JP2006269839A - 半導体実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端子部のピッチが小さい場合の実装の信頼性の向上を目的とする。
【解決手段】第１の部材１０の端子部３に熱収縮性樹脂による筒体１２を形成し、筒体１２の内側から端子部３にかけてハンダ１３をメッキし、筒体１２を熱収縮させ、第２の部材１１の端子部５に押し付けて第１の部材１０の端子部３と第２の部材１１の端子部５とをハンダ付けする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フリップチップ実装などの半導体実装方法に関するものである。

図６はフリップチップ実装の工程を示している。
図６（ｃ）に示すように半導体チップ１を基板２に実装する場合には、先ず、図６（ａ）に示すように半導体チップ１の端子部３にハンダボール４を形成し、次に図６（ｂ）に示すように基板２の端子部５に、前記半導体チップ１を裏返してセットし、この状態で加熱して常温に戻すことによって前記ハンダボール４が溶融し凝固して実装が完了する。

また、図８（ａ）に示すように基板２の表面に突起電極６を形成し、図８（ｂ）に示すように突起電極６の先端にハンダなどの接続層７を形成し、図８（ｃ）に示すように部品８を押し付けて加熱して両者を接続層７によって接合した技術も知られている。
特開２００２−８６３６１公報 特開２００４−５０２２９３公報 特開２００１−２７４２７７公報

ハンダボールによる半導体実装方法では、図７（ａ）（ｂ）に示すように半導体チップ１の端子部３のピッチが小さくなった場合には、隣接するハンダボールの間隔が少なくなって、前記ハンダボール４を溶融し凝固させた場合には、ハンダブリッジによる実装不良（Ａ）が発生する。

また、図８の実装方法においても狭隣接の場合には接合時に突起電極６からはみだした接続層７のブリッジによる実装不良が発生する。
本発明は半導体チップの端子部のピッチが小さくてもハンダブリッジの発生を無くして実装の信頼性の向上を実現できる半導体実装方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の半導体実装方法は、端子部にバンプが形成された第１の部材を第２の部材の端子部へ実装するに際し、第１の部材の端子部に熱収縮性樹脂による筒体を形成し、前記筒体の内側から第１の部材の前記端子部にかけてハンダをメッキし、前記筒体を熱収縮させ、前記熱収縮によって筒体の端面から前記ハンダが盛り上がった状態で前記第２の部材の端子部に第１の部材を押し付けて前記ハンダの溶融温度以上に昇温した後に降温して前記ハンダを介して第１の部材の端子部と第２の部材の端子部とをハンダ付けすることを特徴とする。

本発明の請求項２記載の半導体実装方法は、請求項１において、前記筒体を、第１の部材の表面から第１の部材の端子部にかけて形成したことを特徴とする。
本発明の請求項３記載の半導体実装方法は、請求項１において、前記筒体を、第１の部材の表面から第１の部材の端子部にかけて形成し、さらに、第１の部材の端子部と第２の部材の端子部とを前記ハンダ付けした状態では、加熱溶融もしくは熱収縮した前記筒体によって第２の基板の端子部から第２の基板の表面にかけて封止することを特徴とする。

本発明の請求項４記載の半導体実装方法は、請求項１において、第１の部材の端子部ごとに分離して前記筒体を形成することを特徴とする。
本発明の請求項５記載の半導体実装方法は、請求項１において、第１の部材の端子部に形成した前記筒体を、隣接する端子部に形成した筒体とは少なくとも先端部が分離された形状に形成することを特徴とする。

本発明の請求項６記載の半導体チップは、端子部に熱収縮性樹脂による筒体が形成され、前記筒体の内側から前記端子部にかけてハンダをメッキしたことを特徴とする。
本発明の請求項７記載の基板は、端子部に熱収縮性樹脂による筒体が形成され、前記筒体の内側から前記端子部にかけてハンダをメッキしたことを特徴とする。

本発明の請求項８記載の構造体は、端子部にバンプが形成された第１の部材を第２の部材の端子部へ実装した構造体であって、熱収縮した熱収縮性樹脂によって形成された筒状で内部にハンダが入れられた筒体を前記第１の部材の端子部に設け、前記第１の部材の端子部と第２の部材の端子部とを前記筒体を介してハンダ付けしたことを特徴とする。

この構成によると、第１の部材の端子部に付けられたハンダは筒体によって周囲が覆われており、溶けたハンダの隣接した端子部への広がりが規制され、端子部のピッチが小さくてもハンダブリッジの発生を無くして実装の信頼性の向上を実現できる。

本発明の半導体実装方法を具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の半導体実装方法による実装工程を示している。

ここでは、端子部にバンプが形成された第１の部材としての半導体チップ１０を、第２の部材としての基板１１の端子部５へ実装する場合を示している。
図１（ａ）に示した半導体チップ１０は、端子部３に熱収縮性樹脂による筒体１２（高さは４〜５μｍ程度）を形成し、さらに筒体１２の内側から前記端子部３にかけてハンダメッキが施されて凹部がハンダ１３で満たされている。

この半導体チップ１０は図２の工程で加工されている。
図２（ａ）では、半導体チップ１０の端子部５の上に熱収縮性樹脂１４をスピンコート法などで塗布する。なお、ここでは端子部３は後工程（ｄ）でのハンダメッキのために、ＴｉまたはＣｕまたはＮｉなどのバリアメタルが予め成膜されている。

図２（ｂ）では、塗布された熱収縮性樹脂１４の上に感光性樹脂などでパターンマスク１５を形成する。このパターンマスク１５は前記端子部３の部分に対応して開口１６が形成されている。

図２（ｃ）では、ウエットエッチ、Ｏ_２プラズマによるアッシングにより熱収縮性樹脂１４の一部をエッチング除去する。
図２（ｄ）では、図２（ｃ）で形成された凹部１７の内側と端子部３にかけてハンダ１３をメッキする。

図２（ｅ）では、ウエットエッチまたは機械的研磨などによってパターンマスク１５と余剰ハンダを除去する。
図２（ｆ）では、隣接する端子部３の間に対応して開口１８が形成されたパターンマスク１９を感光性樹脂などで形成する。

図２（ｇ）では、ウエットエッチ、Ｏ_２プラズマによるアッシングにより熱収縮性樹脂１４の一部をエッチング除去した後に、パターンマスク１９を除去する。パターンマスク１９の除去の後は、必要に応じて機械的な研磨を施してもよい。

このようにして筒体１２が作成された半導体チップ１０を、図１（ｂ）ではハンダ１３が再結晶する温度にまで昇温して熱収縮性樹脂１４が熱収縮するようにアニール処理を実行する。これによって、筒体１２を形成していた熱収縮性樹脂１４が熱収縮して縮径してその高さは１５〜２０μｍ程度に伸長し、ハンダ１３は伸長した筒体１２の端面上に盛り上がって露出する。

図１（ｃ）では、半導体チップ１０を反転させて前記基板１１の端子部５に位置合わせした後に、半導体チップ１０を加熱体２０で加熱しながら基板１１の側に押し付ける。
これによって、加熱体２０の加熱で溶融温度以上に昇温した後に降温して前記ハンダ１３を介して半導体チップ１０の端子部３と基板１１の端子部５とが図１（ｄ）に示すようにハンダ付けされる。この図１（ｄ）の状態ではハンダ１３の外側は熱収縮以後の前記熱収縮性樹脂１４の加熱溶融によってコーティングも併せて実現されている。

具体的には、熱収縮性樹脂１４としてはテフロン系のＰＦＡ（収縮温度：３００℃，収縮後耐用温度：２６０℃）を使用し、ハンダとして溶融温度が中温域（１８０℃〜２６０℃）のＳｎ−５Ｓｂ系ハンダ（２４０℃）を使用した場合、図１（ｂ）では収縮温度付近の３００℃まで加熱してアニール処理し、図１（ｃ）（ｄ）では２８０℃〜３００℃の温度で接合する。

なお、図１（ｂ）のアニール処理で熱収縮性樹脂１４を完全収縮させて処理する場合と、図１（ｂ）のアニール処理では熱収縮性樹脂１４を半収縮させ、図１（ｃ）（ｄ）の接合時に収縮を完了させる温度プロファイルであっても同様に実施できる。

このように熱収縮性樹脂１４の収縮を積極的に利用してハンダ１３の広がりを確実に制御することができるため、従来のハンダボールによる半導体実装方法ではハンダブリッジによる実装不良が発生していた端子部３のピッチが２０μｍ、隣接した端子部３との隙間が５μｍの狭隣接の場合にも、ハンダブリッジのない良好な接続状態が得られた。

さらに、従来のハンダボールによる半導体実装方法では、ハンダボールを溶融し凝固させた後に、アンダーフィルなどの処理で樹脂を充填するなどしてハンダ表面をコーティングする工程が必要であったが、この実施の形態では図１（ｄ）の接合完了状態では、凝固したハンダ１３の外側が収縮後の熱収縮性樹脂１４によって封止されて露出しないため、従来のようなアンダーフィル処理工程を必要としない。

また、図１（ａ）では筒体１２を、半導体チップ１０の表面１０ａから端子部３にかけて形成したが、筒体１２の全部を端子部３の範囲内に設けて実施することもできる。
（実施の形態２）
図３は本発明の半導体実装方法による実装工程を示している。

図１（ｂ）アニール処理が完了した状態では筒体１２の全部が端子部３の上に位置していたが、この（実施の形態２）では図３（ｂ）に示したように半導体チップ１０の表面１０ａから端子部３にかけて位置して筒体１２が端子部３の外側を覆うように、例えばアニール処理時の温度プロファイルを設定することによって、図１（ｃ）（ｄ）と同様に図３（ｃ）（ｄ）を実施して図３（ｄ）の接合完了状態において、基板１１の表面１０ａにかけて溶融した熱収縮性樹脂１４が達して端子部５の外側を含んで封止することができる。

（実施の形態３）
図４（ａ）（ｂ）はそれぞれ図２（ｆ）（ｇ）の別の例を示している。
図２（ｆ）（ｇ）ではパターンマスク１９を使用して半導体チップ１０の表面１０ａにまで達するまで熱収縮性樹脂１４をアッシングして端子部３ごとに筒体１２を分離したが、これは図４（ａ）に示したように隣接する端子部３に形成した筒体とは少なくとも先端部が分離された溝２１を形成することによっても、図１または図３に示した半導体実装方法を実現できる。

また、パターンマスク１９を使用したアッシングによらずに、レーザー光によって熱収縮性樹脂１４をアブレーション効果によって除去して図４（ｂ）に示したように溝２２を形成して、隣接する端子部３に形成した筒体とは少なくとも先端部が分離された形状に形成することによっても、図１または図３に示した半導体実装方法を実現できる。

（実施の形態４）
図５は本発明の半導体実装方法による別の実装工程を示している。
半導体チップ１０を基板１１に実装するに際して、図１では半導体チップ１０の端子部３に筒体１２を形成したが、図５では基板１１の端子部５に熱収縮性樹脂１４の筒体１２を形成している点だけが異なっている。

図５（ａ）では、基板１１の端子部５に熱収縮性樹脂による筒体１２を形成し、筒体１２の内側から前記端子部５にかけてハンダメッキが施されて凹部がハンダ１３で満たされている。

図５（ｂ）ではハンダ１３が再結晶する温度にまで昇温したアニール処理を実行する。
図５（ｃ）（ｄ）では、半導体チップ１０を前記基板１１の端子部５に位置合わせした後に、加熱体２０で加熱しながら基板１１の側に押し付け、加熱体２０の加熱で溶融温度以上に昇温して図１（ｄ）と同じハンダ付け完了状態を得る。

なお、基板１１の端子部５の表面１１ａから端子部５にかけて熱収縮性樹脂１４の筒体１２を形成して実施した場合であっても図３（ｄ）と同じハンダ付け完了状態を得ることができる。

上記の各実施の形態では、アニール工程は筒体１２を上側にして実行したが、筒体１２を下側にして実行した場合であってもハンダ１３の濡れ性が重力よりも大きいために溶けたハンダは落下しないので、姿勢は何れでも実施できる。

上記の各実施の形態では、第１，第２の部材の一方が半導体チップで他方が基板の場合を例に挙げて説明したが、両方が半導体チップまたは基板の場合であっても同様に実施できる。

本発明は各種電子機器の実装の高密度化を実現して、電気機器の小型化に寄与できる。

本発明の（実施の形態１）の半導体実装方法の工程図 同実施の形態の要部の工程図 本発明の（実施の形態２）の半導体実装方法の工程図 本発明の（実施の形態３）の半導体実装方法の要部の断面図 本発明の（実施の形態４）の半導体実装方法の工程図 従来のハンダボールを使用した実装方法の工程図 同従来例の実装方法で狭隣接の場合の工程図 別の従来例の半導体実装方法の工程図

符号の説明

３ 半導体チップ１０の端子部
５ 基板の端子部
１０ 半導体チップ（第１の部材）
１１ 基板（第２の部材）
１２ 筒体
１３ ハンダ
１４ 熱収縮性樹脂

Claims (8)

1. 端子部にバンプが形成された第１の部材を第２の部材の端子部へ実装するに際し、
   第１の部材の端子部に熱収縮性樹脂による筒体を形成し、
   前記筒体の内側から第１の部材の前記端子部にかけてハンダをメッキし、
   前記筒体を熱収縮させ、
   前記熱収縮によって筒体の端面から前記ハンダが盛り上がった状態で前記第２の部材の端子部に第１の部材を押し付けて前記ハンダの溶融温度以上に昇温した後に降温して前記ハンダを介して第１の部材の端子部と第２の部材の端子部とをハンダ付けする
   半導体実装方法。
2. 前記筒体を、第１の部材の表面から第１の部材の端子部にかけて形成した
   請求項１記載の半導体実装方法。
3. 前記筒体を、第１の部材の表面から第１の部材の端子部にかけて形成し、さらに、第１の部材の端子部と第２の部材の端子部とを前記ハンダ付けした状態では、加熱溶融もしくは熱収縮した前記筒体によって第２の基板の端子部から第２の基板の表面にかけて封止する
   請求項１記載の半導体実装方法。
4. 第１の部材の端子部ごとに分離して前記筒体を形成する
   請求項１記載の半導体実装方法。
5. 第１の部材の端子部に形成した前記筒体を、隣接する端子部に形成した筒体とは少なくとも先端部が分離された形状に形成する
   請求項１記載の半導体実装方法。
6. 端子部に熱収縮性樹脂による筒体が形成され、
   前記筒体の内側から前記端子部にかけてハンダをメッキした
   半導体チップ。
7. 端子部に熱収縮性樹脂による筒体が形成され、
   前記筒体の内側から前記端子部にかけてハンダをメッキした
   基板。
8. 端子部にバンプが形成された第１の部材を第２の部材の端子部へ実装した構造体であって、
   熱収縮した熱収縮性樹脂によって形成された筒状で内部にハンダが入れられた筒体を前記第１の部材の端子部に設け、
   前記第１の部材の端子部と第２の部材の端子部とを前記筒体を介してハンダ付けした
   構造体。

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