JP2581456B2 - 部品の接続構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部品の接続構造及びそ
の製造方法に関し、特に、例えば半導体集積回路におい
て半導体チップと配線基板とを接続するフリップチップ
方式の実装構造などのように、二つの部品をはんだ層に
より機械的、電気的に固着接続する部品の接続構造及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップの外部接続用電極にはんだ
バンプを形成し、このチップをフェイスダウンで配線基
板の外部接続用電極にはんだ接続するという、いわゆる
フリップチップボンディングによる接続構造は、チップ
表面の任意の場所から電極を取り出せるので、チップと
配線基板との間の最短距離接続が可能であるばかりでな
く、高密度でしかも超薄形の実装に適していることか
ら、近年、高機能化、高速化の進展が著しい半導体装置
においては重要な接続技術の一つである。このようなフ
リップチップ方式の接続構造は、単に一個の半導体チッ
プを基板に接続する場合のみならず、更に大規模な実装
にも、当然、適用できる。例えば、ＬＳＩやトランジス
タなどのような能動部品、抵抗やコンデンサ或いはコイ
ルなどの受動部品を、一枚の基板（パッケージ）上に多
数搭載してマルチチップモジュールを構成し、このよう
なマルチチップモジュールを更に規模の大きい一枚の配
線基板（マザーボード）上に多数実装するようなときに
も、上記のフリップチップ方式の接続構造によって各マ
ルチチップモジュールとマザーボードとを接続できる。
尚、以下の説明においては、これを簡潔にして理解を容
易にするため、マルチチップモジュールとマザーボード
との接続を例にして説明するが、マルチチップモジュー
ルを半導体チップに、マザーボードを小規模配線基板
に、それぞれ置き換え可能である。更には、それぞれ
を、第１の部品、第２の部品として一般化することもで
きる。尚また、マルチチップモジュールのパッケージ及
びマザーボードそれぞれの平坦面に設けられる外部接続
用電極を、ボンディングパッドと称することとする。

【０００３】このように、はんだバンプによる接続構造
は、高速化、高密度化に適した接続構造であるが、ワイ
ヤーボンディングなどとは違って、マルチチップモジュ
ール（以下、モジュールと略記する）側およびマザーボ
ード（以下、ボードと略記する）側の多数の接続点を一
括してボンディングするので、接続の信頼性を確保する
ために、すなわち、接続すべきパッド間のオープン及び
隣接パッド間のショートの、製造時あるいは熱的、機械
的なストレスの印加、蓄積に伴う発生を防止するため
に、下記のような条件を満足することが要求される。 各ボンディングパッドからのはんだのはみ出しがない
こと。

【０００４】実装密度の高度化に伴なって接続点間の平
面的な間隔が狭くなった場合、すなわち、モジュール側
およびボード側それぞれにおける隣接パッド間の間隔が
狭くなった場合でも、隣り合うパッドどうしが短絡する
ことがないようにするためである。 はんだ（接続構造）における、幅（Ｗ）に対する高さ
（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）が大きいこと。

【０００５】実装規模が大きくなりボード寸法が大きく
なることに伴なってボードの反りが大きくなった場合で
も、全接続点が「オープン不良」や「ショート不良」な
しに確実に接続されるようにするためである。尚、この
点に関して、はんだ高さが高いことの利点については、
後に本発明の実施例の項で説明する。はんだ高さが高い
ことは、又、製造工程中で、接続後のフラックス洗浄が
確実に行われるようにするためにも重要である。 接続構造の断面形状が、（高さ方向に関して、中央部
が膨らんだ）樽形でなく（中央部がくびれた）鼓形であ
ること。

【０００６】既に良く知られているように、モジュール
とボードとの間の熱膨張係数差に起因する応力による接
続構造（はんだ）の破断を防止するためである。 製造工程が簡単であること。

【０００７】はんだバンプによる接続構造は、通常、モ
ジュール側のパッドに予め突起状あるいはボール状のは
んだバンプを設けておいて、ボード側のパッドとモジュ
ール側のパッドとを位置合せした後、はんだバンプを溶
かすことによって形成されるが、従来、特開昭６０ー５
７９５７号公報（以下、第１の公報と記す）や特開平３
ー２０９７３４号公報（以下、第２の公報と記す）に記
載されているように、このはんだバンプを一種類の材料
で形成する技術が多用されている。通常、例えばスズ
（Ｓｎ）対鉛（Ｐｂ）がＳｎ：Ｐｂ＝４０：６０のよう
な、共晶に近い低融点はんだなどが用いられている。し
かしながら、このような一種類の材料からなるはんだバ
ンプを用いると、はんだバンプを溶融させるときにバン
プ全体が同時に溶融することから、上記第２の公報の図
面第２図に示されているようにバンプが潰れ、完成後の
接続構造の中央部が樽形に膨らむと同時にパッドから食
み出てしまう。その結果、同公報にも記載されているよ
うに、接続構造の高さが不均一になって「オープン不
良」が生じたり或いは、隣接するパッドのはんだどうし
が接触してしまう「ショート不良」が発生する。又、モ
ジュールの基板（パッケージ）とボードとの熱膨張係数
差に起因する接続構造の破断が、短時間で発生してしま
う。このようなことから、この接続構造は、第２の公報
にも記載されているように、接続点数の少ない場合や、
隣接するパッドどうしの距離が十分広い場合にしか適用
できず、はんだバンプによる接続構造の「高密度実装
性」という特長を十分に生かし切れない。

【０００８】上述のような、はんだバンプが一種類の材
料からなることに伴なう障碍の発生を防ぎ、接続の信頼
性を高めるために、はんだバンプの中に融点がはんだよ
り高い導電性ポールを埋め込んだり（上記第１の公報参
照）、高融点の金属球体を混入させたり（上記第２の公
報参照）或いは、米国特許第５１５４３４１号に開示さ
れているような、高融点はんだからなるスペーサバンプ
を低融点はんだで包んだ接続構造が開発されている。こ
れらの接続構造はいずれも、内部に含まれる高融点の金
属球体（又は導電性ポール、或いはスペーサバンプ）
が、その回りの低融点はんだを溶融させるときにも元の
ままの形状を保っていることを利用して、モジュールと
ボードとの間の距離が一定値以下にならないようにし、
はんだのパッドからの食み出しを防ぎ、又、得られる接
続構造の断面形状が樽形にならないようにしようとする
ものである。

【０００９】すなわち、上記第１の公報記載の接続構造
においては、はんだバンプ内に導電性接続ポールが設け
られている。ポールは、チタン・銅合金やクロム・銅合
金製であって、グリッドアレイパッケージングにおけ
るピン技術の応用、メタルマスクによるマスク蒸着、
めっきなどの技術によって形成される。この接続構造
においては、ポールの高さを調整することによって、モ
ジュール・ボード間距離を所望の値に設定できる。又、
ポールの高さとその周りの低融点はんだの量とを調整す
ることによって、接続構造の断面形状を樽形から鼓形ま
で所望の形状にコントロールできる。

【００１０】一方、第２の公報記載の接続構造は、内部
に銅、ニッケルなどの金属球体を混入させてある。この
接続構造においては、たとえ溶融前のはんだバンプ中に
金属球体が重なり合って存在していても、それら重なり
合った金属球体ははんだ溶融中に一層になり高さ方向に
重なり合うことがないので、モジュールとボードとの間
の間隔が一定に保たれる。

【００１１】次に、図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ、上
記米国特許５１５４３４１号の公報に記載された図面Ｆ
ＩＧ．２及びＦＩＧ．３を再掲して示す図であって、接
続構造の断面を製造工程順に示す図である。同図を参照
して、完成後の接続構造（図５（ｂ））においては、チ
ップキャリアのアルミナ基板１４に設けられた電極２６
に、スペーサバンプ２８がはんだ接続されている。この
スペーサバンプ２８の材料は、含有量が９０ｗｔ％以上
の鉛とスズ又はインジウムからなる高融点はんだであ
る。この高融点スペーサバンプ２８の周囲をシースはん
だ４４が覆っている。シースはんだ４４は、３０〜５０
ｗｔ％の鉛と残りのスズ又はインジウムとからなる低融
点はんだである。この接続構造は、プリント配線基板
３０上の電極３４とシースはんだ４４とのはんだ接続。
シースはんだ４４と高融点スペーサバンプ２８とのは
んだ接続。スペーサバンプ２８とアルミナ基板１４上
の電極２６とのはんだ接続およびシースはんだ４４と電
極２６とのはんだ接続によって、上下二つの電極２６，
３４を機械的に強固に接続している。しかも、シースは
んだ４４が鼓形の形状をしているので、アルミナ基板１
４とプリント配線基板３０との熱膨張係数差が大きくて
も接続構造の破断が起り難い。

【００１２】この接続構造は下記のようにして形成され
る。始めに、アルミナ基板１４の電極２６上に高融点は
んだ材のボールを仮り留めしたあと、加熱してそのはん
だボールを溶融させ、図５（ａ）に示されるように、ア
ルミナ基板１４側の電極２６とスペーサバンプ２８とを
はんだ接続する。一方これとは別に、プリント配線基板
３０側の電極３４上に低融点はんだボール３６を載置
し、仮り留めする。次いで、アルミナ基板１４とプリン
ト配線基板３０とを位置合せする。このとき、図５
（ａ）に示されるように、アルミナ基板１４側のスペー
サバンプ２８と、プリント配線基板３０側のはんだボー
ル３６とが並ぶように位置合せする。その後、加熱して
低融点はんだボール３６を溶融させると、溶融したはん
だは、プリント配線基板側の電極３４を濡らしその上に
拡がると共に、高融点のスペーサバンプ２８を濡らし表
面張力によってスペーサバンプ２８に沿って引かれ、電
極２６にまで拡がって行く。その結果、完成後の接続構
造の形状が、図５（ｂ）に示されるような鼓形になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、第１
の公報、第２の公報および米国特許５１５４３４１号に
開示された接続構造においては、低融点はんだの内部に
配設した高融点の金属球体などにより、モジュールとボ
ードとの間の距離が一定間隔以下にならないようにし
て、ショート、オープンの製造時の発生と長期使用に伴
う発生とを抑制し、接続の信頼性を高めている。しかし
ながら、これら接続構造はいずれも一長一短を持ち、前
述した四つの条件のうち第１番目の条件は別として、第
２〜第４の条件を全て満たすことが困難である。以下に
その説明を行う。

【００１４】先ず、第１の公報記載の接続構造において
は、はんだバンプ中に埋め込む金属製ポールを、予めモ
ジュール側あるいはボード側に形成する工程が必要であ
り、製造工程が複雑になる。又、ポールの高さはその形
成工法によって制限され、これを十分高くすることが困
難である。同公報記載の実施例によれば、ポールの高さ
はたかだか０．０７〜０．１３ｍｍにしか過ぎず、この
程度の高さでは、この接続構造を高密度実装化が進行し
ている電子機器の実装に適用して、接続の信頼性を確保
するのは困難であると言わざるを得ない。ボードとモジ
ュールとの間に必要とされる距離は、ボードの反り、パ
ッドの平面寸法およびピッチなどを勘案して定められる
ものであり現在規格化が進められているが、国際的な機
関であるＥＩＡの案によれば、例えば、携帯電話機用の
１５０ｍｍ×７０ｍｍ程度で接続パッドのピッチが１．
２７ｍｍの一般的なマザーボードの場合、最低０．７５
ｍｍ程度が必要とされる。第１の公報記載の接続構造は
このような要求を満足させることができず、後に本発明
の実施例の項で説明する原因によって、隣接パッド間の
ショート或いは、接続すべき上下のパッド間のオープン
の発生確率を増大させる。

【００１５】次に、第２の公報記載の接続構造は、同公
報にも記載されているように、はんだバンプ内に混入さ
せた金属球体が高さ方向に積み重なることがなく、一層
にしか並ばない構造である。ここで、形成された接続構
造（はんだバンプ）における幅に対する高さの比を考え
ると、この比が一番大きくなるのは、はんだバンプ中に
金属球体が一個だけ含まれる場合である。従って、接続
構造の高さ対幅、換言すれば接続すべきパッドの幅に対
するモジュール・ボード間の距離の比は、最大でも１に
しかならない。しかも接続工程ではボードの反りを矯正
するために、通常、モジュールとボードとの間に縦方向
の圧力を加えるので、はんだバンプがつぶれ高さ対幅は
更に小さくなる。このため、高密度実装化に伴ってボー
ド及びモジュールのパッド幅が狭くなると、それにつれ
てモジュールとボードとの距離も小さくなってくる。そ
の結果、ボードの反りがたとえ現状程度であるとして
も、第１の公報記載の接続構造におけると同様の理由に
より、隣接パッド間のショート或いは、接続すべき上下
のパッド間のオープンが増大することになる。又、この
接続構造の形成方法として、ペースト状のクリームはん
だに金属球体を予め混入させておく方法をとった場合、
パッドの平面寸法が小さくなったときに、金属球体をパ
ッド上に確実に残すことが困難になってくる。

【００１６】これに対し、米国特許第５１５４３４１号
による接続構造の場合、図５（ａ）に図示するように、
高融点のスペーサバンプ２８と低融点のはんだボール３
６とを並置しなければならない。このことから、プリン
ト配線基板３０側の電極３４は、はんだボール３６の直
径に相当する幅に加えて、スペーサバンプ２８の幅に相
当する幅を持たねばならない。従って、接続すべきパッ
ドの幅（この場合は、電極３４の紙面左右方向の幅）と
上下二つの部品間の距離（同、アルミナ基板１４とプリ
ント配線基板３０との間の距離）との比が、上述した第
２の公報記載の接続構造におけるよりも更に小さくな
り、その分高密度実装に不利になる。又、高融点はんだ
のスペーサバンプ２８は、アルミナ基板１４側の電極２
６にはんだ接続されたものであるので、基板１４の材料
は例えばアルミナのように、スペーサバンプ２８の融点
以上の温度に対して耐熱性を備えたものに限定される。
すなわち、通常のマルチチップモジュールのように、樹
脂製基板に能動部品、受動部品を搭載した構造体をマザ
ーボードに実装するような用途には、この接続構造を適
用することができない。

【００１７】したがって本発明は、接続すべきパッドの
幅と、接続すべき二つの部品間の距離との比を１より大
にすることが可能な、高密度実装化に適し、接続の信頼
性に優れた接続構造を提供することを目的とするもので
ある。

【００１８】本発明の他の目的は、上述のような接続構
造を容易に実現することのできる、生産性の高い製造方
法を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の部品の接続構造
は、一平坦表面上に外部との電気的接続のための電極が
設けられた一方の部品の前記電極と一平坦表面上に外部
との電気的接続のための電極が設けられた他方の部品の
前記電極とをはんだ接続によって固着させると共に電気
的に接続するはんだ層を含む部品の接続構造であって、
前記二つの電極の間に介在させたはんだバンプを溶融さ
せて得られる部品の接続構造において、前記はんだ層が
内部に二つの金属ボールを含み、それら二つの金属ボー
ルが、前記二つの平坦表面に垂直方向に重なるようにし
て配設されていることを特徴とする。

【００２０】上述した部品の接続構造は、一平坦表面上
に外部との電気的接続のための電極が設けられた一方の
部品の前記電極に、金属ボールを核としてその周りに前
記金属ボールより低融点のはんだ層が形成されている構
造のはんだボールを載置した後そのはんだボール表層の
はんだ層を溶融させて、前記一方の部品の電極上にその
電極にはんだ接続された金属ボール入りのはんだバンプ
を形成する第１の工程と、一平坦表面上に外部との電気
的接続のための電極が設けられた他方の部品の前記電極
に、前記構造のはんだボールを載置した後そのはんだボ
ール表層のはんだ層を溶融させて、前記他方の部品の電
極上にその電極にはんだ接続された金属ボール入りのは
んだバンプを形成する第２の工程と、前記一方の部品の
電極と前記他方の部品の電極とを位置合せし、それぞれ
の電極上に形成された二つのはんだバンプを前記二つの
平坦表面に垂直方向に重ねた後重なり方向に圧力を加
え、前記垂直方向に二段に重なった二つの金属ボールど
うしを接触させる第３の工程と、前記二つのはんだバン
プそれぞれの表層のはんだ層を同時にリフローさせ、再
固化したはんだ層によって前記一方の部品の電極と前記
他方の部品の電極とを強固に固着させる第４の工程とを
含むことを特徴とする製造方法によって製造される。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例について、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例による
接続構造の断面構造を示す図である。図１を参照して、
本実施例では、マルチチップモジュール１が接続構造２
によってマザーボード３に固着され、実装されている。
この実施例の場合、モジュール１の基板（パッケージ）
４は樹脂製であり、そのパッケージ４上には複数のチッ
プ状電子部品５が予め搭載され更に、そのようなモジュ
ール１がマザーボード３上に多数実装されているが、図
１にはそれぞれ一つずつを示す。又、モジュール１は多
数の接続構造２によってボード３に固着されているが、
図１にはそのうちの一つだけを図示する。パッケージ４
には、電子部品５搭載面とは反対の面に、外部との電気
的接続ための電極（パッド）６ａが設けられている。こ
のパッド６ａは、電子部品５と電気的に通じている（詳
細図示は、省略）。一方、ボード３の表面上には、外部
との電気的接続のための電極（パッド）６ｂが形成され
ている。パッド６ｂは、ボード３上に設けられた電気配
線パターン（図示省略）に接続している。接続構造２
は、パッケージ４側のパッド６ａとボード３側のパッド
６ｂとにそれぞれはんだ接続され、モジュール１とボー
ド３とを機械的、電気的に接続している。

【００２２】接続構造２は、はんだ層７と、このはんだ
層７内に配設された２つの金属ボール８ａ，８ｂとから
なり、鼓形の断面形状を持つ。２つの金属ボール８ａ，
８ｂは、金属ボール８ａがパッケージ４側のパッド６ａ
に接し、金属ボール８ｂがボード３側のパッド６ｂに接
し、しかもパッケージ４及びボード３に対して垂直方向
に互いに接するようにして重なっている。従って、接続
構造の幅に対する高さの比は１よりも大である。その比
の大きさは二つの金属ボールの直径を適当に選択するこ
とにより、最大２程度まで変えることができる。

【００２３】はんだ層７は、上記２つの金属ボール８
ａ，８ｂを覆って二つの金属ボールどうしを固着させる
と共に、金属ボール８ａをパッド６ａに、金属ボール８
ｂをパッド６ｂにそれぞれ、機械的に接続させている。
このはんだ層７の、金属ボール８ａとパッド６ａとの接
触部近傍および金属ボール８ｂとパッド６ｂとの接触部
近傍は、はんだの断面形状がフィレット状になってお
り、強固な接続が得られている。

【００２４】はんだ層７の材料は、スズ・鉛の共晶はん
だである。勿論、他の組成であっても構わないが、パッ
ケージ４及びマザーボード３が樹脂製であることを考慮
すると、共晶に近く融点が低いはんだが良い。これに対
し、金属ボール８ａ，８ｂの材料は、融点がはんだ層７
より高い、銅、ニッケル若しくは鉛含有量が８０ｗｔ％
以上の高融点スズ・鉛はんだである。金属ボール８ａ，
８ｂは、融点がはんだ層７より高いものであればどのよ
うなものであってもよいが、はんだ濡れ性、耐はんだ食
われ性あるいは経済性などの点から、上述の材料が適当
である。金属ボール８ａ，８ｂの直径は、パッケージ４
・ボード３間に要求される距離が前述したように、０．
７５ｍｍ程度であることから、０．２〜１．０ｍｍ程度
が良い。本実施例では、金属ボール８ａの直径を０．４
ｍｍ、金属ボール８ｂを０．７ｍｍとした。パッド６ｂ
の形状が直径０．９ｍｍの円であるので、接続構造２に
おける高さ対幅が１以上になっている。勿論、二つの金
属ボールの直径を同一にしても良いし、更には、金属ボ
ール８ａの直径を金属ボール８ｂのそれより大きくして
も、何等差し支えないが、位置合せのし易さなど製造の
容易性の点から、パッケージ１側の金属ボール８ａの方
を小さくするのが好ましい。

【００２５】以下に、上記の接続構造の製造方法につい
て、モジュール及びマザーボードの断面を製造工程順に
示す図２及び図３を参照して説明する。先ず、製造に先
立って、融点の高い金属ボールの周りに共晶はんだ層が
形成されている構造のはんだボールを準備する。このは
んだボールは、下記の二種類の大きさのものを用意す
る。 パッケージ４側の金属ボール８ａを含むもの 金属ボールの直径０．４ｍｍ、はんだボールの直径０．
５ｍｍ。 ボード３側の金属ボール８ｂを含むもの 金属ボールの直径０．７ｍｍ、はんだボールの直径０．
８ｍｍ。

【００２６】金属ボールは、銅、ニッケル若しくは鉛含
有量８０ｗｔ％以上のスズ・鉛はんだを材料とする。金
属ボールに共晶はんだ層を形成する方法としては、溶融
した共晶はんだ浴中に金属ボールを浸し、金属ボールに
マイナス、はんだ浴にプラス電位を与えるという、いわ
ゆるはんだめっき法などが利用できる。この方法によれ
ば、一度に多数のはんだボールが形成できて効率的であ
る。

【００２７】次に、第１の工程として、図２（ａ）に示
すように、上述したはんだボールのうち小さい方のはん
だボール９ａを、パッケージ４側のパッド６ａに仮り留
めする。この仮り留めは、はんだフラックの粘着性を利
用するものであって、以下のようにして行う。先ず、パ
ッケージ４のパッド６ａに相当する部分に穴を開けたメ
タルマスク１０の穴の部分に、はんだボール９ａを乗せ
る。メタルマスク１０の穴は直径を、０．４ｍｍとし
て、直径０．５ｍｍのはんだボール９ａが下方に抜け落
ちないようにしている。一方、パッケージ４側には、パ
ッド６ａが設けられている面全体に、フラックス（図示
省略）を塗布しておく。その後、パッケージ４を下降さ
せ（又は、メタルマスク１０を上昇させ）て、はんだボ
ール９ａとパッド６ａとを接触させる。これにより、は
んだボール９ａは、フラックスの粘着性によってパッド
６ａに転写され、付着する。このはんだボール９ａの仮
り留め後、モジュール１を２３０℃に加熱したホットプ
レート上に１５〜３０秒間載せ、はんだボール９ａ表面
の共晶はんだ層１１ａを溶融させて、図２（ｂ）に示す
ような金属ボール入りのはんだバンプ１２ａを、パッド
６ａにはんだ接続させた。

【００２８】次に、第２の工程として、図３（ａ）に示
すように、ボード３のパッド６ｂに大きい方のはんだボ
ール９ｂを仮り留めする。仮り留めは、パッケージ側に
おけると同様の方法で行った。次いで、はんだボール９
ｂ表面の共晶はんだ層１１ｂを溶かして、図３（ｂ）に
示すように、金属ボール入りのはんだバンプ１２ｂをパ
ッド６ｂにはんだ接続させる。はんだ層１１ｂの溶融
は、ボード３を最高温度が２３０℃の温度プロファイル
のリフロー炉に入れることによって行った。

【００２９】その後、第３工程として、はんだバンプ１
２ａを取り付けたパッケージ４と、はんだバンプ１２ｂ
を取り付けたボード３とを、マウンタ装置を用いて位置
合せして両はんだバンプを重ね合せ、金属ボール８ａ，
８ｂが互いに接触し僅かに変形する程度に、１バンプ当
り１．０Ｎの力をパッケージ４上から加えた。この二つ
の金属ボール８ａ，８ｂの重なりと変形とによりパッケ
ージ４とボード３との間の距離が１ｍｍ程度となって、
重なった二つのはんだバンプにおける高さ対幅が１．
２：１．０程度となった。

【００３０】最後に、第４の工程として、パッケージ４
が載置されたボード３を、窒素雰囲気のリフロー炉（最
高温度２３０℃）に入れ、両方のはんだバンプ１２ａ，
１２ｂ表面の共晶はんだ層を一旦溶かし再固化させるこ
とにより、パッケージ４とボード３との接続を強固なも
のにした。

【００３１】上述の製造方法の大きな特徴は、共晶はん
だめっき金属コアのはんだボールを用いたことにある。
このようなはんだボールを用いると、ボード３上のパッ
ド６ｂにクリームはんだを供給しなくても、単にボード
３全面にフラックスを塗布しはんだボール９ｂをパッド
６ｂ上に置いてリフローするだけで、パッド６ｂ上に金
属ボール入りのはんだバンプ１２ｂを形成できる。パッ
ケージ４上のパッド６ａに対するはんだバンプ１２ａの
形成も同様にできる。すなわち、製造工程が非常に簡単
でありしかも、クリームはんだ印刷時における隣接パッ
ド間のショート発生など、製造時の不良発生率を低減さ
せることができる。尚、本実施例では、パッケージ及び
ボードのパッド形成面全面に塗布したフラックスをただ
単にはんだ接続の際の酸化物生成防止用のものとして用
いるのみならず、その粘着性を利用して、パッド上への
はんだボールの仮り留め用としても用いることによって
製造工程を簡略にしているが、はんだバンプ形成を不活
性ガス雰囲気中で行うことによって、製造工程を更に簡
略化できる。すなわち、図２において、パッケージ４側
にはフラックスを塗布せず、メタルマスク１０の穴の部
分に乗せたはんだボール８ａを直接パッド６ａに押しつ
け、そのままの状態（メタルマスク１０とパッケージ４
とではんだボール８ａを挟んだまま）でそれらを一例と
して窒素雰囲気中で加熱し、はんだボール８ａ表層の共
晶はんだ層１１ａを溶融させる。このとき窒素ガスがは
んだボール表面やパッド表面の酸化を防ぐので、フラッ
クスレスでパッドとの接続特性の良好なはんだバンプ１
２ａが得られる。この製造方法によればはんだバンプ形
成後のフラックス洗浄が不要であるので、製造工程がよ
り簡単になる。勿論、ボード３（図３参照）側のパッド
６ｂへのはんだバンプ１２ｂ形成も同様に行うことがで
きる。ここで、はんだバンプ形成の際に窒素ガスを用い
るのははんだ溶融のときの酸化物生成防止が目的である
ので、使用するガスは窒素に限らず例えばヘリウム、ア
ルゴンなどの不活性ガスであればどのようなものを用い
てもよい。但し、ランニングコストなどの点から窒素ガ
スが適当であろう。

【００３２】更に、はんだバンプ１２ａとパッド６ａと
のはんだ接続およびはんだバンプ１２ｂとパッド６ｂと
のはんだ接続は、共晶はんだのような融点の低いはんだ
で行われるので、高融点はんだを直接パッケージ側のパ
ッドにはんだ接続する米国特許第５１５４３４１号の接
続構造とは違って、パッケージの材質は高耐熱性のもの
に限定されず樹脂製のものでも構わない。

【００３３】又、パッケージ側およびボード側の両方に
金属ボール入りのはんだバンプをはんだ接続させ、これ
ら二つのはんだバンプを垂直に重ねてバンプ表面の低融
点はんだをリフローさせるだけで、鼓形の接続構造が得
られる。この接続構造側面の曲率は、はんだめっき層の
厚さを変えることによってコントロールすることが可能
である。しかも上記米国特許とは異って、断面を鼓形に
するためにボード３側のパッド６ｂの幅を広くしなけれ
ばならないという制約がないので、高密度実装性が犠牲
になることはない。

【００３４】本実施例によれば、高さ対幅が１．０以上
で、断面形状が鼓形の接続構造が容易に得られる。従っ
て、上下二つのパッド間の「オープン不良」或いは隣接
するパッド間の「ショート不良」の製造時の発生率が、
従来の接続構造に比べて改善される。すなわち、今、マ
ザーボードに反りがあるものとする。このような反りの
あるマザーボードにモジュールを搭載したときの実装状
態を図４（ａ）に、模式的に示す。同図を参照すると、
パッケージ４側のパッド（図示せず）とボード３側のパ
ッド（図示せず）とを接続する複数の接続構造の内、両
端に位置する接続構造２Ｌ，２Ｒがボード３から浮いて
おり、この二つの接続構造において製造時の「オープ
ン」不良が発生している。このような「オープン不良」
の発生を防止する一つの方法として、図４（ｂ）に示す
ように、パッケージ４とボード３との間に圧力を加えボ
ード３の反りを矯正することが有効であるが、このよう
にした場合、パッケージ４の中央付近に位置する接続構
造２Ｃに必要以上の過大な圧力が加わるので、接続構造
２Ｃが変形し潰れる。その結果、この接続構造２Ｃにお
いては、はんだバンプ表面の溶融したはんだがバンプか
ら横方向（ボード３表面に平行な方向）に押し出され、
隣り合うパッドどうしがショートしてしまう。ここで、
このような原因による隣接パッド間の「ショート不良」
の発生確率は、接続構造の潰れによって押し出されるは
んだ量が多いほど高いので、接続構造の変形の大きさΔ
ｈと元の高さｈの比Δｈ／ｈが大きいほど「ショート不
良」発生率が高い。すなわち、接続構造の変形量Δｈが
同一であるとすれば、元の高さｈが低いほど隣接パッド
間の「ショート不良」が生じ易い。これまで述べたこと
をまとめると、接続構造の高さが低いと「オープン不
良」が発生し易く、一方これを避けようとすると「ショ
ート不良」が発生し易くなるので、隣接パッドどうしの
間隔を大きくしなければならず、高密度実装性が犠牲に
なる。これに対し、本実施例によれば接続構造の高さを
高くできるので、上記のような接続不良を減らし実装密
度を高めることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の部品の接
続構造は、内部に含んだ縦方向二段に重なる二つの金属
ボールによって、接続すべき二つの部品間の距離を確保
すると共に、上記二つの金属ボールを取り囲む低融点の
はんだ層が、接続すべき上下のパッドのそれぞれにはん
だ接続されて、二つのパッドを機械的、電気的に強固に
接続する構造となっている。しかもその接続構造の断面
形状は、鼓形である。これにより本発明によれば、接続
される上下二つのパッド間の距離を従来より大きくでき
るので、製造時における被接続パッド間の「オープン不
良」、隣接パッド間の「ショート不良」を従来より低減
させることができる。しかも、高密度実装性、長期の使
用における接続の信頼性、接続される部品の材料に対す
る自由度を犠牲にすることがない。

【００３６】又、本発明の接続構造の製造方法は、上記
のような接続構造の製造に当って、低融点はんだ被覆金
属コアのはんだボールを用いている。このようなはんだ
ボールを用いると、接続すべきそれぞれの部品のパッド
上にクリームはんだを供給しなくても、単に部品のパッ
ド形成面全面にフラックスを塗布し、はんだボールをパ
ッド上に載置してリフローするだけで、被接続パッド上
に金属ボール入りのはんだバンプを形成できるので、製
造工程が非常に簡単になり、生産性が向上すると共に、
例えばクリームはんだ印刷時における隣接パッド間のシ
ョートの発生が減少するなど、不良発生率が改善され
る。

【００３７】更に、各部品のパッドへのはんだバンプ形
成を不活性雰囲気中で行えば、フラックス塗布およびは
んだバンプ形成後のフラックス洗浄を不要として、生産
性をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による接続構造の、完成後の
断面を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例による接続構造の断面を製造
工程順に示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例により接続構造の断面を製造
工程順に示す断面図であって、図２に示す工程以降の工
程に関する図である。

【図４】反りのあるマザーボードへマルチチップモジュ
ールを実装するときに発生する、「オープン不良」及び
「ショート不良」の発生原因を説明するための断面図で
ある。

【図５】従来の接続構造の一例の断面構造を、製造工程
順に示す断面図である。

【符号の説明】

１ マルチチップモジュール ２ 接続構造 ３ マザーボード ４ パッケージ ５ 電子部品 ６ａ，６ｂ パッド ７ はんだ層 ８ａ，８ｂ 金属ボール ９ａ，９ｂ はんだボール １０ メタルマスク １１ａ，１１ｂ 共晶はんだ層 １２ａ，１２ｂ はんだバンプ １４ アルミナ基板 ２６，３４ 電極 ２８ スペーサバンプ ３０ プリント配線基板 ３６ はんだボール ４４ シースはんだ

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一平坦表面上に外部との電気的接続のた
   めの第１の電極が設けられた一方の部品の前記第１の電
   極と一平坦表面上に外部との電気的接続のための第２の
   電極が設けられた他方の部品の前記第２の電極とをはん
   だ接続によって固着させると共に電気的に接続するはん
   だ層を含む部品の接続構造であって、 前記第１および第２の電極の間に介在させたはんだバン
   プを溶融させて得られる部品の接続構造において、前記はんだバンプの 前記二つの平坦表面に平行な方向の
   最大幅に対する前記二つの平坦表面に垂直な方向の高さ
   の比が１．０より大であることを特徴とする部品の接続
   構造。
2. 【請求項２】 一平坦表面上に外部との電気的接続のた
   めの第１の電極が設けられた一方の部品の前記第１の電
   極と一平坦表面上に外部との電気的接続のための第２の
   電極が設けられた他方の部品の前記第２の電極とをはん
   だ接続によって固着させると共に電気的に接続するはん
   だ層を含む部品の接続構造であって、 前記第１および第２の電極の間に介在させたはんだバン
   プを溶融させて得られる部品の接続構造において、 前記はんだ層が内部に二つの金属ボールを含み、それら
   二つの金属ボールが、前記二つの平坦表面に垂直な方向
   に重なるようにして配設されることを特徴とする部品の
   接続構造。
3. 【請求項３】 請求項２記載の部品の接続構造におい
   て、 前記二つの金属ボールの融点が共に前記はんだ層の融点
   よりも高いことを特徴とする部品の接続構造。
4. 【請求項４】 請求項３記載の部品の接続構造におい
   て、 前記はんだ層の材料が、スズと鉛との共晶又はその近辺
   の組成の低融点はんだであり、前記金属ボールの材料
   が、スズと鉛からなるはんだであって鉛含有量が８０ｗ
   ｔ％以上の高融点はんだ、ニッケル及び銅のいずれかで
   あることを特徴とする部品の接続構造。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４記載の部品の接続
   構造において、前記二つの金属ボールは、それぞれの直
   径が互いに異なるものであることを特徴とする部品の接
   続構造。
6. 【請求項６】 一平坦表面に外部との電気的接続のため
   の電極が設けられた一方の部品の前記電極に、金属ボー
   ルを核としてその周りに前記金属ボールより低融点のは
   んだ層が形成されている構造のはんだボールを載置した
   後そのはんだボール表層のはんだ層を溶融させて、前記
   一方の部品の電極上にその電極にはんだ接続された金属
   ボール入りのはんだバンプを形成する第１の工程と、 一平坦表面上に外部との電気的接続のための電極が設け
   られた他方の部品の前記電極に、前記構造のはんだボー
   ルを載置した後そのはんだボール表層のはんだ層を溶融
   させて、前記他方の部品の電極上にその電極にはんだ接
   続された金属ボール入りのはんだバンプを形成する第２
   の工程と、 前記一方の部品の電極と前記他方の部品の電極とを位置
   合せし、それぞれの電極上に形成された二つのはんだバ
   ンプを前記二つの平坦表面に垂直方向に重ねた後重なり
   方向に圧力を加え、前記垂直方向に二段に重なった二つ
   の金属ボールどうしを接触させる第３の工程と、 前記二つのはんだバンプそれぞれの表層のはんだ層を同
   時にリフローさせ、再固化したはんだ層によって前記一
   方の部品の電極と前記他方の部品の電極とを強固に固着
   させる第４の工程とを含むことを特徴とする部品接続構
   造の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の部品の接続構造の製造方
   法において、前記第１の工程及び前記第２の工程では、
   前記はんだボール表層のはんだ層の溶融を不活性ガス中
   で行うことを特徴とする部品の接続構造の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６記載の部品の接続構造の製造方
   法において、前記第１の工程及び前記第２の工程では、
   それぞれの部品の電極形成面にフラックスを塗布し、そ
   のフラックスの粘着力により前記電極上にはんだボール
   を付着させ仮り留めした後、はんだボール表層のはんだ
   層を溶融させることを特徴とする部品の接続構造の製造
   方法。
9. 【請求項９】 請求項７又は請求項８記載の部品の接続
   構造の製造方法において、前記第１の工程及び第２の工
   程では、前記金属ボール表面上のはんだ層をはんだめっ
   き法により形成したはんだボールを用いることを特徴と
   する部品の接続構造の製造方法。