(57)【要約】【課題】  パッケージ化された半導体装置２を回路基板８上に実装するときに、鼓型状の接合用はんだ６を容易に形成することができる実装方法を提供すること。【解決手段】  本方法は、第１配置工程と第２配置工程と載置工程と加熱工程と冷却工程を備えている。第１配置工程では、半導体装置２の実装面２ａの中央部に環状のはんだ４を配置する。第２配置工程では、半導体装置２の実装面２ａの外周部にはんだ６を配置する。載置工程では、第１及び第２配置工程により配置したはんだ４，６を介して回路基板８上に半導体装置８を配置する。加熱工程では、はんだ４，６を加熱して溶融する。冷却工程では、はんだ４，６を冷却して固化する。加熱工程において、はんだが溶融した状態では、環状に配置したはんだ４と半導体装置と回路基板によって密閉された空間が形成される。【選択図】  図４
2010098044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上にパッケージ化された半導体装置を実装する方法であり、
半導体装置の実装面と回路基板の実装面のうち少なくとも一方の面の中央部にはんだを環状に配置する第１配置工程と、
半導体装置の実装面と回路基板の実装面のうち少なくとも一方の面の外周部にはんだを配置する第２配置工程と、
第１及び第２配置工程により配置したはんだを介して回路基板上に半導体装置を載置する載置工程と、
その載置工程の後に、前記はんだを加熱して溶融する加熱工程と、
その加熱工程の後に、溶融したはんだを冷却して固化する冷却工程を備えており、
前記加熱工程において、はんだが溶融した状態では、環状に配置したはんだと半導体装置と回路基板によって密閉された空間が形成されることを特徴とする半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の実装方法に関する。特に、回路基板上にパッケージ化された半導体装置を実装する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
封止樹脂等によってパッケージ化された半導体装置を回路基板上に実装する方法では、マスクを用いた印刷法などによって実装面にはんだを配置する。次に、配置したはんだを介して回路基板上に半導体装置を載置する。次に、はんだを加熱して溶融する。次に、溶融したはんだを冷却して固化することによって、半導体装置と回路基板の間を接合する。
この種の半導体装置を製造する方法の従来例としては、特許文献１，２のものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６５３２４号公報
【特許文献２】特開２０００−２５２３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置と回路基板の間を接合するはんだ（以下、接合用はんだと記載する）は、溶融したときに中央部が膨らんだ樽形状となって固化する。樽形状に固化した接合用はんだは、半導体装置との接触部分および回路基板との接触部分で、その断面積が最小となる。このため、半導体装置がヒートサイクルに晒されると、半導体装置と接合用はんだの接触面及び回路基板と接合用はんだの接触面に亀裂が発生し、その亀裂が伸展する。これによって、接合用はんだの接合不良および界面剥離などの問題が生じる。
【０００５】
接合用はんだの形状をその両端部が膨らんだ鼓型状にすることで、半導体装置と接合用はんだの接触面及び回路基板と接合用はんだの接触面においてその断面積が最大となり、上記の問題を解決できることが知られている。接合用はんだを鼓型状に形成することで、回路基板上に実装された半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０００６】
接合用はんだを鼓型状に形成するためには、接合用はんだを加熱して溶融させながら（リフローしながら）半導体装置を上方に引き上げることが必要となる。半導体装置を上方に引き上げることによって、溶融状態の接合用はんだが上方に引き伸ばされて鼓型状となる。半導体装置を上方に引き上げた状態を維持しながら接合用はんだを冷却して固化することによって、接合用はんだを鼓型状に固化することができる。
【０００７】
接合用はんだをリフローするときに半導体装置を上方に引き上げる方法として、例えば、専用の装置を用いて半導体装置を上方に引き上げる方法、半導体装置と回路基板の間に半導体装置を押し上げるための支柱となる部材を形成する方法などが挙げられる。しかしながら、いずれの方法においても、半導体装置を上方に引き上げるための構造を追加することが必要であり、製造コストの観点から望ましくない。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するために提案されたものである。本発明の実装方法では、はんだを所定の位置及び形状に配置することによって、専用の装置や支柱となる部材を用いることなく、鼓型状のはんだを形成する。本発明は、半導体装置を回路基板上に実装するときに、鼓型状のはんだを容易に形成することができる半導体装置の実装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】
【０００９】
本発明は、回路基板上にパッケージ化された半導体装置を実装する方法に関する。
本方法は、第１配置工程と第２配置工程と載置工程と加熱工程と冷却工程を備えている。第１配置工程では、半導体装置の実装面と回路基板の実装面のうち少なくとも一方の面の中央部にはんだを環状に配置する。第２配置工程では、半導体装置の実装面と回路基板の実装面のうち少なくとも一方の面の外周部にはんだを配置する。載置工程では、第１及び第２配置工程の後に、第１及び第２配置工程により配置したはんだを介して回路基板上に半導体装置を載置する。加熱工程では、積載工程の後に、はんだを加熱して溶融する。冷却工程では、加熱工程の後に、溶融したはんだを冷却して固化する。
本方法では、加熱工程において、はんだが溶融した状態では、環状に配置したはんだと半導体装置と回路基板によって密閉された空間が形成される。
【００１０】
本方法によると、はんだが溶融した状態で、実装面の中央部に半導体装置と回路基板とはんだによって密閉された密閉空間が形成される。加熱工程では、密閉空間内の空気が加熱されて膨張し、半導体装置が上方に押し上げられる。これによって、外周部に配置したはんだが上方に引き伸ばされて鼓型状となる。冷却工程では、外周部のはんだが中央部のはんだよりも早く冷却されるため、外周部のはんだが上方に引き伸ばされた状態で冷却されて固化し、鼓型状のはんだが形成される。本方法では、熱応力が大きく、信頼性が要求される外周部のはんだを鼓型状とすることができる。また、鼓型状のはんだを形成するために、半導体装置を上方に引き上げるための構造を追加する必要がない。はんだを所定の位置及び形状に配置するだけで、鼓型状のはんだを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、パッケージ化された半導体装置を回路基板上に実装するときに、鼓型状のはんだを容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）半導体装置の実装面および回路基板の実装面のうち、はんだを配置する位置にのみランドを形成する。
（第２特徴）半導体装置の実装面および回路基板の実装面のうち、ランドを形成しない位置に、封止樹脂又はソルダレジストを形成する。
（第３特徴）実装面の中央部にビアホールを形成しない。
（第４特徴）環状にはんだを配置する位置に対応するマスクの部分の一部に、実装面と対向する面に向けて開口している凹部を形成する。
（第５特徴）実装面の中央部に配置するはんだの熱容量は、外周部の各々の箇所に配置するはんだの熱容量よりも大きい。
（第６特徴）外周部のはんだは、半導体装置の周縁に沿って複数箇所に配置する。
【実施例】
【００１３】
（第１実施例）
図１〜図４に本発明の第１実施例である回路基板８上にパッケージ化された半導体装置２を実装する方法を示す。
図１は、半導体装置２の実装面２ａの上面図である。まず、図１に示すように、半導体装置２の実装面２ａの中央部に、マスクを用いた印刷法によって環状にはんだ４を配置する（第１配置工程）。ここで、実装面２ａの中央部とは、実装面２ａの外周部を除く範囲をいう。実装面２ａの中央部のはんだ４を配置する位置にはランド（はんだを配置する位置に形成する銅箔）（図示しない）が形成されている。なお、本実施例では、半導体装置２の実装面２ａの中央部にはんだ４を配置しているが、回路基板８の実装面８ａ（図３参照）の中央部にはんだ４を配置してもよい。また、半導体装置２の実装面２の中央部ａと回路基板８の実装面８ａの中央部の両者にはんだ４を配置してもよい。
【００１４】
次に、図２に示すように、半導体装置２の実装面２ａの外周部に、マスクを用いた印刷法によって複数のはんだ６を配置する（第２配置工程）。実装面２ａの外周部のはんだ６を配置する位置にはランド（図示しない）が形成されている。なお、本実施例では、半導体装置２の実装面２ａの外周部にはんだ６を配置しているが、回路基板８の実装面８ａ（図３参照）の外周部にはんだ６を配置してもよい。また、半導体装置２の実装面２の外周部ａと回路基板８の実装面８ａの外周部の両者にはんだ６を配置してもよい。なお、第１配置工程及び第２配置工程を行う順序は限定されない。また、第１配置工程と第２配置工程を同時に行ってもよい。
【００１５】
図３は、図２に示すIII−III断面の断面図である。次に、図３に示すように、半導体装置２の実装面２ａに配置したはんだ４，６を介して回路基板８上に半導体装置２を載置する（載置工程）。参照符号１０ａ，１０ｂは、半導体装置２の実装面２ａに形成されているランドを示す。参照符号１２ａ，１２ｂは、回路基板８の実装面８ａ上に形成されているランドを示す。載置工程では、はんだ４，６が回路基板８の実装面８ａに形成されているランド１２ａ、１２ｂに位置するように位置決めをして、回路基板８上に半導体装置２を載置する。半導体装置２は、ランド１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂとはんだ４，６を介して回路基板８上に載置される。回路基板８上に半導体装置８を載置すると、半導体装置２と回路基板８の間に、環状に配置したはんだ４と半導体装置２と回路基板８によって密閉された密閉空間１４が形成される。
【００１６】
次に、図４に示すように、はんだ４，６をリフローして溶融させる（加熱工程）。はんだ４，６をリフローすることによって、密閉空間１４内の空気が加熱されて膨張し、半導体装置２が上方に押し上げられる。これによって、はんだ４，６が上方に引き伸ばされて外周部に配置したはんだ６が鼓型状となる。環状に配置したはんだ４は、密閉空間１４内の空気の膨張による影響を受けて、図４に示すように、密閉空間１４の外側に向かって膨らんだ形状となる。一方、実装面２ａの外周部に配置したはんだ６は、密閉空間１４内の空気の膨張による影響を受けることがない。次に、はんだ４，６を冷却して固化する（冷却工程）。このとき、実装面２ａの中央部に配置したはんだ４の冷却速度が外周部に配置したはんだ６の冷却速度よりも遅いため、外周部のはんだ６が早く冷却固化する。このため、実装面２ａの外周部に配置したはんだ６が鼓型状に維持された状態（半導体装置２が上方に押し上げられた状態）で固化する。以上の工程によって、実装面２ａの外周部に配置したはんだ６を鼓型状に形成することができる。
【００１７】
本実施例の実装方法によると、はんだ４，６を所定の位置及び形状に配置するだけで、鼓型状のはんだを容易に形成することができる。実装面２ａの中央部に配置したはんだ４よりも外周部に配置したはんだ６が早く冷却固化するため、熱応力が大きく、信頼性が要求される外周部のはんだ６を鼓型状とすることができる。これによって、回路基板８上に配置された半導体装置２の信頼性を高めることができる。また、半導体装置を上方に引き上げるための構造を追加する必要がないため、製造コストを低減することができる。
【００１８】
本実施例の実装方法では、半導体装置２の実装面２ａおよび回路基板８の実装面８ａのうち、はんだ４，６を配置する位置にのみランド１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを形成することが好ましい。図５に、ランド１０ａ，１０ｂが形成された半導体装置２の実装面２ａの上面図を示す。図６に、ランド１２ａ，１２ｂが形成された回路基板８の実装面８ａの上面図を示す。ランド１０ａ，１２ａは、環状にはんだ４を配置する位置に形成されている。ランド１０ｂ，１２ｂは、実装面２ａの外周部にはんだ６を配置する位置に形成されている。はんだ４，６を配置しない位置にまでランド１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されていると、はんだ４，６を配置しない位置にまではんだ４，６が漏れ広がることがある。この場合、実装面２ａの中央部にはんだ４を環状に配置できないことがある。また、実装面２ａの外周部に配置したはんだ６が環状に配置したはんだ４と繋がってしまうことがある。図５，６に示すように、はんだ４，６を配置する位置にのみランド１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを形成することによって、はんだ４，６が意図しない位置にまで漏れ広がることを防止することができる。
【００１９】
本実施例の実装方法では、半導体装置２の実装面２ａおよび回路基板８の実装面８ａのうち、ランド１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを形成しない位置に、封止樹脂又はソルダレジストが形成されていることが好ましい。封止樹脂及びソルダレジストははんだをはじくため、はんだ４，６が意図しない位置にまで漏れ広がることを防止することができる。
【００２０】
本実施例の実装方法では、実装面２ａの中央部にビアホールを形成しないことが好ましい。実装面２ａの中央部にビアホールが形成されていると、環状に配置したはんだ４と半導体装置２と回路基板８によって形成される密閉空間１４が完全に密閉されず、はんだ４，６を加熱したときに、半導体装置２を上方に押し上げるに至るまで密閉空間１４内の空気が十分に膨張しないおそれがあるためである。
【００２１】
本実施例の実装方法では、環状にはんだ４を配置する位置に対応するマスク１６の部分の一部に、実装面２ａと対向する面に向けて開口している凹部１８を形成することが好ましい（図７，８参照）。マスク１６のうち、はんだ４，６を配置する位置に対応する部分には、開孔を形成する必要がある。このため、環状にはんだ４を配置する位置に対応するマスク１６の部分には、環状の開孔を形成する必要がある。しかしながら、環状の開孔を形成すると、開孔の内側に位置するマスク１６の部分が開孔の外側に位置するマスク１６の部分から離反してしまうため、環状の開孔を形成することができない。
【００２２】
図７に、マスク１６の上面図を示す。図７に示すように、マスク１６には、環状にはんだ４を配置する位置に対応する部分に、第１の開孔群１８ａが形成されている。第１の開孔群１８ａは開孔の一部が不連続となった環状である。環状にはんだ４を配置する位置に対応する部分の一部には、開孔が形成されていない。実装面２ａの外周部にはんだ６を配置する位置に対応する部分には、第２の開孔群１８ｂが形成されている。
【００２３】
図８に、図７のVIII−VIII断面の断面図を示す。図８は、環状にはんだ４を配置する位置に対応する部分のうち、開孔群１８ａが形成されていない部分の断面図である。図８に示すように、開孔群１８ａが形成されていない部分には、環状にはんだ４を配置するときに、実装面２ａと対向する面１６ａに向けて開口している凹部１８が形成されている。これによって、マスク１６の面１６ａを半導体装置８の実装面８ａに対向させて、実装面２ａの中央部に環状にはんだ４を配置するときに、はんだ４の一部が実装面８ａと凹部１８の間に形成される空間内に流れ込む。このため、マスク１６の面１６ａに環状の開孔を形成しなくとも、実装面８ａの中央部に環状にはんだ４を配置することができる。
【００２４】
本実施例の実装方法では、実装面２ａの中央部に配置するはんだ４の熱容量は、外周部の各々の箇所に配置するはんだ６の熱容量よりも大きいことが好ましい。この場合、実装面２ａの中央部に配置したはんだ４の冷却速度を外周部に配置したはんだ６の冷却速度よりも確実に遅くすることができる。このため、より確実に外周部のはんだ６を鼓型状に形成することができる。
【００２５】
本実施例の実装方法では、外周部のはんだ６を、半導体装置２の周縁に沿って複数箇所に配置することが好ましい。外周部に配置したはんだ６を介して回路基板８上に半導体装置２をより確実に接合することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施例である半導体装置２を実装する工程（１）を示す。
【図２】半導体装置２を実装する工程（２）を示す。
【図３】半導体装置２を実装する工程（３）を示す。
【図４】半導体装置２を実装する工程（４）を示す。
【図５】半導体装置２の実装面を示す。
【図６】回路基板８の実装面を示す。
【図７】マスク１６の上面図を示す。
【図８】マスク１６の断面図を示す。
【符号の説明】
【００２８】
２：（パッケージ化された）半導体装置
２ａ：半導体装置２の実装面
４、６：はんだ
８：回路基板
８ａ：回路基板８の実装面
１０ａ、１２ａ：（中央部のはんだを配置する位置に形成された）ランド
１０ｂ、１２ｂ：（外周部のはんだを配置する位置に形成された）ランド
１４：密閉空間
１６：マスク
１６ａ：はんだを配置する面と対向する面
１８：凹部
【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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