JP2010099694A

JP2010099694A - ハンダボール

Info

Publication number: JP2010099694A
Application number: JP2008273093A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Inoue; 俊明井上; Takanao Suzuki; 孝直鈴木
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】サイズや組成の異なるハンダボールを外観上、容易に識別することが可能であり、サイズや組成の異なるハンダボールが混合してしまっても、容易に見つける事が可能なハンダボールを提供する。
【解決手段】ハンダボール１０は、例えば、球形に形成されたハンダ部１１と、このハンダ部１１を被覆し、ハンダ部１１の識別情報を示す表層部１２とからなる。表層部１２は、ハンダ部１１に対して固溶可能な金属、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｂｉから選択される１種あるいは２種以上の元素を含んだものであればよい。上述したような金属は、それぞれ単体、ないし任意の比率での合金とすることによって、特有の金属光沢、色調を帯びる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハレベルＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）等の半導体パッケージや、ＬＳＩチップを裏返して回路基板に接合するフリップチップ等の電気的な接続に用いられるハンダボールに関する。

従来、電子部品で用いられる半導体パッケージの構造として、例えば半導体チップを樹脂により封止したパッケージ（いわゆるDual Inline PackageやQuad Flat Package）では、樹脂パッケージ周辺の側面に金属リード線を配置する周辺端子配置型が主流であった。

これに対し、近年急速に普及している半導体パッケージ構造として、例えばチップスケールパッケージ（ＣＳＰ：Chip Scale Package）とよばれ、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ：Ball Grid Array）技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来よりも小さい面積で電子回路基板に高密度実装することを可能にしたパッケージ構造がある。

こうしたＢＧＡタイプの半導体パッケージは、実装側の基板との電気的な接続にハンダバンプと呼ばれる電極端子を介して行われる。ハンダバンプの形成にあたっては、まず、ハンダバンプを形成しようとする電極の上にフラックスを塗布する。次に、電極に対応した位置に貫通穴を設けたボール配列板にハンダボールを吸引し、フラックスが塗布された電極上に位置合わせしてハンダボールを搭載する。または、フラックスが塗布された電極上に貫通穴を設けたボール配列板を位置合わせし、貫通穴にハンダボールを充填して搭載する。この時、ハンダボールはフラックスによって電極上に仮止めされる。そして窒素雰囲気中でハンダボールをリフローすると、ハンダボールが溶融してバンプ形状となり、ハンダバンプが形成される（例えば、特許文献１参照）。

プリント配線基板に実装されたＢＧＡは、プリント配線基板に対する熱膨張率の差によって応力が生じる。この時、ハンダバンプの寸法を大きくすることによって、ＢＧＡとプリント配線基板との距離を広げられるため、ハンダバンプに加わる応力が軽減され、ＢＧＡと基板との接続信頼性を向上させることができる。このように、ハンダバンプにかかる応力を軽減させるためには、ＢＧＡやプリント配線基板のサイズに応じて、適切な大きさのハンダボールを選択する必要がある。また、ＢＧＡとプリント配線基板との接続条件に応じて、適切な組成のハンダボールを選択する必要がある。
特開２０００−２８８７７１号公報

しかしながら、例えば、ハンダボールの製造工程や、ハンダボールを用いてＢＧＡとプリント配線基板とを接続する工程など、サイズや組成の異なる多種類のハンダボールを取り扱う場所などにおいて、これら多種類のハンダボールが混合してしまっても、容易には発見、分別ができないという課題があった。

ハンダボールは、一般的にＳｎを主原料として、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｓｂなどの元素を１種類以上含む合金であり、これら元素の金属光沢は殆ど同じであるため、外観上の光沢、色調から互いに組成の異なるハンダボールが混合していることを見分けるのは困難である。
また、一般的に利用されるハンダボールのサイズは１ｍｍ以下のものが殆どであり、例えば、直径が０．５ｍｍ以下の微小サイズのハンダボールにおいて、互いに数μｍ〜数十μｍ程度の直径の違いしかないハンダボールどうしが混合しているのを見分けるのも困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、サイズや組成の異なるハンダボールを外観上、容易に識別することが可能であり、サイズや組成の異なるハンダボールが混合してしまっても、容易に見つける事が可能なハンダボールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のハンダボールは、回路基板を他の基板に実装する際に、電気的な接続手段として用いるハンダボールであって、ハンダからなるハンダ部と、前記ハンダ部を被覆し、前記ハンダ部の識別情報を示す表層部とから構成されることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載のハンダボールは、請求項１において、前記表層部は、前記ハンダ部に対して固溶可能な金属からなることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載のハンダボールは、請求項２において、前記金属は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｂｉから選択される１種あるいは２種以上の元素を含むことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載のハンダボールは、請求項１において、前記表層部は、昇華性の第一染料からなることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載のハンダボールは、請求項１において、前記表層部は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載のハンダボールは、請求項５において、前記熱可塑性樹脂は、更に第二染料を含有することを特徴とする。

本発明のハンダボールによれば、表層部は、ハンダ部の識別情報、例えばハンダ部の組成やサイズに応じて、外観上、目視により識別可能なように形成される。ハンダボールの種類を外観上、目視により識別可能なようにすれば、ハンダ部の組成やサイズが異なる複数種類のハンダボールが混合していたとしても、目視によって容易に発見することができる。

これによって、例えばハンダボールにおいて、直径の差が数μｍ〜数十μｍ程度しかないハンダボールどうしが、何らかの原因で混合したとしても、直径を測定するなどの手間を掛けることなく、目視によって容易に分別することが可能になる。

また、例えば、ハンダ部の組成が異なるハンダボールどうしが混合しても、元素分析など手間の掛かる組成解析作業を行わなくても、表層部を目視で確認するだけで、互いに組成の異なるハンダボールの混合を容易に発見、分別することが可能になる。

以下、本発明に係るハンダボールの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明のハンダボールの一例を示す断面図である。本実施形態のハンダボール１０は、例えば、球形に形成されたハンダ部１１と、このハンダ部１１を被覆し、ハンダ部１１の識別情報を示す表層部１２とからなる。ハンダ部１１は、例えば、Ｓｎを主原料として、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｓｂなどの元素を１種類以上含む合金から形成されている。

表層部１２は、ハンダ部１１に対して固溶可能な金属、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｂｉから選択される１種あるいは２種以上の元素を含んだものであればよい。上述したような金属は、それぞれ単体、ないし任意の比率での合金とすることによって、特有の金属光沢、色調を帯びる。

こうした表層部１２は、ハンダ部１１の識別情報、即ち、ハンダ部１１の組成やサイズに応じて、外観上、目視により識別可能なように、金属の種類や組成を変えて形成される。一例として、球状のハンダ部１１の直径が０．５ｍｍのものは、Ｃｕを含む合金を用いて赤みのある光沢を帯びた表層部１２によってハンダ部１１を覆ったハンダボール１０とし、ハンダ部１１の直径が０．４ｍｍのものは、Ａｇを含む合金を用いて赤みのない銀色の光沢を帯びた表層部１２によってハンダ部１１を覆ったハンダボール１０とする。

このように、ハンダ部１１のサイズに応じて、表層部１２の金属組成を変えて、ハンダボール１０の種類を外観上、目視により識別可能なようにすれば、図２に示すように、例えばハンダ部の直径が０．５ｍｍの多数のハンダボール１１ａの中に、ハンダ部の直径が０．４ｍｍのハンダボール１１ｂが混合していたとしても、目視によって容易に発見することができる。

これによって、例えば直径が０．５ｍｍ以下の微小なハンダボール１０において、直径の差が数μｍ〜数十μｍ程度しかないハンダボール１０どうしが、何らかの原因で混合したとしても、直径を測定するなどの手間を掛けることなく、目視によって容易に分別することが可能になる。

また、例えば、ハンダ部の組成が異なるハンダボールどうしが混合すると、従来は元素分析など手間の掛かる組成解析作業が必要であったが、本発明のハンダボール１０では、ハンダ部１１の組成ごとに、表層部１２の金属組成を変えて変えておけば、表層部１２の光沢や色調の違いなどから、互いに組成の異なるハンダボール１０の混合を容易に発見、分別することが可能になる。

なお、表層部１２の厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍ程度に形成されるのが好ましい。表層部１２の厚さが５０００ｎｍ以上では、リフロー時にハンダ部１１への拡散が十分に行われず、ハンダバンプの周囲に残留する懸念がある。

また、表層部１２は、例えば、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ、イオンプレーティング、無電解めっきなどによって形成すれば良く、特に製造コストの低いスパッタリングや蒸着が好ましい。ハンダ部１１の周りに均一な厚みで表層部１２を形成するには、ハンダ部１１を入れたステージを左右に揺動させながら表層部１２を形成するのが好ましい。また、ステージに振動を加えてハンダ部１１を跳躍させながら表層部１２を形成するのも好ましい。

このようなハンダボール１０は、例えば、図３に示すように、ＢＧＡタイプの半導体パッケージ１５をプリント配線基板１６に実装する際の電気的な接続に用いられる。半導体パッケージ１５の接続端子１５ａと、プリント配線基板１６の接続端子１６ａとの間にハンダボール１０を配し、ハンダ部１１が軟化する程度まで加熱（リフロー）すれば、ハンダボール１０は接続端子１５ａおよび接続端子１６ａに融着され、半導体パッケージ１５とプリント配線基板１６とを電気的に接続するハンダバンプ１７が形成される。

この時、表層部１２がハンダ部１１に対して固溶可能な金属によって形成しておくことで、ハンダボール１０がリフローされると、表層部１２はハンダ部１１に溶融して固溶体を形成する。このため、ハンダバンプ１７の表面には表層部１２は残留せず、半導体パッケージ１５とプリント配線基板１６との接続抵抗が増加することがない。

図４は、本発明のハンダボールの別な実施形態を示す断面図である。このハンダボール２０は、ハンダからなるハンダ部２１と、このハンダ部２１を被覆する表層部２２とからなる。そして、ハンダ部２１の識別情報を示す表層部２２は、昇華性の染料（第一染料）からなる。この表層部２２は、例えば、ハンダ部２１の組成やサイズによって、色調の異なる昇華性の染料を用いれば良い。

表層部２２を構成する昇華性の染料（第一染料）は、ハンダボール２０のリフロー工程で昇華する温度、例えば、６０〜２６０℃で昇華する染料であればよい。具体的には、アゾ系、アゾメタン系、ニトロ系、アントラキノン系、キノリン系、トリフェニルメタン系、フルオラン系、スチリル系、ナフトキノン系、インドアニリン系、メチン系、キノフタロン系、ジアリールメタン系、トリアリールメタン系、チアゾール系、チアジン系などの染料が好ましく挙げられる。こうした昇華性の染料からなる表層部２２をハンダ部２１の周囲に形成する方法としては、蒸着が好ましい。この時、ハンダ部２１を入れたステージを左右に揺動させながら表層部２２を形成するのも好ましい。

このようなハンダボール２０は、例えば、図５に示すように、ＢＧＡタイプの半導体パッケージ２５をプリント配線基板２６に実装する際の電気的な接続に用いる時、ハンダ部２１が軟化する程度まで加熱（リフロー）すると、表層部２２を構成する昇華性の染料（第一染料）は揮発し、表層部２２は無くなる。このため、半導体パッケージ２５とプリント配線基板２６とを電気的に接続するために、接続端子２５ａと接続端子２６ａとの間に配されたハンダバンプ２７の表面には表層部２２は残留せず、半導体パッケージ２５とプリント配線基板２６との接続抵抗が増加することがなく、良好な導電性を確保することができる。

図６は、本発明のハンダボールの別な実施形態を示す断面図である。このハンダボール３０は、ハンダからなるハンダ部３１と、このハンダ部３１を被覆する表層部３２とからなる。そして、ハンダ部３１の識別情報を示す表層部３２は熱可塑性樹脂なり、この熱可塑性樹脂は更に染料（第二染料）を含有している。熱可塑性樹脂は含有される染料（第二染料）は、例えば、ハンダ部３１の組成やサイズによって、色調の異なる染料を用いれば良い。

表層部３２を構成する熱可塑性樹脂は、ハンダボール３０のリフロー工程で軟化する樹脂、例えば、６０〜２６０℃で軟化する熱可塑性樹脂であればよい。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリアセタール、ポリエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマーなどが好ましく挙げられる。

このようなハンダボール３０は、例えば、図７に示すように、ＢＧＡタイプの半導体パッケージ３５をプリント配線基板３６に実装する際の電気的な接続に用いる時、ハンダ部３１が軟化する程度まで加熱（リフロー）すると、表層部３２も溶融して流動する。そして、凝集力によってハンダバンプ３７と半導体パッケージ３５の接続端子３５ａとの接合部や、ハンダバンプ３７とプリント配線基板３６の接続端子３６ａとの接合部に溜まり、ハンダバンプ３７とともに固化する。

これによって、応力が集中しやすいハンダバンプ３７と接続端子３５ａ、接続端子３６ａとの接合部分を補強して機械的な強度を向上させる。また、こうした接合部分は酸化が進行しやすいが、これら接合部分を熱可塑性樹脂で覆うことで、接合部の酸化による導通不良の発生を防止することができる。

本発明のハンダボールの一例を示す断面図である。本発明のハンダボールの作用を示す説明図である。本発明のハンダボールを用いて形成したハンダバンプの一例を示す断面図である。本発明のハンダボールの他の一例を示す断面図である。本発明のハンダボールを用いて形成したハンダバンプの他の一例を示す断面図である。本発明のハンダボールの他の一例を示す断面図である。本発明のハンダボールを用いて形成したハンダバンプの他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ハンダボール、１１ハンダ部、１２表層部。

Claims

回路基板を他の基板に実装する際に、電気的な接続手段として用いるハンダボールであって、
ハンダからなるハンダ部と、前記ハンダ部を被覆し、前記ハンダ部の識別情報を示す表層部とから構成されることを特徴とするハンダボール。
前記表層部は、前記ハンダ部に対して固溶可能な金属からなることを特徴とする請求項１に記載のハンダボール。
前記金属は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｂｉから選択される１種あるいは２種以上の元素を含むことを特徴とする請求項２に記載のハンダボール。
前記表層部は、昇華性の第一染料からなることを特徴とする請求項１に記載のハンダボール。
前記表層部は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のハンダボール。
前記熱可塑性樹脂は、更に第二染料を含有することを特徴とする請求項５に記載のハンダボール。