JPH02294097A - 半導体装置の端子接合用マイクロカプセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体装置の端子接合用マイクロカプセルに
関する。さらに詳しくは、実装密度が向上した半導体素
子の接合に適する半導体装置の端子接合用マイクロカプ
セルに関する。

［従来の技術］ 従来より半導体素子のプリント基板（以下、ＰＣＢとい
う）上への接合は、たとえば第６（ａ）〜（ｅ）図に示
すような手順で行なわれている。第６《ω〜（ｅ）図に
おいて、（１）はＰＣＢ　，　（２）はＰＣＢの配線パ
ターン、（３）はスキージ、（４）は半導体パッケージ
、（５）はハンダペースト、（６）はメタルマスクであ
る。

第８　（ａ）〜（ｅ）図に示す例における半導体パッケ
ージ（４）のＰＣＢ　（１）への接合は次のようにして
行なわれる。

ＰＣＢ　［１）上の配線パターン（′２Ｊの半導体パッ
ケージ（４）の外部リード（４ａ）との接合部（以下、
接合部という）　（２ａ）にハンダペースト＋５）をス
クリーン印刷法により塗布する。このハンダペースト（
５）はＰｂ１Ｓｎなどの合金からなるハンダの粒とフラ
ックスなどの溶剤からなっている。スクリーン印刷法で
は、メタルマスク（６）をＰＣＢ　（１）に被せ、この
メタルマスク（６）の開口部（６ａ》から接合部（２ａ
》をのぞかせ、しかるのちハンダペースト（５）が載置
されたスキージ（３）をたとえば第６《ｃ》図の矢印の
方向に移動させることにより前記開口部（８ａ）から前
記接合部（２ａ）へのハンダペースト（５）の塗布が行
なわれる。スキージ（３）はマスクとの摩擦やハンダペ
ーストの押し出しを考慮して通常弾性力のあるゴムなど
により構成されている。

次にパターン認識法などにより搭栽すべき半導体パッケ
ージ（４）の外部リード（４ａ）を接合部（２ａ）上に
位置合せしたのち搭載し、赤外線加熱炉などの加熱炉内
において加熱して接合部（２ａ）に塗布されたハンダペ
ースト（５ａ）を溶融し、接合部（２ａ）と外部リード
（４ａ）との接合を行なう。ハンダペースト（５ａ）に
含まれるフラックスは、配線パターン（２）表面の酸化
膜を除去する活性力を有しそのまま放置されることによ
り半導体素子の性能低下を招いたり、プリント基板上の
配線間の絶縁性を劣化させるなどのおそれがあるので、
接合部（２ａ）と外部リード（４ａ）の接合ののち洗浄
工稈により除去される。

このフラックス除去によりハンダ付作業が終了する。

［発明が解決しようとする課題］ 前述のような方法により第７図に示す外部リード（４ａ
）のピッチ（ｐ）が０．８■および０．６５＋ｍの半導
体パッケージ（４）がＰＣＢ　（１）上へ搭載されてい
る。

しかしながら、実装密度の向上に伴いピッチ（ｐ）およ
び隙間（Ｓ）が小さくなる傾向にあり、現在ではピッチ
（ｐ）が０．５ｍｍのものが開発され、さらに将来的に
はピッチ（ｐ）が０　．　４ａ＋ｉのものが出現するも
のと考えられている。このようにピッチ（ｐ）が小さく
なれば、必然的にＰＣＢ　（１）上の接合部（２ａ）の
間隔（ｓ）も狭くなり、ｐ−０　．　５ｍｍでｓ−０　
．　２ｍｍ、ｐ−０．４ａ＋ｍでｓ−０．１５１Ｍｍと
なる。かかる情況においてスクリーン印刷法によりハン
ダペースト（５）を塗布するぱあい、印刷精度の向上と
印刷するペースト（５ａ）の厚さのコントロールが大変
重要となる。たとえば、ｐ＝０．４ｍｍのときに精度よ
く印刷するためには、メタルマスク（６）厚さを薄＜　
ＬＤ．Ｉｍｍ以下として配線パターン間へのハンダペー
スト（５ａ）のはみ出しをなくさなければならない。

一方、メタルマスク（６）の厚さを薄くすると、接合部
（２ａ）へのハンダペースト（５）の供給量が減少し、
そのため信頼性上必要な適正なハンダのミンスカス（５
ｂ）　（第８図参照）が形成されないばかりでなく、ハ
ンダ付け不良により接合部（２ａ）と外部り一ド（４ａ
）とが接合されないオーブン不良が発生するというよう
な問題があった。

本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、ピッチ（ｐ）が僅少となっても接合部（２ａ）
と外部リード（４ａ）との接合が可能な接合材を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体装置の端子接合用マイクロカプセル（以
下、マイクロカプセルという）は、所定温度および（ま
たは）所定圧力でクラックを生ずる皮膜からなる外殻と
、半導体素子の接合端子とプリント配線板とを接合する
機能を有する熱溶融性導電物質からなる内体とからなる
ことを特徴としている。

［作　用］ 本発明のマイクロカプセルは所定温度でクラックを生ず
る皮膜からなる外殻と、半導体素子の接合端子とプリン
ト配線とを接合する機能を有する熱溶融性導電物質から
なる内体とから構成されているので、加熱によりクラッ
クの生じたマイクロカプセルのみより溶出した導電物質
により接合部（２ａ）と外部リード（４ａ）との接合が
行なわれ、加熱されないマイクロカプセルにはクラック
が生じず導電物質が溶出せず不要な接合が生ずることが
ない。

［実施例］ 次に本発明の一実施例を図面に基づいて説明するが、本
発明は何もかかる実施例のみに限定されるものではない
。

第１図は本発明のマイクロカプセル（７）を接合部（２
ａ）にスクリーン印刷法により塗布した状態を示す斜視
図であり、第１図に示すように接合部（２ａ）が同一方
向に並ぶ配線パターンについては、マイクロカプセル（
７）は、接合部（２ａ）の一群に対して１つの開口部を
有するメタルマスク（６）を用いて帯状に塗布される。

第２図は、マイクロカプセル（′７）が帯状に塗布され
た基板上（１）上に、半導体パッケージ（４）が搭栽さ
れた状態を示す斜視図である。半導体バッヶーノ（４）
が搭載されたときの接合部（２ａ）と外部リード（４ａ
）との状態を模式的に示せば第３《ω図および第４（ａ
）図のようになる。かかる状態においてボンディングツ
ール（８）を用いて接合部（２ａ）と外部リード（４ａ
）との間にあるマイクロカプセル（７）を加熱する。

使用するボンディングツール（８）は熱電導がよいとい
う点からインコネルなどのものを使用するのが好ましい
。加熱温度は基板に損傷を与えない点から４００℃以下
であればよい。また加熱時間は、加熱温度により変るが
、作業性の点から１０秒以内である。

ボンディングツール（８）による加熱により、マイクロ
カプセル（７）の外殻（７ａ）には第３《ｂ》図および
第４山）図に示すごとくク、ラックが生じ内体（７ｂ）
が溶出し、他のマイクロカプセル（力から同様に溶出し
てきた内体（７ｂ）と融合する。前記加熱工程中におい
ても接合部（２ａ）と外部リード（４ａ）との間にない
マイクロカプセル（′７）は、ボンデイングツール（８
）により外殻（７ａ）にクラックが生じる程度には加熱
されないし、また外殻（７ａ）にクラツクが入らない程
度の温度では内部金属が溶出していないので、内体（７
ｂ）が溶出するようなことはない。このため外部リード
（４ａ）相互に短絡などの不要接合が生じることはない
。

接合部（２ａ）と外部リード（４ａ）との接合がされた
のち、余剰のマイクロカプセル（刀は洗浄などを行なう
ことにより、除去される（第３（Ｃ）図参照）。

洗浄方法は、接合部（２ａ）と外部リード（４ａ）との
接合に悪影響を与えないものならいかなる方法も用いる
ことができるが、絶縁樹脂からなる外殻（７ａ）を除去
する点からアルコールなどの有機溶剤を用いるのが好ま
しい。

前記実施例においてはボンディングツール（８）により
加熱のみを行なって接合部（２ａ）と外部リード（４ａ
）との接合を行なったが、クラックを発生しやすくする
ためにボンディングツール（８）によりマイクロカプセ
ル（７）を加圧しながら加熱を行なうこともできる。こ
れにより加熱温度を下げることが可能となる。また内部
金属が溶融しなくても圧接により接合することも可能と
なる。

つぎにマイクロカプセル（７）および接合メカニズムに
ついて第５く■〜〈小図に基づいて詳細に説明する。

マイクロカプセル（′７）は、第５《ω図に示すように
、外殻（７ａ）とこの外殻に被われた内体（７ｂ》とか
らなっている。

外殻（７ａ）に使用する材料は、内体（７ｂ）を含有し
ボンディングツール（８）より加えられる熱、または熱
および圧力によりクラックを生じるものであればいかな
るものをも使用しうるが、電気的絶縁性をもたせるため
に絶縁性材料が好ましい。その具体例としてはポリフエ
ニールサルファイドなどをあげることができる。外殻（
７ａ）はいかなる形状のものも採用することができる。

外殼（７ａ）のサイズは印刷性の点より５〜１００論の
範囲にあれば実用上問題はない。外殻の厚さは強度の点
より０．１〜１０遍の範囲にあれば実用上問題はない。

内体（７ｂ）は、導電性を有する金属粉と、この金属粉
を分散保持するための分散媒とからなっている。金属粉
はボンディングツールよりの熱により溶融し、接合部（
２ａ）と外部リード（４ａ）とを電気的に融合しかつ所
定の機械的強度を有するものであればいかなるものをも
用いることができるが、外殻（７ａ）にクラックが入る
温度で溶融する金属が好ましく、実使用上から１００℃
以上の融点をもつ金属が望ましく、ハンダを用いるのが
とくに好ましい。分散媒は金属粉を均一に分散させかつ
生じたクラックより金属粉を円滑に溶出できる機能を有
するものならばいかなるものも用いることができるが、
ハンダ表面の酸化防止の点よりフラックスを用いるのが
好ましい。

第５山》図はプリント基板（１）上に塗布されたマイク
ロカプセル（７）を示す拡大説明図である。塗布された
マイクロカプセル（７′）層の厚さは、５〜１００遍の
範囲にあれば実用上問題はない。

第５（Ｃ》図は半導体パッケージ（４）を搭載したのち
、ボンディングツール（８）で加圧・加熱し外殻にクラ
ックが発生した状態を示す拡大説明図である。クラック
の発生位置は同図に示すごとく各マイクロカプセル（７
）の接触位置付近で発生する。これは圧力や熱が接点に
集中するためである。クラックを発生させる手段は何も
熱に限定される必要はなく、適度の圧力たとえば１ｋｇ
Ｊ以上を加えることによって発生させてもよい。このぱ
あいにおいてもクラックは各マイクロカプセル（７）の
接触位置付近で発生する。これは圧力が接点に集中する
ためと推察される。

前記においては、マイクロカプセル（刀相互の接触位置
付近でクラックが発生することを説明したが、同様に接
合部（２ａ）とマイクロカプセル（７）との接触位置に
もクラックが発生し、外部リード（４ａ）とマイクロカ
プセル（７）との接触位置にもクラックが発生する。

第５（小図は、ボンディングツール（８）の加熱により
溶融した金属粉がクラックより溶出し、マイクロカプセ
ル（７）相互間、マイクロカプセル（７）と接合部（２
ａ）およびマイクロカプセル（力と外部リード（４ａ）
との電気的接合が形成された状態を示す説明図である。

本発明のマイクロカプセル（刀を用いた接続部の構造は
クラックより溶出し融合した金属により電気的接合が形
成されているため従来のハンダペーストを用いた接合よ
りも電気的抵抗が大きくなるが、えられる電気的抵抗は
１Ω以下の範囲にあるので実用上問題はない。

［発明の効果〕 以上説明したように本発明の半導体装置の端子接合用マ
イクロカプセルを用いれば、実装化密度が向上しても、
スクリーン印刷法の精度を厳密にすることなく半導体パ
ッケージとプリント基板との電気的および機械的接続を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の端子接合用マイクロカプ
セルをプリント基板に塗布した状態を示す斜視図、第２
図はプリント基板に半導体パッケージを搭載した状態を
示す斜視図、第３《ω〜＜Ｃｌ図および第４《ω〜山》
図はプリント基板と半導体パッケージの接合状態を示す
模式図、第５（ω〜＜ｄ＋図はマイクロカプセルの拡大
説明図、第６（ω〜（ｅ）図はスクリーン印刷法による
ハンダ塗布の説明図、第７図はプリント基板に半導体パ
ッケージを搭載した状態を示す斜視図、第８図はプリン
ト基板と半導体パッケージ接合部の拡大図である。 （図面の主要符号） （１）：プリント基板 （２Ｊ＝配線パターン （４）二半導体パッケージ （６）；メタノレマスク （７）：マイクロカプセル （８）：ボンディングツール 才１　回 才２　図 代　　理 人 大 石 増 雄 オ３（ａ）図 オ３（Ｃ）図 牙５（ａ）図 オ５（ｂ）図 オ５（Ｃ）圀 オ５（ｄ）図 ７４（ａ）図 図 ５．　補正の対象 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の欄（２）図　面 ６．　補正の内容 （１）明細書４頁ｌ８〜１９行の「ミンスカス」を「メ
ニスカス」と補正する。 （２）明細書５頁１８行の「プリント配線」を「プリン
ト配線板」と補正する。 （３）図面（第１図、第２図、第５《Ｃ》図、第５（小
図第６《Ｃ》図および第６《ｅ》図）を補正された図面
（第１図、第２図、第５《Ｃ》図、第５（山図、第６《
Ｃ》図および第６（ｅ》図）のとおり補正する。 ７．　添付書類の目録 （１）補正された図面（第１図、第２図、第５《Ｃ）図
第５（小図、第６《Ｃ》図および第６《ｅ》図）　　　
　１通書（自発》

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定温度および（または）所定圧力でクラックを
   生ずる皮膜からなる外殻と、半導体素子の接合端子とプ
   リント配線板とを接合する機能を有する熱溶融性導電物
   質からなる内体とからなることを特徴とする半導体装置
   の端子接合用マイクロカプセル。