JP2000323511A

JP2000323511A - 面実装用接続部材

Info

Publication number: JP2000323511A
Application number: JP11131222A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakajima; 高士中島
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】熱膨張係数差を有する電子部品と実装基板と
を接合して形成された電子装置に加わる熱サイクルの繰
り返し応力を吸収し、耐熱応力特性を向上させることの
できると共に、機械的、電気的な接続性に優れた面実装
用接続部材の構造を提供することにある。【構成】本発明の面実装用接続部材は、粘ちゅう性フ
ラックス、半田粉末、及び耐熱性軟質樹脂とのペースト
状の混合物を混練りした構成とされている。前記構成の
面実装用接続部材を加熱することにより、粘ちゅう性フ
ラックスを気化させると共に、半田粉末を溶融して形成
された半田メタル内に耐熱性軟質樹脂粉末が分散した海
綿状態のフレックス半田メタルを形成して実装すること
にあり、これによって、電子部品と実装基板との間の熱
膨張係数差に起因する繰り返し応力を吸収する応力緩衝
接続部材として機能させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面実装用接続部材
に係る。特に、電子部品と実装基板との間に介在して電
気的導通回路を形成する面実装用接続部材の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子部品と実装基板との実装に
は、電子部品、実装基板のいずれか一方又は両方にペー
スト状の面実装用接続部材の一例であるクリーム半田が
一般的に使用されている。

【０００３】そして、前記クリーム半田６０は、粘ちゅ
う性フラックス６１に半田粉末６２を混ぜ合わせたペー
スト状の混合物で構成されたものである（図４参照）。

【０００４】続いて、前記クリーム半田６０を、電子部
品の一例である半導体集積回路チップ６３と実装基板６
８（図６参照）との間に介在して電気的導通回路を形成
して実装されるフリップチッブ実装方式（ワイヤレスボ
ンデング方式）に適用した従来の一実施例について説明
する。ここで、図４は電子部品の一例である半導体チッ
プの電極パット上に堆積されたクリーム半田バンプを示
す断面図、図５はクリーム半田を加熱溶融して形成され
た半田メタル・バンプを示す断面図、図６は半導体集積
回路チップと実装基板との間に半田メタルを形成して接
続された実装状態を示す平面図である。

【０００５】まず、図４においては、半導体集積回路チ
ップ６３の主面に形成された複数の電極パッド６４に、
例えば、スクリーン印刷法を用いて、前記クリーム半田
６０を堆積してクリーム半田・バンプ６５を形成する。
ここで、６７は、アルミ電極６６上に形成されたバリア
メタルであり、該バリアメタル６７は、例えば、Ｃｒ層
６７ａ、Ｃｕ層６７ｂ、Ａｕ層６７ｃから成る構成とさ
れている

【０００６】次に、図５においては、半導体集積回路チ
ップ６３の複数の電極パッド６４に形成されたクリーム
半田・バンプ６５（図４参照）を、リフロー炉内で加熱
することにより、クリーム半田・バンプ６５を構成する
フラックス分を気化させると共に、半田粉末を溶融・硬
化させて半導体チップ６３の複数の電極パッド６４に半
田メタル・バンプ６５ａが形成される。

【０００７】次に、図６においては、半導体集積回路チ
ップ６３の複数の電極パッド６４のそれぞれに形成され
た前記半田メタル・バンプ６５ａを、これらに対応する
実装基板６８のそれぞれのボンディング・ランド６９に
位置合せし、これらをリフロー炉内で加熱することによ
り、前記半田メタル・バンプ６５ａが再溶融し、半導体
集積回路チップ６３と実装基板６８とが半田メタル６５
ｂを介して半田融合して電気的導通回路を形成して実装
される。いわゆるフリップチップ接続方式（ワイヤレス
ボンデング方式）が提案され、特定用途に大量に使用す
る場合や超高密度実装が要求されるところに最適な方法
として実用化されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示すように、半導体集積回路チップ６３と実装基板６８
との電気的接続に用いる前記クリーム半田６０は、半田
粉末６２が５０体積％、残余の主体が粘ちゅう性フラッ
クス６１を混ぜ合わせたペースト状の混合物で構成され
ており、半導体集積回路チップ６３と実装基板６８との
電気的接続には、リフロー用電気炉で半田粉末を溶融さ
せると共に、フラックス成分を気化させて半田付を完了
させる。この場合、再溶融後の半田は再結晶化現象を伴
い組織脆性化を引き起こす。この現象が耐熱応力特性を
低下させる。この組織脆性化を防ぐために他の元素を添
加して再結晶化を低下させる手段を行っているが、進行
を遅らせる効果はあるものの再結晶化がなくならないた
め、この半田構造では耐熱応力特性が低いという問題が
あった。

【０００９】更に、半導体集積回路チップ６３と実装基
板６８とを狭い間隔で対向させ、直径が数十μｍの半田
メタル・バンプ６５ａを溶融し、半田メタル６５ｂを形
成して機械的に固着しているため、半導体集積回路チッ
プ６３と実装基板６８とが熱膨張係数差を有するため、
熱サイクルに伴う応力が発生し、この応力の逃げ場がな
く、半田メタル６５ｂの接続基部に集中し、半田メタル
６５ｂの基部に脆性破壊６９が生じて電気的接続を損な
うと共に、半導体集積回路チップをも破壊する場合が生
じるという問題があった。

【００１０】この問題を抑制するために、半導体集積回
路チップ６３と実装基板６８との間に、図示していな
い、可撓性基板を介在させるか、アンダ・フィル樹脂で
補強するか、半田バンプを高く形成することも一部行わ
れているがいずれも容積の増大や実装コストを増加させ
るという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、熱膨張係数差を有する電
子部品と実装基板とを接合して形成された電子装置に加
わる熱サイクルの繰り返し応力を吸収し、耐熱応力特性
を向上させると共に、接続部の塑性変形、延性破壊及び
脆性破壊を防止し、機械的、電気的な接続に優れた面実
装用接続部材を提供することにある。

【００１２】更に、本発明の他の目的は、電子部品を実
装基板に実装した電子装置の薄型化に対応するこのでき
る面実装用接続部材を提供することにある。

【００１３】更に、本発明の他の目的は、従来の表面実
装技術を用いて、半導体チップや半導体パッケージなど
の実装コストを低減することかできる電子部品の面実装
用接続部材を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するためになされたもので、請求項１記載の面実装
用接続部材は、半導体チップや半導体パッケージなどの
電子部品と実装基板との間に介在し、これらを電気的に
接続して電気的導通回路を形成する面実装用接続部材に
あって、前記面実装用接続部材は、半田粉末が２５〜５
０体積％、及び半田溶融温度よりも高く、且つ弾性率の
高い耐熱性樹脂粉末が１５〜２５体積％、及び残部の主
体が粘ちょう性フラックスから成る混合物を混練りした
クリーム状に構成されており、そして接合状態では、電
子部品と実装基板との間に前記耐熱性樹脂粉末が溶融し
た半田メタル内に分散して海綿状態のフレックス性半田
メタルを形成することを特徴するものである。

【００１５】また、請求項２記載の面実装用接続部材
は、請求項１記載の面実装用接続部材にあって、前記耐
熱性樹脂粉末は、ヤング率の低いスチレン系樹脂粉末、
又はベンゾグワナミン系樹脂粉末から選択され、その外
形が０．５μｍｍ以上で３μｍｍ未満の球体形状である
ことを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項３記載の面実装用接続部材
は、請求項２記載の面実装用接続部材にあって、前記耐
熱性軟質樹脂粉末は、その表面が導電性薄膜で被覆され
ていることを特徴とするものである。

【００１７】また、請求項４記載の面実装用接続部材
は、請求項３記載の面実装用接続部材にあって、前記導
電性薄膜は、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の導電性金属からなることを特徴とす
るものである。

【００１８】上記のように構成された面実装用接合部材
では、前記耐熱性樹脂粉末として、その外形が０．５μ
ｍｍ以上で３μｍｍ未満の球体形状で、弾性率の高い球
体形状の耐熱性スチレン系樹脂、又はベンゾグワナミン
系樹脂が１５〜２５体積％、前記半田粉末が２５〜５０
体積％、残余の主体が粘ちゅう性フラックスからなる混
合物を混練りしたペスト状のフレックス性クリーム半田
を形成しているので、リフロー炉内で加熱することによ
り、前記半田粉末が加熱溶融されて硬化した後は、半田
メタル中に球体状の前記耐熱性樹脂粉末が海綿状態に分
散し、弾力性が付加されたフレックス半田メタルを形成
して実装される。従って、実装状態では、電子部品と実
装基板との間隔が狭くても半田メタル中に海綿状態に分
散した前記耐熱性樹脂粉末が熱サイクルによって生じる
応力を吸収するので、従来のような脆性破壊や延性破壊
を生じることがなくなり耐応力特性を向上させることが
できる。

【００１９】また、前記耐熱性樹脂粉末の表面を半田と
濡れ性の良い導電性めっきで被覆されているので、前記
半田粉末と前記耐熱性樹脂粉末との比重がバランスし、
粘ちゅう性フラックス中に前記半田粉末と前記耐熱性樹
脂粉末とが均一に分散したフレックス性クリーム半田が
形成される。そして、実装状態では前記半田メタルと前
記耐熱性樹脂粉末の良好な結合が維持されたフレックス
性半田メタルが形成される。

【００２０】ここで、前記半田粉末は全体の２５〜５０
体積％の範囲で構成されているので、接続状態では、前
記耐熱性樹脂粉末の弾力性を低下させることなく前記半
田メタルの導電性を維持することができる。

【００２１】また、前記耐熱性樹脂粉末は、１５体積％
〜２５体積％の範囲で構成されているので、接続状態で
は、前記半田メタルの導電性を低下させることなく前記
耐熱性樹脂粉末の弾力性を維持することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る面実装用接
続部材の構成と半導体集積回路チップに形成されたフレ
ックス性クリーム半田・バンプを示す断面図、図２は本
発明の一実施の形態に係る面実装用接続部材を加熱溶融
して形成されたフレックス性半田メタル・バンプを示す
断面図、図３本発明の一実施の形態に係る面実装用接続
部材を用いた半導体集積回路チップと実装基板との実装
状態を示す断面図である。

【００２３】図１に示すように、本発明の実施の形態に
係る面実装用接続部材１０は、半田粉末１１が３５体積
％、及び半田溶融温度よりも高く、且つ弾性率の高い耐
熱性樹脂粉末１２が２５体積％、及び残余の主体が粘ち
ゅう性フラックス１３から成る混合物を混練りして形成
された構成のフラックス性クリーム半田１４である。図
１において、白丸は半田粉末１１を、黒丸は耐熱性樹脂
粉末１２を、その他の部分はフラックス１３を示す。さ
らに、１２ａは導電性薄膜である。

【００２４】また、耐熱性樹脂粉末１２は、例えば、半
田粉末１１の溶融温度よりも高く、且つヤング率の低い
スチレン系樹脂、ベンゾグワナミン系樹脂から選択され
た弾力性を有する耐熱性樹脂であって、その外形が０．
５μｍｍ以上で、３μｍｍ未満（好ましくは、２μｍｍ
以下）の球体形状の弾性微粒子から成り、その表面に
は、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｎｉ等の導電性金属から選択された一つが直接又は
下地層を介して無電解メッキで形成された導電性薄膜１
２ａで被覆されている。このように、半田粉末１１と濡
れ性のよい導電性薄膜１２ａで被覆することによって、
半田粉末１１と耐熱性樹脂粉末１２との比重がバランス
し、粘ちゅう性フラックス１３中に半田粉末１１と耐熱
性樹脂粉末１２とが均一に分散したフレックス性クリー
ム半田１４を形成することができる。

【００２５】続いて、図１、図２、図３を参照しつつ本
発明の一実施の形態に係る面実装用接続部材の一例であ
るフレックス性クリーム半田１４を用いて半導体集積回
路チップ１５と実装基板１６との接続について説明す
る。

【００２６】まず、図１を参照しつつ、フラックス性ク
リーム半田バンプ１８の形成について説明する。図にお
いては、半導体集積回路チップ１５の電極パッド１７の
上に、メタルマスクを用いたスクリーン印刷法により、
前記フラックス性クリーム半田１４を所定の厚みに堆積
することによってフラックス性クリーム半田バンプ１８
を形成することができる。ここで、１９は、アルミ電極
２０上に形成されたバリアメタルであり、該バリアメタ
ル１９は、例えば、Ｃｒ層２１、Ｃｕ層２２、Ａｕ層２
３から成る構成とされている。２４はパッシベーション
層を示し、このフラックス性半田バンプ１８は実装基板
１６のボンディング・ランド２５に符合している。

【００２７】次に、図２を参照しつつ、フレックス性半
田メタル・バンプ２６の形成について説明する。図にお
いては、前記フラックス性クリーム半田バンプ１８が形
成された半導体集積回路チップ１５をリフロー炉で加熱
することにより、前記フラックス性クリーム半田バンプ
１８を構成するフラックス１３を気化させると共に、前
記半田粉末１１が溶融されて、図２に示す半導体集積回
路チップ１５の電極パッド１７上に形成された半田メタ
ル１１ａ内に弾性率の高いスチレン系樹脂、又はベンゾ
グワナミン系樹脂が海綿状に分散したフレックス性半田
メタル・バンプ２６が形成される。

【００２８】次に、図２を参照しつつ、半導体集積回路
チップ１５を実装基板１６との接合について説明する。
図においては、半導体集積回路チップ１５を実装基板１
６に搭載する場合には、前記フラックス性半田メタル・
バンプ２６が形成された半導体集積回路チップ１５の電
極パッド１７を実装基板１６のボンディング・ランド２
５に整合する位置にフラックスを介して配置し、リフロ
ー炉内で整合状態で加熱し、フラックスを気化させると
共に、フレックス性半田メタル・バンプ２６を再溶融
し、図２に示すように、半導体集積回路チップ１５の電
極パッド１７と実装基板１６のボンディング・ランド２
５との間に半田メタル１１ａ中にヤング率の低い耐熱性
樹脂１２の一例であるスチレン系樹脂、又はベンゾグワ
ナミン系樹脂が分散した弾力性を有する海綿状のフレッ
クス性半田メタル２７を形成して実装される。

【００２９】以上本発明の面実装用接続部材の一例であ
るフレックス性クリーム半田を用いて半導体集積回路チ
ップと実装基板との接合に、半導体集積回路チップにフ
レックス性クリーム半田を堆積する場合ついて説明した
が、実装基板、又は半導体集積回路チップと実装基板の
両方にフレックス性クリーム半田を堆積して実装するこ
とも可能である。更に、半導体集積回路チップ、実装基
板の一方にフレックス性半田メタル・バンプを形成し、
他方にフレックス性クリーム半田バンプを形成して実装
することもでる。更に、フレックス性半田メタルバンプ
を形成して接合する場合について説明したが、フレック
ス性クリーム半田を半導体集積回路チップと実装基板と
の間に堆積し、リフローを行いフレックス性半田メタル
を形成して半導体集積回路チップと実装基板とを直接実
装することも可能である。

【００３０】本発明の特徴とするところは、面実装用接
続部材が粘ちゅう性フラックス、半田粉末、及び耐熱性
樹脂とのペースト状の混合物を混練りした構成とされて
おり、前記面実装用接続部材を加熱することにより、前
記粘ちゅう性フラックスを気化させると共に、前記半田
粉末を溶融して形成された半田メタル内に前記耐熱性樹
脂粉末が分散した海綿状態のフレックス半田メタルを形
成して接合することにあり、前記耐熱性樹脂の一例であ
るスチレン系樹脂、又はベンゾグワナミン系樹脂を用い
ることにより、電子部品と実装基板との間の熱膨張係数
差に起因する繰り返し応力を吸収し、耐応力特性の高い
応力緩衝接続部材として機能させることができる。従っ
て、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他
の色々な型で実施することができる。そのため、前述の
実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解
釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に
よって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束
されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する
変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

【００３１】例えば、本発明の面実装用接続部材の一例
であるフレックス性クリーム半田は、図示していない、
ＳＯＮ（スモール・アウトライン・ノンリード）型、Ｑ
ＦＮ（クワッド・フラット・ノンリード）型、ＢＧＡ
（ボール・グリッド・アレイ）型、ＬＧＡ（ランド・グ
リッド・アレイ）型等の半導体装置の外部接続端子ラン
ドに予め外部接続端子を形成するプリコート処理にも適
用できる。更に、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）
型の半導体バッケージの外部接続端子となる半田ボール
の形成にも用いることができる。

【００３２】

【発明の効果】上記、請求項１〜４記載の電子部品の面
実装用接続部材においては、面実装用接続部材は、フラ
ックス、半田粉末、及びヤング率の低いスチレン系、又
はベンゾグワナミン系の耐熱性樹脂粉末を含む混合物を
主体として構成されているので、この面実装用接続部材
をリフローすることにより、半田粉末が溶融した半田メ
タル内にヤング率が低い前記耐熱性樹脂粉末が分散した
海綿状態となり、フレックス性を有する半田メタルが形
成され、熱サークルによって生じる電子部品とプリント
基板との熱膨張係数差による応力を、弾性率の高いスチ
レン系、又はベンゾグワナミン系の耐熱性樹脂粉末によ
って吸収することができ、耐熱応力特性がを向上させる
ことができる。その結果として、耐熱応力特性が向上す
るので、電子部品と実装基板との熱膨張係数差のあるＣ
ＳＰ型、ＦＣ型等のパッケージの大型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る面実装用接続部材
の構成と半導体集積回路チップに形成されたフレックス
性クリーム半田・バンプを示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係る面実装用接続部材
で形成されたフレックス性半田・バンプを加熱溶融して
形成されたフレックス性半田メタル・バンプを示す断面
図である。

【図３】本発明の一実施の形態に係る面実装用接続部材
を用いた半導体集積回路チップと実装基板との接合状態
を示す断面図である。

【図４】従来の実施の形態に係る面実装用接合部材の構
成、及び半導体集積回路チップに形成されたクリーム半
田・バンプを示す断面図である。

【図５】従来の実施の形態に係るクリーム半田・バンプ
を加熱溶融して形成された半田メタル・バンプを示す断
面図である。

【図６】従来の実施の形態に係る半導体集積回路チップ
と実装基板との接合状態を示す平面図である。

【符号の説明】

１０面実装用接続部材１１半田粉末１１ａ半田メタル１２耐熱性軟質樹脂粉末１２ａ導電性薄膜１３粘ちゅう性フラックス１４フラックス性クリーム半田１５半導体集積回路チップ１６実装基板１７電極パッド１８フラックス性クリーム半田バンプ１９バリアメタル２０アルミ電極２１Ｃｒ層２２Ｃｕ層２３Ａｕ層２４パッシベーション層２５ボンディング・ランド２６フレックス性半田メタル・バンプ２７フレックス性半田メタル２８カバーレジスト６０クリーム半田６１粘ちゅう性フラックス６２半田粉末６３半導体集積回路チップ６４電極パッド６５クリーム半田・バンプ６５ａ半田メタル・バンプ６５ｂ半田メタル６６アルミ電極層６７バリアメタル層６７ａＣｒ層６７ｂ、Ｃｕ層６７ｃ、Ａｕ層６８実装基板６９クラック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップや半導体パッケージなどの
電子部品と実装基板との間に介在し、これらを電気的に
接続して電気的導通回路を形成する面実装用接続部材に
おいて、前記面実装用接続部材は、半田粉末が２５〜５０体積
％、及び半田溶融温度よりも高く、且つ弾性率の高い耐
熱性樹脂粉末が１５〜２５体積％、及び残部の主体が粘
ちょう性フラックスから成る混合物を混練りしてクリー
ム状に構成されており、そして接合状態では、電子部品
と実装基板との間に前記耐熱性樹脂粉末が溶融して形成
された半田メタル内に分散して海綿状態のフレックス性
半田メタルを形成することを特徴する面実装用接続部
材。
【請求項２】前記耐熱性樹脂粉末は、ヤング率の低い
スチレン系樹脂粉末、又はベンゾグワナミン系樹脂粉末
から選択され、その外形が０．５μｍｍ以上で３μｍｍ
未満の球体形状であることを特徴とする請求項１記載の
面実装用接続部材。
【請求項３】前記耐熱性樹脂粉末は、その表面が導電
性薄膜で被覆されていることを特徴とする請求項２記載
の面実装用接続部材。
【請求項４】前記導電性薄膜は、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、
Ｐｂ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の導電性金属か
らなることを特徴とする請求項３記載の面実装用接続部
材。