JP2004207589A

JP2004207589A - 電子部品実装方法と基板及び回路基板

Info

Publication number: JP2004207589A
Application number: JP2002376618A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Naito; 浩幸内藤; Satoshi Shida; 智仕田; Kazuya Atokawa; 和也後川; Makoto Morikawa; 誠森川; Shozo Minamitani; 昌三南谷; Toshikazu Sakata; 利和阪田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】基板の凹凸が大きい場合にも適正に接合することができる電子部品実装方法を提供する。
【解決手段】基板１の各電極パッド４上にスタッドバンプなどの突起電極７を形成する突起電極形成工程と、各突起電極７の端面９を一平面に成形するレベリング工程と、半導体チップなどの電子部品２の突起電極６と基板１の突起電極７が対向するようにセラミック基板１と電子部品２を位置決めする工程と、電子部品２の突起電極６と基板１の突起電極７を接合する電極接合工程とを有し、基板１に突起電極７を設けることで基板１の凹凸が大きい場合にも適正に接合できるようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップなどの突起電極を有する電子部品を基板に実装する電子部品実装方法とその基板及び実装した回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体チップなどの突起電極を有する電子部品を基板に実装する実装方法として、電子部品の電極パッドにワイヤボンディング法などで突起電極を形成し、電子部品の突起電極に転写方式などによって接着剤を付与し、電子部品の突起電極を基板の電極パッドに固着させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、この特許文献１には、接着剤に代えて基板の電極パッド上に半田層を形成し、これを加熱溶融した状態で電子部品の突起電極を電極パッドに押し当てて固着する方法も開示されている。
【０００３】
また、上記接着剤による接合に代えて、電子部品の突起電極を基板の電極パッドに超音波接合する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、この特許文献２には、突起電極の配置を逆にして、基板の電極パッドに突起電極を形成し、電子部品の電極パッドに超音波接合する例も開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１０２４６８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平９−３２６４２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体チップなどを実装する基板としてはセラミック基板が汎用されているが、セラミック基板は凹凸が生じ易く、例えば凹凸が６０〜９０μｍに達するものが多く発生するため、上記のようにして突起電極と電極パッドを接合した場合には接合不良が発生する可能性があるという問題がある。また、セラミック基板に限らず、ガラス・エポキシ樹脂基板を用いる場合にも同様の問題は避けられない。
【０００７】
すなわち、電子部品の突起電極の許容寸法誤差範囲に比べてかなり大きな凹凸が基板面に存在している状態で、図４（ａ）に示すように、実装ヘッド２１で電子部品２２を保持して基板２３に対して位置決めし、電子部品２２の突起電極２４を基板２３の電極パッド２５に押し当てて実装ヘッド２１に超音波振動２６を印加して接合を行うと、図４（ｂ）に示すように、一部の突起電極２４Ａは適正に電極パッド２５に接合される一方で、他の一部の突起電極２４Ｂが電極パッド２５に確実に接合できていない状態になるという問題がある。
【０００８】
このような接合不良品の発生を防止するため、従来はセラミック基板の表面粗さを検査して凹凸の少ないものを選別して使用する必要があり、そのためセラミック基板の歩留りが非常に悪くなって、生産性を低下させ、コストアップ要因となるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板の凹凸が大きい場合にも適正に接合することができる電子部品実装方法と基板及び回路基板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品実装方法は、基板の各電極パッド上に突起電極を形成する突起電極形成工程と、各突起電極の端面を一平面に成形するレベリング工程と、電子部品の突起電極と基板の突起電極が対向するように基板と電子部品を位置決めする工程と、電子部品の突起電極と基板の突起電極を接合する電極接合工程とを有するものである。
【００１１】
この構成によれば、基板の各電極パッド上に突起電極を形成してその端面を一平面にし、この基板の突起電極と電子部品の突起電極を接合することで、基板に凹凸が大きい場合でも適正に接合することができる。なお、この方法では基板に対して突起電極を形成する工程が付加されることになるが、突起電極は成熟した技術と装置によって効率的に形成することができるためコストアップ要因は小さく、基板の歩留り向上によるコスト低減効果の方が遙かに大きい。また、基板の突起電極には、ワイヤボンディング法により形成するスタッドバンプやメッキにより形成するメッキバンプ等を適用することができる。
【００１２】
また、突起電極形成工程の前処理として、基板をプラズマクリーニング法にて洗浄すると、基板の製造工程で残った塩素や臭素などのハロゲンを確実に除去でき、形成した突起電極に対する悪影響を確実に防止することができる。
【００１３】
また、レベリング工程時に、加圧力とともに、熱エネルギー若しくは超音波振動エネルギー又はそれらの両者を付与すると、各突起電極の端面を効率的に一平面に成形することができる。
【００１４】
また、レベリング工程を、電子部品を保持して基板に実装する実装ヘッドにて行うと、基板の突起電極の端面と次に実装する電子部品の平行度が高精度に確保されるため、信頼性の高い接合を確保することができる。
【００１５】
また、電極接合工程において、超音波振動エネルギーを付与すると、超音波振動エネルギーによって短時間で効率的に接合することができる。
【００１６】
また、電極接合工程において、突起電極同士を加圧するとともに加熱すると、接合部に十分なエネルギーを付与することができて、信頼性の高い接合を実現することができ、特に上記超音波振動エネルギーの付与と組み合わせると大きな効果を発揮する。
【００１７】
また、電極接合工程において、基板と電子部品の間に接着剤又は封止剤を充填した状態で接合すると、電子部品を接着剤で接合固定したり、接合部の封止工程までを一工程で行うことができる。
【００１８】
また、本発明の基板は、電極パッド上に突起電極が設けられ、かつその突起電極の端面が平面に成形されているものであり、この基板を用いることで、上記電子部品実装方法を適用してその効果を奏することができる。
【００１９】
また、本発明の回路基板は、複数の電極パッド上に各々突起電極を有しかつその突起電極の端面が一平面に成形された基板と、複数の突起電極を有する電子部品とを備え、電子部品の突起電極と基板の突起電極が接合されているものであり、上記のように基板の凹凸が大きくても基板の回路パターンと電子部品とが確実に接合されていて信頼性の高い回路基板が実現され、また半導体チップなどの電子部品と基板の回路パターンとの間に突起電極同士を接合している空間が形成されるため、両者間に例えば３０μｍ以上の比較的大きな間隔を保持させることも可能であり、電子部品が１０ＧＨｚのような高い周波数で作動する場合にも、回路パターンとの間で悪影響を受けるのを防止できるという効果も得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子部品実装方法の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、セラミック基板１に電子部品としての半導体チップ２を実装して回路基板３を構成している。
【００２２】
セラミック基板１は、図２（ａ）に示すように、電極パッド４を形成した表面に比較的大きな凹凸５を有している。その表面粗さｄは、例えば６０〜９０μｍ程度であり、そのままの状態で半導体チップ２を実装し、その突起電極６を電極パッド４に接合した場合には、図４（ｂ）に示すような接合欠陥を生じる恐れがある。
【００２３】
そこで、セラミック基板１の表面にプラズマクリーニングを行って洗浄した後、図２（ｂ）に示すように、セラミック基板１の各電極パッド４上にワイヤボンディング法にて突起電極としてのスタッドバンプ７を形成している。さらに、図２（ｃ）に示すように、セラミック基板１にレベリングヘッド８を押し付けてスタッドバンプ７の先端部を加圧することでレベリングを行っている。このレベリング工程によって、スタッドバンプ７のバルブ部７ａから３０〜４０μｍ突出している突部７ｂが破線で示すようにバルブ部７ａ内に没入するとともに、バルブ部７ａが加圧変形されてスタッドバンプ７の端面９が一平面に成形される。好適には、このレベリング工程に際して加圧力とともに熱エネルギー若しくは超音波振動エネルギー又はこれらの両者が付与される。
【００２４】
その後、図３に示すように、このセラミック基板１を支持テーブル１０上に設置し、半導体チップ２を実装ヘッド１１にて保持し、支持テーブル１０と実装ヘッド１１を相対移動させることで、セラミック基板１のスタッドバンプ７と半導体チップ２の突起電極６を対向させ、実装ヘッド１１にて半導体チップ２をセラミック基板１に向けて加圧するとともに、実装ヘッド１１に超音波振動を付与することで、図１に示すように、セラミック基板１のスタッドバンプ７の端面９に半導体チップ２の突起電極６が超音波接合され、半導体チップ２がセラミック基板１に実装される。この超音波振動エネルギーによる接合時に、さらに加熱手段を備えた実装ヘッド１１を用いることで熱エネルギーを付与するのが好適である。
【００２５】
このようにして製造された回路基板３においては、セラミック基板１の回路パターンと半導体チップ２との間に、スタッドバンプ７と突起電極６を接合している空間１２が形成されるため比較的大きな間隔Ｄが保持される。この間隔Ｄとして、例えば３０μｍ程度以上の間隔を確保することは容易であり、それにより半導体チップ２が１０ＧＨｚのような高い周波数で作動する場合にも、回路パターンとの間で悪影響を受けるのを防止でき、出力周波数の高い半導体チップ２を有する回路基板３として大きな効果が得られる。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、セラミック基板１の各電極パッド４上にスタッドバンプ７を形成してその端面９を一平面にし、このスタッドバンプ７の端面９に半導体チップ２の突起電極６を接合しているので、セラミック基板１の表面に大きな凹凸５が存在する場合でも、セラミック基板１のスタッドバンプ７と半導体チップ２の突起電極６とが確実に接合され、信頼性の高い回路基板３が実現される。
【００２７】
また、そのスタッドバンプ７の形成は成熟した技術であり、既に汎用されている装置によって効率的に形成することができるためコストアップ要因は小さく、そのためセラミック基板１の歩留り向上によるコスト低減効果の方が遙かに大きい。
【００２８】
また、スタッドバンプ７の形成工程に先立ってセラミック基板１をプラズマクリーニングしているので、セラミック基板１の製造工程で残った塩素や臭素などのハロゲンを確実に除去でき、スタッドバンプ７に対する悪影響を確実に防止することができる。また、スタッドバンプ７のレベリング工程時に、加圧力とともに、熱エネルギー若しくは超音波振動エネルギー又はそれらの両者を付与すると、各スタッドバンプ７の端面９を効率的に一平面に成形することができる。
【００２９】
また、半導体チップ２の突起電極６とセラミック基板１のスタッドバンプ７の端面９の接合に際して超音波接合を適用しているので、短時間で効率的に接合することができ、さらに加熱して熱エネルギーを付与すると、大きな接合エネルギーを投入できることで、一層短時間に効率的に信頼性の高い接合状態を確保することができる。
【００３０】
さらに、セラミック基板１と電子部品２の対向面の何れか一方又は両方に予め封止剤１３を付与した状態で上記のように加熱を伴う実装を行うと、図１に仮想線で示すように、セラミック基板１と電子部品２の間に封止剤１３が充填され、セラミック基板１のバンプ電極７と半導体チップ２の突起電極６の接合と同時に封止剤１３が加熱硬化され、半導体チップ２の接合部分の封止も同時に行うことができる。
【００３１】
なお、上記実施形態の説明では、セラミック基板１のスタッドバンプ７をレベリングヘッド８にてレベリングした例を示したが、半導体チップ２を実装する実装ヘッド１１にてその実装工程に先立ってレベリングを行っても良く、そうするとスタッドバンプ７の端面９と、実装する半導体チップ２の平行度が高精度に確保されるため、信頼性の高い接合を確保することができる。
【００３２】
また、セラミック基板１の電極パッド４上に設ける突起電極として、ワイヤボンディング法により形成されたスタッドバンプ７の例を示したが、メッキバンプを形成しても同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
また、上記実施形態の説明では、半導体チップ２の突起電極６とセラミック基板１のスタッドバンプ７を超音波接合する例を示したが、突起電極６に接着剤を転写等にて付与し、加圧加熱による溶融拡散と接着剤による固着にて接合しても良い。また、セラミック基板１と半導体チップ２の間に異方導電性のペーストやシートを介装した状態で半導体チップ２をセラミック基板１に加圧して加熱硬化することでスタッドバンプ７と突起電極６を異方導電性のペーストやシートを介して電気的に接続した状態で固着して接合しても良い。また、非導電性のペーストやシートを介装した状態で半導体チップ２をセラミック基板１に加圧して加熱硬化することでスタッドバンプ７と突起電極６を接触接続した状態で固着して接合してもよい。
【００３４】
また、セラミック基板１に半導体チップ２を実装する例についてのみ説明したが、本発明はガラス・エポキシ樹脂基板等の各種基板に、突起電極を有する各種電子部品を実装する場合にも同様に適用できるとともに同様の効果が得られることは明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の電子部品実装方法と基板及び回路基板によれば、基板の各電極パッド上に突起電極を形成してその端面を一平面にし、この基板の突起電極と電子部品の突起電極を接合しているので、基板に大きな凹凸が存在している場合でも基板の回路に適正に電子部品を接合することができ、基板の歩留りを向上して低コスト化を図りながら信頼性の高い回路基板を得ることができきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品実装方法にて製造した回路基板の断面図である。
【図２】同実施形態の電子部品実装方法における基板に対する突起電極の形成工程を示す断面図である。
【図３】同実施形態の電子部品実装方法における電子部品実装工程の断面図である。
【図４】従来例の電子部品実装方法における実装工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１セラミック基板（基板）
２半導体チップ（電子部品）
３回路基板
４電極パッド
６突起電極
７スタッドバンプ（突起電極）
８レベリングヘッド
９端面
１１実装ヘッド
１３封止剤

Claims

基板の各電極パッド上に突起電極を形成する突起電極形成工程と、各突起電極の端面を一平面に成形するレベリング工程と、電子部品の突起電極と基板の突起電極が対向するように基板と電子部品を位置決めする工程と、電子部品の突起電極と基板の突起電極を接合する電極接合工程とを有することを特徴とする電子部品実装方法。
突起電極形成工程の前処理として、基板をプラズマクリーニング法にて洗浄することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
レベリング工程時に、加圧力とともに、熱エネルギー若しくは超音波振動エネルギー又はこれらの両者を付与することを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品実装方法。
レベリング工程を、電子部品を保持して基板に実装する実装ヘッドにて行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電子部品実装方法。
電極接合工程において、超音波振動エネルギーを付与することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電子部品実装方法。
電極接合工程において、突起電極同士を加圧するとともに加熱することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電子部品実装方法。
電極接合工程において、基板と電子部品の間に接着剤又は封止剤を充填した状態で接合することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電子部品実装方法。
電極パッド上に突起電極が設けられ、かつその突起電極の端面が平面に成形されていることを特徴とする基板。
複数の電極パッド上に各々突起電極を有しかつその突起電極の端面が一平面に成形された基板と、複数の突起電極を有する電子部品とを備え、電子部品の突起電極と基板の突起電極が接合されていることを特徴とする回路基板。