説明

電子装置及びその製造方法

【課題】電子装置の製造工程において、はんだバンプ同士のブリッジの発生の防止を図るとともに、BGA型の半導体装置を回路基板上に容易に実装を行うことができる電子装置及び電子装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
電子装置は、回路基板1と、回路基板1に電気的に接続される複数の端子3と、前記複数の端子3に電気的に接続された半導体装置4と、前記複数のはんだバンプ3同士を隔離する隔壁6とを有する。隔壁6がバリアとなってはんだバンプ3が隣のはんだバンプ3に接触できなくなるため、はんだバンプ3同士のブリッジの発生の防止を図るとともに、BGA型の半導体装置4を回路基板1上に容易に実装することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体装置の実装の高密度化に伴い、QFP(Quad Flat Package)型の半導体装置に比べて高密度化を図ることができるBGA(Ball Grid Array)型の半導体装置や、回路基板にBGA型の半導体装置を実装した電子装置が実用化されている。
【0003】
上述の電子装置に備えられている半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を搭載するパッケージ基板とを有しており、パッケージ基板は、半導体素子が搭載される面と反対側の面に、規則的に配列されたはんだバンプを備えている。電子装置の製造工程でBGA型の半導体装置を回路基板上に実装する際は、はんだバンプと回路基板上の電極とを電気的に接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平10−335527号公報
【特許文献2】特許第3399456号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、BGA型の半導体装置を回路基板に実装する際に、半導体装置と回路基板との位置合わせの精度が不十分な場合、隣り合うはんだバンプ同士が接触してブリッジが発生し、短絡を起こす恐れがある。
【0006】
本発明は、はんだバンプ同士のブリッジの発生の防止を図るとともに、BGA型の半導体装置を回路基板上に容易に実装を行うことができる電子装置及び電子装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
発明の一観点によれば、回路基板と、回路基板に電気的に接続される複数の端子と、複数の端子に電気的に接続された半導体装置と、複数の端子同士を隔離する隔壁とを有する電子装置が提供される。
【0008】
発明の別の一観点によれば、回路基板上方に複数の第1の接合材を形成する工程と、複数の第1の接合材同士を隔離する隔壁を配置する工程と、隔壁上方に第2の接合材を備えた半導体チップを配置するとともに、第1の接合材と第2の接合材とを接合して端子を形成する工程とを有する電子装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0009】
上述の観点によれば、電子装置の製造工程において、はんだバンプ同士のブリッジの発生の防止を図るとともに、BGA型の半導体装置を回路基板上に容易に実装を行うことができる電子装置及び電子装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、実施例1における電子装置の平面図である。
【図2】図2は、実施例1における電子装置の、図1に示す一点鎖線A−A’における断面図である。
【図3】図3は、実施例1における隔壁板の斜視図である。
【図4】図4は、実施例1における隔壁板の平面図および側面図である。
【図5】図5は、実施例1における隔壁板の構成部材を示す図である。
【図6】図6は、実施例1における電子装置の製造方法を示す工程斜視図(その1)である。
【図7】図7は、実施例1における電子装置の製造方法を示す工程斜視図(その2)である。
【図8】図8は、実施例1における電子装置の製造方法を示す工程斜視図(その3)である。
【図9】図9は、実施例1における電子装置の別の製造方法を示す工程斜視図(その1)である。
【図10】図10は、実施例1における電子装置の別の製造方法を示す工程斜視図(その2)である。
【図11】図11は、実施例1における電子装置の別の製造方法を示す工程斜視図(その3)である。
【図12】図12は、実施例2における電子装置の平面図である。
【図13】図13は、実施例2における電子装置の、図12に示す一点鎖線B−B’における断面図である。
【図14】図14は、実施例2における隔壁板の平面図および側面図である。
【図15】図15は、実施例2における第1の隔壁部材を示す図、および第2の隔壁部材を示す図である。
【図16】図16は、実施例2における電子装置の製造方法を示す工程斜視図(その1)である。
【図17】図17は、実施例2における電子装置の製造方法を示す工程斜視図(その2)である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【実施例1】
【0012】
実施例1について、図1乃至図11を参照して説明する。
【0013】
図1は、実施例1における電子装置の平面図である。なお、図1では、平面視により直接見ることができない箇所を点線で示しており、回路基板1に設けられている配線パターンは省略されている。図2は、実施例1における電子装置の、図1に示す一点鎖線A−A’における断面図である。
【0014】
図1および図2に示すように、電子装置は、複数の電極パッド2が備えられた回路基板1と、回路基板1上方に配置され、複数の電極パッド2のそれぞれに接続される複数のはんだバンプ3と、複数のはんだバンプ3上方に配置され、複数のバンプに接続された半導体パッケージ4と、回路基板1と半導体パッケージ4との間に配置され、隣り合うはんだバンプ3間に配置された隔壁板6とを有している。
以下、電子装置の各部の詳細について説明する。
【0015】
回路基板1は、例えばガラスセラミック、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン(BT)樹脂等の基板基材の両面に、Cuを含む配線パターンが形成されている。また、配線パターンの一部として、パッケージ基板9のランド電極5に対応する位置に、電極パッド2が配置されている。
【0016】
半導体パッケージ4は、例えば厚さ0.1mm〜0.5mm程度の半導体チップ7と、複数のはんだバンプ8を挟んで半導体チップ7が搭載された厚さ0.15mm〜2mm程度のパッケージ基板9と、パッケージ基板9の下面に備えられた複数のランド電極5と、パッケージ基板9上方に形成され、半導体チップ7およびはんだバンプ8を覆う封止樹脂10とを有している。半導体パッケージ4の外形サイズは、例えば略8mm角である。
【0017】
パッケージ基板9は、例えばガラスエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン(BT)樹脂、ポリイミド、セラミック等の基板基材の両面に、Cuを含む配線パターンが形成された基板を用いることができる。
【0018】
ランド電極5は、パッケージ基板9側から、例えば厚さ10μm〜40μm程度のCu、厚さ3μm程度のNi、厚さ0.1μm〜0.5μm程度のAuを積層した電極を用いることができる。ランド電極5の径は、例えば0.6mm程度である。
【0019】
続いて、本発明に係る隔壁板6について、図3乃至図5を参照して説明する。
図3は、実施例1における隔壁板6の斜視図である。図4は、実施例1における隔壁板6の平面図および側面図である。図4(a)は、実施例1における隔壁板6の平面図である。図4(b)は、実施例1における隔壁板6の側面図であり、図4(a)に示すY方向を見たときの側面図である。
【0020】
隔壁板6は、図3、図4(a)および図4(b)に示すように、X方向に沿って配置された複数の第1の隔壁部材6aと、Y方向に沿って配置された複数の第2の隔壁部材6bとが格子状に組み合わされた形状を有している。
【0021】
第1の隔壁部材6aおよび第2の隔壁部材6bのサイズは、半導体パッケージ4の外形サイズ、半導体パッケージ4の端子ピッチ、および回路基板1と半導体パッケージ4との間隔等に応じて決定することが好ましく、本実施例では、例えば長手方向の寸法が8mm程度、短手方向の寸法が0.5mm程度、厚さが0.1mm程度である。
【0022】
第1の隔壁部材6aおよび第2の隔壁部材6bの材質としては、はんだの融点より高い温度での耐熱性を有する、絶縁性のフレキシブルシートが好ましく、例えばポリイミド、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の材料を用いることができる。
【0023】
フレキシブルシートを用いると、環境の変化に伴って半導体パッケージや回路基板が熱膨張あるいは熱収縮による変形を起こした際に、その変形に追従させることができる。このため、隔壁板6の接触によって半導体パッケージや回路基板へストレスが加わり、半導体パッケージと回路基板との接続信頼性が低下するのを抑制することができる。
【0024】
図5は、隔壁板6の構成部材を示す図である。図5(a)は、第1の隔壁部材6a、図5(b)は、第2の隔壁部材6aを示す図である。
【0025】
図5(a)および図5(b)に示すように、第1の隔壁部材6aおよび第2の隔壁部材6bは、短手方向の大きさの半分程度まで切れ込みの入ったスリット11a,11bを各々有している。複数の第1の隔壁板6aのスリット11aと、複数の第2の隔壁板6bのスリット11bとが嵌め合わされることにより、図3および図4に示すような、一体化された隔壁板6を得ることができる。
【0026】
スリット11a,11bは、第1の隔壁部材6aと第2の隔壁部材6bとを嵌め合わせるため、第1の隔壁部材6aおよび第2の隔壁部材6bの厚さよりも大きい幅を有している。第1の隔壁部材6aおよび第2の隔壁部材6bの厚さを0.1mmとすると、スリット11a,11bの幅は、0.1mmよりも大きい寸法、例えば0.15mm程度が好ましい。スリット11a,11bのピッチは、半導体パッケージ4の端子ピッチ、すなわちランド電極5のピッチと同程度であることが好ましい。
【0027】
次に、実施例1に係る隔壁板6を備えた電子装置の製造方法を説明する。
【0028】
図6乃至図8は、実施例1における電子装置の製造方法を示す工程斜視図である。なお、図6乃至図8では、回路基板1の配線は省略されている。
【0029】
まず、図6(a)に示すように、回路基板1の電極パッド2上にはんだペースト12を形成する。はんだペースト12に含まれるはんだ粒子の材質としては特に制約はないが、例えばSn−3Ag−0.5Cuを用いることができる。はんだペースト12は、例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷法、吐出装置(ディスペンサ)を用いたディスペンス法、ピン形状の転写治具を用いたピン転写法等の方法を用いて形成することができる。
【0030】
次に、図6(b)に示すように、隔壁板6を回路基板1上に配置する。個々のはんだペースト12を隔離するように第1の隔壁部材6aと第2の隔壁部材6bとを回路基板1上に配置するとともに、第1の隔壁部材6aのスリット11aと、複数の第2の隔壁部材6bのスリット11bとを嵌め合わせる。これにより、図7(a)に示すように、一体化された隔壁板6を回路基板1上に配置することができる。なお、この工程では、予め形成しておいた隔壁板6を回路基板1に配置することもできる。
【0031】
次に、回路基板1上に半導体パッケージ4を配置する。図7(b)に示すように、半導体パッケージ4のパッケージ基板9に備えられた図示しないランド電極5上には、はんだバンプ13が設けられている。はんだバンプ13がはんだペースト12に対向するように位置合わせを行った後、図8(a)に示すように、はんだバンプ13とはんだペースト12とを接触させるようにして半導体パッケージ4を配置する。
【0032】
続いて、半導体パッケージ4を搭載した回路基板1を、例えば窒素雰囲気のリフロー炉内で加熱(リフロー加熱)する。加熱時の温度は、例えば235℃程度である。リフロー加熱を行うと、はんだバンプ13とはんだペースト12とが溶融し、図8(b)に示すように、一体化したはんだバンプ3が形成される。隣り合うはんだバンプ3の間には、第1の隔壁板6a、第2の隔壁板6bのいずれかが配置されており、個々のはんだバンプ3が隔てられている。
【0033】
このように、隣り合うはんだバンプ3同士を隔離する隔壁板6を半導体パッケージ4と回路基板1との間に配置することにより、隔壁板6がバリアとなってはんだバンプ3が隣のはんだバンプ3に接触できなくなる。これにより、半導体パッケージ4を回路基板1上に実装する際のブリッジの発生の防止を図ることができ、BGA型の半導体装置を回路基板1上に容易に実装することができる。
【0034】
さらに、上述の隔壁板6は、回路基板1や半導体パッケージ4には固定されておらず、開放された状態で配置されている。すなわち、隔壁板6は回路基板1や半導体パッケージ4によって拘束されていないため、はんだバンプ3がセルフアライメントする際の妨げにならず、回路基板1と半導体パッケージ4との位置合わせを容易に行うことができる。
【0035】
また、回路基板1と半導体パッケージ4との間に隔壁板6を配置することにより、はんだバンプ3の形状を制御することもできる。例えば隔壁板6を用いずに半導体パッケージ4を実装すると、はんだバンプ3は、回路基板1と半導体パッケージ4との間隙における中間部分が極大、すなわち外側に膨らんだ形状となり、回路基板1との接合部や半導体パッケージ4との接合部がくびれた形状となる。そして、応力はくびれた箇所に集中してクラックや破断が発生しやすくなる。
【0036】
そこで、隔壁板6の高さを、隔壁板6を用いない場合に得られる回路基板1と半導体パッケージ4との間隔よりも大きくすると、はんだバンプ3の高さが増すため、くびれた箇所と径が最大の箇所との寸法差を小さくすることができる。これにより、上述のくびれた箇所における応力の集中が緩和され、応力の集中によるはんだバンプ3のクラックや破断が発生を防止することができ、はんだ接合部における接合信頼性の向上を図ることができる。
【0037】
次に、実施例1に係る隔壁板6を備えた電子装置の別の製造方法を説明する。
【0038】
図9乃至図11は、実施例1における電子装置の別の製造方法を示す工程斜視図である。なお、図9乃至図11では、回路基板1の配線は省略されている。
【0039】
まず、図9(a)に示すように、回路基板1の電極パッド2にはんだバンプ14を形成する。はんだバンプ14の材質としては特に制約はないが、例えばSn−3Ag−0.5Cuを用いることができる。はんだバンプ14は、例えばスクリーン印刷法、ディスペンス法、ピン転写法等の方法を用いてはんだペーストをランド電極5上に供給した後、リフロー加熱を行うことにより形成することができる。
【0040】
次に、図9(b)に示すように、隔壁板6を回路基板1上に配置する。個々のはんだバンプ14を隔離するように第1の隔壁部材6aと第2の隔壁部材6bとを回路基板1上に配置するとともに、第1の隔壁部材6aのスリット11aと、複数の第2の隔壁部材6bのスリット11bとを嵌め合わせる。これにより、図10(a)に示すように、一体化された隔壁板6を回路基板1上に配置することができる。この工程では、予め形成しておいた隔壁板6を回路基板1に配置することもできる。
【0041】
次に、回路基板1上に半導体パッケージ4を配置する。図10(b)に示すように、半導体パッケージ4のパッケージ基板9に備えられた図示しないランド電極5上には、はんだバンプ14が設けられている。はんだバンプ13がはんだバンプ14に対向するように位置合わせを行った後、図11(a)に示すように、はんだバンプ13とはんだバンプ14とを接触させるようにして半導体パッケージ4を配置する。
【0042】
続いて、半導体パッケージ4を搭載した回路基板1を、例えば窒素雰囲気のリフロー炉を用いてリフロー加熱する。加熱時の温度は、例えば235℃程度である。リフロー加熱を行うと、はんだバンプ13とはんだバンプ14とが溶融し、図11(b)に示すように、一体化したはんだバンプ3aが形成される。隣り合うはんだバンプ3aの間には、第1の隔壁部材6a、第2の隔壁部材6bのいずれかが配置されており、個々のはんだバンプ3aが隔てられている。
【0043】
上述の製造方法によれば、電極パッド2上にはんだバンプ14を形成した後に隔壁板6を回路基板1上に配置する。すなわち、隔壁板6を配置する際には、硬化したはんだバンプ14が回路基板1上に存在しているため、回路基板1上に隔壁板6を配置する際にフラックスが隔壁板6に付着するのを防止することができ、その結果、製造歩留まりの向上を図ることができる。
【実施例2】
【0044】
実施例2について、図12乃至図16を参照して説明する。
【0045】
図12および図13は、実施例2における電子装置の構成図である。図12は、実施例2における電子装置の平面図である。なお、図12では、平面視により直接見ることができない箇所が点線で示されており、回路基板21に設けられている配線パターンは省略されている。図13は、実施例2における電子装置の、図12に示す一点鎖線B−B’における断面図である。
【0046】
図12および図13に示すように、電子装置は、電極パッド22を備えた回路基板21と、回路基板21の上方に配置され、電極パッド22に接続された複数のはんだバンプ23と、複数のはんだバンプ23の上方に配置され、複数のはんだバンプ23に接続された半導体パッケージ24とを有している。ここで、はんだバンプ23は、半導体パッケージ24に備えられたランド電極25に接続されている。さらに、電子装置は、回路基板21と半導体パッケージ24との間に配置され、隣り合うはんだバンプ23間に配置された隔壁板26を有している。
【0047】
図14は、実施例2における隔壁板26の構成図である。図14(a)は、実施例2における隔壁板26の平面図である。図14(b)は、実施例2における隔壁板26の側面図であり、図14(a)に示すY方向を見たときの側面図である。図15は、隔壁板26の構成部材を示す図である。図15(a)は、第1の隔壁部材26a、図15(b)は、第2の隔壁部材26aを示す図である。
【0048】
隔壁板6は、図14および図15に示すように、X方向に沿って配置された複数の第1の隔壁部材26aと、Y方向に沿って配置された複数の第2の隔壁部材26bとを有している。第1の隔壁部材26aおよび第2の隔壁部材26bのサイズは、本実施例では、例えば長手方向の寸法が8mm程度、短手方向の寸法が0.8mm程度、厚さが0.1mm程度である。
【0049】
図15(a)および図15(b)に示すように、第1の隔壁部材6aおよび第2の隔壁部材6bは、短手方向の大きさの半分程度まで切れ込みの入ったスリット31a,31bを各々有している。複数の第1の隔壁板6aのスリット31aと、複数の第2の隔壁板6bのスリット31bとが嵌め合わされることにより、図14に示すような、一体化された隔壁板26を得ることができる。
【0050】
さらに本実施例では、第1の隔壁部材26aは、例えば複数のスリット31aの間に設けられた開口34aを複数有しており、第2の隔壁部材26aは、複数のスリット31bの間に設けられた開口34bを複数有している。開口34aおよび開口34bのサイズは、例えば長手方向の寸法が0.1mm程度、短手方向の寸法が0.2mm程度である。
【0051】
次に、実施例2に係る隔壁板26を備えた電子装置の製造方法を説明する。
【0052】
図16および図17は、実施例2における電子装置の製造方法を示す工程斜視図である。なお、図16および図17では、回路基板21の配線は省略されている。
【0053】
まず、図6(a)、図6(b)および図7(a)に示したように、回路基板21上にはんだペースト22を形成するとともに、隔壁板26を回路基板21上に配置するまでの処理を行う。その結果、図16(a)に示す構成を得る。
【0054】
次に、回路基板21上に半導体パッケージ24を配置する。図16(b)に示すように、半導体パッケージ24のパッケージ基板29に備えられた図示しないランド電極25上には、はんだバンプ33が設けられている。はんだバンプ33がはんだペースト32に対向するように位置合わせを行った後、図17(a)に示すように、はんだバンプ33とはんだペースト32とを接触させるようにして半導体パッケージ24を配置する。
【0055】
続いて、半導体パッケージ24を搭載した回路基板21を窒素雰囲気のリフロー炉を用いてリフロー加熱する。加熱時の温度は、例えば235℃程度である。リフロー加熱を行うと、はんだバンプ23とはんだペースト32とが溶融し、図17(b)に示すように、一体化したはんだバンプ23が形成される。隣り合うはんだバンプ23の間には、第1の隔壁板26a、第2の隔壁板26bのいずれかが配置されており、個々のはんだバンプ23が隔てられている。
【0056】
ここで、第1の隔壁部材26a、第2の隔壁部材26aにそれぞれ開口34a、開口34bを設けたことにより、はんだペースト32から放出されるフラックスの揮発成分を、開口34a、開口34bを通じて電子装置の外部に逃がすことができる。これにより、はんだペースト32の揮発成分が隔壁板26内で熱膨張することにより、隔壁板26が破損若しくは変形する等の不具合を防止することができる。
【0057】
なお、本実施例では、第1の隔壁部材26aと第2の隔壁部材26aの両方に開口を設けた例について説明したが、第1の隔壁部材26aのみに開口を設けることもでき、若しくは第2の隔壁部材26aのみに開口を設けることもできる。
【0058】
また、本実施例では、複数のスリット31aの間に設けられた開口34aおよび複数のスリット31bの間に設けられた開口34bをそれぞれ複数有している例について説明したが、複数のスリット31aの間に設けられた開口34aの数を1個とすることもでき、若しくは複数のスリット31bの間に設けられた開口34bの数を1個とすることもできる。
【0059】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施例1では半導体パッケージ4の外形サイズを略8mm角としているが、例えば50mm角や60mm角等の、10mm角を越える外形サイズの半導体パッケージ4を用いることもできる。また、実施例2の電子装置は、実施例1で説明した電子装置の別の製造方法を用いて製造することもできる。実施例2における開口34a,34bの形状や設置位置についても特に限定はなく、隔壁板26のサイズ等に応じて決定することができる。
【符号の説明】
【0060】
1 回路基板
2 電極パッド
3、3a はんだバンプ
4 半導体パッケージ
5 ランド電極
6 隔壁板
6a 第1の隔壁部材
6b 第2の隔壁部材
7 半導体チップ
8 はんだバンプ
9 パッケージ基板
10 封止樹脂
11a,11b スリット
12 はんだペースト
13,14 はんだバンプ
21 回路基板
22 電極パッド
23 はんだバンプ
24 半導体パッケージ
25 ランド電極
26 隔壁板
26a 第1の隔壁部材
26b 第2の隔壁部材
27 半導体チップ
28 はんだバンプ
29 パッケージ基板
30 封止樹脂
31a,31b スリット
32 はんだペースト
33 はんだバンプ
34a,34b 開口


【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路基板と、
前記回路基板に電気的に接続される複数の端子と、
前記複数の端子に電気的に接続された半導体装置と、
前記複数の端子同士を隔離する隔壁と
を有することを特徴とする電子装置。
【請求項2】
前記隔壁は、
第1の方向に沿って配置された複数の第1の隔壁と、
前記第1の方向と交わる方向に沿って配置された複数の第2の隔壁と
を有する請求項1記載の電子装置。
【請求項3】
前記第1の隔壁及び前記第2の隔壁のそれぞれは、複数のスリットを有し、
前記第1の隔壁の前記スリットと前記第2の隔壁の前記スリットとが嵌め合わされていることを特徴とする請求項2記載の電子装置。
【請求項4】
前記第1の隔壁及び前記第2の隔壁の少なくとも一方は、前記複数のスリットの間に開口を備えていることを特徴とする請求項3に記載の電子装置。
【請求項5】
回路基板上方に複数の第1の接合材を形成する工程と、
前記複数の第1の接合材同士を隔離する隔壁を配置する工程と、
前記隔壁上方に第2の接合材を備えた半導体チップを配置するとともに、前記第1の接合材と前記第2の接合材とを接合して端子を形成する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。


【図1】
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【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7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【公開番号】特開2011−119580(P2011−119580A)
【公開日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−277471(P2009−277471)
【出願日】平成21年12月7日(2009.12.7)
【出願人】(000005223)富士通株式会社 (25,993)
【Fターム(参考)】