JP2003290974A - 電子回路装置の接合構造及びそれに用いる電子部品 - Google Patents
電子回路装置の接合構造及びそれに用いる電子部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 無電解めっき法で形成したＮｉ電極材料の拡
散抑制効果が高く、接合信頼性を確保でき、更に低温で
の接合も可能にする電子回路装置の接合構造を提供する
こと。 【解決手段】 回路基板上の接続電極とこの基板に実装
された電子部品上の接続端子電極とがＳｎ系はんだによ
って電気的に接続された電子回路装置の接合構造におけ
る接合部を、Ｓｎのほかに、Ｂｉを３０〜６０ｗｔ％、
Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そしてＺｎを０．１〜２ｗｔ
％含むはんだから形成するようにする。このはんだは更
に、Ａｇを０．５〜３ｗｔ％含むこともできる。
散抑制効果が高く、接合信頼性を確保でき、更に低温で
の接合も可能にする電子回路装置の接合構造を提供する
こと。 【解決手段】 回路基板上の接続電極とこの基板に実装
された電子部品上の接続端子電極とがＳｎ系はんだによ
って電気的に接続された電子回路装置の接合構造におけ
る接合部を、Ｓｎのほかに、Ｂｉを３０〜６０ｗｔ％、
Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そしてＺｎを０．１〜２ｗｔ
％含むはんだから形成するようにする。このはんだは更
に、Ａｇを０．５〜３ｗｔ％含むこともできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板上の接続
電極と半導体チップ等の電子部品上の接続端子電極とが
Ｓｎ系のはんだにより電気的に接続された電子回路装置
における接合構造に関する。
電極と半導体チップ等の電子部品上の接続端子電極とが
Ｓｎ系のはんだにより電気的に接続された電子回路装置
における接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体素子等の電子部品の電気
的、機械的接合には、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ（Ｓｎ−３
７Ｐｂ、融点１８３℃）が一般的に用いられてきた。ま
た、これら電子部品と接合する回路基板等の電極材料に
は、主にＣｕが用いられてきたが、電極材料拡散による
接合部の信頼性低下を抑制するため、Ｃｕ電極面上にＮ
ｉのバリア層を形成するものが主流となっている。Ｓｎ
−Ｐｂ共晶はんだとＮｉバリア層を設けたＣｕ電極のこ
の組み合わせによって、電気的、機械的にも信頼性の高
い接合部が形成されている。
的、機械的接合には、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ（Ｓｎ−３
７Ｐｂ、融点１８３℃）が一般的に用いられてきた。ま
た、これら電子部品と接合する回路基板等の電極材料に
は、主にＣｕが用いられてきたが、電極材料拡散による
接合部の信頼性低下を抑制するため、Ｃｕ電極面上にＮ
ｉのバリア層を形成するものが主流となっている。Ｓｎ
−Ｐｂ共晶はんだとＮｉバリア層を設けたＣｕ電極のこ
の組み合わせによって、電気的、機械的にも信頼性の高
い接合部が形成されている。
【０００３】近年、環境への影響の点から、Ｐｂを含ま
ないはんだ（Ｐｂフリーはんだ）の使用が要求されてい
る。Ｐｂフリーはんだは、組成のほとんどがＳｎであ
り、それゆえＳｎ量が多いため、Ｃｕなどの電極材料の
はんだ側への拡散について、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと比
較して拡散量が大きくなる問題が顕在化してきた。更
に、最近では、バリア層のＮｉに関しても、主としてコ
ストダウンのため、無電解めっきで形成することが多く
なってきた。無電解めっきで形成したＮｉは従来の電解
めっきで形成したＮｉと比較して拡散しやすくなるた
め、はんだ溶融時の拡散を抑制する必要が新たにでてき
ている。
ないはんだ（Ｐｂフリーはんだ）の使用が要求されてい
る。Ｐｂフリーはんだは、組成のほとんどがＳｎであ
り、それゆえＳｎ量が多いため、Ｃｕなどの電極材料の
はんだ側への拡散について、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだと比
較して拡散量が大きくなる問題が顕在化してきた。更
に、最近では、バリア層のＮｉに関しても、主としてコ
ストダウンのため、無電解めっきで形成することが多く
なってきた。無電解めっきで形成したＮｉは従来の電解
めっきで形成したＮｉと比較して拡散しやすくなるた
め、はんだ溶融時の拡散を抑制する必要が新たにでてき
ている。
【０００４】また、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだよりも更に低
融点のＳｎ−Ｂｉ合金はんだは、Ｓｎに対してＢｉを添
加することによって、５８重量％添加時では融点が１３
７℃まで低下し、低いはんだ付け温度で接合が可能とな
る。このため、同時に実装される熱容量の大きい部品の
実装に使用することによって、耐熱性の低い部品に対し
て、熱損傷を与えず実装することが可能となる。
融点のＳｎ−Ｂｉ合金はんだは、Ｓｎに対してＢｉを添
加することによって、５８重量％添加時では融点が１３
７℃まで低下し、低いはんだ付け温度で接合が可能とな
る。このため、同時に実装される熱容量の大きい部品の
実装に使用することによって、耐熱性の低い部品に対し
て、熱損傷を与えず実装することが可能となる。
【０００５】Ｂｉを含むはんだの特徴として、硬くてク
リープ変形がしにくく、はんだで応力を吸収する許容量
が少ないことが挙げられるが、半導体チップ等の電子部
品をパッケージ基板に実装する１次実装では、電子部品
と基板間をアンダーフィル樹脂で充填する技術が使用さ
れ、問題が少なくなってきている。しかし、このような
Ｂｉ量の多い組成のはんだ材料は、低融点であるゆえ、
１次実装を済ませたパッケージを回路基板へ実装する２
次実装時において、１次実装側の接合部が溶融してしま
うため、電極材料の拡散による信頼性の低下が懸念さ
れ、実際には１次実装には使用することがむずかしかっ
た。また、２次実装において用いる場合、クリープ変形
が少ないことから、熱サイクル試験に対する信頼性は従
来のＳｎ−Ｐｂより高い。しかし、電極材料の拡散の問
題により接合界面強度が低下するため、電極材料の拡散
抑制が必要とされている。
リープ変形がしにくく、はんだで応力を吸収する許容量
が少ないことが挙げられるが、半導体チップ等の電子部
品をパッケージ基板に実装する１次実装では、電子部品
と基板間をアンダーフィル樹脂で充填する技術が使用さ
れ、問題が少なくなってきている。しかし、このような
Ｂｉ量の多い組成のはんだ材料は、低融点であるゆえ、
１次実装を済ませたパッケージを回路基板へ実装する２
次実装時において、１次実装側の接合部が溶融してしま
うため、電極材料の拡散による信頼性の低下が懸念さ
れ、実際には１次実装には使用することがむずかしかっ
た。また、２次実装において用いる場合、クリープ変形
が少ないことから、熱サイクル試験に対する信頼性は従
来のＳｎ−Ｐｂより高い。しかし、電極材料の拡散の問
題により接合界面強度が低下するため、電極材料の拡散
抑制が必要とされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極材料、
特に無電解めっき法で形成したＮｉ電極材料の拡散抑制
効果が高く、接合信頼性を確保でき、更に低温での接合
も可能にする電子回路装置の接合構造を提供するのを目
的とする。
特に無電解めっき法で形成したＮｉ電極材料の拡散抑制
効果が高く、接合信頼性を確保でき、更に低温での接合
も可能にする電子回路装置の接合構造を提供するのを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者は、無電解Ｎｉ電
極の液層拡散（溶食）を抑制するための種々の試みを通
じて、Ｚｎの添加によるＺｎ−Ｎｉバリア層の形成が有
効であること、そして電極拡散抑制効果は１ｗｔ％程度
のＺｎ添加量から発現することを見いだした。しかし、
１ｗｔ％以上添加すると、界面でＺｎ−Ｎｉ層は形成さ
れるが、その層は不均一で、はんだ中には界面で反応し
なかった過剰なＺｎが針状として析出してくることもわ
かった。そこで、ＺｎはＣｕとの反応性が高いことに着
目し、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだにＺｎを添加する際に、Ｎｉ
電極界面にＳｎＣｕＮｉ化合物を形成できるＣｕをはん
だ材料に同時に添加することによって、はんだ中ではＺ
ｎがＣｕと化合物を形成して存在することになり、はん
だ付け後のＮｉ電極界面に安定したＺｎＮｉＣｕ（Ｓ
ｎ）層が形成されることを突き止め、本発明を完成する
に至った。
極の液層拡散（溶食）を抑制するための種々の試みを通
じて、Ｚｎの添加によるＺｎ−Ｎｉバリア層の形成が有
効であること、そして電極拡散抑制効果は１ｗｔ％程度
のＺｎ添加量から発現することを見いだした。しかし、
１ｗｔ％以上添加すると、界面でＺｎ−Ｎｉ層は形成さ
れるが、その層は不均一で、はんだ中には界面で反応し
なかった過剰なＺｎが針状として析出してくることもわ
かった。そこで、ＺｎはＣｕとの反応性が高いことに着
目し、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだにＺｎを添加する際に、Ｎｉ
電極界面にＳｎＣｕＮｉ化合物を形成できるＣｕをはん
だ材料に同時に添加することによって、はんだ中ではＺ
ｎがＣｕと化合物を形成して存在することになり、はん
だ付け後のＮｉ電極界面に安定したＺｎＮｉＣｕ（Ｓ
ｎ）層が形成されることを突き止め、本発明を完成する
に至った。
【０００８】すなわち、本発明が提供する電子回路装置
の接合構造は、回路基板上の接続電極とこの基板に実装
された電子部品上の接続端子電極とがＳｎ系はんだによ
って電気的に接続された電子回路装置の接合構造であっ
て、接合部を形成するはんだ組成が、Ｓｎのほかに、Ｂ
ｉを３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そし
てＺｎを０．１〜２ｗｔ％含むことを特徴とする。前記
接合部のはんだ組成は更に、Ａｇを０．５〜３ｗｔ％含
むことができる。
の接合構造は、回路基板上の接続電極とこの基板に実装
された電子部品上の接続端子電極とがＳｎ系はんだによ
って電気的に接続された電子回路装置の接合構造であっ
て、接合部を形成するはんだ組成が、Ｓｎのほかに、Ｂ
ｉを３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そし
てＺｎを０．１〜２ｗｔ％含むことを特徴とする。前記
接合部のはんだ組成は更に、Ａｇを０．５〜３ｗｔ％含
むことができる。
【０００９】本発明によれば、上記の接合構造の形成に
使用することができる電子部品であり、回路基板などへ
の接続用の接続端子電極上に、例えばはんだボールなど
から形成したＳｎ系はんだの突起を備えた電子部品であ
って、接続端子電極の少なくとも表層がＮｉで形成され
ており、そして上記Ｓｎ系はんだが、Ｓｎのほかに、Ｂ
ｉを３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そし
てＺｎを０．１〜２ｗｔ％含むはんだであることを特徴
とする電子部品も提供される。
使用することができる電子部品であり、回路基板などへ
の接続用の接続端子電極上に、例えばはんだボールなど
から形成したＳｎ系はんだの突起を備えた電子部品であ
って、接続端子電極の少なくとも表層がＮｉで形成され
ており、そして上記Ｓｎ系はんだが、Ｓｎのほかに、Ｂ
ｉを３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そし
てＺｎを０．１〜２ｗｔ％含むはんだであることを特徴
とする電子部品も提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の電子回路装置の接合構造
は、電子部品の接続端子電極と回路基板の接続電極とを
はんだ材料を介し電気的に接続したものである。電子部
品の代表例としては、半導体チップを始め、ＢＧＡ（ボ
ールグリッドアレイ）あるいはＣＳＰ（チップスケール
パッケージ）として知られるようなパッケージ型のもの
を挙げることができる。回路基板の代表例は、プリント
配線基板である。
は、電子部品の接続端子電極と回路基板の接続電極とを
はんだ材料を介し電気的に接続したものである。電子部
品の代表例としては、半導体チップを始め、ＢＧＡ（ボ
ールグリッドアレイ）あるいはＣＳＰ（チップスケール
パッケージ）として知られるようなパッケージ型のもの
を挙げることができる。回路基板の代表例は、プリント
配線基板である。
【００１１】電子部品の接続端子電極と回路基板の接続
電極の少なくとも一方は、全体をＮｉ材料で形成された
電極でもよく、あるいは表層がＮｉで形成されていてこ
の表層の下に例えばＣｕなどで形成した下層のある多層
構造の電極でもよく、またＮｉ電極上に、はんだ付け向
上のためＡｕ層を形成するものが一般的である。以下の
説明ではこれらを総称してＮｉ電極と呼ぶこともある。
本発明は、このＮｉ電極あるいはＮｉの表層が、電解め
っき法で形成したものに比べ緻密さに欠け、従ってはん
だ溶融時により拡散しやすい、無電解めっき法で形成さ
れたものであるときに、特に有効である。
電極の少なくとも一方は、全体をＮｉ材料で形成された
電極でもよく、あるいは表層がＮｉで形成されていてこ
の表層の下に例えばＣｕなどで形成した下層のある多層
構造の電極でもよく、またＮｉ電極上に、はんだ付け向
上のためＡｕ層を形成するものが一般的である。以下の
説明ではこれらを総称してＮｉ電極と呼ぶこともある。
本発明は、このＮｉ電極あるいはＮｉの表層が、電解め
っき法で形成したものに比べ緻密さに欠け、従ってはん
だ溶融時により拡散しやすい、無電解めっき法で形成さ
れたものであるときに、特に有効である。
【００１２】本発明の接合構造における電子部品の接続
端子電極と回路基板の接続電極との接合部は、Ｓｎを含
むはんだによって形成されていて、この接合部のはんだ
組成は、Ｓｎのほかに、Ｂｉを３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕ
を０．５〜２ｗｔ％、そしてＺｎを０．１〜２ｗｔ％含
む。Ｂｉが３０ｗｔ％より少ない場合、はんだの液相線
温度が高くなり、融点が上昇するので好ましくない。Ｂ
ｉ濃度が６０ｗｔ％を超えると、はんだが硬くなり、接
合後の信頼性が低下する。Ｃｕが０．５ｗｔ％未満で
は、Ｃｕの添加によるＮｉの拡散抑制効果を確保でき
ず、２ｗｔ％を超えるとはんだの融点が上昇するので好
ましくない。Ｚｎが０．１ｗｔ％の場合も、Ｚｎの添加
によるＮｉの拡散抑制効果を確保できず、またＺｎが２
ｗｔ％を超えると、酸化されやすいＺｎ成分がはんだ表
面の酸化の問題を引き起こす基になるので好ましくな
い。なお、このはんだ組成には、これらの必須成分のほ
かに、製造原料や製造工程に由来する不可避的不純物が
含まれることもある。
端子電極と回路基板の接続電極との接合部は、Ｓｎを含
むはんだによって形成されていて、この接合部のはんだ
組成は、Ｓｎのほかに、Ｂｉを３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕ
を０．５〜２ｗｔ％、そしてＺｎを０．１〜２ｗｔ％含
む。Ｂｉが３０ｗｔ％より少ない場合、はんだの液相線
温度が高くなり、融点が上昇するので好ましくない。Ｂ
ｉ濃度が６０ｗｔ％を超えると、はんだが硬くなり、接
合後の信頼性が低下する。Ｃｕが０．５ｗｔ％未満で
は、Ｃｕの添加によるＮｉの拡散抑制効果を確保でき
ず、２ｗｔ％を超えるとはんだの融点が上昇するので好
ましくない。Ｚｎが０．１ｗｔ％の場合も、Ｚｎの添加
によるＮｉの拡散抑制効果を確保できず、またＺｎが２
ｗｔ％を超えると、酸化されやすいＺｎ成分がはんだ表
面の酸化の問題を引き起こす基になるので好ましくな
い。なお、このはんだ組成には、これらの必須成分のほ
かに、製造原料や製造工程に由来する不可避的不純物が
含まれることもある。
【００１３】接合部のはんだ組成は、上記の必須成分の
ほかに、０．５〜３ｗｔ％のＡｇを含んでもよい。適量
のＡｇを添加したはんだは延性が向上し、またＡｇは、
余分なＺｎと反応するＺｎトラップとして働いて、酸化
の原因になりかねないＺｎのはんだ表面への移動を未然
に防止することができる。Ａｇ添加量が０．５ｗｔ％未
満では、その添加の効果が現れず、３ｗｔ％を超えると
はんだの融点が上昇し、また粗大なＡｇ−Ｚｎ化合物又
はＡｇ−Ｓｎ化合物ができてはんだの特性を低下させる
ので好ましくない。
ほかに、０．５〜３ｗｔ％のＡｇを含んでもよい。適量
のＡｇを添加したはんだは延性が向上し、またＡｇは、
余分なＺｎと反応するＺｎトラップとして働いて、酸化
の原因になりかねないＺｎのはんだ表面への移動を未然
に防止することができる。Ａｇ添加量が０．５ｗｔ％未
満では、その添加の効果が現れず、３ｗｔ％を超えると
はんだの融点が上昇し、また粗大なＡｇ−Ｚｎ化合物又
はＡｇ−Ｓｎ化合物ができてはんだの特性を低下させる
ので好ましくない。
【００１４】このように、本発明の接合構造における接
合部は、Ｓｎ及びＢｉを主体とするはんだ材料に、Ｚ
ｎ、Ｃｕを添加し、Ｎｉ電極の、特に無電解めっき法に
より形成したＮｉ電極の拡散を抑制したものである。電
極のＮｉ材料と反応してＺｎ−Ｎｉバリア層を形成する
Ｚｎの添加と同時に、有効量のＣｕを添加することによ
って、Ｎｉ電極界面に安定した拡散抑制バリア層を形成
し、電極材料の拡散を低減できる。
合部は、Ｓｎ及びＢｉを主体とするはんだ材料に、Ｚ
ｎ、Ｃｕを添加し、Ｎｉ電極の、特に無電解めっき法に
より形成したＮｉ電極の拡散を抑制したものである。電
極のＮｉ材料と反応してＺｎ−Ｎｉバリア層を形成する
Ｚｎの添加と同時に、有効量のＣｕを添加することによ
って、Ｎｉ電極界面に安定した拡散抑制バリア層を形成
し、電極材料の拡散を低減できる。
【００１５】この接合部は、上述の組成のはんだを使用
して形成することができる。この場合、接合時すなわち
はんだ溶融時に、はんだと電極との界面にＣｕＺｎＮｉ
層が形成される。この層は、はんだ中のＺｎ、Ｃｕ成分
と電極のＮｉとの反応により主として形成されるもので
あるが、はんだ中のＳｎ成分が若干見いだされることも
ある。そのため、この明細書では、接合後のはんだと電
極との界面の拡散抑制層（バリア層）を、ＣｕＺｎＮｉ
（Ｓｎ）層と表記することもある。
して形成することができる。この場合、接合時すなわち
はんだ溶融時に、はんだと電極との界面にＣｕＺｎＮｉ
層が形成される。この層は、はんだ中のＺｎ、Ｃｕ成分
と電極のＮｉとの反応により主として形成されるもので
あるが、はんだ中のＳｎ成分が若干見いだされることも
ある。そのため、この明細書では、接合後のはんだと電
極との界面の拡散抑制層（バリア層）を、ＣｕＺｎＮｉ
（Ｓｎ）層と表記することもある。
【００１６】本発明の接続構造における接合部は、Ｚ
ｎ、Ｃｕを添加したＳｎ−Ｂｉ系はんだ材料を電極表面
に予め、例えば印刷法によって、少量供給し、次いで加
熱により電極上に薄くＣｕＺｎＮｉ（Ｓｎ）層を形成し
ておき、その後この電極上に形成したＳｎ−Ｂｉ系はん
だボール（その組成は、ＣｕＺｎＮｉ（Ｓｎ）層の形成
に用いたものと同じであってもよく、あるいは異なって
いてもよい）を使用することによって形成することも可
能である。この場合には、ＣｕＺｎＮｉ（Ｓｎ）層によ
る拡散抑制効果を確保したまま、はんだ中のＺｎ濃度を
より低く抑えることができ、それにより接合の際のぬれ
性を確保することが可能である。
ｎ、Ｃｕを添加したＳｎ−Ｂｉ系はんだ材料を電極表面
に予め、例えば印刷法によって、少量供給し、次いで加
熱により電極上に薄くＣｕＺｎＮｉ（Ｓｎ）層を形成し
ておき、その後この電極上に形成したＳｎ−Ｂｉ系はん
だボール（その組成は、ＣｕＺｎＮｉ（Ｓｎ）層の形成
に用いたものと同じであってもよく、あるいは異なって
いてもよい）を使用することによって形成することも可
能である。この場合には、ＣｕＺｎＮｉ（Ｓｎ）層によ
る拡散抑制効果を確保したまま、はんだ中のＺｎ濃度を
より低く抑えることができ、それにより接合の際のぬれ
性を確保することが可能である。
【００１７】
【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する
が、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
が、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００１８】（実施例１）ガラスエポキシ基板（ＦＲ−
４相当）上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７
ｍｍの電極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５７Ｂｉ−
１Ｚｎ−０．５Ｃｕはんだボールを搭載し、そしてこの
基板を２００℃のホットプレート上で１５分保持した。
基板を室温まで冷却後、電極とはんだボールとの接合部
を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と電子プローブ微量分析
計（ＥＰＭＡ）で調べて、電極の無電解Ｎｉの拡散がほ
とんどない良好な接合部が得られたことを確認した。
４相当）上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７
ｍｍの電極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５７Ｂｉ−
１Ｚｎ−０．５Ｃｕはんだボールを搭載し、そしてこの
基板を２００℃のホットプレート上で１５分保持した。
基板を室温まで冷却後、電極とはんだボールとの接合部
を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と電子プローブ微量分析
計（ＥＰＭＡ）で調べて、電極の無電解Ｎｉの拡散がほ
とんどない良好な接合部が得られたことを確認した。
【００１９】直径０．４５ｍｍの上記組成のはんだボー
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４ガラ
スエポキシ基板に実装し、−２５℃から１２５℃までの
温度サイクル試験を１０００サイクルまで行ったが、接
合不良は発生しなかった。
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４ガラ
スエポキシ基板に実装し、−２５℃から１２５℃までの
温度サイクル試験を１０００サイクルまで行ったが、接
合不良は発生しなかった。
【００２０】（実施例２）ＦＲ−４ガラスエポキシ基板
上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍの電
極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５７Ｂｉ−１Ｚｎ−
０．５Ｃｕ−１Ａｇはんだボールを搭載し、２００℃の
ホットプレート上で基板を１５分保持した。基板を室温
まで冷却後、ＳＥＭとＥＰＭＡで調べて、電極の無電解
Ｎｉの拡散がほとんどない良好な接合部が得られたこと
を確認した。
上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍの電
極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５７Ｂｉ−１Ｚｎ−
０．５Ｃｕ−１Ａｇはんだボールを搭載し、２００℃の
ホットプレート上で基板を１５分保持した。基板を室温
まで冷却後、ＳＥＭとＥＰＭＡで調べて、電極の無電解
Ｎｉの拡散がほとんどない良好な接合部が得られたこと
を確認した。
【００２１】直径０．４５ｍｍの上記組成のはんだボー
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４ガラ
スエポキシ基板に実装し、−２５℃から１２５℃までの
温度サイクル試験を１０００サイクルまで行ったが、接
合不良は発生しなかった。
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４ガラ
スエポキシ基板に実装し、−２５℃から１２５℃までの
温度サイクル試験を１０００サイクルまで行ったが、接
合不良は発生しなかった。
【００２２】（実施例３）ＦＲ−４ガラスエポキシ基板
上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍの電
極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５０Ｂｉ−１Ｚｎ−
０．７Ｃｕ−０．５Ａｇはんだボールを搭載し、２００
℃のホットプレート上で基板を１５分保持した。基板を
室温まで冷却後、ＳＥＭとＥＰＭＡで調べて、電極の無
電解Ｎｉの拡散がほとんどない良好な接合部が得られた
ことを確認した。
上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍの電
極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５０Ｂｉ−１Ｚｎ−
０．７Ｃｕ−０．５Ａｇはんだボールを搭載し、２００
℃のホットプレート上で基板を１５分保持した。基板を
室温まで冷却後、ＳＥＭとＥＰＭＡで調べて、電極の無
電解Ｎｉの拡散がほとんどない良好な接合部が得られた
ことを確認した。
【００２３】直径０．４５ｍｍの上記組成のはんだボー
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４基板
に実装し、−２５℃から１２５℃の温度サイクル試験を
１０００サイクルまで行ったが、接合不良は発生しなか
った。
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４基板
に実装し、−２５℃から１２５℃の温度サイクル試験を
１０００サイクルまで行ったが、接合不良は発生しなか
った。
【００２４】（実施例４）ＦＲ−４ガラスエポキシ基板
上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍの電
極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５０Ｂｉ−１Ｚｎ−
０．５Ｃｕ−０．５Ａｇはんだボールを搭載し、２００
℃のホットプレート上で基板を１５分保持した。基板を
室温まで冷却後、ＳＥＭとＥＰＭＡで調べて、電極の無
電解Ｎｉの拡散がほとんどない良好な接合部が得られた
ことを確認した。
上に無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍの電
極上に、直径０．７６ｍｍのＳｎ−５０Ｂｉ−１Ｚｎ−
０．５Ｃｕ−０．５Ａｇはんだボールを搭載し、２００
℃のホットプレート上で基板を１５分保持した。基板を
室温まで冷却後、ＳＥＭとＥＰＭＡで調べて、電極の無
電解Ｎｉの拡散がほとんどない良好な接合部が得られた
ことを確認した。
【００２５】直径０．４５ｍｍの上記組成のはんだボー
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４基板
に実装し、−２５℃から１２５℃の温度サイクル試験を
１０００サイクルまで行ったが、接合不良は発生しなか
った。
ルのついた０．８ｍｍピッチのＢＧＡを、ＦＲ−４基板
に実装し、−２５℃から１２５℃の温度サイクル試験を
１０００サイクルまで行ったが、接合不良は発生しなか
った。
【００２６】表１にまとめて示すように、実施例１〜４
における温度サイクル試験結果は、基準としてのＳｎ−
３７Ｐｂ共晶はんだの温度サイクル試験結果と同等であ
った。
における温度サイクル試験結果は、基準としてのＳｎ−
３７Ｐｂ共晶はんだの温度サイクル試験結果と同等であ
った。
【００２７】
【表１】
【００２８】（実施例５）表２に示す組成の各種はんだ
について、電極材料の無電解Ｎｉの液相拡散による電極
減少膜厚の測定により、接合部の信頼性の評価を行っ
た。
について、電極材料の無電解Ｎｉの液相拡散による電極
減少膜厚の測定により、接合部の信頼性の評価を行っ
た。
【００２９】
【表２】
【００３０】そのために、実施例１〜４で作製したのと
同様の、無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍ
の電極上に直径０．７６ｍｍのはんだボールを搭載した
ＦＲ−４ガラスエポキシ基板について、２５０℃のホッ
トプレート上での保持時間と電極のＮｉ減少膜厚との関
係を調べた。その結果を図１に示す。
同様の、無電解Ｎｉめっき法で形成した直径０．７ｍｍ
の電極上に直径０．７６ｍｍのはんだボールを搭載した
ＦＲ−４ガラスエポキシ基板について、２５０℃のホッ
トプレート上での保持時間と電極のＮｉ減少膜厚との関
係を調べた。その結果を図１に示す。
【００３１】図１のグラフから明らかなように、実施例
２と同じ組成のＳＢＡＣＺはんだを用いた場合の減少膜
厚が一番少なく、例えば保持時間１０分について見れ
ば、従来のＳｎ−３７Ｐｂはんだ（共晶はんだ）を用い
た場合に比べてもＮｉ電極膜厚の減少が３０％ほど抑制
されており、それに応じて接合部の信頼性の向上するこ
とが示された。
２と同じ組成のＳＢＡＣＺはんだを用いた場合の減少膜
厚が一番少なく、例えば保持時間１０分について見れ
ば、従来のＳｎ−３７Ｐｂはんだ（共晶はんだ）を用い
た場合に比べてもＮｉ電極膜厚の減少が３０％ほど抑制
されており、それに応じて接合部の信頼性の向上するこ
とが示された。
【００３２】本発明は、以上説明したとおりであるが、
その特徴を種々の態様ととも付記すれば、次のとおりで
ある。 （付記１）回路基板上の接続電極とこの基板に実装され
た電子部品の接続端子電極とがＳｎ系はんだによって電
気的に接続された電子回路装置の接合構造であって、接
合部を形成するはんだ組成が、Ｓｎのほかに、Ｂｉを３
０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そしてＺｎ
を０．１〜２ｗｔ％含むことを特徴とする電子回路装置
の接合構造。（１） （付記２）前記はんだ組成がＡｇを０．５〜３ｗｔ％更
に含む、付記１記載の電子回路装置の接合構造。（２） （付記３）前記電子部品の接続端子電極と前記回路基板
の接続電極のうちの少なくとも一方が、少なくともその
表層がＮｉで形成されている電極である、付記１又は２
記載の電子回路装置の接合構造。 （付記４）前記表層のＮｉが無電解めっき法により形成
されている、付記３記載の電子回路装置の接合構造。 （付記５）前記接合部が、前記組成のはんだを使用して
形成されている、付記３又は４記載の電子回路装置の接
合構造。 （付記６）前記接合部が、前記電極の表層のＮｉ上に予
め形成したＣｕＮｉＺｎ層の上に前記組成のはんだを使
用して形成されている、付記３又は４記載の電子回路装
置の接合構造。 （付記７）前記電子部品が半導体チップ、ＢＧＡ（ボー
ルグリッドアレイ）又はＣＳＰ（チップスケールパッケ
ージ）である、付記１から６までのいずれか一つに記載
の電子回路装置の接合構造。 （付記８）回路基板などへの接続用の接続端子電極上に
形成したＳｎ系はんだの突起を備えた電子部品であっ
て、接続端子電極の少なくとも表層がＮｉで形成されて
おり、そして上記Ｓｎ系はんだが、Ｓｎのほかに、Ｂｉ
を３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そして
Ｚｎを０．１〜２ｗｔ％含むはんだであることを特徴と
する電子部品。（３） （付記９）前記はんだがＡｇを０．５〜３ｗｔ％更に含
む、付記８記載の電子部品。（４） （付記１０）前記表層のＮｉが無電解めっき法により形
成されていて、前記Ｓｎ系はんだの突起が、該表層のＮ
ｉ上に予め形成したＣｕＮｉＺｎ層の上に前記組成のは
んだから形成されている、付記８又は９記載の電子部
品。 （付記１１）前記電子部品が半導体チップ、ＢＧＡ（ボ
ールグリッドアレイ）又はＣＳＰ（チップスケールパッ
ケージ）である、付記８から１０までのいずれか一つに
記載の電子部品。（５）
その特徴を種々の態様ととも付記すれば、次のとおりで
ある。 （付記１）回路基板上の接続電極とこの基板に実装され
た電子部品の接続端子電極とがＳｎ系はんだによって電
気的に接続された電子回路装置の接合構造であって、接
合部を形成するはんだ組成が、Ｓｎのほかに、Ｂｉを３
０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そしてＺｎ
を０．１〜２ｗｔ％含むことを特徴とする電子回路装置
の接合構造。（１） （付記２）前記はんだ組成がＡｇを０．５〜３ｗｔ％更
に含む、付記１記載の電子回路装置の接合構造。（２） （付記３）前記電子部品の接続端子電極と前記回路基板
の接続電極のうちの少なくとも一方が、少なくともその
表層がＮｉで形成されている電極である、付記１又は２
記載の電子回路装置の接合構造。 （付記４）前記表層のＮｉが無電解めっき法により形成
されている、付記３記載の電子回路装置の接合構造。 （付記５）前記接合部が、前記組成のはんだを使用して
形成されている、付記３又は４記載の電子回路装置の接
合構造。 （付記６）前記接合部が、前記電極の表層のＮｉ上に予
め形成したＣｕＮｉＺｎ層の上に前記組成のはんだを使
用して形成されている、付記３又は４記載の電子回路装
置の接合構造。 （付記７）前記電子部品が半導体チップ、ＢＧＡ（ボー
ルグリッドアレイ）又はＣＳＰ（チップスケールパッケ
ージ）である、付記１から６までのいずれか一つに記載
の電子回路装置の接合構造。 （付記８）回路基板などへの接続用の接続端子電極上に
形成したＳｎ系はんだの突起を備えた電子部品であっ
て、接続端子電極の少なくとも表層がＮｉで形成されて
おり、そして上記Ｓｎ系はんだが、Ｓｎのほかに、Ｂｉ
を３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そして
Ｚｎを０．１〜２ｗｔ％含むはんだであることを特徴と
する電子部品。（３） （付記９）前記はんだがＡｇを０．５〜３ｗｔ％更に含
む、付記８記載の電子部品。（４） （付記１０）前記表層のＮｉが無電解めっき法により形
成されていて、前記Ｓｎ系はんだの突起が、該表層のＮ
ｉ上に予め形成したＣｕＮｉＺｎ層の上に前記組成のは
んだから形成されている、付記８又は９記載の電子部
品。 （付記１１）前記電子部品が半導体チップ、ＢＧＡ（ボ
ールグリッドアレイ）又はＣＳＰ（チップスケールパッ
ケージ）である、付記８から１０までのいずれか一つに
記載の電子部品。（５）
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｓｎ系はんだで懸念されている無電解Ｎｉの溶食を、従
来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いた場合と同等以下にで
き、接合信頼性も同等に確保することができる。このよ
うにして、コスト的に有利な無電解Ｎｉの使用が可能と
なり、また、低融点のＳｎ−Ｂｉ合金の短所でもある溶
食を抑制することによって低温接合も可能となる。
Ｓｎ系はんだで懸念されている無電解Ｎｉの溶食を、従
来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いた場合と同等以下にで
き、接合信頼性も同等に確保することができる。このよ
うにして、コスト的に有利な無電解Ｎｉの使用が可能と
なり、また、低融点のＳｎ−Ｂｉ合金の短所でもある溶
食を抑制することによって低温接合も可能となる。
【図１】各種はんだ材料について調べたホットプレート
上での基板保持時間と電極のＮｉ減少膜厚との関係を示
すグラフである。
上での基板保持時間と電極のＮｉ減少膜厚との関係を示
すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 23/12 ５０１ Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０３Ｂ
Claims (5)
- 【請求項１】 回路基板上の接続電極とこの基板に実装
された電子部品の接続端子電極とがＳｎ系はんだによっ
て電気的に接続された電子回路装置の接合構造であっ
て、接合部を形成するはんだ組成が、Ｓｎのほかに、Ｂ
ｉを３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そし
てＺｎを０．１〜２ｗｔ％含むことを特徴とする電子回
路装置の接合構造。 - 【請求項２】 前記はんだ組成がＡｇを０．５〜３ｗｔ
％更に含む、請求項１記載の電子回路装置の接合構造。 - 【請求項３】 回路基板への接続用の接続端子電極上に
形成したＳｎ系はんだの突起を備えた電子部品であっ
て、接続端子電極の少なくとも表層がＮｉで形成されて
おり、そして上記Ｓｎ系はんだが、Ｓｎのほかに、Ｂｉ
を３０〜６０ｗｔ％、Ｃｕを０．５〜２ｗｔ％、そして
Ｚｎを０．１〜２ｗｔ％含むはんだであることを特徴と
する電子部品。 - 【請求項４】 前記はんだがＡｇを０．５〜３ｗｔ％更
に含む、請求項３記載の電子部品。 - 【請求項５】 前記電子部品が半導体チップ、ボールグ
リッドアレイ、又はチップスケールパッケージである、
請求項３又は４記載の電子部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002092731A JP2003290974A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 電子回路装置の接合構造及びそれに用いる電子部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002092731A JP2003290974A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 電子回路装置の接合構造及びそれに用いる電子部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003290974A true JP2003290974A (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=29237475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002092731A Withdrawn JP2003290974A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 電子回路装置の接合構造及びそれに用いる電子部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003290974A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008072006A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Toyota Central R&D Labs Inc | 接合体 |
| JP2010129664A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Fujitsu Ltd | 電子装置及びその製造方法 |
| CN101767253A (zh) * | 2008-12-26 | 2010-07-07 | Nec照明株式会社 | 冷阴极荧光灯的引线用焊料、冷阴极荧光灯的引线及其连接 |
| JP2011238720A (ja) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Ｂｉ系はんだ接合用の電子部品と基板及び電子部品実装基板 |
| JP2013219118A (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池およびその製造方法 |
| WO2014002283A1 (ja) * | 2012-06-30 | 2014-01-03 | 千住金属工業株式会社 | 鉛フリーはんだボール |
| JP2014045222A (ja) * | 2013-12-09 | 2014-03-13 | Fujitsu Ltd | 電子装置 |
| JP2014144465A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Fujitsu Ltd | ハンダペーストおよび導電性接着剤、その製造方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP2014524354A (ja) * | 2011-08-02 | 2014-09-22 | アルファ・メタルズ・インコーポレイテッド | 高い衝撃靱性のはんだ合金 |
| JP2017177211A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 株式会社タムラ製作所 | はんだ合金およびはんだ組成物 |
| JP2018504578A (ja) * | 2015-05-26 | 2018-02-15 | シーメンス ヘルスケア ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 放射線検出装置 |
| JP2020163473A (ja) * | 2020-07-03 | 2020-10-08 | 株式会社タムラ製作所 | はんだ合金およびはんだ組成物 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002092731A patent/JP2003290974A/ja not_active Withdrawn
Cited By (16)
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| KR102294936B1 (ko) | 2011-08-02 | 2021-08-27 | 알파 어셈블리 솔루션스 인크. | 고 충격 인성 땜납 합금 |
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| WO2014002283A1 (ja) * | 2012-06-30 | 2014-01-03 | 千住金属工業株式会社 | 鉛フリーはんだボール |
| US9780055B2 (en) | 2012-06-30 | 2017-10-03 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Lead-free solder ball |
| JP2014144465A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Fujitsu Ltd | ハンダペーストおよび導電性接着剤、その製造方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |