JP3563170B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は半導体装置の製造方法に係わり、更に詳しくはフリップチップボンディングしたボールグリッドアレイ(以下BGAと略記する)の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ICチップの高密度実装に伴い、多数の電極を有する樹脂封止型半導体装置が開発されている。その代表的なものとしては、PGA(ピングリッドアレイ)があるが、PGAはマザーボードに対して着脱可能であるという利点があるものの、ピンがあるので大型となり小型化が難しいという問題があった。
【0003】
そこで、このPGAに代わる小型化、高密度化したBGAが開発された。更にそのBGAにおいては、従来のワイヤーボンディングの信頼性及び生産性を改良した技術として、ICチップを直接回路基板上に実装するフリップチップボンディングの技術が特開平6−349893号公報に開示されている。以下図面に基づいてその概要を説明する。
【0004】
図6は従来のフリップチップボンディングBGAの製造工程を示す断面図である。図6(a)において、回路基板1は略四角形でガラスエポキシ樹脂等よりなる上下両面に銅箔張りの樹脂基板で、該樹脂基板には複数のスルーホール2が切削ドリル等の手段により加工される。前記スルーホール2の壁面を含む基板面を洗浄した後、前記樹脂基板の全表面に無電解メッキ及び電解メッキにより銅メッキ層を形成し、前記スルーホール2内まで施される。
【0005】
更に、メッキレジストをラミネートし、露光現像してパターンマスクを形成した後、エッチング液を用いてパターンエッチングを行うことにより、上面側にはIC接続用電極3を、下面側にはマトリックス状に外部接続用電極4を形成する。次にソルダーレジスト処理を行い、所定の部分にレジスト膜を形成することにより、前記樹脂基板の下面側には外部接続用電極4を露呈するように、マトリックス状に多数の同一形状の半田付け可能な表面であるレジスト膜開口部を形成することにより回路基板1が完成される。
【0006】
図6(b)で、前記ICチップ5のパッド電極上に半田バンプ7を形成した半田と前記回路基板1の上面側にあるIC接続用電極3を使って、回路基板1に位置合わせした後、前記半田バンプ7をリフローしてICチップ5を接続する。
【0007】
図6(c)で、ICチップ5の上面側を露出した状態で、ICチップ5と回路基板1との隙間を封止樹脂8を充填する。前記ICチップ5は回路基板1に一体的に固定される。
【0008】
図6(d)は、前記回路基板1の下面側に形成された外部接続用電極4(図示せず)の位置に、半田の融点が、前記ICチップ5側のフリップチップの半田ボール6の融点より低い半田組成の半田ボール9を配置する。前記半田組成は、例えば、フリップチップの半田バンプ7はPb:90%、Sn:10%、融点250°Cの所謂9/1半田で、半田ボール電極10を構成する半田ボール9は、Sn:60%、Pb:40%、融点180°Cの所謂6/4半田で、それぞれ融点の異なる半田が使用されている。
【0009】
図6(e)は、前記図6(d)で得られたアセンブリを例えば、210〜230°C程度の低い温度で再度リフローすることにより、前記半田ボール9の半田は溶けて、図示しないマザーボード基板接続用の半田ボール電極10を形成することができる。前記ICチップ5側の半田バンプ7は前記半田ボール9の融点より高いので溶けることはない。以上によりフリップチップ・キャビティアップBGA11が完成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した半導体装置の製造方法には次のような問題点がある。即ち、ワイヤーボンディングからフリップチップボンディングにすることにより、ICの電気特性の向上と同時にICチップ5の実装高さを低く出来、またICチップ5の露出面が直接空気に触れるので熱の放散性は向上したが、しかし前記ICチップ5と回路基板1との接続、及び回路基板1にマザーボード基板接続用の半田ボール電極10の形成のために、2回のリフロー工程が必要となりコストアップになる。更に、使用する半田ボールの融点が異なり、しかもICチップ側の半田ボールの融点が高く、ICチップ5に2回の熱ショックを与えるのでICチップ5の電子回路動作に悪影響を及ぼす等の問題があった。
【0011】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、半導体装置の信頼性及び生産性の優れた半導体装置の製造方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における半導体装置の製造方法は、IC接続用電極と外部接続用電極とを形成した回路基板の前記IC接続用電極にICチップを半田により接続すると共に、前記外部接続用電極に半田ボール電極を形成してなる半導体装置の製造方法において、前記ICチップに予め半田バンプを形成しこの半田バンプを前記IC接続用電極に仮固定すると共に、前記半田ボール電極を前記外部接続用電極に仮固定した後、前記ICチップの接続と前記半田ボール電極の形成とを、同時にリフローすることを特徴とするものである。
【0013】
また、IC接続用電極と外部接続用電極とを形成した回路基板の前記IC接続用電極にICチップを半田により接続すると共に、前記外部接続用電極に半田ボール電極を形成してなる半導体装置の製造方法において、前記ICチップと前記回路基板のIC接続用電極との間に前記半田を仮固定すると共に、前記回路基板の外部接続用電極に前記半田ボール電極を仮固定した後、前記ICチップの接続と前記半田ボール電極の形成とを、同時にリフローすることを特徴とするものである。
【0014】
また、前記回路基板は、一方の面にIC接続用電極が形成され、他方の面には外部接続用電極が形成されていることを特徴とするものである。
【0015】
また、前記回路基板は、一方の面にIC接続用電極及び外部接続用電極が形成されていることを特徴とするものである。
【0019】
【作用】
従って、本発明により得られる半導体装置の製造方法において、前述したように、ICチップに半田バンプを形成し、該半田バンプにフラックスを塗布して回路基板のIC接続用電極に仮固定する。一方回路基板の下面側又は上面側の外部接続用電極にフラックスを塗布した前記半田バンプと半田組成が同質の半田ボールを仮固定して、一回のリフローで同時にICチップと回路基板の接続及びマザーボード基板接続用の半田ボール電極を形成する。
【0020】
また、フラックスを塗布したICチップのパッド電極と、フラックスを塗布した回路基板のIC接続用電極の間に半田ボールを仮固定し、一方回路基板の下面側又は上面側の外部接続用電極にフラックスを塗布して前記ICチップ接続用の半田ボールと半田組成が同質の半田ボールを仮固定し、一回のリフローで同時にICチップと回路基板の接続及びマザーボード基板接続用の半田ボール電極を形成する。
【0021】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明における半導体装置の製造方法について説明する。図1は本発明の第1実施例で、フリップチップ・キャビティアップBGAの製造工程の要部断面図である。従来技術と同一部材は同一符号で示す。
【0022】
先ず図1(a)において、両面銅張りされた樹脂基板に無電解銅メッキ及び電解銅メッキにより銅メッキ層を形成し、更にメッキレジストをラミネートし、露光現像してパターンマスクを形成した後、エッチング液を用いてパターンエッチングを行うことにより上面側にはIC接続用電極3、下面側にパッド電極である外部接続用電極4を形成する。次にソルダーレジスト処理を行い、所定の部分にレジスト膜を形成することにより、前記樹脂基板の下面側には外部接続用電極4を露呈するように、マトリックス状に多数の同一形状の半田付け可能な表面であるレジスト膜の開口部を形成し、回路基板1が完成されることは、前述の従来技術と同様である。
【0023】
図1(b)及び(c)において、前記回路基板1の下面側のパッド電極である外部接続用電極4に例えば、6/4半田の半田ボール9にフラックス12を塗布して仮固定する。
【0024】
図1(d)において、ICチップ5側に予め、前記半田ボール電極を構成する半田ボール9と半田組成が同質の6/4半田の半田バンプ7を形成する。該半田バンプ7にフラックス12を塗布した後、図1(e)で前記回路基板1の上面側に形成したIC接続用電極3に仮固定する。
【0025】
図1(f)において、上記したように、半田バンプ7及び半田ボール9の半田組成が同質の6/4半田のため、加熱炉中で210〜230°Cに加熱することにより、フラックス12が半田と溶融して、一回のリフロー工程で前記回路基板1のIC接続用電極3にICチップ5を接続すると同時に、外部接続用電極4にマザーボード基板接続用の半田ボール電極10を形成することが可能である。
【0026】
図1(g)において、フリップチップボンディングされたICチップ5を保護するためにその側面を覆うように、熱硬化性の封止樹脂8でサイドモールドする。前記ICチップ5の非電極形成面の少なくとも一部は露出されているので、熱放散性は良好である。以上によりフリップチップ・キャビティアップBGA13が完成する。
【0027】
図2は本発明の第2実施例でフリップチップ・キャビティダウンBGAの製造工程の要部断面図である。前述の第1実施例と異なるところは、回路基板は、一方の面に前記IC接続用電極及び外部接続用電極を形成した、所謂片面回路基板である。製造方法の概略を説明する。
【0028】
図2(a)は一方の面にIC接続用電極3とパッド電極である外部接続用電極4を形成した回路基板1aである。図2(b)で前述と同様に、半田ボール電極を形成する半田組成が例えば、6/4半田よりなる半田ボール9にフラックス12を塗布した後、前記回路基板1a上の外部接続用電極4に図2(c)のように仮固定する。
【0029】
図2(d)で前述と同様に、ICチップ5側に予め、前記半田ボール9と半田組成が同質の6/4半田の半田バンプ7を形成し、該半田バンプ7にフラックス12を塗布した後、図2(e)で前記回路基板1aの前記半田ボール9と同じ側即ち、下面側に形成した前記IC接続用電極3に仮固定する。
【0030】
図2(f)で、半田バンプ7及び半田ボール9の半田組成が同質の6/4半田のため、加熱炉中で210〜230°Cに加熱することにより、一回のリフロー工程で前記回路基板1aの一方の面のIC接続用電極3にICチップ5を接続すると同時に、外部接続用電極4にマザーボード基板接続用の半田ボール電極10を形成することが可能である。
【0031】
図2(g)で、前記ICチップ5を保護するためにその側面を覆うように、熱硬化性の封止樹脂8でサイドモールドする工程は前述と同様である。前記ICチップ5の実装部上面高さが前記半田ボール電極10の頂点高さ以下にすることが、図示しないマザーボード基板との接続を可能にするのに必要である。以上によりフリップチップ・キャビティダウンBGA14が完成する。
【0032】
上述したキャビティダウンBGA14は、第1実施例で説明したキャビティアップBGA13に比較して、片面回路基板のためコストが安価で、且つ薄型化することができる。
【0033】
図3は本発明の第3実施例でフリップチップ・キャビティアップBGAの製造工程の要部断面図である。前述の第1及び第2実施例と異なるところは、前記ICチップに予め半田バンプを形成しておくのでなく、両面回路基板の一方の面に形成したIC接続用電極とICチップのパッド電極の間に半田ボールを仮固定し、他方の面に形成した外部接続用電極に半田ボール電極を構成する半田ボールを仮固定し、両者を同時にリフローするものである。以下製造工程の概要を説明する。
【0034】
図3(a)、(b)及び(c)の両面回路基板1の下面側のパッド電極である外部接続用電極4に、半田組成が例えば、6/4半田の半田ボール9にフラックス12を塗布して仮固定する工程は前述の第1実施例と同様である。
【0035】
図3(d)、(e)及び(f)で、前記回路基板1のIC接続用電極3にフラックス12を塗布し、半田バンプを構成する前記半田ボール9と半田組成が同質の6/4半田の半田ボール6をボール付けし、ICチップ5のパッド電極3aにフラックス12を塗布する。図3(f)においてICチップ5のパッド電極3aはあらかじめ通常のアルミニウムパッド上に無電解ニッケルメッキ及び無電解金メッキ等の方法により(開示せず)半田と接続可能なパッド電極3aに加工されている。図3(g)において、前記ICチップ5をIC接続用電極3上の前記半田ボール6に仮固定する。
【0036】
図3(h)、及び(i)のリフロー及びサイドモールド工程は、前述の第1実施例と同様である。即ち一回のリフロー工程でIC接続用電極3に対するICチップ5の接続と、外部接続用電極4に対する半田ボール電極10を形成したフリップチップ・キャビティアップBGA13aが完成する。
【0037】
図4は本発明の第4実施例でフリップチップ・キャビティダウンBGAの製造工程の要部断面図である。図4(a)、(b)、及び(c)の片面の回路基板1aにマザーボード基板との接続用の半田ボール電極を構成する半田ボール9の仮固定は前述の第2実施例と同様である。
【0038】
図4(d)〜(i)までの、片面の回路基板1aの一方の面のIC接続用電極3にフラックス12を塗布工程、半田ボール6のボール付け工程、ICチップ5のパッド電極3aにフラックス12の塗布工程、前記ICチップ5のパッド電極3aと前記回路基板1aのIC接続用電極3の間に、前記半田ボール6を仮固定する工程、リフロー及びサイドモールド工程は、前述の第3実施例と同様である。即ち一回のリフロー工程でIC接続用電極3に対するICチップ5の接続と、外部接続用電極4に対する半田ボール電極10を形成したフリップチップ・キャビティダウンBGA14aが完成する。
【0039】
図5は本実施例の応用例で、半導体装置の高集積化、高速化に伴い複数例えば、2個のICチップ5を実装したマルチチップモジュールのフリップチップ・キャピティアップBGA15の要部断面図である。前述した第1及び第3実施例と同様な製造方法であるので説明は省略する。
【0040】
上述の如く、本各実施例の特徴とするところは、前述したように、IC接続用電極と外部接続用電極を両面回路基板、又は片面回路基板に形成し、ICチップに予め半田ボールで半田バンプを形成するか、又はICチップのパッド電極と前記IC接続用電極の間に前記半田ボールを仮固定すると共に、前記外部接続用電極にマザーボード基板接続用の半田ボール電極を構成する前記ICチップ側の半田ボールと半田組成が同質の半田ボールを仮固定し、両者を一回のリフローで、ICチップの接続と半田ボール電極の形成を同時行い、封止樹脂にてサイドモールドしてBGAを製造するものである。
【0041】
尚、上記実施例において、ICチップ及び半田ボールを回路基板へ仮固定する構造はフラックスを用いた実施例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フラックスの代わりに半田ペーストを用いても良い。
ここでフラックスを用いた場合と、半田ペーストを用いた場合の違いについて簡単に説明する。
【0042】
図7は回路基板に対する半田ボールの接続構造を示し、(a)、(b)はフラックスを用いた場合を示し、(c)、(d)、(e)は半田ペーストを用いた場合を示す。
まず図7(a)において、回路基板1上のパターン3にフラックス12を介して半田ボール9が搭載される。この状態でリフローすると図7(b)に示す如く、半田ボール9の一部が熔融してパターン3に固着する。この構成は前述の各実施例で示した構成と同じ構成である。
【0043】
次に半田ペーストを用いた場合を示す。図7(c)、(d)は半田ペーストの融点が半田ボールよりも低い場合を示している。図7(c)において、回路基板1上のパターン3に半田ペースト16を介して半田ボール9を搭載する。この状態で半田ペースト16の融点よりも高く、半田ボール9の融点より低い温度でリフローすると、図7(d)に示す如く半田ボール9は溶けず、半田ペースト16のみが熔融して半田ボール9をパターンに固着することができる。
この場合、半田ボール9は熔融しないので、ボール電極の高さはフラックスを用いた場合よりも高く設定できる効果がある。
【0044】
次に半田ペーストと半田ボールの融点がほぼ同じ場合は、リフローすると図7(e)に示す如く半田ペーストと半田ボール9の両方が熔融してパターン3に固着する。この場合のボール電極高さは、半田ペーストによる半田が供給された分だけ、フラックスを用いた場合の高さよりも若干高くなる。
上記3つの構成のうちどの構成を用いるかは、種々の条件に基づき自由に選択できるものである。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ICチップと回路基板との接続、及び回路基板にマザーボード基板接続用の半田ボール電極形成のために、ICチップ側に半田バンプを形成するリフロー工程と、マザーボード基板接続用の半田ボール電極を形成するリフロー工程とを、1回のリフローで行うことができ、作業工程が減少する。また、使用する半田ボールも融点の低い1種類を使用すればよく、ICチップに与える熱ショックが軽減され、ICの電子回路動作が安定する。以上により信頼性の高いBGAを薄型化しつつコストダウンして提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係わるフリップチップ・キャビティアップBGAの製造工程の要部断面図である。
【図2】本発明の第2実施例に係わるフリップチップ・キャビティダウンBGAの製造工程の要部断面図である。
【図3】本発明の第3実施例に係わるフリップチップ・キャビティアップBGAの製造工程の要部断面図である。
【図4】本発明の第4実施例に係わるフリップチップ・キャビティダウンBGAの製造工程の要部断面図である。
【図5】本発明のBGAを応用したマルチチップ・フリップチップBGAの要部断面図である。
【図6】従来技術のフリップチップ・キャビティアップBGAの製造工程の要部断面図である。
【図7】回路基板に対する半田ボールの接続構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1、1a 回路基板
3 IC接続電極
3a パッド電極
4 外部接続電極
5 ICチップ
6、9 半田ボール
7 バンプ電極
8 封止樹脂
10 外部接続用電極
12 フラックス
13、13a、14、14a、15 BGA
Claims (4)
- IC接続用電極と外部接続用電極とを形成した回路基板の前記IC接続用電極にICチップを半田により接続すると共に、前記外部接続用電極に半田ボール電極を形成してなる半導体装置の製造方法において、
前記ICチップに予め半田バンプを形成しこの半田バンプを前記IC接続用電極に仮固定すると共に、前記半田ボール電極を前記外部接続用電極に仮固定した後、前記ICチップの接続と前記半田ボール電極の形成とを、同時にリフローすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - IC接続用電極と外部接続用電極とを形成した回路基板の前記IC接続用電極にICチップを半田により接続すると共に、前記外部接続用電極に半田ボール電極を形成してなる半導体装置の製造方法において、
前記ICチップと前記回路基板のIC接続用電極との間に前記半田を仮固定すると共に、前記回路基板の外部接続用電極に前記半田ボール電極を仮固定した後、前記ICチップの接続と前記半田ボール電極の形成とを、同時にリフローすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記回路基板は、一方の面にIC接続用電極が形成され、他方の面には外部接続用電極が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記回路基板は、一方の面にIC接続用電極及び外部接続用電極が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
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JP23081895A JP3563170B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 半導体装置の製造方法 |
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