電子装置及びその製造方法
【課題】 半導体装置を回路基板に実装する電子装置の製造において環境負荷を軽減するとともに、電子装置の耐衝撃性及び接続信頼性を確保する。
【解決手段】 電子装置の製造方法は、回路基板１１０上に加熱により発泡する第１の樹脂部１４１’を形成する工程と、第１の樹脂部の上方に第２の樹脂部１４２’を形成する工程と、第２の樹脂部の上方に、接合材１３２を備える半導体装置１２０を配置する工程とを有する。この製造方法は更に、接合材１３２と回路基板１１０とを接合し、回路基板１１０と半導体装置１２０とを電気的に接続する端子１３０を形成する工程を有する。端子１３０を形成する工程における加熱により、気泡１４１ｂを内包した第１の樹脂部１４１が形成されるとともに、第１の樹脂部の膨張に伴う第２の樹脂部１４２’の移動により、端子１３０の周囲を覆う第２の樹脂部１４２が形成される。
【解決手段】 電子装置の製造方法は、回路基板１１０上に加熱により発泡する第１の樹脂部１４１’を形成する工程と、第１の樹脂部の上方に第２の樹脂部１４２’を形成する工程と、第２の樹脂部の上方に、接合材１３２を備える半導体装置１２０を配置する工程とを有する。この製造方法は更に、接合材１３２と回路基板１１０とを接合し、回路基板１１０と半導体装置１２０とを電気的に接続する端子１３０を形成する工程を有する。端子１３０を形成する工程における加熱により、気泡１４１ｂを内包した第１の樹脂部１４１が形成されるとともに、第１の樹脂部の膨張に伴う第２の樹脂部１４２’の移動により、端子１３０の周囲を覆う第２の樹脂部１４２が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に電子部品を搭載した電子装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板などの回路基板に半導体装置などの電子部品を高密度で実装し、電子装置の小型化を実現する１つの技術として、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）タイプの電子部品を使用する技術が知られている。ＢＧＡタイプの電子部品においては、電極として当該電子部品の裏面に複数のはんだボール（バンプ）が格子状に配置され、これらはんだボールが回路基板上の所定のパッド（フットパターン）に電気的に接続される。
【０００３】
マザーボードなどの実装用回路基板上での表面実装技術（ＳＭＴ）においては、電子装置の全体又は一部の回路を構成するよう、ＢＧＡタイプを含み得る１つ以上の半導体集積回路（ＩＣ）装置とともに各種電子部品などが実装される。その際、一般的に、一括実装が行われている。すなわち、マザーボード上に形成されたフットパターン上にはんだペーストが塗布され、対応する半導体素子及び各種電子部品が搭載された後、一括加熱はんだ付けが行われる。
【０００４】
近年、環境保護の観点から、ＲｏＨＳ指令などに見られるような世界的な流れとして、はんだの鉛フリー化が進められている。故に、半導体ＩＣパッケージの外部端子などの接合材も、鉛を含むものから鉛を含まない代替材料へと変更されてきている。鉛フリーハンダには、ＳｎＢｉ系はんだなどの低融点（例えば、１４０℃程度）のものから、ＳｎＡｇＣｕ系（ＳＡＣ）はんだなどの高融点（例えば、２２０℃程度）のものまである。低融点はんだの場合、一般に機械的強度に劣り、ボール接合部の強度及び／又は信頼性を低下させることがある。高融点はんだの場合、含鉛はんだの場合と比較して実装温度が数十℃上昇されている（例えば２４０℃−２６０℃の実装温度）。このような実装温度の高温化は、電子部品（低耐熱性部品を含み得る）などへの熱ストレスを増大させ、やはり、ボール接合部の強度及び／又は信頼性を低下させ得る。この熱ストレスの影響はパッケージの大型化に伴って大きくなり得る。また、例えば携帯電話及び携帯情報端末などの携帯型電子機器では高い耐衝撃性が要求されるが、電子機器の高性能化や小型化に伴う電極の微細化により、何らかの補強手段を用いることなくボール接合部の耐衝撃性を確保することは困難である。
【０００５】
バンプ接合部の補強などを目的として、電子部品と回路基板との間の隙間にアンダーフィル樹脂を充填することが広く行われている。アンダーフィル樹脂は、電子部品及び回路基板のボール接合部に集中するせん断応力を分散させ、接続信頼性を向上させることができる。
【０００６】
図１に、回路基板１０上に半導体装置２０を実装する典型的な実装方法を示す。先ず、回路基板１０上にＢＧＡタイプの半導体装置２０を搭載する（図１（ａ））。回路基板１０は、絶縁基板１１と、基板１１の表面に形成されたパッド１２と、パッド１２上に開口部を有するソルダーレジスト１３とを有し、ソルダーレジスト１３の開口部、すなわち、パッド１２上にはんだペースト３１が印刷されている。半導体装置２０は、半導体素子を内包した外囲器２１と、外囲器２１から少なくとも一部が露出した電極パッド２２とを有している。半導体装置２０はまた、電極パッド２２上に形成されたはんだボール３２を備えている。はんだボール３２のパターンと回路基板パッド１２のパターンとは互いに対応しており、半導体装置２０は、はんだボール３２が回路基板パッド１２上のはんだペースト３１に接触するようにして回路基板１０上に搭載される。次いで、はんだリフローを行い、はんだボール３２及びはんだペースト３１による接続端子３０を介して、回路基板パッド１２と半導体装置パッド２２とを接続する（図１（ｂ））。そして、回路基板１０と半導体装置２０との間の隙間にアンダーフィル樹脂４０を充填した後、加熱によりアンダーフィル樹脂４０を硬化させる（図１（ｃ））。
【０００７】
このように、通常、アンダーフィルの形成は所謂“後入れ”方式で行われている。すなわち、アンダーフィル樹脂４０の充填は、回路基板１０上への半導体装置２０の搭載後に行われ、アンダーフィル樹脂４０の熱硬化は、はんだリフロー加熱の後に行われる。後入れ方式は、特に大型電子部品において、アンダーフィル充填に時間を要し、生産スループットを低下させてしまう。さらに、後入れ方式は、はんだリフロー加熱と樹脂硬化加熱という二回の熱工程を要することで消費電力が大きく、環境負荷及び生産コストの点でも好ましくない。
【０００８】
以上の問題を軽減することに関連し得る種々の手法が知られている。
【０００９】
例えば、回路基板のパッド上に印刷するはんだペーストに樹脂を含有させることにより、この樹脂によってはんだボールと回路基板パッドとの接合部を補強する手法が提案されている。
【００１０】
また、半導体素子の搭載に先立って、緩衝材を内包する封止材を基板上に設けておくことにより、加圧下での半導体素子のフリップチップ接続時に緩衝材を弾性変形させ、バンプ接合時の衝撃を低減する手法が提案されている。
【００１１】
さらに、異方性導電ペーストを用いた実装において、一連の熱工程で、導電ペースト内で気泡を発生させて導電粒子を半導体素子パッド及び回路基板パッドの間又はそれらの側壁に自己集合させ、且つ導電ペーストの樹脂を硬化させる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１３５５１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１２９３号公報
【特許文献３】特許第４０８４８３４号公報
【特許文献４】特許第４０８４８３５号公報
【特許文献５】特許第４２９４７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、はんだペーストに樹脂を含有させておく手法は、接合部の根元部分を補強するのみであり、必要な接続信頼性及び耐衝撃性を確保するためには、依然としてその後のアンダーフィル充填を必要とする。特に、低融点はんだを用いる場合や、携帯型機器に使用する場合などに適用することは困難である。
【００１４】
また、緩衝材を内包する封止材を基板上に設けておく手法は、実装時に荷重によって緩衝材を変形させる必要があり、無荷重条件での実装に適用することができない。故に、ＳＭＴマウンタを用いた一括実装に適用することができず、電子装置の製造プロセスにおいて追加の工程又はスループットの低下を生じさせ得る。
【００１５】
さらに、異方性導電ペースト内で気泡を発生させて導電粒子を自己集合させる手法は、良好な接続強度及び／又は接続信頼性を安定して得ることが困難である。すなわち、半導体素子パッドと回路基板パッドとの間で気泡が発生したり、気泡と半導体素子又は回路基板との間に導電粒子が残存したりすることを完全に回避することが困難であり、接続不良や隣接端子間でのショートを生じさせ得る。また、このような接続問題を抑制するためには何らかの荷重制御を必要とし、やはり無荷重条件での実装に適用することができない。
【００１６】
故に、半導体装置の回路基板への実装において、環境負荷を軽減し、且つ耐衝撃性及び接続信頼性を確保し得る技術が依然として望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一観点によれば、電子装置の製造方法が提供される。当該製造方法は、回路基板の上方に、加熱により発泡する第１の樹脂部を形成する工程と、第１の樹脂部の上方に第２の樹脂部を形成する工程と、第２の樹脂部の上方に、接合材を備える半導体装置を配置する工程とを有する。当該製造方法は更に、前記接合材と前記回路基板とを接合し、前記回路基板と前記半導体装置とを電気的に接続する端子を形成する工程を有する。この端子を形成する工程において、第２の樹脂部は、加熱による第１の樹脂部の発泡により移動され、前記端子を覆う。
【００１８】
他の一観点によれば、回路基板と、前記回路基板に電気的に接続される端子と、前記端子に電気的に接続される半導体装置とを有する電子装置が提供される。当該電子装置は更に、第１の樹脂部と第２の樹脂部とを有し、第１の樹脂部は気泡を有し且つ前記回路基板と前記半導体装置との間に設けられ、第２の樹脂部は前記端子と第１の樹脂部とを覆う。
【発明の効果】
【００１９】
気泡を有する第１の樹脂部と端子を覆う第２の樹脂部とによって耐衝撃性及び接続強度が向上し、接続信頼性を高めることができる。また、回路基板と半導体装置との間での端子接続及び樹脂硬化を一回の熱工程で実現することにより、製造プロセスにおける消費電力を低減して環境負荷を軽減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】回路基板に半導体装置を実装する典型的な方法を示す断面図である。
【図２】一実施形態に従った電子装置を示す断面図である。
【図３】第１及び第２の樹脂部の平面パターンの一例を示す図である。
【図４】図２の電子装置の製造方法を例示する断面図である。
【図５】図２の電子装置の製造方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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又は類似の参照符号を付する。
【００２２】
先ず、図２及び３を参照して、一実施形態に従った電子装置１００を説明する。電子装置１００は、回路基板１１０、半導体装置１２０、及び回路基板１１０と半導体装置１２０とを電気的に接続する複数の端子１３０を有している。
【００２３】
回路基板１１０は、絶縁基板１１１と、基板１１１の表面に形成されたパッド１１２と、ソルダーレジストなどの絶縁膜１１３とを有している。絶縁膜１１３（以下、ソルダーレジストとする）は、パッド１１２上に開口部を有している。図２においては回路基板１１０のうち、２つのパッド１１２を含む部分のみを示しているが、回路基板１１０は一般的に、半導体装置１２０を実装するための、あるいは１つ又は複数の電子部品を実装するための、多数のパッド１１２を有している。また、回路基板１１０は両面回路基板又は多層回路基板などの種々の形態を有し得る。
【００２４】
半導体装置１２０は、例えば、ＢＧＡタイプの半導体集積回路装置であり、半導体素子を内包する外囲器１２１と、外囲器１２１から少なくとも一部が露出した複数の電極パッド１２２とを有している。パッド１２２は、回路基板１１０の半導体装置１２０を実装する部分のパッド１１２のパターンと対応するパターンを有している。半導体装置１２０は一般的に多数のパッド１２２を有している。
【００２５】
各端子１３０は、その両端で、１つの回路基板パッド１１２と１つの半導体装置パッド１２２とに接合し、これらパッド間での信号伝達又は電源接続を可能にしている。端子１３０は典型的に、主として、半導体装置パッド１２２上に形成されたはんだボールから形成される。例えば、端子１３０は、半導体装置パッド１２２上に形成されたはんだボール（図５（ｂ）の１３２参照）と、回路基板パッド１１２上に形成されたはんだペースト（図４（ｃ）の１３１参照）とを熱工程を介して接合したものとし得る。好ましくは、後述のように、はんだペーストは、ＳｎＢｉ系、ＳｎＺｎ系又はＩｎ系などの低融点鉛フリーはんだの粒子を含む。はんだボールは、例えば、ＳＡＣはんだなどの高融点鉛フリーはんだ、又は低融点鉛フリーはんだとし得る。
【００２６】
電子装置１００は更に、回路基板１１０と半導体装置１２０との間に介在する第１の樹脂部１４１及び第２の樹脂部１４２を有している。第１の樹脂部１４１は、回路基板上のソルダーレジスト１１３及び半導体装置の外囲器１２１のうちの一方又は双方に接触している。第２の樹脂部１４２は、回路基板１１０と半導体装置１２０との間に存在する空隙を充填しており、特に、端子１３０の周囲を覆っている。
【００２７】
第１の樹脂部１４１は、例えばエポキシ樹脂に発泡剤を混入した樹脂などの熱発泡性樹脂を有し、端子１３０の形成時の熱工程によって発泡剤から発生した気泡１４１ｂを内包している。第１の樹脂部１４１はまた、発泡による膨張後に接触するソルダーレジスト１１３及び／又は半導体装置の外囲器１２１との密着性を高めるために、シランカップリング剤などの密着剤を含むことが好ましい。第２の樹脂部１４２は、少なくとも第１の樹脂部１４１の発泡時に、第１の樹脂部の粘度より小さい粘度を有する熱硬化性樹脂を有する。それにより、第２の樹脂部１４２は、発泡による第１の樹脂部１４１の膨張に伴って流動し、回路基板１１０と半導体装置１２０との間に存在する空隙を充填することができる。これらの性質に鑑み、以下、第１の樹脂部１４１を発泡樹脂材、第２の樹脂部１４２をアンダーフィル材とも称する。
【００２８】
図３は、回路基板１１０の延在方向に平行な平面で見たときの、複数の端子１３０、発泡樹脂材１４１及びアンダーフィル材１４２の平面パターンの一例を示している。この例において、複数の端子１３０はアレイ状に配置されている。気泡１４１ｂを内包する発泡樹脂材１４１は、各端子１３０の周囲にほぼ矩形の開口部を有するように、メッシュ状に配置されている。アンダーフィル材１４２は、残りの空間、すなわち、各端子１３０と発泡樹脂材１４１との間の空隙を充填している。
【００２９】
他の一例において、発泡樹脂材１４１は、各端子１３０の周囲にほぼ円形の開口部を有していてもよい。更なる他の例において、発泡樹脂材１４１は、分離された複数の部分を含むなど、種々の平面パターンで形成され得る。何れの場合においても、アンダーフィル材１４２は、発泡樹脂材１４１によって占有されない空間（各端子１３０の周囲を含む）を充填する。
【００３０】
はんだ溶融による端子１３０の形成、発泡樹脂材１４１の発泡・膨張によるアンダーフィル材１４２の端子近傍への流動及び熱硬化は、一回の熱工程で行われる。そのため好ましくは、はんだペースト中のはんだ粒子の融点及び発泡樹脂材１４１の発泡温度がアンダーフィル材１４２の硬化温度より低くなるように材料を選択する。はんだ粒子の融点及び発泡樹脂材１４１の発泡温度は何れを高くすることも可能である。例えば、１４０℃程度の融点を有するはんだ粒子、１４０℃−１６０℃の分解温度を有する発泡剤、及び１５０℃−１８０℃の硬化温度を有するアンダーフィル材から、はんだ融点〜発泡温度＜硬化温度となる条件で材料を選択する。一例として、ＳｎＢｉはんだ（融点１４０℃程度）、発泡剤としてセルマイクＣＡＰ５００（三協化成社製、分解温度１５５℃−１６０℃）、及びアンダーフィル材として１６０℃−１８０℃の硬化温度を有するエポキシ樹脂の組み合わせを用い得る。また、発泡樹脂材１４１は好ましくは、アンダーフィル材１４２の硬化温度範囲までの温度上昇時においても気泡１４１ｂの形状を安定に保持し得るよう、該硬化温度より高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択される。
【００３１】
電子装置１００は更に、必要に応じて、端子１３０と回路基板パッド１１２との接合部を取り囲む第３の樹脂部１４３を有していてもよい。第３の樹脂部１４３は、熱硬化性樹脂を有する。はんだペーストに熱硬化性樹脂を含有させることによって、端子１３０などの形成のための上記熱工程を用いて第３の樹脂部１４３を形成することができる。第３の樹脂部１４３は例えばエポキシ樹脂を有する。
【００３２】
電子装置１００においては、端子１３０の周囲を覆うアンダーフィル材１４２によって端子１３０自体及びそれと回路基板１１０及び半導体装置１２０との接合部が補強される。故に、低融点の鉛フリーはんだ等の比較的強度に劣る接合材を用いた場合であっても接続信頼性を高め得る。また、気泡１４１ｂを含む発泡樹脂材１４１の存在により、端子１３０及び電子装置１００の耐衝撃性を高めることができ、耐衝撃性への要求が強い携帯型機器などへの適用も可能になる。
【００３３】
次に、図４及び５を参照して、電子装置１００の製造方法を説明する。
【００３４】
先ず、図４（ａ）に示すように、回路基板１１０を準備する。回路基板１１０は、上述のように、絶縁基板１１１、パッド１１２、及びソルダーレジスト１１３を有している。ソルダーレジスト１１３は、パッド１１２上に開口部１１３ａを有している。
【００３５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、ソルダーレジスト１１３上に、スクリーン印刷法により、発泡剤を含む第１の樹脂部（発泡樹脂材）１４１’を所定のパターンで形成する。スクリーン印刷後、発泡樹脂材１４１’を或る程度固めるよう、溶剤を気化させるための熱処理を行ってもよい。この熱処理の条件は、例えば８０℃−１０分などとし得る。また、発泡樹脂材１４１’は、スクリーン印刷に代えて、予めパターニングしたシートを貼り付けるなど、その他の方法によって形成されてもよい。
【００３６】
発泡樹脂材１４１’の平面パターンは、該樹脂材の発泡率に基づいて、あるいは発泡による該樹脂材の膨張率に基づいて決定し得る。すなわち、熱工程時（図５（ｃ）参照）に、発泡による膨張後の発泡樹脂材１４１が端子形成を妨げないように、発泡樹脂材１４１’はソルダーレジストの開口１１３ａから離間して形成される。この条件が満たされている限り、図３に関連して説明したように、発泡樹脂材１４１’は種々の平面パターンを有し得る。例えば、印刷により形成する場合、１つの回路基板パッド１１２の周囲に、該パッド１１２を取り囲むように複数の分離された発泡樹脂材を形成してもよい。貼り付けにより形成する場合には、作業効率の観点から、半導体装置１２０全体に対して１枚の連続したシートとなるように形成することが好ましい。
【００３７】
なお、回路基板１１０上に複数の電子部品が実装され、そのうちの一部の電子部品（例えば比較的小型の電子部品）が、温度上昇時の熱ストレスが比較的小さいことなどによって、十分な接続信頼性を有する場合がある。そのような場合、該一部の電子部品の実装用のパッドの周辺への発泡樹脂材１４１’の形成は省略してもよい。
【００３８】
また、発泡樹脂材１４１’の厚さも、発泡率又は膨張率に基づいて決定し得る。例えば、発泡樹脂材１４１’は好ましくは、膨張後の発泡樹脂材１４１が電子部品の下面に到達して半導体装置１２０を押し上げることがないよう、回路基板１１０と半導体装置１２０との離間距離より小さい厚さで形成される。
【００３９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えばスクリーン印刷法を用いて、ソルダーレジストの開口部１１３ａにより露出されたパッド１１２上に、はんだペースト１３１を形成する。はんだペースト１３１は、好ましくは、環境保護及び熱工程時の熱ストレスの軽減の観点から、例えばＳｎＢｉ系、ＳｎＺｎ系又はＩｎ系などの低融点鉛フリーはんだの粒子を含む。また、はんだペースト１３１は、端子１３０と回路基板パッド１１２との接合部を補強するためのエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。
【００４０】
続いて、図５（ａ）に示すように、図４（ｃ）の構造上に第２の樹脂部（アンダーフィル材）１４２’を形成する。アンダーフィル材１４２’は、少なくとも発泡樹脂材１４１’の発泡時において、発泡樹脂材１４１’より低い粘度を有するものであれば特に限定されない。アンダーフィル材１４２’は例えばスプレー法によって形成することができる。
【００４１】
なお、必要量のアンダーフィル材を供給するために回路基板パッド１１２上のアンダーフィル材の厚さを大きくすると、ＢＧＡの搭載が困難になったり、パッド１１２上のはんだペースト１３１が対流して接合信頼性が低下したりすることがある。本実施形態においては、後の加熱により膨張する発泡樹脂材１４１’を有するので、この段階でパッド１１２上に供給するアンダーフィル材の厚さを低減し、この問題を回避することができる。
【００４２】
次いで、図５（ｂ）に示すように、はんだボール１３２を備えた半導体装置１２０を回路基板１１０上に搭載する。半導体装置１２０は、上述のように、外囲器１２１と、はんだボール１３２が接合された電極パッド１２２とを有している。半導体装置１２０は、はんだボール１３２と回路基板パッド１１２上のはんだペースト１３１とが相対するようにして回路基板１１０上に搭載される。はんだボール１３２は、例えば、ＳＡＣはんだ又はＳｎＢｉ系はんだなどの低融点鉛フリーはんだを有する。
【００４３】
そして、図５（ｃ）に示すように、加熱により、はんだペースト１３１中のはんだ粒子を溶融させ、はんだボール１３２及びはんだペースト１３１による接続端子１３０を形成し、回路基板パッド１１２と半導体装置パッド１２２とを電気的に接続する。はんだボール１３２が低融点はんだを有する場合には、はんだボール１３２をも溶融させ得る。なお、図５（ｃ）においては、はんだペースト１３１が熱硬化性樹脂を含有していないものとして、端子１３０と回路基板パッド１１２との接合部の補強樹脂（図２の第３の樹脂部１４３）は図示していない。
【００４４】
この熱工程は、一連の温度上昇によって、端子１３０の形成に加えて、発泡樹脂材の膨張変形（１４１’から１４１へ）及びそれに伴うアンダーフィル材の流動変形（１４２’から１４２へ）と、変形後の第１及び第２の樹脂部１４１及び１４２の硬化とを達成する。この発泡樹脂材の膨張は、発泡剤による発泡樹脂材１４１’の発泡、すなわち、発泡樹脂材１４１’内での気泡１４１ｂの発生によってもたらされる。その膨張率は、混入する発泡材の種類及び量などによって決定することが可能である。そして、発泡樹脂材の膨張により、その周囲のアンダーフィル材の流動がもたらされる。発泡樹脂材は、横方向に端子１３０の方向へ、そして縦方向に半導体装置１２０の方向へ膨張するため、アンダーフィル材を端子１３０の近傍に流れ込ませ、端子１３０の周囲をアンダーフィル材１４２で覆うことができる。
【００４５】
この熱工程は、半導体装置１２０に荷重を印加することを排除するものではないが、図４（ｂ）に示した工程において発泡率に応じて発泡樹脂材１４１’の厚さを適切に決定することにより、無荷重条件で行うことが可能である。このことは、半導体装置１２０を含む各種電子部品を、ＳＭＴマウンタなどを用いて回路基板上に一括実装し得ることを意味する。
【００４６】
好ましくは、上述のように、はんだペースト中のはんだ粒子の融点及び発泡樹脂材の発泡温度がアンダーフィル材の硬化温度より低くなるように材料を選択する。はんだペースト中のはんだ粒子としてＳｎＢｉ系はんだ、発泡剤としてセルマイクＣＡＰ５００、及びアンダーフィル材として１６０℃−１８０℃の硬化温度のエポキシ樹脂を用いる上述の組み合わせの場合、温度を１８０℃程度まで上昇させればよい。
【００４７】
ここで説明した製造方法によれば、アンダーフィル材１４１’を先入れした後、一回の熱工程を行うことにより、端子１３０の形成と、アンダーフィル材１４２による端子１３０の補強とを行うことが可能である。故に、アンダーフィル材の充填及び熱工程に要する時間を短縮して製造スループットを向上させ得る。また、熱工程に伴う消費電力を低減し、環境負荷を軽減することができる。
【００４８】
以下、幾つかの具体的な実施例を説明する。
【００４９】
（実施例１）
先ず、発泡性樹脂ワニスを用意した。具体的には、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製８５０Ｓ、平均エポキシ当量１９０）５０ｇに、硬化剤として２−エチル４−メチルイミダゾール（四国化成工業製）１ｇ、発泡剤としてセルマイクＳ（分解温度１５８℃、ガス発生量１１５ｍｌ／ｇ、三協化成製）１ｇ、チクソ剤としてステリアリン酸アミド２ｇ、ＫＢＭ８０３シランカップリング剤１ｇを混合した。１８０℃／５分で硬化させた硬化物のガラス転移温度Ｔｇは１８２℃である。この発泡性樹脂ワニスを、スクリーン印刷法によりメタルマスクを用いて、パッドピッチ１．２７ｍｍのＦＲ−５配線基板の、Ｃｕパッドの上及び周辺を除く部分に塗布した。８０℃で約１０分間熱処理を行い、約２００μｍの樹脂層を形成した。
【００５０】
次いで、エポキシ樹脂（１０ｗｔ％）含有ＳｎＢｉペーストを、メタルマスクを用いて上記配線基板のパッド上に約２００μｍの厚さで塗布した。このエポキシ樹脂の組成は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２５ｇ（大日本インキ化学工業製８５０Ｓ、エポキシ当量１９０）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂２５ｇ（大日本インキ化学工業製８３０ＬＶＰ、エポキシ当量１６３）、酸無水物（ＹＨ−３０７）５０ｇ、ＫＢＭ８０３シランカップリング剤１ｇ、アジピン酸金属活性剤１０ｇ、シリカアエロジール３ｇ（日本アイロジルＲ９７２）、イミダゾール（ＨＸ３９２１）３ｇとした。
【００５１】
その後、スプレー法により、アンダーフィル樹脂を約５０μｍの厚さで塗布した。このアンダーフィル樹脂の組成は、ナフタリン型エポキシ樹脂７５ｇ（大日本インキ化学工業製ＥｐｉｃｌｏｎＨＰ−４０３２、当量１４８）、低粘度形エポキシ樹脂２５ｇ（大日本インキ化学工業製Ｅｐｉｃｌｏｎ ＥＸＡ−４８８０Ａ、当量１９０）、フェノール樹脂１０８ｇ（三井化学製ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、ＯＨ当量１７０）、ＫＢＭ８０３シランカップリング剤１ｇ、シリカアエロジール３ｇ（日本アイロジルＲ９７２）、トリフェニルホスフェン１ｇとした。
【００５２】
次いで、ＢＧＡ突起電極（パッドピッチ１．２７ｍｍ、φ０．７６ｍｍＳＡＣはんだボール）を配線基板パッドに位置合わせして搭載し、リフロー（最大温度１８０℃）を行った。
【００５３】
（実施例２）
実施例１の発泡樹脂のビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂に代えて、４官能ナフタレン型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製Ｅｐｉｃｌｏｎ ＨＰ−４７００、当量１６０）５０ｇを用いた。硬化物のＴｇは２１６℃である。
【００５４】
（実施例３）
実施例１の発泡樹脂のビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂に代えて、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製ＥＣＮ、当量１６０）５０ｇを用いた。硬化物のＴｇは２０８℃である。
【００５５】
（実施例４）
実施例１のアンダーフィル樹脂のナフタリン型エポキシ樹脂に代えて、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製８５０Ｓ、平均のエポキシ当量１９０）７５ｇを用いた。
【００５６】
（実施例５）
実施例１の半導体素子のＳＡＣはんだボールに代えて、Ｓｎ−Ｂｉはんだボールを用いた。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 電子装置
１１０ 回路基板
１１１ 絶縁基板
１１２ パッド
１１３ ソルダーレジスト
１１３ａ 開口部
１２０ 半導体装置
１２１ 外囲器
１２２ パッド
１３０ 端子
１３１ はんだペースト
１３２ 接合材（はんだボール）
１４１ 第１の樹脂部（発泡樹脂材）
１４１ｂ 気泡
１４２ 第２の樹脂部（アンダーフィル材）
１４３ 第３の樹脂部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に電子部品を搭載した電子装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板などの回路基板に半導体装置などの電子部品を高密度で実装し、電子装置の小型化を実現する１つの技術として、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）タイプの電子部品を使用する技術が知られている。ＢＧＡタイプの電子部品においては、電極として当該電子部品の裏面に複数のはんだボール（バンプ）が格子状に配置され、これらはんだボールが回路基板上の所定のパッド（フットパターン）に電気的に接続される。
【０００３】
マザーボードなどの実装用回路基板上での表面実装技術（ＳＭＴ）においては、電子装置の全体又は一部の回路を構成するよう、ＢＧＡタイプを含み得る１つ以上の半導体集積回路（ＩＣ）装置とともに各種電子部品などが実装される。その際、一般的に、一括実装が行われている。すなわち、マザーボード上に形成されたフットパターン上にはんだペーストが塗布され、対応する半導体素子及び各種電子部品が搭載された後、一括加熱はんだ付けが行われる。
【０００４】
近年、環境保護の観点から、ＲｏＨＳ指令などに見られるような世界的な流れとして、はんだの鉛フリー化が進められている。故に、半導体ＩＣパッケージの外部端子などの接合材も、鉛を含むものから鉛を含まない代替材料へと変更されてきている。鉛フリーハンダには、ＳｎＢｉ系はんだなどの低融点（例えば、１４０℃程度）のものから、ＳｎＡｇＣｕ系（ＳＡＣ）はんだなどの高融点（例えば、２２０℃程度）のものまである。低融点はんだの場合、一般に機械的強度に劣り、ボール接合部の強度及び／又は信頼性を低下させることがある。高融点はんだの場合、含鉛はんだの場合と比較して実装温度が数十℃上昇されている（例えば２４０℃−２６０℃の実装温度）。このような実装温度の高温化は、電子部品（低耐熱性部品を含み得る）などへの熱ストレスを増大させ、やはり、ボール接合部の強度及び／又は信頼性を低下させ得る。この熱ストレスの影響はパッケージの大型化に伴って大きくなり得る。また、例えば携帯電話及び携帯情報端末などの携帯型電子機器では高い耐衝撃性が要求されるが、電子機器の高性能化や小型化に伴う電極の微細化により、何らかの補強手段を用いることなくボール接合部の耐衝撃性を確保することは困難である。
【０００５】
バンプ接合部の補強などを目的として、電子部品と回路基板との間の隙間にアンダーフィル樹脂を充填することが広く行われている。アンダーフィル樹脂は、電子部品及び回路基板のボール接合部に集中するせん断応力を分散させ、接続信頼性を向上させることができる。
【０００６】
図１に、回路基板１０上に半導体装置２０を実装する典型的な実装方法を示す。先ず、回路基板１０上にＢＧＡタイプの半導体装置２０を搭載する（図１（ａ））。回路基板１０は、絶縁基板１１と、基板１１の表面に形成されたパッド１２と、パッド１２上に開口部を有するソルダーレジスト１３とを有し、ソルダーレジスト１３の開口部、すなわち、パッド１２上にはんだペースト３１が印刷されている。半導体装置２０は、半導体素子を内包した外囲器２１と、外囲器２１から少なくとも一部が露出した電極パッド２２とを有している。半導体装置２０はまた、電極パッド２２上に形成されたはんだボール３２を備えている。はんだボール３２のパターンと回路基板パッド１２のパターンとは互いに対応しており、半導体装置２０は、はんだボール３２が回路基板パッド１２上のはんだペースト３１に接触するようにして回路基板１０上に搭載される。次いで、はんだリフローを行い、はんだボール３２及びはんだペースト３１による接続端子３０を介して、回路基板パッド１２と半導体装置パッド２２とを接続する（図１（ｂ））。そして、回路基板１０と半導体装置２０との間の隙間にアンダーフィル樹脂４０を充填した後、加熱によりアンダーフィル樹脂４０を硬化させる（図１（ｃ））。
【０００７】
このように、通常、アンダーフィルの形成は所謂“後入れ”方式で行われている。すなわち、アンダーフィル樹脂４０の充填は、回路基板１０上への半導体装置２０の搭載後に行われ、アンダーフィル樹脂４０の熱硬化は、はんだリフロー加熱の後に行われる。後入れ方式は、特に大型電子部品において、アンダーフィル充填に時間を要し、生産スループットを低下させてしまう。さらに、後入れ方式は、はんだリフロー加熱と樹脂硬化加熱という二回の熱工程を要することで消費電力が大きく、環境負荷及び生産コストの点でも好ましくない。
【０００８】
以上の問題を軽減することに関連し得る種々の手法が知られている。
【０００９】
例えば、回路基板のパッド上に印刷するはんだペーストに樹脂を含有させることにより、この樹脂によってはんだボールと回路基板パッドとの接合部を補強する手法が提案されている。
【００１０】
また、半導体素子の搭載に先立って、緩衝材を内包する封止材を基板上に設けておくことにより、加圧下での半導体素子のフリップチップ接続時に緩衝材を弾性変形させ、バンプ接合時の衝撃を低減する手法が提案されている。
【００１１】
さらに、異方性導電ペーストを用いた実装において、一連の熱工程で、導電ペースト内で気泡を発生させて導電粒子を半導体素子パッド及び回路基板パッドの間又はそれらの側壁に自己集合させ、且つ導電ペーストの樹脂を硬化させる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１３５５１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１２９３号公報
【特許文献３】特許第４０８４８３４号公報
【特許文献４】特許第４０８４８３５号公報
【特許文献５】特許第４２９４７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、はんだペーストに樹脂を含有させておく手法は、接合部の根元部分を補強するのみであり、必要な接続信頼性及び耐衝撃性を確保するためには、依然としてその後のアンダーフィル充填を必要とする。特に、低融点はんだを用いる場合や、携帯型機器に使用する場合などに適用することは困難である。
【００１４】
また、緩衝材を内包する封止材を基板上に設けておく手法は、実装時に荷重によって緩衝材を変形させる必要があり、無荷重条件での実装に適用することができない。故に、ＳＭＴマウンタを用いた一括実装に適用することができず、電子装置の製造プロセスにおいて追加の工程又はスループットの低下を生じさせ得る。
【００１５】
さらに、異方性導電ペースト内で気泡を発生させて導電粒子を自己集合させる手法は、良好な接続強度及び／又は接続信頼性を安定して得ることが困難である。すなわち、半導体素子パッドと回路基板パッドとの間で気泡が発生したり、気泡と半導体素子又は回路基板との間に導電粒子が残存したりすることを完全に回避することが困難であり、接続不良や隣接端子間でのショートを生じさせ得る。また、このような接続問題を抑制するためには何らかの荷重制御を必要とし、やはり無荷重条件での実装に適用することができない。
【００１６】
故に、半導体装置の回路基板への実装において、環境負荷を軽減し、且つ耐衝撃性及び接続信頼性を確保し得る技術が依然として望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一観点によれば、電子装置の製造方法が提供される。当該製造方法は、回路基板の上方に、加熱により発泡する第１の樹脂部を形成する工程と、第１の樹脂部の上方に第２の樹脂部を形成する工程と、第２の樹脂部の上方に、接合材を備える半導体装置を配置する工程とを有する。当該製造方法は更に、前記接合材と前記回路基板とを接合し、前記回路基板と前記半導体装置とを電気的に接続する端子を形成する工程を有する。この端子を形成する工程において、第２の樹脂部は、加熱による第１の樹脂部の発泡により移動され、前記端子を覆う。
【００１８】
他の一観点によれば、回路基板と、前記回路基板に電気的に接続される端子と、前記端子に電気的に接続される半導体装置とを有する電子装置が提供される。当該電子装置は更に、第１の樹脂部と第２の樹脂部とを有し、第１の樹脂部は気泡を有し且つ前記回路基板と前記半導体装置との間に設けられ、第２の樹脂部は前記端子と第１の樹脂部とを覆う。
【発明の効果】
【００１９】
気泡を有する第１の樹脂部と端子を覆う第２の樹脂部とによって耐衝撃性及び接続強度が向上し、接続信頼性を高めることができる。また、回路基板と半導体装置との間での端子接続及び樹脂硬化を一回の熱工程で実現することにより、製造プロセスにおける消費電力を低減して環境負荷を軽減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】回路基板に半導体装置を実装する典型的な方法を示す断面図である。
【図２】一実施形態に従った電子装置を示す断面図である。
【図３】第１及び第２の樹脂部の平面パターンの一例を示す図である。
【図４】図２の電子装置の製造方法を例示する断面図である。
【図５】図２の電子装置の製造方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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又は類似の参照符号を付する。
【００２２】
先ず、図２及び３を参照して、一実施形態に従った電子装置１００を説明する。電子装置１００は、回路基板１１０、半導体装置１２０、及び回路基板１１０と半導体装置１２０とを電気的に接続する複数の端子１３０を有している。
【００２３】
回路基板１１０は、絶縁基板１１１と、基板１１１の表面に形成されたパッド１１２と、ソルダーレジストなどの絶縁膜１１３とを有している。絶縁膜１１３（以下、ソルダーレジストとする）は、パッド１１２上に開口部を有している。図２においては回路基板１１０のうち、２つのパッド１１２を含む部分のみを示しているが、回路基板１１０は一般的に、半導体装置１２０を実装するための、あるいは１つ又は複数の電子部品を実装するための、多数のパッド１１２を有している。また、回路基板１１０は両面回路基板又は多層回路基板などの種々の形態を有し得る。
【００２４】
半導体装置１２０は、例えば、ＢＧＡタイプの半導体集積回路装置であり、半導体素子を内包する外囲器１２１と、外囲器１２１から少なくとも一部が露出した複数の電極パッド１２２とを有している。パッド１２２は、回路基板１１０の半導体装置１２０を実装する部分のパッド１１２のパターンと対応するパターンを有している。半導体装置１２０は一般的に多数のパッド１２２を有している。
【００２５】
各端子１３０は、その両端で、１つの回路基板パッド１１２と１つの半導体装置パッド１２２とに接合し、これらパッド間での信号伝達又は電源接続を可能にしている。端子１３０は典型的に、主として、半導体装置パッド１２２上に形成されたはんだボールから形成される。例えば、端子１３０は、半導体装置パッド１２２上に形成されたはんだボール（図５（ｂ）の１３２参照）と、回路基板パッド１１２上に形成されたはんだペースト（図４（ｃ）の１３１参照）とを熱工程を介して接合したものとし得る。好ましくは、後述のように、はんだペーストは、ＳｎＢｉ系、ＳｎＺｎ系又はＩｎ系などの低融点鉛フリーはんだの粒子を含む。はんだボールは、例えば、ＳＡＣはんだなどの高融点鉛フリーはんだ、又は低融点鉛フリーはんだとし得る。
【００２６】
電子装置１００は更に、回路基板１１０と半導体装置１２０との間に介在する第１の樹脂部１４１及び第２の樹脂部１４２を有している。第１の樹脂部１４１は、回路基板上のソルダーレジスト１１３及び半導体装置の外囲器１２１のうちの一方又は双方に接触している。第２の樹脂部１４２は、回路基板１１０と半導体装置１２０との間に存在する空隙を充填しており、特に、端子１３０の周囲を覆っている。
【００２７】
第１の樹脂部１４１は、例えばエポキシ樹脂に発泡剤を混入した樹脂などの熱発泡性樹脂を有し、端子１３０の形成時の熱工程によって発泡剤から発生した気泡１４１ｂを内包している。第１の樹脂部１４１はまた、発泡による膨張後に接触するソルダーレジスト１１３及び／又は半導体装置の外囲器１２１との密着性を高めるために、シランカップリング剤などの密着剤を含むことが好ましい。第２の樹脂部１４２は、少なくとも第１の樹脂部１４１の発泡時に、第１の樹脂部の粘度より小さい粘度を有する熱硬化性樹脂を有する。それにより、第２の樹脂部１４２は、発泡による第１の樹脂部１４１の膨張に伴って流動し、回路基板１１０と半導体装置１２０との間に存在する空隙を充填することができる。これらの性質に鑑み、以下、第１の樹脂部１４１を発泡樹脂材、第２の樹脂部１４２をアンダーフィル材とも称する。
【００２８】
図３は、回路基板１１０の延在方向に平行な平面で見たときの、複数の端子１３０、発泡樹脂材１４１及びアンダーフィル材１４２の平面パターンの一例を示している。この例において、複数の端子１３０はアレイ状に配置されている。気泡１４１ｂを内包する発泡樹脂材１４１は、各端子１３０の周囲にほぼ矩形の開口部を有するように、メッシュ状に配置されている。アンダーフィル材１４２は、残りの空間、すなわち、各端子１３０と発泡樹脂材１４１との間の空隙を充填している。
【００２９】
他の一例において、発泡樹脂材１４１は、各端子１３０の周囲にほぼ円形の開口部を有していてもよい。更なる他の例において、発泡樹脂材１４１は、分離された複数の部分を含むなど、種々の平面パターンで形成され得る。何れの場合においても、アンダーフィル材１４２は、発泡樹脂材１４１によって占有されない空間（各端子１３０の周囲を含む）を充填する。
【００３０】
はんだ溶融による端子１３０の形成、発泡樹脂材１４１の発泡・膨張によるアンダーフィル材１４２の端子近傍への流動及び熱硬化は、一回の熱工程で行われる。そのため好ましくは、はんだペースト中のはんだ粒子の融点及び発泡樹脂材１４１の発泡温度がアンダーフィル材１４２の硬化温度より低くなるように材料を選択する。はんだ粒子の融点及び発泡樹脂材１４１の発泡温度は何れを高くすることも可能である。例えば、１４０℃程度の融点を有するはんだ粒子、１４０℃−１６０℃の分解温度を有する発泡剤、及び１５０℃−１８０℃の硬化温度を有するアンダーフィル材から、はんだ融点〜発泡温度＜硬化温度となる条件で材料を選択する。一例として、ＳｎＢｉはんだ（融点１４０℃程度）、発泡剤としてセルマイクＣＡＰ５００（三協化成社製、分解温度１５５℃−１６０℃）、及びアンダーフィル材として１６０℃−１８０℃の硬化温度を有するエポキシ樹脂の組み合わせを用い得る。また、発泡樹脂材１４１は好ましくは、アンダーフィル材１４２の硬化温度範囲までの温度上昇時においても気泡１４１ｂの形状を安定に保持し得るよう、該硬化温度より高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択される。
【００３１】
電子装置１００は更に、必要に応じて、端子１３０と回路基板パッド１１２との接合部を取り囲む第３の樹脂部１４３を有していてもよい。第３の樹脂部１４３は、熱硬化性樹脂を有する。はんだペーストに熱硬化性樹脂を含有させることによって、端子１３０などの形成のための上記熱工程を用いて第３の樹脂部１４３を形成することができる。第３の樹脂部１４３は例えばエポキシ樹脂を有する。
【００３２】
電子装置１００においては、端子１３０の周囲を覆うアンダーフィル材１４２によって端子１３０自体及びそれと回路基板１１０及び半導体装置１２０との接合部が補強される。故に、低融点の鉛フリーはんだ等の比較的強度に劣る接合材を用いた場合であっても接続信頼性を高め得る。また、気泡１４１ｂを含む発泡樹脂材１４１の存在により、端子１３０及び電子装置１００の耐衝撃性を高めることができ、耐衝撃性への要求が強い携帯型機器などへの適用も可能になる。
【００３３】
次に、図４及び５を参照して、電子装置１００の製造方法を説明する。
【００３４】
先ず、図４（ａ）に示すように、回路基板１１０を準備する。回路基板１１０は、上述のように、絶縁基板１１１、パッド１１２、及びソルダーレジスト１１３を有している。ソルダーレジスト１１３は、パッド１１２上に開口部１１３ａを有している。
【００３５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、ソルダーレジスト１１３上に、スクリーン印刷法により、発泡剤を含む第１の樹脂部（発泡樹脂材）１４１’を所定のパターンで形成する。スクリーン印刷後、発泡樹脂材１４１’を或る程度固めるよう、溶剤を気化させるための熱処理を行ってもよい。この熱処理の条件は、例えば８０℃−１０分などとし得る。また、発泡樹脂材１４１’は、スクリーン印刷に代えて、予めパターニングしたシートを貼り付けるなど、その他の方法によって形成されてもよい。
【００３６】
発泡樹脂材１４１’の平面パターンは、該樹脂材の発泡率に基づいて、あるいは発泡による該樹脂材の膨張率に基づいて決定し得る。すなわち、熱工程時（図５（ｃ）参照）に、発泡による膨張後の発泡樹脂材１４１が端子形成を妨げないように、発泡樹脂材１４１’はソルダーレジストの開口１１３ａから離間して形成される。この条件が満たされている限り、図３に関連して説明したように、発泡樹脂材１４１’は種々の平面パターンを有し得る。例えば、印刷により形成する場合、１つの回路基板パッド１１２の周囲に、該パッド１１２を取り囲むように複数の分離された発泡樹脂材を形成してもよい。貼り付けにより形成する場合には、作業効率の観点から、半導体装置１２０全体に対して１枚の連続したシートとなるように形成することが好ましい。
【００３７】
なお、回路基板１１０上に複数の電子部品が実装され、そのうちの一部の電子部品（例えば比較的小型の電子部品）が、温度上昇時の熱ストレスが比較的小さいことなどによって、十分な接続信頼性を有する場合がある。そのような場合、該一部の電子部品の実装用のパッドの周辺への発泡樹脂材１４１’の形成は省略してもよい。
【００３８】
また、発泡樹脂材１４１’の厚さも、発泡率又は膨張率に基づいて決定し得る。例えば、発泡樹脂材１４１’は好ましくは、膨張後の発泡樹脂材１４１が電子部品の下面に到達して半導体装置１２０を押し上げることがないよう、回路基板１１０と半導体装置１２０との離間距離より小さい厚さで形成される。
【００３９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えばスクリーン印刷法を用いて、ソルダーレジストの開口部１１３ａにより露出されたパッド１１２上に、はんだペースト１３１を形成する。はんだペースト１３１は、好ましくは、環境保護及び熱工程時の熱ストレスの軽減の観点から、例えばＳｎＢｉ系、ＳｎＺｎ系又はＩｎ系などの低融点鉛フリーはんだの粒子を含む。また、はんだペースト１３１は、端子１３０と回路基板パッド１１２との接合部を補強するためのエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。
【００４０】
続いて、図５（ａ）に示すように、図４（ｃ）の構造上に第２の樹脂部（アンダーフィル材）１４２’を形成する。アンダーフィル材１４２’は、少なくとも発泡樹脂材１４１’の発泡時において、発泡樹脂材１４１’より低い粘度を有するものであれば特に限定されない。アンダーフィル材１４２’は例えばスプレー法によって形成することができる。
【００４１】
なお、必要量のアンダーフィル材を供給するために回路基板パッド１１２上のアンダーフィル材の厚さを大きくすると、ＢＧＡの搭載が困難になったり、パッド１１２上のはんだペースト１３１が対流して接合信頼性が低下したりすることがある。本実施形態においては、後の加熱により膨張する発泡樹脂材１４１’を有するので、この段階でパッド１１２上に供給するアンダーフィル材の厚さを低減し、この問題を回避することができる。
【００４２】
次いで、図５（ｂ）に示すように、はんだボール１３２を備えた半導体装置１２０を回路基板１１０上に搭載する。半導体装置１２０は、上述のように、外囲器１２１と、はんだボール１３２が接合された電極パッド１２２とを有している。半導体装置１２０は、はんだボール１３２と回路基板パッド１１２上のはんだペースト１３１とが相対するようにして回路基板１１０上に搭載される。はんだボール１３２は、例えば、ＳＡＣはんだ又はＳｎＢｉ系はんだなどの低融点鉛フリーはんだを有する。
【００４３】
そして、図５（ｃ）に示すように、加熱により、はんだペースト１３１中のはんだ粒子を溶融させ、はんだボール１３２及びはんだペースト１３１による接続端子１３０を形成し、回路基板パッド１１２と半導体装置パッド１２２とを電気的に接続する。はんだボール１３２が低融点はんだを有する場合には、はんだボール１３２をも溶融させ得る。なお、図５（ｃ）においては、はんだペースト１３１が熱硬化性樹脂を含有していないものとして、端子１３０と回路基板パッド１１２との接合部の補強樹脂（図２の第３の樹脂部１４３）は図示していない。
【００４４】
この熱工程は、一連の温度上昇によって、端子１３０の形成に加えて、発泡樹脂材の膨張変形（１４１’から１４１へ）及びそれに伴うアンダーフィル材の流動変形（１４２’から１４２へ）と、変形後の第１及び第２の樹脂部１４１及び１４２の硬化とを達成する。この発泡樹脂材の膨張は、発泡剤による発泡樹脂材１４１’の発泡、すなわち、発泡樹脂材１４１’内での気泡１４１ｂの発生によってもたらされる。その膨張率は、混入する発泡材の種類及び量などによって決定することが可能である。そして、発泡樹脂材の膨張により、その周囲のアンダーフィル材の流動がもたらされる。発泡樹脂材は、横方向に端子１３０の方向へ、そして縦方向に半導体装置１２０の方向へ膨張するため、アンダーフィル材を端子１３０の近傍に流れ込ませ、端子１３０の周囲をアンダーフィル材１４２で覆うことができる。
【００４５】
この熱工程は、半導体装置１２０に荷重を印加することを排除するものではないが、図４（ｂ）に示した工程において発泡率に応じて発泡樹脂材１４１’の厚さを適切に決定することにより、無荷重条件で行うことが可能である。このことは、半導体装置１２０を含む各種電子部品を、ＳＭＴマウンタなどを用いて回路基板上に一括実装し得ることを意味する。
【００４６】
好ましくは、上述のように、はんだペースト中のはんだ粒子の融点及び発泡樹脂材の発泡温度がアンダーフィル材の硬化温度より低くなるように材料を選択する。はんだペースト中のはんだ粒子としてＳｎＢｉ系はんだ、発泡剤としてセルマイクＣＡＰ５００、及びアンダーフィル材として１６０℃−１８０℃の硬化温度のエポキシ樹脂を用いる上述の組み合わせの場合、温度を１８０℃程度まで上昇させればよい。
【００４７】
ここで説明した製造方法によれば、アンダーフィル材１４１’を先入れした後、一回の熱工程を行うことにより、端子１３０の形成と、アンダーフィル材１４２による端子１３０の補強とを行うことが可能である。故に、アンダーフィル材の充填及び熱工程に要する時間を短縮して製造スループットを向上させ得る。また、熱工程に伴う消費電力を低減し、環境負荷を軽減することができる。
【００４８】
以下、幾つかの具体的な実施例を説明する。
【００４９】
（実施例１）
先ず、発泡性樹脂ワニスを用意した。具体的には、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製８５０Ｓ、平均エポキシ当量１９０）５０ｇに、硬化剤として２−エチル４−メチルイミダゾール（四国化成工業製）１ｇ、発泡剤としてセルマイクＳ（分解温度１５８℃、ガス発生量１１５ｍｌ／ｇ、三協化成製）１ｇ、チクソ剤としてステリアリン酸アミド２ｇ、ＫＢＭ８０３シランカップリング剤１ｇを混合した。１８０℃／５分で硬化させた硬化物のガラス転移温度Ｔｇは１８２℃である。この発泡性樹脂ワニスを、スクリーン印刷法によりメタルマスクを用いて、パッドピッチ１．２７ｍｍのＦＲ−５配線基板の、Ｃｕパッドの上及び周辺を除く部分に塗布した。８０℃で約１０分間熱処理を行い、約２００μｍの樹脂層を形成した。
【００５０】
次いで、エポキシ樹脂（１０ｗｔ％）含有ＳｎＢｉペーストを、メタルマスクを用いて上記配線基板のパッド上に約２００μｍの厚さで塗布した。このエポキシ樹脂の組成は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２５ｇ（大日本インキ化学工業製８５０Ｓ、エポキシ当量１９０）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂２５ｇ（大日本インキ化学工業製８３０ＬＶＰ、エポキシ当量１６３）、酸無水物（ＹＨ−３０７）５０ｇ、ＫＢＭ８０３シランカップリング剤１ｇ、アジピン酸金属活性剤１０ｇ、シリカアエロジール３ｇ（日本アイロジルＲ９７２）、イミダゾール（ＨＸ３９２１）３ｇとした。
【００５１】
その後、スプレー法により、アンダーフィル樹脂を約５０μｍの厚さで塗布した。このアンダーフィル樹脂の組成は、ナフタリン型エポキシ樹脂７５ｇ（大日本インキ化学工業製ＥｐｉｃｌｏｎＨＰ−４０３２、当量１４８）、低粘度形エポキシ樹脂２５ｇ（大日本インキ化学工業製Ｅｐｉｃｌｏｎ ＥＸＡ−４８８０Ａ、当量１９０）、フェノール樹脂１０８ｇ（三井化学製ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、ＯＨ当量１７０）、ＫＢＭ８０３シランカップリング剤１ｇ、シリカアエロジール３ｇ（日本アイロジルＲ９７２）、トリフェニルホスフェン１ｇとした。
【００５２】
次いで、ＢＧＡ突起電極（パッドピッチ１．２７ｍｍ、φ０．７６ｍｍＳＡＣはんだボール）を配線基板パッドに位置合わせして搭載し、リフロー（最大温度１８０℃）を行った。
【００５３】
（実施例２）
実施例１の発泡樹脂のビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂に代えて、４官能ナフタレン型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製Ｅｐｉｃｌｏｎ ＨＰ−４７００、当量１６０）５０ｇを用いた。硬化物のＴｇは２１６℃である。
【００５４】
（実施例３）
実施例１の発泡樹脂のビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂に代えて、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製ＥＣＮ、当量１６０）５０ｇを用いた。硬化物のＴｇは２０８℃である。
【００５５】
（実施例４）
実施例１のアンダーフィル樹脂のナフタリン型エポキシ樹脂に代えて、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製８５０Ｓ、平均のエポキシ当量１９０）７５ｇを用いた。
【００５６】
（実施例５）
実施例１の半導体素子のＳＡＣはんだボールに代えて、Ｓｎ−Ｂｉはんだボールを用いた。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 電子装置
１１０ 回路基板
１１１ 絶縁基板
１１２ パッド
１１３ ソルダーレジスト
１１３ａ 開口部
１２０ 半導体装置
１２１ 外囲器
１２２ パッド
１３０ 端子
１３１ はんだペースト
１３２ 接合材（はんだボール）
１４１ 第１の樹脂部（発泡樹脂材）
１４１ｂ 気泡
１４２ 第２の樹脂部（アンダーフィル材）
１４３ 第３の樹脂部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の上方に、加熱により発泡する第１の樹脂部を形成する工程と、
前記第１の樹脂部の上方に第２の樹脂部を形成する工程と、
前記第２の樹脂部の上方に、接合材を備える半導体装置を配置する工程と、
前記接合材と前記回路基板とを接合し、前記回路基板と前記半導体装置とを電気的に接続する端子を形成する工程とを有し、
前記端子を形成する工程は、加熱による前記第１の樹脂部の発泡により前記第２の樹脂部を移動させ、前記端子を前記第２の樹脂部で覆うことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の樹脂部が発泡する所定の温度における前記第１の樹脂部の粘度が、前記第２の樹脂部の粘度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電子装置の製造方法。
【請求項３】
前記端子を形成する工程は、前記半導体装置に荷重を加えることなく行われることを特徴とする請求項１又は２の何れか一項記載の電子装置の製造方法。
【請求項４】
回路基板と、
前記回路基板に電気的に接続される端子と、
前記端子に電気的に接続される半導体装置と、
前記回路基板と前記半導体装置との間に設けられ、気泡を有する第１の樹脂部と
前記端子と前記第１の樹脂部とを覆う第２の樹脂部と、
を有することを特徴とする電子装置。
【請求項５】
前記第１の樹脂部は発泡剤を含み、該発泡剤の分解温度は前記第２の樹脂部が含む樹脂の硬化温度より低いことを特徴とする請求項４記載の電子装置。
【請求項６】
前記端子は、少なくともその一部に、前記第２の樹脂部が含む樹脂の硬化温度より低い融点を有するはんだを含むことを特徴とする請求項４又は５記載の電子装置。
【請求項１】
回路基板の上方に、加熱により発泡する第１の樹脂部を形成する工程と、
前記第１の樹脂部の上方に第２の樹脂部を形成する工程と、
前記第２の樹脂部の上方に、接合材を備える半導体装置を配置する工程と、
前記接合材と前記回路基板とを接合し、前記回路基板と前記半導体装置とを電気的に接続する端子を形成する工程とを有し、
前記端子を形成する工程は、加熱による前記第１の樹脂部の発泡により前記第２の樹脂部を移動させ、前記端子を前記第２の樹脂部で覆うことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の樹脂部が発泡する所定の温度における前記第１の樹脂部の粘度が、前記第２の樹脂部の粘度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電子装置の製造方法。
【請求項３】
前記端子を形成する工程は、前記半導体装置に荷重を加えることなく行われることを特徴とする請求項１又は２の何れか一項記載の電子装置の製造方法。
【請求項４】
回路基板と、
前記回路基板に電気的に接続される端子と、
前記端子に電気的に接続される半導体装置と、
前記回路基板と前記半導体装置との間に設けられ、気泡を有する第１の樹脂部と
前記端子と前記第１の樹脂部とを覆う第２の樹脂部と、
を有することを特徴とする電子装置。
【請求項５】
前記第１の樹脂部は発泡剤を含み、該発泡剤の分解温度は前記第２の樹脂部が含む樹脂の硬化温度より低いことを特徴とする請求項４記載の電子装置。
【請求項６】
前記端子は、少なくともその一部に、前記第２の樹脂部が含む樹脂の硬化温度より低い融点を有するはんだを含むことを特徴とする請求項４又は５記載の電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−４４３６（Ｐ２０１２−４４３６Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９６０７（Ｐ２０１０−１３９６０７）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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