JP2001102739A

JP2001102739A - チップ部品の実装方法

Info

Publication number: JP2001102739A
Application number: JP27338999A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Sumi; 貞幸角; Masahisa Niwa; 正久丹羽; Mitsuhiro Kani; 充弘可児; Takamasa Sakai; 孝昌酒井; Yasutaka Arii; 康孝有井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】耐冷熱衝撃性に優れ、信頼性の高いチップ部
品の実装方法を提供する。【解決手段】チップ部品３を基板４に実装するにあた
って、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａによって
チップ部品３の電極３ａと基板４の電極４ａとを半田付
けする。次に、この半田材料１ａにより形成されたフィ
レット部１１ａ表面にコーティング剤２を塗布する。Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａは、伸びや引っ張
り強度が強く、フィレット部１１ａの接合強度が高まっ
て、耐冷熱衝撃性が向上する。また、フィレット部１１
ａ表面に塗布されるコーティング剤２によって、フィレ
ット部１１ａに生ずる応力を吸収することができる。さ
らに、フィレット部１１ａ表面の酸化等の変質の影響を
緩和することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップ部品をパッ
ケージにアセンブリすることなく、回路パターンを形成
した基板上に直接搭載するベアチップ実装において、チ
ップ部品を基板へ実装する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ベアチップを直接基板に搭載・接続する
基本技術には、ワイヤボンディング方式、ＴＡＢ方式、
フリップチップボンディング方式がある。これらの方式
の中で、フリップチップボンディング方式は、最も実装
エリアを小さく、且つ最も薄型実装を可能とするなどの
特徴を有している。それにもかかわらず、現在、本方式
が採用されているのは、大型コンピュータや車載用など
の高信頼性を要求される分野に限られている。この最大
の理由は、チップ部品と基板との熱膨張係数の差が大き
くなると、熱サイクル時における接合部の信頼性に支障
をきたすことになるため、低熱膨張係数を有するセラミ
ック基板あたりまでが実用化対象領域と考えられてきた
ためである。

【０００３】また、現在、フリップチップボンディング
方式によってチップ部品と基板とを接合する半田として
は、Ｓｎ−Ｐｂ系の共晶半田が主として使用されてい
る。その理由としては、この共晶半田が低融点を有し、
加工が容易であることが挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図３に示す
ように、Ｓｎ−Ｐｂ系の共晶半田１ｂによって形成され
たフィレット部１１ｂは、特に湿気の多い環境下では、
Ｐｂが腐食されて組成変化が起こり、亀裂５が生ずるこ
とがあった。尚、図３において、３はチップ部品、４は
基板であり、チップ部品３の電極３ａ及び基板４の電極
４ａは、実際寸法では共に薄いため、同図中では省略し
ている。

【０００５】また、エポキシ等の導電性接着剤を接合材
料として用いる場合もあるが、上記の問題を解決するに
は至っていない。

【０００６】そのため、フリップチップボンディング方
式によってチップ部品３と基板４とをＳｎ−Ｐｂ系の共
晶半田１ｂを用いて接合したとしても、高温多湿下にお
けるフィレット部１１ｂでは、既述したようなチップ部
品３と基板４との熱膨張係数の差に起因する熱サイクル
時の接合部の応力を吸収することは困難であった。特
に、エンジンルーム内に設置されるデバイスのチップ部
品３やその他部品は、このような高温雰囲気下や冷熱衝
撃環境下におかれるものである。

【０００７】そこで、Ｓｎ−Ｐｂ系の共晶半田の腐食を
防止して、熱サイクル時において生ずる応力を吸収する
ことができるように、フィレット部を含めてチップ部品
の周囲にコーティング剤を塗布することが行われてい
る。

【０００８】しかしながら、フィレット部及びチップ部
品の周囲を覆うようにコーティングを行うと、熱サイク
ル時の応力がコーティング剤と基板との接着界面に集中
するため、コーティング剤が基板から剥離し易くなる。
すると、コーティング剤は連鎖的にフィレット部からも
剥離するおそれがあり、フィレット部が外気に露出され
て腐食されることとなる。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、チップ部品と基板との接合強度を高めたチップ部
品の実装方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
チップ部品の実装方法は、チップ部品３を基板４に実装
するにあたって、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１
ａによってチップ部品３の電極３ａと基板４の電極４ａ
とを半田付けすると共に、この半田材料１ａにより形成
されたフィレット部１１ａ表面にコーティング剤２を塗
布することを特徴とするものである。

【００１１】また請求項２の発明は、チップ部品３の２
箇所の電極３ａと基板４の２箇所の電極４ａを各々独立
して半田付けすると共に、半田付けされて形成された２
箇所のフィレット部１１ａにコーティング剤２を各々独
立して塗布することを特徴とするものである。

【００１２】また請求項３の発明は、コーティング剤２
として熱硬化型液状エポキシ樹脂を用いることを特徴と
するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１４】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形
態の一例を示しているが、チップ部品の電極及び基板の
電極は、実際寸法では共に薄いため、同図中では省略し
ている。実際には、図２（ａ）に示すように、チップ部
品３には電極３ａが、基板４には銅箔等の回路パターン
で形成される電極４ａが、それぞれ設けられている。す
なわち、同図において、３はチップ部品、４ｂはアルミ
ニウム等で形成される基材、４ｃはエポキシ樹脂等で形
成される絶縁層、４ｄはソルダーレジストであって、図
２（ｂ）に示すように、基板４は、基材４ｂ、電極４
ａ、絶縁層４ｃ、ソルダーレジスト４ｄ等から成る。

【００１５】まず、図２に示すように、チップ部品３の
電極３ａと基板４の回路パターンで形成される電極４ａ
とを対向させる。次に、図１（ａ）に示すように、Ｓｎ
−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａによって、電気的及
び機械的にチップ部品３と基板４とを接合させる。チッ
プ部品３には、図示省略しているが、２箇所に電極３ａ
が設けてあり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａ
は、この２箇所に施されるものである。

【００１６】ここで、チップ部品３としては、主として
ＭＯＳ−ＦＥＴ等のトランジスタやコンデンサを意味す
るものであるが、特に制限されるものではない。

【００１７】また、基板４の基材４ｂとしては、特に制
限されるものではないが、アルミニウム板や低熱膨張係
数を有するセラミック板を使用するのが好ましい。

【００１８】また、チップ部品３と基板４との接合に
は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａを用いるも
のであって、この半田材料１ａにおける各金属の重量組
成は、Ｓｎを１００重量部とすると、Ａｇは３〜４重量
部、Ｃｕは０．５〜１重量部であることが好ましい。

【００１９】ここで、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材
料１ａは、Ｐｂフリー半田の一種として知られている。
近年、電子機器等の廃棄物から溶出するＰｂが、自然環
境に深刻な影響を及ぼしているが、このＳｎ−Ａｇ−Ｃ
ｕ系合金の半田材料１ａは、Ｓｎ−Ｐｂ系の共晶半田１
ｂの代替物となり得るものであって、環境問題対策に極
めて有効である。しかも、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半
田材料１ａは、Ｓｎ−Ｐｂ系の共晶半田１ｂよりも伸び
や引っ張り強度が強く、耐冷熱衝撃用半田材料としても
適している。従って、チップ部品３を基板４に接合する
半田付けの半田材料に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田
材料１ａを用いることで、この半田材料１ａにより形成
されたフィレット部１１ａの接合強度が高まるものであ
る。

【００２０】また、図１（ｂ）は、チップ部品３が基板
４に実装された様子を上方から見た平面図を示してい
る。

【００２１】次に、図１（ｃ）に示すように、Ｓｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａによって形成されたフィ
レット部１１ａの全表面を覆うようにコーティング剤２
を塗布する。

【００２２】また、図１（ｄ）は、図１（ｂ）と同様に
チップ部品３が基板４に実装された様子を上方から見た
平面図を示しているが、図１（ｂ）との違いは、フィレ
ット部１１ａにコーティング剤２を塗布していることで
ある。

【００２３】そして、コーティング剤２をフィレット部
１１ａに塗布することによって、熱サイクル時におい
て、チップ部品３と基板４との熱膨張係数の差から生ず
るフィレット部１１ａへの応力集中を緩和すると共に、
フィレット部１１ａが外気から保護されることとなるの
で、フィレット部１１ａの表面部の酸化による半田組織
の劣化を防止することができるものである。

【００２４】ここで、コーティング剤２は、図１（ｃ）
及び（ｄ）に示すように、２箇所に施される各Ｓｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａのフィレット部１１ａに
各々独立して塗布することが好ましい。但し、コーティ
ング剤２がフィレット部１１ａから少しはみ出して、フ
ィレット部１１ａの近傍で基板４を覆っていても構わな
い。

【００２５】このように、コーティング剤２を２箇所の
フィレット部１１ａに各々独立して塗布することによっ
て、基板４に対するコーティング剤２の接着面積が小さ
くなり、コーティング剤２と基板４との接着界面に応力
が集中することを避けることができると共に、フィレッ
ト部１１ａに生ずる応力を吸収することができるもので
ある。従って、チップ部品３と基板４との接合部の耐冷
熱衝撃性が向上するものである。

【００２６】また、コーティング剤２の成分としては、
特に制限されるものではないが、無溶剤型の熱硬化型液
状エポキシ樹脂を使用するのが好ましい。

【００２７】このことによって、コーティング剤２から
のアルコールやシンナー等を主とする揮発性物質の発生
を抑制し、チップ部品３の周囲の配線部の腐食を最小限
にすることができる。その上、コーティング剤２の塗布
には、金型等を使用する必要がないので、コーティング
剤２に離型剤等の不純物を添加する必要がないものであ
る。

【００２８】さらに、上記の方式で実装されるチップ部
品３と他の半導体ベアチップとが、同一基板に実装され
て混合実装基板を形成する場合、このコーティング剤２
は、半導体ベアチップの封止樹脂としても適用可能であ
る。つまり、上記の方式で実装されるチップ部品３のフ
ィレット部１１ａへコーティング剤２を塗布すること
と、半導体ベアチップをコーティング剤２によって封止
することとを同時に行い、引き続き、両者のコーティン
グ剤２を同時に硬化させることが可能であるため、工程
の合理化を図ることができるものである。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００３０】（実施例）チップ部品３には、トランジス
タを用い、基板４の基材４ｂには、アルミニウム板を用
いた。

【００３１】上記のチップ部品３と基板４とを、Ｓｎ−
Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａを用いて図１（ａ）及
び（ｂ）のように接合した。接合箇所は、図１（ａ）及
び（ｂ）に示すように、２箇所とした。ここで、用いた
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１ａにおける各金属
の重量組成は、Ｓｎが９５．７５重量％、Ａｇが３．５
重量％、Ｃｕが０．７５重量％である。

【００３２】次に、上記のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半
田材料１ａによって形成された２箇所のフィレット部１
１ａに、図１（ｃ）及び（ｄ）のようにコーティング剤
２を２箇所独立して塗布した。ここで、コーティング剤
２には、松下電工社製熱硬化型液状エポキシ樹脂「ＣＶ
５１７６Ａ」を用いた。

【００３３】上記の方法によって得られたチップ部品実
装基板のサンプルについて、冷熱衝撃試験を行った。す
なわち、サンプルを−４０℃と１２０℃の温度下に各２
０分間、交互に放置する操作を繰り返して、断面観察及
び外面観察を行った。その結果、−４０℃と１２０℃の
温度下に、各３０００回放置しても全く亀裂は見られ
ず、かつ導通不良もなかった。

【００３４】（比較例）実施例と同じチップ部品３及び
基板４を用いた。

【００３５】上記のチップ部品３と基板４とを、上記の
半田材料１ａを用いて接合した。接合箇所は、図１
（ａ）に示すように、２箇所とした。但し、形成された
２箇所のフィレット部１１ａには、いずれもコーティン
グ剤２は塗布しなかった。

【００３６】上記の方法によって得られたチップ部品実
装基板のサンプルについて、実施例と同様の試験を行っ
た。その結果、−４０℃と１２０℃の温度下に、各１０
００回放置すると、亀裂が見られたり、導通不良が生じ
たりした。

【００３７】従って、上記から明らかなように、実施例
のものは、比較例のものよりも耐冷熱衝撃性が向上して
いるものであった。

【００３８】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係るチ
ップ部品の実装方法は、チップ部品を基板に実装するに
あたって、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料によって
チップ部品の電極と基板の電極とを半田付けすると共
に、この半田材料により形成されたフィレット部表面に
コーティング剤を塗布するようにしたので、Ｓｎ−Ａｇ
−Ｃｕ系合金の半田材料は、伸びや引っ張り強度が強
く、フィレット部の接合強度が高まって、耐冷熱衝撃性
が向上すると共に、フィレット部表面に塗布されるコー
ティング剤によって、フィレット部に生ずる応力を吸収
し、さらに、フィレット部表面の酸化等の変質の影響を
緩和することができるものである。

【００３９】また請求項２の発明は、チップ部品の２箇
所の電極と基板の２箇所の電極を各々独立して半田付け
すると共に、半田付けされて形成された２箇所のフィレ
ット部にコーティング剤を各々独立して塗布するように
したので、コーティング剤と基板との間に応力が集中す
ることを避けることができると共に、フィレット部に生
ずる応力を吸収することができるものである。

【００４０】また請求項３の発明は、コーティング剤と
して熱硬化型液状エポキシ樹脂を用いるので、無溶剤型
の熱硬化型液状エポキシ樹脂は、アルコールやシンナー
等の溶剤が不要であって、揮発性物質の発生を抑制する
ことができ、チップ部品周囲の配線部の腐食を最小限に
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示し、（ａ），
（ｃ）はチップ部品実装基板の断面図であり、（ｂ），
（ｄ）はチップ部品実装基板の平面図である。

【図２】（ａ）はチップ部品及び基板の断面図であり、
（ｂ）は基板の一部拡大した断面図である。

【図３】従来例のチップ部品実装基板の断面図である。

【符号の説明】

１ａＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料１１ａフィレット部２コーティング剤３チップ部品３ａチップ部品の電極４基板４ａ基板の電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者可児充弘大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者酒井孝昌大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者有井康孝大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 5E314 AA25 AA32 BB05 BB11 CC01 DD06 FF01 GG08 GG09 5E319 AA03 AB05 AC01 BB01 BB11 CC33 CD25 GG11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ部品を基板に実装するにあたっ
て、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金の半田材料によってチップ
部品の電極と基板の電極とを半田付けすると共に、この
半田材料により形成されたフィレット部表面にコーティ
ング剤を塗布することを特徴とするチップ部品の実装方
法。
【請求項２】チップ部品の２箇所の電極と基板の２箇
所の電極を各々独立して半田付けすると共に、半田付け
されて形成された２箇所のフィレット部にコーティング
剤を各々独立して塗布することを特徴とする請求項１に
記載のチップ部品の実装方法。
【請求項３】コーティング剤として熱硬化型液状エポ
キシ樹脂を用いることを特徴とする請求項１又は２に記
載のチップ部品の実装方法。