JP3067693B2 - はんだバンプ構造体及びはんだバンプ構造体の製造方法 - Google Patents

はんだバンプ構造体及びはんだバンプ構造体の製造方法

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    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components
    • H05K3/3436Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に於て
使用されるはんだバンプ構造体及びその製造方法に関す
るものであり、殊には、BGA型半導体装置のはんだバ
ンプの補強構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、BGA型CSP(チップ・サイズ
・パッケージ)、フリップチップ等の微少なはんだバン
プ部を外部電極とする半導体装置では、長期間にわたっ
て使用すると、当該はんだバンプ部の基部にクラックが
生じることがあった。このように当該はんだバンプ部の
基部にクラックが生じるのは、半導体装置の熱膨張率と
実装する半導体基板の熱膨張率とが大きく異なることが
原因であると考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のような不具合
は、図2に示すように、適宜のチップを含む半導体装置
5と実装基板11との間に補強樹脂10を充填し、これ
らの相対的な変位を阻止することによって、ある程度は
解消できる。しかしながら、図2に示す様に、半導体装
置5を補強用の熱硬化性樹脂10によって実装基板11
に接着してしまうと、後工程で半導体装置5あるいは実
装基板11に不良が検出された場合には、両者を分離さ
せる事が不可能であるので、当該不良品を交換して、別
の製品を搭載させることができないという問題点があっ
た。従って、歩留りが低下する原因となっていた。
【0004】また、特開平8−236654号公報で開
示された方法では、はんだバンプ間にペースト状の樹脂
を流し込み、しかる後熱処理することにより樹脂層を形
成するか、あるいはペースト状の樹脂中にはんだバンプ
を浸漬し、しかる後熱処理して樹脂層を形成後、前記バ
ンプが出現するまで研磨加工すると言う方法が提案され
ている。
【0005】しかしながら、かかる従来の方法に於いて
は、はんだバンプサイズが小さく、ピッチも狭い場合、
はんだバンプ間に樹脂を流し込むと、はんだバンプ上面
にも樹脂が被覆し、実装不良を起こしてしまうという問
題点があり、また、バンプが出現するまで研磨加工する
には加工精度が要求され、工数もかかるといった問題が
あった。
【0006】本発明の目的は、はんだバンプを外部電極
とする半導体装置において、熱応力が生じてもはんだバ
ンプ部に於て、クラックが発生せず、実装後も、当該基
板若しくはチップ等の半導体装置に異常が検出された場
合には、簡単に両者を分離させ、例えばチップを基板か
ら外すことができる様なはんだバンプ部はんだバンプ構
造体を提供し、又はんだバンプ構造体の製造方法を提供
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明の第1の態様としては、半
導体装置の主表面上に設けられた配線パターンの端子部
上に配備された複数個のはんだバンプ群と、当該はんだ
バンプ間で、当該半導体装置の主表面に配置されると共
に、当該各はんだバンプの略下半球部のみと接合されて
いる補強用樹脂材料とから構成され、且つ当該各はんだ
バンプの略上半球部の少なくとも一部には、当該補強用
樹脂材料とは親和性のない他の樹脂が残存しているバン
プ構造体であり、又本発明に係る第2の態様としては、
はんだバンプを外部電極とする半導体装置において使用
されるはんだバンプ構造体の製造方法であって、当該製
造方法は、下面が平坦な柔軟材料の下面に、はんだバン
プ部に固着される補強用樹脂材料と親和性のないマスク
用樹脂材料を転写させる工程と、前記はんだバンプ部の
上面に、前記柔軟材料のゴム材の下面を押し当て前記マ
スク用樹脂材料を前記はんだバンプ部上半球面に転写塗
布する工程と、前記はんだバンプ部間にはんだバンプ部
に固着される補強用樹脂材料を所定量供給する工程と、
前記はんだバンプ部面を下面が平坦な押圧材で加圧し、
当該補強用樹脂材料を当該各はんだバンプ部の略下半球
部のみに接合固着させる工程、とを含むことをはんだバ
ンプ構造体の製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明に係るはんだバンプ構造体
は、上記した様な技術構成を有していることから、当該
半導体実装装置上に設けられた、はんだバンプ部の球状
部の上半分には、当該補強用の樹脂が存在する事がな
く、一方当該はんだバンプ部の球状部の下半分には、当
該補強用樹脂が、従来と同様に強固に接着固定されてい
るものであるから、係る半導体装置を所定の半導体基板
に実装した後に、熱応力が発生しても当該はんだバンプ
部の下方部分には、クラック等が発生する事がなく、一
方、当該はんだバンプ部のの球状部の上半分には、当該
補強用の樹脂が存在していないので、当該半導体装置と
実装基板とを必要によっては容易に分離させる事が可能
となる。
【0009】又、本発明に於いては、補強用樹脂材料と
親和性のないマスク用樹脂材料をゴム材等によりはんだ
バンプの上半球面に転写塗布することにより、補強用樹
脂材料を供給後、ゴム材等で加圧し、半導体装置の最外
周のはんだバンプの外側まで補強用樹脂材料を押し広げ
た時に、はんだバンプの上面に補強用樹脂材料がかぶる
ことなく、はんだバンプ基部のみに補強用樹脂材料を塗
布することができる。
【0010】
【実施例】以下に、本発明に係るはんだバンプ構造体及
びはんだバンプ構造体の製造方法に付いてその一具体例
の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。図1
(D)は、本発明に係るはんだバンプ部20の一具体例
に於ける構造の概略を示す断面図であり、図中、適宜の
半導体チップ等から構成されている半導体装置5の主表
面21上に設けられた配線パターン22の端子部上に配
備された複数個のはんだバンプ部群4、4’、4”・・
・・・と、当該はんだバンプ間25で、当該半導体装置
5の主表面21に配置されると共に、当該各はんだバン
プの略下半球部24のみと接合されている補強用樹脂材
料7とから構成され、且つ当該各はんだバンプ部群4、
4’、4”・・・・・の略上半球部23の少なくとも一
部には、当該補強用樹脂材料7とは親和性のない他の樹
脂3が残存しているはんだバンプ構造体20が示されて
いる。
【0011】つまり、本発明に係るはんだバンプ構造体
20に於いては、当該はんだバンプ部群4、4’、4”
・・・・・は、適宜のチップからなる半導体装置5の配
線パターンが設けられている主面21の当該配線端子に
搭載されており、その球状体をしているはんだバンプ部
の略下半分の球面部に、当該はんだバンプ部4を該半導
体装置5の表面に固定的に保持する補強用の樹脂が図1
(D)に示す様に、支持部を構成する様に配置された構
成を取り、一方、当該はんだバンプ部4の球状体の上半
分の球面部には、当該補強用の樹脂が存在せず、その少
なくとも一部に僅かに当該補強用の樹脂とは親和性のな
い樹脂(マスク用の樹脂)が残存した状態を呈している
ので、当該半導体装置5をフェイスダウン方式により適
宜の半導体基板11に実装搭載させた場合でも、当該は
んだバンプ部4の上半分の球面23は、上記補強用の樹
脂を介さずに、上記半導体基板に設けられた配線部の端
子部と接続する事が出来る。
【0012】従って、仮に当該半導体装置5が製品不良
であった場合には、当該はんだバンプ部を構成するはん
だの融点以上の温度に再加熱することにより、当該半導
体装置5と半導体基板11とを容易に分離させる事が可
能となる。本発明に於て使用される当該補強用樹脂は特
に特定されるものではなく、従来一般的に使用されてい
る熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が使用でき、又当該補
強用樹脂に親和性の無い樹脂としても、特に限定される
ものではなく、上記補強用樹脂と一般的に見て親和性の
ない素材を使用すれば良い。
【0013】次に、本発明に於けるはんだバンプ構造体
の製造方法の一例を、図1(A)から図1(D)を参照
して詳細に説明する。即ち、本発明のはんだバンプ構造
体の製造方法は、先ず、はんだバンプ4を外部電極とす
る半導体装置5のはんだバンプ面を上面とし、補強用樹
脂材料7と親和性のないマスク用樹脂材料3をはんだバ
ンプ上面に塗布するため、マスク用樹脂材料3を回転可
能で平坦な円盤上に供給し、中心から外周端までスキー
ジをあて、円盤面とスキージの隙間を一定とし、円盤を
回転させ、円盤上にマスク用樹脂材料3を一定厚に延ば
す。次に円盤上のマスク用樹脂材料3に下面が平坦なゴ
ム材2を接触させ、ゴム材2下面にマスク用樹脂材料3
を転写させる。
【0014】かくして構成した転写用のマスク用樹脂材
料3の膜を、図1(A)に示す様に、そのゴム材2の下
面を半導体装置5のはんだバンプ群4の面に押し当て、
マスク用樹脂材料3をはんだバンプ4の上半球面に転写
させる。そして、一旦マスク用樹脂材料3を加熱乾燥さ
せ、はんだバンプ4の上半球面にマスク用樹脂材料3の
膜を形成する。
【0015】次いで、図1(B)に示す様に、半導体装
置5のはんだバンプ4面に補強用樹脂材料7をディスペ
ンサ6により供給し、図1(C)に示す様に、その上か
ら下面が平坦な別のゴム材9を適宜の加圧用ヘッド8を
使用して加圧し、補強用樹脂材料7を半導体装置5の最
外周のはんだバンプ4の位置まで押し広げると共に、各
はんだバンプ部4群の間の空間部25を完全に当該補強
用樹脂材料で埋めつくすものである。
【0016】然しながら、本発明に於いては、当該はん
だバンプ部4の上半球部23に予め設けられた当該補強
用樹脂材料7と親和性のない材料が設けられているの
で、当該補強用樹脂材料7と該はんだバンプ部4の上半
球部23とは相互に接着される事がなく、従って、図1
(D)に示す様に、最後に補強用樹脂材料7を加熱し硬
化させ、当該補強用樹脂材料7を収縮させる事によっ
て、当該はんだバンプ4の下半球部24である基部に当
該補強用樹脂材料7が強固に樹脂膜からなる支持部を構
成する様に接着固定され、バンプ部4の上半球部23に
は、当該補強用樹脂材料7が排除されて、該補強用樹脂
材料7と親和性のない材料が、少なくとも一部に残留す
る様な状態を呈している。
【0017】本発明に於いては、該マスク用樹脂材料を
転写する為に使用される材料は、ゴム材に限られるもの
ではなく、当該マスク用樹脂材料を吸着する事が出来、
且つ所定の押圧力を受けた場合に、所定の凹み状態を形
成しながら当該はんだバンプ部4の表面に接触しうる様
な弾発性と柔軟性を有する材料であれば、如何なるもの
でも使用可能である。
【0018】同様に、当該補強用樹脂材料7を該半導体
装置5の表面から当該はんだバンプ部4間の空間部に押
し込む際に使用されるゴム材も、これに特定されるもの
ではなく、適度の弾性と柔軟性を有するものであれば使
用可能である。即ち、本発明に係るはんだバンプ構造体
の製造方法は、例えば、下面が平坦な柔軟材料の下面
に、はんだバンプ部に固着される補強用樹脂材料と親和
性のないマスク用樹脂材料を転写させる工程と、前記は
んだバンプ部の上面に、前記柔軟材料のゴム材の下面を
押し当て前記マスク用樹脂材料を前記はんだバンプ部上
半球面に転写塗布する工程と、前記はんだバンプ部間に
はんだバンプ部に固着される補強用樹脂材料を所定量供
給する工程と、前記はんだバンプ部面を下面が平坦な押
圧材で加圧し、当該補強用樹脂材料を当該各はんだバン
プ部の略下半球部のみに接合固着させる工程、とから構
成されるものである。
【0019】更に、本発明に係るはんだバンプ構造体の
製造方法に於けるより詳細な具体例としては、例えば、
はんだバンプを外部電極とする半導体装置において、下
面が平坦なゴム材の下面に補強用樹脂材料と親和性のな
いマスク用樹脂材料を転写させる工程と、前記はんだバ
ンプ面を上面とし、前記ゴム材を前記はんだバンプに押
し当て前記マスク用樹脂材料を前記はんだバンプ上半球
面に転写塗布する工程と、前記マスク用樹脂材料を加熱
し乾燥させる工程と、前記はんだバンプ面に補強用樹脂
材料を所定量供給する工程と、前記はんだバンプ面を下
面が平坦なゴム材により加圧し、補強用樹脂材料を半導
体装置の最外周のはんだバンプの外側まで押し広げる工
程と、前記補強用樹脂材料を加熱硬化させる工程とから
構成されているものである。
【0020】
【発明の効果】本発明では、上記した様な技術構成を採
用しているので、補強用樹脂材料と親和性のないマスク
用樹脂材料をゴム材等の柔軟性材料を使用してはんだバ
ンプの上半球面に転写塗布することにより、補強用樹脂
材料を供給後、当該ゴム材等の柔軟性材料で加圧し、半
導体装置の最外周のはんだバンプの外側まで補強用樹脂
材料を押し広げた時に、はんだバンプの上面に補強用樹
脂材料がかぶることなく、はんだバンプ基部のみに補強
用樹脂材料を塗布することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)〜図1(D)は本発明に係るはんだ
バンプ構造体の製造方法の一具体例の手順を示す説明図
である。
【図2】図2は、従来に於ける半導体装置と半導体基板
との実装状態を説明する図である。
【符号の説明】
1…転写用ヘッド 2…ゴム材 3…マスク用樹脂材料 4…はんだバンプ 5…半導体装置 6…ディスペンサ 7…補強用樹脂材料 8…加圧用ヘッド 9…ゴム材 10…樹脂 11…実装基板 20…はんだバンプ構造体 21…半導体装置の主面 22…半導体装置の配線パターン 23…はんだバンプ部の上半球部 24…はんだバンプ部の下半球部 25…はんだバンプ部間の空間部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置の主表面上に設けられた配線
    パターンの端子部上に配備された複数個のはんだバンプ
    群と、当該はんだバンプ間で、当該半導体装置の主表面
    に配置されると共に、当該各はんだバンプの略下半球部
    のみと接合されている補強用樹脂材料とから構成され、
    且つ当該各はんだバンプの略上半球部の少なくとも一部
    には、当該補強用樹脂材料とは親和性のない他の樹脂が
    残存している事を特徴とするはんだバンプ構造体。
  2. 【請求項2】 当該はんだバンプ部は、当該半導体基板
    に実装されるチップの接続端子と接合せしめられるもの
    である事を特徴とする請求項1記載のはんだバンプ構造
    体。
  3. 【請求項3】 はんだバンプを外部電極とする半導体装
    置において使用されるはんだバンプ構造体の製造方法で
    あって、当該製造方法は、 下面が平坦な柔軟材料の下面に、はんだバンプ部に固着
    される補強用樹脂材料と親和性のないマスク用樹脂材料
    を転写させる工程と、 前記はんだバンプ部の上面に、前記柔軟材料のゴム材の
    下面を押し当て前記マスク用樹脂材料を前記はんだバン
    プ部上半球面に転写塗布する工程と、 前記はんだバンプ部間にはんだバンプ部に固着される補
    強用樹脂材料を所定量供給する工程と、 前記はんだバンプ部面を下面が平坦な押圧材で加圧し、
    当該補強用樹脂材料を当該各はんだバンプ部の略下半球
    部のみに接合固着させる工程、 とを含むことを特徴とするはんだバンプ構造体の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 はんだバンプを外部電極とする半導体装
    置において、 下面が平坦なゴム材の下面に補強用樹脂材料と親和性の
    ないマスク用樹脂材料を転写させる工程と、 前記はんだバンプ面を上面とし、前記ゴム材を前記はん
    だバンプに押し当て前記マスク用樹脂材料を前記はんだ
    バンプ上半球面に転写塗布する工程と、 前記マスク用樹脂材料を加熱し乾燥させる工程と、 前記はんだバンプ面に補強用樹脂材料を所定量供給する
    工程と、 前記はんだバンプ面を下面が平坦なゴム材により加圧
    し、補強用樹脂材料を半導体装置の最外周のはんだバン
    プの外側まで押し広げる工程と、 前記補強用樹脂材料を加熱硬化させる工程とを含むこと
    を特徴とする請求項3記載のはんだバンプ構造体の製造
    方法。
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