JPH10308472A - 外部接続用ピン付き半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 製造工程を短縮し、且つスルーホール内に外
部接続用ピンを充分な強度で固着できる外部接続用ピン
付き半導体パッケージの製造方法を提供する。 【解決手段】 パッケージ３２の開口部１８を閉塞する
放熱板２０が接合されて半導体素子を搭載するキャビテ
ィが形成され、且つスルーホール２６に挿入されたピン
２８の一端部が半田で接合されているピン付き半導体パ
ッケージを製造する際に、ピン２８の一端部が挿入され
たスルーホール２６の開口部の他方側を塞ぐように、は
んだペーストを塗布すると共に、パッケージ３２に放熱
板２０を接着剤２２で仮接合した後、半田ペースト中の
半田溶融温度よりも低温度で加熱処理を施し、半田ペー
スト中の溶媒等を飛散せしめると共に、接着剤２２を硬
化して放熱板２０をパッケージ３２に接合せしめ、次い
で、半田溶融温度以上で加熱処理を施し、ピン２８の一
端部を溶融半田によってスルーホール２６内に接合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は外部接続用ピン付き
半導体パッケージの製造方法に関し、更に詳細には開口
部が設けられた樹脂製の回路基板の一面側に、前記開口
部を閉塞する放熱板が接合されて半導体素子を搭載する
キャビティが形成されて成り、且つ前記回路基板に設け
られたスルーホールにスルーホール開口部の一方側から
挿入された外部接続端用ピンの一端部がろう材によって
接合されている外部接続用ピン付き半導体パッケージの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＰＧＡ(Plastic Pin Grid Array)等の
外部接続用ピン付きの半導体パッケージには、図２に示
す様に、ガラスエポキシ、ガラスポリイミド、ＢＴレジ
ン等の電気的絶縁性を有する樹脂基板１０、１０・・上
に、導体パターン１２、１２・・が形成された回路基板
の複数枚を積層して形成された多層回路基板から成る外
部接続用ピン付きの半導体パッケージ（以下、単に半導
体パッケージと称することがある）がある。かかる半導
体パッケージは、回路基板の各々が接着材層としてのプ
リプレグ１４、１４・・によって相互に接合されてい
る。尚、プリプレグ１４の各々は、各回路基板の平坦化
を図るべく回路基板の表面に印刷されて形成された層間
ソルダレジスト１６、１６に挟まれている。

【０００３】図２に示す半導体パッケージ３２の略中央
部に形成されたキャビティ用の開口部１８は、半導体パ
ッケージ３２の一面側に形成された接合用金属層２１
に、主として接着剤２２により接合された金属製の放熱
板２０によって塞がれている。この放熱板２０の周縁部
には、ろう材としてのはんだ２４が溶着されており、半
導体パッケージ３２に放熱板２０を更に一層強固に接合
すると共に、接着剤２２への水分の侵入を防止して耐湿
性向上を図っている。かかる開口部１８を塞ぐ放熱板２
０には、半導体素子が搭載される。また、半導体パッケ
ージには、半導体パッケージにドリル等により穿設され
た穿設孔の内壁面に無電解銅めっき及び電解銅めっき等
によって、導体パターン１２、１２・・に接続された金
属層が形成されて成るスルーホール２６が設けられてい
る。かかるスルーホール２６には、スルーホール開口部
の一方側から外部接続用ピン２８の一端部が挿入され、
はんだ３０によって接合されている。

【０００４】この図２に示す半導体パッケージは、従来
は図３に示す製造方法によって製造されている。すなわ
ち、先ず、樹脂基板１０、１０・・上に、導体パターン
１２、１２・・が形成された枠状の回路基板の複数枚が
積層された多層回路基板から成る半導体パッケージ３２
にスルーホール２６を形成する〔図３（ａ）〕。このス
ルーホール２６は、半導体パッケージ３２にドリル等に
より穿設された穿設孔の内壁面に無電解銅めっき及び電
解銅めっき等によって、導体パターン１２、１２・・に
接続された金属層２９が形成されているものである。か
かる金属層２９は、スルーホール２６の両スルーホール
開口部の開口縁に沿って形成されたランド部３３、３３
に接続されている。また、スルーホール２６が設けられ
た半導体パッケージ３２の基板面に形成された接合用金
属層２１には、熱硬化性樹脂から成る接着剤２２を介し
て放熱板２０が開口部１８を覆うように仮接合される。
更に、接着剤２２を硬化する加熱処理が半導体パッケー
ジ３２に施され、放熱板２０が半導体パッケージ３２に
接合される〔図３（ｂ）〕。

【０００５】次いで、導電性ペーストとして用いる、は
んだ粒が溶媒等に混合されて適度の粘度に調整されたは
んだペーストが、はんだを付着すべき部分に印刷され
る。その際に、外部接続用ピン２８の一端部が挿入され
るスルーホール２６のスルーホール開口部に対して反対
側となる、スルーホール開口部の他方側及びその近傍の
ランド部３３にもはんだペースト３４ａが印刷される。
かかるはんだペースト３４ａは、スルーホール開口部の
他方側を閉塞しつつ一部がスルーホール２６内に挿入さ
れている〔図３（ｃ）〕。更に、スルーホール開口部の
一方側から外部接続用ピン２８（以下、単にピン２８と
称することがある）の一端部がスルーホール内に圧入さ
れる〔図３（ｄ）〕。その後、はんだペースト中のはん
だ粒の溶融温度以上で加熱処理を施すリフロー工程によ
って、はんだペースト３４ａ、３４ｂ・・中の溶媒等が
飛散しつつはんだ粒が溶融して図２に示すはんだ２４、
３０を形成し、ピン２８や放熱板２０を所定位置に接合
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の製造
方法では、放熱板２０を半導体パッケージ３２に接合す
る接着剤２２を硬化するキュア工程と、はんだペースト
中のはんだ粒を溶融するリフロー工程とが別工程であ
る。このため、外部接続用ピン付き半導体パッケージ３
２の製造工程が長くなり、半導体パッケージ３２の製造
コストがコスト高となる。また、スルーホール２６内で
ピン２８を接合するはんだ３０は、溶融された際に、ス
ルーホール２６の内部に充分に充填されて冷却固化され
ると、図２に示す様に、スルーホール２６内のはんだ３
０の表面はＵ字状にへこむ。しかし、従来の図３に示す
製造方法によりピン２８が装着されたピン付き半導体パ
ッケージを製造する際、リフロー工程において、スルー
ホール２６内に進入した溶融はんだは、その表面がＵ字
状に窪むことなく膨れた状態で冷却固化される膨れ現象
が多発することがある。この様に、リフロー工程におい
て、かかる膨れ現象が発生すると、溶融はんだがスルー
ホール２６内に充分に充填されず、ピン２８の接合強度
が不足することがある。このため、膨れ現象が発生した
ピン付き半導体パッケージは不良品となる。そこで、本
発明の課題は、製造工程を可及的に短縮することがで
き、且つリフロー工程において、外部接続用ピンの一端
部が挿入されたスルーホール内に進入した溶融ろう材
が、その表面が膨れた状態で冷却固化される膨れ現象を
可及的に防止し得る外部接続用ピン付き半導体パッケー
ジの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決すべく検討した結果、半導体パッケージ（以下、
単にパッケージと称することがある）に形成したスルー
ホール内に外部接続用ピンを挿入した後、はんだ粒が配
合されて成るはんだペーストを塗布し、次いで、塗布し
たはんだペースト中の溶媒等を飛散させ、その後、はん
だペースト中のはんだ粒を溶融するリフロー工程にパッ
ケージを供給することによって、膨れ現象を防止できる
こと、及びはんだペースト中の溶媒等を飛散させる際
に、キャビティ用の開口部を塞ぐようにパッケージに金
属製の放熱板を仮接合する接着剤の硬化も可能であるこ
とを知り、本発明に到達した。

【０００８】すなわち、本発明は、開口部が設けられた
樹脂製の回路基板の一面側に、前記開口部を閉塞する放
熱板が接合されて半導体素子を搭載するキャビティが形
成されて成り、且つ前記回路基板に設けられたスルーホ
ールにスルーホール開口部の一方側から挿入された外部
接続端用ピンの一端部がろう材によって接合されている
外部接続用ピン付き半導体パッケージを製造する際に、
該スルーホール開口部の一方側から外部接続端用ピンの
一端部を挿入したスルーホールのスルーホール開口部の
他方側を塞ぐように、ろう材が溶媒等に混合されて成る
導電性ペーストを塗布する共に、前記回路基板に放熱板
を熱硬化性樹脂から成る接着剤を介して仮接合した後、
前記ろう材の溶融温度よりも低温度で第１の加熱処理を
施し、導電性ペースト中の溶媒等を飛散せしめると共
に、前記接着剤を硬化して放熱板を回路基板に接合せし
め、次いで、前記ろう材の溶融温度以上で第２の加熱処
理を施し、前記外部接続用ピンの一端部を溶融したろう
材によってスルーホール内に接合することを特徴とする
外部接続用ピン付き半導体パッケージの製造方法にあ
る。

【０００９】また、本発明は、開口部が設けられた樹脂
製の回路基板の一面側に、前記開口部を閉塞する放熱板
が接合されて半導体素子を搭載するキャビティが形成さ
れて成り、且つ前記回路基板に設けられたスルーホール
にスルーホール開口部の一方側から挿入された外部接続
端用ピンの一端部がろう材によって接合されている外部
接続用ピン付き半導体パッケージを製造する際に、該ス
ルーホール開口部の一方側から外部接続端用ピンの一端
部を挿入したスルーホールのスルーホール開口部の他方
側を塞ぐように、ろう材が溶媒等に混合されて成る導電
性ペーストを塗布すると共に、前記回路基板に放熱板を
導電性ペーストを介して仮接合した後、前記ろう材の溶
融温度よりも低温度で第１の加熱処理を施し、導電性ペ
ースト中の溶媒等を飛散せしめ、次いで、前記ろう材の
溶融温度以上で第２の加熱処理を施し、前記外部接続用
ピンの一端部を溶融したろう材によってスルーホール内
に接合すると共に、前記放熱板を樹脂基板に接合するこ
とを特徴とする外部接続用ピン付き半導体パッケージの
製造方法でもある。これらの本発明において、第１の加
熱処理及び第２の加熱処理を非酸化性雰囲気下において
施すことによって、導体パターン等の酸化等を防止で
き、金属ろう材としては、はんだを用いることが好適で
ある。

【００１０】本発明において用いる、はんだ等のろう材
が配合された導電性ペーストは、溶媒等が配合されて適
度な粘度となるように調整されている。このため、図３
に示す従来の製造方法の如く、外部接続用ピンの一端部
が挿入されたスルーホール内にペーストの一部が進入す
るように塗布された導電性ペーストを、溶媒等が配合さ
れた状態でろう材を溶融した場合、スルーホール内に進
入した溶融ろう材からは溶媒等の低沸点物が飛散し難
い。従って、スルーホール内の溶融ろう材中に溶媒等の
低沸点物が気体状で残存するため、溶融ろう材のスルー
ホール内への進入は気体状の残存物によって妨げられ
る。このため、溶融ろう材はスルーホール内に充分に充
填されることなく冷却固化され、冷却固化後のろう材の
表面が膨れる膨れ現象が発生するものと推察される。

【００１１】この点、本発明においては、外部接続用ピ
ンの一端部が挿入されたスルーホール内に導電性ペース
トの一部が進入するように塗布された導電性ペースト
を、導電性ペースト中の溶媒等を飛散させた後、リフロ
ー工程でろう材を溶融するため、スルーホール内に進入
した溶融ろう材中に気体状の残存物を可及的に少量とす
ることができる。このため、溶融ろう材のスルーホール
内への進入が気体状の残存物によって妨げられず、溶融
ろう材がスルーホール内に充分に充填されて冷却固化さ
れる。従って、スルーホール内に進入して冷却固化され
たろう材は、その表面がＵ字状に窪んだ状態となり、外
部接続用ピンを樹脂基板に強固に接合できる。しかも、
外部接続用ピンの一端部が挿入されたスルーホールのス
ルーホール開口部の他端側を塞ぐ導電性ペースト中の溶
媒等を飛散させる際、或いは導電性ペースト中のろう材
を溶融して外部接続用ピンの一端部をスルーホール内に
接合する際に、キャビティを塞ぐように樹脂基板に接着
剤又は導電性ペーストを介して仮接合されている放熱板
を同時に接合でき、パッケージに放熱板を接合する工程
と外部接続用ピンをスルーホール内に接合する工程とを
別工程で行う場合に比較して、外部接続用ピン付き半導
体パッケージの製造工程を短縮できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る外部接続用ピン付き
樹脂基板製造方法の一例を図１に示す。図１に示す製造
方法においても、図３（ａ）と同様に、樹脂基板１０、
１０・・上に、導体パターン１２、１２・・が形成され
た回路基板の複数枚を積層して形成された多層回路基板
から成る半導体パッケージ３２を用いる。この半導体パ
ッケージ３２には、スルーホール２６が形成されてい
る。かかるスルーホール２６は、ドリル等により穿設さ
れた穿設孔の内壁面に無電解銅めっき及び電解銅めっき
等によって、導体パターン１２、１２・・に接続された
金属層２９が形成されている。かかる金属層２９は、ス
ルーホール２６の両スルーホール開口部の開口縁に沿っ
て形成されたランド部３３、３３に接続されている。

【００１３】図１に示す製造方法では、先ず、スルーホ
ール開口部の一方側から外部接続用ピン２８（以下、単
にピン２８と称する）の一端部がスルーホール２６内に
挿入される〔図１（ａ）〕。挿入されたピン２８の一端
部の先端が、スルーホール開口部の他方側から突出しな
いように、フランジ３１等をピン２８の途中に設けるこ
とが好ましい。また、挿入したピン２８がスルーホール
２６から脱落しないように、ピン２８の挿入端部３５が
半導体パッケージ３２の基板面から突出している部分よ
りも太く形成し、挿入端部３５をスルーホール２６に圧
入することも好ましい。

【００１４】この様に、ピン２８が挿入されたスルーホ
ール２６のスルーホール開口部の他方側や放熱板の側端
面近傍等のろう材としてのはんだを付着すべき箇所に、
はんだペースト３４ａ、３４ｂ・・を印刷によって塗布
する〔図１（ｂ）〕。スルーホール開口部の他方側に塗
布されたはんだペースト３４ａは、図１（ｂ）に示す様
に、その一部がスルーホール２６内に圧入されている。
更に、半導体パッケージ３２に形成されたキャビティ用
の開口部１８を放熱板２０によって塞ぐべく、半導体パ
ッケージ３２の一面側に形成された接合用金属層２１
に、熱硬化性樹脂から成る接着剤２２を介して放熱板２
０を仮接合する〔図１（ｃ）〕。

【００１５】次いで、はんだペースト３４ａ、３４ｂ・
・が所定位置に印刷され且つ放熱板２０が接着剤２２に
よって仮接合された半導体パッケージ３２を、はんだペ
ーストに配合されたはんだ粒の溶融温度よりも低温度で
あって、接着剤２２の熱硬化性樹脂を硬化させ得る温度
で半導体パッケージ３２に第１の加熱処理を施し、放熱
板２０を半導体パッケージ３２に接合すると共に、はん
だペースト中の溶媒等を飛散させる。かかる第１の加熱
処理条件としては、共晶温度が１８３℃のはんだ粒が配
合されたはんだペーストを用いた場合、１２５℃で加熱
時間を３時間程度とすることが好ましい。この様に、第
１の加熱処理によって、接着剤２２の硬化がなされて放
熱板２０を半導体パッケージ３２に接合でき、同時には
んだペースト３４ａ、３４ｂ・・中の溶媒等を飛散させ
ることができる。

【００１６】その後、はんだペーストに配合されたはん
だ粒の溶融温度以上の温度で半導体パッケージ３２に第
２の加熱処理を施すリフロー工程に、半導体パッケージ
３２を供給する。かかるリフロー工程に供給された半導
体パッケージ３２において、溶融された溶融はんだは、
スルーホール２６内に進入して充填される。この際に、
はんだペーストは溶媒等が実質的に飛散しているため、
スルーホール内に進入した溶融はんだ中に気体状体で残
存する溶媒等の低沸点物を可及的に少量とすることがで
きる。このため、溶融はんだはスルーホール内に充分に
充填されて冷却固化され、冷却固化されたはんだの表面
がＵ字状に窪んだ状態となる。その結果、ピン２８を半
導体パッケージ３２に強固に接合できる。ここで、図１
に示す製造方法によって、外部接続用ピン付き半導体パ
ッケージを製造したところ、良品率は８３％であった。
これに対し、図３に示す従来の製造方法の如く、はんだ
ペースト中の溶媒等の飛散を施す第１の加熱処理を省略
して半導体パッケージ３２をリフロー工程に供給した場
合、スルーホール内に進入した溶融はんだが冷却固化さ
れたとき、その表面が膨れる膨れ現象が多発し、良品率
は５０％となった。その原因は、先に述べた如く、スル
ーホール内の溶融ろう材中に溶媒等の低沸点物が気体状
で残存し、溶融ろう材のスルーホール内への進入が気体
状の残存物によって妨げられるためである。

【００１７】図１においては、放熱板２０を接着剤２２
によって半導体パッケージ３２に接合しているが、接着
剤２２に代えてはんだペースト等のろう材が混合された
導電性ペーストを用いてもよい。この場合、ピン２８を
固着するピン固着用ペーストと同一組成のペーストを用
いることが好ましい。この様に、放熱板２０をろう材に
よって半導体パッケージに接合することによって、接着
剤の塗布工程も省略できる。尚、これまでは、回路基板
の複数枚を積層して形成された多層回路基板から成る半
導体パッケージ３２について説明してきたが、回路基板
が一枚の半導体パッケージについても本発明を適用でき
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、半導体パッケージに形
成され、外部接続用ピンが挿入されたスルーホール内に
溶融ろう材を充分に充填でき、外部接続用ピンをスルー
ホール内に強固に且つ確実に接合できる。このため、外
部接続用ピン付き半導体パッケージの不良率を低下する
ことができる。更に、得られた外部接続用ピン付き半導
体パッケージを実装した場合、外部接続用ピンがスルー
ホールから外れる等の事故を防止でき、外部接続用ピン
付き半導体パッケージの信頼性を向上できる。また、外
部接続用ピン付き半導体パッケージの製造工程を短縮で
き、外部接続用ピン付き半導体パッケージの製造コスト
の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法を説明するための工程図
の一部である。

【図２】本発明に係る製造方法で得られる外部接続用ピ
ン付き半導体パッケージの部分断面図である。

【図３】従来の外部接続用ピン付き半導体パッケージの
製造方法を説明するための工程図の一部である。

【符号の説明】

１８ キャビティ用の開口部 ２０ 放熱板 ２４、３０ はんだ（金属ろう材） ２６ スルーホール ２８ 外部接続用ピン ３２ 半導体パッケージ ３４ａ、３４ｂ はんだペースト（導電性ペースト）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 政博 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部が設けられた樹脂製の回路基板の
   一面側に、前記開口部を閉塞する放熱板が接合されて半
   導体素子を搭載するキャビティが形成されて成り、 且つ前記回路基板に設けられたスルーホールにスルーホ
   ール開口部の一方側から挿入された外部接続端用ピンの
   一端部がろう材によって接合されている外部接続用ピン
   付き半導体パッケージを製造する際に、 該スルーホール開口部の一方側から外部接続端用ピンの
   一端部を挿入したスルーホールのスルーホール開口部の
   他方側を塞ぐように、ろう材が溶媒等に混合されて成る
   導電性ペーストを塗布する共に、前記回路基板に放熱板
   を熱硬化性樹脂から成る接着剤を介して仮接合した後、 前記ろう材の溶融温度よりも低温度で第１の加熱処理を
   施し、導電性ペースト中の溶媒等を飛散せしめると共
   に、前記接着剤を硬化して放熱板を回路基板に接合せし
   め、 次いで、前記ろう材の溶融温度以上で第２の加熱処理を
   施し、前記外部接続用ピンの一端部を溶融したろう材に
   よってスルーホール内に接合することを特徴とする外部
   接続用ピン付き半導体パッケージの製造方法。
2. 【請求項２】 開口部が設けられた樹脂製の回路基板の
   一面側に、前記開口部を閉塞する放熱板が接合されて半
   導体素子を搭載するキャビティが形成されて成り、 且つ前記回路基板に設けられたスルーホールにスルーホ
   ール開口部の一方側から挿入された外部接続端用ピンの
   一端部がろう材によって接合されている外部接続用ピン
   付き半導体パッケージを製造する際に、 該スルーホール開口部の一方側から外部接続端用ピンの
   一端部を挿入したスルーホールのスルーホール開口部の
   他方側を塞ぐように、ろう材が溶媒等に混合されて成る
   導電性ペーストを塗布すると共に、前記回路基板に放熱
   板を導電性ペーストを介して仮接合した後、 前記ろう材の溶融温度よりも低温度で第１の加熱処理を
   施し、導電性ペースト中の溶媒等を飛散せしめ、 次いで、前記ろう材の溶融温度以上で第２の加熱処理を
   施し、前記外部接続用ピンの一端部を溶融したろう材に
   よってスルーホール内に接合すると共に、前記放熱板を
   樹脂基板に接合することを特徴とする外部接続用ピン付
   き半導体パッケージの製造方法。
3. 【請求項３】 ろう材として、はんだを用いる請求項１
   又は請求項２記載の外部接続用ピン付き半導体ペッケー
   ジの製造方法。
4. 【請求項４】 第１の加熱処理及び第２の加熱処理を非
   酸化性雰囲気下において施す請求項１〜３のいずれか一
   項記載の外部接続用ピン付き半導体パッケージの製造方
   法。