JP2003152003A - 構造体、及び、その構造体を用いた実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＢＧＡパッケージの多ピンに対応した高密度
のエリア実装の半田接合性を確保する構造体を提供する
こと。 【解決手段】 構造体５は、基材１と該基材１に貫通
されたホールをグリットアレイ形状に配置された貫通孔
２を有する。ＢＧＡパッケージ６に形成されているソル
ダーバンプ８とプリント回路基板１１に配線されたラン
ド１０とを半田接合させる実装プロセスとしては、マス
クをプリント回路基板１１上に装着し、該マスクの上か
ら半田ペーストを塗り込ませることにより、前記マスク
板に開けた穴の開口部よりプリント回路基板１１に配線
されたランド上に半田ペーストが印刷される。半田ペー
ストが印刷された該ランド１０の位置と、貫通孔２の位
置とが合わさった状態にてプリント配線基板に貼り合せ
る。貫通孔２の位置と、ＢＧＡパッケージ６に形成され
ている各ソルダーバンプの位置とが合わさった状態に
て、ＢＧＡパッケージを搭載する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度かつ小型化
が要求される半導体のパッケージング、高性能且つ高機
能化及び小型携帯化が急速に進んでいる携帯電話、およ
び、ビデオカメラ等のモバイル電子機器に関し、詳しく
は、これらからの要求によりさらなる高密度で軽薄短小
なエリア実装技術及びエリア実装装置など広範なニーズ
に対応可能な構造体及びその構造体を用いた実装方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエリア実装方式の一種であるリフ
ロー実装について図６に基づき説明する。図６（ａ）の
ように、プリント回路基板１０１上には、半導体パッケ
ージの一種であるＢＧＡパッケージ１０６（Ｂａｌｌ・
Ｇｒｉｄ・Ａｒｒａｙ）のソルダーバンプ１０５に対応
するようにランド１０２が形成されている。ＢＧＡパッ
ケージのソルダーバンプ１０５とプリント回路基板上の
ランド１０２を半田接合させるエリア実装では、初め
に、マスクを用いたスクリーン印刷によって、マスクの
開口部から半田ペースト１０３がランド１０２の上部に
印刷される。

【０００３】この時、半田ペースト１０３の印刷量はマ
スクの開口部の形状、マスク厚さ、及び半田ペースト１
０３を印刷するスキージ速度の管理などでコントロール
しているが、安定且つ定量的に半田ペースト１０３の印
刷量を保つまでには至っていない。次工程での半田接合
不良の発生は、半田ペースト１０３の印刷状態に起因す
る為、半田ペースト１０３を印刷した後で、その印刷状
態を外観的に検査する必要がある。このような外観検査
は、ＢＧＡパッケージ１０６がプリント回路基板１０１
に実装された時、半田接合部分がＢＧＡパッケージ１０
１の裏側に隠れてしまうような場合、すなわち、実装後
に半田接合の不良を外観で発見することが困難な場合に
特に必要になる。

【０００４】図７（ａ）は、半田ペースト１０３の印刷
量にバラツキが発生した時の半田接合不良の第１の状態
図である。半田ペースト１０３がランド１０２上に印刷
された形状が高さ方向にて十分でなく、且つ半田ペース
ト１０３印刷量が足りないために半田接合が不十分にな
り、導通不良が発生する。

【０００５】これは、プリント回路基板１０１上のラン
ド１０２形状を小さくすると同時にマスクの開口寸法を
小さくする為、印刷形状が円錐形状となりランド１０２
に対する印刷面積は良品と同程度であっても半田ペース
ト１０３印刷量が不十分になることからソルダーバンプ
１０５とランド１０２間が導通不良になる。

【０００６】上記の導通不良は、全ランド１０２の印刷
状態の中で、ある一部のランド１０２だけに発生するた
め検出が困難である。

【０００７】さらに半田接合が不十分な状態にて、プリ
ント回路基板１０１に何らかの外的衝撃が加わった時
に、半田接合部分が破断して二次的な導通不良を発生さ
せる。

【０００８】図７（ｂ）は、半田ペースト１０３の印刷
量のバラツキにより生じる半田接合不良を示す状態図で
ある。ランド１０２の面積に対して半田ペースト１０３
を多めに印刷したために、ランド１０２から半田ペース
ト１０３がはみ出した状態になり、隣接するランド１０
２間にてショートし導通不良になる。量産作業では、半
田ペースト１０３印刷量が安定しない要因として使用さ
れているマスクとスキージの繰り返し作業による接触部
での磨耗現象によるものである。よって、マスク開口形
状及びスキージ形状が変形し、印圧が変化する事で半田
ペースト１０３印刷量が安定しなくなる。さらに、半田
ペースト１０３印刷量が安定しない要因として、半田ペ
ースト１０３の印刷工程を繰り返し実施していくと、マ
スク開口部に半田ペースト１０３が付着、残存し、やが
て固着してしまう為である。よって、マスク開口部とラ
ンドとの密着性が損なわれて半田ペースト１０３印刷量
が安定しない。上記の要因は、微細なランド１０２への
半田ペースト１０３印刷であるほど発生する。よって、
微細なランド１０２の半田ペースト１０３印刷にはスキ
ージ速度の管理及びマスク開口部からの半田ペースト１
０３の抜け性を確保する必要がある。

【０００９】図７（ｃ）は、半田ペースト１０３の印刷
量にバラツキが発生した時の半田接合不良を示す状態図
である。ＢＧＡパッケージ１０６の接合端子のピッチが
従来の0.8mmから0.5ｍｍ、0.3mm、さらにそれ以下にフ
ァイン化されると半田ペースト１０３の印刷量を確保す
るために、半田粒子も同様に小径に推移せざるを得な
い。これは、微細なマスク開口部に対して半田ペースト
１０３の抜け性を確保し、安定的に半田ペースト１０３
量を印刷するためである。

【００１０】尚、半田ペースト１０３の抜け性は、マス
ク開口部の面積に対して半田粒子が最低５粒子並ぶ位を
目安としている。半田粒度を小さくすることは、半田粒
子の充填密度が上がり総粒子の表面積は、大きくなるた
め粒子一個当りのフラックス量は減少する事となる。よ
って、半田粒子及びフラックスの酸化は従来よりも速く
なる。酸化された半田粒子と被酸化半田粒子とが混在し
た状態にて半田接合を実施した場合、半田粒子個々の溶
融温度にバラツキが発生し、フィレット形成が出来なか
った半田粒子がソルダーボール１０８として発生する。
この固着していないソルダーボール１０８がプリント回
路基板１０１のランド１０２周辺に発生することによ
り、隣接するランド１０２間にてショートされ導通不良
となる。

【００１１】図６（ｂ）のように、ＢＧＡパッケージ１
０６のグリットアレイ形状に配列された端子１０４上に
ソルダーバンプ１０５が形成されている。ソルダーバン
プ１０５と半田ペースト１０３を印刷したプリント回路
基板１０１のランド１０２とを位置合わせしながら載せ
る。尚、ＢＧＡパッケージの端子１０４径とプリント回
路基板１０１のランド１０２径の関係は、１：１にて対
応するのが通常となっている。

【００１２】図８（ａ）は、ソルダーバンプ１０５とラ
ンド１０２の搭載のバラツキによる半田接合不良の第１
の状態図である。これは、ＢＧＡパッケージ１０６を搭
載した時に、ＢＧＡパッケージの端子１０４であるソル
ダーバンプ１０５が所定のランド１０２と位置がずれ
て、搭載された場合を示す。この時、ソルダーバンプ１
０５とランド１０２の位置ズレによって、隣接するラン
ド１０２間にてショートされ導通不良となる。

【００１３】図８（ｂ）は、ソルダーバンプ１０５とラ
ンド１０２の搭載のバラツキによる半田接合不良の第２
の状態図である。これは、ランド１０２上の半田ペース
ト１０３量が多い場合、ＢＧＡパッケージ１０６を搭載
した時の衝撃力にて塗布されていた半田ペースト１０３
が飛び散ることによりソルダーボール１０８が発生す
る。この原因によって、隣接するランド１０２間にてシ
ョートされ導通不良となる。

【００１４】次に図６（ｃ）のように、ソルダーバンプ
１０５とプリント回路基板１０１のランド１０２とが接
触された状態にて、リフロー装置に流動される。リフロ
ー装置内にて、ソルダーバンプ１０５とランド１０２上
の半田ペースト１０３とが溶融化され半田接合される。
通常のリフロー半田接合方式としては、まずリフロー装
置を一定温度まで上昇させる。さらに、プリヒート工程
にてプリント回路基板１０１及びＢＧＡパッケージ１０
６の表面温度を均一化させる。上記のプリヒートの加熱
時間を必要以上に実施した場合は、図８（ｂ）のような
ソルダーボール１０８が発生する。また、プリヒートの
温度を急激に上昇させた場合も同様にソルダーボール１
０８等の実装不良が発生する。その後、半田溶融温度ま
で加熱させ、半田が溶融化する。その際、ソルダーバン
プ１０５及び半田ペースト１０３が溶融化した状態に
て、半田自身の表面張力がセルフアライメント効果を発
生させ所定のランド１０２へ半田接合することができ
る。

【００１５】ＢＧＡパッケージ１０６の表面温度とソル
ダーバンプ１０５の温度は、ＢＧＡパッケージ１０６の
サイズによって差が生じるため、ＢＧＡパッケージ１０
６のサイズ違いを混載実装する場合には、各ＢＧＡパッ
ケージ１０６の耐熱温度範囲内で十分な半田接合性が得
られるような半田接合条件を設定する必要がある。ま
た、近年、鉛レス半田が採用され、その半田組成は単一
金属がその成分の９０%を占めており、従来のSn-Pｂ半
田よりも半田流動性が劣っており、前記セルフアライメ
ント効果が低下する。さらにまた、鉛レス半田は、従来
の半田温度では溶融接合できない高温域での接合条件と
なる為、ＢＧＡパッケージ１０６の端子及び他電子部品
等の耐熱性が問題となる。その為、鉛レス半田の溶融温
度と部品耐熱温度の範囲内にて半田接合性を確保する必
要がある。

【００１６】次に図６（ｄ）のように、ＢＧＡパッケー
ジ１０６とプリント回路基板１０１との隙間に、アンダ
ーフィル材１０７と称される樹脂材を流し込む。上記の
アンダーフィル材１０７を塗布することにより、外部か
らの応力等が半田接合部に加わった場合に半田接合部の
不良を発生させないための応力緩和及び保護を目的とす
る。その後、流し込まれるアンダーフィル材１０７に
は、熱硬化型の樹脂を使用するのが一般的であり、その
熱硬化に適した加熱条件にて処理させることにより、樹
脂が硬化される。今後のＢＧＡパッケージ１０６は、小
面積且つ要求仕様を満足させるための入出力端子の多ピ
ン化及びそれに対応した端子のファインピッチ化の方向
に進んでいる。上記のＢＧＡパッケージ１０６の要求に
対し、エリア実装専用のリフロー装置が必要となってく
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来のＢＧＡパッケー
ジによるエリア実装においては、下記の課題があった。 （１）半田ペーストの印刷精度のバラツキが、半田接合
性に影響し実装不良となる。 （２）半田ペースト印刷工程を量産した時に、マスク開
口部に半田ペーストが固着していくため、ランドとマス
ク開口部との密着性が損なわれる。 （３）半田粒子を小さくすることにより酸化する速度が
速くなる。この酸化の影響により、ソルダーボールが発
生する。 （４）鉛レス半田の採用により、限られた温度範囲内に
て半田接合性を確保する必要がある。

【００１８】そこで、本発明はこれらの課題を解決し
て、下記を実現しようとするものである。 （１）ＢＧＡパッケージの多ピンに対応した高密度のエ
リア実装の半田接合性を確保する。 （２）半田ペーストの印刷精度に影響さらずに、半田接
合性を確保する。 （３）半田粒子の酸化が発生しにくいプロセスにて、半
田接合性を確保する。 （４）半田接合部を封止することにより、外部応力等に
よる半田不具合を緩和及び保護させる。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構造体は、素子のソルダーバンプと回路基
板との間に設けられる構造体であって、加熱によりアン
ダーフィル機能の役割をする基材を備え、前記基材には
素子に設けられたソルダーバンプの配置に対応するよう
に貫通孔が設けられることとした。また、本発明による
実装方法は、回路基板に設けられたランドの上に半田ペ
ーストを設ける工程と、素子に設けられたソルダーバン
プと、ソルダーバンプと対応する位置に貫通孔が設けら
れたスペーサーと、ランドとの位置が合うように貼り合
せる工程と、ソルダーバンプを加熱することにより、ソ
ルダーバンプを溶かしてランド上の半田ペーストと溶融
一体化する工程とを有することとした。また、回路基板
に設けられたランドの上に半田ペーストを設ける工程
と、素子に設けられたソルダーバンプと、ソルダーバン
プと対応する位置に貫通孔が設けられるとともに貫通孔
の少なくとも一部に金属が設けられたスペーサーと、回
路基板を、貫通孔の金属と前記ソルダーバンプが接触す
るように位置を合わせて貼り合せる工程と、ソルダーバ
ンプを加熱することにより、前記ソルダーバンプを溶か
して金属及び半田ペーストを溶融一体化する工程と、を
備える実装方法とした。さらに、スペーサーを加熱する
ことによりスペーサーを溶かして半田接合箇所に流れ出
させる工程と、スペーサーを熱硬化する工程とを有する
ことにより、ソルダーバンプとランドの半田接合箇所を
封止することとした。

【００２０】本発明の構造体の第１の構成として、基材
と該基材に半導体素子のパッケージであるＢＧＡパッケ
ージのソルダーバンプの配置にホールを貫通させた貫通
孔にて構成されたスペーサーを該ソルダーバンプとプリ
ント回路基板の間に挟み込むことにより該スペーサーが
該ソルダーバンプのマスク機能を果たし、且つ加熱する
ことによりアンダーフィル機能の役割をする構造体とし
た。

【００２１】この発明の構造体の第２の構成として、前
記第１の構成の構造体の前記貫通孔の少なくとも一部分
に金属が塗布される構造体とした。

【００２２】この発明の構造体の第３の構成として、前
記第２の構成の構造体の前記金属として、金属有機化合
物を有する構造体とした。

【００２３】この発明は、前記第１の構成の構造体を用
いた、ＢＧＡパッケージのソルダーバンプとプリント回
路基板に配線されたランドとを接続させる実装方法とし
て、該ランド上にスクリーン印刷法を用いて半田ペース
トを印刷する工程と、次に貫通孔及びプリント回路基板
に配線されたランド及びソルダーバンプを位置を合せて
貼り合せる工程と、更に該ソルダーバンプに熱源を供給
させる工程と、加熱により該ソルダーバンプが溶かさ
れ、該ランド上の半田ペーストと溶融一体化する工程と
を有する実装方法とした。

【００２４】この発明は、第１の構成の構造体を用いた
実装手段であって更に、ソルダーバンプとランドの半田
接合箇所を封止する実装方法として、該スペーサーに熱
源を供給させる工程と、加熱によりスペーサーが溶けて
前記半田接合箇所に流れ出す工程と、該スペーサーが熱
硬化される工程とを有する実装方法とした。

【００２５】この発明は、前記第２〜３の構成の構造体
を用いた、ＢＧＡパッケージのソルダーバンプとプリン
ト回路基板に配線されたランドとを接続させる実装方法
の第１手段として、該ランド上にスクリーン印刷法を用
いて半田ペーストを印刷する工程と、次に貫通孔内の金
属塗布箇所とソルダーバンプが接触状態にて、プリント
回路基板に配線されたランドと位置を合せて貼り合せる
工程と、更に該ソルダーバンプに熱源を供給させる工程
と、加熱によりソルダーバンプが溶かされ金属及び該ラ
ンド上の半田ペーストとが溶融一体化する工程とを有す
る実装方法とした。

【００２６】この発明は、第２〜３の構成の構造体を用
いた実装手段であって更に、ソルダーバンプとランドの
半田接合箇所を封止する実装方法として、該スペーサー
に熱源を供給させる工程と、加熱によりスペーサーが溶
けて前記半田接合箇所に流れ出す工程と、該スペーサー
が熱硬化される工程とを有する実装方法とした。

【００２７】この発明は、第１〜３の構成の構造体を用
いた実装手段であって更に、ソルダーバンプとランドの
半田接合箇所を封止する実装方法として、ＢＧＡパッケ
ージとプリント回路基板との隙間にアンダーフィル材を
塗布する工程と、アンダーフィル剤が熱硬化される工程
とを有する実装方法とした。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の構造体は、基材と該基材
に半導体素子のパッケージであるＢＧＡパッケージのソ
ルダーバンプの配置にホールを貫通させた貫通孔にて構
成されたスペーサーである。このスペーサーを使用し
て、ＢＧＡパッケージに形成されているソルダーバンプ
とプリント回路基板に配線されたランドとを半田接合さ
せる実装プロセスとしては、マスクをプリント回路基板
上に装着し、該マスクの上から半田ペーストを塗り込ま
せることにより、マスクに開けた穴の開口部よりプリン
ト回路基板に配線されたランド上に半田ペーストが印刷
される。次に、半田ペーストが印刷された該ランドの位
置と、本発明であるスペーサーに設けられた貫通孔の位
置とが合わさった状態にて本発明品のスペーサーをプリ
ント配線基板に貼り合せる。さらに、貫通孔の位置と、
ＢＧＡパッケージに形成されている各ソルダーバンプの
位置とが合わさった状態にてスペーサー上にＢＧＡパッ
ケージを搭載する。ＢＧＡパッケージの上部より加圧す
ることにより、ソルダーバンプがスペーサーの貫通孔内
輪に挿入された図２（ｂ）のような状態になる。

【００２９】本発明のスペーサーは、微細形状の貫通孔
が個々のランドに分断させる枠組みの役割を果たす。要
するに、ランド上の半田ペーストが個々に隔離され、該
スペーサーの上にＢＧＡパッケージ端子のソルダーバン
プを存在させることで半田接合の為の閉ざされた空間を
確立する事ができる。

【００３０】次に、上記の貼り合わさった状態にてリフ
ロー装置内に流動し、プリヒートによりＢＧＡパッケー
ジ及びプリント回路基板を加熱させる。この時、ＢＧＡ
パッケージに形成されている端子を介してソルダーバン
プも加熱され、尚且つプリント回路基板のランドを介し
て半田ペーストも加熱される。リフロー装置の温度設定
は、ソルダーバンプが溶融する温度まで上昇させる。溶
融温度にて加熱されたソルダーバンプは溶融化され、前
記スペーサーの貫通孔の内部にてランド上の半田ペース
トと接触し、溶融一体化される。本発明によるスペーサ
ーの貫通孔の範囲内にて半田接合されるため、隣接して
いるランドから隔離でき、確実な半田接合を実施するこ
とが出来る。

【００３１】次に、リフロー装置を該スペーサーが溶解
する温度まで上昇させる。半田溶融温度にて加熱された
該スペーサーは溶解化し、その後に熱硬化する。本発明
のスペーサーは、外部からの応力等が半田接合部に加わ
った場合に半田接合部の不良を発生させないための応力
緩和及び保護を目的とする。これは、プリント回路基板
を搭載した製品が落下により衝撃ストレスを受けた場
合、このストレスはＢＧＡパッケージとその半田接合部
に集中することになる。ＢＧＡパッケージの半田接合部
は、ＱＦＰパッケージのようなリードフレームを持たな
いため、一番弱い箇所に応力が集中し接合部周辺で破壊
が発生する。要するに、半田接合部の周辺を本発明のス
ペーサーにて固定させ保護することにより、強度アップ
が図れる。さらに、本発明のスペーサー自体がアンダー
フィル材の役割を兼ね備えているので、製造工程への負
担が減少できる。上述のスペーサーの貫通孔のグリット
アレイ配列に関しては、ＢＧＡパッケージのソルダーバ
ンプの配列によって決定される。ＢＧＡパッケージのソ
ルダーバンプの配列は、入出力仕様及びサイズ等により
端子数が異なり、限られた面積内に多くの端子を配列さ
せている。よって、本発明のスペーサーの貫通孔をＢＧ
Ａパッケージの仕様に合わせて配列させることにより、
多品種なＢＧＡパッケージに使用することができる。

【００３２】さらに、本発明のスペーサーを使用した半
田接合プロセスに於いて、貫通孔の開口率とソルダーバ
ンプとの関係は非常に重要である。要するに、貫通孔の
開口率で枠取りされた範囲内にて、ソルダーバンプを半
田接合させる実装プロセスである。上記のような第２構
成の構造体に於いては、該貫通孔の内輪部の少なくとも
一部分に金属が塗布した構成のスペーサーである。この
スペーサーを用いて、ＢＧＡパッケージに形成されてい
るソルダーバンプとプリント回路基板に配線されたラン
ドとを半田接合させる。

【００３３】実装プロセスとしては、マスクをプリント
回路基板上に装着し、該マスクの上から半田ペーストを
塗り込ませることにより、マスク板に開けた穴の開口部
よりプリント回路基板に配線されたランド上に半田ペー
ストが印刷される。

【００３４】次に、半田ペーストが印刷された該ランド
の位置と、本発明であるスペーサーに設けられた貫通孔
の内輪に形成されている金属の位置とが合わさった状態
にて本発明品のスペーサーをプリント配線基板に貼り合
せる。さらに、前記貫通孔の金属の位置と、ＢＧＡパッ
ケージに形成されているソルダーバンプの位置とが合わ
さった状態にてスペーサー上にＢＧＡパッケージを搭載
する。

【００３５】本発明のスペーサーは、微細形状の貫通孔
が個々のランドに分断させる枠組みの役割を果たす。要
するに、ランド上の半田ペーストが個々に隔離され、該
スペーサーの上にＢＧＡパッケージ端子のソルダーバン
プを存在させることで半田接合の為の閉ざされた空間を
確立することができる。

【００３６】さらに、前記ＢＧＡパッケージの上部より
加圧することにより、該ソルダーバンプが該スペーサー
の貫通孔内輪に形成されている金属部が接触された状態
になる。本発明のスペーサー内の該金属と前記ソルダー
バンプとを接触させることにより、個々の表面に形成さ
れている酸化膜を破壊することになる。よって、該金属
と該ソルダーバンプとの接触部分は、導通性及び熱伝導
性が良くなって、確実な半田接合を実施することが出来
る。

【００３７】次に、貼り合わさった状態にてリフロー装
置内に流動し、プリヒートによりＢＧＡパッケージ及び
プリント回路基板を加熱させる。この時、ＢＧＡパッケ
ージに形成されている端子を介してソルダーバンプも加
熱され、さらにプリント回路基板のランドを介して半田
ペーストも加熱される。リフロー装置の温度設定をソル
ダーバンプが溶融する温度まで上昇させる。溶融温度に
て加熱されたソルダーバンプは溶融化され、スペーサー
の貫通孔内輪の金属と合金化反応を起し、ソルダーバン
プと金属は金属溶融接合される。さらに、金属溶融接合
されたソルダーバンプ及び金属は、スペーサーの貫通孔
内部にてランド上の半田ペーストと接触し、溶融一体化
される。本発明によるスペーサーの貫通孔の範囲内にて
半田接合されるため、隣接しているランドから隔離で
き、確実な半田接合を実施することが出来る。これは、
貫通孔の限られた範囲にて半田接合を実施する事は、余
分な半田ペーストが隣接するランドに流れ込むことを防
ぐの都合がよい。

【００３８】さらに、半田ペースト内のフラックスは、
スペーサーによって個々にランドとソルダーボールを一
対で隔離している為、環境温度が上昇する事で確実にソ
ルダーボールに付着することができる。

【００３９】よって、環境温度が上がることにより、プ
リント回路基板上のランドに熱が伝わって半田ペースト
の活性化が良くなり、確実な半田接合を実施することが
出来る。環境温度を上げる手段としては、プリント回路
基板側から加熱する方法があるが、本発明のスペーサー
を使用することにより同様の効果を得られることとな
る。次に、リフロー装置を該スペーサーが溶解する温度
まで上昇させる。半田溶融温度にて加熱された該スペー
サーは溶解し、その後に熱硬化する。本発明のスペーサ
ーは、外部からの応力等が半田接合部に加わった場合
に、半田接合部の不良を発生させないための応力緩和及
び保護を目的とする。さらに、本発明のスペーサー自体
がアンダーフィル材の役割を兼ね備えているので、製造
工程への負担が減少できる。

【００４０】本発明のスペーサーに形成する金属を薄膜
形状にすることにより、該ソルダーバンプと金属部の接
触範囲が安定する。それにより、接触部分の導電性及び
熱伝導性が安定的に良くなり、確実な半田接合を実施す
ることが出来る。

【００４１】さらに、従来技術にて半田接合不良の原因
であった、半田ペーストの印刷量のバラツキを改善する
ために、半田溶融化する金属の厚みにてランド面積に対
する半田量を代用して、半田ペースト側は予備半田程度
に抑えることにより、確実な半田接合を実施することが
出来る。

【００４２】さらに、図４は貫通孔の内輪に金属及び該
金属上に半田フラックスを塗布した構成のスペーサーで
ある。金属の内輪にフラックスを塗布することにより、
金属の酸化防止及び半田塗れ性の維持などの役割を果た
す。プリント回路基板のランド表面にプリフラックッス
を塗布することにより、ランドの酸化防止及び半田塗れ
性の維持などの役割を果たす。さらにまた、本発明の実
装プロセスにて、ランド上の表面状態のバラツキは非常
に重要であり、プリフラックスを塗布させることにより
ソルダーボールの防止、及び、ランド上の半田接合性を
確保するための補助手段になる。さらに、金属はＢＧＡ
パッケージの耐熱温度より低く溶融する材質にする必要
がある。要するに、実装プロセスに於いてリフロー装置
内でＢＧＡパッケージの樹脂が加熱される環境が発生た
めに、金属部分が溶融される温度をＢＧＡパッケージの
耐熱温度より低く設定する必要がある。よって、本発明
の実装プロセスの最大加熱温度を、ＢＧＡパッケージの
耐熱温度以下とする。

【００４３】上述した第３構成の構造体に於いては、金
属として、金属有機化合物を焼成させて形成した金属化
合物及び金属単体を使用する構成のスペーサーである。
本発明の実装プロセスで要求される金属の特徴として
は、半田ペースト及びソルダーバンプとの溶融性が良好
で且つ半田と同一成分が含まれていること。本発明の金
属としては、スズ、銀、亜鉛、銅、ビスマス等を主成分
とした金属化合物及び金属単体である。さらに、上記構
造体に於いては、前記基材に方向性の意味を持ったアラ
イメントマークを形成する必要がある。本発明の実装プ
ロセスに於いて、ＢＧＡパッケージ及びスペーサー及び
プリント回路基板との方向性を考慮しなければならな
い。よって、基材にスペーサーの方向性を持たせたアラ
イメントマークを取り付けることで、位置ズレ等を防止
することが可能となる。

【００４４】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

【００４５】本発明による第１〜３構成のスペーサー５
の断面構成を図１に示す。スペーサー５は、基材１に貫
通孔２が設けられた構造である。貫通孔２は半導体素子
のパッケージであるＢＧＡパッケージのソルダーバンプ
８の配置に対応するように基材１に設けられている。基
材１は熱硬化性の樹脂であり、熱及び湿度による膨張
性、収縮性が少なく吸湿性が低い特性を持っている。さ
らに基材１は、加熱されることにより接着力が増す特徴
を持っている。図１（ａ）は基材１の構成の断面構成図
である。

【００４６】図１（ｂ）は、基材１が、ポリイミド等を
ベースに前述の特徴を持つ熱硬化性樹脂を背面処理した
構成である場合を示している。貫通孔２は、基材1に対
して円錐形状のホールを開けたものである。貫通孔２の
配列は、グリットアレイ形状に構成されている。貫通孔
２の加工手段としては、メカニカルに貫通させる手段ま
たは溶剤により溶かす手段さらにレーザー加工手段があ
る。貫通孔のグリットアレイの配列としては、ソルダー
バンプ８配列の座標を元にして、基材１に貫通孔２を設
けることにより多品種なＢＧＡパッケージ６にスペーサ
ー５を活用できる。貫通孔２の開口率としては、ソルダ
ーバンプ８の球径によって違いがある。ＢＧＡパッケー
ジ６に形成されているソルダーバンプ８は、限られたパ
ッケージエリアに多ピンの入出力信号を配線している。

【００４７】ソルダーバンプ８の球径に合わせて貫通孔
２の開口率を決定することにより多品種なＢＧＡパッケ
ージ６にスペーサー５を活用できる。本発明の第２構成
のスペーサーとして、該貫通孔２の内輪部の少なくとも
一部分に金属が塗布した構成になっている。金属４を貫
通孔２に塗布させる手段として、ディスペンサーにより
金属４を個々の貫通孔２に対して塗布する。その後、ス
ペーサー５全体を焼成することにより、貫通孔２の少な
くとも一部分に金属４が塗布される。この時、金属が焼
成されることにより有機成分が乾燥され、貫通孔２の内
輪部分に薄膜形状に塗布される事となる。さらに、貫通
孔２に対して金属４を塗布後にフラックッス材１４を塗
布する構成がある。

【００４８】図４（ａ）のように、スペーサー５に形成
する金属４の内輪にフラックス１４を塗布することによ
り、金属４の酸化防止及び半田塗れ性の維持などの役割
を果たす。

【００４９】図４（ｂ）のように、プリント回路基板１
１のランド１０表面にプリフラックッス１５を塗布する
ことにより、ランド１０の酸化防止及び半田塗れ性の維
持などの役割を果たす。ランド１０上の表面状態のバラ
ツキは非常に重要であり、プリフラックス１５を塗布す
ることによりソルダーボールの防止、及び、ランド１０
上の半田接合性の確保するための補助手段になる。金属
４の溶融化する温度として、ＢＧＡパッケージ６表面が
加熱され、表面樹脂の形状変化が発生する耐熱温度より
低い溶融温度にて溶融化する材質を選定することによ
り、多品種なＢＧＡパッケージ６にスペーサー５を活用
できる。

【００５０】本発明の第３構成のスペーサーとして、金
属４を金属有機化合物から焼成させて形成した金属化合
物及び金属単体を使用する構成となっている。金属４と
しては、スズ、銀、亜鉛、銅、ビスマス等を主成分とし
た金属化合物及び金属単体である。金属４の主成分とし
ては、半田ペースト材９と同等の溶融温度特性をもって
いるのが好ましい。さらに、図１のように、スペーサー
５の一角に切り欠きを設けることにより、ＢＧＡパッケ
ージ６及びプリント回路基板１１との搭載する向きを合
わせることが可能となる。本発明の第１構成のスペーサ
ー５を使用した実装プロセスの第１の実施例を以下に記
載する。

【００５１】図５（ａ）のように、プリント回路基板１
１とマスク１６を張り合わせ、マスク１６上の半田ペー
スト９をスキージ１７により矢印１８方向に移動させる
ことにより、マスク１６の開口部より半田ペースト９が
押し出され、プリント回路基板１１に配線されているラ
ンド１０上に印刷される。

【００５２】次に、図５（ｂ）のように、スペーサー５
に設けられたアライメントマーク３を、アライメントマ
ーク認識手段１９により読み取ってスペーサー５とプリ
ント回路基板１１とを貼り合せる。この時、半田ペース
ト９が印刷されたランド１０の位置と、スペーサー５に
設けられた貫通孔２の位置とが合わさった状態にて貼り
合せる。さらに、スペーサー５に設けられたアライメン
トマーク３を、アライメントマーク認識手段１９により
読み取ってスペーサー５とＢＧＡパッケージ６を貼り合
せる。

【００５３】図２（ａ）は、本発明の第１構成のスペー
サー５の状態図である。上記の工程にて、ＢＧＡパッケ
ージ６とスペーサー５及びプリント回路基板１１が貼り
合わさった状態である。この時のスペーサー５は、微細
形状の貫通孔２が個々のランド１０に分断させる枠組み
の役割を果たす。

【００５４】次に、図５（ｃ）で示すように、加圧手段
２０により矢印２１方向に加圧することにより、ソルダ
ーバンプ８がスペーサー５の貫通孔２内輪に挿入された
状態になる。

【００５５】図２（ｂ）は、本発明の第１構成のスペー
サー５の状態図である。上記の工程にて、ランド１０上
の半田ペースト９が個々に隔離され、スペーサー５の上
にＢＧＡパッケージ端子７のソルダーバンプ８を存在さ
せることで半田接合の為の閉ざされた空間の形態を確立
できる。

【００５６】次に、図５（ｄ）のように、ＢＧＡパッケ
ージ６とスペーサー５及びプリント回路基板１１が貼り
合わさった状態で、搬送手段２５により加熱手段２２に
流動される。さらに、加熱温度制御手段２３によりプリ
ヒートの温度まで上昇させ、ＢＧＡパッケージ６及びプ
リント回路基板１１を加熱させる。加熱手段２２として
は、リフロー炉に流動させ環境温度を上昇させる方式及
びリフロー炉に流動させスポット的にエアーを吹付ける
エアーリフロー方式及び温風を直接吹付ける温風供給方
式がある。

【００５７】図２（ｃ）は、本発明の第１構成のスペー
サー５の状態図である。上記の工程にて、ＢＧＡパッケ
ージ端子７を介してソルダーバンプ８も加熱され、尚且
つプリント回路基板１１のランド１０を介して半田ペー
スト９も加熱される。次に、加熱温度制御手段２３によ
って、ソルダーバンプ８が溶融する温度まで上昇させ
る。

【００５８】図２（ｄ）は、本発明の第１構成のスペー
サー５の状態図である。上記の工程にて、溶融温度にて
加熱されたソルダーバンプ８は溶融化され、スペーサー
５の貫通孔２の内部にてランド１０上の半田ペースト９
と接触し、溶融一体化される。スペーサー５の貫通孔２
の範囲内にて半田接合されるため、隣接しているランド
１０から隔離でき、確実な半田接合を実施することが出
来る。

【００５９】次に、図５（ｅ）のように、加熱温度制御
手段２３によって、スペーサー５が溶融する温度まで上
昇させる。

【００６０】図２（ｅ）は、本発明の第１構成のスペー
サー５の状態図である。上記の工程にて、溶融温度に加
熱されたスペーサー５は熱容量に反応してマスク形状を
崩しながら、ＢＧＡパッケージ６とプリント回路基板１
１の空間に流れ込み、その後に熱硬化する。スペーサー
５は、外部からの応力等が半田接合部に加わった場合に
半田接合部の不良を発生させないための応力緩和及び保
護を目的とする。さらに、スペーサー５自体がアンダー
フィル材の役割を兼ね備えているので、製造工程への負
担が減少できる。尚、図２（ｄ）の状態から、アンダー
フィル材をＢＧＡパッケージ６の周辺に塗布し、再度熱
処理を実施し、硬化させる方法も好ましい。

【００６１】本発明の第２および第３構成のスペーサー
５を使用した実装プロセスの第２の実施例を以下に記載
する。図５（ａ）のように、プリント回路基板１１とマ
スク１６を張り合わせ、マスク１６上の半田ペースト９
をスキージ１７により矢印１８方向に移動させることに
より、マスク１６の開口部より半田ペースト９が押し出
され、プリント回路基板１１に配線されているランド１
０上に印刷される。次に、図５（ｂ）のように、スペー
サー５に設けられたアライメントマーク３を、アライメ
ントマーク認識手段１９により読み取ってスペーサー５
とプリント回路基板１１とを貼り合せる。この時、半田
ペースト９が印刷されたランド１０の位置と、スペーサ
ー５に設けられた貫通孔２の内輪に形成されている金属
４の位置とが合わさった状態にて貼り合せる。この時、
半田ペースト９が印刷されたランド１０の位置と、スペ
ーサー５に設けられた貫通孔２の位置とが合わさった状
態にて貼り合せる。さらに、スペーサー５に設けられた
アライメントマーク３を、アライメントマーク認識手段
１９により読み取ってスペーサー５とＢＧＡパッケージ
６を貼り合せる。

【００６２】図３（ａ）は、本発明の第２〜３構成のス
ペーサー５の状態図である。上記の工程にて、ＢＧＡパ
ッケージ６とスペーサー５及びプリント回路基板１１が
貼り合わさった状態である。この時のスペーサー５は、
微細形状の貫通孔２が個々のランド１０に分断させる枠
組みの役割を果たす。次に、図５（ｃ）のように、加圧
手段２０により矢印２１方向に加圧することにより、ソ
ルダーバンプ８がスペーサー５の貫通孔２内輪に挿入さ
れた状態になる。

【００６３】図３（ｂ）は、本発明の第２〜３構成のス
ペーサー５の状態図である。上記の工程にて、ランド１
０上の半田ペースト９が個々に隔離され、スペーサー５
の上にＢＧＡパッケージ端子７のソルダーバンプ８を存
在させることで半田接合の為の閉ざされた空間を確立す
る事ができる。さらに、ＢＧＡパッケージ６の上部より
加圧することにより、ソルダーバンプ８がスペーサー５
の貫通孔２内輪に形成されている金属４部が接触された
状態になる。スペーサー５内の金属４とソルダーバンプ
８とを接触させることにより、個々の表面に形成されて
いる酸化膜を破壊することになる。よって、金属４とソ
ルダーバンプ８との接触部分は、導通性及び熱伝導性が
良くなって、確実な半田接合を実施することが出来る。
次に、図５（ｄ）のように、ＢＧＡパッケージ６とスペ
ーサー５及びプリント回路基板１１が貼り合わさった状
態で、搬送手段２５により加熱手段２２に流動される。
さらに、加熱温度制御手段２３によりプリヒートの温度
まで上昇させ、ＢＧＡパッケージ６及びプリント回路基
板１１を加熱させる。

【００６４】図３（ｃ）は、本発明の第２〜３構成のス
ペーサー５の状態図である。上記の工程にて、ＢＧＡパ
ッケージ端子７を介してソルダーバンプ８も加熱され、
尚且つプリント回路基板１１のランド１０を介して半田
ペースト９も加熱される。

【００６５】次に、加熱温度制御手段２３によって、ソ
ルダーバンプ８が溶融する温度まで温度を上昇させる。
溶融温度にて加熱されたソルダーバンプ８は溶融化さ
れ、スペーサー５の貫通孔２内輪の金属４と合金化反応
を起し、ソルダーバンプ８と金属４は金属溶融接合され
る。さらに、金属溶融接合されたソルダーバンプ８及び
金属４は、スペーサー５の貫通孔２内部にてランド１０
上の半田ペースト９と接触し、溶融一体化される。スペ
ーサー５の貫通孔２の範囲内にて半田接合されるため、
隣接しているランド１０から隔離でき、確実な半田接合
を実施することが出来る。これは、貫通孔２の限られた
範囲にて半田接合を実施するため、環境温度を封じ込め
る役割を果たし、プリント回路基板１１上のランド１０
に熱が伝わって半田ペースト９の活性化が良くなり、確
実な半田接合を実施することが出来る。次に図５（ｅ）
のように、加熱温度制御手段２３によって、スペーサー
５が溶融する温度まで上昇させる。

【００６６】図３（ｄ）は、本発明の第２〜３構成のス
ペーサー５の状態図である。上記の工程にて、溶融温度
に加熱されたスペーサー５は熱容量に反応してマスク形
状を崩しながら、ＢＧＡパッケージ６とプリント回路基
板１１の空間に流れ込み、その後に熱硬化する。スペー
サー５は、外部からの応力等が半田接合部に加わった場
合に半田接合部の不良を発生させないための応力緩和及
び保護を目的とする。さらに、スペーサー５自体がアン
ダーフィル材の役割を兼ね備えているので、製造工程へ
の負担が減少できる。

【００６７】尚、図３（ｃ）の状態から、アンダーフィ
ル材をＢＧＡパッケージ６の周辺に塗布し、再度熱処理
を実施し、硬化させる方法も好ましい。

【００６８】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、スペ
ーサーの第１構成を基材と該基材に半導体素子のパッケ
ージであるＢＧＡパッケージのソルダーバンプの配置に
ホールを貫通させた貫通孔にて構成されたスペーサーを
該ソルダーバンプとプリント回路基板の間に挟み込むこ
とにより該スペーサーが該ソルダーバンプのマスク機能
を果たし、且つ加熱することによりアンダーフィル機能
の役割をする構造体とした。

【００６９】この発明の構造体の第２の構成として、前
記第１の構成の構造体の前記貫通孔の少なくとも一部分
に金属が塗布される構造体とした。

【００７０】この発明の構造体の第３の構成として、前
記第２の構成の構造体の前記金属として、金属有機化合
物を有する構造体とした。

【００７１】これにより、次のような効果が得られる。

【００７２】貫通孔の配列をＢＧＡパッケージの仕様に
合わせることにより多品種なＢＧＡパッケージに本発明
のスペーサーを活用することができる。

【００７３】さらに、貫通孔の開口率をソルダーバンプ
の球径に合わせて決定させることにより多品種なＢＧＡ
パッケージに本発明のスペーサーを活用することができ
る。

【００７４】さらにまた、ランド上の半田ペーストが個
々に隔離され、本発明のスペーサー上にＢＧＡパッケー
ジ端子のソルダーバンプを存在させることで半田接合の
為の閉ざされた空間の形態を確立する事ができる。

【００７５】さらに、本発明のスペーサー内の金属とソ
ルダーバンプとを接触させることにより、個々の表面に
形成されている酸化膜を破壊することになり、接触部分
が導通性及び熱伝導性が良くなって、確実な半田接合を
実施できる。さらに、半田ペーストの印刷量のバラツキ
を改善するために、半田溶融化する金属の厚みにてラン
ド面積に対する半田量を代用して、半田ペースト側は予
備半田程度に抑えることにより、確実な半田接合を実施
できる。

【００７６】本発明によるスペーサーの貫通孔の範囲内
にて半田接合されるため、隣接しているランドから隔離
でき、確実な半田接合を実施できる。

【００７７】ＢＧＡパッケージの半田接合部は、ＱＦＰ
パッケージのようなリードフレームを持たないため、一
番弱い箇所に応力が集中し接合部周辺で破壊が発生する
よって、半田接合部の周辺を本発明のスペーサーにて固
定させ保護することにより、強度アップがはかれる。

【００７８】さらに、本発明のスペーサー自体がアンダ
ーフィル材の役割を兼ね備えているので、製造工程への
負担が減少できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスペーサーの構成を示す断面図で
ある。

【図２】本発明によるスペーサーを用いてパッケージと
回路基板を実装する、本発明における工程を模式的に示
す状態図である。

【図３】本発明によるスペーサーを用いてパッケージと
回路基板を実装する、本発明における工程を模式的に示
す状態図である。

【図４】貫通孔の内輪に金属、及び、フラックスが設け
られたスペーサーを用いて実装する場合を模式的に示す
状態図である。

【図５】本発明の実装プロセスを模式的に示す工程図で
ある。

【図６】従来の実装プロセスを模式的に示す工程図であ
る。

【図７】従来技術に於ける半田ペースト印刷量にバラツ
キが発生した時の半田接合不良を説明する状態図であ
る。

【図８】従来技術に於けるソルダーバンプとランドの搭
載のバラツキによる半田接合不良を説明する状態図であ
る。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 貫通孔 ４ 金属 ５ スペーサー ６ ＢＧＡパッケージ ８ ソルダーバンプ １０ ランド １１ 回路基板

フロントページの続き (72)発明者 遠藤 貴代仁 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 山本 修平 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AC01 BB05 CC02 CC22 GG01 GG05 5E336 AA04 CC32 DD22 DD32 EE02 EE05 GG06 GG10 GG16 5F044 LL13 LL17 RR18 RR19 5F061 AA01 BA04 CA26

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子のソルダーバンプと回路基板との間
   に設けられる構造体であって、加熱によりアンダーフィ
   ル機能の役割をする基材を備え、前記基材には素子に設
   けられたソルダーバンプの配置に対応するように貫通孔
   が設けられたことを特徴とする構造体。
2. 【請求項２】 前記貫通孔の少なくとも一部分に金属が
   塗布されることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
3. 【請求項３】 前記金属として、金属有機化合物を有す
   ることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
4. 【請求項４】 回路基板に設けられたランドの上に半田
   ペーストを設ける工程と、 素子に設けられたソルダーバンプと、前記ソルダーバン
   プと対応する位置に貫通孔が設けられたスペーサーと、
   前記ランドとの位置が合うように貼り合せる工程と、 前記ソルダーバンプを加熱することにより、前記ソルダ
   ーバンプを溶かして前記ランド上の半田ペーストと溶融
   一体化する工程とを有することにより、ソルダーバンプ
   とランドを半田接合させることを特徴とする実装方法。
5. 【請求項５】 回路基板に設けられたランドの上に半田
   ペーストを設ける工程と、 素子に設けられたソルダーバンプと、前記ソルダーバン
   プと対応する位置に貫通孔が設けられるとともに前記貫
   通孔の少なくとも一部に金属が設けられたスペーサー
   と、前記回路基板とを、前記貫通孔の金属と前記ソルダ
   ーバンプが接触するように位置を合わせて貼り合せる工
   程と、 前記ソルダーバンプを加熱することにより、前記ソルダ
   ーバンプを溶かして前記金属、及び、前記半田ペースト
   を溶融一体化する工程と、を備えることにより前記ソル
   ダーバンプと前記ランドが半田接合することを特徴とす
   る実装方法。
6. 【請求項６】 前記スペーサーを加熱することによりス
   ペーサーを溶かして半田接合箇所に流れ出させる工程
   と、前記スペーサーを熱硬化する工程とを有することに
   より、ソルダーバンプとランドの半田接合箇所を封止す
   ることを特徴とする請求項４または請求項5に記載の実
   装方法。
7. 【請求項７】 ＢＧＡパッケージとプリント回路基板と
   の隙間にアンダーフィル材を塗布する工程と、アンダー
   フィル剤が熱硬化される工程とを有することを特徴とす
   る請求項４〜６のいずれか一項に記載の実装方法。