JP3645765B2 - Solder connection structure, BGA type semiconductor package mounting structure, and BGA type semiconductor package mounting process - Google Patents

Solder connection structure, BGA type semiconductor package mounting structure, and BGA type semiconductor package mounting process Download PDF

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に、はんだ接続部構造に関するものであり、より特定的には、BGA(Ball Grid Array)型半導体パッケージのような底部に凹凸電極を有する半導体パッケージを、基板上に電気的に接続するBGA型半導体パッケージのはんだ接続部構造に関する。この発明は、また、そのようなBGA型半導体パッケージの実装構造に関する。この発明は、さらに、BGA型半導体パッケージの実装構造に使用するはんだペーストに関する。この発明は、さらに、BGA型半導体パッケージの電極形成プロセスに関する。この発明は、さらに、BGA型半導体パッケージの実装プロセスに関する。
【0002】
【従来の技術】
BGA型半導体パッケージは、その底部にエリアアレイ状に電極を配置して、実装面積の縮小化を特徴としているが、その接続構造上、はんだ接続部の応力緩和機構が弱い。
【0003】
はんだ接続部の寿命は、接続断面積、はんだ高さ、体積などに依存し、はんだ高さを高くすることで改善されることが知られている。
【0004】
そこで、はんだに濡れない材料(ソルダレジストなど)でダムを造り、はんだを筒状にして、高さを高くする方法などが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、はんだを筒状に形成すると、はんだ自体の表面張力により、はんだが球形になろうとする。このため、筒状の部分で、はんだが分断される現象が生じ、ひいては接続不良が生じるという問題点があった。
【0006】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、接続不良を起こさないはんだ接続部構造を提供することを目的とする。
【0007】
この発明は、また、接続不良を生じさせないBGA型半導体パッケージの実装構造を提供することを目的とする。
【0008】
この発明は、さらに、接続不良を起こさないはんだペーストを提供することを目的とする。
【0009】
この発明のさらに他の目的は、接続不良を起こさないように改良された、BGA型半導体パッケージの電極形成プロセスを提供することにある。
【0010】
この発明のさらに他の目的は、接続不良を起こさないように改良された、BGA型半導体パッケージの実装プロセスを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係るはんだ接続部構造は、一方の基板に設けられ、はんだと、該はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料を含む第1はんだを備える。他方の基板に、はんだからなる第2はんだが設けられている。一方の基板と他方の基板との少なくとも一方の表面上に凹部が形成され、上記第1はんだと上記第2はんだとを接触させて、これらを溶融し、異種材料を一方の基板と他方の基板との少なくとも一方における凹部内の電極近傍に偏在させてなる。
【0012】
この発明の好ましい実施態様によれば、上記異種材料の比重は、はんだと略等しい。また、異種材料の比重がはんだより大きくてもよい。また、上記異種材料は、はんだより比重が大きい異種材料と、はんだより比重が小さい異種材料とから構成してもよい。
【0013】
また、上記異種材料の形状は、球形であるのが好ましい。
また、上記異種材料は、はんだに濡れる材質からなっているものでもよく、また、その表面をはんだに濡れる金属で被覆したものでもよい。
【0014】
請求項2に係るBGA型半導体パッケージの実装構造においては、一方の基板に、はんだと、該はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料を含む第1はんだが設けられている。他方の基板に、はんだからなる第2はんだが設けられている。一方の基板と他方の基板との少なくとも一方の表面上に凹部が形成され、上記第1はんだと上記第2はんだとを接触させ、これらを溶融し、異種材料を一方の基板と他方の基板との少なくとも一方における凹部内の電極近傍に偏在させてなる。
【0015】
請求項2に係る発明においても、異種材料としては、上記請求項1の好ましい実施態様の中で用いたものが使用できる。
【0016】
また、異種材料の大きさは、次式を満足しているものが好ましい。
D−{B−(B2−ρ21/2}/2<A<2D
D:凹部高さ:ρ:凹部幅:A:異種材料径,B:はんだボール径
上記はんだとして、無鉛はんだを用いるのが好ましい。
【0017】
んだペーストは、ある局面では、はんだ粉体と、フラックス剤と、はんだより融点が高く、表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料の粉体とからなる。
【0018】
この発明によれば、上記異種材料の比重は、はんだと略等しい。
また、上記異種材料の比重ははんだよりも大きくてもよい。
【0019】
さらに、上記異種材料の比重ははんだより小さいのが好ましい場合もある。
上記異種材料は、はんだより比重が大きい異種材料と、はんだより比重が小さい異種材料とからなってもよい。
【0020】
また、上記異種材料の形状は、球形であるのが好ましい。
また、上記異種材料は、該異種材料の表面がはんだに濡れる金属で被覆されているのが好ましい。
【0025】
請求項に係るBGA型半導体パッケージの実装プロセスにおいては、まず、はんだ粉体と、フラックス剤と、はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料の粉体とからなるはんだペーストを、実装基板に印刷する。上記実装基板の上にBGA型半導体パッケージを載置する。上記はんだペーストを溶融させ、それによって、上記BGA型半導体パッケージを、異種材料が部分的に混入したはんだを介して、上記実装基板に電気的に接続する一方で、前記実装基板と前記BGA型半導体パッケージとの少なくとも一方の表面上に形成された凹部内の電極近傍に前記異種材料を偏在させる。
【0026】
請求項に係るBGA型半導体パッケージの実装プロセスにおいては、まず、実装基板の上にスクリーン印刷用の開口部を有するステンシルを形成する。上記ステンシル開口部に、はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料を載置する。はんだペーストを上記実装基板の上に印刷する。上記ステンシルを取外す。はんだボールを有するBGA型半導体パッケージを、上記実装基板の上に載置する。上記はんだペーストを溶融させ、それによって、上記BGA型半導体パッケージのはんだボールと上記実装基板を接続するとともに、該はんだボール中に上記異種材料を混入せしめる一方で、前記実装基板と前記BGA型半導体パッケージとの少なくとも一方の表面上に形成された凹部内の電極近傍に前記異種材料を偏在させる。
【0027】
請求項に係るBGA型半導体パッケージの実装プロセスにおいては、まず、はんだで互いに接続すべき一方の基板と他方の基板を準備する。はんだからなる第1はんだを上記一方の基板に形成する。はんだより融点が高い組成からなり、かつはんだより比重が小さい第1の異種材料と、はんだより融点が高い組成からなり、かつはんだより比重が大きい第2の異種材料とを含む第2はんだを上記他方の基板に形成する。上記第1はんだと上記第2はんだとを接触させて、これらを溶融する。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
【0029】
実施の形態1
実施の形態1に係るはんだ接続部構造は、はんだを用いた接続凹部に、融点がはんだより高い金属からなる異種材料を配設し、凹部の電極に異種材料を含んだはんだを介して、電気的接続を行なうはんだ接続部構造に係る。
【0030】
図1を参照して、接続凹部は、絶縁体2の開口部と電極パッド3で構成される。接続凹部には、異種材料1が配設されている。はんだボール6が、凹部に電気的に接続している。図中、16は封止樹脂を表わしている。
【0031】
BGA型半導体パッケージの実装構造のはんだボール中に、異種材料を挿入し、電気的接続を行なうBGA型半導体パッケージの実装プロセスを図2と図3により説明する。図2を参照して、実装基板13に、ステンシル12を用いて、はんだペースト7を印刷する。図中、14は印刷スキージである。その後、ステンシル12を取除く。
【0032】
図3を参照して、BGA型半導体パッケージ5のはんだボール6中に、異種材料である金属1を混入する。電気的接続を行なうBGA型半導体パッケージ5を、実装基板13の上にマウントする。リフロー炉を通過させ、BGA型半導体パッケージ5のはんだボール6とはんだペースト7が溶融し、両者が接合される。なお、図3中、3は電極パッドを表わしており、15はLSIチップを表わしており、16は封止樹脂を表わしている。BGA型半導体パッケージ5と実装基板13とを電気的に接続される接続部内で、絶縁体2の開口部に金属1を存在させているので、実装基板8と接続する際の、はんだ6の分離問題が解消され、かつ、金属1によって、電気的接続が補われる。
【0033】
実施の形態2
実施の形態2においては、融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだと同等の異種材料の一例として、黄銅(Cu−Zn合金、比重=8.44g/cm3)を用いた。このとき、はんだ(Sn−Pb共晶)の比重は、8.3〜8.5g/cm3であり、異種材料とはんだの比重はほぼ同等である。また他の実施例として、異種材料とはんだの組合せに、亜鉛(比重=7.143g/cm3)とはんだ(Sn−3.5Ag−0.7CuまたはSn−4.7Ag−1.7CuまたはSn−0.7CuまたはSn−9Zn、いずれも比重=7.27〜7.4g/cm3)を用いても、差し支えない。これらの場合、比重は相互に略同等であるため、はんだ溶融時に、異種材料の移動が発生しないことが特徴として現れる。
【0034】
実施の形態3
本実施の形態では、融点がはんだより高く、かつ比重がはんだよりも大きい異種材料の一例として、Cu(比重=8.96g/cm3)を用いた。はんだ(比重=8.3〜8.5g/cm3)に比べて比重は大きく、異種材料は、はんだ溶融時に沈降して局所的に偏在する特性を有する。たとえば、本接続構造を持つ半導体装置を上に配置し、基板に実装し、基板のはんだを溶融することにより、異種材料が基板側に偏在することが特徴となって、接合が実現される。
【0035】
図4を参照して、はんだ6の接続部よりも比重が大きい異種材料1を用いたBGA型半導体パッケージを、実装基板の表面に実装した場合、異種材料1がはんだ6の溶融時にはんだ6内で降下するため、図5を参照して、BGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部中には、異種材料1を載置できない。
【0036】
しかしながら、図6を参照して、実装基板13のビア部4中には、異種材料1を載置でき、BGA型半導体パッケージの実装構造を実現できる。
【0037】
また、図7と図8を参照して、はんだ6の接続部よりも比重が大きい異種材料1を用いて、BGA型半導体パッケージを実装基板13の裏面に実装する際には、BGA型半導体パッケージが180°回転するため、はんだ6の溶融時には、異種材料1は実装基板13の電極側に降下し、そして、再度180°回転させると、BGS型半導体パッケージの絶縁体2の開口部中に異種材料1が載置された、BGS型半導体パッケージの実装構造を実現できる。
【0038】
実施の形態4
融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだよりも小さい異種材料の一例として、Fe(比重=7.87g/cm3)あるいはAl(比重=2.699g/cm3)を用いた。係る異種材料は、はんだ(比重=8.3〜8.5g/cm3)に比べて比重が小さいので、異種材料ははんだ溶融時に浮上して、局所的に偏在する特性を有する。たとえば、本接続構造を持つ半導体装置を上に配置し、基板に実装し、基板のはんだを溶融することにより、異種材料が半導体パッケージ側に偏在することを特徴とする接合が実現できる。
【0039】
図9(a)を参照して、はんだ6接続部よりも比重が小さい異種材料1を用いた場合は、異種材料1がはんだ溶融時にはんだ6内で浮上するため、BGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部中には異種材料1は存在していない。しかし、図9(b)を参照して、BGA型半導体パッケージを実装基板13の表面に実装する際に、BGA型半導体パッケージを180°回転させると、再度のはんだ6の溶融時に、異種材料1が浮上する。その結果、図10を参照して、BGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部中に異種材料1が載置されたBGA型半導体パッケージの実装構造を実現できる。
【0040】
しかし、図11を参照して、両面実装する場合において、実装基板13の裏側に実装する際には、BGA型半導体パッケージの実装構造の場合、再度180°回転させる。そのため、はんだ溶融時には、図11に示すように、異種材料1が浮上する。そして、図12を参照して、実装基板13のビア部4中に異種材料1が載置されたBGA型半導体パッケージの実装構造を実現できる。
【0041】
実施の形態5
融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだよりも大きい異種材料と、比重がはんだより小さい異種材料の組合せとして、一例としてCu(比重=8.96g/cm3)、Fe(比重=7.87g/cm3)、はんだ(比重=8.3〜8.5g/cm3)を用いた。本実施の形態においては、はんだ溶融時に沈降する異種材料と浮上する異種材料が存在するので、接合部の上面と下面に異種材料が偏って載置された接合構造を得ることができる。
【0042】
実施の形態6
はんだ溶融時に、はんだとの比重の差異により、溶融はんだ内で異種材料を移動しやすくするため、異種材料の形状を略球形とした。
【0043】
実施の形態7
本実施の形態においては、一例としてはんだに濡れる材質からなる異種材料を用いたが、その他の材料であってもよい。たとえば、はんだとの濡れ合い特性を向上せしめるため、異種材料の表面に、たとえばAu−Niめっき等を施したものでもよい。
【0044】
実施の形態8
本実施の形態においては、図13を参照して、異種材料1の径Aを、絶縁体2の開口部の高さよりも小さく設定した。絶縁体2の開口部の高さをD、絶縁体2の開口径をρ、はんだボール径をB、異種材料1の径をAとすると、はんだボール8が絶縁体2の開口部に配設されているとき、はんだボール8と電極パッド3とのクリアランスは、
D−{B−(B2−ρ21/2}/2
より大きいので、はんだボール8が溶融した際には、異種材料1とはんだボール8との濡れ合いは可能である。
【0045】
また、図14を参照して、異種材料1の径Aが絶縁体2の開口部の高さよりも大きい場合、少なくとも異種材料1の半径A/2より、絶縁体2の開口部高さが大きいので、はんだボール8をボール吸着装置によってマウントした際に、絶縁体2の開口部から、はんだボール8が外れることはない。
【0046】
実施の形態9
以上の実施の形態において、はんだボールの材質として、Sn−Pb共晶はんだ、Sn−3.5Ag−0.7Cu,Sn−4.7Ag−1.7Cu,Sn−0.7CuおよびSn−9Zn等の無鉛はんだが有効である。
【0047】
実施の形態10
本実施の形態もまた、BGA型半導体パッケージのはんだボール中に異種材料を挿入し、電気的接続を行なう、BGA型半導体パッケージの電極形成プロセスに関する。本実施の形態においては、はんだ粉体とフラックス剤と異種材料を混練したペースト状のはんだを用いる。
【0048】
まず、図15を参照して、BGA型半導体パッケージ内の絶縁体2の開口部に、異種材料1を混合したはんだペースト10を印刷する。
【0049】
図16を参照して、はんだボール8をボール吸着装置9により吸着し、はんだペーストを印刷したBGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部に、配置する。異種材料1を予め混合することにより、印刷直前に異種材料1を挿入する工程を省略することができる。リフロー炉等を用いて加熱し、はんだボール8とはんだペースト7を溶融して接合する。
【0050】
実施の形態11
本実施の形態では、実施の形態10の具体例として、融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだと同等の異種材料の一例として、黄銅(Cu−Zn合金,比重=8.44g/cm3)を用いた。このとき、はんだ(Sn−Pb共晶)の比重は、8.3〜8.5g/cm3であり、異種材料とはんだの比重はほぼ同等である。また、他の実施例として、異種材料とはんだの組合せに、亜鉛(比重=7.143g/cm3)とはんだ(Sn−3.5Ag−0.7Cuまたは、Sn−4.7Ag−1.7Cuまたは、Sn−0.7Cuまたは、Sn−9Zn、いずれも比重=7.27〜7.4g/cm3)を用いても差し支えない。これらの場合、比重が相互に略同等であるため、はんだ溶融時に異種材料の移動が発生しない特徴を有する。
【0051】
実施の形態12
本実施の形態では、実施の形態10の具体例として、融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだよりも大きい異種材料の一例として、Cu(比重=8.96g/cm3)を用いた。はんだ(比重=8.3〜8.5g/cm3)に比べて比重は大きく、異種材料は、はんだ溶融時に沈降して局所的に偏在する特性を有する。
【0052】
実施の形態13
本実施の形態では、実施の形態10の具体例として、融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだよりも小さい異種材料の一例として、Fe(比重=7.87g/cm3)あるいはAl(比重=2.699g/cm3)を用いた。はんだ(比重=8.3〜8.5g/cm3)に比べて、異種材料の比重が小さいので、異種材料は、はんだ溶融時に浮上して局所的に偏在する。
【0053】
実施の形態14
本実施の形態では、実施の形態10の具体例として、融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだよりも大きい異種材料と、小さい異種材料の組合せとして、一例としてCu(比重=8.96g/cm3),Fe(比重=7.87g/cm3),はんだ(比重8.3〜8.5g/cm3)を用いた。本実施の形態においては、はんだ溶融時に沈降する異種材料と浮上する異種材料を有し、接合部の上面と下面に異種材料が偏って存在する接合構造を得ることができる。
【0054】
実施の形態15
本実施の形態では、実施の形態10の具体例として、はんだ溶融時に、はんだとの比重の差異により、溶融はんだ内で異種材料が移動しやすくするため、異種材料の形状を略球形とした。
【0055】
実施の形態16
本実施の形態では、実施の形態10の具体例として、異種材料とはんだとの濡れ合い特性を向上せしめるために、異種材料にAu−Niめっき等を施したものを用いた。
【0056】
実施の形態17
本実施の形態は、BGA型半導体パッケージのはんだボール中に異種材料を挿入し、電気的接続を行なう、BGA型半導体パッケージの電極形成プロセスに関する。
【0057】
図17を参照して、電極面を仰向けにしたBGA型半導体パッケージの、絶縁体2の開口部中に異種材料1を配置する。
【0058】
その後、図16に示すように、はんだボール8を、ボール吸着装置9により、はんだペースト7を印刷した後のBGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部に、配設する。リフロー炉等を用いて加熱し、はんだボール8とはんだペースト7を溶融して、これらを接合する。
【0059】
実施の形態18
実施の形態18も、また、BGA型半導体パッケージのはんだボール中に異種材料を挿入し、電気的接続を行なう、BGA型半導体パッケージの電極形成プロセスに係る。
【0060】
図17を参照して、電極面を仰向けにしたBGA型半導体パッケージの、絶縁体2の開口部中に異種材料1を配置する。
【0061】
図18を参照して、BGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部に、はんだペースト7を印刷する。
【0062】
図16に示すように、はんだボール8を、ボール吸着装置9により、はんだペースト7を印刷後のBGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部に、配設する。リフロー炉等を用いて加熱し、はんだボール8とはんだペースト7を溶融して、これらを接合する。
【0063】
実施の形態19
実施の形態19は、BGA型半導体パッケージのはんだボール中に異種材料を挿入し、電気的接続を行なう、BGA型半導体パッケージの電極形成プロセスに係る。
【0064】
図19を参照して、BGA型半導体パッケージ内の絶縁体2の開口部にはんだペースト7を印刷する。異種材料1を混入させたはんだボール11を、ボール吸着装置9により、はんだペースト7を印刷した後のBGA型半導体パッケージ内の絶縁体2の開口部に配設する。リフロー炉等を用いて加熱し、はんだボール11とはんだペースト7を溶融して、これらを接合する。
【0065】
実施の形態20
本実施の形態はBGA型半導体パッケージの実装構造のはんだボール中に、異種材料を混入し電気的接続を行なう、BGA型半導体パッケージの実装プロセスに係る。
【0066】
図20を参照して、基板13に、異種材料1を混練したはんだペースト10を印刷する。
【0067】
図21を参照して、BGA型半導体パッケージ5を、異種材料1が混練されたはんだペースト10が印刷されている実装基板13上に搭載する。
【0068】
リフロー炉等を用いて加熱し、BGA型半導体パッケージ5のはんだボール6とはんだペースト10を溶融して接合する。異種材料1を予め混合することにより、印刷直前に異種材料1を挿入する時間を省くことができる。
【0069】
実施の形態21
本実施の形態は、BGA型半導体パッケージの実装構造のはんだボール中に、異種材料を混入し、電気的接続を行なう、BGA型半導体パッケージの実装プロセスに係る。
【0070】
図22を参照して、基板13に、はんだペーストを印刷するための、ステンシル12を配設し、該ステンシル12の開口部に異種材料1を載置する。
【0071】
図23を参照して、異種材料1を挿入した後のステンシル12の開口部に、はんだペースト7を印刷スキージ14により供給し、その後ステンシル12を取外す。その後、図21を参照して、BGA型半導体パッケージ5を、異種材料1とはんだペースト10が印刷されている実装基板13上に搭載する。リフロー炉等を用いて加熱し、はんだボール8とはんだペースト7を溶融して、これらを接合する。
【0072】
実施の形態22
本実施の形態では、実施の形態11の具体例として、融点がはんだより高く、かつ、比重がはんだよりも大きい異種材料と、小さい異種材料の組合せとして、一例としてCu(比重=8.96g/cm3)、Fe(比重=7.87g/cm3)、はんだ(比重=8.3〜8.5g/cm3)を用いた。本実施の形態においては、はんだ溶融時に沈降する異種材料と浮上する異種材料を有し、接合部の上面と下面に異種材料が偏って含有された接合構造を得ることができる。
【0073】
実施の形態23
図24を参照して、はんだ6の接続部よりも比重が小さい異種材料1と比重が大きい異種材料1を用いてなるBGA型半導体パッケージを、実装基板13に実装した場合、実装基板13の表側でのはんだ6の溶融時に、比重が大きい異種材料1は、実装基板13の電極ビア4に沈降し、比重が小さい異種材料1はBGA型半導体パッケージの絶縁体2の開口部に浮上して、電極部を形成することができる。
【0074】
また同様に、図25を参照して、上記記載のはんだ6の接続部よりも比重が小さい種材料1と比重が大きい異種材料15を用いてなるBGA型半導体パッケージを実装基板13に両面実装した場合、異種材料1は、はんだの比重の差によって浮上または降下し、凹部に異種材料1を存在させることができる。図中、17は電極パッドである。
【0075】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、BGA型半導体パッケージ内のパッド部と電気的に接続される部分(バンプ)において、絶縁体の開口部内に異種材料が存在することにより、接続部でのはんだ分離現象を解消し、生産歩留まりの向上、実装後の接続信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるはんだを用いた接続凹部に異種材料が存在する接続部構造の断面図である。
【図2】 実装基板にステンシルを用いてはんだペーストを印刷している様子を示した断面図である。
【図3】 凹部に異種材料が存在するBGA型半導体パッケージを実装基板にマウントを行なっている様子を示した断面図である。
【図4】 凹部にはんだより比重が大きい異種材料が存在するBGA型半導体パッケージの断面図である。
【図5】 異種材料がはんだより比重が小さい場合の、はんだ溶融時におけるBGA型半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【図6】 はんだより比重が大きい異種材料が実装基板の凹部に存在するBGA型半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【図7】 凹部にはんだと同等の比重を持った異種材料が存在するBGA型半導体パッケージの断面図である。
【図8】 BGA型半導体パッケージを実装基板の裏側に実装を行なっている場合の、断面図である。
【図9】 はんだより比重が小さい異種材料が存在するBGA型半導体パッケージの断面図(a)とペーストを印刷された実装基板に半導体パッケージをマウントしているときの断面図(b)である。
【図10】 異種材料浮上後のBGA型半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【図11】 はんだより比重が小さい異種材料が存在するBGA型半導体パッケージを実装基板の裏に実装を行なったときの断面図である。
【図12】 実装基板の凹部に、はんだより比重が小さい異種材料が浮上して、凹部内に異種材料が存在するBGA型半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【図13】 本発明に係るはんだを用いた接続凹部に異種材料が存在する、接続部構造の定義を説明するための図であり、異種材料径が絶縁体開口部高さよりも小さい場合を示した図である。
【図14】 本発明に係るはんだを用いた接続凹部に異種材料が存在する、接続部構造を定義するもので、異種材料径が絶縁体開口部高さよりも大きい場合を示した図である。
【図15】 BGA型半導体パッケージ凹部に異種材料が混合されたはんだペーストを印刷しているときの断面図である。
【図16】 ペースト印刷されたBGA型半導体パッケージ凹部にはんだボールを、ボール吸着装置で、マウントを行なっているときの断面図である。
【図17】 BGA型半導体パッケージ凹部に異種材料を挿入したときの断面図である。
【図18】 BGA型半導体パッケージ凹部に、はんだペーストを印刷しているときの、断面図である。
【図19】 ペースト印刷されたBGA型半導体パッケージ凹部に、異種材料が混合されたはんだボールを、ボール吸着装置でマウントを行なっているときの断面図である。
【図20】 実装基板に、ステンシルを用いて、異種材料が混合されたはんだペーストを印刷しているときの断面図である。
【図21】 ペースト印刷された実装基板に、はんだボールを、ボール吸着装置でマウントを行なっているときの断面図である。
【図22】 実装基板に、ステンシルを用いて、異種材料を載置しているときの断面図である。
【図23】 実装基板に、ステンシルを用いて、はんだペーストを印刷しているときの断面図である。
【図24】 はんだより比重が大きいおよび小さい両異種材料が、実装基板およびBGA型半導体パッケージ凹部に存在する、BGA型半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【図25】 図24に示すBGA型半導体パッケージの実装構造を両面実装した場合での、はんだ溶融時におけるBGA型半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【符号の説明】
1 異種材料、2 BGA型半導体パッケージにおける絶縁体、3 電極パッド、6 はんだ、16 封止樹脂。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a solder connection structure, and more specifically, electrically connects a semiconductor package having a concave and convex electrode at the bottom, such as a BGA (Ball Grid Array) type semiconductor package, onto a substrate. The present invention relates to a solder connection part structure of a BGA type semiconductor package. The present invention also relates to a mounting structure for such a BGA type semiconductor package. The present invention further relates to a solder paste used for a mounting structure of a BGA type semiconductor package. The present invention further relates to an electrode forming process of a BGA type semiconductor package. The present invention further relates to a mounting process for a BGA type semiconductor package.
[0002]
[Prior art]
The BGA type semiconductor package is characterized in that the mounting area is reduced by arranging electrodes in an area array at the bottom of the package, but due to its connection structure, the stress relaxation mechanism of the solder connection portion is weak.
[0003]
It is known that the life of the solder connection portion depends on the connection cross-sectional area, the solder height, the volume, and the like, and is improved by increasing the solder height.
[0004]
Therefore, a method has been proposed in which a dam is made of a material that does not wet with solder (solder resist or the like), the solder is made into a cylindrical shape, and the height is increased.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the solder is formed in a cylindrical shape, the solder tends to be spherical due to the surface tension of the solder itself. For this reason, there has been a problem that a phenomenon occurs in which the solder is divided at the cylindrical portion, and as a result, a connection failure occurs.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a solder connection portion structure that does not cause a connection failure.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a mounting structure of a BGA type semiconductor package that does not cause connection failure.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a solder paste that does not cause poor connection.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide an electrode forming process of a BGA type semiconductor package which is improved so as not to cause a connection failure.
[0010]
It is still another object of the present invention to provide a BGA type semiconductor package mounting process improved so as not to cause connection failure.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The solder connection structure according to claim 1 is provided on one substrate, and has a higher melting point than the solder.At least the surface gets wet with the solderA first solder including a dissimilar material having a composition is provided. A second solder made of solder is provided on the other substrate.A recess is formed on at least one surface of one substrate and the other substrate,The first solder and the second solder are brought into contact with each other to melt them., Dissimilar materials in the vicinity of the electrodes in the recesses in at least one of the one substrate and the other substrateIt becomes.
[0012]
According to a preferred embodiment of the present invention, the specific gravity of the dissimilar material is substantially equal to that of solder. Further, the specific gravity of the different material may be larger than that of the solder. Further, the dissimilar material may be composed of a dissimilar material having a specific gravity greater than that of solder and a dissimilar material having a specific gravity smaller than that of solder.
[0013]
The shape of the different material is preferably spherical.
Further, the dissimilar material may be made of a material that gets wet with the solder, or may have a surface coated with a metal that gets wet with the solder.
[0014]
  In the mounting structure of the BGA type semiconductor package according to claim 2, solder and a melting point higher than that of the solder are formed on one substrate.At least the surface gets wet with the solderA first solder including a dissimilar material having a composition is provided. A second solder made of solder is provided on the other substrate.A recess is formed on at least one surface of one substrate and the other substrate,The first solder and the second solder are brought into contact and melted., Dissimilar materials in the vicinity of the electrodes in the recesses in at least one of the one substrate and the other substrateIt becomes.
[0015]
Also in the invention according to claim 2, as the dissimilar material, those used in the preferred embodiment of claim 1 can be used.
[0016]
The size of the different material preferably satisfies the following formula.
D- {B- (B2−ρ2)1/2} / 2 <A <2D
D: Concave height: ρ: Concave width: A: Dissimilar material diameter, B: Solder ball diameter
It is preferable to use lead-free solder as the solder.
[0017]
  IsThe paste isIn one aspect,It consists of a solder powder, a fluxing agent, and a powder of a different material having a higher melting point than that of the solder and a surface wetted by the solder.
[0018]
According to the present invention, the specific gravity of the dissimilar material is substantially equal to that of solder.
Further, the specific gravity of the different material may be larger than that of the solder.
[0019]
Further, it may be preferable that the specific gravity of the dissimilar material is smaller than that of the solder.
The dissimilar material may be composed of a dissimilar material having a specific gravity greater than that of solder and a dissimilar material having a specific gravity smaller than that of solder.
[0020]
The shape of the different material is preferably spherical.
In addition, the dissimilar material is preferably coated with a metal that wets the surface of the dissimilar material.
[0025]
  Claim3In the mounting process of the BGA type semiconductor package according to the above, first, a solder paste comprising a solder powder, a flux agent, and a powder of a different material having a melting point higher than that of the solder and at least the surface being wetted by the solder, Print on the mounting board. A BGA type semiconductor package is mounted on the mounting substrate. The solder paste is melted, whereby the BGA type semiconductor package is electrically connected to the mounting board via solder partially mixed with different materials, while the mounting board and the BGA type semiconductor are connected. The dissimilar material is unevenly distributed in the vicinity of the electrode in the recess formed on at least one surface of the package.
[0026]
  Claim4In the mounting process of the BGA type semiconductor package according to the above, first, a stencil having an opening for screen printing is formed on the mounting substrate. In the stencil opening, a dissimilar material having a composition having a melting point higher than that of the solder and at least the surface being wetted by the solder is placed. A solder paste is printed on the mounting board. Remove the stencil. A BGA type semiconductor package having solder balls is placed on the mounting substrate. The solder paste is melted, whereby the solder balls of the BGA type semiconductor package are connected to the mounting board, and the dissimilar material is mixed into the solder balls, while the mounting board and the BGA type semiconductor package are mixed. The dissimilar material is unevenly distributed in the vicinity of the electrode in the recess formed on at least one surface.
[0027]
  Claim5In the mounting process of the BGA type semiconductor package according to the above, first, one substrate and the other substrate to be connected to each other with solder are prepared. A first solder made of solder is formed on the one substrate. A second solder comprising a first dissimilar material having a composition having a higher melting point than that of the solder and having a specific gravity smaller than that of the solder, and a second dissimilar material having a composition having a higher melting point than that of the solder and having a specific gravity greater than that of the solder. Formed on the other substrate. The first solder and the second solder are brought into contact with each other to melt them.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0029]
Embodiment 1
In the solder connection portion structure according to the first embodiment, a dissimilar material made of a metal having a melting point higher than that of the solder is disposed in the connection recess using solder, and the electrode in the recess is electrically connected via the solder containing the dissimilar material. The present invention relates to a solder connection part structure that performs a general connection.
[0030]
Referring to FIG. 1, the connection recess is formed by an opening of insulator 2 and electrode pad 3. The dissimilar material 1 is disposed in the connection recess. Solder balls 6 are electrically connected to the recesses. In the figure, 16 represents a sealing resin.
[0031]
The mounting process of the BGA type semiconductor package, in which different materials are inserted into the solder balls of the mounting structure of the BGA type semiconductor package and electrical connection is made, will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 2, solder paste 7 is printed on mounting board 13 using stencil 12. In the figure, reference numeral 14 denotes a printing squeegee. Thereafter, the stencil 12 is removed.
[0032]
Referring to FIG. 3, metal 1 which is a different material is mixed in solder ball 6 of BGA type semiconductor package 5. The BGA type semiconductor package 5 to be electrically connected is mounted on the mounting substrate 13. The solder balls 6 and the solder paste 7 of the BGA type semiconductor package 5 are melted by passing through a reflow furnace, and both are joined. In FIG. 3, 3 represents an electrode pad, 15 represents an LSI chip, and 16 represents a sealing resin. Since the metal 1 is present in the opening of the insulator 2 in the connection portion where the BGA type semiconductor package 5 and the mounting substrate 13 are electrically connected, the solder 6 is separated when connecting to the mounting substrate 8. The problem is solved and the metal 1 supplements the electrical connection.
[0033]
Embodiment 2
In the second embodiment, brass (Cu—Zn alloy, specific gravity = 8.44 g / cm) as an example of a different material whose melting point is higher than that of solder and specific gravity is equivalent to that of solder.Three) Was used. At this time, the specific gravity of the solder (Sn—Pb eutectic) is 8.3 to 8.5 g / cm.ThreeThe specific gravity of the dissimilar material and the solder is almost the same. In another embodiment, zinc (specific gravity = 7.143 g / cm) is used for a combination of different materials and solder.Three) And solder (Sn-3.5Ag-0.7Cu or Sn-4.7Ag-1.7Cu or Sn-0.7Cu or Sn-9Zn, both specific gravity = 7.27 to 7.4 g / cmThree) Can be used. In these cases, since the specific gravity is substantially equal to each other, it is a feature that the movement of different materials does not occur when the solder is melted.
[0034]
Embodiment 3
In the present embodiment, Cu (specific gravity = 8.96 g / cm) is an example of a different material having a higher melting point than solder and a higher specific gravity than solder.Three) Was used. Solder (specific gravity = 8.3-8.5 g / cmThree), And the different materials have the property of being settled and locally unevenly distributed when the solder is melted. For example, a semiconductor device having this connection structure is placed on top, mounted on a substrate, and solder on the substrate is melted, so that dissimilar materials are unevenly distributed on the substrate side, and bonding is realized.
[0035]
Referring to FIG. 4, when a BGA type semiconductor package using a different material 1 having a specific gravity larger than that of the connection portion of solder 6 is mounted on the surface of the mounting substrate, the different material 1 is in the solder 6 when the solder 6 melts. Referring to FIG. 5, the dissimilar material 1 cannot be placed in the opening of the insulator 2 of the BGA type semiconductor package.
[0036]
However, referring to FIG. 6, dissimilar material 1 can be placed in via portion 4 of mounting substrate 13, and a BGA type semiconductor package mounting structure can be realized.
[0037]
7 and 8, when the BGA type semiconductor package is mounted on the back surface of the mounting substrate 13 using the different material 1 having a specific gravity larger than that of the connection portion of the solder 6, the BGA type semiconductor package is used. When the solder 6 is melted, the dissimilar material 1 falls to the electrode side of the mounting substrate 13, and when it is rotated 180 ° again, the dissimilar material 1 enters the opening of the insulator 2 of the BGS type semiconductor package. A mounting structure of a BGS type semiconductor package on which the material 1 is placed can be realized.
[0038]
Embodiment 4
As an example of a dissimilar material whose melting point is higher than that of solder and whose specific gravity is lower than that of solder, Fe (specific gravity = 7.87 g / cmThree) Or Al (specific gravity = 2.699 g / cm)Three) Was used. Such dissimilar materials are solder (specific gravity = 8.3-8.5 g / cmThree) Has a small specific gravity, so that the dissimilar material floats when the solder is melted and has a local uneven distribution characteristic. For example, by bonding a semiconductor device having the present connection structure on top, mounting it on a substrate, and melting the solder on the substrate, it is possible to realize a junction characterized by uneven distribution of different materials on the semiconductor package side.
[0039]
Referring to FIG. 9A, when the different material 1 having a specific gravity smaller than that of the solder 6 connection portion is used, the different material 1 floats in the solder 6 when the solder is melted. The dissimilar material 1 is not present in the two openings. However, referring to FIG. 9B, when the BGA type semiconductor package is mounted on the surface of the mounting substrate 13, if the BGA type semiconductor package is rotated by 180 °, the dissimilar material 1 is generated when the solder 6 is melted again. Emerges. As a result, referring to FIG. 10, it is possible to realize a mounting structure of a BGA type semiconductor package in which the different material 1 is placed in the opening of the insulator 2 of the BGA type semiconductor package.
[0040]
However, referring to FIG. 11, in the case of mounting on both sides in the case of double-sided mounting, in the case of the mounting structure of the BGA type semiconductor package, it is rotated 180 ° again. Therefore, when the solder is melted, the dissimilar material 1 floats as shown in FIG. With reference to FIG. 12, the mounting structure of the BGA type semiconductor package in which the different material 1 is placed in the via portion 4 of the mounting substrate 13 can be realized.
[0041]
Embodiment 5
As an example of a combination of a dissimilar material having a higher melting point than solder and a specific gravity greater than that of solder and a different material having a specific gravity smaller than that of solder, Cu (specific gravity = 8.96 g / cm)Three), Fe (specific gravity = 7.87 g / cm)Three), Solder (specific gravity = 8.3-8.5 g / cm)Three) Was used. In the present embodiment, since the different material that settles when the solder melts and the different material that floats exist, it is possible to obtain a joint structure in which different materials are placed on the upper and lower surfaces of the joint.
[0042]
Embodiment 6
In order to facilitate the movement of different materials in the molten solder due to the difference in specific gravity with the solder when the solder is melted, the shape of the different materials is made substantially spherical.
[0043]
Embodiment 7
In the present embodiment, a different material made of a material that gets wet with solder is used as an example, but other materials may be used. For example, in order to improve the wettability characteristics with the solder, the surface of a different material may be subjected to, for example, Au—Ni plating.
[0044]
Embodiment 8
In the present embodiment, referring to FIG. 13, the diameter A of the different material 1 is set smaller than the height of the opening of the insulator 2. When the height of the opening of the insulator 2 is D, the opening diameter of the insulator 2 is ρ, the solder ball diameter is B, and the diameter of the dissimilar material 1 is A, the solder ball 8 is disposed in the opening of the insulator 2. The clearance between the solder ball 8 and the electrode pad 3 is
D- {B- (B2−ρ2)1/2} / 2
Therefore, when the solder ball 8 is melted, wetting between the different material 1 and the solder ball 8 is possible.
[0045]
Referring to FIG. 14, when the diameter A of the different material 1 is larger than the height of the opening of the insulator 2, the opening height of the insulator 2 is larger than at least the radius A / 2 of the different material 1. Therefore, when the solder ball 8 is mounted by the ball adsorption device, the solder ball 8 does not come off from the opening of the insulator 2.
[0046]
Embodiment 9
In the above embodiment, as the material of the solder ball, Sn-Pb eutectic solder, Sn-3.5Ag-0.7Cu, Sn-4.7Ag-1.7Cu, Sn-0.7Cu, Sn-9Zn, etc. Lead-free solder is effective.
[0047]
Embodiment 10
The present embodiment also relates to a process for forming an electrode of a BGA type semiconductor package in which a different material is inserted into a solder ball of the BGA type semiconductor package and electrical connection is made. In the present embodiment, paste-like solder obtained by kneading solder powder, a flux agent, and different materials is used.
[0048]
First, referring to FIG. 15, a solder paste 10 in which a different material 1 is mixed is printed in an opening of an insulator 2 in a BGA type semiconductor package.
[0049]
Referring to FIG. 16, solder ball 8 is adsorbed by ball adsorbing device 9 and arranged in the opening of insulator 2 of the BGA type semiconductor package on which the solder paste is printed. By mixing the different materials 1 in advance, the step of inserting the different materials 1 immediately before printing can be omitted. Heating is performed using a reflow furnace or the like, and the solder balls 8 and the solder paste 7 are melted and joined.
[0050]
Embodiment 11
In the present embodiment, as a specific example of the tenth embodiment, brass (Cu—Zn alloy, specific gravity = 8.44 g / cm) is used as an example of a different material having a melting point higher than that of solder and a specific gravity equivalent to that of solder.Three) Was used. At this time, the specific gravity of the solder (Sn—Pb eutectic) is 8.3 to 8.5 g / cm.ThreeThe specific gravity of the dissimilar material and the solder is almost the same. In another embodiment, zinc (specific gravity = 7.143 g / cm) is used for a combination of different materials and solder.Three) And solder (Sn-3.5Ag-0.7Cu or Sn-4.7Ag-1.7Cu or Sn-0.7Cu or Sn-9Zn, specific gravity = 7.27 to 7.4 g / cm)Three) Can be used. In these cases, since specific gravity is substantially equal to each other, there is a feature that the movement of different materials does not occur when the solder is melted.
[0051]
Embodiment 12
In this embodiment, as a specific example of the tenth embodiment, Cu (specific gravity = 8.96 g / cm) is used as an example of a different material having a melting point higher than that of solder and a specific gravity higher than that of solder.Three) Was used. Solder (specific gravity = 8.3-8.5 g / cmThree), And the different materials have the property of being settled and locally unevenly distributed when the solder is melted.
[0052]
Embodiment 13
In the present embodiment, as a specific example of the tenth embodiment, Fe (specific gravity = 7.87 g / cm) is used as an example of a different material whose melting point is higher than that of solder and whose specific gravity is smaller than that of solder.Three) Or Al (specific gravity = 2.699 g / cm)Three) Was used. Solder (specific gravity = 8.3-8.5 g / cmThreeSince the specific gravity of the dissimilar material is smaller than that of), the dissimilar material floats up when the solder melts and is locally unevenly distributed.
[0053]
Embodiment 14
In this embodiment, as a specific example of the tenth embodiment, Cu (specific gravity = 8.96 g /) is used as an example of a combination of a dissimilar material having a melting point higher than that of solder and a specific gravity larger than that of solder and a small dissimilar material. cmThree), Fe (specific gravity = 7.87 g / cm)Three), Solder (specific gravity 8.3-8.5 g / cmThree) Was used. In the present embodiment, it is possible to obtain a joint structure in which different materials that precipitate when the solder melts and different materials that float are present, and different materials are present on the upper and lower surfaces of the joint.
[0054]
Embodiment 15
In the present embodiment, as a specific example of the tenth embodiment, the shape of the dissimilar material is substantially spherical in order to make it easier for the dissimilar material to move in the molten solder due to the difference in specific gravity with the solder when the solder is melted.
[0055]
Embodiment 16
In the present embodiment, as a specific example of the tenth embodiment, a material obtained by applying Au—Ni plating or the like to a different material is used in order to improve the wetting characteristics between the different material and the solder.
[0056]
Embodiment 17
The present embodiment relates to an electrode forming process of a BGA type semiconductor package in which a different material is inserted into a solder ball of the BGA type semiconductor package and electrical connection is made.
[0057]
Referring to FIG. 17, dissimilar material 1 is arranged in the opening of insulator 2 in the BGA type semiconductor package with the electrode surface facing up.
[0058]
Thereafter, as shown in FIG. 16, the solder balls 8 are disposed in the openings of the insulator 2 of the BGA type semiconductor package after the solder paste 7 is printed by the ball suction device 9. It heats using a reflow furnace etc., the solder ball 8 and the solder paste 7 are fuse | melted, and these are joined.
[0059]
Embodiment 18
The eighteenth embodiment also relates to an electrode forming process of a BGA type semiconductor package in which a different material is inserted into a solder ball of the BGA type semiconductor package and electrical connection is made.
[0060]
Referring to FIG. 17, dissimilar material 1 is arranged in the opening of insulator 2 in the BGA type semiconductor package with the electrode surface facing up.
[0061]
Referring to FIG. 18, solder paste 7 is printed in the opening of insulator 2 of the BGA type semiconductor package.
[0062]
As shown in FIG. 16, the solder balls 8 are arranged in the openings of the insulator 2 of the BGA type semiconductor package after the solder paste 7 is printed by the ball suction device 9. It heats using a reflow furnace etc., the solder ball 8 and the solder paste 7 are fuse | melted, and these are joined.
[0063]
Embodiment 19
The nineteenth embodiment relates to an electrode forming process of a BGA type semiconductor package in which a different material is inserted into a solder ball of the BGA type semiconductor package and electrical connection is made.
[0064]
Referring to FIG. 19, solder paste 7 is printed in the opening of insulator 2 in the BGA type semiconductor package. Solder balls 11 mixed with different materials 1 are arranged by the ball suction device 9 in the openings of the insulator 2 in the BGA type semiconductor package after the solder paste 7 is printed. It heats using a reflow furnace etc., the solder ball | bowl 11 and the solder paste 7 are fuse | melted, and these are joined.
[0065]
Embodiment 20
The present embodiment relates to a mounting process of a BGA type semiconductor package in which a different material is mixed into a solder ball of the mounting structure of the BGA type semiconductor package to perform electrical connection.
[0066]
Referring to FIG. 20, solder paste 10 kneaded with dissimilar material 1 is printed on substrate 13.
[0067]
Referring to FIG. 21, a BGA type semiconductor package 5 is mounted on a mounting substrate 13 on which a solder paste 10 in which a different material 1 is kneaded is printed.
[0068]
Heating is performed using a reflow furnace or the like, and the solder balls 6 and the solder paste 10 of the BGA type semiconductor package 5 are melted and joined. By mixing the different materials 1 in advance, it is possible to save time for inserting the different materials 1 immediately before printing.
[0069]
Embodiment 21
The present embodiment relates to a mounting process of a BGA type semiconductor package in which different materials are mixed in a solder ball of a mounting structure of a BGA type semiconductor package and electrical connection is made.
[0070]
Referring to FIG. 22, a stencil 12 for printing a solder paste is provided on a substrate 13, and the different material 1 is placed in the opening of the stencil 12.
[0071]
Referring to FIG. 23, the solder paste 7 is supplied by the printing squeegee 14 to the opening of the stencil 12 after the dissimilar material 1 is inserted, and then the stencil 12 is removed. Thereafter, referring to FIG. 21, BGA type semiconductor package 5 is mounted on mounting substrate 13 on which dissimilar material 1 and solder paste 10 are printed. It heats using a reflow furnace etc., the solder ball 8 and the solder paste 7 are fuse | melted, and these are joined.
[0072]
Embodiment 22
In this embodiment, as a specific example of the embodiment 11, as a combination of a different material having a higher melting point than that of the solder and a specific gravity higher than that of the solder and a small different material, Cu (specific gravity = 8.96 g / cmThree), Fe (specific gravity = 7.87 g / cm)Three), Solder (specific gravity = 8.3-8.5 g / cm)Three) Was used. In the present embodiment, it is possible to obtain a joint structure that has different materials that float when the solder melts and different materials that float, and the different materials are contained in the upper and lower surfaces of the joint.
[0073]
Embodiment 23
Referring to FIG. 24, when a BGA type semiconductor package using a different material 1 having a specific gravity smaller than that of the connection portion of solder 6 and a different material 1 having a higher specific gravity is mounted on the mounting substrate 13, the front side of the mounting substrate 13. At the time of melting the solder 6, the dissimilar material 1 having a large specific gravity settles on the electrode via 4 of the mounting substrate 13, and the dissimilar material 1 having a small specific gravity floats to the opening of the insulator 2 of the BGA type semiconductor package, An electrode part can be formed.
[0074]
Similarly, referring to FIG. 25, a BGA type semiconductor package using the seed material 1 having a specific gravity smaller than that of the connection portion of the solder 6 and the different material 15 having a higher specific gravity is mounted on the mounting substrate 13 on both sides. In this case, the dissimilar material 1 can float or descend due to the difference in specific gravity of the solder, and the dissimilar material 1 can be present in the recess. In the figure, 17 is an electrode pad.
[0075]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the portion (bump) electrically connected to the pad portion in the BGA type semiconductor package, the dissimilar material exists in the opening of the insulator, so that The solder separation phenomenon can be eliminated, the production yield can be improved, and the connection reliability after mounting can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a connection portion structure in which a different material exists in a connection recess using solder according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a solder paste is printed on a mounting board using a stencil.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state where a BGA type semiconductor package having a different material in a recess is mounted on a mounting substrate.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a BGA type semiconductor package in which a different material having a specific gravity greater than that of solder exists in a recess.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a mounting structure of a BGA type semiconductor package at the time of melting a solder when a different material has a specific gravity smaller than that of solder.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a mounting structure of a BGA type semiconductor package in which a dissimilar material having a specific gravity greater than that of solder exists in a recess of the mounting substrate.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a BGA type semiconductor package in which a different material having a specific gravity equivalent to that of solder exists in a recess.
FIG. 8 is a cross-sectional view when a BGA type semiconductor package is mounted on the back side of the mounting substrate.
FIG. 9A is a cross-sectional view of a BGA type semiconductor package in which a different kind of material having a specific gravity smaller than that of solder exists, and FIG. 9B is a cross-sectional view when the semiconductor package is mounted on a mounting substrate printed with paste.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the mounting structure of the BGA type semiconductor package after the dissimilar material floats.
FIG. 11 is a cross-sectional view when a BGA type semiconductor package having a different material having a specific gravity smaller than that of solder is mounted on the back of the mounting substrate.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a mounting structure of a BGA type semiconductor package in which a dissimilar material having a specific gravity smaller than that of solder floats in a recess of the mounting substrate, and the dissimilar material exists in the recess.
FIG. 13 is a view for explaining the definition of the connection structure in which different materials exist in the connection recesses using solder according to the present invention, and shows a case where the diameter of the different materials is smaller than the height of the opening of the insulator. It is a figure.
FIG. 14 is a diagram showing a connection structure in which a different material exists in a connection recess using solder according to the present invention, and shows a case where the diameter of the different material is larger than the height of the insulator opening.
FIG. 15 is a cross-sectional view when a solder paste mixed with different materials is printed in a BGA type semiconductor package recess.
FIG. 16 is a cross-sectional view of mounting a solder ball on a concave portion of a BGA type semiconductor package on which paste printing has been performed with a ball suction device.
FIG. 17 is a cross-sectional view when a different material is inserted into a BGA type semiconductor package recess.
FIG. 18 is a cross-sectional view when a solder paste is printed in a BGA type semiconductor package recess.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a solder ball mixed with different materials in a paste-printed BGA type semiconductor package recess when mounted by a ball suction device.
FIG. 20 is a cross-sectional view when a solder paste mixed with different materials is printed on a mounting board using a stencil.
FIG. 21 is a cross-sectional view when a solder ball is mounted on a paste printed mounting board by a ball suction device.
FIG. 22 is a cross-sectional view when dissimilar materials are placed on the mounting board using a stencil.
FIG. 23 is a cross-sectional view when a solder paste is printed on a mounting board using a stencil.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a mounting structure of a BGA type semiconductor package in which different types of materials having larger and smaller specific gravity than solder are present in the mounting substrate and the BGA type semiconductor package recess.
25 is a cross-sectional view of the mounting structure of the BGA type semiconductor package at the time of melting the solder when the mounting structure of the BGA type semiconductor package shown in FIG. 24 is mounted on both sides.
[Explanation of symbols]
1 Dissimilar material, 2 Insulator in BGA type semiconductor package, 3 electrode pad, 6 solder, 16 sealing resin.

Claims (5)

一方の基板に設けられ、はんだと、該はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料とを含む第1はんだと、
他方の基板に設けられ、はんだからなる第2はんだと、を備え、
前記一方の基板と前記他方の基板との少なくとも一方の表面上に凹部が形成され、
前記第1はんだと前記第2はんだとを接触させて、これらを溶融し、前記異種材料を前記一方の基板と前記他方の基板との少なくとも一方における前記凹部内の電極近傍に偏在させてなる、はんだ接続部構造。
A first solder provided on one substrate and including a solder and a different material having a higher melting point than the solder and at least a surface wetted by the solder;
A second solder provided on the other substrate and made of solder,
A recess is formed on at least one surface of the one substrate and the other substrate,
The first solder and the second solder are brought into contact with each other to melt them, and the dissimilar material is unevenly distributed in the vicinity of the electrode in the recess in at least one of the one substrate and the other substrate. Solder connection structure.
一方の基板に設けられ、はんだと、該はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料とを含む第1はんだと、
他方の基板に設けられ、はんだからなる第2はんだとを備え、
前記一方の基板と前記他方の基板との少なくとも一方の表面上に凹部が形成され、
前記第1はんだと前記第2はんだとを接触させ、これらを溶融し、前記異種材料を前記一方の基板と前記他方の基板との少なくとも一方における前記凹部内の電極近傍に偏在させてなる、BGA型半導体パッケージの実装構造。
A first solder provided on one substrate and including a solder and a different material having a higher melting point than the solder and at least a surface wetted by the solder;
A second solder provided on the other substrate and made of solder;
A recess is formed on at least one surface of the one substrate and the other substrate,
A BGA formed by bringing the first solder and the second solder into contact with each other, melting them, and causing the dissimilar material to be unevenly distributed in the vicinity of the electrode in the recess in at least one of the one substrate and the other substrate. Type semiconductor package mounting structure.
はんだ粉体と、フラックス剤と、はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料の粉体とからなるはんだペーストを、実装基板に印刷する工程と、
前記実装基板の上にBGA型半導体パッケージを載置する工程と、
前記はんだペーストを溶融させ、それによって、前記BGA型半導体パッケージを、前記異種材料が部分的に混入したはんだを介して、前記実装基板に電気的に接続する一方で、前記実装基板と前記BGA型半導体パッケージとの少なくとも一方の表面上に形成された凹部内の電極近傍に前記異種材料を偏在させる工程と、を備えたBGA型半導体パッケージの実装プロセス。
A step of printing a solder paste consisting of a solder powder, a flux agent, and a powder of a dissimilar material made of a composition having a melting point higher than that of the solder and at least the surface being wetted by the solder on the mounting board;
Placing a BGA type semiconductor package on the mounting substrate;
The solder paste is melted, whereby the BGA type semiconductor package is electrically connected to the mounting board through solder partially mixed with the dissimilar material, while the mounting board and the BGA type are connected. And a step of unevenly distributing the dissimilar material in the vicinity of the electrode in the recess formed on at least one surface of the semiconductor package.
実装基板の上にスクリーン印刷用の開口部を有するステンシルを形成する工程と、
前記ステンシル開口部に、はんだより融点が高く、少なくとも表面がはんだに濡れる組成からなる異種材料を載置する工程と、
はんだペーストを前記実装基板の上に印刷する工程と、
前記ステンシルを取外す工程と、
はんだボールを有するBGA型半導体パッケージを、前記実装基板の上に載置する工程と、
前記はんだペーストを溶融させ、それによって前記BGA型半導体パッケージのはんだボールと前記実装基板を接続するとともに、該はんだボール中に前記異種材料を混入せしめる一方で、前記実装基板と前記BGA型半導体パッケージとの少なくとも一方の表面上に形成された凹部内の電極近傍に前記異種材料を偏在させる工程と、を備えたBGA型半導体パッケージの実装プロセス。
Forming a stencil having an opening for screen printing on the mounting substrate;
Placing a dissimilar material composed of a composition having a melting point higher than that of the solder and at least the surface being wetted by the solder in the stencil opening; and
Printing a solder paste on the mounting substrate;
Removing the stencil;
Placing a BGA type semiconductor package having solder balls on the mounting substrate;
The solder paste is melted, thereby connecting the solder balls of the BGA type semiconductor package and the mounting board, and mixing the different materials into the solder balls, while the mounting board and the BGA type semiconductor package are And a step of unevenly distributing the dissimilar material in the vicinity of an electrode in a recess formed on at least one surface of the BGA type semiconductor package.
はんだで互いに接続すべき一方の基板と他方の基板を準備する工程と、
はんだからなる第1はんだを前記一方の基板に形成する工程と、
はんだより融点が高い組成からなり、かつはんだより比重が小さい第1の異種材料と、はんだより融点が高い組成からなり、かつはんだより比重が大きい第2の異種材料とを含む第2はんだを前記他方の基板に形成する工程と、
前記第1はんだと前記第2はんだとを接触させて、これらを溶融する工程と、
を備えたBGA型半導体パッケージの実装プロセス。
Preparing one substrate and the other substrate to be connected to each other with solder;
Forming a first solder made of solder on the one substrate;
A second solder comprising a first dissimilar material having a higher melting point than that of the solder and having a specific gravity lower than that of the solder; and a second dissimilar material having a composition having a higher melting point than that of the solder and having a higher specific gravity than that of the solder. Forming on the other substrate;
Bringing the first solder and the second solder into contact with each other and melting them;
BGA type semiconductor package mounting process comprising:
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