(57)【要約】【課題】メッキを施さなくても耐食性があり、衝撃吸収性を有し、１ｍｍを超えるサイズでも真球度に優れ、鉛フリーであり、なおかつ低コストな金属球を用いる、マルチチップモジュールの実装構造を提供する。【解決手段】金属球４を介してマザー基板５に接続するマルチチップモジュール６であって、金属球４は黄銅材料であり、また金属球４とマザー基板５、または金属球４とマルチチップモジュール６との接続が鉛が使われていないはんだであることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属球を介してマザー基板に接続するマルチチップモジュールであって、前記金属球は黄銅材料であることを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項２】
黄銅材料は、六四黄銅、七三黄銅、またはネーバル黄銅のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュール。
【請求項３】
金属球を介してマザー基板に接続するマルチチップモジュールであって、前記金属球は黄銅材料であるとともに、前記マルチチップモジュールと前記金属球と前記マザー基板が鉛フリーはんだにて接合されていることを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項４】
マルチチップモジュールと金属球とを接続する鉛フリーはんだの融点が、前記金属球とマザー基板とを接続する鉛フリーはんだよりも融点が高いことを特徴とする請求項３記載のマルチチップモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチップモジュールをマザー基板に実装する際の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度実装が必要な機器では、一つの半導体のみならず、複数の半導体もしくは周辺回路を構成するいくつかの部品をプリント基板に搭載することで構成し、あたかも一つの部品のようにマザー基板に実装する工法が広く用いられている。このように構成されたモジュールは一般にマルチチップモジュールと呼ばれている。
【０００３】
これらのマルチチップモジュールとマザー基板の接続には、コネクタを用いる方法や、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージのように金属球を用いる方法があるが、低コスト化の観点から考えると、金属球を用いる方が有利である。マルチチップモジュールが比較的小さく、金属球の直径が０．７ｍｍ程度である場合は、金属球の材料としてはんだを使用することができる。一方、マルチチップモジュールが比較的大きく、金属球の直径が１ｍｍを超える場合は、金属球の材料として、はんだ以外の高融点金属、例えば銅にメッキを施したものが用いられる。
【０００４】
高融点金属球が用いられる理由は、金属球の直径が１ｍｍを超えると、はんだ材料では真球度を保つのが困難になるのと、マルチチップモジュールが大きくなり重量が増大すると、はんだ材料から成る金属球では実装時の加熱で溶融したときに、つぶれて隣接する金属球と接触して短絡不良を起こす可能性が増えるためである。メッキを施す理由は、例えば銅単体では耐食性に劣るからである。金属球として金などの貴金属を用いれば耐食性には優れるが、コストを考えると現実的ではない。
【０００５】
一方、高融点金属球では衝撃吸収性に欠けるとして、従来技術として錫と鉛から成る高温はんだにニッケルメッキを施した金属球を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。これは、高融点金属球よりもやわらかい材料とすることで衝撃吸収性を高めることができることが開示されている。また、この場合のニッケルメッキは、接続用のはんだと中心のはんだとの接触を防ぎ、接続用はんだの融点が上昇するのを防ぐ目的で施されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１０９８６号公報（第３項、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、材料がはんだであるために、金属球のサイズが１ｍｍを超えると真球度を保つことができない。
【０００８】
また、メッキを施すことはコストアップにつながるのは勿論、環境保護の面からも望ましくない。
【０００９】
さらに付け加えると、昨今問題になっている、はんだの鉛フリー化に対応していない。
【００１０】
すなわち、金属球のサイズが１ｍｍを超える場合において、特許文献１の技術では、上記に指摘するような課題を有するものである。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、メッキを施さなくても耐食性があり、衝撃吸収性を有し、１ｍｍを超えるサイズでも真球度に優れ、鉛フリーであり、なおかつ低コストな金属球を用いる、マルチチップモジュールの実装構造を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するため、本発明は、複数の電子部品を搭載したプリント基板からなるマルチチップモジュールを、マザー基板に金属球を介して接続する、マルチチップモジュールの実装構造であって、該金属球が黄銅材料であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態におけるマルチチップモジュールの実装構造の側面図である。
【００１５】
図１において、１は電子部品であり、２はマルチチップモジュールの基板であり、３ａはマルチチップと金属球を接続するはんだであり、３ｂは金属球とマザー基板を接続するはんだであり、４は金属球であり、５はマザー基板である。１から４の部材が一つのモジュールを構成しており、マルチチップモジュール６と呼称する。
【００１６】
今回の実施例で評価したマルチチップモジュール６の基板２のサイズは５０ｍｍ×７０ｍｍと、この種のマルチチップモジュールとしては比較的大きく、なおかつ裏面にも電子部品１を実装するため、裏面の電子部品１がマザー基板５に接触しないように、直径２．３ｍｍの金属球を検討した。検討対象として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ球と、六四黄銅球を用いた。
【００１７】
はんだ３ａの材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだペーストを選択し、それぞれの金属球４をマルチチップモジュールの基板２に実装したところ、はんだ球では形状がふぞろいとなり、また隣り合う球が結合してしまう不具合も発生した。一方、黄銅球は短絡不良などが発生せずに良好に実装することができた。
【００１８】
次に、はんだ３ｂの材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだよりも融点の低いＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎはんだを選択し、このマルチチップモジュール６をマザー基板５に実装した。その結果、短絡不良やオープン不良を生じることなく、良好に実装することが出来た。
【００１９】
以上のように構成されたマルチチップモジュールの実装構造において、金属球に黄銅材料（真鍮材料）を用いているので、メッキを施さなくても耐食性を確保できる。
【００２０】
また、黄銅のヤング率は、例えば六四黄銅で９，６００Ｋｇｆ／ｍｍ＾２と、銅のヤング率１３，０００Ｋｇｆ／ｍｍ＾２よりも小さく、衝撃吸収性を確保できる。
【００２１】
また、今回の黄銅球は直径２．３ｍｍに対し平均真球度は５．６μｍであり、十分な真球度を確保できた。
【００２２】
また、見積価格では黄銅球ははんだ球の約三分の一であった。
【００２３】
また、金属球自身鉛フリーであり、金属球の接続に鉛フリーはんだを用いたので、全体として鉛フリーである構成を実現することができる。なお、はんだ材料が鉛入りであると、環境的観点で望ましくないだけではなく、はんだの鉛と錫および金属球中の亜鉛が合わさることで、低融点合金がはんだと金属球の界面に形成され、信頼性を損なう恐れがある。同じ理由で、金属球の材料として使用可能なのは、銅と亜鉛の比率が６：４である六四黄銅をはじめ、銅と亜鉛の比率が７：３の七三黄銅や、六四黄銅に錫を微量添加したネーバル黄銅である。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の実装構造によれば、メッキを施さなくても耐食性があり、衝撃吸収性を有し、１ｍｍを超えるサイズでも真球度に優れ、鉛フリーであり、なおかつ低コストな金属球を用いた、マルチチップモジュールの実装構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）におけるマルチチップモジュールの側面図
【符号の説明】
１  電子部品
２  モジュール基板
３ａ  はんだ
３ｂ  はんだ
４  金属球
５  マザー基板
６  マルチチップモジュール
【図１】
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