JP2013183094A - Mounting method for electronic component, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品の実装方法及び半導体装置に関する。 The present invention relates to an electronic component mounting method and a semiconductor device.
電子部品をプリント基板等の回路基板に実装する方法として、半田付けによる実装方法が広く用いられている。このとき、例えばLSI(Large Scale Integration )のように端子が複数、かつ、狭ピッチで設けられている電子部品を回路基板に半田付けするために半田バンプが用いられている。 As a method for mounting an electronic component on a circuit board such as a printed board, a mounting method by soldering is widely used. At this time, for example, a solder bump is used to solder an electronic component having a plurality of terminals and a narrow pitch, such as an LSI (Large Scale Integration), to a circuit board.
半田バンプを用いた半田付け処理(以下、バンプ接合処理)は、電子部品の端子に予め接続された半田バンプを、回路基板に形成された端子に押し付け、この状態を維持しながら熱処理することにより行われる(特許文献1〜5)。なお、バンプ接合処理には、Sn(錫)リッチなSn−3.0mass%Ag−0.5mass%Cuの組成を持つ半田が多く用されている。 Soldering processing using solder bumps (hereinafter referred to as bump bonding processing) is performed by pressing a solder bump previously connected to a terminal of an electronic component against a terminal formed on a circuit board and performing a heat treatment while maintaining this state. (Patent Documents 1 to 5). Note that a solder having a Sn (tin) -rich Sn-3.0 mass% Ag-0.5 mass% Cu composition is often used for the bump bonding process.
バンプ接合処理に関する関連技術としては、特許文献1には、半田の濡れ性が良好な金属粉を含んだフラックスの薄膜に半田ボールを押付け、この半田ボールの表面に形成されている酸化膜を突き破って金属粉を食い込ませる技術が開示されている。 As a related technique related to bump bonding processing, Patent Document 1 discloses that a solder ball is pressed against a thin film of flux containing metal powder with good solder wettability, and breaks through an oxide film formed on the surface of the solder ball. Thus, a technique for biting metal powder is disclosed.
また、特許文献2には、錫、銅、亜鉛、銀、アンチモン、鉛、インジウム、ビスマス、ニッケル、アルミニウム、金及びゲルマニウムの1つ以上を含む半田ペースト用フラックスが開示されている。
さらに、特許文献3には、半田ボールを機械的研磨または化学的研磨により平坦に研磨する技術が開示されている。特許文献4には、所定温度で熱処理することによりバンプ接合を行うことが開示されている。特許文献5には、Sn−Bi−Ag組成の半田バンプを用いて接合温度を下げる技術が開示されている。
Further,
しかしながら、関連技術にかかるバンプ接合においては、後述するようにバンプ接合の信頼性が低い問題があった。
即ち、接合温度を低温化すると、半田バンプは完全に溶融状態とならず、ビスマスリッチな組織が発生する場合がある。ところが、ビスマスは硬く、脆い金属であるため、ビスマスリッチな領域は衝撃に対して弱くなる。従って、接合箇所に外部振動等が加わると、接合不良が発生し易く、高い信頼性のバンプ接合ができない。
However, the bump bonding according to the related art has a problem that the reliability of the bump bonding is low as described later.
That is, when the bonding temperature is lowered, the solder bumps are not completely melted and a bismuth-rich structure may be generated. However, since bismuth is a hard and brittle metal, the bismuth rich region is vulnerable to impact. Therefore, when external vibration or the like is applied to the joining portion, a joining failure is likely to occur, and highly reliable bump joining cannot be performed.
そこで、本発明の主目的は、接合温度の低温化を図りながらバンプ接合の信頼性が高い電子部品の実装方法及び半導体装置を提供することである。 Accordingly, a main object of the present invention is to provide an electronic component mounting method and a semiconductor device with high bump bonding reliability while reducing the bonding temperature.
上記課題を解決するため、端子同士を接続する電子部品の実装方法は、テーブルにBi粒子を分散配置させる分散手順と、テーブルに錫を多く含む半田ボールを押付けて、当該半田ボールに所定割合の前記Bi粒子を圧着させる圧着手順と、Bi粒子が圧着した半田ボールを端子に押付ける押付手順と、押付手順により端子と半田ボールとが押付けられた状態で、端子と半田ボールとを160℃〜200℃の温度で接合させる熱処理を行う接合手順と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a mounting method of an electronic component for connecting terminals to each other includes a dispersing procedure for dispersing and arranging Bi particles on a table, and pressing a solder ball containing a large amount of tin on the table so that a predetermined ratio is applied to the solder ball. The crimping procedure for crimping the Bi particles, the pressing procedure for pressing the solder balls crimped with Bi particles to the terminals, and the terminals and the solder balls are pressed between 160 ° C. and 160 ° C. in a state where the terminals and the solder balls are pressed by the pressing procedure. And a joining procedure for performing a heat treatment for joining at a temperature of 200 ° C.
また、接続端子を備える電子部品が半田バンプにより回路基板の端子に実装された半導体装置は、上記に記載の電子部品の実装方法により、電子部品の端子と回路基板の端子とが接合されていることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device in which the electronic component having the connection terminal is mounted on the terminal of the circuit board by the solder bump, the terminal of the electronic component and the terminal of the circuit board are joined by the electronic component mounting method described above. It is characterized by that.
本発明によれば、Bi粒子を散配置させて半田ボールに圧着させるので、バンプ接合に必要なBi粒子が接合箇所に偏在するようになり、接合時における接合温度の低温化を図りながら信頼性が高いバンプ接合が可能になる。 According to the present invention, Bi particles are scattered and pressed against a solder ball, so that Bi particles necessary for bump bonding are unevenly distributed at the bonding portion, and reliability is reduced while reducing the bonding temperature at the time of bonding. High bump bonding is possible.
次に、本発明の実施形態を説明する。図1は、本実施形態にかかる半田バンプ2の断面図である。この半田バンプ2は、半田ボール3と、この半田ボール3に圧着されたBi粒子4とにより形成されている。半田ボール3は、Sn−3.0mass%Ag−0.5mass%Cuを主材料とする半田で、概略球体を押し潰した饅頭形状を有している。そして、その上下の面は、電子部品10が接続される製品側面3a、近傍領域にBi粒子4が圧着している基板側面3bをなしている。
Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a
このような半田バンプ2の製造方法を、図2〜図5を参照して説明する。図2は、半田バンプ2の製造方法を示すフローチャートである。また、図3〜図5は製造途中の様子を示す半田バンプ2等の側面図である。
A method of manufacturing such a
ステップS1:先ず、図3及び図4(a)に示すように、Bi粒子4を半田ボール3に対して以下の関係を満たすように作業台等のテーブル6に分散配置する。なお、テーブル6にBi粒子4を含有したBiペーストを分散配置することも可能である。
Step S1: First, as shown in FIGS. 3 and 4A, the
いま、使用するBi粒子4の平均直径D2と半田ボール3の平均直径D1とは、式1の関係を満たすとき良好な接合が行える。
D2=n×D1 …(1)
ここで、nは比例係数で、下記の式2の関係を満たすように設定する。
0.02≦n≦0.2 …(2)
なお、比例係数nの範囲が、0.06≦n≦0.1の範囲のとき、より良好なバンプ接合が行える。
Now, when the average diameter D2 of the
D2 = n × D1 (1)
Here, n is a proportional coefficient, and is set so as to satisfy the relationship of the following
0.02 ≦ n ≦ 0.2 (2)
In addition, when the range of the proportional coefficient n is in the range of 0.06 ≦ n ≦ 0.1, better bump bonding can be performed.
例えば、半田ボール3の直径D1が500μm、n=0.06のとき、Bi粒子4の平均直径D2は、D2=n×D1=0.06*500=30μmとなる。従って、平均粒径が30μm(20〜40μm)のBi粒子4を使用すれば、良好なバンプ接合が行えるようになる。無論、Bi粒子4の粒径ばらつきは、小さいほうが好ましい。
For example, when the diameter D1 of the
このとき、半田ボール3に圧着させるBi粒子4の数mは、n=0.06としたとき、1≦m≦0.2/n2=0.2/(0.062)≒55となる。圧着させるBi粒子4の数が少なすぎると、溶融するBi粒子4の量が少なくなるため良好なバンプ接合が困難となる。一方、Bi粒子4の量が多くなると、接合完了時に接合領域に残存するBi粒子4の量が多くなり、バンプ接合の信頼性低下を招く恐れがある。
At this time, the number m of
しかし、比例係数nが式2を満たすように設定することで、Bi粒子4の量に過不足が発生しなくなり、バンプ接合の信頼性低下が防止できる。
However, by setting the proportionality coefficient n so as to satisfy
このように決定されたBi粒子4の量をテーブル6に分散配置する方法として、例えば図4に示すような方法が可能である。
For example, a method as shown in FIG. 4 can be used as a method for distributing the amount of
先ず、一定ピッチで開口41が複数形成されたマスク40をテーブル6に載置する(図4(a)参照)。このマスク40として、厚みが30μm、開口径が40μm、ピッチが50μmのマスクが例示できる。
First, a
そして、マスク40の上にBi粒子4を含有するBiペースト5を投入し、スキージ42を用いてBiペースト5をスキージングする(図4(b)参照)。これにより、Biペースト5は、開口41に埋込まれる。なお、Biペースト5でなく、Bi粒子4だけでもよい。
Then, a
その後、マスク40を剥離すると、図4(c)に示すように一定量のBiペースト5がテーブル6の上に分散配置された状態となる。
Thereafter, when the
ステップS2:電子部品10をテーブル6に対して位置合せして、これらを対向させる(図5(a)参照)。
Step S2: The
ステップS3: この状態で、電子部品10をテーブル6に近づけて、半田ボール3をBi粒子島4aに押し付ける。このとき、半田ボール3の表面に酸化膜が形成されている場合があるので、スクラブしながら押し付ける。このスクラブ動作により酸化膜が除去される。
Step S3: In this state, the
以上により、所定量のBi粒子4を半田ボール3に圧着させた半田バンプ2を形成することができる(図5(c)参照)。
As described above, it is possible to form the
このようにして半田バンプ2が形成された電子部品10は、回路基板31に形成された端子32に対して位置合せされ(図6(a)参照)、押し当てられる(図6(b)参照)。
The
そして、この状態で接合のための熱処理が行われる(図6(c)参照)。接合のための熱処理は、160℃〜200℃の範囲、例えば180℃で行う。Bi粒子4は、回路基板31との基板側面3bの近傍領域に偏在するため、たとえ低温で接合しても、略全てのBi粒子4が接合に寄与する。即ち、接合に寄与しない残留Bi粒子の発生が抑制できるので、この残留Bi粒子による耐衝撃力の低下が防止できる。従って、接合温度の低温化を図りながら接合の信頼性を高めることが可能になる。
And the heat processing for joining is performed in this state (refer FIG.6 (c)). The heat treatment for bonding is performed in a range of 160 ° C. to 200 ° C., for example, 180 ° C. Since the
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。なお、第1の実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the same structure as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted suitably using the same code | symbol.
第1の実施形態においては、マスクの開口にBi粒子を埋込むことにより、所定量のBi粒子を半田ボールに圧着させた。 In the first embodiment, a predetermined amount of Bi particles is pressed onto a solder ball by embedding Bi particles in the opening of the mask.
これに対して、本実施形態では所定ピッチで形成された凹部を有するテーブルにBi粒子を埋込むことで、所定量のBi粒子を分散配置する。 On the other hand, in this embodiment, Bi particles of a predetermined amount are dispersed and arranged by embedding Bi particles in a table having concave portions formed at a predetermined pitch.
図7は、略正方形の凹部33を備えるテーブル6を示し、図8は長方形の凹部33を備えるテーブル6を示している。このような長方形の凹部33は、複数設けられている。なお、凹部33の形状は、これらに限定するものではなく、例えば円形状であっても良い。
FIG. 7 shows the table 6 having a substantially
そして、凹部33にBiペースト5を投入し、スキージ42等により掻きならす。これにより、各凹部33に所定量のBiペースト5を埋込むことができ、所定量のBi粒子4を半田ボール3に埋込むことができる。
Then, the
2 半田バンプ
3 半田ボール
4 Bi粒子
5 Biペースト
6 テーブル
10 電子部品
31 回路基板
32 端子
33 凹部
40 マスク
41 開口
42 スキージ
2
Claims (8)
テーブルに、Bi粒子を分散配置させる分散手順と、
前記テーブルに錫を多く含む半田ボールを押付けて、当該半田ボールに所定割合の前記Bi粒子を圧着させる圧着手順と、
前記Bi粒子が圧着した前記半田ボールを前記端子に押付ける押付手順と、
前記押付手順により前記端子と前記半田ボールとが押付けられた状態で、前記端子と前記半田ボールとを160℃〜200℃の温度で接合させる熱処理を行う接合手順と、
を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。 An electronic component mounting method for mounting an electronic component by bonding with solder bumps connecting terminals,
A dispersion procedure for dispersing and arranging Bi particles on the table;
A pressing procedure in which a solder ball containing a large amount of tin is pressed against the table, and a predetermined proportion of the Bi particles are pressed onto the solder ball;
A pressing procedure for pressing the solder balls to which the Bi particles are pressed against the terminals;
A joining procedure for performing a heat treatment for joining the terminal and the solder ball at a temperature of 160 ° C. to 200 ° C. in a state where the terminal and the solder ball are pressed by the pressing procedure;
A method for mounting an electronic component, comprising:
前記分散手順は、所定形状の開口を有するマスクを前記テーブルに載置し、前記Bi粒子又はBi粒子を含有するBiペーストを前記開口に埋込む手順を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。 The electronic component mounting method according to claim 1,
The dispersion procedure includes a procedure of placing a mask having an opening of a predetermined shape on the table and embedding the Bi particles or Bi paste containing Bi particles in the openings. .
前記分散手順は、前記テーブルに形成された所定形状の凹部に前記Bi粒子又はBi粒子を含有するBiペーストを埋込む手順を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。 The electronic component mounting method according to claim 1,
The electronic component mounting method, wherein the dispersing step includes a step of embedding the Bi particles or Bi paste containing Bi particles in a recessed portion having a predetermined shape formed on the table.
前記押付手順により、前記Bi粒子が圧着した側の前記半田ボールは、平面に成形されることを特徴とする電子部品の実装方法。 The electronic component mounting method according to claim 1,
According to the pressing procedure, the solder ball on the side to which the Bi particles are pressed is formed into a flat surface.
前記テーブルに前記半田ボールを押付ける際に、前記半田ボールをスクラブさせながら押付ける手順を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。 The electronic component mounting method according to any one of claims 1 to 4,
An electronic component mounting method comprising: a step of pressing the solder ball while scrubbing the solder ball when pressing the solder ball against the table.
前記半田ボールの直径をD1、Bi粒子の平均直径をD2としたとき、前記Bi粒子の平均直径D2は、前記半田ボールの直径D1に比例係数nを掛けて得られ、かつ、当該比例係数nは0.02≦n≦0.2を満たすことを特徴とする電子部品の実装方法。 An electronic component mounting method according to any one of claims 1 to 5,
When the diameter of the solder ball is D1 and the average diameter of Bi particles is D2, the average diameter D2 of the Bi particles is obtained by multiplying the diameter D1 of the solder ball by a proportional coefficient n, and the proportional coefficient n Satisfies 0.02 ≦ n ≦ 0.2. A method for mounting an electronic component, wherein:
前記半田ボールに押し込むBi粒子の数をmとしたとき、Bi粒子の数は、1≦m≦0.2/n2の範囲を満たすことを特徴とする電子部品の実装方法。 The electronic component mounting method according to claim 6,
An electronic component mounting method characterized in that the number of Bi particles satisfies a range of 1 ≦ m ≦ 0.2 / n 2 where m is the number of Bi particles pushed into the solder ball.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電子部品の実装方法により、前記電子部品の端子と前記回路基板の端子とが接合されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which an electronic component including a connection terminal is mounted on a terminal of a circuit board by a solder bump,
8. A semiconductor device, wherein a terminal of the electronic component and a terminal of the circuit board are joined by the electronic component mounting method according to claim 1.
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