(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上面に設けられ、かつ銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッドの上面に設けられ、かつこの第１の電極パッドと同一の材料で構成され、さらにこの第１の電極パッドより面積が小さくなるように構成された第２の電極パッドと、前記基板の上面に設けられた保護膜と、前記第２の電極パッドの上面に設けられ、かつ少なくとも錫と銀を含む材料で構成されたバンプとを備えるとともに、前記保護膜をその上面が前記第１の電極パッドの上面より上方に位置し、かつ前記第２の電極パッドの上面より下方に位置するように基板の上面に形成し、さらに前記第２の電極パッドの上面にせん断応力方向に対して垂直面を有する凹部及び／または凸部を設けるとともに、少なくともこの凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記第２の電極パッドの上面に前記バンプを設け、かつ前記第１の電極パッドと第２の電極パッドとを合わせた厚みを、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くするか、もしくは前記錫と銀とからなる合金層の厚みと基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くした電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を実装基板に実装するためのバンプ電極を備えた電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品は、特開平９−７４０９６号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
以下、従来の電子部品について、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図５は従来の電子部品の断面図である。
【０００５】
図５において、１は基板である。２は電極パッドで、基板１の上面に設けられている。３は保護膜で、基板１の上面及び電極パッド２の上面の一部に設けられている。４はバンプで、電極パッド２の上面における保護膜３が設けられていない部分に形成されており、そしてこのバンプ４は実装基板に設けられているランド電極と、接続用はんだを介して接続される。
【０００６】
以上のように構成された従来の電子部品について、以下にその製造方法を図面を参照しながら説明する。
【０００７】
図６（ａ）〜（ｃ）は、従来の電子部品の製造方法を示す工程図である。
【０００８】
まず、図６（ａ）に示すように、基板１の上面に電極パッド２を形成する。
【０００９】
次に、図６（ｂ）に示すように、基板１の上面及び電極パッド２の上面の一部に保護膜３を形成する。
【００１０】
最後に、図６（ｃ）に示すように、バンプ４を電極パッド２の上面における保護膜３が設けられていない部分に形成し、従来の電子部品を製造していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子部品は、保護膜３形成時の保護膜３の広がり（だれ）が制御困難であるため、電極パッド２を覆う保護膜３の面積が安定せず、これにより、上面にバンプ４が形成されるべき保護膜３で覆われていない電極パッド２の面積が小さくなり、実装後のバンプ４と電極パッド２との接合面５の接続信頼性が悪化するという課題を有していた。
【００１２】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性が優れている電子部品を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の電子部品は、基板と、前記基板の上面に設けられ、かつ銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッドの上面に設けられ、かつこの第１の電極パッドと同一の材料で構成され、さらにこの第１の電極パッドより面積が小さくなるように構成された第２の電極パッドと、前記基板の上面に設けられた保護膜と、前記第２の電極パッドの上面に設けられ、かつ少なくとも錫と銀を含む材料で構成されたバンプとを備えるとともに、前記保護膜をその上面が前記第１の電極パッドの上面より上方に位置し、かつ前記第２の電極パッドの上面より下方に位置するように基板の上面に形成し、さらに前記第２の電極パッドの上面にせん断応力方向に対して垂直面を有する凹部及び／または凸部を設けるとともに、少なくともこの凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記第２の電極パッドの上面に前記バンプを設け、かつ前記第１の電極パッドと第２の電極パッドとを合わせた厚みを、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くするか、もしくは前記錫と銀とからなる合金層の厚みと基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしたもので、この構成によれば、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性が優れている電子部品が得られるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板の上面に設けられ、かつ銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッドの上面に設けられ、かつこの第１の電極パッドと同一の材料で構成され、さらにこの第１の電極パッドより面積が小さくなるように構成された第２の電極パッドと、前記基板の上面に設けられた保護膜と、前記第２の電極パッドの上面に設けられ、かつ少なくとも錫と銀を含む材料で構成されたバンプとを備えるとともに、前記保護膜をその上面が前記第１の電極パッドの上面より上方に位置し、かつ前記第２の電極パッドの上面より下方に位置するように基板の上面に形成し、さらに前記第２の電極パッドの上面にせん断応力方向に対して垂直面を有する凹部及び／または凸部を設けるとともに、少なくともこの凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記第２の電極パッドの上面に前記バンプを設け、かつ前記第１の電極パッドと第２の電極パッドとを合わせた厚みを、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くするか、もしくは前記錫と銀とからなる合金層の厚みと基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしたもので、この構成によれば、制御の困難な保護膜形成時の保護膜の広がりを、第１の電極パッドと第２の電極パッドとの段差によって防止することができるため、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの上面にバンプを形成すれば、バンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものが得られる。また、保護膜形成時の保護膜の広がりによって、第１の電極パッドは保護膜で覆われ、かつ第２の電極パッドは第１の電極パッドとの段差によって保護膜で覆われないという構造を自然と形成できるため、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、上記と同様に、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの上面にバンプを形成すれば、バンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものとなる。そしてまた、実装基板に実装した後の温度変化によりバンプと電極パッドとの接合面に沿った方向にせん断応力が加わった場合でも、第２の電極パッドの上面に形成されている凹部及び／または凸部に、少なくともこの凹部及び／または凸部の一部を覆うようにバンプが接合され、かつこの凹部及び／または凸部はせん断応力方向に対して垂直面を有するため、この凹部及び／または凸部とバンプとの結合力は構造的に強くなり、さらに、第１の電極パッドと第２の電極パッドを銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成するとともに、バンプを少なくとも錫と銀を含む材料で構成しているため、バンプからの錫の拡散を防止することができ、かつ第１の電極パッドと第２の電極パッドとを合わせた厚みを、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くするか、もしくは前記錫と銀とからなる合金層の厚みと基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしているため、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層に含まれる錫が第１の電極パッドと基板との接合面まで到達して第１の電極パッドと基板との間の接合を破壊するということはなくなり、その結果、第１の電極パッドと基板との間の密着力が低下するということはなくなるため、電極パッドと基板との接合面の接続信頼性は優れたものになるという作用を有するものである。
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態における電子部品について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態における電子部品の断面図である。
【００１７】
図１において、１１は絶縁性の基板で、アルミナなどからなる。１２は電極パッドで、第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４との２層構造となっている。第１の電極パッド１３は、基板１１の上面に設けられ、導電成分が銀９９％、白金１％の厚膜電極材料などからなる。また第２の電極パッド１４は、第１の電極パッド１３の上面に設けられ、且つ第１の電極パッド１３と同一材料からなる。そしてまた、第２の電極パッド１４は、第１の電極パッド１３よりも面積が小さく、上面に貫通穴からなる凹部１５が設けられている。つまり、電極パッド１２は端部の厚みがその他の部分の厚みより薄い構造をしている。すなわち、電極パッド１２は第２の電極パッド１４が形成されている部分の厚みは厚く、第２の電極パッド１４が形成されていない部分の厚みは薄い。また、第２の電極パッド１４は凹部１５を有するドーナッツ状態となっている。なお、上記の構成においては、第２の電極パッド１４の上面に貫通穴からなる凹部１５を設けたものについて説明したが、この凹部１５は貫通していなくてもよい。１６は保護膜で、その上面の一部が第１の電極パッド１３の上面より上方に位置し、且つ第２の電極パッド１４の上面より下方に位置するように形成され、厚膜ガラス材料からなる。１７はバンプで、第２の電極パッド１４の上面に設けられ、鉛９０％、錫８％、銀２％からなるはんだや低融点金属材料などからなる。また、バンプ１７は第２の電極パッド１４の上面に設けられた凹部１５の全面を覆った構造となっている。なお、バンプ１７は第２の電極パッド１４の上面に設けられた凹部１５の全体ではなく、その一部に形成されていてもよい。
【００１８】
以上のように構成された電子部品について、以下にその製造方法を図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施の形態における電子部品の製造方法を示す工程図である。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１１の上面にスクリーン印刷でパターン形成し、約８５０℃で焼成して電極パッド１２の一部である第１の電極パッド１３を形成する。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の電極パッド１３の上面にスクリーン印刷でパターン形成し、約８５０℃で焼成して電極パッド１２の一部である第２の電極パッド１４を第１の電極パッドより面積が小さくなるように形成する。また、このとき第２の電極パッド１４の上面に貫通穴などの凹部１５を設ける。
【００２２】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１１及び第１の電極パッド１３の上面にスクリーン印刷でパターン形成し、約６００℃で焼成して保護膜１６を形成する。また、保護膜１６のパターンを形成する時は、保護膜１６の材料であるガラスペーストを、保護膜１６の上面の一部が第１の電極パッド１３の上面より上方に位置し、且つ第２の電極パッド１４の上面より下方に位置するように供給する。このとき保護膜１６は第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４との段差の所まで自然に広がる。従って、電極パッド１２の保護膜１６で覆われていない部分は、第２の電極パッド１４の外形と略同一形状となるため、電極パッド１２の保護膜１６で覆われていない部分の面積が安定する。また、この電極パッド１２の保護膜１６で覆われていない部分は、電極パッド１２とバンプ１７とが接着する部分となり、この部分の面積が小さくなると、電極パッド１２とバンプ１７との接合強度が低下するため、実装後の接続信頼性が低下する。
【００２３】
最後に、図２（ｄ）に示すように、クリームはんだを印刷法で第２の電極パッド１４の上面に設けた凹部１５に供給し、溶融温度に加熱して、はんだを第２の電極パッド１４の上面に集め、且つ表面張力で球形に丸めてバンプ１７を形成することにより、本発明の一実施の形態における電子部品を形成するものである。
【００２４】
上記のようにして構成された電子部品は、通常電極パッド１２の表面からある一定の距離、例えば約５μｍの所まで、原子数比率で約２５％の錫を含む錫と銀の合金層が形成される。また、電極パッド１２のこの合金層よりも基板１１に近い部分における錫の原子数比率は１％以下であるため、バンプ１７から電極パッド１２中への錫の拡散が、この合金層より先には進行しないことがわかる。また、拡散した錫は、電極パッド１２と基板１１との間の化学結合を破壊するため、電極パッド１２と基板１１との密着強度が著しく低下する。従って、この合金層が電極パッド１２と基板１１との接合面に達しないことが必要で、そのためには、電極パッド１２の厚みが少なくとも５μｍ以上、つまり電極パッド１２の厚みが電極パッド１２の表面に形成される錫と銀とからなる合金層より厚いことが必要となる。さらに、基板１１の表面粗さは、基板として一般的に用いられるアルミナが約３μｍであることを考えると、合金層が電極パッド１２と基板１１の接合面に完全に達しないようにするためには、電極パッド１２の厚みは８μｍ以上、つまり電極パッド１２の厚みは電極パッド１２の表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みと基板１１の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしなければならない。
【００２５】
一方、厚膜導電材料として最も一般的に使用されている銀とパラジウムからなる電極材料を電極パッド１２に用いた場合や、銀が含まれていない材料、例えば錫６４％、鉛３６％の共晶はんだでバンプ１７を構成した場合は、電極パッド１２の全領域においてバンプ１７から拡散した錫の比率が３０％以上となる。拡散した錫は、電極パッド１２と基板１１との間の化学結合を破壊するため、電極パッド１２と基板１１との密着強度が著しく低下する。一方、融点や毒性、コスト、特性を考慮すると、錫を全く含まない接続用はんだ材料は考えにくいため、バンプ１７として少なくとも銀と錫とからなる材料を、電極パッド１２として銀が主成分で少なくとも白金を含む材料を、錫の拡散を防止できる材料として採用することは、電子部品を構成する上で非常に重要である。
【００２６】
図３は、本発明の一実施の形態における電子部品を実装基板に実装した状態の一例を示す断面図である。
【００２７】
図３において、１８は実装基板である。１９はランド電極で、実装基板１８の上面に設けられている。２０は接続用はんだで、ランド電極１９とバンプ１７とをつないでいる。このとき、電子部品は、バンプ１７が下面となった状態になっている。
【００２８】
電子部品の基板１１であるアルミナの熱膨張率は約５ｐｐｍ／℃であり、実装基板１８として頻繁に用いられるガラスエポキシ樹脂の熱膨張率は約１５ｐｐｍ／℃である。よって、両者の間には１０ｐｐｍ／℃の差があり、この熱膨張率の差が実装後の温度差によって電極パッド１２とバンプ１７の接合面に沿った方向（矢印２１の方向）のせん断応力を発生させる。
【００２９】
しかし、電極パッド１２とバンプ１７との接合面は、凹部１５においてせん断応力方向に対して垂直面２２も有するため、実装後のせん断応力に対して電極パッド１２とバンプ１７との接合面の接続信頼性は優れたものになる。
【００３０】
また、第１の電極パッド１３の上面に、第１の電極パッド１３よりも面積が小さい第２の電極パッド１４を形成し、さらに保護膜１６の上面が第１の電極パッド１３の上面より上方に位置し、且つ第２の電極パッド１４の上面より下方に位置するように保護膜１６を基板１１の上面に形成するようにしているため、保護膜１６形成時の保護膜１６の広がりによって、第１の電極パッド１３は保護膜１６で覆われ、且つ第２の電極パッド１４は第１の電極パッド１３と第２の電極パッド１４との段差によって保護膜１６で覆われていないという構造を自然と形成できるため、保護膜１６で覆われていない第２の電極パッド１４の面積が、保護膜１６の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、この保護膜１６で覆われていない第２の電極パッド１４の上面にバンプ１７を形成すればバンプ１７の第２の電極パッド１４との接合面積の減少による電極パッド１２とバンプ１７の密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプ１７と電極パッド１２との接合面の接続信頼性が優れたものになるという効果が得られる。
【００３１】
なお、本発明の一実施の形態においては、バンプ１７の材料として、鉛９０％、錫８％、銀２％のはんだ材料を使用した場合について説明したが、銀と白金を含む電極パッド１２の表面に錫と銀との合金層を形成するためには、錫と銀とを含んだはんだ材料でバンプ１７を形成すれば良く、例えば錫９６．５％、銀３．５％という組成や、錫６３％、鉛３５％、銀２％という組成のはんだでも良い。
【００３２】
また、電極パッド１２の上面には凹部１５の代わりに、凸部、あるいは凹部と凸部の両方を設けてもよい。
【００３３】
図４は電極パッド１２の上面に凹部及び／または凸部２３がそれぞれ設けられている本発明の一実施の形態における他の例を示す断面図である。
【００３４】
図４に示すように、電極パッド１２とバンプ１７との接合面には、凹部及び／または凸部２３においてせん断応力方向に対して垂直面２２を有するため、上記本発明の一実施の形態における電子部品と同様に、実装後のせん断応力に対して電極パッド１２とバンプ１７との接合面の接続信頼性は優れたものとなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明の電子部品は、基板と、前記基板の上面に設けられ、かつ銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッドの上面に設けられ、かつこの第１の電極パッドと同一の材料で構成され、さらにこの第１の電極パッドより面積が小さくなるように構成された第２の電極パッドと、前記基板の上面に設けられた保護膜と、前記第２の電極パッドの上面に設けられ、かつ少なくとも錫と銀を含む材料で構成されたバンプとを備えるとともに、前記保護膜をその上面が前記第１の電極パッドの上面より上方に位置し、かつ前記第２の電極パッドの上面より下方に位置するように基板の上面に形成し、さらに前記第２の電極パッドの上面にせん断応力方向に対して垂直面を有する凹部及び／または凸部を設けるとともに、少なくともこの凹部及び／または凸部の一部を覆うように前記第２の電極パッドの上面に前記バンプを設け、かつ前記第１の電極パッドと第２の電極パッドとを合わせた厚みを、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くするか、もしくは前記錫と銀とからなる合金層の厚みと基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしたもので、この構成によれば、制御の困難な保護膜形成時の保護膜の広がりを、第１の電極パッドと第２の電極パッドとの段差によって防止することができるため、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの上面にバンプを形成すれば、バンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものが得られる。また、保護膜形成時の保護膜の広がりによって、第１の電極パッドは保護膜で覆われ、かつ第２の電極パッドは第１の電極パッドとの段差によって保護膜で覆われないという構造を自然と形成できるため、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの面積が、保護膜の広がりによって小さくなるということはなくなり、これにより、上記と同様に、保護膜で覆われていない第２の電極パッドの上面にバンプを形成すれば、バンプの電極パッドとの接合面積の減少による電極パッドとバンプの密着強度の低下を招くということはなくなるため、実装後のバンプと電極パッドとの接合面の接続信頼性は優れたものとなる。そしてまた、実装基板に実装した後の温度変化によりバンプと電極パッドとの接合面に沿った方向にせん断応力が加わった場合でも、第２の電極パッドの上面に形成されている凹部及び／または凸部に、少なくともこの凹部及び／または凸部の一部を覆うようにバンプが接合され、かつこの凹部及び／または凸部はせん断応力方向に対して垂直面を有するため、この凹部及び／または凸部とバンプとの結合力は構造的に強くなり、さらに、第１の電極パッドと第２の電極パッドを銀を主成分とする少なくとも白金を含む材料で構成するとともに、バンプを少なくとも錫と銀を含む材料で構成しているため、バンプからの錫の拡散を防止することができ、かつ第１の電極パッドと第２の電極パッドとを合わせた厚みを、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層の厚みより厚くするか、もしくは前記錫と銀とからなる合金層の厚みと基板の表面粗さとを合わせた厚みより厚くしているため、第２の電極パッドの表面に形成される錫と銀とからなる合金層に含まれる錫が第１の電極パッドと基板との接合面まで到達して第１の電極パッドと基板との間の接合を破壊するということはなくなり、その結果、第１の電極パッドと基板との間の密着力が低下するということはなくなるため、電極パッドと基板との接合面の接続信頼性は優れたものになるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態における電子部品の断面図
【図２】  （ａ）〜（ｄ）本発明の一実施の形態における電子部品の製造方法を示す工程図
【図３】  本発明の一実施の形態における電子部品を実装基板に実装した状態の一例を示す断面図
【図４】  電極パッドの上面に凹部及び／または凸部が設けられている本発明の一実施の形態における他の例を示す断面図
【図５】  従来の電子部品の断面図
【図６】  （ａ）〜（ｃ）従来の電子部品の製造方法を示す工程図
【符号の説明】
１１  基板
１２  電極パッド
１３  第１の電極パッド
１４  第２の電極パッド
１５  凹部
１６  保護膜
１７  バンプ
２３  凹部及び／または凸部
【図１】
0004366777.tif 000002
【図２】
0004366777.tif 000003
【図３】
0004366777.tif 000004
【図４】
0004366777.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004366777.tif 000007