(57)【要約】【課題】一対の被接続体間の線膨張係数の差により、それらのはんだ接続部に加わるせん断力を低コストで緩和でき、長寿命化できるはんだ接続構造及び方法を提供する。【解決手段】電子部品と基板のような一対の被接続体１，２の各々対向する箇所に多数設けた電極１ａ，２ａ同士を、一方の電極１ａ又は２ａに付着したはんだボール３と、他方の電極２ａ又は１ａに付着したはんだペースト４とを用いて接続するはんだ接続構造及び方法において、一対の被接続体１，２の外周側に位置する電極２ａ，１ａに付着したはんだボール３，はんだペースト４の溶融後の固化形状を円柱形とした。この円柱形を、電極１ａ又は２ａへのはんだペーストの印刷量を増減することにより得るようにした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の被接続体の各々対向する複数箇所に設けた被接続部同士を、一方の被接続部に付着したはんだボールと、他方の被接続部に付着したはんだペーストとを用いて接続するはんだ接続構造において、
一対の被接続体の外周側に位置する被接続部に付着したはんだボール及びはんだペーストの溶融後の固化形状が円柱形であることを特徴とするはんだ接続構造。
【請求項２】
一対の被接続体の各々対向する複数箇所に設けた被接続部同士を、一方の被接続部に付着したはんだボールと、他方の被接続部に付着したはんだペーストとを用いて接続するはんだ接続方法において、
被接続部へのはんだペーストの付着量を、一対の被接続体の外周側に位置する被接続部については内周側に位置する被接続部よりも少量としたことを特徴とするはんだ接続方法。
【請求項３】
前記被接続部へのはんだペーストの付着を印刷によって行い、付着量の増減を印刷量の増減によって行うことを特徴とする請求項２に記載のはんだ接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品と基板のように、一対の被接続体の各々対向する複数箇所に設けた被接続部同士を、はんだボール及びはんだペーストを用いて接続（接合）するはんだ接続構造及びこの構造を得るはんだ接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化は目覚ましく、それに伴って電子部品の実装技術の開発要求も高まっている。そこで現在、電子部品の実装技術においては、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等のはんだボールを用いた接続方法による実装が主流となっている。
これは、図６（ａ）に示すように電子部品１を基板２に実装するに当り、電子部品１に形成された電極１ａにははんだボール３を付着させておき、基板２の電極２ａにははんだペースト４を印刷しておいて、はんだボール３とはんだペースト４とを重ねた状態で加熱し、はんだ部分、つまりはんだボール３、はんだペースト４を溶融（リフロー）、固化させて、電子部品１（電極１ａ）及び基板２（電極２ａ）の接続を行うものである。
図６（ｂ）は、上述した方法により得られたはんだ接続構造を示す側面図で、図示するようにはんだ接続部５は、一様な形状、通常は太鼓形となっている。はんだ接続部５が太鼓形となるのは、電子部品１の重量と溶融はんだの表面張力との協働作用の結果からである。
【０００３】
ところで電子部品１と基板２とは、通常、別材質であり、それらの線膨張係数は異なる。このため、電子部品１の基板２への接続後（実装後）の使用環境において、電子部品１や基板２自体の発熱、あるいは外部からの伝導熱によって電子部品１や基板２が加熱されると、上記線膨張係数の差によってはんだ接続部５にせん断力が加わり、このはんだ接続部５が疲労破壊しやすい。特に、はんだ接続部５群中、最も外側（電子部品１、基板２の最外周側）に位置するはんだ接続部５に対するせん断力が大きくなり、はんだ接続構造を短寿命化させた。
【０００４】
そこで従来、リフロー炉の熱によりはんだボールが溶融している間に、形状記憶合金製の支持柱が半導体パッケージ（電子部品）を上方に押し上げることにより、はんだ接合部が円柱形もしくは鼓形状に形成され、応力を集中させないようにした実装（接続）方法が開発された（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５０７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来技術では、高価な形状記憶合金が必要であり、またこの形状記憶合金製の支持柱を電子部品と基板間に組込む工程も必要となり、材料上及び工程上、コスト高となり、従来、この点についての改善が要望されていた。
【０００７】
本発明は、上記のような要望に鑑みなされたもので、低コストで長寿命化できるはんだ接続構造及び方法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】
上記課題は、はんだ接続構造及び方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、各々対応する。
【０００９】
（１）一対の被接続体の各々対向する複数箇所に設けた被接続部同士を、一方の被接続部に付着したはんだボールと、他方の被接続部に付着したはんだペーストとを用いて接続するはんだ接続構造において、一対の被接続体の外周側に位置する被接続部に付着したはんだボール及びはんだペーストの溶融後の固化形状が円柱形であることを特徴とするはんだ接続構造。
一対の被接続体としては、電子部品、例えばＩＣ（Integrated Circuit）やＬＳＩ（Large Scale Integration）とその実装基板とが適例である。基板と接続される電子部品は、具体的には電子部品のパッケージや組付け基板等である。
（２）一対の被接続体の各々対向する複数箇所に設けた被接続部同士を、一方の被接続部に付着したはんだボールと、他方の被接続部に付着したはんだペーストとを用いて接続するはんだ接続方法において、被接続部へのはんだペーストの付着量を、一対の被接続体の外周側に位置する被接続部については内周側に位置する被接続部よりも少量としたことを特徴とするはんだ接続方法。
（３）前記被接続部へのはんだペーストの付着を印刷によって行い、付着量の増減を印刷量の増減によって行うことを特徴とする（２）項に記載のはんだ接続方法。
本項によれば、通常のはんだ接続工程及び設備を特に変えることなく（２）項のはんだ接続方法を実施できる。なお、はんだペーストの印刷量の増減を印刷面積の大小によって行えば、印刷量の増減がより簡単になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高価な形状記憶合金を使用せず、また、この形状記憶合金製の支持柱を一対の被接続体（電子部品及び基板等）間に組込むという、本来のはんだ接続工程以外の工程を要せずに、上記一対の被接続体間の線膨張係数の差によってはんだ接続部に加わるせん断力を緩和でき、低コストで長寿命化できるはんだ接続構造及び方法を容易に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本明細書で参照される各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明によるはんだ接続構造の一実施形態を示す側面図である。
この図１において、１はＩＣやＬＳＩ等の電子部品、２は電子部品１を実装する基板、ここでは多層配線基板である。
本実施形態では、電子部品１には主にシリコン系の材質で構成されたものが、また、基板２には主に合成樹脂系の材質で構成されたものが用いられている。つまり、電子部品１の線膨張係数は基板２のそれに比べて小さく、したがってこの電子部品１と基板２とは、それらが接続された後の使用環境において加熱された場合に、電子部品１及び基板２間に、図中左右方向の伸び寸法に差が生じる関係にある。
【００１２】
電子部品１の下面には多数の電極１ａが露出形成され、また、基板２の上面にはランド等の多数の電極２ａが露出形成されている。
電子部品１の電極１ａと基板２の電極２ａとは、それらの接続後に、目的とする回路／配線同士が導通するように、電子部品１と基板２とを位置合わせして上下に重ね合わせた場合に、各々対向する位置に形成されている。
【００１３】
本実施形態のはんだ接続構造は、電子部品１及び基板２の各々対向する各電極１ａ，２ａ同士を、後述するはんだボール及びはんだペーストを用いて両電極１ａ，２ａを接続させてなる。この場合、本実施形態では、図示するように、はんだ接続部５群中、最も外側（電子部品１、基板２の最外周側）に位置する電極１ａ，２ａに付着したはんだボール、はんだペーストの溶融後の固化形状、つまり固化してなるはんだ接続部５ａの形状は円柱形である。
内側（電子部品１、基板２の内周側）に位置する電極１ａ，２ａに付着したはんだボール、はんだペーストの溶融後の固化形状、つまり固化してなるはんだ接続部５ｂの形状は通常の太鼓形である（図６（ｂ）参照）。
【００１４】
これによれば、電子部品１及び基板２間の線膨張係数の差によってはんだ接続部５ａに加わるせん断力が緩和される。以下、これについて説明する。
すなわち、はんだ接続部５群中、最も外側に位置するはんだ接続部５が図６（ｂ）に示すような太鼓形であると、上記線膨張係数の差によってはんだ接続部５にせん断力による歪みの集中を生じさせる。図２は、図６（ｂ）に示す従来のはんだ接続構造において、高温時、電子部品１及び基板２間の線膨張係数の差によって生じる最も外側に位置するはんだ接続部５の変形例を示す図で、図中の濃淡は発生している歪みの度合いを表す。発生している歪みは、濃く描かれた部分よりも薄く描かれた部分の方がより大きい。
この図２からも分かるように、歪みは、図２中の破線で囲む領域アに集中し、この位置においてはんだ接続部５が疲労破壊しやすい。
【００１５】
図３は、図２と同じ高温にさらされた場合において円柱形のはんだ接続部５ａに発生している歪みの度合いを、図２と同様に濃淡で表したはんだ接続部５ａの変形例を示す図である。
この図３から分かるように、円柱形のはんだ接続部５ａにおいては歪みの分布（大小の度合い）はほぼ一様である。
つまり、図２に例示する従来のはんだ接続構造における場合のような歪みの集中はなく、せん断力に対してははんだ接続部５ａ全体がほぼ一体となって変形するので、この最も外側に位置するはんだ接続部５ａ、ひいてははんだ接続構造全体の長寿命化が図れる。しかもこの効果を発揮できるはんだ接続部５ａは、後述するように通常のはんだ接続の工程中で得られるもので、従来の形状記憶合金製の支持柱を用いる構造に比べて、材料上及び工程上の双方においてコストの低減が図れる。
なお、円柱形のはんだ接続部５ａ及び太鼓形のはんだ接続部５ａの各はんだ非線形歪み振幅［％］を例示すれば図４の通りである。図４によれば、太鼓形のはんだ接続部５ｂに比べて円柱形のはんだ接続部５ａのほうが、はんだ非線形歪み振幅が小さいことが分かる（矢印イ参照）。
【００１６】
次に、上述したはんだ接続構造を得る方法（はんだ接続方法）の一実施形態を図５を参照して説明する。
上述したはんだ接続構造は、図５（ａ）に示すように、電子部品１及び基板２の各々対向する電極１ａ，２ａ同士を、電子部品１の電極１ａに付着したはんだボール３と、基板２の電極２ａに印刷（付着）したはんだペースト４とを用いて接続することで得られる。
すなわち、本実施形態においては、電子部品１の全電極１ａに各々はんだボール３を付着させると共に、基板２の全電極２ａに各々はんだペースト４を印刷する。
はんだペースト４の印刷は、通常、型を用いて行われるが、本実施形態では、図５（ａ）から分かるように、電子部品１及び基板２間の、最も外側に位置する電極２ａから最も内側（中央部寄り）に位置する電極２ａに向けて、はんだペースト４の電極２ａへの印刷量が漸次増量されている。
【００１７】
このような、はんだボール３の付着とはんだペースト４の印刷が終わると、電子部品１は、上述した位置合わせをした状態で基板２上に重ねられ、リフローが行われる。
リフローが行われると、はんだボール３とはんだペースト４とは溶融して一体になり、その後、溶融はんだが固化してはんだ接続部５となって、各電極１ａ，２ａ間が電気的、機械的に強固に接続される。すなわち、図５（ｂ）に示すように、対向する各電極１ａ，２ａがはんだ接続された構造（図１に示すはんだ接続構造）が得られる。
【００１８】
図５（ｂ）から分かるように、本実施形態では、はんだ接続部５群中、最も外側に位置するはんだ接続部５ａの形状は円柱形となり、それより内側に位置するはんだ接続部５ｂは太鼓形となる。この太鼓形は、内側に行くに従ってより外方に突出した形状となっている。
これは、上述したように電子部品１及び基板２間の、最も外側に位置する電極２ａから最も内側（中央部寄り）に位置する電極２ａに向けて、はんだペースト４の電極２ａへの印刷量を漸次増量したからである。特に、最も外側に位置するはんだ接続部５ａの形状が円柱形となるのは、次の理由からである。すなわち、リフロー時、中央部寄りにおいて電子部品１が溶融はんだによって下から押し上げられるような力を受けながら固化するときに、最も外側に位置する電極１ａ，２ａ間の溶融はんだ量が他の箇所よりも少なく、その箇所の溶融はんだが上下方向に引き伸ばされるような力が働くからである。
【００１９】
このように、電子部品１及び基板２間の最も外側に位置するはんだ接続部５ａの形状を円柱形にすると、上述したように電子部品１及び基板２間の線膨張係数の差によってはんだ接続部５ａに加わるせん断力が緩和される。この際、従来方法のように、高価な形状記憶合金を必要としたり、本来のはんだ接続工程以外の工程を必要とすることもない。
【００２０】
また、はんだ接続部５ｂの形状を円柱形とし、内側に行くに従ってより外方に突出した太鼓形のはんだ接続部５ａの形状とすれば、高温時（あるいは低温時）において、各はんだ接続部５に加わる図中左右方向のせん断力は各々緩和される。なお、実際には図示面に対して直交する方向にも電極１ａ，２ａが配置され、同様のはんだ接続が行われてはんだ接続部５ａ，５ｂが形成されているので、図示面に対して直交する方向にあるはんだ接続部５に加わるせん断力も各々緩和される。
このように、全てのはんだ接続部５に加わるせん断力を緩和させれば、はんだ接続構造全体としてのはんだ疲労が低下し、また一様になり、本実施形態により得られるはんだ接続構造の寿命は更に長期化される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるはんだ接続構造の一実施形態を示す側面図である。
【図２】従来構造において生じるはんだ接続部の変形例を示す図である。
【図３】本発明構造において生じる円柱形のはんだ接続部の変形例を示す図である。
【図４】円柱形のはんだ接続部及び太鼓形のはんだ接続部の各はんだ非線形歪み振幅を例示するグラフである。
【図５】本発明によるはんだ接続方法の一実施形態の説明図で、（ａ）はリフロー前の状態、（ｂ）はリフロー後の状態を示す。
【図６】従来のはんだ接続方法の一実施形態の説明図で、（ａ）はリフロー前の状態、（ｂ）はリフロー後の状態を示す。
【符号の説明】
【００２２】
１：電子部品（被接続体）、１ａ：電極（被接続部）、２：基板（被接続体）、２ａ：電極（被接続部）、３：はんだボール、４：はんだペースト、５：はんだ接続部、５ａ：円柱形のはんだ接続部、５ｂ：太鼓形のはんだ接続部。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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