JP2009188026A - 電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品用パッケージと実装基板のギャップを制御する技術において、従来ＢＧＡ実装による電子部品製造工程を大幅に変更することなく、電子部品の小型化と高接続信頼性を有する電子部品を提供する。
【解決手段】 本発明は、電子部品用パッケージと実装基板とを複数のはんだバンプにより接続した電子部品であって、前記複数のはんだバンプの一部は、はんだより融点が高くコアとなるボールの表面に前記はんだを被覆したコアはんだボールによって形成されてなり、前記コアはんだボールは、前記実装基板を一つの同一直線上にない、少なくとも３点で支持するものである電子部品である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、高い接続信頼性を有する電子部品に関するものである。

近年、電子機器の携帯化・高性能化に伴い、電子部品に対して実装密度の高密度化・高接続信頼性への要求が高まっている。従来、半導体電子部品用パッケージとして、側面に端子を持つＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）が用いられてきた。ＱＦＰでは、外部接続用端子がＩＣ電子部品用パッケージの周囲に位置しており、端子数を増加するためにはＩＣ電子部品用パッケージ自体を大きくするか、端子間の幅を狭める方法しかなく、限界があった。

そこで、現在ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージが主流になっている。このＢＧＡパッケージは、インターポーザ下の電極部から直接はんだボールを介して外部接続端子を形成できるため、直線から平面へと実装密度を向上させることができる。

しかしながら、ＢＧＡ実装において、電子部品用パッケージ自体の重量が大きかったり、重量に偏りがあったり、電子部品用パッケージを加圧しながら実装する場合、リフロー時に接続端子が潰れてしまい、隣接する接続端子同士が接触してショートするといった不良が生じることがあった。また、電子部品用パッケージと実装基板の熱膨張率が異なることから、リフロー時に実装基板の反りが生じてしまい、接続端子が電極から離れて接触不良を生じるという問題があった。

また、電子部品用パッケージ自体の重量、偏り、実装基板との熱膨張率の違いから、リフロー時に実装基板と電子部品用パッケージが傾いた状態で接続されてしまうことがあり、接続端子部に繰り返しの熱変化に伴う剪断応力が加わったときに、応力集中箇所が生じてしまい、電子部品の寿命が極端に短くなることがあった。また、電子部品用パッケージと実装基板間のギャップが狭くなると、繰り返しの熱変化による剪断応力が強くなり、電子部品の寿命が短くなる問題があった。

そこで、上記問題を解決する方法として、電子部品用パッケージと実装基板を実装する際に接続端子外周部４隅に接着剤の塗布、及び接着剤の中にスペーサーを混入してギャップを形成し実装する提案がなされている（特許文献１）。この提案は、電子部品用パッケージ自体の重さや偏り、あるいは反りといった問題がある場合においても、リフロー時にスペーサーが支柱となって接続端子間のギャップを形成することから、安定した接続信頼性を有する電子部品が得られるという点で優れたものである。
特開平１０−１１２４７８号公報

しかしながら、電子部品用パッケージと実装基板を接続する際に、熱により接着材が膨張するため、接続端子間のギャップを精度良く形成することは困難である。また、接着剤の中にスペーサーを混入する場合、接着剤塗布後、スペーサーを配置する工程が必要となることから、製造工程が複雑化してしまう。加えて、接続端子外周部に支柱を形成するためのスペースを必要とするため、電子部品自体が大きくなってしまう問題があった。

本発明の目的は、上記の複雑な工程を解決し、小型化が可能で高い接続信頼性を有する電子部品を提供することである。

本発明者は、複雑な工程による接続端子間のギャップ形成の問題を検討し、はんだバンプの一部にコアはんだボールを適用することで、電子部品の製造工程を簡略化するとともに、高い接続信頼性を有する電子部品の小型化ができることを見出し本発明に到達した。

すなわち本発明は、電子部品用パッケージと実装基板とを複数のはんだバンプにより接続した電子部品であって、前記複数のはんだバンプの一部は、はんだより融点が高くコアとなるボールの表面に前記はんだを被覆したコアはんだボールによって形成されてなり、前記コアはんだボールは、前記実装基板を一つの同一直線上にない、少なくとも３点で支持する電子部品である。
前記コアはんだボールは、前記電子部品用パッケージの平面内の中心位置から点対称の位置に配置され、前記はんだバンプの一部を形成することが好ましい。
また、前記コアはんだボールは、前記電子部品用パッケージの平面内の中心位置から線対称の位置に配置され、前記はんだバンプの一部を形成してもよい。
また、前記コアはんだボールは、前記電子部品用パッケージの平面内の中心位置から点対称かつ線対称の位置に配置され、前記はんだバンプの一部を形成することが好ましい。

本発明によれば、ＢＧＡ実装において、はんだボールの一部をＣｕコアはんだボールに置き換えてはんだバンプを形成することによって、従来の電子部品製造工程を大幅変更することなく簡単に電子部品用パッケージと実装基板間のギャップを制御でき、高い信頼性を有する電子部品の製造を可能とする。さらには電極端子部に導電性を有する支柱を形成することから、新たに支柱形成用のスペースを確保する必要がないため、電子部品の小型化にも寄与できる。

本発明の最も重要な特徴は、電子部品用パッケージと実装基板とを複数のはんだバンプにより接続した電子部品におけるはんだバンプの一部にはんだを被覆したコアはんだボールを適用したことである。
本発明は、はんだバンプの一部にはんだを被覆したコアはんだボールを用いることで、従来のスペーサーの配置工程や接着剤の塗布工程を不要の電子部品となる。また、本発明は、コアとなるボールがスペーサーとして機能し、電子部品用パッケージと実装基板との接続端子間の安定したギャップを形成した電子部品となる。

本発明において、接続端子部にコアはんだボールを同一直線上にのみ配置すると、電子部品用パッケージ自体の重量が大きい場合や重量に偏りがある場合に、電子部品用パッケージを実装基板に搭載し、加圧しながらリフローすると、電子部品用パッケージと実装基板が傾いて接続される恐れがあり、接続端子間のギャップが安定して得られなくなる。そのため、本発明においては、コアはんだボールが、実装基板を一つの同一直線上にない、少なくとも３点で支持する構成とした。
本発明の電子部品は、たとえば、図１に示すように、コアはんだボール２を接続端子の外周部の四隅に配置することで、電子部品用パッケージ１と実装基板５を安定したギャップを形成して接続したものとなる。このようなコアはんだボールの配置とすることで、リフロー時に実装基板に反りが生じた際、電子部品用パッケージと実装基板とのギャップが最外周部の支点以上に広がらなくなり、接続端子の接触不良を抑制することができる。

また、本発明の電子部品は、リフロー時の実装基板に生じる反りを抑制するために、コアはんだボールを複数の接続端子の中央部に配置することが好ましい。ここで、接続端子の中央部とは、実装基板外周から中心に向かって１／２以上内側の領域である。また、極中心位置のみにコアはんだボールを配置すると、安定性がやや劣るため、たとえば中心から外周に向かって１／５以上外側の領域に配置することが好ましい。
また、本発明の電子部品は、図１〜図１９に示すように、コアはんだボールを電子部品用パッケージの平面内の中心位置から点対称または線対称の位置に配置し、はんだバンプの一部を形成することにより、実装基板上の電子部品用パッケージ自体に重量がある場合、重量に偏りがある場合や、加圧しながら電子部品用パッケージと実装基板を実装する場合において、実装時のはんだバンプあたりの応力負荷を低減することができる。
また、コアはんだボールを電子部品用パッケージの平面内の中心位置から点対称且つ線対称の位置に配置することがより好ましい。

また、コアはんだボールは、コアとなるボールの表面にはんだを被覆したものであるため、はんだボールに比べコストが高く、全てのはんだバンプをコアはんだボールで形成すると電子部品のコストが高くなり、実用的ではない。したがって、本発明においては、はんだバンプの一部をコアはんだボールによって形成される構成とした。
本発明におけるコアとなるボールがスペーサーとして機能するためには、リフロー温度以上で溶融しないことが必要である。そこで、本発明においては、コアとなるボールをはんだより融点が高いボールとした。本発明においては、コアとなるボールとして、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌといった単金属および合金や、樹脂、セラミックス、あるいは樹脂やセラミックスの周りに金属層を形成した複合体を用いることができる。
また、本発明では、電子部品の発熱抑制、高速化に伴う高周波対応や加工性といった観点から、放熱性、電気特性に優れるＣｕをコアとなるボールに用いることが好ましい。

以下に、本発明の実施例を図２０および図２１に基づいて説明する。
先ず、電子部品用パッケージ１上の直径が２５０μｍの電解Ｎｉ／Ａｕめっきを施した電極上に、フラックスを塗布した。このとき、電解Ｎｉ／Ａｕめっきの厚さは、厚さ３μｍのＮｉをめっきし、次いで厚さ０．５μｍのＡｕをめっきした。
次に、図２０に示すようにはんだボール３（図中の○印）、およびコアはんだボール２（図中の●印）を電子部品用パッケージ１の電極上に載置し、リフローすることで電子部品用パッケージ１上に接続端子を形成した。このとき、はんだボール３には、質量％でＡｇを３．０％、Ｃｕを０．５％含み残部がＳｎおよび不可避的不純物からなるはんだ合金（Ｓｎ３Ａｇ０．５Ｃｕ）で形成された直径が３００μｍのはんだボールを用いた。
また、コアはんだボール２には、直径が２６０μｍのコアとなるＣｕボールに、厚さ１μｍのＮｉ下地層を形成し、その表面に厚さ１９μｍのはんだボール３と同組成のはんだ合金（Ｓｎ３Ａｇ０．５Ｃｕ）めっきを施した最外径が３００μｍのＣｕコアはんだボールを用いた。

次に、実装基板５の直径２８０μｍのＣｕ電極上にはんだペーストを塗布し、接続端子の形成された電子部品用パッケージ１を搭載し、再度リフローして電子部品を作製した。このとき、電子部品用パッケージ１と実装基板５とを加圧して実装することを想定し、図２１のように電子部品用パッケージ１上部に電子部品用パッケージ１と同サイズの錘６を載せ、電子部品用パッケージへ均一に荷重を負荷しながらリフローを行った。このときの荷重は、１．５×１０^６Ｎ／ｍ^２であった。

上述した方法により作製した本発明の一実施例である電子部品におけるはんだバンプの走査型電子顕微鏡による断面観察像を図２２（Ａ）に、比較例として、全てはんだボールではんだバンプを形成したときの走査型電子顕微鏡による断面観察像を図２２（Ｂ）に示す。
また、電子部品用パッケージと実装基板間のギャップを図２３の箇所で示すパッケージ中央部の９点で計測した結果を図２４に示す。図２２の結果から、接続端子中心にコアとなるボールが入ることでコアとなるボールがスペーサーとして機能し、リフロー時の接続端子の潰れがなくなり、安定した接続端子間のギャップを得られることが確認できた。また、図２４に示すように、電子部品用パッケージと実装基板間のギャップは、比較例の全てはんだボールではんだバンプを形成したものに比べ、バラツキが少なく、安定した接続端子間のギャップを得られることが確認できた。

本発明のコアボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明のコアはんだボール配置の一例を示す構成図である。 本発明の一実施例におけるコアはんだボール配置箇所を示す構成図である。 本発明の実施例における電子部品の製造概要を示す構成図である。 本発明の電子部品の断面の一例を示す図である。 本発明の電子部品用パッケージと実装基板間のギャップの測定位置を示す構成図である。 本発明の電子部品用パッケージと実装基板間のギャップを測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

１：電子部品用パッケージ
２：コアはんだバンプ
３：はんだバンプ
４：配線
５：実装基板
６：錘

Claims (4)

1. 電子部品用パッケージと実装基板とを複数のはんだバンプにより接続した電子部品であって、前記複数のはんだバンプの一部は、はんだより融点が高くコアとなるボールの表面に前記はんだを被覆したコアはんだボールによって形成されてなり、前記コアはんだボールは、前記実装基板を一つの同一直線上にない、少なくとも３点で支持するものであることを特徴とする電子部品。
2. 前記コアはんだボールは、前記電子部品用パッケージの平面内の中心位置から点対称の位置に配置され、前記はんだバンプの一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記コアはんだボールは、前記電子部品用パッケージの平面内の中心位置から線対称の位置に配置され、前記はんだバンプの一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
4. 前記コアはんだボールは、前記電子部品用パッケージの平面内の中心位置から点対称かつ線対称の位置に配置され、前記はんだバンプの一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品。