JP2007324447A - 電子部品搭載用基板、電子部品および電子装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材1と、この基材に形成されたメタライズ層2〜4と、このメタライズ層4表面の一部に形成されたBi−Snを主成分とするはんだ部5とからなる電子部品搭載用基板300または電子部品において、前記Bi−Snを主成分とするはんだ部5表面にAg膜6が形成することで、表面酸化を防止する。またAuメタライズ層12またはAuバンプと接続することで、Au−Sn化合物部13とBiリッチ部14を形成し、接続部の耐熱性を向上させる。
【選択図】図2
Description
その第1例は、ヒートシンクとなるセラミック基板上に、電極となるメタライズ層を形成し、このメタライズ層上にはんだ膜を形成するヒートシンク基板である。この基板のはんだ膜に、CD、DVD等の光記録用あるいは通信用の光素子の電極メタライズ層が押し付けられ、その状態ではんだを溶融させて接続が行われる。セラミック基板へのはんだ供給方法は、セラミック基板表面に形成された電極メタライズ層上に、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストによるパターンを形成し、その後、蒸着、スパッタなどの方法ではんだ膜を形成し、レジストと余分なはんだを取り除いてパターンを形成するリフトオフ法が好適である。他には、セラミック基板上に電極メタライズ層を形成し、めっき法によりはんだ膜を形成することもある。
第1例では、近年、高出力でサイズの大きな光素子をセラミック製のヒートシンク基板に実装することが多くなっている。この場合の第1の課題は、光素子の発熱量が大きくなることから、ヒートシンクへの高い放熱性を確保することが挙げられる。すなわち、はんだ接続部に大きなボイド、濡れ不良などが存在すると、放熱性が低下して、光素子の発光効率が低下してしまうので、はんだの濡れ性を確保することが重要である。第2課題は、光素子への残留応力の低減である。従来、特に通信用の光素子の実装にはクリープ特性に優れた硬いAu−20Snが使用されていた。しかし、光記録用の電子製品においては、光素子への残留応力を低減して、信頼性を向上させることが求められる。このためには、はんだ自体が軟らかく、応力緩和できる特性を有するか、あるいは接続温度が低く、接続後に発生する残留応力が小さくなる必要がある。その他の課題は、接続後の信頼性である。接続後に加熱工程がある場合に、接続部が劣化しないこと、そして、その後の長期稼動において、接続部が極端な劣化を引き起こさないことが重要である。
はんだの濡れ性を阻害する最大の要因は、はんだ表面に形成される酸化膜である。特にSnを主成分とするはんだにおいては、Sn酸化物が表面に形成され、はんだの濡れ性を低下させる。本発明では、Bi−Snはんだ部表面にAg膜、Au膜またはAg/Auの二層膜を形成する。Ag、Auは共に、大気中で酸素により酸化されない金属である。したがって、Bi−Snはんだ部の酸化を防止することができ、高い濡れ性を実現するとともに、フラックスを使用せずに接続を行うことが可能である。(1)および(7)が、上記により解決される。
以上のように解決手段を述べたが、各々の実施例で異なる部分があるので、詳細は実施例で述べる。
2Ag+1/2O2 → Ag2O (1)
この反応式が、どのような温度、酸素分圧で右方向へ進むかは、この反応のギブスの自由エネルギーから計算することができる。
ΔG=ΔH−TΔS
非特許文献1より、標準状態25℃におけるΔH0=31.1kJ/mol、ΔS0=120.9J/K/molである。これより標準状態25℃におけるAg2Oの標準生成自由エネルギーは、
ΔG0=31.1−298×0.1209
=−4.9282 kJ/mol
となる。これを元に、Ag2Oの生成/分解の酸素分圧の境界、すなわち解離圧を求める。
K=a(Ag2O)/(a2 (Ag)×PO2) (3)
Rは気体定数、Kは平衡定数で(3)式のように表され、aはそれぞれの活量、PO2は酸素分圧である。Ag2Oの解離圧では、(2)式の左辺のΔG=0、(3)式のa(Ag2O)=1、a2 (Ag)=1、より、
ΔG0=RTlnPO2
したがって、先に求めたΔG0と、気体定数R=8.314kJ/Kmol、温度298K(25℃)を用いてPO2を計算すると、
PO2=0.998 気圧(atm)
となる。大気圧1atm中の酸素濃度は21%なので、酸素分圧は0.21atmとなり、Ag2Oの解離圧より小さい。したがって、25℃の大気中では、Agは酸化されないことになる。以上より、Ag膜を形成することで、Ag自身が大気中25℃でも酸化されないので、酸化を防止する効果があることがわかる。
Claims (12)
- 基材と、この基材に形成されたメタライズ層と、このメタライズ層表面に形成されたBi−Snを主成分とするはんだ部とからなる電子部品搭載用基板において、
前記Bi−Snを主成分とするはんだ部表面の電子部品搭載部にAg膜が形成されていることを特徴とする電子部品搭載用基板。 - 基材と、この基材に形成されたメタライズ層と、このメタライズ層表面に形成されたBi−Snを主成分とするはんだ部とからなる電子部品搭載用基板において、
前記Bi−Snを主成分とするはんだ部表面の電子部品搭載部がBiリッチ層で構成され、前記Biリッチ層表面にAu膜またはAg膜が形成されていることを特徴とする電子部品搭載用基板。 - 請求項1または請求項2に記載の電子部品搭載用基板であって、
前記Ag膜表面にAu膜が形成されていることを特徴とする電子部品搭載用基板。 - 請求項1または請求項2に記載の電子部品搭載用基板であって、
前記Bi−Snを主成分とするはんだ部のBi濃度が21重量%以上99.9%重量以下であることを特徴とする電子部品搭載用基板。 - 請求項1または請求項2に記載の電子部品搭載用基板であって、
前記Ag膜はAgを主成分とする合金であることを特徴とする電子部品搭載用基板。 - 基材と、この基材に形成されたメタライズ層と、このメタライズ層表面の一部に形成されたBi−Snを主成分とするはんだ部とからなる電子部品において、
前記Bi−Snを主成分とするはんだ部表面にAg膜が形成されていることを特徴とする電子部品。 - 基材と、この基材に形成されたメタライズ層と、このメタライズ層表面に形成されたBi−Snを主成分とするはんだ部とからなる電子部品において、
前記Bi−Snを主成分とするはんだ部表面がBiリッチ層で構成され、
前記Biリッチ層表面にAu膜またはAg膜が形成されていることを特徴とする電子部品。 - 請求項6または請求項7に記載の電子部品であって、
前記Ag膜表面にAu膜が形成されていることを特徴とする電子部品。 - 請求項6または請求項7に記載の電子部品であって、
前記Bi−Snを主成分とするはんだ部のBi濃度が21重量%以上99.9重量%以下であることを特徴とする電子部品。 - 請求項6または請求項7に記載の電子部品であって、前記Ag膜が、Agを主成分とする合金であることを特徴とする電子部品。
- 電子部品を電子基板に実装された電子装置において、
前記電子基板は、基材と、この基材に形成されたメタライズ層と、このメタライズ層表面に形成されたBi−Snを主成分とするはんだ部とからなり、前記Bi−Snを主成分とするはんだ部表面にAg膜が形成され、
前記電子部品は、前記電子基板との接続部表面にAuメタライズ層またはAバンプを有することを特徴とする接続部を含む電子装置。 - 電子部品を電子基板に実装された電子装置において、
前記電子基板は、基材と、この基材に形成されたメタライズ層と、このメタライズ層表面に形成されたBi−Snを主成分とするはんだ部とからなり、前記Bi−Snを主成分とするはんだ部表面の電子部品搭載部がBiリッチ層で構成され、前記Biリッチ層表面にAu膜またはAg膜が形成され、
前記電子部品は、前記電子基板との接続部表面にAuメタライズ層またはAバンプを有することを特徴とする接続部を含む電子装置。
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