(57)【要約】【課題】  半田接合後の残存フラックスの洗浄除去、そして、アンダーフィルの充填などが必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接合を可能とした半導体パッケージの製造方法及びその製造方法により得られる半導体パッケージを提供する。【解決手段】  感光性フラックスを、半導体パッケージの半田ボールが搭載される面の回路パターン上の全面に塗布、乾燥し、感光性フラックス膜を形成後、所定のパターンを載置し、露光、現像して、半導体パッケージの半田ボール搭載用のランド部にフラックスパターンを形成する工程、前記フラックスパターン上に半田ボールを載せて、半田リフローによって半田ボールを半導体パッケージの半田ボール搭載用のランドと半田接合させる工程と、前記半田ボール搭載半導体パッケージを熱処理して感光性フラックスを硬化させる工程とからなることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光、現像により、所定の位置にフラックスパターン形成が可能である感光性フラックスを半導体パッケージの半田ボールが搭載される面の回路パターン上の全面に塗布、乾燥し、感光性フラックス膜を形成する工程、前記感光性フラックス膜上に所定のパターンを載置し、露光、現像して、半導体パッケージの半田ボール搭載用のランド部にフラックスパターンを形成する工程、前記フラックスパターン上に半田ボールを載せて、半田リフローによって半田ボールを半導体パッケージの半田ボール搭載用のランドと半田接合させる工程、及び前記半田ボール搭載半導体パッケージを熱処理して感光性フラックスを硬化させる工程とからなることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項２】
感光性フラックスが、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）、及びオルトキノンジアジド構造を有する化合物からなる感光剤（Ｃ）を必須成分とすることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項３】
少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）が、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、ビフェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び、ポリビニルフェノール樹脂からなる群より選ばれる、少なくとも１種であることを特徴とする請求項２記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項４】
感光性フラックスを、半田ボール接合部を樹脂補強する形態で硬化させてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により得られる半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田ボールが搭載された半導体パッケージ、及び、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型化かつ多ピン化が進んできている。
【０００３】
半導体パッケージはその小型化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基板上にチップを実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）や、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）といった、エリア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている。これらの半導体パッケージにおいて、半導体チップの電極と、従来型半導体パッケージのリードフレームの機能とを有
する、半導体搭載用基板と呼ばれるプラスチックやセラミックス等各種絶縁材料と、導体配線で構成される基板の端子との電気的接続方法として、ワイヤーボンディング方式やＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式、さらにはＦＣ（Ｆｌｉｐ
Ｃｈｉｐ）方式などが知られているが、最近では、半導体パッケージの小型化に有利な、ＦＣ接続方式を用いたＢＧＡやＣＳＰの構造が盛んに提案されている。
【０００４】
ＢＧＡやＣＳＰのプリント配線板への実装には、半田ボールで形成されたバンプによる、半田接合が採用されている。この半田接合には、フラックスが用いられ、ソルダーペーストが併用されることもある。特に半田ボールが使用される理由は、半田供給量を制御し易く、多量の半田を供給できるので、バンプが高くできるためである。また、ＢＧＡやＣＳＰの作製工程における、半導体チップの電極と半導体搭載用基板の端子との電気的接続方法にも、半田接合が使われる場合が多い。
【０００５】
一般に、半田接合のためには、半田表面と対する電極の、金属表面の酸化物などの汚れを除去すると共に、半田接合時の金属表面の再酸化を防止して、半田の表面張力を低下させ、金属表面に溶融半田が濡れ易くする、半田付け用フラックスが使用される。このフラックスとしては、ロジンなどの熱可塑性樹脂系フラックスに、酸化膜を除去する活性剤等を加えたフラックスが用いられている。
【０００６】
しかしながら、このフラックスが残存していると、高温、多湿時に熱可塑性樹脂が溶融し、活性剤中の活性イオンも遊離するなど、電気絶縁性の低下やプリント配線の腐食などの問題が生じる。そのため現在は、半田接合後の残存フラックスを洗浄除去し、上記問題を解決しているが、洗浄剤の環境問題や、洗浄工程によるコストアップなどの欠点がある。
【０００７】
フラックスの機能は、前記の通り、半田と金属表面の酸化物除去、再酸化防止、そして半田濡れ性向上（表面張力を低下させる）などであり、フラックスが存在し、金属表面が露出していれば、半田は制限なく濡れてしまう。そこで、一般的に半導体パッケージやプリント配線板の回路表面には、半田接合部のみへの半田の導入と、導体配線パターンの保護とのため、ソルダーレジストが使用されている。しかし、このソルダーレジストが半田接合部に残存すると、接続信頼性が低下したり、半田接合ができなかったり、という問題が生じるため、ソルダーレジスト形成には細心の注意が必要である。
【０００８】
また、半導体パッケージの小型化かつ多ピン化は、半田ボールの微細化を促し、接合強度、信頼性の低下が懸念されている。そこで、バンプ接続部分の信頼性を得るため、チップと基板との間隙に、アンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填して、半田ボール接続部分を封止、補強する検討も盛んである。しかし、これには技術的難易度の高いアンダーフィルを充填し、硬化させる工程が必要となるため、製造工程が複雑で製造コストが高くなる問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、半導体パッケージの実装時における、半田接合の現状のこのような問題点に鑑み、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去、そして、アンダーフィルの充填などが必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接合を可能とした半導体パッケージの製造方法及びその製造方法により得られる半導体パッケージ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】
【００１０】
即ち、本発明は、露光、現像により、所定の位置にフラックスパターン形成を可能とする感光性フラックスを、半導体パッケージの半田ボールが搭載される面の回路パターン上の全面に塗布、乾燥し、感光性フラックス膜を形成する工程、前記感光性フラックス膜上に所定のパターンを載置し、露光、現像して、半導体パッケージの半田ボール搭載用のランド部にフラックスパターンを形成する工程、前記フラックスパターン上に半田ボールを載せて、半田リフローによって半田
ボールを半導体パッケージの半田ボール搭載用のランドと半田接合させる工程、及び前記半田ボール搭載半導体パッケージを熱処理して感光性フラックスを硬化させる工程とからなることを特徴とする半導体パッケージの製造方法、及び、その製造方法により得られる半導体パッケージである。
【００１１】
本発明において、好ましい感光性フラックスは、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）、及びオルトキノンジアジド構造を有する感光剤（Ｃ）を必須成分とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法は、これに用いる感光性フラックスが、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去を必要とせず、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、また、感光性フラックスが半田接合部周辺をリング状に補強する形で硬化するため、接合強度と信頼性の高い半田接合を可能にするので、半導体パッケージのプリント配線板への搭載における工程を簡素化して、製造コストを抑制し、また、半田接合の信頼性向上に極めて有用である。また、感光性を付与することで半田搭載部分のみに選択的に本フラックスを残すことが可能となり、半田ボールとの界面張力による半田ボールの凝集を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に用いる感光性フラックスは、露光、現像により、所定の位置にフラッ
クスパターン形成が可能であれば良く、中でも、少なくとも１つ以上のフェノー
ル性水酸基を有する樹脂（Ａ）、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）、及びオ
ルトキノンジアジド構造を有する感光剤（Ｃ）を必須成分とする感光性フラック
スが好ましく、ここで挙げるのは、ポジ型の感光性フラックスである。
【００１４】
また、本発明に用いる少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の、フェノール性水酸基は、その還元作用により、半田および金属表面の酸化物などの汚れ
を除去し、半田接合のフラックスとして作用する。このフェノール性水酸基としては、何ら制約するところはないが、半田接合のフラックスとしての作用を高めるため、フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）は、フェノール性水酸基に対してのオルソ、パラ位に電子吸引基、メタ位に電子供与基を有するものが好ましい。
【００１５】
更に、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）により、良好な硬化物を得ることができるため、半田接合後の洗浄除去が必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接合を可能とする。
【００１６】
本発明において用いる、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）は、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、ビフェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び、ポリビニルフェノール樹脂の中から選ばれる、少なくとも１種が好ましく、これらの内、重量平均分子量２００００以下のものが良い。分子量が大きすぎると、半田接合時における感光性フラックスの流動性が低下し、半田接合を阻害するため好ましくない。但し、その他の配合剤の使用により、半田接合時における溶融粘度を、５０Ｐａ・ｓ以下に制御できれば何ら問題はない。この目的のために、液状の硬化剤を配合したり、溶剤を加えても良い。
【００１７】
前記アルキルフェノールノボラック樹脂に関しては、アルキル基の炭素数が１〜４程度が好ましく、例えばメチル基、エチル基，ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、さらにはアリル基等であり、炭素数がそれを越える場合は親油性が増しアルカリ現像性のために好ましくない。
【００１８】
少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の配合量は、感光性フラックス全体の２０〜８０重量％が好ましい。２０重量％未満であると、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合できなくなってしまう。また、８０重量％より多いと、十分な硬化物が得られず、接合強度と信頼性が低下する。溶融粘度、酸化物除去性と硬化性のバランスが採れた配合による、本発明の感光性フラックスは、半田接合部周辺をリング状に補強する形で硬化するため、従来のフラックスによる半田接合と比較して、接合強度、信頼性を大幅に向上させることができる。
【００１９】
本発明に用いるフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の、硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）としては、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂などが用いられる。具体的にはいずれも、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系やレゾルシノール系などのフェノールベースのものや、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格をベースとして変性されたエポキシ化合物やイソシアネート化合物が挙げられる。また、本発明に用いる感光性フラックスの硬化促進をするために、更に公知の硬化触媒を用いることができる。
【００２０】
本発明に用いるオルトキノンジアジド構造を有する化合物からなる感光剤（Ｃ）は、ポジ型感光性樹脂に広く用いられている感光剤であり、ナフトキノンジアジドのスルホン酸エステルが一般的であるが何ら制約するところはない。フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）単独のアルカリ現像液に対する溶解性は、オルトキノンジアジド構造を有する感光剤（Ｃ）の添加で抑制されるが、露光部分は光反応によりインデンカルボン酸を生じるため溶解が促進されパターン形成を可能とする。
【００２１】
オルトキノンジアジド構造を有する感光剤（Ｃ）の配合量は、感光性フラックス全体の３〜３０重量％が好ましい。感光剤（Ｃ）の配合量が多すぎると、単位体積あたりのジアゾの濃度が増え、また、着色のため光透過率も低下し、光分解するために、より多くの光
を必要とする。逆に、感光剤（Ｃ）の配合量が少なすぎると現像安定性が低下する。フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の適切な選択と、オルトキノンジアジド構造を有する感光剤（Ｃ）の最適な配合量による
、本発明に用いる感光性フラックスは、所定の位置に、所望の量のフラックス供給が可能となるため、フラックス供給量の不足による半田接続不良や、過剰による半田ブリッジなどの問題を解決でき、特に微細な半田接続に好適である。
【００２２】
本発明の半導体パッケージの製造方法としては、前記感光性フラックス成分をアルコール類、エーテル類、ケトン類などの有機溶媒で、感光性フラックスのワニスにして、これを半導体パッケージの半田ボールが搭載される面の回路パターン上全面に、スクリーン印刷やスピンコートなどの方法により塗布し、乾燥して、感光性フラックス層を形成する。次いで、感光性フラックス層上に、パターンを位置合わせして、積層し、高圧水銀灯やメタルハライドランプ等の活性光線を露光し、水酸化ナトリウムやテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド等のアルカリ水溶液で現像することにより該回路パターンの半田ボール搭載用のランドの所定の位置にフラックスパターンを形成し、フラックスパターン上に、半田ボールを載せて、半田リフローによって半田ボールを半田ボール搭載用のランドに半田接合させた後、さらに加熱して、感光性フラックス層を硬化させて、半田接合部周辺を感光性フラックス樹脂でリング状に補強することができる。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明について更に詳しく説明するが、本発明は何らこれらに限定されない。
【００２４】
実施例１．
ｍ，ｐ−クレゾールノボラック樹脂（日本化薬(株)製ＰＡＳ−１、ＯＨ基当量１２０）１００ｇ、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（日本化薬(株)製ＲＥ−４０４Ｓ、エポキシ基当量１６５）１４０ｇ、及びジアゾナフトキノン（日本化薬（株）製ＮＱＤ−１）２０ｇを、シクロヘキサノン６０ｇに溶解し、硬化触媒として２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール０．２ｇを添加し、感光性フラックスワニスを作製した。得られた感光性フラックスワニスを１２５μｍ厚の銅板上に塗布し、８０℃で１０分乾燥して、厚さ２０μｍの感光性フラックス膜を形成した後、この感光性フラックス膜の解像性を評価したところ、高圧水銀灯による２００ｍＪ／ｃｍ2の露光量、２.５％テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド（ＴＭＡＨ）による１分の現像で、ライン／スペース＝２０／２０μｍの解像度を有した。
【００２５】
実施例２．
実施例１で用いたｍ，ｐ−クレゾールノボラック樹脂１００ｇに代えて、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂(大日本インキ化学工業(株)製ＬＦ４７８１、ＯＨ基当量１２０)１００ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして、感光性フラックスワニスを作製した。この感光性フラックス膜の解像度は、ライン／スペース＝３０／３０μｍであった。
【００２６】
実施例３．
実施例１で用いたｍ，ｐ−クレゾールノボラック樹脂１００ｇとビスフェノールＦ型エポキシ樹脂１４０ｇに代えて、フェノールノボラック樹脂（住友デュレズ(株)製、ＰＲ−５１４７０、ＯＨ基当量１０５）とジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日本化薬(株)製、ＲＥ−８１０ＮＭ、エポキシ基当量２２０）２１０ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして、感光性フラックスワニスを作製した。この感光性フラックス膜の解像度は、ライン／スペース＝３０／３０μｍであった。
【００２７】
比較例１．
実施例１において、ジアゾナフトキノンを配合しなかった以外は、実施例１と同様にして、硬化性フラックスワニスを作製した。
【００２８】
上記で得られたフラックスワニスを用いて、それぞれについて、次の評価を行った。
１．半田ボールシェア強度試験
厚さ１２５μｍの銅板（ＥＦＴＥＣ６４Ｔ、古川電気工業(株)製）を用いて、ランド径３００μｍ、ランドピッチ０.５ｍｍを含む評価用回路を形成し、そのリードフレームを
半導体封止材（住友ベークライト(株)製ＥＭＥ−７３７２）でモールド封止した後、片面から研磨して、前記の評価用回路を露出させ、１０ｍｍ角の評価用パッケージを作製した。研磨の仕上げには、ＪＩＳ−Ｒ６２５２に規定された、耐水研磨紙１０００番を使用した。これをイソプロピルアルコールで洗浄した後、８０℃で３０分乾燥して、半田接合評価用パッケージとした。
【００２９】
前記評価用パッケージの評価用回路露出面の全面に、実施例１〜３で得られた感光性フラックスワニスと比較例１で得られた硬化性フラックスを、それぞれ塗布し、８０℃で１０分乾燥して、厚さ２０μｍのフラックス膜を形成した。実施例１〜３については、感光性フラックス膜に所定のパターンを載置して、高圧水銀灯露光装置を用い照射量２００ｍＪ／ｃｍ2で露光した。次いで、２.５％ＴＭＡＨ水溶液により２Ｋｇ／ｍ2のスプレー圧
で現像し、ランド上に４００μｍ径
の感光性フラックスを形成した。比較例１の他の比較例として、市販の半田フラックス（九州松下電器株式会社製ＭＳＰ５１１）を塗布した。それぞれの評価用パッケージ回路のランド上に、３５０μｍ径の半田ボール（Ｓｎ−Ｐｂ系共晶半田、千住金属鉱業(株)製）６０個を搭載した後、ピーク温度を２４０℃に設定されたリフロー炉を通して、半田ボールを評価用パッケージに接合させた。その後、実施例１〜３、比較例１については、１５０℃で６０分熱処理して、感光性フ
ラックス及び硬化性フラックスを硬化させた。市販のフラックスについては、ソルダーレジストの形成された評価用パッケージも準備した。
【００３０】
次に、得られた半田ボール付き評価用パッケージの、半田ボールシェア強度（デイジ社製万能型ボンドテスターＰＣ２４００Ｔによる）を測定した。それぞれ６０個の平均値を求め、その結果をまとめて表１に示した。尚、市販の半田フラックスを用いた比較例として、ソルダーレジストの形成されていないものを比較例２、ソルダーレジストの形成された半田ボール付き評価用パッケージを比較例３とした。
【００３１】
２．温度サイクル試験
温度サイクル（ＴＣ）試験用プリント配線板に、前記同様の市販のフラックスを塗布し、実施例、および比較例の前記半田ボール付き評価用パッケージを搭載して、ピーク温度２４０℃に設定されたリフロー炉を通して、評価用パッケージ実装基板をそれぞれ１０個ずつ作製した。この評価用パッケージ実装基板は、評価用パッケージ、および試験用プリント配線板を介して、６０個の半田ボール接合部が直列につながるように回路設計されている。
【００３２】
得られた評価用パッケージ実装基板の導通を確認後、−５０℃で１０分、１２５℃で１０分を１サイクルとするＴＣ試験を実施した。ＴＣ試験１０００サイクル後の断線不良数の結果をまとめて表１に示した。更に比較例としてソルダーレジストが形成されており、アンダーフィルを充填したものも準備して比較例４とした。比較例２〜４については、評価用パッケージ実装後、イソプロピルアルコールで洗浄して使用した。
【００３３】
３．絶縁抵抗試験
半田メッキが施された導体間隔１５０μｍのくし形パターンを有する、絶縁信頼性試験
用プリント配線板を使用し、このプリント配線板に実施例１〜３で得られた感光性フラックスワニス及び比較例１で得られた硬化性フラックスを、それぞれ塗布し、８０℃で１０分間乾燥して厚さ２０μｍのフラックス膜を形成した。実施例１〜３については、高圧水銀灯露光装置を用い照射量２００ｍＪ／ｃｍ2で露光もした。比較例１以外の比較例とし
て、前記同様の市販のフラックスを塗布した試験用プリント配線板も準備した。ピーク温度２４０℃に設定されたリフロー炉を通した後、実施例１〜３、比較例１については、１５０℃で６０分間熱処理してフラックスを硬化させ、試験用プリント配線板とした。
【００３４】
このプリント配線板の絶縁抵抗を測定した後、８５℃／８５％の雰囲気中で、直流電圧５０Ｖを印加し、１０００時間経過後の絶縁抵抗を測定した。測定時の印加電圧は１００Ｖで１分とし、絶縁抵抗をまとめて表１にした。前記市販のフラックスを用いた比較例は、フラックスの洗浄を行わず、比較例５とした。
【００３５】
【表１】
2008193111.tif 000002
【００３６】
表１に示した評価結果から分かるように、本発明の感光性フラックスを用いた場合、従来のフラックスを用いた場合に比べて、半田ボールシェア強度では、約２倍という高い値を示し、また、ＴＣ試験では、断線不良の発生はほとんどなくなった。絶縁抵抗試験でもほとんど低下を示さず、本発明の感光性フラックスの効果が明白である。