JP2007180361A - 半導体装置の検査方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体モジュール1におけるBGAパッケージ3と基板2との隙間にボール状はんだ4・4・・・を配置してBGAパッケージ3を基板2に接合するとともに、前記隙間に少なくとも有機酸または有機ハロゲンのいずれかを含む添加剤を添加したアンダーフィル剤11を充填する。
【選択図】図1
Description
DIPは平板状の直方体のパッケージの対向する二つの側面から外部入力/出力用の端子となるピンを出したものである。また、QFPは平板状の直方体のパッケージの四つの側面から外部入力/出力用の端子となるピンを出したものである。
このような問題を解消するパッケージ方法の一つとして、BGA(Ball Grid Array)が挙げられる。BGAは平板状の直方体のパッケージの下面に外部入力/出力用端子となるパッド等を並べる方法である。
BGA型のパッケージは、側方にピンが張り出していないことから基板への実装時の所要面積を相対的に小さくすることが可能であること、複数のパッド等を短絡が起きない範囲で半導体素子の下面に密に配列することにより外部入力/出力用の端子数を増やすことが容易であること、といった点でDIP型やQFP型のパッケージよりも優れている。
このとき、アンダーフィル剤が十分に充填されずに行き渡らない部分やアンダーフィル剤に気泡(ボイド)が巻き込まれた部分が形成されるといった充填不良が起こると、硬化後のアンダーフィル剤における充填不良が起こっている部分の強度が他の部分よりも低く、半導体素子と基板との接合部分の補強が十分でないという問題がある。
このような問題を解消するため、エックス線を用いてアンダーフィル剤のエックス線透過像を取得し、当該エックス線透過像に基づいて充填状況(充填不良が起こっているか否か)を検査し、アンダーフィル剤による半導体素子と基板との接合部分の補強が確実に行われていることを保証していた。
従って、従来はコントラストが大きいエックス線透過像を得ることが困難であり、アンダーフィル剤の充填状況の検査結果の信頼性を向上することが困難であった。
特に、近年はBGAパッケージに設けられる外部入力/出力用のパッド数が増加する傾向にあり、当該パッドに溶着するボール状はんだの直径が益々小さくなっていることに伴って、BGAパッケージと基板との隙間が小さくなっている。その結果、BGAパッケージと基板との隙間(半導体素子と基板との接合部分)に金属塩等の粉末を予め混入・分散したアンダーフィル剤を充填するのに要する時間は通常のアンダーフィル剤の5〜10倍となり、生産性を著しく低下させる要因となる。
半導体素子と基板との隙間にはんだを配置して、該はんだにより前記半導体素子を前記基板に接合するとともに、前記隙間にアンダーフィル剤を充填して前記半導体素子と基板との接合を補強した半導体装置の検査方法において、
少なくとも有機酸または有機ハロゲンのいずれかを含む添加剤を添加したアンダーフィル剤を前記半導体素子と前記基板との隙間に充填する充填工程と、
前記アンダーフィル剤にエックス線を照射することにより前記アンダーフィル剤の半導体素子と基板との隙間への充填状況を検査する検査工程と、
を具備するものである。
前記はんだは、
少なくとも錫、インジウムまたは鉛のいずれかを含み、
前記有機酸は、
少なくともアジピン酸、セバシン酸、安息香酸、ジフェニル酢酸、アゼライン酸、サリチル酸、ステアリン酸、フタル酸またはコハク酸のいずれかを含み、
前記有機ハロゲンは、
少なくともジブロモコハク酸、ジエチルアミン臭素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩またはアリルアミン臭素酸塩のいずれかを含むものである。
前記添加剤の前記アンダーフィル剤への添加量を5重量%以上20重量%以下とするものである。
半導体素子と基板との隙間にはんだを配置して、該はんだにより前記半導体素子を前記基板に接合するとともに、
前記隙間にアンダーフィル剤を充填して前記半導体素子と基板との接合を補強した半導体装置において、
少なくとも有機酸または有機ハロゲンのいずれかを含む添加剤を添加したアンダーフィル剤を前記半導体素子と前記基板との隙間に充填するものである。
前記はんだは、
少なくとも錫、インジウムまたは鉛のいずれかを含み、
前記有機酸は、
少なくともアジピン酸、セバシン酸、安息香酸、ジフェニル酢酸、アゼライン酸、サリチル酸、ステアリン酸、フタル酸またはコハク酸のいずれかを含み、
前記有機ハロゲンは、
少なくともジブロモコハク酸、ジエチルアミン臭素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩またはアリルアミン臭素酸塩のいずれかを含むものである。
前記添加剤の前記アンダーフィル剤への添加量を5重量%以上20重量%以下とするものである。
図1に示す如く、半導体モジュール1は基板2、BGAパッケージ3、ボール状はんだ4・4・・・、アンダーフィル層5等を具備する。
なお、本発明に係る基板は本実施例の基板2に限定されず、半導体素子が実装される(はんだにより導通可能に接合される)部材を広く含む。
なお、本発明に係る半導体素子は本実施例のBGAパッケージ3に限定されず、半導体(半導体からなるものを樹脂等で被覆したものを含む)からなり、基板と対向する面にて、はんだにより基板に接合されるものを広く含む。本発明に係る半導体素子の別の実施例としてはPGA(Pin Grid Array)パッケージ等が挙げられる。
図2に示す如く、ボール状はんだ4・4・・・は、BGAパッケージ3を基板2に固定する部材としての機能だけでなく、各ボール状はんだ4がそれぞれBGAパッケージ3と基板2との間の導通経路(入力信号および出力信号の経路)としての機能を兼ねる。そのため、ボール状はんだ4・4・・・は、隣り合うボール状はんだ4・4の間で短絡が起きることが無いように互いに所定の間隔を保持している。
従って、BGAパッケージ3と基板2との隙間において、ボール状はんだ4・4・・・が配置された部分以外の部分には「空間」が形成される。
硬化前の熱硬化性樹脂は一般的に液体状で流動性を有し、例えばディスペンサ12等(図3参照)で吐出することにより所望の位置に充填したり、ハケやスキージ等を用いて所望の面に塗布したりすることが可能である。
本発明に係るアンダーフィル剤の実施の一形態の主成分として含まれる熱硬化性樹脂の具体例としては熱硬化性のエポキシ樹脂が挙げられるが、本発明に係るアンダーフィル剤は他の熱硬化性樹脂等を主成分として含んでも良い。
ここで、「有機酸」の例としては直鎖状有機酸または芳香族有機酸等が挙げられ、より具体的には、アジピン酸、セバシン酸、安息香酸、ジフェニル酢酸、アゼライン酸、サリチル酸、ステアリン酸、フタル酸、コハク酸等が挙げられる。
また、「有機ハロゲン」の例としては、ジブロモコハク酸、ジエチルアミン臭素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、アリルアミン臭素酸塩等が挙げられる。
なお、本発明に係るアンダーフィル剤に添加される添加剤は、これらの有機酸や有機ハロゲンのうちのいずれか一種類のみを含むものであっても良く、複数種類を含むものであっても良い。
アンダーフィル剤11の内部に分散する金属塩13・13・・・はアンダーフィル剤11の主成分である熱硬化性樹脂等よりも比重が大きいため、熱硬化性樹脂等よりもエックス線の吸収量が大きくなる。
そのため、添加剤が添加されるアンダーフィル剤11(アンダーフィル層5)と添加物が添加されない通常のアンダーフィル剤(アンダーフィル層)とを比較すると、添加剤が添加されるアンダーフィル剤11(アンダーフィル層5)は相対的にエックス線の透過量の減少幅が大きい。
従って、アンダーフィル剤11がBGAパッケージ3と基板2との隙間に十分に行き渡っていない場合やアンダーフィル剤11の内部に気泡(ボイド)14の巻き込みが有る場合(図4参照)等、いわゆる「充填不良」が起こっている場合には、当該充填不良が起こっている箇所と起こっていない箇所との間でエックス線の透過量の差が大きくなり、コントラストが大きいエックス線透過像を取得することが可能である。
結果として、アンダーフィル剤11(アンダーフィル層5)にエックス線を照射することによりBGAパッケージ3と基板2との隙間への充填状況(すなわち、充填不良を起こしている箇所が有るか否か)を検査する場合に、充填不良が起こっている箇所(図4中の矢印Aが通過している箇所)と起こっていない箇所(図4中の矢印Bが通過している箇所)とを精度良く判別することが可能であり、検査の信頼性が向上する。
また、アンダーフィル剤11の内部に金属塩が分散するのはアンダーフィル剤11がBGAパッケージ3と基板2との隙間に充填された後であるため、BGAパッケージ3と基板2との隙間に充填する際におけるアンダーフィル剤11は流動性に富み、予め金属塩が分散されたアンダーフィル剤の如く充填に要する時間が長くなるという問題が発生することは無い。
さらに、添加剤として、ジカルボン酸以上のCOOH基を複数有する有機酸を用いることにより、形成される金属塩の構造が鎖状となり、これがアンダーフィル剤11の内部に分散すると、更にアンダーフィル剤11の強度向上に寄与する。
これは、添加剤のアンダーフィル剤11への添加量が5重量%に満たない場合には形成される金属塩の量が少なく、検査が困難となるからであり、添加剤のアンダーフィル剤11への添加量が20重量%を超える場合にはアンダーフィル剤11の主成分たる熱硬化性樹脂の量が少なくなり、硬化後のアンダーフィル層5の接合強度が不足する場合があるからである。
このような条件を満たすはんだの金属成分の例としては、錫、インジウム、鉛等が挙げられる。
なお、上記はんだの金属成分の例以外の金属成分であって、従来のはんだに通常は添加されることが無い金属成分であっても、有機酸や有機ハロゲン等を含む添加剤と化学反応を起こして導電性が低い(または絶縁性である)金属塩を形成することが可能な金属成分であれば、これをはんだに添加しても良い。
図5に示す如く、本発明に係る半導体装置の検査方法の実施の一形態は、充填工程100、硬化工程200、検査工程300等を具備する。
そして、添加剤が添加されたアンダーフィル剤11を吐出してBGAパッケージ3と基板2との隙間に流し込み、傾斜した基板2の表面に沿って流下させることにより、添加剤が添加されたアンダーフィル剤11をBGAパッケージ3と基板2との隙間に充填する。
このとき、ボール状はんだ4・4・・・に含まれる金属成分とアンダーフィル剤11に添加された添加剤とが化学反応を起こして金属塩13・13・・・を形成し、アンダーフィル剤11の内部に分散する。
充填工程100が終了したら、硬化工程200に移行する。
ここで、「所定の温度」および「所定の時間」は、アンダーフィル剤の主成分となる熱可塑性樹脂の種類や性状、アンダーフィル剤に添加される添加剤の種類や性状、半導体素子および基板の材質や大きさ、はんだに含まれる金属成分の種類等により変動するものであるため、適宜選択することが望ましい。
このようにすることにより、アンダーフィル剤11は硬化してアンダーフィル層5を形成する。
硬化工程200が終了したら、検査工程300に移行する。
検査工程300において、BGAパッケージ3を基板2に接合したもののBGAパッケージ3と基板2との隙間にアンダーフィル剤11を充填し、アンダーフィル剤11を硬化してアンダーフィル層5を形成したもの、すなわち半導体モジュール1を図示せぬエックス線装置にセットし、エックス線を照射してエックス線透過像を取得する。
そして、当該エックス線透過像に基づいて、アンダーフィル剤11のBGAパッケージ3と基板2との隙間への充填状況を検査する。
なお、画像解析ソフトが格納された画像解析装置により上記充填状況の検査を行っても良く、作業者がエックス線透過像を見て上記充填状況を判定することにより上記充填状況の検査を行っても良い。
BGAパッケージ3と基板2との隙間にボール状はんだ4・4・・・を配置して、ボール状はんだ4・4・・・によりBGAパッケージ3を基板2に接合するとともに、前記隙間にアンダーフィル剤11を充填してBGAパッケージ3と基板2との接合を補強した半導体モジュール1の検査方法において、
少なくとも有機酸または有機ハロゲンのいずれかを含む添加剤を添加したアンダーフィル剤11をBGAパッケージ3と基板2との隙間に充填する充填工程100と、
アンダーフィル剤11にエックス線を照射することによりアンダーフィル剤11のBGAパッケージ3と基板2との隙間への充填状況を検査する検査工程300と、
を具備するものである。
このように構成することにより、BGAパッケージ3と基板2との隙間に充填する際のアンダーフィル剤11の流動性を損なうことがなく、かつ、エックス線を用いたBGAパッケージ3と基板2との隙間へのアンダーフィル剤11の充填状況の検査の信頼性を向上することが可能である。
少なくとも錫、インジウムまたは鉛のいずれかを含み、
添加剤に含まれる有機酸は、
少なくともアジピン酸、セバシン酸、安息香酸、ジフェニル酢酸、アゼライン酸、サリチル酸、ステアリン酸、フタル酸またはコハク酸のいずれかを含み、
添加剤に含まれる有機ハロゲンは、
少なくともジブロモコハク酸、ジエチルアミン臭素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩またはアリルアミン臭素酸塩のいずれかを含むものである。
このように構成することにより、BGAパッケージ3と基板2との間の短絡を防止しつつ、エックス線を用いたアンダーフィル剤11の充填状況の検査の信頼性向上に寄与する。
添加剤のアンダーフィル剤11への添加量を5重量%以上20重量%以下とするものである。
このように構成することにより、アンダーフィル剤11によるBGAパッケージ3を基板2に接合する強度を確保しつつ充填状況の検査の信頼性向上を図ることが可能である。
BGAパッケージ3と基板2との隙間にボール状はんだ4・4・・・を配置して、ボール状はんだ4・4・・・によりBGAパッケージ3を基板2に接合するとともに、前記隙間にアンダーフィル剤11を充填してBGAパッケージ3と基板2との接合を補強した半導体装置において、
少なくとも有機酸または有機ハロゲンのいずれかを含む添加剤を添加したアンダーフィル剤11をBGAパッケージ3と基板2との隙間に充填するものである。
このように構成することにより、BGAパッケージ3と基板2との隙間に充填する際のアンダーフィル剤11の流動性を損なうことがなく、かつ、エックス線を用いたBGAパッケージ3と基板2との隙間へのアンダーフィル剤11の充填状況の検査の信頼性を向上することが可能である。
少なくとも錫、インジウムまたは鉛のいずれかを含み、
添加剤に含まれる有機酸は、
少なくともアジピン酸、セバシン酸、安息香酸、ジフェニル酢酸、アゼライン酸、サリチル酸、ステアリン酸、フタル酸またはコハク酸のいずれかを含み、
添加剤に含まれる有機ハロゲンは、
少なくともジブロモコハク酸、ジエチルアミン臭素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩またはアリルアミン臭素酸塩のいずれかを含むものである。
このように構成することにより、BGAパッケージ3と基板2との間の短絡を防止しつつ、エックス線を用いたアンダーフィル剤11の充填状況の検査の信頼性向上に寄与する。
添加剤のアンダーフィル剤11への添加量を5重量%以上20重量%以下とするものである。
このように構成することにより、アンダーフィル剤11によるBGAパッケージ3を基板2に接合する強度を確保しつつ充填状況の検査の信頼性向上を図ることが可能である。
2 基板
3 BGAパッケージ(半導体素子)
4 ボール状はんだ(はんだ)
11 アンダーフィル剤
100 充填工程
300 検査工程
Claims (6)
- 半導体素子と基板との隙間にはんだを配置して、該はんだにより前記半導体素子を前記基板に接合するとともに、前記隙間にアンダーフィル剤を充填して前記半導体素子と基板との接合を補強した半導体装置の検査方法において、
少なくとも有機酸または有機ハロゲンのいずれかを含む添加剤を添加したアンダーフィル剤を前記半導体素子と前記基板との隙間に充填する充填工程と、
前記アンダーフィル剤にエックス線を照射することにより前記アンダーフィル剤の半導体素子と基板との隙間への充填状況を検査する検査工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の検査方法。 - 前記はんだは、
少なくとも錫、インジウムまたは鉛のいずれかを含み、
前記有機酸は、
少なくともアジピン酸、セバシン酸、安息香酸、ジフェニル酢酸、アゼライン酸、サリチル酸、ステアリン酸、フタル酸またはコハク酸のいずれかを含み、
前記有機ハロゲンは、
少なくともジブロモコハク酸、ジエチルアミン臭素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩またはアリルアミン臭素酸塩のいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の検査方法。 - 前記添加剤の前記アンダーフィル剤への添加量を5重量%以上20重量%以下とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の検査方法。
- 半導体素子と基板との隙間にはんだを配置して、該はんだにより前記半導体素子を前記基板に接合するとともに、前記隙間にアンダーフィル剤を充填して前記半導体素子と基板との接合を補強した半導体装置において、
少なくとも有機酸または有機ハロゲンのいずれかを含む添加剤を添加したアンダーフィル剤を前記半導体素子と前記基板との隙間に充填することを特徴とする半導体装置。 - 前記はんだは、
少なくとも錫、インジウムまたは鉛のいずれかを含み、
前記有機酸は、
少なくともアジピン酸、セバシン酸、安息香酸、ジフェニル酢酸、アゼライン酸、サリチル酸、ステアリン酸、フタル酸またはコハク酸のいずれかを含み、
前記有機ハロゲンは、
少なくともジブロモコハク酸、ジエチルアミン臭素酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン臭素酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩またはアリルアミン臭素酸塩のいずれかを含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 前記添加剤の前記アンダーフィル剤への添加量を5重量%以上20重量%以下とすることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の半導体装置。
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- 2005-12-28 JP JP2005378649A patent/JP2007180361A/ja active Pending
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