JP2006190902A - 半導体電子部品の実装方法及び半導体電子部品の配線基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】 容易に接続不良を防止することができる半導体電子部品の実装方法及び半導体電子部品の配線基板を提供すること。
【解決手段】 まず、図3(a)に示すように、絶縁基板上に、配線基板10に実装されるBGAチップ20の反り量に応じた面積となるようにパターニングして複数のIOランド11a、複数のサーマルランド11bを形成する。そして、図3(b)示すように、BGAチップ20を上面(紙面上側)から図示しない吸着ノズルによって吸着し、配線基板10の上側に搬送して、配線基板10上に搭載する。次に、図3(c)に示すよう、BGAチップ20が搭載された配線基板10を、ハンダリフロー装置へ搬送して、ハンダリフロー装置において、BGAチップ20が搭載された配線基板10を所定温度で過熱することによってIOバンプ21aとIOランド11a、サーマルバンプ21bとサーマルランド11bとを接続する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、半導体電子部品の実装方法及び半導体電子部品の配線基板に関するものである。
従来、半導体電子部品を実装する配線基板の反りによるハンダの接続不良を防止するための半導体電子部品の実装方法として特許文献1に示すものがある。
特許文献1に示す半導体電子部品の実装方法は、配線基板の各ランドに、配線基板の反り量に応じた量だけハンダペーストを供給し、その配線基板上にハンダバンプを有する半導体電子部品実装するものである。すなわち、配線基板の反り量が多いほどハンダペーストの量を多くすることによってハンダの接続不良を防止するものである。
特開平15−243818号公報
一方、半導体電子部品に関しても、基板に搭載された半導体チップをモールド樹脂にてモールドするような場合、基板とモールド樹脂との熱膨張率の違いによって反りが生じる可能性がある。このような場合も、半導体電子部品と配線基板との間でハンダの接続不良が生じる可能性がある。
そして、半導体電子部品に反りが生じている場合は、半導体電子部品の反り量に応じて配線基板の各ランドにハンダペーストを供給するか、もしくは、半導体電子部品の反り量に応じて半導体電子部品のハンダバンプの量を調整することが考えられる。
しかしながら、配線基板もしくは半導体電子部品の反り量に応じて各ランドにハンダペーストを供給したり、ハンダバンプの量を調整したりするのは困難である。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、容易に接続不良を防止することができる半導体電子部品の実装方法及び半導体電子部品の配線基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1に記載の半導体電子部品の実装方法は、複数のハンダバンプを有する半導体電子部品を複数のハンダバンプに対応する複数のランドを有す配線基板に実装する方法であって、半導体電子部品の実装面と配線基板の実装面との間隔が長い位置に対応するランドの面積を間隔が短い位置に対応するランドの面積よりも小さくなるように配線基板にランドを形成するランド形成工程と、ハンダバンプとランドとが対向するように半導体電子部品を配線基板上に載置し、ハンダリフローにてハンダバンプとランドとを接続することによって半導体電子部品を配線基板上に実装するハンダリフロー工程とを備えることを特徴とするものである。
半導体電子部品は、基板とモールド樹脂との熱膨張率の差によって反ったり、配線基板は、プリント基板と配線パターンとの熱膨張率の差によって反ったりする。このように、半導体電子部品、配線基板が反ってしまうと、半導体電子部品の実装面と配線基板の実装面との間隔が長くなったり、短くなったりする。
一方、ハンダバンプは、ハンダリフロー時において対応するランドの面積が大きい方が平面方向に広がりやすい。そこで請求項1に示すように、半導体電子部品の実装面と配線基板の実装面との間隔が長い位置に対応するランドの面積を間隔が短い位置に対応するランドの面積よりも小さくなるようにランドを形成してハンダリフローすることによって、ハンダリフロー時のハンダバンプの平面方向への広がり量は、間隔が長い位置に対応するハンダバンプよりも間隔が短い位置に対応するハンダバンプの方が多くなる。
また、ハンダリフロー時におけるハンダバンプの高さは、ハンダバンプの広がり量が多くなるにつれて低くなる。よって、間隔が短い位置に対応するハンダバンプは、ハンダリフロー時に、間隔が長い位置に対応するハンダバンプに比べて平面方向へ多く広がり高さが低くなるので、間隔が長い位置に対応するハンダバンプがランドに接続されやすくなる。
このように、間隔に応じてランドの面積を調整することによって、間隔が長い位置に対応するハンダバンプもランドに接続されやすくなるので、ハンダバンプの量を調整するのに比べて容易に接続不良を防止することができる。
また、請求項2に記載の半導体電子部品の実装方法では、複数のハンダバンプが半導体電子部品の配線基板と対向する面における中央付近に形成される複数の中央バンプと、複数の中央バンプから所定距離離れた位置に形成される周辺バンプとからなる場合、ランド形成工程は、間隔に応じて中央バンプに対応するランド及び/又は周辺バンプに対応するランドを形成することを特徴とするものである。
このように、電子部品が中央付近に形成される中央バンプと、その中央バンプから所定距離離れた位置に形成される周辺バンプとを備えるような場合、間隔に応じて中央バンプに対応するランド及び/又は周辺バンプに対応するランドを形成することによって、中央バンプと周辺バンプの面積を調整するだけでよいのでランドの形成が容易になり、より一層容易に接続不良を防止することができる。
また、複数の中央バンプ及び複数の周辺バンプとしては、請求項3に示すように、半導体電子部品の放熱用のサーマルバンプ及び半導体電子部品の入出力用の入出力バンプとすることができる。
また、請求項4に記載の半導体電子部品の実装方法では、半導体電子部品及び/又は配線基板が、半導体電子部品及び/又は配線基板の実装面が凹状となっている場合、ランド形成工程は、サーマルバンプに対応するランドの面積を小さくすることによって、間隔の長い位置に対応するランドの面積を間隔の短い位置に対応するランドの面積よりも小さくなるようにランドを形成することを特徴とするものである。
ランドの面積を調整する場合、入出力バンプに対応するランドの面積を大きくすると入出力バンプ間が接続される可能性がある。入出力バンプ間が接続してしまうと、半導体電子部品が不具合となる可能性がある。そこで、請求項4に示すように、半導体電子部品及び/又は配線基板の実装面が凹状となっている場合は、サーマルバンプに対応するランドの面積を小さくすることにより、間隔が長い位置に対応するランドの面積を間隔が短い位置に対応するランドの面積よりも小さくなるようにランドを形成することによって、入出力バンプ間が接続されることを防止することができる。
また、請求項5に記載の半導体電子部品の配線基板では、複数のハンダバンプを有する半導体電子部品が実装される配線基板であって、複数のハンダバンプと接続されるものであり、半導体電子部品の実装面と配線基板の実装面との間隔が長い位置に対応する面積が当該間隔が短い位置に対応する面積よりも小さい複数のランドを備えることを特徴とするものである。
半導体電子部品は、基板とモールド樹脂との熱膨張率の差によって反ったり、配線基板は、プリント基板と配線パターンとの熱膨張率の差によって反ったりすることがある。このように、半導体電子部品、配線基板が反ってしまうと、半導体電子部品の実装面と配線基板の実装面との間隔が長くなったり、短くなったりする。
一方、ハンダバンプは、ハンダリフロー時においてハンダバンプに対応するランドの面積が大きい方が平面方向に広がりやすい。そこで請求項6に示すように、半導体電子部品の実装面と配線基板の実装面との間隔が長い位置に対応する面積が間隔が短い位置に対応する面積よりも小さい複数のランドを備えることによって、ハンダリフロー時のハンダバンプの平面方向への広がり量は、間隔が長い位置に対応するハンダバンプよりも間隔が短い位置に対応するハンダバンプの方が多くなる。
また、ハンダリフロー時におけるハンダバンプの高さは、ハンダバンプの広がり量が多くなるにつれて低くなる。よって、間隔が短い位置に対応するハンダバンプは、ハンダリフロー時に、間隔が長い位置に対応するハンダバンプに比べて平面方向へ多く広がり高さが低くなるので、間隔が長い位置に対応するハンダバンプがランドに接続されやすくなる。
このように、半導体電子部品の実装面と配線基板の実装面との間隔が長い位置に対応する面積が間隔が短い位置に対応する面積よりも小さい複数のランドを備えることによって、間隔が長い位置に対応するハンダバンプもランドに接続されやすくなるので、ハンダバンプの量を調整するのに比べて容易に接続不良を防止することができる。
また、請求項6に記載の半導体電子部品の配線基板では、複数のハンダバンプが半導体電子部品の配線基板と対向する面における中央付近に形成される複数の中央バンプと、複数の中央バンプから所定距離離れた位置に形成される周辺バンプとからなる場合、中央バンプに対応する各ランドの面積はそれぞれ略同じであると共に、周辺バンプに対応する各ランドの面積はそれぞれ略同等であり、中央バンプに対応するランドと周辺バンプに対応するランドとは、間隔に応じた面積であることを特徴とするものである。
このように、電子部品が中央付近に形成される中央バンプと、その中央バンプから所定距離離れた位置に形成される周辺バンプとを備えるような場合、間隔に応じて中央バンプに対応するランド及び/又は周辺バンプに対応するランドを形成することによって、配線基板のランド構造を簡素化することができる。
また、中央バンプに対応するランド及び周辺バンプに対応するランドは、請求項7に示すように、半導体電子部品のサーマルバンプと接続するランド及び入出力バンプと接続するランドとすることができる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1(a)は本発明の実施の形態における配線基板の概略構成を示す断面図であり、(b)は平面図である。図2(a)は本発明の実施の形態における半導体電子部品の概略構成を示す断面図であり、(b)は平面図である。図3(a)〜(c)は、本発明の実施の形態における半導体電子部品の実装方法を示す工程別断面図である。
本実施の形態における配線基板10は、絶縁基板におけるBGAチップ20が実装される実装面に、パターニングされた導体層である配線パターン(図示せず)を備え、図1に示すように、複数のIOランド11a、複数のサーマルランド11b、ソルダーレジスト12などを備える。
IOランド11aは、配線パターンの一部であり、後ほど説明するIOバンプ21aと電気的に接続されるものである。このIOランド11aは、IOバンプ21aに対応する位置に形成されるものであり、BGAチップ20に対向する領域の周辺領域、すなわち図1(b)における一点差線で示すIOランド領域ILに複数形成されている。また、複数のIOランド11a間には、IOランド11a以外の配線パターンにIOバンプ21aなどのハンダバンプが付着しないように、またはIOバンプ21aどうしが接続されないようにするためのソルダーレジスト12を備える。
サーマルランド11bは、配線基板10に形成される導体パターンであり、後ほど説明するサーマルバンプ21bと接続されるものである。すなわち、このサーマルランド11bは、BGAチップ20(ベアチップ23)から発せられる熱を配線基板10に放熱するためのランドである。また、このサーマルランド11bは、サーマルバンプ21bに対応する位置に形成されるものであり、BGAチップ20に対向する領域の中央領域、すなわち図1(b)における点線で示すサーマルランド領域ILに複数形成されている。また、複数のサーマルランド11b間には、サーマルランド11b以外の配線パターンにサーマルバンプ21bなどのハンダバンプが付着しないように、またはサーマルバンプ21bどうしが接続されないようにするためのソルダーレジスト12を備える。
また、IOランド11a及びサーマルランド11bの面積、すなわちIOバンプ21a及びサーマルバンプ21bと接続する面積は、BGAチップ20の実装面と配線基板10の実装面との間隔、すなわちBGAチップ20の反り量に応じて調整されるものである。そこで、本実施の形態においては、BGAチップ20の実装面と配線基板10の実装面との間隔が長い位置をBGAチップ20の反り量が多いものとし、BGAチップ20の実装面と配線基板10の実装面との間隔が短い位置をBGAチップ20の反り量が少ないものとする。したがって、具体的には、BGAチップ20の反り量が多い位置に対応するIOランド11aあるいはサーマルランド11bの面積は、BGAチップ20の反り量が少ない位置に対応するIOランド11aあるいはサーマルランド11bの面積に比べて小さくなるように調整されている。よって、本実施の形態においては、IOランド11aの面積をサーマルランド11bの面積よりも小さくするので、図1に示すようにIOランド11aの直径Aはサーマルランド11bの直径Bよりも小さくなる。
一方、半導体電子部品は、本実施の形態においては図2に示すようにBGA(Ball gridarray)チップ20を用いている。BGAチップ20は、複数のIOバンプ21a、複数のサーマルバンプ21b、基板22、ベアチップ23、モールド樹脂24などを備える。
基板22は、所謂インターポーザであり、ベアチップ23を搭載する搭載面には配線パターンが形成されている。この配線パターンは、ベアチップ23が搭載された状態において、ベアチップ23の電極と直接あるいはワイヤなどによって電気的に接続される。また、基板22は、スルーホールなどが形成され、このスルーホールを介して配線パターンと電気的に接続されるランド及び複数のハンダバンプ(21a、21b)を備える。
このハンダバンプ(21a、21b)は、IOバンプ21a、サーマルバンプ21bとからなる。IOバンプ21aは、ベアチップ23の入出力用のバンプであり、基板22の周辺領域、すなわち図2(b)における一点差線で示すIOバンプ領域IBに複数形成されている。また、IOバンプ21aは、BGAチップ20が配線基板10に実装される際に、配線基板10のIOランド11aと電気的に接続される。
サーマルバンプ21bは、ベアチップ23の放熱用のバンプであり、ベアチップ23から発せられる熱を放熱するためにベアチップ23に対向する領域、すなわち図2(b)において点線で示すサーマルバンプ領域SBに複数形成されている。また、サーマルバンプ21aは、BGAチップ20が配線基板10に実装される際に、配線基板10のサーマルランド11aと電気的に接続される。なお、複数のIOバンプ21a及び複数のサーマルバンプ21bのハンダの量は全て略同一である。
そして、BGAチップ20は、基板22にベアチップ23が搭載され、このベアチップ23と配線パターンとが電気的に接続された状態において、モールド樹脂24にてモールド封止されている。
ここで、図3に基づいてBGAチップ20の配線基板10への実装方法について説明する。
まず、図3(a)に示すように、絶縁基板におけるBGAチップ20が実装される実装面に、導体層を形成してパターニングすることによって配線パターン及び複数のIOランド11a、複数のサーマルランド11bを形成する。そして、複数のIOランド11a間及び複数のサーマルランド11b上にソルダーレジスト12を形成する。
この複数のIOランド11a、複数のサーマルランド11bを形成する際には、配線基板10に実装されるBGAチップ20の反り量に応じた面積となるようにパターニングによって面積を調整して形成する。例えば、BGAチップ20の反り量が多い位置に対応するIOランド11aあるいはサーマルランド11bの面積は、BGAチップ20の反り量が少ない位置に対応するIOランド11aあるいはサーマルランド11bの面積に比べて小さくなるように形成する。なお、BGAチップ20の反り量は、周知のモアレ法などによって測定することができる。
本実施の形態においては、BGAチップ20のサーマルバンプ21bに比べてIOバンプ21aの方が反り量は多い。よって、反り量の多い位置に対応するランド、すなわちIOランド11aの面積が、反り量が少ないランド、すなわちサーマルランド11bの面積よりも小さくなるようにパターニングによって調整する。したがって、図1に示すようにIOランド11aの直径Aはサーマルランド11bの直径Bよりも小さくなる。
なお、本実施の形態のように、BGAチップ20がサーマルバンプ21bと、サーマルバンプ21bから所定距離離れた位置に形成されるIOバンプ21aとを備える場合、配線基板10のIOランド11a単位及びサーマルランド11b単位で面積を調整すればよい。すなわち、複数のIOランド11aの各々は略同一の面積とし、複数のサーマルランド11bの各々は略同一の面積とする。このように、IOランド11a単位及びサーマルランド11b単位で面積を調整することによって、ランドの面積の調整が容易となる。
また、ランド(11a、11b)の面積を調整する場合、IOバンプ21aに対応するIOランド11aの面積を大きくするとIOバンプ21a間が接続される可能性がある。このようにIOバンプ21a間が接続してしまうと、BGAチップ20が不具合となる可能性があるからである。
したがって、BGAチップ20の配線基板10と対向する面が凹状に反っている場合は、サーマルランド11bの面積をパターニングによって調整することによって、サーマルランド11bの面積がIOランド11aの面積よりも小さくなるようにする。こうすることによって、IOバンプ21a間が接続されることを防止することができる。
次に、図3(b)示すように、上述のようにして形成した配線基板10上にBGAチップ20を搭載する。BGAチップ20を配線基板10上に搭載する場合、BGAチップ20を上面(紙面上側)から図示しない吸着ノズルによって吸着し、配線基板10の上側に搬送する。そして、BGAチップ20のIOバンプ21aと配線基板10のIOランド11a、BGAチップ20のサーマルバンプ21bと配線基板10のサーマルランド11bとが対応するように位置合せして、BGAチップ20を配線基板10上に搭載する。
さらに、図3(c)に示すよう、BGAチップ20が搭載された配線基板10を、ハンダリフロー装置へ搬送する。そして、ハンダリフロー装置において、BGAチップ20が搭載された配線基板10を所定温度で過熱することによってIOバンプ21aとIOランド11a、サーマルバンプ21bとサーマルランド11bとを接続することによって、BGAチップ20を配線基板10上に実装する。
このように、BGAチップ20の反り量に応じて面積を調整されたIOランド11aもしくはサーマルランド11bを備える配線基板10上にBGAチップ20を搭載してハンダリフローすることによって、面積の広いランド(本実施の形態においては、サーマルランド11b)に対応するハンダバンプ(本実施の形態においては、サーマルバンプ21b)は、平面方向に広がりやすくなる。
このように、ハンダバンプ(サーマルバンプ21b)が平面方向に広がると、ハンダバンプ(サーマルバンプ21b)の高さは低くなる。よって、ハンダリフロー時に反り量が多い位置に対応するハンダバンプ(サーマルバンプ21b)の高さが低くなるので、反り量が少ない位置に対応するハンダバンプ(IOバンプ21a)は、ランド(IOランド11a)に接続されやすくなる。
このように、反り量に応じてIOランド11aあるいはサーマルランド11bの面積を調整することによって、反り量が多い位置に対応するIOバンプ21aあるいはサーマルバンプ21bもIOランド11aあるいはサーマルランド11bに接続されやすくなるので、ハンダバンプの量を調整するのに比べて容易に接続不良を防止することができる。
なお、本実施の形態においては、BGAチップ20が反っている場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。配線基板10に関しても、配線パターンとプリント基板の熱膨張率の違いから反る可能性がある。したがって、配線基板10が反っている場合においても、ランドの面積を調整するなどによって本発明の目的が達成できるものである。また、BGAチップ20と配線基板10の両方が反っている場合においても、同様にランドの面積を調整するなどによって本発明の目的が達成できるものである。
また、本実施の形態においては、配線基板10として、中央付近に形成されるサーマルランド11bと、そのサーマルランド11bから所定距離離れた位置に形成されるIOランド11aとを備える例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、配線基板10に格子状にランドを形成するものであっても、ランドの面積を調整するなどによって本発明の目的は達成できるものである。
(a)は本発明の実施の形態における配線基板の概略構成を示す断面図であり、(b)は平面図である。 (a)は本発明の実施の形態における半導体電子部品の概略構成を示す断面図であり、(b)は平面図である。 (a)〜(c)は、本発明の実施の形態における半導体電子部品の実装方法を示す工程別断面図である。
符号の説明
10 配線基板、11a IOランド、11b サーマルランド、12 ソルダーレジスト、20 BGAチップ、21a IOバンプ、21b サーマルバンプ、22 基板、23 ベアチップ、24 モールド樹脂、IL IOランド領域、SL サーマルランド領域、IB IOバンプ領域、SB サーマルバンプ領域

Claims (7)

  1. 複数のハンダバンプを有する半導体電子部品を当該複数のハンダバンプに対応する複数のランドを有す配線基板に実装する方法であって、
    前記半導体電子部品の実装面と前記配線基板の実装面との間隔が長い位置に対応するランドの面積を当該間隔が短い位置に対応するランドの面積よりも小さくなるように当該配線基板にランドを形成するランド形成工程と、
    前記ハンダバンプと前記ランドとが対向するように前記半導体電子部品を前記配線基板上に載置し、ハンダリフローにて当該ハンダバンプと当該ランドとを接続することによって当該半導体電子部品を当該配線基板上に実装するハンダリフロー工程と、
    を備えることを特徴とする半導体電子部品の実装方法。
  2. 前記複数のハンダバンプが前記半導体電子部品の前記配線基板と対向する面における中央付近に形成される複数の中央バンプと、当該複数の中央バンプから所定距離離れた位置に形成される周辺バンプとからなる場合、前記ランド形成工程は、前記間隔に応じて当該中央バンプに対応するランド及び/又は当該周辺バンプに対応するランドを形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体電子部品の実装方法。
  3. 前記複数の中央バンプは、前記半導体電子部品の放熱用のサーマルバンプであり、前記複数の周辺バンプは、当該半導体電子部品の入出力用の入出力バンプであることを特徴とする請求項2に記載の半導体電子部品の実装方法。
  4. 前記半導体電子部品及び/又は前記配線基板が、当該半導体電子部品及び/又は当該配線基板の実装面が凹状となっている場合、前記ランド形成工程は、前記サーマルバンプに対応するランドの面積を小さくすることによって、前記間隔の長い位置に対応するランドの面積を間隔の短い位置に対応するランドの面積よりも小さくなるようにランドを形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体電子部品の実装方法。
  5. 複数のハンダバンプを有する半導体電子部品が実装される配線基板であって、前記複数のハンダバンプと接続されるものであり、前記半導体電子部品の実装面と前記配線基板の実装面との間隔が長い位置に対応する面積が当該間隔が短い位置に対応する面積よりも小さい複数のランドを備えることを特徴とする半導体電子部品の配線基板。
  6. 前記複数のハンダバンプが前記半導体電子部品の前記配線基板と対向する面における中央付近に形成される複数の中央バンプと、当該複数の中央バンプから所定距離離れた位置に形成される周辺バンプとからなる場合、当該中央バンプに対応する各ランドの面積はそれぞれ略同じであると共に、当該周辺バンプに対応する各ランドの面積はそれぞれ略同等であり、当該中央バンプに対応するランドと当該周辺バンプに対応するランドとは、前記間隔に応じた面積であることを特徴とする請求項5に記載の半導体電子部品の配線基板。
  7. 前記中央バンプに対応するランドは、前記半導体電子部品の放熱用のサーマルバンプと接続するランドであり、前記周辺バンプに対応するランドは、当該半導体電子部品の入出力用の入出力バンプと接続するランドであることを特徴とする請求項6に記載の半導体電子部品の配線基板。
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