JP4283091B2 - 電子部品の実装方法 - Google Patents

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Description

本発明は電子部品の実装方法に関するものであり、特に、BGA/CSP等に代表される部品下面に接合部を有する表面実装電子部品のハンダ接合部に発生するボイドを低減させるための構成に特徴ある電子部品の実装方法に関するものである。
近年、半導体装置等の電子部品の小型化、高集積度化に伴って接続端子が増加するとともに狭ピッチ化しているが、この様な電子部品を実装する際に、多数の端子を効率良く配置するためにBGA(Ball Grid Array)構造が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
特に、パッケージを半導体チップと同程度の大きさにするCSP(Chip Scale Package)等においては、BGA構造を採用してBGA/CSP部品としている。
ここで、図乃至図を参照して、この様なBGA/CSP部品をプリント基板等の実装基板に搭載する際の一般的な実装方法を説明する。
参照
まず、プリント基板50上に設けたフットパターン51上にスクリーン印刷法を用いてハンダペーストを印刷してハンダペースト印刷52を形成する。
なお、このハンダペースト印刷52は、後述するBGA/CSP部品40に設けたハンダバンプと1:1に対向するように2次元格子状に配置されている。
参照
次いで、Cuパッド43を介してハンダバンプ45を形成したBGA/CSP部品40をハンダバンプ45とハンダペースト印刷52とが対向するようにプリント基板50上に搭載する。
なお、図において、符号41,42は、BGA/CSP部品40を構成するサブストレート基板及びモールド樹脂であり、また、符号44はハンダレジストである。
参照
次いで、リフロー等の加熱装置を用いて加熱することによって、ハンダバンプ45とハンダペースト印刷52とを溶融接合してバンプ接合部46を形成し、BGA/CSP部品40をプリント基板50に電気的・機械的に接続する。
参照
この場合、ハンダペーストにより構成したハンダペースト印刷52中のフラック等の気化により、バンプ接合部46にボイド47が発生する場合がある。
特に、プリント基板50の両面にBGA/CSP部品40等の電子部品を実装する際に、発生したボイド47は、部品背面通過する際に、ボイド47が発生したバンプ接合部46の膨張により、隣接するバンプ接合部46と接触してショートを起こしたり、或いは、プリント基板50から浮き上がってOpen障害が生じたりする不良が発生する。
そこで、X線観察によりバンプ接合部におけるボイドの発生状態を観察し、多数のボイドが発生した場合、BGA/CSP部品40を取外し、プリント基板50をクリーニングしたのち、新たなBGA/CSP部品40をクリーニングしたプリント基板50に実装するリペア工程が行われることになる。
このようなボイド47の発生は、Sn−Pb共晶ハンダを用いた場合において生ずるものであり、電子部品のボールピッチ狭ピッチ化/接続ボール数の増大に伴って発生する不良を低減させた、電気的/機械的接続の高信頼な製造方式が必要となってきている。
一方、環境問題対策の一環として、最近は鉛フリーハンダ製品開発に取り組んでおり(例えば、特許文献2参照)、従来のSn−Pb共晶ハンダ(融点:183℃)より高融点なSn−Ag−Cuハンダ(融点:217℃)の採用が一般的になっている。
特開平09−008081号公報 特開2003−290974号公報
しかし、ボイド発生が多発している場合、Open障害発生の可能性が大きくなり、上述のX線観察での見逃しが懸念される。
特に、より高融点の鉛フリーハンダを用いた場合には、ハンダ付け温度プロファイルの高温化及びハンダペースト中のフラックス成分の高沸点溶剤への変更等により、ハンダ接合部に発生するボイドの数もSn−Pb共晶ハンダと比較して増大傾向にあり、電気的/機械的な接続信頼性を低下させるという問題がある。
また、鉛フリーハンダを用いた場合には、電子部品の耐熱性の問題から、ハンダ付け温度プロファイルの高温化が困難になるためハンダの融点より+10〜20℃程度のピーク温度を採用しているため、この点からも電気的/機械的な接続信頼性を低下させる虞がある。
因に、従来のSn−Pb共晶ハンダの場合には、+30℃を確保することができる。
したがって、本発明は、ハンダ接合部におけるボイドは発生を抑制し、接合部における電気的/機械的接続の信頼性を高めることを目的とする。
ここで、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
上記課題を解決するために、本発明は、一つの接続用パッドに対する接続用バンプを複数のハンダバンプで構成した電子部品を実装基板に実装する方法において、実装基板に設けたハンダペースト印刷上に、ハンダバンプを構成するハンダ材料より低融点の材料からなる微小ハンダを設け、電子部品に設けた接続用バンプの少なくとも一部がハンダペースト印刷に設けた微小ハンダと接触した状態で溶融接合を行うことを特徴とする。
このように、接続用バンプを複数のハンダバンプで構成することによって、空間が構成されるとともに、ハンダ溶融時のハンダ濡れ活性を接続用パッド全体に発生させることができるため、ボイドを確実に逃がすことができる。
特に、低融点の材料からなる微小ハンダを設けているので、ハンダ接合部の中央部から溶融させることができ、それによってガスを外部に逃げやすくすることができる。
この場合、複数のハンダバンプの内に少なくとも1個のハンダバンプの融点が、他のハンダバンプの融点と異なるようにしても良く、ハンダバンプの溶融による一体化の時間を長くすることでき、それによって、ガスをより確実に逃がすことができるのでボイドの発生を抑制することができる。
本発明においては、一つの接続用パッドに対する接続用バンプをハンダの溶融に伴って発生するガスを逃げやすくする構造を採用しているので、ハンダ接合部に発生するボイドを低減させ、電気的/機械的な接続の信頼性を向上することができる。
本発明は、一つの接続用パッドに対する接続用バンプをハンダの溶融に伴って発生するガスを逃げやすくする構造、特に、一個の接続用バンプを複数のハンダバンプで構成した電子部品を実装基板に実装する場合に、実装基板側にもハンダの溶融に伴って発生するガスを逃げやすくする構造、特に、ハンダペースト印刷上にハンダバンプを構成するハンダ材料より低融点の材料からなる微小ハンダを設けた構成を採用するものである。
ここで、実施例1を説明する前に、図1乃至図3を参照して、本発明の実施例1のBGA/CSP部品の実装工程の前提となる参考例1を説明する。
参照
は、BGA/CSP部品の説明図で、右図はBGA/CSP部品の概略的要部断面図で、左図は概略的要部平面図であり、BGA/CSP部品10は半導体チップ(図示を省略)を搭載したサブストレート基板11をモールド樹脂(図示を省略)でモールドするとともに、サブストレート基板11の裏面に設けた二次元格子状に配置したCuパッド12に直径が例えば、Cuパッド12の直径の約半分のSn−Ag−Cuからなる2つのハンダバンプ13をハンダペースト印刷(図示を省略)を介して溶融接合する。
なお、符号14はハンダレジストである。
この時、2つのハンダバンプ13が溶融して完全に一体にならないように、ハンダ溶融温度域のギリギリな温度プロファイルを作成し、ハンダバンプ13全体が溶融する前の半溶融状態でハンダバンプ13とCuパッド12のみを接続させる。
この場合、2つのハンダバンプ13は完全に分離していても良いし、或いは、一部において溶融接合していても良い。
参照
次いで、上述のBGA/CSP部品10を、フットパターン31上にハンダペーストをスクリーン印刷して形成したハンダペースト印刷32を設けたプリント基板30に対してハンダペースト印刷32とハンダバンプ13とが対向するように載置する。
参照
次いで、加熱装置(図示を省略)を用いて加熱することによって、ハンダバンプ13とハンダペースト印刷32とを溶融してハンダ接合部16を形成し、BGA/CSP部品10とプリント基板30とを電気的・機械的に接合する。
この時、図に示すようにハンダバンプ13とハンダペースト印刷32との間には空間15が形成されているので、ハンダペースト印刷32に含まれるフラックスが気化して発生するガスを空間15を介して効率的に逃すことができるので、バンプ接合部16にボイドが発生することがない。
次に、図を参照して、本発明の実施例のBGA/CSP部品の実装工程の前提となるハンダバンプ構造に関する参考例2を説明する。
参照
は、本発明の実施例1の前提となる参考例2のBGA/CSP部品の説明図で、右図はBGA/CSP部品の溶融前の概略的要部断面図で、左図はBGA/CSP部品の概略的要部平面図であり、BGA/CSP部品10を構成するサブストレート基板11の裏面に設けた二次元格子状に配置したCuパッド12に直径が例えば、Cuパッド12の直径の約半分のSn−Ag−Cuからなるハンダバンプ13とSn−Ag−Cuより融点の低いSn−Bi(融点=139℃)からなる同じ大きさのハンダバンプ17を設ける。
以降のプリント基板30への実装工程は上記の参考例1の場合と同様である。
この参考例2においては、2つのハンダバンプ13,18の融点が互いに異なるので、ハンダ溶融温度プロファイルにおいて溶融時が異なるため溶融・流動時間が長くなるので、溶融に伴って発生するフラックスガスを効果的に逃すことができる。
以上を前提として、次に、図を参照して、本発明の実施例のBGA/CSP部品の実装工程を説明する。
参照
は、本発明の実施例の説明図であり、左図はプリント基板におけるハンダペースト印刷の概略的平面図であり、右図は溶融前の載置状態における概略的要部断面図であり、プリント基板30の表面に設けた直径が、例えば、0.35mmのフットパターン31の上に第1のハンダペーストをスクリーン印刷してハンダペースト印刷32を形成したのち、第1のハンダペーストより低融点のハンダペーストを用いてハンダペースト印刷32の中央部に直径が、例えば、0.1mmのハンダボール33を転写する。
以降のプリント基板30への実装工程は上記の参考例1の場合と同様である。
この実施例においては、実装基板側のハンダペースト印刷32に低融点のハンダボール33を設けているので、溶融接合時にハンダペースト印刷32の中央部に設けたハンダボール33から溶融するので、溶融接合時に発生するフラックスガスを外部に逃がし易くなり、ボイドの発生をより効果的に抑制することができる。
以上、本発明の実施例及び前提となる参考例を説明してきたが、本発明は実施例及び前提となる参考例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、実施例及び前提となる参考例に記載した直径等の数値は記載した数値に限られるものではない。
また、上記の参考例1,2においては、1つのCuパッド12に対して2個のハンダバンプを設けているが、ハンダバンプの数は必ずしも2個に限られるものではなく、3個以上設けても良いものである。
但し、ハンダバンプの高さが低くなる問題がある。
また、上記の参考例2において、3個以上のハンダバンプを設ける場合には、全てのハンダバンプの融点を互いに異なるように設定しても良いし、或いは、1個だけを他のハンダバンプと融点が異なるようにしても良いものである。
また、上記の実施例においては、参考例1に記載したBGA/CSP部品10を実装しているが、上述の参考例2に示したBGA/CSP部品10を実装しても良いものである。さらには、実装基板側に微小ハンダを設けているので、電子部品としては、従来のハンダバンプ構造の電子部品を設けても良いものである。
また、上記の実施例及び前提となる参考例においては、Sn−Ag−Cuハンダ或いはSn−Biハンダとして説明しているが、これらのハンダに限られるものではなく、鉛フリーハンダであれば良く、さらには、必ずしも鉛フリーハンダに限られるものではなく、Sn−Pb系ハンダに対しても適用されるものである。
また、上記の実施例及び前提となる参考例においては、実装する電子部品をBGA/CSP部品としているが、必ずしもCSP型に限られるものではなくBGAを備えた電子部品であれば良い。
さらには、BGAを備えた電子部品に限られるものではなく、少なくともハンダバンプを備えた電子部品であれば適用可能である。
また、上記の実施例及び前提となる参考例においては、実装基板をプリント基板としているが、必ずしもプリント基板に限られるものではなく、インターポーザ等の各種の実装基板に適用されることは言うまでもない。
本発明の活用例としては、半導体装置の実装構造が典型的なものであるが、半導体装置に限られるものではなく、ハンダバンプを備えている場合には超電導デバイス、LCD(液晶表示パネル)、或いは、強誘電体を用いた光デバイス等の他の電子部品の実装構造としても用いても良いものである。
本発明の前提となる参考例1のBGA/CSP部品の途中までの実装工程の説明図である。 本発明の前提となる参考例1のBGA/CSP部品の図1以降の途中までの実装工程の説明図である。 本発明の前提となる参考例1のBGA/CSP部品の図2以降の実装工程の説明図である。 本発明の前提となる参考例2のBGA/CSP部品のハンダバンプ構造の説明図である。 本発明の実施例1のBGA/CSP部品の実装工程の説明図である。 従来のBGA/CSP部品の途中までの実装工程の説明図である。 従来のBGA/CSP部品の図6以降の途中までの実装工程の説明図である。 従来のBGA/CSP部品の図7以降の実装工程の説明図である。 従来のBGA/CSP部品の実装における問題点の説明図である。
10 BGA/CSP部品
11 サブストレート基板
12 Cuパッド
13 ハンダバンプ
14 ハンダレジスト
15 空間
16 ハンダ接合部
17 ハンダバンプ
30 プリント基板
31 フットパターン
32 ハンダペースト印刷
33 ハンダボール
40 BGA/CSP部品
41 サブストレート基板
42 モールド樹脂
43 Cuパッド
44 ハンダレジスト
45 ハンダバンプ
46 ハンダ接合部
47 ボイド
50 プリント基板
51 フットパターン
52 ハンダペースト印刷

Claims (2)

  1. 一つの接続用パッドに対する接続用バンプを複数のハンダバンプで構成した電子部品を実装基板に実装する方法において、前記実装基板に設けたハンダペースト印刷上に、上記ハンダバンプを構成するハンダ材料より低融点の材料からなる微小ハンダを設け、上記電子部品に設けた接続用バンプの少なくとも一部が前記ハンダペースト印刷に設けた微小ハンダと接触した状態で溶融接合を行うことを特徴とする電子部品の実装方法。
  2. 前記複数のハンダバンプの内に少なくとも1個のハンダバンプの融点が、他のハンダバンプの融点と異な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
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