(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の電子部品の基板の導体上に設けられた接触部と接触させることによって電気的に導通する電気接触部を有する電子部品を製造する方法において、本電子部品の基板の導体上に、SnとAgを含有する合金層を形成し、リフロー処理した後に比較的遅い冷却速度で冷却することによって、前記合金層の、少なくとも前記他の電子部品の接触部と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含有率が高くかつ前記他の電子部品への繰返し装着時における前記接触部との接触抵抗が安定して低いSnリッチ層を有する電気接触部を形成することを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項２】
リフロー処理後の冷却は、50℃／min以下の冷却速度で行う請求項１記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
本電子部品はBGAチップであり、前記BGAチップの基板の片面の導体上に、SnとAgを含有する合金系のはんだを用いて略半球状に前記電気接触部を形成する請求項１又は２記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記合金層は、90％以上のSnを含有するSn−Ag−Cu合金層である請求項１、２又は３記載の電子部品の製造方法。
【請求項５】
他の電子部品はソケットコネクタであり、前記BGAチップを前記ソケットコネクタに着脱自在に装着して、ソケットコネクタの接触部がBGAチップの電気接触部の頂部と接触する請求項３又は４記載の電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばBGA（Ball Grid Array）チップのような電子部品の製造方法に関するものであり、より詳細には、環境上の問題となるPbを含有せず、SnとAgを含有する合金系の表面処理によって電子部品の接触端子である電気接触部を形成するとともに、従来のSn−Pb系の表面処理によって形成した電子部品の電気接触部に比べて接触抵抗を低減する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品、例えば下面にはんだを略半球状に形成した電気接触部を格子状に配置したBGAチップを、ソケットコネクタに着脱自在に装着して、ソケットコネクタの基板の導体上に設けた接触部とBGAチップの電気接触部とを接触させ、これによって、電気的に導通するように構成したものがある。
【０００３】
従来のBGAチップは、剛性のあるセラミックスと再配線層である軟質樹脂基板等からなり、この軟質樹脂基板の片面側のランド上に、62mass %Sn−38mass%Pbの組成比になる共晶はんだや、85mass%Sn−15mass%Pbの組成になるはんだを複数個載置した後、リフロー処理することによって電気接触部を形成したものであり、各電気接触部は、電気的に導通できるようにするため、ソケットコネクタの基板の導体上に設けた複数個の接触部のそれぞれと接触させるのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、Pbは人体に有毒な重金属であり、このPbを含む製品が不要になって屋外廃棄する必要が生じた場合、酸性雨等の水溶液中にPbが溶出することになり、この溶出したPbが、地球環境の汚染や生物への悪影響を及ぼす等の問題が深刻化する傾向にあることから、Pbを含有するSn−Pb系の表面処理（例えば、Sn−Pbはんだ）を施した電気接触部を使用することは、環境上の問題から好ましくない。
【０００５】
また、上記電子部品は、その用途から、ソケットコネクタに対しBGAチップを繰返し着脱できることが必要とされるため、BGAチップをソケットコネクタに着脱して、BGAチップの電気接触部をソケットコネクタの接触部と接触させた場合には、常に安定した接触抵抗値が得られることが望ましい。しかしながら、Sn−Pb系の表面処理を施した電気接触部を使用したBGAチップをソケットコネクタに繰返し着脱した場合、BGAチップをソケットコネクタに着脱するごとに接触抵抗値が大きく変化して、安定した接触抵抗値を得ることができなかった。
【０００６】
そのため、接触抵抗値が安定して得られ、かつ、Pbを含有するSn−Pb系のはんだに代替する新たな成分系の表面処理を施した電気接触部を開発する必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、環境上の問題となるPbを含有せず、SnとAgを含有する合金系の表面処理によって電子部品の電気接触部を形成するとともに、この電気接触部の接触抵抗を、従来のSn−Pb系の表面処理によって形成した電子部品の電気接触部の接触抵抗に比べて安定した接触抵抗が得られる、例えばBGAチップのような電子部品の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の電子部品の製造方法は、他の電子部品の基板の導体上に設けられた接触部と接触させることによって電気的に導通する電気接触部を有する電子部品を製造する方法において、本電子部品の基板の導体上に、SnとAgを含有する合金層を形成し、リフロー処理した後に比較的遅い冷却速度で冷却することによって、前記合金層の、少なくとも前記他の電子部品の接触部と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含有率が高くかつ前記他の電子部品への繰り返し装着時における前記接触部との接触抵抗が安定して低いSnリッチ層を有する電気接触部を形成することにある。
【０００９】
特に、リフロー処理後の冷却は、50℃／min以下の冷却速度で行うことが好ましい。
【００１０】
さらに、本電子部品はBGAチップであり、前記BGAチップの基板の片面の導体上に、SnとAgを含有する合金系のはんだを用いて略半球状に前記電気接触部を形成すること、
前記合金層は、90％以上のSnを含有するSn−Ag−Cu合金層であること、及び／又は、
他の電子部品はソケットコネクタであり、前記BGAチップを前記ソケットコネクタに着脱自在に装着して、ソケットコネクタの接触部がBGAチップの電気接触部の頂部と接触することがより好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態の一例について説明する。図１は、この発明に従う電子部品の代表例であるBGAチップ１の主要部断面であって、BGAチップ１をソケットコネクタ13に装着（嵌合）したときの状態で示してある。
【００１２】
図１に示すBGAチップ１は、従来同様に剛性のあるセラミックスと再配線層である軟質樹脂基板２の導体３上に電気接触部４を形成したものであり、この電気接触部４は、ソケットコネクタ13の接触部８と接触する部分であり、電気接触させた場合の接触抵抗は小さいことが望ましく、半田ボールやめっきなどの各種の方法によって、突起状や平面状等の所望形状に形成することができる。一般的に、電子部品の基板２には、電気接触部４側と接続されたプリント配線などの必要な配線が施されている。尚、図１では、電気接触部４を略半球状
の導体の突起であるバンプとして形成した場合が示してある。
【００１３】
また、図１に示すソケットコネクタ13は、軟質樹脂材料などからなる基板５と、基板５の片面側に設けられた円盤状の金属層からなる導体６と、基板５の導体形成側に施した絶縁材料などからなる保護被覆層７と、導体６上に施された接触部８とを具えており、導体６の周囲の基板５には、図１のようにスリット状の切り込み部９を設けて、導体６部分に可撓性を持たせる構造にし、この構造によってBGAチップ１の電気接触部４の高さのバラツキを吸収できるようにしている。
【００１４】
そして、この発明の電子部品の構成上の主な特徴は、該電気接触部４がSnとAgを含有するPbフリーの合金層10を具え、かつ、該合金層10の、少なくとも前記接触部８と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含有率の高いSnリッチ層11を形成することにあり、この構成を採用することによって、他の電子部品の基板、例えばソケットコネクタ13の基板５にパターン状に形成した導体６上に設けた接触部８に電気接触部４を接触させた際に安定した接触を得ることができ、かつ、接触抵抗を低くすることができる。また、電子部品であるBGAチップ１をソケットコネクタ13に繰返し装着した場合にも、低接触抵抗が安定して得られる。
【００１５】
尚、接触抵抗が小さくなる理由としては定かではないが、電気接触部の表層にSn結晶が析出した場合に接触抵抗が小さくなることが種々の実験の結果からわかっている。
【００１６】
また、Sn含有合金層10は、Sn−Ag−Cu合金層であることが好ましく、その場合、Sn−Ag−Cu合金層の組成比は、Agが3.0 〜3.5 質量％の範囲、Cuが0.50〜0.75質量％の範囲であり、残部がSnであることがより好適である。
【００１７】
次に、この発明に従う電子部品の製造方法について説明する。まず、電子部品、例えばBGAチップ１の片面側の導体３上にSnとAgを含有する合金層10、例えば、Sn−Ag−Cu合金層を形成する。合金層10の形成方法は、略半球状のバンプとして形成する場合には、SnとAgを含有する合金系のはんだを用いることが好ましいが、めっき等の他の形成方法を用いることもできる。
【００１８】
前記導体３上に合金層10を形成した後、リフロー処理する。
【００１９】
そして、リフロー処理した後に冷却することによって、合金層10の、少なくとも接触部８と接触する表層部分に、他の部分よりもSn含有率の高いSnリッチ層11を形成する。尚、ここでいう「Snリッチ層」とは、合金層中のSn含有率の平均値よりも高いSn含有率を有する層であって、特にAg含有率が他の合金層部分よりも低い層を意味する。また、リフロー後の冷却条件は、例えば、Sn−Ag−Cu合金層の場合、液体から固体になる際に構成元素の偏析が起こることを利用する点を考慮して、冷却速度を50℃／min以下とすることが好ましい。
【００２０】
尚、略半球状に形成した電気接触部４を冷却する場合、電気接触部４の表層は、他の基板５からの距離が、頂部12で最も長くなり冷却速度が最も遅くなると考えられるが、上記好適な冷却速度の範囲で冷却すれば、電気接触部４の少なくとも頂部12の表層に粒状のSn結晶を析出させることができ、これに伴って、接触抵抗を小さくすることができる。
【００２１】
また、上記冷却条件は、主に電気接触部４の頂部12を接触部８と接触させる場合を想定して好適範囲を示したが、例えば、電気接触部４の頂部12以外の部分を接触部８と接触させる場合には、接触部８と接触させる部分にSn結晶が析出する程度の冷却速度に設定すればよい。
【００２２】
図2(a)及び(b)は、一例として、上記製造条件に従い、BGAチップ１の電気接触部４を、96.5mass%Sn−3.0mass%Ag−0.5mass%Cuはんだで略半球状に形成し、リフロー処理した後、大気中で放置して徐冷することによって形成したときの電気接触部４の外観をそれぞれ上面及び側面から示したものであり、図３は、この電気接触部４の表層部分から（図2(a)の場合では、電気接触部の頂部から下方に向かう）断面方向にEPMAによる元素分析（マッピング分析）を行ったときの結果である。
【００２３】
また、比較のため、図4(a)及び(b)は、BGAチップの電気接触部を、62mass%Sn−38mass%Pbはんだでバンプを形成し、リフロー処理した後、大気中で放置して徐冷することによって形成したときの従来の電気接触部の外観をそれぞれ上面及び側面から示したものであり、図５は、この電気接触部の表層部分から（図4(a)の場合では、電気接触部の頂部から下方に向かう）を断面方向にEPMAによる元素分析を行ったときの結果である。
【００２４】
この発明に従う電子部品は、図2から、電気接触部の表層部分、より厳密には電気接触部の頂部に位置する表層部分がざらついた表面を有しており、図3の分析結果によって、この表面がSnリッチ層であることがわかる。一方、従来の電子部品は、図４から、電気接触部の表層全体が光沢のある平滑な表面をしており、図５の分析結果によって、この表面と他の電気接触部の部分とでSnとPbの存在割合に差は認められなかった。
【００２５】
次に、図2に示す発明品と図4に示す従来品について、接触抵抗を測定した。図６は、発明品の接触抵抗を測定したときの結果であり、図７は、従来品の接触抵抗を測定したときの結果である。
【００２６】
図6及び図７に示す結果から、発明品は、電気接触部を接触部と繰返し接触させても接触抵抗値に大きなバラツキはなく、しかも、低接触抵抗値（0.45〜0.60Ω）であるのに対し、従来品は、接触抵抗値のばらつきが大きく、かつ、発明品に比べて、1オーダー以上の大きな接触抵抗値であるのがわかる。
【００２７】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、電子部品の電気接触部を、環境上の問題となるPbを含有せず、SnとAgを含有する合金系の表面処理によって形成するので、Pb流出による環境上の問題が生じることがない。また、この発明に従う電子部品の電気接触部は、Sn−Pb系の表面処理によって形成した従来の電子部品の電気接触部に比べて接触抵抗を大幅に低減することができる。加えて、この発明に従う電子部品は、電気接触部を接触部に繰返し接触させた場合にも、接触抵抗のバラツキは小さく、常に低接触抵抗で電気的な導通が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に従う電子部品の代表例であるBGAチップ１の主要部断面図であり、BGAチップをソケットコネクタに装着（嵌合）したときの状態で示してある。
【図２】  この発明のBGAチップの電気接触部の外観を撮影したときの図面代用写真であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図３】  図２の電気接触部を断面方向にEPMAによる元素分析を行ったときの結果である
【図４】  従来のBGAチップの電気接触部の外観を撮影したときの図面代用写真であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図５】  図４の電気接触部を断面方向にEPMAによる元素分析を行ったときの結果である。
【図６】  図２のBGAチップ（発明品）を用いて接触抵抗を測定したときの実験結果である。
【図７】  図４のBGAチップ（従来品）を用いて接触抵抗を測定したときの実験結果である。
【符号の説明】
１ BGAチップ
２ 本電子部品の基板
３ 導体
４ 電気接触部
５ 他の電子部品の基板
６ 導体
７ 保護被覆層
８ 接触部
９ 切り込み部
10 合金層
11 Snリッチ層
12 電気接触部の頂部
13 ソケットコネクタ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004293500.tif 000007
【図３】
0004293500.tif 000008