JP2005203664A

JP2005203664A - 半導体装置の実装方法

Info

Publication number: JP2005203664A
Application number: JP2004010208A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Toyoda; 剛士豊田
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】半田バンプ溶融するために、リフロー炉などの加熱装置で加熱の際に、０．３ｍｍ未満の薄い厚さの樹脂製の回路基板に反りなどの変形を生じることなく実装ができ、信頼性の高い実装体を得るためのフリップチップによる半導体装置の実装方法を提供することである。
【解決手段】位置決めピンを有する搬送治具上に位置決め穴を有し、電極配線および実装パッドが形成された樹脂製の回路基板を載置する回路基板載置工程と、搬送治具上に位置決め穴を有し、かつ半導体装置の外形サイズを位置決めできるだけの貫通孔を有する基板押え治具を載置する押え治具載置工程と、半田バンプが回路基板と向き合う方向に、貫通孔内に半導体装置を挿入し、半田バンプと実装パッドを当接させて、回路基板上に位置決めして搭載する位置決め工程と、半田バンプを溶融させて、半田バンプと実装パッドを電気的に接合して固着させる加熱工程とを備える工程を採用した。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置を回路基板上へ実装する実装方法に関するもので、さらに詳しくは、半田バンプを有する半導体装置を回路基板上にフリップチップ実装する方法に関するものである。

近年、半導体実装は高密度化方向にあり、実装面積の低減および電極数の増加に対して、フリップチップ実装が有効とされている。このフリップチップ実装は、半導体装置の各パッド電極上に導電性のバンプを設け、このバンプを回路基板上の各実装パッドと電気的に接続するようにして実装するものである。

また、同一回路基板上に複数個の半導体チップをフリップチップ実装するには、リフロー炉等の加熱装置で一括実装が可能な半田バンプによるフリップチップ実装が有効である。この様に、半田バンプを有する半導体装置を回路基板に実装する方法が既に提案されている（例えば特許文献１参照。）。

〔従来の半導体装置の実装方法の説明：図５〜図７〕
その従来の実装方法について、図５〜図７を用いて説明する。図５〜図７は、従来の半導体装置の半田バンプによるフリップチップ型の実装方法を示す工程断面図である。

初めに図５に示すように、例えば、ポリイミド等の材料からなる回路基板５を搬送治具１１上に載置する。この時、回路基板５の位置決め穴９が搬送治具１１上の位置決めピン１５を貫通するようにして載置し、これにより、回路基板５の位置決めが成される。また、回路基板５に形成された実装パッド７上に、半田の濡れ性を良好にするためのフラックスを予め供給しておく。

ここで回路基板５には、半導体装置１上の半田バンプ３と合致する位置に実装パッド７が設けられていて、この実装パッド７の表面には半導体装置１の半田バンプ３との濡れ性を良好にするために、ニッケル−金メッキまたは半田メッキを施すことが好ましい。

次に図６に示すように、回路基板５の実装パッド７と半導体装置１上の半田バンプ３の位置合わせを行い、直径約０．１ｍｍの半田バンプ３が複数個設けられた半導体装置１を位置決めされた回路基板５上に搭載する。その後、半導体装置１を回路基板５上に設置した状態でリフロー等の加熱装置を用いて半田の融点より高い温度で加熱して半田バンプ３を溶融させた後、常温に戻して回路基板５上に半導体装置１を固着する。これで、半導体装置１と回路基板５とが、電気的に接続される。

最後に図７に示すように、半田バンプ３周りに付着しているフラックス残渣を洗浄して、半導体装置１と回路基板５の間に封止樹脂２１を注入し、この封止樹脂２１を加熱硬化させることで実装体が完成する。そして、この実装体を搬送治具から外すことで、目的の回路基板５に半導体装置１が実装された実装体を得ることができる。

特公平８−２８８２９１号公報（第３−４頁、第９図−１１図）。

しかしながら上記した方法により、金属基板、ガラス基板等の回路基板、または厚さが
０．３ｍｍ以上の樹脂基板製の回路基板には、半導体装置をフリップチップ実装した実装体を得ることができるが、０．３ｍｍ未満の薄い厚さの樹脂製の回路基板に対して以下に示す問題点があった。

従来の半導体装置の実装方法を、０．３ｍｍ未満の薄い厚さの樹脂製の回路基板へのフリップチップ実装にそのまま適用すると、半田バンプ３を溶融するために、リフロー炉などの加熱装置で加熱の際に、回路基板５に反りなどの変形が生じる。すると位置合わせを行なって実装パッド７上に搭載した半導体装置１にズレが生じる。このズレを生じたまま半導体装置１を加熱装置で加熱し、半田バンプ３を溶融すると、半田バンプ３と実装パッド７との接続が不完全となる。この結果、半導体装置１と回路基板５との電気的接続が不十分となり、電気的に信頼性を損なうという場合があった。

〔発明の目的〕
そこで本発明の目的は、上記課題を解決して、半田バンプを有する半導体装置を０．３ｍｍ未満の薄い厚さの樹脂製の回路基板に実装するフリップチップ実装方法において、半田バンプ溶融するために、リフロー炉などの加熱装置で加熱の際に、回路基板に反りなどの変形を生じることなく実装ができ、信頼性の高い実装体を得るためのフリップチップによる半導体装置の実装方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の実装方法は、下記記載の方法を採用する。

本発明の半導体装置の実装方法は、半田バンプを有する半導体装置を回路基板上にフリップチップ実装する方法において、位置決めピンを有する搬送治具上に、位置決め穴を有し、電極配線および実装パッドが形成された樹脂製の回路基板を載置する回路基板載置工程と、搬送治具上に位置決め穴を有し、かつ半導体装置の外形サイズを位置決めできるだけの貫通孔を有する基板押え治具を載置する押え治具載置工程と、半田バンプが回路基板と向き合う方向に、貫通孔内に半導体装置を挿入し、半田バンプと実装パッドを当接させて、回路基板上に位置決めして搭載する位置決め工程と、半田バンプを溶融させて、半田バンプと実装パッドを電気的に接合して固着させる加熱工程と、半導体装置と回路基板の間に封止樹脂を流し込み、この封止樹脂を加熱硬化させる封止工程とを備えることを特徴とする。

本発明において、半田バンプを有する半導体装置を、例えば０．３ｍｍ未満の薄い厚さの樹脂製の回路基板にフリップチップ実装する半導体装置の実装方法において、回路基板は搬送治具上に供給され、この時、回路基板の位置決め穴と搬送治具上の位置決めピンによって位置決めされる。また回路基板上には基板押え治具が供給され、搬送治具上の位置決めピンと基板押え治具の位置決め穴によって位置決めされる。

回路基板は、半導体装置を搭載する周辺が、搬送治具と基板押え治具で挟まれた状態で、回路基板上に半導体装置を搭載後、加熱装置で加熱される。このため、基板押え治具の重量によって、回路基板には反りなどの変形が生じることはないために、半導体装置のズレが生じない。以上の工程によって、電気的に信頼性の高い実装体を得るための半導体装置の実装方法が提供される。

以下、図面を用いて本発明の半導体装置の実装方法について説明する。図1〜図４は、本発明の実装方法を示す断面工程図である。図において、従来技術と同一形状の部材は同
一符号で示す。

〔本発明の半導体装置の実装方法の説明：図１〜図４〕
はじめに図１に示すように、回路基板５を搬送治具１１に載置する。この時、回路基板５の位置決め穴９が搬送治具１１上の位置決めピン１３を貫通するように配置する。これで、回路基板５が搬送治具１１上に固定される。また、回路基板５の実装パッド７上には、半田の濡れ性を良好にするために、予めフラックスを供給しておくことが好ましい。

また、回路基板５には位置決め穴９が複数個設けられ、搬送治具１１には位置決めピン１３がこの位置決め穴９と同数個設けられている。位置決め穴９と位置決めピン１３は、合致するように、回路基板５と搬送治具１１が配置されている。
さらに、回路基板５には、半導体装置１上の半田バンプ３と合致する位置に実装パッド７が設けられていて、この実装パッド７の表面には、半導体装置１の半田バンプ３との濡れ性を良好にするために、ニッケル−金メッキまたは半田メッキが施されている。

次に図２に示すように、回路基板５の上に、例えば金属材料であり、次工程で載置する半導体装置のサイズよりも若干大きな貫通孔を有する穴が設けられている基板押え治具１７を載置する。この時、基板押え治具１７の位置決め穴１９が搬送治具１１上の位置決めピン１３を貫通するように配置する。これで、基板押え治具１７は、回路基板５と同様に、搬送治具１１上に固定される。

なお、この基板押え治具１７は、前述した金属材料に限定されるものではなく、後段で説明をする半導体装置に設けた半田バンプと実装パッド７との電気的接合と、固着のための加熱工程で、熱変形が起こり難い材料であれば、他の材料の部材を用いても構わない。また、基板押え治具１７の位置決め穴１９は、搬送治具１１の位置決めピン１３と合致する位置に位置決めピン１３と同数個設けられている。

次に図３に示すように、半導体装置１に形成された半田バンプ３と回路基板５上に形成された実装パッド７とが合致するように、半導体装置１の位置合わせを行ない、その後、半導体装置１を回路基板５上に搭載する。

ここで半導体装置１の大きさは、厚さ０．４ｍｍから０．７ｍｍで、外形１ｍｍ角から１０ｍｍ角である。半導体装置１に形成された半田バンプ３は、半導体装置１の外周に直径約０．１ｍｍの大きさで、０．１５ｍｍから０．３ｍｍピッチで配置されるように複数個設けられている。またこの半田バンプ３は、マスク蒸着法や電解メッキ法を用いて形成される。

次に、半導体装置１を回路基板５上に設置した状態でリフロー等の加熱装置を用いて半田の融点より高い温度で加熱して半田バンプ３を溶融し、その後、常温に戻してこの半田バンプ３を硬化させることで、半田バンプ３と実装パッド７との電気的な接続と、回路基板５上に半導体装置１を固着する。これで半導体装置１と回路基板５とが電気的に接続される。その後、基板押え治具１７を回路基板５上より取り外す。

最後に図４に示すように、半田バンプ３周りに付着しているフラックス残渣を洗浄して、半導体装置１と回路基板５の間に封止樹脂２１を注入し、加熱硬化させる。そして、この搬送治具１１を取り外すことで実装体が完成する。

以上の説明で明らかなように、半田バンプを有する半導体装置１を０．３ｍｍ未満の薄い厚みの樹脂製の回路基板に実装するフリップチップ実装方法において、回路基板５は搬送治具１１上に載置し、この時、回路基板５の位置決め穴９と、搬送治具１１上の位置決
めピン１３によって位置決めされる。

また回路基板５上には、基板押え治具１７が載置され、搬送治具１１上の位置決めピン１３と、基板押え治具１７の位置決め穴１９によって、この基板押え治具１７も回路基板５と同様に位置決めされる。

回路基板５は、半導体装置１を搭載する周辺が、搬送治具１１と基板押え治具１７で挟まれた状態で、回路基板５上に半導体装置１を搭載後、加熱装置で加熱される。このため、基板押え治具１７の重量によって、回路基板５には反りなどの変形は生じることはないために、半導体装置１のズレが生じない。以上の工程によって、電気的に信頼性の高い実装体を得るためのフリップチップによる半導体装置の実装方法が提供される。

本発明の実施の形態における半導体装置の実装方法を示す工程断面図である。本発明の実施の形態における半導体装置の実装方法を示す工程断面図である。本発明の実施の形態における半導体装置の実装方法を示す工程断面図である。本発明の実施の形態における半導体装置の実装方法を示す工程断面図である。従来の半導体装置の実装方法を示す工程断面図である。従来の半導体装置の実装方法を示す工程断面図である。従来の半導体装置の実装方法を示す工程断面図である。

符号の説明

１半導体装置
３半田バンプ
５回路基板
９位置決め穴
１３位置決めピン
１７基板押え治具
１９位置決め穴

Claims

半田バンプを有する半導体装置を回路基板上にフリップチップ実装する半導体装置の実装方法において、
位置決めピンを有する搬送治具上に、位置決め穴を有し、電極配線および実装パッドが形成された樹脂製の回路基板を載置する回路基板載置工程と、
前記搬送治具上に位置決め穴を有し、かつ前記半導体装置の外形サイズを位置決めできるだけの貫通孔を有する基板押え治具を載置する押え治具載置工程と、
前記半田バンプが前記回路基板と向き合う方向に、前記貫通孔内に前記半導体装置を挿入し、前記半田バンプと前記実装パッドを当接させて、前記回路基板上に位置決めして搭載する位置決め工程と、
前記半田バンプを溶融させて、前記半田バンプと前記実装パッドを電気的に接合して固着させる加熱工程と、
前記半導体装置と前記回路基板の間に封止樹脂を流し込み、この封止樹脂を加熱硬化させる封止工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の実装方法。