JP6447155B2 - 電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置及び電子装置の製造方法に関する。

半田を用いて電極間を接合する技術が知られている。接合に用いる半田として、比較的融点の低い低融点半田、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含有する半田や、これに銀（Ａｇ）等の元素を添加した半田等を用いる技術が知られている。

特開２０１３−２３３５７７号公報 特開昭６１−１４８７７４号公報

低融点半田では、半田を溶融する際の温度を低く抑えることができる一方、溶融、凝固した時に、良好な機械的特性を発揮する内部構造（組織）が形成されないと、外力や応力に対して信頼性の高い半田接合部を得ることが難しい。

本発明の一観点によれば、第１電極と、前記第１電極上に設けられ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する半田と、前記半田中に分散して含まれ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する第１相とを含む電子装置が提供される。
また、本発明の一観点によれば、第１電極上に、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する半田を形成する工程を含み、前記半田中に、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する第１相が分散して含まれる電子装置の製造方法が提供される。

開示の技術によれば、接合信頼性に優れる電子装置を実現することが可能になる。

第１の実施の形態に係る電子装置の第１構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る第１構成例の電子装置の形成方法を説明する図である。 第１の実施の形態に係る電子装置の第２構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る第２構成例の電子装置の形成方法を説明する図である。 Ａｇ−Ｃｕ系状態図である。 Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系計算状態図（その１）である。 Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系計算状態図（その２）である。 引っ張り試験の結果を示す図（その１）である。 ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇを添加した半田の元素分析結果を示す図である。 ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加した半田の元素分析結果を示す図である。 引っ張り試験の結果を示す図（その２）である。 ＩｎＳｎ共晶半田に７．５重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加した半田の元素分析結果を示す図である。 引っ張り試験の結果を示す図（その３）である。 ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び２重量％のＣｕを添加した半田の元素分析結果を示す図である。 第２の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る電子装置の製造方法の一例を説明する図（その１）である。 第３の実施の形態に係る電子装置の製造方法の一例を説明する図（その２）である。

まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る電子装置の第１構成例を示す図である。図１には第１の実施の形態に係る電子装置の第１構成例の要部断面を模式的に図示している。また、図２は第１の実施の形態に係る第１構成例の電子装置の形成方法を説明する図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には接合工程の一例の要部断面を模式的に図示している。

図１に示す電子装置１は、電子部品１０、電子部品２０及び半田３０を有している。
電子部品１０は、電極１１を有している。電子部品２０は、電子部品１０と対向するように設けられ、電子部品１０の電極１１に対応する位置に、電極２１を有している。電極１１及び電極２１には、例えば、銅（Ｃｕ）若しくはＣｕを含む材料、ニッケル（Ｎｉ）若しくはＮｉを含む材料、又は、金（Ａｕ）若しくはＡｕを含む材料が用いられる。尚、電極１１及び電極２１には、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等を用いた単層構造又は積層構造の電極層を用いることができる。また、そのような電極層上にＮｉ、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）等が用いられたバリアメタル層を設けた積層構造を用いることもできる。

半田３０は、電子部品１０の電極１１と電子部品２０の電極２１とに接合されている。電子部品１０と電子部品２０とは、各々の電極１１と電極２１に接合された半田３０を通じて電気的に接続されている。

電極１１と電極２１とを半田３０で接合する際は、例えば、まず、図２（Ａ）に示すように、電極２１上に半田３０ａが配置された電子部品２０と、電子部品１０とを、互いの電極２１と電極１１の位置合わせを行って、対向させて配置する。次いで、図２（Ｂ）に示すように、半田３０ａを電極１１に接触させる。その状態で、半田３０ａが溶融する温度で加熱し、その後、冷却して半田３０ａを凝固させる。これにより、図１に示すように、電極１１と電極２１とを半田３０で接合し、半田３０を通じて電子部品１０と電子部品２０とを電気的に接続する。

接合前（図２（Ａ）及び図２（Ｂ））の電極２１上の半田３０ａ、及び、接合後（図１）の電極１１と電極２１との間の半田３０は、成分元素として、スズ（Ｓｎ）、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有している。半田３０ａ及び半田３０は、例えば、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎ等を含有する。

尚、接合後の半田３０と電極１１との界面には、それらの互いの成分元素を含有する層が設けられていてもよく、接合後の半田３０と電極２１との界面には、それらの互いの成分元素を含有する層が設けられていてもよい。例えば、上記の成分元素を含有する半田３０の場合で、電極１１、電極２１の表面がＡｕであった場合はＩｎＡｕ層が界面に形成され、電極１１、電極２１の表面がＣｕであった場合はＣｕＩｎＳｎ層が界面に形成される。

図１に示すように、半田３０は、Ｉｎ及びＳｎを含有するＩｎＳｎ含有相３１と、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有するＩｎＡｇＣｕ含有相３２とを含む。半田３０中のＩｎＳｎ含有相３１は、Ｉｎ及びＳｎを主体とする相であり、半田３０中のＩｎＡｇＣｕ含有相３２は、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とする相である。ＩｎＳｎ含有相３１には、その成分元素として、主体のＩｎ及びＳｎのほかに、Ａｇ、Ｃｕ、電極１１や電極２１からの拡散成分、不可避不純物等が含まれ得る。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２には、その成分元素として、主体のＩｎ、Ａｇ及びＣｕのほかに、Ｓｎ、電極１１や電極２１からの拡散成分、不可避不純物等が含まれ得る。

ＩｎＡｇＣｕ含有相３２は、ＩｎＳｎ含有相３１中に分散して含まれる。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２は、ＡｇとＩｎの金属間化合物であるＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶した構造を有する。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２の主なものは、例えば大きさが２μｍ以下といった比較的微細なサイズで、ＩｎＳｎ含有相３１中に分散している。

ところで、Ｉｎ及びＳｎを含有するＩｎＳｎ共晶半田は、延性に優れる性質を示す。半田の延性は、例えば上記のように電子部品１０と電子部品２０との接合部に用いた場合において、加熱や発熱によって接合部に生じる応力の緩和に寄与する。しかし、ＩｎＳｎ共晶半田は、このような延性に富む性質を示す反面、機械的強度が低く、接合部の信頼性を十分に確保することができない場合がある。

一方、ＩｎＳｎ共晶半田にＡｇを添加することで、半田の機械的強度を高める技術がある。Ａｇを添加すると、半田中にＡｇとＩｎの金属間化合物が生成され、一定の機械的強度の向上が図られる。しかし、ＡｇとＩｎの金属間化合物は、例えば大きさが５０μｍ以上といったサイズにまで粗大化する場合がある。このようにＡｇとＩｎの金属間化合物が粗大化すると、半田の延性が低下し、接合部に応力が生じた際、そこに応力が集中して接合部に亀裂や破断が発生し易くなり、接合部の信頼性が低下することが起こり得る。

これに対し、上記電子装置１では、電子部品１０と電子部品２０との接合部に、ＩｎＡｇＣｕ含有相３２が分散して含まれる半田３０が用いられている。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２は、上記のように、ＡｇとＩｎの金属間化合物ＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶した構造を有し、また、比較的微細なサイズを有する。Ｉｎを含有する半田にＡｇと共にＣｕを添加し、ＡｇとＩｎの粗大な金属間化合物の生成を抑えて、半田３０中に微細なＩｎＡｇＣｕ含有相３２を分散させる。このようにＩｎＡｇＣｕ含有相３２が分散して含まれる半田３０は、ＩｎＳｎ共晶半田やそれにＡｇを添加した半田等に比べて、高い延性を示すと共に、高い機械的強度を示すようになる。尚、ＩｎＡｇＣｕ含有相３２を分散させた半田３０の延性及び機械的強度の詳細については後述する。

電子部品１０と電子部品２０との間の接合部に、このような高い延性と機械的強度を併せ持つ半田３０が用いられることで、接合信頼性に優れた電子装置１が実現される。
図３は第１の実施の形態に係る電子装置の第２構成例を示す図である。図３には第１の実施の形態に係る電子装置の第２構成例の要部断面を模式的に図示している。また、図４は第１の実施の形態に係る第２構成例の電子装置の形成方法を説明する図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には半田配置工程の一例の要部断面を模式的に図示している。

図３に示す電子装置（電子部品）１０ａは、電極１１ａ、及び電極１１ａ上に設けられた半田３０ａを有している。
電極１１ａには、例えば、Ｃｕ若しくはＣｕを含む材料、Ｎｉ若しくはＮｉを含む材料、又は、Ａｕ若しくはＡｕを含む材料が用いられる。尚、電極１１ａには、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等を用いた単層構造又は積層構造の電極層を用いることができる。また、そのような電極層上にＮｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ等が用いられたバリアメタル層を設けた積層構造を用いることもできる。

電極１１ａ上に半田３０ａを設けた電子装置１０ａを形成する際は、まず、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、半田ボール３０Ａや、半田を含有する半田ペースト３０Ｂを電極１１ａ上に配置する。次いで、半田ボール３０Ａや半田ペースト３０Ｂ中の半田が溶融する温度で加熱し、その後、冷却してそれらを凝固させる。これにより、図３に示すような半田３０ａを形成する。

接合前（図４（Ａ）及び図４（Ｂ））の電極１１ａ上の半田ボール３０Ａや半田ペースト３０Ｂ中の半田、及び、接合後（図３）の電極１１ａ上の半田３０ａは、成分元素として、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有している。半田ボール３０Ａや半田ペースト３０Ｂ中の半田、及び半田３０ａは、例えば、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎ等を含有する。

尚、半田３０ａと電極１１ａとの界面には、それらの互いの成分元素を含有する層が設けられていてもよい。例えば、上記の成分元素を含有する半田３０ａと、表面がＡｕの電極１１ａとの界面には、ＩｎＡｕ層が形成され、表面がＣｕの電極１１ａとの界面には、ＣｕＩｎＳｎ層が形成される。

図３に示すように、半田３０ａは、Ｉｎ及びＳｎを含有するＩｎＳｎ含有相３１ａと、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有するＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａとを含む。半田３０ａ中のＩｎＳｎ含有相３１ａは、Ｉｎ及びＳｎを主体とする相であり、半田３０ａ中のＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａは、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とする相である。ＩｎＳｎ含有相３１ａには、その成分元素として、主体のＩｎ及びＳｎのほかに、Ａｇ、Ｃｕ、電極１１ａからの拡散成分、不可避不純物等が含まれ得る。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａには、その成分元素として、主体のＩｎ、Ａｇ及びＣｕのほかに、Ｓｎ、電極１１ａからの拡散成分、不可避不純物等が含まれ得る。

ＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａは、ＩｎＳｎ含有相３１ａ中に分散して含まれる。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａは、例えば、ＡｇとＩｎの金属間化合物であるＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶した構造を有する。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａの主なものは、例えば大きさが２μｍ以下といった比較的微細なサイズで、ＩｎＳｎ含有相３１ａ中に分散している。

電子装置１０ａでは、その電極１１ａ上に、ＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａが分散して含まれる半田３０ａが設けられている。ＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａは、上記のように、ＡｇとＩｎの金属間化合物ＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶した比較的微細な構造を有する。Ｉｎを含有する半田にＡｇと共にＣｕを添加し、ＡｇとＩｎの粗大な金属間化合物の生成を抑えて、半田３０ａ中に微細なＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａを分散させる。このようにＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａが分散して含まれる半田３０ａは、ＩｎＳｎ共晶半田やそれにＡｇを添加した半田等に比べて、高い延性を示すと共に、高い機械的強度を示すようになる。尚、ＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａを分散させた半田３０ａの延性及び機械的強度の詳細については後述する。

電子装置１０ａでは、このような高い延性と機械的強度を併せ持つ半田３０ａが電極１１ａ上に設けられることで、半田３０ａと電極１１ａとの間の接合信頼性が高められている。

また、この電子装置１０ａを、半田３０ａを用いて、他の電子部品や電子装置と接合した場合には、電子装置１０ａと他の電子部品や電子装置とを、上記図１に示すような半田３０で接合することができ、それらの接合信頼性を高めることができる。尚、この場合、電子装置１０ａの電極１１ａ上の半田３０ａは、接合時に加熱により溶融され、その後冷却により凝固される。その際、半田３０ａ中のＩｎＡｇＣｕ含有相３２ａは、溶融時に一旦消失し（液相状態）、その後の凝固時に再度生成され、上記図１に示すような半田３０が形成される。

尚、上記の電子部品１０及び電子部品２０には、半導体素子（半導体チップ）、回路基板上に搭載された半導体チップを備える半導体装置（半導体パッケージ）、回路基板等を用いることができる。電子部品１０及び電子部品２０には、樹脂とそれに埋設した半導体チップの上に再配線層を設けた半導体装置（半導体パッケージ）を用いることもできる。上記の電子装置（電子部品）１０ａ及びこれと接合する他の電子部品や電子装置にも同様に、半導体チップ、半導体パッケージ、回路基板等を用いることができる。

接合する電子部品１０と電子部品２０の組合せ、接合する電子装置１０ａと他の電子部品や電子装置の組合せとしては、例えば、半導体チップと回路基板の組合せ、半導体パッケージと回路基板の組合せ、半導体チップと半導体パッケージの組合せがある。また、接合する電子部品１０と電子部品２０の組合せ、接合する電子装置１０ａと他の電子部品や電子装置の組合せとして、例えば、半導体チップ同士の組合せ、半導体パッケージ同士の組合せ、回路基板同士の組合せもある。

上記のＩｎＡｇＣｕ含有相について、更に説明する。
まず、Ａｇ−Ｃｕ系状態図を図５に示す。
図５において、横軸はＡｇへのＣｕの添加量［重量％］を表し、縦軸は温度［℃］を表している。図５において、α及びβは固相、Ｌは液相を表している。

図５に示すように、Ａｇ−Ｃｕ系状態図は共晶型となる。図５に示されるように、Ａｇ−Ｃｕの２元系の場合、所謂低融点半田と呼ばれる半田を溶融させる２００℃以下といった温度では、ＡｇとＣｕがそれぞれ固相の状態（α＋β）であり、互いに溶け込むことはない。ＡｇとＣｕは、３００℃以上といったより高い温度から、僅かに溶け込むと考えられる。

続いて、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系計算状態図を図６及び図７に示す。
図６は５２重量％のＩｎと４８重量％のＳｎとを含むＩｎＳｎ共晶半田に対してＡｇ及びＣｕを１：１で添加した時の計算状態図である。図６において、横軸はＩｎＳｎ共晶半田を原点とした時のＡｇ及びＣｕの添加量［重量％］を表し、縦軸は温度［℃］を表している。例えば、横軸のＡｇ及びＣｕの添加量１重量％は、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び１重量％のＣｕを添加していることを表す。

図７はＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇを添加した半田（ＩｎＳｎ１Ａｇ）に対してＣｕを添加した時の計算状態図である。図７において、横軸はＩｎＳｎ１Ａｇを原点とした時のＣｕの添加量［重量％］を表し、縦軸は温度［℃］を表している。図７の原点の組成は、Ｉｎ：Ｓｎ：Ａｇ：Ｃｕ＝５１．５重量％：４７．５重量％：１重量％：０重量％となる。例えば、横軸のＣｕの添加量１重量％では、Ｉｎ：Ｓｎ：Ａｇ：Ｃｕ＝５１重量％：４７重量％：１重量％：１重量％の組成となり、Ｃｕを添加した分だけＩｎＳｎの組成割合が減る。

図６及び図７において、β及びγは固相（ＩｎＳｎ相）、Ｌは液相を表している。尚、β相はＩｎ：Ｓｎ＝３：１のＩｎＳｎ相、γ相はＩｎ：Ｓｎ＝１：４のＩｎＳｎ相を表している。

図６に示すように、ＩｎＳｎ共晶半田に対してＡｇ及びＣｕを１：１で添加した場合、１００℃以下の温度では、β相、γ相、ＡｇＩｎ₂相及びＣｕ₂Ｉｎ₃Ｓｎ相が生成される。ＩｎＳｎ共晶半田に添加されたＡｇ及びＣｕは、１００℃以下の温度において、それぞれ別の金属間化合物であるＡｇＩｎ₂及びＣｕ₂Ｉｎ₃Ｓｎを形成する。

また、図７に示すように、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び所定重量％のＣｕを添加した場合も同様に、１００℃以下の温度では、β相、γ相、ＡｇＩｎ₂相及びＣｕ₂Ｉｎ₃Ｓｎ相が生成される。ＩｎＳｎ共晶半田に添加されたＡｇ及びＣｕは、１００℃以下の温度において、それぞれ別の金属間化合物であるＡｇＩｎ₂及びＣｕ₂Ｉｎ₃Ｓｎを形成する。

このように、Ａｇ−Ｃｕの２元系では２００℃以下の温度で互いに溶け込まない性質を有するＡｇ及びＣｕを、ＩｎＳｎ共晶半田に添加した場合、Ａｇ及びＣｕは、１００℃以下の温度でそれぞれ別の金属間化合物（β＋γ＋ＡｇＩｎ₂＋Ｃｕ₂Ｉｎ₃Ｓｎ）を形成する。このような金属間化合物種を含む固相が出現する温度と、液相になる温度との間の温度領域において、ＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶したＩｎＡｇＣｕ含有相（３２，３２ａ）をＩｎＳｎ含有相（３１，３１ａ）中に分散させた半田（３０，３０ａ）が得られる。

ここで、ＩｎＳｎ共晶半田、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇを添加した半田（ＩｎＳｎ１Ａｇ）、並びに、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加した半田（ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ）の引っ張り試験の結果を図８に示す。図８には、ＩｎＳｎ共晶半田、ＩｎＳｎ１Ａｇ、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕについて、厚さ４ｍｍ、幅５ｍｍ、標点間距離２０ｍｍのダンベル型試験片を、引っ張り試験機を用い、引っ張り速度２ｍｍ／ｍｉｎの条件で試験した時の応力σ［ＭＰａ］とひずみεの関係を示している。

尚、ＩｎＳｎ（共晶半田）の試料は、５２重量％のＩｎと、４８重量％のＳｎとを含む半田を、溶融して凝固させることで、形成している。ＩｎＳｎ１Ａｇの試料は、５１．５重量％のＩｎと、４７．５重量％のＳｎと、１重量％のＡｇとを含む半田を、溶融して凝固させることで、形成している。ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕの試料は、５１重量％のＩｎと、４７重量％のＳｎと、１重量％のＡｇと、０．５重量％のＣｕとを含む半田を、溶融して凝固させることで、形成している。

図９にはＩｎＳｎ１Ａｇの元素分析結果を示し、図１０にはＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕの元素分析結果を示している。図９及び図１０において、指定の元素が含有されていない場合は黒く表示されており、指定の元素が含有されている場合はその含有量に応じて白く表示されている。図９（Ａ）はＩｎＳｎ１Ａｇ中のＩｎの分析結果、図９（Ｂ）はＩｎＳｎ１Ａｇ中のＳｎの分析結果、図９（Ｃ）はＩｎＳｎ１Ａｇ中のＡｇの分析結果である。図１０（Ａ）はＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中のＩｎの分析結果、図１０（Ｂ）はＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中のＳｎの分析結果、図１０（Ｃ）はＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中のＡｇの分析結果、図１０（Ｄ）はＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中のＣｕの分析結果である。

図９（Ｂ）に示すＩｎＳｎ１Ａｇ中のＳｎが存在する領域１００ｂに対応して、図９（Ａ）に示すように、Ｉｎが存在する領域１００ａがある。図９（Ｃ）に示すように、Ａｇが存在する領域１００ｃは、ＩｎＳｎ１Ａｇ中に分散して存在する。図９（Ａ）及び図９（Ｃ）に示すように、ＩｎＳｎ１Ａｇ中の、Ａｇが存在する領域１００ｃ（図９（Ｃ））には、Ｉｎが存在する（図９（Ａ））。その一方、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、ＩｎＳｎ１Ａｇ中の、Ａｇが存在する領域１００ｃ（図９（Ｃ））には、Ｓｎは存在しない（図９（Ｂ））。

図９（Ａ）〜図９（Ｃ）より、ＩｎＳｎ１Ａｇは、Ｉｎ及びＳｎを含有するＩｎＳｎ含有相中に、Ｉｎ及びＡｇを含有するＩｎＡｇ含有相が分散した構造を有していることが分かる。このＩｎＡｇ含有相は、ＩｎとＡｇの金属間化合物であるＡｇＩｎ₂の比較的微細な相である。

また、図１０（Ｂ）に示すＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中のＳｎが存在する領域１１０ｂに対応して、図１０（Ａ）のように、Ｉｎが存在する領域１１０ａがある。図１０（Ｃ）に示すように、Ａｇが存在する領域１１０ｃは、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中に分散して存在する。図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中の、Ａｇが存在する領域１１０ｃ（図１０（Ｃ））には、Ｉｎが存在する一方（図１０（Ａ））、Ｓｎは存在しない（図１０（Ｂ））。そして、図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）に示すように、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ中の、Ｃｕが存在する領域１１０ｄ（図１０（Ｄ））は、Ａｇが存在する領域１１０ｃ（図１０（Ｃ））に対応して存在する。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）より、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕは、Ｉｎ及びＳｎを含有するＩｎＳｎ含有相中に、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有するＩｎＡｇＣｕ含有相が分散した構造を有していることが分かる。このＩｎＡｇＣｕ含有相は、ＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶した金属間化合物の比較的微細な相である。

ＩｎＳｎ１Ａｇ（図９（Ａ）〜図９（Ｃ））と、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ（図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ））では、構造中にＣｕを含有することを除いて、ＩｎＡｇ含有相とＩｎＡｇＣｕ含有相のサイズ等について大きな差異は認められない。

図８の引っ張り試験の結果から、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇを添加したＩｎＳｎ１Ａｇ（図８の鎖線）では、共晶組成のＩｎＳｎ（図８の点線）よりも、ひずみに対する応力が低下する。これに対し、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加したＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ（図８の実線）では、共晶組成のＩｎＳｎ（図８の点線）よりも、ひずみに対する応力が増大する。

上記のように、ＩｎＳｎ１Ａｇは、ＩｎＳｎ含有相中に比較的微細なＩｎＡｇ含有相が分散された構造を有する（図９（Ａ）〜図９（Ｃ））。ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕは、ＩｎＳｎ含有相中に比較的微細なＩｎＡｇＣｕ含有相が分散された構造を有する（図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ））。図８より、ＩｎＳｎ含有相中に比較的微細なＩｎＡｇＣｕ含有相が分散して含まれるＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕでは、Ａｇ及びＣｕを含まない共晶組成のＩｎＳｎや、Ａｇを含むがＣｕを含まないＩｎＳｎ１Ａｇに比べて、機械的強度の増大を図ることができる。更に、ＩｎＳｎ含有相中に比較的微細なＩｎＡｇＣｕ含有相が分散して含まれるＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕでは、Ａｇ及びＣｕを添加しても、その延性の低下を抑えることができる。

ここでは半田の一例として、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加したＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕを挙げたが、半田の組成はこれに限定されるものではない。４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有する半田であれば、上記同様、比較的微細なＩｎＡｇＣｕ含有相が分散した構造を得ることができる。それにより、高い延性と機械的強度を併せ持つ半田を得ることができる。

所定の組成のＩｎ（４０重量％〜６５重量％）及びＳｎにＣｕ（０．０１重量％〜１重量％）と共に添加されるＡｇが０．０１重量％よりも少なくなると、溶融して凝固した際、Ｃｕを主体とする比較的粗大な金属間化合物が生成され易くなる。所定の組成のＩｎ（４０重量％〜６５重量％）及びＳｎにＣｕ（０．０１重量％〜１重量％）と共に添加されるＡｇが５重量％よりも多くなると、溶融して凝固した際、Ａｇを主体とする比較的粗大な金属間化合物が生成され易くなる。ＩｎＳｎ含有相中に、このようなＣｕを主体とする比較的粗大な金属間化合物、Ａｇを主体とする比較的粗大な金属間化合物が生成されると、半田が脆化し易くなる。

一例として、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加した半田（ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ）、並びに、ＩｎＳｎ共晶半田に７．５重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加した半田（ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ）の引っ張り試験の結果を図１１に示す。図１１には、図８で述べたのと同じ引っ張り試験機を用い、同じ条件で試験した時の応力σ［ＭＰａ］とひずみεの関係を示している。

尚、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕの試料は、４８重量％のＩｎと、４４重量％のＳｎと、７．５重量％のＡｇと、０．５重量％のＣｕとを含む半田を、溶融して凝固させることで、形成している。

図１２にはＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕの元素分析結果を示している。図１２において、指定の元素が含有されていない場合は黒く表示されており、指定の元素が含有されている場合はその含有量に応じて白く表示されている。図１２（Ａ）はＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中のＩｎの分析結果、図１２（Ｂ）はＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中のＳｎの分析結果、図１２（Ｃ）はＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中のＡｇの分析結果、図１２（Ｄ）はＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中のＣｕの分析結果である。

図１２（Ｂ）に示すＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中のＳｎが存在する領域１２０ｂに対応して、図１２（Ａ）のように、Ｉｎが存在する領域１２０ａがある。図１２（Ｃ）に示すように、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中には、Ａｇが存在する領域１２０ｃがあり、この領域１２０ｃは、大きさが５０μｍ乃至はそれ以上の比較的粗大なサイズを有する。図１２（Ｄ）に示すように、Ｃｕが存在する領域１２０ｄは、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中に分散している。図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示すように、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ中の、Ａｇが存在する領域１２０ｃ（図１２（Ｃ））には、Ｉｎが存在する一方（図１２（Ａ））、Ｓｎは存在しない（図１２（Ｂ））。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）より、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕは、Ｉｎ及びＳｎを含有するＩｎＳｎ含有相中に、Ｉｎ及びＡｇを主体としＣｕを含有しないか又は微量のＣｕしか含有しない比較的粗大なＩｎＡｇ含有相が含まれた構造を有していることが分かる。

図１１の引っ張り試験の結果から、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ（図１１の点線）は、比較的ひずみの小さい範囲では、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ（図１１の実線）よりも大きな応力を示す。しかし、その一方、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕ（図１１の点線）は、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ（図１１の実線）に比べ、ひずみの増大に伴う応力の減少が著しい。

上記のように、比較的多量のＡｇを添加したＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕには、比較的粗大なＩｎＡｇ含有相が含まれる（図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ））。ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕでは、図１１に示すように、比較的ひずみの小さい範囲で機械的強度の増大が図られる。しかし、ＩｎＳｎ７．５Ａｇ０．５Ｃｕでは、比較的粗大なＩｎＡｇ含有相が含まれることで、ひずみの増大に伴って比較的粗大なＩｎＡｇ含有相を起点とした亀裂が発生し易くなるため、図１１に示すように、延性が著しく低下してしまう。

ここでは、７．５重量％のＡｇを添加した場合を例示したが、５重量％よりも多いＡｇを添加した場合には、上記同様の傾向、即ち、一定のひずみ範囲では機械的強度が向上する一方、比較的粗大な金属間化合物の生成によって延性が低下する傾向が見られる。一方、Ａｇの添加量が０．０１重量％よりも少ないと、Ｃｕを主体とする粗大な金属間化合物が生成され易くなり、同様に延性が低下する傾向が見られる。所定の組成のＩｎ（４０重量％〜６５重量％）及びＳｎにＣｕ（０．０１重量％〜１重量％）と共に添加するＡｇは、０．０１重量％〜５重量％の範囲とすることが望ましい。

また、所定の組成のＩｎ（４０重量％〜６５重量％）及びＳｎにＡｇ（０．０１重量％〜５重量％）と共に添加されるＣｕが０．０１重量％よりも少なくなると、十分な半田の機械的強度の向上効果が得られない恐れがある。所定の組成のＩｎ（４０重量％〜６５重量％）及びＳｎにＡｇ（０．０１重量％〜５重量％）と共に添加されるＣｕが１重量％よりも多くなると、溶融して凝固した際、Ｃｕを主体とする比較的粗大な金属間化合物が生成され易くなる。ＩｎＳｎ含有相中に、このようなＣｕを主体とする比較的粗大な金属間化合物が生成されると、半田が脆化し易くなる。

一例として、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び０．５重量％のＣｕを添加した半田（ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ）、並びに、ＩｎＳｎ共晶半田に１重量％のＡｇ及び２重量％のＣｕを添加した半田（ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ）の引っ張り試験の結果を図１３に示す。図１３には、図８及び図１１で述べたのと同じ引っ張り試験機を用い、同じ条件で試験した時の応力σ［ＭＰａ］とひずみεの関係を示している。

尚、ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕの試料は、５０．５重量％のＩｎと、４６．５重量％のＳｎと、１重量％のＡｇと、２重量％のＣｕとを含む半田を、溶融して凝固させることで、形成している。

図１４にはＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕの元素分析結果を示している。図１４において、指定の元素が含有されていない場合は黒く表示されており、指定の元素が含有されている場合はその含有量に応じて白く表示されている。図１４（Ａ）はＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中のＩｎの分析結果、図１４（Ｂ）はＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中のＳｎの分析結果、図１４（Ｃ）はＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中のＡｇの分析結果、図１４（Ｄ）はＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中のＣｕの分析結果である。

図１４（Ｂ）に示すＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中のＳｎが存在する領域１３０ｂに対応して、図１４（Ａ）のように、Ｉｎが存在する領域１３０ａがある。図１４（Ｃ）に示すように、Ａｇが存在する領域１３０ｃは、比較的微細なサイズでＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中に分散している。図１４（Ｄ）に示すように、ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中には、Ｃｕが存在する領域１３０ｄがあり、この領域１３０ｄは、比較的粗大なサイズを有する。ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ中の、Ｃｕが存在する領域１３０ｄ（図１４（Ｄ））には、Ｉｎ及びＳｎが存在する一方（図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ））、Ａｇは存在しないか又は微量しか存在しない（図１４（Ｃ））。

図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）より、ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕは、Ｉｎ及びＳｎを含有するＩｎＳｎ含有相中に、Ｃｕを主体としＩｎを含有しＡｇを含有しないか又は微量しか含有しない比較的粗大な金属間化合物相が含まれた構造を有していることが分かる。

図１３の引っ張り試験の結果から、ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ（図１３の点線）は、比較的ひずみの小さい範囲では、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ（図１３の実線）よりも大きな応力を示す。しかし、その一方、ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕ（図１３の点線）は、ＩｎＳｎ１Ａｇ０．５Ｃｕ（図１３の実線）に比べ、ひずみの増大に伴う応力の減少が大きい。

上記のように、比較的多量のＣｕを添加したＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕには、Ｃｕを主体とする比較的粗大な金属間化合物の相が含まれる（図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ））。ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕでは、図１３に示すように、比較的ひずみの小さい範囲で機械的強度の増大が図られる。しかし、ＩｎＳｎ１Ａｇ２Ｃｕでは、Ｃｕを主体とする比較的粗大な金属間化合物の相が含まれることで、ひずみの増大に伴って比較的粗大な金属間化合物の相を起点とした亀裂が発生し易くなるため、図１３に示すように、延性が著しく低下してしまう。

ここでは、２重量％のＣｕを添加した場合を例示したが、１重量％よりも多いＡｇを添加した場合には、上記同様の傾向、即ち、一定のひずみ範囲では機械的強度が向上する一方、比較的粗大な金属間化合物の生成によって延性が低下する傾向が見られる。一方、Ｃｕの添加量が０．０１重量％より少ないと、十分な機械的強度の向上効果が得られない恐れが生じる。所定の組成のＩｎ（４０重量％〜６５重量％）及びＳｎにＡｇ（０．０１重量％〜５重量％）と共に添加するＣｕは、０．０１重量％〜１重量％の範囲とすることが望ましい。

尚、所定の組成のＩｎ及びＳｎに、Ａｇ及びＣｕのうちＣｕのみを添加した場合には、微細な金属間化合物が分散して含まれる構造が得られず、高い延性と機械的強度を示す半田を実現することが難しい。

以上のような知見から、半田を、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有する組成とすることで、高い延性と機械的強度とを実現することができる。このような組成の半田は、例えば１０８℃〜１１７℃といった比較的低い融点を有する。

半田中のＩｎが４０重量％よりも少ない場合、並びに、６５重量％よりも多くなる場合は、いずれも固相線温度が上昇するため、低温で接合することが困難になる。
高い延性と高い機械的強度とが実現可能で、且つ、低温接合を実現可能とするためには、上記組成、即ち、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有する組成の半田を用いることが望ましい。好ましくは、４７重量％〜５５重量％のＩｎと、０．１重量％〜３重量％のＡｇと、０．１重量％〜０．８重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有する組成の半田を用いる。半田は、鉛（Ｐｂ）を含有しないＰｂフリー半田とすることが望ましい。

上記のような組成の半田を用いる場合、それを液相線温度以上の温度に加熱して溶融した状態から冷却して凝固する際には、例えば１℃／秒といった比較的速い冷却速度で冷却を行うことが好ましい。このように比較的速い冷却速度で冷却を行うと、粗大化する傾向のある金属間化合物、例えばＡｇ₂ＩｎやＣｕ₆（Ｉｎ，Ｓｎ）₅といった金属間化合物の生成（晶出）が抑えられ、ＩｎＡｇＣｕ含有相が微細に分散した半田が形成され易くなる。

次に、第２の実施の形態について説明する。
ここでは、以上述べたような半田を備える電子装置及びその製造方法の、より具体的な例を、第２の実施の形態として説明する。

図１５は第２の実施の形態に係る電子装置の一例を示す図である。図１５には第２の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面を模式的に図示している。
図１５に示す電子装置１Ａは、半導体チップ４０、インターポーザ５０、及び回路基板６０を有している。

半導体チップ４０は、半導体基板を用いて形成されたトランジスタ等の回路素子（図示せず）を含み、その回路素子に電気的に接続された導体部である配線４１及びビア４２、並びに、そのような導体部に電気的に接続された複数の電極層４３を有している。半導体チップ４０の表面には、各電極層４３の少なくとも一部が露出するように保護膜４４が設けられている。保護膜４４から露出する各電極層４３の表面にはそれぞれ、バリアメタル層４５が設けられている。このように半導体チップ４０は、電極層４３とその上のバリアメタル層４５とを含む積層構造の電極を備えている。

インターポーザ５０は、基板５１、並びに、基板５１の内部に設けられた導体部である配線５２及びビア５３、基板５１の表裏面に設けられ内部の導体部に電気的に接続された複数の電極層５４ａ及び電極層５４ｂを有している。インターポーザ５０の表面側の各電極層５４ａは、半導体チップ４０の各電極層４３に対応する位置に設けられている。インターポーザ５０の裏面側の各電極層５４ｂは、後述する回路基板６０の各電極層６４に対応する位置に設けられている。インターポーザ５０の表裏面には、電極層５４ａ及び電極層５４ｂの各々の少なくとも一部が露出するように保護膜５５が設けられている。保護膜５５から露出する各電極層５４ａ及び各電極層５４ｂの表面にはそれぞれ、バリアメタル層５６ａ及びバリアメタル層５６ｂが設けられている。このようにインターポーザ５０は、電極層５４ａとその上のバリアメタル層５６ａとを含む積層構造の電極、及び電極層５４ｂとその上のバリアメタル層５６ｂとを含む積層構造の電極を備えている。尚、インターポーザ５０には、プリント基板を用いることができるほか、Ｓｉインターポーザのような半導体材料を用いたものを用いることもできる。

回路基板６０は、基板６１、並びに、基板６１の内部に設けられた導体部である配線６２及びビア６３、基板６１の表裏面に設けられ内部の導体部に電気的に接続された複数の電極層６４を有している。回路基板６０の各電極層６４は、前述のように、インターポーザ５０の裏面側の各電極層５４ｂに対応する位置に設けられている。回路基板６０の表面には、各電極層６４の少なくとも一部が露出するように保護膜６５が設けられている。保護膜６５から露出する各電極層６４の表面にはそれぞれ、バリアメタル層６６が設けられている。このように回路基板６０は、電極層６４とその上のバリアメタル層６６とを含む積層構造の電極を備えている。尚、回路基板６０には、プリント基板を用いることができる。回路基板６０には、その表面側と同様に、裏面側にも電極層、保護膜及びバリアメタル層が設けられてもよい。

半導体チップ４０の各電極層４３と、インターポーザ５０の表面側の各電極層５４ａとは、半田７０によって電気的に接続されている。半田７０は、Ｉｎ及びＳｎを主体とするＩｎＳｎ含有相７１と、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とするＩｎＡｇＣｕ含有相７２とを含む。ＩｎＳｎ含有相７１には、主体のＩｎ及びＳｎのほか、Ａｇ、Ｃｕ等が含まれ得る。ＩｎＡｇＣｕ含有相７２には、主体のＩｎ、Ａｇ及びＣｕのほか、Ｓｎ等が含まれ得る。ＩｎＡｇＣｕ含有相７２は、ＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶した構造を有し、比較的微細なサイズ（例えば２μｍ以下）でＩｎＳｎ含有相７１中に分散している。

半田７０と、半導体チップ４０の電極層４３上のバリアメタル層４５との界面には、それらの互いの成分元素を含有する界面層９１が設けられている。半田７０と、インターポーザ５０の電極層５４ａ上のバリアメタル層５６ａとの界面には、それらの互いの成分元素を含有する界面層９１が設けられている。

インターポーザ５０の裏面側の各電極層５４ｂと、回路基板６０の各電極層６４とは、半田８０によって電気的に接続されている。半田８０は、Ｉｎ及びＳｎを主体とするＩｎＳｎ含有相８１と、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とするＩｎＡｇＣｕ含有相８２とを含む。ＩｎＳｎ含有相８１には、主体のＩｎ及びＳｎのほか、Ａｇ、Ｃｕ等が含まれ得る。ＩｎＡｇＣｕ含有相８２には、主体のＩｎ、Ａｇ及びＣｕのほか、Ｓｎ等が含まれ得る。ＩｎＡｇＣｕ含有相８２は、ＡｇＩｎ₂にＣｕが固溶した構造を有し、比較的微細なサイズ（例えば２μｍ以下）でＩｎＳｎ含有相８１中に分散している。

半田８０と、インターポーザ５０の電極層５４ｂ上のバリアメタル層５６ｂとの界面には、それらの互いの成分元素を含有する界面層９３が設けられている。半田８０と、回路基板６０の電極層６４上のバリアメタル層６６との界面には、それらの互いの成分元素を含有する界面層９４が設けられている。

上記のような構成を有する電子装置１Ａを製造する場合は、例えば、半導体チップ４０をインターポーザ５０に実装し、半導体チップ４０を実装したインターポーザ５０を回路基板６０に実装する。このほか、回路基板６０にインターポーザ５０を実装し、回路基板６０に実装したインターポーザ５０に半導体チップ４０を実装することもできる。

図１６及び図１７は第３の実施の形態に係る電子装置の製造方法の一例を説明する図である。図１６には半導体チップとインターポーザとの接合工程の一例の要部断面を模式的に図示し、図１７にはインターポーザと回路基板との接合工程の一例の要部断面を模式的に図示している。図１６（Ａ）及び図１７（Ａ）はそれぞれ接合前の状態を例示し、図１６（Ｂ）及び図１７（Ｂ）にはそれぞれ接合後の状態を例示している。

まず、半導体チップ４０とインターポーザ５０との接合工程について述べる。
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示す半導体チップ４０とインターポーザ５０との接合工程では、例えば、まず図１６（Ａ）に示すように、半田７０を搭載した半導体チップ４０、及びインターポーザ５０を準備する。

半導体チップ４０への半田７０の搭載は、例えば、上記図４の例に従い、まず半田ボールや半田ペーストを電極層４３上のバリアメタル層４５の上に配置し、半田ボールや半田ペースト中の半田が溶融する温度で加熱し、その後、冷却して凝固させることで、行える。これにより、図１６（Ａ）に示すような、半田７０を搭載した半導体チップ４０を得る。このようにして半田７０を搭載した半導体チップ４０を得る際、バリアメタル層４５上への半田ボールや半田ペーストの配置前には、バリアメタル層４５や半田ボールの表面、半田ペースト中に予めフラックスを設けておいてもよい。

半田ボールや半田ペースト中の半田には、例えば、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有するものを用いる。半田ボールや半田ペースト中の半田の溶融と凝固の際、例えばその凝固時の冷却速度によっては、上記のようなＩｎ及びＳｎを主体とするＩｎＳｎ含有相７１と、ＩｎＳｎ含有相７１中に分散したＩｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とするＩｎＡｇＣｕ含有相７２とが生成され得る。また、半田ボールや半田ペースト中の半田の溶融と凝固の際には、それによって形成される半田７０と、電極層４３上のバリアメタル層４５との間に、上記のような界面層９１が形成され得る。図１６（Ａ）には、界面層９１が形成された状態を例示している。

半田７０の搭載後、図１６（Ａ）に示すように、半導体チップ４０とインターポーザ５０とを、互いの電極層４３（その上のバリアメタル層４５、更にその上の半田７０）と電極層５４ａ（その上のバリアメタル層５６ａ）との位置合わせを行って、対向させて配置する。そして、半導体チップ４０のバリアメタル層４５上の半田７０を、インターポーザ５０のバリアメタル層５６ａに接触させ、半田７０が溶融する温度で加熱し、その後、冷却して半田７０を凝固させる。これにより、図１６（Ｂ）のような構造を得る。

この溶融と凝固の際、例えばその凝固時の冷却速度を調整することによって、Ｉｎ及びＳｎを主体とするＩｎＳｎ含有相７１と、ＩｎＳｎ含有相７１中に分散したＩｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とするＩｎＡｇＣｕ含有相７２とを含む半田７０を形成する。例えば、液相線以上の温度から半田７０の融点未満の温度（１００℃程度）まで、冷却速度１℃／秒で冷却を行うことで、粗大な金属間化合物の晶出を抑え、ＩｎＳｎ含有相７１中にＩｎＡｇＣｕ含有相７２が微細に分散した半田７０を形成する。形成される半田７０は、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有する。

また、この溶融と凝固の際には、それによって形成される半田７０と、インターポーザ５０の電極層５４ａ上のバリアメタル層５６ａとの間に、界面層９２が形成される。尚、半田７０と、半導体チップ４０の電極層４３上のバリアメタル層４５との間の界面層９１は、この溶融と凝固の際に形成されてもよい。

以上の工程により、図１６（Ｂ）のように半導体チップ４０の電極層４３がバリアメタル層４５及び界面層９１を介して半田７０と接合され、インターポーザ５０の電極層５４ａがバリアメタル層５６ａ及び界面層９２を介して半田７０と接合された構造を得る。この半田７０により、半導体チップ４０とインターポーザ５０とを電気的に接続する。

尚、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）には、半田７０を搭載した半導体チップ４０、及びインターポーザ５０を準備し、それらを接合する場合を例示したが、半田７０を搭載したインターポーザ５０、及び半導体チップ４０を準備し、それらを接合することもできる。

続いて、インターポーザ５０と回路基板６０との接合工程について述べる。
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すインターポーザ５０と回路基板６０との接合工程では、例えば、まず図１７（Ａ）に示すように、半田８０を搭載したインターポーザ５０、及び回路基板６０を準備する。インターポーザ５０には、予め上記図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示したような工程によって半導体チップ４０が実装されていてもよい。

インターポーザ５０への半田８０の搭載は、例えば、上記図４の例に従い、まず半田ボールや半田ペーストを電極層５４ｂ上のバリアメタル層５６ｂの上に配置し、半田ボールや半田ペースト中の半田が溶融する温度で加熱し、その後、冷却して凝固させることで、行える。これにより、図１７（Ａ）に示すような、半田８０を搭載したインターポーザ５０を得る。このようにして半田８０を搭載したインターポーザ５０を得る際、バリアメタル層５６ｂ上への半田ボールや半田ペーストの配置前には、バリアメタル層５６ｂや半田ボールの表面、半田ペースト中に予めフラックスを設けておいてもよい。

半田ボールや半田ペースト中の半田には、例えば、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有するものを用いる。半田ボールや半田ペースト中の半田の溶融と凝固の際、例えばその凝固時の冷却速度によっては、上記のようなＩｎ及びＳｎを主体とするＩｎＳｎ含有相８１と、ＩｎＳｎ含有相８１中に分散したＩｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とするＩｎＡｇＣｕ含有相８２とが生成され得る。また、半田ボールや半田ペースト中の半田の溶融と凝固の際には、それによって形成される半田８０と、電極層５４ｂ上のバリアメタル層５６ｂとの間に、界面層９３が形成され得る。図１７（Ａ）には、界面層９３が形成された状態を例示している。

半田８０の搭載後、図１７（Ａ）に示すように、インターポーザ５０と回路基板６０とを、互いの電極層５４ｂ（その上のバリアメタル層５６ｂ、更にその上の半田８０）と電極層６４（その上のバリアメタル層６６）との位置合わせを行って、対向させて配置する。そして、インターポーザ５０のバリアメタル層５６ｂ上の半田８０を、回路基板６０のバリアメタル層６６に接触させ、半田８０が溶融する温度で加熱し、その後、冷却して半田８０を凝固させる。これにより、図１７（Ｂ）のような構造を得る。

この溶融と凝固の際、例えばその凝固時の冷却速度を調整することによって、Ｉｎ及びＳｎを主体とするＩｎＳｎ含有相８１と、ＩｎＳｎ含有相８１中に分散したＩｎ、Ａｇ及びＣｕを主体とするＩｎＡｇＣｕ含有相８２とを含む半田８０を形成する。例えば、液相線以上の温度から半田８０の融点未満の温度（１００℃程度）まで、冷却速度１℃／秒で冷却を行うことで、粗大な金属間化合物の晶出を抑え、ＩｎＳｎ含有相８１中にＩｎＡｇＣｕ含有相８２が微細に分散した半田８０を形成する。形成される半田８０は、４０重量％〜６５重量％のＩｎと、０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、０．０１重量％〜１重量％のＣｕとを含有し、残部にＳｎを含有する。

また、この溶融と凝固の際には、それによって形成される半田８０と、回路基板６０の電極層６４上のバリアメタル層６６との間に、界面層９４が形成される。尚、半田８０と、インターポーザ５０の電極層５４ｂ上のバリアメタル層５６ｂとの間の界面層９３は、この溶融と凝固の際に形成されてもよい。

以上の工程により、図１７（Ｂ）のようにインターポーザ５０の電極層５４ｂがバリアメタル層５６ｂ及び界面層９３を介して半田８０と接合され、回路基板６０の電極層６４がバリアメタル層６６及び界面層９４を介して半田８０と接合された構造を得る。この半田８０により、インターポーザ５０と回路基板６０とを電気的に接続する。

例えば、上記図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）のようにして半導体チップ４０を実装したインターポーザ５０を、この図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）のようにして回路基板６０に実装することで、上記図１５に示したような電子装置１Ａを得ることができる。或いは、この図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）のようにして回路基板６０に実装したインターポーザ５０に、上記図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）のようにして半導体チップ４０を実装することで、上記図１５に示したような電子装置１Ａを得ることもできる。

尚、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）には、半田８０を搭載したインターポーザ５０、及び回路基板６０を準備し、それらを接合する場合を例示したが、半田７０を搭載した回路基板６０、及びインターポーザ５０を準備し、それらを接合することもできる。

電子装置１Ａでは、半導体チップ４０とインターポーザ５０とが、ＩｎＳｎ含有相７１中にＩｎＡｇＣｕ含有相７２が分散した半田７０で接合されている。インターポーザ５０と回路基板６０とは、ＩｎＳｎ含有相８１中にＩｎＡｇＣｕ含有相８２が分散した半田８０で接合されている。このような半田７０及び半田８０は、上記第１の実施の形態で述べたように、高い延性と機械的強度を有する。そのため、半導体チップ４０とインターポーザ５０との間、及びインターポーザ５０と回路基板６０との間の接合信頼性に優れる電子装置１Ａが実現される。

尚、半田７０及び半田８０には、同じ又は同等の組成のものを用いることができるほか、異なる組成のものを用いることもできる。
半田７０及び半田８０に同じ又は同等の組成のものを用いた場合には、半田７０及び半田８０の融点を同じ又は同等の温度にすることができる。そのため、半導体チップ４０とインターポーザ５０との接合工程及びインターポーザ５０と回路基板６０との接合工程の条件を統一化し、電子装置１Ａの製造の容易化を図ることが可能になる。

半田７０及び半田８０に異なる組成のものを用いた場合には、半田７０及び半田８０の融点を異なる温度にすることができる。そのため、後の接合工程で半田８０（又は半田７０）を形成する際、先の接合工程で形成された半田７０（又は半田８０）が溶融しないように、半田７０及び半田８０の融点（接合温度）を調整することが可能になる。これにより、例えば、隣接する半田接合部が狭ピッチ化されているような場合であっても、先の接合工程で形成された半田７０（又は半田８０）が後の接合工程で溶融、流動して短絡に至るといった事態を回避することが可能になる。

また、ここでは、半導体チップ４０、インターポーザ５０及び回路基板６０の接合を例示したが、上記同様にして、半導体チップ同士の接合、半導体パッケージ同士の接合、半導体チップと半導体パッケージの接合等、各種電子部品同士の接合を行うことができる。

従来、電子部品同士の接合には、電気的接続性に優れ、作業性が良好であり、生産性の高い半田材料が広く用いられている。近年では、環境への配慮からＰｂフリー半田材料が一般的となってきており、特にＳｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田材料が広く用いられている。このようなＰｂフリー半田材料は、Ｐｂを含有するものに比べて融点が高くなるため、接合時に半田材料を溶融させる際の温度も上昇し、例えば、半田材料を２００℃以上の温度でリフローして接合を行うことが広く行われている。しかし、半田材料の融点が上昇し、リフロー温度が上昇することで、半田接合部における応力が増大したり、接合する電子部品にその構成材料の熱膨張率に起因して反りが発生したりする等の問題が生じる場合がある。このような問題に対し、例えばＳｎとビスマス（Ｂｉ）を含むＳｎＢｉ共晶半田を用いると、リフロー温度を１８０℃程度まで低下させることができ、また、低温接合が可能になることで製造コストの削減も図ることが可能になる。

一方、様々な電子部品が実装されるサーバ等の高性能コンピュータは、今後更なる情報処理能力や伝送能力の向上が求められるが、既存の電気配線技術の延長では情報処理能力や伝送能力の向上に伴い、消費電力が増大してしまうという問題がある。この問題の対策の１つとして、光部品、光配線を用いる技術がある。光配線は電気配線と異なり、伝送速度を高めても伝送路上での損失を抑えることができるという利点があるため、高速伝送且つ省エネルギーを実現することが可能になる。しかし、光部品や光配線を適用する際に用いられる材料の耐熱性が低いという問題がある。例えば、光学接着剤のような材料は、一般的なリフロー温度よりも低い温度にガラス転移点を持つことが多く、リフローする時のような温度環境に曝してしまうと、光学接着剤が変質したり、それで固定していた光部品の位置ずれが生じたりすることがある。そのため、半田材料のほか、上記のような低耐熱性の材料も用いられるような電子装置の製造では、更なるリフロー温度の低下が求められる。

ＩｎＳｎ共晶半田は、融点が１１７℃程度で、ＳｎＢｉ共晶半田よりも更に融点が低く、リフロー温度を低下させることのできる材料の１つであるが、延性に優れる反面、機械的強度が低いため、半田接合部の信頼性を十分に確保することが難しい場合がある。

尚、その他の低融点半田材料として、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ系やＢｉ−Ｐｂ系、或いはＩｎとカドミウム（Ｃｄ）を含むＩｎ−Ｃｄ系等もあるが、いずれもＰｂやＣｄといった有害元素を含有するため、電子装置に用いる接合材料としては不向きである。ガリウム（Ｇａ）を含有させるという手法でも低融点化が見込めるものの、Ｇａを添加すると固相線温度が室温近傍まで落ちてしまい電子装置の動作環境で溶融してしまうため、やはり電子装置に用いる接合材料としては不向きである。

このような観点から、ＩｎＳｎ系半田材料について、その延性の低下を抑えつつ、機械的強度の向上を図ることが有効となる。
そこで、上記第１の実施の形態、第２の実施の形態で述べたような、ＩｎＳｎ半田にＡｇ及びＣｕを添加した半田材料を用いる。半田材料のＳｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕの組成は、前述のような所定の範囲とすることができる。この半田材料は、１０８℃〜１１７℃程度の低温域に融点を持つ。この半田材料をリフローすることによって、半田中にＩｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する相が微細に（例えば大きさが２μｍ以下といったサイズで）分散して含まれる構造を形成する。このような構造により、高い延性と機械的強度を併せ持つ半田接合部が実現され、低温接合が可能で且つ接合信頼性に優れる電子装置を実現することが可能になる。また、低温接合が可能なため、この半田材料は、低耐熱性の材料も用いられるような電子装置の製造にも好適に利用することができる。

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 第１電極と、
前記第１電極上に設けられた半田と、
前記半田中に分散して含まれ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する相と
を含むことを特徴とする電子装置。

（付記２） 前記相は、ＡｇＩｎ₂にＣｕが含有された構造を有することを特徴とする付記１に記載の電子装置。
（付記３） 前記相が含まれる前記半田は、４０重量％〜６５重量％のＩｎを含有することを特徴とする付記１又は２に記載の電子装置。

（付記４） 前記相が含まれる前記半田は、
Ｓｎと、
４０重量％〜６５重量％のＩｎと、
０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、
０．０１重量％〜１重量％のＣｕと
を含有することを特徴とする付記１又は２に記載の電子装置。

（付記５） 前記第１電極を備える第１電子部品と、
前記第１電極上に設けられ、前記相が含まれる前記半田と、
前記相が含まれる前記半田を通じて前記第１電極と電気的に接続された第２電極を備える第２電子部品と
を含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の電子装置。

（付記６） 第１電極上に、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する相が分散して含まれる半田を形成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） 前記相は、ＡｇＩｎ₂にＣｕが含有された構造を有す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。

（付記８） 前記相が含まれる前記半田は、４０重量％〜６５重量％のＩｎを含有することを特徴とする付記６又は７に記載の電子装置の製造方法。
（付記９） 前記相が含まれる前記半田は、
Ｓｎと、
４０重量％〜６５重量％のＩｎと、
０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、
０．０１重量％〜１重量％のＣｕと
を含有することを特徴とする付記６又は７に記載の電子装置の製造方法。

（付記１０） 前記第１電極上に、前記相が含まれる前記半田を形成する工程は、
前記第１電極上に、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する材料を配置する工程と、
前記材料を溶融後に凝固させることによって、前記相が含まれる前記半田を形成する工程と
を含むことを特徴とする付記６乃至９のいずれかに記載の電子装置の製造方法。

（付記１１） 前記第１電極上に、前記相が含まれる前記半田を形成する工程は、
第１電子部品に設けられた前記第１電極上に、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する材料を配置する工程と、
前記材料を溶融後に凝固させることによって、前記相が含まれる前記半田を形成する工程と、
前記第１電極を、前記相が含まれる前記半田を通じて、第２電子部品に設けられた第２電極と電気的に接続する工程と
を含むことを特徴とする付記６乃至９のいずれかに記載の電子装置の製造方法。

（付記１２） 前記第１電子部品の前記第１電極上に前記材料を配置する工程後に、前記材料に、前記第２電子部品の前記第２電極を接触させる工程を含み、
前記材料に前記第２電極を接触させる工程後、前記材料を溶融後に凝固させることによって、前記相が含まれる前記半田を形成すると共に、前記第１電極を、前記相が含まれる前記半田を通じて、前記第２電極と電気的に接続することを特徴とする付記１１に記載の電子装置の製造方法。

１，１Ａ，１０ａ 電子装置
１０，２０ 電子部品
１１，１１ａ，２１ 電極
３０，３０ａ，７０，８０ 半田
３０Ａ 半田ボール
３０Ｂ 半田ペースト
３１，３１ａ，７１，８１ ＩｎＳｎ含有相
３２，３２ａ，７２，８２ ＩｎＡｇＣｕ含有相
４０ 半導体チップ
４１，５２，６２ 配線
４２，５３，６３ ビア
４３，５４ａ，５４ｂ，６４ 電極層
４４，５５，６５ 保護膜
４５，５６ａ，５６ｂ，６６ バリアメタル層
５０ インターポーザ
５１，６１ 基板
６０ 回路基板
９１，９２，９３，９４ 界面層
１００ａ，１１０ａ，１２０ａ，１３０ａ Ｉｎが存在する領域
１００ｂ，１１０ｂ，１２０ｂ，１３０ｂ Ｓｎが存在する領域
１００ｃ，１１０ｃ，１２０ｃ，１３０ｃ Ａｇが存在する領域
１１０ｄ，１２０ｄ，１３０ｄ Ｃｕが存在する領域

Claims (7)

1. 第１電極と、
   前記第１電極上に設けられ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する半田と、
   前記半田中に分散して含まれ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する第１相と
   を含むことを特徴とする電子装置。
2. 前記第１相は、ＡｇＩｎ_２にＣｕが含有された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記第１相が含まれる前記半田は、
   Ｓｎと、
   ４０重量％〜６５重量％のＩｎと、
   ０．０１重量％〜５重量％のＡｇと、
   ０．０１重量％〜１重量％のＣｕと
   を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
4. 前記第１電極を備える第１電子部品と、
   前記第１電極上に設けられ、前記第１相が含まれる前記半田と、
   前記第１相が含まれる前記半田を通じて前記第１電極と電気的に接続された第２電極を備える第２電子部品と
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子装置。
5. 前記半田中に、Ｓｎ及びＩｎを含有する第２相が含まれ、
   前記第１相は、前記第２相中に分散して含まれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子装置。
6. 第１電極上に、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する半田を形成する工程を含み、
   前記半田中に、Ｉｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する第１相が分散して含まれることを特徴とする電子装置の製造方法。
7. 前記半田中に、Ｓｎ及びＩｎを含有する第２相が含まれ、
   前記第１相は、前記第２相中に分散して含まれ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。

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