JP3580087B2 - バンプによる電子部品の実装方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプによる電子部品の実装方法に関し、特に接続信頼性及び実装性に優れたボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）半導体装置の実装方法に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品の一例として面付実装型のＢＧＡパッケージ２１がある。このＢＧＡパッケージ２１をランド２２ａが形成されたマザーボード（回路配線が形成された実装基板）２２に実装した時の様子を図７に示す。ここで、ＢＧＡパッケージ２１とは、回路配線を有する配線基板２１ａに半導体チップを搭載し、回路配線と半導体チップをＡｕワイヤ等で電気的に接続したのち、封止樹脂２１ｂで半導体チップ及びＡｕワイヤを封止したものであり、このＢＧＡパッケージ２１の裏面（配線基板２１ａの裏面）には上記回路配線と電気的に接続された複数の電極２３が設けられていて、この複数の電極２３によって外部との電気的導通が得られるようになっている。
【０００３】
ＢＧＡパッケージ２１をマザーボード２２に実装する実装工程において、予めＢＧＡパッケージ２１の裏面における複数の電極２３にはんだバンプ２４を形成し、このはんだバンプ２４によってＢＧＡパッケージ２１とマザーボード２２との電気的導通を成している。
この実装工程は以下のようにして行う。
【０００４】
まず、貯蓄された同一大の多数のはんだボール２４ａ上に、複数の穴が形成された治具を配置し、真空吸着によってこの治具にはんだボール２４ａを吸着させる。そして、はんだボール２４ａを吸着させた状態で、はんだボール２４ａにフラックスを転写する。その後、はんだボール２４ａをＢＧＡパッケージ２１上に搭載するとフラックスの粘性によってはんだボールがＢＧＡパッケージ２１に付着し、この後リフロ工程ではんだボール２４ａの一部を溶融して、はんだボール２４ａとＢＧＡパッケージ２１の裏面の電極２３とを接合する。これによりはんだバンプ２４が形成される。
【０００５】
このようにはんだバンプ２４を形成した後、ランド２２ａが形成されたマザーボード２２上に、ＢＧＡパッケージ２１を位置決め搭載する。そして、リフロ工程にてはんだバンプ２４を溶融し、ＢＧＡパッケージ２１とマザーボード２２を電気的に接合し、実装が成される。
この実装に際し、ＢＧＡパッケージ２１とマザーボード２２に熱膨張差があると、周囲温度変化に伴ってはんだバンプ２４に歪みが生じてしまう。また、ＢＧＡパッケージ２１をマザーボード２２に実装した際に、はんだバンプ２４は、図８に示すようにＢＧＡパッケージ２１の重さによって押しつぶされて太鼓状になってしまうが、はんだバンプ２４の高さを高く引き伸ばし、図９のような鼓形状にしたほうが上記歪みを低減することができ、ＢＧＡパッケージ２１とマザーボード２２における電気的な接合寿命を向上させることができるということが知られている。
【０００６】
このようにはんだバンプ２４を高く引き伸ばす方法として、特開昭５５−１６３８５２号公報に示すものが提案されている。
具体的に説明すると、図１０に示すようにＢＧＡパッケージ２１に付着させるはんだバンプ２４の一部を他のはんだバンプ２４よりも大きくし、はんだバンプ２４の溶融の際における大きなはんだバンプ２４の表面張力を用いてはんだバンプ２４が鼓形状になるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に示すようにはんだバンプ２４の一部を他のはんだバンプ２４よりも大きくするような場合においては、はんだパンプ２４の大きさが異なるため、異なる大きさのはんだボール２４ａを別々にＢＧＡパッケージ２１に付着させなければならず、はんだバンプ２４を形成するための工程数が多くなるという問題がある。
【０００８】
また、はんだバンプ２４の一部を大きくすると、ＢＧＡパッケージ２１に付着させたときに他のはんだバンプ２４と高さが合わないため、他のはんだバンプ２４がマザーボード２２と接触せず、実装後はんだバンプ２４がマザーボード２２に接合されない場合が生じるという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、はんだバンプを形成する工程数を多くさせず、かつはんだバンプとマザーボードとの接合不良を発生させないで、はんだバンプを高く引き伸ばした状態で電子部品をマザーボードに実装できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題を解決するために以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明においては、はんだバンプ（１）を略同一サイズのはんだボール（１ａ）にて形成すると共に、はんだバンプ（１）の配列の一部にはんだバンプ（１）の複数を密集させたグループを形成しておき、はんだバンプ（１）を溶融させたときにグループにおけるはんだバンプ（１）をまとめて１つの大きなバンプ（７）とすることを特徴とする。
【００１０】
このように、はんだバンプ（１）の配列の一部に、はんだバンプ（１）の複数を密集させたグループを形成しているため、このグループにおけるはんだバンプ（１）が溶融時に大きなバンプ（７）になる。そして、この大きなバンプ（７）の表面張力によって電子部品（２）を押し上げるようにしているため、グループ以外のはんだバンプ（１）は高く引き伸ばされて鼓形状になる。
【００１１】
さらに、はんだバンプ（１）を全て略同一サイズのはんだボール（１ａ）にて形成しているため、はんだバンプを形成する工程を多くせず、また実装基板（５）との接触不良を起こすこともない。
請求項２に記載の発明においては、グループにおけるはんだバンプ（１）のうちの少なくとも１つを、電子部品（２）の裏面に設けられた電極（４）に形成し、グループのうちの他のはんだバンプ（１）を電極（４）がない部分に形成することを特徴とする。
【００１２】
はんだバンプ（１）は電極（４）とのみ接合するため、電極の数が少なければそれだけはんだバンプ（１）と電子部品（２）の接触面積を少なくすることができる。従って、グループにおけるはんだバンプ（１）のうちの少なくとも１つを電極（４）に形成し、その他のはんだバンプ（１）を電極（４）がない部分に形成すれば、グループがまとまって大きなバンプ（７）になったときに、バンプ（７）とと電子部品（２）の接触面積を小さくでき、バンプ（７）が電子部品（２）を押し上げる力を大きくすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明においては、はんだバンプ（１）の形成は、フラックス（１ｂ）ではんだボール（１ａ）を電子部品（２）の裏面に付着させた後、熱処理によりフラックス（１ｂ）を硬化させて、はんだボール（１ａ）を電子部品（２）に仮固定させることを特徴とする。
このように、フラックス（１ｂ）の硬化によってはんだボール（１ａ）を電子部品（２）に仮固定させることにより、はんだボール（１ａ）を溶融させなくても前記仮固定ができるため、はんだ溶融温度という高い温度の熱処理を行う必要がない。このため、仮固定におけるコストを削減することができる。
【００１４】
また、はんだボール（１ａ）を溶融させたときにはんだバンプ（１）の高さが若干変化するため、請求項２に示すように、はんだバンプ（１）を電極（４）以外に形成する場合には、電極（４）がある部分に形成されるはんだバンプ（１）と、電極（４）がない部分に形成されるはんだバンプ（１）の高さが若干異なる。しかしながら、フラックス（１ｂ）の硬化によってはんだバンプ（１）を形成すると、はんだボール（１ａ）を溶融させる必要がないため、はんだバンプ（１）の高さをより均一にすることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明においては、電子部品（２）を実装基板（５）に位置決め配置したときに、グループ以外のはんだバンプ（１）が実装基板（５）に形成されたランド（６）に配置され、グループにおけるはんだバンプ（１）がランド（６）が形成されていない部分に配置されるようにすることを特徴とする。
グループにおけるはんだバンプ（１）に対応する位置にランド（６）がなければ、グループがまとまって大きなバンプ（７）になったときに、実装基板（５）にバンプ（７）が接合される所がないため、バンプ（７）と実装基板（５）の接触面積を小さくすることができる。これにより、バンプ（７）が電子部品（２）を押し上げる力を大きくすることができる。
【００１６】
なお、電子部品には、請求項５に示すようにボールグリッドアレイパッケージ（２）を適用することができ、この場合には、はんだバンプ（１）をボールグリッドアレイパッケージ（２）の重心が維持できるような位置に配置すれば良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本発明の一実施形態におけるはんだバンプの実装方法について説明する。
はじめに、ＢＧＡパッケージ（電子部品）の裏面にはんだバンプを形成する。図１にはんだバンプ１を形成した後のＢＧＡパッケージ２を示す。また、図２（ａ）〜（ｃ）に、はんだバンプ１の形成工程を示し、図２（ａ）〜（ｃ）に基づきはんだバンプ１の形成工程について説明する。
【００１８】
まず、貯蓄された同一サイズの多数のはんだボール１ａ上に、複数の穴が形成された治具３を配置し、真空吸着によってこの治具３にはんだボール１ａを吸着させる。この治具３の穴３ａは、ＢＧＡパッケージ２にはんだバンプ１を付着させたい場所に対応して形成されている。具体的には、穴３ａは所定間隔空けたアレイ状に形成されており、部分的に３つ密集した状態で形成されている。
【００１９】
そして、このような治具３を用いてはんだボール１ａを吸着したのち、吸着されたはんだボール１ａにフラックス１ｂを転写する。その後、はんだボール１ａをＢＧＡパッケージ２上に搭載し、フラックス１ａの粘性によってはんだボール１ａをＢＧＡパッケージ２に付着させる。
この後、リフロ工程によってはんだボール１ａを溶融させ、はんだボール１ａをＢＧＡパッケージ２に形成された電極４と接合させる。これにより、ＢＧＡパッケージ２の裏面にはんだバンプ１が形成される。
【００２０】
このはんだバンプ１を形成するに際し、はんだバンプ１を同一サイズのはんだボール１ａのみによって形成しているため、はんだボール１をＢＧＡパッケージ２に付着させるための上記工程、すなわち、はんだボール１ａの吸着、フラックス１ｂの転写及びはんだボール１ａの付着という一連の工程を一度行うだけではんだバンプ１を形成することができる。
【００２１】
ここで、ＢＧＡパッケージ２の詳細について説明する。
ＢＧＡパッケージ２には、樹脂封入された半導体チップが備えられており、半導体チップがＡｕワイヤ及び配線基板２ａに設けられた複数の電極４を介して外部と電気的接続できるようになっている。
そして、上記複数の電極４と外部との電気的接合を図るために、はんだバンプ１を複数の電極４それぞれに形成しているが、本実施形態においては複数の電極４の他にも部分的にはんだバンプ１を形成している。すなわち、上記した治具に密集形成された３つの穴によって吸着されたはんだボール１ａのうちの１つが電極４部分に付着し、他の２つは電極がない部分に付着するようになっている。そして、密集形成された３つの穴によりはんだバンプ１を形成しているため、はんだバンプ１は、それぞれが極めて寄り合った状態、つまりグループ化した状態で形成される。このグループ化したはんだバンプ１はＢＧＡパッケージ２の重心を維持できる配置にすればよく、例えば、１つの場合であればＢＧＡパッケージ２の中央部に配置すれば良い。なお、これらのはんだバンプ１は、加熱により硬化したフラックス１ｂによって基板２ａに接着された状態になる。
【００２２】
図３に、はんだバンプ１をグループ化させた部分における拡大断面図を示す。この図に示されるように、３つのはんだバンプ１が極めて近傍に寄り合うように形成されており、３つのはんだバンプ１のうち中央の１つのみが電極４に付着している。このとき、３つのはんだバンプは略同一サイズのはんだボール１ａで形成されているため、高さが概ね均一になっている。
【００２３】
次に、図４に示すように、ＢＧＡパッケージ２をマザーボード５上に位置決め搭載する。このマザーボード５には、ＢＧＡパッケージ２の裏面に形成された電極４のうちはんだバンプ１をグループ化されていない部分における電極４と対応する位置にランド６が形成されており、これら電極４とランド６が対応するように上記位置決めを行う。
【００２４】
そして、リフロ工程によってＢＧＡパッケージ２をマザーボード５に実装する。すなわち、リフロ炉内で熱処理を行って、はんだバンプ１を溶融させ、溶融したはんだバンプ１によって配線基板における電極４とマザーボード５におけるランド６を電気的に導通させる。
このとき、グループ化させた部分におけるはんだバンプ１同士がＢＧＡパッケージ２の重さで押し潰されることにより融合して、１つの大きなバンプ７になる。そして、この大きなバンプ７の表面張力によって、ＢＧＡパッケージ２が押し上げられる。このため、図５に示すように、グループ化されていないはんだバンプ１は引っ張られて、高く引き伸ばされて鼓形状になる。これにより、ＢＧＡパッケージ２とマザーボード５の接合寿命を向上させることができる。
【００２５】
また、図６に大きなバンプ７の拡大図を示す。この図に示すように、大きなバンプ７は電極４が形成されていない部分には付着しないため、グループ化された部分のはんだバンプ１が１つの大きなバンプ７になったときに、大きなバンプ７は一か所の電極４のみと接合する。このように、電極４を一か所にしているため、大きなバンプ７とＢＧＡパッケージ２との接触面積を小さくすることができる。さらに、グループ化されたはんだバンプ１における電極４に対応する位置にランド６を設けていないため、大きなバンプ７とマザーボード５との接触面積を小さくすることができる。これにより、大きなバンプ７がＢＧＡパッケージ２を押し上げる力を大きくすることができる。
【００２６】
続いて、温度を降下させて、はんだバンプ１を凝固させる。これにより、図５に示す状態のままはんだバンプ１が固まり、ＢＧＡパッケージ２のマザーボード５への実装が成される。
このように、はんだバンプ１を部分的に密集させてグループ化し、このグループ化したはんだバンプ１を１つの大きなバンプ７にすることによって、その大きなバンプ７による表面張力でＢＧＡパッケージ２を押し上げることができるため、グループ化されていない部分におけるはんだバンプ１の形状を鼓状にすることができる。
【００２７】
そして、グループ化したはんだバンプ１やそれ以外のはんだバンプ１を同一サイズのはんだボール１ａによって形成しているため、工程を複雑にしなくてもＢＧＡパッケージ２の裏面にはんだバンプ１を形成することができると共に、はんだバンプ１の高さが同一であることからＢＧＡパッケージ２とマザーボード５に接触不良が発生することを防止することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態においては、はんだバンプ１を形成する際にはんだボール１ａの一部を溶融させて、はんだボール１ａをＢＧＡパッケージ２に接着させてはんだバンプ１を形成しているが、フラックス１ｂを熱処理によって硬化させ、フラックス１ｂの硬化によってはんだボールをＢＧＡパッケージ２に接着させてはんだバンプ１を形成してもよい。
【００２９】
はんだボール１ａを溶融させて電極４と接合したときには、はんだボール１ａが略お碗型になるため電極がない部分と比べて、はんだバンプ１の高さが若干低くなるが、フラックス１ｂの硬化によってはんだバンプ１を形成した場合には、はんだバンプ１の高さをより均一にすることができる。
また、はんだボール１ａを溶融させる温度は高温であるが、はんだボール１ａをＢＧＡパッケージ２に接着させる程度の温度はそれに比べて低温であるため、フラックス１ｂの硬化によってはんだバンプ１を形成することによって設備等の簡略化を図ることができる。
【００３０】
さらに、本実施形態においては、グループ化したはんだバンプ１のうちの１つのみを電極４に接触させているが、これはＢＧＡパッケージ２を押し上げる力を大きくするためであり、グループ化した他のはんだバンプ１に電極４を形成してもよい。また、グループ化したはんだバンプ１における電極４に対応する部分において、マザーボード５にランド６を設けていないが、上記と同様にＢＧＡパッケージ２を押し上げる力を大きくするためであり、この部分にランド６を設けてもよい。
【００３１】
なお、上記実施形態では、電子部品としてボールグリッドアレイパッケージ２適用するボールグリッドアレイ半導体装置の実装方法について説明したが、その他のバンプによる電子部品の実装に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかわるＢＧＡパッケージにはんだバンプを形成した時の模式図である。
【図２】図１におけるはんだバンプの形成工程を示す図である。
【図３】図１におけるグループ化したはんだバンプ部分の拡大図である。
【図４】図１に示すＢＧＡパッケージをマザーボードに搭載したときの図である。
【図５】ＢＧＡパッケージをマザーボードに実装したときの模式図である。
【図６】図５における大きなバンプの部分の拡大図である。
【図７】従来におけるＢＧＡパッケージをマザーボードに実装したときの模式図である。
【図８】実装後のはんだバンプの状態を示す説明図である。
【図９】実装後のはんだバンプの状態を示す説明図である。
【図１０】従来におけるはんだバンプの一部を大きくしたＢＧＡパッケージをマザーボードに搭載したときの模式図である。
【符号の説明】
１…はんだバンプ、１ａ…はんだボール、１ｂ…フラックス、
２…ＢＧＡパッケージ、２ａ…配線基板、５…マザーボード、６…ランド、
７…大きなバンプ。

Claims (5)

1. 電子部品（２）の裏面に所定の配列を成す複数のはんだバンプ（１）を形成したのち、前記電子部品（２）を実装基板（５）上に位置決め搭載し、前記複数のはんだバンプ（１）を溶融させることによって前記電子部品（２）と前記実装基板（５）とを電気的に接合させる電子部品の実装方法において、
   前記はんだバンプ（１）を略同一サイズのはんだボール（１ａ）にて形成すると共に、前記はんだバンプ（１）の配列の一部に前記はんだバンプ（１）の複数を密集させたグループを形成する工程と、
   前記はんだバンプ（１）を溶融させて、前記グループにおけるはんだバンプ（１）をまとめて１つの大きなバンプ（７）とする工程とを備えたことを特徴とする電子部品の実装方法
2. 前記グループにおけるはんだバンプ（１）のうちの少なくとも１つを、前記電子部品（２）の裏面に設けられた電極（４）に形成し、前記グループのうちの他のはんだバンプ（１）を前記電極（４）がない部分に形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
3. 前記はんだバンプ（１）の形成は、フラックス（１ｂ）で前記はんだボール（１ａ）を前記電子部品（２）の裏面に付着させる工程と、
   熱処理により前記フラックス（１ｂ）を硬化させて、前記はんだボール（１ａ）を前記電子部品（２）に仮固定させる工程とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装方法。
4. 前記電子部品（２）を前記実装基板（５）に位置決め配置したときに、前記はんだバンプ（１）のうちの前記グループ以外のものが前記実装基板（５）に形成されたランド（６）に配置され、前記グループにおけるはんだバンプ（１）が前記ランド（６）が形成されていない部分に配置されるようにすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の電気部品の実装方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つにおける前記電子部品は、裏面に前記はんだバンプ（１）をアレイ状に配列したボールグリッドアレイパッケージ（２）であり、前記グループにおけるはんだバンプ（１）を、前記ボールグリッドアレイパッケージ（２）の重心を維持できる位置に形成することを特徴とするボールグリッドアレイ半導体装置の実装方法。

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