(57)【要約】【課題】リペア工程での、リペア対象となる部品の近接に存在している部品の接合信頼性低下や配線パターンの断線を防止する。【解決手段】配線基板5の電極6に導電部材8を介して接続されている半導体部品1において、半導体部品1の機能を不働化させるために、配線基板5上で半導体部品1と電気的接続を取る配線パターン6が切断する。切断後、半導体部品1の周辺を絶縁層９で覆い、樹脂表面上に導電性ペーストを用いて配線パターン10を形成し、その配線パターン10上の電極に、半導体部品3の電極部4を接続して、リペアが完了する。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その電極端子が配線基板の配線に第１の導電部材を介して接続されている第１の半導体部品を第２の半導体部品と置換する半導体装置のリペア方法において、前記第１の半導体部品を不働化するために前記第１の半導体部品の電極端子の接続された前記配線を切断し、前記第１の半導体部品の少なくとも一部を被覆する絶縁層を形成し、前記絶縁層の露出している面に前記配線基板の配線と電気的に導通した第２の導電部材を設け、前記第２の導電部材に前記第２の半導体部品の電極端子を接続することを特徴とする半導体装置のリペア方法。
【請求項２】
前記配線の切断された箇所を前記絶縁層によって被覆することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のリペア方法。
【請求項３】
配線基板上に搭載された、配線基板の配線から切り離された部分配線と第１の導電部材を介して接続された電極端子を有する第１の半導体部品を備え、該第１の半導体部品の少なくとも一部を被覆する絶縁層が形成され、
前記絶縁層の露出している面に設けられた第２の導電部材を介して第２の半導体部品の電極端子が前記配線基板の配線と電気的に導通している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁層の表面が、前記配線基板の基板面と概略平行な平坦部と、該平坦部から前記配線基板面に到達する斜面部と、を有し、前記平坦部と前記斜面部との交わる角部が円弧状であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁層の表面が、前記配線基板の基板面と概略平行な平坦部と、該平坦部から前記配線基板面に到達する斜面部と、を有し、前記平坦部と前記斜面部との交わる角部が、段階的に傾斜角が異なる複数の斜面を有していることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁層が摂氏２００度以下で硬化する樹脂により形成されていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の導電部材が、はんだであることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体部品のうち、特にはんだを用いて配線基板上に実装後、不良となった半導体部品について、従来よりも低い温度でリペアが可能な方法を提供することで、不良部品近接の部品への熱負荷を低減させ、近接部品の信頼性を確保できる半導体部品のリペア方法およびリペア後の実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の急速な発達に伴い、半導体部品はこれまで以上に高機能化、多機能化が求められるようになっており、半導体部品の入出力端子数は増加し、また半導体部品を高速動作させるための配線長は短縮化が求められている。また基板上にはQFPやTSOPなどのリード付き部品、CSPやBGAなどの表面実装部品、フリップチップ部品など数多くの部品が実装され、高密度実装化が加速的に進んでいる。
これらの半導体部品が搭載される配線基板は、微細かつ高多層なものが必要となるため高価であり、半導体部品搭載後、不良部品が発見された場合、一度実装した部品を取り外して、良品部品を再搭載するリペア工程が必要となる（例えば、特許文献１参照）。従来の一般的なリペア工程は、次の通りである。
（１）リペア対象部品（不良部品）のみ配線基板から取り除くため、ホットエアー、ヒータなどで不良部品と配線基板を接合するはんだなどの接合部材が、十分に溶融する温度を不良部品近傍に局所加熱する。
（２）不良部品を配線基板から取り除いた後、良品部品と配線基板との接合部であるパッドなどに存在する残はんだを滑らかにレべリングする。またフラックス残渣などを取り除く。
（３）良品部品と配線基板とを接合するはんだなどの接合部材を、印刷マスクやディスペンサを用いて接合パッドに塗布する。
（４）良品部品を配線基板へ搭載する。
（５）良品部品を配線基板へ実装するため、接合部材が十分に溶融する温度を、良品部品近傍にホットエアー、ヒータなどで局所加熱により与える。
【特許文献１】特開平09-082715号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上述べたように、従来の一般的なリペア工程では、不良部品の取り外し時は、不良部品と配線基板を接合するはんだなどの接合部材を溶融させるために、不良部品周辺を局所加熱する。また再搭載時にも良品部品を配線基板に実装するため、不良部品周辺を局所加熱する。その際、不良部品に近接する半導体部品にも熱がかかるが、特に近年の高密度化実装により、半導体部品同士の間隔は狭くなっているため、近接部品へかかる熱量も多くなり、また半導体部品内部の配線パターンも微細となっているため、近接部品の接合信頼性に悪い影響を与えている。
【０００４】
また接合部材には、はんだを用いるケースが一般的であるが、このはんだの材質は、以前は融点温度が１８３℃であるＳｎ−Ｐｂ共晶はんだが一般的であった。しかし環境規制により、近年はＳｎ−Ｐｂ共晶はんだよりも融点が約４０℃高いＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだなどの鉛フリー系はんだが、一般的に用いられるようになってきている。そのためリペア工程における局所加熱の温度も約２３０〜３００℃と上昇している。このため近接部品へかかる温度も高くなっており、また配線基板自身の反り量も大きくなるので、特に配線パターンが微細化している箇所では、配線パターンの断線が起こる可能性がある。
以上のように、従来の一般的なリペア工程では、リペア対象となる部品の近接に存在している部品の接合信頼性を確保することや配線パターンの断線防止が大きな課題となっている。
本発明は、以上の課題を解決するべくなされたものであって、その目的は、半導体部品のリペア交換の際に２００℃以上の温度に加熱する必要のないようしして、その半導体部品の付近の他の部品に過大な温度負荷をかけることのないようにすると共にリペアに伴って発生する配線基板の反りを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、その電極端子が配線基板の配線に第１の導電部材を介して接続されている第１の半導体部品を第２の半導体部品と置換する半導体装置のリペア方法において、前記第１の半導体部品を不働化するために前記第１の半導体部品の電極端子の接続された前記配線を切断し、前記第１の半導体部品の少なくとも一部を被覆する絶縁層を形成し、前記絶縁層の露出している面に前記配線基板の配線と電気的に導通した第２の導電部材を設け、前記第２の導電部材に前記第２の半導体部品の電極端子を接続することを特徴とする半導体装置のリペア方法、が提供される。
【０００６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、配線基板上に搭載された、配線基板の配線から切り離された部分配線と第１の導電部材を介して接続された電極端子を有する第１の半導体部品を備え、該第１の半導体部品の少なくとも一部を被覆する絶縁層が形成され、前記絶縁層の露出している面に設けられた第２の導電部材を介して第２の半導体部品の電極端子が前記配線基板の配線と電気的に導通していることを特徴とする半導体装置、が提供される。
上記の半導体装置のリペア方法や半導体装置において、第１の導電部材には、鉛フリーはんだを含むはんだが、また、第２の導電部材には、導電性ペーストを使用することが想定されている。
【０００７】
［作用］
本発明のリペア方法によれば、第1の半導体部品（不良部品）の不働化は、第1の半導体部品に電気的接続をしている配線を断線することにより行うため、第1の半導体部品を配線基板上から取り除く必要がない。このため第1の半導体部品と配線基板とを接合するはんだなどの接合部材を溶融する必要がなく、近接部品の接合信頼性へ影響を及ぼす熱がかからない。
【０００８】
更に第1の半導体部品周辺全体もしくは一部を覆う樹脂が硬化する温度と第２の半導体部品を実装するために用いる導電性ペーストが硬化する温度は、はんだなどの接合部材を溶融する温度よりも低い。このため第1の半導体部品の近接部品や配線基板自身にかかる温度は従来のリペア方法よりも低くなり、近接部品の接合信頼性を損なうことが防止され、また配線パターンの断線を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により半導体部品のうち、特にはんだを用いて配線基板上に実装された、不良と判明した半導体部品について、従来よりも低い温度でリペアが可能となり、不良部品近接の部品への熱負荷を低減させることができ、近接部品の接続信頼性を確保することが可能となる。また配線基板の反り量も低減できるため、リペアに伴う配線パターンの断線も起こりにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態では、半導体部品にＱＦＰ部品とフリップチップ部品を配線基板に実装したケースでのリペア方法について説明するが、適用する半導体部品はそれ以外のＣＳＰ、ＢＧＡ、ＴＳＯＰ等などいずれの形態でも良く、特に限定されるものではない。
〔第１の実施の形態〕
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態のリペア方法示す、リペア対象部品（第１の半導体部品）の近傍を示す図であって、図１はリペア作業開始前の状態を、図２はリペア作業途中での状態を、図３はリペア完了後の状態をそれぞれ示している。但し、これらの図において、上面図（図２Ｂ、図３Ｂ）ではソルダーレジスト７の図示は省略されている。
図１に示されるように、リード端子などの電極部２を有する、リペア対象である第１の半導体部品１は配線基板５上に搭載されている。配線基板５には配線パターン６が形成されており、第１の半導体部品１の電極部２は、配線パターン６に導電部材８を介して接続されている。配線基板５上には、他の半導体部品１２も搭載されている。配線基板５上は、配線パターン６上の半導体部品などの部品との接続部（電極部）を除いてソルダーレジスト７により被覆されている。
【００１１】
導電部材８の材料には、はんだや導電性ペーストなどが用いられる。はんだ材料は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ、共晶でないＳｎ−Ｐｂはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ等の他に、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系などがもちいられており、融点温度は、約160℃〜350℃である。
導電性樹脂の樹脂材料には、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等様々な材料が用いられている。導電性ペーストに添加されている導電性粒子は、多種多様であり、銀、銅、銅合金、金、パラジウム、銀パラジウム合金、ニッケル等の金属粒子やカーボンなどが一般的で、これらの導電性粒子の一種若しくは複数種が含まれる。導電性粒子の形状は針状、球状、フレーク状等さまざまである。金属粒子の粒子径に関してもさまざまであり、１０μm程度が一般的であるが、ナノサイズ粒子を含む場合もある。形状およびサイズは、それぞれ複数種のものが混合されていてもよい。
【００１２】
第１の半導体部品１が不良であることが判明した場合、これを回路から取り除く必要がある。この場合、本願発明においては、第１の半導体部品１を不働化するため、配線基板５上に実装されたチップ抵抗、ＣＳＰ、ＢＧＡ、フリップチップなどの他の半導体部品１２やコネクタなどの挿入実装部品、グランドなどと第１の半導体部品１と電気的導通を取る配線パターン６を切断する。そして、良品の半導体部品を接続するために、切断された配線パターン６の電極部２が接続されていない側の配線パターン上のソルダーレジスト７の一部を除去する。図２Ａ、図２Ｂは、このときの状態を示す断面図と上面図である。図２Ａには切断部１１とレジスト除去部７ａが、図２Ｂには切断部１１のみが示されてり、配線パターンの切断は、配線基板５上の第１の半導体部品１の電極部２の近傍で行なわれ、ソルダーレジスト７の除去は、切断部１１の形成箇所近傍で行なわれる。
【００１３】
切断部１１は、図示されているように、第１の半導体部品と電気的導通を取る配線パターン６の第１の半導体部品１の電極部２の近傍で行うことが望ましいが、第１の半導体部品１の不働化が可能な箇所であれば、特に限定されない。また、図示された例では、電極部２に連なる全ての配線を切断しているが、グランド配線等の切断しなくてもリペア後に特段の不都合の生じない配線については切断しなくてもよい。切断部１１の切断方法は、ミニター、カッター、レーザー、ナイフなどを用いるものであるが、第１の半導体部品１の不働化可能な方法であれば、特に限定はされない。
また、ソルダーレジストの除去についても、ミニター、カッター、レーザー、ナイフなどを用いて行うことができる。
【００１４】
次に、第１の半導体部品１に置き換わる第２の半導体部品３を実装するために、第１の半導体部品１の周辺全体もしくは一部を樹脂で覆い熱処理により熱硬化を行って、絶縁層９を形成する（図３Ａ参照）。絶縁層９の樹脂材料には、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、フルオレン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、シリコーン樹脂等様々な材料が使用可能であるが、200℃以下で硬化可能であれば、特に限定されるものではない。また第１の半導体部品１への樹脂の被せ方法、塗布方法は、ディスペンス、印刷などがあげられるが、特に限定されない。ただし、後工程の導電性ペーストで形成される配線パターンと配線基板５上の配線パターン６との接続を考えると、切断部１１は絶縁層９内であることが望ましい。切断部１１を絶縁層９で覆えば、第１の半導体部品１は絶縁層９内で不働化となる。これにより導電性ペーストにて形成される配線パターンと配線基板５上の配線パターン６との電気的導通をとるための接続箇所は、配線基板５上の任意の箇所で可能となり、導電性ペーストによる配線パターン形成の効率化が図れるためである。また、導電性ペーストによる配線パターンの形成をより容易にするため、そして導電性ペーストによる配線パターンの断線を防止するために、絶縁層９の角部の断面形状が、多角形もしくは円弧状にすることが望ましい。絶縁層９の角部の断面形状を、多角形もしくは円弧状にする方法は、樹脂硬化時に角部の形状が多角形もしくは円弧状である型にはめるなどがあるが、樹脂層の角部の断面形状が多角形もしくは円弧状にできるのであれば特に限定はされない。
絶縁層９を形成するための樹脂硬化方法は、ホットエアー、ヒータなどで局所加熱する方法があるが、半導体装置が許容できる熱負荷の範囲であれば、他の適宜の方法の採用が可能である。
【００１５】
次に、絶縁層９の表面上に導電性ペーストを用いて配線パターン１０を形成する。この導電性ペーストで形成した配線パターン１０の電極と第２の半導体部品３の電極部４との位置合わせを行って、第２の半導体部品３を絶縁層９上に搭載する。そして、導電性ペーストの硬化を行ってリペア作業が完了する。図３Ａ、図３Ｂは、このときの状態を示す断面図と上面図である。ここで、配線パターン１０の電極部以外は、絶縁層９と配線パターンの接着力を向上させるなどのために必要であればソルダーレジストを被せてもよい。
【００１６】
配線パターン１０を形成するための導電性ペーストの材料は、先に示した導電部材８を形成することのできる導電性ペーストとして挙げた材料は適宜使用が可能であるが、硬化温度が200℃以下であるものが望ましい。特に、低温での熱処理が好ましい場合には、ナノサイズの金属微粒子を含むナノペーストや熱可塑性樹脂を樹脂材料とする導電性ペーストを用いることが望ましい。導電性ペーストによる配線パターン１０の形成には、マイクロディスペンサやインクジェット・プリンタなどが使用可能であるが、これらにとくに限定されない。なお、本実施の形態では、配線パターン６の配線パターン１０との接続部上のソルダーレジストの除去を絶縁層９の形成前に行っていたが、配線パターン１０の形成前であれば、絶縁層９の形成後であってもよい。また、導電性ペーストの硬化方法はホットエアー、ヒータなどで局所加熱ができるものが好ましいが、半導体装置が許容できる熱負荷範囲であれば、赤外線炉や熱風炉の使用も可能であり、特に限定されない。
【００１７】
第２の半導体部品３の電極部４と導電性ペーストで形成された配線パターン１０中の電極との間の接合に、導電性ペーストの塗布量が十分な量でない場合、あらかじめ配線パターン１０の電極部のみ、導電性ペーストの塗布量を多くしておくか、第２の半導体部品３を搭載後、導電性ペーストを硬化する前に、電極部のみ導電性ペーストをディスペンサなどで足すことで第２の半導体部品３の接合信頼性を高めることが可能である。
以上のように、本発明のリペア方法により、従来の一般的なリペア方法よりも低温の200℃以下でのリペアが可能となる。本方法により、リペア工程での近接部品へかかる温度は低くなるため、近接部品に対して高い接合信頼性を確保することが可能となる。また配線基板自身の反り量も小さくなるため、配線パターンが微細化している箇所でも断線が起き難く、不良部品近接部の配線パターンにおいても高い信頼性を確保することが可能となる。
【００１８】
〔第２の実施の形態〕
図４〜図６は、本発明の第２の実施の形態のリペア方法示す、リペア対象部品（第１の半導体部品）の近傍を示す図であって、図４はリペア作業開始前の状態を、図５はリペア作業途中での状態を、図６はリペア完了後の状態をそれぞれ示している。図４〜図６において、図１〜図３に示した第１の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は適宜省略する。図４に示されるように、本実施の形態では、ＢＧＡ、ＣＳＰ、フリップチップなどの部品が実装される配線基板５には、基板表面のみならず内層にも配線パターン６が形成されている。本実施の形態では、第１の半導体部品１は、導電部材８を用いて配線基板５上にフリップチップ接続されている。
【００１９】
ここで、第１の半導体部品１が不良の場合、第１の半導体部品から引き出されている配線パターン６を切断し、第１に半導体部品１を不働化する必要がある。内層の配線パターンを切断することは困難であるので、図４に示すように、予め第１の半導体部品１から引き出されている内層の配線パターン６を配線基板５上に引き出しておくことで、配線パターン６の切断は容易となり、第１の半導体部品１を不働化することが可能となる。
【００２０】
第１の半導体部品１を不働化するために、第１の半導体部品１の電極部と連なる基板表面の配線パターン６を切断すると共に、良品の半導体部品を接続するために、切断された配線パターン６の、第１の半導体部品１の電極部と接続されていない側の配線パターン上のソルダーレジスト７の一部を除去する。図５は、このときの状態を示す断面図であって、同図には切断部１１とレジスト除去部７ａが示されている。その後、図６に示されるように、第１の実施の形態の場合と同様にして、樹脂を用いて絶縁層９を形成し、導電性ペーストを用いて配線パターン１０を形成する。そして、本実施の形態の場合には、電極部４を有するチップ形態の第２の半導体部品３を絶縁層９上に搭載した後、導電性ペーストの硬化を行う。本実施の形態の場合にも、配線パターン６を切断してリペアを行うことで、従来のリペア方法よりも低温で第１の半導体部品１をリペアすることが可能となる。
【００２１】
なお、従来のリペア方法では、部品と配線基板間の接合部の封止剤（アンダーフィル）を除去することが難しいため、リペアが困難であったフリップチップ実装部品についても、第２の実施の形態を用いれば、近接部品の接合信頼性に悪影響を及ぼさずに、また配線パターンの断線を防止し得るリペアが可能となる。
以上のように、本発明のリペア方法により、ＢＧＡ、ＣＳＰ、フリップチップ部品などの電極部が配線基板の内層パターンに接続されている半導体装置についても、従来の一般的なリペア方法よりも低温で、200℃以下でのリペアが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するための、リペア開始前の状態を示す断面図。
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態を説明するための、リペア作業途中の状態を示す断面図。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施の形態を説明するための、リペア作業途中の状態を示す上面図。
【図３Ａ】本発明の第１の実施の形態を説明するための、リペア完了時の状態を示す断面図。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施の形態を説明するための、リペア完了時の状態を示す上面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を説明するための、リペア開始前の状態を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を説明するための、リペア作業途中の状態を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態を説明するための、リペア完了時の状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１  第１の半導体部品
２  第１の半導体部品の電極部
３  第２の半導体部品
４  第２の半導体部品の電極部
５  配線基板
６  配線パターン
７  ソルダーレジスト
７ａ  レジスト除去部
８  導電部材
９  樹脂により形成された絶縁層
１０  導電性ペーストにより形成された配線パターン
１１  切断部
１２  他の半導体部品
【図１】
2008235392.tif 000003
【図２Ａ】
2008235392.tif 000004
【図２Ｂ】
2008235392.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2008235392.tif 000007
【図４】
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【図５】
2008235392.tif 000009
【図６】
2008235392.tif 000010