JP2005026628A - 半導体素子実装方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体素子2を、はんだ接合により基板に実装する半導体素子実装方法であって、固定テープ5が貼着された基板1上に半導体素子2をセットして、固定テープ5により半導体素子2の実装位置を仮固定する工程と、セットした半導体素子2を基板1に対して熱圧着することで、固定テープ5をはんだ箔厚まで押しつぶすとともに熱硬化させる工程と、リフローにて半導体素子2と基板1とをはんだ接合する工程とを備える半導体素子実装方法。
【選択図】 図1
Description
例えば、図9に示すように、治具121は、基板101の外形寸法に合わせて形成される下凹部121aにて、基板101に対する治具121の位置決めを行いながら基板101にセットされている。
該治具121の上側には、半導体素子102の外形寸法に合わせて形成される上凹部121bが形成されており、該上凹部121bにはんだ箔103及び半導体素子102を嵌め込んで基板101上にセットすることで、基板101に対する半導体素子102の位置決めを行いつつ、半導体素子102を基板101へはんだ接合により実装することが可能となっている。
また、治具121の上凹部121bの寸法は、半導体素子102をセットする際の容易さや、半導体素子102及び治具121の構成部材の線膨張率や、半導体素子102及び治具121の寸法精度等を考慮して、半導体素子102の外形よりも若干大きめに形成する必要があるため、治具121と半導体素子102との間には所定のクリアランスdが生じることとなって、はんだ接合後における基板101に対する半導体素子102の実装位置を高精度に制御することができない。
さらに、接合後におけるはんだ厚みは、接合前のはんだ箔の厚みに依存しており、はんだ内に生じるボイドの有無やはんだの濡れ性・広がり性によってもはんだ厚みが変化する。特に、はんだ接合時には半導体素子102を支持するものがないため、図10に示すように、はんだが溶融している間に半導体素子102が傾き、そのままはんだが凝固してしまう恐れもある。
即ち、はんだバンプが形成された半導体素子を基板に実装する際、半導体素子と基板との間にペースト状の熱硬化性樹脂を供給し、該熱硬化性樹脂を熱硬化させて半導体素子の基板に対する位置及び間隔を一定に保持した後に、リフローによりはんだバンプを溶融させて接合を行う技術が、特許文献1に記載されている。
特に、半導体素子と基板とを接合するはんだ箔は、微小面積で基板に接するはんだバンプとは異なり、半導体素子と基板との接合面積が広いため、半導体素子と基板との間にはんだ箔を介装するとともに樹脂を供給した状態で、半導体素子に圧力をかけて熱圧着したとしても、半導体素子とはんだ箔との間又ははんだ箔と基板との間に浸入した熱硬化性樹脂を圧力により追い出すことは困難である。
即ち、請求項1においては、半導体素子を、はんだ接合により基板に実装する半導体素子実装方法であって、熱硬化性樹脂製のテープ部材が貼着された基板上に半導体素子をセットして、テープ部材により半導体素子の実装位置を仮固定する工程と、セットした半導体素子を基板に対して熱圧着することで、テープ部材をはんだ箔厚まで押しつぶすとともに熱硬化させる工程と、リフローにて半導体素子と基板とをはんだ接合する工程とを備える。
これにより、リフローを行う時には、既に半導体素子は基板に対して位置固定されていることとなるため、はんだが溶融することにより半導体素子が位置ズレしたり、傾いたりすることはない。
従って、治具を用いることなくリフロー処理しても、高い位置精度ではんだ接合を行って半導体素子を実装することができる。
また、半導体素子と基板との間隔は熱圧着時に固定されるので、はんだ接合後のはんだ膜厚も一定厚に制御することが可能である。
さらに、低コスト化を図ることもできる。
これにより、半導体素子の基板に対する位置決め用の治具を用いたり、基板と半導体素子との間のはんだ注入用の空間を保持するための機構を特別に設けたりすることなく、半導体素子の実装位置・傾き、及びはんだ厚を高い精度で制御しながらはんだ接合を行って半導体素子を実装するとともに、低コスト化を図ることができる。
これにより、溶融したはんだの濡れ広がり性を向上することができる。
はんだの濡れ広がり性が向上することで、はんだが半導体素子の下面全体に容易に広がることが可能となり、凝固したはんだ内にボイドが生じたり、はんだ接合が不十分である箇所が生じたりすることを防ぐことができ、半導体素子から基板への熱伝導性が低下することを防止できる。
治具を用いることなくリフロー処理しても、高い位置精度ではんだ接合を行って半導体素子を実装することができる。また、はんだ接合後のはんだ膜厚も一定厚に制御することが可能であり、低コスト化を図ることもできる。
また、溶融したはんだの濡れ広がり性を向上することができ、凝固したはんだ内にボイドが生じたり、はんだ接合が不十分である箇所が生じたりすることを防ぐことができて、半導体素子から基板への熱伝導性が低下することを防止できる。
図1、図2に示すように、半導体素子2が接合される基板1の上面に、半導体素子2の接合位置に合わせてはんだ箔3及び固定テープ5をセットする(図1(a)、S01)。
はんだ箔3は、半導体素子2の底面と略同じ大きさの箔状に形成されている。また、固定テープ5は、例えば、基材にポリイミド等の耐熱樹脂を用いて、熱硬化性樹脂をテープ状に形成したものであり、はんだ箔3の周囲における複数箇所に配置されている。図1では、固定テープ5をはんだ箔3周囲の4箇所に配置しているが、固定テープ5上に半導体素子2を載置した際に半導体素子2が安定してセットできればよく、3箇所以上に配置していればよい。
熱圧着では、基板1と半導体素子2との間隔がはんだ箔3の厚みと略同じになるまで固定テープ5を押し潰すとともに、固定テープ5を加熱して該固定テープ5の熱硬化性樹脂を硬化させる。
なお、熱圧着工程ではんだ箔3が溶融することを防止するために、固定テープ5には硬化温度がはんだ箔の溶融温度以下の熱硬化性樹脂を用いており、熱圧着により加熱される固定テープ5の加熱温度は、はんだ箔の溶融温度以下となっている。
また、圧着後の固定テープ5の厚みは、例えば数十μmから数百μm程度となっている。
リフロー時には、既に半導体素子2は基板1に対して位置固定されているため、はんだ溶融により半導体素子2が位置ズレしたり、傾いたりすることはない。
従って、半導体素子2を基板1にセットする際に、半導体素子2を位置精度良く固定テープ5上に載置して熱圧着すれば、治具を用いることなくリフロー処理しても、高い位置精度ではんだ接合して実装することができる。
また、半導体素子2と基板1との間隔は熱圧着時に固定されるので、はんだ接合後のはんだ膜厚も一定厚に制御することが可能である。
この基板1を放熱板とはんだ接合する際にも、前記固定テープ5により基板1を放熱板に位置固定することで、高精度のはんだ接合を行うことができる。
次に、図3(c)、図3(d)に示すように、放熱板6に位置決め固定された基板1の上面にはんだ箔3及び固定テープ5をセットし、前述の如く半導体素子2を熱圧着することで、基板1に対する半導体素子2の位置決め固定を行う。
この場合も、半導体素子2の基板1に対する位置決め固定、及び基板1の放熱板6に対する位置決め固定が、固定テープ5によりそれぞれなされているので、治具を用いることなく高精度で半導体素子2を実装することができ、低コスト化を図ることもできる。
本実施形態では、図4(a)に示すように、半導体素子2が接合される基板1の上面に、複数の固定テープ5をセットする。固定テープ5は、半導体素子2の実装位置に合わせて、該半導体素子2の周縁部に位置するように配置されている。
次に、固定テープ5上に半導体素子2を載置するとともに、熱圧着して固定テープ5を熱硬化させ、該半導体素子2の基板1に対する位置、及び半導体素子2と基板1との間隔を固定する。この場合の、圧着後の固定テープ5の厚みは、例えば数十μmから数百μm程度となっている。
図4(c)のように、固形はんだ13を設置した後にリフローを行うと、固形はんだ13が溶融して、基板1と半導体素子2との間に形成される、固定テープ5の厚み分だけの隙間に、毛細管現象によってはんだが流入し、基板1と半導体素子2とがはんだ接合される。
この基板1のはんだ設置用凹部1aに固形はんだ13を載置するとともに、図5(b)に示す如く固定テープ5を介して半導体素子2を熱圧着し、リフローを行うと、図5(c)に示すように、溶融したはんだが流れ用凹部1bを通じて半導体素子2の下方へ濡れ広がり、はんだが半導体素子2の底面全体に行き渡る。
なお、流れ用凹部1bは、図5では一本のみ形成したが、複数本形成してもよい。
しかし、このように、はんだ設置用凹部1a及び流れ用凹部1bを形成することで、溶融したはんだが、はんだ設置用凹部1aから流れ用凹部1bを通じて流れ易くなり、濡れ広がり性を向上することができる。
はんだの濡れ広がり性が向上することで、はんだが半導体素子2の下面全体に容易に広がることが可能となり、凝固したはんだ内にボイドが生じたり、はんだ接合が不十分である箇所が生じたりすることを防ぐことができ、半導体素子2から基板1への熱伝導性を低下させることがない。
なお、前記流れ用凹部1b及び枝凹部1cの底面高さを、場所によって変化させることで、はんだの流れ方向及び量を制御することが可能である。
また、流れ用凹部1b及び枝凹部1cは基板1表面に対して凹形状となっているが、基板1表面に凸形状のスリット部を形成しても、同様にはんだの濡れ広がり性を向上させることが可能である。
2 半導体素子
3 はんだ箔
5 固定テープ
6 放熱板
Claims (3)
- 半導体素子を、はんだ接合により基板に実装する半導体素子実装方法であって、
熱硬化性樹脂製のテープ部材が貼着された基板上にはんだ箔を介して半導体素子をセットし、テープ部材により半導体素子の実装位置を仮固定する工程と、
セットした半導体素子を基板に対して熱圧着することで、テープ部材をはんだ箔厚まで押しつぶすとともに熱硬化させる工程と、
リフローにて半導体素子と基板とをはんだ接合する工程と、
を備えることを特徴とする半導体素子実装方法。 - 半導体素子を、はんだ接合により基板に実装する半導体素子実装方法であって、
熱硬化性樹脂製のテープ部材が貼着された基板上に半導体素子をセットして、テープ部材により半導体素子の実装位置を仮固定する工程と、
基板上における半導体素子の近接位置に固形はんだを載置する工程と、
リフローにて半導体素子と基板とをはんだ接合する工程と、
を備えることを特徴とする半導体素子実装方法。 - 前記基板表面には、リフロー時に溶融したはんだの流れ方向を制御するための凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体素子実装方法。
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