TWI495410B - Electronic parts module - Google Patents

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TWI495410B
TWI495410B TW102117726A TW102117726A TWI495410B TW I495410 B TWI495410 B TW I495410B TW 102117726 A TW102117726 A TW 102117726A TW 102117726 A TW102117726 A TW 102117726A TW I495410 B TWI495410 B TW I495410B
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alloy
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TW102117726A
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Inventor
Hideo Nakagoshi
Yoichi Takagi
Nobuaki Ogawa
Hidekiyo Takaoka
Kosuke Nakano
Akihiko Kamada
Masaaki Mizushiro
Original Assignee
Murata Manufacturing Co
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Description

電子零件模組
本發明係關於一種電子零件模組，尤其關於一種具備配線基板、安裝於其上之電子零件及柱狀之連接端子構件、以及將電子零件及連接端子構件密封之樹脂層的電子零件模組的、連接端子構件之周邊部之構造。
本發明所需要之技術係於例如特開2008-16729號公報(專利文獻1)中有所記載。專利文獻1中記載有一種半導體裝置，其中作為柱狀之連接端子構件的內部連接用電極係與配置於有機基板之配線圖案上之規定的位置的連接電極用金屬墊部接合，且內部連接用電極由密封樹脂密封。而且，專利文獻1中，記載有內部連接用電極亦可焊接連接於連接電極用金屬墊部。
然而，若內部連接用電極藉由焊料連接，則於將半導體裝置安裝於安裝用基板上時之回流焊步驟中，會出現如下問題：作為接合材料之焊料會再熔融而是體積膨脹，且焊料沿著內部連接用電極與密封樹脂之間隙而流出或噴出至半導體裝置外側。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]特開2008-16729號公報
因此，本發明之目的係，於如上述半導體裝置之電子零件模組中，抑制將該電子零件模組安裝於安裝用基板上時實施之回流焊步驟中的接合材料之流出。
簡單而言，本發明之特徵在於：阻止回流焊步驟中之接合材料於連接端子構件之露出側之端部流出。
進一步詳細而言，本發明之電子零件模組之特徵在於具備：配線基板，其具有彼此對向之第1及第2主面；電子零件，其安裝於配線基板之至少第1主面上；導電焊墊，其形成於配線基板之至少第1主面上；柱狀之連接端子構件，其具有彼此對向之第1及第2端面，以使第1端面朝嚮導電焊墊之狀態而配置，且經由接合部而與導電焊墊接合；及樹脂層，其以於使該連接端子構件之第2端面露出的狀態下、將上述電子零件及連接端子構件密封之方式，形成於配線基板之第1主面上；上述接合部包含為Sn單體或為含有70重量%以上之Sn之合金的低熔點金屬。
本發明中，作為用於解決上述問題之手段，由以下2個態樣。
第1態樣之特徵在於：於連接端子構件之第2端面側之端部的至少周圍，配置有以由低熔點金屬與Cu-M系合金(M為Ni及/或Mn)所生成之金屬間化合物而構成的高熔點合金體，該高熔點合金體成為於連接端子構件之第2端面側堵塞連接端子構件與樹脂層之界面的狀態。
根據該構成，在用於將電子零件模組安裝於安裝用基板上之回流焊步驟中，即便構成接合部之接合材料再熔融，但因已由以金屬間化合物構成之高熔點合金體形成有所謂「蓋」，故而，能抑制接合材料於電子零件模組之外側漏出。
較佳為，利用波長分散型X射線分析裝置(WDX)對上述高熔點合金體之剖面進行分析時，於該高熔點合金體之剖面，至少存在 Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系之金屬間化合物，且將該高熔點合金體之剖面於縱向及橫向分別均等地細分為10塊、合計為100塊時，構成元素不同的金屬間化合物至少存在2種以上之塊數、與除去1塊中僅存在Sn系金屬成分之塊後剩餘的總塊數之比例(以下，有時亦稱作「分散度」。)為70%以上。
根據上述較佳的構成，於高熔點合金部之剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系該等3種以上的金屬間化合物，且高熔點合金部內之金屬間化合物係成為如其分散度為70%以上般良好地分散的狀態，因此難以產生應力集中。藉此，即便是因起因於由熱衝擊等引起之線膨脹係數差的變形，而使高熔點合金部負載有應力的情況下，亦難以產生龜裂。
較佳為，高熔點合金體中不含有Sn系金屬成分，即便含有Sn系金屬成分，其含有率亦為30體積%以下。Sn系金屬成分置於例如300℃以上之高溫環境下時，可能會再熔融而流出，因此，會導致由高熔點合金體形成之所謂「蓋」作用的可靠性下降。因此，藉由使Sn系金屬成分之含有率為30體積%以下，則能抑制耐熱性之下降。
較佳為，高熔點合金體係以覆蓋連接端子構件之第2端面側之整個端部的方式配置。其原因在於：能夠提高由高熔點合金體形成之所謂「蓋」作用的可靠性，並且能進一步減少連接端子構件之焊料侵蝕的問題。
第2態樣之特徵在於：連接端子構件之第2端面側之端部的至少周圍係由Cu-M系合金(M為Ni及/或Mn)構成，該Cu-M系合金係可與低熔點金屬之間生成金屬間化合物、且與金屬間化合物之晶格常數差為50%以上。
根據該構成，在用於將電子零件模組安裝於安裝用基板上的 回流焊步驟中，當構成接合部之接合材料再熔融、而欲自樹脂層與連接端子構件之間隙流出時，與Cu-M系合金接觸，且以比較短的時間與其反應而生成金屬間化合物，藉此，堵塞樹脂層與連接端子構件之間隙，從而能抑制接合材料於電子零件模組之外側漏出。
較佳為，接合部中所含之低熔點金屬係Sn單體或含有85重量%以上之Sn之合金。其原因在於：低熔點金屬與Cu-M系合金之間更容易形成金屬間化合物。
而且，較佳為，低熔點金屬係Sn單體、或含有選自由Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、及P組成之群中之至少1種與Sn的合金。藉由按此種組成選擇低熔點金屬，使得與Cu-M系合金之間容易形成金屬間化合物。
為了與Sn系之低熔點金屬之間容易以更低溫且更短時間形成金屬化合物，較佳為，Cu-M系合金中以5~30重量%之比例含有M，更佳為以10~15重量%之比例含有M。
而且，於能更切實地生成金屬間化合物方面而言，較佳為，連接端子構件之第2端面側之端部整個表面係由Cu-M系合金構成。
於第1及第2態樣中之任一態樣中，連接端子構件可由Cu-M系合金構成，該Cu-M系合金係可與低熔點金屬之間生成金屬間化合物、且與金屬間化合物之晶格常數差為50%以上。或者，連接端子構件亦可具有形成於其表面之鍍敷膜，鍍敷膜係由Cu-M系合金構成，該Cu-M系合金係可與低熔點金屬之間生成金屬間化合物、且與金屬間化合物之晶格常數差為50%以上。
根據上述構成，於連接端子構件之整個表面，可能因Cu-M系合金與構成接合部之接合材料的接觸而生成金屬間化合物。因此，能進一步提高防止接合材料向電子零件模組之外部漏出的可靠性。
而且，於第1及第2態樣中之任一態樣中，亦可進而將電子零件安裝於配線基板之第2主面上。尤其是，於第2態樣中，在實施用於將電子零件安裝於第2主面上之回流焊步驟的情況下，當構成接合部之接合材料再熔融而欲自樹脂層與連接端子構件之間隙流出時，接觸於Cu-M系合金且與其反應而生成金屬間化合物，藉此，可獲得成為高熔點合金體配置於連接端子構件之第2端面側之端部的至少周圍之狀態的第1態樣之電子零件模組。
根據本發明，於後續步驟或使用者進行之回流焊步驟中，即便因構成接合部之接合材料再熔融，且由於該再熔融導致接合材料的體積膨脹，而使得接合材料沿著連接端子構件與樹脂層之間隙而向外部、或噴出，亦能有效地發揮抑制作用。
亦即，根據第1態樣，即便構成接合部之接合材料再熔融而欲沿著連接端子構件與樹脂層之間隙流出，但因由金屬間化合物構成之高熔點合金體以成為所謂「蓋」的方式、以堵塞連接端子構件與樹脂層之界面的狀態而配置，故而，能抑制接合材料於電子零件模組之外側漏出。
另一方面，根據第2態樣，即便構成接合部之接合材料再熔融而欲沿著連接端子構件與樹脂層之間隙流出，但因接合材料與Cu-M系合金接觸時，會於比較短的時間內生成用於生成Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系等金屬間化合物的反應，而形成為應成為所謂「蓋」之高熔點合金體配置於連接端子構件之第2端面側之端部之周圍的狀態，故而難以產生接合材料之流出或噴出之問題。
1、1a‧‧‧電子零件模組
2‧‧‧第1主面
3‧‧‧第2主面
4、42‧‧‧配線基板
5、12‧‧‧電子零件
6、6a、6b、45‧‧‧連接端子構件
7、43‧‧‧導電焊墊
8‧‧‧第1端面
9‧‧‧第2端面
10、44‧‧‧接合部
11、46‧‧‧樹脂層
14‧‧‧鍍敷膜
15‧‧‧Cu-M系鍍敷層
25‧‧‧接合材料
27‧‧‧高熔點合金體
圖1係表示本發明之第1實施形態之電子零件模組1之剖面圖。
圖2係依序表示為了製造圖1所示之電子零件模組1而實施之步驟的剖面圖。
圖3係為了說明圖2(D)所示之步驟之細節的圖，且係將連接端子構件6所處之部分放大表示之剖面圖。
圖4係表示藉由圖3所示之步驟之後的回流焊步驟而獲得之狀態、且與圖3對應的圖。
圖5係表示本發明之第2實施形態之電子零件模組1a之剖面圖。
圖6係表示已將圖5所示之電子零件模組1a安裝於安裝用基板31上之狀態的剖面圖。
圖7係用於對圖5所示之電子零件模組1a中、在圖6所示之安裝步驟中產生的現象進行說明的圖，且係將連接端子構件6所處之部分放大表示之剖面圖。
圖8係表示第1及第2實施形態中使用之連接端子構件之第1變形例的剖面圖。
圖9係表示第1及第2實施形態中使用之連接端子構件之第2變形例的剖面圖。
圖10係表示實驗例中製作之試驗工件41之外觀的局部斷裂立體圖。
參照圖1，對本發明之第1實施形態之電子零件模組1進行說明。第1實施形態係相當於上述之第1態樣。
電子零件模組1具備配線基板4，該配線基板4具有彼此對向之第1主面2及第2主面3。配線基板4係例如由積層有多個陶瓷生片且經燒成而製造的多層陶瓷基板而形成。陶瓷生片係使由應成為低溫燒結陶瓷之原料的氧化鋁及玻璃等混合粉末與有機黏合劑及溶劑等一同混合而成之漿料形成為片狀而成。於陶瓷生片上，藉由雷射加工等而形成有通孔， 向所形成之通孔內填充含有Ag或Cu等之導電性膏體而形成層間連接用之孔導體。而且，於陶瓷生片上，藉由印刷導電性膏體而形成有多種電極圖案。
此後，藉由積層、壓接多個陶瓷生片而形成陶瓷積層體，且藉由以約1000℃左右的比較低的溫度進行燒成而獲得配線基板4。於如此獲得之配線基板4的內部，雖圖1中未圖示，但設有包含孔導體及內部電極圖案之配線導體。
另外，作為配線基板4，除了以具備由上述之低溫燒結陶瓷材料構成之陶瓷層的多層陶瓷基板形成的情況之外，亦可為使用有氧化鋁系基板、玻璃基板、複合材料基板、或樹脂、聚合物材料等之印刷基板，或者，可為單層基板，且可根據電子零件模組1之使用目的而適當地選擇最佳的材質或構造。
於配線基板4之第1主面2上，安裝有晶片零件或IC等多個電子零件5。而且，同樣，於第1主面2上安裝有多個柱狀之連接端子構件6。圖1中，圖示出用於安裝連接端子構件6之導電焊墊7。導電焊墊7係形成於配線基板4之第1主面2上。就柱狀之連接端子構件6而言，具有彼此對向之第1端面8及第2端面9，並且以使第1端面8朝嚮導電焊墊7之狀態配置、且經由接合部10而與導電焊墊7接合。另外，下文中，參照圖3及圖4對與連接端子構件6相關之構成的細節進行敘述。
電子零件模組1具備樹脂層11，該樹脂層11係以於連接端子構件6之第2端面9露出之狀態下、將上述電子零件5及連接端子構件6密封之方式，形成於配線基板4之第1主面2上。於圖1中，電子零件5之頂面亦被樹脂層11覆蓋，但亦可以電子零件5之頂面露出的狀態進行密封。
電子零件模組1進而具備安裝於配線基板4之第2主面3上 之晶片零件或IC等多個電子零件12。
繼而，參照圖2(A)~(D)，對電子零件模組1之製造方法進行說明。另外，於圖2(A)~(D)中，係與圖1所示之電子零件模組1上下顛倒地進行表示。
首先，利用上文所述之方法製作配線基板4，繼而，如圖2(A)所示，使用接合材料將電子零件5及連接端子構件6安裝於配線基板4之第1主面2上。此處，構成如圖2(A)中所示之接合部10的接合材料中包含為Sn單體或為含有70重量%以上之Sn之合金的低熔點金屬，關於其細節將於下文敘述。
繼而，如圖2(B)所示，以將電子零件5及連接端子構件6密封之方式，於配線基板4之第1主面2上形成樹脂層11。樹脂層11可由如下之複合樹脂形成，該複合樹脂係藉由在例如環氧樹脂或酚樹脂、異氰酸酯樹脂等熱硬化性之樹脂中，混合有氧化鋁或矽土(二氧化矽)、二氧化鈦等無機填充劑而成。
例如，於使用在PET膜上形成複合樹脂且進行半硬化而成的樹脂片材來形成樹脂層11時，將樹脂片材覆蓋在處於周圍配置有具有所需之厚度的間隔件或模具之狀態的配線基板4上，以使樹脂之厚度成為間隔件或模具之厚度的方式對樹脂片材進行加熱壓製之後，利用烘箱對配線基板4進行加熱而使樹脂硬化，藉此，可形成具有所需之厚度的樹脂層11。
另外，樹脂層11亦可採用使用液狀樹脂之灌注技術或轉注成型技術、壓縮成型技術等能形成樹脂層的其他普通的成形技術而形成。
繼而，如圖2(C)所示，藉由利用滾動式刀片等對樹脂層11之表面進行研削或研磨，而除去多餘的樹脂，使樹脂層11之表面平坦化，並且，使連接端子構件6之第2端面9露出於樹脂層11之表面。另外，雖未圖示，但該步驟中，亦可以使電子零件5之頂面露出的方式進行研削、 研磨。而且，於電子零件5為IC時，亦可對IC之頂面本身進行研削、研磨。藉此，能使電子零件模組1進一步低背化。
於因形成在連接端子構件6之第1端面8側的接合部10之厚度等的影響，而使連接端子構件6之、自配線基板4之第1主面2起的高度產生不均的情況下，可藉由對連接端子構件6之第2端面9側與樹脂層11一同進行研削或研磨，而使連接端子構件6之自配線基板4起的高度一致。
於圖2(B)所示之階段，當以連接端子構件6之第2端面9適當地露出之方式形成有樹脂層11時，未必一定要實施對樹脂層11之表面進行研磨或研削的步驟。
繼而，如圖2(D)所示，於連接端子構件6之露出的第2端面9上形成有鍍敷膜14。圖2(D)所示之步驟之細節係表示於圖3中。
連接端子構件6係例如由Cu構成。連接端子構件6係具有所需之剖面尺寸及長度方向尺寸，且例如藉由將具有圓形或多邊形之剖面形狀的金屬線材以規定的長度切斷而獲得。
如圖3所示，鍍敷膜14係以由Cu-M系合金(M為Ni及/或Mn)構成之Cu-M系鍍敷層15、形成於該Cu-M系鍍敷層15之上之Ni鍍敷層16、及形成於該Ni鍍敷層16之上之Au鍍敷層17構成。藉由上述Cu-M系鍍敷層15，可獲得連接端子構件6之第2端面9側之端部的至少周圍由Cu-M系合金構成的狀態。
而且，圖3中將配線基板4之一部分放大而進行圖示。
圖3中，圖示出設於配線基板4上之導電焊墊7，但於該實施形態中，導電焊墊7係由藉由燒接含有Cu之導電性膏體而形成之Cu厚膜層20、形成於該Cu厚膜層20之上之Ni鍍敷層21、及形成於該Ni鍍敷層21之上之Au鍍敷層22構成。而且，於圖3中，亦圖示出形成於配線基 板4之內部的內部電極圖案23及24。另一內部電極圖案23係與上述導電焊墊7電性連接。
上文所述之於圖2(A)所示之步驟中為了形成接合部10而使用的接合材料，係藉由使由低熔點金屬構成之粉末分散於助焊劑中而成。
作為上述低熔點金屬，可為Sn單體，或亦可使用含有70重量%以上之Sn之合金。
上述之助焊劑具有如下功能：將作為接合對象物之連接端子構件6及導電焊墊7或接合材料中之金屬粉末之表面的氧化被膜除去。然而，接合材料未必一定需要含有助焊劑，亦可應用無需助焊劑之接合法。例如，藉由一面加壓一面加熱之方法、或於強還原性環境下加熱之方法等，亦可除去接合對象物或金屬粉末之表面的氧化被膜，從而能以較高的可靠性進行接合。另外，於包含助焊劑的情況下，較佳為，以相對於總體接合材料為7~15重量%之比例而包含。
作為助焊劑，可使用含有媒劑、溶劑、觸變劑、活性劑等之公知的類型。
作為媒劑之具體示例，可列舉由松香及使其改質而成之改質松香等之衍生物構成的松香系樹脂、合成樹脂、或其等之混合體等。作為由松香及使其改質而成之改質松香等之衍生物構成的松香系樹脂的具體示例，可列舉松脂膠、妥爾松香、木松香、聚合松香、氫化松香、甲醯化松香、松香酯、松香改質馬來酸樹脂、松香改質酚樹脂、松香改質醇酸樹脂、及其他各種松香衍生物等。作為由松香及使其改質而成之改質松香等之衍生物構成的合成樹脂之具體示例，可列舉聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、苯氧樹脂、萜烯樹脂等。
而且，作為溶劑，已知有醇、酮、酯、醚、芳香族系、烴類等，且作為具體示例，可列舉：苄醇、乙醇、異丙醇、丁醇、二乙二醇、 乙二醇、丙三醇、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸丁酯、己二酸二乙酯、十二烷、十四烯、α-松油醇、松油醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2-乙基己二醇、甲苯、二甲苯、丙二醇單苯醚、二乙二醇單己醚、乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚、己二酸二異丁酯、己二醇、環己烷二甲醇、2-松油基氧基乙醇、2-二氫松油基氧基乙醇、以及使其等混合而成的物質等。
而且，作為觸變劑之具體示例，可列舉氫化蓖麻油、巴西棕櫚蠟、醯胺類、羥基脂肪酸類、二亞苄基山梨醇、雙(對甲基亞苄基)山梨醇類、蜜蠟、硬脂酸醯胺、亞乙基雙羥基硬脂酸醯胺等。而且，根據需要而向其等中添加下述化合物而成的物質亦可作為上述觸變劑使用，該化合物係：辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、山崳酸等脂肪酸、1,2-羥基硬脂酸等羥基脂肪酸、抗氧化劑、界面活性劑、胺類等。
而且，作為活性劑，可列舉胺之氫鹵酸鹽、有機鹵素化合物、有機酸、有機胺、多元醇等。
作為用作活性劑之上述胺之氫鹵酸鹽的具體示例，可列舉：二苯基胍氫溴酸鹽、二苯基胍鹽酸鹽、環己胺氫溴酸鹽、乙胺鹽酸鹽、乙胺氫溴酸鹽、二乙基苯胺氫溴酸鹽、二乙基苯胺鹽酸鹽、三乙醇胺氫溴酸鹽、單乙醇胺氫溴酸鹽等。
作為用作活性劑之上述有機鹵素化合物之具體示例，可列舉：氯化石蠟、四溴乙烷、二溴丙醇、2,3-二溴-1,4-丁二醇、2,3-二溴-2-丁烯-1,4-二醇、三(2,3-二溴丙基)異氰脲酸酯等。
而且，作為用作活性劑之有機酸之具體示例，可列舉：丙二酸、富馬酸、乙醇酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、苯基琥珀酸、馬來酸、水楊酸、鄰胺基甲苯酸、戊二酸、辛二酸、己二酸、癸二酸、硬脂酸、樅酸、苯甲酸、偏苯三酸、均苯四甲酸、十二烷酸等，另外，作為有機胺之 具體示例，可列舉：單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三丁基胺、苯胺、二乙基苯胺等。
另外，作為用作活性劑之多元醇，可列舉：赤蘚糖醇、鄰苯三酚、核糖醇等。
另外，作為助焊劑23，可使用含有選自由環氧樹脂、酚樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚矽氧樹脂或其改質樹脂、丙烯酸系樹脂組成之熱硬化性樹脂群中的至少1種、或者選自由聚醯胺樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚甲基丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、纖維素系樹脂組成之熱可塑性樹脂群中的至少1種的助焊劑。
另外，用於構成接合部10之接合材料亦可並非為上述之膏體之形態，而是例如板狀之固體形態。
於上述之圖2(D)及圖3所示之步驟之後，如圖1所示，實施用於將電子零件12安裝於配線基板4之第2主面3上的步驟。該步驟中，採用回流焊步驟。經過回流焊步驟之後，獲得如圖4所示之狀態。
因上述之回流焊步驟中賦予之熱處理，有時會使構成接合部10之接合材料再熔融。接合材料之再熔融會造成接合材料之體積膨脹，因此如圖4所示，已熔融之接合材料25欲沿著連接端子構件6與樹脂層11之間隙26而向外部流出。此時，已熔融之接合材料25係於連接端子構件6之第2端面9側，與上述之Cu-M系鍍敷層15接觸，且於該接觸開始後，在幾秒至幾十秒內，接合材料25中所含之Sn系低熔點金屬與Cu-M系合金生成高熔點的金屬間化合物。結果，於連接端子構件6之第2端面9側之端部的至少周圍，形成有由上述金屬間化合物構成之高熔點合金體27，且該高熔點合金體27成為於連接端子構件6之第2端面9側堵塞連接端子構件6與樹脂層11之界面的狀態。
根據以上步驟，完成電子零件模組1。
根據上述高熔點合金體27，在用於將電子零件模組1安裝於安裝用基板(未圖示)之回流焊步驟中，即便構成接合部10之接合材料再熔融，但因已由高熔點合金體27形成所謂「蓋」，故而，能抑制接合材料於電子零件模組1之外側漏出。
當利用波長分散型X射線分析裝置(WDX)對上述高熔點合金體27之剖面進行分析時，於該高熔點合金體27之剖面至少存在Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系之金屬間化合物，且當將該高熔點合金體27之剖面於縱向及橫向分別均等地細分為10塊、合計為100塊時，構成元素不同的金屬間化合物至少存在2種之塊數、與除1塊中僅存在Sn系金屬成分之塊後剩餘的總塊數、即存在金屬間化合物之總塊數之比例(分散度)較佳為70%以上。
關於上述之所謂「除去僅存在Sn系金屬成分之塊後剩餘的塊」，換而言之，係指存在金屬間化合物之塊。
另外，上述之所謂「構成元素不同的金屬間化合物」係指例如具有Cu-Mn-Sn金屬間化合物與Cu-Sn金屬間化合物等關係的金屬間化合物。例如，Cu6 Sn5 與Cu3 Sn係構成元素(亦即Cu及Sn)彼此相同之金屬間化合物，因此記為1種類。而且，上述之所謂「至少2種」係指，不僅為上述之Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系該3種金屬間化合物，亦包括除此以外的金屬間化合物(例如，Ag-Sn系等)在內的至少2種。
若如上文所述，高熔點合金體27中至少存在Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系等3種以上之金屬間化合物，且高熔點合金體27內之金屬間化合物成為如分散度為70%以上般良好地分散之狀態，則難以產生應力集中，因此，即便是因起因於由熱衝擊等引起之線膨脹係數差的變形，而使連接端子構件6周邊負載有應力的情況下，亦難以產生龜裂。
為了提高由高熔點合金體27形成之所謂「蓋」作用的可靠 性，較佳為，高熔點合金體27中不含有Sn系金屬成分，即便於含有Sn系金屬成分的情況下，其含有率較佳為30體積%以下。其原因在於：Sn系金屬成分置於例如300℃以上之高溫環境下時，可能會再熔融而流出，因此會導致高熔點合金體27之耐熱性下降。
另外，圖4中，高熔點合金體27僅配置於連接端子構件6之第2端面9側之端部的周圍，但高熔點合金體27較佳為配置成覆蓋連接端子構件6之第2端面9側之整個端部。其原因在於：能提高由高熔點合金體27形成之所謂「蓋」作用的可靠性，而且能進一步降低連接端子構件6之焊料侵蝕的問題。如此，欲以高熔點合金體27覆蓋連接端子構件6之第2端面9側之整個端部之方式配置時，例如升高用於生成高熔點合金體27之熱處理的溫度，且延長時間即可。藉此，可使接合材料25中所含之Sn成分與構成Cu-M系鍍敷層15之Cu-M系合金持續反應，而將Cu-M系鍍敷層15全部置換成高熔點合金體27。
於以上所說明之第1實施形態中，係利用用於將電子零件12安裝於配線基板4之第2主面3上的回流焊步驟，生成高熔點合金體27。然而，本發明亦適用於配線基板4之第2主面3上未安裝電子零件12的情況。因此，此時，可實施專門用於生成高熔點合金體27之熱處理。
繼而，主要參照圖5，對本發明之第2實施形態進行說明。第2實施形態係相當於上述之第2態樣。
第2實施形態之電子零件模組1a實質上係與於製造上述之第1實施形態之電子零件模組1的過程中所獲得的中間製品、亦即處於圖2(D)及圖3所示之步驟已結束之階段的中間製品相同。因此，於圖5中，對於相當於圖2(D)所示之要素的要素標注相同的參照符號，且省略重複說明。而且，對第2實施形態進行說明時，亦參照圖3。
第2實施形態之電子零件模組1a之特徵在於：連接端子構 件6之第2端面9側之端部的至少周圍係由Cu-M系合金構成，該Cu-M系合金係可與接合部10中所含之Sn系低熔點金屬之間生成金屬間化合物、且與該金屬間化合物之晶格常數差為50%以上。於圖示之實施形態中，藉由形成於連接端子構件6之第2端面9上之鍍敷膜14中所具備的Cu-M系鍍敷層15，提供上述Cu-M系合金。
接合部10係與第1實施形態的情況相同，包含為Sn單體、或含有70重量%以上之Sn的低熔點金屬，尤其是，於該第2實施形態的情況下，作為低熔點金屬，較佳為使用含有85重量%以上之Sn的合金。而且，作為低熔點金屬，較佳為Sn單體、或包含選自由Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、AI、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te及P組成之群中之至少1種及Sn的合金。因按上述之較佳的組成選擇低熔點金屬，故而，容易與構成Cu-M系鍍敷層15之Cu-M系合金之間生成金屬間化合物。
另一方面，構成Cu-M系鍍敷層15之Cu-M系合金係可與上述Sn系之低熔點金屬組合而生成表現出310℃°以上之熔點的Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系等金屬間化合物。於Cu-M系合金為Cu-Mn系合金時，Mn於該合金中所佔之比例較佳為10~15重量%；於Cu-Ni系合金時，Ni於該合金中所佔之比例較佳為10~15重量%。因按上述之組成選擇Cu-M系合金，能以更低溫且更短時間容易地形成與Sn系之低熔點金屬之間形成金屬間化合物。
Cu-M系合金中，能以不妨礙與Sn系之低熔點金屬之反應的程度，而例如以1重量%以下之比例含有雜質。作為雜質，可列舉Zn、Ge、Ti、Sn、AI、Be、Sb、In、Ga、Si、Ag、Mg、La、P、Pr、Th、Zr、B、Pd、Pt、Ni、Au等。
而且，Cu-M系合金係如上文所述，以使與其與低熔點金屬 之間所生成之金屬間化合物之晶格常數差為50%以上的方式選擇。上述所謂晶格常數差係如下文所示之數式所示，係指將自金屬間化合物之晶格常數中減去Cu-M系合金之晶格常數所得之值除以Cu-M系合金之晶格常數後之數值的絕對值乘以100倍而得的數值(%)。亦即，該晶格常數差係表示與Cu-M系合金之界面上最初生成之金屬間化合物之晶格常數相對於Cu-M系合金之晶格常數之差為多少，並非指哪個晶格常數更大。
晶格常數差係以如下數式表示：晶格常數差(%)=[|{(金屬間化合物之晶格常數)-(Cu-M系合金之晶格常數)}|/(Cu-M系合金之晶格常數)]×100。
如圖6所示，以上說明之作為成品之電子零件模組1a係安裝於安裝用基板31上。圖6中，圖示出設於安裝用基板31上之導電焊墊32、及經由鍍敷膜14而將導電焊墊32與電子零件模組1a之連接端子構件6接合之接合部33。接合部33係藉由例如含有Sn系低熔點金屬之焊料而提供，為了形成接合部33而採用回流焊步驟。圖7中，將安裝於安裝用基板31上之電子零件模組1a中的連接端子構件6周邊之構成放大表示。
於為了將電子零件模組1a安裝於安裝用基板31上而實施回流焊步驟時，在連接端子構件6周邊產生與上述之第1實施形態中、為了將電子零件12安裝於配線基板4之第2主面3上的回流焊步驟中產生之現象實質上相同的現象。
亦即，因上述之回流焊步驟中賦予之熱處理，而使構成接合部10之接合材料再熔融，而造成體積膨脹，因此，如圖7所示，已熔融之接合材料25欲沿著連接端子構件6與樹脂層11之間隙26而向外部流出。此時，已熔融之接合材料25於連接端子構件6之第2端面9側，與Cu-M系鍍敷層15接觸，且使接合材料25中所含之Sn系低熔點金屬與Cu-M系合金之間在較短的時間內生成高熔點的金屬間化合物。結果，於連接端子 構件6之第2端面9側之端部的至少周圍，形成有由上述金屬間化合物構成之高熔點合金體27，且該高熔點合金體27成為於連接端子構件6之第2端面9側堵塞連接端子構件6與樹脂層11之界面的狀態。
另外，於上述之回流焊步驟中，因構成與安裝用基板31之接合部33的接合材料處於熔融狀態，故而，當形成高熔點合金體27時，構成接合部33之接合材料的一部分有時亦會有所幫助。
如上所述，一旦形成高熔點合金體27，則以後，即便構成電子零件模組1a內部之接合部10的接合材料再熔融，亦能抑制其向電子零件模組1a之外側漏出。
另外，圖7中，高熔點合金體27係僅配置於連接端子構件6之第2端面9側之端部的周圍，但亦如第1實施形態之說明中所指，較佳為高熔點合金體27係以覆蓋連接端子構件6之第2端面9側之整個端部的方式配置。如此，於欲以高熔點合金體27覆蓋連接端子構件6之第2端面9側之整個端部的方式配置時，例如，升高用於安裝於安裝用基板31上之回流焊步驟中的溫度，且延長時間即可。
第1及第2實施形態中使用之、由Cu構成之連接端子構件6亦可置換成圖8或圖9所示的構件。圖8所示之連接端子構件6a係整體由Cu-M系合金構成。圖9所示之連接端子構件6b係主體部35由Cu構成，而表面被由Cu-M系合金構成之鍍敷膜36被覆。連接端子構件6a及6b之各者中，作為Cu-M系合金，使用與其與接合部10中所含之Sn系之低熔點金屬之間生成的金屬間化合物之晶格常數差為50%以上的類型。
根據上述之構成，於連接端子構件6a及6b之整個表面上，可藉由Cu-M系合金與Sn系低熔點金屬之接觸而生成金屬間化合物。因此，能進一步提高關於防止接合材料向電子零件模組之外部漏出的可靠性。
另外，第1及第2實施形態中，亦可不設置鍍敷膜14中具 備之Ni鍍敷層16及Au鍍敷層17。亦即，鍍敷膜14亦可僅由Cu-M系鍍敷層15構成。
繼而，關於基於本發明實施之實驗例進行記載。
(實驗例1)
實驗例1中，製作如圖10所示之形態之試驗工件41。
試驗工件41具備：配線基板42，其由低溫燒結陶瓷材料構成；12個導電焊墊43，其係以呈3個x4個之行列而形成於配線基板42之一主面上、且由經鍍Ni之Cu構成；柱狀之12個連接端子構件45，其以使第1端面朝向各個導電焊墊43之狀態、經由接合部44而與導電焊墊43接合，且由Cu構成；及樹脂層46，其以將連接端子構件45密封之方式形成於配線基板42之一主面上，且由環氧樹脂構成；且於連接端子構件45之第2端面上形成有鍍敷膜47。
配線基板42具有3mm×2.4mm之平面尺寸及1mm之厚度，連接端子構件45之直徑為0.3mm、長度為0.5mm，排列間距為0.6mm，而且，樹脂層之厚度為0.55mm。
為了獲得該試驗工件41之接合部44，準備表1之「構成接合材料之低熔點金屬」之欄中所示的、混合有由低熔點金屬構成之粉末與助焊劑的膏體狀之接合材料。作為助焊劑，使用以如下之調配比率而成者：松香：74重量%、二乙二醇單丁醚：22重量%、三乙醇胺：2重量%、及氫化蓖麻油：2重量%。而且，就助焊劑之調配比例而言，以助焊劑佔總體接合材料之比例計，為10重量%。
繼而，準備配線基板42，於導電焊墊43上塗布厚度為0.05mm之上述接合材料之後，將連接端子構件45配置於其上。
繼而，使用回流焊裝置，於150℃~180℃之溫度範圍內維持90秒、於220℃以上維持40秒、於240℃以上維持15秒，以峰值溫度為 235℃~245℃之溫度分佈進行熱處理，藉此，將導電焊墊43與連接端子構件45接合，從而形成接合部44。
繼而，以將連接端子構件45密封之方式，於配線基板42之一主面上形成樹脂層46。
繼而，於連接端子構件45之第2端面上形成鍍敷膜47。該鍍敷膜47係由表1之「連接端子構件之第2端面上之鍍敷膜」之欄所記載之「組成」構成。表1之「連接端子構件之第2端面上之鍍敷膜」之欄中，亦表示有以a軸為基準之「晶格常數」。
對於以上述方式獲得之試驗工件41，以溫度125℃實施24小時的預處理後，於溫度85℃、相對濕度85%之高溫高濕環境下放置168小時，繼而，以峰值溫度260℃之回流焊條件實施3次熱處理。
此後，評價表1所示之「最初生成之金屬間化合物」。所謂「最初生成之金屬間化合物」，係指於在上述之熱處理中熔融而欲流出之接合材料與連接端子構件45之第2端面上之鍍敷膜47的界面上最初生成之金屬間化合物，可藉由利用FE-WDX對上述界面部分之剖面進行對照分析而進行確認。「晶格常數」係以a軸為基準而獲得。而且，表1之「晶格常數差」係由上述之數式獲得。
而且，於表1中，將於已熔融之接合材料與連接端子構件45之第2端面上之鍍敷膜47的界面部分生成之金屬間化合物之代表例示於「連接端子構件之第2端面側生成之金屬間化合物例」之欄中。因此，於連接端子構件45之第2端面側，亦能生成表1中未記載的金屬間化合物。關於生成於連接端子構件45之第2端面側之金屬間化合物，亦藉由利用FE-WDX對其剖面進行對照分析而進行確認。
而且，如表1所示，評價「分散度」。「分散度」係按以下順序獲得。
(1)於已熔融之接合材料與連接端子構件45之第2端面上之鍍敷膜47的界面部分之剖面照片中，將該界面部分於縱向及橫向分別均等地細分為10塊，合計為100塊。
(2)數出1塊中存在2種以上金屬間化合物的塊數。
(3)於已細分化之100塊中，若有不存在金屬間化合物的塊，則將自上述100塊中除去此塊數以外之剩餘塊數作為總塊數，將(2)中存在2種以上金屬間化合物之塊數除以總塊數後乘以100所得的值作為分散度(%)。
而且，關於實施上述熱處理後之試驗工件41，如表1所示，實施「流出試驗」。「流出試驗」中，藉由試驗工件41之外觀觀察而評價有無接合材料自連接端子構件45與樹脂層46之間流出。對於所有連接端子構件45上均未發現流出的情況評定為合格，於「流出試驗」之欄中表示為「○」；對於至少1個連接端子構件45上發現有流出的情況，評定為不合格，於「流出試驗」之欄中表示為「X」。
[表1]
表1中，試料16~18係本發明之範圍外的比較例。
本發明之範圍內之試料1~15中，根據「於連接端子構件之第2端面側生成之金屬間化合物例」可知，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系(M為Ni及/或Mn)及Cu-M-Sn系之金屬間化合物，而且，關於「分散度」係表現為70%以上之值
結果，試料1~15中，關於「流出試驗」，獲得「○」之評價。
另外，雖表1中未表示，但亦對於「構成接合材料之低熔點金屬」與試料2相同、使連接端子構件45自身由「Cu-10Mn」構成、且未形成鍍敷膜47的試料進行同樣的評價。結果，該試料中，「最初生成之金屬間化合物」、「晶格常數差」、「於連接端子構件之第2端面側生成之金屬間化合物例」、及「分散度」係與試料2相同，且「流出試驗」中亦獲得「○」之評價。
與此相對，本發明之範圍外之試料16~18中，「流出試驗」獲得「X」之評價。推測其原因在於，試料16及17中，「於連接端子構件之第2端面側生成之金屬間化合物例」未滿足至少存在Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系之金屬間化合物的條件，而且，試料16~18中，「晶格常數差」較小為20%，「分散度」小於70%。
(實驗例2)
實驗例2之實施目的係為了獲得構成連接端子構件之第2端面上之鍍敷膜的Cu-M系合金中之M的較佳含有率。
首先，作為接合材料，準備如表2之「構成接合材料之低熔點金屬」之欄所示含有「Sn」的接合材料，亦即，與實驗例1中之試料3中使用的類型相同的接合材料。
另一方面，作為連接端子構件45之第2端面上之鍍敷膜47， 準備具有如表2之「連接端子構件之第2端面上之鍍敷膜」之欄所示之組成的膜。
繼而，以與實驗例1相同的條件製作試驗工件41。關於以此種方式獲得的試驗工件41中的接合材料與鍍敷膜47的界面部分，如表2所示，評價「低熔點金屬殘留率」。於「低熔點金屬殘留率」之評價中，切取所得之試料中之上述界面部分約7mg，以測定溫度30℃~300℃、升溫速度5℃/分鐘、N2 環境、作為參考之Al2 O3 之條件，實施示差掃描熱量測定(DSC測定)。根據所得之DSC圖中之Sn之熔融溫度下的熔融吸熱峰值之吸熱量，對殘留之Sn成分量進行定量。而且，根據該Sn成分量，求出Sn成分相對於總體金屬成分之比例，作為「低熔點金屬殘留率」。
根據表2可知，當構成鍍敷膜47之Cu-M(M為Mn或Ni)合金中的M之含有率為5~30重量%時，殘留Sn成分以某種程度而減小，而當M之含有率為10~15重量%時，殘留Sn成分可進一步減小。由此可知，為了容易以更低溫度且更短時間使Cu-M系合金與Sn系之低熔點金屬之間形成金屬化合物，Cu-M系合金中，較佳為以5~30重量%之比例含有M，更佳為以10~15重量%之比例含有M。
2‧‧‧第1主面
4‧‧‧配線基板
6‧‧‧連接端子構件
7‧‧‧導電焊墊
8‧‧‧第1端面
9‧‧‧第2端面
10‧‧‧接合部
11‧‧‧樹脂層
14‧‧‧鍍敷膜
15‧‧‧Cu-M系鍍敷層
16‧‧‧Ni鍍敷層
17‧‧‧Au鍍敷層
20‧‧‧Cu厚膜層
21‧‧‧Ni鍍敷層
22‧‧‧Au鍍敷層
23‧‧‧內部電極圖案
24‧‧‧內部電極圖案
25‧‧‧接合材料
26‧‧‧間隙
27‧‧‧高熔點合金體

Claims (14)

  1. 一種電子零件模組，其特徵在於具備：配線基板，其具有彼此對向之第1及第2主面；電子零件，其安裝於上述配線基板之至少上述第1主面上；導電焊墊，其形成於上述配線基板之至少上述第1主面上；柱狀之連接端子構件，其具有彼此對向之第1及第2端面，以使上述第1端面朝向上述導電焊墊之狀態而配置，且經由接合部而與上述導電焊墊接合；及樹脂層，其以於使上述連接端子構件之上述第2端面露出的狀態下、將上述電子零件及上述連接端子構件密封之方式，形成於上述配線基板之上述第1主面上；上述接合部包含為Sn單體或為含有70重量%以上之Sn之合金的低熔點金屬；於上述連接端子構件之上述第2端面側之端部的至少周圍，配置有以由上述低熔點金屬與Cu-M系合金(M為Ni及/或Mn)所生成之金屬間化合物而構成的高熔點合金體，上述高熔點合金體成為於上述連接端子構件之上述第2端面側堵塞上述連接端子構件與上述樹脂層之界面的狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項之電子零件模組，其中，利用波長分散型X射線分析裝置(WDX)對上述高熔點合金體之剖面進行分析時，於該高熔點合金體之剖面，至少存在Cu-Sn系、M-Sn系及Cu-M-Sn系之金屬間化合物，且將該高熔點合金體之剖面於縱向及橫向分別均等地細分為各10塊、合計100塊時，構成元素不同的金屬間化合物至少存在2種以上之塊數、相對除去1塊中僅存在Sn系金屬成分之塊後剩餘的總塊數的比例為70%以上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電子零件模組，其中，上述高熔點合金體包含30體積%以下的Sn系金屬成分。
  4. 如申請專利範圍第3項之電子零件模組，其中，上述高熔點合金體不含有Sn系金屬成分。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之電子零件模組，其中，上述高熔點合金體係配置成覆蓋上述連接端子構件之上述第2端面側之整個端部。
  6. 一種電子零件模組，其特徵在於具備：配線基板，其具有彼此對向之第1及第2主面；電子零件，其安裝於上述配線基板之至少上述第1主面上；導電焊墊，其形成於上述配線基板之至少上述第1主面上；柱狀之連接端子構件，其具有彼此對向之第1及第2端面，以使上述第1端面朝向上述導電焊墊之狀態配置，且經由接合部而與上述導電焊墊接合；及樹脂層，其以於使上述連接端子構件之上述第2端面露出的狀態下、對上述電子零件及上述連接端子構件進行密封之方式，形成於上述配線基板之上述第1主面上；上述接合部包含為Sn單體或為含有70重量%以上之Sn之合金的低熔點金屬；上述連接端子構件之上述第2端面側之端部的至少周圍係以Cu-M系合金(M為Ni及/或Mn)構成，該Cu-M系合金係可在與上述低熔點金屬之間生成金屬間化合物、且與上述金屬間化合物之晶格常數差為50%以上。
  7. 如申請專利範圍第6項之電子零件模組，其中，上述低熔點金屬係Sn單體或含有85重量%以上之Sn之合金。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之電子零件模組，其中，上述低熔點金屬係Sn單體、或含有選自由Cu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、及P組成之群中之至少1種與Sn的合金。
  9. 如申請專利範圍第6或7項之電子零件模組，其中，上述Cu-M系合金中以5~30重量%之比例含有上述M。
  10. 如申請專利範圍第9項之電子零件模組，其中，上述Cu-M系合金中以10~15重量%之比例含有上述M。
  11. 如申請專利範圍第6或7項之電子零件模組，其中上述連接端子構件之上述第2端面側之端部整個表面係由上述Cu-M系合金構成。
  12. 如申請專利範圍第1、2、6及7項中任一項之電子零件模組，其中，上述連接端子構件係由Cu-M系合金構成，該Cu-M系合金係可在與上述低熔點金屬之間生成金屬間化合物、且與上述金屬間化合物之晶格常數差為50%以上。
  13. 如申請專利範圍第1、2、6及7項中任一項之電子零件模組，其中，上述連接端子構件具有形成於其表面之鍍敷膜，上述鍍敷膜係由Cu-M系合金構成，該Cu-M系合金係可在與上述低熔點金屬之間生成金屬間化合物、且與上述金屬間化合物之晶格常數差為50%以上。
  14. 如申請專利範圍第1、2、6及7項中任一項之電子零件模組，其進一步具備安裝於上述配線基板之上述第2主面上的電子零件。
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