基板モジュールの製造方法、基板モジュール及び基板モジュール組立体
【課題】半田ボールが予め実装された電極側の半田フラッシュを防止できる基板モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】基板モジュール１の製造方法は、電子部品２の表面に設けられた第１の電極２１に実装する、少なくとも錫成分を含む半田ボール４の表面に、半田ボールの比重よりも重く、高融点の銅粒子６１を含む半田ペースト６を付着させる工程を有する。更に、製造方法は、第１の電極が設けられた電子部品の表面を上側に向ける工程を有する。更に、製造方法は、半田ボールを加熱して溶融させ、半田ボールの表面上に付着させた銅粒子を半田ボール内に沈殿させる工程を有する。更に、製造方法は、沈殿した銅粒子と半田ボールの錫成分とで、半田ボールを実装した第１の電極との界面に、半田ボールの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１を形成する工程を有する。
【解決手段】基板モジュール１の製造方法は、電子部品２の表面に設けられた第１の電極２１に実装する、少なくとも錫成分を含む半田ボール４の表面に、半田ボールの比重よりも重く、高融点の銅粒子６１を含む半田ペースト６を付着させる工程を有する。更に、製造方法は、第１の電極が設けられた電子部品の表面を上側に向ける工程を有する。更に、製造方法は、半田ボールを加熱して溶融させ、半田ボールの表面上に付着させた銅粒子を半田ボール内に沈殿させる工程を有する。更に、製造方法は、沈殿した銅粒子と半田ボールの錫成分とで、半田ボールを実装した第１の電極との界面に、半田ボールの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１を形成する工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板モジュールの製造方法、基板モジュール及び基板モジュール組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板モジュールは、ＣＳＰ（Chip Size Package）等の電子部品と、インターポーザ等のプリント基板とを有し、これら電子部品とプリント基板とが、半田等の接合材料によって接合されたものである。また、パッケージ基板上に半導体チップが実装されたＣＳＰ（Chip Size Package）も、広い意味では基板モジュールに含まれる。基板モジュールは、プリント基板側に設けられた電極と電子部品側に設けられた電極とを接合することにより形成される。一般的には、これら電極同士が接合された後に、プリント基板と電子部品との間の空間に、合成樹脂等のアンダーフィル材が充填される。アンダーフィル材は、例えば、プリント基板と電子部品との接合を補強するものである。
【０００３】
また、基板モジュールは、更に、マザーボード或いはシステムボードと呼ばれるプリント配線板に搭載（２次実装）される。このように、マザーボードに搭載された基板モジュールを基板モジュール組立体と呼ぶ。基板モジュールをマザーボードに２次実装する工程において、半田の融点まで基板モジュール及びマザーボードを加熱するリフロー処理が行われる。その結果、基板モジュール内の接合半田が再び溶融する。ここで、接合半田とは、プリント基板側の電極と電子部品側の電極との間を接合した半田のことである。
【０００４】
図１５は、基板モジュールの一例を示す説明図である。図１５の（Ａ）に示す基板モジュール１００は、電子部品１１０とプリント基板１２０とを有し、電子部品１１０側の電極１１１とプリント基板１２０側の電極１２１とを半田１３０で電気的に接合することで形成される。更に、基板モジュール１００は、電子部品１１０とプリント基板１２０との間の空間に合成樹脂等のアンダーフィル材１４０を充填し、アンダーフィル材１４０を用いて、電子部品１１０とプリント基板１２０との間の接合を補強するものである。
【０００５】
しかしながら、基板モジュール１００のプリント基板１２０とアンダーフィル材１４０との界面や、電子部品１１０とアンダーフィル材１４０との界面には、アンダーフィル材１４０の充填時に生じたボイドや付着したゴミの影響で空間１５０が生じる場合がある。
【０００６】
例えば、基板モジュール１００をマザーボードに２次実装して基板モジュール組立体を製造する工程では、基板モジュール１００内の電極１１１と電極１２１との間を電気的に接合する半田１３０が再び溶融する。そして、図１５の（Ｂ）に示すように、溶融した半田１３０が毛細管現象で空間１５０に流れ込む。その結果、流れ込んだ半田１３０が原因で、電子部品１１０側の隣接する電極１１１同士やプリント基板１２０側の隣接する電極１２１同士がショートして半田フラッシュが生じる。
【０００７】
図１６は、基板モジュール１００Ａの製造工程の一例を示す説明図である。図１６の（Ａ）に示す電子部品１１０Ａは、その表面に搭載された電極１１１Ａ上にＳＡＣ系の半田ボール１３０Ａが予め実装されている。尚、近年、市場では、半田ボールが予め実装された電子部品が流通している。図示せぬ製造装置は、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａ上に銅粒子１３２を含有したＳＡＣ系の半田ペースト１３１Ａを付着する。
【０００８】
そして、製造装置は、電子部品１１０Ａの電極１１１Ａ上に実装された半田ボール１３０Ａの表面を、プリント基板１２０Ａの電極１２１Ａ上に付着させた半田ペースト１３１Ａに当接させる。そして、製造装置は、半田ボール１３０Ａの表面を半田ペースト１３１Ａに当接させたまま、電子部品１１０Ａ及びプリント基板１２０Ａを加熱する。その結果、図１６の（Ｂ）に示すように、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａと半田ボール１３０Ａとの界面に、半田ボール１３０Ａの錫成分と半田ペースト１３１Ａの銅粒子１３２とで、半田ボール１３０Ａよりも高融点の金属間化合物層１６０が形成される。
【０００９】
例えば、基板モジュール１００Ａ内のプリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａ付近に空間１５０が発生し、２次実装時に半田ボール１３０Ａが再び溶融したとしても、電極１２１Ａ付近の金属間化合物層１６０は半田ボール１３０Ａよりも高融点のため溶融しない。その結果、金属間化合物層１６０は、空間１５０への半田の流れ込みを防止できるため、電極１２１Ａ側の半田フラッシュを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１６１８８１号公報
【特許文献２】特開２００９−２２４７００号公報
【特許文献３】特開２００１−３５８４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１７は、基板モジュール１００Ａの課題の一例を示す説明図である。図１７の（Ａ）に示すように、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａと半田ボール１３０Ａとの界面付近に、金属間化合物層１６０が形成されている。金属間化合物層１６０は融点温度が高いため、２次実装時に溶融せず、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａ付近の空間１５０に対する半田の流れ込みを防止できる。
【００１２】
しかしながら、上記基板モジュール１００Ａでは、電子部品１１０Ａ側の電極１１１Ａと半田ボール１３０Ａとの界面に金属間化合物層１６０が存在していない。その結果、２次実装時に、界面付近の半田が溶けて、図１７の（Ｂ）に示すように、電子部品１１０Ａ側の電極１１１Ａ付近の空間１５０に再び溶融した半田が流れ込む。このように流れ込んだ半田により、電子部品１１０Ａ側の隣接する電極１１１Ａ同士がショートする半田フラッシュが生じる。つまり、半田ボールが予め実装された側（電子部品側或いはプリント基板側）の電極付近では、半田フラッシュが生じ易くなる。
【００１３】
一つの側面では、上述したように、半田ボールが予め実装された側の電極付近の半田フラッシュを防止できる基板モジュールの製造方法、基板モジュール及び基板モジュール組立体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一つの態様では、電子部品又はプリント基板の第１の面に設けられた電極に実装する、少なくとも錫成分を含む半田バンプの表面に、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属粒子を付着させる工程を有する。更に、その態様では、前記電極が設けられた前記第１の面を上側に向ける工程と、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記金属粒子を前記半田バンプ内に沈殿させる工程とを有する。更に、その態様では、沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属間化合物層を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【００１５】
一つの態様では、半田ボールが予め実装された電極側の半田フラッシュを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例１の基板モジュールの一例を示す説明図である。
【図２】図２は、実施例１の基板モジュールの拡大断面図である。
【図３】図３は、実施例１の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例１の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、実施例１の基板モジュールの一例を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例１の基板モジュール組立体の製造工程の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、実施例２の基板モジュールの拡大断面図である。
【図８】図８は、実施例２の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図９】図９は、実施例２の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施例３の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施例３の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施例３を採用した実験の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、ＴＥＧ基板の電極上の半田ボール及び金属間化合物層内の金属組成分析結果の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、銀でメッキした銅粒子の一例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、基板モジュールの一例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、基板モジュールの課題の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本願の開示する基板モジュールの製造方法、基板モジュール及び基板モジュール組立体の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の基板モジュールの一例を示す説明図である。図２は、実施例１の基板モジュールの拡大断面図である。図１及び図２に示す基板モジュール１は、ＣＳＰ等の電子部品２と、インターポーザ等のプリント基板３と、電子部品２とプリント基板３との間を電気的に接合する半田ボール４とを有する。更に、基板モジュール１は、電子部品２とプリント基板３との間の空間に充填されるアンダーフィル材５を有する。電子部品２は、その表面に設けられた第１の電極２１と、第１の電極２１上に実装されるＳＡＣ（Ｓｎ（錫）−Ａｇ（銀）−Ｃｕ（銅））系の半田ボール４とを有する。尚、ＳＡＣ系の半田ボール４は、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕとした場合、その比重は、（７．３×０．９６５）＋（１０．５２×０．０３）＋（８．９２×０．００５）＝７．４０４７である。
【００１９】
また、プリント基板３は、その表面に設けられた第２の電極３１を有する。そして、電子部品２及びプリント基板３は、第１の電極２１上に実装された半田ボール４をプリント基板３の第２の電極３１上に当接させ、後述する製造工程を経て、第１の電極２１と第２の電極３１とを半田ボール４で電気的に接合する。そして、第１の電極２１と第２の電極３１とが半田ボール４で電気的に接合されることで基板モジュール１を形成する。
【００２０】
基板モジュール１内の第１の電極２１と半田ボール４との界面には、後述する銅粒子６１と半田ボール４内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１が形成してある。尚、第１の金属間化合物層４１の融点は、半田ボール４の融点（例えば、約２３０℃）よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。更に、基板モジュール１内の第２の電極３１と半田ボール４との界面には、銅粒子６１と半田ボール４内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２が形成してある。尚、第２の金属間化合物層４２の融点は、半田ボール４の融点よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。
【００２１】
更に、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間には、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間の半田ボール４を用いて中間層４３が形成してある。尚、中間層４３は、半田ボール４の組成物であるため、金属間化合物層４１，４２に比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００２２】
更に、基板モジュール１は、電子部品２とプリント基板３との間の空間が合成樹脂等のアンダーフィル材５で充填され、アンダーフィル材５を用いて電子部品２とプリント基板３との間の接合が補強される。更に、基板モジュール１は、アンダーフィル材５で隣接する第１の電極２１同士や、第２の電極３１同士の絶縁性を確保するものである。尚、アンダーフィル材５は、熱硬化性樹脂及び無機フィラーを含み、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２とプリント基板３との間の空間に充填されるものである。
【００２３】
次に、実施例１の基板モジュール１の製造工程について説明する。図３及び図４は、実施例１の基板モジュール１の製造工程の一例を示す説明図である。尚、半田ボール４は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの半田を使用し、後述する半田ペースト６、７は、銅粒子６１及びフラックスを含むＳＡＣ系の半田を使用する。
【００２４】
図示せぬ製造装置は、転写ステージ９０上に銅粒子６１及びフラックスを含む半田ペースト６をスキージングする（ステップＳ１１）。製造装置は、ＳＡＣ系の半田ボール４を実装した電子部品２の表面が下側、電子部品２の裏面が上側に向くように電子部品２を転写ステージ９０上に配置し、半田ボール４の表面に、転写ステージ９０上の半田ペースト６を転写する（ステップＳ１２）。製造装置は、半田ボール４表面に転写した半田ペースト６が上側、すなわち、電子部品２の裏面が下側で、電子部品２の表面が上側を向くように電子部品２を反転させる（ステップＳ１３）。この際、電子部品２の第１の電極２１上に実装した半田ボール４の表面には、銅粒子６１を含む半田ペースト６が付着された状態である。尚、銅粒子６１の比重は８．９２であるのに対し、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重は７．４０４７であるため、銅粒子６１の比重は、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重よりも重いということになる。また、銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲内とする。また、半田ボール４の融点は約２３０℃であるのに対し、銅粒子６１の融点は約１０００℃であるため、銅粒子６１の融点が高いということになる。
【００２５】
製造装置は、反転した電子部品２に第１の加熱処理を施し、電子部品２に実装した半田ボール４を溶融する（ステップＳ１４）。尚、第１の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２を加熱する処理である。製造装置は、半田ボール４の溶融に応じて、半田ボール４の表面上に付着させた半田ペースト６の銅粒子６１が、その自重で溶融した半田ボール４内の第１の電極２１との界面に沈殿する。
【００２６】
製造装置は、半田ボール４内の第１の電極２１との界面に銅粒子６１を沈殿させた後、その電子部品２に第２の加熱処理を施し、第１の電極２１との界面に第１の金属間化合物層４１を形成する（ステップＳ１５）。尚、第２の加熱処理は、例えば、約１５０℃で約４時間、電子部品２を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１を形成するものである。
【００２７】
製造装置は、プリント基板３の表面に設けられた第２の電極３１上に銅粒子６１を含有する半田ペースト７を付着させる（ステップＳ１６）。尚、半田ペースト７は、銅粒子６１を含むＳＡＣ系の半田である。製造装置は、第１の電極２１上に実装した半田ボール４を第２の電極３１上に付着させた半田ペースト７上に当接させたまま、プリント基板３及び電子部品２に第３の加熱処理を施す（ステップＳ１７）。尚、第３の加熱処理は、半田ボール４及び半田ペースト７の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２及びプリント基板３を加熱する処理である。
【００２８】
製造装置は、電子部品２及びプリント基板３に第３の加熱処理を施した後、電子部品２及びプリント基板３に第４の加熱処理を施し、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２を形成する（ステップＳ１８）。尚、第４の加熱処理は、例えば、約１５０℃で約４時間、電子部品２及びプリント基板３を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２を形成するものである。その結果、基板モジュール１は、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間の半田ボール４を用いて第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間に低融点成分の中間層４３を形成する。
【００２９】
更に、製造装置は、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２を形成した後、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２とプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填する（ステップＳ１９）。そして、製造装置は、電子部品２とプリント基板３との間にアンダーフィル材５を充填して、電子部品２とプリント基板３との間を接合した基板モジュール１を製造する。
【００３０】
図５は、実施例１の基板モジュール１の一例を示す説明図である。図５に示す第１の電極２１と第２の電極３１との間の寸法Ｌ１は、例えば、０．２５ｍｍとし、第１の電極２１及び第２の電極３１の横寸法Ｌ２は、例えば、０．２５ｍｍとする。この場合、電子部品２の表面から第１の金属間化合物層４１の厚さ寸法Ｌ３は、例えば、０．０３ｍｍ以上、プリント基板３の表面から第２の金属間化合物層４２の厚さ寸法Ｌ４は、例えば、０．０３ｍｍ以上とする。尚、厚さ寸法Ｌ３及びＬ４は、アンダーフィル材５の充填時に、電子部品２とアンダーフィル材５との界面や、プリント基板３とアンダーフィル材５との界面に生じる空間の厚さ以上とする。更に、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間の半田ボール４が成す中間層４３の横寸法Ｌ５は、例えば、０．２６ｍｍとする。
【００３１】
次に、基板モジュール組立体の製造工程について説明する。図６は、基板モジュール組立体１０の製造工程の一例を示す説明図である。基板モジュール組立体１０は、基板モジュール１をマザーボード１１に２次実装して、基板モジュール１とマザーボード１１とを電気的に接合することで形成する。製造装置は、完成した基板モジュール１を準備し（ステップＳ２１）、完成した基板モジュール１に第５の加熱処理を施すことで、基板モジュール１内のプリント基板３の裏面にＳＡＣ系の半田ボール８を実装する（ステップＳ２２）。尚、第５の加熱処理は、半田ボール８の融点、例えば、ＳＡＣ系の半田の場合、約２３０℃で約３分間、基板モジュール１を加熱する処理である。従って、基板モジュール１は、第５の加熱処理が施されることで、第１の電極２１と第２の電極３１との間を電気的に接合する半田ボール４も再び溶融することになる。しかしながら、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２（図２参照）は高融点であるため、第１の電極２１や第２の電極３１付近での半田フラッシュを防止できる。
【００３２】
更に、製造装置は、マザーボード１１の表面に基板モジュール１の裏面に実装した半田ボール８を当接させたまま、基板モジュール１及びマザーボード１１に第６の加熱処理を施す（ステップＳ２３）。その結果、製造装置は、第６の加熱処理で基板モジュール１とマザーボード１１との間の半田ボール８が溶融し、基板モジュール１とマザーボード１１との間を接合して基板モジュール組立体１０を製造する。尚、第６の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、ＳＡＣ系の半田の場合、約２３０℃で約３分間、基板モジュール１及びマザーボード１１を加熱する処理である。従って、基板モジュール１は、第６の加熱処理が施されると、第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融することになる。しかしながら、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２（図２参照）は高融点であるため、第１の電極２１や第２の電極３１付近の半田フラッシュを防止できる。
【００３３】
実施例１の製造方法では、ＳＡＣ系の半田ボール４を電子部品２の第１の電極２１上に実装し、半田ボール４表面上に銅粒子６１の半田ペースト６を付着し、電子部品２の天地を反転させる。更に、製造方法では、半田ボール４及び半田ペースト６を溶融し、溶融した半田ボール４内で銅粒子６１がその自重で第１の電極２１との界面に沈殿する。更に、製造方法では、第１の電極２１との界面に沈殿した銅粒子６１と半田ボール４内の錫成分とで、第１の電極２１との界面に高融点の第１の金属間化合物層４１を形成する。更に、製造方法では、プリント基板３の第２の電極３１上に銅粒子６１を含む半田ペースト７を付着し、第１の電極２１上に実装した半田ボール４を第２の電極３１上に載置する。更に、製造方法では、半田ボール４及び半田ペースト７を溶融し、半田ペースト７の銅粒子６１及び錫成分で第２の電極３１との界面に高融点の第２の金属間化合物層４２を形成する。更に、製造方法では、電子部品２とプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填することで、基板モジュール１を製造する。その結果、実施例１の製造方法では、第２の電極３１側は勿論のこと、半田ボール４が予め実装された第１の電極２１側にも高融点の第１の金属間化合物層４１を簡単に形成できる。
【００３４】
更に、基板モジュール１は、第１の電極２１との界面に形成した第１の金属間化合物層４１と、第２の電極３１との界面に形成した第２の金属間化合物層４２とを有する。そして、基板モジュール１をマザーボード１１に２次実装する場合、基板モジュール１内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融することになる。しかし、半田ボール４が再び溶融したとしても、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２が高融点であるために溶融せず、第１の電極２１及び第２の電極３１側の半田フラッシュを防止できる。
【００３５】
また、基板モジュール１は、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間に半田ボール４の組成物で低融点成分の中間層４３を形成した。その結果、中間層４３は、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２に比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００３６】
実施例１の製造方法では、半田ボール４内の第１の電極２１との界面側に沈殿した銅粒子６１と錫成分とを、例えば、約１５０℃で約４時間、加熱し、第１の電極２１との界面にＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１を形成した。その結果、第１の電極２１との界面に半田ボール４の融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１を形成できる。
【００３７】
実施例１では、基板モジュール１内の電子部品２の第１の電極２１に実装する半田ボール４にＳＡＣ系の半田ボールを使用したが、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボールを使用しても良く、この場合の実施の形態につき、実施例２として説明する。
【実施例２】
【００３８】
図７は、実施例２の基板モジュール１Ａの一例を示す断面図である。尚、図１に示す基板モジュール１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図７に示す基板モジュール１Ａの電子部品２Ａは、その表面に設けられた第１の電極２１上にＳｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａを実装する。尚、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａは、例えば、Ｓｎ−５８Ｂｉとした場合、その比重は（７．３×０．４２）＋（９．８×０．５８）＝８．７５となる。
【００３９】
また、電子部品２Ａは、その第１の電極２１上に実装した半田ボール４Ａをプリント基板３の第２の電極３１上に当接させ、後述する製造工程を経て、第１の電極２１と第２の電極３１とを半田ボール４Ａで電気的に接合することで基板モジュール１を形成する。
【００４０】
基板モジュール１内の第１の電極２１と半田ボール４Ａとの界面には、銅粒子６１と半田ボール４Ａ内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ａが形成してある。尚、第１の金属間化合物層４１Ａの融点は、半田ボール４Ａの融点（例えば、約１４０℃）よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。更に、基板モジュール１Ａ内の第２の電極３１と半田ボール４Ａとの界面には、銅粒子６１と半田ボール４Ａ内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２Ａが形成してある。尚、第２の金属間化合物層４２Ａの融点は、半田ボール４Ａの融点（例えば、約１４０℃）よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。
【００４１】
更に、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間には、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間の半田ボール４Ａを用いて中間層４３Ａが形成してある。尚、中間層４３Ａは、半田ボール４Ａの組成物であるため、金属間化合物層に比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００４２】
更に、基板モジュール１Ａは、電子部品２Ａとプリント基板３との間の空間をアンダーフィル材５で充填し、アンダーフィル材５を用いて電子部品２Ａとプリント基板３との間の接合を補強する。更に、基板モジュール１は、アンダーフィル材５で隣接する第１の電極２１同士や、第２の電極３１同士の絶縁性を確保するものである。
【００４３】
次に、実施例２の基板モジュール１Ａの製造工程について説明する。図８及び図９は、実施例２の基板モジュール１Ａの製造工程の一例を示す説明図である。尚、半田ボール４Ａは、Ｓｎ−５８Ｂｉの半田を使用し、後述する半田ペースト６，７は、銅粒子６１及びフラックスを含む半田を使用するものとする。
【００４４】
図示せぬ製造装置は、転写ステージ９０上に銅粒子６１及びフラックスを含む半田ペースト６をスキージングする（ステップＳ１１Ａ）。製造装置は、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａを実装した電子部品２Ａの表面が下側、電子部品２Ａの裏面が上側に向くように電子部品２Ａを転写ステージ９０上に配置する。そして、製造装置は、電子部品２Ａに実装した半田ボール４Ａの表面に、転写ステージ９０上の半田ペースト６を転写する（ステップＳ１２Ａ）。製造装置は、半田ボール４Ａ表面に転写した半田ペースト６が上側、すなわち、電子部品２Ａの裏面が下側で、電子部品２Ａの表面が上側を向くように電子部品２Ａを反転させる（ステップＳ１３Ａ）。この際、電子部品２Ａの第１の電極２１上に実装した半田ボール４Ａの表面には、銅粒子６１を含む半田ペースト６が付着された状態である。尚、銅粒子６１の比重は８．９２であるのに対し、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａの比重は８．７５であるため、銅粒子６１の比重は、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａの比重よりも重いということになる。銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲内とする。また、半田ボール４Ａの融点は約１４０℃であるのに対し、銅粒子６１の融点は約１０００℃であるため、銅粒子６１の融点が高いということになる。
【００４５】
製造装置は、反転した電子部品２Ａに第１の加熱処理を施し、電子部品２Ａに実装した半田ボール４Ａを溶融する（ステップＳ１４Ａ）。尚、第１の加熱処理は、半田ボール４Ａの融点、例えば、約１４０℃で約３分間、電子部品２Ａを加熱する処理である。製造装置は、半田ボール４Ａの溶融に応じて、半田ボール４Ａの表面上に付着させた半田ペースト６の銅粒子６１が、その自重で溶融した半田ボール４Ａ内の第１の電極２１との界面に沈殿する。
【００４６】
製造装置は、半田ボール４Ａ内の第１の電極２１との界面に銅粒子６１を沈殿させた後、その電子部品２Ａに第２の加熱処理を施し、第１の電極２１との界面に第１の金属間化合物層４１Ａを形成する（ステップＳ１５Ａ）。尚、第２の加熱処理は、例えば、約１２０℃で約４時間、電子部品２Ａを加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ａを形成するものである。
【００４７】
製造装置は、プリント基板３の表面に設けられた第２の電極３１上に銅粒子６１を含有する半田ペースト７を付着する（ステップＳ１６Ａ）。尚、半田ペースト７は、銅粒子６１及びフラックスを含む半田である。製造装置は、第１の電極２１上に実装した半田ボール４Ａを第２の電極３１上に付着した半田ペースト４Ａ上に当接させたまま、プリント基板３及び電子部品２Ａに第３の加熱処理を施す（ステップＳ１７Ａ）。尚、第３の加熱処理は、半田ボール４Ａの融点、例えば、約１４０℃で約３分間、電子部品２Ａ及びプリント基板３を加熱する処理である。
【００４８】
製造装置は、電子部品２Ａ及びプリント基板３に第３の加熱処理を施した後、電子部品２Ａ及びプリント基板３に第４の加熱処理を施し、半田ボール４Ａ内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ａを形成する（ステップＳ１８Ａ）。尚、第４の加熱処理は、例えば、約１２０℃で約４時間、電子部品２Ａ及びプリント基板３を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２Ａを形成するものである。更に、基板モジュール１Ａは、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間の半田ボール４Ａを用いて第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間に中間層４３Ａを形成する。
【００４９】
更に、製造装置は、半田ボール４Ａ内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ａを形成した後、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２Ａとプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填する（ステップＳ１９Ａ）。そして、製造装置は、電子部品２Ａとプリント基板３との間にアンダーフィル材５を充填して、電子部品２Ａとプリント基板３との間を接合した基板モジュール１Ａを製造する。
【００５０】
完成した基板モジュール１Ａの裏面に半田ボール８を実装する場合や、マザーボード１１に基板モジュール１Ａを半田ボール８で２次実装する場合に、基板モジュール１Ａ内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４Ａが再び溶融する。しかしながら、第１の金属間化合物層４１Ａ及び第２の金属間化合物層４２Ａ（図７参照）は、高融点であるため、第１の電極２１や第２の電極３１付近での半田フラッシュを防止できる。
【００５１】
実施例２の製造方法では、第２の電極３１側は勿論のこと、半田ボール４Ａが予め実装された第１の電極２１側にも高融点の第１の金属間化合物層４１Ａを簡単に形成できる。
【００５２】
更に、基板モジュール１Ａは、第１の電極２１との界面に形成した第１の金属間化合物層４１Ａと、第２の電極３１との界面に形成した第２の金属間化合物層４２Ａとを有する。そして、基板モジュール１Ａをマザーボード１１に２次実装する場合、基板モジュール１内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４Ａが再び溶融することになる。しかし、半田ボール４Ａが再び溶融したとしても、第１の金属間化合物層４１Ａ及び第２の金属間化合物層４２Ａが高融点であるために溶融せず、第１の電極２１及び第２の電極３１側の半田フラッシュを防止できる。
【００５３】
また、基板モジュール１Ａは、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間に半田ボール４Ａの組成物で低融点成分の中間層４３Ａを形成した。その結果、中間層４３Ａは、第１の金属間化合物層４１Ａ及び第２の金属間化合物層４２Ａに比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００５４】
実施例２の製造方法では、半田ボール４Ａ内の第１の電極２１との界面側に沈殿した銅粒子６１と錫成分とを、例えば、約１２０℃で約４時間、加熱し、第１の電極２１との界面にＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ａを形成した。その結果、第１の電極２１との界面に半田ボール４Ａの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１Ａを形成できる。
【００５５】
また、上記実施例１では、半田ボール４の表面や第２の電極３１上に付着する半田ペースト６、７に銅粒子６１及びフラックスを含有した半田を使用した。しかし、銅粒子６１を含むＳｎ−Ｂｉ系の半田ペーストを使用しても良く、この場合の実施の形態につき、実施例３として説明する。
【実施例３】
【００５６】
図１０及び図１１は、実施例３の基板モジュール１Ｂの製造工程の一例を示す説明図である。尚、半田ボール４は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｂｉの半田を使用し、半田ペースト６Ａ，７Ａは、銅粒子６１を２０ｗｔ％含むＳｎ−Ｂｉ系の半田を使用するものとする。
【００５７】
図示せぬ製造装置は、転写ステージ９０上に銅粒子６１を含むＳｎ−Ｂｉ系の半田ペースト６Ａをスキージングする（ステップＳ１１Ｂ）。製造装置は、ＳＡＣ系の半田ボール４を実装した電子部品２の表面が下側、電子部品２の裏面が上側に向くように電子部品２を転写ステージ９０上に配置し、半田ボール４の表面に、転写ステージ９０上の半田ペースト６Ａを転写する（ステップＳ１２Ｂ）。製造装置は、半田ボール４表面に転写した半田ペースト６Ａが上側、すなわち、電子部品２の裏面が下側で、電子部品２の表面が上側を向くように電子部品２を反転させる（ステップＳ１３Ｂ）。この際、電子部品２の第１の電極２１上に実装した半田ボール４の表面には、銅粒子６１を含む半田ペースト６Ａが付着された状態である。尚、銅粒子６１の比重は８．９２であるのに対し、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重は７．０４７であるため、銅粒子６１の比重は、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重よりも重いということになる。銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲内とする。また、半田ボール４の融点は約２３０℃であるのに対し、銅粒子６１の融点は約１０００℃であるため、銅粒子６１の融点が高いということになる。
【００５８】
製造装置は、反転した電子部品２に第１の加熱処理を施し、電子部品２に実装した半田ボール４を溶融する（ステップＳ１４Ｂ）。尚、第１の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２を加熱する処理である。製造装置は、半田ボール４の溶融に応じて、半田ボール４の表面上に付着させた半田ペースト６Ａの銅粒子６１が、その自重で溶融した半田ボール４内の第１の電極２１との界面に沈殿する。
【００５９】
製造装置は、半田ボール４内の第１の電極２１との界面に銅粒子６１を沈殿させた後、その電子部品２に第２の加熱処理を施し、第１の電極２１との界面に第１の金属間化合物層４１Ｂを形成する（ステップＳ１５Ｂ）。尚、第２の加熱処理は、例えば、約１７０℃で約１０時間、電子部品２を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ｂを形成するものである。
【００６０】
製造装置は、プリント基板３の表面に設けられた第２の電極３１上に銅粒子６１を含有する半田ペースト７Ａを付着する（ステップＳ１６Ｂ）。尚、半田ペースト７Ａは、銅粒子６１を含むＳｎ−Ｂｉ系の半田である。製造装置は、第１の電極２１上に実装した半田ボール４を第２の電極３１上に付着させた半田ペースト７Ａ上に当接させたまま、プリント基板３及び電子部品２に第３の加熱処理を施す（ステップＳ１７Ｂ）。尚、第３の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２及びプリント基板３を加熱する処理である。
【００６１】
製造装置は、電子部品２及びプリント基板３に第３の加熱処理を施した後、電子部品２及びプリント基板３に第４の加熱処理を施し、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ｂを形成する（ステップＳ１８Ｂ）。尚、第４の加熱処理は、例えば、約１７０℃で約１０時間、電子部品２及びプリント基板３を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２Ｂを形成するものである。更に、基板モジュール１Ｂは、第１の金属間化合物層４１Ｂと第２の金属間化合物層４２Ｂとの間の半田ボール４を用いて第１の金属間化合物層４１Ｂと第２の金属間化合物層４２Ｂとの間に中間層４３Ｂを形成する。
【００６２】
更に、製造装置は、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ｂを形成した後、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２とプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填する（ステップＳ１９Ｂ）。そして、製造装置は、電子部品２とプリント基板３との間にアンダーフィル材５を充填して、電子部品２とプリント基板３との間を接合した基板モジュール１Ｂを製造する。
【００６３】
完成した基板モジュール１Ｂの裏面に半田ボール８を実装する場合や、マザーボード１１に基板モジュール１Ｂを半田ボール８で２次実装する場合に、基板モジュール１Ｂ内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融する。しかしながら、第１の金属間化合物層４１Ｂ及び第２の金属間化合物層４２Ｂ（図１１の（Ｄ）参照）は、高融点であるため溶融せず、第１の電極２１や第２の電極３１付近での半田フラッシュを防止できる。
【００６４】
次に、実施例３のＳｎ−Ｂｉ系の半田ペーストを使用した場合の実験例について説明する。図１２は、実施例３を採用した実験の一例を示す説明図である。図１２の（Ａ）は、ＴＥＧ基板の平面図、（Ｂ）は、ＴＥＧ基板の電極の部位の拡大平面図、（Ｃ）は、（Ｂ）の電極の部位の断面図である。図１２の（Ａ）及び（Ｂ）に示すＴＥＧ（Test Element Group）基板８０の表面の電極８１上には、粒径２５０μｍのＳＡＣ系の半田ボール４が実装される。そして、平均粒径２０μｍの銅粒子を２０ｗｔ％含むＳｎ−Ｂｉ系の半田ペーストを図示せぬ印刷版に塗布した。更に、ＴＥＧ基板８０の表面上に実装した半田ボール４の表面に半田ペーストを付着したとする。
【００６５】
そして、ＴＥＧ基板８０は、ピーク温度２３０℃のリフロー処理が施され、実装された半田ボール４を溶融する。そして、ＴＥＧ基板８０の半田ボール４上にエポキシ系樹脂を塗布する。更に、１２５℃で０．５時間、ＴＥＧ基板８０を加熱してエポキシ系樹脂を熱硬化する。更に、電極８１との界面にＣｕ−Ｓｎの金属間化合物層８２を形成するため、１７０℃で１０時間、ＴＥＧ基板８０を加熱した。その結果、ＴＥＧ基板８０の電極８１上には、電極８１と半田ボール４との界面にＣｕ−Ｓｎの金属間化合物層８２が形成される。
【００６６】
そして、半田フラッシュの抑制効果を検証する上で、温度８５℃、湿度８５％の高温多湿の環境下で２４時間、ＴＥＧ基板８０を放置した後、そのＴＥＧ基板８０を、ホットプレートを使用して２３０℃で５分間加熱した。そして、この際のＴＥＧ基板８０の電極８１上の半田ボール４及び金属間化合物層８２の金属組成分析結果を検証した。図１３は、ＴＥＧ基板８０の電極８１上の半田ボール４及び金属間化合物層８２内の金属組成分析結果の一例を示す説明図である。
【００６７】
図１３の（Ａ）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で半田ボール４及び金属間化合物層８２の主要部位を示す。更に、図１３の（Ｂ）は、主要部位の錫（Ｓｎ）成分を示し、図１３の（Ｃ）は、主要部位の銅（Ｃｕ）成分を示し、図１３の（Ｄ）は、主要部位のビスマス（Ｂｉ）成分を示す。図１３の（Ｅ）は、図１３の（Ａ）〜（Ｄ）を合成した図である。
【００６８】
本実験の検証結果では、図１３を参照すると、半田ボール４の成分であるＳＡＣ及び半田ペースト７の成分であるＳｎ−Ｂｉの下側、すなわち電極８１との界面にＣｕ及びＳｎ−Ｃｕの金属間化合物層８２が形成されたことが判明した。更に、ホットプレートでＴＥＧ基板８０を半田ボール４の融点（約２３０℃）に加熱して半田ボール４を溶融したとしても、金属間化合物層８２が溶融していないことが判明した。
【００６９】
実施例３の製造方法では、第２の電極３１側は勿論のこと、半田ボール４が予め実装された第１の電極２１側にも高融点の第１の金属間化合物層４１Ｂを簡単に形成できる。
【００７０】
更に、基板モジュール１Ｂは、第１の電極２１との界面に形成した第１の金属間化合物層４１Ｂと、第２の電極３１との界面に形成した第２の金属間化合物層４２Ｂとを有する。そして、基板モジュール１Ｂをマザーボード１１に２次実装する場合、基板モジュール１内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融することになる。しかし、半田ボール４が再び溶融したとしても、第１の金属間化合物層４１Ｂ及び第２の金属間化合物層４２Ｂは、高融点であるために溶融せず、第１の電極２１及び第２の電極３１側の半田フラッシュを防止できる。
【００７１】
また、基板モジュール１Ｂは、第１の金属間化合物層４１Ｂと第２の金属間化合物層４２Ｂとの間に半田ボール４の組成物で低融点成分の中間層４３Ｂを形成した。その結果、中間層４３Ｂは、第１の金属間化合物層４１Ｂ及び第２の金属間化合物層４２Ｂに比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００７２】
実施例３の製造方法では、半田ボール４内の第１の電極２１との界面側に沈殿した銅粒子６１と錫成分とを、例えば、約１７０℃で約１０時間、加熱し、第１の電極２１との界面にＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ｂを形成した。その結果、第１の電極２１との界面に半田ボール４の融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１Ｂを形成できる。
【００７３】
また、上記実施例では、半田バンプの一例として電子部品２の第１の電極２１上に実装された半田ボール４を例示したが、これらに限定されるものではない。
【００７４】
また、上記実施例では、半田ボール４表面又は第２の電極３１に付着される半田ペースト６，７に銅粒子６１を含有させるようにしたが、銅粒子６１ではなく、銀粒子や金粒子を含有させるようにしても良い。例えば、銀粒子を含有した半田ペースト６，７を使用した場合、第１の電極２１と第２の電極３１との界面に、半田ボール４よりも高融点のＡｇ−Ｓｎの金属間化合物層を形成することになる。また、金粒子を含有した半田ペースト６，７を使用した場合、第１の電極２１と第２の電極３１との界面に、半田ボール４よりも高融点のＡｕ−Ｓｎの金属間化合物層を形成することになる。また、銅粒子、銀粒子及び金粒子の内、少なくとも１種類の粒子若しくは、これら各種類の粒子を合成した合成粒子を半田ペースト６，７に含有させるようにしても良い。
【００７５】
また、上記実施例では、半田ボール４表面又は第２の電極３１に付着される半田ペースト６，７に銅粒子６１を含有させるようにしたが、銀でメッキした銅粒子６１を半田ペースト６，７に含有させるようにしても良い。図１４は、銀でメッキした銅粒子６１の一例を示す説明図である。図１４に示す銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約４９μｍの範囲内、銀メッキ６２のメッキ厚さは、例えば、１μｍ以下とし、無電解メッキで形成するようにしても良い。尚、銀でメッキした銅粒子６１ではなく、金でメッキした銅粒子６１等を使用しても良い。
【００７６】
上記実施例では、半田ボール４を予め実装した電子部品２を使用して説明したが、電子部品ではなく、半田ボール４を予め実装したプリント基板に適用しても同様の効果が得られる。
【００７７】
上記実施例では、半田ボール４表面又は第２の電極３１に銅粒子６１を含む半田ペースト６，７を使用したが、銅粒子６１を含むフラックスを使用しても良い。
【００７８】
上記実施例では、第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４全体で、低融点成分の中間層４３を残さず、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２を形成することも考えられる。しかし、低融点成分の中間層４３を残さない場合には、銅粒子６１の含有量が増え、コスト高となって、半田の濡れ性に支障を来し、導通の信頼性や物性強度も低下してしまう。そこで、本実施例では、わざわざ低融点成分の半田ボール４を残し、すなわち中間層４３を形成することで、銅粒子６１の含有量を減らして材料コストを抑制し、半田濡れ性、導通の信頼性及び物性強度を維持できる。
【００７９】
また、上記実施例では、具体的な数値を例示したが、これら数値に限定されるものではない。
【００８０】
以上、本実施例を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８１】
（付記１）電子部品又はプリント基板の第１の面に設けられた電極に実装する、少なくとも錫成分を含む半田バンプの表面に、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属粒子を付着させる工程と、
前記電極が設けられた前記第１の面を上側に向ける工程と、
前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記金属粒子を前記半田バンプ内に沈殿させる工程と、
沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属間化合物層を形成する工程と
を有することを特徴とする基板モジュールの製造方法。
【００８２】
（付記２）前記電極と対向する対向側の第２の面に設けられた対向側の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属粒子上に、前記第１の面に実装した前記半田バンプの表面を当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記電極と前記対向側の電極との間を電気的に接合する工程と、
前記対向側の金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記対向側の電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属間化合物層を形成する工程と、
前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填材を充填する工程と
を有することを特徴とする付記１に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８３】
（付記３）前記第１の面と前記第２の面との間の空間に前記充填材を充填して構成する基板モジュールの前記第２の面の裏面に半田バンプを実装する工程と、
前記第２の面の裏面に実装した前記半田バンプを回路配線基板上に当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記基板モジュールと前記回路配線基板との間を電気的に接合する工程と
を有することを特徴とする付記２に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８４】
（付記４）前記対向側の金属間化合物層を形成する工程において、
前記電極との界面に形成した前記金属間化合物層と、前記対向側の電極との界面に形成した前記対向側の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記金属間化合物層と前記対向側の金属間化合物層との間に中間層を形成したことを特徴とする付記３に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８５】
（付記５）前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成する工程において、
前記半田バンプ内の前記電極との界面側に沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とを所定温度に加熱して、前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成することを特徴とする付記１〜４の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００８６】
（付記６）前記半田バンプは、
錫−銀−銅系の半田又は錫−ビスマス系の半田であることを特徴とする付記１〜５の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００８７】
（付記７）前記金属粒子は、
銅、金、銀、金メッキされた銅又は銀メッキされた銅の内、少なくとも何れか一つの金属を含む金属粒子であることを特徴とする付記１〜６の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００８８】
（付記８）前記金属粒子は、
錫−銀−銅系の半田、錫−ビスマス系の半田又はフラックスのペーストに含まれることを特徴とする付記７に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８９】
（付記９）前記金属粒子が銅粒子の場合、前記ペーストの内、銅の含有量を１０〜２０ｗｔ％とすることを特徴とする付記８に記載の基板モジュールの製造方法。
【００９０】
（付記１０）前記金属粒子の平均粒径は、
２０μｍ〜５０μｍの範囲内であることを特徴とする付記７〜９の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００９１】
（付記１１）電子部品又はプリント基板の第１の面と、
前記第１の面に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、
前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、
前記第１の面と対向する第２の面と、
前記第２の面に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、
前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と
を有することを特徴とする基板モジュール。
【００９２】
（付記１２）前記第１の面は、前記電子部品であり、前記第２の面は、前記プリント基板であることを特徴とする付記１１に記載の基板モジュール。
【００９３】
（付記１３）電子部品又はプリント基板の第１の面と、前記第１の面に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第２の面に設けられた第２の電極と、前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と、前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填した充填材とを有する基板モジュールと、
前記基板モジュールの前記第２の面の裏面に実装した半田バンプで当該第２の面と電気的に接合した回路配線基板と
を有することを特徴とする基板モジュール組立体。
【符号の説明】
【００９４】
１ 基板モジュール
２ 電子部品
３ プリント基板
４ 半田ボール
５ アンダーフィル材
６ 半田ペースト
７ 半田ペースト
６１ 銅粒子
８ 半田ボール
１０ 基板モジュール組立体
１１ マザーボード
２１ 第１の電極
３１ 第２の電極
４１ 第１の金属間化合物層
４２ 第２の金属間化合物層
４３ 中間層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板モジュールの製造方法、基板モジュール及び基板モジュール組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板モジュールは、ＣＳＰ（Chip Size Package）等の電子部品と、インターポーザ等のプリント基板とを有し、これら電子部品とプリント基板とが、半田等の接合材料によって接合されたものである。また、パッケージ基板上に半導体チップが実装されたＣＳＰ（Chip Size Package）も、広い意味では基板モジュールに含まれる。基板モジュールは、プリント基板側に設けられた電極と電子部品側に設けられた電極とを接合することにより形成される。一般的には、これら電極同士が接合された後に、プリント基板と電子部品との間の空間に、合成樹脂等のアンダーフィル材が充填される。アンダーフィル材は、例えば、プリント基板と電子部品との接合を補強するものである。
【０００３】
また、基板モジュールは、更に、マザーボード或いはシステムボードと呼ばれるプリント配線板に搭載（２次実装）される。このように、マザーボードに搭載された基板モジュールを基板モジュール組立体と呼ぶ。基板モジュールをマザーボードに２次実装する工程において、半田の融点まで基板モジュール及びマザーボードを加熱するリフロー処理が行われる。その結果、基板モジュール内の接合半田が再び溶融する。ここで、接合半田とは、プリント基板側の電極と電子部品側の電極との間を接合した半田のことである。
【０００４】
図１５は、基板モジュールの一例を示す説明図である。図１５の（Ａ）に示す基板モジュール１００は、電子部品１１０とプリント基板１２０とを有し、電子部品１１０側の電極１１１とプリント基板１２０側の電極１２１とを半田１３０で電気的に接合することで形成される。更に、基板モジュール１００は、電子部品１１０とプリント基板１２０との間の空間に合成樹脂等のアンダーフィル材１４０を充填し、アンダーフィル材１４０を用いて、電子部品１１０とプリント基板１２０との間の接合を補強するものである。
【０００５】
しかしながら、基板モジュール１００のプリント基板１２０とアンダーフィル材１４０との界面や、電子部品１１０とアンダーフィル材１４０との界面には、アンダーフィル材１４０の充填時に生じたボイドや付着したゴミの影響で空間１５０が生じる場合がある。
【０００６】
例えば、基板モジュール１００をマザーボードに２次実装して基板モジュール組立体を製造する工程では、基板モジュール１００内の電極１１１と電極１２１との間を電気的に接合する半田１３０が再び溶融する。そして、図１５の（Ｂ）に示すように、溶融した半田１３０が毛細管現象で空間１５０に流れ込む。その結果、流れ込んだ半田１３０が原因で、電子部品１１０側の隣接する電極１１１同士やプリント基板１２０側の隣接する電極１２１同士がショートして半田フラッシュが生じる。
【０００７】
図１６は、基板モジュール１００Ａの製造工程の一例を示す説明図である。図１６の（Ａ）に示す電子部品１１０Ａは、その表面に搭載された電極１１１Ａ上にＳＡＣ系の半田ボール１３０Ａが予め実装されている。尚、近年、市場では、半田ボールが予め実装された電子部品が流通している。図示せぬ製造装置は、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａ上に銅粒子１３２を含有したＳＡＣ系の半田ペースト１３１Ａを付着する。
【０００８】
そして、製造装置は、電子部品１１０Ａの電極１１１Ａ上に実装された半田ボール１３０Ａの表面を、プリント基板１２０Ａの電極１２１Ａ上に付着させた半田ペースト１３１Ａに当接させる。そして、製造装置は、半田ボール１３０Ａの表面を半田ペースト１３１Ａに当接させたまま、電子部品１１０Ａ及びプリント基板１２０Ａを加熱する。その結果、図１６の（Ｂ）に示すように、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａと半田ボール１３０Ａとの界面に、半田ボール１３０Ａの錫成分と半田ペースト１３１Ａの銅粒子１３２とで、半田ボール１３０Ａよりも高融点の金属間化合物層１６０が形成される。
【０００９】
例えば、基板モジュール１００Ａ内のプリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａ付近に空間１５０が発生し、２次実装時に半田ボール１３０Ａが再び溶融したとしても、電極１２１Ａ付近の金属間化合物層１６０は半田ボール１３０Ａよりも高融点のため溶融しない。その結果、金属間化合物層１６０は、空間１５０への半田の流れ込みを防止できるため、電極１２１Ａ側の半田フラッシュを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１６１８８１号公報
【特許文献２】特開２００９−２２４７００号公報
【特許文献３】特開２００１−３５８４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１７は、基板モジュール１００Ａの課題の一例を示す説明図である。図１７の（Ａ）に示すように、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａと半田ボール１３０Ａとの界面付近に、金属間化合物層１６０が形成されている。金属間化合物層１６０は融点温度が高いため、２次実装時に溶融せず、プリント基板１２０Ａ側の電極１２１Ａ付近の空間１５０に対する半田の流れ込みを防止できる。
【００１２】
しかしながら、上記基板モジュール１００Ａでは、電子部品１１０Ａ側の電極１１１Ａと半田ボール１３０Ａとの界面に金属間化合物層１６０が存在していない。その結果、２次実装時に、界面付近の半田が溶けて、図１７の（Ｂ）に示すように、電子部品１１０Ａ側の電極１１１Ａ付近の空間１５０に再び溶融した半田が流れ込む。このように流れ込んだ半田により、電子部品１１０Ａ側の隣接する電極１１１Ａ同士がショートする半田フラッシュが生じる。つまり、半田ボールが予め実装された側（電子部品側或いはプリント基板側）の電極付近では、半田フラッシュが生じ易くなる。
【００１３】
一つの側面では、上述したように、半田ボールが予め実装された側の電極付近の半田フラッシュを防止できる基板モジュールの製造方法、基板モジュール及び基板モジュール組立体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一つの態様では、電子部品又はプリント基板の第１の面に設けられた電極に実装する、少なくとも錫成分を含む半田バンプの表面に、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属粒子を付着させる工程を有する。更に、その態様では、前記電極が設けられた前記第１の面を上側に向ける工程と、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記金属粒子を前記半田バンプ内に沈殿させる工程とを有する。更に、その態様では、沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属間化合物層を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【００１５】
一つの態様では、半田ボールが予め実装された電極側の半田フラッシュを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例１の基板モジュールの一例を示す説明図である。
【図２】図２は、実施例１の基板モジュールの拡大断面図である。
【図３】図３は、実施例１の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例１の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、実施例１の基板モジュールの一例を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例１の基板モジュール組立体の製造工程の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、実施例２の基板モジュールの拡大断面図である。
【図８】図８は、実施例２の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図９】図９は、実施例２の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施例３の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施例３の基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施例３を採用した実験の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、ＴＥＧ基板の電極上の半田ボール及び金属間化合物層内の金属組成分析結果の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、銀でメッキした銅粒子の一例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、基板モジュールの一例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、基板モジュールの製造工程の一例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、基板モジュールの課題の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本願の開示する基板モジュールの製造方法、基板モジュール及び基板モジュール組立体の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の基板モジュールの一例を示す説明図である。図２は、実施例１の基板モジュールの拡大断面図である。図１及び図２に示す基板モジュール１は、ＣＳＰ等の電子部品２と、インターポーザ等のプリント基板３と、電子部品２とプリント基板３との間を電気的に接合する半田ボール４とを有する。更に、基板モジュール１は、電子部品２とプリント基板３との間の空間に充填されるアンダーフィル材５を有する。電子部品２は、その表面に設けられた第１の電極２１と、第１の電極２１上に実装されるＳＡＣ（Ｓｎ（錫）−Ａｇ（銀）−Ｃｕ（銅））系の半田ボール４とを有する。尚、ＳＡＣ系の半田ボール４は、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕとした場合、その比重は、（７．３×０．９６５）＋（１０．５２×０．０３）＋（８．９２×０．００５）＝７．４０４７である。
【００１９】
また、プリント基板３は、その表面に設けられた第２の電極３１を有する。そして、電子部品２及びプリント基板３は、第１の電極２１上に実装された半田ボール４をプリント基板３の第２の電極３１上に当接させ、後述する製造工程を経て、第１の電極２１と第２の電極３１とを半田ボール４で電気的に接合する。そして、第１の電極２１と第２の電極３１とが半田ボール４で電気的に接合されることで基板モジュール１を形成する。
【００２０】
基板モジュール１内の第１の電極２１と半田ボール４との界面には、後述する銅粒子６１と半田ボール４内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１が形成してある。尚、第１の金属間化合物層４１の融点は、半田ボール４の融点（例えば、約２３０℃）よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。更に、基板モジュール１内の第２の電極３１と半田ボール４との界面には、銅粒子６１と半田ボール４内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２が形成してある。尚、第２の金属間化合物層４２の融点は、半田ボール４の融点よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。
【００２１】
更に、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間には、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間の半田ボール４を用いて中間層４３が形成してある。尚、中間層４３は、半田ボール４の組成物であるため、金属間化合物層４１，４２に比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００２２】
更に、基板モジュール１は、電子部品２とプリント基板３との間の空間が合成樹脂等のアンダーフィル材５で充填され、アンダーフィル材５を用いて電子部品２とプリント基板３との間の接合が補強される。更に、基板モジュール１は、アンダーフィル材５で隣接する第１の電極２１同士や、第２の電極３１同士の絶縁性を確保するものである。尚、アンダーフィル材５は、熱硬化性樹脂及び無機フィラーを含み、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２とプリント基板３との間の空間に充填されるものである。
【００２３】
次に、実施例１の基板モジュール１の製造工程について説明する。図３及び図４は、実施例１の基板モジュール１の製造工程の一例を示す説明図である。尚、半田ボール４は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの半田を使用し、後述する半田ペースト６、７は、銅粒子６１及びフラックスを含むＳＡＣ系の半田を使用する。
【００２４】
図示せぬ製造装置は、転写ステージ９０上に銅粒子６１及びフラックスを含む半田ペースト６をスキージングする（ステップＳ１１）。製造装置は、ＳＡＣ系の半田ボール４を実装した電子部品２の表面が下側、電子部品２の裏面が上側に向くように電子部品２を転写ステージ９０上に配置し、半田ボール４の表面に、転写ステージ９０上の半田ペースト６を転写する（ステップＳ１２）。製造装置は、半田ボール４表面に転写した半田ペースト６が上側、すなわち、電子部品２の裏面が下側で、電子部品２の表面が上側を向くように電子部品２を反転させる（ステップＳ１３）。この際、電子部品２の第１の電極２１上に実装した半田ボール４の表面には、銅粒子６１を含む半田ペースト６が付着された状態である。尚、銅粒子６１の比重は８．９２であるのに対し、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重は７．４０４７であるため、銅粒子６１の比重は、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重よりも重いということになる。また、銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲内とする。また、半田ボール４の融点は約２３０℃であるのに対し、銅粒子６１の融点は約１０００℃であるため、銅粒子６１の融点が高いということになる。
【００２５】
製造装置は、反転した電子部品２に第１の加熱処理を施し、電子部品２に実装した半田ボール４を溶融する（ステップＳ１４）。尚、第１の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２を加熱する処理である。製造装置は、半田ボール４の溶融に応じて、半田ボール４の表面上に付着させた半田ペースト６の銅粒子６１が、その自重で溶融した半田ボール４内の第１の電極２１との界面に沈殿する。
【００２６】
製造装置は、半田ボール４内の第１の電極２１との界面に銅粒子６１を沈殿させた後、その電子部品２に第２の加熱処理を施し、第１の電極２１との界面に第１の金属間化合物層４１を形成する（ステップＳ１５）。尚、第２の加熱処理は、例えば、約１５０℃で約４時間、電子部品２を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１を形成するものである。
【００２７】
製造装置は、プリント基板３の表面に設けられた第２の電極３１上に銅粒子６１を含有する半田ペースト７を付着させる（ステップＳ１６）。尚、半田ペースト７は、銅粒子６１を含むＳＡＣ系の半田である。製造装置は、第１の電極２１上に実装した半田ボール４を第２の電極３１上に付着させた半田ペースト７上に当接させたまま、プリント基板３及び電子部品２に第３の加熱処理を施す（ステップＳ１７）。尚、第３の加熱処理は、半田ボール４及び半田ペースト７の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２及びプリント基板３を加熱する処理である。
【００２８】
製造装置は、電子部品２及びプリント基板３に第３の加熱処理を施した後、電子部品２及びプリント基板３に第４の加熱処理を施し、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２を形成する（ステップＳ１８）。尚、第４の加熱処理は、例えば、約１５０℃で約４時間、電子部品２及びプリント基板３を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２を形成するものである。その結果、基板モジュール１は、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間の半田ボール４を用いて第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間に低融点成分の中間層４３を形成する。
【００２９】
更に、製造装置は、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２を形成した後、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２とプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填する（ステップＳ１９）。そして、製造装置は、電子部品２とプリント基板３との間にアンダーフィル材５を充填して、電子部品２とプリント基板３との間を接合した基板モジュール１を製造する。
【００３０】
図５は、実施例１の基板モジュール１の一例を示す説明図である。図５に示す第１の電極２１と第２の電極３１との間の寸法Ｌ１は、例えば、０．２５ｍｍとし、第１の電極２１及び第２の電極３１の横寸法Ｌ２は、例えば、０．２５ｍｍとする。この場合、電子部品２の表面から第１の金属間化合物層４１の厚さ寸法Ｌ３は、例えば、０．０３ｍｍ以上、プリント基板３の表面から第２の金属間化合物層４２の厚さ寸法Ｌ４は、例えば、０．０３ｍｍ以上とする。尚、厚さ寸法Ｌ３及びＬ４は、アンダーフィル材５の充填時に、電子部品２とアンダーフィル材５との界面や、プリント基板３とアンダーフィル材５との界面に生じる空間の厚さ以上とする。更に、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間の半田ボール４が成す中間層４３の横寸法Ｌ５は、例えば、０．２６ｍｍとする。
【００３１】
次に、基板モジュール組立体の製造工程について説明する。図６は、基板モジュール組立体１０の製造工程の一例を示す説明図である。基板モジュール組立体１０は、基板モジュール１をマザーボード１１に２次実装して、基板モジュール１とマザーボード１１とを電気的に接合することで形成する。製造装置は、完成した基板モジュール１を準備し（ステップＳ２１）、完成した基板モジュール１に第５の加熱処理を施すことで、基板モジュール１内のプリント基板３の裏面にＳＡＣ系の半田ボール８を実装する（ステップＳ２２）。尚、第５の加熱処理は、半田ボール８の融点、例えば、ＳＡＣ系の半田の場合、約２３０℃で約３分間、基板モジュール１を加熱する処理である。従って、基板モジュール１は、第５の加熱処理が施されることで、第１の電極２１と第２の電極３１との間を電気的に接合する半田ボール４も再び溶融することになる。しかしながら、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２（図２参照）は高融点であるため、第１の電極２１や第２の電極３１付近での半田フラッシュを防止できる。
【００３２】
更に、製造装置は、マザーボード１１の表面に基板モジュール１の裏面に実装した半田ボール８を当接させたまま、基板モジュール１及びマザーボード１１に第６の加熱処理を施す（ステップＳ２３）。その結果、製造装置は、第６の加熱処理で基板モジュール１とマザーボード１１との間の半田ボール８が溶融し、基板モジュール１とマザーボード１１との間を接合して基板モジュール組立体１０を製造する。尚、第６の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、ＳＡＣ系の半田の場合、約２３０℃で約３分間、基板モジュール１及びマザーボード１１を加熱する処理である。従って、基板モジュール１は、第６の加熱処理が施されると、第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融することになる。しかしながら、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２（図２参照）は高融点であるため、第１の電極２１や第２の電極３１付近の半田フラッシュを防止できる。
【００３３】
実施例１の製造方法では、ＳＡＣ系の半田ボール４を電子部品２の第１の電極２１上に実装し、半田ボール４表面上に銅粒子６１の半田ペースト６を付着し、電子部品２の天地を反転させる。更に、製造方法では、半田ボール４及び半田ペースト６を溶融し、溶融した半田ボール４内で銅粒子６１がその自重で第１の電極２１との界面に沈殿する。更に、製造方法では、第１の電極２１との界面に沈殿した銅粒子６１と半田ボール４内の錫成分とで、第１の電極２１との界面に高融点の第１の金属間化合物層４１を形成する。更に、製造方法では、プリント基板３の第２の電極３１上に銅粒子６１を含む半田ペースト７を付着し、第１の電極２１上に実装した半田ボール４を第２の電極３１上に載置する。更に、製造方法では、半田ボール４及び半田ペースト７を溶融し、半田ペースト７の銅粒子６１及び錫成分で第２の電極３１との界面に高融点の第２の金属間化合物層４２を形成する。更に、製造方法では、電子部品２とプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填することで、基板モジュール１を製造する。その結果、実施例１の製造方法では、第２の電極３１側は勿論のこと、半田ボール４が予め実装された第１の電極２１側にも高融点の第１の金属間化合物層４１を簡単に形成できる。
【００３４】
更に、基板モジュール１は、第１の電極２１との界面に形成した第１の金属間化合物層４１と、第２の電極３１との界面に形成した第２の金属間化合物層４２とを有する。そして、基板モジュール１をマザーボード１１に２次実装する場合、基板モジュール１内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融することになる。しかし、半田ボール４が再び溶融したとしても、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２が高融点であるために溶融せず、第１の電極２１及び第２の電極３１側の半田フラッシュを防止できる。
【００３５】
また、基板モジュール１は、第１の金属間化合物層４１と第２の金属間化合物層４２との間に半田ボール４の組成物で低融点成分の中間層４３を形成した。その結果、中間層４３は、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２に比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００３６】
実施例１の製造方法では、半田ボール４内の第１の電極２１との界面側に沈殿した銅粒子６１と錫成分とを、例えば、約１５０℃で約４時間、加熱し、第１の電極２１との界面にＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１を形成した。その結果、第１の電極２１との界面に半田ボール４の融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１を形成できる。
【００３７】
実施例１では、基板モジュール１内の電子部品２の第１の電極２１に実装する半田ボール４にＳＡＣ系の半田ボールを使用したが、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボールを使用しても良く、この場合の実施の形態につき、実施例２として説明する。
【実施例２】
【００３８】
図７は、実施例２の基板モジュール１Ａの一例を示す断面図である。尚、図１に示す基板モジュール１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図７に示す基板モジュール１Ａの電子部品２Ａは、その表面に設けられた第１の電極２１上にＳｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａを実装する。尚、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａは、例えば、Ｓｎ−５８Ｂｉとした場合、その比重は（７．３×０．４２）＋（９．８×０．５８）＝８．７５となる。
【００３９】
また、電子部品２Ａは、その第１の電極２１上に実装した半田ボール４Ａをプリント基板３の第２の電極３１上に当接させ、後述する製造工程を経て、第１の電極２１と第２の電極３１とを半田ボール４Ａで電気的に接合することで基板モジュール１を形成する。
【００４０】
基板モジュール１内の第１の電極２１と半田ボール４Ａとの界面には、銅粒子６１と半田ボール４Ａ内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ａが形成してある。尚、第１の金属間化合物層４１Ａの融点は、半田ボール４Ａの融点（例えば、約１４０℃）よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。更に、基板モジュール１Ａ内の第２の電極３１と半田ボール４Ａとの界面には、銅粒子６１と半田ボール４Ａ内の錫成分とで、例えば、Ｃｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２Ａが形成してある。尚、第２の金属間化合物層４２Ａの融点は、半田ボール４Ａの融点（例えば、約１４０℃）よりも高融点（例えば、約２６０℃）である。
【００４１】
更に、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間には、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間の半田ボール４Ａを用いて中間層４３Ａが形成してある。尚、中間層４３Ａは、半田ボール４Ａの組成物であるため、金属間化合物層に比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００４２】
更に、基板モジュール１Ａは、電子部品２Ａとプリント基板３との間の空間をアンダーフィル材５で充填し、アンダーフィル材５を用いて電子部品２Ａとプリント基板３との間の接合を補強する。更に、基板モジュール１は、アンダーフィル材５で隣接する第１の電極２１同士や、第２の電極３１同士の絶縁性を確保するものである。
【００４３】
次に、実施例２の基板モジュール１Ａの製造工程について説明する。図８及び図９は、実施例２の基板モジュール１Ａの製造工程の一例を示す説明図である。尚、半田ボール４Ａは、Ｓｎ−５８Ｂｉの半田を使用し、後述する半田ペースト６，７は、銅粒子６１及びフラックスを含む半田を使用するものとする。
【００４４】
図示せぬ製造装置は、転写ステージ９０上に銅粒子６１及びフラックスを含む半田ペースト６をスキージングする（ステップＳ１１Ａ）。製造装置は、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａを実装した電子部品２Ａの表面が下側、電子部品２Ａの裏面が上側に向くように電子部品２Ａを転写ステージ９０上に配置する。そして、製造装置は、電子部品２Ａに実装した半田ボール４Ａの表面に、転写ステージ９０上の半田ペースト６を転写する（ステップＳ１２Ａ）。製造装置は、半田ボール４Ａ表面に転写した半田ペースト６が上側、すなわち、電子部品２Ａの裏面が下側で、電子部品２Ａの表面が上側を向くように電子部品２Ａを反転させる（ステップＳ１３Ａ）。この際、電子部品２Ａの第１の電極２１上に実装した半田ボール４Ａの表面には、銅粒子６１を含む半田ペースト６が付着された状態である。尚、銅粒子６１の比重は８．９２であるのに対し、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａの比重は８．７５であるため、銅粒子６１の比重は、Ｓｎ−Ｂｉ系の半田ボール４Ａの比重よりも重いということになる。銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲内とする。また、半田ボール４Ａの融点は約１４０℃であるのに対し、銅粒子６１の融点は約１０００℃であるため、銅粒子６１の融点が高いということになる。
【００４５】
製造装置は、反転した電子部品２Ａに第１の加熱処理を施し、電子部品２Ａに実装した半田ボール４Ａを溶融する（ステップＳ１４Ａ）。尚、第１の加熱処理は、半田ボール４Ａの融点、例えば、約１４０℃で約３分間、電子部品２Ａを加熱する処理である。製造装置は、半田ボール４Ａの溶融に応じて、半田ボール４Ａの表面上に付着させた半田ペースト６の銅粒子６１が、その自重で溶融した半田ボール４Ａ内の第１の電極２１との界面に沈殿する。
【００４６】
製造装置は、半田ボール４Ａ内の第１の電極２１との界面に銅粒子６１を沈殿させた後、その電子部品２Ａに第２の加熱処理を施し、第１の電極２１との界面に第１の金属間化合物層４１Ａを形成する（ステップＳ１５Ａ）。尚、第２の加熱処理は、例えば、約１２０℃で約４時間、電子部品２Ａを加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ａを形成するものである。
【００４７】
製造装置は、プリント基板３の表面に設けられた第２の電極３１上に銅粒子６１を含有する半田ペースト７を付着する（ステップＳ１６Ａ）。尚、半田ペースト７は、銅粒子６１及びフラックスを含む半田である。製造装置は、第１の電極２１上に実装した半田ボール４Ａを第２の電極３１上に付着した半田ペースト４Ａ上に当接させたまま、プリント基板３及び電子部品２Ａに第３の加熱処理を施す（ステップＳ１７Ａ）。尚、第３の加熱処理は、半田ボール４Ａの融点、例えば、約１４０℃で約３分間、電子部品２Ａ及びプリント基板３を加熱する処理である。
【００４８】
製造装置は、電子部品２Ａ及びプリント基板３に第３の加熱処理を施した後、電子部品２Ａ及びプリント基板３に第４の加熱処理を施し、半田ボール４Ａ内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ａを形成する（ステップＳ１８Ａ）。尚、第４の加熱処理は、例えば、約１２０℃で約４時間、電子部品２Ａ及びプリント基板３を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２Ａを形成するものである。更に、基板モジュール１Ａは、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間の半田ボール４Ａを用いて第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間に中間層４３Ａを形成する。
【００４９】
更に、製造装置は、半田ボール４Ａ内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ａを形成した後、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２Ａとプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填する（ステップＳ１９Ａ）。そして、製造装置は、電子部品２Ａとプリント基板３との間にアンダーフィル材５を充填して、電子部品２Ａとプリント基板３との間を接合した基板モジュール１Ａを製造する。
【００５０】
完成した基板モジュール１Ａの裏面に半田ボール８を実装する場合や、マザーボード１１に基板モジュール１Ａを半田ボール８で２次実装する場合に、基板モジュール１Ａ内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４Ａが再び溶融する。しかしながら、第１の金属間化合物層４１Ａ及び第２の金属間化合物層４２Ａ（図７参照）は、高融点であるため、第１の電極２１や第２の電極３１付近での半田フラッシュを防止できる。
【００５１】
実施例２の製造方法では、第２の電極３１側は勿論のこと、半田ボール４Ａが予め実装された第１の電極２１側にも高融点の第１の金属間化合物層４１Ａを簡単に形成できる。
【００５２】
更に、基板モジュール１Ａは、第１の電極２１との界面に形成した第１の金属間化合物層４１Ａと、第２の電極３１との界面に形成した第２の金属間化合物層４２Ａとを有する。そして、基板モジュール１Ａをマザーボード１１に２次実装する場合、基板モジュール１内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４Ａが再び溶融することになる。しかし、半田ボール４Ａが再び溶融したとしても、第１の金属間化合物層４１Ａ及び第２の金属間化合物層４２Ａが高融点であるために溶融せず、第１の電極２１及び第２の電極３１側の半田フラッシュを防止できる。
【００５３】
また、基板モジュール１Ａは、第１の金属間化合物層４１Ａと第２の金属間化合物層４２Ａとの間に半田ボール４Ａの組成物で低融点成分の中間層４３Ａを形成した。その結果、中間層４３Ａは、第１の金属間化合物層４１Ａ及び第２の金属間化合物層４２Ａに比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００５４】
実施例２の製造方法では、半田ボール４Ａ内の第１の電極２１との界面側に沈殿した銅粒子６１と錫成分とを、例えば、約１２０℃で約４時間、加熱し、第１の電極２１との界面にＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ａを形成した。その結果、第１の電極２１との界面に半田ボール４Ａの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１Ａを形成できる。
【００５５】
また、上記実施例１では、半田ボール４の表面や第２の電極３１上に付着する半田ペースト６、７に銅粒子６１及びフラックスを含有した半田を使用した。しかし、銅粒子６１を含むＳｎ−Ｂｉ系の半田ペーストを使用しても良く、この場合の実施の形態につき、実施例３として説明する。
【実施例３】
【００５６】
図１０及び図１１は、実施例３の基板モジュール１Ｂの製造工程の一例を示す説明図である。尚、半田ボール４は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｂｉの半田を使用し、半田ペースト６Ａ，７Ａは、銅粒子６１を２０ｗｔ％含むＳｎ−Ｂｉ系の半田を使用するものとする。
【００５７】
図示せぬ製造装置は、転写ステージ９０上に銅粒子６１を含むＳｎ−Ｂｉ系の半田ペースト６Ａをスキージングする（ステップＳ１１Ｂ）。製造装置は、ＳＡＣ系の半田ボール４を実装した電子部品２の表面が下側、電子部品２の裏面が上側に向くように電子部品２を転写ステージ９０上に配置し、半田ボール４の表面に、転写ステージ９０上の半田ペースト６Ａを転写する（ステップＳ１２Ｂ）。製造装置は、半田ボール４表面に転写した半田ペースト６Ａが上側、すなわち、電子部品２の裏面が下側で、電子部品２の表面が上側を向くように電子部品２を反転させる（ステップＳ１３Ｂ）。この際、電子部品２の第１の電極２１上に実装した半田ボール４の表面には、銅粒子６１を含む半田ペースト６Ａが付着された状態である。尚、銅粒子６１の比重は８．９２であるのに対し、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重は７．０４７であるため、銅粒子６１の比重は、ＳＡＣ系の半田ボール４の比重よりも重いということになる。銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約５０μｍの範囲内とする。また、半田ボール４の融点は約２３０℃であるのに対し、銅粒子６１の融点は約１０００℃であるため、銅粒子６１の融点が高いということになる。
【００５８】
製造装置は、反転した電子部品２に第１の加熱処理を施し、電子部品２に実装した半田ボール４を溶融する（ステップＳ１４Ｂ）。尚、第１の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２を加熱する処理である。製造装置は、半田ボール４の溶融に応じて、半田ボール４の表面上に付着させた半田ペースト６Ａの銅粒子６１が、その自重で溶融した半田ボール４内の第１の電極２１との界面に沈殿する。
【００５９】
製造装置は、半田ボール４内の第１の電極２１との界面に銅粒子６１を沈殿させた後、その電子部品２に第２の加熱処理を施し、第１の電極２１との界面に第１の金属間化合物層４１Ｂを形成する（ステップＳ１５Ｂ）。尚、第２の加熱処理は、例えば、約１７０℃で約１０時間、電子部品２を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ｂを形成するものである。
【００６０】
製造装置は、プリント基板３の表面に設けられた第２の電極３１上に銅粒子６１を含有する半田ペースト７Ａを付着する（ステップＳ１６Ｂ）。尚、半田ペースト７Ａは、銅粒子６１を含むＳｎ−Ｂｉ系の半田である。製造装置は、第１の電極２１上に実装した半田ボール４を第２の電極３１上に付着させた半田ペースト７Ａ上に当接させたまま、プリント基板３及び電子部品２に第３の加熱処理を施す（ステップＳ１７Ｂ）。尚、第３の加熱処理は、半田ボール４の融点、例えば、約２３０℃で約３分間、電子部品２及びプリント基板３を加熱する処理である。
【００６１】
製造装置は、電子部品２及びプリント基板３に第３の加熱処理を施した後、電子部品２及びプリント基板３に第４の加熱処理を施し、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ｂを形成する（ステップＳ１８Ｂ）。尚、第４の加熱処理は、例えば、約１７０℃で約１０時間、電子部品２及びプリント基板３を加熱し、銅粒子６１と錫成分とで、高融点のＣｕ−Ｓｎの第２の金属間化合物層４２Ｂを形成するものである。更に、基板モジュール１Ｂは、第１の金属間化合物層４１Ｂと第２の金属間化合物層４２Ｂとの間の半田ボール４を用いて第１の金属間化合物層４１Ｂと第２の金属間化合物層４２Ｂとの間に中間層４３Ｂを形成する。
【００６２】
更に、製造装置は、半田ボール４内の第２の電極３１との界面に第２の金属間化合物層４２Ｂを形成した後、図示せぬディスペンサ装置を使用して電子部品２とプリント基板３との間の空間にアンダーフィル材５を充填する（ステップＳ１９Ｂ）。そして、製造装置は、電子部品２とプリント基板３との間にアンダーフィル材５を充填して、電子部品２とプリント基板３との間を接合した基板モジュール１Ｂを製造する。
【００６３】
完成した基板モジュール１Ｂの裏面に半田ボール８を実装する場合や、マザーボード１１に基板モジュール１Ｂを半田ボール８で２次実装する場合に、基板モジュール１Ｂ内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融する。しかしながら、第１の金属間化合物層４１Ｂ及び第２の金属間化合物層４２Ｂ（図１１の（Ｄ）参照）は、高融点であるため溶融せず、第１の電極２１や第２の電極３１付近での半田フラッシュを防止できる。
【００６４】
次に、実施例３のＳｎ−Ｂｉ系の半田ペーストを使用した場合の実験例について説明する。図１２は、実施例３を採用した実験の一例を示す説明図である。図１２の（Ａ）は、ＴＥＧ基板の平面図、（Ｂ）は、ＴＥＧ基板の電極の部位の拡大平面図、（Ｃ）は、（Ｂ）の電極の部位の断面図である。図１２の（Ａ）及び（Ｂ）に示すＴＥＧ（Test Element Group）基板８０の表面の電極８１上には、粒径２５０μｍのＳＡＣ系の半田ボール４が実装される。そして、平均粒径２０μｍの銅粒子を２０ｗｔ％含むＳｎ−Ｂｉ系の半田ペーストを図示せぬ印刷版に塗布した。更に、ＴＥＧ基板８０の表面上に実装した半田ボール４の表面に半田ペーストを付着したとする。
【００６５】
そして、ＴＥＧ基板８０は、ピーク温度２３０℃のリフロー処理が施され、実装された半田ボール４を溶融する。そして、ＴＥＧ基板８０の半田ボール４上にエポキシ系樹脂を塗布する。更に、１２５℃で０．５時間、ＴＥＧ基板８０を加熱してエポキシ系樹脂を熱硬化する。更に、電極８１との界面にＣｕ−Ｓｎの金属間化合物層８２を形成するため、１７０℃で１０時間、ＴＥＧ基板８０を加熱した。その結果、ＴＥＧ基板８０の電極８１上には、電極８１と半田ボール４との界面にＣｕ−Ｓｎの金属間化合物層８２が形成される。
【００６６】
そして、半田フラッシュの抑制効果を検証する上で、温度８５℃、湿度８５％の高温多湿の環境下で２４時間、ＴＥＧ基板８０を放置した後、そのＴＥＧ基板８０を、ホットプレートを使用して２３０℃で５分間加熱した。そして、この際のＴＥＧ基板８０の電極８１上の半田ボール４及び金属間化合物層８２の金属組成分析結果を検証した。図１３は、ＴＥＧ基板８０の電極８１上の半田ボール４及び金属間化合物層８２内の金属組成分析結果の一例を示す説明図である。
【００６７】
図１３の（Ａ）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で半田ボール４及び金属間化合物層８２の主要部位を示す。更に、図１３の（Ｂ）は、主要部位の錫（Ｓｎ）成分を示し、図１３の（Ｃ）は、主要部位の銅（Ｃｕ）成分を示し、図１３の（Ｄ）は、主要部位のビスマス（Ｂｉ）成分を示す。図１３の（Ｅ）は、図１３の（Ａ）〜（Ｄ）を合成した図である。
【００６８】
本実験の検証結果では、図１３を参照すると、半田ボール４の成分であるＳＡＣ及び半田ペースト７の成分であるＳｎ−Ｂｉの下側、すなわち電極８１との界面にＣｕ及びＳｎ−Ｃｕの金属間化合物層８２が形成されたことが判明した。更に、ホットプレートでＴＥＧ基板８０を半田ボール４の融点（約２３０℃）に加熱して半田ボール４を溶融したとしても、金属間化合物層８２が溶融していないことが判明した。
【００６９】
実施例３の製造方法では、第２の電極３１側は勿論のこと、半田ボール４が予め実装された第１の電極２１側にも高融点の第１の金属間化合物層４１Ｂを簡単に形成できる。
【００７０】
更に、基板モジュール１Ｂは、第１の電極２１との界面に形成した第１の金属間化合物層４１Ｂと、第２の電極３１との界面に形成した第２の金属間化合物層４２Ｂとを有する。そして、基板モジュール１Ｂをマザーボード１１に２次実装する場合、基板モジュール１内の第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４が再び溶融することになる。しかし、半田ボール４が再び溶融したとしても、第１の金属間化合物層４１Ｂ及び第２の金属間化合物層４２Ｂは、高融点であるために溶融せず、第１の電極２１及び第２の電極３１側の半田フラッシュを防止できる。
【００７１】
また、基板モジュール１Ｂは、第１の金属間化合物層４１Ｂと第２の金属間化合物層４２Ｂとの間に半田ボール４の組成物で低融点成分の中間層４３Ｂを形成した。その結果、中間層４３Ｂは、第１の金属間化合物層４１Ｂ及び第２の金属間化合物層４２Ｂに比較して低融点であるものの、多量の銅を含有した半田に比較して、半田の濡れ性に優れ、電気的導通性及び物性強度に優れている。
【００７２】
実施例３の製造方法では、半田ボール４内の第１の電極２１との界面側に沈殿した銅粒子６１と錫成分とを、例えば、約１７０℃で約１０時間、加熱し、第１の電極２１との界面にＣｕ−Ｓｎの第１の金属間化合物層４１Ｂを形成した。その結果、第１の電極２１との界面に半田ボール４の融点よりも高融点の第１の金属間化合物層４１Ｂを形成できる。
【００７３】
また、上記実施例では、半田バンプの一例として電子部品２の第１の電極２１上に実装された半田ボール４を例示したが、これらに限定されるものではない。
【００７４】
また、上記実施例では、半田ボール４表面又は第２の電極３１に付着される半田ペースト６，７に銅粒子６１を含有させるようにしたが、銅粒子６１ではなく、銀粒子や金粒子を含有させるようにしても良い。例えば、銀粒子を含有した半田ペースト６，７を使用した場合、第１の電極２１と第２の電極３１との界面に、半田ボール４よりも高融点のＡｇ−Ｓｎの金属間化合物層を形成することになる。また、金粒子を含有した半田ペースト６，７を使用した場合、第１の電極２１と第２の電極３１との界面に、半田ボール４よりも高融点のＡｕ−Ｓｎの金属間化合物層を形成することになる。また、銅粒子、銀粒子及び金粒子の内、少なくとも１種類の粒子若しくは、これら各種類の粒子を合成した合成粒子を半田ペースト６，７に含有させるようにしても良い。
【００７５】
また、上記実施例では、半田ボール４表面又は第２の電極３１に付着される半田ペースト６，７に銅粒子６１を含有させるようにしたが、銀でメッキした銅粒子６１を半田ペースト６，７に含有させるようにしても良い。図１４は、銀でメッキした銅粒子６１の一例を示す説明図である。図１４に示す銅粒子６１の粒径は、例えば、約２０μｍ〜約４９μｍの範囲内、銀メッキ６２のメッキ厚さは、例えば、１μｍ以下とし、無電解メッキで形成するようにしても良い。尚、銀でメッキした銅粒子６１ではなく、金でメッキした銅粒子６１等を使用しても良い。
【００７６】
上記実施例では、半田ボール４を予め実装した電子部品２を使用して説明したが、電子部品ではなく、半田ボール４を予め実装したプリント基板に適用しても同様の効果が得られる。
【００７７】
上記実施例では、半田ボール４表面又は第２の電極３１に銅粒子６１を含む半田ペースト６，７を使用したが、銅粒子６１を含むフラックスを使用しても良い。
【００７８】
上記実施例では、第１の電極２１と第２の電極３１との間を接合する半田ボール４全体で、低融点成分の中間層４３を残さず、第１の金属間化合物層４１及び第２の金属間化合物層４２を形成することも考えられる。しかし、低融点成分の中間層４３を残さない場合には、銅粒子６１の含有量が増え、コスト高となって、半田の濡れ性に支障を来し、導通の信頼性や物性強度も低下してしまう。そこで、本実施例では、わざわざ低融点成分の半田ボール４を残し、すなわち中間層４３を形成することで、銅粒子６１の含有量を減らして材料コストを抑制し、半田濡れ性、導通の信頼性及び物性強度を維持できる。
【００７９】
また、上記実施例では、具体的な数値を例示したが、これら数値に限定されるものではない。
【００８０】
以上、本実施例を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８１】
（付記１）電子部品又はプリント基板の第１の面に設けられた電極に実装する、少なくとも錫成分を含む半田バンプの表面に、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属粒子を付着させる工程と、
前記電極が設けられた前記第１の面を上側に向ける工程と、
前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記金属粒子を前記半田バンプ内に沈殿させる工程と、
沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属間化合物層を形成する工程と
を有することを特徴とする基板モジュールの製造方法。
【００８２】
（付記２）前記電極と対向する対向側の第２の面に設けられた対向側の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属粒子上に、前記第１の面に実装した前記半田バンプの表面を当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記電極と前記対向側の電極との間を電気的に接合する工程と、
前記対向側の金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記対向側の電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属間化合物層を形成する工程と、
前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填材を充填する工程と
を有することを特徴とする付記１に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８３】
（付記３）前記第１の面と前記第２の面との間の空間に前記充填材を充填して構成する基板モジュールの前記第２の面の裏面に半田バンプを実装する工程と、
前記第２の面の裏面に実装した前記半田バンプを回路配線基板上に当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記基板モジュールと前記回路配線基板との間を電気的に接合する工程と
を有することを特徴とする付記２に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８４】
（付記４）前記対向側の金属間化合物層を形成する工程において、
前記電極との界面に形成した前記金属間化合物層と、前記対向側の電極との界面に形成した前記対向側の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記金属間化合物層と前記対向側の金属間化合物層との間に中間層を形成したことを特徴とする付記３に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８５】
（付記５）前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成する工程において、
前記半田バンプ内の前記電極との界面側に沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とを所定温度に加熱して、前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成することを特徴とする付記１〜４の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００８６】
（付記６）前記半田バンプは、
錫−銀−銅系の半田又は錫−ビスマス系の半田であることを特徴とする付記１〜５の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００８７】
（付記７）前記金属粒子は、
銅、金、銀、金メッキされた銅又は銀メッキされた銅の内、少なくとも何れか一つの金属を含む金属粒子であることを特徴とする付記１〜６の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００８８】
（付記８）前記金属粒子は、
錫−銀−銅系の半田、錫−ビスマス系の半田又はフラックスのペーストに含まれることを特徴とする付記７に記載の基板モジュールの製造方法。
【００８９】
（付記９）前記金属粒子が銅粒子の場合、前記ペーストの内、銅の含有量を１０〜２０ｗｔ％とすることを特徴とする付記８に記載の基板モジュールの製造方法。
【００９０】
（付記１０）前記金属粒子の平均粒径は、
２０μｍ〜５０μｍの範囲内であることを特徴とする付記７〜９の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【００９１】
（付記１１）電子部品又はプリント基板の第１の面と、
前記第１の面に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、
前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、
前記第１の面と対向する第２の面と、
前記第２の面に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、
前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と
を有することを特徴とする基板モジュール。
【００９２】
（付記１２）前記第１の面は、前記電子部品であり、前記第２の面は、前記プリント基板であることを特徴とする付記１１に記載の基板モジュール。
【００９３】
（付記１３）電子部品又はプリント基板の第１の面と、前記第１の面に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第２の面に設けられた第２の電極と、前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と、前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填した充填材とを有する基板モジュールと、
前記基板モジュールの前記第２の面の裏面に実装した半田バンプで当該第２の面と電気的に接合した回路配線基板と
を有することを特徴とする基板モジュール組立体。
【符号の説明】
【００９４】
１ 基板モジュール
２ 電子部品
３ プリント基板
４ 半田ボール
５ アンダーフィル材
６ 半田ペースト
７ 半田ペースト
６１ 銅粒子
８ 半田ボール
１０ 基板モジュール組立体
１１ マザーボード
２１ 第１の電極
３１ 第２の電極
４１ 第１の金属間化合物層
４２ 第２の金属間化合物層
４３ 中間層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品又はプリント基板の第１の面に設けられた電極に実装する、少なくとも錫成分を含む半田バンプの表面に、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属粒子を付着させる工程と、
前記電極が設けられた前記第１の面を上側に向ける工程と、
前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記金属粒子を前記半田バンプ内に沈殿させる工程と、
沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属間化合物層を形成する工程と
を有することを特徴とする基板モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記電極と対向する対向側の第２の面に設けられた対向側の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属粒子上に、前記第１の面に実装した前記半田バンプの表面を当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記電極と前記対向側の電極との間を電気的に接合する工程と、
前記対向側の金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記対向側の電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属間化合物層を形成する工程と、
前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填材を充填する工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記第１の面と前記第２の面との間の空間に前記充填材を充填して構成する基板モジュールの前記第２の面の裏面に半田バンプを実装する工程と、
前記第２の面の裏面に実装した前記半田バンプを回路配線基板上に当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記基板モジュールと前記回路配線基板との間を電気的に接合する工程と
を有することを特徴とする請求項２に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記対向側の金属間化合物層を形成する工程において、
前記電極との界面に形成した前記金属間化合物層と、前記対向側の電極との界面に形成した前記対向側の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記金属間化合物層と前記対向側の金属間化合物層との間に中間層を形成したことを特徴とする請求項３に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成する工程において、
前記半田バンプ内の前記電極との界面側に沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とを所定温度に加熱して、前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記半田バンプは、
錫−銀−銅系の半田又は錫−ビスマス系の半田であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記金属粒子は、
銅、金、銀、金メッキされた銅又は銀メッキされた銅の内、少なくとも何れか一つの金属を含む金属粒子であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記金属粒子は、
錫−銀−銅系の半田、錫−ビスマス系の半田又はフラックスのペーストに含まれることを特徴とする請求項７に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項９】
電子部品又はプリント基板の第１の面と、
前記第１の面に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、
前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、
前記第１の面と対向する第２の面と、
前記第２の面に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、
前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と
を有することを特徴とする基板モジュール。
【請求項１０】
電子部品又はプリント基板の第１の面と、前記第１の面に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第２の面に設けられた第２の電極と、前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と、前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填した充填材とを有する基板モジュールと、
前記基板モジュールの前記第２の面の裏面に実装した半田バンプで当該第２の面と電気的に接合した回路配線基板と
を有することを特徴とする基板モジュール組立体。
【請求項１】
電子部品又はプリント基板の第１の面に設けられた電極に実装する、少なくとも錫成分を含む半田バンプの表面に、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属粒子を付着させる工程と、
前記電極が設けられた前記第１の面を上側に向ける工程と、
前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記金属粒子を前記半田バンプ内に沈殿させる工程と、
沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の金属間化合物層を形成する工程と
を有することを特徴とする基板モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記電極と対向する対向側の第２の面に設けられた対向側の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属粒子上に、前記第１の面に実装した前記半田バンプの表面を当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記電極と前記対向側の電極との間を電気的に接合する工程と、
前記対向側の金属粒子と前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記対向側の電極との界面に、前記半田バンプの融点よりも高融点の対向側の金属間化合物層を形成する工程と、
前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填材を充填する工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記第１の面と前記第２の面との間の空間に前記充填材を充填して構成する基板モジュールの前記第２の面の裏面に半田バンプを実装する工程と、
前記第２の面の裏面に実装した前記半田バンプを回路配線基板上に当接させたまま、前記半田バンプの融点以上の温度に前記半田バンプを加熱して溶融させ、前記半田バンプを用いて前記基板モジュールと前記回路配線基板との間を電気的に接合する工程と
を有することを特徴とする請求項２に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記対向側の金属間化合物層を形成する工程において、
前記電極との界面に形成した前記金属間化合物層と、前記対向側の電極との界面に形成した前記対向側の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記金属間化合物層と前記対向側の金属間化合物層との間に中間層を形成したことを特徴とする請求項３に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成する工程において、
前記半田バンプ内の前記電極との界面側に沈殿した前記金属粒子と前記半田バンプの錫成分とを所定温度に加熱して、前記電極との界面に前記金属間化合物層を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記半田バンプは、
錫−銀−銅系の半田又は錫−ビスマス系の半田であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記金属粒子は、
銅、金、銀、金メッキされた銅又は銀メッキされた銅の内、少なくとも何れか一つの金属を含む金属粒子であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記金属粒子は、
錫−銀−銅系の半田、錫−ビスマス系の半田又はフラックスのペーストに含まれることを特徴とする請求項７に記載の基板モジュールの製造方法。
【請求項９】
電子部品又はプリント基板の第１の面と、
前記第１の面に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、
前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、
前記第１の面と対向する第２の面と、
前記第２の面に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成した、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、
前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と
を有することを特徴とする基板モジュール。
【請求項１０】
電子部品又はプリント基板の第１の面と、前記第１の面に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に実装した、少なくとも錫成分を含む半田バンプと、前記半田バンプ内の前記第１の電極との界面側に沈殿させた、前記半田バンプの比重よりも重く、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属粒子と当該半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第１の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第１の金属間化合物層と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第２の面に設けられた第２の電極と、前記第２の電極に付着させた、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属粒子と前記第１の電極に実装した前記半田バンプの錫成分とで、前記半田バンプと前記第２の電極との界面に形成する、前記半田バンプの融点よりも高融点の第２の金属間化合物層と、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間の前記半田バンプを用いて、前記第１の金属間化合物層と前記第２の金属間化合物層との間に形成した中間層と、前記第１の面と前記第２の面との間の空間に充填した充填材とを有する基板モジュールと、
前記基板モジュールの前記第２の面の裏面に実装した半田バンプで当該第２の面と電気的に接合した回路配線基板と
を有することを特徴とする基板モジュール組立体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−８０８４４（Ｐ２０１３−８０８４４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０４０３（Ｐ２０１１−２２０４０３）
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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