JP2014033084A - 積層パッケージ構造体の製造方法、組み立て装置、および製造システム - Google Patents
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Abstract
【課題】リペア性が良好であるとともに、積層パッケージと回路基板との接続の耐衝撃性を向上された積層パッケージ構造体を製造する。
【解決手段】積層パッケージ構造体の製造方法は、(i)第1半導体素子と、複数の端子電極と、複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備するボトムパッケージを準備する工程と、(ii)第2半導体素子と、第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを準備する工程と、(iii)複数の第1バンプに、第1融点mp1より低い第2融点mp2を有する第1はんだ粉末と、第1融点mp1より低い温度で硬化する第1熱硬化性フラックスと、を含む第1ペーストを塗布する工程と、(iv)複数の第1バンプが、それぞれ、対応する複数のビアホールに収容され、かつ対応する複数の端子電極に前記第1ペーストを介して着地するように、トップパッケージを、ボトムパッケージに搭載する工程と、を含む。
【選択図】図1
【解決手段】積層パッケージ構造体の製造方法は、(i)第1半導体素子と、複数の端子電極と、複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備するボトムパッケージを準備する工程と、(ii)第2半導体素子と、第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを準備する工程と、(iii)複数の第1バンプに、第1融点mp1より低い第2融点mp2を有する第1はんだ粉末と、第1融点mp1より低い温度で硬化する第1熱硬化性フラックスと、を含む第1ペーストを塗布する工程と、(iv)複数の第1バンプが、それぞれ、対応する複数のビアホールに収容され、かつ対応する複数の端子電極に前記第1ペーストを介して着地するように、トップパッケージを、ボトムパッケージに搭載する工程と、を含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、ボトムパッケージにトップパッケージを積層した積層パッケージ構造体の製造方法、組み立て装置、および製造システムに関する。
携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant:携帯情報端末)等のモバイル機器の小型化、高機能化が進んでおり、これに対応するために、BGA (Ball grid array:ボール・グリッド・アレイ)やCSP (Chip Size Package:チップ・サイズ・パッケージ)などの表面実装形の電子部品パッケージが多く用いられている。特に、BGAは、高密度に多数の電極を設けることができる上、QFP(Quad Flat Package:クワッド・フラット・パッケージ)のように周囲にリードが張り出さないので、実装面積を縮小できる点で有利である。
その反面、BGAは、QFPのようなリードがないことから、衝撃を緩和することができない。このため、落下衝撃などの機械的負荷にさらされやすいモバイル機器にBGAを使用する場合には、はんだ接合部の耐衝撃信頼性を確保することが重要である。
上記の課題に対して、例えばBGAと電子回路基板とをはんだで接続する際には、はんだ付けをした後にBGAと電子回路基板との隙間にアンダーフィル材のような樹脂補強材を充填し、これを固化することで、はんだ接合部の耐衝撃信頼性を高めることが行われている。従来から使用されているアンダーフィル材としては、主に加熱硬化型のエポキシ樹脂が使用されている(特許文献1、2、3参照)。
ところで、近年、様々な電子機器に、電子部品パッケージ(サブパッケージ)と電子部品パッケージ(サブパッケージ)とを積層して形成される積層パッケージが使用されることが多くなっている。積層パッケージにおいては、上層のサブパッケージであるトップパッケージの端子の数が下層のサブパッケージであるボトムパッケージよりも少ない。このため、トップパッケージとボトムパッケージとの間の接合強度は小さくなる。したがって、トップパッケージとボトムパッケージとの接合を補強する必要性は大きい。
しかしながら、例えばアンダーフィル材を使用して補強できるのは、主に、ボトムパッケージと回路基板との接続だけであり、アンダーフィル材によりトップパッケージとボトムパッケージとの接続を補強することは困難である。
また、パッケージのコーナーを接着剤で回路基板に接着する補強方法も従来行われている。しかしながら、そのような補強方法においても、積層パッケージの場合には、回路基板の表面からの距離が大きいトップパッケージを接着剤で回路基板に有効に固定することは困難な場合が多い。
このため、トップパッケージとボトムパッケージとのはんだ接合部を樹脂で補強することも行われる。しかしながら、その場合には、リペアを行うときに、パッケージを加熱して、樹脂補強部を軟化させるとともに、はんだ接合部を再溶融する必要がある。なお、この場合のリペアとは、ボトムパッケージに搭載されたトップパッケージに不良があったり、トップパッケージとボトムパッケージとの間に接続不良があったりする場合に、一旦ボトムパッケージに搭載したトップパッケージをボトムパッケージから取り外し、そのボトムパッケージに同一の、または別のトップパッケージを再接続することを言う。
ところが、リペアの際に、はんだ接合部を溶融すると、トップパッケージに元々設けてあったはんだバンプは破壊されてしまう。その結果、トップパッケージに他に不具合がなくとも、バンプの再形成等の処置を行わないと、トップパッケージの再使用はできなくなる。そして、そのような処置はコスト的に引き合わないことも多いので、結局、そのトップパッケージを廃棄することもあり得る。これにより製造コストが増大する。
一方、ボトムパッケージ側には、破壊されたはんだ接合部の片割れが残り、溶融はんだと樹脂補強材の残渣とが混合した状態で電極等に付着する場合がある。すなわち、ボトムパッケージの電極およびその周囲をクリーンな状態に保ったままで、トップパッケージをボトムパッケージから分離することは困難である。その結果、ボトムパッケージも廃棄する必要性が生じ、製造コストはさらに増大する。
そこで、本発明の目的は、リペア性が良好であるとともに、ボトムパッケージとトップパッケージとの接続の耐衝撃性を向上させることができる積層パッケージ構造体を製造する方法、装置およびシステムを提供することにある。
本発明の一局面は、(i)第1半導体素子と、前記第1半導体素子を囲うように配列する複数の端子電極と、前記第1半導体素子を封止するとともに、前記複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備するボトムパッケージを準備する工程と、
(ii)第2半導体素子と、前記複数の端子電極に対応して前記複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを準備する工程と、
(iii)前記複数の第1バンプに、前記第1融点mp1より低い第2融点mp2を有する第1はんだ粉末と、前記第1融点mp1より低い温度で硬化する第1熱硬化性フラックスと、を含む第1ペーストを塗布する工程と、
(iv)前記複数の第1バンプが、それぞれ対応する前記複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する前記複数の端子電極に前記第1ペーストを介して着地するように、トップパッケージを、前記ボトムパッケージに搭載する工程と、を含む積層パッケージ構造体の製造方法に関する。
(ii)第2半導体素子と、前記複数の端子電極に対応して前記複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを準備する工程と、
(iii)前記複数の第1バンプに、前記第1融点mp1より低い第2融点mp2を有する第1はんだ粉末と、前記第1融点mp1より低い温度で硬化する第1熱硬化性フラックスと、を含む第1ペーストを塗布する工程と、
(iv)前記複数の第1バンプが、それぞれ対応する前記複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する前記複数の端子電極に前記第1ペーストを介して着地するように、トップパッケージを、前記ボトムパッケージに搭載する工程と、を含む積層パッケージ構造体の製造方法に関する。
本発明の他の局面は、第1半導体素子と、前記第1半導体素子を囲うように配列する複数の端子電極と、前記第1半導体素子を封止するとともに、前記複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備するボトムパッケージを供給する、第1供給部と、
第2半導体素子と、前記複数の端子電極に対応して前記複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを供給する、第2供給部と、
前記ボトムパッケージを保持して位置決めする、ボトム保持部と、
第1融点mp1より低い第2融点mp2を有するはんだ粉末と、第1融点mp1より低い温度で硬化する熱硬化性フラックスと、を含む第1ペーストの塗膜を供給する、ペースト供給ユニットと、
前記ボトムパッケージおよび前記トップパッケージを前記第1供給部および前記第2供給部からピックアップして移動させる搭載ヘッドと、
前記搭載ヘッドの移動および動作を制御する第1制御部と、
を具備し、
前記第1制御部の指令により、
前記搭載ヘッドは、
(i)前記ボトムパッケージをピックアップして、前記第1供給部から前記ボトム保持部に移動させ、前記ボトム保持部に載置し、
(ii)前記トップパッケージをピックアップして、前記第2供給部から前記ペースト供給ユニットに移動させ、前記第1ペーストの塗膜に前記複数の第1バンプの先端を接触させて、前記第1ペーストを前記複数の第1バンプに転写し、
(iii)前記複数の第1バンプに前記第1ペーストが転写されたトップパッケージを、前記ボトムパッケージの上方に移動させ、前記複数の第1バンプが、それぞれ対応する前記複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する前記複数の端子電極に前記第1ペーストを介して着地するように、前記ボトムパッケージに搭載する、積層パッケージ構造体の組み立て装置に関する。
第2半導体素子と、前記複数の端子電極に対応して前記複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを供給する、第2供給部と、
前記ボトムパッケージを保持して位置決めする、ボトム保持部と、
第1融点mp1より低い第2融点mp2を有するはんだ粉末と、第1融点mp1より低い温度で硬化する熱硬化性フラックスと、を含む第1ペーストの塗膜を供給する、ペースト供給ユニットと、
前記ボトムパッケージおよび前記トップパッケージを前記第1供給部および前記第2供給部からピックアップして移動させる搭載ヘッドと、
前記搭載ヘッドの移動および動作を制御する第1制御部と、
を具備し、
前記第1制御部の指令により、
前記搭載ヘッドは、
(i)前記ボトムパッケージをピックアップして、前記第1供給部から前記ボトム保持部に移動させ、前記ボトム保持部に載置し、
(ii)前記トップパッケージをピックアップして、前記第2供給部から前記ペースト供給ユニットに移動させ、前記第1ペーストの塗膜に前記複数の第1バンプの先端を接触させて、前記第1ペーストを前記複数の第1バンプに転写し、
(iii)前記複数の第1バンプに前記第1ペーストが転写されたトップパッケージを、前記ボトムパッケージの上方に移動させ、前記複数の第1バンプが、それぞれ対応する前記複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する前記複数の端子電極に前記第1ペーストを介して着地するように、前記ボトムパッケージに搭載する、積層パッケージ構造体の組み立て装置に関する。
本発明によれば、例えば、第1バンプの原形を保ったままで、トップパッケージをボトムパッケージと接続したり、その接続を解除して、トップパッケージをボトムパッケージから分離したりすることができる。また、トップパッケージとボトムパッケージとの間のはんだ接合部を確実に樹脂補強部により補強することができる。よって、リペア性が良好であるとともに、ボトムパッケージとトップパッケージとの接続の耐衝撃性が向上された積層パッケージ構造体を製造することができる。
本発明の積層パッケージ構造体の製造方法は、(i)第1半導体素子と、第1半導体素子を囲うように配列する複数の端子電極と、第1半導体素子を封止するとともに、複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備するボトムパッケージを準備する工程と、(ii)第2半導体素子と、複数の端子電極に対応して複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを準備する工程とを含む。
ここで、ボトムパッケージには、第1半導体素子が搭載されるサブストレート(第1サブストレート)を含ませることができる。その場合には、第1サブストレートの第1半導体素子が搭載される側の主面(以下、素子搭載面という)に、第1半導体素子を囲むように複数の端子電極を設けることができる。絶縁部材は、板状、あるいはシート状とすることができる。その場合には、複数のビアホールは、第1サブストレートの素子搭載面を全て覆うように絶縁部材を板状に成形した後で、例えばレーザ加工により、絶縁部材の端子電極と対応する位置にそれぞれ貫通孔を形成することで、設けることができる。
同様に、トップパッケージにも、さらに、第2半導体素子が搭載されるサブストレート(第2サブストレート)を含ませることができる。その場合には、複数の第1バンプは、第2サブストレートの第2半導体素子が搭載される面(以下、素子搭載面という)とは反対側の面に設けることができる。
さらに、本発明は、(iii)複数の第1バンプに、第1融点mp1より低い第2融点mp2を有するはんだ粉末と、第1融点mp1より低い温度で硬化する熱硬化性フラックスと、を含む第1ペーストを塗布する工程、並びに、(iv)複数の第1バンプが、それぞれ対応する複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する複数の端子電極に第1ペーストを介して着地するように、トップパッケージを、ボトムパッケージに搭載する工程と、を含む。
このように、本発明においては、複数の第1バンプに、第1融点mp1よりも低い第2融点mp2を有するはんだ粉末を含む第1ペーストが付着され、その状態で、第1バンプが、第1ペーストを介して、対応する端子電極に着地される。その結果、例えば、比較的低温度である第2融点mp2を超え、かつ第1融点mp1よりも低い所定温度Taまでトップパッケージを加熱するだけで、はんだ粉末を溶融させて、トップパッケージとボトムパッケージとをはんだ接合により接続することが可能となる。また、熱硬化性フラックスを硬化させて、その硬化樹脂により、はんだ接合部を補強することもできる。
以上の結果、比較的低い温度までトップパッケージを加熱するだけで、トップパッケージとボトムパッケージとを接続し、かつ、それらの間のはんだ接合部を補強することができる。これにより、半導体素子や電子部品に大きな熱的ダメージを与えることなく、耐衝撃性が向上された積層パッケージ構造体を製造することができる。一方、リペアの際にも、比較的低い温度にまでトップパッケージを加熱するだけで、トップパッケージをボトムパッケージから分離することが可能となり、リペア性が向上する。
本発明の好ましい形態は、更に、(v)トップパッケージを搭載したボトムパッケージを、第1融点mp1より低く、かつ第2融点mp2以上の温度で加熱後、冷却することにより、はんだ粉末を、トップパッケージをボトムパッケージに接続する第1金属接合部材に変化させるとともに、熱硬化性フラックスを硬化させて、第1金属接合部材の少なくとも一部を被覆する第1樹脂補強部を形成する工程、を含む。
これにより、第1バンプを溶融させることなく、はんだ粉末だけを溶融させてボトムパッケージとトップパッケージとを接続することが可能となる。その結果、第1バンプが溶融されることなく、原形を留めたままの状態で、トップパッケージとボトムパッケージとを接合することができる。したがって、リペアの際にも、第1樹脂補強部が軟化し、第1金属接合部材だけが再溶融し、かつ第1バンプが溶融しない温度にまで加熱することで、第1バンプの原形を留めたままで、トップパッケージをボトムパッケージから取り外すことも可能となる。
したがって、トップパッケージに他に不具合がない場合には、バンプの補修などを行うことなく、ボトムパッケージから取り外したトップパッケージを、そのまま、同じボトムパッケージに搭載し直したり、別のボトムパッケージに搭載し直したりすることができる。よって、材料ロスと工数の増大とを抑えて、積層パッケージ構造体の製造コストを低減することが可能となる。ここで、第1融点mp1と、第2融点mp2との温度差ΔT(=mp1−mp2)は、例えば20〜130℃の所定温度とすることができる。温度差ΔTのより好ましい範囲は、50〜100℃である。
さらに、上記の場合、リペアの際には、第1金属接合部材だけがボトムパッケージ側(ビアホールの内部)に残り、第1バンプの構成材は全くボトムパッケージ側に残らない。このため、例えば、ビアホール1つあたりの第1金属接合部材の分量、または第1バンプの体積に対する第1金属接合部材の体積の割合を適宜に設定することで、ボトムパッケージ側に残った接合材料を取り除く必要性をなくすことも可能となる。これにより、さらに材料ロスと工数の増大とを抑えて、積層パッケージ構造体の製造コストを低減することが可能となる。
また、本形態においては、ビアホールの内部で、ボトムパッケージの端子電極と、トップパッケージの第1バンプとが、第1金属接合部材により接合される。そして、第1金属接合部材の少なくとも一部は、ビアホール内に充填された第1樹脂補強部により被覆される。このように、第1金属接合部材の少なくとも一部が、ビアホール内に充填された第1樹脂補強部により被覆されることで、第1金属接合部材による接合が効果的に補強される。
つまり、ビアホールの内部のような限られた空間で第1樹脂補強部により第1金属接合部材を覆うことで、より効果的に、全ての第1金属接合部材を確実に第1樹脂補強部により補強することができる。よって、トップパッケージとボトムパッケージのトータルの接合強度が、設計段階での所望強度を下回るのを避けることができ、所望の耐衝撃性を実現することが容易となる。これにより、所望の耐衝撃性を有していない積層パッケージ構造体が製造されることを防止できるので、歩留まりを改善することもできる。
そして、それぞれの第1樹脂補強部は、隣接する第1樹脂補強部と接触しないように互いに離間して配置されるために、第1樹脂補強部に生じた微細なクラックを通して、再溶融された接合材料が毛管現象により流れ出すような場合が生じても、隣接する電極間の短絡を確実に防止することができる。
本発明の好ましい形態は、ボトムパッケージ搭載領域を有する基板を準備する工程と、トップパッケージをボトムパッケージに搭載する工程の前に、ボトムパッケージを、ボトムパッケージ搭載領域に搭載する工程と、を含む。このとき、基板には、ボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極を含ませることができる。ボトムパッケージには、複数の基板電極に対応して設けられた第3融点mp3を有する複数の第2バンプを含ませることができる。そして、トップパッケージをボトムパッケージに搭載する工程の前に、複数の第2バンプが、それぞれ対応する複数の基板電極に着地するように、ボトムパッケージを、ボトムパッケージ搭載領域に搭載することができる。
そして、このとき、トップパッケージをボトムパッケージに搭載する工程の前に、更に、ボトムパッケージを搭載した基板を、第3融点mp3以上の温度で加熱後、冷却することにより、第2バンプを基板電極に接合する工程、を行うことができる。このように、トップパッケージをボトムパッケージに搭載する前に、先に第2バンプを基板電極と接合する工程を実行することで、第2バンプが第1バンプと同じような比較的高融点のはんだから形成されている場合にも、第1バンプを溶融させることなく、第1バンプの原形を留めたままで、第2バンプを基板電極と接合することが容易となる。これにより、積層パッケージ構造体のリペア性が向上する。
なお、上記の第2バンプを基板電極に接合する工程は、トップパッケージをボトムパッケージに搭載する工程の後に実行することも勿論可能である。そして、その場合にも、第1融点mp1よりも低い温度で第2バンプを基板電極に接合できるようにする(その具体的な方法については後述する)ことで、第1バンプを溶融させることなく、第1バンプの原形を保ったままで、ボトムパッケージを基板に接続するとともに、同時に、トップパッケージをボトムパッケージに接続することができる。これにより、工数を削減して、積層パッケージ構造体の製造コストを低減させることができる。
本発明の他の好ましい形態は、ボトムパッケージをボトムパッケージ搭載領域に搭載する工程の前に、更に、複数の第2バンプに、第3融点mp3より低い第4融点mp4を有する第2はんだ粉末と、第3融点mp3より低い温度で硬化する第2熱硬化性フラックスと、を含む第2ペーストを塗布する工程を有し、かつボトムパッケージを搭載した基板を、第3融点mp3より低く、かつ第4融点mp4以上の温度で加熱後、冷却することにより、第2はんだ粉末を、ボトムパッケージを基板に接続する第2金属接合部材に変化させるとともに、第2熱硬化性フラックスを硬化させて、第2金属接合部材の少なくとも一部を被覆する第2樹脂補強部を形成する工程を含む。
これにより、アンダーフィル材を使用することなく、ボトムパッケージと基板とのはんだ接合部を、トップパッケージとボトムパッケージとの接合部と同様の補強構造で補強することができる。また、第2バンプの第3融点mp3が第1バンプの第1融点mp1と同程度の温度である場合にも、第4融点mp4を第2融点mp2と同程度の温度に設定することで、ボトムパッケージの基板に対する接続と、トップパッケージのボトムパッケージに対する接続とを同一の加熱工程で実行することもできる。よって、工数を削減して、積層パッケージ構造体の製造コストを低減させることができる。
さらに、本形態では、第2バンプを溶融させることなく、第2はんだ粉末だけを溶融させてボトムパッケージと基板とを接続することが可能となる。その結果、第2バンプが溶融されることなく、原形を留めたままの状態で、ボトムパッケージと基板とを接続することができる。したがって、基板にボトムパッケージを付け替えるようなリペアを行う際にも、第2樹脂補強部が軟化するとともに、第2金属接合部材だけが再溶融する温度にまで加熱することで、第2バンプの原形を留めたままで、ボトムパッケージを基板から取り外すことも可能となる。
したがって、ボトムパッケージに他に不具合がない場合には、バンプの補修などを行うことなく、基板から取り外したボトムパッケージを、そのまま、同じ基板に搭載し直したり、別の基板に搭載し直したりすることができる。よって、材料ロスと工数の増大とを抑えて、積層パッケージ構造体の製造コストを低減することが可能となる。ここで、第3融点mp3と、第4融点mp4との温度差ΔT1(=mp3−mp4)は、例えば20〜130℃の所定温度とすることができる。温度差ΔT1のより好ましい範囲は、50〜100℃である。
さらに、上記の場合、リペアの際には、第2金属接合部材だけが基板側に残り、第2バンプの構成材は全く基板側に残らない。このため、例えば、第2バンプ1つあたりの第2金属接合部材の分量、または第2バンプの体積に対する第2金属接合部材の体積の割合を適宜に設定することで、基板側に残った接合材料を取り除く必要性をなくすことも可能となる。これにより、さらに材料ロスと工数の増大とを抑えて、積層パッケージ構造体の製造コストを低減することが可能となる。
さらに、第2樹脂補強部により、基板側に裾拡がりとなるようなフィレットを形成することもできる。これにより、基板の基板電極および基板の表面の一部が第2樹脂補強部で覆われる。その結果、熱的衝撃や機械的衝撃を受けた場合に、基板の変形を抑制することができ、耐衝撃性を向上させることができる。
なお、第1はんだ粉末および第2はんだ粉末は同じ材料から形成することもできるし、違う材料から形成することもできる。また、第1はんだバンプおよび第2はんだバンプは同じ材料から形成することもできるし、違う材料から形成することもできる。第1はんだ粉末および第2はんだ粉末が同じ材料から形成され、かつ第1はんだバンプおよび第2はんだバンプが同じ材料から形成されているような場合には、上述したように、基板とボトムパッケージとの間、並びに、ボトムパッケージとトップパッケージとの間の接続を、同じ加熱工程で、同時に実行することができる。つまり、mp1とmp3とが近い温度(例えば温度差5℃以内)であり、mp2とmp4とが近い温度(例えば温度差5℃以内)であるような場合には、1回の加熱工程で、基板、ボトムパッケージ、並びに、トップパッケージを相互に接続することができる。
本発明のさらに他の形態は、ボトムパッケージをボトムパッケージ搭載領域に搭載する工程の前に、更に、基板のボトムパッケージ搭載領域の周縁部に、ボトムパッケージの周縁部に付着するように、熱硬化性樹脂を塗布する工程を有し、基板とボトムパッケージとの接続の際の加熱により、熱硬化性樹脂を硬化させて、第3樹脂補強部を形成するのが好ましい。
本形態においては、基板のボトムパッケージ搭載領域の周縁部と、ボトムパッケージの周縁部とを、第3樹脂補強部により接合することで、基板とボトムパッケージとの接合を補強することができる。
ここで、複数の第1バンプに第1ペーストを塗布する工程には、第1ペーストの塗膜に複数の第1バンプの先端を接触させる工程を含ませることができる。これによれば、第1バンプが多数個存在する場合にも、それらの第1バンプを第1ペーストの塗膜に接触させるだけで、容易に均一な分量の第1ペーストを全ての第1バンプに付着させることができる。よって、積層パッケージ構造体の製造に要する時間を短縮することができるとともに、複数の第1バンプのそれぞれに対応して形成されるはんだ接合部を均一化することができ、接続信頼性を向上させることができる。
同様に、複数の第2バンプに第2ペーストを塗布する工程には、第2ペーストの塗膜に複数の第2バンプの先端を接触させる工程(転写工程)を含ませることができる。これによれば、第2バンプが多数個存在する場合にも、それらの第2バンプを第2ペーストの塗膜に接触させるだけで、容易に均一な分量の第2ペーストを全ての第2バンプに付着させることができる。よって、積層パッケージ構造体の製造に要する時間を短縮することができるとともに、複数の第2バンプのそれぞれに対応して形成されるはんだ接合部を均一化することができ、接続信頼性を向上させることができる。なお、第2ペーストの組成は、第1ペーストの組成と同じにすることができる。
また、第2ペーストは、スクリーン印刷装置、およびインクジェットプリンタ等の印刷装置を使用して、第2バンプと対応する基板電極に供給することもできる。基板に積層パッケージ以外の電子部品(チップ部品、半導体素子、電子部品モジュール)を搭載する場合には、それらの電子部品の電極端子と対応する基板電極に第2ペーストを供給するときに、上記の印刷装置を使用して、第2バンプと対応する基板電極にも同時に第2ペーストを供給することができる。これにより、上記のような転写工程を省略することができる。したがって、積層パッケージ構造体の製造に要する工数および時間を削減して、製造コストを低減することができる。
また、本発明は、ボトムパッケージを供給する第1供給部と、トップパッケージを供給する第2供給部と、ボトムパッケージを保持して位置決めするボトム保持部と、第1ペーストの塗膜を供給するペースト供給ユニットと、ボトムパッケージおよびトップパッケージを第1供給部および第2供給部からピックアップして移動させる搭載ヘッドと、搭載ヘッドの移動および動作を制御する第1制御部と、を具備する積層パッケージ構造体の組み立て装置に関する。
ここで、ボトムパッケージは、第1半導体素子と、第1半導体素子を囲うように配列する複数の端子電極と、第1半導体素子を封止するとともに、複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備する。トップパッケージは、第2半導体素子と、複数の端子電極に対応して複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備する。第1ペーストは、第1融点mp1より低い第2融点mp2を有するはんだ粉末と、第1融点mp1より低い温度で硬化する熱硬化性フラックスと、を含む。
搭載ヘッドは、第1制御部の指令により、(i)ボトムパッケージをピックアップして、第1供給部からボトム保持部に移動させ、ボトム保持部に載置し、(ii)トップパッケージをピックアップして、第2供給部からペースト供給ユニットに移動させ、第1ペーストの塗膜に複数の第1バンプの先端を接触させて、第1ペーストを複数の第1バンプに転写し、(iii)複数の第1バンプに第1ペーストが転写されたトップパッケージを、ボトムパッケージの上方に移動させ、複数の第1バンプが、それぞれ対応する複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する複数の端子電極に第1ペーストを介して着地するように、ボトムパッケージに搭載する。
本発明の一形態に係る組み立て装置は、更に、ボトム保持部に、ボトムパッケージ搭載領域を有し、かつボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極を有する基板を供給する基板供給部を具備する。ボトムパッケージは、複数の基板電極に対応して設けられた複数の第2バンプを有する。このとき、工程(i)は、複数の第2バンプが、それぞれ対応する複数の基板電極に着地するように、ボトムトップパッケージを、ボトムパッケージ搭載領域に搭載することを含む。
本発明の一形態に係る組み立て装置においては、搭載ヘッドは、ボトムパッケージを、第1供給部からペースト供給ユニットに移動させ、第2ペーストの塗膜に複数の第2バンプの先端を接触させて、第2ペーストを複数の第2バンプに転写した後、ボトムパッケージをボトム保持部に載置する。第1ペーストと、第2ペーストとは、同じペーストであってもよいし、違うペーストであってもよい。第1ペーストと第2ペーストとが同じペーストであれば、同一の加熱工程で、第1金属接合部材38および第2金属接合部材58を形成できるので好ましい。
本発明の他の形態の組み立て装置は、更に、基板のボトムパッケージ搭載領域の周縁部に、熱硬化性樹脂を塗布する塗布ヘッドと、塗布ヘッドの移動および動作を制御する第2制御部と、を具備する。第2制御部の指令により、塗布ヘッドは、(iv)ボトムパッケージ搭載領域の周縁部に、熱硬化性樹脂を、ボトムパッケージの周縁部に付着する高さに塗布する。
さらにまた、本発明は、上記の積層パッケージ構造体の組み立て装置と、積層パッケージ構造体の組み立て装置により組み立てられた積層パッケージ構造体を、第1融点mp1より低く、かつ第2融点mp2以上の温度で加熱後、冷却するリフロー装置と、を具備する積層パッケージ構造体の製造システムに関する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1に、本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体の製造方法により製造される積層パッケージ構造体を一部断面図により示す。図2に、積層パッケージの概略構成を断面図により示す。
図1に、本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体の製造方法により製造される積層パッケージ構造体を一部断面図により示す。図2に、積層パッケージの概略構成を断面図により示す。
図示例の積層パッケージ構造体10は、BGA型の積層パッケージ12および回路基板14を含んでいる。積層パッケージ12は、表面実装形の電子部品パッケージであり、ボトムパッケージ16およびトップパッケージ18の2つのサブパッケージを含んでいる。なお、積層パッケージ12、ボトムパッケージ16およびトップパッケージ18は、BGA形のパッケージに限らず、はんだバンプを有するパッケージであれば良い。
ボトムパッケージ16は、第1サブストレート19と、第1サブストレート19の一方の主面(図の上面、以下、素子搭載面という)に搭載された第1半導体素子20と、第1半導体素子20の周囲に配列された複数の端子電極22と、第1半導体素子20を封止するシート状ないしは板状の絶縁部材24と、を含んでいる。第1サブストレート19の他方の主面(図の下面)には、回路基板14に設けられた複数の基板電極(ランド)15と接続される複数の基板接続端子26が例えばマトリックス状に配列されている。そして、第1サブストレート19の他方の主面から突出するように、それぞれの基板接続端子26には、第1融点mp1を有する基板接続バンプ28が、対応する基板接続端子26と導通するように付設されている。
絶縁部材24は、エポキシ樹脂等を含む半導体封止材から形成することができる。基板接続バンプ28は、例えば、Sn−Bi系、Sn−In系、Sn−Bi−In系、Sn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Ag−Bi系、Sn−Cu−Bi系、Sn−Ag−Cu−Bi系、Sn−Ag−In系、Sn−Cu−In系、Sn−Ag−Cu−In系、およびSn−Ag−Cu−Bi−In系よりなる群から選ばれる合金を用いることができる。
回路基板14は、一方の主面に、基板接続バンプ28と対応して設けられた複数の基板電極(ランド)15が設けられたボトムパッケージ搭載領域17を有している。回路基板14は、積層パッケージ12以外の部品を搭載するための領域を有していてもよい。積層パッケージ12以外の部品としては、チップ型電子部品などの小型電子部品、ICチップ等のベアチップ部品、あるいは他の電子部品パッケージがある。
トップパッケージ18は、第2サブストレート30と、第2サブストレート30の一方の主面(図の上面、以下、素子搭載面という)に搭載された第2半導体素子32と、を含んでいる。第2半導体素子32は、第2サブストレート30の素子搭載面で、板状ないしはシート状の封止材33により封止されている。第2サブストレート30の他方の主面(図の下面)には、ボトムパッケージ16の複数の端子電極22とそれぞれ接続される複数のサブ間接続端子34が、端子電極22と対応する配列で形成されている。そして、第2サブストレート30の他方の主面から突出するように、それぞれのサブ間接続端子34には、第3融点mp3を有するサブ間接続バンプ36が、対応するサブ間接続端子34と導通するように付設されている。
封止材33は、エポキシ樹脂等を含む半導体封止材から形成することができる。サブ間接続バンプ36は、例えば、Sn−Bi系、Sn−In系、Sn−Bi−In系、Sn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Ag−Bi系、Sn−Cu−Bi系、Sn−Ag−Cu−Bi系、Sn−Ag−In系、Sn−Cu−In系、Sn−Ag−Cu−In系、およびSn−Ag−Cu−Bi−In系よりなる群から選ばれる合金を用いることができる。
以下、絶縁部材24について更に説明する。絶縁部材24には、複数の端子電極22とそれぞれ対応する位置にビアホール37が、絶縁部材24を厚み方向に貫通するように穿設されている。ビアホール37の内部では、複数の端子電極22が1つずつ露出している。ビアホール37は、絶縁部材24を第1サブストレート19の素子搭載面の全域を覆うように設置した後に、例えばレーザ加工により、絶縁部材24に貫通孔を形成することで設けることができる。
図3に概念的に示すように、複数のサブ間接続端子34は、第1半導体素子20と対応する、第2サブストレート30の中央寄りの素子対応領域AR1には形成されておらず、その周囲に例えばマトリックス状に配列されている。
そして、サブ間接続端子34の個数は、基板接続端子26の個数よりも少なく、基板接続端子26の個数の方が多くなっている。これは、基板接続端子26が、ボトムパッケージ16を回路基板14に接続するための端子だけではなく、トップパッケージ18を回路基板14に接続するための中継用の端子を含むからである。そして、素子対応領域AR1には、サブ間接続端子34を設けることができないために、サブ間接続端子34は、素子対応領域AR1の周囲に形成されている。
複数のサブ間接続バンプ36は、対応する端子電極22と、対応するビアホール37の内部で、それぞれ、第1金属接合部材38により接合されている。ここで、第1金属接合部材38は、サブ間接続バンプ36よりも融点が低い金属である。そして、第1金属接合部材38の少なくとも一部は、ビアホール37内に充填された第1樹脂補強部40により被覆されている。
一例として、第1金属接合部材38は、低融点のはんだ材料(例えば融点:139℃のSn−Biはんだ)を使用して形成することができる。第1樹脂補強部40は、第1金属接合部材38に使用されるはんだ材料の融点と同程度の温度(例えば130℃)でガラス転移する熱硬化性樹脂を使用して形成することができる。このとき、サブ間接続バンプ36は、融点が比較的高いSn−Ag−Cu系はんだ(例えばAgが3質量%、Cuが0.5質量%、残部がSnであるはんだ(融点:217〜220℃))を使用して形成することができる。
上記の例のように、第1金属接合部材38は、サブ間接続バンプ36の第1融点mp1よりも低い第2融点mp2を有するはんだから形成される。そして、上記の例のように、第1樹脂補強部40は、サブ間接続バンプ36に使用するはんだの融点よりも低い所定温度gt1でガラス転移する熱硬化性樹脂から形成することができる。
そして、第1金属接合部材38の体積をVDとし、サブ間接続バンプ36の体積をVBとしたとき、第1金属接合部材38の体積率α(α=VD/(VD+VB))は、30%以下とするのが好ましい。つまり、第1金属接合部材38の体積(VD)は、第1金属接合部材38の体積(VD)とサブ間接続バンプ36の体積(VB)の合計の30%以下であるのが好ましい。体積率αのより好ましい範囲は、5〜30%であり、更に好ましい範囲は、10〜25%である。
上記のような第1金属接合部材38および第1樹脂補強部40の形成方法としては、上記の第2融点mp2を有するはんだ材料の粉末(例えば、粒径:10〜40μm)を熱硬化性フラックスに混合した混合物(以下、第1ペーストという)を使用することが考えられる。熱硬化性フラックスは、フラックスに熱硬化性樹脂を含ませることにより得ることができる。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂など、様々な樹脂を含むことができる。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、耐熱性に優れる点などから、特にエポキシ樹脂が好適である。
エポキシ樹脂には、ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂の群から選ばれるエポキシ樹脂も用いることができる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが好適に用いられる。これらを変性させたエポキシ樹脂も用いられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のような熱硬化性樹脂と組み合わせて用いる硬化剤としては、チオール系化合物、変性アミン系化合物、多官能フェノール系化合物、イミダゾール系化合物、および酸無水物系化合物の群から選ばれる化合物を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。硬化剤は、導電性ペーストの使用環境や用途に応じて、好適なものが選択される。
そして、フラックスの組成は、特に限定されないが、例えば、ロジンのようなベース剤、有機酸やハロゲン化物などの活性剤、溶剤、チキソ性付与剤などを含む。活性剤には、はんだ接合の際に電極表面およびバンプ表面に存在する酸化物などを除去する活性作用を有する材料を使用する。
回路基板14は、一方の主面に、基板接続バンプ28と対応して設けられた複数の基板電極15(ランド)が設けられたボトムパッケージ搭載領域17を有している。回路基板14は、積層パッケージ12以外の部品を搭載するための領域を有していてもよい。積層パッケージ12以外の部品としては、チップ型電子部品などの小型電子部品、ICチップ等のベアチップ部品、あるいは他の電子部品パッケージがある。
以下、サブ間接続バンプを、端子電極と、第1金属接合部材により接合する接合方法の一例を説明する。
図4に示すように、上述したはんだ材料の粉末(はんだ粉末)44を含む第1ペースト42を複数のサブ間接続バンプ36のそれぞれに付着させる。複数のサブ間接続バンプ36のそれぞれに第1ペースト42を付着させる方法としては、後で詳しく説明するように、第1ペースト42の塗膜を形成し、その塗膜を複数のサブ間接続バンプ36に転写する方法が考えられる。これにより、第1ペースト42のフラックスに含まれる活性剤の働きによって、後工程の加熱時にサブ間接続バンプ36の酸化被膜は除去される。
次に、図5に示すように、第1ペースト42が付着されたサブ間接続バンプ36を、対応するビアホール37の内部に挿入する。これにより、サブ間接続バンプ36に付着した第1ペースト42が対応する端子電極22と接触する。これにより、端子電極22の酸化被膜も、後工程の加熱時に、活性剤の働きにより除去される。ここで、サブ間接続バンプ36に付着させる第1ペースト42の分量は、第1樹脂補強部40により第1金属接合部材38の少なくとも一部分が覆われるように、ビアホール37の空き容積(ビアホールの容積からサブ間接続バンプ36の体積や、端子電極22の突出部の体積を除いた容積)の75%以上となるように設定するのが好ましい。
その状態で、第1ペースト42を加熱することで、第1ペースト42に含まれたはんだ粉末44が溶融し、凝集して、溶融はんだの塊となる。これにより、熱硬化性フラックスと溶融はんだとが分離される。その結果、上述した活性剤の働きにより、溶融はんだが端子電極22およびサブ間接続バンプ36の表面に濡れ拡がる。このときの第1ペースト42の加熱温度は、サブ間接続バンプ36が溶融せず、かつはんだ粉末44が溶融し、かつ熱硬化性フラックス46に含まれた熱硬化性樹脂が熱硬化する所定温度Ta(上記の例では、139℃<Ta<217℃)に設定される。このような所定温度Taまで第1ペースト42を加熱することで、まず、熱硬化性樹脂の熱硬化により第1樹脂補強部40が形成される。
熱硬化性樹脂が熱硬化し、溶融はんだが、端子電極22およびサブ間接続バンプ36の表面に濡れ拡がった状態で放冷すると、図6に示すように、溶融はんだが固化して、端子電極22とサブ間接続バンプ36との間に第1金属接合部材38が形成される。これにより、複数のサブ間接続バンプ36は元の形状を保ったまま、第1金属接合部材38により、対応する端子電極22とそれぞれ接合される。そして、第1金属接合部材38は、少なくとも一部分が、ビアホール37の内部に充填された第1樹脂補強部40により覆われた状態となる。これにより、通常よりも大きな補強効果で、第1金属接合部材38による接合部を第1樹脂補強部40により補強することができる。
また、リペアの際には、低融点はんだ材料からなるはんだ粉末44の融点以上の温度に加熱するだけで、第1金属接合部材38が溶融されて、トップパッケージ18のボトムパッケージ16からの取り外しが容易に行える。その際に、サブ間接続バンプ36の形状を元の形状のままに保つことができるので、トップパッケージ18の機能に不具合がない限り、そのトップパッケージ18をそのまま再使用することが可能となる。よって、部品ロスを抑えることができる。また、サブ間接続バンプ36の付け替えの必要もないので、リペアの工数を抑えることができ、製造コストを低減することができる。
一方、ボトムパッケージ16については、例えば第1金属接合部材38の体積率αを30%以下とすることで、リペアの際にトップパッケージ18を取り外したときに、ビアホール37の内部に残存するはんだの量を少なくすることができる。これにより、ビアホール37の内部に残存したはんだを取り除くなどの特別の処置を要することなく、再び、上述の手順で、当該ボトムパッケージ16に、そのまま、他のトップパッケージ18等を搭載することが可能となる。これにより、部品ロスを低減することができるとともに、工数を低減してリペアを実行することができる。
図7Aに、本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体を製造する製造システムである表面実装ラインをブロック図により示す。図7Bに、図7Aの構成ユニットを一部改変した変形例の表面ラインをブロック図により示す。
図7Aのライン1は、回路基板14を供給する基板供給ユニット2と、ボトムパッケージ16を回路基板14に搭載するボトムパッケージ搭載ユニット3と、回路基板14に搭載されたボトムパッケージ16にさらにトップパッケージ18を搭載するトップパッケージ搭載ユニット4と、リフローユニット5と、後処理ユニット6と、パッケージ構造体回収ユニット7と、各ユニットの間で基板を搬送するコンベア8と、を含んでいる。なお、ボトムパッケージ搭載ユニット3とトップパッケージ搭載ユニット4とは、パッケージ搭載ユニット9として、1つに統合することができる。後処理ユニット6は、必要に応じて、アンダーフィル材で積層パッケージ12と回路基板14との接続を補強する等の処理を行うユニットである。
トップパッケージ搭載ユニット4(あるいは、パッケージ搭載ユニット9)には、後で説明する転写ユニット、および第1制御部を含ませることができる。第1制御部には、図示しない画像処理部を含ませることができる。後処理ユニット6には、第2制御部を含ませることができる。第2制御部には、図示しない画像処理部を含ませることができる。
ライン1は、回路基板14をキャリアボードに載せ、それを、コンベア8により各ユニットの間で搬送するキャリア搬送方式の表面実装ラインであり得る。この場合には、基板供給ユニット1には、例えば、マガジン式の基板ローダを使用することができ、部品実装基板回収ユニット5には、例えば、マガジン式の基板アンローダを使用することができる。
キャリアボードには、耐熱テープで回路基板14を固定することができる。あるいは、微粘着タイプの粘着材をキャリアボードの回路基板14との対向面に塗布することで、回路基板14を固定できる。この場合には、回路基板14の裏面全体がキャリアボードに固定されるために、フレキシブルな回路基板14であっても、回路基板14のうねりなどによる高さのばらつきを低減することができる。あるいは、回路基板14がリジッドな基板である場合には、キャリアボードを使用せずに、回路基板14を直接にコンベア8に搭載することもできる。
ボトムパッケージ搭載ユニット3およびトップパッケージ搭載ユニット4には、テープフィーダ、バルクフィーダ、及びトレイフィーダ等の電子部品供給装置と、それらの電子部品供給装置により供給される電子部品の位置決めをする位置決め機構(CCDカメラ、画像処理部等)と、それらの電子部品供給装置により供給される電子部品を基板の上に配置する、例えば吸着ノズルを有する搭載ヘッドとを含ませることができる。つまり、ボトムパッケージ搭載ユニット3およびトップパッケージ搭載ユニット4は、それぞれを、あるいは統合したものを、チップマウンタとして構成することができる。このとき、ボトムパッケージ16およびトップパッケージ18は、トレイフィーダにより供給することができる。
図7Bのライン1Aは、リフローユニット5Aが、ボトムパッケージ搭載ユニット3とトップパッケージ搭載ユニット4との間に配置されている点が、図7Aのライン1とは、異なっている。ライン1Aのそれ以外の構成は、ライン1と同様である。つまり、図7Bのライン1Aは、2つのリフローユニットを有している。
図7Aのライン1は、ボトムパッケージ16を回路基板14に接続するときに、サブ間接続バンプ36の第1融点mp1以上の温度にまでトップパッケージ18を加熱する必要性がない場合に使用することができる。例えば、基板接続バンプ28の第3融点mpが第2融点mp2と同様に、第1融点mp1よりも十分に低いときにライン1を使用することができる。これに対して、図7Bのライン1Aは、ボトムパッケージ16を回路基板14に接続するときに、サブ間接続バンプ36の第1融点mp1以上の温度にまでトップパッケージ18を加熱する必要性がある場合に使用することができる。
次に、図1に示した積層パッケージ構造体を製造する製造方法を説明する。はじめに、図7Aのライン1を使用して積層パッケージ構造体を製造する場合を説明する。ここでは、基板接続バンプ28の第3融点mpが第2融点mp2と同じである場合を説明する。
まず、図8および図9に示すように、基板供給ユニット2にて、コンベア8に設置されたキャリアボード48の上に回路基板14を設置する。次に、ボトムパッケージ搭載ユニット3にて、ボトムパッケージ16の複数の基板接続バンプ28にフラックスを塗布する。複数の基板接続バンプ28にフラックスを塗布する方法は、特に限定されないが、第1ペースト42をサブ間接続バンプ36に付着させる場合と同様に、スキージを用いて平坦面に形成したフラックスの塗膜を基板接続バンプ28に転写する方式が好ましい。フラックスの塗膜の厚さは、基板接続バンプ28の大きさや、バンプ1個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
より具体的には、搭載ヘッドによりボトムパッケージ16を保持する。一方で、図10〜図12に示すような、ベーステーブル320aにフラックス206(あるいは熱硬化性フラックス)の塗膜(図は第1ペースト42の場合も示している)を形成し、その塗膜に基板接続バンプ28を接触させ、基板接続バンプ28にフラックスを付着(転写)させる。これにより、フラックスが基板接続バンプ28に均等に塗布される。
さらに、ボトムパッケージ搭載ユニット3の搭載ヘッドにより保持され、基板接続バンプ28にフラックスが付着されたボトムパッケージ16を、複数の基板接続バンプ28が対応する端子電極22にそれぞれ着地するように位置合わせをして、回路基板14に搭載する。
次に、トップパッケージ搭載ユニット4にて、回路基板14に搭載されたボトムパッケージ16の上に、さらにトップパッケージ18を搭載する。このとき、トップパッケージ18の下面に設けられた複数のサブ間接続バンプ36に、第1ペースト42を塗布する。複数のサブ間接続バンプ36に第1ペースト42を塗布する方法は、特に限定されないが、スキージを用いて平坦面に形成した第1ペースト42の塗膜をサブ間接続バンプ36に転写する方式が好ましい。第1ペースト42の塗膜の厚さは、サブ間接続バンプ36の大きさや、バンプ1個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
例えば、所定の転写テーブルに第1ペースト42の塗膜を形成し、その塗膜にサブ間接続バンプ36を接触させ、サブ間接続バンプ36に第1ペースト42を付着(転写)させる。これにより、第1ペースト42がサブ間接続バンプ36に均等に塗布される。
その後、ボトムパッケージ16およびトップパッケージ18を搭載した回路基板14を、リフローユニット5で加熱する。このとき、融点の低い基板接続バンプ28および第1ペースト42に含有されたはんだ粉末44がともに溶融し、かつ第1ペースト42に含まれた熱硬化性樹脂が硬化し、かつ、サブ間接続バンプ36が溶融しない温度Ta(mp1>Ta>mp2,,mp3,gt1)まで、第1ペースト42を加熱する。
リフローユニット5での加熱工程が終了すると、溶融したはんだを冷却して固化する。その結果、基板接続バンプ28が溶融して固化した固化物により基板電極15と基板接続端子26とが接続される。また、はんだ粉末44が溶融して固化した固化物である第1金属接合部材38によりサブ間接続バンプ36と端子電極22とが接続される。そして、第1ペースト42に含まれた熱硬化性フラックスが熱硬化した硬化物である樹脂補強部40により第1金属接合部材38の少なくとも一部が覆われて、第1金属接合部材38によるサブ間接続バンプ36と端子電極22との接合が補強される。
次に、第1ペースト42の塗膜を用いてサブ間接続バンプ36に第1ペースト42を転写する方法の一例についてさらに詳しく説明する。
図10に示すように、転写ユニット320は、下方に設けられたベーステーブル320aと、ベーステーブル320aの上面に設けられた転写テーブル321と、転写テーブル321の上方に配置されたスキージユニット322とを具備する。スキージユニット322は、転写テーブルの幅とほぼ等しい長さを有する第1スキージ部材322aと第2スキージ部材322bとを備え、これらはそれぞれ一定の間隔をあけて平行に配置されている。各スキージ部材は、スキージユニット322に内蔵された昇降機構によって昇降自在、すなわち転写テーブル321に形成される塗膜に対して進退自在となっている。
図11に示すように、転写テーブル321に対してスキージユニット322を矢印の方向に相対的に移動させることにより、各スキージ部材で転写テーブル321内のフラックスが薄く引き延ばされ、フラックスの塗膜が形成される。
その後、図12に示すように、トップパッケージ18の複数のサブ間接続バンプ36を第1ペースト42の塗膜に接触させ、サブ間接続バンプ36に第1ペースト42を転写する。
図13Aは、図7Aのラインにて、回路基板にボトムパッケージを搭載する際のフローチャートである。吸着ノズル324dを含む搭載ヘッドにより、ボトムパッケージ16をピックアップする(SP1)。その状態で、図示しないCCDカメラの画像等により、ボトムパッケージ16の位置及び姿勢を確認し(SP2)、必要に応じて、ボトムパッケージ16の位置及び姿勢を調整する。一方で、図10〜図12に示すように、スキージングにより、ベーステーブル320aにフラックス206(あるいは熱硬化性フラックス)の塗膜を形成する(SP3)。
搭載ヘッドにより保持されたボトムパッケージ16を転写ユニット320の上方へ移動させる。そして、図12に示すように、吸着ノズル324dを昇降動作させてボトムパッケージ16の基板接続バンプ28をフラックスの塗膜に接触させ、基板接続バンプ28にフラックスを転写する(SP4)。その状態で、図示しないCCDカメラの画像等により、基板接続バンプ28へのフラックスの付着状況およびボトムパッケージ16の位置及び姿勢を確認する(SP5)。そして、必要に応じて、ボトムパッケージ16の位置及び姿勢を調整するとともに、基板接続バンプ28へのフラックスの再付着を行う。このとき、ボトムパッケージ16がフラックスの塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、フラックスの粘度は適度な高さに調整される。
その後、搭載ヘッドを、回路基板14のボトムパッケージ搭載領域17へ移動させ、複数の基板接続バンプ28をそれぞれ対応する基板電極15に着地させるようにして、ボトムパッケージ16を回路基板14に搭載する(SP6)。このような搭載ヘッドの移動は、所定の制御部からの指令により制御される。
図13Bは、図7Aのラインにて、ボトムパッケージにトップパッケージを搭載する際のフローチャートである。図14Aは、トップパッケージ搭載ユニット4の制御系統を模式的に示すブロック図である。
第1制御部62の指示により、吸着ノズル324dを含む搭載ヘッド64により、トップパッケージ18をピックアップする(SP11)。その状態で、CCDカメラからなる部品認識カメラ66の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、トップパッケージ18の位置及び姿勢を確認し(SP12)、必要に応じて、トップパッケージ18の位置及び姿勢を調整する。一方で、図10〜図12に示すように、第1制御部62の指示により、スキージングにより、ベーステーブル320aに第1ペースト42の塗膜を形成する(SP13)。
搭載ヘッドにより保持されたトップパッケージ18を転写ユニット320の上方へ移動させる。そして、図12に示すように、吸着ノズル324dを昇降動作させてトップパッケージ18のサブ間接続バンプ36をフラックスの塗膜に接触させ、サブ間接続バンプ36に第1ペースト42を転写する(SP14)。その状態で、部品認識カメラ66の撮影画像により、サブ間接続バンプ36へのフラックスの付着状況およびトップパッケージ18の位置及び姿勢を確認する(SP15)。このとき、CCDカメラからなる基板認識カメラ68の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、回路基板14に搭載されたボトムパッケージ16の位置及び姿勢を確認する。そして、必要に応じて、トップパッケージ18の位置及び姿勢を調整するとともに、サブ間接続バンプ36へのフラックスの再付着を行う。このとき、トップパッケージ18が第1ペースト42の塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、第1ペースト42の粘度は適度な高さに調整される。
その後、第1制御部62の処理の指示により、搭載ヘッド64を、ボトムパッケージ16の上へ移動させ、複数のサブ間接続バンプ36をそれぞれ対応する端子電極22に着地させるようにして、トップパッケージ18をボトムパッケージ16に搭載する(SP16)。
次に、リフローユニット5にて、回路基板14にボトムパッケージ16およびトップパッケージ18を搭載した搭載体を所定温度(例えば160℃)で加熱し(SP17)、サブ間接続バンプ36および第1ペースト42に含まれたはんだ粉末を溶融させて溶融はんだとするとともに、熱硬化性フラックスに含まれた熱硬化性樹脂を熱硬化させる。その後、搭載体を放冷することで、溶融はんだを固化して、ボトムパッケージ16を回路基板14に接合するとともに、トップパッケージ18を第1金属接合部材38によりボトムパッケージ16に接合する。
次に、トップパッケージ18とボトムパッケージ16との間の接続状態や、トップパッケージ18の故障の有無を検査し(SP18)、問題がなければ(SP18でYes)、アンダーフィル材による補強等の後工程に進む。一方、問題があれば(SP18でNo)、第1金属接合部材38が溶融し、第1樹脂補強部40が軟化し、かつサブ間接続バンプ36が溶融しない所定温度まで、搭載体を再加熱する。そして、第1金属接合部材38を溶融するとともに、第1樹脂補強部40を軟化させて、トップパッケージ18をボトムパッケージ16から取り外し、同一または別のトップパッケージ18を付け直す等のリペア処理を行う。
次に、図7Bのライン1Aを使用して積層パッケージ構造体を製造する場合を説明する。ここでは、基板接続バンプ28の第3融点mpが第1融点mp1と同じである場合を説明する。
まず、図8および図9に示すように、基板供給ユニット2にて、コンベア8に設置されたキャリアボード48の上に回路基板14を設置する。次に、ボトムパッケージ搭載ユニット3にて、ボトムパッケージ16の複数の基板接続バンプ28にフラックスを塗布する。複数の基板接続バンプ28にフラックスを塗布する方法は、特に限定されないが、上述したように、スキージを用いて平坦面に形成したフラックスの塗膜を基板接続バンプ28に転写する方式が好ましい。フラックスの塗膜の厚さは、基板接続バンプ28の大きさや、バンプ1個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
さらに、ボトムパッケージ搭載ユニット3の搭載ヘッドにより保持され、基板接続バンプ28にフラックスが付着されたボトムパッケージ16を、複数の基板接続バンプ28が対応する端子電極22にそれぞれ着地するように位置合わせをして、回路基板14に搭載する。
その後、ボトムパッケージ16を搭載した回路基板14を、リフローユニット5Aで加熱する。このとき、基板接続バンプ28が溶融するように第3融点mp3を超える温度まで、回路基板14を加熱する。
リフローユニット5Aでの加熱工程が終了すると、溶融したはんだを冷却して固化する。その結果、基板接続バンプ28が溶融して固化した固化物により基板電極15と基板接続端子26とが接続される。
次に、トップパッケージ搭載ユニット4にて、回路基板14に搭載されたボトムパッケージ16の上に、さらにトップパッケージ18を搭載する。このとき、トップパッケージ18の下面に設けられた複数のサブ間接続バンプ36に、第1ペースト42を塗布する。複数のサブ間接続バンプ36に第1ペースト42を塗布する方法は、特に限定されないが、上述したように、スキージを用いて平坦面に形成した第1ペースト42の塗膜をサブ間接続バンプ36に転写する方式が好ましい。第1ペースト42の塗膜の厚さは、サブ間接続バンプ36の大きさや、バンプ1個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
その後、ボトムパッケージ16およびトップパッケージ18を搭載した回路基板14を、リフローユニット5Bで加熱する。このとき、融点の低い第1ペースト42に含有されたはんだ粉末44が溶融し、かつ第1ペースト42に含まれた熱硬化性樹脂が硬化し、かつ、サブ間接続バンプ36および基板接続バンプ28が溶融しない温度Ta(mp1,mp3>Ta>mp2,gt1)まで、第1ペースト42を加熱する。
リフローユニット5Bでの加熱工程が終了すると、溶融したはんだを冷却して固化する。その結果、はんだ粉末44が溶融して固化した固化物である第1金属接合部材38によりサブ間接続バンプ36と端子電極22とが接続される。そして、第1ペースト42に含まれた熱硬化性フラックスが熱硬化した硬化物である樹脂補強部40により第1金属接合部材38の少なくとも一部が覆われて、第1金属接合部材38によるサブ間接続バンプ36と端子電極22との接合が補強される。
図13Cは、図7Bのラインで、回路基板にボトムパッケージを搭載する際のフローチャートである。吸着ノズル324dを含む搭載ヘッドにより、ボトムパッケージ16をピックアップする(SP21)。その状態で、図示しないCCDカメラの画像等により、ボトムパッケージ16の位置及び姿勢を確認し(SP22)、必要に応じて、ボトムパッケージ16の位置及び姿勢を調整する。一方で、図10〜図12に示すように、スキージングにより、ベーステーブル320aにフラックス206(あるいは熱硬化性フラックス)の塗膜を形成する(SP23)。
搭載ヘッドにより保持されたボトムパッケージ16を転写ユニット320の上方へ移動させる。そして、図12に示すように、吸着ノズル324dを昇降動作させてボトムパッケージ16の基板接続バンプ28をフラックスの塗膜に接触させ、基板接続バンプ28にフラックスを転写する(SP24)。その状態で、図示しないCCDカメラの画像等により、基板接続バンプ28へのフラックスの付着状況およびボトムパッケージ16の位置及び姿勢を確認する(SP25)。そして、必要に応じて、ボトムパッケージ16の位置及び姿勢を調整するとともに、基板接続バンプ28へのフラックスの再付着を行う。このとき、ボトムパッケージ16がフラックスの塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、フラックスの粘度は適度な高さに調整される。
その後、搭載ヘッドを、回路基板14のボトムパッケージ搭載領域17へ移動させ、複数の基板接続バンプ28をそれぞれ対応する基板電極15に着地させるようにして、ボトムパッケージ16を回路基板14に搭載する(SP26)。このような搭載ヘッドの移動は、所定の制御部からの指令により制御される。
次に、リフローユニット5Aにて、回路基板14にボトムパッケージ16を搭載した搭載体を所定温度(例えば160℃)で加熱し(SP27)、基板接続バンプ28を溶融させて溶融はんだとする。その後、搭載体を放冷することで、溶融はんだを固化して、ボトムパッケージ16を回路基板14に接合する。
図13Dは、ボトムパッケージにトップパッケージを搭載する際のフローチャートである。
第1制御部62の指示により、吸着ノズル324dを含む搭載ヘッド64により、トップパッケージ18をピックアップする(SP31)。その状態で、CCDカメラからなる部品認識カメラ66の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、トップパッケージ18の位置及び姿勢を確認し(SP32)、必要に応じて、トップパッケージ18の位置及び姿勢を調整する。一方で、図10〜図12に示すように、第1制御部62の指示により、スキージングにより、ベーステーブル320aに第1ペースト42の塗膜を形成する(SP33)。
搭載ヘッドにより保持されたトップパッケージ18を転写ユニット320の上方へ移動させる。そして、図12に示すように、吸着ノズル324dを昇降動作させてトップパッケージ18のサブ間接続バンプ36をフラックスの塗膜に接触させ、サブ間接続バンプ36に第1ペースト42を転写する(SP34)。その状態で、部品認識カメラ66の撮影画像により、サブ間接続バンプ36へのフラックスの付着状況およびトップパッケージ18の位置及び姿勢を確認する(SP35)。このとき、CCDカメラからなる基板認識カメラ68の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、回路基板14に搭載されたボトムパッケージ16の位置及び姿勢を確認する。そして、必要に応じて、トップパッケージ18の位置及び姿勢を調整するとともに、サブ間接続バンプ36へのフラックスの再付着を行う。このとき、トップパッケージ18が第1ペースト42の塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、第1ペースト42の粘度は適度な高さに調整される。
その後、第1制御部62の指示により、搭載ヘッド64を、ボトムパッケージ16の上へ移動させ、複数のサブ間接続バンプ36をそれぞれ対応する端子電極22に着地させるようにして、トップパッケージ18をボトムパッケージ16に搭載する(SP36)。
次に、リフローユニット5Bにて、回路基板14にボトムパッケージ16およびトップパッケージ18を搭載した搭載体を所定温度(例えば160℃)で加熱し(SP37)、第1ペースト42に含まれたはんだ粉末を溶融させて溶融はんだとするとともに、熱硬化性フラックスに含まれた熱硬化性樹脂を熱硬化させる。その後、搭載体を放冷することで、溶融はんだを固化して、トップパッケージ18を第1金属接合部材38によりボトムパッケージ16に接合する。
次に、トップパッケージ18とボトムパッケージ16との間の接続状態や、トップパッケージ18の故障の有無を検査し(SP38)、問題がなければ(SP38でYes)、アンダーフィル材による補強等の後工程に進む。一方、問題があれば(SP38でNo)、第1金属接合部材38が溶融し、第1樹脂補強部40が軟化し、かつ基板接続バンプ28およびサブ間接続バンプ36が溶融しない所定温度まで、搭載体を再加熱する。そして、第1金属接合部材38を溶融するとともに、第1樹脂補強部40を軟化させて、トップパッケージ18をボトムパッケージ16から取り外し、同一または別のトップパッケージ18を付け直す等のリペア処理を行う。
(実施形態2)
次に、図15を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。図15は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。図示例の構造体10Aは、図1の構造体10とは、ボトムパッケージ16と回路基板14との間にアンダーフィル材52が充填されている点が異なっている。
次に、図15を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。図15は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。図示例の構造体10Aは、図1の構造体10とは、ボトムパッケージ16と回路基板14との間にアンダーフィル材52が充填されている点が異なっている。
構造体10Aは、構造体10と同様に、図7Aのライン1を使用して製造することもできるし、図7Bのライン1Aを使用して製造することもできる。その場合、後処理ユニット6には、アンダーフィル材52の原料を塗布する塗布ヘッドと、アンダーフィル材52の原料を塗布ヘッドに供給するディスペンサと、基板認識カメラと、塗布ヘッドの移動および動作、並びに、ディスペンサの動作を制御するとともに、画像処理部を含む、制御装置とを含ませることができる。
アンダーフィル材52には、例えば一液性加熱硬化形のエポキシ樹脂を使用することができる。そのようなエポキシ樹脂を、ディスペンサ76により塗布ヘッド74を介して回路基板14上に供給し、毛細管現象によりパッケージと回路基板との間に浸透させる。その後、例えばオーブンやリフロー炉において、アンダーフィル材を加熱し、硬化させることで、パッケージと回路基板との接合が補強される。これにより、より高い耐衝撃性を有する積層パッケージ構造体を得ることができる。
(実施形態3)
次に、図16を参照して、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図16は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体10Bは、図1の構造体10とは、回路基板14のボトムパッケージ搭載領域17の周縁部と、ボトムパッケージ16の周縁部とが、第3樹脂補強部54により接合されている点が異なっている。
次に、図16を参照して、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図16は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体10Bは、図1の構造体10とは、回路基板14のボトムパッケージ搭載領域17の周縁部と、ボトムパッケージ16の周縁部とが、第3樹脂補強部54により接合されている点が異なっている。
構造体10Bを製造するラインの一例を図7Cに示す。図示例のライン1Bにおいては、前処理ユニット6Aが基板供給ユニット2と、ボトムパッケージ搭載ユニット3との間に配置されている。前処理ユニット6Aには、図14Bに示すように、第3樹脂補強部54の原料を予めボトムパッケージ搭載領域17の周縁部に供給する塗布ヘッド74と、塗布ヘッド74に第3樹脂補強部54の原料を供給するディスペンサ76と、回路基板14上でボトムパッケージ搭載領域17を認識するための基板認識カメラ78と、塗布ヘッド74の移動および動作、並びに、ディスペンサ76の動作を制御するとともに、画像処理部を有する第2制御部72とを含ませることができる。図7Cの例に拘わらず、構造体10Bを製造するためのラインは、図7Aに示したライン1と同様に、リフローユニットについては、1つのリフローユニット5だけを有するラインであってもよい。
なお、図16では、第3樹脂補強部54が、ボトムパッケージ16の周縁部だけを回路基板14と接合している場合を示している。これに限らず、第3樹脂補強部54の材料の供給量を多くし、第3樹脂補強部54をより高く形成することで、第3樹脂補強部54によりボトムパッケージ16だけではなくトップパッケージ18の周縁部をも回路基板14と接合することができる。このとき、第3樹脂補強部54をより高く形成できるように、第3樹脂補強部54の材料の粘度を必要に応じて高めることができる。
図18に5種類の第3樹脂補強部の配置パターンを例示する。4点配置のパターン(a)、8点配置のパターン(b)、12点配置のパターン(c)およびL型配置のパターン(d)では、矩形のボトムパッケージ16の周縁部の四隅またはその近傍に、第3樹脂補強部54が配置されている。U型塗布のパターン(e)でも、四隅およびその近傍を含むように第3樹脂補強部54が配置されている。塗布パターン(a)〜(e)の順に、補強効果は大きくなるが、第3樹脂補強部54の材料の塗布時間が長くなり、補強用樹脂の使用量も多くなる。一方、配置パターン(e)〜(a)の順に、リペア性は良好となる。配置パターンは、積層パッケージ12のサイズおよび生産タクトに応じて、補強効果を考慮して、適宜選択すればよい。
(実施形態4)
次に、図17を参照して、さらに他の実施形態について説明する。図17は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体10Cは、上記の各実施形態の構造体が、基板接続バンプ28が溶融され、その再固化物がはんだ接合部を形成しているのに対して、基板接続バンプ28Aが元の形状を保ったままであるのが異なっている。より具体的には、基板接続バンプ28Aは、第2金属接合部材56により、対応する基板電極15と接合されており、そして、第2金属接合部材56の少なくとも一部が、第2樹脂補強部58により被覆されている。構造体10Cの製造には、図7Aのライン1を好適に使用することができる。
次に、図17を参照して、さらに他の実施形態について説明する。図17は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体10Cは、上記の各実施形態の構造体が、基板接続バンプ28が溶融され、その再固化物がはんだ接合部を形成しているのに対して、基板接続バンプ28Aが元の形状を保ったままであるのが異なっている。より具体的には、基板接続バンプ28Aは、第2金属接合部材56により、対応する基板電極15と接合されており、そして、第2金属接合部材56の少なくとも一部が、第2樹脂補強部58により被覆されている。構造体10Cの製造には、図7Aのライン1を好適に使用することができる。
基板接続バンプ28Aは、実施形態1のサブ間接続バンプ36に使用した材料と同じはんだ材料を使用して形成することができる。第2金属接合部材56および第2樹脂補強部58は、実施形態1で第1金属接合部材38および第1樹脂補強部40を形成するのに使用した第1ペースト42と同様の組成のペースト(第2ペースト)を使用して形成することができる。
第2ペーストは、トップパッケージ18のサブ間接続バンプ36に第1ペースト42を付着させたのと同様の転写工程により、ボトムパッケージ16の基板接続バンプ28Aに付着させることができる。あるいは、第2ペーストは、スクリーン印刷装置、およびインクジェットプリンタ等の印刷装置を使用して、基板接続バンプ28Aと対応する基板電極15に供給することもできる。回路基板14に積層パッケージ以外の電子部品(チップ部品、半導体素子、電子部品モジュール)を搭載する場合には、それらの電子部品の電極端子と対応する基板電極に第2ペーストを供給するときに、上記の印刷装置を使用して、基板接続バンプ28Aと対応する基板電極15にも同時に第2ペーストを供給することができる。これにより、上記のような転写工程を省略することができる。したがって、積層パッケージ構造体の製造に要する工数および時間を削減して、製造コストを低減することができる。第2ペーストの組成と第1ペーストの組成は異ならせることもできる。
第2ペーストの組成と第1ペーストの組成が同じである場合には、回路基板14にボトムパッケージ16およびトップパッケージ18の両方を搭載した搭載体を、リフローユニット5において、実施形態1で第1ペースト42を加熱したのと同じ条件で加熱した後、放冷する。これにより、実施形態1のトップパッケージ18とボトムパッケージ16との接合・補強構造と同じ構造で、ボトムパッケージ16と回路基板14とを接合し、その接合部を補強することができる。これにより、工数の増大を招くことなく、積層パッケージ構造体を製造することができる。
このとき、第2樹脂補強部58は、回路基板14側に裾拡がりとなるようなフィレットを形成して、回路基板14の基板電極15および回路基板14の表面の一部を覆うことができる。これにより、熱的衝撃や機械的衝撃を受けた場合に、回路基板14の変形を抑制することができ、耐衝撃性を向上させることができる。
(実施形態5)
次に、図19を参照して、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図19は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体10Dは、図17の構造体10Cとは、回路基板14のボトムパッケージ搭載領域17の周縁部と、ボトムパッケージ16の周縁部とが、第3樹脂補強部54により接合されている点が異なっている。図示例の構造体10Dは、基板接続バンプ28Aが元の形状を保ったまま、第2金属接合部材56により、対応する基板電極15と接合されており、そして、第2金属接合部材56の少なくとも一部が、第2樹脂補強部58により被覆されている点は、図16の構造体10Cと同様である。
次に、図19を参照して、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図19は、本実施形態で製造される積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体10Dは、図17の構造体10Cとは、回路基板14のボトムパッケージ搭載領域17の周縁部と、ボトムパッケージ16の周縁部とが、第3樹脂補強部54により接合されている点が異なっている。図示例の構造体10Dは、基板接続バンプ28Aが元の形状を保ったまま、第2金属接合部材56により、対応する基板電極15と接合されており、そして、第2金属接合部材56の少なくとも一部が、第2樹脂補強部58により被覆されている点は、図16の構造体10Cと同様である。
構造体10Dの製造には、図7Cで示したライン1Bを、図7Aのライン1と同様に、1つのリフローユニット5だけを有するように改変したラインを好適に使用することができる。
第3樹脂補強部54の材料には、実施形態3で示したのと同じ材料を使用することができる。第3樹脂補強部54の配置パターンも、実施形態3で示したのと同じ配置パターンを使用することができる。以上の構成により、実施形態4の構造体の耐衝撃性をさらに向上させることができる。なお、図19では、第3樹脂補強部54が、ボトムパッケージ16の周縁部だけを回路基板14と接合している場合を示している。これに限らず、第3樹脂補強部54の材料の供給量を多くし、第3樹脂補強部54をより高く形成することで、第3樹脂補強部54によりボトムパッケージ16だけではなくトップパッケージ18の周縁部をも回路基板14と接合することができる。このとき、第3樹脂補強部54をより高く形成できるように、第3樹脂補強部54の材料の粘度を必要に応じて高めることができる。
本発明では、積層パッケージを回路基板に接合する場合に、耐衝撃信頼性およびリペア性に優れた接合構造を提供することができる。従って、本発明は、BGA型電子部品の表面実装の分野において極めて有用である。
1…表面実装ライン、10、10A〜10D…積層パッケージ構造体、12…積層パッケージ、14…回路基板、15…基板電極、16…ボトムパッケージ、17…ボトムパッケージ搭載領域、18…トップパッケージ、19…第1サブストレート、2…基板供給ユニット、20…第1半導体素子、22…端子電極、24…絶縁部材、26…基板接続端子、28、28A…基板接続バンプ、3…ボトムパッケージ搭載ユニット、30…第2サブストレート、32…第2半導体素子、320…転写ユニット、320a…ベーステーブル、321…転写テーブル、322…スキージユニット、322a…スキージ部材、322b…スキージ部材、324d…吸着ノズル、34…サブ間接続端子、36、36A…サブ間接続バンプ、37…ビアホール、38…第1金属接合部材、4…トップパッケージ搭載ユニット、40…第1樹脂補強部、42…第1ペースト、44…はんだ粉末、46…熱硬化性フラックス、5…リフローユニット、5…部品実装基板回収ユニット、52…アンダーフィル材、54…第2樹脂補強部、56…第2金属接合部材、58…第3樹脂補強部、6…後処理ユニット、7…パッケージ構造体回収ユニット、8…コンベア、9…パッケージ搭載ユニット
Claims (13)
- (i)第1半導体素子と、前記第1半導体素子を囲うように配列する複数の端子電極と、前記第1半導体素子を封止するとともに、前記複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備するボトムパッケージを準備する工程と、
(ii)第2半導体素子と、前記複数の端子電極に対応して前記複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを準備する工程と、
(iii)前記複数の第1バンプに、前記第1融点mp1より低い融点mp2を有するはんだ粉末と、前記第1融点mp1より低い温度で硬化する熱硬化性フラックスと、を含むペーストを塗布する工程と、
(iv)前記複数の第1バンプが、それぞれ対応する前記複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する前記複数の端子電極に前記ペーストを介して着地するように、トップパッケージを、前記ボトムパッケージに搭載する工程と、を含む積層パッケージ構造体の製造方法。 - 更に、(v)前記トップパッケージを搭載した前記ボトムパッケージを、前記第1融点mp1より低く、かつ前記第2融点mp2以上の温度で加熱後、冷却することにより、前記はんだ粉末を、前記トップパッケージを前記ボトムパッケージに接続する第1金属接合部材に変化させるとともに、前記熱硬化性フラックスを硬化させて、前記第1金属接合部材の少なくとも一部を被覆する第1樹脂補強部を形成する工程、を含む、請求項1記載の積層パッケージ構造体の製造方法。
- 更に、ボトムパッケージ搭載領域を有する基板を準備する工程と、
前記トップパッケージを前記ボトムパッケージに搭載する工程の前に、前記ボトムパッケージを、前記ボトムパッケージ搭載領域に搭載する工程と、を含む、請求項1または2記載の積層パッケージ構造体の製造方法。 - 前記基板は、前記ボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極を有し、
前記ボトムパッケージは、前記複数の基板電極に対応して設けられた第3融点mp3を有する複数の第2バンプを有し、
前記トップパッケージを前記ボトムパッケージに搭載する工程の前に、前記複数の第2バンプが、それぞれ対応する前記複数の基板電極に着地するように、前記ボトムパッケージを、前記ボトムパッケージ搭載領域に搭載する、請求項3記載の積層パッケージ構造体の製造方法。 - 前記トップパッケージを前記ボトムパッケージに搭載する工程の前に、
更に、前記ボトムパッケージを搭載した前記基板を、前記第3融点mp3以上の温度で加熱後、冷却することにより、前記第2バンプを前記基板電極に接合する工程、を含む、請求項4記載の積層パッケージ構造体の製造方法。 - 前記ボトムパッケージを前記ボトムパッケージ搭載領域に搭載する工程の前に、
更に、前記複数の第2バンプに、前記第3融点mp3より低い融点mp4を有するはんだ粉末と、前記第3融点mp3より低い温度で硬化する熱硬化性フラックスと、を含むペーストを塗布する工程を有し、かつ
前記ボトムパッケージを搭載した前記基板を、前記第3融点mp3より低く、かつ前記第4融点mp4以上の温度で加熱後、冷却することにより、前記はんだ粉末を、前記ボトムパッケージを前記基板に接続する第2金属接合部材に変化させるとともに、前記熱硬化性フラックスを硬化させて、前記第2金属接合部材の少なくとも一部を被覆する第2樹脂補強部を形成する工程を含む、請求項4記載の積層パッケージ構造体の製造方法。 - 前記ボトムパッケージを前記ボトムパッケージ搭載領域に搭載する工程の前に、
更に、前記基板の前記ボトムパッケージ搭載領域の周縁部に、前記ボトムパッケージの周縁部に付着するように、熱硬化性樹脂を塗布する工程を有し、
前記加熱により、前記熱硬化性樹脂を硬化させて、第3樹脂補強部を形成する、請求項5または6記載の積層パッケージ構造体の製造方法。 - 前記複数の第1バンプに前記ペーストを塗布する工程が、前記ペーストの塗膜に前記複数の第1バンプの先端を接触させる工程を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層パッケージ構造体の製造方法。
- 第1半導体素子と、前記第1半導体素子を囲うように配列する複数の端子電極と、前記第1半導体素子を封止するとともに、前記複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備するボトムパッケージを供給する、第1供給部と、
第2半導体素子と、前記複数の端子電極に対応して前記複数のビアホールに収容されるように設けられた第1融点mp1を有する複数の第1バンプと、を具備するトップパッケージを供給する、第2供給部と、
前記ボトムパッケージを保持して位置決めする、ボトム保持部と、
第1融点mp1より低い融点mp2を有するはんだ粉末と、第1融点mp1より低い温度で硬化する熱硬化性フラックスと、を含むペーストの塗膜を供給する、ペースト供給ユニットと、
前記ボトムパッケージおよび前記トップパッケージを前記第1供給部および前記第2供給部からピックアップして移動させる搭載ヘッドと、
前記搭載ヘッドの移動および動作を制御する第1制御部と、
を具備し、
前記第1制御部の指令により、
前記搭載ヘッドは、
(i)前記ボトムパッケージをピックアップして、前記第1供給部から前記ボトム保持部に移動させ、前記ボトム保持部に載置し、
(ii)前記トップパッケージをピックアップして、前記第2供給部から前記ペースト供給ユニットに移動させ、前記ペーストの塗膜に前記複数の第1バンプの先端を接触させて、前記ペーストを前記複数の第1バンプに転写し、
(iii)前記複数の第1バンプに前記ペーストが転写されたトップパッケージを、前記ボトムパッケージの上方に移動させ、前記複数の第1バンプが、それぞれ対応する前記複数のビアホールに収容され、かつ、それぞれ対応する前記複数の端子電極に前記ペーストを介して着地するように、前記ボトムパッケージに搭載する、積層パッケージ構造体の組み立て装置。 - 更に、前記ボトム保持部に、ボトムパッケージ搭載領域を有し、かつ前記ボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極を有する基板を供給する基板供給部を具備し、
前記ボトムパッケージは、前記複数の基板電極に対応して設けられた複数の第2バンプを有し、
前記工程(i)は、前記複数の第2バンプが、それぞれ対応する前記複数の基板電極に着地するように、前記ボトムトップパッケージを、前記ボトムパッケージ搭載領域に搭載することを含む、請求項9記載の積層パッケージ構造体の組み立て装置。 - 前記搭載ヘッドは、前記ボトムパッケージを、前記第1供給部から前記ペースト供給ユニットに移動させ、前記ペーストの塗膜に前記複数の第2バンプの先端を接触させて、前記ペーストを前記複数の第2バンプに転写した後、前記ボトムパッケージを前記ボトム保持部に載置する、請求項10記載の積層パッケージ構造体の組み立て装置。
- 更に、前記基板の前記ボトムパッケージ搭載領域の周縁部に、熱硬化性樹脂を塗布する塗布ヘッドと、
前記塗布ヘッドの移動および動作を制御する第2制御部と、
を具備し、
前記第2制御部の指令により、
前記塗布ヘッドは、
(iv)前記ボトムパッケージ搭載領域の周縁部に、前記熱硬化性樹脂を、前記ボトムパッケージの周縁部に付着する高さに塗布する、請求項10または11記載の積層パッケージ構造体の組み立て装置。 - 請求項9〜12のいずれか1項に記載の積層パッケージ構造体の組み立て装置と、
前記積層パッケージ構造体の組み立て装置により組み立てられた積層パッケージ構造体を、前記第1融点mp1より低く、かつ前記第2融点mp2以上の温度で加熱後、冷却するリフロー装置と、を具備する、積層パッケージ構造体の製造システム。
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JP2012172877A Pending JP2014033084A (ja) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | 積層パッケージ構造体の製造方法、組み立て装置、および製造システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014033084A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015170854A (ja) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | インテル・コーポレーション | Tmi相互接続の歩留まりを高めるパッケージ構造 |
WO2023127791A1 (ja) * | 2021-12-28 | 2023-07-06 | 有限会社アイピーシステムズ | 半導体部品の製造方法及び半導体部品の実装構造 |
-
2012
- 2012-08-03 JP JP2012172877A patent/JP2014033084A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015170854A (ja) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | インテル・コーポレーション | Tmi相互接続の歩留まりを高めるパッケージ構造 |
WO2023127791A1 (ja) * | 2021-12-28 | 2023-07-06 | 有限会社アイピーシステムズ | 半導体部品の製造方法及び半導体部品の実装構造 |
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