JP4042539B2 - Csp接続方法 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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