(57)【要約】【課題】ＢＧＡのような半導体パッケージを実装基板上に表面実装する場合において、半導体パッケージと実装基板のハンダ接合部の良否確認ができ、ハンダ接合部の信頼性が確保できる半導体装置を提供する。【解決手段】金属バンプからなる外部端子８を有する半導体パッケージ１００と、スルーホール３が形成された実装基板１とを備え、半導体パッケージ１００の外部端子８を実装基板１のスルーホール３の位置に合せて実装させた半導体装置において、実装基板１上のスルーホール３上に配設した実装エリア５に外部端子８より低融点のハンダ６を塗布し、外部端子８を溶融させないで低融点のハンダ６のみを溶融させることにより、外部端子８を実装エリア５に実装させたことを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004022566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属バンプからなる外部端子を有する半導体パッケージと、スルーホールが形成された実装基板とを備え、上記半導体パッケージの外部端子を上記実装基板のスルーホールの位置に合せて実装させた半導体装置において、
上記実装基板上の上記スルーホール上に配設した実装エリアに上記外部端子より低融点のハンダを塗布し、上記外部端子を溶融させないで上記低融点のハンダのみを溶融させることにより、上記外部端子を上記実装エリアに実装させたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
金属バンプからなる外部端子を有する半導体パッケージを、スルーホールが形成された実装基板上に実装させた半導体装置において、
上記実装基板上であって上記スルーホールに近接した実装エリアに上記外部端子より低融点のハンダを塗布し、上記外部端子を溶融させないで上記低融点のハンダのみを溶融させて上記外部端子を上記実装エリアに実装させ、上記実装基板のスルーホールを介して裏面側から上記外部端子が確認できるようにしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
金属バンプからなる外部端子を有する半導体パッケージを、実装基板に形成されたスルーホールの位置に合せて実装する半導体装置の製造方法において、
上記実装基板の上記外部端子が実装されるエリアに上記外部端子より低融点の第１の低融点ハンダを塗布する工程と、
上記実装基板の第１の低融点ハンダ上に上記半導体パッケージの外部端子を搭載すると共に、上記実装基板のスルーホールの非実装側開口部に第２の低融点ハンダを配置する工程と、
上記外部端子を溶融させずに上記第１及び第２の低融点ハンダを溶融させ、上記第１及び第２の低融点ハンダをスルーホール内で接合する工程からなる半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属バンプからなる外部端子を有する半導体パッケージを、実装基板に形成されたスルーホールの位置に合せて接合させる半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡと称す）パッケージ、パッドグリッドアレイ（以下、ＰＧＡと称す）パッケージのように、ピンを有しないタイプの半導体パッケージを実装基板上に表面実装する場合において、半導体素子を被覆するモールド樹脂の直下位置に存在する外部端子と実装基板上の導体部とのハンダ接続が、半導体パッケージに隠れて見えないため、ハンダ接続の良否を確認することができないという問題があった。
【０００３】
そこで、ＢＧＡパッケージのような半導体パッケージの外部端子と実装基板上の導体部とのハンダ接続の良否を確認する技術として、特開平１０−１８９８６３号公報等に示すものが提案されている。
【０００４】
次に、特開平１０−１８９８６３号公報に示す従来の半導体装置のハンダ接続の確認方法を図について説明する。
【０００５】
図４は実装基板に実装されるＢＧＡパッケージの断面図である。図において、ＢＧＡパッケージ１００は、パッケージ基板１０１上に半導体素子１０２をＡｇペースト１０３等の接着剤にて搭載し、ボンディングワイヤ１０４により電気的に結線される。その後、モールド樹脂１０５にて、パッケージ基板１０１の片側のみを樹脂封止し、パッケージ基板１０１の反対側面にハンダボール（金属バンプ）等からなる外部端子８をアレイ状に配置する。そして、ＢＧＡパッケージ１００は、上記球状に形成された外部端子８を介して実装基板上にリフロー等により実装される。
【０００６】
図５は上記ＢＧＡパッケージを実装基板上に実装した後の拡大断面図である。図において、実装基板１には、その表裏両面に導体層（配線層）２が形成され、パッケージ基板１０１の外部端子８を接続する位置にスルーホール３が設けられている。そして、実装基板１の実装エリアにハンダボール（金属バンプ）から成る外部端子８を載置してこれをリフローにより溶融させ、接続が良好であると、溶融したハンダ１２が毛管現象によりスルーホール３内に吸引されて実装基板１の下面側のスルーホール開口に達する。このため、スルーホール３の下側開口内にハンダ１２が有るか否かを視認することにより、パッケージ基板１０１の外部端子６との接続の良否を実装基板１の下側から目視により確認することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来においては、パッケージ基板１０１の外部端子８直下の実装基板１にスルーホール３を設け、このスルーホール３からハンダ１２が裏面側に流れ出すことにより、ハンダ接続の良否を確認していた。しかしながら、この方法によると、スルーホール３に流れ出すハンダ量を制御することは困難であり、スルーホール３に大量のハンダが流れ出し、パッケージ基板１０１と実装基板１の間のハンダ量が極端に少なくなるおそれがある。この場合、パッケージ基板１０１と実装基板１の距離が所定範囲を超えて狭まることになり、パッケージ基板１０１と実装基板１の間の接合部の信頼性を確保することができない。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、ＢＧＡのような半導体パッケージを実装基板上に表面実装する場合において、半導体パッケージと実装基板のハンダ接合部の良否確認ができると共に、ハンダ接合部の信頼性が確保できる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明による半導体装置は、金属バンプからなる外部端子を有する半導体パッケージと、スルーホールが形成された実装基板とを備え、半導体パッケージの外部端子を実装基板のスルーホールの位置に合せて実装させた半導体装置において、実装基板上のスルーホール上に配設した実装エリアに外部端子より低融点のハンダを塗布し、外部端子を溶融させないで低融点のハンダのみを溶融させることにより、外部端子を実装エリアに実装させたことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明による半導体装置は、金属バンプからなる外部端子を有する半導体パッケージを、スルーホールが形成された実装基板上に実装させた半導体装置において、実装基板上であってスルーホールに近接した実装エリアに外部端子より低融点のハンダを塗布し、外部端子を溶融させないで低融点のハンダのみを溶融させて外部端子を実装エリアに実装させ、実装基板のスルーホールを介して裏面側から外部端子が確認できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明による半導体装置の製造方法は、金属バンプからなる外部端子を有する半導体パッケージを、実装基板に形成されたスルーホールの位置に合せて実装する半導体装置の製造方法において、実装基板の外部端子が実装されるエリアに外部端子より低融点の第１の低融点ハンダを塗布する工程と、実装基板の第１の低融点ハンダ上に半導体パッケージの外部端子を搭載すると共に、実装基板のスルーホールの非実装側開口部に第２の低融点ハンダを配置する工程と、外部端子を溶融させずに第１及び第２の低融点ハンダを溶融させ、第１及び第２の低融点ハンダをスルーホール内で接合する工程からなるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による半導体装置の実装方法を図について説明する。
【００１３】
図１はこの発明の実施の形態１の半導体装置の実装工程を示すフローチャートである。図１（ａ）において、ガラスエポキシ樹脂等からなる実装基板１には、その表裏両面に導体層（接地用）２が形成されており、後述するパッケージ基板１０１の外部端子８を接続する位置にはスルーホール３が設けられている。上記導体層２はスルーホール３の側面にも形成されている。また、実装基板１のパッケージ実装側には、レジスト４により実装エリア５が形成されている。なお、図１において、導体層２は実装基板１の表裏面全面に形成されているように表わされているが、これは、実装する半導体パッケージが高周波用途に使用され、そのグランド接地のために複数個の外部端子が存在し、そのための導体層として使用される領域を表わしているからである。もちろん、図５に示すように、それぞれ導体層２が配線層として分離独立していても構わない。
【００１４】
次に、図１（ｂ）において、実装基板１の実装エリア５上に錫鉛系共晶（６３Ｓｎ３７Ｐｂ；融点１８３℃）に代表される低融点のクリームハンダ６をスクリーン印刷する。ここで、低融点とは、後述の半導体パッケージ１０１の外部端子８である高融点ハンダボール（金属バンプ）に比較して低融点であることを意味する。
【００１５】
次に、図１（ｃ）において、ＢＧＡパッケージのような半導体パッケージ１００を実装基板１に搭載する。半導体パッケージ１００には、例えば、９０Ｐｂ１０Ｓｎ（融点３０１℃）に代表される高融点ハンダボール（金属バンプ）である外部端子８が形成されており、この外部端子８が実装エリア５の直下に来るように位置を合わせて、外部端子８を実装エリア５のクリームハンダ６に接触させて搭載する。
【００１６】
次に、図１（ｄ）において、半導体パッケージ１００と実装基板１とをハンダ接合する。ここでの接合は、低融点クリームハンダ６の溶融条件、例えばピーク温度２３０〜２４０℃のリフロー炉で行い、低融点クリームハンダ６のみが溶融するようにする（図示６０）。すなわち、上記接合時には、高融点ハンダボール（金属バンプ）である外部端子８は溶融することがないので、半導体パッケージ１００と実装基板１の間のハンダ量が少なくなることはない。
【００１７】
以上のように実施の形態１によれば、高融点ハンダボールである外部端子８が溶融してスルーホール３内に流れ込まず、半導体パッケージ１００と実装基板１の接合部のハンダ量を充分確保することができ、結果的に半導体装置の接合の信頼性を維持することができる。一方、スルーホール３の下側開口側から溶融したハンダ６０を視認することにより、半導体パッケージ１００の外部端子６との接続の良否を実装基板１の裏面側から目視により確認することができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態において、低融点のクリームハンダ６として錫鉛系共晶（６３Ｓｎ３７Ｐｂ；融点１８３℃）を使用し、高融点ハンダボール８として９０Ｐｂ１０Ｓｎ（融点３０１℃）を使用した例を挙げたが、低融点のクリームハンダ６として４２Ｓｎ５８Ｂｉ（融点１３９℃）を使用し、高融点ハンダボール８として９５Ｐｂ５Ｓｂ（融点２４０℃）を使用する等、種々の組み合わせが考えられる。
【００１９】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による半導体装置の実装状態を説明するための拡大断面図である。
【００２０】
図に示すように、半導体パッケージ１００の高融点ハンダボール（金属バンプ）の外部端子８を、実施の形態１に説明したようにスルーホール３の真上に位置させるのではなく、スルーホール３に近接した実装エリアに位置させるようにする。すなわち、外部端子８の実装位置として、実装基板１の裏面よりスルーホール３を介して実装基板１側に形成された低融点ハンダ６との接合部が確認できる位置（図中点線矢印Ｐ）までスルーホール３のエッジに近接させるようにする。例えば、スルーホール径がφ０．３ｍｍ、外部端子（高融点ハンダボール）８の直径がφ０．５ｍｍの場合、スルーホールのエッジから０．１ｍｍだけ、外部端子（高融点ハンダボール）８がスルーホール８内に飛び出す様に配置する。なお、半導体パッケージ１００の実装基板１への実装工程は、実施の形態１と同様である。
【００２１】
本実施の形態における、半導体パッケージ１００と実装基板１の接合部分の確認方法としては、例えばキーエンス社製のデジタルマイクロスコープの様な焦点深度の深い顕微鏡を用いて行う。
【００２２】
以上のように実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加え、実装基板１と半導体パッケージ１００のハンダ接合部の確認がより容易になる。
【００２３】
なお、上記実施の形態の説明において、スルーホール３は丸穴としたが、長穴であってもかまわない。
【００２４】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３による半導体装置の実装方法を図について説明する。
【００２５】
図３はこの発明の実施の形態３の半導体装置の実装工程を示すフローチャートである。まず図３（ａ）において、例えばステンレス製の金属板１０上に、実施の形態１で説明した実装基板１のスルーホール３の位置に合わせて開口部１２を形成したステンレス製のテンプレート１１を重ね合わせた治具を用意する。
【００２６】
次に、図３（ｂ）に示すように、スキージを用いて低融点のクリームハンダ６ｂを、金属板１０上であってテンプレート１１の開口部１２に刷り込む。
【００２７】
一方、実施の形態１で説明したように、実装基板１の実装エリア５上に低融点のクリームハンダ６をスクリーン印刷し、そのクリームハンダ６上に半導体パッケージ１００の外部端子８を搭載したハンダ溶融前の実装基板１を用意する。
【００２８】
そして、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）で用意した治具と実装基板１を重ね合わせる。この時、金属板１０上の開口部１２に刷り込んだクリームハンダ６ｂが実装基板１のスルーホール３の下部開口部に位置するように重ねる。その後、低融点クリームハンダ６及び６ｂの溶融条件、例えばピーク温度２３０〜２４０℃のリフロー炉で溶融を行い、外部端子８を溶融させずに低融点クリームハンダ６、６ｂのみを溶融させるようにする。この時、毛管現象により、実装基板１の表面に形成した低融点ハンダクリーム６はスルーホール３内を実装基板１の裏面側へ流れ、治具に刷り込まれた低融点クリームハンダ６ｂは実装基板１の表面側へ流れ、最終的にスルーホール３内でつながり、図３（ｄ）に示すようなハンダ形状６０ｂとなる。
【００２９】
以上のように実施の形態３によれば、最終的に溶融したハンダ形状６０ｂの接合面積が増大するので、実装基板１と半導体パッケージ１００のハンダ接合の信頼性がさらに向上する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、実装基板上のスルーホール上に配設した実装エリアに外部端子より低融点のハンダを塗布し、外部端子を溶融させないで低融点のハンダのみを溶融させることにより、外部端子を実装基板の実装エリアに実装させたので、ハンダ接合時に外部端子が溶融しないため、スルーホール内へのハンダの流れ込みによる接合部のハンダ量の減少が少なくなり、半導体パッケージと実装基板との接合の信頼性を向上させることができる。また、スルーホールの下側開口側から溶融したハンダを視認することにより、半導体パッケージの外部端子との接続の良否を実装基板の裏面側から目視により確認することができる。
【００３１】
また、この発明によれば、実装基板上であってスルーホールに近接した実装エリアに外部端子より低融点のハンダを塗布し、外部端子を溶融させないで低融点のハンダのみを溶融させて外部端子を実装エリアに実装させ、実装基板のスルーホールを介して裏面側から外部端子が確認できるようにしたので、上記効果に加え、半導体パッケージの外部端子と実装基板のハンダ接合部の確認がより容易になる。
【００３２】
更に、この発明によれば、実装基板の外部端子が実装されるエリアに外部端子より低融点の第１の低融点ハンダを塗布し、実装基板の第１の低融点のハンダ上に半導体パッケージの外部端子を搭載すると共に、実装基板のスルーホールの非実装側開口部に第２の低融点ハンダを配置し、外部端子を溶融させずに第１及び第２の低融点ハンダを溶融させ、第１及び第２の低融点ハンダをスルーホール内で接合するようにしたので、実装基板側に供給されるハンダの量が増加し、ハンダ接合面積が増加するので、半導体パッケージの外部端子と実装基板の接合信頼性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の半導体装置の実装工程を示すフローチャートである。
【図２】この発明の実施の形態２による半導体装置の実装状態を説明するための拡大断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３の半導体装置の実装工程を示すフローチャートである。
【図４】実装基板に実装されるＢＧＡパッケージの断面図である。
【図５】ＢＧＡパッケージを実装基板上に実装した状態を示す従来の拡大断面図である。
【符号の説明】
１　実装基板、２　導体層、３　スルーホール、４　レジスト、５　実装エリア、６，６ｂ，６０，６０ｂ　低融点ハンダ、８　外部端子、１０　金属板、１１　テンプレート、１００　半導体パッケージ。
【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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