[发明专利]电子装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可抑制连接界面在高温环境下恶化的电子装置及其制造方法。

背景技术

随着混合动力车、燃料电池车这样的汽车的电子化，车载电子部件不断增加。特别是由于配置在引擎周围的电子部件要长时间处于150℃以上的高温下，所以要求有比通常更严格的高温环境下的可靠性。作为无铅焊料，广泛使用了熔点200℃以上的Sn-3Ag-0.5Cu等的Sn系中温焊料，但如果长时间保持在150℃以上的使用环境，由于在连接界面上界面反应进展，会形成空隙及生长金属间化合物层等，使连接可靠性降低。

另外，随着近年来的高密度实装，随着电子部件的尺寸的微小化，连接部更加细微化了。在这种场合，在连接界面上形成的金属间化合物层在连接部所占比例更高，连接部的可靠性、电特性、热特性会由于界面反应而极大恶化。为了解决这些问题，各国都进行着抑制界面反应的研究。

作为抑制Sn系焊料的界面反应的方法，在专利文献1(日本特许第3152945号)中，报告了通过使用由0.1～2重量％Cu、0.002～1重量％Ni、余量Sn构成的Sn系焊料，能够通过Cu的添加来抑制被连接材料的Cu腐蚀，同时，通过添加Ni，能够抑制连接界面上的Cu6Sn5、Cu3Sn等的金属间化合物的成长。另外，在专利文献2(日本特开2002-280417号)中报告说在焊料突块的形成上，在被连接材料表面，设置与Sn系焊料反应形成金属间化合物的2种金属层，通过在此连接Sn系焊球，在连接界面上很薄地形成由含Sn的2～3种元素构成的金属间化合物层，由此，能够抑制界面反应。

发明内容

但是，在这些现有技术中，没有考虑以下问题，不能充分抑制连接界面的界面反应。

专利文献1虽然通过添加Ni抑制界面反应，但由于Cu6Sn5、Cu3Sn一直接触形成化合物层的Cu和Sn系焊料，所以在长时间处于150℃以上的高温下的场合，  Cu-Sn化合物成长、有可能降低可靠性。

另一方面，专利文献2由于最临近焊料形成的第1金属间化合物层成为Sn系焊料和在第1金属间化合物层下形成的第2金属层的屏蔽层，所以，界面反应抑制效果大。但是，为了设置2种金属层，会有如下问题：要增加电镀工序、选择性地进行局部电镀会使成本变高、无法设置电极的构造难以形成金属层等。另外，由于在将连接面最表面形成的金属层进行连接时，需要使其与Sn系焊料反应作为屏蔽层，所以，如果最表面形成的金属层厚，则有可能发生如下问题：连接时残存未反应的最表面金属层，不能充分得到屏蔽层效果；以及使最表面金属层完全反应需要加长连接时间等的程序的调整。另一方面，在最表面的金属层薄的场合，用于抑制界面反应的屏蔽层变薄，在150℃以上的高温下有可能不能充分抑制界面反应。

本发明提供一种环境负荷小、成本低，且在150℃以上的高温下长时间使用也能维持连接可靠性的电子装置及其制造方法。

如下简单说明本申请中公开的发明中的代表性发明的概要。

(1)一种电子装置，其特征在于，包括：具备电极的基板；在上述基板的电极上形成的Ni系层；配置在上述Ni系层上，与上述电极电连接的Sn系焊球；以及为使上述Sn系焊球和上述Ni系层互不接触，在上述Sn系焊球和上述Ni系层之间形成的化合物层。

(2)根据(1)及所述的电子装置，其特征在于：上述化合物层与上述Ni系层直接接触，其间不包含其他单质的金属层。

(3)根据(1)或(2)所述的电子装置，其特征在于：上述化合物层是以Cu-Sn化合物或其和Ni-Sn化合物为主体的层。

(4)根据(3)所述的电子装置，其特征在于：上述Cu-Sn化合物层，是通过使用含有比共晶组成多的Cu6Sn5相的Sn系焊料连接材料进行连接，使上述Cu6Sn5相在上述Ni系层上析出或移动而形成的。

附图说明

图1是模式性显示本发明涉及的电子装置的第一实施方式的剖视图。

图2是模式性显示本发明涉及的电子装置的第二实施方式的剖视图。

图3是模式性显示根据本发明涉及的焊球的方式形成的焊料连接部的剖视图。

图4是模式性显示根据本发明涉及的电子装置的芯片焊接形成的焊料连接部的剖视图。

图5是模式性显示在Ni层上形成了Cu层后，由Sn系焊料连接时的焊料连接部的剖视图。

图6是模式性显示本发明涉及的电子装置的第三实施方式的剖视图。

图7是模式性显示本发明涉及的电子装置的第四实施方式的剖视图。

图8是模式性显示本发明的焊料连接部的第一形成工序的图。

图9是模式性显示本发明的焊料连接部的第二形成工序的图。