KR101484565B1

KR101484565B1 - 전자부품 모듈 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101484565B1
Application number: KR20130064582A
Authority: KR
Inventors: 히데오 나카고시; 요이치 타카기; 노부아키 오가와; 히데키요 타카오카; 코스케 나카노
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2015-01-20
Also published as: JP2014007227A; US20130343023A1; TWI488557B; KR20140000151A; TW201401954A; CN103515343B; US9113571B2; CN103515343A; JP5594324B2

Abstract

[과제] 배선 기판 상의 도전 랜드와 기둥상의 접속 단자부재가 접합부를 개재하여 접합되고, 또한 접속 단자부재를 밀봉하는 수지층이 배선 기판 상에 형성된 전자부품 모듈에 있어서, 이것을 실장 기판에 실장할 때에 실시되는 리플로우 공정에서 접합부를 구성하는 접합 재료가 유출되는 것을 억제한다.
[해결수단] 도전 랜드(7)와 접속 단자부재(6)의 접합부(10)에 있어서 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및 Mn 중 1종 이상) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 생성된 금속간 화합물 생성 영역(25)이 접속 단자부재(6)측에 존재하도록 한다. 이 금속간 화합물 생성 영역(25)은 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10매스씩 합계 100매스로 세분화했을 때에 1매스 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 매스를 제외한 나머지의 전체 매스 수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 존재하는 매스 수의 비율이 70% 이상이다.

Description

전자부품 모듈 및 그 제조 방법{ELECTRONIC COMPONENT MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

이 발명은 전자부품 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 배선 기판과, 그 위에 실장되는 전자부품 및 기둥상의 접속 단자부재와, 전자부품 및 접속 단자부재를 밀봉하는 수지층을 구비한 전자부품 모듈에 있어서의 접속 단자부재와 배선 기판의 접합부의 구조 및 접합부의 제조 방법에 관한 것이다.

이 발명에 있어서 흥미 있는 기술이, 예를 들면 일본 특허 공개 2008-16729호 공보(특허문헌 1)에 기재되어 있다. 특허문헌 1에는 기둥상의 접속 단자부재로서의 내부 접속용 전극이 유기 기판의 배선 패턴 상의 소정의 위치에 배치한 접속 전극용 금속 패드부에 접합되고, 내부 접속용 전극이 밀봉 수지에 의해 밀봉되어 있는 반도체 장치가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에서는 내부 접속용 전극은 접속 전극용 금속 패드부에 땜납 접속되어도 좋은 것이 기재되어 있다.

그러나, 내부 접속용 전극이 땜납에 의해 접속되어 있으면 반도체 장치를 실장용 기판에 실장할 때의 리플로우 공정에 있어서, 접합 재료로서의 땜납이 재용융되어서 체적이 팽창하여 땜납이 내부 접속용 전극과 밀봉 수지의 간극을 따라 이동해서 반도체 장치 외측으로 유출하거나 또는 분출한다는 문제에 조우할 수 있다.

일본 특허 공개 2008-16729호 공보

그래서, 이 발명의 목적은 상기 반도체 장치와 같은 전자부품 모듈에 있어서, 이것을 실장용 기판에 실장할 때에 실시되는 리플로우 공정에서의 접합 재료의 유출을 억제하고자 하는 것이다.

이 발명은 간단히 말하면 배선 기판 상의 도전 랜드와 기둥상의 접속 단자부재의 접합부에 있어서, 금속간 화합물을 생성시킴으로써 리플로우 시의 접합 재료의 유출을 억제하고자 하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 발명은 우선, 전자부품 모듈의 구조에 적합하다. 이 발명에 의한 전자부품 모듈은 서로 대향하는 제 1 및 제 2 주면을 갖는 배선 기판과, 배선 기판의 적어도 제 1 주면 상에 실장된 전자부품과, 배선 기판의 적어도 제 1 주면 상에 형성된 도전 랜드와, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 끝면을 갖고, 제 1 끝면이 도전 랜드를 향한 상태로 배치되고, 또한 도전 랜드에 대하여 접합부를 개재하여 접합된 기둥상의 접속 단자부재와, 이 접속 단자부재의 제 2 끝면을 노출시킨 상태로 상기 전자부품 및 접속 단자부재를 밀봉하도록 배선 기판의 제 1 주면 상에 형성된 수지층을 구비하고 있다.

이 발명에 의한 전자부품 모듈은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 상기 접합부의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치(WDX)에 의해 분석했을 때 상기 접합부의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물(M은 Ni 및 Mn 중 1종 이상)이 생성된 금속간 화합물 생성 영역(이하, 「생성 영역」이라는 경우가 있다)이 존재하고 있는 것을 제 1 특징으로 하고 있다. 이들의 금속간 화합물은, 예를 들면 접합부를 형성하기 위한 접합 재료로서 Sn계 금속을 주성분으로 하는 것을 사용하고, 접속 단자부재의 적어도 표면이 Cu-M계 합금으로 이루어지는 경우와 같이 Sn계 금속과 Cu-M계 합금의 조합을 사용했을 경우에 필연적으로 생성되는 것이다.

또한, 상기 생성 영역은 접합부의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10매스씩 합계 100매스로 세분화했을 때에 1매스 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 매스를 제외한 나머지의 전체 매스수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 존재하는 매스수의 비율(이하, 「분산도」라고 하는 경우가 있다)이 70% 이상인 것을 제 2 특징으로 하고 있다.

상기 「Sn계 금속 성분만이 존재하는 매스를 제외한 나머지의 매스」란, 바꿔 말하면 금속간 화합물이 존재하는 매스이다.

또한, 상기 「구성 원소가 다른 금속간 화합물」이란, 예를 들면 Cu-Mn-Sn 금속간 화합물과 Cu-Sn 금속간 화합물이라는 관계의 금속간 화합물이다. 예를 들면, Cu₆Sn₅와 Cu₃Sn은 구성 원소(즉, Cu와 Sn)가 서로 동일한 금속간 화합물이므로 1종류로 해서 센다. 또한, 상기 「적어도 2종류」란 상술한 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 3종류의 금속간 화합물뿐만 아니라 그 이외의 금속간 화합물(예를 들면, Ag-Sn계 등)도 포함해서 센 적어도 2종류이다.

생성 영역은 Sn계 금속 성분을 포함하지 않거나 포함해도 그 함유율은 30체적% 이하가 되는 것이 바람직하다. Sn계 금속 성분은, 예를 들면 300℃ 이상의 고온 환경 하에 두어졌을 경우 재용융해서 유출되는 경우가 있을 수 있기 때문에 접합부의 내열성의 저하로 이어진다. 따라서, Sn계 금속 성분의 함유율이 30체적% 이하가 됨으로써 내열성의 저하를 억제할 수 있다.

접합부 전체가 생성 영역이 되는 것은 아니고, 접합부에 있어서 접속 단자부재측에 생성 영역을 위치시키고, 도전 랜드측에 생성 영역보다 Sn계 금속 성분을 많이 포함하는 영역을 위치시키도록 하면 금속간 화합물을 생성하기 위한 반응이 접속 단자부재측으로부터 일어나게 되므로 이 반응 때문에 발생한 보이드는 도전 랜드측으로 피하기 쉽고, 생성 영역 내부에는 머무르기 어렵다. 반면에 Sn계 금속 성분을 많이 포함하는 도전 랜드측에 가령 보이드가 잔존하고 있었다고 해도 여기에서는 금속간 화합물이 실질적으로 생성되지 않기 때문에 보이드가 모이는 일 없이 분산된 상태로 존재하고, 그 때문에 보이드가 크랙의 기점이 되는 일이 없다. 따라서, 크랙의 발생을 억제할 수 있다.

접속 단자부재는, 예를 들면 Cu-M계 합금에 의해 전체가 구성되거나 그 표면에 Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막이 형성되거나 함으로써 부여되는 것이 바람직하다.

상기 생성 영역은 접속 단자부재의 제 2 끝면, 즉 접합부와는 반대측의 끝면에도 존재하고 있는 것이 바람직하다. 접속 단자부재가, 예를 들면 Cu를 주성분으로 할 경우 실장용 기판에 실장하는 리플로우 공정에 있어서 Cu가 땜납에 의해 확산되어 접합 신뢰성이 저하된다는 문제가 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 접속 단자부재의 접합부와는 반대측의 끝면에도 생성 영역이 존재하고 있으면 리플로우 온도에서도 금속간 화합물은 용융되지 않기 때문에 리플로우 공정에 있어서 땜납과 접속 단자부재간의 확산을 방지할 수 있고, 그 결과 접합 신뢰성을 높게 유지할 수 있다.

이 발명은 또한 상술한 바와 같은 전자부품 모듈을 제조하기 위한 방법에도 적합하다.

이 발명에 의한 전자부품 모듈의 제조 방법은 서로 대향하는 제 1 및 제 2 주면을 갖고, 또한 적어도 제 1 주면 상에 도전 랜드가 형성된 배선 기판을 준비하는 공정과, 전자부품을 준비하는 공정과, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 끝면을 갖고, 또한 적어도 표면이 Cu-M계 합금(M은 Ni 및 Mn 중 1종 이상)으로 이루어지는 기둥상의 접속 단자부재를 준비하는 공정과, Cu-M계 합금보다 융점이 낮은 저융점 금속을 주된 성분으로 하는 접합 재료를 준비하는 공정과, 배선 기판의 적어도 제 1 주면 상에 전자부품을 실장하는 공정과, 접속 단자부재와 도전 랜드 사이에 접합 재료를 부여함과 아울러 제 1 끝면을 도전 랜드를 향한 상태로 접속 단자부재를 배치하는 공정과, 접속 단자부재와 도전 랜드를 접합 재료를 개재하여 접합하도록 저융점 금속이 용융하는 온도에서 열처리하는 열처리 공정과, 전자부품 및 접속 단자부재를 밀봉하도록 배선 기판의 제 1 주면 상에 수지층을 형성하는 공정을 구비한다.

그리고, 이 발명에 의한 전자부품 모듈의 제조 방법은 상기 저융점 금속이 Sn 또는 Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금이며, 상기 Cu-M계 합금이 이 저융점 금속과의 사이에 금속간 화합물을 생성하는 것으로서, 상기 금속간 화합물과의 격자 정수차가 50% 이상이며, 상기 열처리 공정은 접속 단자부재와 도전 랜드 사이에 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 생성되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 발명에 의한 전자부품 모듈의 제조 방법에 있어서, 상기 저융점 금속은 Sn 또는 Sn을 85중량% 이상 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 저융점 금속과 Cu-M계 합금 사이에서 금속간 화합물을 보다 형성하기 쉬워지기 때문이다.

또한, 저융점 금속은 Sn 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te 및 P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 저융점 금속이 이러한 조성으로 선택됨으로써 Cu-M계 합금과의 사이에서 금속간 화합물을 형성하기 쉽게 할 수 있다.

Sn계의 저융점 금속과의 사이에서 금속 화합물을 보다 저온이며, 또한 단시간에 형성되기 쉽게 하기 위해서 Cu-M계 합금은 M을 5~30중량%의 비율로 함유하는 것이 바람직하고, M을 10~15중량%의 비율로 함유하는 것이 보다 바람직하다.

적어도 표면이 Cu-M계 합금으로 이루어지는 접속 단자부재는, 예를 들면 Cu-M계 합금으로 구성되거나 그 표면에 Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막이 형성되거나 함으로써 부여할 수 있다. 전자의 경우에는 열처리 공정에서의 온도를 높게 하고, 시간을 연장하면 접합 재료에 포함되는 Sn 성분이 없어질 때까지 접속 단자부재와의 반응이 계속되어 접합부를 모두 금속간 화합물 생성 영역으로 할 수 있다. 후자의 경우에는 도금막의 두께분밖에 금속간 화합물을 생성하는 반응이 일어나지 않으므로 도금막의 두께를 조정함으로써 금속간 화합물 생성 영역의 두께를 조정할 수 있다. 물론, 전자의 경우에도 열처리 공정의 온도 및/또는 시간을 제어함으로써 금속간 화합물 생성 영역의 두께를 조정할 수 있다.

예를 들면, 상술하는 후자의 구성을 채용하면 열처리 공정에 있어서, 도전 랜드측에서 생성되는 금속간 화합물의 양이 접속 단자부재측에서 생성되는 금속간 화합물의 양보다 적게 하는 것이 용이하다.

(발명의 효과)

이 발명에 의하면, 생성 영역에 있어서 생성된 금속간 화합물이 접합부를 고융점화한다. 그 때문에 후공정 또는 유저에서의 리플로우 공정에서 접합부에 있어서 재용융하기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 재용융이 초래하는 접합 재료의 체적 팽창이 접속 단자부재와 수지층의 간극을 따라 이동한 접합 재료의 유출이나 또는 분출이라는 문제로 발전하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 만일 접합부를 부여하는 Sn계 저융점 금속을 포함하는 접합 재료가 재용융되어서 접속 단자부재와 수지층의 간극을 따라 이동하여 유출하려고 해도 접합 재료와 접속 단자부재가 접촉했을 때 비교적 단시간에 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계라는 금속간 화합물을 생성하기 위한 반응이 달성되고, 저융점 금속이 이 반응에 의해 소비되므로 이 점에서도 접합 재료의 유출 또는 분출이라는 문제를 발생하기 어렵게 할 수 있다.

또한, 접합 재료의 체적 팽창에 의해 초래되는 수지층과 접속 단자부재 및 접합부 사이에서의 박리의 문제도 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 전자부품 모듈(1)을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 전자부품 모듈(1)을 제조하기 위해서 실시되는 공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2(A)에 나타낸 공정의 상세를 설명하기 위한 것이며, 도 3(A)는 접속 단자부재(6)를 도전 랜드(7)와의 사이에 접합 재료(21)를 개재하여 배치한 상태이며, 도 3(B)는 접속 단자부재(6)와 도전 랜드(7)를 접합부(10)를 개재하여 접합하기 위해서 열처리한 후의 상태를 각각 확대해서 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3(A)에 나타낸 접속 단자부재(6)의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 전자부품 모듈(1)을 실장용 기판(31) 상에 실장한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 실장용 기판(31) 상으로의 실장에 있어서 접속 단자부재(6)에 있어서 유리하게 채용되는 바람직한 구조를 설명하기 위한 것이며, 전자부품 모듈(1)에 있어서의 접속 단자부재(6)가 위치하는 부분을 확대해서 나타내는 단면도이다.
도 7은 실험예에 있어서 제작한 시험 워크(41)의 외관을 나타내는 일부 파단 사시도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 시험 워크(41)를 프린트 기판(47) 상에 실장한 상태의 외관을 나타내는 평면도이다.

도 1을 참조해서 이 발명의 일실시형태에 의한 전자부품 모듈(1)에 대해서 설명한다.

전자부품 모듈(1)은 서로 대향하는 제 1 주면(2) 및 제 2 주면(3)을 갖는 배선 기판(4)을 구비하고 있다. 배선 기판(4)은, 예를 들면 복수의 세라믹 그린시트가 적층되고, 또한 소성됨으로써 제조된 다층 세라믹 기판에 의해 부여된다. 세라믹 그린시트는 저온 소결 세라믹 원료가 되어야 할 알루미나 및 유리 등의 혼합 분말이 유기 바인더 및 용제 등과 함께 혼합된 슬러리가 시트화된 것이다. 세라믹 그린시트에는 레이저 가공 등에 의해 비아홀이 형성되고, 형성된 비아홀에 Ag이나 Cu 등을 포함하는 도전성 페이스트가 충전되어서 층간 접속용의 비아 도체가 형성된다. 또한, 세라믹 그린시트에는 도전성 페이스트를 인쇄함으로써 여러 가지 전극 패턴이 형성된다.

그 후 복수의 세라믹 그린시트가 적층, 압착됨으로써 세라믹 적층체가 형성되고, 약 1000℃ 전후의 비교적 낮은 온도에서 소성됨으로써 배선 기판(4)이 얻어진다. 이렇게 해서 얻어진 배선 기판(4)의 내부에는 도 1에서는 도시되지 않지만 비아 도체 및 내부 전극 패턴을 포함하는 배선 도체가 설치되어 있다.

또한, 배선 기판(4)은 상술한 바와 같은 저온 소결 세라믹 재료로 이루어지는 세라믹층을 구비하는 다층 세라믹 기판에 의해 부여되는 경우 이외에 알루미나계 기판, 유리 기판, 복합 재료 기판 또는 수지나 폴리머 재료 등을 사용한 프린트 기판이어도, 또한 단층 기판이어도 좋고, 전자부품 모듈(1)의 사용 목적에 따라 적당히 최적인 재질 또는 구조가 선택된다.

배선 기판(4)의 제 1 주면(2) 상에는 칩 부품이나 IC 등이라는 복수의 전자부품(5)이 실장된다. 또한, 마찬가지로 제 1 주면(2) 상에는 복수의 기둥상의 접속 단자부재(6)가 실장된다. 도 1에는 접속 단자부재(6)를 실장하기 위한 도전 랜드(7)가 도시되어 있다. 도전 랜드(7)는 배선 기판(4)의 제 1 주면(2) 상에 형성되어 있다. 기둥상의 접속 단자부재(6)는 서로 대향하는 제 1 끝면(8) 및 제 2 끝면(9)을 갖고, 제 1 끝면(8)을 도전 랜드(7)를 향한 상태로 배치되고, 또한 도전 랜드(7)에 대하여 접합부(10)를 개재하여 접합되어 있다. 또한, 접합부(10)의 상세한 조성 및 구조에 대해서는 도 3을 참조해서 후술한다.

전자부품 모듈(1)은 접속 단자부재(6)의 제 2 끝면(9)을 노출시킨 상태로 상기 전자부품(5) 및 접속 단자부재(6)를 밀봉하도록 배선 기판(4)의 제 1 주면(2) 상에 형성되는 수지층(11)을 구비한다. 도 1에 있어서는 전자부품(5)은 그 천면(天面)도 수지층(11)에 덮여있지만 전자부품(5)의 천면은 노출된 상태로 밀봉되어 있어도 좋다.

이어서, 도 2(A)~도 2(C)를 참조해서 전자부품 모듈(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 2(A)~도 2(C)에서는 도 1에 나타낸 전자부품 모듈(1)과는 상하가 반대로 나타내어져 있다.

우선, 배선 기판(4)이 상술한 것과 같은 방법에 의해 제작되고, 이어서 도 2(A)에 나타내는 바와 같이 배선 기판(4)의 제 1 주면(2) 상에 전자부품(5) 및 접속 단자부재(6)가 접합 재료를 사용해서 실장된다. 여기에서, 특히 접속 단자부재(6)의 실장에 대해서 도 3(A) 및 도 3(B)를 참조해서 상세하게 설명한다.

도 3(A) 및 도 3(B)에는 배선 기판(4) 및 접속 단자부재(6)의 각 일부가 확대되어서 도시되어 있다. 도 3(A) 및 도 3(B)에 있어서 배선 기판(4)에 설치되는 도전 랜드(7)가 도시되어 있지만, 이 실시형태에서는 도전 랜드(7)는 하지층(13), 그 위에 형성되는 제 1 도금층(14), 및 그 위에 형성되는 제 2 도금층(15)으로 구성되어 있다. 전형적으로는 하지층(13)은 Cu를 포함하는 도전성 페이스트를 도금함으로써 형성되고, 제 1 도금층(14)은, Ni 도금막으로 구성되고, 제 2 도금층(15)은 Au 도금막으로 구성된다. 또한, 도 3(A) 및 도 3(B)에는 배선 기판(4)의 내부에 형성되는 내부 전극 패턴(16 및 17)도 도시되어 있다. 한쪽의 내부 전극 패턴(16)은 상술하는 도전 랜드(7)와 전기적으로 접속되어 있다.

접속 단자부재(6)로서 적어도 표면이 Cu-M계 합금(M은 Ni 및 Mn 중 1종 이상)으로 이루어지는 것이 준비된다. 접속 단자부재(6)는 도 3(A)에 나타내는 바와 같이 전체가 Cu-M계 합금으로 구성되어도 도 4에 나타내는 바와 같이 표면이 Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막(19)에 의해 피복된 것이어도 좋다. 후자의 경우 접속 단자부재(6)의 본체부(20)는, 예를 들면 Cu로 구성된다. 접속 단자부재(6)는 소망의 단면 치수 및 길이 방향 치수를 갖는 것이며, 예를 들면 원형 또는 다각형의 단면형상을 갖는 금속선재를 소정의 길이로 절단함으로써 얻어지는 것이다.

반면, 도 3(A)에 나타낸 접합 재료(21)가 준비된다. 접합 재료(21)는 상술한 접합부(10)를 형성하기 위한 것이고, 상기 Cu-M계 합금보다 융점이 낮은 저융점 금속으로 이루어지는 분말(22)을 플럭스(23) 중에 분산시켜서 이루어지는 것이다.

상기 저융점 금속으로서는 Sn이거나 또는 Sn을 70중량% 이상, 바람직하게는 85중량% 이상 포함하는 합금이 사용된다. 보다 구체적으로는 저융점 금속은 Sn, 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te 및 P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 저융점 금속이 이러한 조성으로 선택됨으로써 상술한 접속 단자부재(6)의 적어도 표면을 구성하는 Cu-M계 합금과의 사이에서 금속간 화합물을 생성하기 쉽게 할 수 있다.

상술한 플럭스(23)는 접합 대상물로서의 접속 단자부재(6) 및 도전 랜드(7)나 접합 재료(21) 중의 금속 분말(22)의 표면의 산화 피막을 제거하는 기능을 한다. 단, 접합 재료(21)는 반드시 플럭스(23)를 포함하는 것을 필요로 하는 것은 아니고, 플럭스(23)를 필요로 하지 않는 접합법을 적용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 가압하면서 가열하는 방법이나 강환원성 분위기에서 가열하는 방법 등에 의해서도 접합 대상물이나 금속 분말의 표면의 산화 피막을 제거해서 신뢰성이 높은 접합을 가능하게 할 수 있다. 또한, 플럭스(23)를 포함할 경우에는 접합 재료(21) 전체에 대하여 7~15중량%의 비율로 포함하는 것이 바람직하다.

플럭스(23)로서는 비히클, 용제, 칙소제, 활성제 등을 포함하는 공지의 것을 사용할 수 있다.

비히클의 구체적인 예로서는 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지, 합성 수지 또는 이들의 혼합체 등을 들 수 있다. 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지의 구체적인 예로서는 검로진, 톨로진, 우드로진, 중합 로진, 수소 첨가 로진, 포르밀화 로진, 로진 에스테르, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 페놀 수지, 로진 변성 알키드 수지, 기타 각종 로진 유도체 등을 들 수 있다. 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 합성 수지의 구체적인 예로서는 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 등을 들 수 있다.

또한, 용제로서는 알코올, 케톤, 에스테르, 에테르, 방향족계, 탄화수소류 등이 알려져 있고, 구체적인 예로서는 벤질알코올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 글리세린, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 벤조산 부틸, 아디프산 디에틸, 도데칸, 테트라데센, α-테르피네올, 테르피네올, 2-메틸2,4-펜탄디올, 2-에틸헥산디올, 톨루엔, 크실렌, 프로필렌글리콜모노페닐에테르, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디이소부틸아디페이트, 헥실렌글리콜, 시클로헥산디메탄올, 2-테르피닐옥시에탄올, 2-디히드로테르피닐옥시에탄올, 그들을 혼합한 것 등을 들 수 있다.

또한, 칙소제의 구체적인 예로서는 경화 피마자유, 카르나우바 왁스, 아미드류, 히드록시지방산류, 디벤질리덴소르비톨, 비스(p-메틸벤질리덴)소르비톨류, 밀랍, 스테아르산 아미드, 히드록시스테아르산 에틸렌비스아미드 등을 들 수 있다. 또한, 이들에 필요에 따라 카프릴산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 베헨산과 같은 지방산, 1,2-히드록시스테아르산과 같은 히드록시지방산, 산화 방지제, 계면활성제, 아민류 등을 첨가한 것도 칙소제로서 사용할 수 있다.

또한, 활성제로서는 아민의 할로겐화 수소산염, 유기 할로겐 화합물, 유기산, 유기 아민, 다가 알코올 등이 예시된다.

활성제로서의 상기 아민의 할로겐화 수소산염의 구체적인 것으로서 디페닐구아니딘브롬화 수소산염, 디페닐구아니딘염산염, 시클로헥실아민브롬화 수소산염, 에틸아민염산염, 에틸아민브롬화 수소산염, 디에틸아닐린브롬화 수소산염, 디에틸아닐린염산염, 트리에탄올아민브롬화 수소산염, 모노에탄올아민브롬화 수소산염 등이 예시된다.

활성제로서의 상기 유기 할로겐 화합물의 구체적인 예로서 염화 파라핀, 테트라브로모에탄, 디브로모프로판올, 2,3-디브로모-1,4-부탄디올, 2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올, 트리스(2,3-디브로모프로필)이소시아누레이트 등을 들 수 있다.

또한, 활성제로서의 유기산의 구체적인 예로서 말론산, 푸말산, 글리콜산, 시트르산, 말산, 숙신산, 페닐숙신산, 말레산, 살리실산, 안트라닐산, 글루타르산, 스베르산, 아디프산, 세바스산, 스테아르산, 아비에트산, 벤조산, 트리멜리트산, 피로멜리트산, 도데칸산 등이 있고, 또한 유기 아민의 구체적인 것으로서 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 아닐린, 디에틸아닐린 등을 들 수 있다.

또한, 활성제로서의 다가 알코올로서는 에리스리톨, 피로갈롤, 리비톨 등이 예시된다.

또한, 플럭스(23)로서 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지 또는 그 변성 수지, 아크릴 수지로 이루어지는 열경화성 수지군으로부터 선택되는 적어도 1종 또는 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리메타크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지, 셀룰로오스계 수지로 이루어지는 열가소성 수지군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 사용해도 좋다.

반면에 상술한 접속 단자부재(6)의 적어도 표면을 구성하는 Cu-M계 합금은 접합 재료(21)의 가열 용융에 의해 상기 Sn계의 저융점 금속과의 조합에 의해 310℃ 이상의 융점을 나타내는 금속간 화합물을 생성할 수 있는 것이다. Cu-M계 합금이 Cu-Mn계 합금일 경우 상기 합금에 차지하는 Mn의 비율은 10~15중량%인 것이 바람직하고, Cu-Ni계 합금일 경우 상기 합금에 차지하는 Ni의 비율은 10~15중량%인 것이 바람직하다.

Cu-M계 합금이 상술한 바와 같은 조성으로 선택됨으로써 보다 저온이며, 또한 단시간에 Sn계의 저융점 금속과의 사이에서 금속간 화합물을 형성하기 쉽게 할 수 있다. 이 금속 화합물은 그 후에 실시될 수 있는 리플로우 공정에 있어서 용융되는 것은 아니다.

Cu-M계 합금에는 Sn계의 저융점 금속과의 반응을 저해하지 않는 정도로, 예를 들면 1중량% 이하의 비율로 불순물이 포함되어 있어도 좋다. 불순물로서는 Zn, Ge, Ti, Sn, Al, Be, Sb, In, Ga, Si, Ag, Mg, La, P, Pr, Th, Zr, B, Pd, Pt, Ni, Au 등을 들 수 있다.

또한, 접합성이나 반응성을 고려하면 저융점 금속 분말(22) 중의 산소 농도는 2000ppm 이하인 것이 바람직하고, 특히 10~1000ppm인 것이 바람직하다.

또한, Cu-M계 합금은 저융점 금속 분말(22)의 주위에 생성되는, 즉 접합부(10)[도 2(A), 도 3(B) 참조]에 생성되는 금속간 화합물과 상기 Cu-M계 합금 사이에서의 격자 정수차가 50% 이상이 되도록 선택된다. 상기 격자 정수차란 이하의 식에 의해 나타내어지는 바와 같이 금속간 화합물의 격자 정수로부터 Cu-M계 합금 격자 정수를 뺀 값을 Cu-M계 합금 격자 정수로 나눈 수치의 절대값을 100배한 수치(%)이다. 즉, 이 격자 정수차는 Cu-M계 합금과의 계면에 최초로 생성되는 금속간 화합물의 격자 정수가 Cu-M계 합금 격자 정수에 대하여 얼마만큼 차가 있는지를 나타내는 것이며, 어느 격자 정수가 큰지는 상관하지 않는 것이다.

격자 정수차는

격자 정수차(%)=[|{(금속간 화합물의 격자 정수)-(Cu-M계 합금 격자 정수)}|/(Cu-M계 합금 격자 정수)]×100

이라는 식으로 나타내어진다.

다시 도 3(A)를 참조해서 상술한 접합 재료(21)가 접속 단자부재(6)와 도전 랜드(7) 사이에 부여되면서 접속 단자부재(6)가 그 제 1 끝면(8)을 도전 랜드(7)를 향한 상태로 배치된다. 그리고, 이 상태에서 접합 재료(21)에 포함되는 저융점 금속 분말(22)이 용융되는 온도에서 열처리된다. 열처리 후의 상태가 도 3(B)에 나타내어져 있다.

상술한 열처리에 의해 접합 재료(21)가 가열되고, 저융점 금속 분말(22)을 구성하는 Sn계 저융점 금속의 융점 이상의 온도에 도달하면 저융점 금속 분말(22)이 용융되어서 분말로서의 형태를 상실한다.

그 후 가열이 더 계속되면 Sn계 저융점 금속이 접속 단자부재(6)의 표면에 있는 Cu-M계 합금과 반응해서 도 3(B)에 나타내는 형태의 접합부(10)가 형성된다.

접합부(10)의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치(WDX)에 의해 분석했을 때 이 접합부(10)의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 생성된 금속간 화합물 생성 영역(25)의 존재가 확인된다. 이 금속간 화합물 생성 영역(25)은 접합부(10)의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10매스씩 합계 100매스로 세분화했을 때에 1매스 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 매스를 제외한 나머지의 전체 매스수, 즉 금속간 화합물이 존재하는 전체 매스수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 존재하는 매스수의 비율(분산도)이 70% 이상인 것도 WDX에 의해 확인된다.

상술한 바와 같이 금속간 화합물 생성 영역(25)에 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계라는 3종류 이상의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한 생성 영역(25) 내에 있어서의 금속간 화합물이 분산도 70% 이상이라는 바와 같이 양호하게 분산된 상태로 되어 있으면 응력 집중이 생기기 어려워지고, 따라서 후술하는 실험예로부터 명확한 바와 같이 열충격 등에 의해 발생하는 선팽창 계수차에 기인하는 변형에 의해 접합부(10)에 응력이 부하되었을 경우라도 크랙이 생기기 어려워지고, 그 때문에 접합부(10)에 있어서의 저항값 상승이나 접합 강도 저하라는 문제를 발생시키기 어렵게 할 수 있다.

상술의 금속간 화합물 생성 영역(25)은 도 3(B)에 나타내는 바와 같이 접속 단자부재(6)측에 위치하고, 도전 랜드(7)측에는 생성 영역(25)보다 Sn계 금속 성분을 많이 포함하는 Sn 리치 영역(26)을 위치시키고 있는 것이 바람직하다. 그 이유는 이하와 같다.

생성 영역(25)이 발생하는 과정에 있어서, 통상 보이드가 발생하지만 만일 도전 랜드(7)측에도 Cu-M계 합금을 배치했을 경우 접합부(10)의 상하로부터 동시에 금속간 화합물의 생성이 일어나기 때문에 발생한 보이드가 접합부(10)의 중앙으로 모이기 쉽다. 또한, 이러한 접합 공정에서는 접합부(10)는 그 상하로부터 압박된다. 이들의 점에서 접합부(10)의 내부에서는 발생한 보이드가 연결되어 큰 층상의 간극이 되어 남아버린다. 접합부(10)의 내부에 큰 간극이 존재하면 낙하 시험 또는 열충격 시험에 있어서 간극을 기점으로 하는 크랙이 발생하는 경우가 있다. 특히, 크랙이 커져 접합부(10)를 파단해버리면 심각한 문제를 야기한다.

이것에 대하여 도 3(B)에 나타내는 바와 같이 금속간 화합물 생성 영역(25)이 접속 단자부재(6)측에만 위치하고 있을 경우, 즉 접속 단자부재(6)와 접합부(10) 사이에서만 금속간 화합물을 생성시킬 경우에는 한쪽 방향으로부터 반응이 일어나기 때문에 발생한 보이드는 도전 랜드(7)측으로 피하기 쉽고, 생성 영역(25) 내부에는 머무르기 어렵다. 한편, 도전 랜드(7)측의 Sn 리치 영역(26)에 가령 보이드가 잔존하고 있었다고 해도 여기에서는 금속간 화합물이 실질적으로 생성되지 않기 때문에 보이드가 모이는 일 없이 분산된 상태로 존재하고, 그 때문에 보이드가 크랙의 기점이 되는 일이 없다. 따라서, 크랙의 발생을 억제할 수 있다.

상술한 바와 같은 금속간 화합물 생성 영역(25)이 접속 단자부재(6)측에 위치하고, 도전 랜드(7)측에는 Sn 리치 영역(26)을 위치시키고 있는 구성은 도 4에 나타낸 바와 같은 Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막(19)이 형성된 접속 단자부재(6)를 사용하는 편이 보다 용이하게 얻을 수 있다. 왜냐하면 도금막(19)의 두께분밖에 금속간 화합물을 생성하는 반응이 일어나지 않으므로 도금막(19)의 두께를 조정함으로써 금속간 화합물 생성 영역(25)의 두께를 조정할 수 있기 때문이다.

또한, 금속간 화합물 생성 영역(25)이 접속 단자부재(6)측에 위치하고, 또한 도전 랜드(7)측에 Sn 리치 영역(26)을 위치시키고 있는 구성에 의한 상술한 이점이 특별히 요망되지 않으면 도전 랜드(7)는 적어도 표면이 Cu-M계 합금으로 구성된 것이어도 좋다.

접합부(10), 특히 생성 영역(25)의 내열성을 향상시키기 위해서는 생성 영역(25)은 Sn계 금속 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하고, 가령 Sn계 금속 성분을 포함할 경우에도 그 함유율은 30체적% 이하가 되는 것이 바람직하다. Sn계 금속 성분은, 예를 들면 300℃ 이상의 고온 환경 하에 두어졌을 경우 재용융해서 유출되는 경우가 있을 수 있기 때문에 생성 영역(25)의 내열성의 저하로 이어진다. 따라서, Sn계 금속 성분의 함유율이 30체적% 이하로 됨으로써 내열성을 보다 향상시킬 수 있다. 이러한 Sn계 금속 성분의 함유율의 저감을 위해서 격자 정수가 관계된다.

상술한 바와 같이 접속 단자부재(6)의 적어도 표면을 구성하는 Cu-M계 합금의 격자 정수가 생성 영역(25)에서 생성되는 금속간 화합물의 격자 정수와의 사이에서 50% 이상의 격자 정수차를 갖고 있으면 접합 재료(21)에 포함되는 저융점 금속 분말(22)을 구성하는 Sn계 저융점 금속과 접속 단자부재(6)의 적어도 표면을 구성하는 Cu-M계 합금의 반응에 의한 금속간 화합물의 생성이 신속하게 진행되어 단시간 안에 생성 영역(25) 중의 Sn계 금속 성분의 함유량을 충분히 저감시킬 수 있다.

또한, 접합 재료(21)는 상술한 바와 같은 페이스트의 형태가 아니고, 예를 들면 판상의 고체의 형태이어도 좋다.

또한, 접합 재료(21)가 Sn계의 저융점 금속 분말(22)뿐만 아니라 Cu-M계 합금으로 이루어지는 분말을 더 포함하고 있어도 좋다. 이 경우에는 접속 단자부재(6)의 적어도 표면이 Cu-M계 합금으로 구성되어 있지 않아도, 즉 예를 들면 접속 단자부재(6)가 Cu로 구성되어 있어도 접합부(10)에 있어서 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 생성된 금속간 화합물 생성 영역(25)을 형성할 수 있다.

이어서, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이 전자부품(5) 및 접속 단자부재(6)를 밀봉하도록 배선 기판(4)의 제 1 주면(2) 상에 수지층(11)이 형성된다. 수지층(11)은, 예를 들면 에폭시 수지나 페놀 수지, 시아네이트 수지 등의 열경화성 수지에 산화 알루미늄이나 실리카(이산화규소), 이산화티탄 등의 무기 필러가 혼합되어서 형성된 복합 수지에 의해 형성할 수 있다.

예를 들면, PET 필름 상에 복합 수지를 성형해서 반경화시킨 수지 시트를 사용해서 수지층(11)을 형성할 경우에는 소망의 두께를 갖는 스페이서 또는 틀이 주위에 배치된 상태의 배선 기판(4)에 수지 시트를 씌우고, 수지의 두께가 스페이서 또는 틀의 두께가 되도록 수지 시트를 가열 프레스한 후, 배선 기판(4)을 오븐에 의해 가열해서 수지를 경화시킴으로써 소망의 두께를 갖는 수지층(11)을 형성할 수 있다.

또한, 수지층(11)은 액상의 수지를 사용한 포팅 기술이나 트랜스퍼 몰드 기술, 컴프레션 몰드 기술 등 수지층을 형성할 수 있는 다른 일반적인 성형 기술을 사용해서 형성할 수도 있다.

이어서, 도 2(C)에 나타내는 바와 같이 롤러 블레이드 등에 의해 수지층(11)의 표면이 연삭되거나 연마되거나 함으로써 불필요한 수지가 제거되어 수지층(11)의 표면이 평탄화됨과 아울러 접속 단자부재(6)의 제 2 끝면(9)이 수지층(11)의 표면에 노출된다. 이것에 의해 전자부품 모듈(1)이 완성된다. 또한, 도시되지 않지만 이 공정에 있어서 전자부품(5)의 천면이 노출되도록 연삭, 연마되어도 좋다. 또한, 전자부품(5)이 IC인 경우에는 IC의 천면 자체를 연삭, 연마해서 해도 좋다. 이것에 의해 전자부품 모듈(1)을 보다 저배화할 수 있다.

접속 단자부재(6)의 제 1 끝면(8)측에 부여되는 접합 재료(21)의 두께 등의 영향에 의해 접속 단자부재(6)의 배선 기판(4)의 제 1 주면(2)으로부터의 높이에 불균일이 발생할 경우에는 수지층(11)과 함께 접속 단자부재(6)의 제 2 끝면(9)측을 연삭 또는 연마함으로써 접속 단자부재(6)의 배선 기판(4)으로부터의 높이를 정렬할 수 있다. 또한, 접속 단자부재(6)가 도 4를 참조해서 상술한 바와 같이 Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막(19)에 의해 피복된 것일 경우 연삭 또는 연마 후에도 도금막(19)의 적어도 일부는 남겨지도록 한다.

도 2(B)에 나타낸 단계에 있어서 접속 단자부재(6)의 제 2 끝면(9)이 적정하게 노출되도록 수지층(11)이 형성될 경우에는 수지층(11)의 표면을 연마 또는 연삭하는 공정은 반드시 실시되지 않아도 좋다.

또한, 전자부품 모듈(1)은 상기한 바와 같이 이것을 개별로 제조해도 좋지만 복수의 전자부품 모듈(1)의 집합체를 형성한 후에 각각의 전자부품 모듈(1)로 분할하는 방법이 채용되어도 좋다.

이상과 같이 해서 얻어진 전자부품 모듈(1)은 도 5에 나타내는 바와 같이 실장용 기판(31) 상에 실장된다. 도 5에는 실장용 기판(31)에 설치되는 도전 랜드(32) 및 도전 랜드(32)와 전자부품 모듈(1)의 접속 단자부재(6)를 접합하는 접합부(33)가 도시되어 있다. 접합부(33)는, 예를 들면 Sn계 저융점 금속을 포함하는 땜납에 의해 부여되고, 접합부(33)를 형성하기 위해서 리플로우 공정이 적용된다.

상술한 리플로우 공정에 있어서, 전자부품 모듈(1)의 접합부(10)의 특히 금속간 화합물 생성 영역(25)[도 3(B) 참조]은 내열강도가 우수하므로 재용융되어버리는 일이 없다.

또한, 리플로우 공정에 있어서, 만일 접합부(10)의 Sn 리치 영역(26)[도 3(B) 참조]이 재용융되어 접속 단자부재(6)와 수지층(11)의 간극을 따라 이동하여 유출되려 해도 Sn 리치 영역(26)에 포함되는 Sn계 저융점 금속이 접속 단자부재(6)와 접촉했을 때 비교적 단시간에 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계라는 금속간 화합물을 생성하기 위한 반응이 달성되고, Sn계 저융점 금속이 이 반응에 의해 소비되므로 이 점에서 접합 재료(21)의 유출 또는 분출이라는 문제를 발생시키기 어렵게 할 수 있다.

또한, 이하의 점에도 주목해야 한다. 상술한 접속 단자부재(6)와 도전 랜드(7)의 접합 공정 동안, 접속 단자부재(6)에는 도전 랜드(7)를 향하는 방향으로 힘이 가해지므로 도 3(A)에 나타내는 바와 같이 접합 재료(21)는 접속 단자부재(6)의 지름보다 큰 지름을 갖도록 확장된다. 그 때문에 도 3(B)로부터 알 수 있는 바와 같이 금속간 화합물 생성 영역(25)은 접속 단자부재(6)의 지름보다 큰 지름을 갖는 상태가 된다. 그 결과 접합부(10)에 있어서의 금속간 화합물 생성 영역(25)은 접속 단자부재(6)와 수지층(11)의 간극을 차단하는 것 같은 벽이 되고, 이것에 의해서도 접합 재료(21)의 유출이나 또는 분출을 억제할 수 있다.

도 6에는 상술한 실장용 기판(31) 상으로의 실장에 있어서 전자부품 모듈(1)의 접속 단자부재(6)에 있어서 유리하게 채용되는 바람직한 구조가 나타내어져 있다. 도 6에 나타낸 접속 단자부재(6)의 제 2 끝면(9), 즉 배선 기판(4)의 도전 랜드(7)의 접합부(10)(도 6에서는 도시되지 않음)와는 반대측의 끝면에는 상술한 금속간 화합물 생성 영역(25)과 동등의 금속간 화합물 생성 영역(35)이 존재하고 있다.

접속 단자부재(6)가, 예를 들면 Cu를 주성분으로 할 경우 실장용 기판(31)에 실장하는 리플로우 공정에 있어서 Cu가 땜납에 의해 확산되어 접합 신뢰성이 저하된다는 문제가 있다. 그러나 상기한 바와 같이 접속 단자부재(6)의 제 2 끝면(9)에도 금속간 화합물 생성 영역(35)이 존재하고 있으면 리플로우 온도에서도 금속간 화합물은 용융되지 않기 때문에 리플로우 공정에 있어서 접합부(33)(도 5 참조)를 부여하는 접합 재료로서의 땜납과 접속 단자부재(6) 사이의 확산을 방지할 수 있고, 그 결과 접합 신뢰성을 높게 유지할 수 있다.

또한, 도 6에 나타낸 금속간 화합물 생성 영역(35)은 상술한 접합부(10)를 부여하는 접합 재료(21)와 같은 조성의 접합 재료를 접합부(33)를 형성하기 위해서 사용하면 실장용 기판(31) 상으로의 실장을 위한 리플로우 공정에 있어서 자연스럽게 형성되지만, 실장용 기판(31)으로의 실장 전의 전자부품 모듈(1)의 단계에서 미리 형성해 두어도 좋다. 후자의 경우에는 도 3(A)에 나타낸 공정에 있어서 접속 단자부재(6)의 제 2 끝면(9) 상에도 접합 재료(21)와 같은 조성의 접합 재료를 도포해 두면 도 3(B)에 나타낸 공정에 있어서 금속간 화합물 생성 영역(35)이 형성된다.

이상, 이 발명을 도시한 실시형태에 관련해서 설명했지만, 이 발명은 예를 들면 배선 기판(4)의 제 1 주면(2)뿐만 아니라 제 2 주면(3)에도 전자부품 및/또는 접속 단자부재가 설치된 전자부품 모듈에 대해서도 적용할 수 있다.

이어서, 이 발명에 의거하여 실시한 실험예에 대해서 기재한다.

(실험예 1)

실험예 1에서는 도 7에 나타내는 바와 같은 형태의 시험 워크(41)를 제작했다.

시험 워크(41)는 저온 소결 세라믹 재료로 구성된 배선 기판(42)과, 배선 기판(42)의 한쪽 주면 상에 3개×4개의 행렬을 이루도록 형성된 Ni 도금이 실시된 Cu로 이루어지는 12개의 도전 랜드(43)와, 도전 랜드(43)의 각각에 접합부(44)를 개재하여 접합된 기둥상의 12개의 접속 단자부재(45)와, 접속 단자부재(45)를 밀봉하도록 배선 기판(42)의 한쪽 주면 상에 형성된 에폭시 수지로 이루어지는 수지층(46)을 구비하는 것으로 한다.

배선 기판(42)은 3㎜×2.4㎜의 평면 치수 및 1㎜의 두께를 갖고, 접속 단자부재(45)는 지름이 0.3㎜, 길이가 0.5㎜이며, 배열 피치가 0.6㎜이며, 또한 수지층의 두께는 0.55㎜이었다.

이 시험 워크(41)의 접합부(44)를 얻기 위해서 표 1의 「접합 재료를 구성하는 저융점 금속」의 란에 나타내는 저융점 금속으로 이루어지는 분말과 플럭스를 혼합한 페이스트상의 접합 재료를 준비했다. 플럭스로서는 로진: 74중량%, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르: 22중량%, 트리에탄올아민: 2중량% 및 수소 첨가 피마자유: 2중량%의 배합 비율의 것을 사용했다. 또한, 플럭스의 배합 비율은 접합 재료전체에 차지하는 플럭스의 비율로 10중량%가 되도록 했다.

또한, 접속 단자부재(45)로서 표 1의 「접속 단자부재」의 란에 기재된 「조성」으로 이루어지는 것을 준비했다. 표 1의 「접속 단자부재」의 란에는 a축을 기준으로 한 「격자 정수」도 나타내어져 있다.

이어서, 배선 기판(42)을 준비하고, 도전 랜드(43) 상에 상기 접합 재료를 0.05㎜의 두께로 도포한 후 접속 단자부재(45)를 그 위에 배치했다.

이어서, 리플로우 장치를 사용해서 150℃~180℃의 온도 범위에서 90초, 220℃ 이상에서 40초, 240℃ 이상에서 15초 각각 유지하고, 피크 온도를 235℃~245℃로 한 온도 프로필로 열처리함으로써 도전 랜드(43)와 접속 단자부재(45)를 접합하여 접합부(44)를 형성했다.

이어서, 이 단계에서 표 1에 나타낸 「최초로 생성되는 금속간 화합물」을 평가했다. 「최초로 생성되는 금속간 화합물」이란 접합 재료와 접속 단자부재(45)의 계면에 있어서 최초로 생성되는 금속간 화합물이며, 접합부(44)의 단면을 FE-WDX에 의해 매핑 분석함으로써 확인했다. 「격자 정수」는 a축을 기준으로 해서 구한 것이다. 또한, 표 1의 「격자 정수차」는 상술한 식에 의해 구한 것이다.

또한, 표 1에 있어서 접합부(44)에 생성되는 금속간 화합물의 대표예가 「접합부에 생성되는 금속간 화합물예」의 란에 나타내어져 있다. 따라서, 접합부(44)에는 표 1에 기재한 것 이외의 금속간 화합물도 생성될 수 있다. 접합부(44)에 생성되는 금속간 화합물에 대해서도 접합부(44)의 단면을 FE-WDX에 의해 매핑 분석함으로써 확인했다.

또한, 상술한 분석의 결과 접합부(44)에 있어서 금속간 화합물 생성 영역이 접속 단자부재(45)측에 위치하고 있고, 도전 랜드(43)측에서는 금속간 화합물 생성 영역보다 Sn계 금속 성분을 많이 포함하는 영역이 위치하고 있는 것을 확인했다.

또한, 표 1에 나타내는 바와 같이 「분산도」를 평가했다. 「분산도」는 이하와 같은 순서로 구했다.

(1) 접합부(44)의 단면 사진에 있어서 접속 단자부재(45)와의 계면 근방의 영역에서 접합부(44)를 세로와 가로로 균등하게 10매스씩, 합계 100매스로 세분화했다.

(2) 1매스분 중에 금속간 화합물이 2종류 이상 존재하는 매스수를 셌다.

(3) 세분화된 100매스 중으로부터 금속간 화합물이 존재하지 않는 매스가 있으면 그것을 제외한 나머지의 매스수를 전체 매스수로 하고, (2)에 있어서 금속간 화합물이 2종류 이상 존재하는 매스수를 전체 매스수로 나누어서 100을 곱한 값을 분산도(%)로 했다.

이어서, 접속 단자부재(45)를 밀봉하도록 배선 기판(42)의 한쪽 주면 상에 수지층(46)을 형성하고, 도 7에 나타낸 시험 워크(41)를 완성시켰다.

이렇게 해서 제작된 시험 워크(41)에 대하여 표 1에 나타내는 바와 같이 「유출 시험」, 「낙하 시험」 및 「열충격 시험」을 실시했다.

「유출 시험」에서는 시험 워크(41)에 대하여 온도 125℃에서 24시간 전처리를 실시한 후 온도 85℃ 상대 습도 85%의 고온 고습 환경 하에 168시간 방치하고, 이어서 피크 온도 260℃의 리플로우 조건으로 3회 가열한 후, 외관 관찰에 의해 접속 단자부재(45)의 노출면에 있어서의 접합 재료의 유출의 유무를 평가했다. 접속 단자부재(45)의 모든 곳에서 유출이 확인되지 않은 것에 대해서는 합격으로 판정하여 「유출 시험」의 란에 「○」로 표시하고, 접속 단자부재(45) 중 적어도 1개라도 유출이 확인된 것에 대해서는 불합격으로 판정하여 「유출 시험」의 란에 「×」로 표시했다.

「낙하 시험」에서는 도 7에 나타낸 10개의 시험 워크(41)를 도 8에 나타내는 바와 같이 프린트 기판(47) 상에 실장하고, 이 프린트 기판(47)을 도시하지 않지만 POM(폴리옥시에틸렌)재로 성형된 평면 치수 120㎜×50㎜이며, 두께 30㎜의 홀더에 부착한 상태로 했다. 그리고, 이 홀더의 6면에 대하여 각 3회의 낙하 시험을 1.5m의 높이로부터 실시하여 외관상의 문제를 검사했다. 그 결과 모든 시험 워크(41)에 있어서 문제가 확인되지 않은 것에 대해서는 합격으로 판정하여 「낙하 시험」의 란에 「○」로 표시하고, 적어도 1개의 시험 워크(41)에 대해서 불량이 확인된 것에 대해서는 불합격으로 판정하여 「낙하 시험」의 란에 「×」로 표시했다.

「열충격 시험」에서는 도 7에 나타내는 형태의 시험 워크에 대해서 -55℃와 +125℃의 각각의 온도 조건으로 각각 30분간 유지하는 사이클을 1000회까지 부여하는 열충격 시험을 실시한 후, 접속 단자부재에서의 전기적 도통 상태를 평가했다. 그 결과 500개의 접속 단자부재에 대해서 모두가 도통되어 있었던 것을 합격으로 판정하여 「열충격 시험」의 란에 「○」로 표시하고, 적어도 1개가 오픈 불량이 된 것을 불합격으로 판정하여 「열충격 시험」의 란에 「×」로 표시했다.

표 1에 있어서 시료 16~18은, 이 발명의 범위 외의 비교예이다.

이 발명의 범위 내의 시료 1~15에서는 「접합부에 생성되는 금속간 화합물예」로부터 알 수 있는 바와 같이 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계(M은 Ni 및 Mn 중 1종 이상) 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재하고 있고, 또한 「분산도」에 대해서는 70% 이상의 값을 나타냈다.

그 결과 시료 1~15에서는 「유출 시험」, 「낙하 시험」 및 「열충격 시험」 중 어느 것에 대해서도 「○」의 평가를 얻었다.

또한, 표 1에는 표시되지 않지만 「접합 재료를 구성하는 저융점 금속」 및 「접속 단자부재」를 시료 2와 같게 하면서 도전 랜드(43)도 「접속 단자부재」와 같은 조성으로 한 시료에 대해서도 마찬가지의 평가를 행했다. 그 결과 상기 시료에서도 「최초로 생성되는 금속간 화합물」, 「격자 정수차」, 「접합부에 생성되는 금속간 화합물예」 및 「분산도」는 시료 2와 동일해지고, 「유출 시험」, 「낙하 시험」 및 「열충격 시험」 중 어느 것에 있어서도 「○」의 평가를 얻었다. 단, 상기 시료에서는 특별히 심각하지 않지만 접합부(44)에 있어서 미소 크랙이 확인되었다.

이들에 대하여 이 발명의 범위 외의 시료 16~18에서는 「유출 시험」, 「낙하 시험」 및 「열충격 시험」 중 어느 것에 대해서도 「×」의 평가를 얻었다. 이것은 시료 16 및 17에서는 「접합부에 생성되는 금속간 화합물예」로서 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 존재한다는 조건을 충족시키지 않고, 또한 시료 16~18에서는 「격자 정수차」가 20%로 작고, 「분산도」가 70% 미만이었기 때문인 것으로 추측된다.

(실험예 2)

실험예 2는 접속 단자부재의 적어도 표면을 구성하는 Cu-M계 합금에 있어서의 M의 바람직한 함유율을 구하기 위해서 실시했다.

우선, 접합 재료로서 표 2의 「접합 재료를 구성하는 저융점 금속」의 란에 나타내는 바와 같이 「Sn」을 포함하는 것, 즉 실험예 1에 있어서의 시료 3에 있어서 사용한 것과 같은 것을 준비했다.

반면에 실험예 1에 있어서의 도전 랜드(43) 및 접속 단자부재(45)를 대신하는 접합 대상물로서 표 2의 「접합 대상물의 조성」의 란에 나타낸 조성을 함께 갖는 도전 랜드 및 접속 단자부재를 준비했다.

이어서, 실험예 1의 경우와 마찬가지의 조건으로 접합 재료를 개재하여 상기 도전 랜드를 구비하는 배선 기판과 접속 단자부재를 배치하고, 리플로우 장치를 사용해서 열처리함으로써 도전 랜드와 접속 단자부재를 접합하여 접합부를 형성했다.

이렇게 해서 얻어진 접합부에 대해서 표 2에 나타내는 바와 같이 「저융점 금속 잔류율」을 평가했다. 「저융점 금속 잔류율」의 평가에 있어서는 얻어진 시료에 있어서의 접합부를 약 7㎎ 잘라내어 측정 온도 30℃~300℃, 승온 속도 5℃/분, N₂ 분위기, 레퍼런스 Al₂O₃의 조건으로 시차 주사 열량측정(DSC측정)을 실시했다. 얻어진 DSC 차트의 Sn의 용융 온도에 있어서의 용융 흡열 피크의 흡열량으로부터 잔류한 Sn 성분량을 정량화했다. 그리고, 이 Sn 성분량으로부터 금속 성분 전체에 대한 Sn 성분의 비율을 「저융점 금속 잔류율」로 해서 구했다.

표 2로부터 접합 대상물을 구성하는 Cu-M(M은 Mn 또는 Ni) 합금에 있어서의 M의 함유율이 5~30중량%일 때 잔류 Sn 성분이 어느 정도 저감되지만, M의 함유율이 10~15중량%일 때 잔류 Sn 성분의 추가적인 저감이 도모되는 것을 알 수 있었다. 이 점에서 Cu-M계 합금과 Sn계의 저융점 금속 사이에서 금속 화합물을 보다 저온이며, 또한 단시간에 형성되기 쉽게 하기 위해서 Cu-M계 합금은 M을 5~30중량%의 비율로 함유하는 것이 바람직하고, M을 10~15중량%의 비율로 함유하는 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있다.

1: 전자부품 모듈 2: 제 1 주면
3: 제 2 주면 4, 42: 배선 기판
5: 전자부품 6, 45: 접속 단자부재
7, 43: 도전 랜드 8: 제 1 끝면
9: 제 2 끝면 10, 44: 접합부
11, 46: 수지층 19: Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막
21: 접합 재료 22: 저융점 금속 분말
23: 플럭스 25, 35: 금속간 화합물 생성 영역
26: Sn 리치 영역

Claims

서로 대향하는 제 1 및 제 2 주면을 갖는 배선 기판과,
상기 배선 기판의 적어도 상기 제 1 주면 상에 실장된 전자부품과,
상기 배선 기판의 적어도 상기 제 1 주면 상에 형성된 도전 랜드와,
서로 대향하는 제 1 및 제 2 끝면을 갖고, 상기 제 1 끝면을 상기 도전 랜드를 향한 상태로 배치되고, 또한 상기 도전 랜드에 대하여 접합부를 개재하여 접합된 기둥상의 접속 단자부재와,
상기 접속 단자부재의 상기 제 2 끝면을 노출시킨 상태로 상기 전자부품 및 상기 접속 단자부재를 밀봉하도록 상기 배선 기판의 상기 제 1 주면 상에 형성된 수지층을 구비하고,
상기 접합부는 상기 접속 단자부재측에 금속간 화합물 생성 영역을 위치시키고, 상기 도전 랜드측에 상기 금속간 화합물 생성 영역보다 Sn계 금속 성분을 많이 포함하는 영역을 위치시키고 있고,
상기 금속간 화합물 생성 영역의 단면을 파장 분산형 X선 분석 장치(WDX)에 의해 분석했을 때 상기 금속간 화합물 생성 영역의 단면에는 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물(M은 Ni 및 Mn 중 1종 이상)이 존재하고 있고, 상기 금속간 화합물 생성 영역은 상기 금속간 화합물 생성 영역의 단면을 세로 및 가로로 균등하게 10매스씩 합계 100매스로 세분화했을 때에 1매스 중에 Sn계 금속 성분만이 존재하는 매스를 제외한 나머지의 전체 매스 수에 대한 구성 원소가 다른 금속간 화합물이 적어도 2종류 이상 존재하는 매스 수의 비율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 금속간 화합물 생성 영역은 Sn계 금속 성분을 30체적% 이하 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 금속간 화합물 생성 영역은 Sn계 금속 성분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접속 단자부재는 Cu-M계 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접속 단자부재는 그 표면에 형성된 Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막을 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속간 화합물 생성 영역은 상기 접속 단자부재의 상기 제 2 끝면에도 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈.
서로 대향하는 제 1 및 제 2 주면을 갖고, 또한 적어도 상기 제 1 주면 상에 도전 랜드가 형성된 배선 기판을 준비하는 공정과,
전자부품을 준비하는 공정과,
서로 대향하는 제 1 및 제 2 끝면을 갖고, 또한 적어도 표면이 Cu-M계 합금(M은 Ni 및 Mn 중 1종 이상)으로 이루어지는 기둥상의 접속 단자부재를 준비하는 공정과,
상기 Cu-M계 합금보다 융점이 낮은 저융점 금속으로 이루어진 접합 재료를 준비하는 공정과,
상기 배선 기판의 적어도 상기 제 1 주면 상에 상기 전자부품을 실장하는 공정과,
상기 접속 단자부재와 상기 도전 랜드 사이에 상기 접합 재료를 부여함과 아울러 상기 제 1 끝면을 상기 도전 랜드를 향한 상태로 상기 접속 단자부재를 배치하는 공정과,
상기 접속 단자부재와 상기 도전 랜드를 상기 접합 재료를 개재하여 접합하도록 상기 저융점 금속이 용융하는 온도에서 열처리하는 열처리 공정과,
상기 전자부품 및 상기 접속 단자부재를 밀봉하도록 상기 배선 기판의 상기 제 1 주면 상에 수지층을 형성하는 공정을 구비하고,
상기 저융점 금속은 Sn 또는 Sn을 70중량% 이상 포함하는 합금이며, 상기 Cu-M계 합금은 상기 저융점 금속과의 사이에 금속간 화합물을 생성하는 것으로서 상기 금속간 화합물과의 격자 정수차는 50% 이상이며,
상기 열처리 공정은 상기 접속 단자부재와 상기 도전 랜드 사이에 적어도 Cu-Sn계, M-Sn계 및 Cu-M-Sn계의 금속간 화합물이 생성되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 저융점 금속은 Sn 또는 Sn을 85중량% 이상 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 저융점 금속은 Sn 또는 Cu, Ni, Ag, Au, Sb, Zn, Bi, In, Ge, Al, Co, Mn, Fe, Cr, Mg, Mn, Pd, Si, Sr, Te, 및 P로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종과 Sn을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 Cu-M계 합금은 상기 M을 5~30중량%의 비율로 함유하는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 Cu-M계 합금은 상기 M을 10~15중량%의 비율로 함유하는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 접속 단자부재는 상기 Cu-M계 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 접속 단자부재는 그 표면에 형성된 상기 Cu-M계 합금으로 이루어지는 도금막을 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 열처리 공정에 있어서 상기 도전 랜드측에서 생성되는 상기 금속간 화합물의 양은 상기 접속 단자부재측에서 생성되는 상기 금속간 화합물의 양보다 적은 것을 특징으로 하는 전자부품 모듈의 제조 방법.