(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール・グリッド・アレイ半導体パッケージのためのハンダ・コンタクト・ボールを形成する方法であって、
複数のコンタクト領域を有する半導体基板上にハンダのシートを位置合せするステップと、
加熱したワイヤ・グリッドを前記ハンダ・シートに適用することにより、前記ハンダ・シートを分離させて、各コンタクト領域に対し各１つの割で複数の個別のハンダ・プレートにするステップと、
前記個別のハンダ・プレートと基板に対し熱を加えて、前記ハンダ・プレートを溶融させるステップと、および
前記溶融したハンダをリフローさせて、各コンタクト領域にてハンダ・ボールを形成するステップと、
から成るハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスに関し、特に、半導体デバイス上にボール・グリッド・アレイのコンタクトを形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の密度は、集積回路に要求されるより高い性能を満たすため、過去何年にもわたって増大し続けている。パッケージ・サイズは、同じ高い性能要求を満足するためどんどん小さくなり、その結果パッケージのピン密度も高くなっている。高いピン密度には、Ｉ／Ｏ接続リードのより微細なピッチを必要とする。ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ：Ball Grid Array ）のパッケージは、この高密度ピン要求を満たすものであり、伝統的なクワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ：Quad Flat Package ）に優るＢＧＡの利点のため、現行のＱＦＰパッケージの置き換えに使用されている。
【０００３】
ＢＧＡパッケージは、低いコープラナリティの問題をもち、セルフアライメント能力を有し、そしてＱＦＰパッケージよりも良い歩留まりを有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ボールを付着させる技術として多くの種類のものが利用可能であるが、それらは全て、そのボール付着のプロセスが複雑であり、また基板上に均一なボールを得ることが難しい。
【０００５】
ボール付着の１例は、ハンダ・ペーストを基板上に直接ディスペンスするディスペンス機を使用することである。堆積させたハンダ・ペーストは量が変化することがあるため、各ハンダ・ボールは、異なった金属含有量を有することがある。したがって、ハンダ・ボールの高さを制御するのは難しい。
【０００６】
別のプロセスは、予め形成したボールを付着させることである。これには２つの方法があり、１つはプラスチック・パッケージ用であり、１つはセラミック・パッケージ用である。共晶ハンダ・ボールは、プラスチックＢＧＡパッケージに対し使用され、高温ハンダ・ボールは、セラミックＢＧＡパッケージに対し使用されている。
【０００７】
ハンダ・ワイヤボンドは、ＢＧＡボールを形成するのに使用される。ワイヤボンダは、基板のリード・パッド上にハンダ・ワイヤをボンディングすることである。このボンディングをすると、次に、ハンダ・ワイヤをリフローさせて、ハンダを溶融させることによりボールにする。このプロセスは、生産性が低くまたハンダ・ボールの高さが低いという問題がある。
【０００８】
パンチ・メタル・ペレット・ボール付着プロセスは、ＢＧＡパッケージ上にボールを形成するのに使われる一般的な方法である。１００％のボール配置を確保するには視覚的検査システムを使わなければならない。このプロセスは、特許によりカバーされており、ライセンスの下でのみ利用可能である。
【０００９】
上記プロセスの各々は、確実に均一のボール高またはボール・サイズにするものではなく、またボールが半導体パッケージ上の各所望の位置に確実に置かれるようにするものでもない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のコンタクト領域をもつ半導体パッケージ基板の上にハンダのシートを位置合せすることにより、ボール・グリッド・アレイ半導体パッケージのためのハンダ・コンタクト・ボールを形成する方法にある。加熱したワイヤ・グリッドをハンダ・シートに適用することにより、ハンダ・シートを分離させて、各コンタクト領域に各１つの割で複数の個々のハンダ・プレートにする。次に、熱をハンダ・プレートと基板に加えることにより、ハンダ・プレートを溶融させ、そしてその溶融したハンダをリフローさせて各コンタクト領域にハンダ・ボールを形成する。
【００１１】
本発明が表す技術的進歩並びに本発明の目的は、本発明の好適実施例についての以下の説明を、添付の図面および特許請求の範囲に記載した新規な特徴と共に検討することにより明らかとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、半導体パッケージ１０を示しており、このパッケージは、基板１１と、ハンダ・ボール・コンタクト１２のアレイを備えている。各ハンダ・ボールは、ハンダ・ボールの下のコンタクト・ポイント（図２参照）に付着している。コンタクト・ポイントは、基板１１中に延在して半導体チップ上の素子と接触するビアとしたり、あるいは、半導体パッケージ上のその他の回路またはコンタクト・パッドと相互接続する基板上の導体とすることができる。
【００１３】
図２は、複数のコンタクト領域１６をもつ半導体パッケージ１５を示している。各コンタクト領域１６は、ハンダ・ボール・コンタクトを配置すべき場所である。コンタクト領域１６間の領域１７は、絶縁した領域であって、ハンダに対し非濡れ性である一方、コンタクト領域１６は、ハンダ濡れ性をもっている。半導体パッケージ１５の上に配置するのは、ハンダ材料のシート１８である。シート１８は、半導体パッケージ１５の表面上に置き、そしてその縁を合わせて位置合せする。ハンダ・シートを基板上に置く前において、ハンダ・フラックスを、コンタクト領域に塗布することもできる。
【００１４】
図３は、基板１５の上面に位置合せしたハンダ・シート１８をもつ半導体パッケージ基板１５を示している。ハンダに濡れない材料（例えば、ステンレススチール）の個々のワイヤ２１からなるホット・メッシュ・ワイヤ２０は、ハンダ・シート１８の上面に置き、そしてハンダ・シート１８中へ押し下げることにより、ハンダ・シートをハンダの個別の矩形部２２にセグメント化する。メッシュ２０のホット・ワイヤ２１は、このホット・ワイヤ２１がハンダ・シート１８と接触した場所のハンダ・シート１８を溶融させて、ハンダ・シートを完全に切断する。メッシュ・ワイヤ２１は、ハンダ・シート１８の切断により、各コンタクト領域１６に対し１つのハンダ矩形部２２の割で、コンタクト領域１６上に整列したセグメントにする。
【００１５】
図４は、個別のハンダ矩形部２２を備えた基板１５を示しており、各々の矩形部とその隣接の矩形部との間にはボイド２５がある。ハンダ矩形部２２と基板１５とは、ハンダ矩形部２２を溶融させるのに十分な温度にする。ハンダ・リフローと溶融ハンダの表面張力により、各矩形部２２のハンダ塊は、隣接した矩形部から分離したボールを形成する。基板１５の表面上においてはコンタクト領域１６のみがハンダ濡れ性であるため、各ハンダ・ボールは、ハンダ矩形部２２の下にあったコンタクト領域のみに付着する。
【００１６】
図５は、基板１５上に形成されその基板のコンタクト領域１６上に付着したハンダ・ボール２３を示している。各々のハンダ・ボールのサイズは、各矩形部２２のサイズにより制御する。各矩形部２２はその他のハンダ矩形部２２と同一であるので、各々の形成されたボール２３のサイズは同一となり、また、ハンダ・ボールはコンタクト領域１６上に形成されるので、各ボールは所望の場所に接続する。基板１５の各コンタクト領域１６間の表面１７（図２）は、非導電性でありしかもハンダ濡れ性ではない。これは、ハンダ・ボールの形成に役立ち、また各ハンダ・ボール２３が確実にコンタクト・ポイントにて電気的に付着するようにする。
【００１７】
図６は、ハンダ・リフローによりハンダ・ボール・コンタクトを形成するプロセス・フロー図である。ハンダ・シートは、基板の上に位置合せする（２５）。ハンダ・シートに対し、ホット・ワイヤ・グリッドを適用する（２６）。このハンダ・シートは、複数のハンダ矩形部に切断して、基板の各コンタクト領域上には１つのハンダ矩形部があるようにする（２７）。この基板は、加熱することにより（２８）、ハンダを溶融させリフローさせて各コンタクト領域上に個別のハンダ・ボールを形成する（２９）。これらハンダ・ボール２３は、ハンダの表面張力から生じるが、これが、ハンダにボール又は球体を形成させる。隣接したハンダ矩形部２２は、互いに接触していないため、各ハンダ矩形部は、１つのボール２３を形成することになり、また個々のハンダ矩形部２２は濡れ性のコンタクト領域１６の上にあるため、そのボール２３はコンタクト領域１６上に形成し、したがってそれに付着することになる。
【００１８】
以上の説明に関してさらに以下の項を開示する。
（１）  ボール・グリッド・アレイ半導体パッケージのためのハンダ・コンタクト・ボールを形成する方法であって、
複数のコンタクト領域を有する半導体基板上にハンダのシートを位置合せするステップと、
加熱したワイヤ・グリッドを前記ハンダ・シートに適用することにより、前記ハンダ・シートを分離させて、各コンタクト領域に対し各１つの割で複数の個別のハンダ・プレートにするステップと、
前記個別のハンダ・プレートと基板に対し熱を加えて、前記ハンダ・プレートを溶融させるステップと、および
前記溶融したハンダをリフローさせて、各コンタクト領域にてハンダ・ボールを形成するステップと、
から成るハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
【００１９】
（２）  第１項記載の方法であって、各ハンダ・ボールの大きさは、前記ハンダ・シートの厚さを制御することにより制御すること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
（３）  第１項記載の方法であって、全てのハンダ・プレートは、同一のサイズであること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
（４）  第１項記載の方法であって、前記加熱したワイヤ・グリッドは、ハンダに対し非濡れ性である材料のものであること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
（５）  第１項記載の方法であって、ハンダ・フラックスは、前記ハンダ・シートを前記基板に対し位置合せする前に、前記コンタクト領域に塗布すること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
【００２０】
（６）  ボール・グリッド・アレイ半導体パッケージのためのハンダ・コンタクト・ボールを形成する方法であって、
複数のコンタクト領域を有する半導体基板上にハンダのシートを位置合せするステップと、
加熱したワイヤ・グリッドを前記ハンダ・シートに適用することにより、前記ハンダ・シートを分離させて、複数の個別のハンダ・プレートにするステップであって、１つのハンダ・プレートは各コンタクト領域に対し整列している、前記のステップと、
前記個別のハンダ・プレートと基板に対し熱を加えて、前記ハンダ・プレートを溶融させるステップと、および
前記溶融したハンダをリフローさせて、各コンタクト領域にてハンダ・ボールを形成するステップと、
から成るハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
【００２１】
（７）  第６項記載の方法であって、各ハンダ・ボールの大きさは、前記ハンダ・プレートのサイズを制御することにより制御すること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
（８）  第６項記載の方法であって、全てのハンダ・プレートは、同一のサイズであること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
（９）  第６項記載の方法であって、前記加熱したワイヤ・グリッドは、ハンダに対し非濡れ性である材料のものであること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
（１０）  第６項記載の方法であって、ハンダ・フラックスは、前記ハンダ・シートを前記基板に対し位置合せする前に、前記コンタクト領域に塗布すること、を特徴とするハンダ・コンタクト・ボール形成方法。
【００２２】
（１１）  本発明は、ボール・グリッド・アレイ半導体パッケージのためのハンダ・コンタクト・ボールを形成する方法に対するものであり、この方法は、複数のコンタクト領域１６を有する半導体パッケージ基板１５上にハンダのシート１８を位置合せする。加熱したワイヤ・グリッド２０，２１をハンダ・シート１８に適用することにより、前記ハンダ・シートを分離させて、各コンタクト領域１６に対し各１つの割で複数の個別のハンダ・プレート２２にする。次に、個別のハンダ・プレート２２と基板１５に対し熱を加えて、ハンダ・プレートを溶融させ、そしてこの溶融したハンダをリフローさせて、各コンタクト領域１６にてハンダ・ボール２３を形成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボール・グリッド・アレイ・コンタクトをもつ半導体パッケージを示す。
【図２】基板上に配置するハンダ・シートを示す。
【図３】基板上のハンダ・シートと、ハンダ・シート上のワイヤ・ヒータ・グリッドを示す。
【図４】ワイヤ・ヒータでセグメント化したハンダ・シートを示す。
【図５】基板上の形成したハンダ・ボールを示す。
【図６】ハンダ・リフローによりハンダ・ボールを形成するプロセス・フロー図。
【符号の説明】
１０，１５  半導体パッケージ
１１  基板
１２  ハンダ・ボール・コンタクト
１６  コンタクト領域
１８  ハンダ・シート
２０  ホット・メッシュ・ワイヤ
２１  ワイヤ
２２  ハンダ矩形部
２５  ボイド
２３  ハンダ・ボール
【図１】
0003990784.tif 000002
【図２】
0003990784.tif 000003
【図３】
0003990784.tif 000004
【図４】
0003990784.tif 000005
【図５】
0003990784.tif 000006
【図６】
0003990784.tif 000007