(57)【要約】【課題】CSP,BGA等のようなはんだバンプを有するLSIパッケージをプリント基板に実装する際、LSIパッケージが熱により反り返っても、良好なはんだ接続部を形成する。【解決手段】LSIパッケージ1のパッド4には、コア部31及びコーティング部32からなるコア入りはんだバンプ3が配置されている。コア部31及びコーティング部32は組成の異なるはんだ合金から構成され、コーティング部32の方が融点が低くなっている。従って、熱処理を開始すると、先ず、LSIパッケージ1の反り返りが小さな段階で、コーティング部32が溶融し、コア部31及びはんだペースト7に濡れた状態となる。その後、温度が上昇して反り返りが大きくなっても、コア部31とはんだペースト７とは、溶融したコーティング部32によって接続された状態が保たれる。従って、コア部31，はんだペースト7の溶融温度となると、それらが１つに凝集し、良好なはんだ接続部が形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部とコーティング部との２層構造を有し、且つ前記コーティング部を構成するはんだ合金の融点が前記コア部を構成するはんだ合金の融点よりも低いコア入りはんだバンプを備えたことを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項２】
請求項１記載のＬＳＩパッケージにおいて、
ＬＳＩパッケージが備えているパッドの一部のパッドに対応付けて前記コア入りはんだバンプを配置したことを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項３】
請求項２記載のＬＳＩパッケージにおいて、
ＬＳＩパッケージの４隅部分のパッドに対応付けて前記コア入りはんだバンプを配置し、残りのパッドに対応付けて前記コア部と同一組成のはんだ合金によって構成されたコア無しはんだバンプを配置したことを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のＬＳＩパッケージにおいて、
前記コア部が、Sn-Ag-Cu系のはんだ合金から構成され、
前記コーティング部が、Sn-Zn系またはSn-In系のはんだ合金から構成されることを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項５】
請求項４記載のＬＳＩパッケージにおいて、
前記Sn-Zn系のはんだ合金から構成されたコーティング部の表面には、酸化防止処理が施されていることを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のＬＳＩパッケージにおいて、
前記ＬＳＩパッケージが、ＣＳＰ或いはＢＧＡであることを特徴とするＬＳＩパッケージ。
【請求項７】
コア部とコーティング部との２層構造を有し、且つ前記コーティング部を構成するはんだ合金の融点が前記コア部を構成するはんだ合金の融点よりも低いことを特徴とするコア入りはんだバンプ。
【請求項８】
請求項７記載のコア入りはんだバンプにおいて、
前記コア部が、Su-Ag-Cu系のはんだ合金から構成され、
前記コーティング部が、Sn-Zn系またはSn-In系のはんだ合金から構成されることを特徴とするコア入りはんだバンプ。
【請求項９】
請求項８記載のコア入りはんだバンプにおいて、
前記Sn-Zn系のはんだ合金から構成されたコーティング部の表面には、酸化防止処理が施されていることを特徴とするコア入りはんだバンプ。
【請求項１０】
コア部とコーティング部との２層構造を有し、且つ前記コーティング部を構成するはんだ合金の融点が前記コア部を構成するはんだ合金の融点よりも低いコア入りはんだバンプを、複数存在するパッドの内の一部のパッドに対応付けて配置し、残りのパッドに対応付けて前記コア部と同一組成のはんだ合金によって構成されたコア無しはんだバンプを配置したＬＳＩパッケージを基板に実装するＬＳＩパッケージ実装方法であって、
前記ＬＳＩパッケージを前記基板上に配置する配置工程と、
前記コーティング部を溶融させる第１の熱処理工程と、
前記コア部及び前記コア無しはんだバンプを溶融させる第２の熱処理工程とを含むことを特徴とするＬＳＩパッケージ実装方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のＬＳＩパッケージ実装方法において、
前記ＬＳＩパッケージが、ＣＳＰ或いはＢＧＡであることを特徴とするＬＳＩパッケージ実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板への実装時に溶融してはんだ接続部を形成する微細なはんだバンプを有するＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）パッケージに関し、特に、基板への実装時に熱によってＬＳＩパッケージに大きな反りが発生しても良好なはんだ接続部を形成することが可能なＬＳＩパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、高機能化への動向に対応し、実装技術においては電子部品の小型化、薄型化、高密度化への技術開発が求められている。このような要求に対応し、パッケージング技術においてはＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Pakage）などの微細なはんだバンプを有するＬＳＩパッケージが主流となり、ＬＳＩパッケージを構成する個々の部品厚み自体も非常に薄くなっている。
【０００３】
ところで、はんだバンプを有する従来の一般的なＬＳＩパッケージは、ＬＳＩパッケージの下面に格子状に配置されている各パッドに、１種類のはんだ合金からなる１層構造のはんだバンプを取り付けた構成を有しているが、それ以外にも、一部のパッドに、コア部とコーティング部とからなる２層構造のはんだバンプ（コア入りはんだバンプ）を取り付け、残りのパッドに、１層構造のはんだバンプ（コア無しはんだバンプ）を取り付けたものも従来から知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１に記載されているコア入りはんだバンプは、コア部が球形の金属や樹脂によって構成され、その周りを覆うコーティング部は、はんだ合金から構成され、ＬＳＩパッケージの３個以上のパッドに取り付けられている。また、コア入りはんだバンプのコーティング部の融点は、コア無しはんだバンプの融点よりも低くなっている。
【０００５】
この特許文献１に記載されている従来のＬＳＩパッケージは、基板への実装時の加熱処理によってコア無しはんだバンプが溶融しても、コア入りはんだバンプのコア部によってＬＳＩパッケージと基板間の距離が一定距離に保たれるので、コア無しはんだバンプが溶融することによって形成されるはんだ接合部の形状が鼓形となり、接合部の強度を向上させることができる。
【０００６】
一方、複数の圧電素子とフレキシブル配線基板とを接続する際に、一部の圧電素子とフレキシブル配線基板との間にコア入りはんだバンプを配置し、残りの圧電素子とフレキシブル配線基板との間にコア無しはんだバンプを配置するようにした技術も従来から知られている（例えば、特許文献２参照）。なお、特許文献２に記載されているコア入りはんだバンプは、コア部が金属から構成され、コーティング部がコア無しはんだバンプと融点が同じはんだ合金から構成されている。この特許文献２に記載されている従来の技術は、接続時の加熱処理によってコア無しはんだバンプが溶融しても、コア入りはんだバンプのコア部によって圧電素子とフレキシブル配線基板との間の距離が一定距離に保たれるので、はんだの広がりを防ぐことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１６５５１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６２１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年盛んに利用されるようになってきた薄型化されたＬＳＩパッケージは、それを構成する各部材の熱膨張係数の差に起因する加熱時の変形挙動の制御が難しく、温度の上昇に伴って反り返りが大きくなっていくという問題がある。
【０００９】
このため、図５に示すような、コア無しはんだバンプ１０３がパッド１０２に取り付けられている従来の一般的なＬＳＩパッケージ１０１を基板１０４に実装する場合、次のような問題が発生する。ＬＳＩパッケージ１０１を基板１０４に実装する際の熱処理工程において、コア無しはんだバンプ１０３が溶融する前に、ＬＳＩパッケージ１０１に反り返りが発生すると、ＬＳＩパッケージ１０１の４隅部分のパッド１０２に取り付けられているコア無しはんだバンプ１０３が、基板１０４のパッド１０６上に印刷されているはんだペースト１０５から離れてしまう。コア無しはんだバンプ１０３とはんだペースト１０５との間の距離は、温度上昇に伴って広がっていく。そして、はんだ溶融温度に達した時に、コア無しはんだバンプ１０３とはんだペースト１０５との間の距離がある値以上になると、コア無しはんだバンプ１０３とはんだペースト１０５とが１つのはんだバンプに凝集できない状態となってしまう。このため、オープン不良が発生してしまう。このような問題は、コア無しはんだバンプ１０３の代わりに、特許文献２に記載されているコア入りはんだバンプ（コア部…金属、コーティング部…融点がコア無しはんだバンプ１０３と同一のはんだ合金）を使用した場合にも発生する。
【００１０】
これに対して、コア無しはんだバンプ１０３の代わりに、特許文献１に記載されているコア入りはんだバンプ（コア部…金属、コーティング部…融点がコア無しはんだバンプ１０３よりも低いはんだ合金）を使用した場合は、コーティング部の融点が低いため、はんだ溶融温度に達したときのＬＳＩパッケージ１０１の反りは、コア無しはんだバンプ１０３を使用した場合に比べて小さくなる。このため、オープン不良が発生する危険性は少なくなる。しかし、金属のコア部を有するコア入りはんだバンプでは、はんだ合金の量が少ないため、充分な強度を有するはんだ接合部を形成できない場合がある。即ち、図６に示すように、接続部に径の細いくびれ部２００が発生する場合があり、このような場合には、充分な強度を有するはんだ接合部を得ることができない。
【００１１】
〔発明の目的〕
そこで、本発明の目的は、ＬＳＩパッケージを基板に実装する際に、熱によってＬＳＩパッケージに大きな反りが発生しても良好なはんだ接続部を形成できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる第１のＬＳＩパッケージは、
コア部とコーティング部との２層構造を有し、且つ前記コーティング部を構成するはんだ合金の融点が前記コア部を構成するはんだ合金の融点よりも低いコア入りはんだバンプを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる第２のＬＳＩパッケージは、第１のＬＳＩパッケージにおいて、
ＬＳＩパッケージが備えているパッドの一部のパッドに対応付けて前記コア入りはんだバンプを配置したことを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる第３のＬＳＩパッケージは、第２のＬＳＩパッケージにおいて、
ＬＳＩパッケージの４隅部分のパッドに対応付けて前記コア入りはんだバンプを配置し、残りのパッドに対応付けて前記コア部と同一組成のはんだ合金によって構成されたコア無しはんだバンプを配置したことを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかる第４のＬＳＩパッケージは、第１〜第３の何れかのＬＳＩパッケージにおいて、
前記コア部が、Sn-Ag-Cu系のはんだ合金から構成され、
前記コーティング部が、Sn-Zn系またはSn-In系のはんだ合金から構成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明にかかる第５のＬＳＩパッケージは、第４のＬＳＩパッケージにおいて、
前記Sn-Zn系のはんだ合金から構成されたコーティング部の表面には、酸化防止処理が施されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明にかかる第６のＬＳＩパッケージは、第１〜第５のＬＳＩパッケージにおいて、
前記ＬＳＩパッケージが、ＣＳＰ或いはＢＧＡであることを特徴とする。
【００１８】
本発明にかかる第１のコア入りはんだバンプは、
コア部とコーティング部との２層構造を有し、且つ前記コーティング部を構成するはんだ合金の融点が前記コア部を構成するはんだ合金の融点よりも低いことを特徴とする。
【００１９】
本発明にかかる第２のコア入りはんだバンプは、第１のコア入りはんだバンプにおいて、
前記コア部が、Su-Ag-Cu系のはんだ合金から構成され、
前記コーティング部が、Sn-Zn系またはSn-In系のはんだ合金から構成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明にかかる第３のコア入りはんだバンプは、第２のコア入りはんだバンプにおいて、
前記Sn-Zn系のはんだ合金から構成されたコーティング部の表面には、酸化防止処理が施されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明にかかる第１のＬＳＩパッケージ実装方法は、
コア部とコーティング部との２層構造を有し、且つ前記コーティング部を構成するはんだ合金の融点が前記コア部を構成するはんだ合金の融点よりも低いコア入りはんだバンプを、複数存在するパッドの内の一部のパッドに対応付けて配置し、残りのパッドに対応付けて前記コア部と同一組成のはんだ合金によって構成されたコア無しはんだバンプを配置したＬＳＩパッケージを基板に実装するＬＳＩパッケージ実装方法であって、
前記ＬＳＩパッケージを前記基板上に配置する配置工程と、
前記コーティング部を溶融させる第１の熱処理工程と、
前記コア部及び前記コア無しはんだバンプを溶融させる第２の熱処理工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明にかかる第２のＬＳＩパッケージ実装方法は、第１のＬＳＩパッケージ実装方法において、
前記ＬＳＩパッケージが、ＣＳＰ或いはＢＧＡであることを特徴とする。
【００２３】
〔作用〕
ＬＳＩパッケージを基板に実装するために熱処理を開始すると、先ず、融点の低いコア入りはんだバンプのコーティング部が溶融する。この時点では、ＬＳＩパッケージの反りは小さく、溶融したコーティング部は、コア部及び基板上のはんだペーストに濡れた状態になる。従って、その後、温度が上昇し、ＬＳＩパッケージの反り返りが大きくなっても、コア部と基板上のはんだペーストとは、溶融したコーティング部によって間接的に接続された状態が保たれる。その後、コア部及びはんだペーストの融点に達すると、既に溶融しているコーティング部と、コーティング部によって間接的に接続されているコア部及びはんだペーストが１つに凝集し、良好なはんだ接続部を形成する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＬＳＩパッケージを基板に実装する際の熱処理によってＬＳＩパッケージに大きな反りが発生しても良好なはんだ接合部を形成することが可能になるという効果を得ることができる。その理由は、ＬＳＩパッケージが、コア部とコーティング部との２層構造を有し、且つ上記コーティング部を構成するはんだ合金の融点が上記コア部を構成するはんだ合金の融点よりも低いコア入りはんだバンプを備えているからである。即ち、ＬＳＩパッケージを基板に実装するために、熱処理を開始すると、ＬＳＩパッケージの反りが小さな段階で、コーティング部が溶融してコア部と基板上のはんだペーストとに濡れた状態になり、その後、温度が上昇し、ＬＳＩパッケージの反りが大きくなっていってもコア部と基板上のはんだペーストとは、溶融したコーティング部によって間接的に接続された状態が保たれる。従って、温度がコア部の溶融温度になったときには、それらが１つのはんだボールに凝縮するので、良好なはんだ接合部を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
〔ＬＳＩパッケージの構成〕
図１を参照すると、本発明にかかるＣＳＰ，ＢＧＡ等のＬＳＩパッケージ１の実施の形態は、その下面にパッド４が格子状に配置されており、ＬＳＩパッケージ１の４隅部分に存在する１つ或いは複数のパッド４には、球状のコア入りはんだバンプ３が固定（溶融）され、残りのパッド４には球状のコア無しはんだバンプ２が固定されている。
【００２７】
コア無しはんだバンプ２は、１種類のはんだ合金から構成されている。一方、コア入りはんだバンプ３は、図２に示すように、コア部３１とコーティング部３２との２層構造を有し、コア部３１は、球状のはんだ合金から構成され、その周りを覆うコーティング部３２は、コア部３１よりも融点の低いはんだ合金から構成されている。また、コア無しはんだバンプ２は、コア部３１と同一組成のはんだ合金から構成されている。
【００２８】
コア部３１には、一般的な電子機器のはんだ接続に用いられているSn-Ag-Cu系のはんだ合金が好ましい。また、コア無しはんだバンプ２及びコーティング部３１には、Sn-Ag-Cu系はんだ合金よりも融点が低く、はんだ接続部の機械的信頼性を劣化させないSn-Zn系やSn-In系のはんだ合金が好ましい。しかし、Sn-Zn系のはんだ合金を選択した場合は、コーティング部３２表面の酸化が激しいことが想定されるため、コーティング部３２の表面にはフラックスなど酸化防止のための表面処理が必要となる。なお、コーティング部３２は、例えば、微細部へのめっき析出が可能な無電解めっき法などにより形成される。
【００２９】
〔プリント基板への実装方法〕
次に、図３を参照してプリント基板への実装方法を説明する。なお、図３において、図１と同一符号は同一部分を表している。
【００３０】
先ず、図３（ａ）に示すように、ＬＳＩパッケージ１をプリント基板５上に配置する。プリント基板５上には、ＬＳＩパッケージ１のコア無しはんだバンプ２及びコア入りはんだバンプ３の配置位置に対応してパッド６が設けられており、パッド６上にははんだペースト７がスクリーン印刷されている。はんだペースト７は、コア無しはんだバンプ２及びコア部３１と同じ組成のはんだ合金を用い、図３（ａ）の状態では、ＬＳＩパッケージ１のコア無しはんだバンプ２及びコア入りはんだバンプ３と接触している。この状態で熱処理を開始する。
【００３１】
熱処理を開始すると、各部材の温度は上昇していき、コア入りはんだバンプ３のコーティング部３２の融点に達した際に、コーティング部３２のみが溶融する。この状態を図３（ｂ）に示す。溶融したコーティング部３２は、図４に示すように、コア部３１とはんだペースト７の両方に濡れた状態となる。
【００３２】
さらに熱処理温度を上げていき、コア無しはんだバンプ２、コア部３１及びはんだペースト７を溶融させて、ＬＳＩパッケージ１のパッド４とプリント基板５上のパッド６とを電気的、機械的に接続する。このとき、ＬＳＩパッケージ１を構成する部材によっては、図３（ｃ）に示すように、ＬＳＩパッケージ１の４隅が反り返った状態になり、４隅のはんだ接続部にオープン不良が発生しやすくなる。本実施の形態では、このような場合でもコア入りはんだバンプ３の作用により、良好なはんだ接続部を形成するができる。即ち、図４に示すように、ＬＳＩパッケージ１の反りがまだ小さい段階で、コーティング部３２が溶融し、コア部３１とはんだペースト７とに濡れた状態になっているので、その後、反りが大きくなってもコア部３１とはんだペースト７は、溶融したコーティング部３２によって間接的に接続された状態が保たれる。このため、コア部３１及びはんだペースト７の溶融点になると、コア部３１、コーティング部３２、はんだペースト７が一つのはんだボールに凝集するので、良好なはんだ接続部を形成できる。
【００３３】
実装された最終的な状態を図３（ｄ）に示す。
【００３４】
なお、本実施の形態では、コア入りはんだバンプ３をＬＳＩパッケージ１のパッド４の内の、４隅部分のパッド４に配置するようにしたが、全てのパッドに配置するようにしても良い。
【００３５】
〔実施の形態の効果〕
本実施の形態によれば、ＬＳＩパッケージ１をプリント基板５に実装する際の熱処理によってＬＳＩパッケージ１に大きな反りが発生しても良好なはんだ接合部を形成することが可能になるという効果を得ることができる。その理由は、ＬＳＩパッケージ１が、コア部３１とコーティング部３２との２層構造を有し、且つ上記コーティング部３２を構成するはんだ合金の融点が上記コア部３１を構成するはんだ合金の融点よりも低いコア入りはんだバンプ３を備えているからである。即ち、本実施の形態のＬＳＩパッケージ１によれば、熱処理の初期段階（ＬＳＩパッケージ１の反りが小さな段階）で、コーティング部３２が溶融してコア部３１とプリント基板５上のはんだペースト７とに濡れた状態になり、その後、温度が上昇し、ＬＳＩパッケージ１の反りが大きくなっていってもコア部３１とプリント基板５上のはんだペースト７とは、溶融したコーティング部３２によって間接的に接続された状態が保たれる。従って、温度がコア部３１，はんだペースト７の溶融温度になったときには、それらが１つのはんだボールに凝集するので、良好なはんだ接合部を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、熱による反り返りが大きいＣＳＰ，ＢＧＡなどのはんだバンプを有するＬＳＩパッケージに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかるＬＳＩパッケージの実施の形態の構成例を示す断面図である。
【図２】コア入りはんだバンプ３の断面図である。
【図３】ＬＳＩパッケージ１をプリント基板５に実装する際の実装方法を説明するための図である。
【図４】コア入りはんだバンプ３のコーティング部３２がコア部３１及びプリント基板５上のはんだペースト７に濡れた状態を示す図である。
【図５】従来の技術の問題点を説明するための図である。
【図６】特許文献１に記載されているコア入りはんだバンプを使用した場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ＬＳＩパッケージ
２…コア無しはんだバンプ
３…コア入りはんだバンプ
３１…コア部
３２…コーティング部
４…パッド
５…プリント基板
６…パッド
７…はんだペースト
【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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【図６】
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