JP2009105220A - バンプ付き電子部品、電子部品実装体、および電子部品の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上のクリーム半田印刷に仮に印刷かすれがあった場合でも半田付け不良を引き起こすことなく、特に複雑な製法を必要としない簡単な製造方法で製造でき、半田をリフローして基板に接続した際の導電接合部を鼓型にできるバンプ付電子部品、電子部品実装体、および電子部品の実装方法を提供する。
【解決手段】バンプ付き電子部品として、固形導電性材料からなる略円錐形状のバンプ１２を備えるようにする。また、電子部品の実装方法は基板に半田を接着し、固形導電性材料から略円錐状に形成されて、同一の高さを有するバンプを備え、バンプ付き電子部品と基板との接合部を鼓型状に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板との接合部を、その基板との接続方向における中央部分がくびれた鼓型状にすることで、熱ストレスや衝撃への耐久性を高めるようにするバンプ付き電子部品、電子部品実装体、および電子部品の実装方法に関する。

近年、電子機器の急速な小型化、高機能化に伴い、実装技術においては、電子部品の小型化、薄型化、高密度化への技術開発が求められている。
こうした要求に対応するパッケージング技術として、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）などがある。ＣＳＰ技術では、チップ上に微小な金属突起（バンプ）を形成し、このバンプを介してプリント基板と接続する実装方式が用いられる。バンプの金属としては金、銅、半田等が用いられており、中でも特に半田が広く使用されている。

電子機器の使用環境では多くの場合、厳しい温度環境下にさらされ、熱ストレスを多く受ける。また、落下などによる衝撃を受けることも想定される。こうした熱ストレスや外部からの衝撃が発生すると、半田バンプや半田とパッドの接合界面においてクラックが発生したり、ついには接合部が破壊される虞もある。
この問題に対し、半田接合部を中央部分がくびれた鼓型状にすることで、接合部の強度を高め、接続の信頼性を向上させる技術がある。

本発明の関連技術として、半田バンプを用いたＣＳＰが基板に接続されたときの半田接合部を、図４に示す鼓型溶融半田６３のように鼓型状にする方法について説明する。
まず、図４の鼓型溶融半田６３のように鼓型状に形成する部分の半田バンプ５２の高さ（大きさ）を、図５に示すように、他の半田バンプよりも低くしておく。こうして半田バンプ５２の高さを低くすることにより、その半田バンプに含まれる半田の量が少なくなるため、結果として基板とＣＳＰ本体５１との接続方向における中央部分がくびれた鼓型状の半田接合部が形成される。

鼓型溶融半田について詳述すると、溶融半田（半田接合部）における基板とＣＳＰとの接続方向における中央部分の断面積が、基板やＣＳＰとの接続部分における断面積よりも小さくなるようにしたものである。
こうした形状にすることで、外部からの衝撃に対しても応力集中を少なくでき、様々な熱ストレスなどに対しても接続信頼性を高めることができる。

また、本発明の関連技術として、電子部品の電極上に、フレーク状のＡｇフィラーと接着剤を含有した導電接着剤を円錐状に形成するものがある。この関連技術では、その導電接着剤を電子部品の電極上に供給した後、回路基板の電極上に濡れ広がらせて硬化させることにより、接合部形状として鼓形状を得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、本発明の関連技術として、配線基板上に銅メッキ膜をエッチングして円錐台形状の銅核を形成し、この銅核にクリーム半田を印刷し、リフローさせて銅核を覆う球殻状の半田とし、半田表面のフラックス残渣を洗浄することで、基板上にバンプを形成するものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、本発明の関連技術として、半導体チップが内蔵されたＢＧＡパッケージ本体に逆円錐形状の半田電極を配置し、半田電極の体積当たりの表面積を小さくするようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
また、配線基板上の半田バンプの中に、円錐状半田部を設けるようにしたものがある（例えば、特許文献４参照）。
特開２００２−３５３６０１号公報 特開２００６−５３２２号公報 特開２０００−３５７７５８号公報 特開平５−２０６２２１号公報

しかしながら、図５に示すクリーム半田６４は基板に印刷されて形成されるため、まれに印刷かすれなどが発生することがある。このため、上述した図４，図５のものでは、ＣＳＰを基板に実装する時、そうした印刷かすれなどによる高さの均一でない部分がクリーム半田６４中にあると、高さを低くした半田バンプ５２が適切に半田付けされない虞があった。

また、上述した特許文献１のものは、専用の導電接着剤を用いるものであり、バンプと基板との接合部の半田をリフロー（Reflow）して接続する通常の製造方法で製造することについてまで考慮されたものではなかった。

また、上述した特許文献２のものは、配線基板上に銅メッキした後にエッチングするなど多数の工程を用いて基板上にバンプを形成するものであり、簡単な工程で鼓型状の導電接合部を形成しうるＣＳＰのバンプを提供することについてまで考慮されたものではなかった。

また、上述した特許文献３、４のものは、ＣＳＰを基板に接続した際の導電接合部を鼓型状にすることについてまで考慮されたものではなかった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、基板上のクリーム半田に仮に高さの均一でない部分があった場合でも半田付け不良を引き起こすことなく、特に複雑な製法を必要としない簡単な製造方法で製造でき、半田をリフローして基板に接続した際の導電接合部を鼓型状にできるバンプ付き電子部品、電子部品実装体、および電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明に係るバンプ付き電子部品は、固形導電性材料からなる略円錐状のバンプが設けられたことを特徴とする。

また、本発明に係る電子部品実装体は、上述した本発明に係るバンプ付き電子部品が基板に実装されてなり、該電子部品と該基板との接合部が鼓型状の導電体であることを特徴とする。

また、本発明に係る電子部品の実装方法は、基板に半田を接着するステップと、固形導電性材料から略円錐状に形成されて、且つ同一の高さを有するバンプを備える電子部品を上記半田に装着するステップと、上記バンプ付き電子部品と上記基板との接合部を鼓型状に形成するステップとを備えることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、基板上のクリーム半田に仮に高さの均一でない部分があった場合でも半田付け不良を引き起こすことなく、半田をリフローして基板に接続した際の導電接合部を鼓型状にすることができる。
さらに、電子部品のバンプや電子部品実装体について、特に複雑な製法を必要としない簡単な製造方法で製造することができる。

次に、本発明に係るバンプ付き電子部品、電子部品実装体、および電子部品の実装方法を適用した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
まず、本実施形態の概略について説明する。

本実施形態に係るＣＳＰ１（バンプ付き電子部品）は、図１に示すように、金属からなるＣＳＰバンプ１２の形状が円錐形となっている。このため、図２に示すように、ＣＳＰバンプ１２が半田により基板に接続されると、接合部の形状が鼓型状となる。
このことにより、接合部における熱ストレスや衝撃への耐久性を高めることができ、ＣＳＰ１の基板への接続信頼性を向上させることができる。

また、図３に示すように、基板に実装された際の接合部の形状を鼓型状にしながらもＣＳＰ本体１１に設けられている各ＣＳＰバンプ１２の高さを同一にできるので、ＣＳＰ１を基板に実装する時に未半田（半田付け不良による未接続）の発生をなくすことができる。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１はＣＳＰのバンプ形状の詳細を示す。図２は、ＣＳＰ１を基板の所定位置に位置合わせして装着し、リフローした後の状態を示す。図３は、ＣＳＰ１を基板に装着した後、リフロー前の状態である。
リフローとは、基板上に塗布したクリーム半田の上に電子部品を装着した後、高温炉にて全体をはんだ融点以上に加熱し、はんだ付けする製造方法である。

ＣＳＰ本体１１の実装面（下面）には、図１に示すように、ＣＳＰ１からの電気接点としてＣＳＰバンプ１２が配設されている。
このＣＳＰ１を基板における所定の実装位置に位置合わせして装着すると、図３のようになる。ＣＳＰバンプ１２は円錐形をしており、各ＣＳＰバンプの高さも同一であるので、基板２１上に印刷されたクリーム半田２４に均一に接触する。

この図３のように、ＣＳＰ１は、ＣＳＰバンプ１２の先端部がクリーム半田２４の底部まで届くように埋め込まれて基板ランド２２に接触するよう、基板に装着される。このＣＳＰ１が基板に装着された状態でリフローされると、ＣＳＰバンプ１２の外周面に鼓型溶融半田２３が濡れ広がり、図２に示す鼓型溶融半田２３が形成される。

こうして円錐形金属によるＣＳＰバンプ１２を芯とした溶融半田による鼓型状の導電接合部が形成される。このように、導電接合部が鼓型状になるため、外部からの衝撃に対しても応力集中を緩和でき、ＣＳＰと基板とをしっかりと接合できる。このため、導電接合部の接続信頼性を向上させることができる。

次に、本実施形態としてのＣＳＰ実装基板の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１に示すＣＳＰ１のＣＳＰバンプ１２は、円錐状に形成された金属をＣＳＰの接点部分に固定していくことで製造できる。このように、本実施形態におけるＣＳＰ１では、例えば金属膜を形成してエッチングや洗浄を行うといった手間のかかる工程を必要とせず、簡単な製造方法で好適な形状のバンプを設置することができる。

クリーム半田２４は、基板２１上に予め設定されたパターンで印刷される。この印刷方法は公知のものであり、各種の方法を用いてよい。

そして、上述のようにして所要数のＣＳＰバンプ１２が配設されたＣＳＰ１を、クリーム半田２４が印刷された基板２１に実装する。ＣＳＰ１が基板上に位置合わせされて上述のように装着された際、ＣＳＰバンプ１２は円錐形をしており、高さも同一であるので、図３に示すように、先端部がクリーム半田２４の底部まで均一に届く。

その後リフローを行い、基板に印刷されたクリーム半田２４が溶融し、ＣＳＰバンプ１２外周面に沿って濡れ広がることにより、図２に示すような鼓型状の導電接合部が形成される。
こうして、導電接合部は、ＣＳＰと基板との接続方向における中央部がくびれたなめらかな曲面として表面が形成される。このため、ＣＳＰおよび基板間の接続信頼性を高くすることができる。

以上のように、上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
第１の効果として、ＣＳＰバンプ１２を円錐形金属とすることにより、例えば金属膜を形成してエッチングや洗浄を行うといった複雑な製法を必要とせず、簡単な製造方法でありながら、接続信頼性の高い鼓型状の導電接合部を形成することができる。

第２の効果として、ＣＳＰバンプ１２の形状を円錐形金属にすることにより、鼓型状の導電接合部を形成しながらも全てのバンプの高さを同一にすることができる。このため、ＣＳＰを基板に実装する際、仮に基板上のクリーム半田２４に印刷かすれなどにより高さが均一でない部分ができていたとしても、半田付け不良による未接続をなくすことができる。また、ＣＳＰ１に取り付けるＣＳＰバンプ１２の部品を同一にできるため、本実施形態によるＣＳＰバンプを備えたＣＳＰ１の製造方法を簡単にすることができる。

さらに、半田が溶融することで鼓型状に形成された導電接合部の中にＣＳＰバンプ１２という芯が入るため、熱ストレスや衝撃への耐久性にも非常に優れた実装体とすることができる。

なお、上述した各実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々変形して実施することが可能である。
例えば、ＣＳＰバンプ１２の材料としては、ハンダよりも融点が高い固形導電性材料であれば、例えば金、銅といった金属など、各種のものを用いてよい。

また、上述した実施形態では、クリーム半田２４が基板上に印刷されて設けられることとして説明したが、半田を基板上に接着できればこの方法に限定されず、各種の方法を用いてよい。

また、上述した実施形態では、ＣＳＰバンプ１２が円錐形金属であることとして説明したが、略円錐状で、リフローして基板に実装した際に鼓型溶融半田２３を形成できればＣＳＰバンプはこの形状に限定されず、例えば先端が少し丸みをおびた形や、側面に小さな凹凸がある形などであっても、本発明は同様に適用することができる。

また、上述した実施形態では、本発明に係るバンプ付き電子部品がＣＳＰであることとして説明したが、このものに限定されず、例えばＢＧＡなどであっても本発明は同様に適用することができる。

以上のように、本発明は、ＩＣやＬＳＩパッケージなどの集積回路を用いる電子機器全般に利用することができる。特に、携帯電話機をはじめとする各種携帯電子機器など、熱ストレスや衝撃への耐久性が求められる電子機器全般に、好適に利用することができる。

本発明の実施形態としてのＣＳＰ１を示す図である。 本実施形態によるＣＳＰ実装体を示す図である。 該ＣＳＰ実装体のリフロー前の状態を示す図である。 本発明の関連技術による電子部品実装体を示す図である。 該関連技術による電子部品実装体のリフロー前の状態を示す図である。

符号の説明

１ ＣＳＰ（バンプ付き電子部品の一例）
１１ ＣＳＰ本体
１２ ＣＳＰバンプ
２１ 基板
２２ 基板ランド
２３ 鼓型溶融半田
２４ クリーム半田

Claims (10)

1. 固形導電性材料からなる略円錐状のバンプが設けられたことを特徴とするバンプ付き電子部品。
2. 前記バンプは、全て同一の高さとなるよう設けられたことを特徴とする請求項１記載のバンプ付き電子部品。
3. 前記固形導電性材料は、融点が半田よりも高いことを特徴とする請求項１または２記載のバンプ付き電子部品。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のバンプ付き電子部品が基板に実装されてなり、該電子部品と該基板との接合部が鼓型状の導電体であることを特徴とする電子部品実装体。
5. 前記接合部は、前記実装の際に半田が溶融することにより鼓型状に形成されたことを特徴とする請求項４記載の電子部品実装体。
6. 前記半田は、前記基板に印刷されて設けられたことを特徴とする請求項５記載の電子部品実装体。
7. 基板に半田を接着するステップと、
   固形導電性材料から略円錐状に形成されて、且つ同一の高さを有するバンプを備える電子部品を前記半田に装着するステップと、
   前記バンプ付き電子部品と前記基板との接合部を鼓型状に形成するステップとを備えることを特徴とする電子部品の実装方法。
8. 前記基板に半田を接着するステップは、クリーム半田を印刷するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の電子部品の実装方法。
9. 前記電子部品を前記半田に装着するステップは、当該電子部品のバンプの先端部が前記半田の底部まで届くように装着するステップを含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電子部品の実装方法。
10. 前記バンプ付き電子部品と前記基板との接合部が鼓型状に形成されるステップは、リフローを介して前記半田を溶融して前記電子部品のバンプの外周面に濡れ広がせ、鼓型状が形成されるステップを含むことを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載の電子部品の実装方法。

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