図である。 図６に続くはんだ接合体の製造方法を示す工程図である。 本発明者が試作したはんだ接合体を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。

符号の説明

１０ 第１の部材としてのＳｉ素子
２０ 第２の部材としてのヒートシンク
３０ 第３の部材としての基板
４０ 複合体
５１ 第１のはんだ
５２ 第２のはんだ
６０ 被膜
６０ａ 樹脂

Claims (2)

1. 第１の部材（１０）と第２の部材（２０）とを、第１のはんだ（５１）を介して重ね合わせ、前記第１のはんだ（５１）を加熱して溶融させることにより、前記第１の部材（１０）と前記第２の部材（２０）とがはんだ接合された複合体（４０）を形成する第１のはんだ付け工程と、
   前記複合体（４０）と第３の部材（３０）とを、第２のはんだ（５２）を介して重ね合わせ、前記第２のはんだ（５２）を加熱して溶融させることにより、前記複合体（４０）と前記第３の部材（３０）とをはんだ接合する第２のはんだ付け工程とを備えるはんだ接合体の製造方法において、
   前記第１のはんだ付け工程では、前記第１のはんだ（５１）の面積を前記第１の部材（１０）の被接合面の面積よりも大きくすることにより、前記第１のはんだ（５１）の周辺部が前記第１の部材（１０）の外周からはみ出すように、前記第１の部材（１０）と前記第２の部材（２０）との重ね合わせを行い、
   続いて前記第１のはんだ（５１）の加熱を行って前記複合体（４０）を形成するとともに、前記第１の部材（１０）の外周からはみ出している前記第１のはんだ（５１）の周辺部に、当該周辺部の表面を被覆し且つ前記第２のはんだ付け工程における前記第２のはんだ（５２）の加熱温度よりも高い融点を有する被膜（６０）を形成し、
   その後、前記被膜（６０）によって前記第１の部材（１０）の外周側への動きを拘束した状態で、前記第２のはんだ付け工程を行うものであり、
   前記第１のはんだ（５１）と前記第２のはんだ（５２）とは同一材料であり、
   前記被膜（６０）の形成にあたっては、前記第１のはんだ（５１）の周辺部の表面を熱処理して酸化させることにより、厚さ３ｎｍ以上の酸化膜を形成し、当該酸化膜を前記被膜（６０）とすることを特徴とするはんだ接合体の製造方法。
2. 第１の部材（１０）と第２の部材（２０）とが、第１のはんだ（５１）を介して重ね合わせられてはんだ接合された複合体（４０）を備え、
   この複合体（４０）と第３の部材（３０）とが、第２のはんだ（５２）を介して重ね合わせられてはんだ接合されてなるはんだ接合体において、
   前記第１のはんだ（５１）の面積は前記第１の部材（１０）の被接合面の面積よりも大きく、前記第１のはんだ（５１）の周辺部が前記第１の部材（１０）の外周からはみ出しており、
   前記第１の部材（１０）の外周からはみ出している前記第１のはんだ（５１）の周辺部には、当該周辺部の表面を被覆し且つ前記第２のはんだ（５２）のはんだ接合時の加熱温度よりも高い融点を有する被膜（６０）が形成されており、
   前記被膜（６０）によって前記第１の部材（１０）の外周側への動きが拘束されており、
   前記第１のはんだ（５１）と前記第２のはんだ（５２）とは同一材料であり、
   前記被膜（６０）は、前記第１のはんだ（５１）の周辺部の表面を熱処理して酸化させることにより形成された厚さ３ｎｍ以上の酸化膜であることを特徴とするはんだ接合体。

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