(57)【要約】【課題】大面積のＢＧＡパッケージや中継基板を配線基板に実装しても、熱応力を樹脂コアからなる電極接続部材で吸収し、かつ表面に形成される電極膜にも亀裂が生じない構成とすることで、回路モジュールを信頼性よく配線基板に実装可能とする電極接続部材および回路モジュールとその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の電極接続部材１は、樹脂ボール２からなる樹脂コアと、樹脂ボール２を覆う少なくとも二層のはんだ層とを有し、このはんだ層は樹脂ボール２に近い内層側の第１はんだ層５の融点に比べて外層側の第２はんだ層６の融点の方が低いはんだ材料からなる構成を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂コアと、前記樹脂コアを覆う少なくとも二層のはんだ層とを有し、前記はんだ層は前記樹脂コアに近い内層側の第１はんだ層の融点に比べて外層側の第２はんだ層の融点の方が低いはんだ材料からなることを特徴とする電極接続部材。
【請求項２】
前記樹脂コアが球状であることを特徴とする請求項１に記載の電極接続部材。
【請求項３】
前記樹脂コアの表面には少なくとも一層の導電体層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極接続部材。
【請求項４】
前記第２はんだ層の融点は、前記第１はんだ層の融点より２０℃以上低く、かつ前記樹脂コアの耐熱温度よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の電極接続部材。
【請求項５】
前記第１はんだ層と前記第２はんだ層とが、その組成中に鉛を含むはんだ材料、および、その組成中にスズを含み、かつ鉛を含まないはんだ材料から選択された組合せからなることを特徴とする請求項４に記載の電極接続部材。
【請求項６】
前記組成中に鉛を含むはんだ材料が、スズと鉛を主成分とする合金からなることを特徴とする請求項５に記載の電極接続部材。
【請求項７】
前記組成中にスズを含み、かつ鉛を含まないはんだ材料が、銀、アンチモン、銅、ビスマス、亜鉛、金、アルミニウム、インジウムから選択された少なくとも１つとスズとを主成分として含む合金からなることを特徴とする請求項５に記載の電極接続部材。
【請求項８】
複数の繊維を束ねて円柱形状とした樹脂コアと、
前記樹脂コアの表面に形成された導電体層と、
前記導電体層の表面に形成された少なくとも一層以上で、かつ前記繊維の耐熱温度より低い融点を有するはんだ層とからなることを特徴とする電極接続部材。
【請求項９】
第１の導電体層がその表面に被膜されてなる繊維を複数本束ねて円柱形状とした樹脂コアと、
前記樹脂コアの表面に形成された一層以上からなる第２の導電体層と、
前記第２の導電体層の表面に形成された前記繊維の耐熱温度より低い融点を有するはんだ層とからなることを特徴とする電極接続部材。
【請求項１０】
複数の前記繊維を接着剤により束ねて接着したことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の電極接続部材。
【請求項１１】
繊維の外周面に形成された第１の導電体層と前記第１の導電体層上に形成され、前記繊維の耐熱温度より低い融点を有する第１はんだ層とを有する前記繊維を複数本束ね、前記第１はんだ層を溶融させて一体化してなる円柱形状の樹脂コアと、
前記樹脂コアの表面に形成された第２の導電体層と、
前記第２の導電体層上に形成され、前記第１はんだ層よりも少なくとも融点が２０℃低い第２はんだ層とからなることを特徴とする電極接続部材。
【請求項１２】
少なくとも両面に配線層が形成されたパッケージ基板と、
前記パッケージ基板の一方の面上に搭載された半導体または半導体を含む機能部品と、
前記パッケージ基板の他方の面の接続部材端子電極上に設けられた電極接続部材とからなり、
前記電極接続部材は請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の電極接続部材であって、第２はんだ層または最外層のはんだ層により前記電極接続部材と前記接続部材端子電極とがはんだ接合されていることを特徴とする回路モジュール。
【請求項１３】
樹脂コアの表面に導電体層を形成する工程と、
前記導電体層上に第１はんだ層を形成する工程と、
前記第１はんだ層上に前記第１はんだ層の融点より少なくとも２０℃以上低く、かつ前記樹脂コアの耐熱温度よりも低い融点を有するはんだ材料を用いて第２はんだ層を形成する工程とからなる電極接続部材の製造方法。
【請求項１４】
複数本の繊維を接着剤により束ねて所望の太さの繊維束を形成する工程と、
前記繊維束を所望の長さに切断して円柱形状の樹脂コアを形成する工程と、
前記樹脂コアの外周面に導電体層を形成する工程と、
前記導電体層上に第１はんだ層を形成する工程と、
前記第１はんだ層上に前記第１はんだ層のはんだ材料の融点より少なくとも２０℃以上低く、かつ前記樹脂コアの耐熱温度よりも低い融点を有するはんだ材料を用いて第２はんだ層を形成する工程と、からなることを特徴とする電極接続部材の製造方法。
【請求項１５】
繊維の外周面に導電体層を形成する工程と、
前記導電体層上に第１はんだ層を形成する工程と、
前記繊維を複数本束ねて前記第１はんだ層を溶融させて複数の前記繊維を接合一体化して繊維束を形成する工程と、
前記繊維束を切断して所望の長さの円柱形状の樹脂コアを形成する工程と、
前記樹脂コアの外周面に前記第１はんだ層の融点より少なくとも２０℃以上低く、かつ前記繊維の耐熱温度よりも低い融点を有する第２はんだ層を形成する工程と、からなることを特徴とする電極接続部材の製造方法。
【請求項１６】
少なくとも両面に配線層が形成されたパッケージ基板の一方の面に半導体または半導体を含む機能部品を実装する工程と、
前記パッケージ基板の他方の面の接続部材端子電極上に電極接続部材を配置する工程と、
前記電極接続部材と前記接続部材端子電極とを、前記電極接続部材の最外層に形成されたはんだ層を溶融させて接合する工程とからなり、
前記電極接続部材として、請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の電極接続部材を用いることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ等が実装された回路モジュールまたはパッケージと配線基板とを接続するための電極接続部材とそれを用いた回路モジュールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表されるモバイル情報端末に使用される実装モジュールは、一層の小型軽量化と高密度な電子部品実装が望まれている。また、ミリ波以上を扱う高周波回路においては、実装される個別部品間の浮遊容量や不要なインダクタクスを排除するため、より高密度の部品実装が要求されている。
【０００３】
このような要求に応えるため、半導体集積回路（以下、ＩＣチップとよぶ）を高集積化し、さらにＩＣチップを直接回路モジュールに実装する方法が行われている。例えば、樹脂導電ボールを用いて、直接ＩＣチップの電極パッドを回路基板に取り付ける方法がある（例えば、特許文献１を参照。）。さらに実装密度を上げるために、これらのＩＣチップを多数実装したモジュール（以下、回路モジュールとよぶ）を、樹脂導電ボールを用いてマザーボード等の親回路基板（以下、配線基板とよぶ）に実装する方法も広く利用されている（例えば、特許文献２を参照。）。このような回路モジュールに要求される信頼性は厳しくなり、温度保証範囲（−５５℃〜＋１２５℃）で数千サイクルの温度変動に耐える信頼性が要求されてきている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１８００３６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７３００６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的に回路モジュールと配線基板は材料が異なるため熱膨張係数に差があり、温度サイクルを多くすると疲労して亀裂が入り接続不良が多発するという問題があり、上記したような従来の方法ではさらに厳しくなる信頼性に対する要求を充分満足することができなかった。従来の樹脂導電ボールでは、熱応力により樹脂導電ボールが変形すると、その表面に形成されている導電層はその変形応力に耐えることができなくなり、亀裂が生じ、充分な信頼性が確保できなかった。
【０００６】
本発明は、大面積のＢＧＡパッケージの回路モジュールや回路モジュールを実装した配線基板が受ける熱応力を樹脂コアからなる電極接続部材で吸収し、かつ表面に形成される電極膜にも亀裂が生じない構成とすることで、高信頼性の回路モジュールや配線基板を実現できる電極接続部材とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の電極接続部材は、樹脂コアと、樹脂コアを覆う少なくとも二層のはんだ層とを有し、このはんだ層は樹脂コアに近い内層側の第１はんだ層の融点に比べて外層側の第２はんだ層の融点の方が低いはんだ材料からなる構成を有する。
【０００８】
この構成により、回路モジュールをこの電極接続部材によりＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）方式で配線基板に接合した場合、回路モジュールのパッケージ基板と配線基板との熱膨張係数の差異により熱応力が発生しても電極接続部材に亀裂が生じにくく、信頼性の高いＢＧＡ接合が可能となる。これは、パッケージ基板と配線基板との接合は融点の低い第２はんだ層で行われるが、第１はんだ層は溶融することなく膜として保持される。この第１はんだ層が熱応力により容易に塑性変形するので、亀裂の発生を防ぎ、信頼性を高めることができるためである。
【０００９】
また、本発明の電極接続部材は、樹脂コアが球状である構成からなる。この構成により、パッケージ基板の接続部材端子電極上に電極接続部材を簡単な装置構成で配置することができる。
【００１０】
また、本発明の電極接続部材は、樹脂コアの表面には少なくとも一層の導電体層が形成されている構成からなる。この構成により、樹脂コア表面に形成する第１はんだ層と第２はんだ層とをめっき法により形成することができ、量産性を向上できる。
【００１１】
また、本発明の電極接続部材は、第２はんだ層の融点が第１はんだ層の融点より２０℃以上低く、かつ樹脂コアの耐熱温度よりも低い構成からなる。この構成により、パッケージ基板の接続部材端子電極に電極接続部材を接合するときや、回路モジュールを配線基板上に実装する場合に、第２はんだ層は溶融して接合できるが、第１はんだ層は溶融せず膜として保持される。また、樹脂コアも第２はんだ層が溶融する温度では熱変形は非常に小さいので、信頼性のよい回路モジュールを実現できる。
【００１２】
また、本発明の電極接続部材は、第１はんだ層と第２はんだ層とが、その組成中に鉛を含むはんだ材料、および、その組成中にスズを含み、かつ鉛を含まないはんだ材料から選択された組合せからなる構成を有する。この構成により、目的に応じて最適な組成を選択して用いることができる。例えば、鉛を含むはんだ材料の組合せや、スズを含み、鉛を含まないはんだ材料の組合せ、あるいはこれらの複合の組合せ等、実装時の条件と環境的な配慮からそれぞれ適した材料を選択して用いることができる。
【００１３】
また、本発明の電極接続部材は、組成中に鉛を含むはんだ材料が、スズと鉛を主成分とする合金からなる構成である。この構成により非常に信頼性の良好な接続ができる。
【００１４】
また、本発明の電極接続部材は、組成中にスズを含み、かつ鉛を含まないはんだ材料が、銀、アンチモン、銅、ビスマス、亜鉛、金、アルミニウム、インジウムから選択された少なくとも１つとスズとを主成分として含む合金からなる構成である。この構成により、信頼性を向上しながら、環境に配慮したＢＧＡ方式による実装ができる。
【００１５】
また、本発明の電極接続部材は、複数の繊維を束ねて円柱形状とした樹脂コアと、この樹脂コアの表面に形成された導電体層と、導電体層の表面に形成された少なくとも一層以上で、かつ上記の繊維の耐熱温度より低い融点を有するはんだ層とからなる構成を有する。この構成により、アスペクト比の大きな電極接続部材を容易に作製できる。
【００１６】
また、本発明の電極接続部材は、第１の導電体層がその表面に被膜されてなる繊維を複数本束ねて円柱形状とした樹脂コアと、この樹脂コアの表面に形成された一層以上からなる第２の導電体層と、第２の導電体層の表面に形成された上記の繊維の耐熱温度より低い融点を有するはんだ層とからなる構成を有する。
【００１７】
この構成により、樹脂コアの内部に導電体層が設けられているので、熱応力による亀裂発生をさらに抑制できるだけでなく、亀裂が生じても接続不良が発生することが非常に低減される。
【００１８】
また、本発明の電極接続部材は、複数の繊維を接着剤により束ねて接着した構成からなる。この構成により、繊維の束を容易に一体化して樹脂コアを作成することができるようになる。
【００１９】
また、本発明の電極接続部材は、繊維の外周面に形成された第１の導電体層とこの第１の導電体層上に形成され、上記の繊維の耐熱温度より低い融点を有する第１はんだ層とを有する繊維を複数本束ね、第１はんだ層を溶融させて一体化してなる円柱形状の樹脂コアと、この樹脂コアの表面に形成された第２の導電体層と、第２の導電体層上に形成され、第１はんだ層よりも少なくとも融点が２０℃低い第２はんだ層とからなる構成を有する。
【００２０】
この構成により、各繊維間は第１はんだ層により接合一体化されているので、さらに熱応力に対する接続不良発生を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の回路モジュールは、少なくとも両面に配線層が形成されたパッケージ基板と、パッケージ基板の一方の面上に搭載された半導体または半導体を含む機能部品と、パッケージ基板の他方の面の接続部材端子電極上に設けられた電極接続部材とからなり、この電極接続部材が上記に記載の電極接続部材であって、第２はんだ層または最外層のはんだ層により電極接続部材と接続部材端子電極とがはんだ接合されている構成を有する。
【００２２】
この構成により、大きなパッケージ基板を用いても高信頼性のＢＧＡ方式による実装が可能となる。
【００２３】
さらに、本発明の電極接続部材の製造方法は、樹脂コアの表面に導電体層を形成する工程と、導電体層上に第１はんだ層を形成する工程と、第１はんだ層上に第１はんだ層の融点より少なくとも２０℃以上低く、かつ樹脂コアの耐熱温度よりも低い融点を有するはんだ材料を用いて第２はんだ層を形成する工程とからなる。この方法により、大きなパッケージ基板で、かつ電極接続部材の直径を大きくしても信頼性の良好な電極接続部材を量産性よく製造することができる。
【００２４】
さらに、本発明の電極接続部材の製造方法は、複数本の繊維を接着剤により束ねて所望の太さの繊維束を形成する工程と、繊維束を所望の長さに切断して円柱形状の樹脂コアを形成する工程と、樹脂コアの外周面に導電体層を形成する工程と、導電体層上に第１はんだ層を形成する工程と、第１はんだ層上に第１はんだ層のはんだ材料の融点より少なくとも２０℃以上低く、かつ樹脂コアの耐熱温度よりも低い融点を有するはんだ材料を用いて第２はんだ層を形成する工程とからなる。
【００２５】
この方法により、ＢＧＡ方式に使用する電極接続部材を非常に量産性よく製造することができる。
【００２６】
さらに、本発明の電極接続部材の製造方法は、繊維の外周面に導電体層を形成する工程と、この導電体層上に第１はんだ層を形成する工程と、上記の繊維を複数本束ねて第１はんだ層を溶融させて複数の繊維を接合一体化して繊維束を形成する工程と、繊維束を切断して所望の長さの円柱形状の樹脂コアを形成する工程と、樹脂コアの外周面に第１はんだ層の融点より少なくとも２０℃以上低く、かつ繊維の耐熱温度よりも低い融点を有する第２はんだ層を形成する工程とからなる。
【００２７】
この方法により、ＢＧＡ方式に使用する電極接続部材を非常に量産性よく製造することができるだけでなく、樹脂コアの内部に導電体層と第１はんだ層とが設けられているので熱応力が作用しても接続不良を発生しにくくできる。
【００２８】
さらに、本発明の回路モジュールの製造方法は、少なくとも両面に配線層が形成されたパッケージ基板の一方の面に半導体または半導体を含む機能部品を実装する工程と、パッケージ基板の他方の面の接続部材端子電極上に電極接続部材を配置する工程と、電極接続部材と接続部材端子電極とを、電極接続部材の最外層に形成されたはんだ層を溶融させて接合する工程とからなり、上記の電極接続部材として上述した電極接続部材を用いる方法である。
【００２９】
この方法により、大面積のパッケージ基板を用いた回路モジュールを配線基板に実装しても信頼性を充分保証できる。この結果、さらに高性能な電子機器を実現できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の電極接続部材１の断面図である。電極接続部材１は、樹脂ボール２、導電体層７、第１はんだ層５および第２はんだ層６とから構成されている。樹脂ボール２は高分子材料からなり、例えばシリコーン樹脂、ウレタン樹脂等からなる。本実施の形態においては、この樹脂ボール２が樹脂コアである。導電体層７は、樹脂ボール２の表面に二層構成のはんだ層をめっき等により形成するためのものであり、例えば樹脂ボール２に近い側からニッケル（Ｎｉ）被覆層３と銅（Ｃｕ）被覆層４との二層構成の導電体層７を形成する。なお、二層構成のはんだ層のうち少なくとも第１はんだ層５を、例えば蒸着法やスパッタリング法で形成する場合には、この導電体層７は特に形成しなくてもよい場合がある。また、この導電体層７は二層構成である必要はなく、Ｎｉ被覆層３のみ、またはＣｕ被覆層４のみでもよいし、さらにこれ以外ではんだ層をめっきするための下地材料となるものであれば適宜選択することができる。
【００３２】
第１はんだ層５は、第２はんだ層６の融点よりも２０℃以上高い融点を有する材料を用いる。また、第２はんだ層６は第１はんだ層５の融点よりも２０℃以上低い融点であることに加えて、樹脂ボール２の耐熱温度よりも低い融点を有する材料を用いる。このような条件からなる二層構成のはんだ層とすることで、パッケージまたは中継基板を配線基板上に実装するときのリフロー工程において、第２はんだ層６は溶融して配線基板と接続されるが、第１はんだ層５はそのリフロー条件では溶融せず、樹脂ボール１の全表面に均一な厚さで残存する。このため熱応力により樹脂ボール２が変形したとしても、第１はんだ層５が所定の厚みを保持していることにより変形応力に耐えるため、導電体層７上に第２はんだ層６のみを形成する場合に比べて亀裂の発生を大幅に低減できる。この結果、接続信頼性を大きく向上できる。
【００３３】
次に、第１の実施の形態の電極接続部材１の製造方法について説明する。本実施の形態では、樹脂ボール２としてはシリコーン樹脂やウレタン樹脂等を用い、その樹脂ボールの直径は０．７５ｍｍまたは０．４５ｍｍとしている。具体的には、ジビニルベンゼン共重合体は好ましい材料のひとつである。この樹脂ボール２の表面を下地処理した後、めっきにより導電体層７として、例えばＮｉ被覆層３とＣｕ被覆層４とを形成する。このときのＮｉ被覆層３の厚さは０．２μｍ〜０．５μｍの範囲とし、Ｃｕ被覆層４の厚さは２μｍ〜１０μｍの範囲とすることが望ましい。この後、Ｃｕ被覆層４の表面に第１はんだ層５として、その融点が少なくとも第２はんだ層６の融点よりも２０℃以上高いはんだ材料をめっき等により形成する。この第１はんだ層５上に、同様にめっきにより一般に配線基板の接続に用いられているはんだ材料を形成して第２はんだ層６とする。これらの厚さはそれぞれ５μｍ〜２０μｍで、かつ二層状態の厚さが２０μｍ程度となるようにすることが望ましい。
【００３４】
以上のようにして電極接続部材１を製造することができる。このようにして作製された電極接続部材１は、弾力性を有し、配線基板との熱膨張係数の差異により生じる応力を容易に吸収し、かつ、この電極接続部材１を用いて配線基板上へ接続するときに第１はんだ層５が溶融することなく、樹脂ボール２上でその形状を保持できる。これにより、ＩＣチップを実装したパッケージが配線基板に接続された後に温度サイクルが加わった場合でも、第１はんだ層５が所定の厚みを保持していることにより変形応力に耐えるため亀裂の発生を大幅に低減でき、信頼性を向上できる。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施の形態の電極接続部材１を用いて回路モジュールを製造する工程を説明するための断面図である。
【００３６】
図２（Ａ）は、パッケージ基板１０の一方の面上にＩＣチップ１６をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。このパッケージ基板１０としては、例えば低温焼成ガラスセラミック多層基板を用いることができる。このパッケージ基板１０は表面および内部に配線が形成されている多層構成である。ただし、図２においては、ＩＣチップ１６が実装されている面で、ＩＣチップ１６のバンプ１７に対応する位置に形成されたＩＣ側端子電極１１と、その反対側の面に形成されている接続部材端子電極１２とのみが示されており、その他については図示していない。
【００３７】
パッケージ基板１０上にフリップチップ方式によりＩＣチップ１１が実装され、その周囲と内部が封止樹脂１８により保護されている。ところで、パッケージ基板１０として低温焼成ガラスセラミック多層基板を用いると、その熱膨張係数は約６ｐｐｍであるのでＩＣチップ１６の熱膨張係数である約３ｐｐｍに比較的近く、熱膨張係数による影響を少なくすることができる点で有利である。
【００３８】
次に、図２（Ｂ）に示すように、接続部材端子電極１２上に第２はんだ層６とほぼ同じか、あるいは近い材料組成からなるはんだペースト１９を塗布する。このときのはんだペースト１９はしたがって、第２はんだ層５とほぼ同じ融点となる。このはんだペースト１９の塗布は、例えばメタルマスクを用いて印刷すれば容易に所定の個所のみに塗布できる。このようにはんだペースト１９を接続部材端子電極１２上にそれぞれ塗布した後、図２（Ｃ）に示すように電極接続部材１を接続部材端子電極１２上のそれぞれに配置する。このときに電極接続部材１は、はんだペースト１９の粘着性により少なくとも落下や移動等が生じない程度に固定される。
【００３９】
電極接続部材１をパッケージ基板１０の接続部材端子電極１２上の所定の位置に配置する方法として、例えば以下のような方法を用いることができる。すなわち、接続部材端子電極１２の電極接続部材１を配置する位置に電極接続部材１の外形よりやや大きな穴を開けた規制板を用いて、この規制板の穴とパッケージ基板１０の接続部材端子電極１２とを位置合せして固定した後、電極接続部材１を規制板上に散布することにより穴を通過した電極接続部材１がそれぞれの接続部材端子電極１２のはんだペースト１９上で固定される。
【００４０】
規制板と、この規制板上に残存した電極接続部材１とを接続部材端子電極１２表面から除去した後、第２はんだ層６とはんだペースト１９とが溶融する温度で、かつ第１はんだ層５の融点より低い温度で約４分間〜６分間リフローすることで、それぞれの接続部材端子電極１２上に電極接続部材１が接合される。すなわち、この条件でリフローすると、第２はんだ層６とはんだペースト１９とは溶融して一体となったはんだ接合層１９１となり、電極接続部材１はパッケージ基板１０の接続部材端子電極１２に接合される。しかしながら、第１はんだ層５は溶融することなく樹脂ボール２の表面に形成された状態を保持している。
【００４１】
その後、必要な場合には洗浄処理を行うと、図２（Ｄ）に示すような電極接続部材１により突起電極が形成された回路モジュール４０が得られる。
【００４２】
次に、この回路モジュール４０を用いて配線基板３０上に実装する工程について、図３に示す各工程の断面図を参照しながら説明する。
【００４３】
図３（Ａ）は、配線基板３０の電極パッド３１上にはんだペースト３５を塗布した状態を示す概略断面図である。配線基板３０は一方の表面に、上述した回路モジュール４０の電極接続部材１と対応する位置に電極パッド３１が形成されている。さらに、この電極パッド３１に接続される配線や他の回路部品等を接続する電極パッド、およびこれらを接続するための配線等が、この配線基板３０の両表面あるいは内層部に形成されているが、これらについては図示していない。この配線基板３０の電極パッド３１の表面にはんだペースト３５が塗布されている。このはんだペースト３５は第２はんだ層６と同じ組成の材料を用いて、例えばメタルマスク法によりクリームはんだを印刷することで容易に塗布できる。
【００４４】
図３（Ｂ）は、回路モジュール４０の電極接続部材１と配線基板３０上の対応する電極パッド３１とを位置合せした状態を示す断面図である。この状態で、はんだペースト３５とはんだ接合層１９１とが溶融する温度条件で、約４分間〜６分間リフローすることにより、回路モジュール４０は配線基板３０と電気的に接続されるとともに、機械的にも固定される。なお、はんだペースト３５とはんだ接合層１９１とは、リフロー時に溶融して一体となり、最終はんだ接合層１９２となる。この状態を図３（Ｃ）に示す。
【００４５】
電極接続部材１の最表面に形成された第２はんだ層６は２回のリフロー時にそれぞれ溶融してはんだペースト１９、３５を含めて最終はんだ接合層１９２となるので、電極接続部材１はパッケージ基板１０の接続部材端子電極１２および配線基板３０の電極パッド３１と広い面積で接合される。一方、第２はんだ層６よりも高融点の第１はんだ層５は溶融せず、樹脂ボール２の導電体層７上に形成された状態をほぼ保持している。
【００４６】
本実施の形態で説明した回路モジュール４０では、例えばパッケージ基板１０として低温焼成ガラスセラミック基板、および配線基板３０として一般的に使用されているガラスエポキシプリント基板を用いた場合、これらの熱膨張係数の差から生じる熱応力が主として電極接続部材１に加わる。すなわち、低温焼成ガラスセラミック基板の熱膨張係数は約６ｐｐｍであり、ガラスエポキシプリント基板の熱膨張係数は約１３ｐｐｍである。このため、両者を接合した状態で温度サイクルテストを行うと熱膨張係数の差により熱応力が発生する。この熱応力は、これらの基板間を機械的にも接続している電極接続部材１に加わる。この熱応力は、回路モジュール４０が大きくなり、広い面積に接続部材端子電極１２と電極パッド３１とが配置されるほど大きくなる。本発明においては、電極接続部材１を、はんだ接合するための第２はんだ層６と、これよりも融点が高い第１はんだ層５とからなる二層構成からなるはんだ層としている。これにより、融点の低い第２はんだ層６が両基板上のそれぞれの電極との接合の機能を担う。一方、融点の高い第１はんだ層５はリフロー後にも樹脂ボール２の表面に膜として保持され、はんだとしての特性である塑性変形がしやすいという性質により、樹脂ボール１が熱応力により変形しても亀裂等が発生することなく、良好な電気的導通を保持する。したがって、比較的大きな回路モジュールでも信頼性の良好な実装が可能となり、小型、高密度の回路を信頼性よく実現することができる。
【００４７】
（実施例）
本発明の第１の実施の形態の電極接続部材１を用いた場合の実施例およびその信頼性の比較結果について説明する。
【００４８】
樹脂ボール２として、ジビニルベンゼン共重合体からなる樹脂製のボールを用いた。この樹脂ボール２の表面に下地処理をした後、導電体層７を形成した。本実施例においては、樹脂ボール２側から０．３μｍの厚さのＮｉ被覆層３と、５μｍの厚さのＣｕ被覆層４とからなる二層構成の導電体層７を形成した。なお、これらの膜はめっき法により形成した。次に、Ｃｕ被覆層４の表面に、Ｐｂを含むはんだ材料からＰｂ−Ｓｎ（９０重量％−１０重量％、融点２９０℃）合金組成の材料を選択して第１はんだ層５の材料とし、Ｐｂ−Ｓｎ（３７重量％−６７重量％、融点１８３℃）合金組成の材料を選択して第２はんだ層６の材料として、同様にめっき法により形成した。
【００４９】
本実施例においては、第１はんだ層５と第２はんだ層６との合計の厚さを２０μｍ一定とした。樹脂ボール２の直径が０．７５ｍｍの場合については、第１はんだ層５の厚さを１０μｍとした電極接続部材１（実施例１）、１５μｍとした電極接続部材１（実施例２）、１８μｍとした電極接続部材１（実施例３）と、第１はんだ層５を設けない比較用の電極接続部材（比較例１）とを形成した。また、樹脂ボール２の直径が０．４５ｍｍの場合については、第１はんだ層５の厚さが１５μｍの電極接続部材１（実施例４）と、第１はんだ層を設けない比較用の電極接続部材（比較例２）とを形成した。これら合計６種類の電極接続部材を用いて、第１の実施の形態の製造方法で説明した方法により回路モジュール４０を作製し、さらに配線基板３０上に実装した後、温度サイクル試験による信頼性評価を行った。
【００５０】
なお、パッケージ基板１０としては低温焼成ガラスセラミック多層基板、また配線基板３０としてはガラスエポキシプリント基板を用いた。樹脂ボール２の直径が０．７５ｍｍの場合と０．４５ｍｍの場合とでは、これらの基板の形状が異なり、以下に述べる形状とした。
【００５１】
樹脂ボールの直径が０．７５ｍｍの場合には、パッケージ基板１０の形状は、長さ、幅および厚さが２５．４ｍｍ、２５．４ｍｍ、０．８ｍｍとした。さらに、接続部材端子電極１２は、そのピッチが１．２７ｍｍで、銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）とからなる導体膜上にＮｉと金（Ａｕ）からなるめっき膜を形成し、パッケージ基板１０上に１４４個配列されている。配線基板３０としては、その厚さは２．４ｍｍで、電極パッド３１はＣｕ膜で構成されている。
【００５２】
樹脂ボール２の直径が０．４５ｍｍの場合には、パッケージ基板１０の形状は、長さ、幅および厚さが１５．５ｍｍ、１５．５ｍｍ、０．４ｍｍとした。さらに、接続部材端子電極１２は、そのピッチが０．８ｍｍで、同様にＡｇとＰｄとからなる導体膜上にＮｉとＡｕからなるめっき膜を形成し、パッケージ基板１０上に３２４個配列されている。配線基板３０としては、その厚さは０．７７ｍｍで、電極パッド３１はＣｕ膜上にＮｉとＡｕのめっき膜が形成されている。
【００５３】
上述した基板と電極接続部剤を用いて、第１はんだ層５が溶融せず、第２はんだ層６とはんだペースト１９、３５とのみが溶融する温度で接合を行い、図３（Ｃ）に示す実装基板を作製した。このようにして作成した実装基板について、−５５℃、３０分保持し、次に＋１２５℃、３０分保持するサイクルを１サイクルとする温度サイクル試験を行い、所定のサイクル数ごとに電極接続部材部分での導通抵抗を測定し、１０％以上の導通不良が発生したものを不良と判定し、その発生率を求めた。なお、測定に使用した実装基板は、それぞれ２２個である。樹脂ボール２の直径が０．７５ｍｍの電極接続部材を用いたときの結果を（表１）に示す。
【００５４】
【表１】
2004273401.tif 000003
【００５５】
（表１）からわかるように、比較例１では１００サイクル後に不良発生率が１００％となったが、本実施の形態の実施例１、実施例２および実施例３では３００サイクルまでは不良発生率が０％であり、大幅に信頼性を改善できることが確認された。
【００５６】
次に、樹脂ボール２の直径が０．４５ｍｍの電極接続部材での温度サイクル試験結果を（表２）に示す。
【００５７】
【表２】
2004273401.tif 000004
【００５８】
樹脂ボール２の直径が小さくなると比較例２においても大幅に信頼性が改善されるが、本実施の形態の場合の実施例４ではさらに大きく信頼性が改善できることが見出された。すなわち、比較例２では、１２５０サイクル程度から不良発生が見られるのに対して、実施例４では１７５０サイクルで不良発生が生じており、本発明の構成とすることでボール径が小さく、かつパッケージ基板のサイズが小さい場合であっても良好な信頼性を確保できることが明確になった。
【００５９】
図４は、温度サイクル試験後における電極接続部材周辺の状態を示す模式図である。図４（Ａ）は、本実施の形態の実施例の電極接続部材１周辺の模式図で、図４（Ｂ）は比較例の電極接続部材１００周辺の模式図である。
【００６０】
図４（Ａ）に示す本実施の形態の実施例の電極接続部材１では、樹脂ボール２の表面に導電体層７が形成され、さらにこの導電体層７上に第１はんだ層５が形成されている。第２はんだ層６ははんだペースト１９、３５とともに最終はんだ接合層１９２となるが、この最終はんだ接合層１９２は電極接続部材１のほぼ中央部領域にはほとんどなく、上下の接続部材端子電極１２と電極パッド３１とに集中している。しかし、電極接続部材１のほぼ中央部領域部には第１はんだ層５があり、この第１はんだ層５が樹脂ボール２の熱応力による変形に対して容易に塑性変形を生じるので、導電体層７や第１はんだ層５には亀裂が入りにくい。この結果、温度サイクル試験により信頼性が改善される。
【００６１】
一方、図４（Ｂ）に示すように、比較例の電極接続部材１００では樹脂ボール２の表面には導電体層７と第２はんだ層（図示せず）とが形成されているのみである。第２はんだ層とはんだペースト１９、３５とは最終はんだ接合層１９２になるが、図４（Ａ）の場合と同様に電極接続部材１００のほぼ中央領域部にはほとんどない。したがって、この中央領域部は導電体層７のみで導通されていることになる。しかし、樹脂ボール２が熱応力により変形しても、この導電体層７はその変形に充分追随できず、最終的に亀裂１４０が生じる。この亀裂１４０が発生することにより、導通抵抗が大きくなり不良となるものである。
【００６２】
なお、本実施の形態の実施例では第１はんだ層５と第２はんだ層６として、第１はんだ層５はＰｂ−Ｓｎ（９０重量％−１０重量％）合金、第２はんだ層６はＰｂ−Ｓｎ（３７重量％−６７重量％）合金の組成からなる材料を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１はんだ層および第２はんだ層の材料として、Ｐｂを含むはんだ材料、およびＳｎを含み、Ｐｂを含まないはんだ材料から、第１はんだ層の融点が第２はんだ層の融点よりも少なくとも２０℃以上高く、第２はんだ層を溶融して接合するときに第１はんだ層が溶融しない材料であれば、適宜選択して用いることができる。
【００６３】
例えば、融点が約２２１℃のＳｎ−Ａｇ（９６．５重量％−３．５重量％）合金を第１はんだ層として用い、融点が約１９８℃のＳｎ−Ｚｎ―Ｂｉ（８９重量％−８重量％−３重量％）合金を第２はんだ層として用いても、同様な結果が得られる。また、例えばＳｎ−Ａｇ（９８．５重量％−１．５重量％）合金を第１はんだ層とし、Ｓｎ−Ａｇ（９６．５重量％−３．５重量％）合金を第２はんだ層としてもよい。この場合、第１はんだ層の融点は約３０９℃であり、第２はんだ層の融点は約２２１℃である。なお、このような場合、基板上に塗布するはんだペーストについても、第２はんだ層の組成と同じものを用いるのが望ましい。
【００６４】
その他、本発明の電極接続部材に使用できるはんだ材料としては、例えばＳｎ−Ａｇを含む合金、Ｓｎ−Ｓｂを含む合金、Ｓｎ−Ｃｕを含む合金、Ｓｎ−Ｂｉを含む合金、Ｓｎ−Ｚｎを含む合金、Ｓｎ−Ｓｂを含む合金およびＳｎ−Ａｕを含む合金等がある。
【００６５】
また、さらに第１はんだ層と第２はんだ層のいずれかにＰｂを含むはんだ材料を使ってもよい。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図５（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態における電極接続部材５０の斜視図で、図５（Ｂ）はその平面図である。本実施の形態においては、電極接続部材５０は、樹脂コア６０、この樹脂コア６０の外周面上に形成された第２の導電体層６２、およびこの第２の導電体層６２上に形成されたはんだ層６４からなる。樹脂コア６０は、図示するように円柱形状であり、表面に導電性を付与された導電性繊維が束ねられて形成されている。第２の導電体層６２とはんだ層６４とは樹脂コア６０の円周面だけでなく、その上面部および下面部にも形成されている。
【００６７】
このように形成された電極接続部材５０は本発明の第１の実施の形態で説明したパッケージ基板１０に実装して回路モジュールを形成できる。また、この回路モジュールを用いて配線基板３０に実装することも第１の実施の形態と同様に行うことができるので、説明は省略する。
【００６８】
図６は、本実施例の電極接続部材５０の製造方法を示す斜視図である。まず、最初に樹脂コアを形成する方法について説明する。
【００６９】
図６（Ａ）に示すように、高分子材料、例えばアラミド繊維からなり、直径が数十μｍ程度の繊維５１の表面に第１の導電体層５２を形成する。この第１の導電体層５２の形成は繊維５１を巻き取りながら、例えばスパッタリングを行えば、容易にその外周面上に形成することができる。
【００７０】
このようにして形成した複数の導電性繊維５３を接着剤５４により接着して、繊維束５５とする。このときの繊維束５５の外形サイズは、第１の実施の形態の樹脂ボール２と同じように、例えば０．７５ｍｍあるいは０．４５ｍｍにできるだけ一致させることが望ましいが、かならずしも、一致させることは必要条件ではない。これを図６（Ｂ）に示す。なお、接着剤５４としては、繊維５１とほぼ同じ程度の耐熱性を有することが望ましい。
【００７１】
この繊維束５５を所定の長さに切断すると、樹脂コア６０が得られる。これを図６（Ｃ）に示す。所定の長さとしては、樹脂コア６０の直径とほぼ同じ長さとすることが望ましいが、直径よりも長くするとアスペクト比が１以上となり、より高密度の実装ができるようになるため、直径よりも長くすることも可能である。樹脂コア６０はダイシングされることにより、その上面部と下面部とは導電性繊維５３の周囲の隙間部分に接着剤５４が充填され、かつ、第１の導電体層５２は露出した面とすることができる。
【００７２】
次に、この樹脂コア６０の全面に第２の導電体層６２を形成する。この第２の導電体層６２の形成は、樹脂コア６０に下地処理をした後めっきを行えば、容易に形成できる。その後、さらにパッケージ基板１０にはんだ付けするためのはんだ層６４を、例えばめっき法により形成することで、本実施の形態の電極接続部材５０が得られる。これを図６（Ｄ）に示す。これにより、本実施の形態の電極接続部材５０が形成される。
【００７３】
本実施の形態の電極接続部材５０は、複数の繊維５１の一本ずつが第１の導電体層５２で覆われており、この第１の導電体層５２はパッケージ基板１０の接続部材端子電極１２、および配線基板３０の電極パッド３１に対向するそれぞれの面で第２の導電体層６２に接触している。したがって、パッケージ基板１０と配線基板３０との熱膨張係数の差異による熱応力で電極接続部材５０が変形して、外周面で第２の導電体層６２に亀裂が生じても、第１の導電体層５２により導通が可能であり、したがって接続不良の発生を大幅に低減できる。
【００７４】
なお、本実施の形態では第２の導電体層６２上には、一層のはんだ層６４のみを形成したが、本発明はこれに限定されない。第２の導電体層６２上に第１の実施の形態と同様に第２はんだ層６の融点より少なくとも２０℃以上高い融点を有する第１はんだ層５を形成後、この第１はんだ層５上に第２はんだ層６を形成する二層構成のはんだ層６４としてもよい。
【００７５】
また、本実施の形態では繊維の外周面に第１の導電体層５２を形成してから接着剤により束ねたが、第１の導電体層５２上に第２はんだ層よりも少なくとも２０℃以上高い融点を有するはんだ層を形成し、このはんだ層で複数の繊維を束ねる構成としてもよい。このようにすることにより、樹脂コアの内部に各繊維間および上下間が導通しており、かつ繊維により弾性を保持するので、熱応力が加わってもさらに接続不良の発生を大幅に低減できる。
【００７６】
さらに、繊維５１の表面に第１の導電体層５２を形成することなく、接着剤により束ねて樹脂コアとしてもよい。
【００７７】
またさらに、本実施の形態ではアラミド繊維を使った電極接続部材について説明したが、少なくとも短時間に３００℃以上の耐熱性を有する繊維であれば同様に使用可能である。例えば、炭素繊維やガラス繊維等が使用できる。炭素繊維の場合、繊維自体に導電性を付与できるので、導電体層の形成が不要になるという特徴も有する。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の電極接続部材は、樹脂コアと、樹脂コアを覆う少なくとも二層のはんだ層とを有し、このはんだ層は樹脂コアに近い内層側の第１はんだ層の融点に比べて外層側の第２はんだ層の融点の方が低いはんだ材料からなる構成を有し、回路モジュールをこの電極接続部材によりＢＧＡ方式で配線基板と接合した場合、回路モジュールのパッケージ基板と配線基板との熱膨張係数の差異により熱応力が発生しても電極接続部材に亀裂が生じにくく、信頼性の高いＢＧＡ接合が可能となる。この結果、さらに大面積のパッケージ基板を用いて回路モジュールを作製しても高信頼性を確保できるので、小型、高密度の電子機器の実現に大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電極接続部材の断面図
【図２】（Ａ）同実施の形態において、パッケージ基板上にＩＣチップを実装した状態を示す断面図
（Ｂ）同実施の形態において、接続部材端子電極上にはんだペーストを塗布した状態を示す断面図
（Ｃ）同実施の形態において、電極接続部材を接続部材端子電極上に配置した状態を示す断面図
（Ｄ）同実施の形態において、電極接続部材を接合して回路モジュールを完成した状態を示す断面図
【図３】（Ａ）同実施の形態において、配線基板の電極パッド上にはんだペーストを塗布した状態を示す概略断面図
（Ｂ）同実施の形態において、回路モジュールの電極接続部材と電極パッドとを位置合せした状態を示す断面図
（Ｃ）同実施の形態において、回路モジュールを配線基板に実装した状態を示す断面図
【図４】（Ａ）同実施の形態の実施例において、本発明の実施例の温度サイクル試験後の電極接続部材周辺の状態を示す模式図
（Ｂ）同実施の形態の比較例の温度サイクル試験後の電極接続部材周辺の状態を示す模式図
【図５】（Ａ）本発明の第２の実施の形態の電極接続部材の斜視図
（Ｂ）同実施の形態の電極接続部材の平面図
【図６】（Ａ）同実施の形態の電極接続部材の製造方法において、繊維の表面に第１の導電体層を形成した状態を示す斜視図
（Ｂ）同実施の形態の電極接続部材の製造方法において、接着剤により接着して繊維束とした状態を示す斜視図
（Ｃ）同実施の形態の電極接続部材の製造方法において、樹脂コアを形成した状態を示す斜視図
（Ｄ）同実施の形態の電極部材の製造方法において、第２の導電体層とはんだ層とを形成して電極接続部材を完成した状態を示す斜視図
【符号の説明】
１，５０，１００  電極接続部材
２  樹脂ボール
３  Ｎｉ被覆層
４  Ｃｕ被覆層
５  第１はんだ層
６  第２はんだ層
７  導電体層
１０  パッケージ基板
１１  ＩＣ側端子電極
１２  接続部材端子電極
１６  ＩＣチップ
１７  バンプ
１８  封止樹脂
１９，３５  はんだペースト
３０  配線基板
３１  電極パッド
４０  回路モジュール
５１  繊維
５２  第１の導電体層
５３  導電性繊維
５４  接着剤
５５  繊維束
６０  樹脂コア
６２  第２の導電体層
６４  はんだ層
１４０  亀裂
１９１  はんだ接合層
１９２  最終はんだ接合層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004273401.tif 000009
【図６】
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