(57)【要約】【課題】機械的負荷に対する接合信頼性を向上させた半導体部品の実装構造体を提供することを目的とする。【解決手段】第１の電極を有する電子部品と、第２の電極を有する基板とが、はんだ接合部により接合された実装構造体であって、前記はんだ接合部は、前記第１の電極から対向する前記第２の電極に向かって、第１のはんだ層と、第３のはんだ層と、第２のはんだ層とを順番に有しており、前記第２のはんだ層は、Ｂｉを含まないはんだ材料を硬化したものであり、前記第３のはんだ層は、前記第２のはんだ層よりも低い融点を有し、前記第２の電極と前記はんだ接合部とが接する境界が樹脂部で覆われている、実装構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を有する電子部品と、第２の電極を有する基板とが、はんだ接合部により接合された実装構造体であって、
前記はんだ接合部は、前記第１の電極から対向する前記第２の電極に向かって、第１のはんだ層と、第３のはんだ層と、第２のはんだ層とを順番に有しており、
前記第２のはんだ層は、Ｂｉを含まないはんだ材料を硬化したものであり、
前記第３のはんだ層は、前記第２のはんだ層よりも低い融点を有し、
前記第２の電極と前記はんだ接合部とが接する境界が樹脂部で覆われている、実装構造体。
【請求項２】
前記第１のはんだ層は、Ｂｉを含まないはんだ材料を硬化したものであり、前記第３のはんだ層よりも高い融点を有する、請求項１に記載の実装構造体。
【請求項３】
前記第１のはんだ層が、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、ＭｇおよびＡｇの群から選ばれる１種以上の元素とＳｎとを含む、請求項１または２に記載の実装構造体。
【請求項４】
前記第２のはんだ層が、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、ＭｇおよびＡｇの群から選ばれる１種以上の元素とＳｎとを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の実装構造体。
【請求項５】
前記第３のはんだ層が、ＳｎとＢｉとを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の実装構造体。
【請求項６】
前記第３のはんだ層が、さらにＡｇ、ＩｎおよびＣｕの群から選ばれる１種以上の元素を含む、請求項５に記載の実装構造体。
【請求項７】
前記第３のはんだ層と樹脂部とが、粉末状のはんだ合金と、熱硬化性樹脂とを含むはんだペーストを硬化したものである、請求項１または２に記載の実装構造体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の実装構造体の製造方法であって、
基板の第２の電極の上に形成された第２のはんだ層の上に、粉末状のはんだ合金と、熱硬化性樹脂とを含むはんだペーストを供給し、
第１のはんだ層が形成された第１の電極を有する電子部品を、前記はんだペーストの上に前記第１のはんだ層が重なるように載置し、および
前記基板と前記基板に載置された前記電子部品とを加熱することにより、前記第２の電極と前記第１の電極との間にはんだ接続部と樹脂部とを形成することを含む、実装構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられているプリント配線板上に半導体部品等の電子部品を、はんだ付けにより電気的に接続した実装構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は小型化、高機能化が進み、携帯電話、パソコンなどのモバイル機器が普及してきている。これらに搭載される電子部品には半導体部品が多数使用されており、半導体チップをインターポーザー基板に実装、樹脂モールドなどでパッケージ化し、下面に接続端子を配置したＢＧＡ（ボール・グリット・アレイ）、ＬＧＡ（ランド・グリット・アレイ）などの実装構造が多く用いられている。モバイル機器は、用途から機器の落下衝撃などの機械的負荷に対する強度が必要とされており、従来のＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）のリード端子のように応力を吸収する機構を持たないＢＧＡやＬＧＡなどの実装構造では、はんだ接合部の接合信頼性を確保することが重要である。
【０００３】
このような機械的負荷に対する接合信頼性を向上させるために、半導体部品をはんだペーストによりリフロー加熱工程ではんだ付けした後、アンダーフィル材（補強用樹脂接着材）をプリント配線板と半導体部品の間に充填することよりプリント配線板と半導体部品を接着固定して、はんだ接合部への応力集中を緩和する方法が一般的であった。
【０００４】
従来の半導体部品の実装構造としては、例えば特許文献１に記載されているような、フラックスに接着性樹脂を混合したはんだペーストと補強用樹脂接着材を同時に使用し、リフロー加熱工程ではんだ付けと同時にはんだ接合部を樹脂補強するものがある。例えば、特許文献１には、半導体部品の第１のはんだ層が形成された電極と、プリント配線板上の電極とを電気的に接続する第２のはんだ層と、電極上の第２のはんだ層の周囲を覆う接着性樹脂で構成される実装構造体が記載されている。半導体部品とプリント配線板を均一に補強することができるため、機械的負荷への接合信頼性を向上させると同時に、硬化および接着をリフロー加熱工程ではんだ付けと同時に実施することができるため、生産性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２０４２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に示すような接着性樹脂をフラックスに使用したはんだペーストを使用した実装構造では、補強樹脂により機械的負荷に対する接合信頼性が向上する。しかしながら、モバイル機器等の機械的負荷に対する接合信頼性の要求が高い商品に関しては、プリント配線板の電極側のはんだ接合部界面の接合強度が十分でなく、補強樹脂による補強効果が十分に発揮できずにプリント配線板の電極側のはんだ接合部界面で破損が生じるおそれがあった。従って、特許文献１の実装構造体は、機械的負荷に対する接合信頼性の要求が高い商品に関して、機械的負荷に対する十分な接合信頼性を有しないおそれがあった。また、補強用樹脂接着材によりアンダーフィル固定する場合、機械的負荷に対する接合信頼性が向上する反面で、補強用樹脂接着材を部品下面に均一に充填することが困難であり、また補強用樹脂接着材を塗布などにより供給、熱などにより硬化させる工程が必要となるため生産性が悪くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するためのものであり、機械的負荷に対する接合信頼性を向上させた半導体部品の実装構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の実装構造体は、第１の電極を有する電子部品と、第２の電極を有する基板とが、はんだ接合部により接合された実装構造体であって、前記はんだ接合部は、前記第１の電極から対向する前記第２の電極に向かって、第１のはんだ層と、第３のはんだ層と、第２のはんだ層とを順番に有しており、前記第２のはんだ層は、Ｂｉを含まないはんだ材料を硬化したものであり、前記第３のはんだ層は、前記第２のはんだ層よりも低い融点を有し、前記第２の電極と前記はんだ接合部とが接する境界が樹脂部で覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明によれば、機械的負荷に対する接合信頼性を向上させた半導体部品の実装構造体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における実装構造体の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における実装構造体の部分断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態における実装構造体の製造工程の断面説明図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態における実装構造体の製造工程の断面説明図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態における実装構造体の製造工程の断面説明図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態における実装構造体の製造工程の断面説明図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態における実装構造体の製造工程の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、添付図面において、同じ構成要素については同じ符号が付されている。
【００１２】
図１および図２は、本発明の一実施形態における実装構造体１００の断面図および部分断面図である。第１の電極２を有する電子部品１と、第２の電極５を有する基板４とが、はんだ接合部９により接合されている。はんだ接合部９は、第１の電極２から対向する第２の電極５に向かって、第１のはんだ層３と、第３のはんだ層７と、第２のはんだ層６とを順番に有している。第２の電極５とはんだ接合部９とが接する境界が樹脂部８で覆われている。本発明において、第２の電極５とはんだ接合部９とが接する境界が樹脂部８で覆われていることにより、機械的負荷に対する接合信頼性を向上させることができる。以下に各構成についてより詳細に説明する。
【００１３】
（はんだ接合部９）
はんだ接続部９は、第１の電極２上に形成された第１のはんだ層３と、第２の電極５上に形成された第２のはんだ層６と、第１のはんだ層３と第２のはんだ層６との間に介在する第３のはんだ層７との３層で構成される。第２の電極５と前記はんだ接合部９とが接する境界と、第２の電極５上に形成された第２のはんだ層６と第３のはんだ層７とが接する境界とは樹脂部８により覆われているが、第１のはんだ層３は樹脂部８とは接していない。
【００１４】
（第１のはんだ層３）
第１のはんだ層３は、電子部品１の第１の電極２の表面に形成されている。第１のはんだ層３は、第３のはんだ層７より融点が高く、Ｂｉを含まない任意のはんだ材料を硬化させることによって形成されることが好ましい。第１のはんだ層３は、例えば、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、ＭｇおよびＡｇの群から選ばれる１種以上の元素とＳｎとを含む組成の相を１つ以上有するはんだ材料を硬化させることによって形成することができる。このようなはんだ材料として、例えば、ＳｎとＡｇとＣｕのみからなる合金等を用いることができる。第１のはんだ層３にＢｉを含まないはんだ材料を用いることが好ましいのは、Ｂｉが第１のはんだ層３の脆性を高めるおそれがあるためである。本発明において、第１のはんだ層３が、Ｂｉを含まないはんだ材料を硬化させることによって形成されることにより、はんだ接合部９の機械的負荷に対する接合信頼性を向上させることができる。また、本発明において、第１のはんだ層３は、第３のはんだ層７より融点の高いはんだ材料を硬化させることによって形成されることが好ましい。これにより、Ｂｉを含み得る第３のはんだ層７の融点においても第１のはんだ層３は溶融しなくなる。そのため第３のはんだ層７から第１のはんだ層３へのＢｉの拡散が生じにくくなる。従って、第１のはんだ層３を、実質的に、Ｂｉを含まないはんだ材料のみから形成することができ、これにより、はんだ接合部９の機械的負荷に対する接合信頼性を向上させることができる。本明細書におけるはんだ合金は、上述したようなはんだ材料から実質的に形成されている限り、不可避的に混入する微量金属であって、例えばＮｉおよびＦｅ等の金属を含んでいてもよい。第１のはんだ層３は任意の高さに形成することができる。
【００１５】
本明細書において融点とは、試料の加熱昇温過程での状態変化を観察したときの、融け終わりの温度をいい、ＤＳＣ、ＴＧ−ＤＴＡなどを使用して測定することができる。
【００１６】
第１のはんだ層３は任意の方法により形成され得るが、例えば、第１の電極２の上にフラックスを転写した後にはんだボールを載置し、加熱することによって形成されてよい。第１のはんだ層３を形成する方法としては、この他に、印刷法およびはんだプリント法なども用いることができる。
【００１７】
（第２のはんだ層６）
第２のはんだ層６は、基板４の第２の電極５の表面に形成されている。第２のはんだ層６には落下衝撃発生時に応力が集中するために、機械的負荷に対する高い接続信頼性が望まれている。そのため、第２のはんだ層６は、第３のはんだ層７より融点が高く、Ｂｉを含まない任意のはんだ材料を硬化させることによって形成される。第２のはんだ層６は、例えば、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、ＭｇおよびＡｇの群から選ばれる１種以上の元素とＳｎとを含む組成の相を１つ以上有するはんだ材料を硬化させることによって形成することができる。このようなはんだ材料として、例えば、ＳｎとＡｇとＣｕのみからなる合金等を用いることができる。第２のはんだ層６にＢｉを含まないはんだ材料を用いることとしたのは、Ｂｉが第２のはんだ層６の脆性を高め得るためである。そのため本発明において、第２のはんだ層６が、Ｂｉを含まないはんだ材料を硬化させることによって形成されることにより、はんだ接合部９の機械的負荷に対する接合信頼性を向上させることができる。また、本発明において、第２のはんだ層６は、第３のはんだ層７より融点の高いはんだ材料を硬化させることによって形成されるため、Ｂｉを含み得る第３のはんだ層７の融点においても溶融しない。そのため第３のはんだ層７から第２のはんだ層６へのＢｉの拡散が生じにくくなる。従って、第２のはんだ層６を、実質的に、Ｂｉを含まないはんだ材料のみから形成することができ、これにより、はんだ接合部９の機械的負荷に対する接合信頼性を向上させることができる。
【００１８】
第２のはんだ層６は任意の高さに形成することができるが、好ましくは３０μｍ以上６０μｍ以下の範囲の高さを有するように形成される。第２のはんだ層６の高さが、３０μｍ以上であることにより、機械的負荷に対する接合信頼性を効果的に向上させることができる。また、第２のはんだ層６の高さが６０μｍ以下であることにより、電子部品１を実装する際の生産性を効果的に向上させることができる。
【００１９】
第２のはんだ層６は任意の方法により形成され得るが、例えば、粒子状の上記はんだ合金と、フラックスとを含んだはんだペーストを塗布し、塗布したはんだペーストを加熱することによって形成されてよい。第２のはんだ層６を形成する方法としては、この他に、はんだめっき法、はんだプリコート法、化学反応法なども用いることができる。
【００２０】
（第３のはんだ層７）
第３のはんだ層７は、第１のはんだ層３が形成された第１の電極２と、第２のはんだ層６が形成された電極５との間に介在し、これらを互いに電気的に接続しているはんだ合金である。第３のはんだ層７には、例えば、ＳｎとＢｉを含む組成を有するはんだ合金、またはＳｎとＢｉとが含まれ、併せてＡｇ、ＩｎおよびＣｕの群から選ばれる１種以上の元素とが含まれるはんだ合金等が用いられる。第３のはんだ層７は、このような組成を有することにより、低温で溶融することが可能であり、第１のはんだ層３および第２のはんだ層６とを溶融させることなく接合することができるため、３層構造を形成することができる。
【００２１】
第３のはんだ層７には、第１のはんだ層３および第２のはんだ層６を形成する合金よりも融点の低い合金が用いられることが好ましい。第３のはんだ層７に、第１のはんだ層３および第２のはんだ層６を形成する合金よりも融点の低い任意の合金が用いられることにより、第３のはんだ層７が溶融する温度において、第１のはんだ層３及び、第２のはんだ層６は溶融しなくなる。これにより、第１のはんだ層３、第２のはんだ層６および第３のはんだ層７のうち２層以上が溶融することにより混合して、３つのはんだ層を有するはんだ接合部９が２層以下のはんだ層しか有しなくなることを防ぐことができる。これにより、実装構造体のはんだ接合部は３つのはんだ層から形成されるようになる。本発明の３つのはんだ層のうち、機械的応力が集中する基板接合界面、部品接合界面に形成される第１のはんだ層３及び、第２のはんだ層６に脆弱なＢｉが含まれないことにより、実装構造体のはんだ接合部に高い機械強度を付与することができる。
【００２２】
第３のはんだ層７には、ＳｎとＢｉのみからなる組成を有する合金が特に好ましく用いられる。第３のはんだ層７がＳｎとＢｉのみからなる組成を有する合金から形成されることにより、低温で溶融することが可能であり、第１のはんだ層３および第２のはんだ層６とを溶融させることなく接合することができるため、３層構造を形成することができる。
【００２３】
第３のはんだ層７は任意の方法により形成され得るが、例えば、粒子状の上記はんだ合金と、フラックスとを含んだはんだペーストを塗布し、塗布したはんだペーストを加熱することによって形成されてよい。第３のはんだ層７を形成する方法としては、この他に、印刷供給およびディスペンス塗布供給等も用いることができる。
【００２４】
（樹脂部８）
樹脂部８は、フラックス機能を有する熱硬化性樹脂により形成される部分である。樹脂部８は、任意の熱硬化性樹脂から形成することができ、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂等の様々な樹脂が含まれ得る。これらの樹脂は単独もしくは２種以上の組み合わせで用いられ得る。これらの中では、特にエポキシ樹脂が好適である。樹脂部８にエポキシ樹脂が含まれることにより、接合部の補強高価が得られる。本発明における樹脂部に用いられる熱硬化性樹脂は、有機酸を含むことによりフラックス機能を有している。本明細書においてフラックス機能とは、金属の表面やはんだ表面の酸化膜や汚れを除去する表面洗浄機能や、はんだの濡れ性を向上させる機能等をいう。
【００２５】
樹脂部８は、第２の電極５と前記はんだ接合部９とが接する境界を覆い、さらに第２の電極５上に形成された第２のはんだ層６と第３のはんだ層７とが接する境界とを覆い得るが、第１のはんだ層３は樹脂部８とは接しない。そのため、２次面実装、リワークなどの再加熱時に第３のはんだ層７が再溶融した場合でも、樹脂部８で覆われていない部分より、第３のはんだ層７の体積膨張で発生する内圧を外へ逃がすことが可能となり、はんだ噴出による接続部形状異常、接続品質不良を防止することができる。
【００２６】
樹脂部８は任意の方法により形成され得るが、例えば、上述した第３のはんだ層７を形成するはんだペーストにさらに上記熱硬化性樹脂を混合して塗布し、塗布したはんだペーストを加熱することによって形成されてよい。上述した第３のはんだ層７を形成するはんだペーストにさらに上記熱硬化性樹脂を混合する際に、さらに硬化剤を混合することもできる。
【００２７】
本発明の実施例について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、添付図面において、同じ構成要素については同じ符号が付されている。実施例の電子部品は、以下のように製造することができるが、これに限定されず、任意の製造方法を用いることができる。
【実施例】
【００２８】
始めに、図３Ａに示すように、基板４の第２の電極５上に、粉末状の合金とフラックスとを混合した第２のはんだペースト１０を印刷供給する。第２のはんだペースト１０に使用する粉末状の合金は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金であってよい。その後、リフロー炉を用いて、塗布した第２のはんだペースト１０を、粉末状の合金の融点以上の温度まで加熱し、第２のはんだペースト１０のはんだ粉末を溶融させることにより、図３Ｂに示すように、基板４の第２の電極５上に第２のはんだ層６を形成する。次に、図示されていないが、電子部品１の第１の電極２上にフラックスを転写したのち、フラックスの上にはんだボールを載置し、リフロー炉ではんだボールを形成するはんだの融点以上の温度まで加熱してはんだボールを溶融させることにより、電子部品１の第１の電極２上に第１のはんだ層３を形成する。はんだボールを形成するはんだは、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金であってよい。
【００２９】
続いて、図３Ｃに示すように、基板４の第２のはんだ層６上に、粉末状のはんだ合金１２と、熱硬化性のエポキシ樹脂と、硬化剤とを含む第３のはんだペースト１１を印刷供給する。粉末状のはんだ合金１２は、例えばＳｎ−Ｂｉ合金であってよい。次に、電子部品１の第１の電極２上に形成された第１のはんだ層３と、基板４の第２のはんだ層６上に印刷供給された第３のはんだペースト１１との位置合わせを行い、図３Ｄに示すように、第１のはんだ層３と第３のはんだペースト１１とを接触させるように、基板４上に電子部品１を載置する。
【００３０】
その後、リフロー炉を用いて、基板４と、載置された電子部品１とを、粉末状のはんだ合金１２の融点以上かつ第１および第２のはんだ層の融点以下の温度で、６分間加熱する。粉末状のはんだ合金１２がＳｎ−Ｂｉ合金である場合、当該温度は１６０℃であってよい。第３のはんだペースト１１に含まれる粉末状のはんだ合金１２は加熱により溶融し、電子部品１の第１の電極２に形成された第１のはんだ層３および、基板４の第２の電極５上に形成された第２のはんだ層６の表面と接している状態（金属拡散状態）となり、図３Ｅに示されるように、第３のはんだ層７を形成する。第３のはんだペースト１１に含まれる熱硬化性のエポキシ樹脂と硬化剤とは、溶融した粉末状のはんだ合金１２と分離して、図３Ｅに示されるように、形成された第３のはんだ層７を部分的に覆うように樹脂部８を形成する。以上の方法により、本発明の実装構造体を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の半導体部品の実装構造体は、基板への電子部品の実装において、補強樹脂による機械的接合信頼性を向上させることができるため、電子機器において用いられている基板に関する広範囲な用途に使用できる。例えば、ＣＣＤ素子、フォログラム素子、チップ部品等の電子部品の接続用およびそれらを基板に接合する用途に用いることができ、これらの素子、部品、または基板を内蔵する製品、例えば、スマートフォン、携帯電話、パソコン、デジタルカメラ、ポータブルＡＶ機器等へ使用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  電子部品
２  第１の電極
３  第１のはんだ層
４  基板
５  第２の電極
６  第２のはんだ層
７  第３のはんだ層
８  樹脂部
９  はんだ接合部
１０  第２のはんだペースト
１１  第３のはんだペースト
１２  はんだ合金
１００  実装構造体
【図１】
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【図２】
2018181939.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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