JP5187735B2 - Ｂｇａ型半導体部品の実装方法及び部品実装機の吸着ノズル - Google Patents

Description

本発明は、下面にバンプが配列されたＢＧＡ型の半導体部品を部品実装機の吸着ノズルで吸着して他のＢＧＡ型の半導体部品上又は基板上に実装するＢＧＡ型半導体部品の実装方法及び部品実装機の吸着ノズルに関する発明である。

半導体部品の高密度実装・高集積化を実現する３次元実装技術として、例えば特許文献１（特開２０００−２８６３８０号公報）、特許文献２（特開平９−２８３６９７号公報）、特許文献３（特開２００５−１５０７１９号公報）等に記載されたスタック実装技術がある。このスタック実装技術は、チップ・オン・チップ(Chip on Chip)や、パッケージ・オン・パッケージ(Package on Package)等の方式があり、フリップチップやＣＳＰ等の半導体パッケージ（以下これらを「半導体部品」と総称する）を上下に複数段積み重ねて実装するようにしている。

図３に示すように、下面にバンプ（半田ボール）１１，１２が配列されたＢＧＡ型の半導体部品１３，１４を上下に積み重ねてスタック実装する場合は、部品実装機の吸着ノズル１５で上方から半導体部品１３を吸着し、吸着した半導体部品１３を、先に基板１６上に実装された下側の半導体部品１４上に積み重ね、その状態で、吸着ノズル１５により上方から押圧力を作用させて上下の半導体部品１３，１４をバンプ１１で接合するようにしている。
特開２０００−２８６３８０号公報 特開平９−２８３６９７号公報 特開２００５−１５０７１９号公報

従来のスタック実装技術では、図３に示すように、吸着ノズル１５で半導体部品１３を吸着する際に、当該吸着ノズル１５のうちの半導体部品１３上面に当接する部分１５ａが当該半導体部品１３下面のバンプ１１の真上位置からずれた状態となっている。また、上側の半導体部品１３下面のバンプ１１の位置と下側の半導体部品１４下面のバンプ１２の位置とがずれた状態となっている場合がある。このような場合は、吸着ノズル１５により押圧力を作用させて上下の半導体部品１３，１４をバンプ１１で接合する際に、吸着ノズル１５による押圧力が半導体部品１３，１４のバンプ１１，１２が無い部分に集中的に作用して、半導体部品１３，１４に局所的に曲げ応力や剪断応力が生じるため、その応力が半導体部品１３，１４の許容応力を越えると、半導体部品１３，１４にクラックが生じたり、破損してしまう。

そのため、従来のスタック実装技術では、クラックや破損を防止するために、吸着ノズル１５から半導体部品１３，１４に作用させる押圧力を小さくする必要があり、その分、半導体部品１３，１４間のバンプ１１の接続状態にばらつきが生じやすく、接続信頼性がが低下するという問題があった。
このような問題は、ＢＧＡ型の半導体部品を基板上に実装する場合でも同様に生じる問題である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、部品実装機の吸着ノズルでＢＧＡ型の半導体部品を吸着して他のＢＧＡ型の半導体部品上又は基板上に実装する場合に、半導体部品のクラック・破損を防止しながら半導体部品のバンプの接続信頼性を向上できるＢＧＡ型半導体部品の実装方法及び部品実装機の吸着ノズルを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、下面にバンプが配列された複数の半導体部品を上下に積み重ねて実装するＢＧＡ型半導体部品のスタック実装方法において、部品実装機の吸着ノズルで上方から半導体部品を吸着する際に、当該吸着ノズルのうちの半導体部品上面に当接する部分（以下「ノズル当接部」という）が当該半導体部品下面のバンプのうちの最外周に配置されたバンプの真上のみに位置するように吸着し、吸着した半導体部品を下側の半導体部品上に積み重ねる際に、吸着した半導体部品のバンプのうちの少なくとも前記ノズル当接部の真下に位置するバンプが、下側の半導体部品のいずれかのバンプの真上に位置するように積み重ね、その状態で、前記吸着ノズルにより上方から押圧力を作用させて上下の半導体部品間を前記バンプで接合するようにしたものである。

このＢＧＡ型半導体部品のスタック実装方法では、吸着ノズルのうちの半導体部品上面に当接するノズル当接部が当該半導体部品下面のバンプのうちの最外周に配置されたバンプの真上のみに位置し、且つ、上側の半導体部品下面のバンプのうちの少なくとも前記ノズル当接部の真下に位置するバンプが、下側の半導体部品のいずれかのバンプの真上に位置するように積み重ねるため、吸着ノズルのノズル当接部の真下に各半導体部品のバンプのうちの最外周に配置されたバンプが位置して、吸着ノズルのノズル当接部から各半導体部品に作用する押圧力が各半導体部品の最外周に配置されたバンプにその真上から作用するようになり、吸着ノズルによる押圧力が半導体部品の最外周のバンプより内周側の部分にほとんど作用しなくなって、半導体部品に大きな曲げ応力や剪断応力が生じることを防止できる。このため、半導体部品間のバンプの接続信頼性を向上させるために吸着ノズルによる押圧力を従来よりも高めても、半導体部品のクラック・破損を防止することができ、半導体部品のクラック・破損防止と半導体部品間のバンプの接続信頼性向上とを両立させることができる。

しかも、前記ノズル当接部が、当該半導体部品下面のバンプのうちの最外周に配置されたバンプの真上のみに位置するように吸着するようにしているため、吸着ノズルから半導体部品に対して押圧力を広範囲に安定して作用させることができ、半導体部品のクラック・破損防止効果を高めることができる。

また、請求項２のように、本発明のＢＧＡ型半導体部品の実装方法に用いる部品実装機の吸着ノズルは、ノズル当接部が当該半導体部品下面のバンプのうちの最外周に配置されたバンプの真上のみに位置するようなサイズに形成して、部品実装機に交換可能に取り付けるようにすれば良い。このようにすれば、部品実装機で実装する半導体部品の品種をバンプの位置が異なる他の品種に切り換えるときに、その半導体部品の最外周に配置されたバンプの位置に合ったサイズのノズル当接部を持つ吸着ノズルを部品実装機に取り付けることが可能となり、半導体部品の品種の切り替えにも対応できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
図１に示すように、基板２０上に、下面にバンプ（半田ボール）２１，２２が配列された複数のＢＧＡ型の半導体部品２３，２４を上下に積み重ねてスタック実装する。各半導体部品２３，２４は、フリップチップ又はＣＳＰ等の半導体パッケージにより構成されている。

部品実装機の吸着ノズル２５は、各段の半導体部品２３，２４を吸着する際に、半導体部品２３，２４の上面に当接する部分（以下「ノズル当接部」という）２５ａが当該半導体部品２３，２４下面のバンプ２１，２２のうちの最外周に配置されたバンプ２１，２２の真上のみに位置するようなサイズに形成されている。

この吸着ノズル２５は、部品実装機の装着ヘッド（図示せず）に交換可能に取り付けられる。これにより、部品実装機で実装する半導体部品の品種をバンプの位置が異なる他の品種に切り換えるときに、その半導体部品のバンプの位置に合ったサイズのノズル当接部を持つ吸着ノズルを部品実装機に取り付けることが可能となり、半導体部品の品種の切り替えにも対応できる。

基板２１上に、複数の半導体部品２３，２４を上下に積み重ねてスタック実装する場合は、吸着ノズル２５で各段の半導体部品２３，２４を吸着する際に、当該吸着ノズル２５のうちの半導体部品２３，２４の上面に当接するノズル当接部２５ａが当該半導体部品下面の最外周のバンプ２１，２２の真上のみに位置するように吸着する。

そして、下側の半導体部品２４を基板２０上に実装する場合は、図２に示すように、吸着ノズル２５に上述した状態に吸着した半導体部品２４を基板２０の部品搭載位置に載せ、その状態で、吸着ノズ２５により上方から半導体部品２４に押圧力を作用させて半導体部品２４下面のバンプ２２を基板２０のランド（図示せず）に接合する。

この後、吸着ノズル２５に上述した状態に吸着した上側の半導体部品２３のバンプ２１のうちの少なくとも前記ノズル当接部２５ａの真下に位置する最外周のバンプ２１が、下側の半導体部品２４のいずれかのバンプ２２（本実施例では最外周のバンプ２２）の真上に位置するように積み重ね、その状態で、吸着ノズル２５により上方から押圧力を作用させて上下の半導体部品２３，２４間をバンプ２１で接合する。

以上説明した本実施例の半導体部品２３，２４の実装方法では、吸着ノズル２５で上方から各段の半導体部品２３，２４を吸着する際に、吸着ノズル２５のうちの半導体部品２３，２４の上面に当接するノズル当接部２５ａが当該半導体部品２３，２４下面の最外周のバンプ２１の真上のみに位置するように吸着し、且つ、上側の半導体部品２３下面のバンプ２１のうちの少なくともノズル当接部２５ａの真下に位置する最外周のバンプ２１が、下側の半導体部品２４の最外周のバンプ２２の真上に位置するように積み重ねるため、吸着ノズル２５のノズル当接部２５ａの真下に各半導体部品２３，２４のバンプ２１，２２が位置して、吸着ノズル２５のノズル当接部２５ａから各半導体部品２３，２４に作用する押圧力が各半導体部品２３，２４のバンプ２１，２２にその真上から作用するようになり、吸着ノズル２５による押圧力が半導体部品２３，２４のバンプ２１，２２が無い部分にほとんど作用しなくなって、半導体部品２３，２４に大きな曲げ応力や剪断応力が生じることを防止できる。このため、実装時にバンプ接続信頼性を向上させるために吸着ノズル２５による押圧力を従来よりも高めても、半導体部品２３，２４のクラック・破損を防止することができ、半導体部品２３，２４のクラック・破損防止とバンプ接続信頼性向上とを両立させることができる。

同様に、吸着ノズル２５で半導体部品２３，２４を吸着する際に、吸着ノズル２５による押圧力を従来よりも高めても、半導体部品２３，２４のクラック・破損を防止することができ、吸着性も向上できる。

しかも、従来よりも薄型化された低強度の半導体部品のスタック実装も可能となり、スタック実装構造の薄型化にも対応できると共に、Ｇａ−Ａｓ等の機械的強度が弱くても高速応答性等の電気的特性に優れた特長を持つ半導体部品のスタック実装も可能となる。

更に、吸着時や実装時のみならず、フラックス、半田、導電性ペースト等を半導体部品２３，２４のバンプ２１，２２に転写する時にも、半導体部品２３，２４に対して従来よりも強い圧力をかけることが可能となり、転写性も向上できる。

本発明に関連する図２の参考例では、基板２０上に半導体部品２４を実装する場合に、半導体部品２４の上面に当接するノズル当接部２５ａが当該半導体部品２４下面の最外周のバンプ２２の真上のみに位置するように吸着して、当該半導体部品２４を基板２０に実装するようにしている。

その他、本発明は、半導体部品を３段以上積み重ねたスタック実装にも適用できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

本発明の一実施例におけるＢＧＡ型半導体部品のスタック実装方法を説明する図である。 基板上に半導体部品を実装する方法を説明する図である。 従来のＢＧＡ型半導体部品のスタック実装方法の課題を説明する図である。

符号の説明

２０…基板、２１，２２…バンプ、２３，２４…ＢＧＡ型の半導体部品、２５…吸着ノズル、２５ａ…ノズル当接部

Claims (2)

1. 下面にバンプが配列された複数の半導体部品を上下に積み重ねて実装するＢＧＡ型半導体部品の実装方法において、
   部品実装機の吸着ノズルで上方から半導体部品を吸着する際に、当該吸着ノズルのうちの半導体部品上面に当接する部分（以下「ノズル当接部」という）が当該半導体部品下面のバンプのうちの最外周に配置されたバンプの真上のみに位置するように吸着し、吸着した半導体部品を下側の半導体部品上に積み重ねる際に、吸着した半導体部品のバンプのうちの少なくとも前記ノズル当接部の真下に位置するバンプが、下側の半導体部品のいずれかのバンプの真上に位置するように積み重ね、その状態で、前記吸着ノズルにより上方から押圧力を作用させて上下の半導体部品間を前記バンプで接合することを特徴とするＢＧＡ型半導体部品の実装方法。
2. 請求項１に記載のＢＧＡ型半導体部品の実装方法に用いる部品実装機の吸着ノズルにおいて、
   吸着ノズルは、前記ノズル当接部が当該半導体部品下面のバンプのうちの最外周に配置されたバンプの真上のみに位置するようなサイズに形成され、部品実装機に交換可能に取り付けられることを特徴とする部品実装機の吸着ノズル。

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