JP2002329738A - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
含有する合金系の表面処理によって電子部品の電気接触
部を形成するとともに、この電気接触部の接触抵抗が小
さい、例えばBGAチップのような電子部品及びその製造
方法を提供することにある。 【解決手段】 この発明の電子部品(例えばBGAチップ
1)は、他の電子部品の接触部8と接触させることによ
って電気的に導通する電気接触部4を有し、該電気接触
部4はSnとAgを含有するPbフリーの合金層10を具え、か
つ、該合金層10の、少なくとも前記他の電子部品の接触
部8と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含有率の
高いSnリッチ層11を形成してなることを特徴とする。
Description
l Grid Array)チップのような電子部品及びその製造方
法に関するものであり、より詳細には、環境上の問題と
なるPbを含有せず、SnとAgを含有する合金系の表面処理
によって電子部品の接触端子である電気接触部を形成す
るとともに、従来のSn−Pb系の表面処理によって形成し
た電子部品の電気接触部に比べて接触抵抗を低減する。
略半球状に形成した電気接触部を格子状に配置したBGA
チップを、ソケットコネクタに着脱自在に装着して、ソ
ケットコネクタの基板の導体上に設けた接触部とBGAチ
ップの電気接触部とを接触させ、これによって、電気的
に導通するように構成したものがある。
クスと再配線層である軟質樹脂基板等からなり、この軟
質樹脂基板の片面側のランド上に、62mass %Sn−38mass
%Pbの組成比になる共晶はんだや、85mass%Sn−15mass%P
bの組成になるはんだを複数個載置した後、リフロー処
理することによって電気接触部を形成したものであり、
各電気接触部は、電気的に導通できるようにするため、
ソケットコネクタの基板の導体上に設けた複数個の接触
部のそれぞれと接触させるのが一般的である。
あり、このPbを含む製品が不要になって屋外廃棄する必
要が生じた場合、酸性雨等の水溶液中にPbが溶出するこ
とになり、この溶出したPbが、地球環境の汚染や生物へ
の悪影響を及ぼす等の問題が深刻化する傾向にあること
から、Pbを含有するSn−Pb系の表面処理(例えば、Sn−
Pbはんだ)を施した電気接触部を使用することは、環境
上の問題から好ましくない。
ケットコネクタに対しBGAチップを繰返し着脱できるこ
とが必要とされるため、BGAチップをソケットコネクタ
に着脱して、BGAチップの電気接触部をソケットコネク
タの接触部と接触させた場合には、常に安定した接触抵
抗値が得られることが望ましい。しかしながら、Sn−Pb
系の表面処理を施した電気接触部を使用したBGAチップ
をソケットコネクタに繰返し着脱した場合、BGAチップ
をソケットコネクタに着脱するごとに接触抵抗値が大き
く変化して、安定した接触抵抗値を得ることができなか
った。
かつ、Pbを含有するSn−Pb系のはんだに代替する新たな
成分系の表面処理を施した電気接触部を開発する必要が
あった。
境上の問題となるPbを含有せず、SnとAgを含有する合金
系の表面処理によって電子部品の電気接触部を形成する
とともに、この電気接触部の接触抵抗を、従来のSn−Pb
系の表面処理によって形成した電子部品の電気接触部の
接触抵抗に比べて安定した接触抵抗が得られる、例えば
BGAチップのような電子部品及びその製造方法を提供す
ることにある。
め、この発明の電子部品は、他の電子部品の接触部と接
触させることによって電気的に導通する電気接触部を有
し、該電気接触部はSnとAgを含有するPbフリーの合金層
を具え、かつ、該合金層の、少なくとも前記他の電子部
品の接触部と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含
有率の高いSnリッチ層を形成することにある。
の導体上に形成され、前記電気接触部は、本電子部品の
基板の導体上に形成されること、本電子部品はBGAチッ
プであり、前記BGAチップの基板の片面の導体上に、Sn
とAgを含有する合金系のはんだを用いて略半球状に前記
電気接触部を形成してなること、前記BGAチップは、そ
の電気接触部の頂部が、前記他の電子部品の接触部と接
触すること、他の電子部品はソケットコネクタであり、
前記BGAチップを前記ソケットコネクタに着脱自在に装
着して、ソケットコネクタの接触部がBGAチップの電気
接触部と接触すること、及び/又は、前記合金層は、90
%以上のSnを含有するSn−Ag−Cu合金層であること、部
と接触することが好ましい。
子部品の基板の導体上に設けられた接触部と接触させる
ことによって電気的に導通する電気接触部を有する電子
部品を製造する方法において、本電子部品の基板の導体
上に、SnとAgを含有する合金層を形成し、リフロー処理
した後に比較的遅い冷却速度で冷却することによって前
記電気接触部を形成することにある。
少なくとも前記他の電子部品の接触部と接触する表層部
分に、他の部分よりもSn含有率の高いSnリッチ層を有す
ること、及び/又は、リフロー処理後の冷却は、50℃/
min以下の冷却速度で行うことが好ましい。
前記BGAチップの基板の片面の導体上に、SnとAgを含有
する合金系のはんだを用いて略半球状に前記電気接触部
を形成すること、前記合金層は、90%以上のSnを含有す
るSn−Ag−Cu合金層であること、及び/又は、他の電子
部品はソケットコネクタであり、前記BGAチップを前記
ソケットコネクタに着脱自在に装着して、ソケットコネ
クタの接触部がBGAチップの電気接触部の頂部と接触す
ることがより好適である。
例について説明する。図1は、この発明に従う電子部品
の代表例であるBGAチップ1の主要部断面であって、BGA
チップ1をソケットコネクタ13に装着(嵌合)したとき
の状態で示してある。
性のあるセラミックスと再配線層である軟質樹脂基板2
の導体3上に電気接触部4を形成したものであり、この
電気接触部4は、ソケットコネクタ13の接触部8と接触
する部分であり、電気接触させた場合の接触抵抗は小さ
いことが望ましく、半田ボールやめっきなどの各種の方
法によって、突起状や平面状等の所望形状に形成するこ
とができる。一般的に、電子部品の基板2には、電気接
触部4側と接続されたプリント配線などの必要な配線が
施されている。尚、図1では、電気接触部4を略半球状
の導体の突起であるバンプとして形成した場合が示して
ある。
軟質樹脂材料などからなる基板5と、基板5の片面側に
設けられた円盤状の金属層からなる導体6と、基板5の
導体形成側に施した絶縁材料などからなる保護被覆層7
と、導体6上に施された接触部8とを具えており、導体
6の周囲の基板5には、図1のようにスリット状の切り
込み部9を設けて、導体6部分に可撓性を持たせる構造
にし、この構造によってBGAチップ1の電気接触部4の
高さのバラツキを吸収できるようにしている。
な特徴は、該電気接触部4がSnとAgを含有するPbフリー
の合金層10を具え、かつ、該合金層10の、少なくとも前
記接触部8と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含
有率の高いSnリッチ層11を形成することにあり、この構
成を採用することによって、他の電子部品の基板、例え
ばソケットコネクタ13の基板5にパターン状に形成した
導体6上に設けた接触部8に電気接触部4を接触させた
際に安定した接触を得ることができ、かつ、接触抵抗を
低くすることができる。また、電子部品であるBGAチッ
プ1をソケットコネクタ13に繰返し装着した場合にも、
低接触抵抗が安定して得られる。
かではないが、電気接触部の表層にSn結晶が析出した場
合に接触抵抗が小さくなることが種々の実験の結果から
わかっている。
層であることが好ましく、その場合、Sn−Ag−Cu合金層
の組成比は、Agが3.0 〜3.5 質量%の範囲、Cuが0.50
〜0.75質量%の範囲であり、残部がSnであることがより
好適である。
について説明する。まず、電子部品、例えばBGAチップ
1の片面側の導体3上にSnとAgを含有する合金層10、例
えば、Sn−Ag−Cu合金層を形成する。合金層10の形成方
法は、略半球状のバンプとして形成する場合には、Snと
Agを含有する合金系のはんだを用いることが好ましい
が、めっき等の他の形成方法を用いることもできる。
フロー処理する。
とによって、合金層10の、少なくとも接触部8と接触す
る表層部分に、他の部分よりもSn含有率の高いSnリッチ
層11を形成する。尚、ここでいう「Snリッチ層」とは、
合金層中のSn含有率の平均値よりも高いSn含有率を有す
る層であって、特にAg含有率が他の合金層部分よりも低
い層を意味する。また、リフロー後の冷却条件は、例え
ば、Sn−Ag−Cu合金層の場合、液体から固体になる際に
構成元素の偏析が起こることを利用する点を考慮して、
冷却速度を50℃/min以下とすることが好ましい。
却する場合、電気接触部4の表層は、他の基板5からの
距離が、頂部12で最も長くなり冷却速度が最も遅くなる
と考えられるが、上記好適な冷却速度の範囲で冷却すれ
ば、電気接触部4の少なくとも頂部12の表層に粒状のSn
結晶を析出させることができ、これに伴って、接触抵抗
を小さくすることができる。
の頂部12を接触部8と接触させる場合を想定して好適範
囲を示したが、例えば、電気接触部4の頂部12以外の部
分を接触部8と接触させる場合には、接触部8と接触さ
せる部分にSn結晶が析出する程度の冷却速度に設定すれ
ばよい。
条件に従い、BGAチップ1の電気接触部4を、96.5mass%
Sn−3.0mass%Ag−0.5mass%Cuはんだで略半球状に形成
し、リフロー処理した後、大気中で放置して徐冷するこ
とによって形成したときの電気接触部4の外観をそれぞ
れ上面及び側面から示したものであり、図3は、この電
気接触部4の表層部分から(図2(a)の場合では、電気接
触部の頂部から下方に向かう)断面方向にEPMAによる元
素分析(マッピング分析)を行ったときの結果である。
チップの電気接触部を、62mass%Sn−38mass%Pbはんだで
バンプを形成し、リフロー処理した後、大気中で放置し
て徐冷することによって形成したときの従来の電気接触
部の外観をそれぞれ上面及び側面から示したものであ
り、図5は、この電気接触部の表層部分から(図4(a)の
場合では、電気接触部の頂部から下方に向かう)を断面
方向にEPMAによる元素分析を行ったときの結果である。
気接触部の表層部分、より厳密には電気接触部の頂部に
位置する表層部分がざらついた表面を有しており、図3
の分析結果によって、この表面がSnリッチ層であること
がわかる。一方、従来の電子部品は、図4から、電気接
触部の表層全体が光沢のある平滑な表面をしており、図
5の分析結果によって、この表面と他の電気接触部の部
分とでSnとPbの存在割合に差は認められなかった。
について、接触抵抗を測定した。図6は、発明品の接触
抵抗を測定したときの結果であり、図7は、従来品の接
触抵抗を測定したときの結果である。
電気接触部を接触部と繰返し接触させても接触抵抗値に
大きなバラツキはなく、しかも、低接触抵抗値(0.45〜
0.60Ω)であるのに対し、従来品は、接触抵抗値のばら
つきが大きく、かつ、発明品に比べて、1オーダー以上
の大きな接触抵抗値であるのがわかる。
形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々
の変更を加えることができる。
部を、環境上の問題となるPbを含有せず、SnとAgを含有
する合金系の表面処理によって形成するので、Pb流出に
よる環境上の問題が生じることがない。また、この発明
に従う電子部品の電気接触部は、Sn−Pb系の表面処理に
よって形成した従来の電子部品の電気接触部に比べて接
触抵抗を大幅に低減することができる。加えて、この発
明に従う電子部品は、電気接触部を接触部に繰返し接触
させた場合にも、接触抵抗のバラツキは小さく、常に低
接触抵抗で電気的な導通が可能である。
チップ1の主要部断面図であり、BGAチップをソケット
コネクタに装着(嵌合)したときの状態で示してある。
撮影したときの図面代用写真であり、(a)が正面図、
(b)が側面図である。
素分析を行ったときの結果である
したときの図面代用写真であり、(a)が正面図、
(b)が側面図である。
素分析を行ったときの結果である。
を測定したときの実験結果である。
抗を測定したときの実験結果である。
Claims (12)
- 【請求項1】 他の電子部品の接触部と接触させること
によって電気的に導通する電気接触部を有し、該電気接
触部はSnとAgを含有するPbフリーの合金層を具え、か
つ、該合金層の、少なくとも前記他の電子部品の接触部
と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含有率の高い
Snリッチ層を形成してなることを特徴とする電子部品。 - 【請求項2】 前記接触部は、他の電子部品の基板の導
体上に形成され、前記電気接触部は、本電子部品の基板
の導体上に形成される請求項1記載の電子部品。 - 【請求項3】 本電子部品はBGAチップであり、前記BGA
チップの基板の片面の導体上に、SnとAgを含有する合金
系のはんだを用いて略半球状に前記電気接触部を形成し
てなる請求項2記載の電子部品。 - 【請求項4】 前記BGAチップは、その電気接触部の頂
部が、前記他の電子部品の接触部と接触する請求項3記
載の電子部品。 - 【請求項5】 他の電子部品はソケットコネクタであ
り、前記BGAチップを前記ソケットコネクタに着脱自在
に装着して、ソケットコネクタの接触部がBGAチップの
電気接触部と接触する請求項3又は4記載の電子部品。 - 【請求項6】 前記合金層は、90%以上のSnを含有する
Sn−Ag−Cu合金層である請求項1〜5のいずれか1項記
載の電子部品。 - 【請求項7】 他の電子部品の基板の導体上に設けられ
た接触部と接触させることによって電気的に導通する電
気接触部を有する電子部品を製造する方法において、 本電子部品の基板の導体上に、SnとAgを含有する合金層
を形成し、リフロー処理した後に比較的遅い冷却速度で
冷却することによって前記電気接触部を形成することを
特徴とする電子部品の製造方法。 - 【請求項8】 前記電気接触部は、前記合金層の、少な
くとも前記他の電子部品の接触部と接触する表層部分
に、他の部分よりもSn含有率の高いSnリッチ層を有する
請求項7記載の電子部品の製造方法。 - 【請求項9】 リフロー処理後の冷却は、50℃/min以
下の冷却速度で行う請求項7または8記載の電子部品の
製造方法。 - 【請求項10】 本電子部品はBGAチップであり、前記B
GAチップの基板の片面の導体上に、SnとAgを含有する合
金系のはんだを用いて略半球状に前記電気接触部を形成
する請求項7、8又は9記載の電子部品の製造方法。 - 【請求項11】 前記合金層は、90%以上のSnを含有す
るSn−Ag−Cu合金層である請求項7〜10のいずれか1
項記載の電子部品の製造方法。 - 【請求項12】 他の電子部品はソケットコネクタであ
り、前記BGAチップを前記ソケットコネクタに着脱自在
に装着して、ソケットコネクタの接触部がBGAチップの
電気接触部の頂部と接触する請求項10又は11記載の
電子部品の製造方法。
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