電子部品実装装置及びその製造方法
【課題】 電子部品実装装置及びその製造方法に関し、電子部品のサイズを大型化することなく、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力を緩和する。
【解決手段】 接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する。
【解決手段】 接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品実装装置及びその製造方法に関するものであり、例えば、半導体装置、特に、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を備えたＬＳＩチップのはんだバンプの接合の耐応力性を高めるための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、配線密度の上昇による高集積化に伴い、接続端子（はんだボール）サイズは微細化の傾向がある。また、環境問題への対応により従来よりも応力緩和が少なく，実装温度が高温となるＳｎ系鉛フリーはんだの実用化が進み、微細化接合部への応力集中が大きくなっている。
【０００３】
また、実装基板についても、高密度配線を低コストで達成できる樹脂基板が使用されることが多くなってきている。
ここで、図７を参照して従来の半導体チップと樹脂基板との接合方法を説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７（ａ）に示すように、表面に接続電極６１を形成した樹脂基板６０に対して、半導体チップ７０の表面に形成した電極７１に設けたはんだボール７２とを対向させて位置合わせする。
次いで、熱処理炉ではんだボール７２の融点以上に加熱してはんだボール７２を溶融させたのち、室温まで降温することによってはんだボール７２と接続電極６１とを接合している。
【０００５】
しかし、樹脂基板６０は、熱膨張係数が大きいことから、搭載する半導体チップ７０との熱膨張係数差起因の反りによる応力が発生し、図７（ｂ）に示すように、リフロー接合後に、特に最外周部近傍のはんだ接合部にクラックが発生するなど、信頼性への影響が大きい。
【０００６】
特に、はんだボール７２で接合する場合、接続電極６１とはんだボール７２との界面は、面で接合されており、反りによる応力に弱いことが挙げられる。したがって、この接合部に掛かる応力によって、接合信頼性が低下する。
【０００７】
そこで、半導体チップの最周辺部のコーナーにダミー接続ピンを設けて、はんだや接着剤を用いて実装基板にダミー接続ピンを接続固定し、はんだボールと接続電極の接合に掛かる応力を緩和することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
この提案においては、はんだボールの高さより短いダミー接続ピンを用いる場合には接着剤を用いて実装基板に接合しており、また、はんだボールの高さより長いダミー接続ピンを用いる場合には実装基板にスルーホールを設けてはんだで接続している。
【特許文献１】特開２００３−０９２４６５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３９３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ダミー接続ピンを設けた場合には、はんだボールと接続電極の接合に掛かる応力をある程度緩和することはできるものの、接着剤の接着強度やダミー接続ピンの接合強度により一番応力の印加されるはんだボールと接続電極との接合部におけるクラック発生を確実に防止することは困難であるという問題がある。
即ち、ダミー接続ピンが設けられる位置は、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部と異なって位置であるため、はんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力とは違う位置に印加される応力を緩和することになる。
【００１０】
また、配線密度の上昇による高集積化に伴い、はんだボールサイズを微細化している半導体チップにおいて、電気信号をやり取りしないダミー接続ピンを設けるということは、半導体チップのサイズの大型化につながり、配線密度の上昇による高集積化やはんだボールサイズの微細化による小型化に逆行することになる。
【００１１】
したがって、電子部品実装装置において、電子部品のサイズを大型化することなく、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力を緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点からは、接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点からは、電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する工程とを有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示の電子部品実装装置及びその製造方法によれば、最外周部の少なくとも一部に設けた金属ピンは、はんだボール高さよりも高いため、基板の反りによる高さ方向の変形量（位置ずれ量）を吸収でき、接合高さマージンを最外周部だけ多くできる。
【００１５】
また、最外周部の金属ピンを接合するはんだ材料を、はんだボール材料の融点よりも低くすることで、基板の反りが発生した後にはんだを凝固させることができ、接合部応力を低減でき、接合部信頼性を向上することが可能となる。
【００１６】
さらに、この金属ピンははんだボールを置き換えたもの、即ち、電気信号のやり取りを行うものであるので、電子部品のチップサイズを大型化する必要はなく、且つ、本来的に、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力を緩和することができるので、ダミー接続ピンに伴う問題が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、図１（ａ）は接合前の概念的構成図であり、図１（ｂ）は接合後の概念的構成図であり、さらに、図１（ｃ）は変形例の概念的構成図である。
まず、図１（ａ）に示すように、所定の内部配線を設けた樹脂基板１０の実装表面の周囲に凹部１１を設けるとともに、電解めっき法によりＣｕパターンを設けることによって、樹脂基板１０及び凹部１１の表面に接続電極１２，１３を形成する。
【００１８】
また、凹部には、後述するはんだボールより低融点の低融点はんだ１４を例えばスキージを用いた印刷法により充填する。
例えば、はんだボール材料が、融点が２２０℃前後のＳｎ−Ａｇ系或いはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材料であれば、２２０℃以下の融点のはんだ材料を用いる必要がある。
このような低融点のはんだとしては、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ材料やＳｎ−Ｉｎ系はんだ材料が挙げられる。
Ｓｎ−５８Ｂｉはんだの融点は１３９℃であるので、はんだボールとの融点差を、約８０℃確保することが可能になる。
【００１９】
一方、電子部品１の接合面に複数のパッド２を二次元マトリクス状に設けるとともに、複数のパッド２の最部の最外周部の少なくとも一部に金属ピン３を設け、他のパッド２にははんだボール４を設ける。
なお、この場合の電子部品１は典型的には半導体集積回路装置であるが、強誘電体を用いた光偏向装置等の他の電子デバイスも含むものである。
【００２０】
この場合、はんだボール４を金属ピン３に置き換える位置は、二次元マトリクス状に配列された、はんだボール４の最外周のコーナ部において、各コーナ当たり１〜１２個のはんだボール４を置き換えるようにすれば良い。
或いは、マトリクス状に配置したはんだボール４の最外周の全てのはんだボール４を置き換えても良く、さらには、最外周を含めて最外周部から６列全てのはんだボール４を置き換えても良い。
【００２１】
なお、この場合の金属ピン３の長さが、はんだボール４の高さより高く、例えば、はんだボール４の高さに対して１．２〜２倍とする。
また、この金属ピン３は導電性接着剤５によってパッド２に電気的に接続されており、金属ピン３自体がパッド２に直接接続している必要はない。
なお、この導電性接着剤は、はんだボールを溶融するリフロー温度に耐え得るものであれば特に制限はない。
【００２２】
また、金属ピン３の材質として、母材がＣｕ、４２アロイ、ステンレス等が望ましく、その表面ははんだとの濡れ性を高めるために、金属、例えば、Ｎｉ／Ａｕめっき、Ａｇめっき、Ｓｎめっき、Ｓｎ−Ｂｉめっき、Ｓｎ−Ａｇめっきなどで被覆することが望ましい。
【００２３】
なお、導電性を問題にしなければ、熱伝導率が低く、且つ、比熱が大きい材料が望ましく、例えば、ステンレスが相当する。
このような材料を用いることによって、温度保持効果により、低融点はんだが溶けている時間を長くすることができ、凝固までの時間を長くすることで、反りが大きくなっても金属ピンの移動が可能であるので、凝固するため応力を低減できる。
【００２４】
一方、Ｃｕ等の導電率が高く、熱伝導率が高い母材を用いる場合には、その温度保持効果を確保するために、図１（ｃ）に示すように、ピン表面のはんだ付けする部分以外を、ポリイミド樹脂や、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂でコートしておくことが望ましい。
なお、コート層６の厚さは、金属ピン３の直径も依存するが、金属ピン３の直径が０．５μｍであれば、５〜５０μｍ程度の厚さにする。
また、金属ピン３の先端露出部の長さは金属ピン３の長さに依存するが、金属ピン３の長さが１ｍｍであれば、先端露出部は０．３ｍｍ程度の長さにする。
【００２５】
一方、はんだボール４の材料としては、上述のように、融点が２２０℃前後のＳｎ−Ａｇ系或いはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材料が好適であり、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ半田の融点は、２１７℃となる。
なお、このようなはんだボール４は十分な高さが必要であるので、予めボール状に形成したはんだボール４をパッド２上に転写してはんだボール４と同じはんだ材料により接合する。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、このような構成の電子部品１と樹脂基板１０とを対向させて位置合わせし、加熱炉内ではんだボール４の融点以上に加熱してはんだボール４を溶融させたのち、室温まで降温することによってはんだボール４と接続電極１２とを接合するとともに、凹部１１において低融点はんだ１４を介して金属ピン３と接続電極１３とを接合する。
【００２７】
この時、電子部品１の最外周部の金属ピン３は、はんだボール４の高さよりも高いため、樹脂基板１０の反りによる高さ方向の変形量（位置ずれ量）を吸収でき、接合高さマージンを最外周部だけ多く出来る。
【００２８】
また、最外周部の金属ピン３を接合するはんだ材料を、はんだボール材料の融点よりも低い低融点はんだ１４にしているので、樹脂基板１０の反りが発生した段階では金属ピン３の移動は自由であり、低融点はんだ１４の凝固時に金属ピン３に加わる接合部応力を低減できる。
【００２９】
なお、冷却後、反りが大きくなった時点で、ホットエアブロー等で局所的に加熱し、樹脂基板１０が充分温まらない内にはんだを再溶融させることも可能であり、反りが発生した形状で接合することが可能となり、接合部応力を低減することができる。
【実施例１】
【００３０】
以上を前提として、次に、本発明の実施例１の電子部品実装装置の製造工程を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、４２ｍｍ×４２ｍｍのサイズの樹脂基板２０の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が０．７μｍで深さが０．４ｍｍの凹部２１を形成する。
なお、凹部２１の数は、例えば、１コーナ当たり６個とする。
【００３１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、全面に無電解めっきによりめっきシード層を形成したのちレジストフレーム（いずれも図示を省略）を設け、電解めっきにより厚さが、例えば、５μｍのＣｕめっき層を形成する。次いで、レジストフレームを除去したのちめっきシード層の露出部を除去することによって、樹脂基板２０の表面に直径が０．７ｍｍの接続電極２２を形成するとともに、凹部２１の内表面に接続電極２３を形成する。
この時、接続電極２２，２３は二次元マトリクス状に配置される。
【００３２】
次いで、図２（ｃ）に示すように、凹部２１に対応する開口部を有するメタルマスク２４及びスキージ２５を用いてＳｎ−５８Ｂｉはんだペーストを印刷し、はんだペースト２６を凹部２１の内部にのみに充填する。
【００３３】
次いで、リフローを行いはんだペースト２６中の溶剤を飛ばすことによって、凹部２１内に低融点はんだ層２７を形成した。
この時、はんだペースト２６中の溶剤がなくなるので体積が収縮して低融点はんだ層２７が凹部２１内を丁度収まるようになる。
【００３４】
一方、図３（ａ）に示すように、例えば、直径が０．７ｍｍのパッド３１，３２を二次元的マトリクス状に設けた３５ｍｍ×３５ｍｍサイズのＢＧＡパッケージ３０を用意する。
【００３５】
次いで、図３（ｂ）に示すように、上記の接続電極２２に対応する位置に開口部を有するメタルマスク３３とスキージ３４とを用いてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだペーストを例えば、１００μｍの厚さに印刷してはんだペースト層３５を形成する。
【００３６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６を静置したのち、図３（ｄ）に示すように、予め作製しておいたＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるはんだボール３７を中央部に搭載する。
【００３７】
次いで、図４（ｅ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６をはずした後、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローにより、はんだボール３７とはんだペースト層３５とを一体化する。
【００３８】
次いで、図４（ｆ）に示すように、金属ピン搭載用のパッド３２上に熱硬化性樹脂をベースとする導電性樹脂３８をディスペンスにより供給した後、メタルマスク３９を静置する。
次いで、図４（ｇ）に示すように、金属ピン４０を所定の位置に挿入し、押圧した状態で、例えば、１５０℃で２時間の熱処理を行うことにより導電性樹脂３８を硬化させて金属ピン４０の接合を行う。
【００３９】
次いで、図４（ｈ）に示すようにメタルマスク３９を取り外すことによって金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０が完成する。
この場合、金属ピン４０としては、直径が０．５ｍｍで長さが１ｍｍのＣｕ母材に、Ｎｉ／Ａｕめっきを施したものを使用した。
【００４０】
以降は、図１（ｂ）に示したのと同様に、金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０を樹脂基板２０上の接続電極２２，２３との位置合わせを行い、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローによりＢＧＡパッケージ３０と樹脂基板２０との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
【００４１】
この時、金属ピンを設けずに全てはんだボールを用いて接合したリファレンスサンプルを作製し、−５０℃→１２５℃（保持時間３０分間）の温度サイクル試験を行った。その結果、リファレンスサンプルは、１２００サイクルでＮＧとなり、金属ピンを用いた本願発明の実施例１のサンプルは、１８００サイクルでＮＧとなり、疲労寿命は約１．５倍向上した。
【実施例２】
【００４２】
次に、本発明の実施例２の電子部品実装装置の製造方法を説明する。
まず、上記の実施例１と同様に、図２（ａ）乃至図（ｄ）に示すように、例えば、４２ｍｍ×４２ｍｍのサイズの樹脂基板２０の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が０．７μｍで深さが０．４ｍｍの凹部２１を形成する。
【００４３】
次いで、全面に無電解めっきによりめっきシード層を形成したのちレジストフレームを設け、電解めっきにより厚さが、例えば、５μｍのＣｕめっき層を形成する。次いで、レジストフレームを除去したのちめっきシード層の露出部を除去することによって、樹脂基板２０の表面に直径が０．７ｍｍの接続電極２２を形成するとともに、凹部２１の内表面に接続電極２３を形成する。
【００４４】
次いで、凹部２１に対応する開口部を有するメタルマスク２４及びスキージ２５を用いてＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６を凹部２１の内部にのみに充填する。
次いで、リフローを行いＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６中の溶剤を飛ばすことによって、凹部２１内に低融点はんだ層２７を形成する。
【００４５】
次いで、図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示す工程までは上記の実施例１と全く同様に、例えば、直径が０．７ｍｍのパッド３１，３２を二次元的マトリクス状に設けた３５ｍｍ×３５ｍｍサイズのＢＧＡパッケージ３０を用意する。
次いで、接続電極２２に対応する位置に開口部を有するメタルマスク３３とスキージ３４とを用いてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだペーストを印刷してはんだペースト層３５を形成する。
【００４６】
次いで、ボール搭載用のメタルマスク３６を静置したのち、予め作製しておいたＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるはんだボール３７を中央部に搭載する。
【００４７】
次いで、図５（ａ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６をはずした後、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローにより、はんだボール３７とはんだペースト層３５とを一体化する。
【００４８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、金属ピン搭載用のパッド３２上に熱硬化性樹脂をベースとする導電性樹脂３８をディスペンスにより供給した後、メタルマスク３９を静置する。
【００４９】
次いで、図５（ｃ）に示すように、金属ピン５０を所定の位置に挿入し、押圧した状態で、例えば、１５０℃で２時間の熱処理を行うことにより導電性樹脂３８を硬化させて金属ピン５０の接合を行う。
この場合、金属ピン５０としては、直径が０．５ｍｍで長さが１ｍｍのステンレス母材に、Ｓｎ−Ａｇめっきを施したものを使用した。
【００５０】
次いで、図５（ｄ）に示すようにメタルマスク３９を取り外すことによって金属ピン５０を形成したＢＧＡパッケージ３０が完成する。
以降は、図１（ｂ）に示したのと同様に、金属ピン５０を形成したＢＧＡパッケージ３０を樹脂基板２０上の接続電極２２，２３との位置合わせを行い、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローによりＢＧＡパッケージ３０と樹脂基板２０との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
【００５１】
この時、金属ピンを設けずに全てはんだボールを用いて接合したリファレンスサンプルを作製し、−５０℃→１２５℃（保持時間３０分間）の温度サイクル試験を行った。その結果、リファレンスサンプルは、１２００サイクルでＮＧとなり、金属ピンを用いた本願発明の実施例２のサンプルは、１７００サイクルでＮＧとなり、疲労寿命は約１．４倍向上した。
【００５２】
この実施例２においては、金属ピンの母材として低熱伝導率で比熱の大きなステンレスを用いているので、接合時に保温効果が期待できる。
即ち、降温により低融点はんだの凝固は始まっても金属ピン５０の近傍の温度低下は周囲より遅いので、金属ピン５０の近傍の低融点はんだは凝固していない状態となっている。したがって、降温に伴って樹脂基板が反り始めても金属ピン５０は反りに応じて動いたのち、低融点はんだが凝固するので、金属ピン５０にかかる応力は大幅に緩和されることになる。
【実施例３】
【００５３】
次に、本発明の実施例３の電子部品実装装置の製造方法を説明する。
まず、上記の実施例１と同様に、図２（ａ）乃至図（ｄ）に示すように、例えば、４２ｍｍ×４２ｍｍのサイズの樹脂基板２０の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が０．７μｍで深さが０．４ｍｍの凹部２１を形成する。
【００５４】
次いで、全面に無電解めっきによりめっきシード層を形成したのちレジストフレームを設け、電解めっきにより厚さが、例えば、５μｍのＣｕめっき層を形成する。次いで、レジストフレームを除去したのちめっきシード層の露出部を除去することによって、樹脂基板２０の表面に直径が０．７ｍｍの接続電極２２を形成するとともに、凹部２１の内表面に接続電極２３を形成する。
【００５５】
次いで、凹部２１に対応する開口部を有するメタルマスク２４及びスキージ２５を用いてＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６を凹部２１の内部にのみに充填する。
次いで、リフローを行いＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６中の溶剤を飛ばすことによって、凹部２１内に低融点はんだ層２７を形成する。
【００５６】
次いで、図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示す工程までは上記の実施例１と全く同様に、例えば、直径が０．７ｍｍのパッド３１，３２を二次元的マトリクス状に設けた３５ｍｍ×３５ｍｍサイズのＢＧＡパッケージ３０を用意する。
次いで、接続電極２２に対応する位置に開口部を有するメタルマスク３３とスキージ３４とを用いてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだペーストを印刷してはんだペースト層３５を形成する。
【００５７】
次いで、ボール搭載用のメタルマスク３６を静置したのち、予め作製しておいたＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるはんだボール３７を中央部に搭載する。
【００５８】
次いで、図６（ａ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６をはずした後、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローにより、はんだボール３７とはんだペースト層３５とを一体化する。
【００５９】
次いで、図６（ｂ）に示すように、金属ピン搭載用のパッド３２上に熱硬化性樹脂をベースとする導電性樹脂３８をディスペンスにより供給した後、メタルマスク４２を静置する。
【００６０】
次いで、図６（ｃ）に示すように、金属ピン４０を所定の位置に挿入し、押圧した状態で、例えば、１５０℃で２時間の熱処理を行うことにより導電性樹脂３８を硬化させて金属ピン４０の接合を行う。
【００６１】
この場合の金属ピン４０は、直径が０．５ｍｍで長さが１ｍｍのＣｕ母材に、Ｎｉ／Ａｕめっきを施したものに、ポジ型感光性熱硬化性ポリイミドを塗布したのち、両端を例えば、０．３ｍｍ露光し、現像することによって、金属ピン４０の中央部にのみポリイミド膜４１を設けておく。
【００６２】
次いで、図６（ｄ）に示すようにメタルマスク４２を取り外すことによって金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０が完成する。
以降は、図１（ｂ）に示したのと同様に、金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０を樹脂基板２０上の接続電極２２，２３との位置合わせを行い、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローによりＢＧＡパッケージ３０と樹脂基板２０との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
【００６３】
この時、金属ピンを設けずに全てはんだボールを用いて接合したリファレンスサンプルを作製し、−５０℃→１２５℃（保持時間３０分間）の温度サイクル試験を行った。その結果、リファレンスサンプルは、１２００サイクルでＮＧとなり、金属ピンを用いた本願発明の実施例３のサンプルは、１９００サイクルでＮＧとなり、疲労寿命は約１．６倍向上した。
【００６４】
この実施例３においては、金属ピンの母材として高熱伝導率のＣｕを用いているが、金属ピンの中央部を低熱伝導率のポリイミド膜で覆っているので、接合時に保温効果が期待できる。
即ち、降温により低融点はんだの凝固は始まっても金属ピン４０の近傍の温度低下はポリイミド膜４１の保温効果により周囲より遅いので、金属ピン４０の近傍の低融点はんだは凝固していない状態となっている。したがって、降温に伴って樹脂基板が反り始めても金属ピン４０は反りに応じて動いたのち、低融点はんだが凝固するので、金属ピン４０にかかる応力は大幅に緩和されることになる。
【００６５】
上記の実施の形態及び実施例においては、金属ピンを電子信号の伝達、電源或いは接地との接続を行うものとして説明しているが、はんだボールのマトリクス配置にゆとりがあれば、ダミーピンとしても良い。
【００６６】
ここで、実施例１乃至実施例３を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置。
（付記２） 前記金属ピンが、前記電子部品と前記回路基板との間の電気信号のやり取りを行う金属ピンである付記１記載の電子部品実装装置。
（付記３） 前記金属ピンが、前記接続電極より熱伝導率が低く且つ比熱が大きい材料を母材として用いた付記３記載の電子部品実装装置。
（付記４） 前記金属ピンの中央部が、前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆されている付記２または３に記載の電子部品実装装置。
（付記５） 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周のコーナ部において、各コーナ当たり１〜１２個のはんだボールを置き換えたものである付記１乃至４のいずれか１に記載の電子部品実装装置。
（付記６） 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周の全てのはんだボールを置き換えたものである付記１乃至４のいずれか１に記載の電子部品実装装置。
（付記７） 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周を含めて最外周部から６列全てのはんだボールを置き換えたものである付記１乃至４のいずれか１に記載の電子部品実装装置。
（付記８） 電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する工程とを有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法。
（付記９） 前記電子部品を実装する前に、前記金属ピンの中央部を前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆する工程を有する付記９記載の電子部品実装装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態の説明図である。
【図２】本発明の実施例１の電子部品実装装置の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の電子部品実装装置の図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の電子部品実装装置の図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例２の電子部品実装装置の途中からの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例３の電子部品実装装置の途中からの製造工程の説明図である。
【図７】従来の半導体チップと樹脂基板との接合方法の説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 電子部品
２ パッド
３ 金属ピン
４ はんだボール
５ 導電性接着剤
６ コート層
１０ 樹脂基板
１１ 凹部
１２，１３ 接続電極
１４ 低融点はんだ
２０ 樹脂基板
２１ 凹部
２２，２３ 接続電極
２４ メタルマスク
２５ スキージ
２６ はんだペースト
２７ 低融点はんだ層
３０ ＢＧＡパッケージ
３１，３２ パッド
３３ メタルマスク
３４ スキージ
３５ はんだペースト層
３６ メタルマスク
３７ はんだボール
３８ 導電性樹脂
３９ メタルマスク
４０ 金属ピン
４１ ポリイミド膜
４２ メタルマスク
５０ 金属ピン
６０ 樹脂基板
６１ 接続電極
７０ 半導体チップ
７１ 電極
７２ はんだボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品実装装置及びその製造方法に関するものであり、例えば、半導体装置、特に、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を備えたＬＳＩチップのはんだバンプの接合の耐応力性を高めるための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、配線密度の上昇による高集積化に伴い、接続端子（はんだボール）サイズは微細化の傾向がある。また、環境問題への対応により従来よりも応力緩和が少なく，実装温度が高温となるＳｎ系鉛フリーはんだの実用化が進み、微細化接合部への応力集中が大きくなっている。
【０００３】
また、実装基板についても、高密度配線を低コストで達成できる樹脂基板が使用されることが多くなってきている。
ここで、図７を参照して従来の半導体チップと樹脂基板との接合方法を説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７（ａ）に示すように、表面に接続電極６１を形成した樹脂基板６０に対して、半導体チップ７０の表面に形成した電極７１に設けたはんだボール７２とを対向させて位置合わせする。
次いで、熱処理炉ではんだボール７２の融点以上に加熱してはんだボール７２を溶融させたのち、室温まで降温することによってはんだボール７２と接続電極６１とを接合している。
【０００５】
しかし、樹脂基板６０は、熱膨張係数が大きいことから、搭載する半導体チップ７０との熱膨張係数差起因の反りによる応力が発生し、図７（ｂ）に示すように、リフロー接合後に、特に最外周部近傍のはんだ接合部にクラックが発生するなど、信頼性への影響が大きい。
【０００６】
特に、はんだボール７２で接合する場合、接続電極６１とはんだボール７２との界面は、面で接合されており、反りによる応力に弱いことが挙げられる。したがって、この接合部に掛かる応力によって、接合信頼性が低下する。
【０００７】
そこで、半導体チップの最周辺部のコーナーにダミー接続ピンを設けて、はんだや接着剤を用いて実装基板にダミー接続ピンを接続固定し、はんだボールと接続電極の接合に掛かる応力を緩和することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
この提案においては、はんだボールの高さより短いダミー接続ピンを用いる場合には接着剤を用いて実装基板に接合しており、また、はんだボールの高さより長いダミー接続ピンを用いる場合には実装基板にスルーホールを設けてはんだで接続している。
【特許文献１】特開２００３−０９２４６５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３９３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ダミー接続ピンを設けた場合には、はんだボールと接続電極の接合に掛かる応力をある程度緩和することはできるものの、接着剤の接着強度やダミー接続ピンの接合強度により一番応力の印加されるはんだボールと接続電極との接合部におけるクラック発生を確実に防止することは困難であるという問題がある。
即ち、ダミー接続ピンが設けられる位置は、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部と異なって位置であるため、はんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力とは違う位置に印加される応力を緩和することになる。
【００１０】
また、配線密度の上昇による高集積化に伴い、はんだボールサイズを微細化している半導体チップにおいて、電気信号をやり取りしないダミー接続ピンを設けるということは、半導体チップのサイズの大型化につながり、配線密度の上昇による高集積化やはんだボールサイズの微細化による小型化に逆行することになる。
【００１１】
したがって、電子部品実装装置において、電子部品のサイズを大型化することなく、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力を緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点からは、接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の別の観点からは、電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する工程とを有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示の電子部品実装装置及びその製造方法によれば、最外周部の少なくとも一部に設けた金属ピンは、はんだボール高さよりも高いため、基板の反りによる高さ方向の変形量（位置ずれ量）を吸収でき、接合高さマージンを最外周部だけ多くできる。
【００１５】
また、最外周部の金属ピンを接合するはんだ材料を、はんだボール材料の融点よりも低くすることで、基板の反りが発生した後にはんだを凝固させることができ、接合部応力を低減でき、接合部信頼性を向上することが可能となる。
【００１６】
さらに、この金属ピンははんだボールを置き換えたもの、即ち、電気信号のやり取りを行うものであるので、電子部品のチップサイズを大型化する必要はなく、且つ、本来的に、電気信号をやり取りするはんだボールと接続電極との接合部に実際に印加される応力を緩和することができるので、ダミー接続ピンに伴う問題が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、図１（ａ）は接合前の概念的構成図であり、図１（ｂ）は接合後の概念的構成図であり、さらに、図１（ｃ）は変形例の概念的構成図である。
まず、図１（ａ）に示すように、所定の内部配線を設けた樹脂基板１０の実装表面の周囲に凹部１１を設けるとともに、電解めっき法によりＣｕパターンを設けることによって、樹脂基板１０及び凹部１１の表面に接続電極１２，１３を形成する。
【００１８】
また、凹部には、後述するはんだボールより低融点の低融点はんだ１４を例えばスキージを用いた印刷法により充填する。
例えば、はんだボール材料が、融点が２２０℃前後のＳｎ−Ａｇ系或いはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材料であれば、２２０℃以下の融点のはんだ材料を用いる必要がある。
このような低融点のはんだとしては、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ材料やＳｎ−Ｉｎ系はんだ材料が挙げられる。
Ｓｎ−５８Ｂｉはんだの融点は１３９℃であるので、はんだボールとの融点差を、約８０℃確保することが可能になる。
【００１９】
一方、電子部品１の接合面に複数のパッド２を二次元マトリクス状に設けるとともに、複数のパッド２の最部の最外周部の少なくとも一部に金属ピン３を設け、他のパッド２にははんだボール４を設ける。
なお、この場合の電子部品１は典型的には半導体集積回路装置であるが、強誘電体を用いた光偏向装置等の他の電子デバイスも含むものである。
【００２０】
この場合、はんだボール４を金属ピン３に置き換える位置は、二次元マトリクス状に配列された、はんだボール４の最外周のコーナ部において、各コーナ当たり１〜１２個のはんだボール４を置き換えるようにすれば良い。
或いは、マトリクス状に配置したはんだボール４の最外周の全てのはんだボール４を置き換えても良く、さらには、最外周を含めて最外周部から６列全てのはんだボール４を置き換えても良い。
【００２１】
なお、この場合の金属ピン３の長さが、はんだボール４の高さより高く、例えば、はんだボール４の高さに対して１．２〜２倍とする。
また、この金属ピン３は導電性接着剤５によってパッド２に電気的に接続されており、金属ピン３自体がパッド２に直接接続している必要はない。
なお、この導電性接着剤は、はんだボールを溶融するリフロー温度に耐え得るものであれば特に制限はない。
【００２２】
また、金属ピン３の材質として、母材がＣｕ、４２アロイ、ステンレス等が望ましく、その表面ははんだとの濡れ性を高めるために、金属、例えば、Ｎｉ／Ａｕめっき、Ａｇめっき、Ｓｎめっき、Ｓｎ−Ｂｉめっき、Ｓｎ−Ａｇめっきなどで被覆することが望ましい。
【００２３】
なお、導電性を問題にしなければ、熱伝導率が低く、且つ、比熱が大きい材料が望ましく、例えば、ステンレスが相当する。
このような材料を用いることによって、温度保持効果により、低融点はんだが溶けている時間を長くすることができ、凝固までの時間を長くすることで、反りが大きくなっても金属ピンの移動が可能であるので、凝固するため応力を低減できる。
【００２４】
一方、Ｃｕ等の導電率が高く、熱伝導率が高い母材を用いる場合には、その温度保持効果を確保するために、図１（ｃ）に示すように、ピン表面のはんだ付けする部分以外を、ポリイミド樹脂や、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂でコートしておくことが望ましい。
なお、コート層６の厚さは、金属ピン３の直径も依存するが、金属ピン３の直径が０．５μｍであれば、５〜５０μｍ程度の厚さにする。
また、金属ピン３の先端露出部の長さは金属ピン３の長さに依存するが、金属ピン３の長さが１ｍｍであれば、先端露出部は０．３ｍｍ程度の長さにする。
【００２５】
一方、はんだボール４の材料としては、上述のように、融点が２２０℃前後のＳｎ−Ａｇ系或いはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材料が好適であり、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ半田の融点は、２１７℃となる。
なお、このようなはんだボール４は十分な高さが必要であるので、予めボール状に形成したはんだボール４をパッド２上に転写してはんだボール４と同じはんだ材料により接合する。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、このような構成の電子部品１と樹脂基板１０とを対向させて位置合わせし、加熱炉内ではんだボール４の融点以上に加熱してはんだボール４を溶融させたのち、室温まで降温することによってはんだボール４と接続電極１２とを接合するとともに、凹部１１において低融点はんだ１４を介して金属ピン３と接続電極１３とを接合する。
【００２７】
この時、電子部品１の最外周部の金属ピン３は、はんだボール４の高さよりも高いため、樹脂基板１０の反りによる高さ方向の変形量（位置ずれ量）を吸収でき、接合高さマージンを最外周部だけ多く出来る。
【００２８】
また、最外周部の金属ピン３を接合するはんだ材料を、はんだボール材料の融点よりも低い低融点はんだ１４にしているので、樹脂基板１０の反りが発生した段階では金属ピン３の移動は自由であり、低融点はんだ１４の凝固時に金属ピン３に加わる接合部応力を低減できる。
【００２９】
なお、冷却後、反りが大きくなった時点で、ホットエアブロー等で局所的に加熱し、樹脂基板１０が充分温まらない内にはんだを再溶融させることも可能であり、反りが発生した形状で接合することが可能となり、接合部応力を低減することができる。
【実施例１】
【００３０】
以上を前提として、次に、本発明の実施例１の電子部品実装装置の製造工程を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、４２ｍｍ×４２ｍｍのサイズの樹脂基板２０の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が０．７μｍで深さが０．４ｍｍの凹部２１を形成する。
なお、凹部２１の数は、例えば、１コーナ当たり６個とする。
【００３１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、全面に無電解めっきによりめっきシード層を形成したのちレジストフレーム（いずれも図示を省略）を設け、電解めっきにより厚さが、例えば、５μｍのＣｕめっき層を形成する。次いで、レジストフレームを除去したのちめっきシード層の露出部を除去することによって、樹脂基板２０の表面に直径が０．７ｍｍの接続電極２２を形成するとともに、凹部２１の内表面に接続電極２３を形成する。
この時、接続電極２２，２３は二次元マトリクス状に配置される。
【００３２】
次いで、図２（ｃ）に示すように、凹部２１に対応する開口部を有するメタルマスク２４及びスキージ２５を用いてＳｎ−５８Ｂｉはんだペーストを印刷し、はんだペースト２６を凹部２１の内部にのみに充填する。
【００３３】
次いで、リフローを行いはんだペースト２６中の溶剤を飛ばすことによって、凹部２１内に低融点はんだ層２７を形成した。
この時、はんだペースト２６中の溶剤がなくなるので体積が収縮して低融点はんだ層２７が凹部２１内を丁度収まるようになる。
【００３４】
一方、図３（ａ）に示すように、例えば、直径が０．７ｍｍのパッド３１，３２を二次元的マトリクス状に設けた３５ｍｍ×３５ｍｍサイズのＢＧＡパッケージ３０を用意する。
【００３５】
次いで、図３（ｂ）に示すように、上記の接続電極２２に対応する位置に開口部を有するメタルマスク３３とスキージ３４とを用いてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだペーストを例えば、１００μｍの厚さに印刷してはんだペースト層３５を形成する。
【００３６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６を静置したのち、図３（ｄ）に示すように、予め作製しておいたＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるはんだボール３７を中央部に搭載する。
【００３７】
次いで、図４（ｅ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６をはずした後、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローにより、はんだボール３７とはんだペースト層３５とを一体化する。
【００３８】
次いで、図４（ｆ）に示すように、金属ピン搭載用のパッド３２上に熱硬化性樹脂をベースとする導電性樹脂３８をディスペンスにより供給した後、メタルマスク３９を静置する。
次いで、図４（ｇ）に示すように、金属ピン４０を所定の位置に挿入し、押圧した状態で、例えば、１５０℃で２時間の熱処理を行うことにより導電性樹脂３８を硬化させて金属ピン４０の接合を行う。
【００３９】
次いで、図４（ｈ）に示すようにメタルマスク３９を取り外すことによって金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０が完成する。
この場合、金属ピン４０としては、直径が０．５ｍｍで長さが１ｍｍのＣｕ母材に、Ｎｉ／Ａｕめっきを施したものを使用した。
【００４０】
以降は、図１（ｂ）に示したのと同様に、金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０を樹脂基板２０上の接続電極２２，２３との位置合わせを行い、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローによりＢＧＡパッケージ３０と樹脂基板２０との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
【００４１】
この時、金属ピンを設けずに全てはんだボールを用いて接合したリファレンスサンプルを作製し、−５０℃→１２５℃（保持時間３０分間）の温度サイクル試験を行った。その結果、リファレンスサンプルは、１２００サイクルでＮＧとなり、金属ピンを用いた本願発明の実施例１のサンプルは、１８００サイクルでＮＧとなり、疲労寿命は約１．５倍向上した。
【実施例２】
【００４２】
次に、本発明の実施例２の電子部品実装装置の製造方法を説明する。
まず、上記の実施例１と同様に、図２（ａ）乃至図（ｄ）に示すように、例えば、４２ｍｍ×４２ｍｍのサイズの樹脂基板２０の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が０．７μｍで深さが０．４ｍｍの凹部２１を形成する。
【００４３】
次いで、全面に無電解めっきによりめっきシード層を形成したのちレジストフレームを設け、電解めっきにより厚さが、例えば、５μｍのＣｕめっき層を形成する。次いで、レジストフレームを除去したのちめっきシード層の露出部を除去することによって、樹脂基板２０の表面に直径が０．７ｍｍの接続電極２２を形成するとともに、凹部２１の内表面に接続電極２３を形成する。
【００４４】
次いで、凹部２１に対応する開口部を有するメタルマスク２４及びスキージ２５を用いてＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６を凹部２１の内部にのみに充填する。
次いで、リフローを行いＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６中の溶剤を飛ばすことによって、凹部２１内に低融点はんだ層２７を形成する。
【００４５】
次いで、図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示す工程までは上記の実施例１と全く同様に、例えば、直径が０．７ｍｍのパッド３１，３２を二次元的マトリクス状に設けた３５ｍｍ×３５ｍｍサイズのＢＧＡパッケージ３０を用意する。
次いで、接続電極２２に対応する位置に開口部を有するメタルマスク３３とスキージ３４とを用いてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだペーストを印刷してはんだペースト層３５を形成する。
【００４６】
次いで、ボール搭載用のメタルマスク３６を静置したのち、予め作製しておいたＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるはんだボール３７を中央部に搭載する。
【００４７】
次いで、図５（ａ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６をはずした後、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローにより、はんだボール３７とはんだペースト層３５とを一体化する。
【００４８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、金属ピン搭載用のパッド３２上に熱硬化性樹脂をベースとする導電性樹脂３８をディスペンスにより供給した後、メタルマスク３９を静置する。
【００４９】
次いで、図５（ｃ）に示すように、金属ピン５０を所定の位置に挿入し、押圧した状態で、例えば、１５０℃で２時間の熱処理を行うことにより導電性樹脂３８を硬化させて金属ピン５０の接合を行う。
この場合、金属ピン５０としては、直径が０．５ｍｍで長さが１ｍｍのステンレス母材に、Ｓｎ−Ａｇめっきを施したものを使用した。
【００５０】
次いで、図５（ｄ）に示すようにメタルマスク３９を取り外すことによって金属ピン５０を形成したＢＧＡパッケージ３０が完成する。
以降は、図１（ｂ）に示したのと同様に、金属ピン５０を形成したＢＧＡパッケージ３０を樹脂基板２０上の接続電極２２，２３との位置合わせを行い、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローによりＢＧＡパッケージ３０と樹脂基板２０との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
【００５１】
この時、金属ピンを設けずに全てはんだボールを用いて接合したリファレンスサンプルを作製し、−５０℃→１２５℃（保持時間３０分間）の温度サイクル試験を行った。その結果、リファレンスサンプルは、１２００サイクルでＮＧとなり、金属ピンを用いた本願発明の実施例２のサンプルは、１７００サイクルでＮＧとなり、疲労寿命は約１．４倍向上した。
【００５２】
この実施例２においては、金属ピンの母材として低熱伝導率で比熱の大きなステンレスを用いているので、接合時に保温効果が期待できる。
即ち、降温により低融点はんだの凝固は始まっても金属ピン５０の近傍の温度低下は周囲より遅いので、金属ピン５０の近傍の低融点はんだは凝固していない状態となっている。したがって、降温に伴って樹脂基板が反り始めても金属ピン５０は反りに応じて動いたのち、低融点はんだが凝固するので、金属ピン５０にかかる応力は大幅に緩和されることになる。
【実施例３】
【００５３】
次に、本発明の実施例３の電子部品実装装置の製造方法を説明する。
まず、上記の実施例１と同様に、図２（ａ）乃至図（ｄ）に示すように、例えば、４２ｍｍ×４２ｍｍのサイズの樹脂基板２０の実装面のハンダボールに本来対向する位置のコーナ部に例えば、直径が０．７μｍで深さが０．４ｍｍの凹部２１を形成する。
【００５４】
次いで、全面に無電解めっきによりめっきシード層を形成したのちレジストフレームを設け、電解めっきにより厚さが、例えば、５μｍのＣｕめっき層を形成する。次いで、レジストフレームを除去したのちめっきシード層の露出部を除去することによって、樹脂基板２０の表面に直径が０．７ｍｍの接続電極２２を形成するとともに、凹部２１の内表面に接続電極２３を形成する。
【００５５】
次いで、凹部２１に対応する開口部を有するメタルマスク２４及びスキージ２５を用いてＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６を凹部２１の内部にのみに充填する。
次いで、リフローを行いＳｎ−５８Ｂｉはんだペースト２６中の溶剤を飛ばすことによって、凹部２１内に低融点はんだ層２７を形成する。
【００５６】
次いで、図３（ａ）乃至図３（ｄ）に示す工程までは上記の実施例１と全く同様に、例えば、直径が０．７ｍｍのパッド３１，３２を二次元的マトリクス状に設けた３５ｍｍ×３５ｍｍサイズのＢＧＡパッケージ３０を用意する。
次いで、接続電極２２に対応する位置に開口部を有するメタルマスク３３とスキージ３４とを用いてＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだペーストを印刷してはんだペースト層３５を形成する。
【００５７】
次いで、ボール搭載用のメタルマスク３６を静置したのち、予め作製しておいたＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるはんだボール３７を中央部に搭載する。
【００５８】
次いで、図６（ａ）に示すように、ボール搭載用のメタルマスク３６をはずした後、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローにより、はんだボール３７とはんだペースト層３５とを一体化する。
【００５９】
次いで、図６（ｂ）に示すように、金属ピン搭載用のパッド３２上に熱硬化性樹脂をベースとする導電性樹脂３８をディスペンスにより供給した後、メタルマスク４２を静置する。
【００６０】
次いで、図６（ｃ）に示すように、金属ピン４０を所定の位置に挿入し、押圧した状態で、例えば、１５０℃で２時間の熱処理を行うことにより導電性樹脂３８を硬化させて金属ピン４０の接合を行う。
【００６１】
この場合の金属ピン４０は、直径が０．５ｍｍで長さが１ｍｍのＣｕ母材に、Ｎｉ／Ａｕめっきを施したものに、ポジ型感光性熱硬化性ポリイミドを塗布したのち、両端を例えば、０．３ｍｍ露光し、現像することによって、金属ピン４０の中央部にのみポリイミド膜４１を設けておく。
【００６２】
次いで、図６（ｄ）に示すようにメタルマスク４２を取り外すことによって金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０が完成する。
以降は、図１（ｂ）に示したのと同様に、金属ピン４０を形成したＢＧＡパッケージ３０を樹脂基板２０上の接続電極２２，２３との位置合わせを行い、例えば、２４５℃ＭＡＸのリフローによりＢＧＡパッケージ３０と樹脂基板２０との接合を行うことにより、電子部品実装装置が完成する。
【００６３】
この時、金属ピンを設けずに全てはんだボールを用いて接合したリファレンスサンプルを作製し、−５０℃→１２５℃（保持時間３０分間）の温度サイクル試験を行った。その結果、リファレンスサンプルは、１２００サイクルでＮＧとなり、金属ピンを用いた本願発明の実施例３のサンプルは、１９００サイクルでＮＧとなり、疲労寿命は約１．６倍向上した。
【００６４】
この実施例３においては、金属ピンの母材として高熱伝導率のＣｕを用いているが、金属ピンの中央部を低熱伝導率のポリイミド膜で覆っているので、接合時に保温効果が期待できる。
即ち、降温により低融点はんだの凝固は始まっても金属ピン４０の近傍の温度低下はポリイミド膜４１の保温効果により周囲より遅いので、金属ピン４０の近傍の低融点はんだは凝固していない状態となっている。したがって、降温に伴って樹脂基板が反り始めても金属ピン４０は反りに応じて動いたのち、低融点はんだが凝固するので、金属ピン４０にかかる応力は大幅に緩和されることになる。
【００６５】
上記の実施の形態及び実施例においては、金属ピンを電子信号の伝達、電源或いは接地との接続を行うものとして説明しているが、はんだボールのマトリクス配置にゆとりがあれば、ダミーピンとしても良い。
【００６６】
ここで、実施例１乃至実施例３を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板とを有し、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置。
（付記２） 前記金属ピンが、前記電子部品と前記回路基板との間の電気信号のやり取りを行う金属ピンである付記１記載の電子部品実装装置。
（付記３） 前記金属ピンが、前記接続電極より熱伝導率が低く且つ比熱が大きい材料を母材として用いた付記３記載の電子部品実装装置。
（付記４） 前記金属ピンの中央部が、前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆されている付記２または３に記載の電子部品実装装置。
（付記５） 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周のコーナ部において、各コーナ当たり１〜１２個のはんだボールを置き換えたものである付記１乃至４のいずれか１に記載の電子部品実装装置。
（付記６） 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周の全てのはんだボールを置き換えたものである付記１乃至４のいずれか１に記載の電子部品実装装置。
（付記７） 前記金属ピンが、前記マトリクス状に配置したはんだボールの最外周を含めて最外周部から６列全てのはんだボールを置き換えたものである付記１乃至４のいずれか１に記載の電子部品実装装置。
（付記８） 電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合する工程とを有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法。
（付記９） 前記電子部品を実装する前に、前記金属ピンの中央部を前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆する工程を有する付記９記載の電子部品実装装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態の説明図である。
【図２】本発明の実施例１の電子部品実装装置の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の電子部品実装装置の図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の電子部品実装装置の図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例２の電子部品実装装置の途中からの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例３の電子部品実装装置の途中からの製造工程の説明図である。
【図７】従来の半導体チップと樹脂基板との接合方法の説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 電子部品
２ パッド
３ 金属ピン
４ はんだボール
５ 導電性接着剤
６ コート層
１０ 樹脂基板
１１ 凹部
１２，１３ 接続電極
１４ 低融点はんだ
２０ 樹脂基板
２１ 凹部
２２，２３ 接続電極
２４ メタルマスク
２５ スキージ
２６ はんだペースト
２７ 低融点はんだ層
３０ ＢＧＡパッケージ
３１，３２ パッド
３３ メタルマスク
３４ スキージ
３５ はんだペースト層
３６ メタルマスク
３７ はんだボール
３８ 導電性樹脂
３９ メタルマスク
４０ 金属ピン
４１ ポリイミド膜
４２ メタルマスク
５０ 金属ピン
６０ 樹脂基板
６１ 接続電極
７０ 半導体チップ
７１ 電極
７２ はんだボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、
実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板と
を有し、
前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記金属ピンが、前記接続電極より熱伝導率が低く且つ比熱が大きい材料を母材として用いた請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項３】
前記金属ピンの中央部が、前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆されている請求項２に記載の電子部品実装装置。
【請求項４】
電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、
回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、
前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とを接合するとともに、前記金属ピンを前記凹部において低融点はんだと接合する工程と
を有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法。
【請求項５】
前記電子部品を実装する前に、前記金属ピンの中央部を前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆する工程を有する請求項４記載の電子部品実装装置の製造方法。
【請求項１】
接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換えた電子部品と、
実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に前記はんだボールの融点より低い低融点はんだが充填された凹部を設けた回路基板と
を有し、
前記はんだボールと前記接続電極とが接合するとともに、前記金属ピンが前記凹部において低融点はんだと接合することを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記金属ピンが、前記接続電極より熱伝導率が低く且つ比熱が大きい材料を母材として用いた請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項３】
前記金属ピンの中央部が、前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆されている請求項２に記載の電子部品実装装置。
【請求項４】
電子部品の接着面側にはんだボールをマトリクス状に設けるとともに、前記はんだボールの少なくとも最外周部の一部を前記はんだボールの高さより長い金属ピンで置き換える工程と、
回路基板の実装面側に前記はんだボールに対向する位置に接続電極を設けるとともに、前記金属ピンに対向する位置に凹部を設け、前記凹部を前記はんだボールの融点より低い低融点はんだで充填する工程と、
前記電子部品の接続面と前記回路基板の実装面とを対向させ熱処理を行うことによって、前記はんだボールと前記接続電極とを接合するとともに、前記金属ピンを前記凹部において低融点はんだと接合する工程と
を有することを特徴とする電子部品実装装置の製造方法。
【請求項５】
前記電子部品を実装する前に、前記金属ピンの中央部を前記金属ピンより熱伝導率が低く且つ比熱の大きい樹脂膜で被覆する工程を有する請求項４記載の電子部品実装装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２６００６８（Ｐ２００９−２６００６８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０７９７４（Ｐ２００８−１０７９７４）
【出願日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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