JP2009260068A - 電子部品実装装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する。
【選択図】 図1
Description
ここで、図7を参照して従来の半導体チップと樹脂基板との接合方法を説明する(例えば、特許文献1参照)。
次いで、熱処理炉ではんだボール72の融点以上に加熱してはんだボール72を溶融させたのち、室温まで降温することによってはんだボール72と接続電極61とを接合している。
即ち、ダミー接続ピンが設けられる位置は、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部と異なって位置であるため、はんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力とは違う位置に印加される応力を緩和することになる。
なお、図1(a)は接合前の概念的構成図であり、図1(b)は接合後の概念的構成図であり、さらに、図1(c)は変形例の概念的構成図である。
まず、図1(a)に示すように、所定の内部配線を設けた樹脂基板10の実装表面の周囲に凹部11を設けるとともに、電解めっき法によりCuパターンを設けることによって、樹脂基板10及び凹部11の表面に接続電極12,13を形成する。
例えば、はんだボール材料が、融点が220℃前後のSn−Ag系或いはSn−Ag−Cu系のはんだ材料であれば、220℃以下の融点のはんだ材料を用いる必要がある。
このような低融点のはんだとしては、例えば、Sn−Bi系はんだ材料やSn−In系はんだ材料が挙げられる。
Sn−58Biはんだの融点は139℃であるので、はんだボールとの融点差を、約80℃確保することが可能になる。
なお、この場合の電子部品1は典型的には半導体集積回路装置であるが、強誘電体を用いた光偏向装置等の他の電子デバイスも含むものである。
或いは、マトリクス状に配置したはんだボール4の最外周の全てのはんだボール4を置き換えても良く、さらには、最外周を含めて最外周部から6列全てのはんだボール4を置き換えても良い。
また、この金属ピン3は導電性接着剤5によってパッド2に電気的に接続されており、金属ピン3自体がパッド2に直接接続している必要はない。
なお、この導電性接着剤は、はんだボールを溶融するリフロー温度に耐え得るものであれば特に制限はない。
このような材料を用いることによって、温度保持効果により、低融点はんだが溶けている時間を長くすることができ、凝固までの時間を長くすることで、反りが大きくなっても金属ピンの移動が可能であるので、凝固するため応力を低減できる。
なお、コート層6の厚さは、金属ピン3の直径も依存するが、金属ピン3の直径が0.5μmであれば、5〜50μm程度の厚さにする。
また、金属ピン3の先端露出部の長さは金属ピン3の長さに依存するが、金属ピン3の長さが1mmであれば、先端露出部は0.3mm程度の長さにする。
なお、このようなはんだボール4は十分な高さが必要であるので、予めボール状に形成したはんだボール4をパッド2上に転写してはんだボール4と同じはんだ材料により接合する。
まず、図2(a)に示すように、例えば、42mm×42mmのサイズの樹脂基板20の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が0.7μmで深さが0.4mmの凹部21を形成する。
なお、凹部21の数は、例えば、1コーナ当たり6個とする。
この時、接続電極22,23は二次元マトリクス状に配置される。
この時、はんだペースト26中の溶剤がなくなるので体積が収縮して低融点はんだ層27が凹部21内を丁度収まるようになる。
次いで、図4(g)に示すように、金属ピン40を所定の位置に挿入し、押圧した状態で、例えば、150℃で2時間の熱処理を行うことにより導電性樹脂38を硬化させて金属ピン40の接合を行う。
この場合、金属ピン40としては、直径が0.5mmで長さが1mmのCu母材に、Ni/Auめっきを施したものを使用した。
まず、上記の実施例1と同様に、図2(a)乃至図(d)に示すように、例えば、42mm×42mmのサイズの樹脂基板20の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が0.7μmで深さが0.4mmの凹部21を形成する。
次いで、リフローを行いSn−58Biはんだペースト26中の溶剤を飛ばすことによって、凹部21内に低融点はんだ層27を形成する。
次いで、接続電極22に対応する位置に開口部を有するメタルマスク33とスキージ34とを用いてSn−3Ag−0.5Cuはんだペーストを印刷してはんだペースト層35を形成する。
この場合、金属ピン50としては、直径が0.5mmで長さが1mmのステンレス母材に、Sn−Agめっきを施したものを使用した。
以降は、図1(b)に示したのと同様に、金属ピン50を形成したBGAパッケージ30を樹脂基板20上の接続電極22,23との位置合わせを行い、例えば、245℃MAXのリフローによりBGAパッケージ30と樹脂基板20との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
即ち、降温により低融点はんだの凝固は始まっても金属ピン50の近傍の温度低下は周囲より遅いので、金属ピン50の近傍の低融点はんだは凝固していない状態となっている。したがって、降温に伴って樹脂基板が反り始めても金属ピン50は反りに応じて動いたのち、低融点はんだが凝固するので、金属ピン50にかかる応力は大幅に緩和されることになる。
まず、上記の実施例1と同様に、図2(a)乃至図(d)に示すように、例えば、42mm×42mmのサイズの樹脂基板20の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が0.7μmで深さが0.4mmの凹部21を形成する。
次いで、リフローを行いSn−58Biはんだペースト26中の溶剤を飛ばすことによって、凹部21内に低融点はんだ層27を形成する。
次いで、接続電極22に対応する位置に開口部を有するメタルマスク33とスキージ34とを用いてSn−3Ag−0.5Cuはんだペーストを印刷してはんだペースト層35を形成する。
以降は、図1(b)に示したのと同様に、金属ピン40を形成したBGAパッケージ30を樹脂基板20上の接続電極22,23との位置合わせを行い、例えば、245℃MAXのリフローによりBGAパッケージ30と樹脂基板20との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
即ち、降温により低融点はんだの凝固は始まっても金属ピン40の近傍の温度低下はポリイミド膜41の保温効果により周囲より遅いので、金属ピン40の近傍の低融点はんだは凝固していない状態となっている。したがって、降温に伴って樹脂基板が反り始めても金属ピン40は反りに応じて動いたのち、低融点はんだが凝固するので、金属ピン40にかかる応力は大幅に緩和されることになる。
(付記1) 接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置。
(付記2) 前記金属ピンが、前記電子部品と前記回路基板との間の電気信号のやり取りを行う金属ピンである付記1記載の電子部品実装装置。
(付記3) 前記金属ピンが、前記接続電極より熱伝導率が低く且つ比熱が大きい材料を母材として用いた付記3記載の電子部品実装装置。
(付記4) 前記金属ピンの中央部が、前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆されている付記2または3に記載の電子部品実装装置。
(付記5) 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周のコーナ部において、各コーナ当たり1〜12個のはんだボールを置き換えたものである付記1乃至4のいずれか1に記載の電子部品実装装置。
(付記6) 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周の全てのはんだボールを置き換えたものである付記1乃至4のいずれか1に記載の電子部品実装装置。
(付記7) 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周を含めて最外周部から6列全てのはんだボールを置き換えたものである付記1乃至4のいずれか1に記載の電子部品実装装置。
(付記8) 電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する工程とを有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法。
(付記9) 前記電子部品を実装する前に、前記金属ピンの中央部を前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆する工程を有する付記9記載の電子部品実装装置の製造方法。
2 パッド
3 金属ピン
4 はんだボール
5 導電性接着剤
6 コート層
10 樹脂基板
11 凹部
12,13 接続電極
14 低融点はんだ
20 樹脂基板
21 凹部
22,23 接続電極
24 メタルマスク
25 スキージ
26 はんだペースト
27 低融点はんだ層
30 BGAパッケージ
31,32 パッド
33 メタルマスク
34 スキージ
35 はんだペースト層
36 メタルマスク
37 はんだボール
38 導電性樹脂
39 メタルマスク
40 金属ピン
41 ポリイミド膜
42 メタルマスク
50 金属ピン
60 樹脂基板
61 接続電極
70 半導体チップ
71 電極
72 はんだボール
Claims (5)
- 接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、
実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板と
を有し、
前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置。 - 前記金属ピンが、前記接続電極より熱伝導率が低く且つ比熱が大きい材料を母材として用いた請求項1記載の電子部品実装装置。
- 前記金属ピンの中央部が、前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆されている請求項2に記載の電子部品実装装置。
- 電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、
回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、
前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とを接合するとともに、前記金属ピンを前記凹部において低融点はんだと接合する工程と
を有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法。 - 前記電子部品を実装する前に、前記金属ピンの中央部を前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆する工程を有する請求項4記載の電子部品実装装置の製造方法。
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