(57)【要約】【課題】リペア性が良好であるとともに、積層パッケージと回路基板との接続の耐衝撃性を向上させることができる積層パッケージ構造体を提供する。【解決手段】積層パッケージ構造体は、基板と、ボトムパッケージと、トップパッケージと、を具備する。ボトムパッケージは、第１半導体素子と、複数の端子電極と、第１半導体素子を封止するとともに、複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備する。トップパッケージは、第２半導体素子と、複数の端子電極に対応して、複数のビアホールに収容されるように設けられた複数の第１バンプと、を具備する。ビアホール内において、端子電極と、第１バンプとが、第１金属接合部材により接続されており、第１金属接合部材の少なくとも一部が、ビアホール内に充填された第１樹脂補強部により被覆されている。第１金属接合部材の融点は、第１バンプの融点よりも低い。【選択図】図１
2014033083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボトムパッケージ搭載領域を有する基板と、
前記ボトムパッケージ搭載領域に搭載されるとともにトップパッケージ搭載領域を有するボトムパッケージと、
前記トップパッケージ搭載領域に搭載されたトップパッケージと、を具備し、
前記ボトムパッケージは、
前記基板と前記トップパッケージとの間に配置された第１半導体素子と、
前記第１半導体素子を囲うように配列された複数の端子電極と、
前記第１半導体素子を封止するとともに、前記複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備し、
前記トップパッケージは、
第２半導体素子と、
前記複数の端子電極に対応して、前記複数のビアホールに収容されるように設けられた複数の第１バンプと、を具備し、
前記ビアホール内において、前記端子電極と、前記第１バンプとが、第１金属接合部材により接続されており、
前記第１金属接合部材の少なくとも一部が、前記ビアホール内に充填された第１樹脂補強部により被覆されており、
前記第１金属接合部材の融点は、前記第１バンプの融点よりも低い、積層パッケージ構造体。
【請求項２】
前記基板が、前記ボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極を有し、
前記ボトムパッケージが、前記複数の基板電極に対応して設けられた複数の第２バンプを有し、
前記基板電極と、前記第２バンプとが、接合されている、請求項１記載の積層パッケージ構造体。
【請求項３】
前記基板と前記ボトムパッケージとの間にアンダーフィル材が充填されており、
前記接合された前記基板電極および前記第２バンプが、少なくとも部分的に、前記アンダーフィル材料により被覆されている、請求項２記載の積層パッケージ構造体。
【請求項４】
前記基板が、前記ボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極を有し、
前記ボトムパッケージが、前記複数の基板電極に対応して設けられた複数の第２バンプを有し、
前記基板電極と、前記第２バンプとが、第２金属接合部材により接続されており、
前記第２金属接合部材の少なくとも一部が、第２樹脂補強部により被覆されており、
前記第２金属接合部材の融点は、前記第２バンプの融点よりも低い、請求項１記載の積層パッケージ構造体。
【請求項５】
前記基板の前記ボトムパッケージ搭載領域の周縁部と、前記ボトムパッケージの周縁部とが、第３樹脂補強部により接合されている、請求項２記載の積層パッケージ構造体。
【請求項６】
前記基板の前記ボトムパッケージ搭載領域の周縁部と、前記ボトムパッケージの周縁部とが、第３樹脂補強部により接合されている、請求項４記載の積層パッケージ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層パッケージを回路基板に実装して形成される積層パッケージ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末）等のモバイル機器の小型化、高機能化が進んでおり、これに対応するために、ＢＧＡ (Ball grid array：ボール・グリッド・アレイ）やＣＳＰ (Chip Size Package：チップ・サイズ・パッケージ)などの表面実装形の電子部品パッケージが多く用いられている。特に、ＢＧＡは、高密度に多数の電極を設けることができる上、ＱＦＰ（Quad Flat Package：クワッド・フラット・パッケージ）のように周囲にリードが張り出さないので、実装面積を縮小できる点で有利である。
【０００３】
その反面、ＢＧＡは、ＱＦＰのようなリードがないことから、衝撃を緩和することができない。このため、落下衝撃などの機械的負荷にさらされやすいモバイル機器にＢＧＡを使用する場合には、はんだ接合部の耐衝撃信頼性を確保することが重要である。
【０００４】
上記の課題に対して、例えばＢＧＡと電子回路基板とをはんだで接続する際には、はんだ付けをした後にＢＧＡと電子回路基板との隙間にアンダーフィル材のような樹脂補強材を充填し、これを固化することで、はんだ接合部の耐衝撃信頼性を高めることが行われている。従来から使用されているアンダーフィル材としては、主に加熱硬化型のエポキシ樹脂が使用されている（特許文献１、２、３参照）。
【０００５】
ところで、近年、様々な電子機器に、電子部品パッケージ（サブパッケージ）と電子部品パッケージ（サブパッケージ）とを積層して形成される積層パッケージが使用されることが多くなっている。積層パッケージにおいては、上層のサブパッケージであるトップパッケージの端子の数が下層のサブパッケージであるボトムパッケージよりも少ない。このため、トップパッケージとボトムパッケージとの間の接合強度は小さくなる。したがって、トップパッケージとボトムパッケージとの接合を補強する必要性は大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０１９０６号公報
【特許文献２】特開平１０−１５８３６６号公報
【特許文献３】特開平１０−２０４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えばアンダーフィル材を使用して補強できるのは、主に、ボトムパッケージと回路基板との接続だけであり、アンダーフィル材によりトップパッケージとボトムパッケージとの接続を補強することは困難である。
【０００８】
また、パッケージのコーナーを接着剤で回路基板に接着する補強方法も従来行われている。しかしながら、そのような補強方法においても、積層パッケージの場合には、回路基板の表面からの距離が大きいトップパッケージを接着剤で回路基板に有効に固定することは困難な場合が多い。
【０００９】
このため、トップパッケージとボトムパッケージとのはんだ接合部を樹脂で補強することも行われる。しかしながら、その場合には、リペアを行うときに、パッケージを加熱して、樹脂補強部を軟化させるとともに、はんだ接合部を再溶融する必要がある。なお、この場合のリペアとは、ボトムパッケージに搭載されたトップパッケージに不良があったり、トップパッケージとボトムパッケージとの間に接続不良があったりする場合に、一旦ボトムパッケージに搭載したトップパッケージをボトムパッケージから取り外し、そのボトムパッケージに同一の、または別のトップパッケージを再接続することを言う。
【００１０】
ところが、リペアの際に、はんだ接合部を溶融すると、トップパッケージに元々設けてあった、はんだバンプは破壊されてしまう。その結果、トップパッケージに他に不具合がなくとも、バンプの再形成等の処置を行わないと、トップパッケージの再使用はできなくなる。そして、そのような処置はコスト的に引き合わないことも多いので、結局、そのトップパッケージを廃棄することもあり得る。これにより製造コストが増大する。
【００１１】
一方、ボトムパッケージ側には、破壊されたはんだ接合部の片割れが残り、溶融はんだと樹脂補強材の残渣とが混合した状態で電極等に付着する場合がある。すなわち、ボトムパッケージの電極およびその周囲をクリーンな状態に保ったままで、トップパッケージをボトムパッケージから分離することは困難である。その結果、ボトムパッケージも廃棄する必要性が生じ、製造コストはさらに増大する。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、リペア性が良好であるとともに、積層パッケージと回路基板との接続の耐衝撃性を向上させることができる積層パッケージ構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ボトムパッケージ搭載領域を有する基板と、
前記ボトムパッケージ搭載領域に搭載されるとともにトップパッケージ搭載領域を有するボトムパッケージと、
前記トップパッケージ搭載領域に搭載されたトップパッケージと、を具備し、
前記ボトムパッケージは、
前記基板と前記トップパッケージとの間に配置された第１半導体素子と、
前記第１半導体素子を囲うように配列する複数の端子電極と、
前記第１半導体素子を封止するとともに、前記複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材と、を具備し、
前記トップパッケージは、
第２半導体素子と、
前記複数の端子電極に対応して、前記複数のビアホールに収容されるように設けられた複数の第１バンプと、を具備し、
前記ビアホール内において、前記端子電極と、前記第１バンプとが、第１金属接合部材により接続されており、
前記第１金属接合部材の少なくとも一部が、前記ビアホール内に充填された第１樹脂補強部により被覆されており、
前記第１金属接合部材の融点は、前記第１バンプの融点よりも低い、積層パッケージ構造体を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層パッケージ構造体において、トップパッケージとボトムパッケージとを接合する第１金属接合部材の少なくとも一部が、第１樹脂補強部により覆われて補強される。これにより、第１金属接合部材によるトップパッケージとボトムパッケージとの接合が補強されるので、比較的に端子数が少ないトップパッケージと、ボトムパッケージとの間の接合強度をトータルで高めて、耐衝撃性を向上させることができる。
【００１５】
さらに、第１金属接合部材の融点が、第１バンプの融点よりも低いことから、第１金属接合部材だけを溶融させて、トップパッケージとボトムパッケージとを接合することも可能となる。そして、リペアの際には、第１金属接合部材だけを溶融して両者の接合状態を解除することができ、第１バンプの形状を維持したまま、トップパッケージをボトムパッケージから分離することができる。このため、トップパッケージに他に不具合がない場合には、そのトップパッケージをそのまま再利用することができる。また、その場合には、ボトムパッケージ側に残留する接合材料（例えばはんだ材料）は、第１金属接合部材だけであり量が少ないので、ボトムパッケージの再利用も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
【図２】積層パッケージの断面図である。
【図３】トップパッケージの底面図である。
【図４】トップパッケージのボトムパッケージへの接合の手順を示す説明図であり、トップパッケージをボトムパッケージに搭載する直前の状態を示す図である。
【図５】トップパッケージのボトムパッケージへの接合の手順を示す説明図であり、トップパッケージをボトムパッケージに搭載した直後の状態を示す図である。
【図６】トップパッケージのボトムパッケージへの接合の手順を示す説明図であり、接合が完了した状態を示す図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体を製造する製造ラインの一例のブロック図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体を製造する製造ラインの他の一例のブロック図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体を製造する製造ラインのさらに他の一例のブロック図である。
【００１７】
【図８】同上の製造ラインでコンベアに基板が載せられた状態を示す正面図である。
【図９】同上の製造ラインでコンベアに基板が載せられた状態を示す上面図である。の一例のブロック図である。
【図１０】転写ユニットの一例を示す上面図である。
【図１１】転写ユニットの動作を説明する説明図であり、混合ペーストの塗膜を形成する手順を示す図である。
【図１２】転写ユニットの動作を説明する説明図であり、混合ペーストの塗膜をバンプに転写する手順を示す図である。
【図１３Ａ】ボトムパッケージを回路基板に搭載する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３Ｂ】トップパッケージをボトムパッケージに搭載する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３Ｃ】ボトムパッケージを回路基板に搭載する手順の他の一例を示すフローチャートである。
【図１３Ｄ】トップパッケージをボトムパッケージに搭載する手順の他の一例を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】トップパッケージ搭載ユニットの制御系統を示すブロック図である。
【図１４Ｂ】前処理ユニットの制御系統を示すブロック図である。
【００１８】
【図１５】本発明の他の実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
【図１８】第３樹脂補強部の配置パターンを模式的に例示する、積層パッケージの上面図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、ボトムパッケージ搭載領域を有する基板と、ボトムパッケージ搭載領域に搭載されるとともにトップパッケージ搭載領域を有するボトムパッケージと、トップパッケージ搭載領域に搭載されたトップパッケージと、を具備する積層パッケージ構造体に関する。
【００２０】
ボトムパッケージは、基板とトップパッケージとの間に配置された第１半導体素子と、第１半導体素子を囲うように配列された複数の端子電極と、第１半導体素子を封止するとともに、複数の端子電極に対応する複数のビアホールを有する絶縁部材とを含む。ボトムパッケージには、さらに、第１半導体素子が搭載されるサブストレート（第１サブストレート）を含ませることができる。その場合には、トップパッケージ搭載領域は、第１サブストレートの第１半導体素子の搭載面（以下、素子搭載面という）にあり、複数の端子電極は、その素子搭載面で第１半導体素子を囲むように設けることができる。
【００２１】
絶縁部材は、板状、あるいはシート状とすることができる。その場合には、複数のビアホールは、第１サブストレートの素子搭載面を全て覆うように絶縁部材を板状に成形した後で、例えばレーザ加工により、絶縁部材の端子電極と対応する位置にそれぞれ貫通孔を形成することで、設けることができる。
【００２２】
トップパッケージは、第２半導体素子と、上記の複数の端子電極に対応して、上記の複数のビアホールに収容されるように設けられた複数の第１バンプと、を含む。トップパッケージにも、さらに、第２半導体素子が搭載されるサブストレート（第２サブストレート）を含ませることができる。その場合には、複数の第１バンプは、第２サブストレートの第２半導体素子が搭載された面（以下、素子搭載面という）とは反対側の面に設けることができる。
【００２３】
ビアホール内においては、ボトムパッケージの端子電極と、トップパッケージの第１バンプとが、第１金属接合部材により接合される。第１金属接合部材の少なくとも一部は、ビアホール内に充填された第１樹脂補強部により被覆される。このように、第１金属接合部材の少なくとも一部が、ビアホール内に充填された第１樹脂補強部により被覆されることで、第１金属接合部材による接合が効果的に補強される。
【００２４】
つまり、ビアホールの内部のような限られた空間で第１樹脂補強部により第１金属接合部材を覆うことで、より効果的に、全ての第１金属接合部材を確実に第１樹脂補強部により補強することができる。よって、トップパッケージとボトムパッケージのトータルの接合強度が、設計段階での所望強度を下回るのを避けることができ、所望の耐衝撃性を実現することが容易となる。これにより、積層パッケージ構造体の耐衝撃性を向上させることが容易となる。
【００２５】
そして、それぞれの第１樹脂補強部が、隣接する第１樹脂補強部と接触しないように互いに離間して配置されているために、第１樹脂補強部に生じた微細なクラックを通して、再溶融された接合材料が毛管現象により流れ出すような場合が生じても、隣接する電極間の短絡を確実に防止することができる。
【００２６】
さらに、本発明においては、第１金属接合部材の融点が、第１バンプの融点よりも、例えばΔＴだけ、低くされている。これにより、例えば第１バンプを溶融させることなく、第１金属接合部材だけを溶融させて、複数の端子電極と、複数の第１バンプとをそれぞれ接続することが可能となる。その結果、第１バンプが溶融されることなく、原形を留めたままの状態で、トップパッケージとボトムパッケージとを接合することができる。したがって、リペアの必要性が生じた場合には、第１金属接合部材だけを再溶融させることで、第１バンプの原形を留めたままで、トップパッケージをボトムパッケージから取り外すことも可能となる。
【００２７】
その結果、トップパッケージの機能に特に不具合がない場合には、バンプの補修などを行うことなく、ボトムパッケージから取り外したトップパッケージを、そのまま、同じボトムパッケージに搭載し直したり、別のボトムパッケージに搭載し直したりすることが可能となる。よって、材料ロスと工数の増大とを抑えて、積層パッケージ構造体の製造コストを低減することが可能となる。ここで、ΔＴは、例えば２０〜１３０℃の所定温度とすることができる。ΔＴのより好ましい範囲は、５０〜１００℃である。
【００２８】
さらに、上記の場合、リペアの際には、第１金属接合部材だけがボトムパッケージ側（ビアホールの内部）に残り、第１バンプの構成材は全くボトムパッケージ側に残らない。このため、例えば、ビアホール１つあたりの第１金属接合部材の分量、または第１バンプの体積に対する第１金属接合部材の体積の割合を適宜に設定することで、ボトムパッケージ側に残った接合材料を取り除く必要性をなくすことも可能となる。これにより、さらに材料ロスと工数の増大とを抑えて、積層パッケージ構造体の製造コストを低減することが可能となる。
【００２９】
本発明の一形態においては、基板のボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極が設けられる。このとき、ボトムパッケージには、複数の基板電極とそれぞれ接合される複数の第２バンプが設けられる。この場合には、第２バンプを溶融した後、その溶融物が固化した固化物により基板電極と、第２バンプとが接合される。
【００３０】
ここで、第２バンプには、第１金属接合部材の融点と同じ程度の比較的低融点のはんだ材料を使用することができる。これにより、基板とボトムパッケージとの接続を、ボトムパッケージとトップパッケージとの接続と同時に、例えば同じリフロー装置を使用して、実行することができる。これにより、工数を削減して、積層パッケージ構造体の製造コストを低減させることができる。
【００３１】
あるいは、第２バンプには、第１バンプと同程度の比較的高融点のはんだ材料や、それよりもさらに融点の高いはんだ材料を使用することもできる。この場合には、基板にボトムパッケージを搭載した後、トップパッケージをボトムパッケージに搭載する前に、リフロー装置等により加熱することで基板にボトムパッケージ接続することができる。その後、トップパッケージをボトムパッケージに搭載して、リフロー装置等により加熱してトップパッケージをボトムパッケージに接続することができる。これにより、第１バンプを溶融させることなく、トップパッケージとボトムパッケージとを接続することができる。
【００３２】
上記の形態においては、基板のボトムパッケージ搭載領域の周縁部と、ボトムパッケージの周縁部とを、第３樹脂補強部により接合することで、基板とボトムパッケージとの接合を補強することができる。
【００３３】
本発明の他の形態においては、基板とボトムパッケージとの間にアンダーフィル材が充填されており、接合された基板電極および第２バンプが、少なくとも部分的に、アンダーフィル材により被覆される。このように、基板とボトムパッケージとの接続は、アンダーフィル材により補強することができる。
【００３４】
本発明のさらに他の形態においては、基板のボトムパッケージ搭載領域に複数の基板電極が設けられる。このとき、ボトムパッケージには、複数の基板電極とそれぞれ接合される複数の第２バンプが設けられる。ただし、本形態においては、複数の基板電極と複数の第２バンプとは、それぞれ、第２金属接合部材により接続される。そして、第２金属接合部材の少なくとも一部は、第２樹脂補強部により被覆されており、第２金属接合部材の融点は、第２バンプの融点よりも低く設定されている。
【００３５】
この形態によれば、アンダーフィル材を使用することなく、ボトムパッケージと基板との接合部を、トップパッケージとボトムパッケージとの接合部と同様の補強構造で補強することができる。したがって、例えば同じリフロー装置を使用して、トップパッケージとボトムパッケージとを接続するときに同時に、ボトムパッケージと基板とを接続することもできる。よって、工数を削減して、積層パッケージ構造体の製造コストを低減させることができる。
【００３６】
さらに、第２樹脂補強部により、基板側に裾拡がりとなるようなフィレットを形成することもできる。これにより、基板の基板電極および基板の表面の一部が第２樹脂補強部で覆われる。その結果、熱的衝撃や機械的衝撃を受けた場合に、基板の変形を抑制することができ、耐衝撃性を向上させることができる。
【００３７】
そして、第２金属接合部材および第２樹脂補強部を使用する本形態においても、基板のボトムパッケージ搭載領域の周縁部と、ボトムパッケージの周縁部とを第３樹脂補強部により接合することで、基板とボトムパッケージとの接合を補強することができる。
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体を説明する。
【００３９】
（第１実施形態）
図１に、本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体の概略構成を一部断面図により示す。図２に、積層パッケージの概略構成を断面図により示す。
【００４０】
図示例の積層パッケージ構造体１０は、ＢＧＡ型の積層パッケージ１２および回路基板１４を含んでいる。積層パッケージ１２は、表面実装形の電子部品パッケージであり、ボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８の２つのサブパッケージを含んでいる。なお、積層パッケージ１２、ボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８は、ＢＧＡ形のパッケージに限らず、はんだバンプを有するパッケージであれば良い。
【００４１】
ボトムパッケージ１６は、第１サブストレート１９と、第１サブストレート１９の一方の主面（図の上面、以下、素子搭載面という）に搭載された第１半導体素子２０と、第１半導体素子２０の周囲に配列された複数の端子電極２２と、第１半導体素子２０を封止するシート状ないしは板状の絶縁部材２４と、を含んでいる。第１サブストレート１９の他方の主面（図の下面）には、回路基板１４に設けられた複数の基板電極（ランド）１５と接続される複数の基板接続端子２６が例えばマトリックス状に配列されている。そして、第１サブストレート１９の他方の主面から突出するように、それぞれの基板接続端子２６には、第１融点ｍｐ１を有する基板接続バンプ２８が、対応する基板接続端子２６と導通するように付設されている。
【００４２】
絶縁部材２４は、エポキシ樹脂等を含む半導体封止材から形成することができる。基板接続バンプ２８は、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系、およびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ系よりなる群から選ばれる合金を用いることができる。
【００４３】
回路基板１４は、一方の主面に、基板接続バンプ２８と対応して設けられた複数の基板電極（ランド）１５が設けられたボトムパッケージ搭載領域１７を有している。回路基板１４は、積層パッケージ１２以外の部品を搭載するための領域を有していてもよい。積層パッケージ１２以外の部品としては、チップ型電子部品などの小型電子部品、ＩＣチップ等のベアチップ部品、あるいは他の電子部品パッケージがある。
【００４４】
トップパッケージ１８は、第２サブストレート３０と、第２サブストレート３０の一方の主面（図の上面、以下、素子搭載面という）に搭載された第２半導体素子３２と、を含んでいる。第２半導体素子３２は、第２サブストレート３０の素子搭載面で、板状ないしはシート状の封止材３３により封止されている。第２サブストレート３０の他方の主面（図の下面）には、ボトムパッケージ１６の複数の端子電極２２とそれぞれ接続される複数のサブ間接続端子３４が、端子電極２２と対応する配列で形成されている。そして、第２サブストレート３０の他方の主面から突出するように、それぞれのサブ間接続端子３４には、第３融点ｍｐ３を有するサブ間接続バンプ３６が、対応するサブ間接続端子３４と導通するように付設されている。
【００４５】
封止材３３は、エポキシ樹脂等を含む半導体封止材から形成することができる。サブ間接続バンプ３６は、例えば、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系、およびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ系よりなる群から選ばれる合金を用いることができる。
【００４６】
以下、絶縁部材２４について更に説明する。絶縁部材２４には、複数の端子電極２２とそれぞれ対応する位置にビアホール３７が、絶縁部材２４を厚み方向に貫通するように穿設されている。ビアホール３７の内部では、複数の端子電極２２が１つずつ露出している。ビアホール３７は、絶縁部材２４を第１サブストレート１９の素子搭載面の全域を覆うように設置した後に、例えばレーザ加工により、絶縁部材２４に貫通孔を形成することで設けることができる。
【００４７】
図３に概念的に示すように、複数のサブ間接続端子３４は、第１半導体素子２０と対応する、第２サブストレート３０の中央寄りの素子対応領域ＡＲ１には形成されておらず、その周囲に例えばマトリックス状に配列されている。
【００４８】
そして、サブ間接続端子３４の個数は、基板接続端子２６の個数よりも少なく、基板接続端子２６の個数の方が多くなっている。これは、基板接続端子２６が、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に接続するための端子だけではなく、トップパッケージ１８を回路基板１４に接続するための中継用の端子を含むからである。そして、素子対応領域ＡＲ１には、サブ間接続端子３４を設けることができないために、サブ間接続端子３４は、素子対応領域ＡＲ１の周囲に形成されている。
【００４９】
複数のサブ間接続バンプ３６は、対応する端子電極２２と、対応するビアホール３７の内部で、それぞれ、第１金属接合部材３８により接合されている。ここで、第１金属接合部材３８は、サブ間接続バンプ３６よりも融点が低い金属である。そして、第１金属接合部材３８の少なくとも一部は、ビアホール３７内に充填された第１樹脂補強部４０により被覆されている。
【００５０】
一例として、第１金属接合部材３８は、低融点のはんだ材料（例えば融点：１３９℃のＳｎ−Ｂｉはんだ）を使用して形成することができる。第１樹脂補強部４０は、第１金属接合部材３８に使用されるはんだ材料の融点と同程度の温度（例えば１３０℃）でガラス転移する熱硬化性樹脂を使用して形成することができる。このとき、サブ間接続バンプ３６は、融点が比較的高いＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ（例えばＡｇが３質量％、Ｃｕが０．５質量％、残部がＳｎであるはんだ（融点：２１７〜２２０℃））を使用して形成することができる。
【００５１】
上記の例のように、第１金属接合部材３８は、サブ間接続バンプ３６の第１融点ｍｐ１よりも低い第２融点ｍｐ２を有するはんだから形成される。そして、上記の例のように、第１樹脂補強部４０は、サブ間接続バンプ３６に使用するはんだの融点よりも低い所定温度ｇｔ１でガラス転移する熱硬化性樹脂から形成することができる。
【００５２】
そして、第１金属接合部材３８の体積をＶＤとし、サブ間接続バンプ３６の体積をＶＢとしたとき、第１金属接合部材３８の体積率α（α＝ＶＤ／（ＶＤ＋ＶＢ））は、３０％以下とするのが好ましい。つまり、第１金属接合部材３８の体積（ＶＤ）は、第１金属接合部材３８の体積（ＶＤ）とサブ間接続バンプ３６の体積（ＶＢ）の合計の３０％以下であるのが好ましい。体積率αのより好ましい範囲は、５〜３０％であり、更に好ましい範囲は、１０〜２５％である。
【００５３】
上記のような第１金属接合部材３８および第１樹脂補強部４０の形成方法としては、上記の第２融点ｍｐ２を有するはんだ材料の粉末（例えば、粒径：１０〜４０μｍ）を熱硬化性フラックスに混合した混合物（以下、第１ペーストという）を使用することが考えられる。熱硬化性フラックスは、フラックスに熱硬化性樹脂を含ませることにより得ることができる。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂など、様々な樹脂を含むことができる。これらは単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、耐熱性に優れる点などから、特にエポキシ樹脂が好適である。
【００５４】
エポキシ樹脂には、ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂の群から選ばれるエポキシ樹脂も用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが好適に用いられる。これらを変性させたエポキシ樹脂も用いられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５５】
上記のような熱硬化性樹脂と組み合わせて用いる硬化剤としては、チオール系化合物、変性アミン系化合物、多官能フェノール系化合物、イミダゾール系化合物、および酸無水物系化合物の群から選ばれる化合物を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。硬化剤は、導電性ペーストの使用環境や用途に応じて、好適なものが選択される。
【００５６】
そして、フラックスの組成は、特に限定されないが、例えば、ロジンのようなベース剤、有機酸やハロゲン化物などの活性剤、溶剤、チキソ性付与剤などを含む。活性剤には、はんだ接合の際に電極表面およびバンプ表面に存在する酸化物などを除去する活性作用を有する材料を使用する。
【００５７】
回路基板１４は、一方の主面に、基板接続バンプ２８と対応して設けられた複数の基板電極１５（ランド）が設けられたボトムパッケージ搭載領域１７を有している。回路基板１４は、積層パッケージ１２以外の部品を搭載するための領域を有していてもよい。積層パッケージ１２以外の部品としては、チップ型電子部品などの小型電子部品、ＩＣチップ等のベアチップ部品、あるいは他の電子部品パッケージがある。
【００５８】
以下、サブ間接続バンプを、端子電極と、第１金属接合部材により接合する接合方法の一例を説明する。
【００５９】
図４に示すように、上述したはんだ材料の粉末（はんだ粉末）４４を含む第１ペースト４２を複数のサブ間接続バンプ３６のそれぞれに付着させる。複数のサブ間接続バンプ３６のそれぞれに第１ペースト４２を付着させる方法としては、後で詳しく説明するように、第１ペースト４２の塗膜を形成し、その塗膜を複数のサブ間接続バンプ３６に転写する方法が考えられる。これにより、第１ペースト４２のフラックスに含まれる活性剤の働きによって、後工程の加熱時にサブ間接続バンプ３６の酸化被膜は除去される。
【００６０】
次に、図５に示すように、第１ペースト４２が付着されたサブ間接続バンプ３６を、対応するビアホール３７の内部に挿入する。これにより、サブ間接続バンプ３６に付着した第１ペースト４２が対応する端子電極２２と接触する。これにより、端子電極２２の酸化被膜も、後工程の加熱時に、活性剤の働きにより除去される。ここで、サブ間接続バンプ３６に付着させる第１ペースト４２の分量は、第１樹脂補強部４０により第１金属接合部材３８の少なくとも一部分が覆われるように、ビアホール３７の空き容積（ビアホールの容積からサブ間接続バンプ３６の体積や、端子電極２２の突出部の体積を除いた容積）の７５％以上となるように設定するのが好ましい。
【００６１】
その状態で、第１ペースト４２を加熱することで、第１ペースト４２に含まれたはんだ粉末４４が溶融し、凝集して、溶融はんだの塊となる。これにより、熱硬化性フラックスと溶融はんだとが分離される。その結果、上述した活性剤の働きにより、溶融はんだが端子電極２２およびサブ間接続バンプ３６の表面に濡れ拡がる。このときの第１ペースト４２の加熱温度は、サブ間接続バンプ３６が溶融せず、かつはんだ粉末４４が溶融し、かつ熱硬化性フラックス４６に含まれた熱硬化性樹脂が熱硬化する所定温度Ｔａ（上記の例では、１３９℃＜Ｔａ＜２１７℃）に設定される。このような所定温度Ｔａまで第１ペースト４２を加熱することで、まず、熱硬化性樹脂の熱硬化により第１樹脂補強部４０が形成される。
【００６２】
熱硬化性樹脂が熱硬化し、溶融はんだが、端子電極２２およびサブ間接続バンプ３６の表面に濡れ拡がった状態で放冷すると、図６に示すように、溶融はんだが固化して、端子電極２２とサブ間接続バンプ３６との間に第１金属接合部材３８が形成される。これにより、複数のサブ間接続バンプ３６は元の形状を保ったまま、第１金属接合部材３８により、対応する端子電極２２とそれぞれ接合される。そして、第１金属接合部材３８は、少なくとも一部分が、ビアホール３７の内部に充填された第１樹脂補強部４０により覆われた状態となる。これにより、通常よりも大きな補強効果で、第１金属接合部材３８による接合部を第１樹脂補強部４０により補強することができる。
【００６３】
また、リペアの際には、低融点はんだ材料からなるはんだ粉末４４の融点以上の温度に加熱するだけで、第１金属接合部材３８が溶融されて、トップパッケージ１８のボトムパッケージ１６からの取り外しが容易に行える。その際に、サブ間接続バンプ３６の形状を元の形状のままに保つことができるので、トップパッケージ１８の機能に不具合がない限り、そのトップパッケージ１８をそのまま再使用することが可能となる。よって、部品ロスを抑えることができる。また、サブ間接続バンプ３６の付け替えの必要もないので、リペアの工数を抑えることができ、製造コストを低減することができる。
【００６４】
一方、ボトムパッケージ１６については、例えば第１金属接合部材３８の体積率αを３０％以下とすることで、リペアの際にトップパッケージ１８を取り外したときに、ビアホール３７の内部に残存するはんだの量を少なくすることができる。これにより、ビアホール３７の内部に残存したはんだを取り除くなどの特別の処置を要することなく、再び、上述の手順で、当該ボトムパッケージ１６に、そのまま、他のトップパッケージ１８等を搭載することが可能となる。これにより、部品ロスを低減することができるとともに、工数を低減してリペアを実行することができる。
【００６５】
図７Ａに、本発明の一実施形態に係る積層パッケージ構造体を製造する製造システムである表面実装ラインをブロック図により示す。図７Ｂに、図７Ａの構成ユニットを一部改変した変形例の表面ラインをブロック図により示す。
【００６６】
図７Ａのライン１は、回路基板１４を供給する基板供給ユニット２と、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に搭載するボトムパッケージ搭載ユニット３と、回路基板１４に搭載されたボトムパッケージ１６にさらにトップパッケージ１８を搭載するトップパッケージ搭載ユニット４と、リフローユニット５と、後処理ユニット６と、パッケージ構造体回収ユニット７と、各ユニットの間で基板を搬送するコンベア８と、を含んでいる。なお、ボトムパッケージ搭載ユニット３とトップパッケージ搭載ユニット４とは、パッケージ搭載ユニット９として、１つに統合することができる。後処理ユニット６は、必要に応じて、アンダーフィル材で積層パッケージ１２と回路基板１４との接続を補強する等の処理を行うユニットである。
【００６７】
トップパッケージ搭載ユニット４（あるいは、パッケージ搭載ユニット９）には、後で説明する転写ユニット、および第１制御部を含ませることができる。第１制御部には、図示しない画像処理部を含ませることができる。後処理ユニット６には、第２制御部を含ませることができる。第２制御部には、図示しない画像処理部を含ませることができる。
【００６８】
ライン１は、回路基板１４をキャリアボードに載せ、それを、コンベア８により各ユニットの間で搬送するキャリア搬送方式の表面実装ラインであり得る。この場合には、基板供給ユニット１には、例えば、マガジン式の基板ローダを使用することができ、部品実装基板回収ユニット５には、例えば、マガジン式の基板アンローダを使用することができる。
【００６９】
キャリアボードには、耐熱テープで回路基板１４を固定することができる。あるいは、微粘着タイプの粘着材をキャリアボードの回路基板１４との対向面に塗布することで、回路基板１４を固定できる。この場合には、回路基板１４の裏面全体がキャリアボードに固定されるために、フレキシブルな回路基板１４であっても、回路基板１４のうねりなどによる高さのばらつきを低減することができる。あるいは、回路基板１４がリジッドな基板である場合には、キャリアボードを使用せずに、回路基板１４を直接にコンベア８に搭載することもできる。
【００７０】
ボトムパッケージ搭載ユニット３およびトップパッケージ搭載ユニット４には、テープフィーダ、バルクフィーダ、及びトレイフィーダ等の電子部品供給装置と、それらの電子部品供給装置により供給される電子部品の位置決めをする位置決め機構（ＣＣＤカメラ、画像処理部等）と、それらの電子部品供給装置により供給される電子部品を基板の上に配置する、例えば吸着ノズルを有する搭載ヘッドとを含ませることができる。つまり、ボトムパッケージ搭載ユニット３およびトップパッケージ搭載ユニット４は、それぞれを、あるいは統合したものを、チップマウンタとして構成することができる。このとき、ボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８は、トレイフィーダにより供給することができる。
【００７１】
図７Ｂのライン１Ａは、リフローユニット５Ａが、ボトムパッケージ搭載ユニット３とトップパッケージ搭載ユニット４との間に配置されている点が、図７Ａのライン１とは、異なっている。ライン１Ａのそれ以外の構成は、ライン１と同様である。つまり、図７Ｂのライン１Ａは、２つのリフローユニットを有している。
【００７２】
図７Ａのライン１は、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に接続するときに、サブ間接続バンプ３６の第１融点ｍｐ１以上の温度にまでトップパッケージ１８を加熱する必要性がない場合に使用することができる。例えば、基板接続バンプ２８の第３融点ｍｐが第２融点ｍｐ２と同様に、第１融点ｍｐ１よりも十分に低いときにライン１を使用することができる。これに対して、図７Ｂのライン１Ａは、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に接続するときに、サブ間接続バンプ３６の第１融点ｍｐ１以上の温度にまでトップパッケージ１８を加熱する必要性がある場合に使用することができる。
【００７３】
次に、図１に示した積層パッケージ構造体を製造する製造方法を説明する。はじめに、図７Ａのライン１を使用して積層パッケージ構造体を製造する場合を説明する。ここでは、基板接続バンプ２８の第３融点ｍｐが第２融点ｍｐ２と同じである場合を説明する。
【００７４】
まず、図８および図９に示すように、基板供給ユニット２にて、コンベア８に設置されたキャリアボード４８の上に回路基板１４を設置する。次に、ボトムパッケージ搭載ユニット３にて、ボトムパッケージ１６の複数の基板接続バンプ２８にフラックスを塗布する。複数の基板接続バンプ２８にフラックスを塗布する方法は、特に限定されないが、第１ペースト４２をサブ間接続バンプ３６に付着させる場合と同様に、スキージを用いて平坦面に形成したフラックスの塗膜を基板接続バンプ２８に転写する方式が好ましい。フラックスの塗膜の厚さは、基板接続バンプ２８の大きさや、バンプ１個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
【００７５】
より具体的には、搭載ヘッドによりボトムパッケージ１６を保持する。一方で、図１０〜図１２に示すような、ベーステーブル３２０ａにフラックス２０６（あるいは熱硬化性フラックス）の塗膜（図は第１ペースト４２の場合も示している）を形成し、その塗膜に基板接続バンプ２８を接触させ、基板接続バンプ２８にフラックスを付着（転写）させる。これにより、フラックスが基板接続バンプ２８に均等に塗布される。
【００７６】
さらに、ボトムパッケージ搭載ユニット３の搭載ヘッドにより保持され、基板接続バンプ２８にフラックスが付着されたボトムパッケージ１６を、複数の基板接続バンプ２８が対応する端子電極２２にそれぞれ着地するように位置合わせをして、回路基板１４に搭載する。
【００７７】
次に、トップパッケージ搭載ユニット４にて、回路基板１４に搭載されたボトムパッケージ１６の上に、さらにトップパッケージ１８を搭載する。このとき、トップパッケージ１８の下面に設けられた複数のサブ間接続バンプ３６に、第１ペースト４２を塗布する。複数のサブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を塗布する方法は、特に限定されないが、スキージを用いて平坦面に形成した第１ペースト４２の塗膜をサブ間接続バンプ３６に転写する方式が好ましい。第１ペースト４２の塗膜の厚さは、サブ間接続バンプ３６の大きさや、バンプ１個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
【００７８】
例えば、所定の転写テーブルに第１ペースト４２の塗膜を形成し、その塗膜にサブ間接続バンプ３６を接触させ、サブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を付着（転写）させる。これにより、第１ペースト４２がサブ間接続バンプ３６に均等に塗布される。
【００７９】
その後、ボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８を搭載した回路基板１４を、リフローユニット５で加熱する。このとき、融点の低い基板接続バンプ２８および第１ペースト４２に含有されたはんだ粉末４４がともに溶融し、かつ第１ペースト４２に含まれた熱硬化性樹脂が硬化し、かつ、サブ間接続バンプ３６が溶融しない温度Ｔａ（ｍｐ１＞Ｔａ＞ｍｐ２，，ｍｐ３，ｇｔ１）まで、第１ペースト４２を加熱する。
【００８０】
リフローユニット５での加熱工程が終了すると、溶融したはんだを冷却して固化する。その結果、基板接続バンプ２８が溶融して固化した固化物により基板電極１５と基板接続端子２６とが接続される。また、はんだ粉末４４が溶融して固化した固化物である第１金属接合部材３８によりサブ間接続バンプ３６と端子電極２２とが接続される。そして、第１ペースト４２に含まれた熱硬化性フラックスが熱硬化した硬化物である樹脂補強部４０により第１金属接合部材３８の少なくとも一部が覆われて、第１金属接合部材３８によるサブ間接続バンプ３６と端子電極２２との接合が補強される。
【００８１】
次に、第１ペースト４２の塗膜を用いてサブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を転写する方法の一例についてさらに詳しく説明する。
【００８２】
図１０に示すように、転写ユニット３２０は、下方に設けられたベーステーブル３２０ａと、ベーステーブル３２０ａの上面に設けられた転写テーブル３２１と、転写テーブル３２１の上方に配置されたスキージユニット３２２とを具備する。スキージユニット３２２は、転写テーブルの幅とほぼ等しい長さを有する第１スキージ部材３２２ａと第２スキージ部材３２２ｂとを備え、これらはそれぞれ一定の間隔をあけて平行に配置されている。各スキージ部材は、スキージユニット３２２に内蔵された昇降機構によって昇降自在、すなわち転写テーブル３２１に形成される塗膜に対して進退自在となっている。
【００８３】
図１１に示すように、転写テーブル３２１に対してスキージユニット３２２を矢印の方向に相対的に移動させることにより、各スキージ部材で転写テーブル３２１内のフラックスが薄く引き延ばされ、フラックスの塗膜が形成される。
【００８４】
その後、図１２に示すように、トップパッケージ１８の複数のサブ間接続バンプ３６を第１ペースト４２の塗膜に接触させ、サブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を転写する。
【００８５】
図１３Ａは、図７Ａのラインにて、回路基板にボトムパッケージを搭載する際のフローチャートである。吸着ノズル３２４ｄを含む搭載ヘッドにより、ボトムパッケージ１６をピックアップする（ＳＰ１）。その状態で、図示しないＣＣＤカメラの画像等により、ボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を確認し（ＳＰ２）、必要に応じて、ボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を調整する。一方で、図１０〜図１２に示すように、スキージングにより、ベーステーブル３２０ａにフラックス２０６（あるいは熱硬化性フラックス）の塗膜を形成する（ＳＰ３）。
【００８６】
搭載ヘッドにより保持されたボトムパッケージ１６を転写ユニット３２０の上方へ移動させる。そして、図１２に示すように、吸着ノズル３２４ｄを昇降動作させてボトムパッケージ１６の基板接続バンプ２８をフラックスの塗膜に接触させ、基板接続バンプ２８にフラックスを転写する（ＳＰ４）。その状態で、図示しないＣＣＤカメラの画像等により、基板接続バンプ２８へのフラックスの付着状況およびボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を確認する（ＳＰ５）。そして、必要に応じて、ボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を調整するとともに、基板接続バンプ２８へのフラックスの再付着を行う。このとき、ボトムパッケージ１６がフラックスの塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、フラックスの粘度は適度な高さに調整される。
【００８７】
その後、搭載ヘッドを、回路基板１４のボトムパッケージ搭載領域１７へ移動させ、複数の基板接続バンプ２８をそれぞれ対応する基板電極１５に着地させるようにして、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に搭載する（ＳＰ６）。このような搭載ヘッドの移動は、所定の制御部からの指令により制御される。
【００８８】
図１３Ｂは、図７Ａのラインにて、ボトムパッケージにトップパッケージを搭載する際のフローチャートである。図１４Ａは、トップパッケージ搭載ユニット４の制御系統を模式的に示すブロック図である。
【００８９】
第１制御部６２の指示により、吸着ノズル３２４ｄを含む搭載ヘッド６４により、トップパッケージ１８をピックアップする（ＳＰ１１）。その状態で、ＣＣＤカメラからなる部品認識カメラ６６の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、トップパッケージ１８の位置及び姿勢を確認し（ＳＰ１２）、必要に応じて、トップパッケージ１８の位置及び姿勢を調整する。一方で、図１０〜図１２に示すように、第１制御部６２の指示により、スキージングにより、ベーステーブル３２０ａに第１ペースト４２の塗膜を形成する（ＳＰ１３）。
【００９０】
搭載ヘッドにより保持されたトップパッケージ１８を転写ユニット３２０の上方へ移動させる。そして、図１２に示すように、吸着ノズル３２４ｄを昇降動作させてトップパッケージ１８のサブ間接続バンプ３６をフラックスの塗膜に接触させ、サブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を転写する（ＳＰ１４）。その状態で、部品認識カメラ６６の撮影画像により、サブ間接続バンプ３６へのフラックスの付着状況およびトップパッケージ１８の位置及び姿勢を確認する（ＳＰ１５）。このとき、ＣＣＤカメラからなる基板認識カメラ６８の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、回路基板１４に搭載されたボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を確認する。そして、必要に応じて、トップパッケージ１８の位置及び姿勢を調整するとともに、サブ間接続バンプ３６へのフラックスの再付着を行う。このとき、トップパッケージ１８が第１ペースト４２の塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、第１ペースト４２の粘度は適度な高さに調整される。
【００９１】
その後、第１制御部６２の処理の指示により、搭載ヘッド６４を、ボトムパッケージ１６の上へ移動させ、複数のサブ間接続バンプ３６をそれぞれ対応する端子電極２２に着地させるようにして、トップパッケージ１８をボトムパッケージ１６に搭載する（ＳＰ１６）。
【００９２】
次に、リフローユニット５にて、回路基板１４にボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８を搭載した搭載体を所定温度（例えば１６０℃）で加熱し（ＳＰ１７）、サブ間接続バンプ３６および第１ペースト４２に含まれたはんだ粉末を溶融させて溶融はんだとするとともに、熱硬化性フラックスに含まれた熱硬化性樹脂を熱硬化させる。その後、搭載体を放冷することで、溶融はんだを固化して、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に接合するとともに、トップパッケージ１８を第１金属接合部材３８によりボトムパッケージ１６に接合する。
【００９３】
次に、トップパッケージ１８とボトムパッケージ１６との間の接続状態や、トップパッケージ１８の故障の有無を検査し（ＳＰ１８）、問題がなければ（ＳＰ１８でＹｅｓ）、アンダーフィル材による補強等の後工程に進む。一方、問題があれば（ＳＰ１８でＮｏ）、第１金属接合部材３８が溶融し、第１樹脂補強部４０が軟化し、かつサブ間接続バンプ３６が溶融しない所定温度まで、搭載体を再加熱する。そして、第１金属接合部材３８を溶融するとともに、第１樹脂補強部４０を軟化させて、トップパッケージ１８をボトムパッケージ１６から取り外し、同一または別のトップパッケージ１８を付け直す等のリペア処理を行う。
【００９４】
次に、図７Ｂのライン１Ａを使用して積層パッケージ構造体を製造する場合を説明する。ここでは、基板接続バンプ２８の第３融点ｍｐが第１融点ｍｐ１と同じである場合を説明する。
【００９５】
まず、図８および図９に示すように、基板供給ユニット２にて、コンベア８に設置されたキャリアボード４８の上に回路基板１４を設置する。次に、ボトムパッケージ搭載ユニット３にて、ボトムパッケージ１６の複数の基板接続バンプ２８にフラックスを塗布する。複数の基板接続バンプ２８にフラックスを塗布する方法は、特に限定されないが、上述したように、スキージを用いて平坦面に形成したフラックスの塗膜を基板接続バンプ２８に転写する方式が好ましい。フラックスの塗膜の厚さは、基板接続バンプ２８の大きさや、バンプ１個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
【００９６】
さらに、ボトムパッケージ搭載ユニット３の搭載ヘッドにより保持され、基板接続バンプ２８にフラックスが付着されたボトムパッケージ１６を、複数の基板接続バンプ２８が対応する端子電極２２にそれぞれ着地するように位置合わせをして、回路基板１４に搭載する。
【００９７】
その後、ボトムパッケージ１６を搭載した回路基板１４を、リフローユニット５Ａで加熱する。このとき、基板接続バンプ２８が溶融するように第３融点ｍｐ３を超える温度まで、回路基板１４を加熱する。
【００９８】
リフローユニット５Ａでの加熱工程が終了すると、溶融したはんだを冷却して固化する。その結果、基板接続バンプ２８が溶融して固化した固化物により基板電極１５と基板接続端子２６とが接続される。
【００９９】
次に、トップパッケージ搭載ユニット４にて、回路基板１４に搭載されたボトムパッケージ１６の上に、さらにトップパッケージ１８を搭載する。このとき、トップパッケージ１８の下面に設けられた複数のサブ間接続バンプ３６に、第１ペースト４２を塗布する。複数のサブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を塗布する方法は、特に限定されないが、上述したように、スキージを用いて平坦面に形成した第１ペースト４２の塗膜をサブ間接続バンプ３６に転写する方式が好ましい。第１ペースト４２の塗膜の厚さは、サブ間接続バンプ３６の大きさや、バンプ１個あたりの塗布量を考慮して適宜調整すればよい。
【０１００】
その後、ボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８を搭載した回路基板１４を、リフローユニット５Ｂで加熱する。このとき、融点の低い第１ペースト４２に含有されたはんだ粉末４４が溶融し、かつ第１ペースト４２に含まれた熱硬化性樹脂が硬化し、かつ、サブ間接続バンプ３６および基板接続バンプ２８が溶融しない温度Ｔａ（ｍｐ１，ｍｐ３＞Ｔａ＞ｍｐ２，ｇｔ１）まで、第１ペースト４２を加熱する。
【０１０１】
リフローユニット５Ｂでの加熱工程が終了すると、溶融したはんだを冷却して固化する。その結果、はんだ粉末４４が溶融して固化した固化物である第１金属接合部材３８によりサブ間接続バンプ３６と端子電極２２とが接続される。そして、第１ペースト４２に含まれた熱硬化性フラックスが熱硬化した硬化物である樹脂補強部４０により第１金属接合部材３８の少なくとも一部が覆われて、第１金属接合部材３８によるサブ間接続バンプ３６と端子電極２２との接合が補強される。
【０１０２】
図１３Ｃは、図７Ｂのラインで、回路基板にボトムパッケージを搭載する際のフローチャートである。吸着ノズル３２４ｄを含む搭載ヘッドにより、ボトムパッケージ１６をピックアップする（ＳＰ２１）。その状態で、図示しないＣＣＤカメラの画像等により、ボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を確認し（ＳＰ２２）、必要に応じて、ボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を調整する。一方で、図１０〜図１２に示すように、スキージングにより、ベーステーブル３２０ａにフラックス２０６（あるいは熱硬化性フラックス）の塗膜を形成する（ＳＰ２３）。
【０１０３】
搭載ヘッドにより保持されたボトムパッケージ１６を転写ユニット３２０の上方へ移動させる。そして、図１２に示すように、吸着ノズル３２４ｄを昇降動作させてボトムパッケージ１６の基板接続バンプ２８をフラックスの塗膜に接触させ、基板接続バンプ２８にフラックスを転写する（ＳＰ２４）。その状態で、図示しないＣＣＤカメラの画像等により、基板接続バンプ２８へのフラックスの付着状況およびボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を確認する（ＳＰ２５）。そして、必要に応じて、ボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を調整するとともに、基板接続バンプ２８へのフラックスの再付着を行う。このとき、ボトムパッケージ１６がフラックスの塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、フラックスの粘度は適度な高さに調整される。
【０１０４】
その後、搭載ヘッドを、回路基板１４のボトムパッケージ搭載領域１７へ移動させ、複数の基板接続バンプ２８をそれぞれ対応する基板電極１５に着地させるようにして、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に搭載する（ＳＰ２６）。このような搭載ヘッドの移動は、所定の制御部からの指令により制御される。
【０１０５】
次に、リフローユニット５Ａにて、回路基板１４にボトムパッケージ１６を搭載した搭載体を所定温度（例えば１６０℃）で加熱し（ＳＰ２７）、基板接続バンプ２８を溶融させて溶融はんだとする。その後、搭載体を放冷することで、溶融はんだを固化して、ボトムパッケージ１６を回路基板１４に接合する。
【０１０６】
図１３Ｄは、ボトムパッケージにトップパッケージを搭載する際のフローチャートである。
【０１０７】
第１制御部６２の指示により、吸着ノズル３２４ｄを含む搭載ヘッド６４により、トップパッケージ１８をピックアップする（ＳＰ３１）。その状態で、ＣＣＤカメラからなる部品認識カメラ６６の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、トップパッケージ１８の位置及び姿勢を確認し（ＳＰ３２）、必要に応じて、トップパッケージ１８の位置及び姿勢を調整する。一方で、図１０〜図１２に示すように、第１制御部６２の指示により、スキージングにより、ベーステーブル３２０ａに第１ペースト４２の塗膜を形成する（ＳＰ３３）。
【０１０８】
搭載ヘッドにより保持されたトップパッケージ１８を転写ユニット３２０の上方へ移動させる。そして、図１２に示すように、吸着ノズル３２４ｄを昇降動作させてトップパッケージ１８のサブ間接続バンプ３６をフラックスの塗膜に接触させ、サブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を転写する（ＳＰ３４）。その状態で、部品認識カメラ６６の撮影画像により、サブ間接続バンプ３６へのフラックスの付着状況およびトップパッケージ１８の位置及び姿勢を確認する（ＳＰ３５）。このとき、ＣＣＤカメラからなる基板認識カメラ６８の撮影画像に基づき、画像処理部の処理結果により、回路基板１４に搭載されたボトムパッケージ１６の位置及び姿勢を確認する。そして、必要に応じて、トップパッケージ１８の位置及び姿勢を調整するとともに、サブ間接続バンプ３６へのフラックスの再付着を行う。このとき、トップパッケージ１８が第１ペースト４２の塗膜に付着したままの状態で吸着ノズルから脱落しないように、第１ペースト４２の粘度は適度な高さに調整される。
【０１０９】
その後、第１制御部６２の指示により、搭載ヘッド６４を、ボトムパッケージ１６の上へ移動させ、複数のサブ間接続バンプ３６をそれぞれ対応する端子電極２２に着地させるようにして、トップパッケージ１８をボトムパッケージ１６に搭載する（ＳＰ３６）。
【０１１０】
次に、リフローユニット５Ｂにて、回路基板１４にボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８を搭載した搭載体を所定温度（例えば１６０℃）で加熱し（ＳＰ３７）、第１ペースト４２に含まれたはんだ粉末を溶融させて溶融はんだとするとともに、熱硬化性フラックスに含まれた熱硬化性樹脂を熱硬化させる。その後、搭載体を放冷することで、溶融はんだを固化して、トップパッケージ１８を第１金属接合部材３８によりボトムパッケージ１６に接合する。
【０１１１】
次に、トップパッケージ１８とボトムパッケージ１６との間の接続状態や、トップパッケージ１８の故障の有無を検査し（ＳＰ３８）、問題がなければ（ＳＰ３８でＹｅｓ）、アンダーフィル材による補強等の後工程に進む。一方、問題があれば（ＳＰ３８でＮｏ）、第１金属接合部材３８が溶融し、第１樹脂補強部４０が軟化し、かつ基板接続バンプ２８およびサブ間接続バンプ３６が溶融しない所定温度まで、搭載体を再加熱する。そして、第１金属接合部材３８を溶融するとともに、第１樹脂補強部４０を軟化させて、トップパッケージ１８をボトムパッケージ１６から取り外し、同一または別のトップパッケージ１８を付け直す等のリペア処理を行う。
【０１１２】
（実施形態２）
次に、図１５を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。図１５は、本実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。図示例の構造体１０Ａは、図１の構造体１０とは、ボトムパッケージ１６と回路基板１４との間にアンダーフィル材５２が充填されている点が異なっている。
【０１１３】
構造体１０Ａは、構造体１０と同様に、図７Ａのライン１を使用して製造することもできるし、図７Ｂのライン１Ａを使用して製造することもできる。その場合、後処理ユニット６には、アンダーフィル材５２の原料を塗布する塗布ヘッドと、アンダーフィル材５２の原料を塗布ヘッドに供給するディスペンサと、基板認識カメラと、塗布ヘッドの移動および動作、並びに、ディスペンサの動作を制御するとともに、画像処理部を含む、制御装置とを含ませることができる。
【０１１４】
アンダーフィル材５２には、例えば一液性加熱硬化形のエポキシ樹脂を使用することができる。そのようなエポキシ樹脂を、ディスペンサ７６により塗布ヘッド７４を介して回路基板１４上に供給し、毛細管現象によりパッケージと回路基板との間に浸透させる。その後、例えばオーブンやリフロー炉において、アンダーフィル材を加熱し、硬化させることで、パッケージと回路基板との接合が補強される。これにより、より高い耐衝撃性を有する積層パッケージ構造体を得ることができる。
【０１１５】
（実施形態３）
次に、図１６を参照して、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図１６は、本実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体１０Ｂは、図１の構造体１０とは、回路基板１４のボトムパッケージ搭載領域１７の周縁部と、ボトムパッケージ１６の周縁部とが、第３樹脂補強部５４により接合されている点が異なっている。
【０１１６】
構造体１０Ｂを製造するラインの一例を図７Ｃに示す。図示例のライン１Ｂにおいては、前処理ユニット６Ａが基板供給ユニット２と、ボトムパッケージ搭載ユニット３との間に配置されている。前処理ユニット６Ａには、図１４Ｂに示すように、第３樹脂補強部５４の原料を予めボトムパッケージ搭載領域１７の周縁部に供給する塗布ヘッド７４と、塗布ヘッド７４に第３樹脂補強部５４の原料を供給するディスペンサ７６と、回路基板１４上でボトムパッケージ搭載領域１７を認識するための基板認識カメラ７８と、塗布ヘッド７４の移動および動作、並びに、ディスペンサ７６の動作を制御するとともに、画像処理部を有する第２制御部７２とを含ませることができる。図７Ｃの例に拘わらず、構造体１０Ｂを製造するためのラインは、図７Ａに示したライン１と同様に、リフローユニットについては、１つのリフローユニット５だけを有するラインであってもよい。
【０１１７】
なお、図１６では、第３樹脂補強部５４が、ボトムパッケージ１６の周縁部だけを回路基板１４と接合している場合を示している。これに限らず、第３樹脂補強部５４の材料の供給量を多くし、第３樹脂補強部５４をより高く形成することで、第３樹脂補強部５４によりボトムパッケージ１６だけではなくトップパッケージ１８の周縁部をも回路基板１４と接合することができる。このとき、第３樹脂補強部５４をより高く形成できるように、第３樹脂補強部５４の材料の粘度を必要に応じて高めることができる。
【０１１８】
図１８に５種類の第３樹脂補強部の配置パターンを例示する。４点配置のパターン（ａ）、８点配置のパターン（ｂ）、１２点配置のパターン（ｃ）およびＬ型配置のパターン（ｄ）では、矩形のボトムパッケージ１６の周縁部の四隅またはその近傍に、第３樹脂補強部５４が配置されている。Ｕ型塗布のパターン（ｅ）でも、四隅およびその近傍を含むように第３樹脂補強部５４が配置されている。塗布パターン（ａ）〜（ｅ）の順に、補強効果は大きくなるが、第３樹脂補強部５４の材料の塗布時間が長くなり、補強用樹脂の使用量も多くなる。一方、配置パターン（ｅ）〜（ａ）の順に、リペア性は良好となる。配置パターンは、積層パッケージ１２のサイズおよび生産タクトに応じて、補強効果を考慮して、適宜選択すればよい。
【０１１９】
（実施形態４）
次に、図１７を参照して、さらに他の実施形態について説明する。図１７は、本実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体１０Ｃは、上記の各実施形態の構造体が、基板接続バンプ２８が溶融され、その再固化物がはんだ接合部を形成しているのに対して、基板接続バンプ２８Ａが元の形状を保ったままであるのが異なっている。より具体的には、基板接続バンプ２８Ａは、第２金属接合部材５６により、対応する基板電極１５と接合されており、そして、第２金属接合部材５６の少なくとも一部が、第２樹脂補強部５８により被覆されている。構造体１０Ｃの製造には、図７Ａのライン１を好適に使用することができる。
【０１２０】
基板接続バンプ２８Ａは、実施形態１のサブ間接続バンプ３６に使用した材料と同じはんだ材料を使用して形成することができる。第２金属接合部材５６および第２樹脂補強部５８は、実施形態１で第１金属接合部材３８および第１樹脂補強部４０を形成するのに使用した第１ペースト４２と同様の組成のペースト（第２ペースト）を使用して形成することができる。
【０１２１】
第２ペーストは、トップパッケージ１８のサブ間接続バンプ３６に第１ペースト４２を付着させたのと同様の転写工程により、ボトムパッケージ１６の基板接続バンプ２８Ａに付着させることができる。あるいは、第２ペーストは、スクリーン印刷装置、およびインクジェットプリンタ等の印刷装置を使用して、基板接続バンプ２８Ａと対応する基板電極１５に供給することもできる。回路基板１４に積層パッケージ以外の電子部品（チップ部品、半導体素子、電子部品モジュール）を搭載する場合には、それらの電子部品の電極端子と対応する基板電極に第２ペーストを供給するときに、上記の印刷装置を使用して、基板接続バンプ２８Ａと対応する基板電極１５にも同時に第２ペーストを供給することができる。これにより、上記のような転写工程を省略することができる。したがって、積層パッケージ構造体の製造に要する工数および時間を削減して、製造コストを低減することができる。
【０１２２】
第２ペーストの組成と第１ペーストの組成が同じである場合には、回路基板１４にボトムパッケージ１６およびトップパッケージ１８の両方を搭載した搭載体を、リフローユニット５において、実施形態１で第１ペースト４２を加熱したのと同じ条件で加熱した後、放冷する。これにより、実施形態１のトップパッケージ１８とボトムパッケージ１６との接合・補強構造と同じ構造で、ボトムパッケージ１６と回路基板１４とを接合し、その接合部を補強することができる。これにより、工数の増大を招くことなく、積層パッケージ構造体を製造することができる。第２ペーストの組成と第１ペーストの組成は異ならせることもできる。
【０１２３】
このとき、第２樹脂補強部５８は、回路基板１４側に裾拡がりとなるようなフィレットを形成して、回路基板１４の基板電極１５および回路基板１４の表面の一部を覆うことができる。これにより、熱的衝撃や機械的衝撃を受けた場合に、回路基板１４の変形を抑制することができ、耐衝撃性を向上させることができる。
【０１２４】
（実施形態５）
次に、図１９を参照して、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図１９は、本実施形態に係る積層パッケージ構造体の断面図である。
図示例の構造体１０Ｄは、図１７の構造体１０Ｃとは、回路基板１４のボトムパッケージ搭載領域１７の周縁部と、ボトムパッケージ１６の周縁部とが、第３樹脂補強部５４により接合されている点が異なっている。図示例の構造体１０Ｄは、基板接続バンプ２８Ａが元の形状を保ったまま、第２金属接合部材５６により、対応する基板電極１５と接合されており、そして、第２金属接合部材５６の少なくとも一部が、第２樹脂補強部５８により被覆されている点は、図１６の構造体１０Ｃと同様である。
【０１２５】
構造体１０Ｄの製造には、図７Ｃで示したライン１Ｂを、図７Ａのライン１と同様に、１つのリフローユニット５だけを有するように改変したラインを好適に使用することができる。
【０１２６】
第３樹脂補強部５４の材料には、実施形態３で示したのと同じ材料を使用することができる。第３樹脂補強部５４の配置パターンも、実施形態３で示したのと同じ配置パターンを使用することができる。以上の構成により、実施形態４の構造体の耐衝撃性をさらに向上させることができる。なお、図１９では、第３樹脂補強部５４が、ボトムパッケージ１６の周縁部だけを回路基板１４と接合している場合を示している。これに限らず、第３樹脂補強部５４の材料の供給量を多くし、第３樹脂補強部５４をより高く形成することで、第３樹脂補強部５４によりボトムパッケージ１６だけではなくトップパッケージ１８の周縁部をも回路基板１４と接合することができる。このとき、第３樹脂補強部５４をより高く形成できるように、第３樹脂補強部５４の材料の粘度を必要に応じて高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明では、積層パッケージを回路基板に接合する場合に、耐衝撃信頼性およびリペア性に優れた接合構造を提供することができる。従って、本発明は、ＢＧＡ型電子部品の表面実装の分野において極めて有用である。
【符号の説明】
【０１２８】
１…表面実装ライン、１０、１０Ａ〜１０Ｄ…積層パッケージ構造体、１２…積層パッケージ、１４…回路基板、１５…基板電極、１６…ボトムパッケージ、１７…ボトムパッケージ搭載領域、１８…トップパッケージ、１９…第１サブストレート、２…基板供給ユニット、２０…第１半導体素子、２２…端子電極、２４…絶縁部材、２６…基板接続端子、２８、２８Ａ…基板接続バンプ、３…ボトムパッケージ搭載ユニット、３０…第２サブストレート、３２…第２半導体素子、３２０…転写ユニット、３２０ａ…ベーステーブル、３２１…転写テーブル、３２２…スキージユニット、３２２ａ…スキージ部材、３２２ｂ…スキージ部材、３２４ｄ…吸着ノズル、３４…サブ間接続端子、３６、３６Ａ…サブ間接続バンプ、３７…ビアホール、３８…第１金属接合部材、４…トップパッケージ搭載ユニット、４０…第１樹脂補強部、４２…第１ペースト、４４…はんだ粉末、４６…熱硬化性フラックス、５…リフローユニット、５…部品実装基板回収ユニット、５２…アンダーフィル材、５４…第２樹脂補強部、５６…第２金属接合部材、５８…第３樹脂補強部、６…後処理ユニット、７…パッケージ構造体回収ユニット、８…コンベア、９…パッケージ搭載ユニット
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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