JP3707516B2

JP3707516B2 - 半導体素子の実装方法、およびこれに使用する素子実装用シート

Info

Publication number: JP3707516B2
Application number: JP25243797A
Authority: JP
Inventors: 徹岡田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JPH1197481A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の実装方法、およびこれに使用する素子実装用シート４に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）、あるいはＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）等においては、パッケージ底面にはんだ製の突出電極（バンプ）を予め形成しておき、該はんだバンプを溶融することにより実装基板上に実装される。
【０００３】
しかし、かかる実装方法においては、はんだバンプを予め素子側に形成しておく必要があるために、一般に工数がかかるという欠点を有する上に、素子を交換する際にも以下の欠点がある。すなわち、素子のリペアや後付けの場合には既に実装されている周辺の部品を避けるような特殊な印刷版を作成してはんだペーストを実装基板上に印刷する必要がある。このようないわゆるはんだペーストの局所印刷を行うためにはＢＧＡ等のほぼ同一サイズの小さな印刷版を使用する必要があるために、印刷しろ、およびローリングスペースが確保しにくく、所定位置に均一にはんだペーストを供給することが非常に困難である。
【０００４】
また、一度基板から取り外したＢＧＡ／ＣＳＰパッケージは接合部としてのはんだボールが取り外し時の熱により変形している。これを再び実装基板上に実装するにはＢＧＡ／ＣＳＰパッケージ残存しているはんだを除去した後、はんだボールを再生する必要があり、作業性が悪い。
【０００５】
【発明該解決しようとする課題】
本発明は以上の欠点を解消すべくなされたもので、ＢＧＡ／ＣＳＰパッケージ素子を簡単に実装基板上に実装することのできる半導体素子の実装方法、およびこれに使用する素子実装用シートの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
表面にフラックス層６が形成された耐熱性を有する絶縁シート３に穿孔した貫通孔３０、３０・・内に半導体素子１の接合用ランド１０に対応する複数のはんだ２、２・・を保持した素子実装用シート４を半導体素子１と実装基板５との間に介装し、
次いで、貫通孔３０内のはんだ２を溶融して半導体素子１を実装基板５上にはんだ付けする半導体素子の実装方法を提供することにより達成される。
【０００７】
半導体素子１を実装基板５上にはんだ付けするに際し、まず、実装基板５上に素子実装用シート４を載置し、この上に半導体素子１を重ねる。素子実装用シート４には半導体素子１の底面に形成された複数の接合用ランド１０、１０・・に合致して複数の貫通孔３０、３０・・が穿孔され、該貫通孔３０内にはんだ２が予め充填されている。貫通孔３０内へのはんだ２の充填は、予め貫通孔３０の形状に整形した固体のはんだ２を貫通孔３０に圧入することにより行える。素子実装用シート４の実装基板５上への載置、および素子実装用シート４上への半導体素子１の積層は貫通孔３０が半導体素子１、および実装基板５双方の接合用ランド１０、５０に一致するように行われ、この後、部分加熱、あるいはリフロー炉等適宜手段によりはんだ２を溶融した後、固化する。溶融したはんだ２は表面張力により図２（ａ）において鎖線で示すようにほぼ球状に変形して絶縁シート３の表裏面から飛び出して実装基板５、および半導体素子１の双方の接合用ランド５０、１０に接触する。接合用ランド１０、５０に接触した溶融はんだ２は接合用ランド１０、５０のはんだ濡れ性が良好であるために、接合用ランド１０、５０に沿って流動し、固化後は理想的なフィレット形状を有した状態で実装基板５と半導体素子１を接合する。はんだ付け後、素子実装用シート４は取り除かれることなくそのまま残存するが、絶縁体で形成されているために、接合用ランド１０、１０、あるいは５０、５０間が短絡することはない。
【０００８】
したがって本発明によれば、予め半導体素子１側にはんだバンプを形成したり、あるいは実装基板５側にはんだコートを施すことなく半導体を実装基板５上にはんだ付けすることができ、とりわけ、半導体素子１のリペア作業の効率を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上述した実装方法に使用できる素子実装用シートに関し、
表面にフラックス層６が形成された耐熱性を有する絶縁シート３に半導体素子１の接合用ランドピッチｐに対応する貫通孔３０が穿孔されるとともに、該貫通孔３０内には貫通孔３０とほぼ等断面形状の柱状のはんだ２が圧入される素子実装用シートである。
【００１０】
絶縁シート３に穿孔された貫通孔３０に予めはんだ２を保持したシート体としては、特開平７−３１２３９９号公報の図４に示されるように、半導体素子１のバンプを形成するためのはんだボールキャリアが知られている。このはんだボールキャリアは絶縁シート３の表面に平板状のランドパッドを、裏面に球状のはんだボールを形成したもので、ランドパッドを導電性接着剤を使用して半導体素子１のはんだボール形成用ランドに接合して使用される。しかし、上記公報に記載されたはんだボールキャリアは、絶縁シート３の表裏面で異形形状のはんだを形成するものであるために、製造が困難な上に、ランドパッドを溶融して半導体素子１に接合しようとすると、はんだボールも溶融してしまうために、半導体素子１への接合は導電性接着剤を使用するしかなく、さらに、はんだボールキャリアを半導体素子１に接合した後、再び実装基板５上ではんだボールを溶融する必要があるために、作業性が悪いという問題を有する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、これらの問題の解決をも図ることができるもので、ほぼ均一断面形状で柱状に形成されるはんだ２を貫通孔３０に圧入するだけで製造できるために、製造が容易であり、さらに、一度のはんだ溶融操作により半導体素子１を実装基板５上にはんだ付けすることができる。この場合、表裏面にフラックス層を形成しておくことにより、半導体素子１、あるいは実装基板５へのフラックス塗布を省くことができる。
【００１２】
貫通孔３０に圧入されるはんだ２は、絶縁シート３の板厚とほぼ同一の高さであれば、図２に鎖線で示すように、はんだ２が溶融して断面方向で内接する球形状となって、絶縁シート３から飛び出して接合用ランド１０、５０に接触するが、多角形に形成した場合には、これに加えて平面視方向でも内接する球形状となるために、飛び出し量が多くなる結果、接合用ランド１０との接合に寄与するはんだ量が多くなり、接合の信頼性が増す。さらに、図３（ｃ）に示すように、星形のように二直角より大きな内角を含む凹多角形とした場合には、溶融したはんだ２は凹多角形の頂点に内接する円になるために、高さ寸法がより高くなり、接合の信頼性がさらに増す。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示すように素子実装用シート４はポリイミド、エポキシ等の絶縁性、および耐熱性を有する絶縁シート３に複数のはんだ２、２・・を保持して形成される。はんだ２を保持するために絶縁シート３には複数の円形の貫通孔３０、３０・・が実装基板５、あるいは半導体素子１の接合パッド５０、１０のピッチに合わせて穿孔される。
【００１４】
はんだ２は上記貫通孔３０よりやや大きな径で、かつ高さが絶縁シート３の板厚にほぼ等しい円柱状に予め整形され、貫通孔３０に圧入される。さらに、絶縁シート３、およびはんだ２の表面には固形フラックス等によりフラックス層６が形成される。
【００１５】
この実施の形態における素子実装用シート４を使用して半導体素子１を実装基板５上に実装するには、まず、図２（ａ）に示すように、上記素子実装用シート４を実装基板５上に載置する。半導体素子１はパッケージ裏面に複数の接合用ランド１０、１０・・を所定ピッチｐで配列したＢＧＡ、あるいはＣＳＰ半導体素子である。絶縁シート３の各貫通孔３０は実装基板５上の接合パッドの位置に各々合致しているために、少なくとも２個のはんだ２、２を実装基板５上の接合用ランド５０に合致させることにより、他のはんだ２も各々接合用ランド５０上に配置される。この後、素子実装用シート４の上部に半導体素子１を積層し、ヒータ等適宜手段により貫通孔３０内のはんだ２を溶融させる。
【００１６】
はんだ２溶融操作に伴う加熱によりフラックス層６は液化して実装基板５、および半導体素子１の接合用ランド５０、１０を覆い、溶融したはんだ２は絶縁シート３のはんだ濡れ性が悪いことに加えて表面張力の作用により球状となるために、図２（ｂ）に示すように、絶縁シート３の表裏面に突出し、接合パッドに接触して接合パッド間を接合する。
【００１７】
なお、上述した実施の形態において貫通孔３０は円形に形成されているが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、四角形、あるいは三角形等、多角形、あるいは図３（ｃ）に示すように、星形等の凹多角形に形成することもできる。この場合、溶融したはんだ２は図３においてハッチングを施して示すように、球状になるために絶縁シート３からの飛び出し量が多くなり、接合パッドへのはんだ２供給量が多くなって接合信頼性が向上する。また、絶縁シート３を透明に形成し、適宜箇所に実装基板５側に形成されたマークに合致した時に接合用ランド５０とはんだ２が一致するマークを形成しておけば、位置合わせも容易になる。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、実装基板、あるいは半導体素子に予めバンプ等を形成することなく半導体素子のはんだ付けができるために、実装作業性を向上させることができる。
【００１９】
また、実装時、溶融したはんだはほぼ球形となって絶縁シートの上下に突出して各接合用ランドに接触するために、実装基板や半導体素子に反りがあっても確実な接合ができる。
【００２０】
さらに、実装後残存する絶縁シートは半導体素子と実装基板との間に介装されてスペーサの役割を果たすために、例えばはんだリフローのために加熱体を半導体素子に押し付けた場合にも溶融はんだが横方向に流れ出てショート等を引き起こすことが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示す図である。
【図２】半導体素子の実装手順を示す図で、（ａ）は実装基板と半導体素子との間に素子実装用シートを介装した状態を示す図、（ｂ）は接合ランド間がはんだにより接合された状態を示す図である。
【図３】貫通孔の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１半導体素子
１０接合用ランド
２はんだ
３絶縁シート
３０貫通孔
４素子実装用シート
５実装基板
ｐ接合用ランドピッチ

Claims

表面にフラックス層が形成された耐熱性を有する絶縁シートに穿孔した貫通孔内に半導体素子の接合用ランドに対応する複数のはんだを保持した素子実装用シートを半導体素子と実装基板との間に介装し、
次いで、貫通孔内のはんだを溶融して半導体素子を実装基板上にはんだ付けする半導体素子の実装方法。
表面にフラックス層が形成された耐熱性を有する絶縁シートに半導体素子の接合用ランドピッチに対応する貫通孔が穿孔されるとともに、該貫通孔内には貫通孔とほぼ等断面形状の柱状のはんだが圧入される素子実装用シート。