JP5854137B2 - 電子部品モジュール - Google Patents
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Description
この発明は、電子部品モジュールに関するもので、特に、配線基板と、その上に実装される電子部品および柱状の接続端子部材と、電子部品および接続端子部材を封止する樹脂層とを備える、電子部品モジュールにおける、接続端子部材の周辺部の構造に関するものである。
この発明にとって興味ある技術が、たとえば特開2008−16729号公報(特許文献1)に記載されている。特許文献1には、柱状の接続端子部材としての内部接続用電極が、有機基板の配線パターン上の所定の位置に配置した接続電極用金属パッド部に接合され、内部接続用電極が封止樹脂により封止されている、半導体装置が記載されている。また、特許文献1では、内部接続用電極は接続電極用金属パッド部にはんだ接続されてもよいと記載されている。
しかし、内部接続用電極がはんだにより接続されていると、半導体装置を実装用基板に実装する際のリフロー工程において、接合材料としてのはんだが再溶融して体積が膨張し、はんだが内部接続用電極と封止樹脂との隙間を伝って半導体装置外側に流れ出る、あるいは噴き出るという問題に遭遇し得る。
そこで、この発明の目的は、上記半導体装置のような電子部品モジュールにおいて、これを実装用基板に実装する際に実施されるリフロー工程での接合材料の流れ出しを抑制しようとすることである。
この発明は、簡単に言えば、リフロー工程での接合材料の流れ出しを、接続端子部材の露出側の端部において、食い止めようとすることを特徴としている。
より詳細には、この発明に係る電子部品モジュールは、互いに対向する第1および第2の主面を有する配線基板と、配線基板の少なくとも第1の主面上に実装された電子部品と、配線基板の少なくとも第1の主面上に形成された導電ランドと、互いに対向する第1および第2の端面を有し、第1の端面を導電ランドに向けた状態で配置され、かつ導電ランドに対して接合部を介して接合された、柱状の接続端子部材と、この接続端子部材の第2の端面を露出させた状態で、上記電子部品および接続端子部材を封止するように、配線基板の第1の主面上に形成された樹脂層と、を備え、上記接合部は、Sn単体またはSnを70重量%以上含む合金である低融点金属を含んでいる。
この発明では、前述した課題を解決するための手段として、以下の2つの局面がある。
第1の局面では、接続端子部材の第2の端面側の端部の少なくとも周囲には、低融点金属とCu−M系合金(MはNiおよび/またはMn)とにより生成された金属間化合物をもって構成された高融点合金体が配置され、この高融点合金体は、接続端子部材の第2の端面側において、接続端子部材と樹脂層との界面を塞ぐ状態となっていることを特徴としている。
この構成によれば、電子部品モジュールを実装用基板に実装するためのリフロー工程において、接合部を構成する接合材料が再溶融したとしても、すでに金属間化合物をもって構成された高融点合金体による、いわゆる「蓋」が形成されているため、接合材料が電子部品モジュールの外側に漏れ出すことを抑制できる。
好ましくは、上記高融点合金体の断面を波長分散型X線分析装置(WDX)により分析したとき、当該高融点合金体の断面には、少なくともCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系の金属間化合物が存在しており、かつ、当該高融点合金体の断面を縦および横に均等に10マスずつ合計100マスに細分化した際に、1マス中にSn系金属成分のみが存在するマスを除いた残りの全マス数に対する、構成元素の異なる金属間化合物が少なくとも2種類以上存在するマス数の割合(以下、「分散度」ということもある。)が70%以上である。
上記好ましい構成によれば、高融点合金部の断面には、少なくともCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系といった3種類以上の金属間化合物が存在しており、かつ、高融点合金部内における金属間化合物は、その分散度が70%以上というように良好に分散した状態となっているので、応力集中が生じにくくなる。よって、熱衝撃等により発生する線膨脹係数差に起因する歪みにより、高融点合金部に応力が負荷された場合でも、クラックが生じにくくなる。
高融点合金体は、Sn系金属成分を含まないか、含んでも、その含有率は30体積%以下とされることが好ましい。Sn系金属成分は、たとえば300℃以上の高温環境下に置かれた場合、再溶融して流れ出すことがあり得るため、高融点合金体による、いわゆる「蓋」作用の信頼性の低下につながる。よって、Sn系金属成分の含有率が30体積%以下とされることにより、耐熱性の低下を抑制することができる。
高融点合金体は、接続端子部材の第2の端面側の端部全体を覆うように配置されることが好ましい。高融点合金体による、いわゆる「蓋」作用の信頼性を向上させることができるとともに、接続端子部材のはんだ喰われの問題をより低減できるからである。
第2の局面では、接続端子部材の第2の端面側の端部の少なくとも周囲が、低融点金属との間で金属間化合物を生成し得るものであって、金属間化合物との格子定数差が50%以上である、Cu−M系合金(MはNiおよび/またはMn)をもって構成されることを特徴としている。
この構成によれば、電子部品モジュールを実装用基板に実装するためのリフロー工程において、接合部を構成する接合材料が再溶融して、樹脂層と接続端子部材との隙間から流れ出ようとするとき、Cu−M系合金に接触し、これと比較的短時間で反応して金属間化合物を生成することにより、樹脂層と接続端子部材との隙間を塞ぎ、接合材料が電子部品モジュールの外側に漏れ出すことを抑制できる。
接合部に含まれる低融点金属は、Sn単体またはSnを85重量%以上含む合金であることが好ましい。低融点金属とCu−M系合金との間で金属間化合物をより形成しやすくなるからである。
また、低融点金属は、Sn単体、または、Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、およびPからなる群より選ばれる少なくとも1種とSnとを含む合金であることが好ましい。低融点金属がこのような組成に選ばれることにより、Cu−M系合金との間で金属間化合物を形成しやすくすることができる。
Sn系の低融点金属との間で金属化合物を、より低温、かつ短時間で形成されやすくするため、Cu−M系合金は、Mを5〜30重量%の割合で含有することが好ましく、Mを10〜15重量%の割合で含有することがより好ましい。
また、より確実に金属間化合物を生成し得る点で、接続端子部材の第2の端面側の端部表面全体が、Cu−M系合金をもって構成されることが好ましい。
第1および第2の局面のいずれにおいても、接続端子部材は、低融点金属との間で金属間化合物を生成し得るものであって、金属間化合物との格子定数差が50%以上である、Cu−M系合金から構成されてもよい。あるいは、接続端子部材は、その表面に形成されためっき膜を有し、めっき膜が、低融点金属との間で金属間化合物を生成し得るものであって、金属間化合物との格子定数差が50%以上である、Cu−M系合金から構成されてもよい。
上記の構成によれば、接続端子部材の全表面において、Cu−M系合金と接合部を構成する接合材料との接触による金属間化合物の生成が可能となる。したがって、電子部品モジュールの外部への接合材料の漏れ出し防止についての信頼性をより高めることができる。
また、第1および第2の局面のいずれにおいても、電子部品が配線基板の第2の主面上にもさらに実装されてもよい。特に、第2の局面の場合には、第2の主面上への電子部品の実装のためのリフロー工程を実施したとき、接合部を構成する接合材料が再溶融して、樹脂層と接続端子部材との隙間から流れ出ようとするとき、Cu−M系合金に接触し、これと反応して金属間化合物を生成することにより、高融点合金体が接続端子部材の第2の端面側の端部の少なくとも周囲に配置された状態となっている、第1の局面による電子部品モジュールが得られる。
この発明によれば、後工程またはユーザーでのリフロー工程で、接合部を構成する接合材料が再溶融し、この再溶融による接合材料の体積膨張のため、接合材料が接続端子部材と樹脂層との隙間を伝って外部へ流れ出したり、噴き出したりしようとしても、これを効果的に抑制することができる。
すなわち、第1の局面によれば、接合部を構成する接合材料が再溶融して、接続端子部材と樹脂層との隙間を伝って流れ出そうとしても、金属間化合物をもって構成された高融点合金体が、いわゆる「蓋」となるように、接続端子部材と樹脂層との界面を塞ぐ状態で配置されているため、接合材料が電子部品モジュールの外側に漏れ出すことを抑制できる。
他方、第2の局面によれば、接合部を構成する接合材料が再溶融して、接続端子部材と樹脂層との隙間を伝って流れ出そうとしても、接合材料とCu−M系合金とが接触したとき、比較的短時間でCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系といった金属間化合物を生成するための反応が達成され、いわゆる「蓋」となるべき高融点合金体が接続端子部材の第2の端面側の端部の周囲に配置された状態となるので、接合材料の流れ出しあるいは噴き出しといった問題を生じにくくすることができる。
図1を参照して、この発明の第1の実施形態による電子部品モジュール1について説明する。第1の実施形態は前述の第1の局面に相当する。
電子部品モジュール1は、互いに対向する第1および第2の主面2および3を有する配線基板4を備えている。配線基板4は、たとえば、複数のセラミックグリーンシートが積層され、かつ焼成されることによって製造された多層セラミック基板によって与えられる。セラミックグリーンシートは、低温焼結セラミックの原料となるべきアルミナおよびガラスなどの混合粉末が有機バインダおよび溶剤などと一緒に混合されたスラリーがシート化されたものである。セラミックグリーンシートには、レーザー加工などによりビアホールが形成され、形成されたビアホールにAgやCuなどを含む導電性ペーストが充填されて層間接続用のビア導体が形成される。また、セラミックグリーンシートには、導電性ペーストを印刷することにより種々の電極パターンが形成される。
その後、複数のセラミックグリーンシートが積層、圧着されることによりセラミック積層体が形成されて、約1000℃前後の比較的低い温度で焼成されることにより配線基板4が得られる。このようにして得られた配線基板4の内部には、図1では図示しないが、ビア導体および内部電極パターンを含む配線導体が設けられている。
なお、配線基板4は、上述したような低温焼結セラミック材料からなるセラミック層を備える多層セラミック基板によって与えられる場合のほか、アルミナ系基板、ガラス基板、複合材料基板、または樹脂やポリマー材料などを用いたプリント基板であっても、あるいは、単層基板であってもよく、電子部品モジュール1の使用目的に応じて、適宜最適な材質または構造が選択される。
配線基板4の第1の主面2上には、チップ部品やICなどといった複数の電子部品5が実装される。また、同じく第1の主面2上には、複数の柱状の接続端子部材6が実装される。図1には、接続端子部材6を実装するための導電ランド7が図示されている。導電ランド7は、配線基板4の第1の主面2上に形成されている。柱状の接続端子部材6は、互いに対向する第1および第2の端面8および9を有し、第1の端面8を導電ランド7に向けた状態で配置され、かつ導電ランド7に対して接合部10を介して接合されている。なお、接続端子部材6に関連する構成の詳細については、図3および図4を参照して後述する。
電子部品モジュール1は、接続端子部材6の第2の端面9を露出させた状態で、上記電子部品5および接続端子部材6を封止するように、配線基板4の第1の主面2上に形成される樹脂層11を備える。図1においては、電子部品5はその天面も樹脂層11に覆われているが、電子部品5の天面は露出した状態で封止されていてもよい。
電子部品モジュール1は、さらに、配線基板4の第2の主面3上に実装されるチップ部品やICなどといった複数の電子部品12を備えている。
次に、図2(A)〜(D)を参照して、電子部品モジュール1の製造方法について説明する。なお、図2(A)〜(D)では、図1に示した電子部品モジュール1とは上下が逆に示されている。
まず、配線基板4が前述したような方法により作製され、次に、図2(A)に示すように、配線基板4の第1の主面2上に電子部品5および接続端子部材6が接合材料を用いて実装される。ここで、図2(A)に図示した接合部10を構成する接合材料は、Sn単体またはSnを70重量%以上含む合金である低融点金属を含むものであるが、その詳細については後述する。
次に、図2(B)に示すように、電子部品5および接続端子部材6を封止するように、配線基板4の第1の主面2上に樹脂層11が形成される。樹脂層11は、たとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性の樹脂に、酸化アルミニウムやシリカ(二酸化ケイ素)、二酸化チタンなどの無機フィラーが混合されて形成された複合樹脂により形成することができる。
たとえば、PETフィルム上に複合樹脂を成形して半硬化させた樹脂シートを用いて樹脂層11を形成する場合には、所望の厚みを有するスペーサまたは型が周囲に配置された状態の配線基板4に樹脂シートを被せ、樹脂の厚みがスペーサまたは型の厚みになるように樹脂シートを加熱プレスした後、配線基板4をオーブンにより加熱して樹脂を硬化させることにより、所望の厚みを有する樹脂層11を形成することができる。
なお、樹脂層11は、液状の樹脂を用いたポッティング技術やトランスファーモールド技術、コンプレッションモールド技術など、樹脂層を形成し得る他の一般的な成形技術を用いて形成することもできる。
次に、図2(C)に示すように、ローラブレード等により樹脂層11の表面が研削されたり研磨されたりすることにより、不要な樹脂が除去されて、樹脂層11の表面が平坦化されるとともに、接続端子部材6の第2の端面9が樹脂層11の表面に露出する。なお、図示されないが、この工程において、電子部品5の天面が露出するように研削、研磨されてもよい。また、電子部品5がICである場合には、ICの天面自体を研削、研磨してしてもよい。これにより、電子部品モジュール1をより低背化することができる。
接続端子部材6の第1の端面8側に形成される接合部10の厚みなどの影響で、接続端子部材6の、配線基板4の第1の主面2からの高さにばらつきが生じている場合には、樹脂層11と一緒に接続端子部材6の第2の端面9側を研削または研磨することにより、接続端子部材6の配線基板4からの高さを揃えることができる。
図2(B)に示した段階において、接続端子部材6の第2の端面9が適正に露出するように樹脂層11が形成される場合には、樹脂層11の表面を研磨または研削する工程は、必ずしも実施されなくてもよい。
次に、図2(D)に示すように、接続端子部材6の露出する第2の端面9上にめっき膜14が形成される。図2(D)に示した工程の詳細が図3に示されている。
接続端子部材6は、たとえばCuから構成される。接続端子部材6は、所望の断面寸法および長手方向寸法を有するもので、たとえば、円形または多角形の断面形状を有する金属線材を所定の長さで切断することによって得られるものである。
めっき膜14は、図3に示すように、Cu−M系合金(MはNiおよび/またはMn)からなるCu−M系めっき層15と、その上に形成されるNiめっき層16と、その上に形成されるAuめっき層17とから構成されている。上述のCu−M系めっき層15によって、接続端子部材6の第2の端面9側の端部の少なくとも周囲がCu−M系合金をもって構成された状態が得られる。
図3には、また、配線基板4の一部が拡大されて図示されている。
図3において、配線基板4に設けられる導電ランド7が図示されているが、この実施形態では、導電ランド7は、Cuを含む導電性ペーストを焼き付けることによって形成されたCu厚膜層20と、その上に形成されるNiめっき層21と、その上に形成されるAuめっき層22とから構成されている。また、図3には、配線基板4の内部に形成される内部電極パターン23および24も図示されている。一方の内部電極パターン23は、上述の導電ランド7と電気的に接続されている。
前述の図2(A)に示した工程で接合部10を形成するために用いられた接合材料は、低融点金属からなる粉末をフラックス中に分散させてなるものである。
上記低融点金属としては、Sn単体であるか、またはSnを70重量%以上含む合金が用いられる。
上述したフラックスは、接合対象物としての接続端子部材6および導電ランド7や接合材料中の金属粉末の表面の酸化被膜を除去する機能を果たす。ただし、接合材料は、必ずしもフラックスを含むことを要するものではなく、フラックスを必要としない接合法を適用することも可能である。たとえば、加圧しながら加熱する方法や、強還元性雰囲気で加熱する方法などによっても、接合対象物や金属粉末の表面の酸化被膜を除去して、信頼性の高い接合を可能にすることができる。なお、フラックスを含む場合には、接合材料全体に対して、7〜15重量%の割合で含むことが好ましい。
フラックスとしては、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤などを含む、公知のものを用いることができる。
ビヒクルの具体的な例としては、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂、合成樹脂、またはこれらの混合体などが挙げられる。ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなるロジン系樹脂の具体的な例としては、ガムロジン、トールロジン、ウッドロジン、重合ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂、その他各種ロジン誘導体などが挙げられる。ロジンおよびそれを変性した変性ロジンなどの誘導体からなる合成樹脂の具体的な例としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂などが挙げられる。
また、溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類などが知られており、具体的な例としては、ベンジルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチル、ドデカン、テトラデセン、α−ターピネオール、ターピネオール、2−メチル2,4−ペンタンジオール、2−エチルヘキサンジオール、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジイソブチルアジペート、へキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、2−ターピニルオキシエタノール、2−ジヒドロターピニルオキシエタノール、それらを混合したものなどが挙げられる。
また、チキソ剤の具体的な例としては、硬化ヒマシ油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミドなどが挙げられる。また、これらに必要に応じてカプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸のような脂肪酸、1,2−ヒドロキシステアリン酸のようなヒドロキシ脂肪酸、酸化防止剤、界面活性剤、アミン類などを添加したものも、チキソ剤として用いることができる。
また、活性剤としては、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、有機酸、有機アミン、多価アルコールなどが例示される。
活性剤としての上記アミンのハロゲン化水素酸塩の具体的なものとして、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、エチルアミン塩酸塩、エチルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン臭化水素酸塩、ジエチルアニリン塩酸塩、トリエタノールアミン臭化水素酸塩、モノエタノールアミン臭化水素酸塩などが例示される。
活性剤としての上記有機ハロゲン化合物の具体的な例として、塩化パラフィン、テトラブロモエタン、ジブロモプロパノール、2,3−ジブロモ−1,4−ブタンジオール、2,3−ジブロモ−2−ブテン−1,4−ジオール、トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
また、活性剤としての有機酸の具体的な例として、マロン酸、フマル酸、グリコール酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、フェニルコハク酸、マレイン酸、サルチル酸、アントラニル酸、グルタル酸、スベリン酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、アビエチン酸、安息香酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ドデカン酸などがあり、さらに有機アミンの具体的なものとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン、アニリン、ジエチルアニリンなどが挙げられる。
また、活性剤としての多価アルコールとしては、エリスリトール、ピロガロール、リビトールなどが例示される。
また、フラックス23として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂またはその変性樹脂、アクリル樹脂からなる熱硬化性樹脂群より選ばれる少なくとも1種、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース系樹脂からなる熱可塑性樹脂群から選ばれる少なくとも1種を含むものを用いてもよい。
なお、接合部10を構成するための接合材料は、上述のようなペーストの形態ではなく、たとえば板状の固体の形態であってもよい。
上述した図2(D)および図3に示した工程の後、図1に示すように、配線基板4の第2の主面3上に電子部品12を実装するための工程が実施される。この工程では、リフロー工程が適用される。リフロー工程の結果、図4に示すような状態が得られる。
上述したリフロー工程において付与される熱処理のため、接合部10を構成する接合材料が再溶融することがある。接合材料の再溶融は、接合材料の体積膨張をもたらし、そのため、図4に示すように、溶融した接合材料25は、接続端子部材6と樹脂層11との隙間26を伝って外部へ流れ出ようとする。このとき、溶融した接合材料25は、接続端子部材6の第2の端面9側において、前述したCu−M系めっき層15と接触し、この接触の開始後、数秒から数十秒で、接合材料25に含まれるSn系低融点金属とCu−M系合金との間で、高融点の金属間化合物が生成される。その結果、接続端子部材6の第2の端面9側の端部の少なくとも周囲には、上記金属間化合物をもって構成された高融点合金体27が形成され、この高融点合金体27は、接続端子部材6の第2の端面9側において、接続端子部材6と樹脂層11との界面を塞ぐ状態となる。
以上のようにして、電子部品モジュール1が完成される。
上述した高融点合金体27によれば、電子部品モジュール1を実装用基板(図示せず。)に実装するためのリフロー工程において、接合部10を構成する接合材料が再溶融したとしても、高融点合金体27による、いわゆる「蓋」がすでに形成されているため、接合材料が電子部品モジュール1の外側に漏れ出すことを抑制できる。
上述の高融点合金体27の断面を波長分散型X線分析装置(WDX)により分析したとき、この高融点合金体27の断面には、少なくともCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系の金属間化合物が存在しており、かつ、当該高融点合金体27の断面を縦および横に均等に10マスずつ合計100マスに細分化した際に、1マス中にSn系金属成分のみが存在するマスを除いた残りの全マス数、すなわち金属間化合物が存在する全マス数に対する、構成元素の異なる金属間化合物が少なくとも2種類存在するマス数の割合(分散度)が70%以上であることが好ましい。
上記の「Sn系金属成分のみが存在するマスを除いた残りのマス」とは、言い換えると、金属間化合物が存在するマスのことである。
また、上記の「構成元素の異なる金属間化合物」とは、たとえば、Cu−Mn−Sn金属間化合物とCu−Sn金属間化合物、といった関係の金属間化合物のことである。たとえば、Cu6Sn5とCu3Snとは、構成元素(すなわち、CuとSn)が互いに同一の金属間化合物であるので、1種類として数える。また、上記の「少なくとも2種類」とは、前述のCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系の3種類の金属間化合物だけでなく、それ以外の金属間化合物(たとえば、Ag−Sn系など)も含めて数えての少なくとも2種類のことである。
前述したように、高融点合金体27に、少なくともCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系といった3種類以上の金属間化合物が存在しており、かつ、高融点合金体27内における金属間化合物が、分散度70%以上というように良好に分散した状態となっていると、応力集中が生じにくくなり、よって、熱衝撃等により発生する線膨脹係数差に起因する歪みにより、接続端子部材6周辺に応力が負荷された場合でも、クラックが生じにくくなる。
高融点合金体27による、いわゆる「蓋」作用の信頼性の向上のためには、高融点合金体27は、Sn系金属成分を含まないことが好ましく、たとえSn系金属成分を含む場合であっても、その含有率は30体積%以下とされることが好ましい。Sn系金属成分は、たとえば300℃以上の高温環境下に置かれた場合、再溶融して流れ出すことがあり得るため、高融点合金体27の耐熱性の低下につながるからである。
なお、図4では、高融点合金体27は、接続端子部材6の第2の端面9側の端部の周囲にのみ配置されたが、高融点合金体27は、接続端子部材6の第2の端面9側の端部全体を覆うように配置されることが好ましい。高融点合金体27による、いわゆる「蓋」作用の信頼性を向上させることができるとともに、接続端子部材6のはんだ喰われの問題をより低減できるからである。このように、高融点合金体27が接続端子部材6の第2の端面9側の端部全体を覆うように配置されるようにするには、たとえば、高融点合金体27を生成されるための熱処理の温度を高くし、時間を延ばせばよい。これによって、接合材料25に含まれるSn成分とCu−M系めっき層15を構成するCu−M系合金との反応が続き、Cu−M系めっき層15をすべて高融点合金体27に置き換えることができる。
以上説明した第1の実施形態では、配線基板4の第2の主面3上に電子部品12を実装するためのリフロー工程を利用して、高融点合金体27を生成するようにした。しかし、この発明は、配線基板4の第2の主面3上に電子部品12を実装しない場合にも適用される。したがって、この場合には、専ら高融点合金体27を生成するための熱処理を実施すればよい。
次に、図5を主として参照して、この発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は前述した第2の局面に相当する。
第2の実施形態による電子部品モジュール1aは、上述した第1の実施形態による電子部品モジュール1を製造する過程で得られる中間製品、すなわち、図2(D)および図3に示した工程を終えた段階にある中間製品と実質的に同じである。よって、図5において、図2(D)に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、第2の実施形態の説明にあたり、図3をも参照する。
第2の実施形態による電子部品モジュール1aは、接続端子部材6の第2の端面9側の端部の少なくとも周囲が、接合部10に含まれるSn系低融点金属との間で金属間化合物を生成し得るものであって、この金属間化合物との格子定数差が50%以上である、Cu−M系合金をもって構成されることを特徴としている。図示の実施形態では、接続端子部材6の第2の端面9上に形成されためっき膜14に備えるCu−M系めっき層15によって、上述のCu−M系合金が与えられる。
接合部10は、第1の実施形態の場合と同様、Sn単体であるか、またはSnを70重量%以上含む低融点金属を含むが、特に、この第2の実施形態の場合には、低融点金属としては、Snを85重量%以上含む合金が用いられることが好ましい。また、低融点金属は、Sn単体、または、Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、TeおよびPからなる群より選ばれる少なくとも1種とSnとを含む合金であることが好ましい。低融点金属が上述したような好ましい組成に選ばれることにより、Cu−M系めっき層15を構成するCu−M系合金との間で金属間化合物を生成しやすくすることができる。
他方、Cu−M系めっき層15を構成するCu−M系合金は、上記Sn系の低融点金属との組み合わせで、310℃以上の融点を示すCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系といった金属間化合物を生成し得るものである。Cu−M系合金がCu−Mn系合金である場合、当該合金に占めるMnの割合は10〜15重量%であることが好ましく、Cu−Ni系合金である場合、当該合金に占めるNiの割合は10〜15重量%であることが好ましい。Cu−M系合金が上述のような組成に選ばれることにより、より低温、かつ短時間でSn系の低融点金属との間で金属間化合物を形成しやすくすることができる。
Cu−M系合金には、Sn系の低融点金属との反応を阻害しない程度で、たとえば、1重量%以下の割合で不純物が含まれていてもよい。不純物としては、Zn、Ge、Ti、Sn、Al、Be、Sb、In、Ga、Si、Ag、Mg、La、P、Pr、Th、Zr、B、Pd、Pt、Ni、Auなどが挙げられる。
また、Cu−M系合金は、前述したように、低融点金属との間で生成される金属間化合物との格子定数差が50%以上となるように選ばれる。上記格子定数差とは、後掲の式で示されるように、金属間化合物の格子定数からCu−M系合金の格子定数を差し引いた値を、Cu−M系合金の格子定数で除した数値の絶対値を100倍した数値(%)である。すなわち、この格子定数差は、Cu−M系合金との界面に最初に生成する金属間化合物の格子定数が、Cu−M系合金の格子定数に対してどれだけ差があるかを示すものであり、いずれの格子定数が大きいかを問わないものである。
格子定数差は、
格子定数差(%)=[|{(金属間化合物の格子定数)−(Cu−M系合金の格子定数)}|/(Cu−M系合金の格子定数)]×100
といった式で表わされる。
格子定数差(%)=[|{(金属間化合物の格子定数)−(Cu−M系合金の格子定数)}|/(Cu−M系合金の格子定数)]×100
といった式で表わされる。
以上説明した完成品としての電子部品モジュール1aは、図6に示すように、実装用基板31上に実装される。図6には、実装用基板31に設けられる導電ランド32、および導電ランド32と電子部品モジュール1aの接続端子部材6とをめっき膜14を介して接合する接合部33が図示されている。接合部33は、たとえばSn系低融点金属を含むはんだによって与えられ、接合部33を形成するため、リフロー工程が適用される。図7には、実装用基板31上に実装された電子部品モジュール1aにおける接続端子部材6周辺の構成が拡大されて示されている。
電子部品モジュール1aを実装用基板31上に実装するため、リフロー工程を実施したとき、前述した第1の実施形態において、配線基板4の第2の主面3上に電子部品12を実装するためのリフロー工程で生じたのと実質的に同様の現象が接続端子部材6周辺で生じる。
すなわち、上述したリフロー工程において付与される熱処理のため、接合部10を構成する接合材料が再溶融して、体積膨張をもたらし、そのため、図7に示すように、溶融した接合材料25は、接続端子部材6と樹脂層11との隙間26を伝って外部へ流れ出ようとする。このとき、溶融した接合材料25は、接続端子部材6の第2の端面9側において、Cu−M系めっき層15と接触し、接合材料25に含まれるSn系低融点金属とCu−M系合金との間で、高融点の金属間化合物が比較的短時間で生成される。その結果、接続端子部材6の第2の端面9側の端部の少なくとも周囲には、上記金属間化合物をもって構成された高融点合金体27が形成され、この高融点合金体27は、接続端子部材6の第2の端面9側において、接続端子部材6と樹脂層11との界面を塞ぐ状態となる。
なお、上述したリフロー工程においては、実装用基板31との接合部33を構成する接合材料が溶融状態にあるので、高融点合金体27の形成には、接合部33を構成する接合材料も一部寄与することがある。
上述したように、高融点合金体27が一旦形成されると、それ以降、電子部品モジュール1a内部の接合部10を構成する接合材料が再溶融しても、これが電子部品モジュール1aの外側に漏れ出すことが抑制され得る。
なお、図7では、高融点合金体27は、接続端子部材6の第2の端面9側の端部の周囲にのみ配置されたが、第1の実施形態の説明においても指摘したように、高融点合金体27は、接続端子部材6の第2の端面9側の端部全体を覆うように配置されることが好ましい。このように、高融点合金体27が接続端子部材6の第2の端面9側の端部全体を覆うように配置されるようにするには、たとえば、実装用基板31への実装のためのリフロー工程での温度を高くし、時間を延ばせばよい。
第1および第2の実施形態において用いられた、Cuからなる接続端子部材6は、図8または図9に示すものと置き換えられてもよい。図8に示した接続端子部材6aは、全体がCu−M系合金から構成される。図9に示した接続端子部材6bは、本体部35がCuから構成され、表面がCu−M系合金からなるめっき膜36で被覆されている。接続端子部材6aおよび6bの各々において、Cu−M系合金としては、接合部10に含まれるSn系の低融点金属との間で生成する金属間化合物との格子定数差が50%以上となるものが用いられる
上述したような構成によれば、接続端子部材6aおよび6bの全表面において、Cu−M系合金とSn系低融点金属との接触による金属間化合物の生成が可能となる。したがって、電子部品モジュールの外部への接合材料の漏れ出し防止についての信頼性をより高めることができる。
上述したような構成によれば、接続端子部材6aおよび6bの全表面において、Cu−M系合金とSn系低融点金属との接触による金属間化合物の生成が可能となる。したがって、電子部品モジュールの外部への接合材料の漏れ出し防止についての信頼性をより高めることができる。
なお、第1および第2の実施形態において、めっき膜14に備えるNiめっき層16およびAuめっき層17はなくてもよい。すなわち、めっき膜14は、Cu−M系めっき層15のみから構成れてもよい。
次に、この発明に基づいて実施した実験例について記載する。
(実験例1)
実験例1では、図10に示すような形態の試験ワーク41を作製した。
実験例1では、図10に示すような形態の試験ワーク41を作製した。
試験ワーク41は、低温焼結セラミック材料をもって構成された配線基板42と、配線基板42の一方主面上に3個×4個の行列をなすように形成されたNiめっきが施されたCuからなる12個の導電ランド43と、導電ランド43の各々に第1の端面を向けた状態で、導電ランド43に接合部44を介して接合された柱状の12個のCuからなる接続端子部材45と、接続端子部材45を封止するように、配線基板42の一方主面上に形成されたエポキシ樹脂からなる樹脂層46とを備え、接続端子部材45の第2の端面上には、めっき膜47を形成したものとした。
配線基板42は、3mm×2.4mmの平面寸法および1mmの厚みを有し、接続端子部材45は、直径が0.3mm、長さが0.5mmであって、配列ピッチが0.6mmであり、また、樹脂層の厚みは0.55mmであった。
この試験ワーク41の接合部44を得るため、表1の「接合材料を構成する低融点金属」の欄に示す低融点金属からなる粉末とフラックスとを混合したペースト状の接合材料を用意した。フラックスとしては、ロジン:74重量%、ジエチレングリコールモノブチルエーテル:22重量%、トリエタノールアミン:2重量%、および水素添加ヒマシ油:2重量%の配合比率のものを用いた。また、フラックスの配合割合は、接合材料全体に占めるフラックスの割合で10重量%となるようにした。
次に、配線基板42を用意し、導電ランド43上に上記接合材料を0.05mmの厚さで塗布した後、接続端子部材45をその上に配置した。
次に、リフロー装置を用いて、150℃〜180℃の温度範囲で90秒、220℃以上で40秒、240℃以上で15秒それぞれ維持し、ピーク温度を235℃〜245℃とした温度プロファイルで熱処理することによって、導電ランド43と接続端子部材45とを接合し、接合部44を形成した。
次に、接続端子部材45を封止するように、配線基板42の一方主面上に樹脂層46を形成した。
次に、接続端子部材45の第2の端面上にめっき膜47を形成した。このめっき膜47は、表1の「接続端子部材の第2の端面上のめっき膜」の欄に記載された「組成」からなるものとした。表1の「接続端子部材の第2の端面上のめっき膜」の欄には、a軸を基準とした「格子定数」も示されている。
以上のようにして得られた試験ワーク41に対して、温度125℃で24時間の前処理を実施した後、温度85℃、相対湿度85%の高温高湿環境下に168時間放置し、次いで、ピーク温度260℃のリフロー条件で3回の熱処理を実施した。
その後において、表1に示した「最初に生成する金属間化合物」を評価した。「最初に生成する金属間化合物」とは、上述した熱処理で溶融して流れ出そうとした接合材料と接続端子部材45の第2の端面上のめっき膜47との界面において最初に生成する金属間化合物のことであり、上記界面部分の断面をFE−WDXでマッピング分析することによって確認した。「格子定数」は、a軸を基準として求めたものである。また、表1の「格子定数差」は前述した式により求めたものである。
また、表1において、溶融した接合材料と接続端子部材45の第2の端面上のめっき膜47との界面部分で生成する金属間化合物の代表例が「接続端子部材の第2の端面側に生成する金属間化合物例」の欄に示されている。したがって、接続端子部材45の第2の端面側には、表1に記載したもの以外の金属間化合物も生成し得る。接続端子部材45の第2の端面側に生成する金属間化合物についても、その断面をFE−WDXでマッピング分析することによって確認した。
また、表1に示すように、「分散度」を評価した。「分散度」は、以下のような手順で求めた。
(1)溶融した接合材料と接続端子部材45の第2の端面上のめっき膜47との界面部分の断面写真において、当該界面部分を縦と横に均等に10マスずつ、合計100マスに細分化した。
(2)1マス分の中に金属間化合物が2種類以上存在するマス数を数えた。
(3)細分化された100マスの中から、金属間化合物が存在しないマスがあれば、それを除外した残りのマス数を全マス数とし、(2)において金属間化合物が2種類以上存在するマス数を全マス数で除して100をかけた値を、分散度(%)とした。
(1)溶融した接合材料と接続端子部材45の第2の端面上のめっき膜47との界面部分の断面写真において、当該界面部分を縦と横に均等に10マスずつ、合計100マスに細分化した。
(2)1マス分の中に金属間化合物が2種類以上存在するマス数を数えた。
(3)細分化された100マスの中から、金属間化合物が存在しないマスがあれば、それを除外した残りのマス数を全マス数とし、(2)において金属間化合物が2種類以上存在するマス数を全マス数で除して100をかけた値を、分散度(%)とした。
また、前述した熱処理を施した後の試験ワーク41について、表1に示すように、「流れ出し試験」を実施した。「流れ出し試験」では、試験ワーク41の外観観察によって、接続端子部材45と樹脂層46との間からの接合材料の流れ出しの有無を評価した。接続端子部材45のすべてで流れ出しが確認されなかったものについては、合格と判定し、「流れ出し試験」の欄に「〇」と表示し、接続端子部材45の少なくとも1つでも流れ出しが確認されたものについては、不合格と判定し、「流れ出し試験」の欄に「×」と表示した。
表1において、試料16〜18は、この発明の範囲外の比較例である。
この発明の範囲内の試料1〜15では、「接続端子部材の第2の端面側に生成する金属間化合物例」からわかるように、少なくともCu−Sn系、M−Sn系(MはNiおよび/またはMn)およびCu−M−Sn系の金属間化合物が存在しており、また、「分散度」については、70%以上の値を示した。
その結果、試料1〜15では、「流れ出し試験」について、「〇」の評価を得た。
なお、表1には表示されないが、「接合材料を構成する低融点金属」を試料2と同じにしながら、接続端子部材45自体を「Cu−10Mn」から構成し、めっき膜47を形成しなかった試料についても、同様の評価を行なった。その結果、当該試料でも、「最初に生成する金属間化合物」、「格子定数差」、「接続端子部材の第2の端面側に生成する金属間化合物例」および「分散度」は試料2と同じとなり、「流れ出し試験」においても、「〇」の評価を得た。
これらに対して、この発明の範囲外の試料16〜18では、「流れ出し試験」について、「×」の評価を得た。これは、試料16および17では、「接続端子部材の第2の端面側に生成する金属間化合物例」として、少なくともCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系の金属間化合物が存在するという条件を満たさず、また、試料16〜18では、「格子定数差」が20%と小さく、「分散度」が70%未満であったためであると推測される。
(実験例2)
実験例2は、接続端子部材の第2の端面上のめっき膜を構成するCu−M系合金におけるMの好ましい含有率を求めるために実施した。
実験例2は、接続端子部材の第2の端面上のめっき膜を構成するCu−M系合金におけるMの好ましい含有率を求めるために実施した。
まず、接合材料として、表2の「接合材料を構成する低融点金属」の欄に示すように「Sn」を含むもの、すなわち、実験例1における試料3において用いたものと同じものを用意した。
他方、接続端子部材45の第2の端面上のめっき膜47として、表2の「接続端子部材の第2の端面上のめっき膜」の欄に示した組成を有するものを用意した。
次に、実験例1の場合と同様の条件で、試験ワーク41を作製した。このようにして得られた試験ワーク41における接合材料とめっき膜47との界面部分について、表2に示すように、「低融点金属残留率」を評価した。「低融点金属残留率」の評価にあたっては、得られた試料における上記界面部分を約7mg切り取り、測定温度30℃〜300℃、昇温速度5℃/分、N2雰囲気、リファレンスAl2O3の条件で示差走査熱量測定(DSC測定)を実施した。得られたDSCチャートのSnの溶融温度における溶融吸熱ピークの吸熱量から、残留したSn成分量を定量化した。そして、このSn成分量から、金属成分全体に対するSn成分の割合を「低融点金属残留率」として求めた。
表2から、めっき膜47を構成するCu−M(MはMnまたはNi)合金におけるMの含有率が5〜30重量%であるとき、残留Sn成分がある程度低減されるが、Mの含有率が10〜15重量%であるとき、残留Sn成分のさらなる低減が図られることがわかった。このことから、Cu−M系合金とSn系の低融点金属との間で金属化合物を、より低温、かつ短時間で形成されやすくするため、Cu−M系合金は、Mを5〜30重量%の割合で含有することが好ましく、Mを10〜15重量%の割合で含有することがより好ましいことがわかる。
1,1a 電子部品モジュール
2 第1の主面
3 第2の主面
4,42 配線基板
5,12 電子部品
6,6a,6b,45 接続端子部材
7,43 導電ランド
8 第1の端面
9 第2の端面
10,44 接合部
11,46 樹脂層
14 めっき膜
15 Cu−M系めっき層
25 接合材料
27 高融点合金体
2 第1の主面
3 第2の主面
4,42 配線基板
5,12 電子部品
6,6a,6b,45 接続端子部材
7,43 導電ランド
8 第1の端面
9 第2の端面
10,44 接合部
11,46 樹脂層
14 めっき膜
15 Cu−M系めっき層
25 接合材料
27 高融点合金体
Claims (14)
- 互いに対向する第1および第2の主面を有する配線基板と、
前記配線基板の少なくとも前記第1の主面上に実装された電子部品と、
前記配線基板の少なくとも前記第1の主面上に形成された導電ランドと、
互いに対向する第1および第2の端面を有し、前記第1の端面を前記導電ランドに向けた状態で配置され、かつ前記導電ランドに対して接合部を介して接合された、柱状の接続端子部材と、
前記接続端子部材の前記第2の端面を露出させた状態で、前記電子部品および前記接続端子部材を封止するように、前記配線基板の前記第1の主面上に形成された樹脂層と、
を備え、
前記接合部は、Sn単体またはSnを70重量%以上含む合金である低融点金属を含み、
前記接続端子部材の前記第2の端面側の端部の少なくとも周囲には、前記低融点金属とCu−M系合金(MはNiおよび/またはMn)とにより生成された金属間化合物をもって構成された高融点合金体が配置され、前記高融点合金体は、前記接続端子部材の前記第2の端面側において、前記接続端子部材と前記樹脂層との界面を塞ぐ状態となっている、
電子部品モジュール。 - 前記高融点合金体の断面を波長分散型X線分析装置(WDX)により分析したとき、当該高融点合金体の断面には、少なくともCu−Sn系、M−Sn系およびCu−M−Sn系の金属間化合物が存在しており、かつ、当該高融点合金体の断面を縦および横に均等に10マスずつ合計100マスに細分化した際に、1マス中にSn系金属成分のみが存在するマスを除いた残りの全マス数に対する、構成元素の異なる金属間化合物が少なくとも2種類以上存在するマス数の割合が70%以上である、請求項1に記載の電子部品モジュール。
- 前記高融点合金体は、Sn系金属成分を30体積%以下含む、請求項1または2に記載の電子部品モジュール。
- 前記高融点合金体は、Sn系金属成分を含まない、請求項3に記載の電子部品モジュール。
- 前記高融点合金体は、前記接続端子部材の前記第2の端面側の端部全体を覆うように配置される、請求項1ないし4のいずれかに記載の電子部品モジュール。
- 互いに対向する第1および第2の主面を有する配線基板と、
前記配線基板の少なくとも前記第1の主面上に実装された電子部品と、
前記配線基板の少なくとも前記第1の主面上に形成された導電ランドと、
互いに対向する第1および第2の端面を有し、前記第1の端面を前記導電ランドに向けた状態で配置され、かつ前記導電ランドに対して接合部を介して接合された、柱状の接続端子部材と、
前記接続端子部材の前記第2の端面を露出させた状態で、前記電子部品および前記接続端子部材を封止するように、前記配線基板の前記第1の主面上に形成された樹脂層と、
を備え、
前記接合部は、Sn単体またはSnを70重量%以上含む合金である低融点金属を含み、
前記接続端子部材の前記第2の端面側の端部の少なくとも周囲は、前記低融点金属との間で金属間化合物を生成し得るものであって、前記金属間化合物との格子定数差が50%以上である、Cu−M系合金(MはNiおよび/またはMn)をもって構成される、
電子部品モジュール。 - 前記低融点金属は、Sn単体またはSnを85重量%以上含む合金である、請求項6に記載の電子部品モジュール。
- 前記低融点金属は、Sn単体、または、Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、およびPからなる群より選ばれる少なくとも1種とSnとを含む合金である、請求項6または7に記載の電子部品モジュール。
- 前記Cu−M系合金は、前記Mを5〜30重量%の割合で含有する、請求項6ないし8のいずれかに記載の電子部品モジュール。
- 前記Cu−M系合金は、前記Mを10〜15重量%の割合で含有する、請求項9に記載の電子部品モジュール。
- 前記接続端子部材の前記第2の端面側の端部表面全体が、前記Cu−M系合金をもって構成される、請求項6ないし10のいずれかに記載の電子部品モジュール。
- 前記接続端子部材は、前記低融点金属との間で金属間化合物を生成し得るものであって、前記金属間化合物との格子定数差が50%以上である、Cu−M系合金からなる、請求項1ないし11のいずれかに記載の電子部品モジュール。
- 前記接続端子部材は、その表面に形成されためっき膜を有し、前記めっき膜は、前記低融点金属との間で金属間化合物を生成し得るものであって、前記金属間化合物との格子定数差が50%以上である、Cu−M系合金からなる、請求項1ないし12のいずれかに記載の電子部品モジュール。
- 前記配線基板の前記第2の主面上に実装された電子部品をさらに備える、請求項1ないし13のいずれかに記載の電子部品モジュール。
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CN110996232B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-01-15 | 歌尔股份有限公司 | 一种发声装置单体及电子设备 |
CN111627698B (zh) * | 2020-06-08 | 2022-05-17 | 江苏国瓷泓源光电科技有限公司 | 一种mlcc用镍内电极浆料 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05136144A (ja) * | 1991-11-13 | 1993-06-01 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JPH05136201A (ja) * | 1991-11-15 | 1993-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置用電極と実装体 |
WO2006057097A1 (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Rohm Co., Ltd. | 半導体装置 |
JP2008016729A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Kyushu Institute Of Technology | 両面電極構造の半導体装置の製造方法 |
JP2011035155A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
WO2012066795A1 (ja) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | 株式会社村田製作所 | 導電性材料、それを用いた接続方法、および接続構造 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6429388B1 (en) * | 2000-05-03 | 2002-08-06 | International Business Machines Corporation | High density column grid array connections and method thereof |
TWI284973B (en) * | 2002-04-03 | 2007-08-01 | Advanced Semiconductor Eng | Flip-chip joint structure, and fabricating process thereof |
US7495179B2 (en) * | 2003-10-06 | 2009-02-24 | Tessera, Inc. | Components with posts and pads |
JP2006202969A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Taiyo Yuden Co Ltd | 半導体装置およびその実装体 |
JP4655092B2 (ja) * | 2005-10-20 | 2011-03-23 | 株式会社村田製作所 | 回路モジュールおよびこの回路モジュールを用いた回路装置 |
US8558379B2 (en) * | 2007-09-28 | 2013-10-15 | Tessera, Inc. | Flip chip interconnection with double post |
WO2010041589A1 (ja) * | 2008-10-08 | 2010-04-15 | 株式会社村田製作所 | 複合モジュール |
WO2011030542A2 (ja) * | 2009-09-11 | 2011-03-17 | 株式会社村田製作所 | 電子部品モジュールおよびその製造方法 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05136144A (ja) * | 1991-11-13 | 1993-06-01 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JPH05136201A (ja) * | 1991-11-15 | 1993-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置用電極と実装体 |
WO2006057097A1 (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Rohm Co., Ltd. | 半導体装置 |
JP2008016729A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Kyushu Institute Of Technology | 両面電極構造の半導体装置の製造方法 |
JP2011035155A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
WO2012066795A1 (ja) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | 株式会社村田製作所 | 導電性材料、それを用いた接続方法、および接続構造 |
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