JP4042539B2 - Ｃｓｐ接続方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品の接続におけるＣＳＰ接続方法に関し、特に、はんだ量を少なくし、接合部の強度を向上させるＣＳＰ接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の急速な小型化・高機能化への動向に対応し、実装技術においては、電子部品の小型化、薄型化、高密度化への技術開発が求められている。このような要求に対応し、パッケージング技術においてはＱＦＰ（Quad Flat Package ）からＢＧＡ（Ball Grid Array ）やＣＳＰ（Chip Size Package ）などの微細なはんだバンプを用いたＬＳＩパッケージが主流となっている。
【０００３】
ＢＧＡやＣＳＰなどのはんだバンプを用いた接合において、接合部は図７に示すように、パッド１１、１２とはんだバンプ１３から構成され、太鼓型の形状をしている。その形状に起因し、パッドとはんだバンプの接合界面付近には、応力が最も集中する。脆い接合界面を有する場合に、上述したような応力もしくはひずみが接合界面付近に集中すると、界面剥離といった破壊が生じ、製品の信頼性を著しく低下させることがしばしば起こる。
【０００４】
また、従来技術として以下のような技術がある。
電気的連続に直接関与しない弾性体などを必要としないため、外部接続端子であるはんだバンプを効率よく配置することで、容易に半導体装置を実装基板に接続ができ、信頼性の高い半導体装置と実装基板との接続をすることができる（特許文献１参照）。
【０００５】
接続部の体積を増やすことなく、ＢＧＡ接続構造における熱履歴に対する寿命を長くすることができる（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２８３５６２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４０９８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現代社会では、電子機器の使用環境化は様々であり、多くの場合厳しい温度環境下さらされている。電子機器が熱ストレスを受ける際に、構造材によってそれぞれ異なる熱膨張係数の差に起因し、力学的に最も弱いはんだ接合部には、ひずみもしくは応力が発生する。また、繰り返して熱応力、熱ひずみを受けることにより、はんだバンプやはんだとパッドの接合界面において、クラックが発生、進展し、ついには接合部が破壊される。さらに、最近広く普及している携帯機器においては、落下時の衝撃により、はんだ／パッド界面が剥離するといった破壊が多く生じている。
【０００８】
本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、はんだ接合部の形状を鼓型にすることにより、はんだ接合部の信頼性を向上させるＣＳＰ接合方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のＣＳＰ接続方法は、基板同士をはんだバンプを用いて接続する接続方法において、第１基板と第２基板とにはんだバンプを設置するためのパッドを配置するパッド配置工程と、第１基板のパッドに第１はんだバンプと金属または樹脂からなるコア材を含み第１はんだバンプよりも球径が大きい第２はんだバンプとを配置するはんだバンプ配置工程と、第２はんだバンプのはんだを溶融させる第１熱処理工程と、第１はんだバンプのはんだを溶融させて鼓型に変形させた上で第１基板と第２基板とを接続する第２熱処理工程と備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＣＳＰ接続方法であって、パッド配置工程は、第１基板と第２基板に配置するパッドの直径が同じであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載のＣＳＰ接続方法は、基板同士をはんだバンプを用いて接続する接続方法において、第１基板と第２基板とにはんだバンプを設置するためのパッドを配置するパッド配置工程と、第１基板のパッドに第１はんだバンプと金属または樹脂からなるコア材を含む第２はんだバンプとを配置するはんだバンプ配置工程と、第２はんだバンプのはんだを溶融させる第１熱処理工程と、第１はんだバンプのはんだを溶融させて第１基板と第２基板とを接続する第２熱処理工程と備え、パッド配置工程では、第１基板に配置するパッドの直径よりも第２基板に配置するパッドの直径を、第１基板と第２基板との接続後に第１はんだバンプが鼓型となるのに十分なだけ大きくすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載のＣＳＰ接続方法であって、はんだバンプ配置工程は、３点以上の支持位置に第２はんだバンプを配置することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のＣＳＰ接続方法であって、第１熱処理工程は、第２はんだバンプのはんだが溶融する温度で溶融させ、まず第２はんだバンプと第２基板を接続させることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載のＣＳＰ接続方法であって、第２熱処理工程は、第１はんだバンプのはんだが溶融する温度で溶融させ、第１はんだバンプと第２基板を接続させることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載のＣＳＰ接続方法であって、第２はんだバンプは、コア材にコーティングされているはんだの成分比を変えることで第１はんだバンプのはんだよりも融点を低くしてあることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に図を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態におけるＣＳＰ接続方法によって製造された製造物の構成を示した図である。
第１基板１に配置されているはんだバンプ２のうち、３点以上の支持位置に、金属または樹脂をコア材としたコア材を含むはんだバンプ３を配置する。なお、コア材を含むはんだバンプ３は、はんだバンプ２よりも球径が大きい。この第１基板１を第２基板６に接続すると、樹脂コア材によってはんだ溶融後も第１基板１と第２基板６の間隔が維持される。また、はんだバンプ２は、コア材を含むはんだバンプ３よりも球径が小さく、はんだ量が少なめとなるため、はんだ接合部が鼓型の形状となり、接合部の強度が向上する。
【００１７】
図２は、はんだバンプの配置の仕方を示した図である。
第１基板１の下面にはんだバンプ２がエリア状に配置されているが、そのうちの３点以上の支持位置に、金属または樹脂の球をコア材としたコア材を含むはんだバンプ３が配置されている。このコア材を含むはんだバンプ３は、図３に示すように、金属または、樹脂を用いたコア材４に、はんだ５がコーティングされたものである。コア材４が樹脂の場合、熱膨張係数はなるべく小さいものが好ましい。第１基板１を第２基板６に実装した装置が、繰り返し温度変化を与えられると、構造材の熱膨張係数の差により生じる熱ひずみによって、はんだ接合部が破断してしまうことがある。樹脂の熱膨張係数を小さくすることで、そのような破壊を最小限に抑えることができる。
【００１８】
また、コア材を含むはんだバンプ３は、はんだバンプ２よりも球径が大きい。さらに、コア材にコーティングされたはんだ５は、はんだバンプ２よりも融点を低く設定する。
【００１９】
図４は、第１の実施例である第１基板と第２基板の接続方法を示した断面図である。
図４（ａ）に示すように、はんだバンプ２およびコア材を含むはんだバンプ３が配列された第１基板１を第２基板６の上に配置する。はんだバンプ２よりもコア材を含むはんだバンプ３の方が大きいため、コア材を含むはんだバンプ３のみ、第２基板６上のパッド７に接触している。
【００２０】
図４（ｂ）では、熱処理を行う。この時に、コア材を含むはんだバンプ３のはんだ５のみを溶融させるような熱処理温度に設定する。この時、コア材を含むはんだバンプ３のはんだの成分をはんだバンプ２のはんだの成分と変えることではんだの融点を変える。はんだバンプ３のはんだの成分比は、銀２％、銅０．７５％、ビスマス３％、錫９４．２５％であり、融点は２０７℃となる。はんだバンプ２の成分比は銀３．５％、錫９６．５％であり、融点は２２１℃となる。このことから、はんだバンプ２のはんだよりも融点の低いはんだ５が溶融し、パッド７の表面と接合することによって、第１基板１のパッド８と第２基板のパッド７が、電気的および機械的に接続される。また、第１基板１のパッド８と第２基板６上のパッド７の間隔が、バンプ内のコア材４の直径に維持される。
【００２１】
図４（ｃ）は、実装された最終的な状態を示す。
はんだバンプ２は、パッド９に点接触している。この状態で、熱処理温度をさらに上げていき、はんだバンプ２を溶融させる。はんだが溶融することにより、第１基板１のパッド８と第２基板６上のパッド９が接続される。また、第１基板１と第２基板６の間隔は、コア材を含むはんだバンプ３のコア材４の直径に維持されているため、はんだバンプ２は球形を保つことができず、鼓型の接合部を形成する。
【００２２】
図５は、第２の実施例である第１基板と第２基板の接続方法を示す断面図である。
図５（ａ）に示すように、第２基板６上のパッドのうち、はんだバンプ２の配置位置にあるパッド１０の直径を、コア材を含むはんだバンプ３の配置位置にあるパッド７の直径よりも大きくする。第２基板６上に、コア材を含むはんだバンプ３を一部に配置した第１基板を搭載した状態である。
【００２３】
図５（ｂ）に示すように、コア材を含むはんだバンプ３のはんだが溶融する温度で熱処理を行うことで、はんだバンプ２よりも球径が大きいコア材を含むはんだバンプ３がパッド７と接続される。この時、はんだバンプ２はパッド１０と点接触している。
【００２４】
図５（ｃ）では更に温度を上げることで、はんだバンプ２のはんだが溶融することではんだバンプ２とパッド１０が接続され、第１基板１と第２基板が接続される。パッド１０の直径を大きくすることにより、接合面積が増加し、接合面に対するはんだ量が少なくなる。さらに、コア材を含むはんだバンプ３によって、第１基板１と第２基板６の間隔が一定の間隔に保たれため、図６に示すような末広がりな鼓型を形成する。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、はんだ接合部の信頼性を向上することができ、第１基板のはんだ接合面の形状を太鼓型ではなく、鼓型にすることにより、はんだとパッドの接合面に応力が集中せず、接合面における剥離を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるＣＳＰ接続方法によって製造された製造物の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施形態におけるはんだバンプの配置の仕方を示した図である。
【図３】本発明の実施形態におけるはんだバンプのコア材を含むはんだバンプの構成を示した図である。
【図４】本発明の実施形態における実施例として第１基板と第２基板の接続方法を示した断面図である。
【図５】本発明の実施形態における実施例として第１基板と第２基板の接続方法を示した断面図である。
【図６】本発明の実施形態における基板接続後のはんだバンプの形を示した図である。
【図７】従来のはんだバンプの形を示した図である。
【符号の説明】
１ 第１基板
２、１３ はんだバンプ
３ コア材を含むはんだバンプ
４ コア材
５ はんだ
６ 第２基板
７、８、９、１０、１１、１２ パッド

Claims (7)

1. 基板同士をはんだバンプを用いて接続する接続方法において、
   第１基板と第２基板とに前記はんだバンプを設置するためのパッドを配置するパッド配置工程と、
   前記第１基板の前記パッドに第１はんだバンプと金属または樹脂からなるコア材を含み前記第１はんだバンプよりも球径が大きい第２はんだバンプとを配置するはんだバンプ配置工程と、
   前記第２はんだバンプのはんだを溶融させる第１熱処理工程と、
   前記第１はんだバンプのはんだを溶融させて鼓型に変形させた上で前記第１基板と前記第２基板とを接続する第２熱処理工程と備えることを特徴とするＣＳＰ接続方法。
2. 前記パッド配置工程は、前記第１基板と前記第２基板に配置するパッドの直径が同じであることを特徴とする請求項１記載のＣＳＰ接続方法。
3. 基板同士をはんだバンプを用いて接続する接続方法において、
   第１基板と第２基板とに前記はんだバンプを設置するためのパッドを配置するパッド配置工程と、
   前記第１基板の前記パッドに第１はんだバンプと金属または樹脂からなるコア材を含む第２はんだバンプとを配置するはんだバンプ配置工程と、
   前記第２はんだバンプのはんだを溶融させる第１熱処理工程と、
   前記第１はんだバンプのはんだを溶融させて前記第１基板と前記第２基板とを接続する第２熱処理工程と備え、
   前記パッド配置工程では、前記第１基板に配置する前記パッドの直径よりも第２基板に配置するパッドの直径を、前記第１基板と前記第２基板との接続後に前記第１はんだバンプが鼓型となるのに十分なだけ大きくすることを特徴とするＣＳＰ接続方法。
4. 前記はんだバンプ配置工程は、３点以上の支持位置に前記第２はんだバンプを配置することを特徴とする請求項１または２記載のＣＳＰ接続方法。
5. 前記第１熱処理工程は、前記第２はんだバンプの前記はんだが溶融する温度で溶融させ、まず前記第２はんだバンプと前記第２基板を接続させることを特徴とする請求項４記載のＣＳＰ接続方法。
6. 前記第２熱処理工程は、前記第１はんだバンプの前記はんだが溶融する温度で溶融させ、前記第１はんだバンプと前記第２基板を接続させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＣＳＰ接続方法。
7. 前記第２はんだバンプは、コア材にコーティングされている前記はんだの成分比を変えることで前記第１はんだバンプの前記はんだよりも融点を低くしてあることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＣＳＰ接続方法。

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