BGA用のPbフリーはんだボールとして, Cuコアを有するSn-3.5Agはんだボールを使用した場合における接合部の特性を調査するため, リフローおよび150℃で高温放置したはんだ/パッド界面の接合部組織観察とせん断試験による接合信頼性評価を行った。その結果, Sn-3.5Agはんだのみでは接合部界面にNiSn₃の反応層が形成し, 高温放置に伴ってこの反応層が成長しカーケンダールボイドを形成するためにせん断強度の低下がみられた。一方, Cuコアボールを用いたはんだでは, 反応層としてCu₆Sn₅が形成し, この反応層は高温放置による反応層成長量が少なくボイドも形成されないため, せん断強度の低下が抑制された。

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応力緩和層を内包した高信頼ファインピッチBGAタイプCSPの開発を目的として, 封止樹脂部のリードとはんだ接続部の信頼性向上を両立させるパッケージ構造仕様を弾塑性有限要素法解析によって検討した。樹脂封止部のリードに発生するひずみは, リード根元部分の幅広化, S字型断面形状の形成, および応力緩和層の高弾性化と厚さの適正化によって低減できる。応力緩和層の高弾性化は, はんだ接続部の信頼性を低下させる要因となるが, 弾性率の最適化によってリードとはんだ接続部双方の信頼性を確保することができる。以上の結果に基づいて耐温度サイクル性に優れたCSPを開発した。

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Agめっきした基板表面に接合したAuワイヤをモールド成形した後, これを機械的にはく離分離してこのはく離面を外部接続用の端子として使用する手法をCSPのパッケージングに応用することを目的として, Agめっきと超音波併用熱圧着接合したAuワイヤについて接合条件と分離可否の関係を調べた。その結果, ワイヤの分離に適したボール歪み量の範囲が存在する可能性が示唆された。さらに, ワイヤの分離歩留まりは接触エリアの周縁で接合された場合が最も分離歩留まりが高く, 超音波出力が小さいほどこの接合状態が得られやすいことが判明した。この分離手法をパッケージングに適用してインタポーザレスCSPを試作した。工程ではワイヤの先端を露出させるために, ワイヤボンディングした基板を機械的に引きはがして除去した。この手法を採り入れることにより, 化学的に基板を溶解する方法に比べて工程を簡略化することができた。

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マイクロマシンに搭載しマシン同士を連結するためのマイクロコネクタ (直径2.5mm, 厚さ2mm) を開発した。このマイクロコネクタは幅7μm, 高さ80μm, 長さ300μmの片持ち梁構造の端子を24本有し, 端子はシンクロトロン放射光のX線を用いたディープX線リソグラフィ技術と微細めっきを組み合わせて製作した。われわれは, 結晶子サイズを小さくし, 結晶子サイズや配向をめっき成長方向に揃えることで, Niめっき構造体のヤング率および靭性を高くし, 端子製作に適用した。マイクロコネクタの電気的特性を測定し, マイクロマシンからの要求仕様を満たすことを確認した。

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電気銅めっきがマイクロエレクトロニクス接続方法として用いられており, ミクロンからサブミクロンオーダの銅が, プリント配線板やULSI配線の電気的接続に適用され, 特に半導体のダマシンプロセスが注目されている。そこで, ボイドフリーで銅を充てんする電気めっき浴の組成の最適化とめっき浴組成の役割について検討したところ, 直流電気めっきで添加剤を選択することによってボイドフリーで銅を充てんすることが可能であった。しかしながら, PEG (ポリエチレングリコール) やSPS (ビス (3-スルポプロピル) ジスルファイド2ナトリウム) の添加によって, しばしばオーバープレート現象が観察された。この現象は, CMP (化学的機械研磨) で研磨が不完全になる。このオーバープレート現象はチオ尿素, PEGおよびSPSを添加することによって避けることが可能であった。

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電子機器の軽薄短小化に対応できるチップスケールパッケージ (CSP) は, 多ピン化や実装性等に優れたパッケージとして注目されている。このはんだ接合部では回路板との線膨張係数の差に起因する疲労破壊が起こる可能性があり, 簡易な信頼性評価手法の確立が望まれている。信頼性評価方法として, はんだ接合部の相当非線形ひずみ振幅△ε_in値を有限要素法を用いて算出し, 評価する方法がある。しかし一般にパッケージ構造は複雑であるために, 解析コストが高いという問題がある。本研究では, CSP実装構造のはんだ接合部における熱疲労信頼性評価に関する検討を行い, また有限要素法の2段階解析の有効性を確認した。また, 2段階目の有限要素法解析で△ε_in値を算出する代わりに, いくつかの設計要因から構成される評価式を用いる方法を提案した。

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To improve the EMC quality of printed circuit boards, components placement is a significant process in the design. We develop EMC adequate design support system that executes automatic placement while controlling EMI from high-speed signal nets. This system derives net length restrictions for the high-speed signal nets by using electrical characteristics of signals and layer structure of the board. Then, novel algorithms“EMI balance placement”and“AI placement”give EMI-controlled components placement with keeping net length restrictions. Furthermore, it is shown that electromagnetic radiation noise from an experimental board designed by the system is suppressed significantly comparing to the board designed by a conventional method.

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For the electronic equipment, various printed circuit boards are used. Recently, the electronic equipment is getting miniaturized, and insulation reliability of the printed circuit boards becomes the important problem. In this environment, paper phenol base printed circuit boards are produced a lot and mainly used for the consumer article, so that we examined the ionic-migration of paper phenol base printed circuit boards. Generally, the resistance value of the paper phenol base printed circuit board is lowered with continual rapid-dropping and recovering of the resistance value in the high-humidity/temperature test for ionic-migration when it passed about 1500 hours. However, when it passed after 300 hours, the rapid changes of the resistance value by the ionic-migration were observed in our test, and it was observed that the bridging is done between some electrodes of the printed circuit boards.

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