JP3766362B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、詳しくは、複数のボール電極が二次元的に配列されたBGA(ボール・グリッド・アレイ)型の半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6に、特許文献1に記載された、従来例のBGAパッケージの側面図を示す。半導体素子5が配線基板(インターポーザ)1の表面に搭載され、その上からモールド樹脂6により被覆されている。また、配線基板1の裏面に複数の裏面電極(ランド)2が平面状に形成されており、裏面電極2上に複数のボール電極3が載置されている。
【0003】
このBGAパッケージの製造工程について、図7を参照しながら説明する。まず、図7(a)に示すように、表面に半導体素子5が搭載され、その上からモールド樹脂6により被覆され、複数の裏面電極2が平面状に形成された配線基板1を用意する。
【0004】
次に、図7(b)に示すように、複数の裏面電極2上にフラックス(接続材料)7を印刷する。
【0005】
次いで、図7(c)に示すように、複数の半田ボール4をプレート8上に形成された複数の孔9上にそれぞれ整列して吸着させる。
【0006】
続いて、図7(d)に示すように、プレート8を配線基板1の裏面に載置し、プレート8上の複数の半田ボール4と、配線基板1の複数の裏面電極2を位置合わせする。
【0007】
その後、図7(e)に示すように、複数の半田ボール4を配線基板1の複数の裏面電極2上に転写し、図7(f)に示すように、配線基板1を加熱(リフロー)して半田ボール4を裏面電極2に溶着させ、配線基板1の裏面にボール電極3を形成する。
【0008】
【特許文献1】
特開平7−176567号公報(第4頁、第1図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来例においては、次のような問題がある。即ち、まず、半田ボールを配線基板の裏面電極上に転写する際に、半田ボールが球形のため半田ボールが転がって欠落する不具合が発生する。また、BGAパッケージの小型化に伴って電極間の狭小化が進み、配線基板の裏面電極のサイズも小さくなり、半田ボールの裏面電極上への転写の正確性が不足し、隣接する半田ボール同士が溶着することがある。また、図8の従来の半田ボール4と裏面電極2の転写状態の拡大図に示すように、半田ボール4と裏面電極2が接触する部分が球形のため、半田ボール4と裏面電極2の位置合わせが困難である。
【0010】
また、半導体素子とモールド樹脂の熱膨張率の違いにより配線基板に凹状又は凸状の反りやうねりが生じている場合があるが、これら反りやうねりの大きさによっては、複数の半田ボールを対応する裏面電極に十分に接触させられず、半田ボールを裏面電極上に正確に転写できないことがある。さらに、接触を良好とするために配線基板を過度に加圧すると、BGAパッケージが損傷することがあり、製造歩留まりや製品の信頼性を低下させていた。
【0011】
本発明は、このような従来技術における問題点を解決し、容易かつ正確に半田ボールの裏面電極への転写及び溶着が行える半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【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、本発明の半導体装置の製造方法においては、表面に半導体素子が搭載され、裏面に複数の裏面電極が形成された配線基板にボール電極を形成する。ここで、複数の半田ボールの裏面電極と接続される部分を平坦化し、半田ボールを、裏面電極上に転写する工程と、半田ボールを裏面電極に溶着させ、ボール電極を形成する工程とを備える。
【0013】
この構成により、半田ボールの裏面電極上への転写及び溶着が安定して行え、半田ボールが転がって欠落したり、隣接する半田ボール同士が溶着する不具合が防止でき、また、半田ボールと裏面電極との位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置の製造方法においては、配線基板が反り又はうねりを有する場合において、半田ボールを平坦化する工程において、半田ボールの高さを変化させることで、半田ボールを裏面電極へ安定して接触させることができる。
【0015】
この構成により、反りやうねりが生じた配線基板を用いる場合に、半田ボールの裏面電極上への転写及び溶着が安定して行え、半田ボールが転がって欠落したり、隣接する半田ボール同士が溶着する不具合が防止できる。
【0016】
また、本発明においては、半導体素子において、配線基板に対向する面に複数の素子電極が形成され、複数の素子電極と、対応する配線電極がそれぞれ突起電極を介して電気的に接続された配線基板を用いることが好ましい。
【0017】
この構成により、ブリッジタイプのBGAパッケージに対しても、適用が可能となる。また、パッケージの薄型化が容易となり、配線基板において、半導体素子が搭載される面と、半田ボールと裏面電極が搭載される面に分けることができ、半田ボールを搭載する工程が容易に行える。
【0018】
また、本発明においては、半導体素子において、配線基板に対向する面に複数の素子電極が形成され、複数の素子電極と、対応する配線電極がそれぞれ金属細線を介して電気的に接続された配線基板を用いることが好ましい。
【0019】
この構成により、モールドタイプのBGAパッケージに対しても、適用が可能となる。
【0020】
また、本発明においては、有機材料からなる配線基板であって、裏面電極における半田ボールが溶着される領域に、フラックス処理が施されているか又はニッケルメッキ及び金メッキがこの順で施された配線基板を用いることが好ましい。
【0021】
この構成により、裏面電極の防錆作用と裏面電極の表面の活性化作用により、半田ボールの搭載が容易かつ正確に行える。
【0022】
ここで、有機材料の代わりにセラミック材料からなる配線基板を用いることが好ましい。
【0023】
この構成により、配線基板の反りやうねりが小さくなり、加熱時の形状変化が実質的になくなるため、平坦性を必要とする半導体素子のフリップチップ実装に特に有効となる。
【0024】
また、本発明においては、半導体素子において、配線基板に対向する面に複数の素子電極が形成され、複数の素子電極の少なくとも1つが、リードフレームを介して配線基板の裏面電極と電気的に接続された配線基板を用いることが好ましい。
【0025】
この構成により、複数の素子電極から配線基板の裏面電極まで単一の素材で接続されるようになり、放熱効果に優れたものとなる。
【0026】
ここで、裏面電極における半田ボールが溶着される領域に、ニッケルメッキ、パラジウムメッキ、及び金メッキがこの順で施された配線基板を用いることが好ましい。
【0027】
この構成により、金メッキとパラジウムメッキによる裏面電極の保護膜としての作用により、ニッケルメッキに対する防錆作用が得られる。また、半田ボールの溶融時に、最も溶融速度の速い金が半田中に拡散され、その後、パラジウムが半田中に拡散された後、半田中の錫とニッケルが結合され、半田と裏面電極の接合が可能となる。
【0028】
また、ここで、裏面電極における半田ボールが溶着される領域に、錫及びビスマスを含む合金メッキが施された配線基板を用いることが好ましい。
【0029】
この構成により、合金メッキが、裏面電極の保護膜としての作用を発現するようになり、裏面電極の酸化、腐食が防止される。また、合金メッキは半田ボールが溶融時に半田中に溶融して半田と裏面電極の接合が可能となる。
【0030】
本発明の実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。
【0031】
(実施の形態1)
図1に、本実施の形態におけるBGAパッケージを示す。半導体集積回路が形成された半導体素子5が配線基板1の表面に搭載され、その上からモールド樹脂6により被覆されている。また、配線基板1の裏面に複数の裏面電極2が平面状に形成されており、裏面電極2上に複数のボール電極3が載置されている。また、図示を省略するが、半導体素子5における配線基板1に対向する面に複数の素子電極が設けられ、また、配線基板1の表面には、複数の配線電極が設けられており、複数の素子電極は、対応する複数の配線電極とそれぞれ突起電極又は金属細線を介して電気的に接続されている。また、複数の素子電極の少なくとも1つは、複数のボール電極3のいずれかと電気的に接続されている。
【0032】
図2に、本実施の形態におけるBGAパッケージの製造工程を示す。以下、図2を参照しながらBGAパッケージの製造方法について説明する。
【0033】
まず、図2(a)に示すように、表面に半導体素子5が搭載され、その上からモールド樹脂6により被覆され、裏面に複数の裏面電極2が平面状に形成された配線基板1を用意する。配線基板1としては、ガラスエポキシ、アラミド等の有機材料又はアルミナ、ガラス等のセラミック材料からなるものが用いられる。有機材料を用いる場合は、半導体素子が搭載される配線基板と、半導体装置が接続されるプリント基板の線膨張係数が等しくなるため、半田による接続の信頼性が向上する。また、セラミック材料を用いる場合は、配線基板の反りやうねりが小さくなり、加熱時の形状変化が実質的になくなるため、平坦性を必要とする半導体素子のフリップチップ実装に特に有効となる。
【0034】
次に、図2(b)に示すように、複数の裏面電極2上にフラックス(接続材料)7を印刷する。フラックス7としては、例えば、水溶性のもの、樹脂系のもの等を用いることができる。このフラックス処理を施すことにより、フラックスの粘着により、半田ボールを固定する効果が得られ、半田ボールの移動による、隣接する半田ボール同士の溶融や欠落が防止できる。なお、フラックス処理の代わりに複数の裏面電極2上にニッケルメッキ及び金メッキをこの順で施しても同様の効果が得られる。
【0035】
次いで、図2(c)に示すように、複数の半田ボール4をプレート8上に形成された複数の孔9上にそれぞれ整列して吸着させる。
【0036】
続いて、図2(d)に示すように、半田ボール4を吸着させたプレート8を平板10に加圧接触させて、半田ボール4が裏面電極2と溶着される部分を平坦化する。
【0037】
そして、図2(e)に示すように、プレート8を配線基板1の裏面に載置し、プレート8上の半田ボール4を、配線基板1の複数の裏面電極2上に転写する。
【0038】
その後、図2(f)に示すように、配線基板1を加熱(リフロー)して半田ボール4を裏面電極2に溶着させ、配線基板1の裏面にボール電極3を形成する。
【0039】
この製造方法によれば、半田ボール4の裏面電極2と溶着される部分が平坦化されているため、半田ボール4の裏面電極2への転写と溶着が安定して行え、半田ボール4が転がって欠落したり、隣接する半田ボール4同士が溶着する不具合が防止できる。
【0040】
図3に、本実施の形態における半田ボール4の裏面電極2への転写状態の拡大図を示す。このように、半田ボール4の裏面電極2と溶着される部分を平坦化することにより、半田ボール4の接地面積が大きくなり、半田ボール4の一部が裏面電極2と接していることで、半田ボール4が裏面電極2へ確実に溶着されるため、半田ボール4と裏面電極2の位置合わせが容易かつ正確に行える。
なお、本実施の形態において、配線基板1として、半導体素子5の配線基板1に対向する面に設けられた複数の素子電極の少なくとも1つが、リードフレームを介して配線基板1の裏面電極2と電気的に接続されたものを用いることができる。それにより、複数の素子電極から配線基板の裏面電極まで単一の素材で接続されるようになり、放熱効果に優れたものとなる。また、このとき、複数の裏面電極2の半田ボール4が溶着される領域に、ニッケルメッキ、パラジウムメッキ、及び金メッキをこの順で施しておくことが好ましい。それにより、金メッキとパラジウムメッキによる裏面電極の保護膜としての作用により、ニッケルメッキに対する防錆作用が得られる。また、半田ボールの溶融時に、最も溶融速度の速い金が半田中に拡散され、その後、パラジウムが半田中に拡散された後、半田中の錫とニッケルが結合され、半田と裏面電極の接合が可能となる。また、この代わりに、錫及びビスマスを含む合金メッキを施しても良い。それにより、合金メッキが、裏面電極の保護膜としての作用を発現するようになり、裏面電極の酸化、腐食が防止される。また、合金メッキが半田ボールの溶融時に半田中に溶融して半田と裏面電極の接合が可能となる。
【0041】
(実施の形態2)
図4に、本実施の形態におけるBGAパッケージの配線基板1aを示す。配線基板1aは、ボール電極が設けられる面が凹状に反っている。本実施の形態におけるBGAパッケージは、凹状に反った配線基板1aを用いる以外は、実施の形態1におけるBGAパッケージと同様であるので、その説明を省略する。
【0042】
本実施の形態におけるBGAパッケージの製造工程について、図5を参照しながら説明する。
【0043】
図5(a)〜図5(c)に示す工程は、図2(a)〜図2(c)に示した工程と同様であるので、その説明を省略する。
【0044】
図5(c)の工程に続いて、図5(d)に示すように、半田ボール4を吸着させたプレート8を平板10aに加圧接触させて、半田ボール4の頂部を平坦化する。ここで、平板10aの形状は、配線基板1aの反りの形状と対応させておく。それにより、半田ボール4のプレート8上における高さを、配線基板1aの反りの形状に合わせることができる。
【0045】
次に、図5(e)に示すように、プレート8を配線基板1aの裏面に配置し、プレート8上の半田ボール4を、配線基板1aの複数の裏面電極2上へ転写する。
【0046】
その後、図5(f)に示すように、配線基板1aを加熱(リフロー)して半田ボール4を裏面電極2に溶着させ、配線基板1aの裏面にボール電極3を形成する。
【0047】
この製造方法によれば、例えば、半導体素子とモールド樹脂の熱膨張率の違いにより凹状又は凸状の反りやうねりが生じている配線基板1aを用いる場合に、半田ボール4の高さを配線基板1aの反りの形状に応じて変化させることができる。それにより、裏面電極2へ半田ボール4を安定して接触させることができ、半田ボール4の裏面電極2への転写と溶着が安定して行える。
【0048】
【発明の効果】
本発明によれば、半田ボールの裏面電極と接続される部分を平坦化することで、半田ボールの裏面電極上への転写及び溶着が安定して行え、転がって欠落したり、隣接する半田ボール同士が溶着する不具合が防止でき、また、半田ボールと裏面電極との位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。また、本発明によれば、半田ボールの平坦化の際に、半田ボールの高さを変化させ、反りやうねりが生じた配線基板の形状に合わせることにより、裏面電極へ半田ボールを安定して接触させることができる。そして、これらにより半導体装置の製造歩留まりと信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1におけるBGAパッケージの側面図
【図2】 実施の形態1におけるBGAパッケージの製造工程図
【図3】 実施の形態1における半田ボールの裏面電極への転写状態の拡大図
【図4】 実施の形態2における配線基板の側面図
【図5】 実施の形態2におけるBGAパッケージの製造工程図
【図6】 従来例のBGAパッケージの側面図
【図7】 従来例のBGAパッケージの製造工程図
【図8】 従来例の半田ボールの裏面電極への転写状態の拡大図
【符号の説明】
1 配線基板
1a 反りを有する配線基板
2 裏面電極
3 ボール電極
4 半田ボール
5 半導体素子
6 モールド樹脂
7 フラックス
8 プレート
9 孔
10 平板
10a 反りを有する平板
Claims (1)
- 表面に半導体素子が搭載され裏面に複数の裏面電極が形成された配線基板に、複数のボール電極を形成する半導体装置の製造方法において、
複数の半田ボールの前記裏面電極と接合される部分を平坦化する工程と、
前記複数の半田ボールを前記裏面電極上に転写する工程と、
前記複数の半田ボールを前記裏面電極に溶着させ、前記複数のボール電極を形成する工程とを含み、
前記配線基板が反り又はうねりを有する場合に、前記複数の半田ボールを平坦化する工程にて前記複数の半田ボールの高さを前記配線基板の反り又はうねりに応じて変化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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