JPH02185053A - フリップチップボンディング用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野コ 本発明は、フリップチップ法あるいはＣＣＢ　（Ｃｏｎ
ｔｒｏｌｌｅｄ　　Ｃｏ１１ａｐｓｅ　　Ｂ。

ｎｄｉｎｇ）法とよばれる接続法を用いて、半導体素子
等の電子部品をフェイスダウンで実装する場合に用いる
フリップチップボンディング用基板に関する。

［従来の技術］ 半導体素子等の電子部品の電極と該電子０部品実装用の
基板やパッケージ（以下、パッケージを含めて単に基板
という。）上の接続端子との間を接続する接続法として
、従来より、上記のようなフリップチップ法と呼ばれる
接続法がある。

この接続法は、電子部品の電極上にほぼ球状のはんだバ
ンプを形成しておき、該はんだバンプを基板の接続端子
上に直接にまたは該接続端子上に形成しておいたはんだ
層上に重ね合わせてはんだリフローし、電子部品の電極
と基板の接続端子との間を上記はんだバンプやはんだ層
を形成しているはんだを用いてはんだ付けして、電子部
品を基板上に実装する方法である。

なおここで、上記電子部品の電極上に形成するほぼ球状
のはんだバンプには、その全体をはんだのみで形成した
ものと、はんだ内部にＣｕボールを内在させた状態で封
入したものとがある。

この接続法によれば、高集積化した半導体素子等の電子
部品であって、その表面の内外に多数の電極を格子状な
どに持つ電子部品を、ワイヤ等を介さずに基板上にフェ
イスダウンで容易かつ的確に実装することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、電子部品を基板上に実装した場合は、該実装
した電子部品が正常に動作するか否かを検査することが
行われる。そして、基板上に実装した電子部品が正常に
動作しない不良品であることが判明した場合は、一般に
は、基板上に実装した電子部品を良品の電子部品と交換
している。

しかしながら、上述従来のフリップチップ法を用いて基
板上に実装した電子部品を他の電子部品と交換しようと
して、はんだリフローして電子部品を基板上から離脱さ
せた場合には、電子部品の複数の各電極と該各電極をは
んだ付けした基板上の複数の各接続端子とのそれぞれに
、はんだが均等に分割されて付着した状態とならずに、
該各電極と各接続端子とのそれぞれにはんだがランダム
に過大または過少に付着した状態となったり、あるいは
はんだ内部に内在させた状態で封入したＣＵボールが上
記各電極または各接続端子のいずれか一方にランダムに
付着した状態となったりしてしまう。

そしてその後に、上記電子部品を離脱させた基板上に良
品の電子部品をフリップチップ法によりフェイスダウン
で再度実装し直すこ七が困難となってしまう。言い換え
れば、電子部品を離脱させた後の基板の各接続端子上に
は、はんだ層がランダムに過大または過少に付着したり
Ｃｕボールがランダムに付着したりしていて、他の電子
部品の各電極を該各電極に形成したはんだバンプを用い
て上記基板上の各接続端子にフリップチップ法により確
実にはんだ付けし直すことが困難となってしまう。

そのため、従来は、上述フリップチップ法を用いて基板
上に７エイスダウンで実装した電子部品が正常に動作し
ない不良品であることが判明した場合は、その実装した
電子部品とともに基板を廃棄するしかなかった。

しかしながら、近時の高集積化した電子部品実装用の基
板は、複雑な接続回路を持つ多層構造のセラミック基板
やセラミックパッケージ等であって、高価なものであり
、上記のように廃棄することは該基板を用いて形成する
電子装置を高価なものとした。そしてこのことは、特に
複数の電子部品をまとめて搭載するモジュール形基板に
おいて著しかった。

また、電子部品の電極上にはんだバンプを形成したり、
電子部品の電極周囲にはんだバンプ形成用の層状のガラ
スダムを形成したりする際には、電子部品に高熱を加え
る必要があって、熱に弱い電子部品の機能やその信頼性
が損われる虞れがあった。

そこで、本発明者らは、電子部品にはんだバンプ形成用
の熱を加えないようにするためには、はんだバンプを基
板側に形成すれば良いことに想到し、はんだバンプを基
板側に形成した、基板上に電子部品を７リツプチツプ法
により繰り返し的確に実装し直すことの可能なフリップ
チップボンディング用基板を開発した。

即ち、本発明の目的は、はんだバンプを基板側に形成し
た、電子部品をフリップチップ法により繰り返し実装し
直すことの可能なフリップチップボンディング用基板を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のフリップチップボ
ンディング用基板は、第１図または第２図にその構成例
を示したように、フリップチップボンディング用の接続
端子ｌＯを持つ基板１２において、該基板の前記接続端
子１０上にボール１４を搭載して、該ボール１４の一部
を、はんだが溶融する温度をかけてもその接合状態が保
持される接続法を用いて、前記接続端子ＩＯに接合する
とともに、前記ポール１４周囲をはんだ１６で覆って、
前記接続端子１０上にはんだバンプ１８を形成したこと
を特徴とする特 また、本発明の上記フリップチップボンディング用基板
においては、接続法に、ろう付け法または熱圧着法を用
いることが好適である。

［作用］ 本発明の上記構成のフリップチップボンディング用基板
においては、第４図および第５図に示したように、半導
体素子等の電子部品２０を基板１２上にフェイスダウン
で搭載して、電子部品の電極２２を直接にまたは該電極
２２上に形成しておいたはんだ層２４を上記基板の接続
端子１０上に形成したはんだバンプ１８に重ね合わせて
はんだリフローし、上記はんだバンプ１８やはんだ層２
４を形成しているはんだ１６を用いて電子部品の電極２
２と基板の接続端子１０との間をはんだ付けすることに
より、電子部品２０を７リツプチツプ法によりフェイス
ダウンで基板１２上に実装できる。

また、本発明の上記構成のフリップチップボンディング
用基板においては、該基板の接続端子１０上のはんだバ
ンプ１８を形成しているボール１４の一部を、はんだ１
６が溶融する温度をかけてもその接合状態が保持される
接続法を用いて、上記基板の接続端子１０に接合してい
る。

そのため、はんだリフローして電子部品の電極２２と基
板の接続端子１０との間を接続しているはんだ１６を溶
融させて、電子部品２０を基板１２上から離脱させた場
合に、上記はんだバンプ１８を形成しているボール１４
を必ず基板の接続端子ｌＯ上に残留させることができる
。

またそれとともに、広い表面積を持つ上記ポール１４周
囲表面に作用する表面張力により、電子部品の電極２２
と基板の接続端子１０との間を接続しているはんだ１６
を基板の接続端子１０上に接合している上記ポール１４
周囲に常に十分に残留付着させた状態で、電子部品２０
を基板１２上から離脱させることができる。

言い換えれば、基板の接続端子１０上に、ポール１４周
囲をはんだ１６で覆った、はんだバンプ１８を常に的確
に残した状態で、電子部品２０を基板１２上から離脱さ
せることができる。

そしてその後に、上記電子部品２０を離脱させた基板１
２上に他の電子部品をフリップチップ法により繰り返し
的確に実装し直すことができる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図は本発明のフリップチップボンディング用基板の
好適な実施例を示し、具体的には、該基板のはんだバン
プ近傍の一部正面断面図である。以下、上記図中の実施
例を説明する。

図において、１２は基板であって、この基板１２は、ア
ルミナセラミックグリーンシートを複数枚積層して焼成
したもので、多層構造をしている。

この基板１２は、その各層間およびその各層内にタング
ステンメタライズ等からなる複雑な回路２６を形成して
いる。

また、この基板１２は、その最上層上面１２ａに、第１
図に示したように、後述の電子部品の電極を接続するタ
ングステンメタライズ等からなる比較的幅広い接続端子
ｌＯを形成している。そして、該接続端子１０を前記層
内を貫通する回路２６を介して前記基板１２の層間の回
路（図示せず。

）に接続している。

また、上記接続端子１０の表面中央部を除（、基板の最
上層上面１２ａを、第１図に示したように、アルミナセ
ラミック層１２ｂで一体に覆っていて、該アルミナセラ
ミック層１２ｂにより上記接続端子１０周囲にはんだバ
ンプ形成用のダムを形成している。

このアルミナセラミック層１２ｂの形成方法を詳述する
と、アルミナセラミックグリーンシートを複数枚積層し
た焼成前の基板形成部材の最上層上面に、スクリーン印
刷等により、タングステンメタライズペースト等からな
る接続端子形成層を形成しておく。そして、該接続端子
形成層の表面中央部を除く、上記基板形成部材の最上層
上面に、スクリーン印刷等により、アルミナセラミック
ペーストを屑状に塗布する。そして、上記基板形成部材
や接続端子形成層とともに上記アルミナセラミックペー
ストを焼成して、基板１２上にアルミナセラミック層１
２ｂを形成している。

また、上記アルミナセラミック層１２ｂ表面に露出する
基板の最上層上面１２ａの接続端子１０上に、後述のは
んだバンプ形成用の球形のボール１４を搭載している。

そして、該ボール１４の底部を、はんだが溶融する例え
ば２００℃前後の温度をかけてもその接合状態が保持さ
れる接続法を用いて、上記接続端子１０上に接合してい
る。

具体的には、上記接続端子１０上に接合するボール１４
に、例えば直径５０〜１００μｍの球形の金または銅ま
たはコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ。

合金）製のボールを用いている。そして、該ボール１４
を、第１図に示したように、銀ろう２８を用いて８００
℃前後の温度をかけて上記接続端子１０にろう付けして
いる。

なおここで、上記ボール１４を、第２図に示したように
、５００℃前後の温度をかけて金めつき等を施した上記
接続端子ｌＯ上に熱圧着しても良い。またそうした際に
、ボール１４がコバール製等のものであって、ボール１
４を上記接続端子ｌＯ上に直接に熱圧着しにくい場合は
、ポール１４周囲表面に金めつき等のめっき層を形成し
た後、該めっき層を介してボール１４を接続端子１０上
に確実に熱圧着すると良い。

またそれとともに、前記接続端子１０上に接合したポー
ル１４周囲を、はんだ１６で均一に気密に隙間な（覆っ
ている。

ここで、上記のようにポール１４周囲をはんだ１６で覆
う方法を詳述すると、第３図に示したように、前記のよ
うにして基板の接続端子１０上にボール１４を接合した
後、シート状をしたはんだ１６を上記基板１２上にかぶ
せてはんだリフローする。そして、基板１２上を覆うア
ルミナセラミック層１２ｂ表面に落下するはんだ１６を
、該アルミナセラミック層１２ｂがはんだ１６で濡れに
くい作用を利用して、はんだ１６が濡れやすいアルミナ
セラミック層１２ｂ表面に露出する接続端子１０部分に
自動的にセルファラインさせて集結させる。そして、該
集結させたはんだ１６を、上記アルミナセラミック層１
２ｂ表面に露出する接続端子１０表面や該表面上に接合
したボールＩ４周囲表面に作用する表面張力を利用して
、該接続端子１０表面とポール１４周囲表面とに亙って
自動的にセルファラインさせてほぼ均一に付着させてい
る。

そして、前記基板の最上層上面１２ａの接続端子１０上
に、はぼ球状をしたはんだバンプ１８を形成している。

第１図に示したフリップチップボンディング用基板は、
以上のように構成している。

次に、その使用例並びにその作用を説明する。

まず、上述構成のフリップチップボンディング用基板に
、フェイスダウンで半導体素子等の電子部品２０を実装
する場合について述べる。

第４図に示したように、上述基板１２に実装する電子部
品２０の表面の内外に格子状などに設けた各電極２２上
に、スクリーン印刷等により、はんだ層２４を形成して
おく。そして、該電子部品２０を上述基板１２にフェイ
スダウンで搭載して、電子部品の電極２２上のはんだ層
２４を上述基板の接続端子１０上のはんだバンプ１８に
重ね合わせ、はんだリフローする。

すると、第５図に示したように、上記はんだ層２４およ
びはんだバンプ１８を形成しているはんだ１６が溶融し
て一体化し、電子部品の電極２２と基板の接続端子ｌＯ
との間を上記はんだ層２４とはんだバンプ１８を形成し
ているはんだ１６を用いてはんだ付けできる。そして、
上記電子部品２０をフリップチップ法によりフェイスダ
ウンで基板１２上に実装できる。

なおここで、場合によっては、電子部品２０をフリップ
チップ法により基板１２上に実装する際に、電子部品の
電極２２上にはんだ層２４を形成しておかずに、電子部
品の電極２２を直接に基板の接続端子１０上のはんだバ
ンプ１８に重ね合わせてはんだリフローし、電子部品の
電極２２と基板の接続端子１０との間を上記はんだバン
プ１８を形成しているはんだ１６を用いてはんだ付けし
ても良い。

次に、上記のようにして基板１２上に一旦実装した電子
部品２０を他の電子部品と交換する場合について述べる
。

第５図に示したような電子部品２０をフリップチップ法
により実装した基板１２をはんだリフローして、電子部
品の電極２２と基板の接続端子１０との間を接続してい
るはんだＩ６を２００℃前後の温度に加熱して溶融させ
る。そして、基板１２」二から電子部品２０をその上方
に離脱させる。

すると、上述構成のフリップチップボンディング用基板
においては、該基板の接続端子１０上のはんだバンプ１
８を形成しているボール１４の底部を、はんだ１６が溶
融する２００℃前後の温度をかけてもその接合状態が保
持されるろう付け法や熱圧着法などを用いて、上記基板
の接続端子ＩＯに接続しているので、上記のようにして
電子部品２０を基板１２上から離脱させた場合に、上記
ボール１４が必ず基板の接続端子１０上に残留する。

またそれとともに、広い表面積を持つ上記ポール１４周
囲表面に作用する表面張力により、電子部品の電極２２
と基板の接続端子ＩＯとの間を接続しているはんだ１６
が上記ポール１４周囲に常に的確に十分に残留付着した
状態で、基板１２上から電子部品２０が離脱する。

言い換えれば、ボール１４周囲をはんだ１６で隙間なく
十分に覆った状態のはんだバンプ１８が従前通り基板の
接続端子１０上に残った状態で、電子部品２０が基板１
２上から離脱する。

そのためその後に、上記電子部品２０を離脱させた基板
１２上に上記残ったはんだバンプ１８を用いて他の電子
部品を７リツプチツプ法により繰り返し的確に実装し直
すことができる。

［発明の効果］ 以−■説明したように、本発明のフリップチップボンデ
ィング用基板によれば、該基板上に半導体素子等の電子
部品をフリップチップ法によりフェイスダウンで的確に
実装できることは勿論、基板上に実装した電子部品が正
常に動作しない不良品であることが判明した場合に、該
電子部品を上記基板から離脱させて該基板に他の電子部
品をフリップチップ法により繰り返しフェイスダウンで
的確に実装し直すことが可能となる。

そのため、電子部品をフリップチップ法によりフェイス
ダウンで基板上に実装して電子装置を形成する場合に、
良品である複雑な回路を持つ多層構造をした高価なセラ
ミック基板やセラミックパッケージ等の基板を無駄に廃
棄せずに、該基板の有効利用が図れる。

また、本発明のフリップチップボンディング用基板によ
れば、電子部品の電極にフリップチップボンディング用
のはんだバンプを形成する必要がな（なるので、電子部
品にはんだバンプ形成時に加える熱等の悪影響を排除で
き、基板上に実装する精密な高集積化した電子部品の信
頼度を向上させることが可能となる。

また、本発明のフリップチップボンディング用基板にお
いては、基板の接続端子上にボールを芯材としてはんだ
バンプを形成するため、接続端子上にほぼ正確な整然と
した球状のはんだバンプを容易かつ的確に形成できる。

またそれとともに、上記接続端子上に接合したボール周
囲をはんだで覆う場合に、広い表面積を持つ上記ボール
周囲表面に作用する表面張力により、上記はんだをボー
ル周囲表面に沿って自動的にセルファラインさせて、ボ
ール周囲をはんだで過不足なく均一に覆ったはんだバン
プを常に容易かつ的確に形成できる。

さらに、本発明のフリップチップボンディング用基板に
電子部品をフリップチップ法によりフェイスダウンで実
装した場合には、電子部品の電極と基板の接続端子との
間をはんだ付けしているはんだ内部に上記ボールが封入
された状態となるため、上記電極と接続端子との間を接
続するはんだの量をボールの体積分減少させて、電子部
品や基板に比べて熱膨張係数の大きい上記はんだが電子
部品の電極や基板の接続端子に及ぼす両者間の熱膨張係
数の差に基づく熱応力を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフリップチップボンディング用基板の
はんだバンプ近傍の拡大正面断面図、第２図は第１図の
フリップチップボンディング用基板に類似する本発明の
フリップチップボンディング用基板のはんだバンプ近傍
の拡大正面断面図、第３図ははんだバンプ形成用のボー
ル周囲をはんだで覆う場合の説明図、第４図と第５図は
それぞれ本発明のフリップチップボンディング用基板に
電子部品をフリップチップ法によりフェイスダウンで実
装する状態を示す拡大正面断面図である。 １０・・・接続端子、　　１２・・・基板、１２ａ・・
・最上層上面、 １２ｂ・・・アルミナセラミック層、 １４・・・ボール、　　１６・・・はんだ、１８・・・
はんだバンプ、　２０・・・電子部品、２２・・・電極
、　２４・・・はんだ層。 特許出願人　新光電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フリップチップボンディング用の接続端子を持つ基
   板において、該基板の前記接続端子上にボールを搭載し
   て、該ボールの一部を、はんだが溶融する温度をかけて
   もその接合状態が保持される接続法を用いて、前記接続
   端子に接合するとともに、前記ボール周囲をはんだで覆
   って、前記接続端子上にはんだバンプを形成したことを
   特徴とするフリップチップボンディング用基板。 ２、接続法に、ろう付け法を用いた請求項１記載のフリ
   ップチップボンディング用基板。 ３、接続法に、熱圧着法を用いた請求項１記載のフリッ
   プチップボンディング用基板。