JPH05326804A

JPH05326804A - 端子の接合構造

Info

Publication number: JPH05326804A
Application number: JP12373492A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Chiyonobu; 達雄千代延; Kaoru Hashimoto; 薫橋本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1993-12-10
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JP3034126B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はセラミック基板と端子とをはんだ付
けで接合してなる端子の接合構造に関し、使用するはん
だの融点を変えずに、セラミック基板と端子との接合部
の融点を高くすることを目的とする。【構成】セラミック基板２４に接合用パッド２２を設
ける。接合用パッド２２と端子２１を、Ａｕ−Ｓｎはん
だ２５とＩｎを用いて、所定の条件ではんだ付けする。
このはんだ付けの際に、接合用パッド２２と端子２１の
間の接合層２３中に、ＡｕＩｎ₂を生成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は端子の接合構造に係り、
特に端子とセラミック基板とを、はんだ付けで接合して
なる端子の接合構造に関する。

【０００２】ＩＣ、ＬＳＩ等の集積化や、回路基板の多
層化が進むにつれ、電子・通信機器の各構成部品は益々
高価になっている。このため、個々の部品が故障した場
合には、故障部品だけを交換することのできる構成が要
求されている。

【０００３】また、一般に、ＩＣやＬＳＩの信頼性は、
回路基板の信頼性より劣るため、ＩＣやＬＳＩを回路基
板上に多数配置する電子回路モジュールでは、故障した
ＩＣやＬＳＩだけを交換できる構造であることが要求さ
れている。

【０００４】このため、近年では、ＩＣやＬＳＩを、セ
ラミック基板上に多数実装して、セラミック基板ごとマ
ザーボードに実装し、ＩＣやＬＳＩが故障した際には、
ＩＣやＬＳＩだけを取り外して交換できる構造とした、
電子回路モジュールが知られている。

【０００５】このようなセラミック基板は、ＩＣやＬＳ
Ｉを実装する面の反対側に、ＩＣやＬＳＩをマザーボー
ドと電気的に接続する端子を備えており、これらの端子
の接合部には、高温下での耐久性が要求される。

【０００６】

【従来の技術】図７は、本発明が適用できる電子回路モ
ジュールの構成を表す図を示す。同図中、２及び３は、
電子回路モジュール１を構成するＬＳＩの一部である。
ＬＳＩ２、３は、それぞれ耐熱ソケット４、６にはんだ
付けされており、それらの各端子は、耐熱ソケットのソ
ケット端子５、７と導通している。

【０００７】耐熱ソケット４、６は、セラミック基板８
にソケット端子５、７ではんだ付けされており、各ＬＳ
Ｉ２、３は、セラミック基板８の回路を介して互いに電
気的に接続している。

【０００８】セラミック基板８は、耐熱ソケット４、６
がはんだ付けされる面の反対側の面に、多数の端子９を
備えている。これらの端子９は、ＬＳＩ２、３と外部回
路を接続するための端子で、これらの端子９とセラミッ
ク基板８とは、はんだ付けにより接合している。

【０００９】また、同図中、１０は、マザーボードで、
複数のセラミック基板を電気的に接続する基板で、各セ
ラミック基板の端子に対応した孔を備えている。これら
の各孔には、所定の配線が施されており、各セラミック
基板を所定の位置に配置することにより、電子回路モジ
ュール１が構成される。

【００１０】この電子回路モジュール１において、ＬＳ
Ｉ２、３が故障した場合、ＬＳＩ２、３を耐熱ソケット
４、６から取り外して、新しい物と交換する。この交換
を繰り返し行うことにより、耐熱ソケット４、６が劣化
したら、次の段階では、耐熱ソケット４、６ごと交換す
る。そして、再び耐熱ソケットが劣化するまでＬＳＩ
２、３だけを交換する。

【００１１】このように、ＬＳＩ２、３を交換する場
合、ＬＳＩ２、３と耐熱ソケット４、６との接合に用い
る第１のはんだ、または耐熱ソケット４、６とセラミッ
ク基板８との接合に用いる第２のはんだを溶かす必要が
ある。

【００１２】このため、セラミック基板８は、ＬＳＩを
交換するたびに、第１または第２のはんだの融点まで加
熱されることになる。このとき、端子９とセラミック基
板８との接合が外れると、動作不良の原因となるため、
セラミック基板８と端子９との接合に用いる第３のはん
だは、第１及び第２のはんだより融点が高い必要があ
る。

【００１３】また、はんだの融点が高すぎると、はんだ
付けの際に電子回路モジュールに加わるダメージが大き
くなり、やはり、動作不良となる。

【００１４】このため、従来、第３のはんだとして、融
点が２８０℃の金（Ａｕ）−Ｓｎはんだを使用してい
る。また、第１及び第２のはんだの融点にも、温度差を
付ける必要があり、従来、第１のはんだを、鉛（Ｐｂ）
−錫（Ｓｎ）はんだ、第２のはんだをインジウム（Ｉ
ｎ）−Ｓｎはんだ、としている。

【００１５】図８は従来の端子の接合構造による、接合
界面の図を示す。同図（Ａ）は、セラミック基板８と端
子９とが接合した状態の概略図を示し、同図（Ｂ）は、
接合界面の拡大図を示す。

【００１６】同図（Ａ）に示すように、端子９は、ベリ
リウム（Ｂｅ）−銅（Ｃｕ）合金よりなる基材９ａと、
基材９ａに順にメッキした、ニッケル（Ｎｉ）膜９ｂ、
Ａｕ膜９ｃよりなる。また、セラミック基板８は、Ｃｕ
膜１１ａ、Ｎｉ膜１１ｂ、Ａｕ膜１１ｃからなる接合用
パッド１１を備えている。

【００１７】上記したように、端子９とセラミック基板
８は、Ａｕ−Ｓｎはんだ１２で接合してある。このた
め、同図（Ｂ）に示すように、接合層１３には、Ａｕ−
Ｓｎはんだ１２が均一に存在している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このような電子回路モ
ジュールでは、ＬＳＩ交換可能回数を増やすため、耐熱
ソケットを多重にすることが要求されている。このた
め、ＬＳＩ等の実装に用いるはんだのバリエーションを
増やす必要があり、融点が２８０℃に近いはんだでＬＳ
Ｉ等を実装する場合がある。

【００１９】また、近年では、電子回路モジュールに使
用するＬＳＩの増加に伴って、セラミック基板が加熱さ
れる回数も増加している。

【００２０】このため、従来のＡｕ−Ｓｎはんだでは、
接合層の融点が低すぎて、ＬＳＩ等の実装の際に端子が
脱落したり、セラミック基板の加熱が繰り返されること
により接合部が劣化したりして、十分な接合強度が得ら
れないという問題がある。

【００２１】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、使用するはんだの融点を変えずに、端子とセラ
ミック基板との接合部の融点を高くした端子の接合構造
を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために本発明は、端子をセラミック基板に設けた接合用
パッドに接合してなる端子の接合構造において、前記端
子と前記接合用パッドとを、金とインジウムの金属間化
合物を含む接合層によって接合し、前記接合層は、予め
接合しようとする部位に供給しておいた、金を含むはん
だとインジウムとが、前記端子と前記接合用パッドとを
接合する際に溶融されて生成する構成としてある。

【００２３】

【作用】上記の構成によれば、前記端子と前記接合用パ
ッドとを接合する際に、前記はんだは、その温度が自己
の融点まで上昇すると溶融する。インジウムの融点は、
前記はんだの融点より低いため、前記はんだの融点より
低い温度で溶融する。

【００２４】従って、前記接合しようとする部位の温度
が前記はんだの融点に達すると、前記インジウムと金を
含むはんだが溶融状態で混ざり合う。また、金とインジ
ウムは、溶融状態で混ざり合うと、化学反応を起こして
前記金属間化合物を生成する。

【００２５】該金属間化合物は、前記はんだと比べて融
点が高く、該はんだの融点近傍の温度では、溶融しな
い。このため、前期端子と前記接合用パッドの接合部
は、前記はんだの融点程度の温度下でも十分な接合強度
を有する。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明に係る端子の接合構造の一実
施例の図を示す。同図（Ａ）は、端子の接合構造の概略
図を示し、同図（Ｂ）は、その拡大図を示す。

【００２７】同図（Ａ）中、２１は端子で、従来と同様
に、Ｂｅ−Ｃｕ製の基材２１ａに、Ｎｉ膜２１ｂ及びＡ
ｕ膜２１ｃを順に着けてある。また、セラミック基板２
４も従来と同様に、Ｃｕ膜２２ａ、Ｎｉ膜２２ｂ及びＡ
ｕ膜２２ｃからなる接合用パッド２２を備えている。

【００２８】端子２１と接合用パッド２２は、同図に示
すように、接合層２３で接合している。以下同図（Ｂ）
に基づいて、接合層２３について説明する。

【００２９】同図（Ｂ）において、Ａｕ膜２１ｃ、２２
ｃの間が、端子２１と、接合用パッド２２の接合界面
で、接合層２３を介して接合している。接合層２３に
は、金を含むはんだである融点２８０℃のＡｕ−Ｓｎは
んだ２５と、ＡｕとＩｎの金属間化合物であるＡｕＩｎ
₂２６が混在している。

【００３０】ＡｕＩｎ₂２６は、ＡｕとＩｎとが、金属
結合及び共有結合で結合している。このため、ＡｕＩｎ
₂における原子間の結合力は、金属結合だけで結合して
いるＡｕ−Ｓｎはんだ２５より強く、ＡｕＩｎ₂の融点
は５４０℃で、Ａｕ−Ｓｎはんだ２５の融点の約２倍に
等しい。

【００３１】このように、接合層２３に、融点が２８０
℃のＡｕ−Ｓｎはんだ２５と、融点が５４０℃のＡｕＩ
ｎ₂２６とが混在しているため、接合層２３の融点は、
Ａｕ−Ｓｎはんだ２５だけの場合と比べて高くなる。

【００３２】従って、端子２１をセラミック基板２４に
接合した状態で、２８０℃に加熱しても、接合層２３が
再溶融せず、端子２１が脱落することが無い。このた
め、セラミック基板１１に、ＬＳＩ等を実装するための
はんだの融点を、２８０℃付近まで上げることができ
る。

【００３３】図２は、本実施例の端子の接合構造の形成
の仕方の第１実施例の図を示す。以下同図に基づいて、
本実施例の接合構造の形成の仕方について説明する。ま
た、同図において、図１と同一部分には、同一の符号を
付して、その説明を省略する。

【００３４】同図（Ａ）は、端子未接合のセラミック基
板２４の断面図を示す。同図に示すように、セラミック
基板２４は、一方の面に接合用パッド２２を有してい
る。接合用パッド２２は、セラミック基板２４に、銅
（Ｃｕ）膜２２ａ、ニッケル（Ｎｉ）膜２２ｂ、Ａｕ膜
２２ｃを蒸着または、圧着等により順に着けて形成して
いる。

【００３５】同図（Ｂ）は、端子２１の断面図を示す。
同図中２１ａは、端子２１の基材であり、Ｂｅ−Ｃｕ合
金を釘状に成形することにより構成している。基材２１
ａには、Ｎｉ膜２２ｂ、Ａｕ膜２２ｃをメッキ等で順に
着けてある。また、端子２１の、釘の頭に相当する部分
には、融点が２８０℃のＡｕ−Ｓｎはんだ２５を着けて
あり、更に、Ａｕ−Ｓｎはんだ２５には、Ｉｎ膜２７を
着けている。

【００３６】同図（Ｃ）は、セラミック基板２４の接合
用パッド２２に、端子２１を接合した状態の断面図を示
す。

【００３７】端子２１のＩｎ膜２７を、接合用パッド２
２に接触させた状態で、セラミック基板２４を２８０℃
に加熱すると、Ｉｎの融点が１５６℃であるため、Ｉｎ
膜２７及びＡｕ−Ｓｎはんだ２５は、共に溶融する。こ
のため、ＩｎとＡｕ−Ｓｎ合金が混ざり合った状態とな
る。

【００３８】一般に、Ｉｎは、Ｓｎと比べてＡｕと反応
し易く、Ｉｎを含むＡｕ−Ｓｎはんだが、２８０℃に加
熱された場合、ＩｎとＡｕが化学反応を起こして、Ａｕ
Ｉｎ ₂を生成する。従って、接合層２３には、Ａｕ−Ｓ
ｎはんだ２５と、ＡｕＩｎ₂２６が混在した状態とな
り、上記したように、接合層２３の融点が高くなる。

【００３９】図３は、端子２１とセラミック基板２４を
接合する際に、端子２１及びセラミック基板２４に加え
る温度のプロファイルの一例を表す図を示す。

【００４０】同図（Ａ）は、通常の接合に用いるプロフ
ァイルを示し、ピーク温度３３０℃で、３０秒保持した
後降温するプロファイルである。端子２１とセラミック
基板２４は、この温度プロファイルに示すように加熱す
ることにより、接合することができる。

【００４１】同図（Ｂ）は、接合を確認するために使用
した温度プロファイルで、３３０℃で、３０秒保持した
後、４００℃まで昇温してから降温している。本実施例
の接合構造では、３３０℃で３０秒保持する段階におい
て、ＡｕＩｎ₂が生成する。本発明者は、同図に示すよ
うに、４００℃まで昇温しても、接合がずれたり外れた
りしていないことを確認した。

【００４２】このように、本実施例の接合構造では、接
合部の融点が、化学反応により上昇する。このため、セ
ラミック基板２４にＬＳＩ等を実装するためのはんだの
融点を従来より高くすることができる。更に、端子２１
とセラミック基板２４の接合部が熱応力に強くなり、電
子回路モジュールの信頼性が向上する。

【００４３】図４は、本実施例の端子２１の製造方法を
表す図を示す。同図に示すように、端子２１を連結した
状態で搬送する端子群２８を、各端子２１の頭部だけが
溶融はんだ２９、またはメッキ溶液３０に浸るように配
置し、端子を所定の速さで順送りすることにより、容易
に本実施例の端子２１を製造することができる。

【００４４】図５は、本発明に係る端子の接合構造の形
成の仕方の他の実施例の図を示す。同図（Ａ）は、本実
施例に使用するセラミック基板３４の断面図を示してい
る。

【００４５】セラミック基板３４は、その一方の面に、
接合用パッド３２を備えている。接合用パッド３２は、
セラミック基板３４に、Ｃｕ膜３２ａ、Ｎｉ膜３２ｂ、
Ａｕ膜３２ｃを順次成膜した後、Ａｕ膜３２ｃ上に、Ｉ
ｎ膜３３を形成して構成している。

【００４６】同図（Ｂ）は、本実施例に使用する端子３
１の断面図を示す。同図に示すように、端子３１は、釘
状の基材３１ａにＮｉ膜３１ｂ、Ａｕ膜３１ｃを着けた
あと、釘の頭の部分に、Ａｕ−Ｓｎはんだ３５を着けて
いる。

【００４７】このため、端子３１のＡｕ−Ｓｎはんだ３
５を、セラミック基板３４のＩｎ膜３３に重ねて所定の
温度にすると、Ａｕ−Ｓｎはんだ３５とＩｎ膜３３が反
応して、上記の第１実施例の場合と同様の効果が得られ
る。

【００４８】また、本実施例において、セラミック基板
３４のＩｎ膜３３は、Ｉｎシートを打ち抜いて圧着する
ことにより、容易に形成することができる。このため、
上記の第１実施例の場合に比べて、容易にＩｎ膜を形成
することができる。

【００４９】図６は、本発明に係る端子の接合構造の形
成の仕方の他の実施例の図を示す。

【００５０】同図（Ａ）は、本実施例に使用するセラミ
ック基板４４の断面図を示す。セラミック基板４４の一
方の面には、接合用パッド４２、及びＡｕ−Ｓｎはんだ
から成るはんだボール４５を備えている。

【００５１】接合用パッド４２は、セラミック基板４４
に、Ｃｕ膜４２ａ、Ｎｉ膜４２ｂ、Ａｕ膜４２ｃを順次
成膜した後、Ａｕ膜４２ｃ上に、Ｉｎ膜４３を形成して
構成している。

【００５２】同図（Ｂ）は、本実施例に使用する端子３
１の断面図を示す。同図に示すように、端子４１は、釘
状の基材４１ａにＮｉ膜４１ｂ、Ａｕ膜４１ｃを着けて
構成している。

【００５３】このため、端子４１の釘の頭に相当する部
分を、はんだボール４５に重ねて所定の温度にすると、
はんだボール４５とＩｎ膜４３が反応して、上記の第１
実施例の場合と同様の効果が得られる。

【００５４】また、本実施例において、セラミック基板
４４のＩｎ膜４３は、上記の第２の実施例と同様に、容
易に形成することができる。更に、本実施例において
は、Ａｕ−Ｓｎはんだをはんだボールで供給するため、
はんだ量の制御が容易である。

【００５５】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、端子とセラミック基板の接合用パッドの間の接合層
が、電子回路モジュールに使用するはんだの融点程度の
温度下では、十分な接合強度を有する。

【００５６】このため、セラミック基板にＬＳＩ等の部
品を実装するためのはんだの融点を従来より高く設定す
ることができる。従って、部品実装用のはんだのバリエ
ーションを増やすことができ、はんだ付け工程の自由度
を上げることができる。

【００５７】更に、接合層の融点が上がることにより、
端子部分の熱に対する耐久性も向上し、電子回路モジュ
ールの信頼性も向上する。

【００５８】また、請求項２記載の発明によれば、Ｉｎ
とＡｕを含むはんだを予め端子に着けておくため、従来
と同様な接合工程で実施することができる。

【００５９】請求項３記載の発明によれば、Ｉｎを接合
用パッドに着けるため、端子にＩｎを着ける場合に比べ
て、Ｉｎを容易に着けることができる。

【００６０】請求項４記載の発明によれば、Ａｕを含む
はんだをはんだボールで供給するため、はんだの供給量
を制御し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る端子の接合構造の一実施例の図で
ある。

【図２】本発明に係る端子の接合構造の形成の仕方の第
１実施例の図である。

【図３】本発明に係る端子の接合構造の形成に用いる温
度プロファイルの一例を表す図である。

【図４】本発明に係る端子の接合構造の一例に用いる端
子の製造方法を表す図である。

【図５】本発明に係る端子の接合構造の形成の仕方の第
２実施例の図である。

【図６】本発明に係る端子の接合構造の形成の仕方の第
３実施例の図である。

【図７】本発明を適用し得る電子回路モジュールの構成
を表す図である。

【図８】従来の接合構造の図である。

【符号の説明】

２１、３１、４１端子２２、３２、４２接合用パッド２３接合層２５、３５金−錫はんだ２６ＡｕＩｎ₂ ２７、３３、４３インジウム膜４５はんだボール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端子（２１、３１、４１）を、セラミッ
ク基板（２４、３４、４４）に設けた接合用パッド（２
２、３２、４２）に接合してなる端子の接合構造におい
て、前記端子（２１、３１、４１）と前記接合用パッド（２
２、３２、４２）とを、金とインジウムの金属間化合物
（２６）を含む接合層（２３）によって接合した構成と
したことを特徴とする端子の接合構造。
【請求項２】前記接合層（２３）は、予め前記端子
（２１）に着けておいた、金を含むはんだ（２５）と、
予め該はんだ（２５）につけておいたインジウム膜（２
７）とを、前記端子（２１）と前記接合用パッド（２
２）とを接合する際に溶融させて形成する構成としたこ
とを特徴とする請求項１記載の端子の接合構造。
【請求項３】前記接合層（２３）は、予め前記端子
（３１）に着けておいた、金を含むはんだ（３５）と、
予め前記接合用パッド（３２）の表面に着けておいたイ
ンジウム膜（３３）とを、前記端子（３１）と前記接合
用パッド（３２）とを接合する際に溶融させて形成する
構成としたことを特徴とする請求項１記載の端子の接合
構造。
【請求項４】前記接合層（２３）は、予め前記接合用
パッド（４２）の表面に着けておいたインジウム膜（４
３）と、予め該インジウム膜（４３）に着けておいた、
金を含むはんだから成るはんだボール（４５）とを、前
記端子（４１）と前記接合用パッド（４２）とを接合す
る際に溶融させて形成する構成としたことを特徴とする
請求項１記載の端子の接合構造。