(57)【要約】【課題】  アンダーフィル封止材の注入工程と硬化工程の簡略化を図ることができる半導体パッケージの実装装置を提供する。【解決手段】    導体チップが組み込まれた半導体パッケージを回路基板にバンプを用いて接合する半導体パッケージの実装装置において、半導体パッケージと回路基板をバンプ接合した後に、半導体パッケージの外周に沿って、アンダーフィル剤を内包した部品を配するとともに、その後に、該部品からアンダーフィル剤が流出し、外周のバンプ周辺部に注入され、かつ硬化することで、半導体パッケージ外周のバンプ接合部の接合をより強固なものとする。【選択図】    図２
2006261545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部及びこの空洞部に連通する開口部を有するケーシングと、
前記空洞部に充填されるアンダーフィル剤と、
常温において前記開口部を封止して前記空洞部を密閉し、温度上昇によって前記開口部の封止を解除する封止部材と、
を具備することを特徴とする、電子部品のアンダーフィル剤保持装置。
【請求項２】
前記接着剤は、溶液型接着剤、湿気硬化型接着剤或いは熱硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１のアンダーフィル剤保持装置。
【請求項３】
前記封止部材は、線膨張率の異なる複数の層で構成され、前記回路基板上の温度上昇に伴って反り変形することを特徴とする請求項１のアンダーフィル剤保持装置。
【請求項４】
前記ケーシングは、前記電子部品を内周側に囲む枠状に形成されていることを特徴とする請求項１のアンダーフィル剤保持装置。
【請求項５】
前記ケーシングは、前記電子部品をその間に挟み込む第１及び第２のケーシングで構成されていることを特徴とする請求項１のアンダーフィル剤保持装置。
【請求項６】
回路基板と、
前記回路基板に下面を対向させて実装される電子部品と、
この電子部品を前記回路基板に接合するバンプと、
前記回路基板と前記電子部品の間に流入されるべきアンダーフィル剤を保持するアンダーフィル剤保持装置と、
を具備することを特徴とする電子装置。
【請求項７】
前記アンダーフィル剤は第１液と第２液が混合されると硬化する二液混合型接着剤であり、
前記ケーシングは、前記第１液を保持する第１の空洞部と、前記第２液を保持する第２の空洞部とを有することを特徴とする請求項６の電子装置。
【請求項８】
前記封止部材は、前記回路基板上の温度上昇に伴って溶解することを特徴とする請求項２の電子装置。
【請求項９】
回路基板と、
半導体チップが組み込まれる電子部品と、
この電子部品を前記回路基板に接合するバンプと、
前記電子部品の少なくとも両側に配置され、空洞部及びこの空洞部に連通し、前記回路基板上の温度上昇に伴って密閉を解除された開口部が形成されるケーシングを備える接着剤供給部材と、
前記開口部を介して前記空洞部から前記回路基板と前記電子部品間の前記バンプに供給され、前記回路基板及び前記電子部品を互いに接合するアンダーフィル剤と、
を具備することを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
半導体チップが組み込まれる電子部品を回路基板にバンプ接合し、
接着剤が充填されている接着剤供給部材を前記電子部品の少なくとも両側に配置し、
前記回路基板上の温度上昇に伴って前記接着剤供給部材から前記回路基板と前記電子部品との間にアンダーフィル剤を供給し、
このアンダーフィル剤を硬化させて前記回路基板及び前記電子部品を互いに接合することを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１１】
前記アンダーフィル剤は、前記電子部品の実装後における前記回路基板への通電に基づく発熱によって供給されることを特徴とする請求項１０の電子部品の実装方法。
【請求項１２】
前記回路基板は、前記電子部品が実装される電子装置の製造工程における電子装置に試験或いは電子装置の完成後における電子装置の使用において通電されることを特徴とする請求項１１の電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品のアンダーフィル剤保持装置、半導体パッケージの実装装置及び実装方法に係り、特に、温度変動、衝撃或いは押圧力のような機械的外力によって半導体パッケージと回路基板との間のバンプ接合が破損することを防止可能な電子部品のアンダーフィル剤保持装置、半導体パッケージの実装装置及び実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、電子機器の高度化、多機能化などに伴い、半導体チップの高集積化、大規模化が進み、この半導体チップを搭載する半導体パッケージと回路基板とを接続する電気的接続部の数が非常に多くなってきている。特に、近年においては、半導体パッケージの底面に形成されたバンプ接合を用いて、回路基板に対して直接実装するＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ実装或いはその小型版ともいえるＣＳＰ（Chip Size Package）実装が一般化している。バンプを用いたこれらの実装方式では、限られた面積の実装面に多数の電気的接続部を設けることができるため、機器の小形軽量化に適している。
【０００３】
通常のＢＧＡパッケージ実装或いはＣＳＰ実装においては、半導体パッケージと回路基板は、ハンダ等で形成されたバンプのみによって接合され、バンプ接合部が電気的且つ機械的な接続を担っている。ただし、近年の電子機器では、実装後に加わる様々なストレス、例えば、温度変動、或いは、衝撃或いは押圧力といった機械的外力が一段と厳しくなる傾向にある。特に、携帯電話などのモバイル性の高い機器において、温度変動や機械的外力に対する信頼性確保が厳しくなる傾向にある。その結果、一部のＢＧＡパッケージ実装或いはＣＳＰ実装において、はんだバンプ接合部の周辺にアンダーフィル剤と称される接着材を充填することで接合部の強度及び信頼性を向上させる実装方法が用いられている。
【０００４】
以下、従来方式でアンダーフィルされたＢＧＡパッケージ実装においては、特許文献１の従来技術の説明に開示されるように、半導体チップを搭載するＢＧＡパッケージは、回路基板上にはんだバンプを用いて実装される。そして、半導体パッケージが接続された後、アンダーフィルが注入される。ここで、アンダーフィルには、熱硬化接着剤が多く用いられ、その後の熱硬化工程を経てＢＧＡパッケージが基板上に接着される。このようなアンダーフィル型ＢＧＡパッケージ実装では、ＢＧＡパッケージと回路基板との接続が、アンダーフィルを行わない場合と比較して、飛躍的に強固に行われている。即ち、機器の温度変動に起因するはんだバンプの熱疲労破壊、衝撃或いは押圧のような機械的外力に起因するはんだバンプの破断に対して信頼性がより高い接続となっている。
【特許文献１】特許第３３４８９７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来方式でのアンダーフィルされたＢＧＡパッケージ実装にあっては、次のような問題がある。即ち、信頼性という視点で望ましい接合を実現できる反面、アンダーフィルの注入工程と硬化工程が別途必要とされ、実装プロセスが複雑化する課題がある。特に、熱硬化型のアンダーフィル剤が使用される場合、その硬化工程では、１００℃以上で数時間といった条件が一般に要求される。従って、工程時間が増大し、工程時間の増加に伴うコストアップが大きな問題となっている。加えて、回路基板の製造工程でＢＧＡパッケージ或いはＣＳＰが回路基板に強固に固定されてしまうために、製造後に何らかの製造不具合があった際に、実装された部品を交換することが実質的に極めて困難であるという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、アンダーフィル剤の注入工程と硬化工程の簡略化を図ることができる電子部品のアンダーフィル剤保持装置、半導体パッケージの実装装置及び実装方法を提供することにある。
【０００７】
この発明によれば、
空洞部及びこの空洞部に連通する開口部を有するケーシングと、
前記空洞部に充填されるアンダーフィル剤と、
常温において前記開口部を封止して前記空洞部を密閉し、温度上昇によって前記開口部の封止を解除する封止部材と、
を具備することを特徴とする、電子部品のアンダーフィル剤保持装置が提供される。
【０００８】
また、この発明によれば、
回路基板と、
前記回路基板に下面を対向させて実装される電子部品と、
この電子部品を前記回路基板に接合するバンプと、
前記回路基板と前記電子部品の間に流入されるべきアンダーフィル剤を保持するアンダーフィル剤保持装置と、
を具備することを特徴とする電子装置が提供される。
【０００９】
更に、この発明によれば、
回路基板と、
半導体チップが組み込まれる電子部品と、
この電子部品を前記回路基板に接合するバンプと、
前記電子部品の少なくとも両側に配置され、空洞部及びこの空洞部に連通し、前記回路基板上の温度上昇に伴って密閉を解除された開口部が形成されるケーシングを備える接着剤供給部材と、
前記開口部を介して前記空洞部から前記回路基板と前記電子部品間の前記バンプに供給され、前記回路基板及び前記電子部品を互いに接合するアンダーフィル剤と、
を具備することを特徴とする電子装置が提供される。
【００１０】
更にまた、この発明によれば、
半導体チップが組み込まれる電子部品を回路基板にバンプ接合し、
接着剤が充填されている接着剤供給部材を前記電子部品の少なくとも両側に配置し、
前記回路基板上の温度上昇に伴って前記接着剤供給部材から前記回路基板と前記電子部品との間にアンダーフィル剤を供給し、
このアンダーフィル剤を硬化させて前記回路基板及び前記電子部品を互いに接合することを特徴とする電子部品の実装方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の電子部品のアンダーフィル剤保持装置、半導体パッケージの実装装置及び実装方法によれば、アンダーフィルの注入工程と硬化工程の簡略化を図ることができる半導体パッケージの実装装置を提供することで、ＢＧＡパッケージ実装やＣＳＰ実装におけるバンプ接合部の強度並びに信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係る半導体パッケージの実装装置を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンダーフィル剤保持装置概略的に示す斜視図であり、図２（ａ）〜（ｃ）はアンダーフィル剤保持装置と半導体パッケージと回路基板とを概略的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、アンダーフィル剤保持装置１０は、ケーシング１１、
封止部材１８、ピン２０を備える。
【００１５】
ケーシング１１は略矩形の半導体パッケージ１４を内周側に囲む枠状に形成されている。このケーシング１１は、アンダーフィル剤１７が封入される空洞部（図示せず）が内部に形成されている。アンダーフィル剤１７としては、一般的な溶液型接着剤、湿気硬化型接着剤、二液混合型接着剤或いは熱硬化型接着剤などを用いることができる。
【００１６】
ケーシング１１の内周側には、アンダーフィル剤１７を外部に供給するために空洞部に連通されている開口部１２が設けられ、この開口部１２が封止部材１８によって封止されて空洞部にアンダーフィル剤が密閉されている。封止部材１８としては例えば、常温付近において開口部１２を封止し、周囲の雰囲気温度が所定温度以上に上昇すると封止が解除されるような熱剥離性を有する封止シールを用いることができる。また封止部材１８としては例えば、熱変形して封止を解除するような材料で作られても良い。また封止部材１８としては例えば、線膨張率の異なる複数の層で構成されたものを用いてもよい。このような封止部材１８は、周囲の雰囲気温度の温度上昇に伴ってバイメタル効果による反り変形を生じる。封止部材１８は反り変形して開口部１２から剥離して開口部１２を開く。
【００１７】
また封止部材１８としては例えば、温度上昇に伴って溶解する熱溶解性の材料で構成されたものを用いてもよい。
【００１８】
このケーシング１１の、回路基板１５と対向する面の隅近傍には、回路基板１５の所定の位置に固定すべくピン２０が設けられている。ピン２０は、回路基板１５に設けた挿入孔に嵌合される。
【００１９】
図１に示される例では、開口部１２がケーシング１１の、半導体パッケージ１４の四隅に対向する位置に設けられている。開口部１２から流出するアンダーフィル剤は半導体パッケージ１４の四隅付近の下面と回路基板１５との間に流れ込んで半導体パッケージ１４の四隅を回路基板１５に固定する。開口部１２の位置は、図１に示される例に限定されるものではなく、実装すべき半導体パッケージの形状に応じて種々変更することができる。
【００２０】
尚、２種類の液体が混合されて硬化される二液混合型の接着剤がケーシング１１に封入される場合には、図３に示されるようにケーシング１１には、互いに隣接する２以上の独立した空洞部１２−１，１２−２が互いに隔壁９によって分離されて形成され、独立した空洞部１２−１，１２−２から流れ出る２種類の液体が半導体パッケージ１４と回路基板１５との間に広がってこれらが混合され、この混合によって半導体パッケージ１４が回路基板１５に接合される。
【００２１】
次に、ケーシング１１を用いて半導体パッケージ１４を回路基板１５に固定する工程について説明する。
【００２２】
まず図２（ａ）に示すように、回路基板１５上に、半導体チップ１３が搭載されたＢＧＡ(Ball Grid Array)型の半導体パッケージ１４がはんだバンプ１６を用いて実装される。
【００２３】
半導体パッケージ１４が実装された後、アンダーフィル剤１７を内包するケーシング１１が半導体パッケージ１４を囲うように回路基板１５上に配置される。回路基板１５に設けた挿通孔にケーシング１１のピン２０が差し込まれる。ケーシング１１にピン２０がない場合は、ケーシング１１は接着剤或いは両面テープなどを用いて仮固定されても良い。またケーシング１１自体を回路基板１５に仮固定しなくても、半導体パッケージ１４に嵌めることで半導体パッケージ１４に対して位置決めするだけでも良い。また、ケーシング１１を外側から別部品で回路基板１５に一時的に仮固定しても良い。
【００２４】
ＢＧＡパッケージ１４が実装された後（例えば、工場出荷前に一定の機能試験を行う時や販売後の製品使用時に）、回路基板１５が通電されると、ＢＧＡパッケージ１４の温度が上昇する。このＢＧＡパッケージ１４周辺の温度上昇に伴って、図２（ｂ）に示されるように、封止部材の封止が解除されて開口部１２が開放される。開口部１２の開放に伴って、図２(ｃ)に示されるように、アンダーフィル剤17が開口部１２を介して半導体パッケージ１４と回路基板１５の間に流入する。流入したアンダーフィル剤17は硬化して半導体パッケージ１４と回路基板１５とが接着される。
【００２５】
電子機器の温度変動に起因するはんだバンプ１６の熱疲労や、衝撃或いは押圧力のような機械的外力に起因するはんだバンプ１６の破断は、半導体パッケージ１４外周部のはんだバンプ１６において頻発する。したがって、図２（ｃ）のようにアンダーフィル剤１７が半導体パッケージ１４の中心まで流れ込んでいなくても、パッケージ１４と回路基板１５の接続信頼性は飛躍的に高められる。また、このような実装方法においては、アンダーフィル剤の注入と硬化の工程が半導体パッケージ１４を実装した後の通電によって行われるために、従来課題とされていた硬化時間分の実装工程時間増大とそれに伴うコストアップの問題を軽減することができる。
【００２６】
ケーシング１１は、図４に示されるように半導体パッケージ１４の両側に半導体パッケージ１４を挟み込むように配置される１組のケーシングユニット１１Ａ、１１Ｂで構成されても良い。この図４に示されるケーシングユニット１１Ａ、１１Ｂは、ケーシング１１と同様に半導体パッケージ１４が回路基板１５上にはんだバンプ１６を用いて実装された後に、この半導体パッケージ１４の両側に配置される。その後、半導体パッケージ１４の温度上昇に伴い封止部材１２の封止が解放されて開口部１２が開放され、アンダーフィル剤１７が開口部１２を介して半導体パッケージ１４と回路基板１５間に注入され、この流出したアンダーフィル剤１７が硬化して半導体パッケージ１４と回路基板１５とが接着される。
【００２７】
ケーシング１１或いはケーシングユニット１１Ａ、１１Ｂを利用したアンダーフィルは、一例として図５に示すような電子機器としての携帯端末の回路ユニット３８に適用することができる。回路ユニット３８は回路基板１５、回路基板１５上に仮固定されたケーシング１１、回路基板１５上にバンプ接続された半導体パッケージ１４を備える。
【００２８】
携帯端末３０が組み立てられた後、製造時の携帯端末３０の検査工程における通電、或いは、使用開始時におけるバッテリの充電或いは電源投入に伴い半導体パッケージ１４の温度が上昇して確実に半導体パッケージ１４が回路基板１５上にアンダーフィルされる。
【００２９】
尚、図５に示される携帯端末は、折り畳み構造を備え、その操作部３４のみを示し、操作部３４上に折り畳まれる表示部は、図示していない。操作部３４は、前面ケース４６及び背面ケース４８から構成され、その間にキーパッド５２，ドームキー５４、キーケース５６及び配線ユニット３８が前面ケース４６及び背面ケース４８間に挟み込まれるように配置固定されている。キーパッド５２は、前面ケース４６の各キー窓に露出するキーボタンを備え、ドームキー５４は、キーボタンの押圧及びその解除によって開閉されるスイッチを備えている。このドームキー５４及びキーパッド５２は、キーケース５６及びに前面ケース４６間に配置され、キーケース５６がドームキー５４を保護する隔壁として機能している。キーケース５６と背面ケース４８間には、配線ユニット３８が配置され、配線ユニット３８は、キーケース５６と背面ケース４８によって保護されている。前面ケース４６及び背面ケース４８とは、ねじ等により固定されてその内にキーパッド５２，ドームキー５４、キーケース５６及び配線ユニット３８が移動不能に保持されている。
【００３０】
このような構造の電子機器においては、半導体パッケージ１４が強固に回路基板１５上にアンダーフィル封止され、温度変動或いは機械的外力に対して信頼性を高め、接合部の強度及び信頼性を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の１実施例に係る半導体パッケージの実装装置に組み込まれるケーシングを概略的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示したケーシングを利用して半導体パッケージを回路基板にアンダーフィル封止する過程を概略的に示す断面図である。
【図３】この発明の１実施例の変形例に係る半導体パッケージの実装装置に組み込まれるケーシングを概略的に示す斜視図である。
【図４】この発明の他の実施例に係る半導体パッケージの実装装置に組み込まれる枠部材を概略的に示す斜視図である。
【図５】図１、図３或いは図４に示されるケーシングを利用した半導体パッケージの実装装置を組み込んだ携帯端末を概略的に示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１…ケーシング、１１Ａ，１１Ｂ．．．ケーシングユニット、１２…開口部、１３…半導体チップ、１４…半導体パッケージ、１５…回路基板、１６…はんだバンプ、１７…アンダーフィル剤、１８．．．封止部材、２０．．．ピン
【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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