JPH0312992A - 電気的接合部 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
はヘアチップとの電気的接合に関し、特に生産性および
信頼性に優れた電気的接合部に関するものである。
装厚みを薄くするためにモールトパッケジされた部品を
部品挿入用の孔に埋め込・ろチップ部品のリードとプリ
ント基板の電極を4Jんだリフロー法により接続してい
た。この方法によりチップ部品の実装上の厚みがプリン
1〜W仮により一部相殺され、通常の表面実装法に比べ
薄くできるメリットがあった。しかしながらリー ドが
あるためにこの分が出っばりとして残り、より薄い実装
形態を得るには限界があった。
たヘアチップ部品をプリン1へ基板に埋め込み、ペアチ
ップとプリント基板上の電極を同一平面に保ちはんだリ
フロー法によって接続することによりリード部の厚みに
よる出っばりが抑えられ、薄く実装することができる。
基板上の電極の間にギャップがあるために、通常の共晶
系はんだペーストを使用する場合、ギャップを充分小さ
くせざるを得す、ヘアチップの挿入に高い位置精度が要
求され、しかも接続したものの再リフローに対する信頼
性は低い。はんだの代わりに導電性接着剤を用いる方法
もあるが、接触抵抗、信頼性、更にコストの点で一般に
はんだより劣り適用できる範囲は限定されていた。
要求され、再リフローに対する信頼性に劣り、また接触
抵抗、コストなどの点から適用分野に制限を受けていた
。
にヘアチップの高い位置精度を必要とせず、接触抵抗、
コストが通常のはんだと同等以上の性能をもち、薄くか
つ再リフローに対する信頼性の高い実装形態を実現する
電気的接合部を提供することにある。
のバラツキによる第7図、第8図のようなチップ立もが
少なくなり、製造条件の管理が容易になり、また接合部
の再リフロー後の信頬性向上が達成されることを見出し
1本発明を完成した。
品上に設けられた複数の電極が独立に電気的に接続され
た電気的接合部において、前記電極間が異なる固相線温
度と液相線温度をもつ組成のはんだで接続されているこ
とを特徴とする電気的接合部である。
ンジスター、ICなどの能動素子や抵抗、コンデンサ、
インダクタなどの受動素子から成り、その外観は外部接
続用の電極を設けたヘアチップ形態や主要構成素子をモ
ールド材などでパッケジ化し外部接続用のリード線を設
置ノだ形態などがある。このうち、本発明が特に威力を
発揮するのは前者のペアチップ形態であり、その電極は
、はんだ付は性の良い材料で構成されており、チップの
表面に平面あるいは曲面的に形成されている。
囲の同一平面あるいは段差を持った位置やチップ部品と
向かい合う位置に形成されており、かつ樹脂やセラミッ
クを含み絶縁体上に形成されている。
ものあるいは接続部全体のはんだが非共晶組成のもので
ある。
面図である。第1図において、1ば絶縁体4に設りられ
た電極、2はチップ部品3に設けられた電極、3はチッ
プ部品、4は絶縁体で電極1と共に基板12を形成して
いる。
んでいれば、更に他の層が積層されていてもかまわない
。5は電極1と2を接続し電気的に導通させるはんだ、
6ばはんだ5内に分散された高融点金属粒、9はチップ
部品3を絶縁体4に固定する支持体を示す。
とが必要である。実際には、電極との濡れ性のよいはん
だを選択することにより、銅、銀、金、白金、鉛、錫、
鉄、ニンケル、インジウム、アルミニウム、ステンレス
が使用でき、銅、銀、金が好ましく、経済性の点からは
特に銅が好まし電極1および2はいかなる方法によって
製造されたものであってもよく、電極の個数も2つのみ
に限られず、3つ以上であってもよいことは勿論である
。加えて、電極lおよび2の配置形態も、第1図の例に
のみ限られるものではなく、たとえば第2図(A)〜(
D)に示すような種々の形態にも適用可能である。第2
図(D)において、2′は第3の電極を示す。
塗布はんだの量などにもよるが、それらの最短距離が、
0.05 mm以上、さらには0.1 mm以上、特に
0.3 mm以上の場合において、本発明はその効果を
顕著に発揮する。なお、接続方向に垂直な方向の電極の
寸法(電極1幅と定義する)は、電極間最短距離が大き
くなるにつれ、その最短距離の4倍以下、さらには2倍
以下、特に1倍以下〔) で本発明の効果を顕著に発揮する。
意のもので良い。例えば、電極が銅の場合、スズを含む
合金、特に5n−Pb合金が接合力も高く好ましい。ま
た、電極が根の場合にばSnPb−Ag合金も使用可能
である。
能な金属を含む合金を意味する。
ており、その組成化が異なるもの、あるいはばんだ5の
構成材質の一部の材質のみで構成されているもので、そ
の融点ばはんだ5の固相線温度より高い必要があるが、
良好な導通の再現性及び再リフローに対する安定性を確
保するためには、その差は20°C以上、好ましくは3
5°C以上、更に好ましくは50°C以上とするのがよ
い。いずれの場合も溶融時のはんだ5中で拡散、合金化
により溶解する性質をもち、製造方法、条件によっては
、第3図(B′)及び第4図(B′)のように製造途中
で溶融はんだ5中に高融点金属粒6が完全に溶解した結
果、その後析出した金属粒6の粒径がサブミクロンオー
ダ以下であり可視領域での金属粒6の存在が観測不可能
な場合もある。以上の条件を満足する金属粒の材質の種
類としては、はんだ5が5u−Pb系合金の場合、はん
だ5より融点の高い5u−Pb合金、あるいはずす、鉛
などの単体金属などが使用できる。
平均化した組成比が、異なる固相線温度と液相線温度を
もち、かつ固相線温度における金属粒6の割合がある一
定以上となるような組成比となるように設定すればよい
。良好な導通の再現性と再リフローに対する安定性を確
保するためには、固相線温度と液相線温度の差は20°
C以上、好ましくは35°C以上、更に好ましくは50
°C以上で、かつ固相線温度における金属粒の割合が体
積比で接合部全体の0.5%以上、2%以−ヒ、更には
5%以上となるような組成比を設定することが特に好ま
しい。
3図(八)、 (n)、 (B’ )、 (C)、 (
C’ )を参照して説明する。
液相線の異なるはんだ粒5Aおよびフ ランクスフを混合したはんだペースト をスクリーン印刷法その他の方法によ って電極1および2の上に、これら電 極にまたがるように被着、すなわち塗 布または付着する。
温度で、全体を予備加熱した後、は んだ粒5Aの固相線温度以上液相線温 度未満に加熱してリフローさせる〔第 3図(B)〕か液相線温度以上に加熱してリフローさせ
て〔第3図(B’))から冷却して耐固させる。この工
程によ って、はんだ粒5Aは固相線と液相線 に沿って分解し、その少なくとも一部 分が溶融する。また、接合部の表面に はばんだペースト中のフラックスから 生成された残留物8が残る。このよう にリフローしたはんだは冷却凝固して 第3図(B)及び(B′)に示すように、電極1と2と
の間を電気的に導通させ るはんだ5、金属粒6及びフラックス 残留物8となる。(金属粒6は、はん だ粒5Aから生成された合金であり、 はんだ5と成分要素は同じであるが、 その組成比が異なり、その融点もはん だ5の固相線温度よりも高いものであ る。また、はんだブリッジによる導通 は、リフロー工程の初期のある期間内 で一部溶融したはんだが残りの金属粒 同士を合体させることにより起り、通 常の電極の形状配置の下では、いった ん電極間のはんだブリッジが起れば、 その後完全にはんだを溶融させた状態 にしても、また、その後に冷却凝固さ せても、はんだブリッジは保たれる 〔第3図(B’))。すなわち電極の寸法0 や位置関係などによる規制εJ−あるものの、基本的に
は、」−述のリフロー温度条件を満足する限り、用いる
はんだ粒 の同相線−液411線IH7および液相線以上のいずれ
の温度でリフローさせてもよ い。このように、はんだブリッジが起 こるためには、リフロー時に適正な金 属粒濃度をある一定時間以上保つ必要 かあるので、はんだが一部熔融し始め てからりフローのピーク温度に到達す るまでの昇温速度は用いるはんだの固 相線と液相線の温度差が小さいほど遅 くすることが好ましい。) 工程(3): その後、第3図(B)及び(B′)に
示されるフラックス残留物8を除去して 第3図(C)及び(C′)に示す如き電気的接合部とす
る。(なお、該工程(3)は本発明を実現するに当って
必ずしも必 須の工程ではない。) このようにして得られた電気的接合部は、その製造工程
が簡単であるにもかかわらず、リフロ時に発生ずるガス
やはんだ自体の表面張力による盛り上がりの高さによる
導通不良を生ずるごとがなく、電極間を確実に電気的に
接合して両電極間の電気的導通をとることができる。し
かも、電極とはんだとの接合強度が高く、また接合部の
比抵抗を著しく低くすることができる。更に従来のはん
だを用いたものに比べ再リフl:]−に対する信!n性
が高い。
以下、更には75μm以下とするのが良い。はんだ粒5
Aの材質は、金属粒6の月質、量が前述の条件を満足す
るような組成の非共晶系合金を用いればよい。
樹脂フラックスが好ましい。これは1.Jジン系天然樹
脂またはその変性樹脂を主成分とし、これに活性剤、有
機溶剤・粘度調整剤・その他の添加剤が添加されたもの
である。一般に、変性樹脂には重合ロジン、フェノール
樹脂変性ロジンな1 2 ど、活性剤には無機系および有機系フラックス、その中
でも特にアミン塩酸塩や有機酸系のフラックス、有Ja
?容剤はカルヒト−ル系、エーテル系のものが用いられ
る。なお、金属粒の種類によっては無機系フラックスを
使用しでもよい。
びはんだ粒−金属粒間の一体化を引き起ごずのに充分な
景が必要であり、ペースト全体の5重置%以上30重星
%未満の量が通常使用できる。
んだベーヘストは、スクリーン印刷法あるいはディスベ
ンザなどを用いた方法により電極部に何着あるいは塗布
される。イ」着または塗布は第3図(A)に示したよう
に、接続しようとする電極1および2のずべての上にま
たがるように行う必要がある。
への熱応力を緩和するためと同時に、フラックス中の揮
発成分を完全に放散させてリフロ時のガス発生を抑える
効果があり、かかる予備加熱を行うことが好ましい。予
備加熱の条件は、用いるはんだ粒5Aの固相線温度未満
で行う。
ることが最低限必要である。リフロー温度は基板の面]
熱性および連続の信頼性に応して決定すればよいが、ば
んだ粒5Aの組成によっては、設定温度が低ずぎると、
溶融はんだの割合が少なく、金属粒間の合体が起こらな
い場合がある。このため、溶融はんだの割合が体積比で
元の全部のはんだ粒の10%以上、さらには20%以−
1−となるような温度でリフローすることが好ましい。
ェーズソルダリング、レーザ加熱、ボッI・プレー1・
、抵抗加熱、はんだごて加熱などがあるが、より高い導
通の再現性を得るためには、はんだが溶融し始めてから
、リフローのピーク温度に達するまでの昇温速度ば遅い
方が好ましく、熱風加熱や赤外線加熱が特に好ましい。
面にフランクス残留物8が生成されるがその除去のため
に、必要に応して洗浄を行う。洗浄剤として、l・リフ
ロl:l トリフルオロエタンに代表されるフロン系溶
剤や1−1− ] −]1−リクロルエタなとの塩素系
溶剤を用いてシャワー洗浄・超音波洗浄や蒸気洗浄など
を行えばよい。
5の構成材質の一部の材質のみで構成された金属粒6と
G:lんだ粒5△とフランクスフから成るはんだペース
トによっても達成することができる。その作製法の一例
を第4図を参照して説明する。
ずなわらイ」着または塗布する。
備加熱した後、はんだ粒5Aの固相 線以上液相線未満の温度に加熱しては んだペーストをリフローさせる〔第4 図(B)〕か液相線温度以上−に加熱してリフローさせ
て〔第4図(B)〕から冷却し、凝固さセる。この工程
によって はんだ粒5Aのすくなくとも−・部は溶融して合体し、
金属粒6Aの少なくと も一部は熔融する。また、接合部の表 面には、はんだペースト中のフラック スから生成された残留物8が残る。こ のようにリフローしたはんだは冷却凝 固して第4図(B)及び(B′)に示すように、電極1
と2との間を電気的に導 通さ−lる番、[んだ5、金属粉6及フランクス残留物
8となる〔第4図(I3)及び(B’))。(この場合
ばんだ5及び金属粒6の材質は、はんだ粒5A、金属 粒6Aと同一のものではなく、金属粒 5 6 6は金属粒6Aの一部がばんだ5中に 熔融して形成されたものである。
異なり、例えば、リフ口 温度は第3図(B)及び(B′)と同様に金属粒6Aの
融点未満、融点以上の何 れでもよく、各々第4図(B)及び(B′)となる。い
ずれの場合でも、はんだ5 及び金属粒6の材質及び量が前述の条 件を満足するようにばんだ粒5A及び 金属粒6Aの材質、量を選定すればよ く、はんだ粒5Aは非共晶系でも構わ ない。例えば、はんだ粒に Sn/Pb−63/37、
金属粒6AにSn/Pb=10/90を用いた場合、金
属ね6Aの割合が47〜57Vol %で使用すること
が可能である。
極の寸法や位置関係など による規制はあるものの、通常は、基 本的には、上述のりフロー温度条件を 満足する限り、用いるはんだ校や金属 粒の固相線一液相線間および液相線以 上のいずれの温度でリフローさせても よい。
リフロー時に適正な金 属粒濃度をある一定時間以上保つ必要 があるので、はんだが−・部熔融し始めてからりフロー
のピーク温度に到達す 7 8 るまでの昇温速度は用いるはんだの固 相線と液相線の温度差が小さい程遅く することが好ましい。) 工程(3): その後、第4図(B)及び(B′)に
示されるフラックス残留物8を除去して、第4図(C)
及び(C′)に示す如き電気的接合部とする。
る実施例にのみ限定されるものではない。
12にチップ部品3を埋め込み、電極1及びチップ部品
の電極2を同一平面上に形成した。
X0.03 mmt、 0.2 mmX0.2 mmX
0.03 mmtSlの値として250μm、800μ
mの2通りのものを用意した。
、各々のlのものに対し次の組成よりなる2種のはんだ
ペーストを2つの電極1および2上に、これら電極にま
たがって塗布して、合計4種類(はんだペース1〜2種
xiの値2種)の第3図(A)及び第4図(八)に示す
ような形態を得た。
Pb合金(千住金属工業■製、商品名: 5PT−55
−35) はんだペースI・■ はんだ粒材質 はんだ粒径 はんだ粒形状 金属粒材質 金属粒径 金属粒形状 フラックス 混合比(重量比) (はんだ粒):(金属粒):(フラックス)=813
: 125 : 20 平均組成比 Sn/Pb −35/65Sn/Pb=6
3/37 最高40 μm 不定形 Sn/Pb=10/90 (合金) 最高40μm 不定形 弱活性1′:1ジン 9 0 平均組成比における固相線温度 183 ’C平均組成
比における液相線温度 248°Cその後、120 ’
Cの熱風オーブン中で10分間予備加熱した後、215
°Cの熱風オーブン中で3分間リフローさせ、ついで1
−kl トリクロルエタンで超音波洗浄して表面のフラ
ックス残留分を除去して第3図(C)及び第4図(C)
に示すような電気的接合部を得た。得られた接合部は、
いずれのはんだペースト及び電極配置においても、リフ
ローしたはんだはほぼ100%の収率で第3図(C)の
ように2電極間にまたがるようにブリッジされており、
接合強度も通常のはんだと比べて何ら遜色はなかった。
ところ、接続部の断線の発生はみられなかった。
ップ部品3を設置し、電極1とチップ部品の電極2に1
50μmの段差を設けた。電極1及び20寸法は実施例
1と同様であった。
電極1および2上にまたがるように塗布した。
熱した後、215°Cの熱風オーブン中で3分間リフロ
ーさせ、ついで1−1−1 )リクロルエタンで超音波
洗浄して表面のフラックス残留物を除去して第2図(八
)に示すような電気的接合部を得た。得られた接合部は
いずれのはんだペーストにおいても、はぼ100%の収
率で第2図(A)のように2電極間にまたがるようにブ
リッジされており、接合強度も通常のはんだと比べて何
ら遜色はなかった。なお、230“CX30secの条
件で再リフローしたところ接続部の断線の発生はみられ
なかった。
b=63/37合金のはんだペースト〔千住金属工業■
製、商品名: 5PT−55−63)を用いる以外は
、実施例1及び2と全く同様にして電気的接合1 2 部を得た。得られた接合部は、2電極間にまたがるよう
にブリッジされているものは、第5図の形態では5%以
下、第6図の形態では0%であった実施例3 チップ部品を接続しよとする基板上に配設された4つの
電極(0,2mmX0.2 mmX0.03mmt)に
実施例1で使用したペーストを塗布した。塗布量は4つ
の電極のうちの1点を他の同じ塗布量の3点の半分の量
に設定した。その後、サイズ、位置とも基板上の電極と
同様の電極をもったチップ部品を電極間が向かい合うよ
うにセットした。
熱した後、215°Cの熱風オープン中で3分間リフロ
ーさせ、ついで1−1−1トリクロルエタンで超音波洗
浄して表面のフラックス残留分を除去して第21521
(C) l:二示すような電気的接合部を得た。得られ
た接合部は、リフローしたはんだはほぼ100%の収率
で2電極間にまたがるようにブリングされており、チッ
プ立ちによる断線もなく接合強度も通常のはんだと比べ
て何ら遜色はなかった。なお、230°CX30sec
の条件で再リフローしたところ、接続部の断線の発生は
みられなかった。
n/ P b = 63/37合金のはんだベース1−
〔千住金属工業■製、商品名: SP’r−5!5−6
3 )を用いた。
少ない方でチップ部品3が立ぢ上がっており、電極1と
2のブリッジは不可能であった。
した場合に比べてチップ部品上の電極と基板上の電極と
のギャップを広くとれるのでチップ部品の位置決めに高
い精度を必要とせずに、高密度の実装を可能とする。更
に接合部の接触抵抗、信頼性は従来のものと何ら遜色は
なく、しかも再リフローに対する安定性は従来のものに
比べてはるかに向上する。
ペーストの塗布量のバラツキによるチップ立ちが激減す
る他、従来のはんだでは実現不可能であった第2図(八
)の形態も可能となる。
図、 第2図(八)〜(D)は本発明の電気的接合部の種々の
実施態様を示す断面図、 第3図は本発明の電気的接合部の製造工程の一層施態様
を説明する断面図、 第4図は本発明の電気的接合部の製造工程の他の実施態
様を説明する断面図、 第5及び6図は本発明実施例における電極を説明する斜
視図、 第7及び8図は従来のはんだペーストを用いて得た電気
的接合部の一例を示す断面図である。 ■ 電極、2.2′ 電極、3−チップ部品、4一基板
、5 ばんだ1,5A−はんだ粒、6−金属粒、6A
金属粒、7−フラックス、8−フラックス残留分、9−
支持体、10− はんだ、11−金属粒6を含むはんだ
、12一基板。 5 6一
Claims (2)
- 1. 絶縁体上に設けられた複数の電極とチップ部品上
に設けられた複数の電極が独立に電気的に接続された電
気的接合部において、前記電極間が異なる固相線温度と
液相線温度をもつ組成のはんだで接続されていることを
特徴とする電気的接合部。 - 2. はんだが、すずを含む合金である特許請求の範囲
第1項記載の電気的接合部。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14670089A JPH07120848B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | 電気的接合部 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14670089A JPH07120848B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | 電気的接合部 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0312992A true JPH0312992A (ja) | 1991-01-21 |
JPH07120848B2 JPH07120848B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=15413579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14670089A Expired - Lifetime JPH07120848B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | 電気的接合部 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07120848B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10163270A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 接合バンプ付き配線基板 |
WO2007096946A1 (ja) * | 2006-02-21 | 2007-08-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 実装体及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-06-12 JP JP14670089A patent/JPH07120848B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10163270A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 接合バンプ付き配線基板 |
WO2007096946A1 (ja) * | 2006-02-21 | 2007-08-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 実装体及びその製造方法 |
JPWO2007096946A1 (ja) * | 2006-02-21 | 2009-07-09 | パナソニック株式会社 | 実装体及びその製造方法 |
US7713787B2 (en) | 2006-02-21 | 2010-05-11 | Panasonic Corporation | Mounted body and method for manufacturing the same |
US8039307B2 (en) | 2006-02-21 | 2011-10-18 | Panasonic Corporation | Mounted body and method for manufacturing the same |
JP5085932B2 (ja) * | 2006-02-21 | 2012-11-28 | パナソニック株式会社 | 実装体及びその製造方法 |
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---|---|
JPH07120848B2 (ja) | 1995-12-20 |
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