JP2005167045A - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の無鉛はんだを用いた電子部品におけるチップの電極と基板のパッドとの電気的接続は、温度サイクル試験のような耐環境試験下において、クラックが発生するおそれや経年劣化によってそのクラックが延伸し、電気的接続の断線という不具合が発生するおそれがあった。そのため電気的接続の信頼性をさらに向上させることは容易でないという課題があった。
【解決手段】 基板上にパッドを形成するパッド形成工程、このパッドに開口部を有する孔部を形成する孔部形成工程、前記孔部の開口部を塞ぐように前記パッドに隣接して導電性部材を形成する導電性部材形成工程、前記孔部を除いた前記導電性部材にチップの電極部分を電気的に接続する接続工程、及びこの接続工程後に前記導電性部材を加熱することにより、前記孔部における気体を前記導電性部材に誘導して前記導電性部材の内部に気泡を形成する加熱工程を備えた製造方法により電子部品を得る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子機器及び半導体パッケージなどを含む電子部品及びその製造方法に係り、特に、その電気的接続に関するものである。

従来、電子部品及びその製造方法に関し、その機械的及び電気的接続手段として有鉛はんだが使用されていた。近年、はんだの鉛フリー化への要求が高まり、有鉛はんだの代替材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の無鉛はんだが使用され、一般的には、この無鉛はんだを用いてチップの電極と印刷配線基板のパッドとの間を電気的に接続し、チップの印刷配線基板への固着を行っている。（例えば、特許文献１参照）。

特許第３２２０６３５号（第１図）

しかし、従来のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の無鉛はんだは、有鉛はんだに比べて延性が低いため、無鉛はんだを用いたチップの電極と印刷配線基板のパッドとの電気的接続は、温度サイクル試験のような耐環境試験下において、クラックが発生するおそれや経年劣化によってそのクラックが延伸し、電気的接続の断線という不具合が発生するおそれがあった。そのため、無鉛はんだを用いた電気的接続の信頼性をさらに向上させることは容易でないという課題があった。

また電気的接続の信頼性を確保するために印刷配線基板上に接着樹脂を塗付し、その上にチップを配置して固着強度を増す方法があるが、この方法を実施すると従来の有鉛はんだを用いるよりも製造工程が増え、製造コストが上昇するという課題もあった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、無鉛はんだを用いたチップの電極と印刷配線基板のパッドとの電気的接続において、温度サイクル試験のような耐環境試験や経年劣化によって生じるクラックの延伸を防ぐクラック緩衝ボイドをはんだ内に設けることにより電気的接続の断線という不具合が生じにくい電子部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る電子部品の製造方法は、基板上にパッドを形成するパッド形成工程、このパッドに開口部を有する孔部を形成する孔部形成工程、前記孔部の開口部を塞ぐように前記パッドに隣接して導電性部材を形成する導電性部材形成工程、前記孔部を除いた前記導電性部材にチップの電極部分を電気的に接続する接続工程、及びこの接続工程後に前記導電性部材を加熱することにより、前記孔部における気体を前記導電性部材に誘導して前記導電性部材の内部に気泡を形成する加熱工程を備えた特徴とするものである。

請求項２の発明に係る電子部品の製造方法は、基板上にパッドを形成するパッド形成工程、このパッド上に導電性部材を形成する導電性部材形成工程、チップの切欠き部を設けた電極部分を前記導電性部材に電気的に接続する接続工程、及びこの接続工程後に前記導電性部材を加熱することにより、前記切欠き部における気体を前記導電性部材に誘導して前記導電性部材の内部に気泡を形成する加熱工程を備えた特徴とするものである。

請求項３の発明に係る電子部品は、基板と、この基板上に形成されたパッドと、前記パッド上に配置したチップと、このチップの側部に設けられた電極部分と、前記パッドと前記電極部分の底部及び側部との間に設けられ、前記電極部分の側部における内部に気泡を形成した導電性部材とを備えたことを特徴とするものである。

請求項４の発明に係る電子部品は、基板と、この基板上に形成され、孔部を有するパッドと、前記孔部以外の前記パッド上に電極部分を電気的に接続したチップと、前記孔部上を含む前記パッド上に設けられ、前記孔部上の内部に気泡を形成した導電性部材とを備えたことを特徴とするものである。

請求項５の発明に係る電子部品は、請求項４に記載の電子部品の前記基板に前記孔部に連通した溝部を形成したことを特徴とするものである。

以上のように、請求項１及び２に係る発明によれば、チップの電極と基板のパッドとの電気的接続を導電性部材によって行う工程に、気体を一時保持する機構を設ける工程を追加し、パッドに隣接して導電性部材を形成する工程を、導電性部材を加熱する工程時に気体が導電性部材内で気泡を形成してクラック緩衝ボイドとなるように、パッドに隣接して導電性部材を形成する工程を一部変更したことにより、温度サイクル試験のような耐環境試験や経年劣化によって生じるクラックの延伸を軽減できる電子部品及びその製造方法を得ることができる。

請求項３乃至５に係る発明によれば、基板と、この基板上に形成されたパッドと、前記パッド上に配置したチップと、このチップの側部に設けられた電極部分と、前記パッドと前記電極部分の底部及び側部との間に設けられ、前記電極部分の側部における内部に気泡を形成した導電性部材とを備えたことにより、温度サイクル試験のような耐環境試験や経年劣化によって生じるクラックの延伸を軽減できる電子部品を得ることができる。

実施例１．
以下、この発明の実施例１について図１〜７を用いて説明する。図１は、実施例１による電子部品の構成図であり、図１において１は基板、２は基板２上に形成されたパッド、３はチップ、４はチップ３の端部に設けられた電極部分、５は電極部分４とパッド２を電気的に接続する電気的接続部、６は電気的接続部５内に設けられた気泡（クラック緩衝ボイド）、１０はパッド２と基板１に設けられた孔部及び溝部である。図２は実施例１による電子部品の製造方法の工程図であり、図２において４０は電気的接続部５を構成する導電性部材（はんだ）である。図３は実施例１による電子部品のクラック延伸の緩衝効果説明図である。図３において５０は電気的接続部５に生じたクラックである。図４と５は、実施例１による電子部品のパット２の形状図である。図６は、実施例１による電子部品の構成図であり、図６において７０はピンホールである。図７は、実施例１による電子部品の構成図であり、図７において４１は有機樹脂である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

電子部品の製造方法の工程を図１及び２を用いて説明する。基板１上にパッド２を形成し、孔部及び溝部１０を設ける工程を経て、孔部及び溝部１０を塞ぐようにパッド２に隣接して導電性部材４０を形成する（図２ａ）。孔部及び溝部１０上を除いた導電性部材４０にチップ３の電極部分４を電気的に接続する（図２ｂ）。この接続工程後に導電性部材４０を加熱することにより、孔部及び溝部１０における気体を導電性部材４０に誘導して導電性部材４０の内部に気泡（クラック緩衝ボイド）６を形成する（図２ｃ）。加熱温度は使用する無鉛はんだの融点より約１５℃程上昇させた温度にすること、気泡（クラック緩衝ボイド）６を形成する気体の種類は、空気または不活性ガスにすることが望ましい。また体積は、電気的接続部５の体積の１／２０程度になることが望ましい。気泡（クラック緩衝ボイド）６の体積が、電気的接続部５の体積の１／２０以上になると、接続部の固着強度自体が低下し、１／２０以下になると電気的接続部５に発生したクラックの延伸を抑制する効果が得られにくい。

最適な孔部及び溝部１０の深さは、必要な気泡（クラック緩衝ボイド）６の体積から計算する必要があるが、最大値は基板１の厚みの１／３以下が望ましく、孔部及び溝部１０の内径は、基板１及びパッド２の厚みに関係なく、φ０．１〜φ０．１３ｍｍが望ましい。φ０．１ｍｍ以下の場合は、気泡（クラック緩衝ボイド）６が形成されない。φ０．１３ｍｍ以上の場合は、電気的接続部５の導電性部材４０が十分な量で形成されない不具合が生じる。

次にクラック延伸の緩衝の仕組みについて説明する。図３より電気的接続部５に温度サイクル試験のような耐環境試験や経年劣化よるクラック５０が生じたとき、そのクラックの延伸が気泡（クラック緩衝ボイド）６によって止められるので、それ以上の延伸を軽減できる。

実施例１のパッド２や孔部及び溝部１０は図４乃至６に記載の形状ものでも構わない。図４に記載のパット２の形状は円状で、その場合、パッド２の中心寸法は基板１の板厚に関係なく０．１〜０．３ｍｍが望ましいが、チップ３の電極部分４の寸法に大きく影響するので、中心寸法は最大０．５ｍｍ以下で設計することが望ましい。パッド寸法は中心寸法に加えて最低０．２ｍｍが必要である。

図５に記載のパット２は間隙を設けてパッドを分断した構造で、その場合、間隙寸法は基板１の板厚に関係なく０．２〜０．３ｍｍが望ましいが、チップ３の電極部分４の寸法に大きく影響するので、間隙寸法は最大０．５ｍｍ以下でパッド２を設計することが、より望ましい。製造方法は、間隙及び溝部を塞ぐようにパッド２に隣接して導電性部材４０を形成する。孔部及び溝部１０上を除いた導電性部材４０にチップ３の電極部分４を電気的に接続する。この接続工程後に導電性部材４０を加熱することにより、孔部及び溝部１０における気体を導電性部材４０に誘導して導電性部材４０の内部に気泡（クラック緩衝ボイド）６を形成する。このとき所望の気泡（クラック緩衝ボイド）６の体積から基板１に溝部を設けなればならない場合もある。

また図６より基板１及びパッチ２に設けられた孔部及ぶ溝部１０は以下の条件においては、基板を貫通していてもよい。つまり孔部及び溝部１０をピンホール７０で代用する。基板１の板厚に関係なく、φ０．１〜φ０．１３ｍｍが望ましい。φ０．１ｍｍ以下の場合は、気泡（クラック緩衝ボイド）６が形成できない。φ０．１３ｍｍ以上の場合は、導電性部材が加熱によりピンホール７０から基板１の裏面に流れるために、電気的接続部５が十分な量で形成できない。

更に、図７に示す導電性部材４０は無鉛のはんだではなく、伸び率がＳｎ−Ｐｎ共晶のはんだよりも低い（延性が低い）樹脂を用いても構わない。

実施例２．
この発明の実施例２について図８を用いて説明する。図８は、実施例２による電子部品の構成図であり、図８において３０は電極部分４である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

実施例２の電子部品の製造方法を説明する。まず基板１上にパッド２を形成し、パッド２に隣接して導電性部材４０を形成する。導電性部材４０に部分的に切欠き部３０を設けたチップ３の電極部分４を電気的に接続する。この接続工程後に導電性部材４０を加熱することにより、切欠き部３０における気体を導電性部材４０に誘導して導電性部材４０の内部に気泡（クラック緩衝ボイド）６を形成する。また加熱温度、気体の種類、気泡（クラック緩衝ボイド）６の体積及びクラック延伸の緩衝の仕組みは実施例１と同じである。

実施例２においても図７に示す導電性部材４０は無鉛のはんだではなく、伸び率がＳｎ−Ｐｎ共晶のはんだよりも低い（延性が低い）樹脂を用いても構わない。

この発明の実施例１による電子部品の構成図である。 この発明の実施例１による電子部品の製造方法の工程図である。 この発明の実施例１による電子部品のクラック延伸の緩衝効果説明図である。 この発明の実施例１による電子部品のパットの形状図である。 この発明の実施例１による電子部品のパットの形状図である。 この発明の実施例１による電子部品の構成図である。 この発明の実施例１による電子部品の構成図である。 この発明の実施例２による電子部品の構成図である。

符号の説明

１…基板 ２…パッド ３…チップ ４…電極部分 ５…電気的接続部
６…気泡（クラック緩衝ボイド） １０…孔部及び溝部 ４０…導電性部材
４１…有機樹脂 ５０…クラック ７０…ピンホール

Claims (5)

1. 基板上にパッドを形成するパッド形成工程、このパッドに開口部を有する孔部を形成する孔部形成工程、前記孔部の開口部を塞ぐように前記パッドに隣接して導電性部材を形成する導電性部材形成工程、前記孔部を除いた前記導電性部材にチップの電極部分を電気的に接続する接続工程、及びこの接続工程後に前記導電性部材を加熱することにより、前記孔部における気体を前記導電性部材に誘導して前記導電性部材の内部に気泡を形成する加熱工程を備えた電子部品の製造方法。
2. 基板上にパッドを形成するパッド形成工程、このパッド上に導電性部材を形成する導電性部材形成工程、チップの切欠き部を設けた電極部分を前記導電性部材に電気的に接続する接続工程、及びこの接続工程後に前記導電性部材を加熱することにより、前記切欠き部における気体を前記導電性部材に誘導して前記導電性部材の内部に気泡を形成する加熱工程を備えた電子部品の製造方法。
3. 基板と、この基板上に形成されたパッドと、前記パッド上に配置したチップと、このチップの側部に設けられた電極部分と、前記パッドと前記電極部分の底部及び側部との間に設けられ、前記電極部分の側部における内部に気泡を形成した導電性部材とを備えた電子部品。
4. 基板と、この基板上に形成され、孔部を有するパッドと、前記孔部以外の前記パッド上に電極部分を電気的に接続したチップと、前記孔部上を含む前記パッド上に設けられ、前記孔部上の内部に気泡を形成した導電性部材とを備えた電子部品。
5. 前記基板に前記孔部に連通した溝部を形成した請求項４に記載の電子部品。
   
   

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