JP2004363148A

JP2004363148A - Multichip module

Info

Publication number: JP2004363148A
Application number: JP2003156401A
Authority: JP
Inventors: Masaki Watanabe; 正樹渡辺; Yasuto Nakatsugi; 康人中次; Masahiro Takatori; 正博高鳥; Masahiro Ishii; 雅博石井; Akihito Hatakeyama; 秋仁畠山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multichip module mounting structure using inexpensive lead-free metallic balls which have corrosion resistance even when the balls are not plated and have shock absorbing properties and are excellent in sphericity even when the balls have sizes of >1 mm. <P>SOLUTION: A multichip module 6 is connected to a mother substrate 5 through the metallic balls 4. The metallic balls 4 are made of a brass material, and the solder used for connecting the metallic balls 4 to the mother substrate 5 or the metallic balls 4 to the multichip module 6 is lead-free solder. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチップモジュールをマザー基板に実装する際の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度実装が必要な機器では、一つの半導体のみならず、複数の半導体もしくは周辺回路を構成するいくつかの部品をプリント基板に搭載することで構成し、あたかも一つの部品のようにマザー基板に実装する工法が広く用いられている。このように構成されたモジュールは一般にマルチチップモジュールと呼ばれている。
【０００３】
これらのマルチチップモジュールとマザー基板の接続には、コネクタを用いる方法や、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージのように金属球を用いる方法があるが、低コスト化の観点から考えると、金属球を用いる方が有利である。マルチチップモジュールが比較的小さく、金属球の直径が０．７ｍｍ程度である場合は、金属球の材料としてはんだを使用することができる。一方、マルチチップモジュールが比較的大きく、金属球の直径が１ｍｍを超える場合は、金属球の材料として、はんだ以外の高融点金属、例えば銅にメッキを施したものが用いられる。
【０００４】
高融点金属球が用いられる理由は、金属球の直径が１ｍｍを超えると、はんだ材料では真球度を保つのが困難になるのと、マルチチップモジュールが大きくなり重量が増大すると、はんだ材料から成る金属球では実装時の加熱で溶融したときに、つぶれて隣接する金属球と接触して短絡不良を起こす可能性が増えるためである。メッキを施す理由は、例えば銅単体では耐食性に劣るからである。金属球として金などの貴金属を用いれば耐食性には優れるが、コストを考えると現実的ではない。
【０００５】
一方、高融点金属球では衝撃吸収性に欠けるとして、従来技術として錫と鉛から成る高温はんだにニッケルメッキを施した金属球を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。これは、高融点金属球よりもやわらかい材料とすることで衝撃吸収性を高めることができることが開示されている。また、この場合のニッケルメッキは、接続用のはんだと中心のはんだとの接触を防ぎ、接続用はんだの融点が上昇するのを防ぐ目的で施されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１０９８６号公報（第３項、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、材料がはんだであるために、金属球のサイズが１ｍｍを超えると真球度を保つことができない。
【０００８】
また、メッキを施すことはコストアップにつながるのは勿論、環境保護の面からも望ましくない。
【０００９】
さらに付け加えると、昨今問題になっている、はんだの鉛フリー化に対応していない。
【００１０】
すなわち、金属球のサイズが１ｍｍを超える場合において、特許文献１の技術では、上記に指摘するような課題を有するものである。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、メッキを施さなくても耐食性があり、衝撃吸収性を有し、１ｍｍを超えるサイズでも真球度に優れ、鉛フリーであり、なおかつ低コストな金属球を用いる、マルチチップモジュールの実装構造を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するため、本発明は、複数の電子部品を搭載したプリント基板からなるマルチチップモジュールを、マザー基板に金属球を介して接続する、マルチチップモジュールの実装構造であって、該金属球が黄銅材料であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態におけるマルチチップモジュールの実装構造の側面図である。
【００１５】
図１において、１は電子部品であり、２はマルチチップモジュールの基板であり、３ａはマルチチップと金属球を接続するはんだであり、３ｂは金属球とマザー基板を接続するはんだであり、４は金属球であり、５はマザー基板である。１から４の部材が一つのモジュールを構成しており、マルチチップモジュール６と呼称する。
【００１６】
今回の実施例で評価したマルチチップモジュール６の基板２のサイズは５０ｍｍ×７０ｍｍと、この種のマルチチップモジュールとしては比較的大きく、なおかつ裏面にも電子部品１を実装するため、裏面の電子部品１がマザー基板５に接触しないように、直径２．３ｍｍの金属球を検討した。検討対象として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ球と、六四黄銅球を用いた。
【００１７】
はんだ３ａの材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだペーストを選択し、それぞれの金属球４をマルチチップモジュールの基板２に実装したところ、はんだ球では形状がふぞろいとなり、また隣り合う球が結合してしまう不具合も発生した。一方、黄銅球は短絡不良などが発生せずに良好に実装することができた。
【００１８】
次に、はんだ３ｂの材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだよりも融点の低いＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎはんだを選択し、このマルチチップモジュール６をマザー基板５に実装した。その結果、短絡不良やオープン不良を生じることなく、良好に実装することが出来た。
【００１９】
以上のように構成されたマルチチップモジュールの実装構造において、金属球に黄銅材料（真鍮材料）を用いているので、メッキを施さなくても耐食性を確保できる。
【００２０】
また、黄銅のヤング率は、例えば六四黄銅で９，６００Ｋｇｆ／ｍｍ＾２と、銅のヤング率１３，０００Ｋｇｆ／ｍｍ＾２よりも小さく、衝撃吸収性を確保できる。
【００２１】
また、今回の黄銅球は直径２．３ｍｍに対し平均真球度は５．６μｍであり、十分な真球度を確保できた。
【００２２】
また、見積価格では黄銅球ははんだ球の約三分の一であった。
【００２３】
また、金属球自身鉛フリーであり、金属球の接続に鉛フリーはんだを用いたので、全体として鉛フリーである構成を実現することができる。なお、はんだ材料が鉛入りであると、環境的観点で望ましくないだけではなく、はんだの鉛と錫および金属球中の亜鉛が合わさることで、低融点合金がはんだと金属球の界面に形成され、信頼性を損なう恐れがある。同じ理由で、金属球の材料として使用可能なのは、銅と亜鉛の比率が６：４である六四黄銅をはじめ、銅と亜鉛の比率が７：３の七三黄銅や、六四黄銅に錫を微量添加したネーバル黄銅である。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の実装構造によれば、メッキを施さなくても耐食性があり、衝撃吸収性を有し、１ｍｍを超えるサイズでも真球度に優れ、鉛フリーであり、なおかつ低コストな金属球を用いた、マルチチップモジュールの実装構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）におけるマルチチップモジュールの側面図
【符号の説明】
１電子部品
２モジュール基板
３ａはんだ
３ｂはんだ
４金属球
５マザー基板
６マルチチップモジュール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mounting structure for mounting a multichip module on a motherboard.
[0002]
[Prior art]
In devices that require high-density mounting, not only a single semiconductor, but also a plurality of semiconductors or several components that make up a peripheral circuit are mounted on a printed circuit board. The mounting method is widely used. A module configured in this manner is generally called a multi-chip module.
[0003]
To connect these multi-chip modules to the motherboard, there are a method using a connector and a method using metal spheres such as a BGA (ball grid array) package. However, from the viewpoint of cost reduction, metal spheres are used. Use is more advantageous. When the multi-chip module is relatively small and the diameter of the metal sphere is about 0.7 mm, solder can be used as the material of the metal sphere. On the other hand, when the multi-chip module is relatively large and the diameter of the metal sphere exceeds 1 mm, a material obtained by plating a high melting point metal other than solder, for example, copper, is used as the material of the metal sphere.
[0004]
The reason why the high melting point metal sphere is used is that if the diameter of the metal sphere exceeds 1 mm, it is difficult to maintain the sphericity with the solder material. This is because when the metal sphere is melted by heating during mounting, the possibility of crushing and contact with an adjacent metal sphere to cause a short circuit failure increases. The reason for plating is that, for example, copper alone has poor corrosion resistance. If a noble metal such as gold is used as a metal ball, corrosion resistance is excellent, but it is not realistic in view of cost.
[0005]
On the other hand, since a high melting point metal ball lacks shock absorption, a method using a metal ball obtained by applying nickel plating to a high-temperature solder made of tin and lead has been disclosed as a conventional technique (for example, see Patent Document 1). It is disclosed that the shock absorbing property can be enhanced by using a material softer than the high melting point metal sphere. The nickel plating in this case is applied for the purpose of preventing contact between the connection solder and the central solder, and preventing the melting point of the connection solder from increasing.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-10986 (Section 3, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, since the material is solder, if the size of the metal sphere exceeds 1 mm, the sphericity cannot be maintained.
[0008]
In addition, plating does not only lead to an increase in cost but also is not desirable in terms of environmental protection.
[0009]
In addition, it does not address the recent problem of lead-free solder.
[0010]
That is, when the size of the metal sphere exceeds 1 mm, the technique of Patent Document 1 has the above-mentioned problem.
[0011]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has corrosion resistance without plating, has shock absorption, has excellent sphericity even at a size exceeding 1 mm, is lead-free, and is a low-cost metal. An object of the present invention is to provide a mounting structure of a multi-chip module using a sphere.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the conventional problems, the present invention relates to a mounting structure of a multi-chip module, in which a multi-chip module including a printed board on which a plurality of electronic components are mounted is connected to a mother board via a metal ball, The metal sphere is a brass material.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a side view of a mounting structure of a multichip module according to an embodiment of the present invention.
[0015]
In FIG. 1, 1 is an electronic component, 2 is a substrate of a multi-chip module, 3a is solder for connecting a multi-chip and a metal ball, 3b is solder for connecting a metal ball and a mother substrate, and 4 Is a metal sphere, and 5 is a mother substrate. The members 1 to 4 constitute one module, and are called a multi-chip module 6.
[0016]
The size of the substrate 2 of the multi-chip module 6 evaluated in the present embodiment is 50 mm × 70 mm, which is relatively large for this type of multi-chip module, and the electronic components 1 are also mounted on the back surface. A metal ball having a diameter of 2.3 mm was examined so that 1 did not contact the mother substrate 5. Sn-Ag-Cu solder balls and sixty-four brass balls were used as the study objects.
[0017]
When Sn-Ag-Cu solder paste was selected as the material of the solder 3a and the respective metal balls 4 were mounted on the substrate 2 of the multi-chip module, the shapes of the solder balls became irregular, and adjacent balls joined together. Failures also occurred. On the other hand, the brass ball could be mounted favorably without causing a short circuit failure or the like.
[0018]
Next, a Sn-Ag-Bi-In solder having a lower melting point than the Sn-Ag-Cu solder was selected as a material of the solder 3b, and the multi-chip module 6 was mounted on the motherboard 5. As a result, it was possible to mount the device satisfactorily without causing a short circuit failure or an open failure.
[0019]
In the mounting structure of the multi-chip module configured as described above, since the brass material (brass material) is used for the metal balls, the corrosion resistance can be ensured without plating.
[0020]
In addition, the Young's modulus of brass is, for example, 6,600 kgf / mm ＾ 2 for 64 brass, which is smaller than the Young's modulus of copper of 13,000 kgf / mm ＾ 2, and can secure impact absorption.
[0021]
In addition, the average sphericity of the brass ball this time was 2.3 mm with respect to the diameter of 2.3 mm, and a sufficient sphericity was secured.
[0022]
At the estimated price, the brass ball was about one third of the solder ball.
[0023]
Further, since the metal spheres themselves are lead-free, and lead-free solder is used to connect the metal spheres, it is possible to realize a lead-free configuration as a whole. In addition, when the solder material contains lead, not only is it undesirable from an environmental point of view, but also the low melting point alloy is formed at the interface between the solder and the metal sphere due to the combination of the lead and tin of the solder and the zinc in the metal sphere. , The reliability may be impaired. For the same reason, materials that can be used as metal spheres include 644 brass with a copper: zinc ratio of 6: 4, 73: 3 brass with a copper: zinc ratio of 7: 3, and tin to 644 brass. Is a Naval brass to which a trace amount of is added.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the mounting structure of the present invention, there is corrosion resistance even without plating, shock absorption, excellent sphericity even at a size exceeding 1 mm, lead-free, and low cost. It is possible to provide a mounting structure of a multi-chip module using a simple metal ball.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a multi-chip module according to Embodiment 1 of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electronic component 2 Module board 3a Solder 3b Solder 4 Metal ball 5 Mother board 6 Multi chip module

Claims

A multi-chip module connected to a motherboard via a metal sphere, wherein the metal sphere is made of a brass material.

The multi-chip module according to claim 1, wherein the brass material is any one of 64 brass, 73 brass, and Naval brass.

A multi-chip module connected to a mother substrate via a metal ball, wherein the metal ball is made of brass material, and the multi-chip module, the metal ball, and the mother substrate are joined by lead-free solder. A multi-chip module characterized by the following.

4. The multi-chip module according to claim 3, wherein the melting point of the lead-free solder connecting the multi-chip module and the metal ball is higher than the melting point of the lead-free solder connecting the metal ball and the mother board.