JP2008159878A - 高さ制御機能を備えたノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法において、基板のパッド電極にバンプを確実に接触させ、信頼性高くリフローはんだ付けできるようにする。
【解決手段】基板５２へ樹脂５４を先塗りし、その後に、バンプ付き半導体５０を基板５２へ搭載して、基板５２のパッド電極５３とバンプ５１とを接合するノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法において、リフロー治具１０の基台１１上面に基板５２を載置し、基板５２へフィラー５５が高充填されている樹脂５４を塗布し、基板５２の所定位置にバンプ付き半導体５０を搭載するとともに、半導体５０の上部に基板５２の製品外形寸法よりも大きい押さえ板２１を載置し、かつ、押さえ板２１の下面と基台１１上面との間にスペーサ１３を介装して押さえ板２１の押圧量を規制するとともに、基台１１上面に立設された位置決め用のガイドピン１５にて押さえ板２１の水平移動を規制する。
【選択図】図２

Description

本発明はノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法に関するものであり、特に、フィラーが高充填されている樹脂を基板へ先塗りして半導体を搭載したときに、基板のパッド電極にバンプを確実に接触させ、信頼性高くリフローはんだ付けできるようにした、高さ制御機能を備えたノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化が進み、省スペースおよび電気特性の向上などから、フリップチップ実装方法によって半導体を基板へ搭載することが多い。フリップチップ実装方法は、半導体チップの裏面に設けた端子電極にバンプと称される突起状電極を設け、基板に設けられているパッド電極に前記バンプを介して固定し導通させるものである。

前記バンプは、はんだ材などで形成されるが、接合面積が小さいため取付強度が不足することが多く、また、基板と半導体の熱膨張率の差異などから歪が発生し、機械的衝撃や熱衝撃により、前記バンプがパッド電極から離反するおそれがある。したがって、接合強度を高めるために、前記バンプを熱溶着で基板のパッド電極に接合させた後に、半導体と基板との隙間にエポキシ系の樹脂を流し込んで加熱硬化させるアンダーフィル処理がなされている。

しかし、上記アンダーフィル処理は、はんだ付けによる電極間の接続と、樹脂の硬化のそれぞれについて加熱処理が必要であり、加熱工程が多いのでコスト高となる。また、半導体と基板との隙間の側方から樹脂を流し込むため作業性が悪く、流し込むためのスペースも必要であり、電子機器の小型化の点では不利であった。

この不具合を解消するために、基板へ樹脂を先塗りしておき、その後に、バンプ付き半導体を基板へ押し付けることにより、先塗りした樹脂を押し広げてバンプとパッド電極とを接触させ、その状態のまま加熱することにより、電極間の接続と樹脂の硬化とを一回の加熱工程で行うノーフローアンダーフィルによる実装方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、アンダーフィル処理またはノーフローアンダーフィル処理に使用するエポキシ系の樹脂には、フィラーと称されるアルミナや酸化シリカなどの粉末を混入して樹脂の強度を高めてある。アンダーフィル処理においては、バンプをパッド電極に接合させた後に樹脂を流し込むので、フィラーが悪影響を与えることはない。

しかし、ノーフローアンダーフィル処理においては、図７に示すように、半導体５０の自重だけでバンプ５１を基板５２のパッド電極５３へ接触させるので、樹脂５４に混入されているフィラー５５がバンプ５１とパッド電極５３との間に挟み込まれて、バンプ５１とパッド電極５３とに間隙が生じることがある。ノーフローアンダーフィル処理では、電極間の接続と樹脂の硬化とを同一加熱工程で行うため、バンプ５１とパッド電極５３とに間隙があると、この間隙が樹脂５４で塞がれて電気的導通ができなくなる。

図８に示すように、重錘５６などで半導体５０を強制的に基板５２へ押圧すれば、フィラー５５が押し退けられて、あるいは、フィラー５５を巻き込みながら、バンプ５１とパッド電極５３との電気的導通が確保される。しかし、この状態でリフローはんだ付けを行うと、バンプ５１がパッド電極５３に熱溶着したのちも重錘５６の重みが作用し続けるため、バンプ５１が圧壊したり、あるいは、パッド電極５３からはみ出して電気的短絡を起こしたりするおそれがある。

ノーフローアンダーフィル処理において重錘を使用する構成としては、基板の上面に球状粒子を含有させた樹脂を塗布し、該球状粒子を基板のパッド電極間の領域に配置させ、半導体の上部に重錘を載置して、そのままリフローはんだ付けを行うようにした装置および方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−１２５７２４号公報 特開２００１−５３１０９号公報

特許文献１記載の発明は、基板へ樹脂を先塗りして、電極間の接続と樹脂の硬化とを一回の加熱工程で行うので、工程の簡素化によるコストダウンが図られる。しかし、図７に示すように、樹脂に混入されているフィラーが、バンプとパッド電極との間に挟み込まれて、電気的導通ができなくなるおそれがある。樹脂に混入されているフィラーを少なくするか、まったく混入させなければ、フィラーの挟み込みによる不具合を解消することができるが、樹脂の強度が低減してバンプが破壊するおそれがある。

特許文献２記載の発明は、重錘によってフィラーを押し退けて、あるいは、フィラーを巻き込んで、バンプとパッド電極との電気的導通を確保するとともに、樹脂の中に球状粒子を混入することにより、半導体と基板との間隙を所定の寸法に保持しようとするものである。しかし、必ずしも球状粒子が基板のパッド電極間の領域に正確に配置されるとは限らず、重錘が位置ずれを起こすおそれもある。

そこで、本発明は、ノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法において、フィラーが高充填されている樹脂を基板へ先塗りして半導体を搭載したときに、基板のパッド電極にバンプを確実に接触させ、信頼性高くリフローはんだ付けできるようにすることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、基板へ樹脂を先塗りし、その後に、バンプ付き半導体を前記基板へ搭載して、基板のパッド電極と前記バンプとを接合するノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法において、リフロー治具の基台上面に前記基板を載置し、該基板へフィラーが高充填されている樹脂を塗布し、該基板の所定位置に前記バンプ付き半導体を搭載するとともに、該半導体の上部に前記基板の製品外形寸法よりも大きい重錘を載置し、かつ、該重錘の下面と前記基台上面との間にスペーサを介装して重錘の押圧量を規制するとともに、前記基台上面に立設された位置決めガイドにて該重錘の水平移動を規制することを特徴とする高さ制御機能を備えたノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法を提供する。

この構成によれば、フィラーが高充填されている樹脂を基板へ先塗りして半導体を搭載したときに、半導体の上部に載置された重錘が半導体を強制的に基板へ押圧し、該重錘は位置決めガイドにより水平移動が規制されているので、バンプが位置ずれを起こすことなく正確にパッド電極へ押圧される。

この状態でリフローはんだ付けを行うと、たとえ、樹脂に混入されているフィラーがバンプとパッド電極との間に挟み込まれたとしても、前記重錘が半導体を強制的に基板へ押圧するので、該フィラーがバンプとパッド電極との間から押し退けられ、前記バンプが熱溶着によってパッド電極と確実に接合される。あるいは、挟み込まれたフィラーがバンプとパッド電極との間に巻き込まれながら上方から押圧され、前記バンプが熱溶着によってパッド電極と確実に接合される。そして、重錘の下面と基台上面との間にスペーサを介装してあるので、バンプが熱溶着されても重錘の押圧量がスペーサにて規制され、バンプが圧懐したり、あるいは、パッド電極からはみ出して電気的短絡を起こしたりすることはない。

本発明は、上述したように、樹脂に混入されているフィラーがバンプとパッド電極との間に挟みこまれたとしても、重錘で半導体を押圧することにより、フィラーが押し退けられ、あるいは、フィラーを巻き込みながら、バンプとパッド電極との間に隙間が発生するのを防止でき、リフローはんだ付けが行われてバンプとパッド電極との電気的導通を確保することができる。前記重錘は、位置決めガイドにより水平移動が規制されて、位置ずれを起こすことがなく、また、スペーサによって押圧量が規制されて、バンプが圧懐することを防止できる。

かくして、フィラーが高充填されている樹脂を使用して半導体を確実に実装することができ、ノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法における作業性ならびに信頼性の向上に寄与できる。

以下、本発明に係るノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法について、好適な実施例をあげて説明する。フィラーが高充填されている樹脂を基板へ先塗りして半導体を搭載したときに、基板のパッド電極にバンプを正しい姿勢で接触させ、確実にリフローはんだ付けできるようにするという目的を達成するために、本発明はリフロー治具の基台上面に前記基板を載置し、該基板へフィラーが高充填されている樹脂を塗布し、該基板の所定位置に前記バンプ付き半導体を搭載するとともに、該半導体の上部に前記基板の製品外形寸法よりも大きい重錘を載置し、かつ、該重錘の下面と前記基台上面との間にスペーサを介装して重錘の押圧量を規制するとともに、前記基台上面に立設された位置決めガイドにて該重錘の水平移動を規制することにより実現した。

図１は本発明の実装方法に使用されるリフロー治具１０の分解斜視図である。このリフロー治具１０は、基板５０を載置する基台１１と、該基台１１の上方に設けられて半導体５０を基板５２へ搭載する押さえ板２１とからなる。

前記基台１１の上面には、基板５２を正しい位置に固定するための固定ピン１２が立設され、該基板５２の両側にスペーサ１３を固定ピン１４にて固定するとともに、基板５２の周囲四方にガイドピン１５が立設されている。

前記押さえ板２１には、ガイドピン１５に対応する位置にガイド孔２２が設けられ、前記ガイドピン１５がガイド孔２２に遊嵌して、押さえ板２１を基台１１に対して上下動可能に位置決めするとともに、押さえ板２１の水平移動を規制する位置決めガイドとなっている。また、該押さえ板２１は重錘としても作用し、後述するように、半導体５０を基板５２へ強制的に押圧する。

次に、本発明に係るノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法について説明する。図２は前記リフロー治具１０の組立状態を模式的に誇張拡大した要部を示す説明図である。前記基台１１には所定位置に基板５２が固定され、パッド電極５３が設けられている基板５２の表面に、フィラー５５が高充填されているエポキシ系の樹脂５４が予め塗布されている。

樹脂５４を塗布した基板５２の上部には半導体５０が配置され、該半導体５０の裏面に設けたバンプ５１と基板５２のパッド電極５３が位置ずれなく、樹脂５４を介して上下に対峙している。そして、該半導体５０の上部に基板５２の製品外形寸法よりも大きい押さえ板２１を載置する。

該押さえ板２１は、半導体５０を基板５２へ強制的に押圧する重錘としても作用し、前記半導体５０のバンプ５１が先塗りされている樹脂５４を押し広げて、図３に示すように、バンプ５１とパッド電極５３が接触する。その状態のまま、リフローはんだ処理にて加熱すれば、図４に示すように、バンプ５１が熱溶着して基板５２のパッド電極５３に接合するとともに、樹脂５４が硬化してバンプ５１およびパッド電極５３の周囲を保護する。

前記押さえ板２１の下面と基台１１の上面との間にスペーサ１３が設けられており、押さえ板２１が該スペーサ１３に当接すると押さえ板２１の下降が停止するので、バンプ５１がパッド電極５３に熱溶着したのちも重錘５６の重みが作用し続けることがない。このように、押さえ板２１の押圧量がスペーサ１３によって規制されるので、バンプ５１が圧懐したり、あるいは、パッド電極５３からはみ出して電気的短絡を起こしたりすることを防止できる。

また、図５に示すように、樹脂５４に混入されているフィラー５５がバンプ５１とパッド電極５３との間に挟み込まれた場合であっても、前記押さえ板２１が半導体５０を強制的に基板５２へ押圧するので、フィラー５５がバンプ５１とパッド電極５３との間から押し退けられ、図３に示したように、前記バンプ５１が熱溶着によってパッド電極５３と確実に接合される。

あるいは、図６に示すように、挟み込まれたフィラー５５がバンプ５１とパッド電極５３との間に巻き込まれながら上方から押圧され、前記バンプ５１が熱溶着によってパッド電極５３へ確実に接合される。この場合も、押さえ板２１の押圧量がスペーサ１３によって規制されるので、バンプ５１が圧懐したり、あるいは、パッド電極５３からはみ出して電気的短絡を起こしたりすることがない。

かくして、フィラー５５が高充填されている樹脂５４を使用して半導体５０を確実に実装することができ、ノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法における作業性ならびに信頼性の向上に寄与できる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の実装方法に使用されるリフロー治具の分解斜視図。 図１のリフロー治具の組立状態を模式的に示す説明図。 図２のリフロー治具の動作過程を示す説明図。 図２のリフロー治具の最終過程を示す説明図。 図２のリフロー治具の他の動作過程を示す説明図。 図５のリフロー治具の最終過程を示す説明図。 従来のノーフローアンダーフィル処理の不具合を模式的に示す説明図。 図７に示す不具合を重錘により解消する一例を模式的に示す説明図。

符号の説明

１０ リフロー治具
１１ 基台
１３ スペーサ
１５ ガイドピン
２１ 押さえ板（重錘）
２２ ガイド孔
５０ 半導体
５１ バンプ
５２ 基板
５３ パッド電極
５４ 樹脂
５５ フィラー

Claims (1)

1. 基板へ樹脂を先塗りし、その後に、バンプ付き半導体を前記基板へ搭載して、基板のパッド電極と前記バンプとを接合するノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法において、
   リフロー治具の基台上面に前記基板を載置し、該基板へフィラーが高充填されている樹脂を塗布し、該基板の所定位置に前記バンプ付き半導体を搭載するとともに、該半導体の上部に前記基板の製品外形寸法よりも大きい重錘を載置し、かつ、該重錘の下面と前記基台上面との間にスペーサを介装して重錘の押圧量を規制するとともに、前記基台上面に立設された位置決めガイドにて該重錘の水平移動を規制することを特徴とする高さ制御機能を備えたノーフローアンダーフィルによるフリップチップ実装方法。

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