JP2014192383A - 電子部品及び電子装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子部品40は、電極部42a並びにその上に設けられた反応層42c及びバリア層42bを含む端子42を備える。反応層42cは、半田60と反応する材料部とされ、バリア層42bは、反応層42cの外側に設けられ、反応層42cよりも半田60の濡れ性が低い材料部とされる。電子部品40に端子42を設け、所定の熱処理を行うことで、電子部品50の端子52との間に設けられる半田60が、ボイドの発生及び未反応成分の残存が抑えられてIMC化され、端子42と端子52がIMC層63を介して接合される。
【選択図】図7
Description
図1には、接合する電子部品10と電子部品20とを、対向させ、位置合わせした状態の一例を示している。電子部品10には、例えば、半導体素子(半導体チップ)、半導体素子を含む半導体装置(半導体パッケージ)、回路基板(プリント基板、インターポーザ等)を用いることができる。電子部品20にも同様に、例えば、半導体チップ、半導体パッケージ、回路基板を用いることができる。
電子部品10と電子部品20を接合する際には、図1に示すように、端子12と、半田30が設けられた端子22とを対向させ、半田30が溶融する温度で熱処理を行い、電子部品20を電子部品10側に、又は電子部品10を電子部品20側に押圧する。このように熱処理及び押圧を行うことで、互いの端子12と端子22を接合する。
図2には、一対の端子12と端子22(図1のX部)の接合例を示している。接合の比較的初期の段階の一例を図2(A)及び図2(B)に、接合後の一例を図2(C)に、それぞれ示す。
端子12と端子22を半田30で接合した後の熱処理では、接合部内で半田30がIMC化の反応に多く消費された箇所に、図3に示すようなボイド35が発生する場合がある。また、接合部内で半田30のIMC化の反応が進まなかった箇所には、図3に示すような半田30の未反応成分36が残存する場合がある。このようなボイド35の発生、未反応成分36の残存は、端子12及び端子22と半田30の成分の拡散、反応が不均一である場合や、端子12と端子22を半田30で接合した後の熱処理が不十分である場合に、起こり易くなる。
まず、第1の実施の形態について説明する。
図5は第1の実施の形態に係る端子の形成方法の一例を示す図である。図5(A)〜図5(D)には、第1の実施の形態に係る端子形成の各工程の要部断面を模式的に図示している。
準備された基板40A上に、図5(A)に示すように、シード層71、及び基板40Aの所定位置(本体部41に設けられた導電部41aの位置)に対応する開口部70aを有するレジスト70を形成する。レジスト70は、スピンコート法、スプレー法等を用いて形成することができる。このレジスト70をマスクにした電解メッキにより、レジスト70の開口部70a内に電極部42aを形成する。
端子42のバリア層42bの表面には、図6に示すように、酸化膜42bbが形成されていてもよい。酸化膜42bbは、自然酸化膜として形成されるもののほか、酸化処理によって形成されたものであってもよい。
図7は第1の実施の形態に係る電子部品の接合方法の一例を示す図である。図7(A)〜図7(C)には、第1の実施の形態に係る電子部品接合の各工程の要部断面を模式的に図示している。
電子部品50は、本体部51、及び本体部51上に設けられた端子52を有している。端子52は、本体部51上に設けられた電極部52a、及び電極部52a上に設けられたバリア層52bを含む。電極部52aは、例えば、Cu又はCuを含む材料を用いて形成される。バリア層52bは、半田60の拡散係数が電極部52aよりも小さい材料、例えば、Ni又はNiを含む材料を用いて形成される。電子部品50の端子52は、電子部品40の端子42に対応する位置に、設けられている。
還元性雰囲気210で熱処理を行うと、図7(B)に示したバリア層42bの表面の酸化膜42bbが還元され、端子42と端子52の間にあった半田60が、図7(C)に示すように、端子42の外周部の、還元されたバリア層42b上に濡れ広がるようになる。半田60がバリア層42b上に濡れ広がることで、端子52が端子42側に引き寄せられ、それにより、端子42と端子52が近接し、それらの間に存在する半田60の量が減少する。
ここでは、端子の形成方法の変形例を、第2の実施の形態として説明する。
図8は第2の実施の形態に係る端子の形成方法の一例を示す図である。図8(A)〜図8(E)には、第2の実施の形態に係る端子形成の各工程の要部断面を模式的に図示している。
切削加工後は、図8(E)に示すように、レジスト70を除去し、レジスト70の除去後に露出するシード層71をエッチングにより除去する。これにより、反応層42cとその外側に設けられたバリア層42bが上面に露出する端子42が、基板40A上に形成される。この端子42が形成された基板40Aを電子部品40とし、或いは、端子42が形成された基板40Aを個々の電子部品40に個片化する。
図9は第3の実施の形態に係る電子部品の一例を示す図である。図9には、第3の実施の形態に係る電子部品の一例の要部断面を模式的に図示している。
ここでは、端子の形成方法の別例を、第4の実施の形態として説明する。
図10は第4の実施の形態に係る端子の形成方法の一例を示す図である。図10(A)〜図10(E)には、第4の実施の形態に係る端子形成の各工程の要部断面を模式的に図示している。
ここでは、端子の形成方法の更に別の例を、第5の実施の形態として説明する。
図11は第5の実施の形態に係る端子の形成方法の一例を示す図である。図11(A)〜図11(E)には、第5の実施の形態に係る端子形成の各工程の要部断面を模式的に図示している。
図12は第5の実施の形態に係る電子部品の接合方法の一例を示す図である。図12(A)〜図12(C)には、第5の実施の形態に係る電子部品接合の各工程の要部断面を模式的に図示している。
準備した電子部品40と電子部品50を、図12(A)に示すように対向させ、互いの端子42と端子52の位置合わせを行う。そして、半田60の融点以上の温度で熱処理を行いながら、電子部品50を電子部品40側に押圧する。この時の熱処理は、大気中等の酸化性雰囲気200で行う。
図13は第6の実施の形態に係る電子部品の一例を示す図である。図13には、第6の実施の形態に係る電子部品の一例の要部断面を模式的に図示している。
図14は第7の実施の形態に係る電子部品の一例を示す図である。図14には、第7の実施の形態に係る電子部品の一例の要部断面を模式的に図示している。
図15は第7の実施の形態に係る電子部品の接合方法の一例を示す図である。図15(A)〜図15(C)には、第7の実施の形態に係る電子部品接合の各工程の要部断面を模式的に図示している。
準備した電子部品40と電子部品50を、図15(A)に示すように対向させ、互いの端子42と端子52の位置合わせを行う。そして、大気中等の酸化性雰囲気200で、端子52側に設けた半田60の融点以上の温度で熱処理を行いながら、電子部品50を電子部品40側に押圧する。
尚、以上の説明では、主に電子部品40の端子42の構造例について述べたが、それと接合する電子部品50の端子に、端子42と同様の構造を採用することもできる。電子部品50に端子42を設けた例を、第8の実施の形態として説明する。
(付記1) 電極部と、
前記電極部上に設けられ、半田と反応する第1材料部と、
前記電極部上であって前記第1材料部の外側に設けられ、前記第1材料部よりも前記半田の濡れ性が低い第2材料部と
を含むことを特徴とする電子部品。
(付記3) 前記第2材料部の表面に凹凸が設けられていることを特徴とする付記1又は2に記載の電子部品。
(付記5) 第1電極部と、前記第1電極部上に設けられ、半田と反応する第1材料部と、前記第1電極部上であって前記第1材料部の外側に設けられ、前記第1材料部よりも前記半田の濡れ性が低い第2材料部とを含む第1電子部品を準備する工程と、
第2電極部を含む第2電子部品を準備する工程と、
前記第1電極部と前記第2電極部とを前記半田を用いて接合する工程と
を含み、
前記半田を用いて接合する工程は、前記半田が溶融する温度の熱処理により、少なくとも前記第1材料部と前記半田とを反応させて化合物を生成し、前記化合物を介して前記第1電極部と前記第2電極部とを接合する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
(付記7) 前記第1条件は、酸化性雰囲気であり、前記第2条件は、還元性雰囲気であることを特徴とする付記6に記載の電子装置の製造方法。
前記第2熱処理では、前記半田が前記第2材料部上に濡れ広がり、前記第1電極部と前記第2電極部とが近接することを特徴とする付記7に記載の電子装置の製造方法。
(付記10) 前記第2材料部の表面に凹凸が設けられていることを特徴とする付記5乃至9のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
第2電極部を含む第2電子部品を準備する工程と、
前記第1電極部と前記第2電極部とを半田を用いて接合する工程と
を含み、
前記半田を用いて接合する工程は、
第1条件で第1熱処理を行う工程と、
前記第1熱処理後に第2条件で第2熱処理を行う工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
(付記13) 前記第2熱処理では、前記第1熱処理時よりも、前記第1電極部と前記第2電極部とが近接することを特徴とする付記12に記載の電子装置の製造方法。
11,21,41,51 本体部
12,22,42,52 端子
12a,22a,42a,52a 電極部
12b,22b,42b,52b バリア層
30,60,74a 半田
31a,31b,32a,32b,33,61a,61b,63 IMC層
35 ボイド
36 未反応成分
40A 基板
41a 導電部
42bb 酸化膜
42c 反応層
42A 積層構造
43a,43b,43c 凹部
43d 凹凸
70,75 レジスト
70a,75a 開口部
71 シード層
72 ダイヤモンドバイト
73 フラックス
74 半田ボール
76 レーザー
80,80a,90,90a 電子装置
200 酸化性雰囲気
210 還元性雰囲気
Claims (10)
- 電極部と、
前記電極部上に設けられ、半田と反応する第1材料部と、
前記電極部上であって前記第1材料部の外側に設けられ、前記第1材料部よりも前記半田の濡れ性が低い第2材料部と
を含むことを特徴とする電子部品。 - 前記第2材料部の表面に酸化物が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
- 前記第2材料部の表面に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品。
- 第1電極部と、前記第1電極部上に設けられ、半田と反応する第1材料部と、前記第1電極部上であって前記第1材料部の外側に設けられ、前記第1材料部よりも前記半田の濡れ性が低い第2材料部とを含む第1電子部品を準備する工程と、
第2電極部を含む第2電子部品を準備する工程と、
前記第1電極部と前記第2電極部とを前記半田を用いて接合する工程と
を含み、
前記半田を用いて接合する工程は、前記半田が溶融する温度の熱処理により、少なくとも前記第1材料部と前記半田とを反応させて化合物を生成し、前記化合物を介して前記第1電極部と前記第2電極部とを接合する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。 - 前記熱処理は、第1条件で行う第1熱処理と、前記第1熱処理後に第2条件で行う第2熱処理とを含むことを特徴とする請求項4に記載の電子装置の製造方法。
- 前記第1条件は、酸化性雰囲気であり、前記第2条件は、還元性雰囲気であることを特徴とする請求項5に記載の電子装置の製造方法。
- 前記第1熱処理では、前記半田を介した前記第1電極部と前記第2電極部との接合部の外側に前記第2材料部が露出し、
前記第2熱処理では、前記半田が前記第2材料部上に濡れ広がり、前記第1電極部と前記第2電極部とが近接することを特徴とする請求項6に記載の電子装置の製造方法。 - 第1電極部を含む第1電子部品を準備する工程と、
第2電極部を含む第2電子部品を準備する工程と、
前記第1電極部と前記第2電極部とを半田を用いて接合する工程と
を含み、
前記半田を用いて接合する工程は、
第1条件で第1熱処理を行う工程と、
前記第1熱処理後に第2条件で第2熱処理を行う工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。 - 前記第1条件は、酸化性雰囲気であり、前記第2条件は、還元性雰囲気であることを特徴とする請求項8に記載の電子装置の製造方法。
- 前記第2熱処理では、前記第1熱処理時よりも、前記第1電極部と前記第2電極部とが近接することを特徴とする請求項9に記載の電子装置の製造方法。
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