JP2003197650A - 電子部品の接合構造 - Google Patents

電子部品の接合構造

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裕治 木村
Yoshimi Suzuki
愛美 鈴木
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    • H01L2224/8312Aligning
    • H01L2224/83136Aligning involving guiding structures, e.g. spacers or supporting members
    • HELECTRICITY
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
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    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01079Gold [Au]

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  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品の接合構造であって、接合部に応力
が発生した場合に電子部品への応力の影響を抑制する。 【解決手段】 電子部品1と台座3との間に接合材料2
を介在させ、電子部品1を台座3に接合する電子部品の
接合構造において、電子部品1あるいは台座3の少なく
とも一方の接合面に突起部4を形成する。電子部品1と
台座3との間に形成される空間は、突起部4によりブロ
ック状に分断されるようにする。また、突起部4は複数
個形成され、それぞれ分離して配置する。突起部4はそ
れぞれ任意の方向において重なるように配置すること
で、突起部4が形成されていない部分が連続しないよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の接合構
造に関する。
【0002】
【従来の技術】電子部品をヒートシンクや回路基板に接
合する場合、接合材料には電気的なコンタクトのみなら
ず、放熱性や長期安定性が求められる。従来より、電子
部品をヒートシンクや回路基板に接合する際、Sn−P
b、In等のソフトソルダーあるいはAu−Sn、Au
−Si等のハードソルダーといったハンダが接合材料と
して使用されている。
【0003】図7は、接合材料J2を介して電子部品J
1を台座J3に接合する接合構造を示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電子部品J1およびヒ
ートシンクや回路基板といった台座J3では、線膨張係
数が異なるため使用環境の温度変化により接合部に応力
が発生する。ソフトソルダーを接合材料J2として用い
た場合には、接合部に応力が発生しても接合材料J2が
柔らかいために応力を吸収する役割を果たす。ところ
が、ソフトソルダーは材料にクリープ性があり、さらに
金属疲労を起こすことがある。
【0005】このため、図7に示すように接合面でクラ
ックJ10を生じる場合があり、最悪の場合はクラック
J10が成長して電子部品がヒートシンク等から外れる
という問題がある。また、接合材料J2としてハードソ
ルダーを使用した場合には、接合材料J2が応力を吸収
しないため応力が直接電子部品J1に加わり、特性劣化
や特性異常を発生させることがある。
【0006】さらに、ハンダと樹脂の複合材料を接合材
料J2として用い、ハンダで電気的コンタクトと接合を
行い、樹脂で接合と応力を緩和させるものがある。この
構造は熱応力に強く、素子の特性を安定させる効果が強
いが、作成方法が複雑である。さらに、樹脂を使用して
いるため、全面でハンダを使用する場合に比較して放熱
性の面で劣っている。
【0007】本発明は、上記点に鑑み、電子部品の接合
構造であって、接合部に応力が発生した場合に電子部品
への応力の影響を抑制することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、電子部品(1)と台座
(3)との間に接合材料(2)を介在させ、電子部品を
前記台座に接合する電子部品の接合構造であって、電子
部品あるいは台座の少なくとも一方の接合面に、突起部
(4)が形成されていることを特徴としている。また、
請求項3に記載の発明では、電子部品(1)が接合され
た接合構造体(5)と台座(3)との間に接合材料
(2)を介在させ、接合構造体を前記台座に接合する電
子部品の接合構造であって、接合構造体あるいは台座の
少なくとも一方の接合面に、複数の突起部(4)が形成
されていることを特徴としている。
【0009】このように、電子部品あるいは接合構造
体、またはこれらが接合される台座の少なくとも一方の
接合面に突起部を設けることで、電子部品の接合部にク
ラックが発生した場合でも、突起部にてクラックの進行
を止めることができる。
【0010】また、請求項2あるいは請求項4に記載の
発明では、電子部品あるいは接合構造体と台座との間に
形成される空間は、突起部によりブロック状に分断され
ていることを特徴としている。
【0011】これにより、電子部品と台座との接合を各
ブロック毎に分割することができ、それぞれの応力が小
さくなる。すなわち、各突起部が接合部にかかる応力を
分散して、集中応力を小さくしている。これにより、接
合強度がほぼ同等でも電子部品に伝わる応力を小さくす
ることができ、電子部品の特性劣化や特性異常を防止で
きる。
【0012】また、請求項5に記載の発明では、突起部
は複数個形成され、それぞれ分離して配置されているこ
とを特徴としている。
【0013】これにより、電子部品等を台座に接合する
際に、接合材料が突起部の隙間に入り込むことができ
る。従って、接合材料は電子部品等と台座との間に満遍
なく広がることができ、均一な接合が可能となる。
【0014】また、請求項6に記載の発明では、突起部
はそれぞれ任意の方向において重なるように配置され、
突起部が形成されていない部分が連続しないように配置
されていることを特徴としている。これにより、接合材
料にてクラックが発生した場合に、確実にクラックの進
行を止めることができる。
【0015】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【0016】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明の
第1実施形態について図1、図2に基づいて説明する。
【0017】図1は、電子部品1の接合構造の断面図で
ある。図1に示すように、電子部品1は、接合材料2を
介して台座3に接合されている。
【0018】本第1実施形態では、電子部品1としての
チップ抵抗1を台座3としての回路基板3に接合してい
る。接合材料2として、ソフトソルダーであるSn−P
bハンダ箔を用い、ハンダ付けにより電子部品1と台座
3を接合している。
【0019】図1に示すように、本第1実施形態の電子
部品1における接合面には、複数の突起部4が形成され
ている。本第1実施形態では、突起部1aの長さを10
μmとしている。このような突起部4は、例えばエッチ
ングにより形成することができる。図1に示すように、
複数の突起部4はすべて同じ長さに形成されている。
【0020】図2は、電子部品1を接合面側から見た底
面図である。図2に示すように、突起部4は電子部品1
の接合面全体に渡って形成されている。突起部4は等間
隔に配置され、縦方向に整列して配置された縦方向突起
部4aおよびこれと直交する横方向に整列して配置され
た横方向突起部4bとからなる。
【0021】これにより電子部品1の接合面には、図2
中斜線で示すように突起部4で囲まれたブロック状の空
間部1aが複数形成される。従って、電子部品1と台座
3との間の空間は、突起部4によりブロック状に分断さ
れることとなる。また、ブロック状空間部1aを形成す
る各突起部4は、それぞれ間隔を設けて配置されてい
る。
【0022】接合材料2としてソフトソルダーを用いた
場合、応力の集中する接合材料2の周辺部で熱収縮によ
りクラックが発生すると、応力は常にクラックの先端に
集中するためクラックは接合材料2内部に伝播する。
【0023】これに対し、本第1実施形態のように、電
子部品1の接合面側に突起部4を形成することで、突起
部4が壁となってクラックの伝播が遮断され、接合材料
2の内部にクラックが進行するのを防ぐことができる。
これにより、電子部品1が台座3から外れることを防止
できる。
【0024】また、電子部品1の接合面全体に突起部4
を設けることで、電子部品1と台座3との接合が各ブロ
ック毎に分かれるため、それぞれの応力が小さくなる。
すなわち、各突起部4が接合部にかかる応力を分散し
て、集中応力を小さくしている。これにより、接合強度
がほぼ同等でも電子部品1に伝わる応力を小さくするこ
とができる。
【0025】また、ブロック状空間部1aを構成する各
突起部4はそれぞれ繋がっていないので、電子部品1を
台座3にハンダ付けする際に、溶融した接合材料2が電
子部品1と台座3との間に満遍なく均一に広がり均一な
接合が可能となる。
【0026】(第2実施形態)次に、本発明の第2実施
形態について図3に基づいて説明する。
【0027】図3は電子部品1の接合構造の断面図であ
る。図3に示すように、電子部品1と台座3との間には
接合構造体5を介在させ、台座3と接合構造体5は接合
材料2により接合している。
【0028】本第2実施形態では、電子部品1としてS
iからなるIC(半導体素子)を用い、台座3としてC
uヒートシンクを用い、接合構造体5としてAlNを用
い、接合材料2としてソフトソルダーであるSn−Pb
ハンダを用いている。また、電子部品1と接合構造体5
との間は図示を省略しているがAu−Snハンダを用い
て接合している。
【0029】図3に示すように、本第2実施形態では接
合構造体5における接合面に、複数の突起部4が形成さ
れている。本第2実施形態では、突起部4の長さを5μ
mとしている。このように、電子部品1と台座3との間
に接合構造体5を介在させる場合には、接合構造体5の
接合面に突起部4を形成することで、上記第1実施形態
と同様の効果を得ることができる。
【0030】また、半導体素子1は応力が加わると、ピ
エゾ抵抗効果により抵抗値が変化するため素子特性が変
化する。これに対し、半導体素子1の接合面全体に突起
部4を設けることで、半導体素子1への応力変化を抑制
でき、素子特性が変化することを防止できる。
【0031】(第3実施形態)次に、本発明の第3実施
形態について基づいて説明する。本第3実施形態の電子
部品1の接合構造は図1、図2で示した上記第1実施形
態と同様であり、用いる材料が異なるものである。
【0032】本第3実施形態では、電子部品1としての
半導体レーザを台座3としてのFeステムに接合してい
る。接合材料2として、ハードソルダーであるAu−S
nハンダを用い、ハンダ付けにより電子部品1と台座3
を接合している。
【0033】半導体レーザ素子1は、応力が加わると結
晶内の屈折率分布が変化し、出力ビーム形状が変化す
る。さらに、結晶内の光分布が変化して素子劣化を誘発
する。これに対して、半導体レーザ素子1の接合面全体
に突起部4を設けることで、ステム台座3との接合が各
ブロック毎に分かれるため、それぞれの応力が小さくな
る。すなわち、各突起部4が接合部にかかる応力を分散
して、集中応力を小さくしている。
【0034】これにより、接合強度がほぼ同等でも半導
体レーザ素子1に伝わる応力を小さくすることができ
る。従って、接合材料2としてハードソルダーを用いた
場合でも、半導体レーザ素子1に特性劣化や特性異常が
発生するのを防止できる。
【0035】また、半導体レーザ素子1を接合構造体5
としてのサブマウントを介してステム台座3に接合する
場合には、上記第2実施形態のようにサブマウント5の
接合面に突起部4を形成すればよい。
【0036】(他の実施形態)なお、電子部品1の接合
面における突起部4の配置は、上記図2で示した配置に
限らず、例えば図4、図5に示すように種々変形でき
る。図4、図5は、電子部品1を接合面側からみた底面
図である。
【0037】図4に示す突起部4は、縦方向に配置され
た縦方向突起部4aおよびこれと直交する横方向に配置
された横方向突起部4bと、さらにその周囲に間隔を設
けて配置された周辺突起部4cとからなる。周辺突起部
4cは、縦方向突起部1aおよび横方向突起部1bと、
縦位置あるいは横位置が重なるように配置されている。
これにより、各突起部4はそれぞれ任意の方向において
重なるように配置され、突起部4が形成されていない部
分が連続しないようになっている。
【0038】このような構成により、接合材料2の周囲
でクラックが発生しても、周辺部の突起部4cでクラッ
クの進行が止まり、接合材料2の内部でクラックが発生
しても、内部の突起部4a、4bでクラックの進行が止
まる。また、突起部4が形成されていない部分が連続し
ていないので、突起部4でクラックの進行を確実に止め
ることができる。
【0039】図5に示す突起部4は、縦方向に配置され
た縦方向突起部4aと横方向に配置された横方向突起部
4bとが、互いに縦位置あるいは横位置にて重なり合う
ように配置されている。この場合にも、突起部4が形成
されていない部分が連続していないので、突起部4でク
ラックの進行を確実に止めることができる。
【0040】また、上記各実施形態では、突起部4を電
子部品1あるいは接合構造体5の接合面側に設けたが、
これに限らず、図5に示すように突起部4を台座3側に
設けてもよい。この場合にも、突起部4を電子部品1あ
るいは接合構造体5の接合面側に設けた場合と同様の効
果を得ることができる。また、突起部4を、電子部品1
あるいは接合構造体5の接合面と台座3の接合面の双方
に設けてもよい。
【0041】また、上記各実施形態では各突起部4の長
さを同一としたが、これに限らず、内側に位置する突起
部4は、周辺部に位置する突起部4より短くしてもよ
い。この場合、内側に位置する突起部4は、電子部品1
あるいは接合構造体5と台座3との間隔の半分以上の長
さがあればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の電子部品の接合構造を示す断面
図である。
【図2】図1の電子部品を接合面側からみた底面図であ
る。
【図3】図1の変形例を示す断面図である。
【図4】第2実施形態の電子部品の接合構造を示す断面
図である。
【図5】突起部の配置の変形例を示す電子部品の底面図
である。
【図6】突起部の配置の変形例を示す電子部品の底面図
である。
【図7】従来の電子部品の接合構造を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1…電子部品、2…接合部材、3…台座、4…突起部、
5…接合構造体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5E336 AA04 BB05 BB18 BC28 CC44 CC52 CC58 EE01 GG03 GG14 5F047 AA01 AA17 AB06 BA41 BB03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子部品(1)と台座(3)との間に接
    合材料(2)を介在させ、前記電子部品を前記台座に接
    合する電子部品の接合構造であって、 前記電子部品あるいは前記台座の少なくとも一方の接合
    面に、突起部(4)が形成されていることを特徴とする
    電子部品の接合構造。
  2. 【請求項2】 前記電子部品と前記台座との間に形成さ
    れる空間は、前記突起部によりブロック状に分断されて
    いることを特徴とする請求項1に記載の電子部品の接合
    構造。
  3. 【請求項3】 電子部品(1)が接合された接合構造体
    (5)と台座(3)との間に接合材料(2)を介在さ
    せ、前記接合構造体を前記台座に接合する電子部品の接
    合構造であって、 前記接合構造体あるいは前記台座の少なくとも一方の接
    合面に、突起部(4)が形成されていることを特徴とす
    る電子部品の接合構造。
  4. 【請求項4】 前記接合構造体と前記台座との間に形成
    される空間は、前記突起部によりブロック状に分断され
    ていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
    の電子部品の接合構造。
  5. 【請求項5】 前記突起部は複数個形成され、それぞれ
    分離して配置されていることを特徴とする請求項1ない
    し4のいずれか1つに記載の電子部品の接合構造。
  6. 【請求項6】 前記突起部はそれぞれ任意の方向におい
    て重なるように配置され、前記突起部が形成されていな
    い部分が連続しないように配置されていることを特徴と
    する請求項5に記載の電子部品の接合構造。
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