半導体装置の製造方法、実装方法、及び製造装置
【課題】 格子状に配置された突起電極を用いた実装において、実装プロセスを複雑化することなく、フラックスの揮発及び／又はパッケージ反り等に起因する突起電極の接続不良の発生を抑制する。
【解決手段】 半導体部品１１０の突起電極面１１０ａを凹状に変形させて半導体部品１１０を吸着し、凹状に変形された突起電極面１１０ａの突起電極１１３をフラックス又は半田ペースト１７１内に浸漬させて、突起電極１１３にフラックス又は半田ペースト１７２を転写する。その後、突起電極１１３を基板１２０上の電極パッド１２２に位置合わせして半導体部品１１０を基板１２０上にマウントし、吸着を解除した後、突起電極１１３と電極パッド１２２とを半田接合する。
【解決手段】 半導体部品１１０の突起電極面１１０ａを凹状に変形させて半導体部品１１０を吸着し、凹状に変形された突起電極面１１０ａの突起電極１１３をフラックス又は半田ペースト１７１内に浸漬させて、突起電極１１３にフラックス又は半田ペースト１７２を転写する。その後、突起電極１１３を基板１２０上の電極パッド１２２に位置合わせして半導体部品１１０を基板１２０上にマウントし、吸着を解除した後、突起電極１１３と電極パッド１２２とを半田接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子状に配置された突起電極を用いて半導体装置を実装することを含む半導体装置の製造方法、半導体装置の実装方法、及び半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高機能化・小型化に伴い、それに搭載される半導体チップや半導体パッケージの外部接続電極の多数化・高密度化が進められている。そのため、フリップチップ実装用の多数の半田バンプを有する半導体チップ（以下、フリップチップとも称する）や、多数の半田ボールを有するボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の半導体パッケージが広く使用されるに至っている。半田バンプ又は半田ボール等の突起状の外部接続電極は、半導体チップ又は半導体パッケージの一主面上に格子状に配置される。フリップチップをパッケージ基板に実装するとき、又はＢＧＡパッケージをマザーボード等の配線基板に実装するとき、格子状の多数の突起電極は、基板表面に同様の配置で形成された多数の電極パッドに位置合わせされ、半田リフローによって接続される。
【０００３】
しかしながら、従来の実装技術においては図１−３に示すような問題があった。
【０００４】
図１及び２は、典型的なフリップチップ実装における問題を示している。先ず、図１を参照するに、フリップチップ１０をパッケージ基板２０に接続するリフロー工程が、（ａ）昇温過程、（ｂ）終了時について示されている。
【０００５】
フリップチップ１０は、シリコン（Ｓｉ）等を有する半導体基板１１と、その表面に形成されたポリイミド等の保護膜１２と、半田バンプ１３とを有する。保護膜１２には、半導体基板１１上の電極パッドの位置に対応して開口部が設けられ、半田パンプ１３は、該開口部にて、バリアメタルとなるアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１４を介して電極パッドに接続されている。パッケージ基板２０は、絶縁体を有する基板２１と、その表面に形成された電極パッド２２と、電極パッド２２の位置に開口部を有するソルダーレジスト２３と、該開口部にて電極パッドに接続された予備半田２４とを有する。また、半田バンプ１３には、リフロー工程に先立って、転写プロセスによってフラックス７２が付着される。故に、リフロー時、半田バンプ１３及びパッケージ基板側の予備半田２４は、それらの表面の酸化膜がフラックス７２によって除去されて溶融接合される。
【０００６】
昇温過程（図１（ａ））において、外部雰囲気に直接曝されるチップ外周部の半田バンプのフラックス７２は、その他のフラックス７２より揮発しやすく、安定した半田接合が得られる温度（例えば、２２０℃−２４０℃）に達する前に相当量が揮発する。故に、チップ外周部の半田バンプ１３とそれに対応するパッケージ基板側の予備半田２４との間で、半田表面の酸化膜を除去するのに必要なフラックス量を維持することができなくなり得る。その結果、チップ中央部で良好な半田接合３０が得られたとしても、チップ外周部では、酸化膜を介して接触しただけの所謂コールドジョイント３１が発生し得る（図１（ｂ））。コールドジョイント３１は、物理的には接触しているが、電気的に断線している接続不良である。なお、このフラックス量不足問題は、リフロー後の洗浄を容易化あるいは排除するために用いられる低残渣性のフラックスにおいて顕著である。
【０００７】
続いて図２を参照するに、図１の問題の対策として、全ての半田バンプ１３に対して、増量されたフラックス７２’を転写した場合が示されている。図２（ａ）は、図１（ａ）と同様にリフロー工程における昇温過程、図２（ｂ）は、リフロー終了後に更にアンダーフィル樹脂８０の充填を行った後の様子を示している。チップ外周部においても必要量のフラックスが残存するように転写量を増加させること（図２（ａ））により、コールドジョイントの発生を回避し、良好な半田接合を得ることができる（図２（ｂ））。しかしながら、対照的に、フラックスが揮発しにくいチップ中央部において、固化した多量のフラックス残渣物７３がリフロー後に残存し得る。特にチップ中央部のフラックス残渣物７３は、洗浄によって除去することが難しく、アンダーフィル充填時に樹脂の流動を阻害し、ボイド８１等の充填不良を発生させる。フラックス残渣物７３及びボイド８１は、フリップチップ１０とパッケージ基板２０との接続信頼性を低下させる要因となる。
【０００８】
続いて、典型的なＢＧＡパッケージ実装における問題を説明する。図３を参照するに、ＢＧＡパッケージ４０をマザーボード等の配線基板５０に接続するリフロー工程が、（ａ）開始前、（ｂ）昇温過程、（ｃ）終了時について示されている。
【０００９】
ＢＧＡパッケージ４０は、パッケージ基板４１と、半導体チップ４２と、半田ボール４３と、モールド樹脂４４とを有する。パッケージ基板４１は、絶縁基板４５をベースに製造されており、半田ボール４３が溶融接合されるボールパッド４６を有する。パッケージ基板４１はまた、ボールパッド４６を露出させる開口部を有するソルダーレジスト４７を有する。パッケージ基板４１は更に、モールド樹脂４４によって封止されるチップ搭載面にボンディングパッドを有し、対応し合うボンディングパッドとボールパッド４６とが、絶縁基板の表面及び内部に形成された配線層及びビアによって電気的に接続されている。そして、半導体チップ４２上の電極パッドが、パッケージ基板の対応するボンディングパッドに金属ワイヤ４８によって電気的に接続されている。
【００１０】
配線基板５０は、絶縁体を有する基板５１と、その表面に形成された電極パッド５２と、電極パッド５２の位置に開口部を有するソルダーレジスト５３と、該開口部内にスクリーン印刷によって塗布され、電極パッド５２に接触する半田ペースト５４とを有する。ＢＧＡパッケージ４０は、典型的に常温にて、その半田ボール４３を配線基板５０の半田ペースト５４に接触させて、配線基板５０上に搭載（マウント）される。そして、リフローによって半田ボール４３と半田ペースト５４とが溶融接合し、ＢＧＡパッケージ４０が配線基板５０上に固定される。
【００１１】
リフロー前（図３（ａ））において、常温ではＢＧＡパッケージ４０及び配線基板５０は有意な反りを有さず、全ての半田ボール４３は対応する半田ペースト５４と接触している。しかしながら、リフロー時の昇温過程（図３（ｂ））において、ＢＧＡパッケージ４０は、モールド樹脂４４及び半導体チップ４２と比較してパッケージ基板４１の線膨張係数が大きいという構造上の特性により凹状に反る。その結果、パッケージ外周部の半田ボール４３が浮き上がり、配線基板５０側の半田ペースト５４との間に隙間３２が生じる。すなわち、パッケージ外周部において、半田ボール４３と配線基板の電極パッド５２との間隙を埋めるのに必要な量の半田ペーストが存在せず、半田ボール４３と半田ペースト５４とが分離し、溶融温度に達した時に互いに接合することができない。そして、降温過程を経てリフロー工程が終了した時（図３（ｃ））、ＢＧＡパッケージ４０の反りが消滅しても、パッケージ外周部の半田ボールと半田ペーストは、上述のコールドジョイントと同様に、単に物理的に接触しただけの接続不良３３を形成する。なお、ＢＧＡパッケージ４０のサイズが大きくなるほど、反り量の絶対値が大きくなるため、接続不良３３の発生率も高くなる。
【００１２】
接続不良３３の対策として、リフロー時に隙間３２が形成されないよう、パッケージ外周部の半田ボール４３と配線基板パッド５２との間隙を充填するのに十分の量まで半田ペースト５４の印刷量を増加させることが考えられる。しかしながら、対照的に、隙間３２が元々生じないパッケージ中央部において、半田ペースト量が過大となり、半田ブリッジ等の別の問題が発生する。また、半田ペースト５４の塗布に使用する印刷マスクの開口径を、外周部で相対的に大きくすることで、外周部と中央部とで半田ペースト印刷量を異ならせることや、印刷マスクの開口径及び厚さの双方によって半田ペースト印刷量を増加させることも考えられる。しかしながら、開口径の増大は隣接ボール間でのショートを発生しやすくさせ、また、スクリーン印刷法では印刷性の観点から半田ペーストのアスペクト比に限界があり、これらの手法で隙間３２の発生を回避するのに十分な半田ペースト量を得ることは困難である。
【００１３】
このような状況に鑑み、ＢＧＡパッケージ実装に関し、半田ボールに半田ペーストを転写するプロセスを用い、転写ステージ上に配設される半田ペーストの膜厚を、パッケージ外周部に対応した位置で相対的に厚くする技術が提案されている。それらの技術は、凸状の３次元形状を有する変形可能な底板を転写ステージ上に配置することにより、あるいは平坦な底面を有する転写ステージ上で３次元動作可能なスキージを用いることにより、半田ペーストに凹状の膜厚分布を持たせようとするものである。これらは、パッケージ反りに対応した膜厚分布を有する半田ペーストを転写ステージ上で作り出し、それを半田ボールに転写することによって、リフロー時に半田ボールと半田ペーストとの間に隙間が形成されることを抑制し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２８７７７８号公報
【特許文献２】特開２００８−６６６２４号公報
【特許文献３】特開２００８−６６６２５号公報
【特許文献４】特開２００８−７２０３６号公報
【特許文献５】特開２００８−７２０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
転写ステージで半田ペーストに膜厚分布を持たせる既知の技術は、しかしながら、一般的な半田ペースト転写プロセスに対して追加の部材及び制御を必要とする。例えば、変形可能な底板を転写ステージ上に配置する技術は、この底板という追加の消耗材とともに、転写ステージ上で該底板の位置を維持するための手段を必要とすると考えられる。また、３次元動作可能なスキージを用いる技術は、該スキージという特殊な部材とともに、その３次元動作を制御するための高度な手段を必要とする。このような追加の部材や制御は、半田ペーストの転写プロセスを複雑化し、スループットの低下及びコストの上昇をもたらし得るものである。
【００１６】
さらに、大型のＢＧＡパッケージ等において一層大きな反りが発生するような場合、それに対応した量の半田ペーストを半田ボールに転写するには、より大きい粘性を有する半田ペーストを使用する等、転写プロセスに新たな制約が付加され得る。また、これらの技術は、半田バンプへのフラックス転写への適用に適しておらず、転写されたフラックスが揮発することに起因する半田バンプの接続不良の発生を効果的に抑制し得るものではない。例えば、フラックスは半田ペーストより粘性が低いため、スキージを用いて膜厚分布を形成することは困難である。また、変形可能な底板を用いた場合も、変形時にフラックス膜厚が変化し、フラックス転写量を高精度に制御することは困難である。仮に剛体の底板を用いたとすると、チップ外周部の半田バンプのフラックス浸漬深さも同一となり、転写量に十分な差を設けることができない。
【００１７】
故に、格子状に配置された突起電極を用いた実装において、実装プロセスを複雑化することなく、フラックスの揮発及び／又はパッケージ反り等に起因する突起電極の接続不良の発生及び接続信頼性の低下を抑制し得る技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一観点によれば、半田突起電極を有する半導体チップを吸着する工程と、突起電極をフラックス内に浸漬させる工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。半導体チップは、その突起電極面に格子状に配置された半田突起電極を有し、突起電極面が凹状に変形するようにして吸着される。そして、凹状に変形された状態で突起電極へのフラックス転写が行われる。当該方法は更に、半導体チップを基板上に搭載する工程と、吸着の解除後、突起電極と基板上の電極パッドとを半田接合する工程とを含む。
【００１９】
他の一観点によれば、半田突起電極を有する半導体パッケージを吸着する工程と、突起電極を半田ペースト内に浸漬させる工程とを含む半導体装置の実装方法が提供される。半導体パッケージは、その突起電極面に格子状に配置された半田突起電極を有し、突起電極面が凹状に変形するようにして吸着される。そして、凹状に変形された状態で突起電極への半田ペースト転写が行われる。当該方法は更に、半導体パッケージを基板上に搭載する工程と、吸着の解除後、突起電極と基板上の電極パッドとを半田接合する工程とを含む。
【００２０】
更なる他の一観点によれば、半導体部品を吸着する吸着ツールと、フラックス又は半田ペーストが塗布される転写ステージとを含む装置が提供される。吸着ツールは、半導体部品の電極面を凹状に変形させるように半導体部品を吸着する。当該装置は更に、凹状に変形された電極面の突起電極をフラックス又は半田ペーストに浸漬させるように吸着ツールを移動させる手段を含む。
【発明の効果】
【００２１】
半導体チップ又はパッケージの突起電極面が吸着ツール形状に応じて凹状に変形されることにより、該チップ又はパッケージの外周部の突起電極へのフラックス又は半田ペーストの転写量を、中央部の突起電極に対して増加させることができる。故に、既存の吸着ツールの形状を変更することで、外周部での転写量不足による接続不良の発生などを抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のフリップチップ実装における問題を示す断面図である。
【図２】従来のフリップチップ実装における問題を示す断面図である。
【図３】従来のＢＧＡパッケージ実装における問題を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る半導体装置の製造方法又は実装方法を示す断面図である。
【図５】一実施形態に係る半導体装置の製造方法又は実装方法を示す断面図である。
【図６】突起電極面内でのフラックス又は半田ペーストの転写量分布を示す図である。
【図７】吸着ツールの吸着面形状の変形例を示す断面図である。
【図８】半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図９】半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図１０】半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図１１】半導体チップの曲げ加重と変位量との関係を例示するグラフである。
【図１２】半導体装置の実装方法の一実施例を示す断面図である。
【図１３】半導体装置の実装方法の一実施例を示す断面図である。
【図１４】ＢＧＡパッケージの曲げ加重と変位量との関係を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には同一あるいは類似の参照符号を付する。
【００２４】
図４及び５を参照して、一実施形態に係る半導体装置の製造方法又は実装方法が有する主な工程を説明する。
【００２５】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体部品１１０上に吸着ツール１６０を移動させる。半導体部品１１０は、格子状に配置された複数の突起電極１１３を有し、突起電極１１３が形成された突起電極面１１０ａを下にして置かれている。ここで、半導体部品１１０は、一例において、半田バンプ１１３を有する半導体素子（フリップチップ）であり、他の一例において、半田ボール１１３を有するＢＧＡパッケージである。吸着ツール１６０は、半導体部品１１０と接触する吸着面１６０ａ側で凹曲面を有し、少なくとも半導体部品１１０の中央部において、吸着面１６０ａと半導体部品の上面１１０ｂとの間に空隙１６５が形成される。そして、吸着ツール１６０には、空隙１６５と連通する位置に吸気口１６１が設けられている。
【００２６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、吸着ツール１６０を用いて半導体部品１１０をピックアップする。このとき、吸着ツール１６０による真空吸着により、半導体部品１１０は吸着面１６０ａの凹曲面に沿って湾曲する。すなわち、半導体部品１１０は、その突起電極面１１０ａが凹状になるように変形し、空隙１６５が消滅する。
【００２７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、吸着ツール１６０を転写ステージ１７０上に移動し、該ステージ上の塗膜１７１に半導体部品の突起電極を浸漬する。なお、塗膜１７１は、半導体部品１１０がフリップチップである場合にはフラックス、半導体部品１１０がＢＧＡパッケージである場合には半田ペーストとし得る。また、転写ステージ１７０は、フラックス又は半田ペースト１７１が塗布される上面において実質的に平坦であり、塗布されるフラックス又は半田ペースト１７１の膜厚は実質的に均一である。このとき、突起電極面１１０ａが凹状に変形されているため、半導体部品１１０の外周部に行くほど、突起電極１１３がフラックス又は半田ペースト１７１に浸漬される深さが増大する。
【００２８】
次いで、図４（ｄ）に示すように、吸着ツール１６０及び半導体部品１１０を転写ステージ１７０から引き上げる。このとき、各突起電極１１３に、その浸漬深さに応じた量のフラックス又は半田ペースト１７２が付着する。すなわち、深く浸漬された外周部の突起電極１１３の方が、浅く浸漬された中央部の突起電極１１３より、多くのフラックス又は半田ペースト１７２が転写される。
【００２９】
半導体部品の突起電極面１１０ａ内での転写量分布の一例を図６に示す。この図は、転写量を４つの範囲に分類して模式的に示している。吸着ツールの吸着面１６０ａ、及びそれに応じて半導体部品の突起電極面１１０ａが、半導体部品１１０の中心軸を回転軸とする例えば放物面又は二葉双曲面等の曲面を有する場合、該中心軸の周りに同心円状の転写量分布が形成される。
【００３０】
続いて、図５（ａ）に示すように、吸着ツール１６０を基板１２０上に移動し、突起電極１１３を基板１４０上の電極パッド１２２に位置合わせして、半導体部品１１０を基板１２０にマウントする。次いで、図５（ｂ）に示すように、吸着ツール１６０の吸着を解除して真空を開放すると、半導体部品１１０の湾曲は元に戻る。
【００３１】
次いで、図５（ｃ）に示すように、リフローにより突起電極１１３と基板の電極パッド１２２とを溶融接合するために加熱する。
【００３２】
フリップチップ１１０をパッケージ基板又はその他の基板１２０に実装する場合、このリフロー加熱により、半田バンプ１１３に転写されたフラックス１７２は、チップ外周部においてチップ中央部においてより揮発しやすい。しかしながら、突起電極面１１０ａを凹状に変形させた状態でフラックス転写を行ったことにより、チップ外周部の半田バンプにはチップ中央部の半田バンプより多くのフラックス１７２が転写されている。故に、半田溶融温度に達する前にフラックス１７２が揮発してチップ外周部でフラックス不足が生じることを回避し得る。また、チップ中央部の半田バンプ１１３へのフラックス転写量は、フラックス過多による残渣物の発生及びフラックス不足によるコールドジョイントの発生を生じない適切な量に維持することができる。
【００３３】
チップの外周部と中央部との間での好適なフラックス転写量の差は、図４（ｃ）における浸漬深さで見て、チップ最外周の半田バンプでチップ中央の半田バンプの１．５倍から３倍の範囲内にし得る。使用するフラックスの揮発しやすさ等に依存するが、１．５倍より小さいと、外周部でのフラックス不足が解消されない可能性がある。３倍より大きいと、外周部でのフラックス残渣物の発生、及び、必要となる大きいチップ湾曲度に起因するチップへのダメージ及び／又はチップ外縁へのフラックス１７１の付着の発生の危険性が高まり得る。もっとも、チップ外周部でのフラックス残渣物は、図２（ｂ）に示したようなチップ中央部での残渣物と比較して、リフロー後の洗浄により除去することが容易である。
【００３４】
ＢＧＡパッケージ１１０を配線基板１２０に実装する場合、リフロー加熱により、図３に示したように、パッケージ１１０は凹状に反る傾向にある。しかしながら、突起電極面１１０ａを凹状に変形させた状態で半田ペースト転写を行ったことにより、チップ外周部の半田ボールにはチップ中央部の半田ボールより多くの半田ペースト１７２が転写されている。故に、パッケージ外周部で半田ペースト量が、半田ボール１１３と基板電極パッド１２２との間隙を埋めるのに十分でない状況が生じることを回避し得る。また、パッケージ中央部の半田ボール１１３への半田ペースト転写量は、半田ペースト過多による端子間ブリッジを生じない適切な量に維持することができる。
【００３５】
パッケージの外周部と中央部との間での好適な半田ペースト転写量の差は、パッケージ１１０の反り量に基づいて決定し得る。例えば、図４（ｃ）における浸漬深さで見て、パッケージ最外周の半田ボールは、チップ中央の半田ボールを基準にして、該反り量に相当する深さだけ余分に半田ペースト１７１内に浸漬される。外周部での浸漬深さの追加量がパッケージ反り量より過小であると、外周部での半田ペースト不足が解消されない可能性がある。逆に、追加量が該反り量より過大であると、外周部での半田量が過多となって端子間ブリッジを生じさせたり、大きいパッケージ湾曲度に起因してパッケージへのダメージ及び／又はパッケージ外縁への半田ペースト１７１の付着を生じさせたりする危険性が高まる。
【００３６】
斯くして、図５（ｄ）に示すように、半導体部品１１０と基板１２０とが半田接合１３０によって接続される。
【００３７】
本実施形態によれば、半導体部品外周部において突起電極１１３へのフラックス又は半田ペースト１７２の転写量を中央部に対して増加させ、フラックスの揮発及び／又はパッケージ反り等に起因する接続不良の発生及び接続信頼性の低下を抑制することができる。また、これは吸着ツールの吸着面１６０ａの形状を変更することにより行い得るため、半導体部品の実装プロセスを複雑化したり、そのコストを上昇させたりすることがない。さらに、実質的に均一な膜厚を有するフラックス又は半田ペースト１７１への浸漬深さによって転写量が決定されるため、高い精度で転写量を制御することができる。
【００３８】
なお、図４及び５においては、吸着ツールの吸着面１６０ａが凹曲面を呈し、該曲面に沿って半導体部品１１０を所望形状に湾曲させるものとした。このように、転写プロセスにおいて半導体部品１１０に所望される形状を吸着面１６０ａが予め有することにより、半導体部品にダメージを与えることなく、半導体部品を該形状に変形させるのに必要な力以上の任意の力で半導体部品を吸着することができる。しかしながら、吸着面１６０ａの形状はこれに限定されず、図７に例示するような様々な形状を有し得る。
【００３９】
図７（ａ）において、吸着面１６０ａは概して平面を形成し、その外縁部にリング状の突起部１６２を有している。突起部１６２は、転写プロセスにおいて半導体部品の突起電極１１３に所望される高低差に対応した高さを有する。図７（ｂ）において、吸着面１６０ａは円錐形状を有している。これらの形状は、曲面と比較して容易に形成し得る。これらの形状を用いた場合、吸着面１６０ａと半導体部品１１０との間に空隙１６５を残存させながら、半導体部品の突起電極面１１０ａを凹状に湾曲させることができる。
【００４０】
吸着面１６０ａはまた、以上で図示した例においては半導体部品１１０の大きさと同等以上の大きさを有していたが、そのように限定されるものではない。凹状の吸着面を半導体部品１１０の中央付近の一部のみに当接させて半導体部品を吸着することによっても、外周部を含む突起電極面１１０ａに傾斜を生じさせることができる。
【００４１】
次に、図８−１１を参照して、半導体装置の製造方法の一実施例を説明する。
【００４２】
先ず、半田バンプを下にして置かれた半導体素子（フリップチップ）２１０の上に吸着ツール２６０を移動させる（図８（ａ））。
【００４３】
フリップチップ２１０は、Ｓｉ等を有する半導体基板２１１と、その表面に形成されたポリイミド等の保護膜２１２と、格子状に配置された半田バンプ２１３とを有する。保護膜２１２には、半導体基板２１１上の電極パッドの位置に対応して開口部が設けられており、半田パンプ２１３は、該開口部にて、バリアメタルとなるアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２１４を介して該電極パッドに接続されている。ＵＢＭ２１４は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）メッキ等によって形成されている。フリップチップ２１０の各部の寸法は、例えば、チップサイズ１５ｍｍ□、チップ厚０．３ｍｍ、半田バンプピッチ１８０μｍ、バンプ高さ８０μmとし得る。
【００４４】
フリップチップ２１０をピックアップする吸着ツール２６０は、例えば深さ２０μｍの凹形状を呈する吸着面２６０ａを有している。吸着ツール２６０はまた、吸着するフリップチップ２１０の中央部付近に対応した位置に吸気口２６１を有している。
【００４５】
フリップチップ２１０を吸着ツール２６０で真空吸着すると、チップ上面と吸着ツールの吸着面２６０ａとで閉鎖された空間内が負圧になり、大気圧との差圧により、吸着面２６０ａの形状に沿ってフリップチップ２１０が湾曲する（図８（ｂ））。その結果、最外周の半田バンプとチップ中央部の半田バンプとの間に２０μｍ程度の高低差が生じる。なお、１５ｍｍ□×０．３ｍｍ厚のＳｉチップを２０μｍ湾曲させるのに必要な力は、図１１に示すように０．１ｋｇｆ以下である。一方、マウント時に使用される典型的な吸着ツールにおいて、差圧によって１５ｍｍ□の半導体素子が受ける力はおよそ２．３ｋｇｆであり、フリップチップ２１０は吸着面２６０ａの形状に沿って容易に弾性変形し得る。
【００４６】
次いで、吸着ツール２６０をフラックス転写ステージ２７０上に移動し、フリップチップ２１０が湾曲した状態でフラックス転写を行う（図８（ｃ））。転写ステージ２７０上には、予め、フラックス２７１が例えば４０μｍの厚さで塗布されている。最外周の半田バンプが転写ステージ２７０の上面に接触するまでフリップチップ２１０を降下させたとき、最外周の半田バンプはフラックス中に４０μｍ浸漬されるが、中央のバンプは２０μｍしか浸漬されない。なお、この例において半田バンプ高さは上述のように８０μｍであり、フリップチップ２１０の外縁部がフラックス２７１に接触しないことが確保される。
【００４７】
吸着ツール２６０をフラックス転写ステージ２７０から引き上げるとフラックス２７１に深く浸漬された半田バンプほど、より多くのフラックス２７２が付着し、チップ外周部の半田バンプに対し選択的にフラックス転写量を増加させることができる（図８（ｄ））。逆に言えば、この選択的な転写量増加を実現するために、チップ中央部及び外周部の半田バンプ２１３の浸漬深さ、故に、吸着面２６０ａの凹形状の深さ及びフラックス２７１の塗布厚さを決定することができる。例えば、中央部及び外周部に適した浸漬深さが、それぞれ、２０μｍ及び４０μｍである場合、この例においてのように、吸着面２６０ａの凹形状の深さ及びフラックス２７１の塗布厚さは、それぞれ、２０μｍ及び４０μmに決定し得る。好適な浸漬深さは、使用するフラックスの揮発しやすさ等に応じて異なり得るが、上述のように中央部を基準にして外周部で１．５倍から３倍程度であり、多くの例において２倍とし得る。
【００４８】
次いで、吸着ツール２６０をパッケージ基板２２０上に移動し、半田バンプ２１３と基板の電極パッド２２２とを位置合わせして、フリップチップ２１０を基板２２０にマウントする（図９（ａ））。この例において、基板２２０は、絶縁基板２２１と、その表面に形成された電極パッド２２２と、電極パッド２２２の位置に対応して開口部を有するソルダーレジスト２２３と、該開口部を介して電極パッド２２２に接続された予備半田２２４とを有している。その後、吸着ツール２６０をフリップチップ２１０から取り外すと、湾曲されていたフリップチップ２１０は吸着前の形状へと戻る（図９（ｂ））。
【００４９】
リフロー時、半田溶融温度に達する前に転写フラックス２７２の一部は揮発するが（図９（ｃ））、より揮発しやすいチップ外周部においても十分な量が残存し、酸化膜が介在しない良好な半田接合２３０を得ることができる（図９（ｄ））。また、チップ中央部においても適量のフラックス２７２が転写されているため、フラックス残渣物の発生を抑制することができる。
【００５０】
その後、必要に応じて、フラックス洗浄を行い、フリップチップ２１０とパッケージ基板２２０との間の隙間にアンダーフィル樹脂２８０を充填する（図１０（ａ））。典型的に、ディスペンサの塗布ノズル２８２を用いて、フリップチップ２１０の一辺側からアンダーフィル樹脂２８０を供給する。アンダーフィル樹脂２８０は、フラックス残渣物などによって流動を阻害されることなく、毛細管現象によってフリップチップ２１０と基板２２０との間の隙間を充填する。その後、アンダーフィル樹脂２８０を硬化させて封止を完了するが、ボイドのないアンダーフィルを形成し得る（図１０（ｂ））。それにより、フリップチップ２１０とパッケージ基板２２０との間の接続信頼性が高められた半導体装置を製造することができる。
【００５１】
次に、図１２−１４を参照して、半導体装置の実装方法の一実施例を説明する。
【００５２】
先ず、半田ボールを下にして置かれたＢＧＡパッケージ３１０の上に吸着ツール３６０を移動させる（図１２（ａ））。
【００５３】
ＢＧＡパッケージ３１０は、パッケージ基板３４１と、半導体チップ３４２と、半田ボール３１３と、モールド樹脂３４４とを有する。パッケージ基板３４１は、絶縁基板３４５をベースに製造されており、半田ボール３１３が溶融接合されるボールパッド３４６を有する。パッケージ基板３４１はまた、ボールパッド３４６を露出させる開口部を有するソルダーレジスト３４７を有する。パッケージ基板３４１は更に、モールド樹脂３４４によって封止されるチップ搭載面にボンディングパッドを有し、対応し合うボンディングパッドとボールパッド３４６とが、絶縁基板３４５の表面及び内部に形成された配線層及びビアによって電気的に接続されている。そして、半導体チップ３４２上の電極パッドが、パッケージ基板３４１の対応するボンディングパッドに金属ワイヤ３４８によって電気的に接続されている。なお、他の例においては、ＢＧＡパッケージ３１０はフリップチップを含んだ構成を有していてもよい。ＢＧＡパッケージ３１０の各部の寸法は、例えば、パッケージサイズ２０ｍｍ□、パッケージ厚０．８ｍｍ、半田ボールピッチ０．８ｍｍ、半田ボール高さ０．３ｍｍとし得る。
【００５４】
ＢＧＡパッケージ３１０をピックアップする吸着ツール３６０は、例えば深さ１００μｍの凹形状を呈する吸着面３６０ａを有している。吸着ツール３６０はまた、吸着するパッケージ３１０の中央部付近に対応した位置に吸気口３６１を有している。
【００５５】
ＢＧＡパッケージ３１０を吸着ツール３６０で真空吸着すると、パッケージ上面と吸着ツールの吸着面３６０ａとで閉鎖された空間内が負圧になり、大気圧との差圧により、吸着面３６０ａの形状に沿ってパッケージ３１０が湾曲する（図１２（ｂ））。その結果、最外周の半田ボールと中央の半田ボールとの間に１００μｍ程度の高低差が生じる。なお、２０ｍｍ□×０．９ｍｍ厚の典型的なファインピッチＢＧＡ（ＦＢＧＡ）パッケージを１００μｍ湾曲させるのに必要な力は、図１４に示すように１．３ｋｇｆ程度である。一方、マウント時に使用される典型的な吸着ツールにおいて、差圧によって２０ｍｍ□のパッケージが受ける力はおよそ４ｋｇｆであり、ＢＧＡパッケージ３１０は吸着面３６０ａの形状に沿って容易に弾性変形し得る。また、１００μｍの湾曲量は、パッケージサイズ２０ｍｍに対して０．５％であり、パッケージ３１０及びその内部の半導体チップ３４２にダメージを与えることもない。
【００５６】
次いで、吸着ツール３６０を半田ペースト転写ステージ３７０上に移動し、ＢＧＡパッケージ３１０が湾曲した状態で半田ペースト転写を行う（図１２（ｃ））。転写ステージ３７０上には、予め、半田ペースト３７１が例えば２００μｍの厚さで塗布されている。最外周の半田ボールが転写ステージ３７０の上面に接触するまでＢＧＡパッケージ３１０を降下させたとき、最外周の半田ボールは半田ペースト中に２００μｍ浸漬されるが、中央部の半田ボールは１００μｍしか浸漬されない。なお、この例において半田ボール高さは上述のように３００μｍであり、パッケージ３１０の外縁部が半田ペースト３７１に接触しないことが確保される。
【００５７】
吸着ツール３６０を半田ペースト転写ステージ３７０から引き上げると半田ペースト３７１に深く浸漬された半田ボールほど、より多くの半田ペースト３７２が付着し、外周部の半田ボールに対し選択的に半田ペースト転写量を増加させることができる（図１２（ｄ））。逆に言えば、この選択的な転写量増加を実現するために、パッケージ中央部及び外周部の半田ボール３１３の浸漬深さ、故に、吸着面３６０ａの凹形状の深さ及び半田ペースト３７１の塗布厚さを決定することができる。例えば、後のリフロー時にＢＧＡパッケージ３１０の外縁部が１００μｍ反り上がる場合、中央部及び外周部に適した浸漬深さを、それぞれ、１００μｍ及び２００μｍとし得る。その場合、この例においてのように、吸着面３６０ａの凹形状の深さ及び半田ペースト３７１の塗布厚さは、それぞれ、１００μｍ及び２００μmに決定し得る。このように、パッケージ外周部における好適な浸漬深さは、リフロー工程において想定されるＢＧＡパッケージ３１０の反り量と同程度の値を、中央部での好適浸漬深さに足し合わせた値としてもよい。
【００５８】
次いで、吸着ツール３６０をマザーボード等の配線基板３２０上に移動させ、半田ボール３１３と基板の電極パッド３２２とを位置合わせして、ＢＧＡパッケージ３１０を基板３２０にマウントする（図１３（ａ））。この例において、基板３２０は、絶縁基板３２１と、その表面に形成された電極パッド３２２と、電極パッド３２２の位置に対応して開口部を有するソルダーレジスト３２３とを有している。その後、吸着ツール３６０をＢＧＡパッケージ３１０から取り外すと、湾曲されていたパッケージ３１０は吸着前の形状へと戻る（図１３（ｂ））。
【００５９】
リフロー時、半田溶融温度に達する以前からＢＧＡパッケージ３１０は凹状に反り得る。しかしながら、想定される反り量に応じて増量された半田ペースト３７２がパッケージ外周部の半田ボールに転写されていることにより、半田ボール３１３と基板側電極パッド３２２とが半田ペースト３７２で接続された状態が維持される（図１３（ｃ））。冷却後、ＢＧＡパッケージ３１０の反りが解消されたとき、ＢＧＡパッケージのボールパッド３４６と基板電極パッド３２２との間に、良好な半田接合３３０を得ることができる（図１３（ｄ））。それにより、ＢＧＡパッケージ３１０と配線基板３２０との間の接続信頼性を高めることができる。
【００６０】
この実施例の一変形例として、ＢＧＡパッケージ３１０のマウント（図１３（ａ））に先立って、配線基板の電極パッド３２２上に、例えば１００μｍといった均一厚さの半田ペーストをスクリーン印刷してもよい。このＢＧＡパッケージ３１０に接続される電極パッド３２２上への半田ペーストの印刷は、配線基板３２０上に実装される他の部品に接続される電極パッドへのそれと同時に行い得る。
【００６１】
その場合、半田ペーストの転写プロセス（図１２（ｃ）及び（ｄ））において、パッケージ中央部の半田ボールに半田ペースト３７２を転写すると、該部分で半田ペースト量が過多になり得る。故に、パッケージ中央部の半田ボールには半田ペースト３７２が転写されないように転写プロセスを変更することが好ましい。これは、吸着ツールの吸着面３６０ａの凹形状の深さを、転写ステージ３７０上の半田ペースト３７１の厚さ以上にすることによって行い得る。例えば、想定されるパッケージ反り量が１００μｍであるとした上述の例において、吸着面３６０ａの凹形状の深さを１００μｍとしたままで、転写ステージ３７０上の半田ペーストの厚さを１００μｍにすることで行い得る。あるいは、さらに吸着面３６０ａの凹形状の深さを１００μｍより大きくしてもよい。
【００６２】
斯くして、パッケージ中央部ではスクリーン印刷された半田ペーストのみを用い、外周部ではスクリーン印刷されたものと半田ボールに転写されたもの（３７２）とを足し合わせた半田ペーストを用いることにより、図１３及び１４の方法と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００６４】
以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体チップを、該半導体チップの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極をフラックス内に浸漬させて、前記突起電極にフラックスを転写する工程と、
前記半導体チップを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２）
前記突起電極面は、格子状に配置された前記突起電極のうち、最外周の突起電極が中央部の突起電極より１．５倍から３倍の深さで前記フラックス内に浸漬されるように凹状に変形されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記３）
前記最外周の突起電極は前記中央部の突起電極より２倍の深さで前記フラックス内に浸漬されることを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記４）
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体パッケージを、該半導体パッケージの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極を半田ペースト内に浸漬させて、前記突起電極に半田ペーストを転写する工程と、
前記半導体パッケージを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の実装方法。
（付記５）
前記突起電極面は、格子状に配置された前記突起電極のうち、最外周の突起電極が中央部の突起電極より、前記半田接合時の前記半導体パッケージに発生する反り量に相当する深さだけ深く前記半田ペースト内に浸漬されるように凹状に変形されることを特徴とする付記４に記載の半導体装置の実装方法。
（付記６）
半導体部品を吸着する吸着ツールであり、該半導体部品の電極面を凹状に変形させる吸着ツールと、
フラックス又は半田ペーストが塗布される転写ステージと、
凹状に変形された前記電極面の突起電極を前記フラックス又は半田ペーストに浸漬させるように前記吸着ツールを移動させる手段と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
（付記７）
前記半導体部品を吸着する前記吸着ツールの吸着面は曲面を有し、前記吸着ツールは、前記半導体部品が前記曲面に沿って変形するように前記半導体部品を吸着することを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造装置。
（付記８）
前記半導体部品を吸着する前記吸着ツールの吸着面は、その外縁部にリング状の突起部を有することを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造装置。
【符号の説明】
【００６５】
１１０、２１０、３１０ 半導体部品（半導体チップ又はパッケージ）
１１０ａ 突起電極面
１１３、２１３、３１３ 突起電極（半田バンプ又は半田ボール）
１２０、２２０、３２０ 基板
１２２、２２２、３２２ 電極パッド
１３０、２３０、３３０ 半田接合
１６０、２６０、３６０ 吸着ツール
１６０ａ、２６０ａ、３６０ａ 吸着面
１６１、２６１、３６１ 吸気口
１６２ 突起部
１６５ 空隙
１７０、２７０、３７０ 転写ステージ
１７１、２７１、３７１ 塗膜（フラックス又は半田ペースト）
１７２、２７２、３７２ 転写されたフラックス又は半田ペースト
２１４ アンダーバンプメタル
２８０ アンダーフィル樹脂
３４６ ボールパッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子状に配置された突起電極を用いて半導体装置を実装することを含む半導体装置の製造方法、半導体装置の実装方法、及び半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高機能化・小型化に伴い、それに搭載される半導体チップや半導体パッケージの外部接続電極の多数化・高密度化が進められている。そのため、フリップチップ実装用の多数の半田バンプを有する半導体チップ（以下、フリップチップとも称する）や、多数の半田ボールを有するボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の半導体パッケージが広く使用されるに至っている。半田バンプ又は半田ボール等の突起状の外部接続電極は、半導体チップ又は半導体パッケージの一主面上に格子状に配置される。フリップチップをパッケージ基板に実装するとき、又はＢＧＡパッケージをマザーボード等の配線基板に実装するとき、格子状の多数の突起電極は、基板表面に同様の配置で形成された多数の電極パッドに位置合わせされ、半田リフローによって接続される。
【０００３】
しかしながら、従来の実装技術においては図１−３に示すような問題があった。
【０００４】
図１及び２は、典型的なフリップチップ実装における問題を示している。先ず、図１を参照するに、フリップチップ１０をパッケージ基板２０に接続するリフロー工程が、（ａ）昇温過程、（ｂ）終了時について示されている。
【０００５】
フリップチップ１０は、シリコン（Ｓｉ）等を有する半導体基板１１と、その表面に形成されたポリイミド等の保護膜１２と、半田バンプ１３とを有する。保護膜１２には、半導体基板１１上の電極パッドの位置に対応して開口部が設けられ、半田パンプ１３は、該開口部にて、バリアメタルとなるアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１４を介して電極パッドに接続されている。パッケージ基板２０は、絶縁体を有する基板２１と、その表面に形成された電極パッド２２と、電極パッド２２の位置に開口部を有するソルダーレジスト２３と、該開口部にて電極パッドに接続された予備半田２４とを有する。また、半田バンプ１３には、リフロー工程に先立って、転写プロセスによってフラックス７２が付着される。故に、リフロー時、半田バンプ１３及びパッケージ基板側の予備半田２４は、それらの表面の酸化膜がフラックス７２によって除去されて溶融接合される。
【０００６】
昇温過程（図１（ａ））において、外部雰囲気に直接曝されるチップ外周部の半田バンプのフラックス７２は、その他のフラックス７２より揮発しやすく、安定した半田接合が得られる温度（例えば、２２０℃−２４０℃）に達する前に相当量が揮発する。故に、チップ外周部の半田バンプ１３とそれに対応するパッケージ基板側の予備半田２４との間で、半田表面の酸化膜を除去するのに必要なフラックス量を維持することができなくなり得る。その結果、チップ中央部で良好な半田接合３０が得られたとしても、チップ外周部では、酸化膜を介して接触しただけの所謂コールドジョイント３１が発生し得る（図１（ｂ））。コールドジョイント３１は、物理的には接触しているが、電気的に断線している接続不良である。なお、このフラックス量不足問題は、リフロー後の洗浄を容易化あるいは排除するために用いられる低残渣性のフラックスにおいて顕著である。
【０００７】
続いて図２を参照するに、図１の問題の対策として、全ての半田バンプ１３に対して、増量されたフラックス７２’を転写した場合が示されている。図２（ａ）は、図１（ａ）と同様にリフロー工程における昇温過程、図２（ｂ）は、リフロー終了後に更にアンダーフィル樹脂８０の充填を行った後の様子を示している。チップ外周部においても必要量のフラックスが残存するように転写量を増加させること（図２（ａ））により、コールドジョイントの発生を回避し、良好な半田接合を得ることができる（図２（ｂ））。しかしながら、対照的に、フラックスが揮発しにくいチップ中央部において、固化した多量のフラックス残渣物７３がリフロー後に残存し得る。特にチップ中央部のフラックス残渣物７３は、洗浄によって除去することが難しく、アンダーフィル充填時に樹脂の流動を阻害し、ボイド８１等の充填不良を発生させる。フラックス残渣物７３及びボイド８１は、フリップチップ１０とパッケージ基板２０との接続信頼性を低下させる要因となる。
【０００８】
続いて、典型的なＢＧＡパッケージ実装における問題を説明する。図３を参照するに、ＢＧＡパッケージ４０をマザーボード等の配線基板５０に接続するリフロー工程が、（ａ）開始前、（ｂ）昇温過程、（ｃ）終了時について示されている。
【０００９】
ＢＧＡパッケージ４０は、パッケージ基板４１と、半導体チップ４２と、半田ボール４３と、モールド樹脂４４とを有する。パッケージ基板４１は、絶縁基板４５をベースに製造されており、半田ボール４３が溶融接合されるボールパッド４６を有する。パッケージ基板４１はまた、ボールパッド４６を露出させる開口部を有するソルダーレジスト４７を有する。パッケージ基板４１は更に、モールド樹脂４４によって封止されるチップ搭載面にボンディングパッドを有し、対応し合うボンディングパッドとボールパッド４６とが、絶縁基板の表面及び内部に形成された配線層及びビアによって電気的に接続されている。そして、半導体チップ４２上の電極パッドが、パッケージ基板の対応するボンディングパッドに金属ワイヤ４８によって電気的に接続されている。
【００１０】
配線基板５０は、絶縁体を有する基板５１と、その表面に形成された電極パッド５２と、電極パッド５２の位置に開口部を有するソルダーレジスト５３と、該開口部内にスクリーン印刷によって塗布され、電極パッド５２に接触する半田ペースト５４とを有する。ＢＧＡパッケージ４０は、典型的に常温にて、その半田ボール４３を配線基板５０の半田ペースト５４に接触させて、配線基板５０上に搭載（マウント）される。そして、リフローによって半田ボール４３と半田ペースト５４とが溶融接合し、ＢＧＡパッケージ４０が配線基板５０上に固定される。
【００１１】
リフロー前（図３（ａ））において、常温ではＢＧＡパッケージ４０及び配線基板５０は有意な反りを有さず、全ての半田ボール４３は対応する半田ペースト５４と接触している。しかしながら、リフロー時の昇温過程（図３（ｂ））において、ＢＧＡパッケージ４０は、モールド樹脂４４及び半導体チップ４２と比較してパッケージ基板４１の線膨張係数が大きいという構造上の特性により凹状に反る。その結果、パッケージ外周部の半田ボール４３が浮き上がり、配線基板５０側の半田ペースト５４との間に隙間３２が生じる。すなわち、パッケージ外周部において、半田ボール４３と配線基板の電極パッド５２との間隙を埋めるのに必要な量の半田ペーストが存在せず、半田ボール４３と半田ペースト５４とが分離し、溶融温度に達した時に互いに接合することができない。そして、降温過程を経てリフロー工程が終了した時（図３（ｃ））、ＢＧＡパッケージ４０の反りが消滅しても、パッケージ外周部の半田ボールと半田ペーストは、上述のコールドジョイントと同様に、単に物理的に接触しただけの接続不良３３を形成する。なお、ＢＧＡパッケージ４０のサイズが大きくなるほど、反り量の絶対値が大きくなるため、接続不良３３の発生率も高くなる。
【００１２】
接続不良３３の対策として、リフロー時に隙間３２が形成されないよう、パッケージ外周部の半田ボール４３と配線基板パッド５２との間隙を充填するのに十分の量まで半田ペースト５４の印刷量を増加させることが考えられる。しかしながら、対照的に、隙間３２が元々生じないパッケージ中央部において、半田ペースト量が過大となり、半田ブリッジ等の別の問題が発生する。また、半田ペースト５４の塗布に使用する印刷マスクの開口径を、外周部で相対的に大きくすることで、外周部と中央部とで半田ペースト印刷量を異ならせることや、印刷マスクの開口径及び厚さの双方によって半田ペースト印刷量を増加させることも考えられる。しかしながら、開口径の増大は隣接ボール間でのショートを発生しやすくさせ、また、スクリーン印刷法では印刷性の観点から半田ペーストのアスペクト比に限界があり、これらの手法で隙間３２の発生を回避するのに十分な半田ペースト量を得ることは困難である。
【００１３】
このような状況に鑑み、ＢＧＡパッケージ実装に関し、半田ボールに半田ペーストを転写するプロセスを用い、転写ステージ上に配設される半田ペーストの膜厚を、パッケージ外周部に対応した位置で相対的に厚くする技術が提案されている。それらの技術は、凸状の３次元形状を有する変形可能な底板を転写ステージ上に配置することにより、あるいは平坦な底面を有する転写ステージ上で３次元動作可能なスキージを用いることにより、半田ペーストに凹状の膜厚分布を持たせようとするものである。これらは、パッケージ反りに対応した膜厚分布を有する半田ペーストを転写ステージ上で作り出し、それを半田ボールに転写することによって、リフロー時に半田ボールと半田ペーストとの間に隙間が形成されることを抑制し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２８７７７８号公報
【特許文献２】特開２００８−６６６２４号公報
【特許文献３】特開２００８−６６６２５号公報
【特許文献４】特開２００８−７２０３６号公報
【特許文献５】特開２００８−７２０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
転写ステージで半田ペーストに膜厚分布を持たせる既知の技術は、しかしながら、一般的な半田ペースト転写プロセスに対して追加の部材及び制御を必要とする。例えば、変形可能な底板を転写ステージ上に配置する技術は、この底板という追加の消耗材とともに、転写ステージ上で該底板の位置を維持するための手段を必要とすると考えられる。また、３次元動作可能なスキージを用いる技術は、該スキージという特殊な部材とともに、その３次元動作を制御するための高度な手段を必要とする。このような追加の部材や制御は、半田ペーストの転写プロセスを複雑化し、スループットの低下及びコストの上昇をもたらし得るものである。
【００１６】
さらに、大型のＢＧＡパッケージ等において一層大きな反りが発生するような場合、それに対応した量の半田ペーストを半田ボールに転写するには、より大きい粘性を有する半田ペーストを使用する等、転写プロセスに新たな制約が付加され得る。また、これらの技術は、半田バンプへのフラックス転写への適用に適しておらず、転写されたフラックスが揮発することに起因する半田バンプの接続不良の発生を効果的に抑制し得るものではない。例えば、フラックスは半田ペーストより粘性が低いため、スキージを用いて膜厚分布を形成することは困難である。また、変形可能な底板を用いた場合も、変形時にフラックス膜厚が変化し、フラックス転写量を高精度に制御することは困難である。仮に剛体の底板を用いたとすると、チップ外周部の半田バンプのフラックス浸漬深さも同一となり、転写量に十分な差を設けることができない。
【００１７】
故に、格子状に配置された突起電極を用いた実装において、実装プロセスを複雑化することなく、フラックスの揮発及び／又はパッケージ反り等に起因する突起電極の接続不良の発生及び接続信頼性の低下を抑制し得る技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一観点によれば、半田突起電極を有する半導体チップを吸着する工程と、突起電極をフラックス内に浸漬させる工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。半導体チップは、その突起電極面に格子状に配置された半田突起電極を有し、突起電極面が凹状に変形するようにして吸着される。そして、凹状に変形された状態で突起電極へのフラックス転写が行われる。当該方法は更に、半導体チップを基板上に搭載する工程と、吸着の解除後、突起電極と基板上の電極パッドとを半田接合する工程とを含む。
【００１９】
他の一観点によれば、半田突起電極を有する半導体パッケージを吸着する工程と、突起電極を半田ペースト内に浸漬させる工程とを含む半導体装置の実装方法が提供される。半導体パッケージは、その突起電極面に格子状に配置された半田突起電極を有し、突起電極面が凹状に変形するようにして吸着される。そして、凹状に変形された状態で突起電極への半田ペースト転写が行われる。当該方法は更に、半導体パッケージを基板上に搭載する工程と、吸着の解除後、突起電極と基板上の電極パッドとを半田接合する工程とを含む。
【００２０】
更なる他の一観点によれば、半導体部品を吸着する吸着ツールと、フラックス又は半田ペーストが塗布される転写ステージとを含む装置が提供される。吸着ツールは、半導体部品の電極面を凹状に変形させるように半導体部品を吸着する。当該装置は更に、凹状に変形された電極面の突起電極をフラックス又は半田ペーストに浸漬させるように吸着ツールを移動させる手段を含む。
【発明の効果】
【００２１】
半導体チップ又はパッケージの突起電極面が吸着ツール形状に応じて凹状に変形されることにより、該チップ又はパッケージの外周部の突起電極へのフラックス又は半田ペーストの転写量を、中央部の突起電極に対して増加させることができる。故に、既存の吸着ツールの形状を変更することで、外周部での転写量不足による接続不良の発生などを抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のフリップチップ実装における問題を示す断面図である。
【図２】従来のフリップチップ実装における問題を示す断面図である。
【図３】従来のＢＧＡパッケージ実装における問題を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る半導体装置の製造方法又は実装方法を示す断面図である。
【図５】一実施形態に係る半導体装置の製造方法又は実装方法を示す断面図である。
【図６】突起電極面内でのフラックス又は半田ペーストの転写量分布を示す図である。
【図７】吸着ツールの吸着面形状の変形例を示す断面図である。
【図８】半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図９】半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図１０】半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図１１】半導体チップの曲げ加重と変位量との関係を例示するグラフである。
【図１２】半導体装置の実装方法の一実施例を示す断面図である。
【図１３】半導体装置の実装方法の一実施例を示す断面図である。
【図１４】ＢＧＡパッケージの曲げ加重と変位量との関係を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には同一あるいは類似の参照符号を付する。
【００２４】
図４及び５を参照して、一実施形態に係る半導体装置の製造方法又は実装方法が有する主な工程を説明する。
【００２５】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体部品１１０上に吸着ツール１６０を移動させる。半導体部品１１０は、格子状に配置された複数の突起電極１１３を有し、突起電極１１３が形成された突起電極面１１０ａを下にして置かれている。ここで、半導体部品１１０は、一例において、半田バンプ１１３を有する半導体素子（フリップチップ）であり、他の一例において、半田ボール１１３を有するＢＧＡパッケージである。吸着ツール１６０は、半導体部品１１０と接触する吸着面１６０ａ側で凹曲面を有し、少なくとも半導体部品１１０の中央部において、吸着面１６０ａと半導体部品の上面１１０ｂとの間に空隙１６５が形成される。そして、吸着ツール１６０には、空隙１６５と連通する位置に吸気口１６１が設けられている。
【００２６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、吸着ツール１６０を用いて半導体部品１１０をピックアップする。このとき、吸着ツール１６０による真空吸着により、半導体部品１１０は吸着面１６０ａの凹曲面に沿って湾曲する。すなわち、半導体部品１１０は、その突起電極面１１０ａが凹状になるように変形し、空隙１６５が消滅する。
【００２７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、吸着ツール１６０を転写ステージ１７０上に移動し、該ステージ上の塗膜１７１に半導体部品の突起電極を浸漬する。なお、塗膜１７１は、半導体部品１１０がフリップチップである場合にはフラックス、半導体部品１１０がＢＧＡパッケージである場合には半田ペーストとし得る。また、転写ステージ１７０は、フラックス又は半田ペースト１７１が塗布される上面において実質的に平坦であり、塗布されるフラックス又は半田ペースト１７１の膜厚は実質的に均一である。このとき、突起電極面１１０ａが凹状に変形されているため、半導体部品１１０の外周部に行くほど、突起電極１１３がフラックス又は半田ペースト１７１に浸漬される深さが増大する。
【００２８】
次いで、図４（ｄ）に示すように、吸着ツール１６０及び半導体部品１１０を転写ステージ１７０から引き上げる。このとき、各突起電極１１３に、その浸漬深さに応じた量のフラックス又は半田ペースト１７２が付着する。すなわち、深く浸漬された外周部の突起電極１１３の方が、浅く浸漬された中央部の突起電極１１３より、多くのフラックス又は半田ペースト１７２が転写される。
【００２９】
半導体部品の突起電極面１１０ａ内での転写量分布の一例を図６に示す。この図は、転写量を４つの範囲に分類して模式的に示している。吸着ツールの吸着面１６０ａ、及びそれに応じて半導体部品の突起電極面１１０ａが、半導体部品１１０の中心軸を回転軸とする例えば放物面又は二葉双曲面等の曲面を有する場合、該中心軸の周りに同心円状の転写量分布が形成される。
【００３０】
続いて、図５（ａ）に示すように、吸着ツール１６０を基板１２０上に移動し、突起電極１１３を基板１４０上の電極パッド１２２に位置合わせして、半導体部品１１０を基板１２０にマウントする。次いで、図５（ｂ）に示すように、吸着ツール１６０の吸着を解除して真空を開放すると、半導体部品１１０の湾曲は元に戻る。
【００３１】
次いで、図５（ｃ）に示すように、リフローにより突起電極１１３と基板の電極パッド１２２とを溶融接合するために加熱する。
【００３２】
フリップチップ１１０をパッケージ基板又はその他の基板１２０に実装する場合、このリフロー加熱により、半田バンプ１１３に転写されたフラックス１７２は、チップ外周部においてチップ中央部においてより揮発しやすい。しかしながら、突起電極面１１０ａを凹状に変形させた状態でフラックス転写を行ったことにより、チップ外周部の半田バンプにはチップ中央部の半田バンプより多くのフラックス１７２が転写されている。故に、半田溶融温度に達する前にフラックス１７２が揮発してチップ外周部でフラックス不足が生じることを回避し得る。また、チップ中央部の半田バンプ１１３へのフラックス転写量は、フラックス過多による残渣物の発生及びフラックス不足によるコールドジョイントの発生を生じない適切な量に維持することができる。
【００３３】
チップの外周部と中央部との間での好適なフラックス転写量の差は、図４（ｃ）における浸漬深さで見て、チップ最外周の半田バンプでチップ中央の半田バンプの１．５倍から３倍の範囲内にし得る。使用するフラックスの揮発しやすさ等に依存するが、１．５倍より小さいと、外周部でのフラックス不足が解消されない可能性がある。３倍より大きいと、外周部でのフラックス残渣物の発生、及び、必要となる大きいチップ湾曲度に起因するチップへのダメージ及び／又はチップ外縁へのフラックス１７１の付着の発生の危険性が高まり得る。もっとも、チップ外周部でのフラックス残渣物は、図２（ｂ）に示したようなチップ中央部での残渣物と比較して、リフロー後の洗浄により除去することが容易である。
【００３４】
ＢＧＡパッケージ１１０を配線基板１２０に実装する場合、リフロー加熱により、図３に示したように、パッケージ１１０は凹状に反る傾向にある。しかしながら、突起電極面１１０ａを凹状に変形させた状態で半田ペースト転写を行ったことにより、チップ外周部の半田ボールにはチップ中央部の半田ボールより多くの半田ペースト１７２が転写されている。故に、パッケージ外周部で半田ペースト量が、半田ボール１１３と基板電極パッド１２２との間隙を埋めるのに十分でない状況が生じることを回避し得る。また、パッケージ中央部の半田ボール１１３への半田ペースト転写量は、半田ペースト過多による端子間ブリッジを生じない適切な量に維持することができる。
【００３５】
パッケージの外周部と中央部との間での好適な半田ペースト転写量の差は、パッケージ１１０の反り量に基づいて決定し得る。例えば、図４（ｃ）における浸漬深さで見て、パッケージ最外周の半田ボールは、チップ中央の半田ボールを基準にして、該反り量に相当する深さだけ余分に半田ペースト１７１内に浸漬される。外周部での浸漬深さの追加量がパッケージ反り量より過小であると、外周部での半田ペースト不足が解消されない可能性がある。逆に、追加量が該反り量より過大であると、外周部での半田量が過多となって端子間ブリッジを生じさせたり、大きいパッケージ湾曲度に起因してパッケージへのダメージ及び／又はパッケージ外縁への半田ペースト１７１の付着を生じさせたりする危険性が高まる。
【００３６】
斯くして、図５（ｄ）に示すように、半導体部品１１０と基板１２０とが半田接合１３０によって接続される。
【００３７】
本実施形態によれば、半導体部品外周部において突起電極１１３へのフラックス又は半田ペースト１７２の転写量を中央部に対して増加させ、フラックスの揮発及び／又はパッケージ反り等に起因する接続不良の発生及び接続信頼性の低下を抑制することができる。また、これは吸着ツールの吸着面１６０ａの形状を変更することにより行い得るため、半導体部品の実装プロセスを複雑化したり、そのコストを上昇させたりすることがない。さらに、実質的に均一な膜厚を有するフラックス又は半田ペースト１７１への浸漬深さによって転写量が決定されるため、高い精度で転写量を制御することができる。
【００３８】
なお、図４及び５においては、吸着ツールの吸着面１６０ａが凹曲面を呈し、該曲面に沿って半導体部品１１０を所望形状に湾曲させるものとした。このように、転写プロセスにおいて半導体部品１１０に所望される形状を吸着面１６０ａが予め有することにより、半導体部品にダメージを与えることなく、半導体部品を該形状に変形させるのに必要な力以上の任意の力で半導体部品を吸着することができる。しかしながら、吸着面１６０ａの形状はこれに限定されず、図７に例示するような様々な形状を有し得る。
【００３９】
図７（ａ）において、吸着面１６０ａは概して平面を形成し、その外縁部にリング状の突起部１６２を有している。突起部１６２は、転写プロセスにおいて半導体部品の突起電極１１３に所望される高低差に対応した高さを有する。図７（ｂ）において、吸着面１６０ａは円錐形状を有している。これらの形状は、曲面と比較して容易に形成し得る。これらの形状を用いた場合、吸着面１６０ａと半導体部品１１０との間に空隙１６５を残存させながら、半導体部品の突起電極面１１０ａを凹状に湾曲させることができる。
【００４０】
吸着面１６０ａはまた、以上で図示した例においては半導体部品１１０の大きさと同等以上の大きさを有していたが、そのように限定されるものではない。凹状の吸着面を半導体部品１１０の中央付近の一部のみに当接させて半導体部品を吸着することによっても、外周部を含む突起電極面１１０ａに傾斜を生じさせることができる。
【００４１】
次に、図８−１１を参照して、半導体装置の製造方法の一実施例を説明する。
【００４２】
先ず、半田バンプを下にして置かれた半導体素子（フリップチップ）２１０の上に吸着ツール２６０を移動させる（図８（ａ））。
【００４３】
フリップチップ２１０は、Ｓｉ等を有する半導体基板２１１と、その表面に形成されたポリイミド等の保護膜２１２と、格子状に配置された半田バンプ２１３とを有する。保護膜２１２には、半導体基板２１１上の電極パッドの位置に対応して開口部が設けられており、半田パンプ２１３は、該開口部にて、バリアメタルとなるアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２１４を介して該電極パッドに接続されている。ＵＢＭ２１４は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）メッキ等によって形成されている。フリップチップ２１０の各部の寸法は、例えば、チップサイズ１５ｍｍ□、チップ厚０．３ｍｍ、半田バンプピッチ１８０μｍ、バンプ高さ８０μmとし得る。
【００４４】
フリップチップ２１０をピックアップする吸着ツール２６０は、例えば深さ２０μｍの凹形状を呈する吸着面２６０ａを有している。吸着ツール２６０はまた、吸着するフリップチップ２１０の中央部付近に対応した位置に吸気口２６１を有している。
【００４５】
フリップチップ２１０を吸着ツール２６０で真空吸着すると、チップ上面と吸着ツールの吸着面２６０ａとで閉鎖された空間内が負圧になり、大気圧との差圧により、吸着面２６０ａの形状に沿ってフリップチップ２１０が湾曲する（図８（ｂ））。その結果、最外周の半田バンプとチップ中央部の半田バンプとの間に２０μｍ程度の高低差が生じる。なお、１５ｍｍ□×０．３ｍｍ厚のＳｉチップを２０μｍ湾曲させるのに必要な力は、図１１に示すように０．１ｋｇｆ以下である。一方、マウント時に使用される典型的な吸着ツールにおいて、差圧によって１５ｍｍ□の半導体素子が受ける力はおよそ２．３ｋｇｆであり、フリップチップ２１０は吸着面２６０ａの形状に沿って容易に弾性変形し得る。
【００４６】
次いで、吸着ツール２６０をフラックス転写ステージ２７０上に移動し、フリップチップ２１０が湾曲した状態でフラックス転写を行う（図８（ｃ））。転写ステージ２７０上には、予め、フラックス２７１が例えば４０μｍの厚さで塗布されている。最外周の半田バンプが転写ステージ２７０の上面に接触するまでフリップチップ２１０を降下させたとき、最外周の半田バンプはフラックス中に４０μｍ浸漬されるが、中央のバンプは２０μｍしか浸漬されない。なお、この例において半田バンプ高さは上述のように８０μｍであり、フリップチップ２１０の外縁部がフラックス２７１に接触しないことが確保される。
【００４７】
吸着ツール２６０をフラックス転写ステージ２７０から引き上げるとフラックス２７１に深く浸漬された半田バンプほど、より多くのフラックス２７２が付着し、チップ外周部の半田バンプに対し選択的にフラックス転写量を増加させることができる（図８（ｄ））。逆に言えば、この選択的な転写量増加を実現するために、チップ中央部及び外周部の半田バンプ２１３の浸漬深さ、故に、吸着面２６０ａの凹形状の深さ及びフラックス２７１の塗布厚さを決定することができる。例えば、中央部及び外周部に適した浸漬深さが、それぞれ、２０μｍ及び４０μｍである場合、この例においてのように、吸着面２６０ａの凹形状の深さ及びフラックス２７１の塗布厚さは、それぞれ、２０μｍ及び４０μmに決定し得る。好適な浸漬深さは、使用するフラックスの揮発しやすさ等に応じて異なり得るが、上述のように中央部を基準にして外周部で１．５倍から３倍程度であり、多くの例において２倍とし得る。
【００４８】
次いで、吸着ツール２６０をパッケージ基板２２０上に移動し、半田バンプ２１３と基板の電極パッド２２２とを位置合わせして、フリップチップ２１０を基板２２０にマウントする（図９（ａ））。この例において、基板２２０は、絶縁基板２２１と、その表面に形成された電極パッド２２２と、電極パッド２２２の位置に対応して開口部を有するソルダーレジスト２２３と、該開口部を介して電極パッド２２２に接続された予備半田２２４とを有している。その後、吸着ツール２６０をフリップチップ２１０から取り外すと、湾曲されていたフリップチップ２１０は吸着前の形状へと戻る（図９（ｂ））。
【００４９】
リフロー時、半田溶融温度に達する前に転写フラックス２７２の一部は揮発するが（図９（ｃ））、より揮発しやすいチップ外周部においても十分な量が残存し、酸化膜が介在しない良好な半田接合２３０を得ることができる（図９（ｄ））。また、チップ中央部においても適量のフラックス２７２が転写されているため、フラックス残渣物の発生を抑制することができる。
【００５０】
その後、必要に応じて、フラックス洗浄を行い、フリップチップ２１０とパッケージ基板２２０との間の隙間にアンダーフィル樹脂２８０を充填する（図１０（ａ））。典型的に、ディスペンサの塗布ノズル２８２を用いて、フリップチップ２１０の一辺側からアンダーフィル樹脂２８０を供給する。アンダーフィル樹脂２８０は、フラックス残渣物などによって流動を阻害されることなく、毛細管現象によってフリップチップ２１０と基板２２０との間の隙間を充填する。その後、アンダーフィル樹脂２８０を硬化させて封止を完了するが、ボイドのないアンダーフィルを形成し得る（図１０（ｂ））。それにより、フリップチップ２１０とパッケージ基板２２０との間の接続信頼性が高められた半導体装置を製造することができる。
【００５１】
次に、図１２−１４を参照して、半導体装置の実装方法の一実施例を説明する。
【００５２】
先ず、半田ボールを下にして置かれたＢＧＡパッケージ３１０の上に吸着ツール３６０を移動させる（図１２（ａ））。
【００５３】
ＢＧＡパッケージ３１０は、パッケージ基板３４１と、半導体チップ３４２と、半田ボール３１３と、モールド樹脂３４４とを有する。パッケージ基板３４１は、絶縁基板３４５をベースに製造されており、半田ボール３１３が溶融接合されるボールパッド３４６を有する。パッケージ基板３４１はまた、ボールパッド３４６を露出させる開口部を有するソルダーレジスト３４７を有する。パッケージ基板３４１は更に、モールド樹脂３４４によって封止されるチップ搭載面にボンディングパッドを有し、対応し合うボンディングパッドとボールパッド３４６とが、絶縁基板３４５の表面及び内部に形成された配線層及びビアによって電気的に接続されている。そして、半導体チップ３４２上の電極パッドが、パッケージ基板３４１の対応するボンディングパッドに金属ワイヤ３４８によって電気的に接続されている。なお、他の例においては、ＢＧＡパッケージ３１０はフリップチップを含んだ構成を有していてもよい。ＢＧＡパッケージ３１０の各部の寸法は、例えば、パッケージサイズ２０ｍｍ□、パッケージ厚０．８ｍｍ、半田ボールピッチ０．８ｍｍ、半田ボール高さ０．３ｍｍとし得る。
【００５４】
ＢＧＡパッケージ３１０をピックアップする吸着ツール３６０は、例えば深さ１００μｍの凹形状を呈する吸着面３６０ａを有している。吸着ツール３６０はまた、吸着するパッケージ３１０の中央部付近に対応した位置に吸気口３６１を有している。
【００５５】
ＢＧＡパッケージ３１０を吸着ツール３６０で真空吸着すると、パッケージ上面と吸着ツールの吸着面３６０ａとで閉鎖された空間内が負圧になり、大気圧との差圧により、吸着面３６０ａの形状に沿ってパッケージ３１０が湾曲する（図１２（ｂ））。その結果、最外周の半田ボールと中央の半田ボールとの間に１００μｍ程度の高低差が生じる。なお、２０ｍｍ□×０．９ｍｍ厚の典型的なファインピッチＢＧＡ（ＦＢＧＡ）パッケージを１００μｍ湾曲させるのに必要な力は、図１４に示すように１．３ｋｇｆ程度である。一方、マウント時に使用される典型的な吸着ツールにおいて、差圧によって２０ｍｍ□のパッケージが受ける力はおよそ４ｋｇｆであり、ＢＧＡパッケージ３１０は吸着面３６０ａの形状に沿って容易に弾性変形し得る。また、１００μｍの湾曲量は、パッケージサイズ２０ｍｍに対して０．５％であり、パッケージ３１０及びその内部の半導体チップ３４２にダメージを与えることもない。
【００５６】
次いで、吸着ツール３６０を半田ペースト転写ステージ３７０上に移動し、ＢＧＡパッケージ３１０が湾曲した状態で半田ペースト転写を行う（図１２（ｃ））。転写ステージ３７０上には、予め、半田ペースト３７１が例えば２００μｍの厚さで塗布されている。最外周の半田ボールが転写ステージ３７０の上面に接触するまでＢＧＡパッケージ３１０を降下させたとき、最外周の半田ボールは半田ペースト中に２００μｍ浸漬されるが、中央部の半田ボールは１００μｍしか浸漬されない。なお、この例において半田ボール高さは上述のように３００μｍであり、パッケージ３１０の外縁部が半田ペースト３７１に接触しないことが確保される。
【００５７】
吸着ツール３６０を半田ペースト転写ステージ３７０から引き上げると半田ペースト３７１に深く浸漬された半田ボールほど、より多くの半田ペースト３７２が付着し、外周部の半田ボールに対し選択的に半田ペースト転写量を増加させることができる（図１２（ｄ））。逆に言えば、この選択的な転写量増加を実現するために、パッケージ中央部及び外周部の半田ボール３１３の浸漬深さ、故に、吸着面３６０ａの凹形状の深さ及び半田ペースト３７１の塗布厚さを決定することができる。例えば、後のリフロー時にＢＧＡパッケージ３１０の外縁部が１００μｍ反り上がる場合、中央部及び外周部に適した浸漬深さを、それぞれ、１００μｍ及び２００μｍとし得る。その場合、この例においてのように、吸着面３６０ａの凹形状の深さ及び半田ペースト３７１の塗布厚さは、それぞれ、１００μｍ及び２００μmに決定し得る。このように、パッケージ外周部における好適な浸漬深さは、リフロー工程において想定されるＢＧＡパッケージ３１０の反り量と同程度の値を、中央部での好適浸漬深さに足し合わせた値としてもよい。
【００５８】
次いで、吸着ツール３６０をマザーボード等の配線基板３２０上に移動させ、半田ボール３１３と基板の電極パッド３２２とを位置合わせして、ＢＧＡパッケージ３１０を基板３２０にマウントする（図１３（ａ））。この例において、基板３２０は、絶縁基板３２１と、その表面に形成された電極パッド３２２と、電極パッド３２２の位置に対応して開口部を有するソルダーレジスト３２３とを有している。その後、吸着ツール３６０をＢＧＡパッケージ３１０から取り外すと、湾曲されていたパッケージ３１０は吸着前の形状へと戻る（図１３（ｂ））。
【００５９】
リフロー時、半田溶融温度に達する以前からＢＧＡパッケージ３１０は凹状に反り得る。しかしながら、想定される反り量に応じて増量された半田ペースト３７２がパッケージ外周部の半田ボールに転写されていることにより、半田ボール３１３と基板側電極パッド３２２とが半田ペースト３７２で接続された状態が維持される（図１３（ｃ））。冷却後、ＢＧＡパッケージ３１０の反りが解消されたとき、ＢＧＡパッケージのボールパッド３４６と基板電極パッド３２２との間に、良好な半田接合３３０を得ることができる（図１３（ｄ））。それにより、ＢＧＡパッケージ３１０と配線基板３２０との間の接続信頼性を高めることができる。
【００６０】
この実施例の一変形例として、ＢＧＡパッケージ３１０のマウント（図１３（ａ））に先立って、配線基板の電極パッド３２２上に、例えば１００μｍといった均一厚さの半田ペーストをスクリーン印刷してもよい。このＢＧＡパッケージ３１０に接続される電極パッド３２２上への半田ペーストの印刷は、配線基板３２０上に実装される他の部品に接続される電極パッドへのそれと同時に行い得る。
【００６１】
その場合、半田ペーストの転写プロセス（図１２（ｃ）及び（ｄ））において、パッケージ中央部の半田ボールに半田ペースト３７２を転写すると、該部分で半田ペースト量が過多になり得る。故に、パッケージ中央部の半田ボールには半田ペースト３７２が転写されないように転写プロセスを変更することが好ましい。これは、吸着ツールの吸着面３６０ａの凹形状の深さを、転写ステージ３７０上の半田ペースト３７１の厚さ以上にすることによって行い得る。例えば、想定されるパッケージ反り量が１００μｍであるとした上述の例において、吸着面３６０ａの凹形状の深さを１００μｍとしたままで、転写ステージ３７０上の半田ペーストの厚さを１００μｍにすることで行い得る。あるいは、さらに吸着面３６０ａの凹形状の深さを１００μｍより大きくしてもよい。
【００６２】
斯くして、パッケージ中央部ではスクリーン印刷された半田ペーストのみを用い、外周部ではスクリーン印刷されたものと半田ボールに転写されたもの（３７２）とを足し合わせた半田ペーストを用いることにより、図１３及び１４の方法と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００６４】
以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体チップを、該半導体チップの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極をフラックス内に浸漬させて、前記突起電極にフラックスを転写する工程と、
前記半導体チップを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２）
前記突起電極面は、格子状に配置された前記突起電極のうち、最外周の突起電極が中央部の突起電極より１．５倍から３倍の深さで前記フラックス内に浸漬されるように凹状に変形されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記３）
前記最外周の突起電極は前記中央部の突起電極より２倍の深さで前記フラックス内に浸漬されることを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記４）
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体パッケージを、該半導体パッケージの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極を半田ペースト内に浸漬させて、前記突起電極に半田ペーストを転写する工程と、
前記半導体パッケージを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の実装方法。
（付記５）
前記突起電極面は、格子状に配置された前記突起電極のうち、最外周の突起電極が中央部の突起電極より、前記半田接合時の前記半導体パッケージに発生する反り量に相当する深さだけ深く前記半田ペースト内に浸漬されるように凹状に変形されることを特徴とする付記４に記載の半導体装置の実装方法。
（付記６）
半導体部品を吸着する吸着ツールであり、該半導体部品の電極面を凹状に変形させる吸着ツールと、
フラックス又は半田ペーストが塗布される転写ステージと、
凹状に変形された前記電極面の突起電極を前記フラックス又は半田ペーストに浸漬させるように前記吸着ツールを移動させる手段と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
（付記７）
前記半導体部品を吸着する前記吸着ツールの吸着面は曲面を有し、前記吸着ツールは、前記半導体部品が前記曲面に沿って変形するように前記半導体部品を吸着することを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造装置。
（付記８）
前記半導体部品を吸着する前記吸着ツールの吸着面は、その外縁部にリング状の突起部を有することを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造装置。
【符号の説明】
【００６５】
１１０、２１０、３１０ 半導体部品（半導体チップ又はパッケージ）
１１０ａ 突起電極面
１１３、２１３、３１３ 突起電極（半田バンプ又は半田ボール）
１２０、２２０、３２０ 基板
１２２、２２２、３２２ 電極パッド
１３０、２３０、３３０ 半田接合
１６０、２６０、３６０ 吸着ツール
１６０ａ、２６０ａ、３６０ａ 吸着面
１６１、２６１、３６１ 吸気口
１６２ 突起部
１６５ 空隙
１７０、２７０、３７０ 転写ステージ
１７１、２７１、３７１ 塗膜（フラックス又は半田ペースト）
１７２、２７２、３７２ 転写されたフラックス又は半田ペースト
２１４ アンダーバンプメタル
２８０ アンダーフィル樹脂
３４６ ボールパッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体チップを、該半導体チップの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極をフラックス内に浸漬させて、前記突起電極にフラックスを転写する工程と、
前記半導体チップを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記突起電極面は、格子状に配置された前記突起電極のうち、最外周の突起電極が中央部の突起電極より１．５倍から３倍の深さで前記フラックス内に浸漬されるように凹状に変形されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体パッケージを、該半導体パッケージの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極を半田ペースト内に浸漬させて、前記突起電極に半田ペーストを転写する工程と、
前記半導体パッケージを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項４】
半導体部品を吸着する吸着ツールであり、該半導体部品の電極面を凹状に変形させる吸着ツールと、
フラックス又は半田ペーストが塗布される転写ステージと、
凹状に変形された前記電極面の突起電極を前記フラックス又は半田ペーストに浸漬させるように前記吸着ツールを移動させる手段と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記半導体部品を吸着する前記吸着ツールの吸着面は曲面を有し、前記吸着ツールは、前記半導体部品が前記曲面に沿って変形するように前記半導体部品を吸着することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１】
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体チップを、該半導体チップの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極をフラックス内に浸漬させて、前記突起電極にフラックスを転写する工程と、
前記半導体チップを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記突起電極面は、格子状に配置された前記突起電極のうち、最外周の突起電極が中央部の突起電極より１．５倍から３倍の深さで前記フラックス内に浸漬されるように凹状に変形されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
格子状に配置された半田突起電極を有する半導体パッケージを、該半導体パッケージの突起電極面を凹状に変形させて吸着する工程と、
凹状に変形された前記突起電極面の前記突起電極を半田ペースト内に浸漬させて、前記突起電極に半田ペーストを転写する工程と、
前記半導体パッケージを基板上に、前記突起電極を該基板上の電極パッドに位置合わせして搭載する工程と、
前記吸着を解除した後に、前記突起電極と前記電極パッドとを半田接合する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項４】
半導体部品を吸着する吸着ツールであり、該半導体部品の電極面を凹状に変形させる吸着ツールと、
フラックス又は半田ペーストが塗布される転写ステージと、
凹状に変形された前記電極面の突起電極を前記フラックス又は半田ペーストに浸漬させるように前記吸着ツールを移動させる手段と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記半導体部品を吸着する前記吸着ツールの吸着面は曲面を有し、前記吸着ツールは、前記半導体部品が前記曲面に沿って変形するように前記半導体部品を吸着することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１８７６８２（Ｐ２０１１−１８７６８２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１４３４（Ｐ２０１０−５１４３４）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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