JP2005150385A - 半導体素子の基板組付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体素子を素子基板にダイマウントをハンダ付けで行うとき、ハンダの溶融時に位置ズレを生じやすく、これを防ぐために高精度のチップマウンタなどにより予めに予備接着をするなど作業が煩雑化してコストアップする問題点を生じている。
【解決手段】 本発明により、素子基板上に設けられるランドは、当該のランドに取付けられる半導体素子の端子部と同一形状、若しくは、外形線の一部に同一形状を含む形状とされている半導体素子の基板組付方法とすることで、浮遊する半導体素子を溶融しているハンダの表面張力でランドと端子部とが一致するように移動させるセルフアライメントを行わせて正確に所定位置に合致させるものとし、工程を簡素化して課題を解決するものである。
【選択図】 図１

Description

例えば、ＬＥＤチップによりＬＥＤランプを形成するときなど、半導体素子からこの半導体素子を利用した半導体製品を形成するときには、前記半導体素子は素子基板に取付けられ給電などが容易に行えるようにされている。本発明は、前記素子基板に前記半導体素子を組付けるとき組付方法に関するものであり、詳細には、前記素子基板に前記半導体素子をハンダ付けにより搭載し取付けるときの組付方法に係るものである。

従来の素子基板９０に対する半導体素子９１の組付工程の例を示すものが図５であり、ハンダ付け可能な金属で形成された素子基板９０の所定位置には、微粒子状としたハンダと、フラックスとが混和されたハンダペースト９２が塗布され、その上に前記半導体素子９１が、例えばチップマウンターを用いることで正確な位置として載置される。

このようにすることで、前記半導体素子９１は、前記ハンダペースト９２の粘着性により所定位置に保持されるものとなっているので、この状態を保ちつつ素子基板９０、および、半導体素子９１の加熱を行えば、前記ハンダペースト９２中のハンダは溶融し、前記素子基板９０と半導体素子９１とは一体化が行われるものとなるのである。

ここで、前記半導体素子９１が光半導体素子であり、光の放射方向、或いは、光の受光方向など外部とに位置関係を生じる場合には、正確な取付位置が要求されるものとなるので、前記ハンダペースト９２中に、加熱時にも溶融しない高融点の金属微粒子などを混和しておき、溶融時の流動性を制限して半導体素子９１にズレ、傾きなどを生じないように図る場合もある。

尚、前記素子基板９０は、前記半導体素子９１に対する放熱性能の向上などの目的から全体が金属で形成される場合もあるが、例えば、ガラスエポキシ樹脂など絶縁性部材で形成された基材の面上に銅箔など導電性部材を貼着して前記半導体素子９１をマウントする部分にランド９０ａを形成し、このランド９０ａに前記半導体素子をハンダ付けにて取付けるものもある。
特開平０５−３２６５７４号公報

しかしながら、前記した従来の組立方法では、確かに融点の高い金属微粒子を混和することで位置ズレの発生の可能性が低下することは認められるが、基本的には、ハンダの溶融時には金属の液体中に半導体素子９１が浮遊している状態が変わるものではなく、依然として、半導体素子９１に位置ズレ、傾き、ローテーション（旋回）などを発生する可能性が高いものである点は変わらない。

また、例えば、別途に接着剤などにより素子基板９０と半導体素子９１とを接着し、上記位置ズレ、傾き、ローテーション（旋回）などを生じないものとしたときには、上記したように前記チップマウンターなどにより所定位置として載置されたときの位置を保つものとなるので、取付精度はチップマウンターの性能に依存するものとなる。よって、取付けに高精度が要求されるほどにチップマウンターにも高精度が要求されるものとなり、例えば、パターン認識機能を有するものなど、極めて高度のものとなり、設備投資が高額となる問題点も生じている。

本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、素子基板上に半導体素子に対応する素子取付用のランドを設けると共に該ランドにハンダおよびフラックスを塗布しておき、このランドに前記半導体素子を載置した状態で加熱炉を通過させ、前記ハンダを溶融させて前記素子基板への前記半導体素子の取付を行う半導体素子の基板組付方法において、前記素子基板上に設けられる前記ランドは、当該のランドに取付けられる半導体素子の端子部と同一形状、若しくは、外形線の一部に同一形状を含む形状とされていることを特徴とする半導体素子の基板組付方法を提供することで課題を解決するものである。

本発明により、素子基板上に設けるランドを半導体素子の端子部と同一形状、若しくは、外形線の一部に同一形状を含む形状としたことで、素子基板上に回路部品をほどほどの精度で載置し、この状態で加熱炉を通過させると、溶融したハンダの表面張力により半導体素子はランドと形状を一致させる位置に移動する。従って、素子基板、チップマウンターなどに高精度が要求されることもなく、素子基板上の意図した位置に半導体素子が取付けられるものとなる。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは素子基板であり、この素子基板１は絶縁部材による基板上に半導体素子２を取付けるためのランド１ａが形成されている。前記素子基板１を構成する絶縁性部材は、例えばガラスエポキシ板であり、このガラスエポキシ板の面上には当初には全面に渡り銅箔が貼着されている。

前記銅箔に対しては写真手段によりエッチングが施されてランド１ａが形成される。このように写真手段で形成することで、前記ランド１ａには必要充分な精度で且つ自在な形状がコストアップなどを来すことなく容易に得られるものとなる。よって、本発明ではこの高精度を利用してランド１ａの形状を、このランド１ａに取付けられる半導体素子２の端子部２ａの形状と基本的には同一形状、同一寸法としている。

ここで、前記ランド１ａは、前記半導体素子２の素子基板１への取付けを行うのみでなく、前記半導体素子２に対して電源を供給したり、或いは、信号の出入りを行う目的も果たすものとされている。従って、前記ランド１ａには、このための配線１ｂを接続する必要を生じるものとなる。

図２（Ａ〜Ｄ）は、上記したランド１ａに配線１ｂを接続したときの形状の例であり、半導体素子２の側に設けられる端子部２ａが、例えば矩形であれば、その外径線である四辺が、一部に含まれる形状として形成され、配線１ｂを含む前記ランド１ａの形状と、前記端子部２ａとの形状を重ね合わせるときには、１つの位置でのみ重なるものとなっている。

ここで、図２（Ａ）は、端子部２ａと全く同一形状で、且つ、同一寸法とした基本形状であり、この場合は外部からの給電のための配線１ｂは接続されていない。図２（Ｂ）はランド１ａの一辺の中央に配線１ｂを接続したものであり、図２（Ｃ）は同様にランド１ａの一辺に配線１ｂを接続した例であるが、この場合にはランド１ａと配線１ｂとは一つの辺を共有する形状とされている。また、図２（Ｄ）はランド１ａの二辺に配線１ｂが設けられている例であり、例えば電源がこのランド１ａを経由して他のランドなどにも電源を供給するときなどに採用される形状である。

そして、前記ランド１ａの表面にはＡｕ、Ｐｔのメッキが行われるなどしてハンダに対する濡れ性が向上されている。また、必要に応じては、上記ランド１ａ以外の位置にはＳｉＯ_２、ＡｌＯ_２、フッ素樹脂などハンダに対して濡れ性のない部材でレジスト層を形成しても良い。そして、前記ランド１ａには粉末状としたハンダと、フラックスとが混合されたハンダペースト３が印刷法などで塗布（図１参照）されている。このときに、前記端子部２ａの側にハンダメッキを行うなどして、双方共にヌレ性を向上させておくことが好ましい。

以上の構成とした素子基板１と半導体素子２との接合を行うときには、例えば、チップマウンターなどの機器、或いは、作業者による手作業など、適宜な手段で半導体素子２を素子基板１上の所定位置に載置する。尚、このときには、それ程の位置精度が要求されるものではなく、例えば、端子部２ａとランド１ａとが重なっている程度であれば良い。

そして、この所定位置に載置が行われている状態を保ち、例えば図３に示すようにリフロー炉１０などを通過させて前記ハンダペースト３を溶融状態とし、前記ランド１ａと端子部２ａとが共にハンダが溶融した液体により濡れている状態とする。このときには、前記半導体素子２はランド１ａ上でハンダ溶液上に浮遊している状態となる。

よって、ハンダが溶融している状態では、前記半導体素子２はランド１ａ上での移動、回転などが極めて少ない力で行えるものとなる。ここで、本発明においては、ランド１ａの形状、寸法と、半導体素子２の端子部２ａの形状、寸法とを同一としているので、両者、即ち、ランド１ａと端子部２ａとの間に位置ズレがあると、間に挟まれている液体状のハンダの表面積は、最小の状態よりも大きくなる。

従って、液体状のハンダは表面張力により、表面積を最小の状態にしようとする応力が働くものとなり、この応力（表面張力）により端子部２ａはハンダの表面積を最小とする方向に移動させられるものとなり、これにより、ランド１ａと端子部２ａとは正確に位置を一致させ、半導体素子２は素子基板１の所定の位置に正確に位置するものとなる。

よって、素子基板１上に半導体素子２が正確な位置にある状態で加熱温度を下げれば、ハンダは固体化して半導体素子２は正確な位置に取付けられるものとなる。従って、前記リフロー炉１０中の温度勾配を出口付近でハンダが固体化する温度まで低下するものとして設定しておけば、素子基板１上に半導体素子２をほどほどの精度で載置し、そして、リフロー炉１０を通過させるのみで正確な位置への取付が行えるものとなる。

このようにすることで、高精度なチップマウンターを使用することなく、且つ、高度な作業工程も要求されることなく、素子基板１上の正確な位置への半導体素子２の取付けが行えるものとなるので、例えば、１枚の素子基板１上に発光素子と受光素子との一対の半導体素子２が取付けられ、且つ、相互の位置関係に高精度が要求される近接センサなどの生産が容易に可能となり、コストダウンも可能となる。

図４は、本発明の別な実施形態を示すものであり、上記の説明は半導体素子２が、例えばＬＥＤチップなどであり、このＬＥＤチップを素子基板１の所定位置にマウントしてＬＥＤランプを形成するときの例で説明した。しかしながら、本発明はこれを限定するものではなく、前記半導体素子５が、例えば、トランジスタであって端子部５ａが３箇所に設けられているものであっても良い。

この場合にも、前記素子基板４の側には前記半導体素子５に設けられた端子部５ａのそれぞれと同一寸法、同一形状のランド４ａが３箇所に設けられている。尚、このときには、ランド４ａのそれぞれが対応する端子部５ａと同一寸法、同一形状として形成されていると共に、そのランド４ａ同士の相互位置関係も、端子部５ａ同士と同一寸法、同一形状として形成されている

そして、素子基板４上にほどほどの精度で半導体素子５を載置し、リフロー炉１０中を通過させれば、素子基板４と半導体素子５との間には、溶融したハンダの表面張力による位置のセルフアジャストが行われて、正確な位置への取付けが行われるものとなる。よって、本発明によれば、複数の端子部５ａを有する半導体素子５においても正確な位置で素子基板４に取付けられるものとなり、このときには、前の実施形態と同様に高精度のチップマウンターなどの必要なくして取付けを可能とするものである。

ここで、上記ハンダの表面張力により行われる位置調整の精度は、前記ランド１ａ（４ａ）を形成するときの精度に依存するものであり、そして、前記ランド１ａ（４ａ）は通常、写真手段を用いたエッチングなどにより形成されるものであるので、必要充分な精度を有するものである。

上記に説明したように、溶融したハンダの表面張力を利用したセルフアジャストで基板上の正確な位置に部品を取付ける方法であるので、素子基板はプリント基板と称されている回路基板であって良く、また、半導体素子は、抵抗、コンデンサ、或いは、ＩＣなど回路部品であっても良い。よって、基板に設けた孔に部品の脚部を挿入することなくハンダ付けを行い取付けを行う、いわゆる表面実装と称されている部品取付方法にも応用が可能である。

本発明に係る半導体素子の基板組付方法の実施形態を示す説明図である。 本発明の要部であるランドの形状の例を示す説明図である。 本発明に係る半導体素子の基板組付方法におけるリフロー炉通過の工程を示す説明図である。 同じく本発明に係る半導体素子の基板組付方法の別の実施形態を示す説明図である。 従来例を示す説明図である。

符号の説明

１、４…素子基板
１ａ、４ａ…ランド
１ｂ…配線
３…ハンダペースト
２、５…半導体素子
２ａ、５ａ…端子部
１０…リフロー炉

Claims (1)

1. 素子基板上に半導体素子に対応する素子取付用のランドを設けると共に該ランドにハンダおよびフラックスを塗布しておき、このランドに前記半導体素子を載置した状態で加熱炉を通過させ、前記ハンダを溶融させて前記素子基板への前記半導体素子の取付を行う半導体素子の基板組付方法において、前記素子基板上に設けられる前記ランドは、当該のランドに取付けられる半導体素子の端子部と同一形状、若しくは、外形線の一部に同一形状を含む形状とされていることを特徴とする半導体素子の基板組付方法。

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