JPH09321209A - ピン実装型パッケージ、ピン実装型パッケージ用ピン材料、及び前記ピン材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＣやＬＳＩ等の高密度実装化が可能なピン
実装型パッケージを提供する。 【解決手段】 回路基板30との電気接続をピン40で行う
ピン実装型パッケージにおいて、前記ピン40が、超弾性
を示す熱弾性型マルテンサイト変態合金又は加工集合組
織を残存させた熱弾性型マルテンサイト変態合金で構成
されている。 【効果】 超弾性歪域又は見掛けの超弾性歪域が大きい
為ピン40が変形し難い。又弾性係数又は見掛けの弾性係
数が小さい為半田接合部に割れが入り難い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の
高密度実装に適した、ピン実装型パッケージ、前記ピン
実装型パッケージ用ピン材料、及び前記ピン材料の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子電気機器の高密度実装化に対応し得
る半導体パッケージとして、ボールグリッドアレイ型の
半導体パッケージ（ＢＧＡ型半導体パッケージ）とピン
グリッドアレイ型の半導体パッケージ（ＰＧＡ型半導体
パッケージ）が開発され、実用されつつある。前記ＢＧ
Ａ型半導体パッケージは、図５に示すように、半導体素
子11を搭載したパッケージ基体20と回路基板30との接続
を半田ボール60により行うものである。このような半導
体パッケージでは使用中に半導体素子が発熱するとパッ
ケージ基体20と回路基板30との熱膨張係数差により半田
ボール60に熱応力が繰返し加わる。このＢＧＡ型半導体
パッケージはパッケージ基体20と回路基板30との間隔が
狭い為、前記熱応力は半田ボール60に大きく掛かり半田
ボール60が熱疲労破壊し易い。又半導体素子11の発熱が
放熱され難いという問題もある。これらの問題は、半導
体素子とパッケージ基体との接続箇所（電気的信号のや
りとりを行うＩ／Ｏ部）が多い程、又パッケージが大型
な程深刻である。又パッケージ基体がプラスチック製の
場合は、銅板等で形成された回路基板との間の熱膨張係
数差が大きくなり、前記熱疲労破壊の問題は更に深刻で
ある。又プラスチック基体を多層にして使用する場合
は、前記放熱問題が重大となる。

【０００３】前記ＰＧＡ型半導体パッケージは、図１
(a) に示すように、半導体素子10を搭載したパッケージ
基体20と回路基板30との間の接続をピン40により行うも
のである。図で41は半田接合部である。前記ピン40に
は、従来より４２合金（Ｆｅ−４２wt％Ｎｉ合金）やコ
バール合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）等が使用されて
いる。図１(b) に示すものは半導体素子11が円形のもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＰＧＡ
型半導体パッケージは、ピンに用いる４２合金は、図３
の曲線(イ) にその応力−歪曲線を示すように、弾性歪域
が小さい為ＰＧＡ型半導体パッケージを運搬する際等に
ピンが変形して使用できなくなるという問題がある。又
４２合金やコバール合金のピンでは、半導体素子発熱量
の増加や使用環境の温度上昇に伴って、半導体パッケー
ジ基体（通常プラスチックやセラミックが用いられるが
特にプラスチック基体）と回路基板との熱膨張係数の温
度依存性の違いや、使用時半導体素子動作のＯＮ、ＯＦ
Ｆに伴って生じる発熱−冷却に対応する繰返し熱疲労に
よって、ピン部に残留応力や残留歪みが生じる。これに
より、ピン部が変形し、又回路基板との接合部、ピンと
パッケージ基体との接合部等の半田を主体とする接合部
に恒常的な負荷が生じて接合部が破壊するという問題が
ある。本発明の目的は、ピンの変形やその半田接合部の
熱疲労破壊が抑制されたピン実装型パッケージ、ピン実
装型パッケージ用ピン材料、及び前記ピン材料の製造方
法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
回路基板との電気接続をピンで行うピン実装型パッケー
ジにおいて、前記ピンが、超弾性を示す熱弾性型マルテ
ンサイト変態合金で構成されていることを特徴とするピ
ン実装型パッケージである。

【０００６】請求項２記載の発明は、回路基板との電気
接続をピンで行うピン実装型パッケージにおいて、前記
ピンが、加工集合組織を残存させた熱弾性型マルテンサ
イト変態合金で構成されていることを特徴とするピン実
装型パッケージである。

【０００７】前記請求項１又は請求項２記載の発明は、
図１(a),(b) に示したＰＧＡ型半導体パッケージの他、
図２(a),(b) に示すような、半導体素子10,11 に放熱用
部材50を設けたものにも適用できる。前記放熱用部材
は、半導体素子部分に直接、又は熱膨張差を緩和させる
整合材を介在させて取付けられる。前記放熱用部材50に
は、熱伝導性の良い純銅、純アルミニウム、又はそれら
の合金が主に用いられる。その他、銀、タングステン、
モリブデン等の金属、ＡｌＮ等のセラミックス等も使用
できる。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記
載の発明のピン実装型パッケージに用いられるピン材料
であって、前記ピン材料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金から
なり、前記合金のＭｎとＡｌの含有量が図６の点A(11.0
wt%,7.0wt%),B(14.0wt%,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D
(3.0wt%,14.0wt%),E(3.0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt
%)で囲まれる範囲内にあり、残部がＣｕ及び不可避的不
純物からなり、且つ加工集合組織が残存していることを
特徴とするピン実装型パッケージ用ピン材料である。

【０００９】請求項５記載の発明は、請求項２又は３記
載の発明のピン実装型パッケージに用いられるピン材料
であって、前記ピン材料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金から
なり、前記合金のＭｎとＡｌの含有量が図６の点A(11.0
wt%,7.0wt%),B(14.0wt%,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D
(3.0wt%,14.0wt%),E(3.0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt
%)で囲まれる範囲内にあり、更にＣｒ0.05〜0.5wt%、Ｐ
0.005〜0.15wt% を含有し、残部Ｃｕ及び不可避的不純
物からなり、且つ加工集合組織が残存していることを特
徴とするピン実装型パッケージ用ピン材料である。

【００１０】請求項６記載の発明は、請求項２又は３記
載の発明のピン実装型パッケージに用いられるピン材料
であって、前記ピン材料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金から
なり、前記合金のＭｎとＡｌの含有量が図６の点A(11.0
wt%,7.0wt%),B(14.0wt%,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D
(3.0wt%,14.0wt%),E(3.0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt
%)で囲まれる範囲内にあり、更にＶ0.05〜1.0wt%、Ｂ0.
01〜0.5wt%、Ｔｉ 0.1〜0.5wt%、Ｚｒ 0.1〜0.5 wt% の
中から少なくとも一種を合計で0.01〜1.0wt%含み残部Ｃ
ｕ及び不可避的不純物からなり、且つ加工集合組織が残
存していることを特徴とするピン実装型パッケージ用ピ
ン材料である。

【００１１】請求項７記載の発明は、請求項２又は３記
載の発明のピン実装型パッケージに用いられるピン材料
であって、前記ピン材料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金から
なり、前記合金のＭｎとＡｌの含有量が図６の点A(11.0
wt%,7.0wt%),B(14.0wt%,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D
(3.0wt%,14.0wt%),E(3.0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt
%)で囲まれる範囲内にあり、更にＺｎ 0.5〜10.0wt％、
Ｃｒ0.05〜0.5 wt％、Ｐ0.005〜0.15wt% を含有し、残
部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、且つ加工集合組織
が残存していることを特徴とするピン実装型パッケージ
用ピン材料である。

【００１２】請求項８記載の発明は、請求項２又は３記
載の発明のピン実装型パッケージに用いられるピン材料
であって、前記ピン材料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金から
なり、前記合金のＭｎとＡｌの含有量が図６の点A(11.0
wt%,7.0wt%),B(14.0wt%,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D
(3.0wt%,14.0wt%),E(3.0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt
%)で囲まれる範囲内にあり、Ｚｎ 0.5〜10.0wt% を含有
し、更にＶ0.05〜1.0wt%、Ｂ0.01〜0.5wt%、Ｔｉ 0.1〜
0.5wt%、Ｚｒ 0.1〜0.5wt%の中から少なくとも一種を0.
01〜1.0wt%含有し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からな
り、且つ加工集合組織が残存していることを特徴とする
ピン実装型パッケージ用ピン材料である。

【００１３】請求項９記載の発明は、請求項４、５、
６、７、８のいずれかに記載の発明のピン実装型パッケ
ージ用ピン材料の製造方法において、最終加工後のピン
素材に、図７の点ａ(150℃, 30秒),ｂ(150℃, 3600秒),
ｃ(550℃,300秒),ｄ(550℃, 10秒) で囲まれる範囲内の
温度と時間の条件で熱処理を施すことを特徴とするピン
実装型パッケージ用ピン材料の製造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明にて用いるピ
ンは、超弾性を示す熱弾性型マルテンサイト変態合金で
構成されており、そのマルテンサイト逆変態終了温度
（Ａ_f ）は、通常の使用温度で十分母相状態となる−10
℃以下が望ましい。この熱弾性型マルテンサイト変態合
金の室温（母相状態）での応力−歪曲線は、図３の曲線
(ロ) に示すように、超弾性歪域が数％にも及ぶものであ
り、ピンが運搬中に外力を受けて変形しても或いは使用
中の熱サイクルで変形しても元の形状に戻る。又弾性係
数が小さい為、使用中の熱サイクルでピンに繰返し掛か
る熱応力も、半田接合部には伝達され難く、従って半田
接合部に割れが入るようなことがない。

【００１５】請求項２記載の発明にて用いるピンは、母
相に加工集合組織が残存し、マルテンサイト逆変態終了
温度等の変態点は明瞭に現れないものである。その応力
−歪曲線は、図４に示すように、小さなヒステリシスを
有する見掛けの超弾性歪域を有し、又見掛けの弾性係数
が小さいものである。従ってピンが変形しても元の形状
に戻り易く、又ピンに熱応力が繰返し掛かっても半田接
合部に伝達され難い。このピンは、請求項１記載の発明
で用いるピンよりも弾性係数を小さくでき、半田接合部
の信頼性をより向上させることができる。

【００１６】請求項１又は請求項２記載の発明で用いら
れるピンの材料には、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金、Ｃｕ−
Ｎｉ−Ａｌ系合金、Ｃｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金、Ｔｉ−Ｎ
ｉ系合金、Ａｕ−Ｃｄ系合金等の金属材料が挙げられ
る。Ｔｉ−Ｎｉ系合金等の低導電性材料には、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の良導電性材料を被覆しておくと半導
体パッケージと回路基板間の電気接続が良好になされ好
ましい。又前記良導電性材料とＴｉ−Ｎｉ系合金等の間
に、両者の結合性を高める働きを有するＮｉ等を中間層
として設けても良い。

【００１７】請求項４〜８記載の発明は、ＰＧＡ型パッ
ケージやマルチ・チップ・モジュール等のピン実装型パ
ッケージに用いられるピン材料であり、Ｃｕ−Ｍｎ−Ａ
ｌ系合金、又は前記合金に第３元素等を添加した、加工
集合組織が残存する熱弾性型マルテンサイト変態合金か
らなる。これらのピン材料は、冷間加工で導入された転
位網等からなる加工集合組織の一部が所定の熱処理によ
り緩和された組織からなるもので、この応力−歪曲線は
図４に示すように、加工硬化特性と超弾性特性を併せ持
ち、低い弾性係数と大きな回復可能な変形歪みを呈す
る。そして、このものは、前述のように、ピンが変形し
ても元の形状に戻り易く、又ピンに熱応力が繰り返し掛
かっても半田接合部に伝達され難い。本発明のピン材料
におけるＭｎ、Ａｌ、Ｃｕ元素の組成比は、完全β相化
処理したときのマルテンサイト逆変態終了温度 (Ａf)
が、10〜−30℃の範囲を示すものであるが、加工集合組
織が残存していると、ＤＳＣ測定では明確な変態温度挙
動は記録されない。

【００１８】前記Ｃｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金のＭｎとＡｌ
の含有量を、図６に示す範囲に規定する理由は、前記規
定を外れると、使用温度でマルテンサイト相に変態し
て、本発明の特徴とする低い弾性係数と大きな回復可能
な変形歪みが得られなくなるためである。Ａｌは前記規
定を外れて多く含有されると冷間加工性も悪化させる。

【００１９】第３元素等として含有させるＣｒ、Ｐ、
Ｖ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒは、Ｃｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金の結晶
粒を微細化して、製造時の冷間加工性や使用時の疲労特
性を向上させる。前記Ｃｒを0.05〜0.5wt%、Ｐを 0.005
〜0.15wt% 、Ｖを0.05〜1.0wt%、Ｂを0.01〜1.0wt%、Ｔ
ｉを 0.1〜0.5wt%、Ｚｒを 0.1〜0.5wt%、前記諸元素の
合計を0.01〜1.0wt%にそれぞれ規定した理由は、前記規
定値未満では、各々その効果が十分に得られず、前記規
定値を超えて含有させてもその効果が飽和する上、溶湯
の湯流れ性が低下して鋳造性が悪化する為である。Ｚｎ
は、ピン材料と半田（Ｓｎ入り半田）との接合力をより
高め、又接合部の熱的劣化を抑制して、半田接合部の信
頼性を高める。Ｚｎの含有量を 0.5〜10.0wt% に規定し
た理由は、0.5wt%未満ではその効果が十分に得られず、
10.0wt%を超えると冷間加工性が低下したり、マルテン
サイト変態温度の制御が困難になったりする為である。

【００２０】請求項９記載の発明は請求項４〜８記載の
発明のピン材料の製造方法である。本発明のピン材料の
製造は、例えば、所定組成の合金鋳塊を熱間加工し、次
いで中間焼鈍を入れながら所定形状に冷間加工し、最後
に熱処理を施して行う。前記冷間加工で転位網や積層欠
陥等が導入され、最後の熱処理で前記転移網等が一部緩
和又は再配列して加工集合組織が残存した組織となる。
このものの応力−歪曲線は、図４に示すように、弾性係
数が低く、又大きな回復可能な変形歪みを有する。従っ
てこのピン材料を基板間に半田付けする場合、ピン材料
に応力や歪が掛かっても、これをピン材料自体が可逆的
に吸収し、ピン材料が永久変形したりしない。又応力や
歪が半田層に伝わって半田層が破壊するようなこともな
い。前記熱処理の温度と時間を所定範囲に規定した理由
は、前記範囲より低温、短時間側では、加工集合組織の
緩和が十分でなく低弾性係数や大きな回復可能な変形歪
み量が得難くなり、前記範囲より高温、長時間側では、
加工集合組織が残存しなくなり、本発明の特徴とする低
弾性係数を得るのが難しくなる為である。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）Ｃｕ−22.0wt％Ｚｎ-6.0wt％Ａｌ合金を不
活性雰囲気中で高周波溶解炉と黒鉛坩堝を用いて溶解鋳
造して直径50mmの鋳塊とし、次いでこれを 800℃で熱間
押出して５mmφの線材とした。次にこの線材に 520℃で
30分の焼鈍と加工率30％程度の冷間伸線を繰返し施して
線径 0.3mmのピン素材に加工し、次いでこれに 300℃で
５分の熱処理を施した。このピン素材は、逆変態終了温
度Ａ_f が−15℃で、Ａ_f 以上の温度では母相を呈する。

【００２２】（実施例２）Ｃｕ-14.0 wt％Ｚｎ-8.9wt％
Ａｌ合金を不活性雰囲気中で高周波溶解炉と黒鉛坩堝を
用いて溶解鋳造して直径50mmの鋳塊とし、次いでこれを
800℃で熱間押出して５mmφの線材とした。次にこの線
材に 530℃で30分の焼鈍と加工率20％程度の冷間伸線を
繰返し施して線径 0.3mmのピン素材に加工し、次いでこ
れに 350℃で５分の熱処理を施した。このピン素材は、
逆変態終了温度Ａ_f が−32℃で、Ａ_f 以上の温度では母
相を呈する。

【００２３】（比較例１）Ｃｕ-22.0 wt％Ｚｎ-5.8wt％
Ａｌ合金を不活性雰囲気中で高周波溶解炉と黒鉛坩堝を
用いて溶解鋳造して直径50mmの鋳塊とし、次いでこれを
800℃で熱間押出して５mmφの線材とした。次にこの線
材に 550℃で30分の焼鈍と加工率30％程度の冷間伸線を
繰返し施して線径 0.3mmのピン素材に加工し、次いでこ
れに 500℃で５分の熱処理を施した。このピン素材は、
逆変態終了温度Ａ_f が10℃で、Ａ_f 以上の温度では母相
を呈し、Ａ_f 以下の温度では母相とマルテンサイト相が
混在する。

【００２４】得られた各々のピン素材について、変形試
験と熱サイクル試験を行った。変形試験は、JISZ2248の
曲げ試験方法に準じて曲率５mmの条件で行った。熱サイ
クル試験は、ピン素材を所定長さに切断してピンとし、
このピンを図１(a) 、図２(a) 又は図２(b) に示したパ
ッケージ基体の裏面に錫鉛系共晶半田を用いて半田付け
してＰＧＡ型半導体パッケージを作製し、このＰＧＡ型
半導体パッケージのピンを回路基板に半田付けし、これ
に熱サイクルを付与して行った。熱サイクル試験は、０
℃〜 100℃の条件と、半導体素子搭載部を消費電力30Ｗ
の面ヒーターで10分加熱し５分放冷する使用状態を想定
した条件で行った。2000サイクル経過後のピンの変形状
態と接合半田部の割れを目視観察した。比較の為、市販
の 0.3mmφの４２合金線についても同様の試験及び観察
を行った。結果を表１に示す。表１にはピンの変態温度
（Ａ_f ）及び半導体パッケージの構造を併記した。

【００２５】

【表１】 （注）材質: パッケージ基体の材質、サイズ: パッケージ基体の寸法、本数：ピンの 本数。 ０〜 100℃。 面ヒーターによる加熱、ピ：ピンの変形有無、半：半田の割れ有無。

【００２６】表１より明らかなように、本発明例（実施
例１、２）は、変形試験では、ピン素材やピンは、母相
状態にあって超弾性を示した為に変形することがなかっ
た。又弾性係数が小さかった為に熱サイクル試験で半田
部分に割れが生じなかった。これに対し比較例１では
の熱サイクル試験でピンが変形した。これはピンのＡ_f
が10℃と高い為、熱サイクル中、母相とマルテンサイト
相間で相変態が繰返され、その結果相変態に伴う転位が
蓄積した為である。従来例１は変形試験でピン（42合
金）が変形し、熱サイクル試験で半田接合部に割れが生
じた。前者はピンの弾性歪域が小さい為、後者は弾性係
数が大きい為である。

【００２７】（実施例３）Ｎｉ−51.0at％Ｔｉ合金を不
活性雰囲気中で高周波溶解炉と黒鉛坩堝を用いて溶解鋳
造して直径50mmの鋳塊とし、次いでこれを 900℃で熱間
押出して５mmφの線材とした。次にこの線材に 750℃で
15分の焼鈍と加工率40％程度の冷間伸線を繰返し施し最
終の冷間加工率35％で線径 0.3mmのピン素材に加工し、
次いでこれに 300℃で30分の熱処理を施した。このピン
素材は加工集合組織が残存する母相からなる。

【００２８】（実施例４）Ｃｕ-16.8 wt％Ｚｎ-8.9wt％
Ａｌ−0.03wt％Ｂ合金を不活性雰囲気中で高周波溶解炉
と黒鉛坩堝を用いて溶解鋳造して直径50mmの鋳塊とし、
次いでこれを 800℃で熱間押出して５mmφの線材とし
た。次にこの線材に 530℃で30分の焼鈍と加工率30％程
度の冷間伸線を繰返し施し、最終加工率35％で線径 0.3
mmのピン素材に加工し、次いでこれに 220℃で15分の熱
処理を施した。このピン素材は加工集合組織が残存する
母相からなる。

【００２９】（比較例２）実施例３と同じ方法により製
造した５mmφのＮｉ−Ｔｉ系合金線材に 550℃で30分の
焼鈍と加工率40％程度の冷間伸線を繰返し施して線径
0.3mmのピン素材に加工し、次いでこれに 500℃で60分
の熱処理を施した。このピン素材は、逆変態終了温度Ａ
_f が17℃で、Ａ_f 以上の温度では母相を呈し、Ａ_f 以下
の温度では母相とマルテンサイト相が混在する。得られ
た各々のピン素材について、変形試験と熱サイクル試験
を、実施例１、２と同様にして行った。結果を表２に示
す。

【００３０】

【表２】 （注）材質: パッケージ基体の材質、サイズ: パッケージ基体の寸法、本数：ピンの 本数。 ０〜 100℃。 面ヒーターによる加熱、ピ：ピンの変形有無、半：半田の割れ有無。

【００３１】表２より明らかなように、本発明例（実施
例３、４）は、変形試験又は熱サイクル試験でピン素材
又はピンが変形することがなかった。これはピン素材や
ピンが加工集合組織の残存する母相からなり、見掛けの
超弾性歪域が大きかった為である。又熱サイクル試験で
半田部分に割れが生じなかった。これは見掛けの弾性係
数が小さかった為である。これに対し比較例２では熱サ
イクル試験でピンが変形した。これはピンのＡ_fが17℃
と高い為、熱サイクル中、母相とマルテンサイト相間で
相変態が繰返され、その結果変態転位が蓄積した為であ
る。

【００３２】（実施例５）使用環境温度域で熱弾性型マ
ルテンサイト変態合金母相を形成する組成の合金を大気
中又は不活性雰囲気中で高周波溶解炉と黒鉛坩堝を用い
て溶解鋳造して、直径50mm、長さ 200mmの鋳塊とし、次
いでこれを 800℃で熱間押出して３mmφの線材とした。
次にこの線材を、中間焼鈍を入れつつ、加工率50％程度
の冷間伸線を繰返し施して 0.3mmφのピン素材に加工
し、次いでこれに熱処理を施してピン材料を作製した。

【００３３】（比較例１）実施例１において、 600℃で
10分のβ単相化熱処理を施してマルテンサイト逆変態終
了温度を−24℃に調整した他は、実施例１と同じ方法に
よりピン材料を作製した。

【００３４】得られた各々のピン材料について、JISZ22
31に準じて、室温で、伸び計付き引張試験を行い、弾性
係数を求めた。次に、前記ピン材料を長さ 2.5mmに切断
してＰＧＡ用ピンを作製し、このピンを用いて、パッケ
ージサイズ50mm角、 500ピンのプラスチック基体のＰＧ
Ａ型パッケージ（図3(a),(c)）を組立て、このＰＧＡ型
パッケージについて−40℃〜125 ℃の温度範囲での熱サ
イクル試験を2000サイクル行った。試験後のピン部の変
形と接合部の接合状態を観察した。合金組成を表３に、
試験結果を表４にそれぞれ示す。表４には中間焼鈍条件
と熱処理条件を併記した。ピン部の変形はピンが変形し
ているかどうかを目視で判定した。接合部の接合状態は
接合部の半田が割れているかどうかを目視で判定した。
従来例については、半田ボールとセラミックス基体との
接合部での破壊状態を目視観察して判定した。比較の
為、市販のＦｅ-42wt%Ｎｉ合金線についても、同様の試
験を行った。又 10wt%Ｓｎ／Ｐｂ半田ボールをＳｎ／Ｐ
ｂ共晶半田で、パッケージ基体と接合したパッケージサ
イズ27mm角,225ピンのセラミック基体のＢＧＡ型パッケ
ージを作製し、実施例１と同じ熱サイクル試験を行っ
た。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】 （注）ピン：ピンの変形有無、半田：半田の割れ有無。

【００３７】表４より明らかなように、本発明例品 (N
o.1〜5)は、弾性係数が低く、熱サイクル試験でピンが
変形したり半田部が損傷したりせず、熱サイクル特性に
優れている。つまり半導体素子等の発熱に伴って生じ
る、熱応力や熱歪みによる繰返し疲労に優れ、且つその
変形を吸収することが可能な為、半導体パッケージにお
けるパッケージ基体や回路基板との接合部の損傷が抑制
される。これに対し、比較例品のNo.6はピン材が母相で
形成されているため、熱サイクル試験でピンが変形し、
又接合部の半田が損傷した。又従来例の42合金では接合
部に割れが見られた。更に多Ｉ／Ｏが期待されているＢ
ＧＡ型パッケージではバンプボール部に割れが生じた。

【００３８】以上ＰＧＡ型半導体パッケージについて説
明したが、本発明はＭＣＭ（マルチチップモジュール）
等の他のピン実装型パッケージに用いても同様の効果を
示すものである。

【００３９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明のピン実装
型パッケージは、回路基板に接続するピンを超弾性を示
す熱弾性型マルテンサイト変態合金又は加工集合組織を
残存させた熱弾性型マルテンサイト変態合金で構成する
ので、超弾性歪域又は見掛けの超弾性歪域が大きく、ピ
ンが変形し難い。又弾性係数又は見掛けの弾性係数が小
さく、半田接合部に割れが入り難い。本発明のピン実装
型パッケージ用ピン材料は、42合金等に比べて、優れた
熱疲労特性を有している。従ってパッケージの高密度実
装化に十分対応し得るものであり、工業上顕著な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＧＡ型半導体パッケージの例を示す平面図及
びＡ−Ａ矢視図である。（ａ）は半導体素子が正方形の
もの、（ｂ）は半導体系素子が円形のものである。

【図２】ＰＧＡ型半導体パッケージの他の例を示す平面
図及びＡ−Ａ矢視図である。（ａ）は半導体素子が正方
形のもの、（ｂ）は半導体系素子が円形のものである。

【図３】本発明にて用いるピンと従来ピンの応力−歪曲
線の態様を示す説明図である。

【図４】本発明にて用いるピンの応力−歪曲線の他の態
様を示す説明図である。

【図５】ＢＧＡ型半導体パッケージの例を示す平面図及
びＡ−Ａ矢視図である。

【図６】本発明のピン材料のCu-Mn-Al系合金のMnとAlの
組成範囲を示す図である。

【図７】本発明方法で行う熱処理の条件（温度と時間）
を示す説明図である。

【符号の説明】

10,11 半導体素子 20 パッケージ基体 30 回路基板 40 ピン 41 半田接合部 50 放熱部材 60 半田ボール

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【手続補正書】

【提出日】平成８年９月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板との電気接続をピンで行うピン
   実装型パッケージにおいて、前記ピンが、超弾性を示す
   熱弾性型マルテンサイト変態合金で構成されていること
   を特徴とするピン実装型パッケージ。
2. 【請求項２】 回路基板との電気接続をピンで行うピン
   実装型パッケージにおいて、前記ピンが、加工集合組織
   を残存させた熱弾性型マルテンサイト変態合金で構成さ
   れていることを特徴とするピン実装型パッケージ。
3. 【請求項３】 ピン実装型パッケージのパッケージが半
   導体素子を搭載した半導体パッケージであり、前記半導
   体素子部分に放熱用部材が設けられていることを特徴と
   する請求項１又は請求項２記載のピン実装型パッケー
   ジ。
4. 【請求項４】 請求項２又は３記載の発明のピン実装型
   パッケージに用いられるピン材料であって、前記ピン材
   料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金からなり、前記合金のＭｎ
   とＡｌの含有量が図６の点A(11.0wt%,7.0wt%),B(14.0wt
   %,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D(3.0wt%,14.0wt%),E(3.
   0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt%)で囲まれる範囲内にあ
   り、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、且つ加工
   集合組織が残存していることを特徴とするピン実装型パ
   ッケージ用ピン材料。
5. 【請求項５】 請求項２又は３記載の発明のピン実装型
   パッケージに用いられるピン材料であって、前記ピン材
   料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金からなり、前記合金のＭｎ
   とＡｌの含有量が図６の点A(11.0wt%,7.0wt%),B(14.0wt
   %,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D(3.0wt%,14.0wt%),E(3.
   0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt%)で囲まれる範囲内にあ
   り、更にＣｒ0.05〜0.5wt%、Ｐ 0.005〜0.15wt% を含有
   し、残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、且つ加工集
   合組織が残存していることを特徴とするピン実装型パッ
   ケージ用ピン材料。
6. 【請求項６】 請求項２又は３記載の発明のピン実装型
   パッケージに用いられるピン材料であって、前記ピン材
   料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金からなり、前記合金のＭｎ
   とＡｌの含有量が図６の点A(11.0wt%,7.0wt%),B(14.0wt
   %,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D(3.0wt%,14.0wt%),E(3.
   0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt%)で囲まれる範囲内にあ
   り、更にＶ0.05〜1.0wt%、Ｂ0.01〜0.5wt%、Ｔｉ 0.1〜
   0.5wt%、Ｚｒ 0.1〜0.5 wt% の中から少なくとも一種を
   合計で0.01〜1.0wt%含み残部Ｃｕ及び不可避的不純物か
   らなり、且つ加工集合組織が残存していることを特徴と
   するピン実装型パッケージ用ピン材料。
7. 【請求項７】 請求項２又は３記載の発明のピン実装型
   パッケージに用いられるピン材料であって、前記ピン材
   料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金からなり、前記合金のＭｎ
   とＡｌの含有量が図６の点A(11.0wt%,7.0wt%),B(14.0wt
   %,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D(3.0wt%,14.0wt%),E(3.
   0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt%)で囲まれる範囲内にあ
   り、更にＺｎ 0.5〜10.0wt％、Ｃｒ0.05〜0.5 wt％、Ｐ
   0.005〜0.15wt% を含有し、残部Ｃｕ及び不可避的不純
   物からなり、且つ加工集合組織が残存していることを特
   徴とするピン実装型パッケージ用ピン材料。
8. 【請求項８】 請求項２又は３記載の発明のピン実装型
   パッケージに用いられるピン材料であって、前記ピン材
   料がＣｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金からなり、前記合金のＭｎ
   とＡｌの含有量が図６の点A(11.0wt%,7.0wt%),B(14.0wt
   %,7.0wt%),C(11.0wt%,9.0wt%),D(3.0wt%,14.0wt%),E(3.
   0wt%,13.0wt%),F(9.0wt%,9.0wt%)で囲まれる範囲内にあ
   り、Ｚｎ 0.5〜10.0wt% を含有し、更にＶ0.05〜1.0wt
   %、Ｂ0.01〜0.5wt%、Ｔｉ 0.1〜0.5wt%、Ｚｒ 0.1〜0.5
   wt%の中から少なくとも一種を0.01〜1.0wt%含有し、残
   部Ｃｕ及び不可避的不純物からなり、且つ加工集合組織
   が残存していることを特徴とするピン実装型パッケージ
   用ピン材料。
9. 【請求項９】 請求項４、５、６、７、８のいずれかに
   記載の発明のピン実装型パッケージ用ピン材料の製造方
   法において、最終加工後のピン素材に、図７の点ａ(150
   ℃, 30秒),ｂ(150℃, 3600秒),ｃ(550℃,300秒),ｄ(550
   ℃, 10秒) で囲まれる範囲内の温度と時間の条件で熱処
   理を施すことを特徴とするピン実装型パッケージ用ピン
   材料の製造方法。