JP2008263001A - 電子部品の実装構造及びその実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】はんだバンプにクラックが発生しても、電気的接続状態を確保し、はんだバンプの耐温度サイクル寿命を向上させる電子部品の実装構造を提供する。
【解決手段】電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造において、はんだバンプ１４の内部に銅等の高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品１８が配置され、金属部品１８の両端が電子部品１６の電極パッド２２と回路基板１２の電極パッド２０のそれぞれに固定されている。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造において、はんだバンプ１４の内部に銅等の高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品１８が配置され、金属部品１８の両端が電子部品１６の電極パッド２２と回路基板１２の電極パッド２０のそれぞれに固定されている。
【選択図】図１Ａ
Description
本発明は、半導体チップや半導体パッケージ等の電子部品を回路基板にはんだバンプを用いて接続する電子部品の実装構造及びその実装方法に係り、すなわちＣ４（シーフォー）の技術分野に関する。
図８は電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続する場合の従来の実装構造を示す縦断面図である。この実装構造において、低温度（例えば−４０℃）状態と高温度（例えば１２５℃）状態の温度サイクル（以下、ＴＣと略す場合もある。）を負荷すると、ある温度サイクル（耐ＴＣ寿命）で電子部品１６と回路基板１２とを接続するはんだバンプ１４が破壊されて、電気的な接続不良が発生する問題がある。
この接続不良の発生を抑制するため、従来では、特許文献１及び特許文献２に記載された発明がある。特許文献１に記載された発明は、金属製の芯部材を電子部品の電極パッドにはんだで取り付け、はんだバンプの内部に金属製の芯部材を設けている。また、特許文献２に記載された発明は、電子部品の電極パッド上にフォトレジストを形成し、開口部を設けてめっきすることによって、電子部品の電極パッド上に柱状金属バンプを設け、はんだバンプの内部に埋め込んでいる。
特許第２７８０６３１号公報
特開２０００−９１３７１号公報
ところで、温度サイクル試験によって、はんだバンプ１４に接続不良が発生するメカニズムを図８及び図９を参照して説明する。
一般に、電子部品１６と回路基板と１２の間には、線膨張係数差が存在する。例えば、電子部品１６がシリコンの場合、その線膨張係数は３ｐｐｍ／℃であり、回路基板１２が有機材料を絶縁樹脂とするビルドアップ基板の場合、その線膨張係数は１０〜３０ｐｐｍ／℃程度である。はんだバンプ１４が鉛錫共晶はんだや、鉛フリーはんだの場合、その線膨張係数は、２０〜３０ｐｐｍ／℃である。
はんだバンプ１４を用いて電子部品１６を回路基板１２に接続する場合、電子部品１６のはんだバンプ１４をはんだの融点（１８０℃〜３００℃）まで加熱し、回路基板１２に接触させて、電子部品１６と回路基板１２との接合を完了させた後に冷却する。
このとき、電子部品１６と回路基板１２との線膨張係数差によって、冷却時の収縮率が異なるため、はんだバンプ１４が図９に示すように水平方向に変形する。このような温度サイクル試験によって、この水平方向の変形が繰り返し生じるため、はんだバンプ１４にクラックが発生し、このクラックが進展してはんだバンプ１４が断裂し、延いては電気的接続不良が発生する問題がある。
上述した特許文献1に記載された従来技術では、金属製の芯部材を電子部品の電極パッドにはんだ付けしているため、芯部材と電極パッドの間のはんだにクラックが発生して、電気的接続不良が発生する可能性がある。
また、特許文献２に記載された従来技術では、電子部品の電極パッド上の柱状金属バンプと回路基板の電極パッドの間にはんだが介在するため、このはんだ部分にクラックが発生して、電気的接続不良が発生する可能性がある。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、電子部品を回路基板にはんだバンプを用いて接続する実装構造及び実装方法において、はんだバンプにクラックが発生しても、電気的接続状態を確保し、はんだバンプの耐温度サイクル寿命を向上させる電子部品の実装構造及びその実装方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電子部品を回路基板にはんだバンプで接続した実装構造において、前記はんだバンプの内部に銅等の高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品が配置され、当該金属部品の両端が前記電子部品の電極パッドと前記回路基板の電極パッドのそれぞれに固定されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、電子部品を回路基板にはんだバンプで接続した実装構造において、前記はんだバンプの内部に銅等の高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品が配置され、前記電子部品の電極パッド及び前記回路基板の電極パッドのそれぞれに金等の高融点金属からなる金属突起が形成され、前記電子部品側の金属突起と前記回路基板側の金属突起のそれぞれに前記金属部品の両端が固定されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電子部品の実装構造において、前記はんだバンプの内部に、銅等の高融点金属からなり筒状に形成された金属筒が前記電子部品の電極パッド及び前記回路基板の電極パッドと分離して配置され、かつ前記金属部品が前記金属筒内に挿入して配置されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品の実装構造において、前記金属部品は、その両端が尖った棒状体に形成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、回路基板の電極パッドに高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品の一端を突き刺して固定する工程と、前記回路基板と前記電子部品をはんだバンプで接続しつつ、前記電子部品の電極パッドに前記金属部品の他端を突き刺して固定する工程と、を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、熱硬化性樹脂を穴あけして金属メッキする工程と、前記穴周辺の不要なメッキ及び前記熱硬化性樹脂を除去して高融点金属からなる金属筒を形成する工程と、回路基板の電極パッドに高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品の一端を突き刺して固定する工程と、前記金属部品が前記金属筒の開口部に入るように前記金属筒を配置する工程と、前記回路基板と前記電子部品をはんだバンプで接続しつつ、前記電子部品の金属突起に前記金属部品の他端を突き刺して固定する工程と、を備えることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、熱硬化性樹脂を穴あけして金属メッキする工程と、前記穴周辺の不要なメッキ及び前記熱硬化性樹脂を除去して高融点金属からなる金属筒を形成する工程と、電子部品及び回路基板の各電極パッドに超音波溶接によって金属突起をそれぞれ形成する工程と、前記回路基板の金属突起に高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品の一端を突き刺して固定する工程と、前記金属部品が前記金属筒の開口部に入るように前記金属筒を配置する工程と、前記回路基板と前記電子部品をはんだバンプで接続しつつ、前記電子部品の金属突起に前記金属部品の他端を突き刺して固定する工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の電子部品の実装構造及びその実装方法によれば、はんだバンプの内部に銅等の高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品の両端が電子部品の電極パッド又は金属突起と、回路基板の電極パッド又は金属突起のそれぞれに固定されていることにより、はんだバンプにクラックが発生しても、電子部品と回路基板との間の電気伝導が確保され、はんだバンプの耐温度サイクル寿命を向上させることができる。
また、本発明の電子部品の実装構造及びその実装方法によれば、はんだバンプの内部に、銅等の高融点金属からなり筒状に形成された金属筒が配置されていることにより、電子部品及び回路基板と平行な面で切断した断面の断面二次モーメントが金属筒を含まないはんだバンプのそれより大きくなるため、はんだバンプの水平方向の変形が抑制され、はんだバンプの耐温度サイクル寿命を向上させることができる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、従来の構成と同一または対応する部分に図８と同一の符号を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１Ａは本発明の第１実施形態の実装構造を示す縦断面図、図１Ｂは図１Ａの金属棒及び電極パッドを示す斜視図である。
図１Ａは本発明の第１実施形態の実装構造を示す縦断面図、図１Ｂは図１Ａの金属棒及び電極パッドを示す斜視図である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造では、はんだバンプ１４の内部に銅等の高融点金属からなる金属部品の一例としての金属棒１８が複数配置され、この金属棒１８の両端が電子部品１６の電極パッド２２と回路基板１２の電極パッド２０のそれぞれに突き刺して固定されている。また、電子部品１６の電極パッド２２及び回路基板１２の電極パッド２０もはんだバンプ１４の内部に配置されている。なお、金属棒１８は、はんだバンプ１４の内部に複数配置したが、これに限らず一つ配置してもよく、要するに少なくとも一つはんだバンプ１４の内部に配置すればよい。
また、金属棒１８は、各電極パッド２０，２２に突き刺し易くするため、その形状は両端が尖った円柱体状に形成され、材料は電極パッド２０，２２より硬度が高いものを選択することが望ましい。
図２は本発明の第１実施形態の実装構造における作用を示す縦断面図である。
温度サイクル試験によって、はんだバンプ１４が図９のように水平方向に変形するため、図２に示すように、はんだバンプ１４にクラック２８が発生する場合がある。本実施形態の実装構造では、クラック２８の進展によって、はんだバンプ１４が断裂しても、金属棒１８によって、電子部品１６と回路基板１２の電気伝導が確保され、はんだバンプ１４の耐ＴＣ寿命を向上させることができる。
このように本実施形態の実装構造によれば、はんだバンプ１４の内部に少なくとも一つの金属棒１８が配置され、この金属棒１８の両端を電子部品１６の電極パッド２２と回路基板１２の電極パッド２０のそれぞれに突き刺して固定したことにより、はんだバンプ１４にクラックが発生しても、電子部品１６と回路基板１２との間の電気伝導が確保され、はんだバンプ１４の耐ＴＣ寿命を向上させることができる。
したがって、本実施形態の実装構造では、適用したはんだバンプ１４の耐ＴＣ寿命を向上させる効果を有するため、電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造において、最も壊れ易いはんだバンプ１４及びその周辺のはんだバンプ１４のみに適用しても、本実施形態の効果を得ることができる。
（第２実施形態）
図３Ａは本発明の第２実施形態の実装構造を示す縦断面図、図３Ｂは図３Ａの金属棒、金属円筒及び電極パッドを示す斜視図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には、同一の符号を付して説明する。その他の実施形態も同様である。
図３Ａは本発明の第２実施形態の実装構造を示す縦断面図、図３Ｂは図３Ａの金属棒、金属円筒及び電極パッドを示す斜視図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には、同一の符号を付して説明する。その他の実施形態も同様である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本実施形態では、電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造において、はんだバンプ１４の内部に銅等の高融点金属からなり円筒状に形成された金属筒としての金属円筒３０が電子部品１６の電極パッド２２と回路基板１２の電極パッド２０と分離して配置されている。この金属円筒３０は、その軸方向が電子部品１６及び回路基板１２に対して垂直方向となるように配置されている。さらに、銅等の高融点金属からなる複数の金属棒１８の両端が電子部品１６の電極パッド２２と回路基板１２の電極パッド２０のそれぞれに突き刺して固定され、これらの金属棒１８は金属円筒３０の開口部内に挿入して配置されている。
なお、金属棒１８は、各電極パッド２０，２２に突き刺し易くするため、その形状は両端が尖った円柱体状に形成され、材料は電極パッド２０，２２より硬度が高いものを選択することが望ましい。
また、金属円筒３０の外径は、金属円筒３０を配置する電子部品１６の電極パッド２２の径及び回路基板１２の電極パッド２０の径より小さくする。そして、金属円筒３０は、両端部のランド３１も含めて、電子部品１６の電極パッド２２及び回路基板１２の電極パッド２０の内側に位置するように配置することが望ましい。さらに、金属円筒３０の両端部に形成されたランド３１の径は、金属円筒３０の外径に可能な限り近くすることが望ましい。
複数の金属棒１８の外径は、金属円筒３０の内径より小さくし、金属棒１８が金属円筒３０に接触しないように配置することが望ましい。
金属円筒３０は、金属円筒３０を配置する電子部品１６の電極パッド２２及び回路基板１２の電極パッド２０に可及的に近接することが望ましい。
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果に加え、はんだバンプ１４の内部に、銅等の高融点金属からなり円筒状に形成された金属円筒３０が電子部品１６の電極パッド２２及び回路基板１２の電極パッド２０と分離して配置されていることにより、電子部品１６及び回路基板１２と平行な面で切断した断面の断面二次モーメントが金属円筒３０を含まないはんだバンプのそれより大きくなるため、はんだバンプ１４の水平方向の変形が抑制され、はんだバンプ１４の耐温度サイクル寿命を向上させることができる。
（第３実施形態）
図４Ａは本発明の第３実施形態の実装構造を示す縦断面図、図４Ｂは図４Ａの金属棒、金属突起及び電極パッドを示す斜視図である。
図４Ａは本発明の第３実施形態の実装構造を示す縦断面図、図４Ｂは図４Ａの金属棒、金属突起及び電極パッドを示す斜視図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本実施形態では、電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造において、はんだバンプ１４の内部に、回路基板１２の電極パッド２０及び電子部品１６の電極パッド２２のそれぞれに金等の高融点金属からなる金属突起２４，２６が形成され、銅等の高融点金属からなる金属棒１８の両端が金属突起２４と金属突起２６にそれぞれ突き刺して固定されている。
また、金属棒１８は、突起２４や突起２６に突き刺し易くするため、その形状は両端が尖った円柱体状に形成され、材料は突起２４や突起２６より硬度が高いものを選択することが望ましい。
このように本実施形態によれば、はんだバンプ１４の内部に銅等の高融点金属からなる複数の金属棒１８が配置され、回路基板１２の電極パッド２０及び電子部品１６の電極パッド２２のそれぞれに金等の高融点金属からなる金属突起２４，２６が形成され、電子部品１６側の金属突起２６と回路基板１２側の金属突起２４のそれぞれに金属棒１８の両端が突き刺して固定されていることにより、前記第１実施形態及び第２実施形態の効果に加え、金属棒１８の両端を突き刺す金属突起２４，２６が金等の高融点金属からなることから、金属突起２４，２６の硬度が低くなり、金属棒１８を突き刺して固定し易くなり、実装作業が容易になる。
（第４実施形態）
図５Ａは本発明の第４実施形態の実装構造を示す縦断面図、図５Ｂは図５Ａの金属棒、金属円筒、金属突起及び電極パッドを示す斜視図である。
図５Ａは本発明の第４実施形態の実装構造を示す縦断面図、図５Ｂは図５Ａの金属棒、金属円筒、金属突起及び電極パッドを示す斜視図である。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施形態では、電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造において、はんだバンプ１４の内部に銅等の高融点金属からなり円筒状に形成された金属円筒３０が電子部品１６の電極パッド２２と回路基板１２の電極パッド２０と分離して配置されている。この金属円筒３０は、その軸方向が電子部品１６及び回路基板１２に対して垂直方向となるように配置されている。さらに、はんだバンプ１４の内部においては、回路基板１２の電極パッド２０及び電子部品１６の電極パッド２２のそれぞれに金等の高融点金属からなる金属突起２４，２６が形成され、これらの金属突起２４，２６が金属円筒３０の開口部内に挿入されるように配置されている。そして、銅等の高融点金属からなる金属棒１８の両端が金属突起２４と金属突起２６に突き刺して固定されている。
なお、金属棒１８は、突起２４や突起２６に突き刺し易くするため、その形状は両端が尖った円柱体状に形成され、材料は突起２４や突起２６より硬度が高いものを選択することが望ましい。
また、金属円筒３０の外径は、金属円筒３０を配置する電子部品１６の電極パッド２２の径及び回路基板１２の電極パッド２０の径より小さくする。そして、金属円筒３０は、両端部のランド３１も含めて、電子部品１６の電極パッド２２及び回路基板１２の電極パッド２０の内側に位置するように配置することが望ましい。さらに、金属円筒３０の両端部に形成されたランド３１の径は、金属円筒３０の外径に可能な限り近くすることが望ましい。
複数の金属棒１８の外径は、金属円筒３０の内径より小さくし、金属棒１８が金属円筒３０に接触しないように配置することが望ましい。
金属突起２４，２６の突起径は、金属円筒３０の内径より小さくし、金属突起２４，２６が金属円筒３０に接触しないように配置することが望ましい。
金属円筒３０は、金属円筒３０を配置する電子部品１６の電極パッド２２及び回路基板１２の電極パッド２０に可及的に近接することが望ましい。
このように本実施形態によれば、回路基板１２の電極パッド２０及び電子部品１６の電極パッド２２のそれぞれに金等の高融点金属からなる金属突起２４，２６が形成され、はんだバンプ１４の内部に、銅等の高融点金属からなり円筒状に形成された金属円筒３０が回路基板１２の電極パッド２０及び電子部品１６の電極パッド２２と分離して配置され、かつ銅等の高融点金属からなる複数の金属棒１８が金属円筒３０内に挿入して配置され、金属棒１８の両端が金属突起２４と金属突起２６に突き刺して固定されているので、前記第１実施形態〜第３実施形態のそれぞれの効果を得ることができる。
次に、図６及び図７に基づいて本実施形態の実装方法について説明する。
図６Ａ〜図６Ｈは、本発明の第４実施形態の実装方法を説明するための工程図、図７Ａ〜図７Ｅは第４実施形態において金属円筒を形成するための工程図である。
まず、図６Ａに示すように回路基板１２の電極パッド２０に金等の高融点金属からなる金属突起２４を形成する。この金属突起２４を形成する方法としては、種々の方法が考えられるが、本実施形態では、超音波溶接技術により金線を電極パッド２０に接合し、余分な金線を切断して、金属突起２４を形成する方法を用いている。
次に、銅等の高融点金属からなる金属線を適当な長さで切断して両端を尖状に加工し、両端が尖った円柱体状の金属棒１８を形成する。
真空吸着装置３８は、電子部品１６の電極パッド２２の配置領域全体を覆う面積を有し、金属突起２４の部分を除いてメタルマスク４０で覆われる。図６Ｂに示すように真空吸着装置３８を用いて金属棒１８を保持し、図６Ａに示す前工程で形成された回路基板１２の電極パッド２０における金属突起２４の位置に合わせ、図６Ｃに示すように金属棒１８の一端を金属突起２４に突き刺して固定する。このとき、金属棒１８の一端が金属突起２４に突き刺さるように真空吸着装置３８と回路基板１２との間に圧力を加える。
ここで、金属円筒３０を形成する工程を図７Ａ〜図７Ｅに基づいて説明する。
まず、図７Ａに示すように電子部品１６の電極パッド２２の配置領域全体を覆う面積を有する熱硬化性樹脂板３２を用意し、その硬化温度で硬化させる。このとき、熱硬化性樹脂板３２は、穴あけが可能なものであれば如何なるものでもよいが、はんだバンプ１４内に熱硬化性樹脂が残った場合に、温度サイクルによる熱硬化性樹脂の膨張収縮がはんだバンプ１４に与える影響を小さくするため、熱硬化性樹脂板３２の熱硬化性樹脂とはんだバンプ１４のはんだとの線膨張係数をなるべく同等にする材料とすることが望ましい。
次に、図７Ｂに示すように金属円筒３０を形成する電極パッドの位置に対応する部分の熱硬化性樹脂板３２をレーザー等で穴あけする。このとき、その穴径は、金属円筒３０の外径となるため、金属円筒３０を配置する電子部品１６の電極パッド２２の径及び回路基板１２の電極パッド２０の径より小さくする。
この後、図７Ｃに示すように熱硬化性樹脂板３２に金属めっきした後、図７Ｄに示すように穴周辺の不要な金属めっき３４をエッチングして取り除き、金属円筒３０を形成する。このとき、エッチングで除去しきれなかった金属めっき部分が金属円筒３０の両端部にランド３１として残るものの、金属円筒３０の周りの熱硬化性樹脂を可及的に取り除くため、このランド３１の径を、金属円筒３０の外径に可能な限り近くすることが望ましい。
次に、図７Ｅに示すように金属円筒３０の周りの熱硬化性樹脂板３２にレーザー等で切れ目を入れる。これは、後の工程（図６Ｆの工程）で、金属円筒３０の周りの熱硬化性樹脂を取り除き易くするためである。
上記のようにして形成された熱硬化性樹脂板３２を裏返し、前工程（図６Ｃの工程）で形成された回路基板１２側に熱硬化性樹脂板３２の切れ目が向くようにする（図６Ｄ）。そして、金属円筒３０を接続する回路基板１２の電極パッド２０にはんだ３６を塗布し、熱硬化性樹脂板３２の金属円筒３０部分を回路基板１２の電極パッド２０の位置に合わせ、リフローはんだ付けによって、図６Ｅに示すように金属円筒３０と回路基板１２とを接続する。このとき、熱硬化性樹脂板３２と回路基板１２との間に圧力を加える。
この後、金属円筒３０の周りの熱硬化性樹脂板３２に、前工程（図７Ｅの工程）で形成された切れ目に合わせて、図６Ｆに示すようにレーザー等で切れ目を入れ、熱硬化性樹脂板３２を切断して、金属円筒３０の周りの熱硬化性樹脂板３２を取り除く。このとき、金属円筒３０の周りの熱硬化性樹脂が可及的に取り除かれることが望ましい。
ここで、電子部品１６の電極パッド２２に金属突起２６を形成する工程について説明する。
前工程（図６Ａの工程）と同様に、超音波溶接技術により、金線を電極パッド２２に接合し、余分な金線を切断して金属突起２６を形成した。そして、電子部品１６の電極パッド２２上にはんだバンプ１４を形成した。
上記のようにして形成された電子部品１６の電極パッド２２上のはんだバンプ１４を前工程（図６Ｆの工程）で形成された回路基板１２の電極パッド２０の位置に合わせる（図６Ｇ）。そして、回路基板１２の電極パッド２０にはんだを塗布し、リフローはんだ付けによって、電子部品１６と回路基板１２を接続する（図６Ｈ）。このとき、金属棒１８の他端が金属突起２６に突き刺され、かつ金属円筒３０が金属突起２６に嵌まるように、電子部品１６と回路基板１２との間に圧力を加える。
以上の実装方法により第４実施形態の実装構造が完成する。
このように本実施形態の実装構造によれば、適用したはんだバンプの耐ＴＣ寿命を向上させる効果を有するため、電子部品１６を回路基板１２にはんだバンプ１４で接続した実装構造において、最も壊れ易いはんだバンプ及びその周辺のはんだバンプのみに適用しても、本実施形態の効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態では、金属棒１８を円柱状に形成したが、これに限らず角柱状に形成してもよい。また、金属円筒３０の形状を中空円筒状としたが、これに限らず中空角柱状に形成してもよい。さらに、金属円筒３０の開口部の形状を円形としたが、これ以外に角形としてもよい。
また、前記第１実施形態の実装方法は、上述した第４実施形態の実装方法から回路基板１２の電極パッド２０に金属突起２４を形成する工程、金属円筒３０を形成する工程、及び電子部品１６の電極パッド２２に金属突起２６を形成する工程が除外される。
前記第２実施形態の実装方法は、上述した第４実施形態の実装方法から回路基板１２の電極パッド２０に金属突起２４を形成する工程、及び電子部品１６の電極パッド２２に金属突起２６を形成する工程が除外される。
前記第３実施形態の実装方法は、上述した第４実施形態の実装方法から金属円筒３０を形成する工程が除外される。
以下、具体的な実施例を用いて、本発明の第４実施形態の実装構造及び実装方法を説明する。
厚さ０．３５ｍｍ、幅６ｍｍ角のシリコンチップを厚さ１．５ｍｍ、幅２４ｍｍのビルドアップ基板にＳｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ（Ｍ３１、千住金属株式会社製）のはんだバンプで接続したＦＣ（フリップチップ）パッケージについて、本第４実施形態を実施した。ここで、シリコンチップとビルドアップ基板の電極パッド径は０．１ｍｍ、バンプピッチは０．３ｍｍであり、はんだバンプが６列配置されている。
厚さ０．０５ｍｍ（銅箔厚０．０１２ｍｍ）、幅１０ｍｍ角の熱硬化性樹脂（ＡＰＬ−４６０１、住友ベークライト株式会社製）の板を用意し、２６０℃で硬化させた。そして、熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１の板に対して、シリコンチップの最外周の電極パッドに対応する位置にＵＶ、ＹＡＧレーザー（ＭＬ６０５ＧＴＷ−５０５０Ｕ、三菱電機株式会社製）で０．０８０ｍｍ径の穴を開けた。
この後、無電解銅めっきと電解銅めっきによって、熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１の板に厚さ約０．０１５ｍｍの銅層を形成した。そして、穴周辺の不要な銅めっきをエッチングによって取り除き、外径０．０８０ｍｍ、内径約０．０５０ｍｍ、長さ約０．１ｍｍの銅円筒を形成した。このとき、エッチングで除去しきれなかった銅めっき部分が銅円筒の両端部にランドとして残るが、ランド径約０．１ｍｍ、ランド厚約０．０３ｍｍであった。
次に、銅円筒周りの熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１部分にＵＶ、ＹＡＧレーザー（ＭＬ６０５ＧＴＷ−５０５０Ｕ、三菱電機株式会社製）で深さ約０．０３ｍｍ、幅約０．０５ｍｍの切れ目を円周状に入れた。
ビルドアップ基板に対して、シリコンチップの最外周の電極パッドに対応する位置の電極パッドに、超音波溶接技術によって、径０．０１５ｍｍの金線を接合し、余分な金線を切断して、最大幅約０．０３ｍｍ、長さ約０．０３ｍｍの金突起を形成した。
さらに、径０．０１０ｍｍの銅線を０．１２ｍｍの長さに切断し、両端の長さ０．０２ｍｍの部分を尖状に加工した。
この尖状銅線をシリコンチップの最外周の電極パッドに対応する位置に径０．０２ｍｍの穴が形成されたメタルマスクを取り付けた真空吸着装置を用いて保持し、ビルドアップ基板の電極パッドの金突起の位置に合わせ、尖状銅線を金突起に突き刺した。このとき、尖状銅線が金突起に突き刺さるよう、真空吸着装置とビルドアップ基板の間に２０ＭＰａの圧力を加えた。
次に、はんだ印刷機（ＳＩ−Ｐ３００、ソニーマニュファクチュリングシステムズ）によって、ビルドアップ基板の金突起付き電極パッドにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系クリームはんだ（ＮＰ３０３−ＭＦ２５５−ＧＱ、ニホンゲンマ）を塗布した。
次の工程では、前工程で形成された熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１の板を裏返して切れ目がビルドアップ基板側に向くようにし、熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１の銅円筒部分をビルドアップ基板の金突起付き電極パッドの位置に合わせ、リフロー温度２６０℃ではんだ付けし、銅円筒とビルドアップ基板を接続した。
このとき、ビルドアップ基板の電極パッドの金突起及びそれに突き刺された尖状銅線が銅円筒の穴の中に入るように、熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１とビルドアップ基板との間に１０ＭＰａの圧力を加えた。
この後、銅円筒周りの硬化樹脂ＡＰＬ−４６０１に、前工程で形成された切れ目に合わせて、ＵＶ、ＹＡＧレーザー（ＭＬ６０５ＧＴＷ−５０５０Ｕ、三菱電機株式会社製）で切れ目を入れ、熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１を切断し、銅円筒周りの熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１を取り除いた。このとき、銅円筒周りの熱硬化性樹脂ＡＰＬ−４６０１が厚さ約０．０１ｍｍ残った。
シリコンチップに対して、シリコンチップの最外周の電極パッドに、超音波溶接技術によって、径０．０１５ｍｍの金線を接合し、余分な金線を切断して、最大幅約０．０３ｍｍ、長さ約０．０３ｍｍの金突起を形成した。そして、シリコンチップの電極パッド上に最大径０．１５ｍｍのはんだバンプを形成した。
次の工程では、前工程で形成されたビルドアップ基板の銅円筒のない電極パッドにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系クリームはんだ（ＮＰ３０３−ＭＦ２５５−ＧＱ、ニホンゲンマ）を塗布し、前工程で形成されたシリコンチップの電極パッド上のはんだバンプをビルドアップ基板の電極パッドの位置に合わせ、リフロー温度２６０℃ではんだバンプを溶融させながら、はんだバンプをビルドアップ基板の電極パッドに接触させ、冷却して接続させた。リフロー時は、シリコンチップの電極パッドの金突起が銅円筒の開口部の中に入るように、かつ尖状銅線がシリコンチップの電極パッドの金突起に突き刺さるように、シリコンチップとビルドアップ基板の間に２０ＭＰａの圧力を加えた。
このようして構成した実装構造によれば、前記第４実施形態と同様の効果が得られることが判明した。
１２ 回路基板
１４ はんだバンプ
１６ 電子部品
１８ 金属棒
２０ 電極パッド
２２ 電極パッド
２４ 金属突起
２６ 金属突起
２８ クラック
３０ 金属円筒
３２ 熱硬化性樹脂板
３４ 金属めっき
３６ はんだ
３８ 真空吸着装置
４０ メタルマスク
１４ はんだバンプ
１６ 電子部品
１８ 金属棒
２０ 電極パッド
２２ 電極パッド
２４ 金属突起
２６ 金属突起
２８ クラック
３０ 金属円筒
３２ 熱硬化性樹脂板
３４ 金属めっき
３６ はんだ
３８ 真空吸着装置
４０ メタルマスク
Claims (7)
- 電子部品を回路基板にはんだバンプで接続した実装構造において、前記はんだバンプの内部に銅等の高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品が配置され、当該金属部品の両端が前記電子部品の電極パッドと前記回路基板の電極パッドのそれぞれに固定されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
- 電子部品を回路基板にはんだバンプで接続した実装構造において、前記はんだバンプの内部に銅等の高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品が配置され、前記電子部品の電極パッド及び前記回路基板の電極パッドのそれぞれに金等の高融点金属からなる金属突起が形成され、前記電子部品側の金属突起と前記回路基板側の金属突起のそれぞれに前記金属部品の両端が固定されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
- 前記はんだバンプの内部に、銅等の高融点金属からなり筒状に形成された金属筒が前記電子部品の電極パッド及び前記回路基板の電極パッドと分離して配置され、かつ前記金属部品が前記金属筒内に挿入して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装構造。
- 前記金属部品は、その両端が尖った棒状体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品の実装構造。
- 回路基板の電極パッドに高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品の一端を突き刺して固定する工程と、前記回路基板と前記電子部品をはんだバンプで接続しつつ、前記電子部品の電極パッドに前記金属部品の他端を突き刺して固定する工程と、を備えることを特徴とする電子部品の実装方法。
- 熱硬化性樹脂を穴あけして金属メッキする工程と、前記穴周辺の不要なメッキ及び前記熱硬化性樹脂を除去して高融点金属からなる金属筒を形成する工程と、回路基板の電極パッドに高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品の一端を突き刺して固定する工程と、前記金属部品が前記金属筒の開口部に入るように前記金属筒を配置する工程と、前記回路基板と前記電子部品をはんだバンプで接続しつつ、前記電子部品の金属突起に前記金属部品の他端を突き刺して固定する工程と、を備えることを特徴とする電子部品の実装方法。
- 熱硬化性樹脂を穴あけして金属メッキする工程と、前記穴周辺の不要なメッキ及び前記熱硬化性樹脂を除去して高融点金属からなる金属筒を形成する工程と、電子部品及び回路基板の各電極パッドに超音波溶接によって金属突起をそれぞれ形成する工程と、前記回路基板の金属突起に高融点金属からなる少なくとも一つの金属部品の一端を突き刺して固定する工程と、前記金属部品が前記金属筒の開口部に入るように前記金属筒を配置する工程と、前記回路基板と前記電子部品をはんだバンプで接続しつつ、前記電子部品の金属突起に前記金属部品の他端を突き刺して固定する工程と、を備えることを特徴とする電子部品の実装方法。
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