(57)【要約】【課題】半導体装置におけるバンプ形成の有無に関らず、半導体装置の回路基板への実装工程を他の受動部品の実装工程と同一に行えることを可能にする。【解決手段】電子回路モジュール２１は、回路基板２２に設けられるランド２４，２６上に電気的接続に用いられるはんだ部材２７を供給する工程と、ランド上のはんだ部材が供給された位置に導電性を有する球状導電体２８を配置する工程と、ベアチップ２３に設けられるパッド３５が球状導電体に当接するようにベアチップを配設する工程と、回路基板とベアチップとを球状導電体を介して電気的に接続する工程とを含んで製造される。このように製造される電子回路モジュールでは、球状導電体がバンプと同様の機能を発揮するので、ベアチップに対するバンプの形成が不要であり、またバンプの形成されたベアチップと同一の実装工程によって製造することが可能になる。【選択図】      図１
2004179189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に設けられるランドと、半導体装置に設けられるパッドとを電気的に接続して電子回路モジュールを製造する電子回路モジュール製造方法において、
回路基板に設けられるランド上に電気的接続に用いられる接続部材を供給する工程と、
前記ランド上の前記接続部材が供給された位置に導電性を有する球状導電体を配置する工程と、
半導体装置に設けられるパッドが前記球状導電体に当接するように半導体装置を配設する工程と、
前記回路基板と前記半導体装置とを前記球状導電体を介して電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする電子回路モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記半導体装置は、
集積回路の形成されたウエハを個片化したベアチップであることを特徴とする請求項１記載の電子回路モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記半導体装置は、
集積回路の形成された後、少なくともパッドの再配置と保護構造の形成とが行われたウエハを個片化したウエハレベルパッケージであることを特徴とする請求項１記載の電子回路モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記球状導電体は、少なくとも内層と外層との２層から構成され、
前記内層を構成する素材の融点または熱分解温度が、前記外層を構成する素材の融点または熱分解温度よりも高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子回路モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記球状導電体の内層は、樹脂であり、
前記球状導電体の外層は、金属であることを特徴とする請求項４記載の電子回路モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかに記載の電子回路モジュールの製造方法で製造した電子回路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に搭載される電子回路モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機、携帯情報機器などの携帯用電子機器は、その使用態様における利便性を追求するために小型化および軽量化が図られている。携帯用電子機器の小型化および薄型化を実現する一つの手段に、携帯用電子機器に搭載される半導体装置の小型化および高密度化がある。電子機器に搭載される半導体装置の小型化および薄型化を目的として、大規模集積回路（略称ＬＳＩ）チップを直接回路基板上に搭載するベアチップ実装、また形状をＬＳＩチップに極力近づけることによって小型化を図るいわゆるチップサイズパッケージ（略称ＣＳＰ）構造の半導体装置を用いた実装構造が提案されている。さらに、比較的小さな基板に複数の半導体装置および電子部品を３次元的に搭載して１つの機能モジュールを構成し、パッケージ化したシステムインパッケージ（略称ＳＩＰ）も提案されている。
【０００３】
前述のＣＳＰには、ワイヤボンドおよび樹脂モールド技術を活用した従来の形態のものをさらに小型化するべく、ウエハの状態で配線めっき、保護構造形成、外部電極形成などを行ってパッケージングを完了する、いわゆるウエハレベルＣＰＳも実現されるに至っている。このようなウエハの状態で配線めっき、保護構造形成、外部電極形成などを行いパッケージングする手法を用いて作製されるパッケージを総称してウエハレベルパッケージ（略称ＷＬＰ）と呼ぶことがある。ＣＳＰ、ＷＬＰまたはＳＩＰが回路基板に実装された後の実装構造は、その底面にエリアアレイ状に外部接続電極を配し、回路基板と接続することを特徴とする。前述のベアチップ、ＣＳＰ、ＳＩＰ、ＷＬＰなどの種々の形態を有する半導体装置と、コイル、コンデンサ、抵抗（以後ＬＣＲと称する）などの受動部品等とを、同じ回路基板上に実装することによって電子回路モジュールが構成され、その電子回路モジュールが電子機器に搭載されて実用に供される。
【０００４】
種々の半導体装置のうちベアチップの実装においては、パッド電極部（以後、単にパッドと称する）に突起電極を形成したチップを準備し、突起電極の形成されていない電子部品とは異なる工程で実装した後、ベアチップと回路基板とによって形成される間隙に樹脂を注入して動作の長期信頼性を保つ手法が一般的に用いられている。
【０００５】
図７は、ベアチップ３を備える電子回路モジュール１の構成を簡略化して示す斜視図である。図７には、たとえば携帯電話機、個人情報ツール、ＩＣカードなどの小型化および薄型化が必要とされる電子機器に搭載される従来の電子回路モジュール１を例示する（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００６】
電子回路モジュール１は、回路基板２と、回路基板２上に搭載されるベアチップ３と、ＬＣＲなどの受動部品４とを含む。なお実用に供される電子回路モジュールには、回路基板上にさらに多くの電子部品、入出力デバイス等が搭載されているけれども、図が煩瑣になることを避けるために図示を省略する。電子回路モジュール１に備わる回路基板２は、搭載されるべき電子機器の主基板であるいわゆるマザーボードであってもよく、また回路基板２自体に外部電極を形成した後、電子機器の主基板に搭載されるいわゆるドーターボードと称されるものであってもよい。
【０００７】
図８は、図７に示す電子回路モジュール１の製造工程を説明する図である。図８（ａ）では、回路基板２の一方の表面２ａ上にランド５，６の設けられている状態を示す。ランド５の設けられる位置には、ベアチップ３が搭載され、ランド６の設けられる位置には受動部品４が搭載される。
【０００８】
図８（ｂ）の工程では、ランド５上に搭載するベアチップ３を準備する。ベアチップ３の回路基板２を臨む側の面３ａには、回路基板２に設けられるランド５に対応するように予めパッド７が設けられる。パッド７には、ランド５を臨みベアチップ３の前記面３ａから突出してバンプと呼ばれる突起電極８（以後、バンプ８と呼ぶ）が設けられる。
【０００９】
バンプ８は、パッド７上に金（Ａｕ）をめっきまたは蒸着することによって形成される。また、Ａｕ製のバンプは、パッド７上にワイヤボンディングに類似の技術を用いて突起を形成するスタッドバンプ法と呼ばれる技術によって形成されてもよい。なおバンプ８の素材は、Ａｕに限定されるものではなく、錫鉛（ＳｎＰｂ）はんだなどであってもよい。バンプ８の素材がＡｕからなるとき、回路基板２に設けられるランド５，６の素材もＡｕが用いられる。
【００１０】
図８（ｃ）の工程では、バンプ８とランド５とを接合させることによって、バンプ８を介してベアチップ３と回路基板２とを電気的に接続する。バンプ８とランド５との接続は、以下のように行われる。バンプ８とランド５とが当接するように、ベアチップ３と回路基板２とを位置決めした後、ベアチップ３の裏面３ｂ側から加圧加熱することによって、バンプ８とランド５との接続を行う。バンプ８とランド５との接続には、フリップチップボンダと呼ばれる装置が用いられる。フリップチップボンダを用い、３５０℃程度で５秒間前後の加熱と、１バンプあたり０．３Ｎ程度の加圧とを行い、さらに超音波による振動付加を併用することによって、Ａｕ同志を固相拡散させてバンプ８とランド５とを接続する。
【００１１】
本工程では、さらに受動部品４の搭載個所に位置するランド６上に、はんだ部材９が供給される。はんだ部材９は、はんだ微粒子とフラックスとを含むはんだペーストである。はんだ部材９は、たとえばステンシル印刷の手法によってランド６上に供給される。
【００１２】
図８（ｄ）の工程では、はんだ部材９の供給されたランド６上に受動部品４を搭載する。受動部品４の搭載には、プラスマイナス（±）５０μｍ程度の搭載精度を有する部品装着装置が用いられる。図８（ｅ）の工程では、受動部品４が搭載された状態でリフロー炉に装入し、はんだ部材９の融点以上の温度に加熱してはんだリフローにより、受動部品４のランド６への接続を行う。
【００１３】
図８（ｆ）の工程では、アンダーフィル部材１０を、ベアチップ３と回路基板２とによって形成される間隙に注入し、その後樹脂硬化を行う。このアンダーフィル部材１０は、電子回路モジュール１が電子機器に搭載されて実用に供されたとき、電子機器の電源のＯＮ／ＯＦＦ切換動作および使用環境温度の変化によって、ベアチップ３と回路基板２との熱膨張差に起因して発生する接続部の応力を緩和するために用いられる。このアンダーフィル部材１０には、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂などが好適に用いられる。
【００１４】
前述の従来の電子回路モジュール１を製造する工程は、ベアチップ３と回路基板２との接続工程と、受動部品４と回路基板２との接続工程とが、その順序を入換えて実施されることもある。また、ベアチップ３を搭載する前に未硬化の樹脂材料を回路基板２上のランド５付近に供給しておき、ベアチップ３の接続と同時にアンダーフィル部材１０の形成も完了させるという工法が行われることもある。
【００１５】
【非特許文献１】
社団法人ハイブリッドマイクロエレクトロニクス協会編、「エレクトロニク実装技術基礎講座」第４巻「実装組立技術」、第１刷、株式会社工業調査会、１９９４年７月３１日発行、ｐ．１０６−１５５
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術には、以下の問題がある。ベアチップ３の回路基板２への実装には、フリップチップボンダを用いて搭載と接続とを行う。一方、受動部品４の回路基板２への実装には部品装着装置とリフロー炉とを用いて搭載と接続とを行うので、両者の実装を、全く異なる工程で実施しなければならず、工程数が増大するという問題がある。
【００１７】
また、従来法のフリップチップボンディングによるベアチップ３の回路基板２への実装においては、ベアチップ３のパッド７部にバンプ８を形成しなければならない。バンプ８の仕様は、ベアチップ３を回路基板２へ実装する際の実装条件および実装後の動作信頼性に大きく影響するので、その寸法、材質などが厳密に規定されている。このベアチップ３のパッド７部におけるバンプ８の形成は、蒸着法、メッキ法のいずれによる場合であってもウエハ状態で行う方が、効率よく行うことができるけれども、ウエハ状態のベアチップの流通は未だ充分に実現されておらず、電子回路モジュール製造者（いわゆるセットメーカー）が、ウエハ状態のベアチップを入手して自ら所望のバンプを形成することは難しい状況にある。さらにバンプの仕様に関する規定をセットメーカーが決定することはできないので、セットメーカーが電子回路モジュールを製造するに際しては、非所望の仕様で形成されたバンプを有するベアチップを用いなければならないことが往々にしてあり、電子回路モジュールの製造を困難にする一因となっている。
【００１８】
ベアチップのパッドにバンプを形成する一手法であるスタッドバンプ法は、原理的にチップ状態でのバンプ形成処理も可能であることから、バンプの形成されていないベアチップを入手して所望の仕様に基づくバンプを形成加工することも可能であるけれども、ベアチップに設けられるパッド上にバンプを個別に順次形成しなければならないので、形成するべきバンプ数が増加するのに伴って、バンプ形成に要する工数が増加し生産効率が低下するという問題がある。
【００１９】
ベアチップに形成するバンプの素材に、Ｓｎを主成分とするはんだ部材を用いる手法もある。バンプの素材にＳｎを主成分とするはんだ部材を用いる場合、バンプを形成するはんだ部材と、ベアチップと回路基板との接続時に回路基板に供給されるはんだ部材とが、溶融混合されて電気的接続部を形成する。はんだ部材には、はんだ微粒子とともにフラックス等が含まれるので、溶融凝固後に電気的接続部を形成するはんだの体積が、溶融凝固前におけるはんだ部材の見かけの体積よりも減少し、はんだによる接続部のベアチップと回路基板との間隙が小さくなるという現象が起こりがちである。はんだによる接続部のベアチップと回路基板との間隙が小さくなると、実装後の電気的接続の長期信頼性が劣るばかりでなく、電気的接続の信頼性を保つために用いられるアンダーフィル部材を注入することが難しくなり、注入作業性が悪くなるという問題がある。
【００２０】
また図８に示すような実装構造に対して、温度サイクルが負荷されるとき、ベアチップ３と回路基板２との間には熱膨張率の違いがあるので、バンプ８にひずみが生じる。このような温度サイクルによって発生するひずみは、回路基板２と受動部品４との接続部においても同様に発生するけれども、受動部品４はその寸法が１ｍｍ角前後と小さいので、発生するひずみが小さく、電気的接続の信頼性に影響を与える程ではない。しかしながら、ベアチップ３は、１０ｍｍ角前後の大きい寸法を有するので、温度サイクル負荷に起因するひずみが大きく、このひずみによってバンプ８に亀裂が発生し、やがては断線にいたるという問題を有する。
【００２１】
このような問題を解決するために行われるアンダーフィル部材の充填は、電気的接続の信頼性を向上させることができるけれども、アンダーフィル部材の充填に伴う工程数および材料費を増加させるという問題がある。さらにアンダーフィル部材を注入充填した後では、ベアチップの修理を行うことができないので、回路基板上のベアチップの１つが不良になった場合、回路基板と回路基板に搭載されるベアチップとの全体を廃棄せざるを得ないという問題がある。
【００２２】
本発明の目的は、半導体装置におけるバンプ形成の有無に関らず、半導体装置の回路基板への実装工程を他の受動部品の実装工程と同一に行うことが可能であり、またアンダーフィル部材を用いることなく電気的接続の信頼性を保つことが可能な電子回路モジュールの製造方法を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回路基板に設けられるランドと、半導体装置に設けられるパッドとを電気的に接続して電子回路モジュールを製造する電子回路モジュール製造方法において、
回路基板に設けられるランド上に電気的接続に用いられる接続部材を供給する工程と、
前記ランド上の前記接続部材が供給された位置に導電性を有する球状導電体を配置する工程と、
半導体装置に設けられるパッドが前記球状導電体に当接するように半導体装置を配設する工程と、
前記回路基板と前記半導体装置とを前記球状導電体を介して電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする電子回路モジュールの製造方法である。
【００２４】
本発明に従えば、電子回路モジュールは、回路基板に設けられるランド上に電気的接続に用いられる接続部材を供給する工程と、ランド上の接続部材が供給された位置に導電性を有する球状導電体を配置する工程と、半導体装置に設けられるパッドが球状導電体に当接するように半導体装置を配設する工程と、回路基板と半導体装置とを球状導電体を介して電気的に接続する工程とを含んで製造される。
【００２５】
このように回路基板に対して半導体装置を実装するに際し、回路基板に設けられるランド上に接続部材が供給される位置に配置される球状導電体を介して回路基板と半導体装置とが電気的に接続される。すなわち球状導電体は、バンプの形成される半導体装置におけるバンプと同様の機能を発揮する。したがって、パッドにバンプの形成された半導体装置と、パッドにバンプが形成されていないけれども対向するランド上に球状導電体の配置された状態で接続される半導体装置との、いずれの半導体装置であっても、回路基板に対する実装をその他の受動部品と同一の工程、たとえば部品装着装置とリフロー炉とを用いて接続する工程で製造することができる。また球状導電体を介する半導体装置と回路基板との電気的接続は、接続信頼性に優れるので、アンダーフィル部材を用いることなく電気的接続の信頼性を保つことができる。このことによって、半導体装置の回路基板への実装に要する製造工程数および設備投資金額を抑制することが可能になる。
【００２６】
また本発明は、前記半導体装置は、集積回路の形成されたウエハを個片化したベアチップであることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記半導体装置は、集積回路の形成された後、少なくともパッドの再配置と保護構造の形成とが行われたウエハを個片化したウエハレベルパッケージであることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、半導体装置には、バンプの形成されていないベアチップまたはウエハレベルパッケージを用いることができる。これらの半導体装置は、回路基板へ実装されたとき、その実装面積とチップ面積とがほぼ等しく、取合いの空間が小さくて済むので、このような電子回路モジュールの搭載される電子機器の小型化および薄型化を実現することができる。
【００２９】
また本発明は、前記球状導電体は、少なくとも内層と外層との２層から構成され、前記内層を構成する素材の融点または熱分解温度が、前記外層を構成する素材の融点または熱分解温度よりも高いことを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、球状導電体は、少なくとも内層と外層との２層から構成され、内層を構成する素材の融点または熱分解温度が、外層を構成する素材の融点または熱分解温度よりも高い。このように構成される球状導電体は、回路基板と半導体装置とを電気的接続するに際し、たとえばリフロー炉などを用いた加熱によってランド上に供給された接続部材と外層とを溶融混合させるとき、半導体装置の有する重量によって圧壊されることがない。
【００３１】
また本発明は、前記球状導電体の内層は、樹脂であり、前記球状導電体の外層は、金属であることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、球状導電体の内層は樹脂であり、球状導電体の外層は、金属である。このように構成される球状導電体は、この球状導電体を介して半導体装置と回路基板とが電気的に接続された電子回路モジュールを電子機器に搭載して実用に供するとき、電子機器の動作温度変化に伴って半導体装置と回路基板との電気的接続部に発生する熱応力を、内層を構成する樹脂の弾性によって緩和することができる。したがって、半導体装置と回路基板とによって形成される間隙に熱応力の緩和を目的とするアンダーフィル部材を注入することなく、半導体装置と回路基板との電気的接続の信頼性向上を実現することができる。またアンダーフィル部材を用いることがないので、電子回路モジュールの修理再生が可能になる。
【００３３】
また本発明は、前記いずれかに記載の電子回路モジュールの製造方法で製造した電子回路モジュールを備えることを特徴とする電子機器である。
【００３４】
本発明に従えば、前記いずれかに記載の電子回路モジュールの製造方法で製造した電子回路モジュールを備える電子機器、たとえば、携帯電話機、個人情報ツール、ＩＣカードなどが提供される。前述のように製造される電子回路モジュールは、半導体装置と回路基板との電気的接続の信頼性に優れ、少ない製造工程および少種の製造装置で製造可能なので、このような電子回路モジュールを備えることによって、動作信頼性に優れて安価な電子機器が実現される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一態様である電子回路モジュール２１の製造方法の概略を説明する図である。図１（ａ）は、回路基板２２の一方の表面２２ａ上に、半導体装置２３が搭載されるべき第１ランド２４および受動部品２５が搭載されるべき第２ランド２６が設けられている状態を示す。
【００３６】
図１（ｂ）の工程では、回路基板２２に設けられる第１ランド２４および第２ランド２６上に、回路基板２２と半導体装置２３との電気的接続に用いられる接続部材２７を供給する。本実施の形態では、接続部材２７は、はんだ部材であり、ＳｎＰｂ系はんだ微粒子とフラックス等とを混合したペーストである。なお、はんだ微粒子は、ＳｎＰｂ系に限定されるものではなく、環境対応のために近年用いられるようになっているＳｎＡｇ系、ＳｎＣｕ系、などの無鉛はんだが用いられてもよい。なお、本実施の態様におけるはんだ部材２７に用いたＳｎＰｂ系はんだ微粒子の平均粒径は、２１μｍである。
【００３７】
はんだ部材２７は、ステンシル印刷の手法を用いて第１および第２ランド２４，２６に供給される。ステンシル印刷は、はんだ部材２７を供給する作業時間を短くすることができるとともに、汎用の表面実装設備を活用できるという利点がある。
【００３８】
ステンシル部材には、厚みが１５０μｍ程度のステンレス鋼薄板が好適に用いられる。ステンシル部材には、はんだ部材２７を供給するべき部位、すなわち回路基板２２の一方の表面２２ａに設けられる第１および第２ランド２４，２６に対応する位置にレーザーで開口部が形成される。第１および第２ランド２４，２６に対するはんだ部材２７の供給は、次のように行われる。ステンシル部材を回路基板２２の一方の表面２２ａに当接、もしくは近接させる。このとき、前述のようにステンシル部材には、第１および第２ランド２４，２６に対応する位置に開口部が形成されているので、第１および第２ランド２４，２６の開口部に臨む部分のみは、外方に露出している。この状態で、ステンシル部材の上からはんだ部材２７を塗布し、その後ステンシル部材を回路基板２２の一方の表面２２ａから剥離、もしくは離反させる。このことによって、開口部の形成された第１および第２ランド２４，２６上にのみ、はんだ部材２７が供給される。
【００３９】
なお、回路基板２２の一方の表面２２ａに設けられるランドの寸法が小さい、またはランドのピッチが小さい場合、はんだ部材２７がステンシル部材に形成される開口部から上手く抜けず、第１および第２ランド２４，２６上に適当量のはんだ部材２７を供給することのできないことがある。また、はんだ部材２７がステンシル部材に形成される開口部から抜けるけれども、第１および第２ランド２４，２６上のはんだ部材２７がいわゆるばりを形成し、その後の工程ではんだ部材２７同志が接触しあって短絡不良を生じることがある。このような場合、たとえば厚みが８０〜１２０μｍ程度の薄いステンシル部材を用いるのが好ましい。
【００４０】
本実施の態様では、後述する半導体装置２３に設けられるパッド３５の寸法が、１５０μｍ角で、最小ピッチが３００μｍであるものを用いる。したがって、はんだ部材２７を第１および第２ランド２４，２６に供給する工程に用いるステンシル部材には、厚みが１５０μｍ、形成される開口部の最小ピッチが３００μｍであるものが好ましいけれども、この寸法ではステンシル印刷時にはんだ部材２７が開口部から抜けにくい。したがって、本実施の形態のステンシル部材には、半導体装置２３を搭載するべき第１ランド２４に対応する部分のみ、厚みを８０μｍに設定し、開口部の寸法を１８０μｍφに設定した。この場合、１つのステンシル部材において局所的に厚みを薄くしなければならないので、厚みを薄くする部分のみハーフエッチングを行った。
【００４１】
なお、はんだ部材２７の供給方法は、ステンシル印刷手法に限定されることなく、たとえばディスペンス法であっても良い。はんだ部材の供給装置であるディスペンサと高速ＸＹステージとの組み合わせによって、はんだ部材２７の高速供給が可能であり、マルチノズルを用いることによって一括供給も可能である。
【００４２】
図１（ｃ）の工程では、第２ランド２６にはんだ部材２７が供給された位置に受動部品２５が配設される。受動部品２５の配設は、表面実装に用いられる公知の部品装着装置を用いて行われる。受動部品２５は、いわゆる１００５サイズと呼ばれる１．０ｍｍ×０．５ｍｍサイズのものが多用される。受動部品２５が１００５サイズであるとき、ステンシル部材の開口部の寸法は、０．４ｍｍ角程度に形成されるので、ステンシル部材の厚みが１５０μｍであってもはんだ部材２７の抜けは良好である。
【００４３】
図１（ｄ）の工程では、第１ランド２４上のはんだ部材２７が供給された位置に導電性を有する球状導電体２８を配置する。図２は、球状導電体２８の構成を示す断面図である。ここで、球状とは、真球のみを意味するものではなく、楕円球および１個体内において直径にばらつきを有する球をも含む意味に用いる。前記球状導電体２８は、内層２９であるコアと外層３０との２層から構成され、内層２９を構成する素材の融点または熱分解温度が、外層３０を構成する素材の融点または熱分解温度よりも高いことを特徴とする。本実施の形態では、球状導電体２８の内層２９は樹脂であり、外層３０は金属である。また球状導電体は、図２に示す構成に限定されることなく、内層と外層との間に１層以上の金属からなる中間層を有するように構成されても良い。
【００４４】
内層２９であるコアは、後述の電気的接続工程であるはんだリフロープロセスに耐える耐熱性を有する樹脂であることが好ましく、たとえば外層３０にＳｎを主成分とするはんだを用いる場合には、２５０℃以上の融点あるいは熱分解温度を有することが好ましい。耐熱性を有する樹脂材料には、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂、またはアラミド、ポリイミドなどの各種の高分子重合体を用いることができる。
【００４５】
外層３０の材料には、ＳｎＰｂ系はんだを成分とするはんだ部材２７に対して適度な濡れ性と接続信頼性とを有するＳｎを主成分とするはんだ自体が最も好適である。たとえば６０％Ｓｎ−４０％Ｐｂ合金はんだは、その融点が１８３℃であり、前述の内層２９を構成する樹脂材料よりも低い融点であるので、外層３０の材料として好適に用いられる。
【００４６】
このような複層からなる球状導電体２８の製造は、粒状重合法、溶液重合法などの公知の方法で樹脂球体を形成後、樹脂球体の表面に無電解めっき技術による導電処理の後に電解めっきを行い金属めっきを施すことによって実現される。また外層３０を構成するはんだのさらに表面には、金属酸化防止などの目的のために有機樹脂膜が薄く形成されても良い。このような球状導電体２８の直径を例示すると２００μｍである。
【００４７】
図１に戻って、球状導電体２８は、たとえばボール吸着治具３１を用いて第１ランド２４上に配置される。ボール吸着治具３１は、第１ランド２４に対応するように吸引ノズル孔３２の形成されるノズル部３３と、ノズル部３３が装着される可動部３４であって図示しない移動装置によって３次元的に移動可能に設けられる可動部３４とを含む。ボール吸着治具３１による球状導電体２８の第１ランド２４上への配置は、次のように行われる。
【００４８】
多数の球状導電体２８を収納する容器の底面に形成される微小孔から気体の吐出、または容器に対する超音波振動の付加によって、容器内の球状導電体２８を個々に分離している状態にする。その後ボール吸着治具３１を容器上に位置せしめ、吸引ノズル孔３２から真空吸引することによって、吸引ノズル孔３２に球状導電体２８をそれぞれ吸着させる。球状導電体２８を吸引ノズル孔３２に吸着させた状態で、可動部３４を移動させて回路基板２２の第１ランド２４に対する球状導電体２８の位置決めを行い、吸引ノズル孔３２の真空吸引を停止して球状導電体２８をボール吸着治具３１から離脱させ、第１ランド２４上への球状導電体２８の配置を完了する。
【００４９】
ここで、球状導電体２８を第１ランド２４のはんだ部材２７供給位置に配置する工程における位置決め精度は、±５０μｍ程度でよい。また第１ランド２４に配置された球状導電体２８は、先に第１ランド２４上に供給されているはんだ部材２７の粘性によって仮固定された状態になる。
【００５０】
図１（ｅ）の工程では、半導体装置２３に設けられるパッド３５が球状導電体２８に当接するように半導体装置２３を配設する。本実施の形態における半導体装置２３は、集積回路の形成されたウエハを個片化したベアチップである。図３は、ベアチップ２３の構成を簡略化して示す平面図である。
【００５１】
図３に示すベアチップ２３には、回路基板２２に対向するように配置される面であって半導体素子の形成されるチップ表面３６にパッド３５が設けられる。このパッド３５には、バンプが形成されない。なお前記チップ表面３６のうちパッド３５を除く表面部分にはパシベーション膜３８が形成される。パッド３５の素材には、Ｃｕが用いられる。パシベーション膜３８には、酸化ケイ素、窒化ケイ素膜などの無機材料、ポリイミドなどの有機材料が用いられる。無機材料および有機材料のいずれも、はんだに対する濡れ性がないので、パシベーション膜３８は、はんだに対するレジスト膜としての機能も有する。
【００５２】
図３は半導体素子が形成されている面３６にパッド３５が設けられている例であるけれども、これに限らず、半導体素子が形成されている面３６の反対側の面にパッド３５が設けられていても良い。その場合においてもパッド３５を除くチップ面にはパシベーション膜３８が形成される。
【００５３】
ベアチップ２３に設けられるパッド３５の大きさおよびピッチは、半導体素子の設計の段階において大まかに決定される。パッド３５の大きさは一定になるように決められることが多いけれども、ピッチについては不定であることが多い。本実施の形態におけるベアチップ２３は、パッド３５の大きさが１５０μｍ角であり、最小ピッチが３００μｍである。このようなベアチップ２３は、第１ランド２４上に配置される球状導電体２８に対して位置決めをした上で配設される。
【００５４】
再び図１に戻って、図１（ｆ）の工程では、回路基板２２とベアチップ２３とを球状導電体２８を介して電気的に接続するとともに、回路基板２２と受動部品２５とを電気的に接続する。本実施の形態では、回路基板２２とベアチップ２３との電気的接続および回路基板２２と受動部品２５との電気的接続は、リフロー炉を用いて行われる。前述のように回路基板２２に対してベアチップ２３と受動部品２５とが配設された状態で、回路基板２２を２５０℃程度のピーク温度を有するリフロー炉に装入する。このことによって、第１および第２ランド２４，２６上に供給されたはんだ部材２７と、球状導電体２８の外層３０を構成するＳｎＰｂ系はんだとが、溶融混合した後、降温過程において凝固してはんだ合金部３７が形成され、このはんだ合金部３７を介してベアチップ２３および受動部品２５と回路基板２２との電気的接続が行われる。このようにしてベアチップ２３および受動部品２５の回路基板２２に対する実装が完了する。
【００５５】
この本発明の実施の第１の態様による電子回路モジュール２１の製造方法は、たとえば図１（ｃ）に示す工程と、図１（ｄ）に示す工程とが、逆の順序で行われてもよい。
【００５６】
図４は、実装完了後のベアチップ２３と回路基板２２との電気的接続部の拡大断面図である。図４に示すようにはんだ合金部３７には、球状導電体２８の内層２９を構成する樹脂球体が内包されている状態になる。したがって、電子回路モジュール２１の搭載される電子機器の動作に伴って温度サイクルが負荷されるとき、樹脂球体２９は、その弾性によって、ベアチップ２３と回路基板２２との熱膨張差に起因してはんだ合金部３７に発生する熱応力を緩和させることができる。すなわち樹脂球体２９の素材である樹脂材料は、はんだ合金部３７よりも弾性係数が小さく弾性限界応力も大きいので、電気的接続部であるはんだ合金部３７に熱応力によって生じるひずみを、弾性変形によって緩和させることができる。
【００５７】
またベアチップ２３のパッド３５の配置は、設計の段階で任意に決められることが多く、配置の対称性等の配慮は成されていないので、球状導電体２８がリフロー工程で溶融すると、支持体である球状導電体２８を失ったベアチップ２３に傾きなどの生じる場合がある。しかしながら、本実施の態様のようにＳｎＰｂ系合金はんだからなる外層３０と、外層３０を構成するＳｎＰｂ系合金はんだの融点よりも高く、かつリフロー炉のピーク温度よりも高い融点を有する樹脂材料からなる内層２９との２層からなる球状導電体２８を使用することによって、前述のようなリフロー工程における球状導電体２８の溶融とそれの起因するベアチップ２３の傾きを防止することができる。
【００５８】
このように、樹脂材料からなる内層２９と、ＳｎＰｂ系合金はんだからなる外層３０とによって構成される球状導電体２８を、回路基板２２に対するベアチップ２３の実装に用いることによって、実装工程におけるベアチップ２３の傾きなどのトラブル未然防止と、実装後の電子回路モジュールを電子機器に搭載して動作させるときの電気的接続の長期信頼性確保とが実現される。したがって、本発明によれば、アンダーフィル部材をベアチップと回路基板とによって形成される間隙に注入する必要がない。
【００５９】
以上に述べたように実施の第１の態様におけるベアチップ２３に設けられるパッド３５の素材は、Ｃｕであるけれども、これに限定されることなく、パッドの素材はＡｌであってもよい。しかしながら、Ａｌは、球状導電体２８の外層３０に用いられるＳｎＰｂ系合金はんだに対して濡れを生じないので、ＳｎＰｂ系合金はんだに対して濡れ性を向上させるように、パッドの表面にＮｉ膜を生成する表面処理を施す必要がある。Ａｌ製パッドに対する表面処理は、無電解めっき法により以下のように行われる。
【００６０】
まずパッド表面に形成されているＡｌの自然酸化膜を燐酸や水酸化ナトリウムを用いて除去する。次いでフッ酸を用いた市販のジンケート処理液を用いて、Ａｌ表面の置換反応により薄いＺｎ膜を形成した後、無電解Ｎｉ膜を形成する。無電解Ｎｉ膜形成は、９０℃程度に保温した硫酸ニッケルを主成分とした一般的なめっき液に、Ａｌ製パッドの設けられた半導体ウエハまたはチップを短時間浸漬しておくだけで容易に実現することができる。パッド表面に形成されるＮｉ膜厚は、５μｍ程度で充分である。このような無電解めっき法によるＮｉ膜の生成は、ウエハ状態で行われることが効率的であるけれども、チップ状態であってもよい。
【００６１】
図５は、本発明の実施の第２の態様である電子回路モジュールの製造方法に用いられる球状導電体４１の外観を示す斜視図である。本実施の態様は、実施の第１の態様に類似するので、製造工程の説明は省略する。本実施の態様において注目すべきは、ベアチップ２３と回路基板２２との電気的接続に用いられる球状導電体４１が、単一素材から構成されることである。球状導電体４１の素材は、少なくとも表面がＳｎを主成分とするはんだに濡れる金属、またはＳｎを主成分とするはんだそのものであることが必要である。したがって、球状導電体４１の素材には、Ｓｎを主成分とするはんだ部材２７に対して適度な濡れ性と接続信頼性とを有するＣｕまたはＮｉであることが好ましい。単一素材からなる球状導電体４１は、その製造が簡便である。たとえば溶融金属を噴霧状に分散させて凝固させるアトマイズ法、溶融金属を液体中に滴下して凝固させる液体中滴下法、金型による機械的塑性加工法などの手法によって大量生産される。このような手法によって生産される球状導電体４１は、真球に近く直径も揃ったものが得られる。なおＣｕまたはＮｉからなる球状導電体４１の表面に耐熱プリフラックス剤などの有機材料からなる保護膜を形成することによって、接続部材であるはんだ部材２７との濡れ性を一層向上することができる。
【００６２】
また、単一素材からなる球状導電体４１は、Ｓｎを主成分とするはんだで構成されてもよい。球状導電体４１がＳｎを主成分からなるはんだで構成されることによって、接続部材であるはんだ部材２７との濡れ性に優れ、電気的接続信頼性の高い接続部を得ることができる。しかしながら、電気的接続がリフロー炉を用いて行われる場合、リフロー炉において加熱される際に、接続部材であるはんだ部材２７のみでなく、Ｓｎを主成分とするはんだからなる球状導電体４１も溶融するので、支持体である球状導電体４１を失ったベアチップ２３に傾きの生じることもある。したがって、単一素材からなる球状導電体４１には、はんだ部材２７の融点よりも高い融点を有するＣｕまたはＮｉが好適に用いられる。
【００６３】
図６は、本発明の実施の第３の態様である電子回路モジュールの製造方法に用いられる半導体装置であるＷＬＰ４２の構成を簡略化して示す断面図である。本実施の態様は、実施の第１の態様に類似する。本実施の態様において注目すべきは、半導体装置には、集積回路の形成された後、少なくともパッドの再配置と保護構造の形成とが行われたウエハを個片化したウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）４２が用いられることである。
【００６４】
ＷＬＰ４２は、半導体チップ４３と、パッド４４を再配置するための配線４５（以後、再配線と呼ぶ）と、保護膜４６と、外部接続のために保護膜４６に形成される開口部４７と、開口部４７の再配線４５表面上に形成されるＮｉめっき層４８と、Ｎｉめっき層４８に接してさらに外層に形成されるＡｕめっき層４９とを含んで構成される。なお本実施の態様におけるＷＬＰ４２には、パッド４４の再配線４５に外部接続用突起電極（バンプ）を設ける必要がない。
【００６５】
ＷＬＰ４２は、概略以下のように製造される。パッド４４の設けられた半導体チップ４３を準備する。半導体チップ４３上の再配線４５は、フォトリソグラフィと電解めっき法を利用し、半導体チップ４３に設けられるパッド４４に接続することができるように予め定められる回路に従ってＣｕを付着することにより行われる。次いで、Ｃｕを付着させた半導体チップ４３の表面に感光性ポリイミドをスピンコート法によって厚み５μｍ程度に付着させて保護膜４６を形成し、フォトリソグラフィによって再配線４５の終端部に対応する位置に開口部４７を形成するとともに保護膜４６が硬化される。この保護膜４６は、保護構造を構成する。
【００６６】
保護膜４６に形成された開口部４７において露出している再配線４５に対しては、電解めっき法によってＮｉめっき層４８を形成し、さらにＮｉめっき層４８の上に同じく電解めっき法によってＡｕめっき層４９を形成した。なお電解めっきの際には、保護膜４６が、めっき不要部分のマスクとして機能する。
【００６７】
ＷＬＰ４２では、再配線４５によるパッド４４の再配置によって、電極を半導体チップ４３の中央部付近にエリア状に配置することが可能になる。このことによって外部電極を大サイズ化することができるので、電気的接続信頼性の向上および取扱いの容易さを実現することができる。
【００６８】
前述のように本実施の態様は、実施の第１の態様に類似するので、製造工程において注目すべき点のみ説明する。本実施の態様では、回路基板２２の第１および第２ランド２４，２６にはんだ部材２７を供給する工程において用いられるステンシル部材に、厚みが１５０μｍで均一のものを使用することができる。ＷＬＰ４２は、パッド４４の再配置が行われて再配線４５が形成されるので、電気的接続に用いられる再配線４５電極のピッチを８００μｍに大きくすることができ、また回路基板２２に設けられるランド径も４００μｍφに大きくすることができる。したがって、ステンシル部材に形成される開口部およびそのピッチも大きくすることができるので、ステンシル部材からのはんだ部材２７の抜けが良好であり、ステンシル部材における局所的な薄肉部の形成が不要になる。また球状導電体２８には、球径が５００μｍφの大きなものを用いることができるので、その取扱いすなわちボール吸着治具３１による吸着、搬送および所望位置への配置が容易である。
【００６９】
このように本実施の態様では、球状導電体２８および回路基板２２のランド２４，２６に大きい径のものを使用することができるので、さらに簡便で電気的接続の信頼性に優れた電子回路モジュールを製造することができる。さらに半導体装置であるＷＬＰ４２には、バンプを形成する必要がないので、低コスト化に寄与することができる。
【００７０】
前述したいずれかの態様で製造される電子回路モジュールを搭載する電子機器は、本発明の実施の他の形態である。電子機器としては、たとえば携帯電話機、個人情報ツール、ＩＣカードなどが挙げられる。本発明のいずれかの態様に従って製造される電子回路モジュールは、半導体装置と回路基板との電気的接続の信頼性に優れ、半導体装置におけるバンプ形成の有無に関らず、半導体装置の回路基板への実装工程を他の受動部品の実装工程と同一に行える、すなわち省製造工程および省製造装置により製造されるので、このような電子回路モジュールを備えることによって、動作信頼性に優れて安価な電子機器が実現される。
【００７１】
以上に述べたように本実施の形態では、２層からなる球状導電体２８を構成する内層２９は、樹脂材料であるけれども、これに限定されることなく、樹脂材料の融点以上の融点を有するＦｅなどの金属であってもよく、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック材料であってもよい。また２層からなる球状導電体２８を構成する外層３０は、６０％Ｓｎ−４０％Ｐｂ合金はんだが好適に用いられるけれども、これに限定されることなく、９６．５％Ｓｎ−３．５％Ａｇ合金を共晶とするＳｎＡｇ合金系はんだ（共晶組成での融点２２１℃）や、９１％Ｓｎ−９％Ｚｎ合金を共晶とするＳｎＺｎ合金系はんだ（共晶組成での融点１９９℃）など前記以外の組成からなるＳｎを主成分とする合金はんだであってもよく、またＣｕ、Ｎｉなどで構成されるめっき層であってもよい。さらには、内層と外層との間に金属からなる中間層を有していても構わない。
【００７２】
また半導体装置には、ベアチップ２３およびＷＬＰ４３が用いられるけれども、これに限定されることなく、樹脂モールドした形をもつボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、ＣＳＰなどが用いられてもよい。しかしながら、小型化高密度化実装を指向し、それによって電子機器の小型化および薄型化を実現するという本発明の主旨を鑑みれば、半導体装置には、ベアチップおよびＷＬＰのようなＬＳＩのチップ寸法と半導体装置の寸法とがほぼ同一になるものを用いることが好ましい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、電子回路モジュールは、回路基板に設けられるランド上に電気的接続に用いられる接続部材を供給する工程と、ランド上の接続部材が供給された位置に導電性を有する球状導電体を配置する工程と、半導体装置に設けられるパッドが球状導電体に当接するように半導体装置を配設する工程と、回路基板と半導体装置とを球状導電体を介して電気的に接続する工程とを含んで製造される。
【００７４】
このように回路基板に対して半導体装置を実装するに際し、回路基板に設けられるランド上に接続部材が供給される位置に配置される球状導電体を介して回路基板と半導体装置とが電気的に接続される。すなわち球状導電体は、バンプの形成される半導体装置におけるバンプと同様の機能を発揮する。したがって、パッドにバンプの形成された半導体装置と、パッドにバンプが形成されていないけれども対向するランド上に球状導電体の配置された状態で接続される半導体装置との、いずれの半導体装置であっても、回路基板に対する実装をその他の受動部品と同一の工程、たとえば部品装着装置とリフロー炉とを用いて接続する工程で製造することができる。また球状導電体を介する半導体装置と回路基板との電気的接続は、接続信頼性に優れるので、アンダーフィル部材を用いることなく電気的接続の信頼性を保つことができる。このことによって、半導体装置の回路基板への実装に要する製造工程数および設備投資金額を抑制することが可能になる。
【００７５】
また本発明によれば、半導体装置には、バンプの形成されていないベアチップまたはウエハレベルパッケージを用いることができる。これらの半導体装置は、回路基板へ実装されたとき、その実装面積とチップ面積とがほぼ等しく、取合いの空間が小さくて済むので、このような電子回路モジュールの搭載される電子機器の小型化および薄型化を実現することができる。
【００７６】
また本発明によれば、球状導電体は、少なくとも内層と外層との２層から構成され、内層を構成する素材の融点または熱分解温度が、外層を構成する素材の融点または熱分解温度よりも高い。このように構成される球状導電体は、回路基板と半導体装置とを電気的接続するに際し、たとえばリフロー炉などを用いた加熱によってランド上に供給された接続部材と外層とを溶融混合させるとき、半導体装置の有する重量によって圧壊されることがない。
【００７７】
また本発明によれば、球状導電体の内層は樹脂であり、球状導電体の外層は、金属である。このように構成される球状導電体は、この球状導電体を介して半導体装置と回路基板とが電気的に接続された電子回路モジュールを電子機器に搭載して実用に供するとき、電子機器の動作温度変化に伴って半導体装置と回路基板との電気的接続部に発生する熱応力を、内層を構成する樹脂の弾性によって緩和することができる。したがって、半導体装置と回路基板とによって形成される間隙に熱応力の緩和を目的とするアンダーフィル部材を注入することなく、半導体装置と回路基板との電気的接続の信頼性向上を実現することができる。またアンダーフィル部材を用いることがないので、電子回路モジュールの修理再生が可能になる。
【００７８】
また本発明によれば、本発明の態様に示すいずれかの電子回路モジュールの製造方法で製造した電子回路モジュールを備える電子機器、たとえば、携帯電話機、個人情報ツール、ＩＣカードなどが提供される。前述のように製造される電子回路モジュールは、半導体装置と回路基板との電気的接続の信頼性に優れ、少ない製造工程および少種の製造装置で製造可能なので、このような電子回路モジュールを備えることによって、動作信頼性に優れて安価な電子機器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一態様である電子回路モジュール２１の製造方法の概略を説明する図である。
【図２】球状導電体２８の構成を示す断面図である。
【図３】ベアチップ２３の構成を簡略化して示す平面図である。
【図４】実装完了後のベアチップ２３と回路基板２２との電気的接続部の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の第２の態様である電子回路モジュールの製造方法に用いられる球状導電体４１の外観を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の第３の態様である電子回路モジュールの製造方法に用いられる半導体装置であるＷＬＰ４２の構成を簡略化して示す断面図である。
【図７】ベアチップ３を備える電子回路モジュール１の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図８】図７に示す電子回路モジュール１の製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
２１  電子回路モジュール
２２  回路基板
２３  ベアチップ
２４  第１ランド
２５  受動部品
２６  第２ランド
２７  はんだ部材
２８，４１  球状導電体
３５，４４  パッド
４２  ＷＬＰ
４３  半導体チップ
４５  再配線
４６  保護膜
【図１】
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【図２】
2004179189.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004179189.tif 000007
【図６】
2004179189.tif 000008
【図７】
2004179189.tif 000009
【図８】
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