电子元器件模块及其制造方法

电子元器件模块及其制造方法
【专利摘要】布线基板上的导电连接盘和柱状的连接端子构件通过接合部进行接合，且在布线基板上形成了密封连接端子构件的树脂层，由此构成电子元器件模块，在将该电子元器件模块安装到安装基板时所实施的回流工序中，抑制构成接合部的接合材料的流出。在导电连接盘7和连接端子构件6的接合部10中，至少生成Cu-Sn类、M-Sn类（M是Ni及/或Mn）、Cu－M－Sn类的金属间化合物，金属间化合物生成区域25存在于连接端子构件6一侧。该金属间化合物生成区域中，若将接合部的剖面在纵向及横向均匀地等分为10块，合计细分为100块，此时，构成元素不同的金属间化合物至少存在2种的块数相对于除去在1块中只存在Sn类金属成分的块后的剩余全块数的比例在70％以上。
【专利说明】电子元器件模块及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子元器件模块及其制造方法，特别涉及在电子元器件模块中连接端子构件和布线基板之间的接合部的结构以及接合部的制造方法，该电子元器件模块具有布线基板，安装在该布线基板上的电子元器件和柱状的连接端子构件，以及对电子元器件和连接端子构件进行密封的树脂层。
【背景技术】
[0002]本发明所关注的技术记载在例如日本专利特开2008-16729号公报(专利文献I)中。专利文献I中记载了以下的半导体装置:即，将作为柱状的连接端子构件的内部连接用电极接合到配置在有机基板的布线图案上规定位置的连接电极用金属焊盘部，内部连接用电极由密封树脂进行密封。此外，专利文献I中记载了内部连接用电极与连接电极用金属焊盘部也可是焊接。
[0003]但是，若内部连接用电极由焊料进行连接，则在将半导体装置安装到安装用基板时的回流工序中，由于作为接合材料的焊料发生再熔融而使体积膨胀，将会遇到如下问题:即，焊料通过内部连接用电极和密封树脂的间隙中而流到半导体装置的外侧，或者喷出。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2008 - 16729号公报
【发明内容】

[0007]发明所要解决的技术问题
[0008]因此，本发明的目的在于，在如上述半导体装置那样的电子元器件模块中，在将半导体装置安装到安装用基板时所实施的回流工序中，抑制接合材料的流出。
[0009]解决技术问题所采用的技术方案
[0010]本发明，简单来说，其特征在于，在布线基板上的导电连接盘和柱状的连接端子构件间的接合部中，通过生成金属间化合物，以在回流时抑制接合材料的流出。
[0011]首先，本发明是针对电子元器件模块的结构。本发明所涉及的电子元器件模块，具有:布线基板，该布线基板包括相互相对的第I主面及第2主面；电子元器件，该电子元器件至少安装在布线基板的第I主面上；以及导电连接盘，该导电连接盘至少形成在布线基板的第I主面上；柱状的连接端子构件，该柱状的连接端子构件具有相互相对的第I端面及第2端面，第I端面以面向导电连接盘的状态进行配置，且通过接合部与导电连接盘接合；以及树脂层，该树脂层在使连接端子构件的第2端面露出的状态下，形成在布线基板的第I主面上，以将所述电子元器件及连接端子构件密封。本发明所涉及的电子元器件模块，为了解决所述的技术课题，其第I特征在于，在对所述接合部的剖面利用波长分散型X射线装置(WDX)进行分析时，该接合部的剖面上，至少生成了 Cu-Sn类、M-Sn类、Cu-M-Sn类的金属间化合物(M是Ni及/或Mn)，存在金属间化合物生成区域(以下，被称为「生成区域」。)。在这些金属间化合物中，例如，作为用于形成接合部的接合材料，使用以Sn类金属为主要成分的接合材料，且连接端子构件的至少表面由Cu — M类合金来形成,在此情况下,在使用Sn类金属和Cu-M类合金此种组合的情况下必然会生成该金属间化合物。
[0012]此外，其第2特征在于，所述生成区域中，若将接合部的剖面在纵向及横向均匀地等分为10块，合计细分为100块，此时，构成元素不同的金属间化合物至少存在2种的块数相对于除去在I块中只存在Sn类金属成分的块后所剩余的全块数的比例(以下，被称为「分散度」)在70%以上。
[0013]所述的「除去只存在Sn类金属成分的块后的剩余块数」，换而言之就是存在金属间化合物的块。
[0014]此外，所述的「构成元素不同的金属间化合物」是指像例如Cu — Mn — Sn金属间化合物和Cu — Sn金属间化合物这样关系的金属间化合物。例如，Cu6Sn5和Cu3Sn因为构成元素(即，Cu和Sn)是互相相同的金属间化合物，因此计数为I种。此外，所述的「至少2种」，并不仅仅是所述的Cu — Sn类、M-Sn类、Cu — M-Sn类3种金属间化合物，除此之外的金属间化合物(例如，Ag - Sn类等)也包含在内进行计数的至少2种。
[0015]生成区域优选为不含有Sn类金属成分，即使含有Sn类金属成分，优选其含有率在30体积％以下。Sn类金属成分例如放置在300°C以上的高温环境下时，因为可能会发生再熔融而流出，因而会导致接合部的耐热性降低。因此，通过将Sn类金属成分的含有率控制在30体积％以下，能抑制耐热性的降低。
[0016]并非接合部整体为生成区域，若在接合部中，使得生成区域位于连接端子构件一侦牝使得含Sn类金属成分比生成区域多的区域位于导电连接盘一侧，则因为用于生成金属间化合物的反应会从连接端子构件一侧开始发生，由此反应所产生的气泡较容易逃逸到导电连接盘一侧，而不容易残留在生成区域的内部。另一方面，在富含Sn类金属成分的导电连接盘一侧，即使残存了气泡，因为这里实质上没有生成金属间化合物，气泡不会靠近集结，而以分散的状态存在，因此，气泡将不会成为裂纹的起点。因此，能够抑制裂缝的产生。
[0017]连接端子构件优选为例如利用Cu — M类合金来构成其整体，在其表面上形成由Cu-M类合金所构成的镀膜。
[0018]优选在连接端子构件的第2端面、即与接合部相反侧的端面上也存在所述生成区域。在连接端子构件6以例如Cu为主要成分的情况下，在安装到安装用基板31的回流工序中，存在Cu被焊料侵食以导致接合可靠性降低的问题。但是，如上所述，若在与连接端子构件的接合部相对侧的端面上也存在生成区域，则由于即使在回流温度下金属间化合物也不会发生熔融，因此，在回流工程中，能防止焊料和连接端子间的扩散，其结果是，能维持较高的接合可靠性。
[0019]本发明还面向用于制造如上所述电子元器件模块的制造方法。
[0020]本发明所涉及的电子元器件模块的制造方法具有:准备布线基板的工序，该布线基板具有相互相对的第I主面及第2主面，且至少在第I主面上形成了导电连接盘；准备电子元器件的工序；准备柱状的连接端子构件的工序，该柱状的连接端子构件具有相互相对的第I端面及第2端面，且至少表面是由Cu — M类合金(M是Ni及/或Mn)所构成的；准备接合材料的工序，该接合材料以熔点比Cu-M类合金低的低熔点金属为主要成分；安装工序，该安装工序中，将电子元器件至少安装到布线基板的第I主面上；配置工序，该配置工序中，在连接端子构件和导电连接盘间加入接合材料，并且以第I端面以面向导电连接盘的状态来配置连接端子构件；热处理工序，该热处理工序中，在低熔点金属发生熔融的温度下进行热处理，以通过接合材料将连接端子构件和导电连接盘接合起来；以及形成工序，在该形成工序中，在布线基板的第I主面上形成树脂层，以将电子元器件及连接端子构件密封。
[0021]然后，本发明所涉及的电子元器件模块的制造方法，其特征在于，所述低熔点金属是Sn单体或者含有Sn70重量％以上的合金，所述Cu-M类合金与该低熔点金属之间生成金属间化合物，所述Cu-M类合金与该金属间化合物的格子常数差在50%以上，所述热处理工序包括在连接端子构件与导电连接盘之间至少生成Cu-Sn类、M-Sn类、Cu-M-Sn类金属间化合物的工序。
[0022]在本发明所涉及的电子元器件模块的制造模块中，优选所述低熔点金属为Sn单体或者含有Sn在85重量％以上的合金。因为这样在低熔点金属和Cu-M类合金之间更容易生成金属间化合物。
[0023]另外，低熔点金属优选为Sn单体，或者从含有由Cu、N1、Ag、Au、Sb、Zn、B1、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、S1、Sr、Te及P所组成的组之中选择至少一种与Sn的合金。由于低熔点金属选择为这样的组成，由此与Cu — M类合金之间更容易生成金属间化合物。
[0024]为了使Cu-M类合金和Sn类的低熔点金属之间容易在更低温、且短时间内形成金属化合物，优选Cu-M类合金中含有M的比例为5?30重量％，更优选含有M的比例为10?15重量％。
[0025]至少表面是由Cu-M类合金形成的连接端子构件例如可由Cu — M类合金来构成，也可通过在其表面形成由Cu — M类合金所形成的镀膜来构成。在前者的情况下，若热处理工序中的温度较高，时间延长，则和连接端子构件的反应将持续进行到接合材料中不含有的Sn成分为止，整个接合部能够成为金属间化合物生成区域。在后者的情况下，由于只有镀膜的厚度部分才会发生生成金属间化合物的反应，因此能通过调整镀膜的厚度来调整金属间化合物生成区域25的厚度。当然，即使是在前者的情况下，通过控制热处理工序的温度及/或时间，能够调整金属间化合物生成区域的厚度。
[0026]例如，如果采用上述后者的结构，则在热处理工序中，较容易使导电连接盘一侧生成的金属间化合物的量比连接端子构件一侧生成的金属间化合物的量少。
[0027]发明效果
[0028]根据本发明，生成区域中说生成的金属间化合物使接合部变为高熔点。因此，后续工序或者用户的回流工序中，在接合部不容易发生再熔融。由此，再熔融导致的接合材料的体积膨胀能够抑制接合材料通过连接端子构件和树脂层之间的间隙流出或者喷出这一问题的发展。
[0029]此外，假设形成接合部的含有Sn类低熔点金属的接合材料发生再熔融，即使通过连接端子构件和树脂层之间的间隙流出来，当接合材料和连接端子构件接触时，在比较短时间内，能实现生成Cu-Sn类、M — Sn类、Cu — M— Sn类的金属间化合物的反应,低熔点金属因此反应而被消耗，这一点也能使接合材料的流出或者喷出的问题不容易发生。
[0030]另外，由于接合材料的体积膨胀，能降低树脂层与连接端子构件及接合部之间的剥离的问题。【专利附图】

【附图说明】
[0031]图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的电子元器件模块I的剖视图。
[0032]图2依次示出了用于制造图1所示的电子元器件模块I而实施的工序的剖视图。
[0033]图3是用于详细地说明图2 (A)中所示的工序，分别是对以下两种状态进行放大显示后得到的剖视图:(A)连接端子构件6与导电连接盘7之间通过接合材料21来进行配置的状态，(B)因为连接端子构件6与导电连接盘7通过接合部10接合，以此得到的热处理后的状态。
[0034]图4是表示图3 (A)中所示的连接端子构件6的变形例的剖视图。
[0035]图5是表示图1所示电子元器件模块I安装于安装用基板31上的状态的剖视图。
[0036]图6是在安装到如图5所示的安装用基板31上的过程中、用于说明对连接端子构件6有利而采用的优选结构，示出了连接端子构件6位于电子元器件模块I的部分的扩大首1J视图。
[0037]图7是表示实验例中所制作的试验工件41的外观的局部断裂立体图。
[0038]图8是表示将图7所示试验工件41安装到印刷基板47上的状态的外观的俯视图。
【具体实施方式】
[0039]参照图1，对本发明的一个实施方式中所涉及的电子元器件模块I进行说明。
[0040]电子元器件模块I包括布线基板4，该布线基板4具有相互相对的第I的主面2和第2的主面3。布线基板4是由多层陶瓷基板构成的，该多层陶瓷基板是通过对例如多个陶瓷生片进行层叠、且烧成而制造得到。陶瓷生片是由将原本应为低温烧结陶瓷的原料的氧化铝及玻璃等混合粉末与有机粘合剂及熔剂等一起混合而得到的浆液片化来形成的。陶瓷生层中通过激光加工等来形成通孔，在所形成的通孔中填充含有Ag、Cu等的糊料，以形成层间连接用的通孔导体。此外，在陶瓷生层上通过印刷导电性糊料来形成各种电极图案。
[0041]然后，通过层叠、压接多个陶瓷生层来形成陶瓷层叠体，在约1000° C左右的较低温度下通过烧成来得到布线基板4。虽然图1中未示出，在由此得到的布线基板4的内部设置有包括通孔导体及内部电极图案的布线导体。
[0042]另外，布线基板4除了能如上述那样的通过利用具有由低温烧结陶瓷材料构成的陶瓷层的多层陶瓷基板来形成以外，还可以是氧化铝类基板，玻璃基板，复合材料基板，或者使用了树脂、聚合物材料等的印刷基板，或者，也可以是单层基板，根据电子元器件模块I的使用目的，可适当地选择最合适的材质或者结构。
[0043]在布线基板4的第I主面2上安装有芯片元器件、IC等多个电子元器件5。此外，同样地在第I主面2上安装有多个柱状的连接端子构件6。图1中示出了用于安装连接端子构件6的导电连接盘7。导电连接盘7形成在布线基板4的第I主面2上。柱状的连接端子构件6具有相互相对的第I端面8及第2端面9，第I端面8以面向导电连接盘7的状态进行配置，且通过接合部10与导电连接盘接合。另外，关于接合部10的详细组成及结构，将参照图3在后面叙述。
[0044]电子元器件模块I具有树脂层11，该树脂层11在使连接端子构件6的第2端面9露出的状态下形成在布线基板4的第I主面上，从而对所述电子元器件5及连接端子构件进行密封。图1中，电子元器件5的顶面也被树脂层11所覆盖，但也可以在电子元器件5的顶面露出的状态下进行密封。
[0045]接着，参照图2 (A)?(C)，对电子元器件模块I的制造方法进行说明。另外，图2(A)?(C)中示出了与图1中所示的电子元器件模块I上下相反的情况。
[0046]首先，利用上述那样的方法来制作布线基板，接着，如图2 (A)所示，在布线基板4的第I主面上使用接合材料来安装电子元器件5及连接端子构件6。这里，特别参照图3(A)及(B)来对连接端子构件6的安装进行详细说明。
[0047]图3 (A)及(B)示出了布线基板4及连接端子构材6各自的局部扩大图示。图3(A)及(B)中，示出了设置在布线基板4上的导电连接盘7，在本实施方式中，导电连接盘7是具有基底层13，形成在基底层13上方的第I镀层14，以及形成在第I镀层14上的第2镀层15构成的。典型的是，基底层13是通过煅烧包含Cu的导电性糊料来形成的，第I镀层是由Ni镀层膜构成的，第2镀层是由Au镀层膜构成的。此外，图3 (A)及(B)中还示出了在布线基板4的内部形成的内部电极图案16及17。一个内部电极图案16与所述导电连接盘7进行电连接。
[0048]作为连接端子构件6,准备至少表面是Cu-M类合金(M为Ni及/或Mn)所形成的连接端子构件。连接端子构件6如图3 (A)所示，可整体由Cu-M合金来构成，如图4所示，也可利用表面覆盖了由Cu-M类合金形成的镀膜19来构成。在后者的情况下，连接端子构件6的主体部20由例如Cu来构成。连接端子构件6有所希望的截面尺寸及长度方向尺寸，例如，以规定的长度切断具有圆形或者多角形的截面形状的金属线材来得到。
[0049]另一方面，准备了图3(A)中所示的接合材料21。接合材料21用于形成上述的接合部10，是使由熔点比所述Cu-M类合金更低的低熔点金属构成的粉末22在助焊剂23中分散而得到的。
[0050]作为所述低熔点金属，可使用Sn单体，或者含Sn在70重量％以上的合金，优选为含Sn在85重量％以上的合金。更具体而言,低熔点金属优选为Sn单体,或者从包括Cu、N1、Ag、Au、Sb、Zn、B1、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、S1、Sr、Te 及 P 在内的组中选择至少一种金属与Sn构成的合金。通过将低熔点金属选择成这样的组成，从而在与至少构成所述连接端子构件6表面的Cu-M类合金之间较容易生成金属间化合物。
[0051]所述助焊剂23能起到除去作为接合对象物的连接端子构件6及导电连接盘7、接合材料21中的金属粉末22的表面氧化被膜的作用。但是，接合材料21中并非需含有助焊剂23，也可采用无需助焊剂23的接合法。例如，利用加压同时加热的方法、在强还原性气氛下进行加热的方法等，能去除接合对象物、金属粉末表面的氧化被膜，以实现可靠性较高的接合。另外，在含有助焊剂23的情况下，对于接合材料21整体，优选含有助焊剂的比例为7?15重量％。
[0052]作为助焊剂23，可使用包含媒介物、溶剂、触变剂、活性剂等为公众所知的助焊剂。
[0053]作为媒介物的具体的例子，可例举出由松香及使松香变性后的变性松香等的介质体形成的松香类树脂、合成树脂、或者松香类树脂与合成树脂的混合体等。作为由松香及使松香变性后的变性松香等的介质体形成的松香类树脂的具体的例子，可例举出脂松香、浮油松香、木松香、聚合松香、加氢松香、甲酰化松香、松香酯、松香变性马来酸树脂、松香变性酚醛树脂、松香变性醇酸树脂、其它各种松香介质体等。作为由松香及使松香变性后的变性松香等的介质体所形成的合成树脂的具体的示例，可例举出聚酯树脂、聚酰胺树脂、苯氧基树脂、帖稀树脂等。
[0054]此外，作为溶剂，已知有酒精、酮、酯、醚、芳香族类、烃类等，作为具体的例子，可例举苯甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、二甘醇、乙二醇、甘油、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸丁酯、己二酸二乙基、十二烷、十四烯、α-萜品醇、萜品醇、2-甲基2、4_戊二醇、2-乙基己二醇、甲苯、二甲苯、苯氧异丙醇、二乙二醇单己醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、己二酸二异丁酯、己二醇、环己烷二甲醇、2-萜品氧基乙醇、2-二氢萜品氧基乙醇、以及它们的混合物等。
[0055]此外，作为触变剂的具体的示例，可例举氢化蓖麻油、棕榈蜡、酰胺类、羟基脂肪酸、二亚苄基山梨醇、双(对甲基亚苄基)山梨糖醇、蜂蜡、硬脂酸酰胺、亚乙基双酰胺羟基硬脂酸酯等。另外，根据需要，通过添加像辛酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕榈酸、硬脂酸、山酸这样的脂肪酸与像1，2羟基硬脂酸这样的羟基硬脂酸、抗氧化剂、表面活性剂、胺类等，以作为触变剂来使用。
[0056]此外，作为活性剂，例举了胺的卤化氢酸盐、有机卤素化合物、有机酸、有机胺、多
元醇等。
[0057]作为活性剂的所述胺的卤化氢酸盐的具体的示例，可例举二苯胍氢溴酸盐、二苯胍盐酸盐、环己胺氢溴酸盐、乙胺盐酸盐、乙胺氢溴酸盐、二乙基苯胺氢溴酸盐、二乙苯胺盐酸盐、三乙醇胺氢溴酸盐、单乙醇胺氢溴酸盐等。
[0058]作为活性剂的所述有机卤素化合物的具体的例，可例举氯化石蜡、四溴乙烷、二溴丙醇、2，3- 二溴-1，4- 丁二醇、2，3- 二溴-丁烯-1，4- 二醇、三羟甲基氨基甲烷(2，3- 二溴丙基)异氰尿酸盐等。
[0059]作为活性剂的有机酸的具体的示例，可例举丙二酸、富马酸、乙醇酸、柠檬酸、苹果酸、丁二酸、苯基丁二酸、马来酸、水杨酸、邻氨基苯甲酸、戊二酸、辛二酸、己二酸、癸二酸、硬脂酸、松香酸、安息香酸、偏苯三甲酸、苯均四酸、十二烷酸等，并且作为有机胺的具体的示例，可例举甲乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三丁胺、苯胺、二乙苯胺等。
[0060]此外、作为活性剂的多元醇，可例举赤丁四醇、焦榈酚(pyrogallol)、核糖醇等。
[0061]此外，作为助焊剂23可使用包含了从由环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂或者其变性树脂、丙烯酸树脂所形成的热固性树脂群中选出的至少一种，从或者从由聚酰胺树脂、聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、纤维素类树脂形成的热可塑性树脂群中选出的至少一种。
[0062]另一方面，至少构成所述连接端子构件6的表面的Cu-M类合金、通过使接合材料21加热熔融，并且利用与所述Sn类的低熔点金属的组合，以生成得到熔点在310° C以上的金属间化合物。当Cu-M类合金是Cu-Mn的情况下,优选Mn占该合金的比例为10?15重量％，当是Cu-Ni类合金的情况下,优选Ni占该合金的比例为10?15重量％。
[0063]Cu-M类合金通过选择为如上所述的组成，能够容易地在较低温且较短时间内与Sn类的低熔点金属之间形成金属间化合物。此金属化合物不会在之后实施的回流工序中发生熔融。
[0064]Cu-M类合金中，以不阻碍与Sn类的低熔点金属之间的反应的程度，例如，可以含有I重量％以下的比例的杂质。作为杂质，可例举出Zn、Ge、T1、Sn、Al、Be、Sb、In、Ga、S1、Ag、Mg、La、P、Pr、Th、Zr、B、Pd、Pt、N1、Au 等。
[0065]此外，考虑到接合性和反应性，低熔点金属粉末22中的氧浓度优选为2000ppm以下，特别优选在10?IOOOppm之间。
[0066]另外，Cu 一 M类合金生成在低熔点金属粉末22的周围，即生成于接合部10 (参照图2 (A)、图3 (B))，且进行选择以使金属间化合物与该Cu-M类合金之间的格子常数差在50%以上。如后述的公式所示，所述格子常数差是指金属间化合物的格子常数减去Cu-M类合金的格子常数后得到的值再除以Cu-M类合金的格子常数后所得到的数值的绝对值的100倍的数值(％ )。S卩，该格子常数差表示的是在与Cu-M类合金的界面上最初生成的金属间化合物的格子常数相对于Cu-M类合金的格子常数有多少的差，而与哪一方的格子常数更大无关。
[0067]格子常数差用以下的公式来表示，
[0068]格子常数差(％)=〔| {(金属间化合物的格子常数)_ (Cu-M类合金的格子常数)}/ (Cu-M类合金的格子常数)〕XlOO
[0069]再次参照图3(A)，上述的接合材料21施加在连接端子构件6与导电连接盘7之间，且连接端子构件6是以该连接端子构件6的第I端面8面向导电连接盘7的状态进行配置的。然后，在此状态下，在接合材料21中所包含的低熔点金属粉末22发生熔融的温度下进行热处理。热处理后的状态在图3(B)中表示。
[0070]通过上述的热处理，接合材料21被加热，若温度到达构成低熔点金属粉末22的Sn类低熔点金属的熔点以上，则低熔点金属粉末22发生熔融，失去作为粉末的形态。
[0071]若在此后持续加热的话，则Sn类低熔点金属将与连接端子构件6表面的Cu-M类合金发生反应，形成如图3(B)所示形态的接合部10。
[0072]当用波长分散型X射线分析装置(WDX)来分析接合部10的剖面时，在该接合部10的剖面上，至少可以确认到由Cu-Sn类、M-Sn类及Cu-M-Sn类的金属间化合物所生成的金属间化合物生成区域25的存在。在此金属间化合物生成区域25，利用WDX还可以确认到:当将接合部10的剖面在纵向及横向均匀地细分为10块，合计100小块，此时，相对于除去了I小块中仅存在Sn类金属后剩余的所有小块数量，即相对于存在金属间化合物的所有小块数量，构成元素不同的金属间化合物至少存在2种以上的小块数量的比例(分散度)在70%以上。
[0073]如上所述,金属间化合物生成区域25中，至少存在Cu-Sn类、M-Sn类、Cu-M-Sn类这3种以上的金属间化合物，且在生成区域25内的金属间化合物如果是分散度在70 %以上的良好分散状态下，则不容易使应力集中，因此，由后面阐述的实验例可知，由于因热冲击等所产生的线膨胀系数差而引起的变形，使得接合部10上负载有应力，即使在此情况下，也不容易产生裂纹，因此，不容易发生接合部10的电阻值上升、接合强度降低的问题。
[0074]如图3 (B)所示，优选上述的金属间化合物生成区域25位于连接端子构件6 —侧，使含Sn类金属成分比生成区域25更多的富含Sn的区域26位于导电连接盘7 —侧。其原因如下所述。
[0075]在生成区域25生成的过程中，通常会产生气泡，假设在导电连接盘7 —侧也配置有Cu-M类合金的情况下，接合部10的上下方向会同时生成金属间化合物，因此产生的气泡很容易集中在接合部10的中央。而且，在这样的接合工序中，接合部10将自上下两个方向被挤压。由此，接合部10的内部所产生的气泡会相互连接，会留下较大的层状的空隙。若接合部10的内部存在较大的空隙，则在下落试验或热冲击试验中，以空隙为起点可能会产生裂纹。特别地，若裂缝变大，则接合部10会发生断裂，从而引起严重的问题。
[0076]与此相对地，如图3 (B)所示，在金属间化合物生成区域25仅位于连接端子构件6 一侧的情况下，即，在仅连接端子构件6与接合部10之间生成有金属间化合物的情况下，由此从一个方向发生反应，因此所产生的气泡很容易逃逸到导电连接盘7 —侧，不容易残留在生成区域25的内部。另一方面，在导电连接盘7 —侧富含Sn的区域26中，例如即使残存了气泡，由于这里实质上没有生成金属间化合物，所以气泡不会靠近集结，而以分散的状态存在，因此，气泡将不会成为裂纹的起点。因此，能够抑制裂缝的产生。
[0077]如上所述，金属间化合物生成区域25位于连接端子构件6 —侧，且富含Sn的区域26位于导电连接盘7侧，这样的结构利用如图4所示的由Cu-M类合金构成的镀膜19所形成的连接端子构件6则更容易得到。其原因在于，由于只有镀膜19的厚度部分才会发生生成金属间化合物的反应，因此能通过调整镀膜19的厚度来调整金属间化合物生成区域25的厚度。
[0078]另外，如果不特别期望由金属间化合物生成区域25位于连接端子构件6 —侧、且富含Sn的区域位于导电连接盘7 —侧的结构而产生的上述优点，则至少导电连接盘7的表面可由Cu-M类合金来构成。
[0079]为了提高接合部10、特别是生成区域25的耐热性，优选生成区域25不含有Sn类金属成分，即使在含有Sn类金属成分的情况下，优选其含有率在30体积％以下。例如将Sn类金属成分放置在300° C以上的高温环境下时，因为可能会发生再熔融而流出，因此会导致生成区域25的耐热性降低。因此，通过将Sn类金属成分的含有率控制在30体积％以下，能提高耐热性。由于使像上述Sn类金属成分的含有率降低，与格子常数有关。
[0080]如上所述，至少构成连接端子构件6的表面的Cu-M类合金的格子常数与生成区域25所生成的金属间化合物的格子常数之间，若存在50%以上的格子常数差，则因接合材料21中含有的构成低熔点金属粉末22的Sn类低熔点金属与至少构成连接端子构件6的表面的Cu-M类合金由发生反应而迅速地生成金属间化合物，在短时间之内，能充分地降低生成区域25中的Sn类金属成分的含有量。
[0081]另外，接合材料21可以不是上述的糊料形态，可以是例如板状的固体形态。
[0082]此外，接合材料21不仅可以含有Sn类的低熔点金属粉末，也可进一步含有由Cu 一 M类合金所构成的粉末。在这种情况下，即使连接端子构件6的至少表面都不是Cu -M类合金所构成的，也就是说，即使连接端子构件6是由Cu构成的，在接合部10中会生成金属间化合物生成区域25,该金属间化合物生成区域25由至少Cu-Sn类、M-Sn类及Cu-M-Sn类的金属间化合物来生成。
[0083]接着，如图2 (B)所示，在布线基板4的第I主面2上形成有树脂层11，从而密封电子元器件5及连接端子构件6。树脂层11可以利用在例如环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂等热固化树脂中混合氧化铝、二氧化硅(二氧化硅)、二氧化钛等无机填料而形成的复合树脂来构成。
[0084]例如，在PET薄膜上使复合树脂成型，使用半固化后的树脂片来形成树脂层11，在此情况下，在具有所希望的厚度的间隔件或模型配置在布线基板4周围的状态下，使树脂片覆盖于布线基板4上，对树脂片进行加热冲压以使树脂厚度成为间隔件或模型的厚度，然后，利用烤箱对布线基板4进行加热而使树脂固化，由此能形成具有所希望的厚度的树脂层11。
[0085]另外，树脂层11也可以采用如下所述的能够形成得到树脂层的其它一般的成形技术来形成:即，使用液态树脂的罐封技术、传递模塑技术、压缩模塑技术等。
[0086]接着，如图2 (C)所示，利用滚筒等对树脂层11的表面进行磨削、研磨，从而将不需要的树脂去除，使树脂层11的表面变平坦，并且连接端子构件6的第2端面9从树脂层11的表面露出。由此，电子元器件模块I完成了。另外，虽图中未示出，在此工序中，也可磨肖IJ、研磨以使电子元器件5的顶面露出。此外，在电子元器件5是IC的情况下，也可对IC的顶面本身进行磨削、研磨。由此，可以实现电子元器件模块I的低高度化。
[0087]由于给予连接端子构件6的第I端面8 一侧的接合材料21的厚度等影响，连接端子构件6的自布线基板4的第I主面2开始的高度会发生偏差，在此情况下，通过与树脂层一起对连接端子构件6的端面9一侧进行磨削、研磨，连接端子构件6的自配线基板4开始的高度能得到统一。另外，参照图4如上所示那样，连接端子构件6被由Cu-M类合金形成的镀膜19说覆盖，在此情况下，即使在对连接端子构件6进行磨削或研磨之后，也至少会残留一部分的镀膜19。
[0088]在图2 (B)所示的阶段中，以使连接端子构件6的第2端面9适当地露出的方式来形成树脂层11，在此情况下，对树脂层11的表面进行磨削或研磨的工序并非是必需实施的。
[0089]另外，电子元器件模块I可以如上所述那样，单个地进行制造，也可以采用在形成多个电子元器件模块I的集合体之后再进行各个分割的方法。
[0090]如上所述得到的电子元器件模块I如图5所示，安装于安装用基板31上。图5中示出了设置在安装用基板31上的导电连接盘32，以及将导电连接盘32和电子元器件模块I的连接端子构件6接合起来的接合部33。接合部33例如由含有Sn类低熔点金属的焊料而得到，因为形成了接合部33，因此适用于回流工序。
[0091]在上述的回流工序中，因为电子元器件模块I的接合部10中特别是金属间化合物生成区域25 (参照图3 (B))具有良好的耐热强度，因此不会发生再熔融。
[0092]此外，在回流工序中，假设接合部10的富含Sn的区域26 (参照图3(B))发生再熔融，即使通过连接端子构件6与树脂层11之间的间隙流出，当富含Sn的区域26中所含有的Sn类低熔点金属与连接端子构件6接触时，在短时间内会发生用于生成Cu-Sn类、M-Sn类及Cu-M-Sn类这样的金属间化合物的反应，因为Sn类低熔点金属因此反应而被消耗，所以这一点上，不容易发生接合材料21的流出或喷出。
[0093]并且，还应该关注以下的点。在所述连接端子构件6和导电连接盘的接合工序的期间，因为对连接端子构件6施加面向导电连接盘7的方向的力，如图3 (A)所示，接合材料21扩展成其直径大于连接端子构件6的直径。因此，由图3 (B)可知，金属间化合物生成区域25将变为具有比连接端子构件6的直径大的直径的状态。其结果是，接合部10中的金属间化合物生成区域25会成为遮挡连接端子构件6和树脂层11的间隙的屏障，由此，也能够抑制接合材料21的流出或喷出。
[0094]图6中示出了在安装到所述安装用基板31的过程中，对于电子元器件模块I的连接端子构件6有利而采用的优选结构。在图6中所示的连接端子构件6的第2端面9、即与布线基板4的导电连接盘7的接合部10 (图6中未图示)相反一侧的端面中，存在与所述金属间化合物生成区域25相同的金属间化合物生成区域35。
[0095]在连接端子构件6的主要成分是例如Cu的情况下，在安装到安装用基板31的回流工序中，会发生Cu被焊料侵食而使接合可靠性降低的问题。但是，如上所述，若连接端子构件6的第2端面9上也存在金属间化合物生成区域35，则由于在回流温度下金属间化合物不会熔融，因此在回流工序中，能防止生成接合部33 (参照图5)的作为接合材料的焊料和连接端子构件6之间的扩散，其结果是，能够维持较高的接合可靠性。
[0096]另外，对于如图6所示的金属间化合物生成区域35，如果使用与生成所述接合部10的接合材料21相同组成的接合材料来形成接合部33，则在安装到安装用基板31上的回流工序中，该生成区域35会自然地形成，但也可以在安装到安装用基板31之前的电子元器件模块I阶段预先形成。在后者的情况下，在图3 (A)中所示工序中，如果在连接端子构件6的第2端面9上也涂布与接合材料21相同组成的接合材料，那么在图3 (B)所示的工序中，会形成金属间化合物生成区域35。
[0097]如上所述，虽然与图示的本发明的实施方式相关地说明了本发明，但本发明还适用于不仅在布线基板4的第I主面2、在第2主面3上也设置有电子元器件及/或连接端子构件的电子元器件模块。
[0098]接着，记载基于本发明而实施的实验例。
[0099](实验例I)
[0100]实验例I中制作了如图7所示的形态的试验工件41。
[0101]试验工件41具有:包括低温烧结陶瓷材料而形成的布线基板42，在布线基板42的一侧主面上以3个X4个的矩阵方式来形成的、由实施Ni镀膜的Cu所构成的12个的导电连接盘43，与各个导电连接盘43通过接合部44接合的柱状的12个连接端子构件45，以及以使连接端子构件45密封的方式而在布线基板42的一侧主面上形成的、由环氧树脂所构成的树脂层46。
[0102]布线基板42具有3mmX2.4mm的平面尺寸、以及Imm的厚度,连接端子构件45的直径是0.3mm,长度是0.5mm,排列间距是0.6mm,另外，树脂层的厚度是0.55mm。
[0103]为了得到本试验工件41的接合部44，准备了将表I的「构成接合材料的低熔点金属」栏中所表示的由低熔点金属来形成的粉末和助焊剂混合后得到的糊剂状的接合材料。作为糊料，使用以下的混合比例:松香为74重量％、二乙二醇丁醚为22重量％、三乙醇胺为
2重量％、及氢化蓖麻油为2重量％。此外，糊料的混合比例是糊料占接合材料整体的比例的10重量％。
[0104]此外，作为连接端子构件45，准备了由表I的「连接端子构件」栏中所记载的「组成」构成的连接端子构件。表I的「连接端子构件」栏中，示出了以a轴为基准的「格子常数」。
[0105]然后，准备布线基板42，所述接合材料以0.05mm的厚度涂布在导电连接盘43上之后，将连接端子构件45配置在该接合材料上。
[0106]接着，使用回流装置，分别在150°C?180°C的温度范围内维持90秒、在220°C以上维持40秒、在240°C以上维持15秒，利用峰值温度为235°C?245°C的温度分布来进行热处理，由此将导电连接盘43与连接端子构件45接合起来，形成接合部44。
[0107]接着，在此阶段，对表1中所示「最初生成的金属间化合物」进行评价。「最初生成的金属间化合物」是指在接合材料与连接端子构件45的界面中最初生成的金属间化合物，通过用FE-WDX来映射分析接合部44的剖面以进行确认。「格子常数」是以a轴为基准而求得的。此外，表1的「格子常数」是通过上述公式而求得的。
[0108]另外，在表1中，接合部44中生成的金属间化合物的典型例示出在「接合部中生成的金属间化合物例」栏中。因而，在接合部44中也可能生成表1中所记载的金属间化合物以外的金属间化合物。关于接合部44中生成的金属间化合物，也可以通过用FE-WDX来映射分析接合部的剖面以进行确认。
[0109]另外，上述分析的结果，在接合部44中可确认金属间化合物生成区域位于连接端子45 —侧，含有Sn类金属成分比金属间化合物生成区域要多的区域位于导电连接盘43 —侧。
[0110]此外，如表1所示，评价了「分散度」。「分散度」是由以下步骤求出的。
[0111](I)在接合部44的剖面照中，在与连接端子构件45界面附近的区域中将接合部44以纵向和横向均匀地等分为10块，细分为合计100小块。
[0112]( 2 )对一块中存在两中以上金属间化合物块进行计数。
[0113](3)被细分化后的100小块中，若有不存在金属间化合物的块，将除了这些块以外而剩余的块数作为全块数，(2)中将用存在两种以上金属间化合物的块数除以全块数再乘以100所得到的值作为分散度(％)。
[0114]接着，以密封连接端子构件45的方式，在布线基板43的一侧主面上形成树脂层46,完成了图7中所不的试验工件41。
[0115]对于这样制成的试验工件41，如表1所示，实施了「流出试验」、「下落试验」、以及「热冲击试验」。
[0116]在「流出试验」中，对于试验工件41，在125°C温度下实施24小时的前处理，然后，在温度85°C、相对湿度85%的高温高湿环境下放置168小时，接着，在峰值温度260°C的回流条件下进行3次加热之后，通过外观观察，对在连接端子构件45的露出面中有无接合材料流出进行评价。对于所有的连接端子构件45都没有确认到有流出的情况，判断为合格，在「流出试验」栏中用「O」表示，对于至少有一个连接端子构件45被确认有流出的情况，判断为不合格，在「流出试验」栏中用「X」表示。
[0117]在「下落试验」中，如图8所示，将图7中表示的10个试验工件41安装到印刷基板47上，该印刷基板47虽然未图示，但该印刷基板47是安装在由POM (聚甲醛)材料成形的、平面尺寸为120mmX 50mm、厚度为30mm的托架上的状态。然后，对于该托架的6个表面，从1.5m高度的下落试验各实施3次，检查外观上的损毁。其结果是，对于全部试验工件41都没有确认到损毁的情况，判断为合格，在「下落试验」栏中用「〇」表示，对于至少有一个试验工件41被确认到有损毁的情况，判断为不合格，在「下落试验」栏中用「X」表示。
[0118]在「热冲击试验」中，对于如图7中所示的形态的试验工件，将在_55°C和+125°C各自的温度条件下分别保持30分钟作为循环，在实施该循环1000次之后，实施热冲击试验，然后，对连接端子构件的电导通状态进行评价。其结果是，对于全部试验工件500全都导通的情况，判断为合格，在「热冲击试验」栏中用「〇」表示，对于至少有一个试验工件500变为不良开路的情况，判断为不合格，在「热冲击试验」栏中用「X」表示。
[0119][表1]
[0120]
【权利要求】
1.一种电子兀器件模块,其特征在于,具有: 布线基板，该布线基板包括相互相对的第I主面及第2主面； 电子元器件，该电子元器件至少安装在所述布线基板的所述第I主面上； 导电连接盘，该导电连接盘至少形成在所述布线基板的所述第I主面上； 柱状的连接端子构件，该柱状的连接端子构件具有相互相对的第I端面及第2端面，所述第I端面以面向所述导电连接盘的状态进行配置，且通过接合部与所述导电连接盘接合；以及 树脂层，该树脂层在使所述连接端子构件的所述第2端面露出的状态下，形成在所述布线基板的所述第I主面上，以将所述电子元器件及所述连接端子构件密封， 在对所述接合部的剖面利用波长分散型X射线分析装置(WDX)来进行分析时，在该接合部的剖面上，至少生成了 Cu-Sn类、M-Sn类、Cu-M-Sn类的金属间化合物(M是Ni及/或Mn)，存在金属间化合物生成区域，在所述金属间化合物生成区域中，若将所述接合部的剖面在纵向及横向均匀地等分为10块，合计细分为100块，此时，构成元素不同的金属间化合物至少存在2种以上的块数相对于除去在I块中只存在Sn类金属成分的块后所剩余的全块数的比例在70%以上。
2.如权利要求1所述的电子元器件模块，其特征在于， 所述金属间化合物生成区域含有的Sn类金属成分在30体积％以下。
3.如权利要求2所述的电子元器件模块，其特征在于， 所述金属间化合物生成区域不含`有Sn类金属成分。
4.如权利要求1至3所述的任一电子元器件模块，其特征在于， 所述接合部中，所述金属间化合物生成区域位于所述连接端子构件一侧，含有Sn类金属成分比所述金属间化合物生成区域多的区域位于所述导电连接盘一侧。
5.如权利要求1至4所述的任一电子元器件模块，其特征在于， 所述连接端子构件是由Cu — M类合金构成的。
6.如权利要求1至5所述的任一电子元器件模块，其特征在于， 所述连接端子构件具有在其表面形成的由Cu-M类合金所构成的镀膜。
7.如权利要求1至6所述的任一电子元器件模块，其特征在于， 所述金属间化合物生成区域还存在于所述连接端子构件的所述第2端面上。
8.一种电子元器件模块的制造方法，其特征在于，具有: 准备布线基板的工序，该布线基板具有相互相对的第I主面及第2主面，且至少在所述第I主面上形成了导电连接盘； 准备电子元器件的工序； 准备柱状的连接端子构件的工序，该柱状的连接端子构件具有相互相对的第I端面及第2端面，且至少表面是由Cu — M类合金(M是Ni及/或Mn)所构成的； 准备接合材料的工序，该接合材料以比熔点比所述Cu-M类合金低的低熔点金属为主要成分； 安装工序，该安装工序中，将所述电子元器件至少安装于所述布线基板的所述第I主面上。 配置工序，该配置工序中，在所述连接端子构件和所述导电连接盘之间加入所述接合材料，并且以所述第I端面面向所述导电连接盘的状态来配置所述连接端子构件的工序；热处理工序，该热处理工序中，在所述低熔点金属发生熔融的温度下进行热处理，以通过接合材料将所述连接端子构件和所述导电连接盘接合起来；以及 形成工序，在该形成工序中，在所述布线基板的所述第I主面上形成树脂层，以将所述电子元器件及所述连接端子构件密封， 所述低熔点金属是Sn单体或者含有Sn在70重量％以上的合金，所述Cu — M类合金与所述低熔点金属之间能生成金属间化合物，且Cu — M类合金与该金属间化合物的格子常数差在50%以上。 所述热处理工序包括在所述连接端子构件和所述导电连接盘之间至少生成Cu-Sn类、M-Sn类、及Cu-M-Sn类的金属间化合物的工序。
9.如权利要求8所述的电子元器件制造方法，其特征在于， 所述低熔点金属是Sn单体或者含有Sn在85重量％以上的合金。
10.如权利要求8或9所述的电子元器件制造方法，其特征在于， 所述低熔点金属是Sn单体，或者从含有由Cu、N1、Ag、Au、Sb、Zn、B1、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、S1、Sr、Te及P所组成的组之中选择至少一种金属与Sn的合金。
11.如权利要求8至10所述的任一电子元器件制造方法，其特征在于， 所述的Cu-M类合金含有所述M的比例是5~30重量％。
12.如权利要求11所述的电子元器件制造方法，其特征在于， 所述的Cu-M类合金含有所述M的比例是10~15重量％。
13.如权利要求8至12所述的任一电子元器件制造方法，其特征在于， 所述连接端子构件由Cu — M类合金构成。
14.如权利要求8至13所述的任一电子元器件制造方法，其特征在于， 所述连接端子构件具有在其表面形成的由所述Cu-M类合金所构成的镀膜。
15.如权利要求8至14所述的任一电子元器件制造方法，其特征在于， 在所述热处理工序中，在所述导电连接盘一侧所生成的所述金属间化合物的量比所述连接端子构件一侧所生成的所述金属间化合物的量少。
【文档编号】H01L21/60GK103515343SQ201310245091
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月22日
【发明者】中越英雄, 高木阳一, 小川伸明, 高冈英清, 中野公介 申请人:株式会社村田制作所