JP2809298B2 - 表面実装用基板を用いた半導体装置 - Google Patents

表面実装用基板を用いた半導体装置

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JP2809298B2 JP5252239A JP25223993A JP2809298B2 JP 2809298 B2 JP2809298 B2 JP 2809298B2 JP 5252239 A JP5252239 A JP 5252239A JP 25223993 A JP25223993 A JP 25223993A JP 2809298 B2 JP2809298 B2 JP 2809298B2
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    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
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  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は微細な電子部品を搭載で
きるとともに高い信頼性を備えた表面実装用基板を用い
た半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の半導体装置の断面を示し、
表面に銅箔のホトエッチング法等により形成されるリー
ドパターン2と、リードパターン2の表面にメタルマス
クスクリーン印刷法、または部分的塗布機(ディスペン
サー)等によって印刷塗布される半田ペースト5とを表
面に有する基板1に、電子部品6の端子7をリードパタ
ーン2に合わせて搭載し、半田ペースト5を溶融固化さ
せることにより固定している。
【0003】この半田ペースト5はSn60重量%−P
bの組成を有する共晶半田であって粘着性を有し、電子
部品6の端子7をリードパターン2のパターンに位置さ
せた後にリフロー炉に導いて加熱することにより半田ペ
ースト5の溶剤成分および粘着性付与剤(バインダー)
等が揮発または分解して半田のみが溶融固化して残り、
電子部品6の固定が完了する。
【0004】この方法によると、半導体装置を安価で量
産することが可能である反面、近年の電子部品の小型化
によって要求される端子ピッチが0.3mmと微細化して
いることから、半田ペーストの印刷時のダレ、あるいは
リフロー時の流れが生じて端子間が短絡するという不都
合がある。
【0005】上記の理由により、電気めっきあるいは無
電解めっき法によって基板上の配線パターン表面にSn
60重量%−Pbの半田めっき膜を設けるものが提案さ
れている。
【0006】図4は、リードパターン2の表面に半田め
っき膜8を有する基板1と電子部品6の接合状況を示
し、半田めっき膜8に塩素系のフラックスを塗布してリ
フローを行うことにより良好な接合性を得ている。余剰
のフラックスはリフロー後にフロン、トリエタン等で洗
浄することにより除去される。
【0007】今日、フロンやトリエタンは環境に悪影響
をもたらすことが指摘されており、また、Sn−Pbの
半田めっき膜を有する基板を使用する電子機器が廃棄さ
れて放置されるとPbが溶出して環境を汚染し、ひいて
は人体に悪影響を及ぼすことが懸念されている。更に、
半田めっき膜は保管時、輸送時に酸化して接合強度が低
下する恐れがある。
【0008】一方、Pbを含有せず、AuとSnの共晶
合金によりフレキシブルフィルム上のインナーリードと
外枠のアウターリードを接合する方法が特開平5−13
6318号公報に開示されているように、本出願人によ
って実用化されている。
【0009】このAu−Sn接合法は、インナーリード
上のAuめっき層とアウターリード上のSnめっき層の
間でAu−Sn共晶合金を形成して接合するものであ
り、Au−Sn接合層におけるAuの比率は10〜40
重量%になるようにAuおよびSnのめっき層の厚さを
規定している。
【0010】ここで、このAu−Sn共晶合金法により
前述した表面実装用基板の半田ペースト法、あるいは半
田めっき膜法を置換すると、半田ペースト法における端
子間の短絡、および半田めっき膜法における環境汚染、
人体への影響、酸化等の問題を解決できると考えられ
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の表面実
装用基板にAu−Sn接合法を適用した場合に以下の問
題が予想される。 (1)Auの比率を10〜40重量%にするとAuめっ
き層が厚くなり、また、TABのような微細な配線パタ
ーンをもつフレキシブルフィルムに比較して配線パター
ンの面積が大きいのでコストアップになる。 (2)表面実装用基板は融点の低い有機材料(ガラスエ
ポキシ、ガラスイミド等)で構成されているので、Au
−Sn接合時に熱劣化する恐れがある。 従って、本発明の目的は、金めっき層の薄膜化が可能な
表面実装用基板を用いた半導体装置を提供することにあ
る。
【0012】本発明の他の目的は、Au−Sn共晶合金
層の融点を低下することにより接合時間を短縮して基板
の熱劣化を抑えた表面実装用基板を用いた半導体装置
提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、金めっき層の
薄膜化と基板の熱劣化を抑えるため、板状の絶縁性材料
に銅箔を接着し、フォトエッチングによってリードパタ
ーンを形成した後にリードパターンの表面に厚さ0.0
1〜0.5μmの金めっき層を有する表面実装用基板
と、表面実装用基板に搭載され、リードパターンに接合
される端子部に厚さ1.0〜10.0μmの錫めっきを
有するLSI、トランジスタ、コンデンサおよび抵抗器
等の電子部品とを金の含有量が0.1〜10重量%であ
る金錫共晶接合部により接合した半導体装置を提供す
る。
【0014】
【0015】ここで、基板配線パターン上の金めっき層
を0.01〜0.5μmとしたのは、0.01μm未満
ではピンホールが発生し易くなって下地層、例えば、N
iめっき層が酸化して端子部との接合強度が低下するか
らであり、0.5μmを越えるとコストアップになると
ともにAu−Sn接合層のAu比率が大になってAu−
Sn共晶合金層の融点を高くする。
【0016】また、電子部品の端子上の錫めっき厚を
1.0〜10.0μmにしたのは、前述した金めっき層
との間でAu−Sn共晶合金層を形成し、金の組成比率
が0.1〜10重量%になるようにするためである。
【0017】
【作用】表面実装用基板の配線パターンにめっきされる
Auと、電子部品の端子にめっきされるSnのそれぞれ
の厚さを規定してAu−Sn接合層におけるAuの比率
が0.1〜10.0重量%になるようにしたので、Au
−Sn接合層の融点はSnの融点(232℃)より更に
低くなり、特に、Auが7重量%のときは第1共晶点と
なって217℃のAu−Sn共晶合金の最低融点が得ら
れる。
【0018】
【実施例1】以下、本発明の表面実装用基板を用いた半
導体装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0019】まず、厚さ1.0mmのガラス補強エポキシ
板に18μm厚さの銅板を貼り合わせることによって構
成されるプリントボード用エポキシ板(170×100
mm)を用意し、この銅箔面にホトエッチング法によりリ
ードパターンを形成する。
【0020】次に、加熱拡散により下地の銅が後で施さ
れるめっき層表面に浮上することを防ぐため、リードパ
ターンの表面に下地層として厚さ0.5μmのNiめっ
きを施し、更に表面層として厚さ0.1μmのAuめっ
きを施した表面実装用基板を作成する。
【0021】このAuめっきを施した直後の表面実装用
基板を試料Aとし、更に部品の搭載を行う前に表面エー
ジング処理を施した試料BおよびCを用意した。試料B
は95%RH90℃の高温高湿で24時間保管した表面
実装用基板であり、試料Cは150℃の高温大気中で1
00時間保管した表面実装用基板である。
【0022】一方、Auめっきを表面層とする表面実装
用基板との比較を行うために、厚さ10μmのSn60
重量%−Pbの共晶半田めっき表面層を設けた表面実装
用基板を作成し、Auめっき表面実装用基板と同様にめ
っき直後の試料A、表面エージング処理を施した試料B
およびCを比較例として用意した。
【0023】次に、前述の実施例および比較例にそれぞ
れ電子部品を搭載した。搭載される電子部品は2種類の
QFP(Quad Flat Package)および
TCP(Tape Carrier Package)
であり、QFPはアウターリードにSn90重量%−P
bめっきを、TCPはアウターリードにSnめっきを施
している。
【0024】図1は、表面実装用基板への電子部品の搭
載状況を示し、表面にAuめっき2Aを有するリードパ
ターン2が形成された表面実装用基板1にSn90重量
%−Pbめっきされた端子9を有するQFP3およびS
nめっきされた端子10を有するTCP4を位置合わせ
した後、加熱されたヒートツールによって圧着接合す
る。この表面実装用基板1の配線ピッチ、配線幅、そし
てQFP3およびTCP4の端子数、めっきの種類、お
よびめっき厚を表1に示す。図1において基板1に設け
られるめっき用の配線は図示されていない。
【表1】
【0025】これらの接合はすべてヒートツールを用い
た。接合を短時間で完了させるために電子部品のアウタ
ーリードと表面実装用基板のリードパターンとの位置合
わせ後に350〜400℃に加熱した加熱ツールを当接
する。当接する圧力、時間は電子部品の種類により変え
る。
【0026】TCPはアウターリードが厚さ35μmの
銅箔で作成されていることから熱伝導が速やかであり、
押さえ付け圧力を小さくでき、時間も短くて済む。これ
に対してQFPのリードフレームは厚さ0.15mmの銅
合金よりなるため、TCPより押さえ付け圧力は高く、
時間は長くする必要がある。
【0027】実施例および比較例に対して行ったQFP
およびTCPの実装結果を接合条件とともに表2に示
す。全ピンについて良好な接合性を得られたものを○で
示し、めっき面の表面酸化による半田の接合剥がれによ
り全ピンについて不良な接合性を生じたものを×で示し
ている。
【表2】
【0028】実装の結果、リードパターンの表面にAu
めっきを有する実施例は良好な接合性を有し、エージン
グ処理後も変わらずに良好な接合強度を得ていることが
わかる。一方、リードパターンの表面に半田めっきを有
する比較例はめっき直後は良好であるが、エージングに
よって半田の接合割れが多発し、めっき面の深さ方向に
も酸化が進展していることを示している。
【0029】このリードパターンの表面のAuめっき
と、QFPおよびTCPのアウターリードに施されため
っき部の錫とが共晶合金を形成する過程を以下に説明す
る。
【0030】図2はAu−Sn系の平衡状態図を示し、
Snの融点は232℃であり、このSnの中のAuの濃
度が増すに伴って基本的に融点は上昇する。しかし、A
uの濃度が約10%未満の領域、例えば、Auの濃度が
7%の点に第1共晶点(融点217℃)があって融点が
低下する。
【0031】このことにより10%未満の領域において
は比較的低温の接合が可能となる。現在、基板の材質は
ガラスエポキシ、ガラスポリイミド等の有機材料が多用
されており、より低温の接合が好ましい。
【0032】また、第2共晶点はAuの濃度が70%の
点にあって、一般に通常の共晶接合法に用いられる組成
として知られているが、この点は融点が270℃と高い
ことから低温接合が不可能であり、また、Auの量が多
くなりめっき基板が高価となる。
【0033】
【実施例2】実施例1において、Auめっきの厚さを
0.01μmとした。部品搭載の結果、実施例1と同様
に良好な接合が可能であったが、高温エージングのみに
おいて若干の接合不良が起こった。
【0034】
【実施例3】実施例1において、Auめっきの厚さを
0.5μmとした。部品搭載の結果は実施例1と同様良
好であった。
【0035】このように、リードパターンの表面にAu
めっきを施すことにより、半導体装置の小型化に伴って
リードパターンが微細化されてもめっき面に割れを生じ
ることなく、電子部品との良好な接合性が得られ、接合
後の強度低下を防ぐことが可能になる。更にリードパタ
ーンが酸化に対して安定し、優れた耐性を有するので輸
送時や保管時の扱いを簡便にすることができる。
【0036】他方、電子部品側は通常形状が小さいこと
と吸湿による性能、信頼性低下等を理由に窒素ガス梱
包、真空包装等が行われているので、これらのめっき面
の劣化は抑制されている。
【0037】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の表面実装用
基板を用いた半導体装置によると、基板のリードパター
ンの表面に厚さ0.01〜0.5μmの金めっき層を有
するようにすると共に、この表面実装用基板と接合され
る端子部に厚さ1.0〜10.0μmの錫めっきを有す
るLSI、トランジスタ、コンデンサおよび抵抗器等の
電子部品を金の含有量が0.1〜10重量%である金錫
共晶接合部により接合したため、低温による短時間接合
が可能になる。また、酸化に対する高い耐性を有し、接
合部の強度低下を生じない高い信頼性を備えた半導体装
置を提供することができる。また、接合部にPbを使用
しないため、電子機器の組立時および廃却時に環境を汚
染したり、人体に悪影響を及ぼすことを未然に防止する
ことができる。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の表面実装用基板への
電子部品の搭載を示す説明図である。
【図2】Au−Sn系の平衡状態図である。
【図3】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図4】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 リードパターン 2A Auめっき 3 QFP 4 TCP 5 半田ペースト 6 電子部品 7 端子 8 半田めっき膜 9 端子 10 端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 参木 貞彦 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社 システムマテリアル研究所 内 (56)参考文献 特開 昭47−20666(JP,A) 特開 昭63−249666(JP,A) 特開 昭57−143836(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 3/34 501 H05K 3/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】板状の絶縁性材料に銅箔を接着し、フォト
    エッチングによってリードパターンを形成した後に前記
    リードパターンの表面に厚さ0.01〜0.5μmの金
    めっき層を有する表面実装用基板と、 前記表面実装用基板に搭載され、前記リードパターンに
    接合される端子部に厚さ1.0〜10.0μmの錫めっ
    きを有するLSI、トランジスタ、コンデンサおよび抵
    抗器等の電子部品とを有し、 前記リードパターンと前記端子部とが金の含有量が0.
    1〜10重量%である金錫共晶接合部により接合される
    ことを特徴とする半導体装置。
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KR102588790B1 (ko) * 2016-02-04 2023-10-13 삼성전기주식회사 음향파 필터 장치, 음향파 필터 장치 제조용 패키지

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