專利名稱：導(dǎo)電球、電子部件電極的形成方法和電子部件以及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電球、電子部件電極的形成方法和電子部件以及電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，隨著以移動電話和便攜式信息設(shè)備為代表的電子設(shè)備的小型化、輕量化的要求，謀求電子部件的小型化、高密度化。因此，提出了將LSI(大規(guī)模集成電路)芯片作為電子部件直接安裝在電路基板上的裸芯片封裝結(jié)構(gòu)或?qū)⑿螤罴俺叽鐦O力接近LSI芯片的所謂的芯片尺寸封裝(Chip Size Package；以下，稱為CSP)的電子部件封裝在電路基板上的封裝結(jié)構(gòu)。在這些封裝結(jié)構(gòu)中，為了使封裝密度高密度化，其結(jié)構(gòu)特征是將電極配置在電子部件的底面上。
在上述封裝結(jié)構(gòu)中，由于上述裸芯片或者CSP等電子部件與封裝了該電子部件的電路基板之間的熱膨脹系數(shù)的不一致，在上述電子部件與電路基板的連接部中，發(fā)生由熱應(yīng)力引起的熱應(yīng)變。由于該應(yīng)變，在形成上述連接部的金屬中產(chǎn)生疲勞并發(fā)生龜裂，最終將發(fā)生連接部斷裂，招致安裝該電子部件的電子設(shè)備發(fā)生工作不良的問題。為了防止這些問題，需要緩和連接部中的熱應(yīng)力的熱應(yīng)力緩和結(jié)構(gòu)，但是，隨著電子部件的輕薄短小化和多管腳化的進展，存在這樣的熱應(yīng)力緩和結(jié)構(gòu)難于設(shè)計的問題。
圖6是表示現(xiàn)有的電子部件與電路基板之間的連接部的剖面圖(例如，參照特開2000-315707號公報(第2圖))。在圖6中，5是電子部件、6是電子部件的焊盤(land)、11是電路基板、12是電路基板的焊盤、14是由焊料形成的連接部。在圖6所示的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)反復(fù)進行溫度的上升與下降的熱循環(huán)作用時，由于上述電子部件5與電路基板11的熱膨脹系數(shù)的不同，在連接部14上產(chǎn)生金屬疲勞。該金屬疲勞引起龜裂，連接部14斷裂，有時甚至引起斷線。即使在封裝時得到良好的焊料連接的情況下，在上述電子部件5與電路基板11的膨脹系數(shù)的差大的情況下，例如，在上述電子部件5是幾乎全部用Si(硅)芯片形成的晶片級CSP(wafer level CSP)，并且，上述電路基板11是由有機材料構(gòu)成的印制電路板等的情況下，在上述連接部14上發(fā)生上述斷線問題。
為了防止這樣的問題，最近，提出了圖7所示的導(dǎo)電球的方案(例如，參照特開2001-93329號公報)。該導(dǎo)電球1具備由高分子構(gòu)成的大致球狀的核4、覆蓋該核4的表面的Cu(銅)層3、覆蓋該Cu層3的表面并且由SnPb(錫、鉛)構(gòu)成的焊料層16。如圖8所示，使用該導(dǎo)電球1，在電子部件5與電路基板11之間形成連接部14。圖8的連接部14通過上述核4比圖6中更廣地保持上述電子部件5與電路基板11之間的間隙，此外，通過緩和因上述電子部件5與電路基板11之間的熱膨脹系數(shù)的不一致引起的熱應(yīng)力，來防止該連接部14的龜裂、斷裂。
圖9A、B、C是表示使用圖7的導(dǎo)電球1形成圖8的連接部14的方法的工序圖。首先，如圖9A所示，通過焊劑7的粘性將導(dǎo)電球1暫時固定在電子部件5的焊盤6上。在該導(dǎo)電球1上給與焊料層16的熔點或以上的溫度，通過該焊料層16的回流，形成圖9B所示的外部電極8。該外部電極8是具有非金屬的上述核4的復(fù)合電極。
上述電子部件，與形成了與圖9B相同的外部電極的其他許多電子部件一起安裝在上述電路基板11上。在該安裝工序中，在電路基板11的焊盤12上供給焊膏，在該焊盤上的焊膏上配置上述電子部件的外部電極8的頂端。圖9C表示這時的狀態(tài)。在圖9C中，13是在電路基板上供給的焊膏。
在圖9C所示的狀態(tài)中，將上述電路基板及電子部件加熱到上述焊膏13及焊料部10的熔點或以上的溫度，典型的是加熱到230℃～250℃左右的溫度，形成圖8所示的焊料連接部14。
但是，在使用上述現(xiàn)有的導(dǎo)電球1的情況下，在電子部件5與電路基板11之間，存在產(chǎn)生圖10所示的連接不良的問題。在圖10中，上述電子部件的外部電極的焊料層10未與上述電路基板的焊盤12上的焊料混合，形成界面17。由于該界面17，在上述電子部件5與電路基板11之間的連接部上，存在不能得到充分的導(dǎo)電性的問題。此外，由于上述界面17，還存在連接部的機械強度非常弱的問題。即使在能夠得到充分的導(dǎo)電性的情況下，由于形成了上述界面17的連接部機械強度非常弱，所以存在容易發(fā)生斷線、可靠性差的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于提供在電子部件與電路基板之間能夠形成具有良好導(dǎo)電性及機械強度的連接部的導(dǎo)電球及外部電極的形成方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)對電子部件與電路基板的連接部分，在使用具有由非金屬材料構(gòu)成的核的導(dǎo)電球的情況下所產(chǎn)生的連接不良，在上述電子部件上形成外部電極的時刻，其原因是內(nèi)在的。
例如，在現(xiàn)有的技術(shù)中，在形成外部電極的情況下，如圖9A所示，加熱電子部件5的焊盤6上的導(dǎo)電球1，當(dāng)回流該導(dǎo)電球的焊料層16時，如圖11的模式圖所示，在Cu層3的表面上形成SnCu化合物層9。該SnCu化合物是以上述Cu層3的Cu與包含在焊料層16中的Sn生成的化合物，焊料沾潤性比較差。因此，如圖11所示，上述焊料層10熔融后的熔融焊料流入焊盤6側(cè)，由此，在上述焊盤6的相反側(cè)的外部電極8的頂端上，上述SnCu層9露出。SnCu因氧化焊料沾潤性大幅度惡化。因此，這是由于在上述外部電極8的頂端上露出的SnCu層9幾乎不與電路基板5側(cè)的焊料混合，產(chǎn)生圖10那樣的界面17，在電子部件5與電路基板11之間的連接部產(chǎn)生不良?；谶@樣的連接部的不良的原因的發(fā)現(xiàn)，構(gòu)思了本發(fā)明。
本發(fā)明的導(dǎo)電球形成為大致球狀，并且，具備由非金屬材料構(gòu)成的核和覆蓋上述核的表面并且由2個或以上的金屬層形成的覆蓋層，形成上述覆蓋層的第1金屬層由包含Sn并且具有非共晶組分的第1合金構(gòu)成，形成上述覆蓋層的第2金屬層由包含Cu或者Ni的至少一方的第2合金構(gòu)成。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，形成上述覆蓋層的第1金屬層由第1合金構(gòu)成，該第1合金具有非共晶組分。因此，該第1合金具有固相線與液相線的2個熔點，在與上述固相線與液相線之間相當(dāng)?shù)臏囟认?，成為固相部分與液相部分共存的狀態(tài)。該狀態(tài)的上述第1合金流動性比完全熔融狀態(tài)小。因此，通過包含焊劑的物質(zhì)將本發(fā)明的導(dǎo)電球配置在例如電子部件的焊盤上，通過在與上述固相線與液相線之間相當(dāng)?shù)臏囟认录訜?，上述?合金保持覆蓋了上述核及第2合金層的狀態(tài)流動，與上述電子部件的焊盤上的焊料混合。其結(jié)果是，在由該導(dǎo)電球例如形成電子部件的電極的情況下，能夠避免象現(xiàn)有技術(shù)中那樣的因第2金屬層等的露出引起的連接不良，此外，能夠以足夠的強度將上述電極固定在電子部件的焊盤上。
此外，由于形成上述第2金屬層的第2合金包含Cu或者Ni的至少一方，因此，在形成第1金屬層的第1合金的至少一部分熔融時，與該第1合金良好地適應(yīng)，能夠使上述核與覆蓋層良好地保持一體。
此外，由于由上述非金屬材料構(gòu)成的核例如用樹脂等形成，能夠得到預(yù)定的彈性，由該導(dǎo)電球形成例如電子部件與電路基板的連接部的情況下，能夠通過上述核有效地緩和在該連接部產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠有效地防止該連接部的龜裂和斷線。
一個實施方式的導(dǎo)電球中，上述第1合金具有在組分中的Sn的比例減小的情況下液相線溫度(liquidus temperature)上升的組分。
根據(jù)上述實施方式，上述導(dǎo)電球在加熱到與上述第1合金的固相線與液相線之間相當(dāng)?shù)念A(yù)定溫度的情況下，通過包含在該第1合金中的Sn與包含在第2金屬層中的金屬的反應(yīng)等，減小組分中的Sn的比例。但是，由于該第1合金通過上述Sn的組分比例的減小其液相線溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持固相部分與液相部分共存的狀態(tài)。其結(jié)果是，上述第1合金穩(wěn)定地保持比較小的流動性，能夠可靠地防止上述第2金屬層等產(chǎn)生露出。
一個實施方式的導(dǎo)電球其構(gòu)成元素具有比形成金屬間化合物的組分更接近共晶組分的組分。
在合金是從共晶組分稍微偏離的組分的情況下，任何一個優(yōu)勢元素的固溶體作為初晶(primary crystal)很快結(jié)晶出來，該初晶以外的部分成為具有與共晶組分的情況相同的微細(xì)的結(jié)晶顆粒的組織。該合金組織機械特性優(yōu)秀，是有望提供實用的合金。
在合金是由生成金屬間化合物的結(jié)構(gòu)元素構(gòu)成的情況下，在金屬間化合物的熔點或以下的溫度下，在合金組織中生成其金屬間化合物。金屬間化合物本身一般具有硬而脆的特性，不適于作為連接構(gòu)件使用。
在這里，根據(jù)上述實施方式，由于上述第1合金具有比金屬間化合物更靠近共晶點側(cè)的組分，所以與金屬間化合物一起顯現(xiàn)與共晶組分相同的合金組織，因而在機械強度上優(yōu)秀，具有高可靠性。
一個實施方式的導(dǎo)電球中，上述第1合金具有液相線溫度是240℃或以上的組分。
例如，通過回流，將上述導(dǎo)電球固定在例如使用電子部件的Cu和Ni形成的焊盤上的情況下，首先，需要確保良好的連接的加熱溫度條件。特別是，在進行焊盤上的Ni與焊料材料的連接的情況下，需要240℃或以上的溫度。
根據(jù)上述實施方式，由于上述第1合金具有液相線溫度是240℃或以上的組分，所以對于240℃或以上的回流連接，能夠?qū)崿F(xiàn)固相部分與液相部分共存的流動性比較小的狀態(tài)。其結(jié)果是，使用該導(dǎo)電球在上述電子部件上形成電極，當(dāng)將該電子部件安裝到電路基板上時，能夠有效地防止上述電極與電路基板電極之間的連接不良等。
一個實施方式的導(dǎo)電球中，上述第1合金具有液相線溫度是260℃或以上的組分。
例如，通過回流將上述導(dǎo)電球固定在例如使用Cu及Ni在電子部件上形成的焊盤上的情況下，其加熱溫度需要是上述電子部件自身能夠耐受，又不致因金屬間化合物的過度生成產(chǎn)生連接強度降低的溫度。該溫度依賴于電子部件的種類和接合金屬的種類，但是，一般最好是260℃或以下的溫度。
根據(jù)上述實施方式，由于上述第1合金具有液相線溫度是260℃或以上的組分，所以對260℃或以下的回流連接，決不能超過液相線溫度。因此，能夠有效地保持固相部分與液相部分共存的流動性比較低的狀態(tài)。其結(jié)果是，在使用該導(dǎo)電球在上述電子部件上形成電極的情況下，能夠防止該電子部件的破損和上述第1合金與上述焊盤的連接強度降低。進而，當(dāng)將該電子部件安裝在電路基板上時，能夠有效而且可靠地防止上述電極與電路基板電極之間的連接不良。
一個實施方式的導(dǎo)電球的特征在于上述第1合金包含Ag，組分中的上述Ag的比例大于3.5重量％。
根據(jù)上述實施方式，使用上述導(dǎo)電球例如形成電極，將該電極例如與電路基板等連接的情況下，該連接部能夠具有良好的強度與耐熱性。
此外，由于上述第1合金組分中的上述Ag的比例大于3.5重量％，所以，在該第1合金中包含的Sn的組分比例減小的情況下，因為液相線溫度上升，所以，例如在回流時能夠有效地保持固相部分與液相部分共存的狀態(tài)，使用該導(dǎo)電球形成的例如電極能夠有效地防止不良。
此外，由于包含上述Ag的第1合金相對現(xiàn)有焊料中大多使用的SnPb合金比較接近共晶組分中的熔點，所以，能夠容易地由本實施方式的導(dǎo)電球代替使用了上述SnPb合金的導(dǎo)電球。
一個實施方式的導(dǎo)電球的特征在于上述第1合金包含Ag，組分中的上述Ag的比例是4重量％或以上。
根據(jù)上述實施方式，使用上述導(dǎo)電球例如形成電極，將該電極與例如電路基板等連接的情況下，該連接部能夠具有良好的強度與耐熱性。
此外，由于上述第1合金組分中的上述Ag的比例是4重量％或以上，所以合金的液相溫度線是240℃或以上。當(dāng)將該導(dǎo)電球作為例如電子部件的外部電極材料使用的情況下，在用于確保對在電子部件的焊盤中大多使用的例如Ni良好的連接的回流溫度或以上的溫度，存在固相部分與液相部分共存的狀態(tài)，能夠有效地保持該狀態(tài)。因此，使用該導(dǎo)電球形成的例如電極能夠有效地防止不良。
一個實施方式的導(dǎo)電球的特征在于上述第1合金包含Ag，組分中的上述Ag的比例是5.5重量％或以上。
根據(jù)上述實施方式，使用上述導(dǎo)電球例如形成電極，將該電極與例如電路基板等連接的情況下，該連接部能夠具有良好的強度與耐熱性。
此外，由于上述第1合金組分中的上述Ag的比例是5.5重量％或以上，所以合金的液相溫度線是260℃或以上。當(dāng)將該導(dǎo)電球例如作為電子部件的外部電極材料使用的情況下，在典型的回流溫度或以上的溫度，存在固相部分與液相部分共存的狀態(tài)，能夠有效地保持該狀態(tài)。并且，所謂的上述典型的回流溫度是考慮了電子部件的耐熱上限溫度或與電子部件的焊盤連接中的過度的金屬間化合物的生成引起的連接強度惡化的溫度。因此，使用該導(dǎo)電球形成的例如電極，在回流時對上述電子部件不給與因熱引起的惡劣影響，此外，沒有招致連接強度惡化，能夠有效而且可靠地防止不良。
一個實施方式的導(dǎo)電球中，上述第1合金組分中的上述Ag的比例小于75重量％。
根據(jù)上述實施方式，上述第1合金在組分中具有Sn及Ag，由于上述Ag的比例小于75重量％，所以，是非共晶組分，而且，是在組分中的Sn的比例減小的情況下液相線溫度上升的組分，進而，是比作為Sn與Ag的金屬間化合物的Ag3Sn的組分更接近共晶組分的組分。因此，由于在合金中具有共晶組織，所以能夠得到良好的強度。
特別是，在上述Ag的比例大于3.5重量％，小于75重量％的情況下，能夠確?；亓鲿r的固相部分與液相部分的共存這一點是理想的。
此外，在上述Ag的比例大于4重量％，小于75重量％的情況下，在對Ni能夠確保良好的連接的回流溫度下，能夠保持固相部分與液相部分共存這一點是理想的。
此外，在上述Ag的比例大于5.5重量％，小于75重量％的情況下，在使回流溫度為電子部件的耐熱上限溫度的情況或為能夠避免因生成金屬間化合物引起的連接強度惡化的溫度的情況下，能夠保持回流時的固相部分與液相部分的共存這一點是理想的。
一個實施方式的導(dǎo)電球中，上述第1合金組分中的上述Ag的比例是37重量％或以下。
根據(jù)上述實施方式，上述第1合金組分中具有Sn及Ag，由于上述Ag的比例是37％重量或以下，所以，是非共晶組分，而且，是在組分中的Sn的比例減小的情況下液相線溫度上升的組分，進而，是比作為Sn與Ag的金屬間化合物的Ag3Sn的組分更接近共晶組分的組分。此外，上述第1合金對作為連接構(gòu)件具有適度的延展性的Sn基體，較硬因而不適于連接構(gòu)件的Ag3Sn組織為50％或以下。因此，作為連接構(gòu)件能夠得到優(yōu)秀的強度及可靠性。
特別是，在上述Ag的比例大于3.5重量％，小于37重量％的情況下，能夠可靠地保持回流時的固相部分與液相部分的共存這一點是理想的。
此外，在上述Ag的比例大于4重量％，小于37重量％的情況下，在對Ni能夠確保良好的連接的回流溫度下，能夠保持固相部分與液相部分共存這一點是理想的。
此外，在上述Ag的比例大于5.5重量％，小于37重量％的情況下，在使回流溫度為電子部件的耐熱上限溫度的情況或為能夠避免因生成金屬間化合物引起的連接強度惡化的溫度的情況下，能夠保持回流時的固相部分與液相部分的共存這一點是理想的。
一個實施方式的導(dǎo)電球中，上述第1合金組分中的上述Ag的比例是6.5重量％或以下。
根據(jù)上述實施方式，上述第1合金組分中具有Sn及Ag，由于上述Ag的比例是6.5重量％或以下，所以，是非共晶組分，而且，是在組分中的Sn的比例減小的情況下液相線溫度上升的組分。進而，是比作為Sn與Ag的金屬間化合物的Ag3Sn的組分更接近共晶組分的組分，十分接近Ag的比例為3.5重量％的共晶組分。因此，能夠得到與共晶組分的情況下大致相同的機械特性。
特別是，在上述Ag的比例大于3.5重量％，小于6.5重量％的情況下，能夠可靠地保持回流時的固相部分與液相部分的共存這一點是理想的。
此外，在上述Ag的比例大于4重量％，小于6.5重量％的情況下，在對Ni能夠確保良好的連接的回流溫度下，能夠保持固相部分與液相部分共存這一點是理想的。
此外，在上述Ag的比例大于5.5重量％，小于6.5重量％的情況下，在使回流溫度為電子部件的耐熱上限溫度的情況或為能夠避免因生成金屬間化合物引起的連接強度惡化的溫度的情況下，能夠保持回流時的固相部分與液相部分的共存這一點是理想的。
本發(fā)明的電子部件的電極形成方法的特征在于，包含將上述導(dǎo)電球配置在電子部件的焊盤上的工序與加熱配置在上述電子部件的焊盤上的導(dǎo)電球的工序，加熱上述導(dǎo)電球的最大溫度是上述第1合金的液相線溫度或更低。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，將上述導(dǎo)電球配置在電子部件的焊盤上，加熱配置在該電子部件的焊盤中的導(dǎo)電球。由于加熱上述導(dǎo)電球的最大溫度是上述第1合金的液相線溫度或更低，所以上述第1合金成為固相部分與液相部分共存的狀態(tài)。由于該狀態(tài)的上述第1合金比完全熔融狀態(tài)的流動性小，所以，該第1合金保持覆蓋上述核及第2金屬層的狀態(tài)流動，形成良好的強度固定在上述電子部件的焊盤上，形成電極。其結(jié)果是，上述電極能夠有效地防止現(xiàn)有技術(shù)中那樣的因第2金屬層等的露出引起的連接不良，而且，能夠以足夠的強度固定在上述電子部件的焊盤上。
此外，由于由上述非金屬材料構(gòu)成的核例如用樹脂等形成，能夠得到預(yù)定的彈性，所以，在上述電子部件上形成的電極，例如在與電路基板連接的情況下，通過上述核能夠有效地緩和在上述電子部件與電路基板之間的連接部中產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠有效地防止該連接部的龜裂和斷線。
本發(fā)明的電子部件的電極的形成方法，包含在上述導(dǎo)電球或者電子部件的焊盤的至少一方上，配置包含第3合金的連接構(gòu)件的工序；將上述導(dǎo)電球配置在上述電子部件的焊盤上的工序；以及加熱上述導(dǎo)電球及上述連接構(gòu)件的工序，加熱上述導(dǎo)電球及上述連接構(gòu)件的最大溫度，是上述導(dǎo)電球的第1合金的液相線溫度或更低，而且，是上述連接構(gòu)件的第3合金的液相線溫度或更高。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在上述導(dǎo)電球或者電子部件的焊盤的至少一方上，配置包含第3合金的連接構(gòu)件。將上述導(dǎo)電球配置在上述電子部件的焊盤上。接著，加熱上述導(dǎo)電球及上述連接構(gòu)件。由于加熱上述導(dǎo)電球及上述連接構(gòu)件的最大溫度是上述導(dǎo)電球的第1合金的液相線溫度或更低，所以，該第1合金保持固相部分與液相部分共存的狀態(tài)，流動性變得比較小。因此，上述第1合金能夠保持覆蓋上述核及第2金屬層的狀態(tài)流動，能夠有效地防止例如因在上述第2金屬層表面形成的金屬化合物的露出等引起的連接不良。進而，由于加熱上述導(dǎo)電球及上述連接構(gòu)件的最大溫度是上述第3合金的液相線溫度或更高，所以包含該第3合金的連接構(gòu)件充分熔融，以足夠的強度與上述電子部件的焊盤及導(dǎo)電性微粒子的第1金屬層連接。其結(jié)果是，能夠形成沒有連接不良而且具有良好的連接強度的電極。
此外，由于加熱上述導(dǎo)電球及上述連接構(gòu)件的最大溫度，是上述導(dǎo)電球的第1合金的液相線溫度或更低，而且，是上述連接構(gòu)件的第3合金的液相線溫度或更高即可，例如，在進行加熱的回流工序中，即使加熱溫度在每個電子部件上產(chǎn)生離散的情況下，也能夠穩(wěn)定地形成具有良好特性的電極。
本發(fā)明的電子部件的電極形成方法的特征在于，包含在上述導(dǎo)電球或者電子部件的焊盤的至少一方上，附著焊劑的工序；將上述導(dǎo)電球配置在上述電子部件的焊盤上的工序；以及加熱上述導(dǎo)電球的工序，上述焊劑包含0.2重量％或以上的鹵素元素。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)電球或者電子部件的焊盤的至少一方上附著焊劑。將附著了該焊劑的導(dǎo)電球配置在電子部件的焊盤上，加熱配置在該電子部件的焊盤上的導(dǎo)電球。上述導(dǎo)電球作成大致球狀，并且具備由非金屬材料構(gòu)成的核和覆蓋上述核的表面并且用2個或以上的金屬層形成的覆蓋層，形成上述覆蓋層的第1金屬層由包含Sn的第1合金構(gòu)成，形成上述覆蓋層的第2金屬層由包含Cu或者Ni的至少一方的第2合金構(gòu)成。此外，上述焊劑包含0.2重量％或以上的鹵素元素。因此，在加熱上述導(dǎo)電球，上述第1合金熔融時，有效地降低該熔融了的第1合金的表面張力。其結(jié)果是，上述第1合金流入到上述電子部件的焊盤側(cè)，能夠有效地防止上述第2金屬層等露出。其結(jié)果是，在上述電極與被連接部連接時，能夠防止連接不良和強度不足的發(fā)生。
此外，由于由上述非金屬材料構(gòu)成的核例如用樹脂等形成能夠得到預(yù)定的彈性，所以上述電極例如在與電路基板連接的情況下，通過上述核能夠有效地緩和在上述電子部件與電路基板之間的連接部上產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠有效地防止該連接部的龜裂和斷線。
本發(fā)明的電子部件的特征在于具有使用了上述導(dǎo)電球的電極。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，使用上述導(dǎo)電球形成的電極在與電路基板和不同的電子部件的焊盤等被連接部連接時，能夠防止連接不良和強度不足等的發(fā)生。因此，能夠得到?jīng)]有連接部的不良、并具有穩(wěn)定的性能的電子部件。
本發(fā)明的電子部件的特征在于具有使用上述電極的形成方法形成的電極。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，使用上述電極形成方法、使用上述導(dǎo)電球形成的電極在與電路基板和不同的電子部件的焊盤等連接時，能夠防止連接不良等的發(fā)生。因此，能夠得到具有穩(wěn)定性能的電子部件。進而，由于能夠通過與現(xiàn)有的電子部件同樣的回流溫度條件形成電極，所以以現(xiàn)有的裝置使用相同的回流條件能夠制造比現(xiàn)有技術(shù)連接不良等不良情況少的電子部件。
本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于包含上述電子部件而形成。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過上述導(dǎo)電球的核能夠有效地緩和因外部環(huán)境溫度的變化或電路基板的發(fā)熱等在上述電子部件與電路基板之間的連接部中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，能夠有效地防止該連接部的龜裂和斷線。此外，由于在電子部件的電極形成時金屬間化合物不露出在電極表面上，所以能夠防止電子部件與電路基板的連接部中的連接不良等的發(fā)生。此外，由于上述電子部件能夠以與現(xiàn)有的電子部件相同條件安裝到電路基板上，能夠?qū)⑸鲜鲭娮硬考c現(xiàn)有的電子部件根據(jù)部位分別使用，將二者混裝。


圖1是表示本發(fā)明的導(dǎo)電球的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2A、B是表示在電子部件上形成外部電極的工序的圖，圖2A表示將導(dǎo)電球構(gòu)件配置在電子部件的焊盤上的狀態(tài)，圖2B是表示回流工序后的狀態(tài)的圖。
圖3A、B是表示在電路基板與電子部件之間形成連接部的工序的圖，圖3A表示在電路基板的焊盤上安裝電子部件的狀態(tài)，圖3B是表示回流工序后的狀態(tài)圖。
圖4是表示針對Ag含有比例的變化的SnAg系合金的熔融溫度的變化的圖。
圖5A是表示測量凸塊的共用強度(share strength of bumps)的結(jié)果的圖，圖5B是表示測量凸塊拉伸強度的結(jié)果的圖。
圖6是表示現(xiàn)有的電子部件與電路基板之間的連接部的剖面圖。
圖7是表示現(xiàn)有的導(dǎo)電球的圖。
圖8是表示使用現(xiàn)有的導(dǎo)電球，形成了電子部件與電路基板之間的連接部的狀態(tài)的圖。
圖9A、B、C是表示使用現(xiàn)有的導(dǎo)電球形成連接部的狀態(tài)的工序圖。
圖10是表示使用了現(xiàn)有的導(dǎo)電球的情況下的連接部的不良的圖。
圖11是表示回流了現(xiàn)有的導(dǎo)電球時的狀態(tài)的模式性剖面圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)圖示的實施方式詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖1是表示作為本發(fā)明的導(dǎo)電球的導(dǎo)電球構(gòu)件1的結(jié)構(gòu)的剖面圖。在該導(dǎo)電球構(gòu)件1的內(nèi)部具有由非金屬材料構(gòu)成的大致球狀的核4。在上述核4的表面配置作為第2金屬層的Cu層3，在該Cu層的表面球構(gòu)件的最外面形成作為第1金屬層的焊料合金層2。用上述Cu層3與焊料合金層2的2層形成覆蓋層，用該覆蓋層覆蓋上述核4。
上述焊料合金層2由作為第1合金的SnAg系合金形成。該SnAg系合金是非共晶組分，具有組分中的Sn的比例減小情況下液相線溫度上升的組分。
上述SnAg系合金中Ag的比例最好大于3.5重量％，小于75重量％。在該范圍內(nèi)，在將導(dǎo)電球作為連接構(gòu)件使用的情況下，由于除了能夠發(fā)揮防止連接不良的效果，而且，在焊料合金層中出現(xiàn)具有與共晶組分同等的適度延展性的Sn基體相，所以能夠得到優(yōu)秀的機械強度。特別是，如果Ag的比例是37重量％或以下，由于Sn基體相成為作為金屬間化合物生成的Ag3Sn化合物相的一半或以上，所以能夠進一步增大機械強度。
進而，在將上述導(dǎo)電球構(gòu)件1作為電子部件的外部電極材料使用的情況下，為了良好地保持對電子部件的焊盤的連接，需要良好地進行焊料合金層2的成分與上述焊盤的材料的擴散。特別是在考慮Sn與Ni的擴散的情況下，需要240℃或以上的回流溫度。這里，對于上述SnAg系合金，當(dāng)Ag的比例為4重量％或以上時，由于液相線溫度超過240℃，在回流時能夠?qū)崿F(xiàn)固相部分與液相部分的共存狀態(tài)，由此，由于能夠防止電子部件安裝時的焊料粘潤不良，因而是理想的。
進而，在將上述導(dǎo)電球構(gòu)件1作為電子部件的外部電極材料使用的情況下，當(dāng)考慮電子部件的耐熱溫度等時，回流溫度大多是260℃或以下。在這里，對于上述SnAg系合金，Ag的比例最好是5.5重量％或以上。當(dāng)Ag的比例是5.5重量％或以上時，由于液相線溫度超過260℃，在回流時能夠可靠地實現(xiàn)固相部分與液相部分的共存狀態(tài)，由此，能夠防止電子部件安裝時的焊料粘潤不良。此外，特別是在使上述Ag的比例為6.5重量％或以下的情況下，由于是十分接近共晶組分的組分，能夠得到毫不遜色于共晶組分合金程度的強度，作為連接構(gòu)件能夠得到足夠的強度。
上述覆蓋層也可以用3層或更多層形成，特別是，也可以在上述焊料合金層2與核4之間配置其他的層。但是，與作為上述第1合金層的焊料合金層2鄰接的層，最好是用與包含Sn組分的焊料合金良好地適應(yīng)性質(zhì)的金屬形成的層。典型的最好是Cu、Ni、或者在組分中包含這些的合金。在本實施方式中，與焊料合金層2鄰接配置Cu層3。由于Cu是與Sn良好地適應(yīng)的金屬，在得到與非金屬材料構(gòu)成的核4的一體性方面最理想。此外，為了防止通過Cu向上述焊料合金層2的擴散及來自上述焊料合金層2的Sn的擴散引起該Cu層3消失，上述Cu層3最好具有3μm或以上的厚度。
在焊料合金層2熔融的期間中，上述核4不產(chǎn)生溶解和分解是必要條件。作為該核4的材料，可以舉出有機系的聚合物、共聚物。例如，雖然最好是用環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸酯等或使用了這些材料的共聚物形成，但只要是在約260℃的溫度不變質(zhì)的材料，沒有特別的限制。用這樣的有機系材料形成的核4的彈性率比形成焊料合金層2的合金的彈性低。因此，在將使用該導(dǎo)電球構(gòu)件1形成了電極的電子部件安裝到電路基板上的情況下，通過上述核4負(fù)擔(dān)在上述電子部件與電路基板之間的連接部產(chǎn)生的熱應(yīng)力，能夠緩和焊料合金接受的應(yīng)力。其結(jié)果是，能夠長期有效地防止連接部中的破斷等。
此外，作為形成上述核4的非金屬材料，也可以使用陶瓷等高熔點的無機材料。這種情況下，在將電子部件安裝到電路基板上時，由于在回流中核4不熔融維持其形狀，所以能夠?qū)㈦娮硬考c電路基板之間的間隙保持在上述核4的直徑或更長的距離。其結(jié)果是，降低在焊料連接部產(chǎn)生的熱應(yīng)變的集中，能夠長期有效地防止連接部的斷線等。
在本實施方式中，作為上述核4，使用了通過懸浮聚合法生成的二乙烯基苯共聚物。將催化劑附著在該核4的表面，實施薄的置換型Ni電鍍(沒有圖示)后，通過滾鍍法(barrel plating method)形成約3μm左右厚度的Cu層3。進而，用同樣的方法，進行SnAg電鍍，形成15～20μm厚度的SnAg層2，形成圖1那樣的導(dǎo)電球構(gòu)件1。該導(dǎo)電球構(gòu)件1形成為直徑約300μm的大致球狀。
在本實施方式中，使用該導(dǎo)電球構(gòu)件1形成電子部件的外部電極，形成樹脂核復(fù)合電極，將該電子部件安裝在電路基板上。
第1實施例在本實施例中，使用Sn-5.5Ag組分的合金作為上述導(dǎo)電球構(gòu)件1的焊料合金層2，在電子部件的焊盤上形成外部電極。在上述焊盤上使用依次實施在Cu上Ni電鍍與閃速Au電鍍而成的合金層。
圖2A、B是表示在電子部件上形成外部電極的工序圖。在圖2A中，通過焊劑7將上述導(dǎo)電球構(gòu)件1配置在上述電子部件的焊盤6上。為了除去上述焊料合金層2的表面或焊盤6的表面的氧化覆蓋膜，保持兩者適當(dāng)?shù)恼碀櫺?，上述焊?需要適當(dāng)?shù)幕钚远取５?，由于它成為回流工序后的殘渣、成為金屬的腐蝕等的原因，因而又需要具有適當(dāng)?shù)某バ?。在本實施例中，使用了含?.04％作為鹵素元素的Cl(氯)的RMA型的Deltalux523H(千住金屬工業(yè)制造)。
將焊劑7涂覆在焊盤6表面上的方法有使用針轉(zhuǎn)印的方法、網(wǎng)印法、轉(zhuǎn)印到球構(gòu)件的下部后直接裝上等方法。安裝到上述導(dǎo)電球1的焊盤6上的方法有使用配備了真空系統(tǒng)的裝配器，與焊盤6的圖形對應(yīng)使用開口的夾具，真空吸附導(dǎo)電球構(gòu)件1，通過在預(yù)定的位置解除真空進行安裝的方法等。
如圖2A所示，在將導(dǎo)電球1配置到上述電子部件的焊盤6上后，送入回流爐，通過焊料回流形成外部電極8。形成該外部電極8的電子部件是晶片級CSP，在圖2A所示的工序中，晶片級CSP是成為單個化前的晶片狀態(tài)。
在進行該回流的工序中，第1，是否能夠充分地進行導(dǎo)電球構(gòu)件1的焊料合金與上述焊盤6的連接成為問題。上述焊料合金與焊盤6的連接通過焊料合金中的Sn與焊盤6中的Ni的固液擴散來進行。有人指出由于擴散現(xiàn)象在溫度高的一方迅速地進行，太低溫度引起的Sn/Ni連接存在形成脆弱的焊料連接部的危險(例如，M.Sumikawaet al.，“Reliability of Soldered Joints in CSPs of VariousDesigns and Mounting Conditions，”IEEE Trans comp.and Packag.Technol.vol.24，No.2，pp.293-299，June 2001)。因此，回流時的溫度變化形態(tài)(回流輪廓圖)的最大溫度(峰值溫度)的設(shè)定推薦240℃或以上，峰值溫度的上限由電子部件自身的耐熱溫度規(guī)定。在本實施例中，在回流工序中，采用了考慮溫度裕度一般大多采用的條件。即，對于一批電子部件表面，將峰值溫度的范圍設(shè)定為250～260℃。
圖2B是表示將上述導(dǎo)電球構(gòu)件1在上述條件下進行回流得到的外部電極8的剖面圖。在圖2B中，在Cu層3與焊料合金層2熔融后形成的焊料合金部10之間形成SnCu化合物層9。該SnCu層是通過回流工序的加熱進行Sn與Cu的固液擴散形成的，形成的厚度約1～2μm左右。雖然該現(xiàn)象是不可避免的現(xiàn)象，但由于使用本實施例的導(dǎo)電球構(gòu)件1在上述條件下進行回流，所以焊料合金層2的焊料合金沒有完全流入焊盤6側(cè)。即，由于上述導(dǎo)電球構(gòu)件的焊料合金層2使用了非共晶組分的Sn-5.5Ag組分的合金，所以在峰值溫度的范圍250～260℃的回流時，上述焊料合金層2固相部分與液相部分共存。其結(jié)果是，上述焊料合金層2的流動性被抑制，能夠防止上述SnCu層9的露出。因此，能夠可靠地防止起因于該SnCu層9的如在現(xiàn)有技術(shù)中那樣的電子部件與電路基板的連接部產(chǎn)生的不良。
然后，說明將形成了上述外部電極8的電子部件5安裝到電路基板11上的工序。首先，如圖3A所示，在電路基板11的焊盤12上涂覆作為連接構(gòu)件的焊料膏13，在其上安裝電子部件5。該電子部件5是在形成外部電極8后切割晶片單個化了的晶片級CSP。上述焊料膏13通過成批網(wǎng)印法供給配置在電路基板11上的幾乎全部的焊盤12上。作為形成該焊料膏12的第3合金，能夠使用SnPb系、SnAg系、以及SnAgCu系的焊料。在本實施例中，使用了包含Sn-3Ag-0.5Cu組分的焊料粒子的焊料膏。
然后，將上述電子部件5及電路基板11送入回流爐，進行回流。該回流爐中的加熱溫度設(shè)定為在上述外部電極8與電路基板焊盤12中能夠形成適當(dāng)?shù)暮噶线B接的峰值溫度。即，在應(yīng)該安裝到電路基板11上的全部電子部件中，由耐熱性最低的部件的耐熱溫度決定上限溫度。在本實施例中，使用了具有240～250℃的峰值溫度的回流輪廓圖。
在進行了上述回流后，用洗凈溶劑進行焊劑的殘渣清洗。而且，如圖3B所示，在電子部件5與電路基板11之間形成焊料連接部14。在該焊料連接部14中，在上述核4、Cu層3及SnCu層9的外側(cè)，在外部電極的焊料合金部10與供給電路基板11的焊盤12的焊料膏13各自熔融良好地混合，形成焊料部15。在圖2B的外部電極8中，由于用SnAg合金部10不露出地覆蓋SnCu層9，所以能夠避免產(chǎn)生在現(xiàn)有技術(shù)中那樣的界面17的問題。
實際上，在上述外部電極8的形成條件與電子部件5向電路基板11安裝條件相同的條件下，對于作為電子部件的所有的50封裝的晶片級CSP，進行總數(shù)7490管腳的連接，確認(rèn)能夠得到良好的連接。
這樣，在本實施例的外部電極8中，確認(rèn)沒有發(fā)生SnCu層的露出。另一方面，該外部電極8是否與電子部件的焊盤6完全的焊料連接，存在與SnCu層的露出問題折衷的關(guān)系。在極端的例子中，如果焊料合金層2以未熔融狀態(tài)回流工序就結(jié)束時，雖然SnCu層沒有露出，但也不能進行對焊盤6的焊料連接。
為了確認(rèn)上述外部電極8對電子部件5的焊料連接，進行該外部電極8的剪切強度(shear strength)測量。即，在上述外部電極8上作用剪斷方向的負(fù)載的情況下，測量達到破斷時的負(fù)載。對5個電極測量剪切強度的結(jié)果，負(fù)載的最大值是4.857N，最小值是3.789N，平均值是4.152N。
為了進行比較，使用了將SnAg合金的共晶組分的Sn-3.5Ag合金作為焊料合金層設(shè)置在最外面的導(dǎo)電球構(gòu)件，以與第1實施例同樣的條件形成外部電極，對該外部電極測量剪切強度。其結(jié)果是，負(fù)載的最大值為3.97N，最小值為2.443N，平均值為3.125N。作為本實施例的電極形成時的回流輪廓圖的峰值溫度的250～260℃的溫度，相對共晶組分的Sn-3.5Ag焊料合金的熔點221℃是十分高的溫度。即，Sn-3.5Ag焊料合金妥當(dāng)?shù)睾噶线B接到焊盤6上。在這里，使用了本實施例的Sn-5.5Ag的焊料合金的外部電極與使用了共晶組分的Sn-3.5Ag焊料合金的外部電極相比較，具有充分的凸塊剪切強度。因此，本實施例的外部電極8，對電子部件的焊盤6的連接強度可以說沒有問題。
一般情況下，在合金成為共晶組分的情況下，能夠得到最大的強度。即使在SnAg系的合金中，在從熔融狀態(tài)凝固的情況下，形成Ag3Sn的初晶，由于該微細(xì)且堅硬的初晶分散到共晶組織中，顯示良好的強度(例如，菅沼克昭監(jiān)修《無鉛焊接技術(shù)實踐手冊》リアライズ社，東京(2000))。在這里，在合金的組分中增加Ag的情況下，隨著組分從共晶組分偏離，Ag3Sn組織粗大化，合金的強度惡化。
SnAg系的情況下，針對Ag的含有比例的熔融溫度，如圖4所示(參照M.Hansen“Constitution of Binary Alloys”，Mc Graw-HillBook Co.，Inc，New York(1958))，對于共晶組分的Sn-3.5Ag合金，Sn-5.5Ag合金有很大不同。為了對該共晶組分的Sn-3.5Ag合金與非共晶組分的Sn-5.5Ag合金進行是否適合于焊料連接部的判斷，使用具有那些焊料組分的球構(gòu)件(沒有非金屬的核的球構(gòu)件)形成凸塊，進行測量該凸塊的強度的實驗。
在該實驗中，對于使用比Sn-5.5Ag合金進一步對偏離共晶組分的組分的Sn-6Ag合金形成的凸塊與由Sn-3.5Ag合金形成的凸塊進行強度測量。用于形成凸塊的球，使用具有0.3mmφ直徑的球。形成凸塊的焊盤使用了具有0.28mmφ直徑的焊盤。此外，使用了在第1實施例中使用過的焊劑，通過250℃的回流，形成凸塊。
圖5是對上述各凸塊測量強度的結(jié)果。圖5A是剪切試驗的結(jié)果，表示凸塊的剪切強度。從圖5A可知，由Sn-6Ag合金形成的凸塊能夠得到與由Sn-3.5Ag合金形成的凸塊同等的強度。此外，圖5B是凸塊拉伸試驗的結(jié)果，凸塊拉伸試驗是用工具夾持用焊料合金形成的凸塊，測量拉伸情況下的破壞強度的實驗。由圖5B的結(jié)果可知，由Sn-6Ag合金形成的凸塊具有與由Sn-3.5Ag合金形成的凸塊同等的強度。
由于第1實施例的Sn-5.5Ag合金在組分這一點上比Sn-6Ag合金更接近作為共晶組分的Sn-3.5Ag合金，所以可以說能夠得到比Sn-6Ag合金更充分的強度。由此，非共晶組分的SnAg合金，特別是，根據(jù)使用Sn-5.5Ag合金作為表面層的導(dǎo)電球構(gòu)件，在與歷來使用的生產(chǎn)條件大致相同的生產(chǎn)條件下，能夠避免電路基板安裝時的粘潤不良等問題，能夠得到足夠強度的焊料連接。
比較例1對第1實施例的導(dǎo)電球構(gòu)件，調(diào)查了能夠形成適當(dāng)?shù)耐獠窟B接電極的第1合金的組分及回流溫度的范圍。在這里，使用用許多種類組分的SnAg合金形成了第1金屬層的多個導(dǎo)電球構(gòu)件，在多個回流溫度下，在焊盤上形成與第1實施例同樣的電極。而且，觀察在上述電極表面上是否發(fā)生SnCu層的露出。焊劑與第1實施例相同使用Deltalux523H(千住金屬工業(yè)制造)?；亓魍ㄟ^設(shè)定在各溫度的加熱板進行，在經(jīng)過加熱后30秒的時刻，觀察在電極的表面上是否有SnCu層露出。表1表示觀察結(jié)果，有SnCu層露出的用×表示，沒有露出的用○表示。此外，在表1中，表示了從圖4讀出的各SnAg組分中的固相線溫度與液相線溫度。
(表1)

如表1所示，當(dāng)在比液相線溫度高的溫度下進行回流時，產(chǎn)生SnCu層的露出。該結(jié)果是由于超過液相線溫度SnAg合金流動性變得比較高，由于流入焊盤側(cè)，焊料粘潤性比較差的SnCu層露出的緣故。
即，在導(dǎo)電球構(gòu)件中，通過回流時的加熱，推進第1金屬層的焊料合金中的Sn與位于其內(nèi)側(cè)的Cu層的固液擴散現(xiàn)象。一方面，超過固相線溫度熔融了的焊料在焊料的流動性、作用于焊料的重力及與焊料連接的面的粘潤力等的影響下，流向焊盤側(cè)。如果焊料的狀態(tài)是完全的熔融狀態(tài)，由于粘性低，全部的焊料流入焊盤側(cè)，SnCu層就露出電極表面。另一方面，如果在固相線溫度或以上、液相線溫度或以下進行回流，由于焊料的一部分成為熔融的固液共存狀態(tài)，所以焊料沒有全部流入焊盤側(cè)。即使是固液共存狀態(tài)的回流連接，如在第1實施例中說明過的那樣，能夠得到足夠強度的焊料連接。
從表1的結(jié)果可知，可以說液相線溫度或以下的回流是形成在基板安裝時不引起粘潤不良的電極的條件。此外，根據(jù)表1，在一般情況下使用的電極形成時的回流溫度250～260℃左右的條件下，不產(chǎn)生成為粘潤不良的原因的SnCu層的露出的組分，是比Sb-5.5Ag中Ag含有比例更多的組分。但是，由于從共晶組分的過度的偏離，將招致焊料組織的脆弱化，所以，可以說使用Sn-6Ag左右±0.5％的Ag組分的焊料合金是合適的。
比較例2在比較例1中，在設(shè)定于各溫度的加熱板上30秒的時間內(nèi)放置導(dǎo)電球構(gòu)件，判斷焊料的流入，這是比在實際的回流工序進行的條件更嚴(yán)格的加熱條件。在實際的回流工序中，由于使用帶式回流爐，所以導(dǎo)電球構(gòu)件瞬間到達峰值溫度。此外，暴露在比上述峰值溫度低5℃左右的溫度或以上的溫度中的時間是5～10秒左右。因此，為了調(diào)查回流時的加熱時間的影響，僅使用Sn-4.6Ag組分的焊料合金，在240～260℃的加熱溫度下，改變加熱時間用導(dǎo)電球構(gòu)件形成電極，調(diào)查其表面的狀態(tài)。焊劑材料等其他的條件與比較例1相同。表2是表示其結(jié)果的表。與表1相同，SnCu層露出的情況標(biāo)注×，不露出的情況標(biāo)注○?！癖硎驹谕粭l件下進行多次實驗的情況下，一部分產(chǎn)生SnCu層露出的情況。
(表2)

從表2可知，在240℃的回流條件中，全部得到良好的結(jié)果。在本比較例中的Sn-4.6Ag的液相線溫度是244℃，表示通過液相線溫度或以下的回流，不引起SnCu層的露出。
但是，當(dāng)考慮合金的液相線溫度時，在表2中，如果是250℃或以上的回流溫度，則應(yīng)該全部成為×。但是，在表2的結(jié)果中，即使在260℃中，如果是到10秒左右為止的短時間的回流，也不能說SnCu層總是露出。因此，可以說SnCu層的露出不僅由回流溫度，也因回流時間及后述的焊劑材料等多種因素產(chǎn)生。
在一般的制造過程中使用的回流工序中，即使在同一批次的工件之間也發(fā)生加熱溫度的偏離。因此，作為回流條件，即使在將峰值溫度設(shè)定在預(yù)定溫度的情況下，在回流工序中，在工件上的多個導(dǎo)電球構(gòu)件每個中，存在峰值溫度的離散。此外，在將加熱的峰值溫度保持30秒左右的情況下，也產(chǎn)生各導(dǎo)電球構(gòu)件保持在峰值溫度的時間的離散。當(dāng)考慮這樣的各種因素引起的離散時，由表1、2可以說通過將回流溫度設(shè)定在液相線溫度或以下，能夠有效地防止焊料連接的不良。
比較例3在本比較例中，使用將Sn-3.5Ag合金作為第1合金的導(dǎo)電球構(gòu)件，進行與比較例2同樣的探討。回流溫度固定在230℃，調(diào)查在多個回流時間下使用RMA(松香弱激活)型焊劑形成電極情況下的SnCu層的露出。焊劑使用Deltalux523H(RMA型焊劑)。在表3中，與比較例2相同，將SnCu層露出的情況表示為×，沒有露出的情況表示為○，將多次回流中一部分產(chǎn)生露出的情況表示為●。
(表3)

從表3可知，在使用RMA型焊劑的情況下，當(dāng)將Sn-3.5Ag合金作為第1合金使用的導(dǎo)電球構(gòu)件在230℃下加熱5秒或以上時，SnCu層開始露出。該溫度條件作為在一般的制造工序中使用的回流溫度是相當(dāng)?shù)偷臏囟取Ｔ谠摐囟戎?，?秒左右引起SnCu層的露出這是一個問題。因此，在導(dǎo)電球構(gòu)件中使用Sn-3.5Ag的合金的情況下，可以說RMA型焊劑是不理想的。
第2實施例在本實施例中，使用Sn-3.5Ag組分的焊料合金，使用與第1實施例不同的焊劑形成電極。由于形成電極的工序與實施例1相同，故省略其詳細(xì)的說明。與第1實施例的不同點是用高鹵素含有型(RA型)的焊劑Deltalux533(千住金屬工業(yè)制造)這一點。該焊劑包含0.22％的Cl。并且，回流溫度條件采用240℃峰值。
本實施例的電極沒有看到SnCu層的露出。這是由于焊劑中含有的Cl元素的含有量從第1實施例中的0.04％增大到0.2％，提高了焊劑的活性度的緣故。通過該焊劑活性度的提高，即使是Sn-3.5Ag組分的焊料合金，也能夠避免作為粘潤不良的SnCu層的露出。因此，即使在使用非共晶組分的SnAg合金的情況下，對于不產(chǎn)生在第1實施例中發(fā)現(xiàn)的SnCu層的露出的回流條件，能夠擴大裕度，同時，能夠更可靠地防止SnCu層的露出。
在本實施例中實現(xiàn)的防止SnCu層的露出，能夠進行如下說明。即，在電極形成的回流時，導(dǎo)電球構(gòu)件的第1金屬層熔融。這時，焊劑覆蓋熔融的第1金屬層的表面，降低該第1金屬層的表面張力。作用在該熔融的第1金屬層即焊料合金上的表面張力是使熔融焊料保持球形的作用力。因此，該表面張力過大時，作為從熔融的焊料將核排出到外側(cè)的力發(fā)揮作用。即，作為使在上述核的外面形成的SnCu層露出的力發(fā)揮作用。對此，通過使焊劑成為高活性，增大降低焊料的表面張力的效果，抑制將核從熔融的焊料排出的力，能夠避免SnCu層的露出。
另一方面，上述SnCu層與由第1合金形成的金屬層之間的粘潤力也通過焊劑的高活性化而增大。
通過使上述焊劑中含有的鹵素量為0.2％或以上，通過與上述表面張力相關(guān)的作用和與上述粘潤力相關(guān)的作用這二者的作用，能夠有效地防止SnCu層向電極表面的露出。但是，從環(huán)境保護的觀點考慮，由于使用包含多量鹵素元素的焊劑，所以存在焊劑殘渣的洗凈或廢液處理的問題，因而需要限于必要的最小限度內(nèi)。
如上所述，對使用SnAg系合金的實施例進行了說明，但是，由于焊料粘潤性比較差的金屬化合物層露出導(dǎo)致電極等的連接不良的問題，并不限于SnAg系合金。除SnAg系合金之外，在SnPb系、SnZn系、SnBi系等各合金中也同樣產(chǎn)生該問題。即使在任何系統(tǒng)的合金中，通過在回流等引起的熔融時在熔融合金中產(chǎn)生的表面張力和作用在熔融合金上的重力，該熔融合金向電子部件的焊盤流動，產(chǎn)生上述金屬化合物層的露出。
因此，在SnPb系合金中，組分中的Pb的比例最好是38.1％～80.8％的范圍。此外，在SnBi系合金中，組分中的Bi的比例最好是在57％～99.9％的范圍。此外，在SnZn系合金中，組分中的Zn的比例最好是在8.8％～99.9％的范圍。上述SnPb系、SnBi系及SnZn系的合金各自具有183℃、138℃、198.5℃的固相線溫度，在各金屬的組分比例是上述各范圍的情況下，當(dāng)減少Sn的含有比例時液相線溫度就上升。因此，即使在任何系統(tǒng)的合金中，通過在回流中在第1合金層與第2合金層產(chǎn)生的金屬的擴散現(xiàn)象，由于在上述第1合金的Sn組分減小的情況下液相線溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持固相部分與液相部分共存的狀態(tài)。其結(jié)果是能夠有效地防止焊料粘潤性差的金屬化合物層向電極的表面露出，能夠有效地防止向電路基板安裝時的不良。
在上述實施方式中，作為本發(fā)明的電子部件用晶片工藝CSP為例進行了說明，也可以是裸芯片。在將電子部件安裝到印刷基板等上的情況下，電子部件的焊盤形成部的材料與玻璃環(huán)氧樹脂等的印刷基板材料的熱膨脹系數(shù)的差相應(yīng)的熱應(yīng)力取決于焊料連接部。裸芯片和晶片工藝CSP在由Si構(gòu)成的半導(dǎo)體基板上形成聚酰亞胺等的絕緣樹脂的薄膜，形成焊盤?，F(xiàn)有的CSP的情況下，在模制樹脂上形成焊盤，但與模制樹脂相比，由于Si與玻璃環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)的差較大，所以在焊料連接部產(chǎn)生的熱應(yīng)力增大。因此，通過使用本發(fā)明的導(dǎo)電球，通過在該導(dǎo)電球中內(nèi)置的核，保持焊料連接部的高度，通過緩和熱應(yīng)變的集中，能夠提高電子部件的可靠性。
安裝了本發(fā)明的電子部件的電子設(shè)備有服務(wù)器或移動電話等。服務(wù)器由于來自內(nèi)部的電路基板的發(fā)熱量大，機器內(nèi)的溫度變化大，因而需要提高焊料連接部對溫度變化的可靠性。此外，在移動電話的情況下，由于大量生產(chǎn)而且商品周期短，每年廢棄量多，對環(huán)境的影響比其他的電子設(shè)備大。進而，由于是移動設(shè)備，所以伴隨著所有者的移動，外部環(huán)境溫度變化大，要求焊料連接部對溫度變化的高可靠性。因此，根據(jù)本發(fā)明的電極的形成方法，由于能夠使用非鹵素系焊劑形成不包含Pb的外部連接電極及焊料連接部，能夠減小生產(chǎn)或者廢棄移動電話時的環(huán)境負(fù)荷。進而，由于焊料連接部對溫度變化的可靠性高，所以能夠提高電子設(shè)備自身的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電球，其特征在于，具備形成為大致球狀，并且由非金屬材料構(gòu)成的核(4)；覆蓋上述核的表面，并且至少包含第1金屬層(2)與第2金屬層(3)的覆蓋層，上述第1金屬層(2)由包含Sn并且具有非共晶組分的第1合金構(gòu)成，上述第2金屬層(3)由至少包含Cu或者Ni的至少一方的第2合金構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金具有在組分中的Sn的比例減小的情況下液相線溫度上升的組分。
3.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金的構(gòu)成元素具有比形成金屬間化合物的組分更接近共晶組分的組分。
4.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金具有液相線溫度是240℃或以上的組分。
5.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金具有液相線溫度是260℃或以上的組分。
6.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金包含Ag，組分中的上述Ag的比例大于3.5重量％。
7.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金包含Ag，組分中的上述Ag的比例是4重量％或以上。
8.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金包含Ag，組分中的上述Ag的比例是5.5重量％或以上。
9.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金組分中的上述Ag的比例小于75重量％。
10.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金組分中的上述Ag的比例是37重量％或以下。
11.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電球，其特征在于，上述第1合金組分中的上述Ag的比例是6.5重量％或以下。
12.一種電子部件的電極的形成方法，其特征在于，包含將權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球(1)配置在電子部件(5)的焊盤(6)上的工序；以及加熱配置在上述電子部件(5)的焊盤(6)上的導(dǎo)電球(1)的工序，加熱上述導(dǎo)電球(1)的最大溫度是上述第1合金的液相線溫度或更低。
13.一種電子部件的電極的形成方法，其特征在于，包含在權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球(1)或電子部件(5)的焊盤(6)的至少一方上配置包含第3合金的連接構(gòu)件(13)的工序；將上述導(dǎo)電球(1)配置在上述電子部件(5)的焊盤(6)中的工序；以及加熱上述導(dǎo)電球(1)及上述連接構(gòu)件(13)的工序，加熱上述導(dǎo)電球(1)及上述連接構(gòu)件(13)的最大溫度，是上述導(dǎo)電球(1)的第1合金的液相線溫度或更低，而且，是上述連接構(gòu)件(13)的第3合金的液相線溫度或更高。
14.一種電子部件的電極的形成方法，其特征在于，包含在權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球(1)或電子部件(5)的焊盤(6)的至少一方上附著焊劑(7)的工序；將上述導(dǎo)電球(1)配置在上述電子部件(5)的焊盤(6)上的工序；以及加熱上述導(dǎo)電球(1)的工序，上述焊劑(7)包含0.2重量％或以上的鹵素元素。
15.一種電子部件，其特征在于，具有使用了權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電球(1)的電極(8)。
16.一種電子部件，其特征在于，具有使用權(quán)利要求12所述的電極的形成方法形成的電極(8)。
17.一種電子部件，其特征在于，具有使用權(quán)利要求13所述的電極的形成方法形成的電極(8)。
18.一種電子部件，其特征在于，具有使用權(quán)利要求14所述的電極的形成方法形成的電極(8)。
19.一種電子設(shè)備，其特征在于，包含權(quán)利要求15所述的電子部件而形成。
20.一種電子設(shè)備，其特征在于，包含權(quán)利要求16所述的電子部件而形成。
21.一種電子設(shè)備，其特征在于，包含權(quán)利要求17所述的電子部件而形成。
22.一種電子設(shè)備，其特征在于，包含權(quán)利要求18所述的電子部件而形成。
全文摘要
用由Cu層3與非共晶組分的Sn－5.5Ag合金層2構(gòu)成的覆蓋層覆蓋由非金屬材料構(gòu)成的大致球狀的核4來形成導(dǎo)電球部1。通過焊劑將導(dǎo)電球部1配置在電子部件的焊盤上，在峰值溫度達到250～260℃的加熱溫度下進行回流。使非共晶組分的Sn－5.5Ag合金成為固相部分與液晶部分共存的狀態(tài)，流動性比較少，使在Cu層3的表面上形成的SnCu層不露出地固定在焊盤上。能夠不露出焊料粘潤性比較差的SnCu層形成電極。在該電子部件與電路基板之間，能夠形成具有良好的電傳導(dǎo)性及機械強度的連接部。
文檔編號H05K3/34GK1826664SQ200480020920
公開日2006年8月30日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
發(fā)明者住川雅人, 村山里奈, 小川將志, 松下清人 申請人:夏普株式會社, 積水化學(xué)工業(yè)株式會社