JP2010103167A - Method for soldering semiconductor device and mounting structure - Google Patents
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Description
本発明は、リードレス型の半導体装置を、非接触の局所加熱によりプリント配線板にはんだ付けする半導体装置のはんだ付け方法及び実装構造に関するものである。 The present invention relates to a soldering method and mounting structure for a semiconductor device in which a leadless semiconductor device is soldered to a printed wiring board by non-contact local heating.
従来、デジタルカメラなどに搭載される固体撮像素子に代表される、耐熱温度が低くリフローでのはんだ付けが不可能な半導体装置(電子部品)をプリント配線板上にはんだ付けする場合、はんだゴテを使用してはんだを溶融し接合する実装方法がとられている。 Conventionally, when soldering a semiconductor device (electronic component), such as a solid-state image sensor mounted on a digital camera, which has low heat resistance and cannot be soldered by reflow, A mounting method is used in which the solder is melted and joined.
しかし、はんだゴテによるはんだ付けは、作業者の熟練度による品質のばらつきが大きく、また、はんだ付けに時間を要するため、大量生産には不向きの工程である。 However, soldering with a soldering iron is a process that is unsuitable for mass production because the quality varies greatly depending on the skill level of the operator, and time is required for soldering.
また、近年のはんだの鉛フリー化に伴い、はんだゴテのコテ先の損傷が激しく、その交換サイクルが従来の鉛入りはんだより短くなり、生産タクトの低下と共にコストの上昇という問題を生じさせている。 In addition, with the recent lead-free soldering, the soldering iron tip is severely damaged, and its replacement cycle is shorter than conventional lead-containing solder, causing a problem of increased production cost and cost. .
さらに、電子機器の小型化に伴い、実装する電子部品も小型化が進んでおり、微細な箇所をはんだ付けしなければならず、はんだゴテでのはんだ付けの難易度は年々高くなっている。 Furthermore, along with miniaturization of electronic devices, electronic components to be mounted have also been miniaturized, and fine portions have to be soldered, and the difficulty of soldering with a soldering iron has been increasing year by year.
そこで近年、はんだゴテ作業の代替として、レーザー光や熱風などで接合箇所を非接触で局所加熱し、はんだを溶融させて接合する方法が取り入れられている。 Therefore, in recent years, as an alternative to soldering iron work, a method has been introduced in which a joint is locally heated in a non-contact manner with laser light, hot air, etc., and the solder is melted to join.
特にレーザー光によるはんだ付けは、より局所的に加熱することが可能で、排熱も少なく、また自動化が容易なため広く用いられている技術である。 In particular, soldering with a laser beam is a widely used technique because it can be heated more locally, has less exhaust heat, and is easy to automate.
レーザーによるはんだ付けは、はんだペーストをプリント配線板に印刷後、電子部品を搭載し、レーザー照射により接合部を局所加熱する方法がある。 Laser soldering includes a method in which an electronic component is mounted after printing a solder paste on a printed wiring board, and the joint is locally heated by laser irradiation.
また、プリント配線板に電子部品を搭載し、糸はんだを自動供給機により接合部に接触させ、レーザー光を照射してはんだ付けを行う方法もある。 There is also a method in which electronic components are mounted on a printed wiring board, thread solder is brought into contact with a joint by an automatic feeder, and soldering is performed by irradiating laser light.
この工程を用いれば、自動ではんだ付けが行えるため、作業者の熟練度などに品質が左右されるような問題を回避できる。 If this process is used, since soldering can be performed automatically, it is possible to avoid a problem that the quality depends on the skill level of the operator.
また、はんだ付けに要する時間も短時間になり、生産タクトの向上も図ることができる。 In addition, the time required for soldering is shortened, and the production tact can be improved.
従来、デジタルカメラに搭載される固体撮像素子パッケージは、Small Outline Package(SOP)タイプのリードを有する形態であった。 Conventionally, a solid-state image pickup device package mounted on a digital camera has a form having a Small Outline Package (SOP) type lead.
しかし近年、より一層の小型化が求められ、セラミック製のリードレス型パッケージであるCeramic Lealess Chip Carrier(CLCC)が使用され始めている。 However, in recent years, there has been a demand for further miniaturization, and ceramic leadless package (CLCC), which is a ceramic leadless package, has begun to be used.
一般的なレーザーはんだ付け方法では、まず、はんだ接合部の周辺箇所をレーザーにより予備加熱し、その後接合部までレーザーを走査しはんだを溶融させて接合する方法がとられる。 In a general laser soldering method, first, a peripheral portion of a solder joint portion is preheated with a laser, and then the laser is scanned to the joint portion to melt the solder and join.
予備加熱を行うことで接合部の温度を予め上昇させるため、レーザーが直接はんだに照射される時間が短くても、はんだ未溶融を防止できる。また、予熱を与えることでレーザーの出力を低く設定し、基板や半導体装置の熱損傷を防止する。 Since the temperature of the joint is raised in advance by performing preheating, solder unmelting can be prevented even if the time during which the laser is directly applied to the solder is short. In addition, by applying preheating, the laser output is set low, and thermal damage to the substrate and the semiconductor device is prevented.
このような予熱を与える方法として、特許文献1に開示されたように、プリント配線板にはんだペーストを印刷し、このはんだペーストにレーザー光を照射し続け、はんだが溶融している間に部品を搭載するという方法が知られている。 As a method of applying such preheating, as disclosed in Patent Document 1, a solder paste is printed on a printed wiring board, and laser light is continuously irradiated to the solder paste, and the component is removed while the solder is melted. The method of mounting is known.
また、別の方法として、特許文献2には、プリント配線板裏面から接合部直下にレーザー光を照射し、接合部に予熱を与えながら表面の接合部に別途レーザー光を照射してはんだを溶融させるという方法も提案されている。
As another method, in
しかしながら、リードレス型の半導体装置をレーザー照射により実装する場合、図6に示すように、端子電極104は半導体装置101の側面から下面に延在し、半導体装置101の下側のはんだペーストにはレーザー光が直接照射されない。
However, when a leadless semiconductor device is mounted by laser irradiation, the
そのため予備加熱することができないので、図7に示すように、プリント配線板111のランド112やはんだ105、あるいは半導体装置101の側面にレーザー光108を照射し、伝熱により半導体装置101の下側のはんだを溶融させる必要がある。
Therefore, since preheating cannot be performed, as shown in FIG. 7, the
しかし、ランドやはんだにレーザー光を照射して伝熱により半導体装置下面のはんだを溶融させる場合、半導体装置に熱が奪われるため、下面のはんだが溶融せず接合不良を生じる。 However, when the land and solder are irradiated with laser light to melt the solder on the lower surface of the semiconductor device by heat transfer, the heat is taken away by the semiconductor device, so that the solder on the lower surface is not melted, resulting in poor bonding.
この不良を防止するため、レーザー光を長時間照射したり、レーザー光の出力を高めるなどの対策が必要となるが、レーザー光の強度を高くするという方法は、プリント配線板を焦がすという熱損傷の問題が発生する。また、長時間レーザーを照射すると、製造に要する時間が長くなり生産タクトの低下を招く原因となる。 To prevent this defect, measures such as irradiating with laser light for a long time or increasing the output of the laser light are necessary. However, the method of increasing the intensity of the laser light is a thermal damage that burns the printed wiring board. Problems occur. In addition, if laser irradiation is performed for a long time, the time required for production becomes long, which causes a reduction in production tact.
半導体装置に直接レーザー光を照射し半導体装置下面のはんだを溶融させるという方法では、半導体装置の接合部以外の温度が上昇するため、半導体装置が熱損傷を受けるという問題が発生する。 In the method of directly irradiating the semiconductor device with laser light and melting the solder on the lower surface of the semiconductor device, the temperature of the semiconductor device other than the joint portion rises, causing a problem that the semiconductor device is thermally damaged.
さらに、近年のはんだの鉛フリー化により、従来の鉛入りはんだの融点183℃であったのに対し、一般的なSn−Ag−Cu系の鉛フリーはんだでは、約220℃と融点が高くなっている。 Furthermore, with the recent lead-free solder, the melting point of conventional Sn-Ag-Cu-based lead-free solder is about 220 ° C., whereas the melting point of conventional solder containing lead is 183 ° C. ing.
そのため、よりレーザーの出力を高く設定する必要があり、より一層熱損傷を受ける可能性が高くなっている。 Therefore, it is necessary to set the output of the laser higher, and the possibility of further thermal damage is increased.
この問題に対し、半導体装置下側のはんだを短時間で溶融させるために、はんだペーストの量を少なくするという対策もある。 In order to solve this problem, there is a measure of reducing the amount of solder paste in order to melt the solder under the semiconductor device in a short time.
しかし、はんだペーストの量を少なくすると、接合後のはんだの体積が小さくなってしまい、接合信頼性を低下させるという問題が発生する。 However, if the amount of solder paste is reduced, the volume of solder after joining becomes small, which causes a problem that joint reliability is lowered.
さらに、特許文献1に開示された方法では、CLCCのように多数の端子電極が配置されている場合、レーザーを多点に照射する必要があり、装置を大型化させる必要が生じる。 Furthermore, in the method disclosed in Patent Document 1, when a large number of terminal electrodes are arranged like CLCC, it is necessary to irradiate lasers at multiple points, and the size of the apparatus needs to be increased.
また、部品をマウントする装置もレーザーはんだ付け装置に組み込む必要があり、装置コストを上げることになる。 In addition, it is necessary to incorporate a device for mounting components in the laser soldering device, which increases the cost of the device.
特許文献2に開示された方法も同様に、上下からレーザー光を照射するため、装置を大型化させる必要が発生する。また、レーザーではんだ付けする箇所の裏面には部品が配置できないため、基板設計に制限が発生する場合がある。
Similarly, the method disclosed in
本発明は、リードレス型の半導体装置のはんだ付け時に発生する半導体装置下面のはんだ未溶融による接合不良や、半導体装置とプリント配線板の熱損傷を防止することのできる半導体装置のはんだ付け方法及び実装構造を提供することを目的とするものである。 The present invention relates to a method of soldering a semiconductor device capable of preventing a bonding failure due to unmelted solder on the lower surface of the semiconductor device, which occurs when soldering a leadless semiconductor device, and thermal damage between the semiconductor device and a printed wiring board, and The object is to provide a mounting structure.
本発明の半導体装置のはんだ付け方法は、側面に複数の端子電極が配置された半導体装置を、プリント配線板に設けられたランドにはんだ付けする半導体装置のはんだ付け方法において、前記プリント配線板の前記ランドにはんだを供給する工程と、はんだを供給された前記プリント配線板の前記ランドに、前記半導体装置の前記端子電極を位置決めする工程と、前記プリント配線板の前記ランド上のはんだを加熱して溶融させ、前記半導体装置の前記端子電極を接合するはんだ接合工程と、を有し、前記半導体装置の側面には、各端子電極に隣接するように溝部が形成されており、前記はんだ接合工程において、前記半導体装置の前記溝部に供給される熱によってはんだを予備加熱することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for soldering a semiconductor device in which a semiconductor device having a plurality of terminal electrodes disposed on a side surface is soldered to a land provided on the printed wiring board. Supplying solder to the land, positioning the terminal electrode of the semiconductor device on the land of the printed wiring board supplied with solder, and heating the solder on the land of the printed wiring board And a solder bonding step for bonding the terminal electrodes of the semiconductor device, and a groove is formed on a side surface of the semiconductor device so as to be adjacent to each terminal electrode, and the solder bonding step The solder is preheated by heat supplied to the groove of the semiconductor device.
リードレス型の半導体装置の側面に形成された溝部から、レーザー光等による熱を供給することにより、半導体装置下面のはんだも安定して加熱・溶融させ、はんだの接合不良を防止することができる。また、レーザー光の照射時間を短くすることにより、半導体装置とプリント配線板の熱損傷を防止することができる。 By supplying heat from a groove formed on the side surface of the leadless semiconductor device with laser light or the like, the solder on the lower surface of the semiconductor device can be stably heated and melted to prevent poor solder bonding. . In addition, by shortening the irradiation time of the laser light, thermal damage between the semiconductor device and the printed wiring board can be prevented.
より短時間ではんだ付けを行うことが可能となり、さらに、はんだ付け装置の大型化が不要になり、装置コスト及び実装コストを低減することができる。 It is possible to perform soldering in a shorter time, and further, it is not necessary to increase the size of the soldering apparatus, and the apparatus cost and the mounting cost can be reduced.
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は一実施形態による半導体装置のはんだ付け方法を示すもので、(a)は、はんだ付け工程における半導体装置を示す平面図、(b)は、(a)の一部分を拡大して示す拡大部分斜視図である。半導体装置1は、その側面に複数の凹み2を有する。凹み2の間には、各凹み2に隣接するように溝部3が形成され、各凹み2には端子電極4が配置されている。プリント配線板11は、はんだ5によって半導体装置1の端子電極4に接続されるランド12を備える。
1A and 1B show a method of soldering a semiconductor device according to an embodiment, wherein FIG. 1A is a plan view showing the semiconductor device in a soldering process, and FIG. 1B is an enlarged view showing a part of FIG. It is a fragmentary perspective view. The semiconductor device 1 has a plurality of
図2に示すように、端子電極4は、半導体装置1の側面から底面(下面)に延在する。
As shown in FIG. 2, the
また、半導体装置1の最外部の端子電極4の隣接部には、溝部3と同様の溝部6が形成されている。
Further, a
半導体装置1の端子電極4を、プリント配線板11のランド12にはんだ接合するはんだ接合工程では、プリント配線板11のランド12にはんだ(はんだペースト)5を供給し、各ランド12に半導体装置1の端子電極4を位置決めする。そして、ランド上のはんだ5を加熱して溶融させ、はんだ付けを行う。
In the solder joining process in which the
はんだ5を加熱する熱源は、レーザー光源7から発生されるレーザー光8であり、溝部6、3を経てレーザー光の照射スポット9を走査し、はんだ5に熱を供給する。
A heat source for heating the solder 5 is laser light 8 generated from the laser light source 7, scans the laser
図3及び図4は、はんだ付けされた半導体装置1の実装構造を示す。この実装構造において、半導体装置1の端子電極4は、半導体装置1の側面から下面に延在し、端子電極4をプリント配線板11のランド12に接続するはんだ5の一部は、半導体装置1の側面から下面に回り込んでいる。
3 and 4 show the mounting structure of the soldered semiconductor device 1. In this mounting structure, the
本発明の実装構造が図6及び図7に示す従来例と異なる点は、半導体装置1に配置されている複数の端子電極4に挟まれた領域に形成された溝部3と、最外部の端子電極4に隣接するように形成された溝部6を有することである。溝部3、6にレーザー光8を照射することで、半導体装置1の下面に付与されたはんだペースト及びランド12の周辺部を加熱しやすくなっている。
The mounting structure of the present invention is different from the conventional example shown in FIGS. 6 and 7 in that the
ここで、溝部3、6の形状は、図1に示すような半円形に限らず、長円形又は角型や三角形でもよい。
Here, the shape of the
また、溝部3、6の角度は垂直に限らず、テーパー状に角度を与えてもよい。
Further, the angles of the
溝部3の数は端子間に一個とは限らず、複数設けてもよい。
The number of the
また、非接触の加熱方法は、熱風やハロゲンヒーターなど局所的に加熱してはんだを溶融させるものであればレーザー光に限らない。 Further, the non-contact heating method is not limited to laser light as long as the solder is melted by locally heating such as hot air or a halogen heater.
以下に、はんだ付け工程を詳しく説明する。 The soldering process will be described in detail below.
まず、ランド12上にスクリーン印刷又はディスペンスなどによりはんだ(はんだペースト)5を供給する。
First, the solder (solder paste) 5 is supplied onto the
ランド12にはんだペーストを供給する以外の方法として、はんだプリコートのようにあらかじめはんだ合金を形成しておいてもよい。
As a method other than supplying the solder paste to the
次に、半導体装置1をはんだ5上に搭載する。この時、半導体装置1の端子電極4と接合するランド12は位置的に合致するように搭載する。
Next, the semiconductor device 1 is mounted on the solder 5. At this time, the
その後、まず、最外部の溝部6からレーザー光8を照射し、最外部の端子電極4の周辺部及びはんだ5を予備加熱する。
Thereafter, laser light 8 is first irradiated from the
続いて、レーザー光8を走査し、最外部の端子電極4とランド12とを接合するはんだ5を加熱・溶融させ、はんだ付けを行う。
Subsequently, the laser beam 8 is scanned, the solder 5 that joins the outermost
さらに、レーザー光8を走査し、端子電極間に設けられた溝部3から予熱を与え、隣接する端子電極4のはんだ接合を行う。
Further, the laser beam 8 is scanned, preheating is applied from the
レーザー光8を走査し、順次側面の端子電極4をはんだ接合していくことで、半導体装置1に配置された全ての端子電極4をプリント配線板11にはんだ接合することができる。
By scanning the laser beam 8 and sequentially soldering the
ランド12を、半導体装置1の端子電極4より幅広とし、溝部3に露出させることにより、レーザー光8を照射した際に、半導体装置下面のランド12にもレーザー照射スポット9が当たりやすくなり、はんだペーストの溶融が促進される。
By making the
上記のはんだ付け工程によって、デジタルカメラに使用される固体撮像素子をパッケージングしたCLCCタイプのリードレス型の半導体装置のはんだ付けを行い、半導体装置下面の温度測定とはんだの溶融状態を確認した。 Through the above soldering process, a CLCC type leadless semiconductor device packaged with a solid-state imaging device used in a digital camera was soldered, and the temperature measurement of the lower surface of the semiconductor device and the molten state of the solder were confirmed.
このCLCCの端子電極の幅と端子電極の距離はそれぞれ0.2mmである。 The CLCC terminal electrode width and terminal electrode distance are each 0.2 mm.
溝部は端子電極間及び最外部端子電極の隣接箇所に直径0.2mmの半円状に設けた。 The groove portions were provided in a semicircular shape with a diameter of 0.2 mm between the terminal electrodes and adjacent to the outermost terminal electrodes.
プリント配線板の材質はガラスエポキシ基材で、厚みは1.0mmのものを使用した。また、プリント配線板のランドの幅は、0.3mmと接合する半導体装置の端子電極よりも幅広である。 The material of the printed wiring board was a glass epoxy base material with a thickness of 1.0 mm. Further, the width of the land of the printed wiring board is wider than the terminal electrode of the semiconductor device joined to 0.3 mm.
はんだペーストの合金は、Sn−Ag−Cuの合金であり、それぞれの組成比は、Snが96.5重量%、Agが3.0重量%、Cuが0.5重量%の鉛フリーはんだを使用した。 The solder paste alloy is an Sn-Ag-Cu alloy, and the composition ratio of each of the lead-free solders is 96.5 wt% Sn, 3.0 wt% Ag, and 0.5 wt% Cu. used.
局所加熱方法はレーザー光の照射による。レーザー光の波長は980nmで出力は5Wである。 The local heating method is by laser light irradiation. The wavelength of the laser beam is 980 nm and the output is 5 W.
まず、比較のために、図7に示す従来例の方法ではんだ付けを行い、半導体装置下面の端子電極とランドに挟まれた箇所の温度を測定したところ、半導体装置下面の接合部の温度は350℃までしか上昇しなかった。これに対して、図1に示す本実施例のはんだ付け方法では、半導体装置下面の接合部の温度は450℃まで上昇した。従来例と本実施例の温度測定結果を図5のグラフに示す。 First, for comparison, soldering is performed by the method of the conventional example shown in FIG. 7, and the temperature of the portion sandwiched between the terminal electrode and the land on the lower surface of the semiconductor device is measured. It rose only to 350 ° C. In contrast, in the soldering method of the present embodiment shown in FIG. 1, the temperature of the joint portion on the lower surface of the semiconductor device increased to 450 ° C. The graph of FIG. 5 shows the temperature measurement results of the conventional example and this example.
また、はんだ付け後のはんだ接合部を観察したところ、従来例では、はんだペーストが一部未溶融状態で粒状のままであったのに対し、本実施例では、はんだペーストが溶融し、半導体装置下面の電極がプリント配線板と良好な接合状態であることを確認した。 Also, when the solder joints after soldering were observed, in the conventional example, the solder paste was partially unmelted and remained granular, but in this example, the solder paste was melted and the semiconductor device It was confirmed that the electrode on the lower surface was in a good bonding state with the printed wiring board.
さらに、本実施例では、レーザー光を照射してからピーク温度まで達する時間も短くなっており、短時間で半導体装置下面のはんだを溶融させることができた。 Furthermore, in this example, the time to reach the peak temperature after the laser light irradiation was shortened, and the solder on the lower surface of the semiconductor device could be melted in a short time.
1 半導体装置
2 凹み
3、6 溝部
4 端子電極
5 はんだ
7 レーザー光源
8 レーザー光
9 レーザー照射スポット
11 プリント配線板
12 ランド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記プリント配線板の前記ランドにはんだを供給する工程と、
はんだを供給された前記プリント配線板の前記ランドに、前記半導体装置の前記端子電極を位置決めする工程と、
前記プリント配線板の前記ランド上のはんだを加熱して溶融させ、前記半導体装置の前記端子電極を接合するはんだ接合工程と、を有し、
前記半導体装置の側面には、各端子電極に隣接するように溝部が形成されており、
前記はんだ接合工程において、前記半導体装置の前記溝部に供給される熱によってはんだを予備加熱することを特徴とする半導体装置のはんだ付け方法。 In a method of soldering a semiconductor device in which a semiconductor device in which a plurality of terminal electrodes are arranged on a side surface is soldered to a land provided on a printed wiring board,
Supplying solder to the lands of the printed wiring board;
Positioning the terminal electrode of the semiconductor device on the land of the printed wiring board supplied with solder;
A solder bonding step of heating and melting the solder on the land of the printed wiring board and bonding the terminal electrode of the semiconductor device;
On the side surface of the semiconductor device, a groove is formed so as to be adjacent to each terminal electrode,
A soldering method for a semiconductor device, wherein, in the soldering step, the solder is preheated by heat supplied to the groove portion of the semiconductor device.
前記半導体装置の側面には、各端子電極に隣接するように、前記ランド上のはんだに熱を供給するための溝部が設けられていることを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device provided with a plurality of terminal electrodes on the side surface for soldering to a land of a printed wiring board,
A semiconductor device, wherein a groove for supplying heat to the solder on the land is provided on a side surface of the semiconductor device so as to be adjacent to each terminal electrode.
前記半導体装置の各端子電極を接続するためのランドを備えたプリント配線板と、
前記半導体装置の前記端子電極を前記プリント配線板の前記ランドに接続するはんだ接合部と、を有する実装構造において、
前記半導体装置の側面には、各端子電極に隣接するように溝部が形成されており、前記溝部に供給される熱によって、前記はんだ接合部のはんだを予備加熱したことを特徴とする実装構造。 A semiconductor device in which a plurality of terminal electrodes are arranged on a side surface;
A printed wiring board provided with lands for connecting each terminal electrode of the semiconductor device;
In a mounting structure having a solder joint for connecting the terminal electrode of the semiconductor device to the land of the printed wiring board,
A groove structure is formed on a side surface of the semiconductor device so as to be adjacent to each terminal electrode, and the solder of the solder joint is preheated by heat supplied to the groove.
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