電子設(shè)備及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所討論的實(shí)施例涉及一種電子設(shè)備和一種電子設(shè)備制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知通過使用接合材料來接合電子部件的端子的電連接電子部件的端子的技術(shù)。例如，包含一種或更多種成分的焊料用作接合材料。例如，已知通過使用焊料凸塊在諸如印刷版的板上方安裝半導(dǎo)體元件或半導(dǎo)體封裝的技術(shù)。
[0003]日本已公開專利公報(bào)第2002-239780號(hào)
[0004]日本已公開專利公報(bào)第2007-242783號(hào)
[0005]由于外部影響或電子部件產(chǎn)生的熱或施加于電子部件的熱所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，在電子部件的端子之間的接合部中可能出現(xiàn)接合故障，例如，裂紋、剝離或斷開連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括具有第一端子的第一電子部件，具有與第一端子相對(duì)的第二端子的第二電子部件、以及接合部，該接合部將第一端子與第二端子相接合，并且該接合部包含在第一端子與第二端子彼此相對(duì)的方向上延伸的第一極狀化合物。
【附圖說明】
[0007]圖1例示了根據(jù)第一實(shí)施例的電子設(shè)備的示例；
[0008]圖2A、圖2B以及圖2C例示了根據(jù)第一實(shí)施例的電子部件接合處理的示例；
[0009]圖3例示了半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)的示例；
[0010]圖4例示了半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)的示例(部分I)；
[0011]圖5例示了半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)的示例(部分2)；
[0012]圖6例示了半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)的示例(部分3)；
[0013]圖7A和圖7B例示了電路板的結(jié)構(gòu)的示例；
[0014]圖8A、圖8B以及圖8C例示了根據(jù)第二實(shí)施例的電子部件接合處理的示例；
[0015]圖9例示了根據(jù)第二實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的第一示例；
[0016]圖1OA和圖1OB例示了根據(jù)第二實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的第二示例；
[0017]圖11A、圖1lB和圖1lC例示了根據(jù)第三實(shí)施例的電子部件接合處理的示例；
[0018]圖12例示了根據(jù)第三實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的第一示例；
[0019]圖13A和圖13B例示了根據(jù)第三實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的第二示例。
[0020]圖14A、圖14B和圖14C例示了根據(jù)第四實(shí)施例的電子部件接合處理的示例；
[0021]圖15是用于描述根據(jù)第四實(shí)施例的電子部件接合處理的另一示例的視圖(部分I);
[0022]圖16是用于描述根據(jù)第四實(shí)施例的電子部件接合處理的另一示例的視圖(部分2)；
[0023]圖17是用于描述根據(jù)第四實(shí)施例的電子部件接合處理的另一示例的視圖(部分3)；
[0024]圖18例示制造電子設(shè)備的設(shè)備的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0025]首先將描述第一實(shí)施例。
[0026]圖1例示了根據(jù)第一實(shí)施例的電子設(shè)備的示例。圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的電子設(shè)備的示例的局部示意性剖視圖。
[0027]圖1中例示的電子設(shè)備I包括電子部件10、電子部件20、以及將電子部件10與電子部件20接合的接合部30。
[0028]電子部件10具有在表面1a上方形成的端子11。在圖1的示例中，例示了一個(gè)端子11 ο
[0029]電子部件20與電子部件10相對(duì)設(shè)置。電子部件20具有在與電子部件10的表面1a相對(duì)的表面20a上方形成的端子21。在圖1的示例中，例示了一個(gè)端子21。電子部件20的端子21形成在與電子部件10的端子11對(duì)應(yīng)的位置處。
[0030]接合部30形成在電子部件10的端子11與電子部件20的端子21之間并且將端子11與端子21相接合。
[0031]半導(dǎo)體元件(半導(dǎo)體芯片)、包括半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體封裝、電路板等用作電子部件10和電子部件20中的每一個(gè)。后面將描述電子部件10和電子部件20中的每一個(gè)的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。
[0032]焊料用于形成將電子部件10與電子部件20接合的接合部30。使用包含錫(Sn)的焊料。例如，使用不包含鉛(Pb)的無鉛焊料。例如，使用包含Sn和銀(Ag)的Sn-Ag焊料來形成接合部30。例如,使用含0.5wt%或更多Ag的Sn-Ag焊料。
[0033]在電子設(shè)備I中，接合部30包含極狀化合物31，其在電子部件10的端子11與電子部件20的端子21彼此相對(duì)的方向上(在從端子11側(cè)至端子21側(cè)的方向上或在從端子21側(cè)至端子11側(cè)的方向上)延伸。例如，如果上面的Sn-Ag焊料用于形成接合部30，則接合部30包含極狀化合物31 (IMC(金屬間化合物，InterMetallic Compound)),其是Ag3Sn。
[0034]在通過使用形成接合部30的材料(接合材料)來接合電子部件10和電子部件20的處理中形成極狀化合物31。
[0035]圖2A、圖2B以及圖2C例示了根據(jù)第一實(shí)施例的電子部件接合處理的示例。圖2A、圖2B以及圖2C均是根據(jù)第一實(shí)施例的電子部件接合處理的示例的局部示意性剖視圖。圖2A例示了接合之前的狀態(tài)的示例。圖2B例示了接合時(shí)的狀態(tài)的示例。圖2C例示了接合之后的狀態(tài)的示例。
[0036]首先，制備圖2A中例示的要接合在一起的電子部件10和電子部件20。接合材料30a預(yù)先放置在所制備的電子部件10和電子部件20中的一個(gè)的端子上。在圖2A的示例中，接合材料30a預(yù)先放置在電子部件20的端子21上。接合材料30a用于形成上面的接合部30。例如，焊料用作接合材料30a。對(duì)Sn-Ag焊料用作接合材料30a的情況作為示例來給出描述。
[0037]例如，按下面的方式來形成圖2A中例示的電子部件20的端子21上的接合材料30a。通過在端子21上安裝焊料球或通過在端子21上通過電鍍來沉積焊料而放置在端子21上的焊料通過加熱被熔化并且通過冷卻被固化。在圖2A的示例中，將接合材料30a形成為具有接近球的形狀。然而，接合材料30a的形狀不受限制并且接合材料30a可以采用各種形狀。
[0038]在制備了以上電子部件10和其上放置了接合材料30a的以上電子部件20之后，如圖2A中所例示的，電子部件10的端子11與電子部件20的端子21 (接合材料30a)對(duì)準(zhǔn)，以將它們布置成彼此相對(duì)。
[0039]如圖2B中所例示的，然后，電子部件20的端子21上的接合材料30a通過加熱被熔化并且連接至電子部件10的端子11。在接合材料30a連接至端子11之后，通過冷卻來固化接合材料30a。在這種情況下，接合材料30a在惰性氣體例如氮?dú)?N2)的氣氛中在爐中被加熱。接合材料30a在惰性氣體的氣氛中在爐中冷卻。例如，通過使?fàn)t的內(nèi)部換氣(purge)來冷卻接合材料30a，或者允許在爐內(nèi)冷卻接合材料30a。
[0040]接合材料30a在加熱之后進(jìn)行冷卻的處理中，進(jìn)行調(diào)節(jié)以例如至少在從接合材料30a的固化的開始至結(jié)束的時(shí)段期間使得電子部件10和電子部件20中的一個(gè)的溫度高于另一個(gè)的溫度。例如，進(jìn)行調(diào)節(jié)以使得電子部件20的溫度高于電子部件10的溫度?？商鎿Q地，進(jìn)行調(diào)節(jié)以使得電子部件10的溫度高于電子部件20的溫度。
[0041]例如，具有確定熱容量的構(gòu)件布置在電子部件10和電子部件20中的一個(gè)上方，以降低其上方布置有該構(gòu)件的那個(gè)電子部件冷卻的速率。這使得例如在從接合材料30a的固化的開始至結(jié)束的時(shí)段期間，一個(gè)電子部件的溫度高于另一個(gè)電子部件的溫度。
[0042]可以使用另一方法。選擇性地加熱一個(gè)電子部件，以降低這一個(gè)電子部件冷卻的速率。可替換地，選擇性地冷卻另一個(gè)電子部件，以提高該另一個(gè)電子部件冷卻的速率。這使得例如在從接合材料30a的固化的開始至結(jié)束的時(shí)段期間，一個(gè)電子部件的溫度高于另一個(gè)電子部件的溫度。
[0043]如已描述的那樣，例如，接合材料30a在加熱之后進(jìn)行冷卻的處理中，在從接合材料30a的固化的開始至結(jié)束的時(shí)段期間，使得一個(gè)電子部件的溫度高于另一個(gè)電子部件的溫度。通過這樣做，在固化時(shí)間在接合材料30a中產(chǎn)生溫度梯度。也就是說，產(chǎn)生了下面的溫度梯度。溫度高的這一電子部件側(cè)上的接合材料30a的溫度高于另一電子部件側(cè)上的接合材料30a的溫度。產(chǎn)生這樣的溫度梯度，使得接合材料30a的固化通常從溫度低的這一電子部件側(cè)向溫度高的這一電子部件側(cè)進(jìn)行。
[0044]固化以這種方式進(jìn)行。因此，如圖2C中例示的，極狀化合物31 (其是Ag3Sn)在接合材料30a(其是Sn-Ag焊料)中形成，因此，極狀化合物31在固化進(jìn)行的方向上延伸，也就是說，在電子部件10的端子11與電子部件20的端子21彼此相對(duì)的方向上延伸。在圖2C的示例中，例示了多個(gè)極狀化合物31。極狀化合物31 (其是Ag3Sn)被部分32覆蓋，部分32包含接合材料30a中所包含的Sn和Ag。隨著固化的進(jìn)行，包含極狀化合物31的接合部30在部分32內(nèi)形成。結(jié)果，如圖2C中所例示的，獲得了電子部件10和電子部件20通過接合部30接合的電子設(shè)備I。
[0045]在接合部30中形成了在電子部件10的端子11和電子部件20的端子21彼此相對(duì)的方向上以這種方式延伸的極狀化合物31。極狀化合物31用作金屬加固物，使得接合部30對(duì)抗外部力或熱產(chǎn)生的應(yīng)力的強(qiáng)度提高。例如，接合部30對(duì)抗在與極狀化合物31延伸的方向相交的方向上產(chǎn)生的應(yīng)力的強(qiáng)度提高。
[0046]例如，隨著所安裝的半導(dǎo)體元件的密度增大或者端子之間的間距減小，半導(dǎo)體元件或半導(dǎo)體封裝的尺寸增大或者半導(dǎo)體元件或半導(dǎo)體封裝與電路板之間的焊料接合部變得微小。結(jié)果，更大的外部力或應(yīng)力會(huì)被施加于接合部。如果上面的Sn-Ag焊料用于形成接合部并且不使用在圖2A至圖2C中描述的以上接合方法，則在接合部中可能形成粗糙的Ag3Sn化合物，或者在接合部中形成的極狀A(yù)g3Sn化合物可能在端子表面的方向上延伸。如果，外部力或熱產(chǎn)生的應(yīng)力集中在這樣的化合物上，則裂紋、剝離、由于剪切應(yīng)力導(dǎo)致的剪切剝離往往出現(xiàn)在接合部中，以該化合物的部分作為起點(diǎn)。
[0047]如上所述，在電子部件10與電子部件20之間的接合部30中形成在電子部件10的端子11與電子部件20的端子21彼此相對(duì)的方向上延伸的極狀化合物31。通過這樣做，接合部30對(duì)抗外部力或熱產(chǎn)生的應(yīng)力的強(qiáng)度提高。接合部30的強(qiáng)度上的這種提高有效地控制了接合部30中由外部力或應(yīng)力造成的裂紋或剝離或由這種裂紋或剝離造成的斷開的出現(xiàn)。
[0048]不需要所形成的極狀化合物31從電子部件10的端子11到達(dá)電子部件20的端子21。即使極狀化合物31短并且沒有從端子11到達(dá)端子21