説明

半導体装置の製造方法

【課題】 半田マスクのパターンを変えることで電子搭載品の実装時における半田付けの際のボイド発生を抑制する。
【解決手段】 半田マスク30を、中央部にグランド端子の実装用半田の供給に用いるマスクパターン31と、その周辺に信号端子の実装用半田の供給に用いるマスクパターン32とから構成する。マスクパターン31を構成する開口部31a、31b、31c、31dの間に形成される非開口部33を、中央側の幅aより周辺側の幅bの方が広くなるように裾広がりとなるように形成する。かかる構成の半田マスク30を用いて実装すると、リフロー半田時の大きなボイドの発生と、ボイドそのもの発生数をも抑制することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体装置に関し、特に半導体装置を構成する半導体チップを含む電子搭載品の実装に際して、ボイドの発生を抑制しながら半田付けするのに適用して有効な技術である。
【背景技術】
【0002】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【0003】
半導体チップを含む電子搭載品を実装してなる半導体装置の中には、その実装に際して、裏面端子側を半田付けにより行う場合がある。かかる実装では、半田マスクを使用して、半田付けが必要でない箇所を隠すようにして半田付けを行っている。
【0004】
例えば、RF(Radio Frequency)モジュール等の電子搭載品を実装した半導体装置では、裏面端子には温度特性の向上等を目的として、信号端子部以外は全面グランド端子に構成したものが多い。かかる電子搭載品の実装に際しては、半田付けによる実装が確実に行えるように、実装用の半田マスクを用いて行っている。
【0005】
特許文献1には、RFモジュールの形成に際して、RFモジュールの端子パターンに合うステンシルを用いてソルダプリンティングを行う技術が開示されている。
【特許文献1】特開平10−144815号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明者は、上記半導体装置における電子搭載品の半田付けによる実装に際して、以下の課題があることを見出した。
【0007】
これまでは、RFモジュール等の電子搭載品の実装に際しては、顧客先で、半田付けによる実装が良好に行えるように、半田マスクの推奨パターンを作成して製品仕様書等でその使用を奨めていた。
【0008】
かかる半田マスクの推奨パターンは、裏面端子に対する半田付けをする部分の半田量を決め、それに合わせてメタルマスクの厚さを決定する等して、半田マスクのパターンを決定していた。
【0009】
しかし、かかる半田マスクを用いて半田印刷を行うと、半田溶融時に半田印刷ムラのための空気が残ったり、あるいは半田中の有機溶剤等が揮発した際の実装半田内での揮発成分が残留してしまう等が起き、それが原因でボイドとなり半田濡れ性が不安定となる問題があった。かかる半田濡れ性の不安定さが、半田付けが良好に行われない原因となっていた。
【0010】
本発明者は、半田マスクのパターンを工夫することで、かかる問題点の解決が図れないかと考えた。
【0011】
本発明の目的は、半田マスクのパターンを変えることで電子搭載品の実装時における半田付けの際のボイド発生を抑制しようとすることにある。
【0012】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0014】
すなわち、電子搭載品の実装に使用される半田マスクの非開口部の形状を、中央部側から周辺部側に向けて裾広がりに構成した。
【発明の効果】
【0015】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【0016】
半導体チップ等の電子搭載品の実装に使用される半田マスクの開口部間に設けられる非開口部を、中央部側から周辺部側に向けて裾広がりに構成することで、半田濡れが中央部から濡れ広がるようになり、大きなボイドの発生が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【0018】
本発明では、RFモジュール等の半導体チップを有する電子搭載品を実装した半導体装置において、実装時に使用する比較的大きなグランド端子等を半田付けする場合に使用する半田マスクの形状を、これまでとは異なる形状に変えた。かかる構成を採用することで、これまでとは異なり、半田付けに際してのボイドの発生を抑制することができた。ボイドの抑制効果は、その数、及びその大きさをも抑えることができ、半導体装置の接続信頼性を向上させることができた。
【0019】
本発明は、半導体装置の製造方法として把握されるが、しかし、半導体装置、半導体マスク、実装方法等としても把握することができるものである。
【0020】
尚、ここで電子搭載品とは、半導体チップ単独、あるいは半導体チップ、抵抗、コンデンサ等からなるモジュールに構成したものを言うものとする。モジュールには、例えば、RFモジュール、パワーモジュール等がある。
【0021】
本実施の形態においては、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場
合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その
特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の
形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理
的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは
言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及
するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を
除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。
【0022】
(実施の形態1)
図1は、本発明で使用する電子搭載品をRFモジュールに構成した場合の断面図である。図2は、RFモジュールの裏面の実装側の端子状況を模式的に示した平面図である。図3(a)は本発明に係わる半田マスクのマスクパターンの一例を模式的に示す平面図であり、(b)はかかる半田マスクを用いて半田ペーストを塗布した場合を模式的に示す平面図である。図4(a)は本発明に係わる半田マスクを用いて実装を行った場合の効果を模式的に示す平面説明図であり、(b)はこれまでの半田マスクを用いて実装を行った場合の効果を模式的に示す平面説明図である。
【0023】
本実施の形態で説明する実装に際して半田マスクを使用する電子搭載品10としては、例えばRFモジュール10a等を挙げることができる。かかるRFモジュール10aは、次のようにして製造することができる。例えば、図1に示すように、複数枚の絶縁体板(本実施の形態では、5枚のセラミック板11a〜11eを例示して説明する。)を用意し、かかるセラミック基板11a〜11eに複数個のビア12を形成する。このビア12の内部に導電性材料、例えば銅(Cu)または銀を充填する。
【0024】
次に、各々のセラミック板11a〜11eの表面に導電性材料、例えば銅または銀からなる表面導体パターン13を印刷する。その後、これら5枚のセラミック板11a〜11eを順次積層し、例えば800〜900℃程度の温度で焼成することにより、図1に示すように、積層基板11を形成する。
【0025】
このようにして形成された積層基板11を洗浄した後、積層基板11の裏面に導電性材料、例えば銅または銀からなる導体ペーストを印刷し、続いて、例えば150℃以下の温度で導体ペーストを焼き固めることにより、積層基板11の裏面に裏面導体パターン14を形成する。
【0026】
さらに、図1に示すように、積層基板11の部品搭載面に、能動素子が形成された半導体チップ15および受動素子が形成されたチップ部品16等の表面実装部品を搭載し、これら表面実装部品を絶縁性の樹脂17によって覆うことにより、RFモジュール10aが完成する。
【0027】
半導体チップ15は、例えば電界効果トランジスタであり、半導体チップ15の主面に形成された複数の外部用端子と、これに対応する積層基板11の部品搭載面に形成された表面導体パターン13とは接合材により接続される。ここでは、接合材に金(Au)の細線からなるワイヤボンディング18を用いている。
【0028】
チップ部品16は、例えばコンデンサ、インダクタまたはレジスタ等の受動素子であり、例えばチップ部品16の両端に形成された接続端子が半田を介して積層基板11の部品搭載面に形成された表面導体パターン13と半田接続されている。
【0029】
かかる構成のRFモジュール10aでは、その裏面側が半田付けにより実装側に接続される。例えば、RFモジュール10aの裏面10b側は、図2に模式的に示すように、中央に比較的大きな端子としてグランド端子21が形成され、その周辺に信号端子22が周辺端子群として構成されている。
【0030】
かかるグランド端子21、信号端子22の半田付けによる実装に際しては、半田マスク30を用いて行う。すなわち、半田マスク30を用いて実層側の基板等に、印刷法により半田ペースト等を塗布し、その後に対応するRFモジュール10aの電子搭載品10を搭載し、リフロー炉等でリフローすることで実装を行い、半導体装置が形成される。
【0031】
半田マスク30は、図3(a)に示すように、中央に形成されたグランド端子21用の大きなマスクパターン31と、その周囲に形成された信号端子22用の小さなマスクパターン32とから構成されている。
【0032】
かかる構成の半田マスク30を用いて半田ペースト等を塗布すると、例えば、図3(b)に示すように、RFモジュール10aの裏面実装側のグランド端子21、信号用端子22のそれぞれに対応した位置に半田ペーストが塗布されることとなる。
【0033】
半田マスク30は、図3(a)に示すように、グランド端子21部分のマスクパターン31が、対角線部分で開口部31a、31b、31c、31dの三角形状に4分割されている。対角線部分は、非開口部33に構成され、開口部31a、31bの間、開口部31b、31cの間、開口部31c、31dの間、開口部31d、31aの間にそれぞれ設けられている。
【0034】
かかる非開口部33の構成は、中央から周辺に向かって裾広がりとなるように構成されている。すなわち、中点近くの非開口部33の幅aに比べて、四隅の側に位置する周辺部の非開口部33の幅bの方が広く形成されているのである。すなわち、a<bなる関係に構成されている。かかる構成の非開口部33を設けることで、開口部31a、31b、31c、31dにより形成された半田ペーストがリフローで溶融して半田付けが行われる際に、半田中のボイドを小さく、少なくすることができるのである。
【0035】
かかる半田中のボイドの発生状況は、エックス線写真で電子搭載品10の半田付け後の状況を観察することで確認することができる。かかるエックス線写真のボイドの発生状況を、図4(a)の図面で示した。ボイドの発生は完全になくすことは出来なかったが、図4(b)に示すこれまでの場合と比べて、大きなボイドの発生は見られなかった。また、ボイドの発生状況は、図4(b)に示す場合に比べて、抑制されていた。
【0036】
因みに、図4(b)に示す場合は、図5に示すこれまでの半田マスク40を用いて、半田ペーストを塗布し、RFモジュール10aを搭載し、その後リフロー炉で半田ペーストを溶融する図4(a)に示すと同様の手順で実装した場合である。
【0037】
図5に示すように、これまでの構成の半田マスク40の場合には、中央のグランド端子21部分のマスクパターン41は、開口部41a、41b、41c、41dと4分割されているものの、非開口部42の形状が、本発明の半田マスク30とは異なっている。すなわち、非開口部42は、中央から周辺に向けて、同一幅の直線状に形成されている。しかし、本発明の場合は、図3(a)に示す半田マスク30を見れば分るように、非開口部33は、中央から周辺に向けて裾広がりに構成されている。
【0038】
かかる非開口部33の構成は、中央から周辺に向けて裾広がりに構成され、かかる構成の逆構成は有効でないことが確認されている。すなわち、中央に向けて周辺から広がる形状では、その有効性が確認できなかった。また、半田マスク40のように、同一幅に構成しても、その有効性は確認できなかった。
【0039】
尚、図5に示す場合には、簡単のため、中央のグランド端子の実装面に対応したマスクパターン41のみを示し、周辺端子のマスクパターンを割愛している。
【0040】
(実施の形態2)
本実施の形態では、前記実施の形態で述べた形状とは異なる形状を有している。すなわち、対角線部分で4分割するのではなく、図6に示すように、相対する二辺に平行な直線部分で4分割されて四辺形状の開口部34が形成されている。かかる開口部34の間に形成された非開口部35は、図6に示すように、中央側の幅aよりも周辺側の幅bの方が広く形成されて、中央側から周辺部側に向けて裾広がりに形成されている。
【0041】
図6に示す場合にも、グランド端子21等の実装面に対応するマスクパターンを示し、信号端子22等の周辺端子のマスクパターンは省略している。
【0042】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0043】
例えば、前記実施の形態では、半田マスクを4分割した場合を例に挙げて説明したが、2分割、5分割以上の分割でも構わない。要は、分割部分を仕切る非分割部分が、中央側から周辺に向けて裾広がりに構成されていればよい。
【0044】
また、前記実施の形態では、半田マスクは等分に均等分割した場合を示したが、必ずしも均等分割でなくても構わない。非均等分割で、分割された各々の開口部の大きさが異なっていても一向に構わない。
【0045】
前記実施の形態では、半田マスクの非分割部分の形状は同一形状であったが、中央部分から周辺に向けて裾広がりであれば、その形状、あるいは大きさは、異なっていても一向に構わない。
【0046】
本発明に係わる半田マスクは、その適用例を前記実施の形態ではRFモジュールを例に挙げて説明したが、RFモジュール以外の他の構成の電子搭載品であっても一向に構わない。要は、半田付けにより接続する際に、半田マスクを用いて行う接続方法を採用する電子搭載品であれば使用することができる。特に、グランド端子部分等のように、比較的に大きな端子を半田付けで、半田マスクを使用して半田ペーストを塗布し、その後リフローにより溶融して半田接続させる構成であれば使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明は、RFモジュール等の半田付けによる実装に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】本発明で適用する電子搭載品の一実施の形態であるRFモジュールに構成した一実施例を模式的に示す断面図である。
【図2】RFモジュールの裏面の実装側の端子状況を模式的に示した平面図である。
【図3】(a)は本発明に係わる半田マスクのマスクパターンの一例を模式的に示す平面図であり、(b)はかかる半田マスクを用いて半田ペーストを塗布した場合を模式的に示す平面図である。
【図4】(a)は本発明に係わる半田マスクを用いて実装を行った場合の効果を模式的に示す平面説明図であり、(b)は(a)の半田マスクを用いて実装を行った場合の効果を模式的に示す平面説明図である。
【図5】これまでの半田マスクのパターンを示す平面図である。
【図6】本発明に係る半田マスクの変形例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【0049】
10 電子搭載品
10a RFモジュール
10b 裏面
11 積層基板
11a セラミック基板
11b セラミック基板
11c セラミック基板
11d セラミック基板
11e セラミック基板
12 ビア
13 表面導体パターン
14 裏面導体パターン
15 半導体チップ
16 チップ部品
17 樹脂
18 ワイヤボンディング
21 グランド端子
22 信号端子
30 半田マスク
31 マスクパターン
31a 開口部
31b 開口部
31c 開口部
31d 開口部
32 マスクパターン
33 非開口部
40 半田マスク
41 マスクパターン
41a 開口部
41b 開口部
41c 開口部
41d 開口部
42 非開口部
a 幅
b 幅

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体チップを有する電子搭載品を半田マスクの使用により実装する半導体装置の製造方法であって、
前記半田マスクは、前記電子搭載品の裏面の半田付け部の中央部より半田濡れが広がるパターンに形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
半導体チップを有する電子搭載品を半田マスクの使用により実装する半導体装置の製造方法であって、
前記半田マスクは、前記電子搭載品の実装側半田付け面を複数の領域に分割するように開口部が形成され、前記開口部の間隔は周辺に向けて裾広がりに形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項3】
半導体チップを有する電子搭載品を半田マスクの使用により実装する半導体装置の製造方法であって、
前記半田マスクは、前記電子搭載品の実装側グランド端子用マスクパターンと、前記実装側グランド端子用マスクパターンの周辺に設けられた複数の周辺端子用マスクパターンとからなり、
前記実装側グランド端子用マスクパターンは、実装側グランド端子の半田付け面を複数の領域に分割して開口部が形成され、前記開口部との間に形成された非開口部は中央部から周辺に向けて広く形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項4】
半導体チップを有する電子搭載品を半田マスクの使用により実装する半導体装置の製造方法であって、
前記半田マスクは、前記電子搭載品の実装側グランド端子の半田付け面の対角線部分で分割された開口部が形成され、前記対角線部分に形成された非開口部が中央部から周辺に向けて広く形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項5】
半導体チップを有する電子搭載品を半田マスクの使用により実装する半導体装置の製造方法であって、
前記半田マスクは、前記電子搭載品の実装側グランド端子の半田付け面を対角線部分を挟んで4分割するように開口部が形成され、前記対角線部分に形成された非開口部は中央部から周辺に向けて広く形成され、
前記電子搭載品はRFモジュールに形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図1】
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【公開番号】特開2007−88123(P2007−88123A)
【公開日】平成19年4月5日(2007.4.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−273242(P2005−273242)
【出願日】平成17年9月21日(2005.9.21)
【出願人】(503121103)株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Fターム(参考)】