JP3362370B2 - 導電性ボール配列シートおよび導電性ボール配列シート製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体パッ
ケージにおいて、半導体素子や回路基板の電極上に、バ
ンプを形成するための導電性ボール配列シートおよびそ
の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体パッケージにおいて、例え
ば半導体素子は樹脂等により封止され、この封止樹脂の
側面から外側に向かって金属板状の外部端子であるリー
ドフレームが延び、各リードフレームは回路基板の対応
する電極に電気的に接続される。このようなリードフレ
ームを用いた半導体パッケージは、外部端子数の増加に
伴い大型化するため、小型化の要求に対応できない。そ
こで、近年ではリードフレームの代わりに、外部端子と
して封止樹脂の底面に半田による突起電極、即ちバンプ
を形成するＢＧＡ（Ball Grid Array ）方式が提案さ
れ、端子数の増加および小型化の要求に対処している。
また、回路基板および半導体素子にそれぞれバンプを形
成し、対応するバンプをそれぞれ半田付けすることによ
り、半導体素子を直接回路基板に接着するフリップチッ
プ方式も提案されている。

【０００３】このようなバンプは、例えば半田ボール等
の導電性ボールを封止樹脂あるいは半導体素子等の多数
の電極上に配列させ、これらの導電性ボールを一括して
加熱融着させることにより得られる。導電性ボールを半
導体素子上で配列させるために、例えば予め別の基板上
に配列させた導電性ボールを、半導体素子の電極に一度
に転写する、あるいは電極に対応した穴を有するマスク
を半導体素子に被せて導電性ボールを刷毛によって各穴
に挿入する、即ちスクイーズすることが行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
導電性ボールの配列には次のような問題点がある。前者
のように転写により配列させる場合、転写時において導
電性ボールの位置ずれまたは落下が生じる他、転写用の
基板が反りまたは変形を有していると転写が正確に行わ
れないことがある。また、導電性ボールは基板への加圧
によって押圧され、これにより基板から半導体素子へ転
写されるため、導電性ボールの変形は避けられない。半
導体素子表面からの導電性ボールの高さが不均一である
と、回路基板へ接着しない導電性ボールが生じる恐れが
ある。このため半導体パッケージ製造後に、半導体素子
の全電極が回路基板の対応する電極に接続されたかどう
かを検査する工程と、接続不良の電極を修復する工程が
必要となり、生産効率が悪いことが問題である。

【０００５】後者のように穴を有するマスクを用いて配
列させる場合、前者のように導電性ボールの位置ずれ、
落下および変形は防止されるが、半導体素子をスクイー
ズする工程と、導電性ボールが確実に全穴に入ったかど
うかを確認する工程とが必要であり、この場合も生産効
率が悪いことが問題となる。

【０００６】この様な点に鑑み、本発明は半導体素子や
回路基板の電極上への容易かつ高精度な導電性ボールの
配列を可能にする導電性ボール配列シートおよび導電性
ボール配列シート製造装置を提供することが目的であ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による導電性ボー
ル配列シートは、熱可塑性樹脂を主成分とし、所定の厚
みを有する絶縁性シートと、この絶縁性シートの厚み方
向に貫通した少なくとも１つ以上の貫通孔に保持され、
前記絶縁性シートの少なくとも一方の表面から一部が露
出している導電性ボールとを備え、前記貫通孔が前記厚
み方向に沿ったテーパーであり、この貫通孔の小さい方
の開口の直径が前記導電性ボールの直径よりも小さいこ
とを特徴としている。

【０００８】

【０００９】

【００１０】また、本発明の導電性ボール配列シート製
造装置は、熱可塑性樹脂を主成分とし、所定の厚みを有
する絶縁性シートの厚み方向に、少なくとも１つ以上の
貫通孔を形成する貫通孔形成手段と、貫通孔形成手段に
より形成された貫通孔に導電性ボールを配列させる配列
手段と、配列手段により導電性ボールが配列された絶縁
性シートを加熱することにより、熱可塑性樹脂を軟化さ
せ、同時に導電性ボールを絶縁性シートに向かって加圧
することにより、導電性ボールを貫通孔内に密着固定さ
せる固定手段とを備えることを特徴とする。

【００１１】導電性ボール配列シート製造装置におい
て、貫通孔形成手段によって、貫通孔が、厚み方向に沿
ってテーパー状に形成され、かつこの貫通孔の小さい方
の開口の直径が、導電性ボールの直径よりも小さくなる
ように形成されてもよい。

【００１２】導電性ボール配列シート製造装置におい
て、貫通孔形成手段はレーザであってもよいし、パン
チ、あるいはドリルであってもよい。

【００１３】導電性ボール配列シート製造装置におい
て、絶縁性シートの熱可塑性樹脂に感光性反応基を導入
することにより、熱可塑性樹脂に感光性を付与する感光
性付与手段を更に備えてもよく、この場合貫通孔形成手
段が、感光性が付与された絶縁性シートを露光・現像す
ることにより、貫通孔を形成することが好ましい。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による導電性ボール
配列シートおよび導電性ボール配列シート製造装置の実
施形態について添付図面を参照して説明する。

【００１７】図１には、第１実施形態である導電性ボー
ル配列シートの断面図が示される。導電性ボール配列シ
ート１０は、熱可塑性樹脂を主成分とするほぼ透明の絶
縁性シート１２と、この絶縁性シート１２に埋め込まれ
た導電性ボール１４とを備える。導電性ボール１４は絶
縁性シート１２の上面１２ｕから突出しており、絶縁性
シート１２の下面１２ｂにおいてわずかに露出してい
る。

【００１８】熱可塑性樹脂はシリコーン（オルガノポリ
シロキサン類の総称）で変性されたポリイミドであり、
このシリコーン変性ポリイミドに熱硬化性樹脂であるエ
ポキシ樹脂を混合することにより絶縁性シート１２が得
られる。熱可塑性のポリイミドは耐熱性が優れており、
半導体パッケージへの使用時に好適である。このポリイ
ミドをシリコーンで変性すると耐湿性が向上する。さら
にこのシリコーン変性ポリイミドに熱硬化性樹脂である
エポキシ樹脂を添加すると、金属や他の樹脂への接着性
が向上し、半導体素子等のバンプ形成に好適となる。

【００１９】熱可塑性樹脂は、シリコーン変性ポリイミ
ドに限定されず、他にポリイミド系樹脂、ポリアミド系
樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン
系樹脂、アクリル系樹脂、合成ゴム系樹脂等の熱軟化性
の樹脂であればよい。また、第一実施形態では熱硬化性
樹脂としてエポキシ樹脂を添加しているが、熱可塑性樹
脂単独で絶縁性シート１２を形成してもよい。あるいは
熱硬化性樹脂の他、必要に応じて、さらに着色料、無機
充填剤、各種カップリング剤を添加してもよい。

【００２０】導電性ボール１４は、錫４０％、鉛６０％
からなる半田ボールであり、その直径Ｄは絶縁性シート
の厚みＴｈより大きい。導電性ボール１４の材料とし
て、その材料の融点（半田の場合は共晶点に相当する）
が絶縁性シート１２の熱可塑性樹脂成分のガラス転移温
度よりも高いものが選択される。これは、導電性ボール
１４を変形させることなく、熱可塑性樹脂成分を熱軟化
させ、絶縁性シート１２に埋込むためである。

【００２１】導電性ボール１４の材料は半田に限定され
ず、他に金、銀、銅等の金属の単体、あるいはこれら金
属の合金でもよい。さらに、ポリマー粒子に金属メッキ
を施したものや、メタルコアメッキ、即ち金属粒子に別
の金属メッキを施したものでもよい。金属メッキに用い
られる金属は主に金であるが、他に銀、銅、半田、およ
びこれらの合金を金属メッキとして用いてもよい。

【００２２】図２は、図１に示す導電性ボール配列シー
ト１０を製造するための導電性ボール配列シート製造装
置の構成を簡略化して示すブロック図である。図３〜図
６は導電性ボール配列シート製造装置における製造工程
を模式的に示す断面図である。導電性ボール配列シート
製造装置は、絶縁性シート製造装置２０、貫通孔形成装
置２２、導電性ボール配列装置２４、加熱加圧装置２
６、および搬送装置２８とを備える。

【００２３】絶縁性シート製造装置２０において、液状
の熱可塑性樹脂は必要に応じて他の成分が添加され、硬
化させられる。硬化時に熱可塑性樹脂は所定の厚みＴｈ
を有するシート状に成型される。これにより絶縁性シー
ト１２が得られる（図３参照）。絶縁性シート１２はベ
ルトコンベア等の搬送装置２８により絶縁性シート製造
装置２０から貫通孔形成装置２２へ搬送される。

【００２４】貫通孔形成装置２２において、絶縁性シー
ト製造装置２０により得られた絶縁性シート１２の所定
の位置に導電性ボール１４を挿入するための貫通孔１２
ａ（図４参照）が形成される。貫通孔１２ａの形成は、
レーザにより行われる。即ち、絶縁性シート１２は図示
しない基台上に載置され、基台と接する面の反対側か
ら、絶縁性シート１２の厚み方向に沿って、レーザが絶
縁性シート１２の所定位置に向かって照射される。これ
により、厚み方向に貫通した円筒形の貫通孔１２ａが形
成される。用いられるレーザは例えば炭酸ガスレーザで
あるが、この他ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、フェム
ト秒レーザ等でもよい。

【００２５】なお貫通孔１２ａは、レーザの他、微細な
ドリルやパンチによって形成されてもよい。

【００２６】導電性ボール１４を所定位置に配列させる
ための孔が、絶縁性シート１２の厚み方向全体に渡る貫
通孔１２ａであるため、半導体素子や回路基板の電極に
導電性ボール１４を転写する際に、絶縁性シート１２の
両面のどちらからでも容易に導電性ボール１４を視認で
きる。従って、従来のように複雑な位置決め装置を用い
ることなく、容易に位置決めできる。

【００２７】貫通孔形成装置２２によって貫通孔１２ａ
が形成された絶縁性シート１２は、搬送装置２８により
導電性ボール配列装置２４へ搬送される。導電性ボール
配列装置２４において、絶縁性シート１２の各貫通孔１
２ａに直径Ｄの導電性ボール１４が配列される（図５参
照）。即ち、絶縁性シート１２は微少振動可能な保持手
段（図示せず）により水平に保持され、図上方から少な
くとも凹部の数より多い導電性ボール１４が絶縁性シー
ト１２上に蒔かれる。導電性ボール１４が蒔かれた後、
絶縁性シート１２は微少振動させられる。これにより絶
縁性シート１２の上面１２ｕ上の導電性ボール１４は、
貫通孔１２ａに一部が収容されることにより貫通孔１２
ａ上に位置決めされるか、あるいは絶縁性シート１２上
から転がり落ちる。このようにして、貫通孔１２ａの位
置に対応して導電性ボール１４が配列される。

【００２８】貫通孔１２ａの孔径ｄは、導電性ボールの
直径Ｄより小さく形成される。これにより、配列時にお
ける絶縁性シート１２の下面１２ｂからの導電性ボール
１４の抜け落ちが防止される。しかし孔径ｄが直径Ｄに
比べて極端に小さい場合、配列時に導電性ボール１４が
貫通孔１２ａにより保持されにくくなるので、導電性ボ
ール１４の配列が困難となる。以上のことから、孔径ｄ
は導電性ボールの直径Ｄの６５〜９８％に設定される。
最適な割合は８０〜９５％である。孔径ｄが直径Ｄの６
５％より小さい場合、上述したように導電性ボール１４
が貫通孔１２ａ上に位置決めされない。また孔径ｄが直
径Ｄの９８％より大きい場合、後述する加熱加圧時に絶
縁性シート１２の下面１２ｂから導電性ボール１４が抜
け落ちる確率が高くなる。

【００２９】導電性ボール１４の貫通孔１２ａへの位置
決めは、振動の他、スキージと呼ばれる刷毛等で絶縁性
シート１２ａの上面１２ｕを掃いて貫通孔１２ａに挿入
させる（以下、スクイーズすると記載する）ことによっ
てでもよい。

【００３０】導電性ボール配列装置２４によって各貫通
孔１２ａに導電性ボール１４が配列された絶縁性シート
１２は、搬送装置２８により加熱加圧装置２６へ搬送さ
れる。加熱加圧装置２６において、絶縁性シート１２の
熱可塑性樹脂が熱軟化させられ、同時に導電性ボール１
４が押圧されることにより貫通孔１２ａ内において、絶
縁性シート１２に密着固定させられる（図６参照）。

【００３１】加熱加圧装置２６は、任意の温度に設定可
能な板状のヒートブロック２６２と、被加熱部材である
絶縁性シート１２を支持し、このヒートブロック２６２
とで絶縁性シート１２を挟む冷却台２６４とを備える。
搬送装置２８により絶縁性シート１２は冷却台２６４に
載置される。導電性ボール１４の上方から、所定の温度
に加熱した板状のヒートブロック２６２が下降し、導電
性ボール１４の表面に接する。これにより導電性ボール
１４は加熱されると共に、冷却台２６４側、即ち絶縁性
シート１２に向かって加圧される。

【００３２】導電性ボール１４が加熱されることによ
り、導電性ボール１４の周辺、即ち貫通孔１２ａの周辺
の熱可塑性樹脂成分が軟化させられ、同時に導電性ボー
ル１４が加圧されるので絶縁性シート中に埋め込まれ
る。このようにして、導電性ボール１４は熱可塑性樹脂
成分に密着固定させられる。

【００３３】加熱は導電性ボール１４に対して行われる
ので、絶縁性シート１２の熱可塑性樹脂成分は導電性ボ
ール１４の周辺部から熱せられる。従って、導電性ボー
ル１４を効率よく、かつ絶縁性シート１２の水平面にお
ける位置を高精度で埋め込むことができる。

【００３４】なお、ヒートブロック２６２の加熱温度
は、熱可塑性樹脂成分のガラス転移温度より高く、かつ
導電性ボール１４の軟化・変形・変質を生じさせない温
度、例えば半田の融点である共晶点より低い温度に設定
される。

【００３５】このようにして、各装置の処理により図１
に示す導電性ボール配列シート１０が得られる。

【００３６】図７および図８を参照して、図１に示す導
電性ボール配列シート１０を用いた半導体パッケージに
ついて説明する。図７は導電性ボール配列シート１０を
回路基板５０に載置するための位置決め処理を模式的に
示す図であり、図８は導電性ボール配列シート１０を介
して回路基板５０と半導体素子７０とを接続した半導体
パッケージを示す図である。

【００３７】回路基板５０は図示しない基台上に載置さ
れ、上面５０ｕには所定のパターンの電極５２が形成さ
れる。導電性ボール配列シート１０は上述の処理により
形成されるが、このとき回路基板５０と略同じ大きさに
切断され、導電性ボール１４は電極５２に対応した位置
に配列される。導電性ボール配列シート１０は回路基板
５０の上面５０ｕ側、即ち電極５２側に、回路基板５０
に対して所定の距離離れた位置に図示しない支持手段に
より支持される。導電性ボール配列シート１０は上面５
０ｕに平行な面内において２次元方向に移動自在であ
る。導電性ボール配列シート１０のさらに上方にはカメ
ラ６０が設けられ、このカメラ６０は破線矢印で示す鉛
直方向に向けられている。これにより導電性ボール配列
シート１０および回路基板５０が同時に視認される。

【００３８】カメラ６０により電極５２と導電性ボール
１４とが監視され、電極５２と対応する導電性ボール１
４の位置が水平面において一致するように、導電性ボー
ル配列シート１０が移動させられる。導電性ボール配列
シート１０は水平面における位置が決定された後、鉛直
下方に下降せしめられ、回路基板５０の上面５０ｕに載
置される。

【００３９】導電性ボール配列シート１０が回路基板５
０に載置された後、再び上方からヒートブロックにより
加熱加圧され、導電性ボール１４は回路基板５０に密着
固定させられる。このとき、ヒートブロックの加熱温度
は導電性ボール１４の融点より高く設定される。従っ
て、加熱加圧により導電性ボール１４は融解し、電極５
２に接合される。このときヒートブロックの加熱温度は
絶縁性シート１２の熱可塑性樹脂成分のガラス転移温度
より高いので、熱可塑性樹脂成分は軟化し、これにより
電極５２および導電性ボール１４との接合部が封止され
る。

【００４０】このようにして導電性ボール配列シート１
０が回路基板５０に密着固定されると、次に導電性ボー
ル配列シート１０の回路基板５０と密着する面と反対側
の面に半導体素子７０が配置される。この半導体素子７
０は、導電性ボール配列シート１０と対向する面に、導
電性ボール１４と対応する電極７２が形成される。

【００４１】半導体素子７０を導電性ボール配列シート
１０を介して回路基板５０に接合する装置として、公知
のフリップチップマウンタが用いられる。ここではフリ
ップチップマウンタの説明は省略する。フリップチップ
マウンタにより、導電性ボール１４、即ち回路基板５０
の電極５２に電極７２がそれぞれ対応するように位置決
めされ、導電性ボール１４と電極７２とが融着される。
そして熱可塑性樹脂成分により電極７２および導電性ボ
ール１４との接合部が封止される。

【００４２】このようにして、図８に示す半導体パッケ
ージが形成される。回路基板５０と半導体素子７０とは
絶縁性シート１２の熱可塑性樹脂成分により互いに密着
固定され、回路基板５０の電極５２と半導体素子７０の
電極７２とは、導電性ボール１４により接続される、即
ち半田付けされる。導電性ボール１４は半導体パッケー
ジにおける回路基板５０と半導体素子７０とのバンプの
役割を果たす。電極５２と電極７２との接合部は絶縁性
シート１２により封止され、外部環境から保護される。

【００４３】第１実施形態によると、半導体パッケージ
のバンプ形成を容易かつ高精度に行うことを可能にする
導電性ボール配列シートが得られる。

【００４４】図９を参照して本発明の第２実施形態につ
いて説明する。図９（ａ）は導電性ボール配列シートの
断面図であり、図９（ｂ）はその上面図である。第２実
施形態において、導電性ボール配列シート１１０は、絶
縁性シート１１２の厚みＴｈと導電性ボール１１４の直
径Ｄとが略同じであること以外は、第１実施形態と同様
の構成および製造工程であり、同じ構成および製造工程
の説明は省略する。導電性ボール配列シート１０と同様
の構成は、符号に１００が加算されて示される。

【００４５】絶縁性シート１１２の上面１１２ｕおよび
下面１１２ｂにおいて、導電性ボール１１４の表面の一
部は露出している。したがって第２実施形態において
も、第１実施形態と同様、半導体パッケージにおけるバ
ンプ形成の際に、半導体素子または回路基板のバンプと
なる導電性ボール１１４の位置決めが容易に行える。

【００４６】図１０は本発明の第３実施形態を示す図で
あり、導電性ボール配列後の絶縁性シートの断面図であ
る。第３実施形態の導電性ボール配列シート２１０は、
絶縁性シート２１２に形成する貫通孔２１２ａの形状が
テーパーであること以外は、第１実施形態の導電性ボー
ル配列シート１０と同じ構成、および製造工程であり、
ここではその説明を省略する。導電性ボール配列シート
１０と同様の構成は、符号に２００が加算されて示され
る。

【００４７】貫通孔２１２ａは、絶縁性シート２１２の
厚み方向にテーパー状に形成され、絶縁性シート２１２
の上面２１２ｕおよび下面２１２ｂにおいてそれぞれ開
口している。上方の開口径はｄ’、下方の開口径はｄ”
（ｄ”＜ｄ’）である。上方の開口径ｄ’は、導電性ボ
ール２１４の直径Ｄより大きく、これにより導電性ボー
ル配列装置における配列処理が容易に行える。また下方
の開口径ｄ”は直径Ｄより小さく、これにより導電性ボ
ール配列装置における配列処理、および加熱加圧装置に
おける加熱加圧処理において、絶縁性シート２１２から
の抜落ちが防止される。

【００４８】このように、第３実施形態においても、半
導体パッケージの製造を容易にする導電性ボール配列シ
ートが得られるだけでなく、導電性ボールをさらに容易
かつ確実に絶縁性シートに埋め込むことができる。

【００４９】図１１を参照して、本発明の第４実施形態
について説明する。図１１は貫通孔３１２ａが形成され
た絶縁性シート３１２の断面図である。第４実施形態で
は、貫通孔３１２ａの形成がレーザでなく、露光・現像
によること以外は第３実施形態と同様であり、ここでは
同様の構成については説明を省略する。第３実施形態と
同様の構成は、符号にさらに１００を加算して示され
る。

【００５０】絶縁性シート製造装置において、熱可塑性
樹脂の合成段階で感光性反応基を導入することにより、
感光性が付与された絶縁性シート３１２が得られる。次
に貫通孔形成装置において、所定のパターンに沿って穴
が形成されたマスク３３０が絶縁性シート３１２の上面
３１２ｕに設けられ、マスク３３０の上方から露光し、
さらに現像を行うことにより、貫通孔３１２ａが形成さ
れる。露光・現像後、マスク３３０は除去される。露光
および現像については公知の技術であるので、ここでは
説明を省略する。貫通孔形成処理後の処理は、第１〜第
３実施形態と同様である。

【００５１】第４実施形態においても、第３実施形態と
同様に、導電性ボールが容易かつ高精度に絶縁性シート
上に配列された導電性ボール配列シートが得られ、この
導電性ボール配列シートを用いることにより、半導体パ
ッケージにおけるバンプ形成が容易になる。

【００５２】このように、第１〜第４の各実施形態の導
電性ボール配列シートによれば、予め高精度でバンプと
なる導電性ボールを配列固定させることができるので、
半導体パッケージの半導体素子や回路基板にバンプを形
成する際に、一括して多数のバンプを高精度に形成で
き、従来より半導体パッケージの生産性が向上する。

【００５３】また、導電性ボール配列シートにおいて、
導電性ボールが導電性ボール配列シート表面から露出し
ているので、半導体素子や回路基板へ導電性ボールを転
写する面の反対側から導電性ボールの位置が視認でき
る。従来は、導電性ボールと半導体素子あるいは回路基
板との間に特殊な位置合せ専用のカメラを設け、対向す
る２つの面を同時に視認することが必要であったが、本
実施形態の場合は、導電性ボール配列シートの半導体素
子あるいは回路基板に対向する面の反対側に視認用カメ
ラを設置でき、特殊な位置合せ用カメラを用いることな
く、容易かつ高精度に位置あわせできる。

【００５４】

【実施例】以下、実施例および比較例をあげて本発明を
説明する。以下に示す表１は各実施例および比較例にお
いて用いられた絶縁性シートの構成を示し、表２は各実
施例および比較例において用いられた導電性ボールの構
成を示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】〔実施例１〕表１に示す実施例シート１が
絶縁性シートとして用いられ、表２に示す実施例ボール
１が導電性ボールとして用いられた。実施例シート１に
用いられる樹脂Ａは、ガラス転移温度が１４５℃の熱可
塑性シリコーン変性ポリイミド樹脂と、エポキシ樹脂と
の混合樹脂である。この樹脂Ａの溶液から厚み３００μ
ｍの実施例シート１が得られた。炭酸ガスレーザを用い
て、実施例シート１に直径（孔径ｄ）４００μｍの円筒
状の貫通孔が、８００μｍの間隔で格子状に形成され
た。孔径ｄは実施例ボール１の直径の８０％であった。

【００５８】実施例ボール１として、共晶点１８３℃の
半田（錫４０％、鉛６０％）から形成された、直径５０
０μｍの半田ボール（千住金属工業株式会社製）が用い
られた。この実施例ボール１が孔加工された実施例シー
ト１上に蒔かれ、振動により各々の貫通孔に実施例ボー
ル１を配列させた。

【００５９】実施例ボール１が配列された実施例シート
１は、冷却板に載置され、実施例ボール１の上方からヒ
ートブロックにより加熱加圧され、実施例ボール１が実
施例シート１に埋め込まれた。ヒートブロックの加熱温
度は１６０℃、加圧圧力は１２１半田ボール当たり１〜
５ｋｇｆであった。

【００６０】目視により、実施例ボール１は、実施例シ
ート１の厚み方向において直径の約６割が実施例シート
１中に密着固定されたことが確認された。

【００６１】〔実施例２〕表１に示す実施例シート２お
よび表２に示す実施例ボール２が用いられた。実施例シ
ート２に用いられる樹脂Ｂは、ガラス転移温度が１３５
℃の熱可塑性シリコーン変性ポリイミド樹脂のみであ
る。この樹脂Ｂの溶液から厚み１５０μｍの実施例シー
ト２が得られた。パンチを用いて、実施例シート２に１
２０μｍの孔径ｄを有する円筒状の貫通孔が、２００μ
ｍの間隔で格子状に形成された。孔径ｄは実施例ボール
２の直径の８０％であった。実施例ボール２として、材
質が実施例ボール１と同じ半田であり、直径が実施例シ
ート２の厚みと同じ１５０μｍの半田ボール（千住金属
工業株式会社製）が用いられた。

【００６２】この実施例ボール２の実施例シート２上へ
の配列、および加熱加圧の処理は、実施例１と同様の手
法で行われた。

【００６３】目視により、実施例ボール２は実施例シー
ト２中に密着固定されたことが確認された。

【００６４】〔実施例３〕実施例シート３（表１）およ
び実施例ボール３（表２）が用いられた。樹脂Ａの溶液
から厚み１５０μｍの実施例シート３が得られた。Ｋｒ
Ｆエキシマレーザを用いて、実施例シート３にテーパー
状の貫通孔が、２００μｍの間隔で格子状に形成され
た。貫通孔の上方の開口径ｄ’は１２０μｍ、下方の開
口径ｄ”は１００μｍであった。実施例ボール３とし
て、実施例ボール２と同じ材質、大きさの半田ボールが
用いられた。下方の開口径ｄ”は実施例ボール３の直径
の約６７％であった。

【００６５】この実施例ボール３の実施例シート３上へ
の配列、および加熱加圧の処理は、実施例１〜２と同様
の手法で行われた。

【００６６】目視により、実施例ボール３は実施例シー
ト３中に密着固定されたことが確認された。

【００６７】〔実施例４〕実施例シート４（表１）およ
び実施例ボール４（表２）が用いられた。実施例シート
４は貫通孔の形成処理、貫通孔の大きさ、および格子間
隔が異なること以外は実施例シート３と同一である。テ
ーパー状の貫通孔がテーパドリルにより、２５０μｍの
間隔で格子状に形成された。上方の開口径ｄ’は１３５
μｍ、下方の開口径ｄ”は１１０μｍである。実施例ボ
ール４として、実施例ボール２と同じ材質、大きさの半
田ボールが用いられた。下方の開口径ｄ”は実施例ボー
ル４の直径の約７３％であった。

【００６８】この実施例ボール４の実施例シート４上へ
の配列、および加熱加圧の処理は、実施例１〜３と同様
の手法で行われた。

【００６９】目視により、実施例ボール４は実施例シー
ト４中に密着固定されたことが確認された。

【００７０】〔実施例５〕実施例シート５（表１）およ
び実施例ボール５（表２）が用いられた。実施例シート
５に用いられる樹脂Ｃは、ガラス転移温度が１２０℃の
熱可塑性シリコーン変性ポリイミド樹脂のみである。こ
の樹脂Ｃの溶液から厚み５０μｍの実施例シート５が得
られた。テーパー状の貫通孔が、実施例３と同様、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザにより、８０μｍの間隔で格子状に形
成された。上方の開口径ｄ’は４５μｍ、下方の開口径
ｄ”は３５μｍである。実施例ボール５として、直径が
実施例シート５の厚みと同じ５０μｍのポリマー粒子に
金メッキを施したものが用いられた。下方の開口径ｄ”
は実施例ボール５の直径の７０％であった。

【００７１】この実施例ボール５の実施例シート５上へ
の配列、および加熱加圧の処理は、ヒートブロックの加
熱温度が１４０℃であること以外は、実施例１〜４と同
様の手法で行われた。

【００７２】目視により、実施例ボール５は実施例シー
ト５中に密着固定されたことが確認された。

【００７３】〔実施例６〕実施例シート６（表１）およ
び実施例ボール６（表２）が用いられた。実施例シート
６に用いられる樹脂Ｄは、ガラス転移温度が１４５℃の
熱可塑性シリコーン変性ポリイミド樹脂に感光性反応基
を付加したものである。この樹脂Ｄの溶液から厚み５０
μｍの実施例シート６が得られた。実施例シート６の上
面にマスクが設けられ、露光・現像によりテーパー状の
貫通孔が２００μｍの間隔で格子状に形成された。上方
の開口径ｄ’は５５μｍ、下方の開口径ｄ”は４５μｍ
である。実施例ボール６として、銀ボールに金メッキを
施したものが用いられた。実施例ボール６の直径は５０
μｍである。下方の開口径ｄ”は実施例ボール６の直径
の９０％であった。

【００７４】この実施例ボール６の実施例シート６上へ
の配列、および加熱加圧の処理は、実施例１〜４と同様
の手法で行われた。

【００７５】目視により、実施例ボール６は実施例シー
ト６中に密着固定されたことが確認された。

【００７６】〔実施例７〕実施例シート７（表１）およ
び実施例ボール７（表２）が用いられた。樹脂Ａの溶液
から厚み５０μｍの実施例シート７が得られた。ＫｒＦ
エキシマレーザを用いて、実施例シート７にテーパー状
の貫通孔が、所定のパターンに従って形成された。貫通
孔の上方の開口径ｄ’は６０μｍ、下方の開口径ｄ”は
４０μｍであった。実施例ボール７として、直径が実施
例シート７の厚みと同じ５０μｍ、かつ材質が実施例ボ
ール１〜４と同じ半田ボールが用いられた。下方の開口
径ｄ”は実施例ボール３の直径の８０％であった。

【００７７】この実施例ボール７の実施例シート７上へ
の配列、および加熱加圧の処理は、実施例１〜４と同様
の手法で行われた。

【００７８】目視により、実施例ボール７は実施例シー
ト７中に密着固定されたことが確認された。

【００７９】次にこの実施例シート７と、一方の面に電
極が形成された半導体チップ（半導体素子）と、この半
導体チップに対向する面にそれぞれ対応する電極が形成
された実装基板（回路基板）とを用いて、半導体パッケ
ージが作製された。実施例シート７の所定のパターン
は、貫通孔および導電性ボールが半導体チップの電極に
対応するように設定された。

【００８０】前述の処理により得られた実施例シート７
は、カメラ等により監視されながら実装基板に対する位
置決めが行われ、実装基板の電極が形成された面に装着
された。装着された際に、実装基板の電極と対応する導
電性ボールとは互いに対向していた。実施例シート７の
実装基板に対向する面の反対側の面から、ヒートブロッ
クにより加熱温度１８０℃で５秒間加熱加圧された。こ
れにより、実施例シート７が実装基板に密着固定され
た。

【００８１】次に、フリップチップマウンタを用いて、
半導体チップを実施例シート７を介して実装基板に接続
させた。即ち、半導体チップを実施例シート７の実装基
板に対向する面の反対側の面に位置決めして装着された
後、半導体チップの実施例シート７対向する面の反対側
の面からヒートブロックにより加熱温度１８０℃で５秒
間加熱加圧され、これにより半導体チップが実装基板に
実装された。導電性ボール７は半導体チップの電極と実
装基板の電極とを半田接続するバンプの役割を果たし、
実施例シート７の熱可塑性樹脂は半導体チップと実装基
板とを強固に接続する接着剤、電極同士の接続部分を保
護する封止樹脂の役割を果たした。

【００８２】〔比較例〕比較例シート（表１）および比
較例ボール（表２）が用いられた。比較例シートは厚
み、貫通孔の大きさ、および格子間隔が異なること以外
は実施例シート３と同一である。比較例シートの厚みは
１００μｍである。テーパー状の貫通孔が３００μｍの
間隔で格子状に形成された。上方の開口径ｄ’は２００
μｍ、下方の開口径ｄ”は１８０μｍである。比較例ボ
ールとして、実施例ボール３と同じ材質、大きさの半田
ボールが用いられた。下方の開口径ｄ”は比較例ボール
の直径の１２０％であった。

【００８３】この比較例ボールの比較例シート上への配
列、および加熱加圧の処理は、実施例３と同様の手法で
行われた。

【００８４】目視により、比較例シートは軟化したが、
比較例ボールは比較例シート中に密着固定されなかった
ことが確認された。

【００８５】以上のように、実施例１〜６のいずれにお
いても、導電性ボール配列シートが得られた。即ち、下
方の開口径ｄ”が導電性ボールの直径の６５〜９８％の
範囲内にある各実施例において、導電性ボールと絶縁性
シートとの接着は良好であるが、下方の開口径ｄ”が導
電性ボールの直径の１２０％である比較例では、導電性
ボールと絶縁性シートの良好な接着は行われなかった。

【００８６】貫通孔の形状は円筒でもテーパーでも導電
性ボールの良好な接着が可能であり、また貫通孔は炭酸
ガスレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、パンチ、テーパド
リル、露光・現像のいずれの手段によっても良好に形成
された。さらに、絶縁性シートの厚みが導電性ボールの
直径と同じ（実施例２〜５）、または導電性ボールの直
径より小さい（実施例１）場合のどちらの場合において
も、導電性ボールの良好な接着が行われた。

【００８７】このように、各実施例の導電性ボール配列
シートによれば、予め高精度でバンプとなる導電性ボー
ルを配列固定させることができるので、半導体パッケー
ジの半導体素子や回路基板にバンプを形成する際に、一
括して多数のバンプを高精度に形成でき、従来より半導
体パッケージの生産性が向上する。また、導電性ボール
配列シートにおいて、導電性ボールが導電性ボール配列
シート表面から露出しているので、半導体素子や回路基
板へ導電性ボールを転写する面の反対側から導電性ボー
ルの位置が視認できる。

【００８８】

【発明の効果】本発明によると、半導体パッケージのバ
ンプ形成が容易かつ高精度に行える導電性ボール配列シ
ートが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による導電性ボール配列シートの第１実
施形態を示す図であり、導電性ボール配列シートの断面
図である。

【図２】導電性ボール配列シート製造装置の構成を示す
ブロック図である。

【図３】図１に示す導電性ボール配列シートに用いられ
る絶縁性シートを示す断面図である。

【図４】図２に示す絶縁性シートに貫通孔を形成する工
程を模式的に示す断面図である。

【図５】図２に示す絶縁性シートに導電性ボールを配列
する工程を模式的に示す断面図である。

【図６】導電性ボール配列シートを加圧加熱する工程を
模式的に示す断面図である。

【図７】導電性ボール配列シートを回路基板に対して位
置決めする工程を模式的に示す断面図である。

【図８】半導体パッケージの断面図であえる。

【図９】本発明による導電性ボール配列シートの第２実
施形態を示す図であり、導電性ボール配列シートの断面
図である。

【図１０】本発明による導電性ボール配列シートの第３
実施形態を示す図であり、絶縁性シートと配列された導
電性ボールとを共に示す断面図である。

【図１１】本発明による導電性ボール配列シートの第４
実施形態を示す図であり、貫通孔が形成された絶縁性シ
ートの断面図である。

【符号の説明】

１０ 導電性ボール配列シート １２ 絶縁性シート １２ａ 貫通孔 １４ 導電性ボール ２０ 絶縁性シート製造装置 ２２ 貫通孔形成装置 ２４ 導電性ボール配列装置 ２６ 加圧加熱装置 ２８ 搬送装置 ５０ 回路基板 ７０ 半導体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 明信 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 船矢 琢央 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−293753（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−145325（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153727（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78568（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−335567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−23173（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−220538（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−41627（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01R 11/01 H01L 21/60 H01L 23/12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂を主成分とし、所定の厚み
   を有する絶縁性シートと、この絶縁性シートの厚み方向
   に貫通した少なくとも１つ以上の貫通孔に保持され、前
   記絶縁性シートの少なくとも一方の表面から一部が露出
   している導電性ボールとを備え、前記貫通孔が前記厚み
   方向に沿ったテーパーであり、この貫通孔の小さい方の
   開口の直径が前記導電性ボールの直径よりも小さいこと
   を特徴とする導電性ボール配列シート。
2. 【請求項２】 熱可塑性樹脂を主成分とし、所定の厚み
   を有する絶縁性シートの厚み方向に、少なくとも１つ以
   上の貫通孔を形成する貫通孔形成手段と、 前記貫通孔形成手段により形成された貫通孔に導電性ボ
   ールを配列させる配列手段と、 前記配列手段により前記導電性ボールが配列された前記
   絶縁性シートを加熱することにより、前記熱可塑性樹脂
   を軟化させ、同時に前記導電性ボールを前記絶縁性シー
   トに向かって加圧することにより、前記導電性ボールを
   前記貫通孔内に密着固定させる固定手段とを備えたこと
   を特徴とする導電性ボール配列シート製造装置。
3. 【請求項３】 前記貫通孔形成手段によって、前記貫通
   孔が、前記厚み方向に沿ってテーパー状に形成され、か
   つこの貫通孔の小さい方の開口の直径が、前記導電性ボ
   ールの直径よりも小さくなるように形成されることを特
   徴とする請求項２に記載の導電性ボール配列シート製造
   装置。
4. 【請求項４】 前記貫通孔形成手段が、レーザであるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の導電性ボール配列シー
   ト製造装置。
5. 【請求項５】 前記貫通孔形成手段が、パンチであるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の導電性ボール配列シー
   ト製造装置。
6. 【請求項６】 前記貫通孔形成手段が、ドリルであるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の導電性ボール配列シー
   ト製造装置。
7. 【請求項７】 前記絶縁性シートの熱可塑性樹脂に感光
   性反応基を導入することにより、熱可塑性樹脂に感光性
   を付与する感光性付与手段を更に備え、前記貫通孔形成
   手段が、感光性が付与された前記絶縁性シートを露光・
   現像すること により、前記貫通孔を形成することを特徴
   とする請求項２に記載の導電性ボール配列シート製造装
   置。