(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージの半田ボール搭載用のランドが形成された面の全面に塗布し、該半田ボール搭載用のランドに対応する位置に半田ボールを載せて、半田リフローによって半田ボールを該半田ボール搭載用のランドに半田接合させる際にはフラックスとして作用し、半田接合後は、加熱することによりイミド化して該半導体パッケージのレジストとして作用するポリアミド酸を必須成分とする半田接合用レジストであって、
該半田接合用レジストの半田接合温度における溶融粘度が５０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半田接合用レジスト。
【請求項２】
請求項１に記載の半田接合用レジストを有することを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項３】
前記半田接合用レジストが半田ボールを補強する形態で形成されている請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の半田接合用レジストを半導体パッケージの半田ボール搭載用のランドが形成された面の全面に塗布し、該半田ボール搭載用のランドに対応する位置に半田ボールを載せて、半田リフローによって半田ボールを該半田ボール搭載用のランドに半田接合させ、次いで、該半田接合用レジストを加熱することによりイミド化させて、該半導体パッケージのレジストを形成することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージに半田ボールを搭載する際の半田接合に関し、さらには、半田ボールが搭載された半導体パッケージを、プリント配線板に半田接合により実装する際の、半田接合用レジストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型化かつ多ピン化が進んできている。
【０００３】
半導体パッケージはその小型化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基板上にチップを実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）や、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）といった、エリア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている。これらの半導体パッケージにおいて、半導体チップの電極と、従来型半導体パッケージのリードフレームの機能とを有する、半導体搭載用基板と呼ばれるプラスチックやセラミックス等各種絶縁材料と、導体配線で構成される基板の端子との電気的接続方法として、ワイヤーボンディング方式やＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式、さらにはＦＣ（Ｆｒｉｐ  Ｃｈｉｐ）方式などが知られているが、最近では、半導体パッケージの小型化に有利な、ＦＣ接続方式を用いたＢＧＡやＣＳＰの構造が盛んに提案されている。
【０００４】
ＢＧＡやＣＳＰのプリント配線板への実装には、半田ボールで形成されたバンプによる、半田接合が採用されている。この半田接合には、フラックスが用いられ、ソルダーペーストが併用されることもある。特に半田ボールが使用される理由は、半田供給量を制御し易く、多量の半田を供給できるので、バンプが高くできるためである。また、ＢＧＡやＣＳＰの作製工程における、半導体チップの電極と半導体搭載用基板の端子との電気的接続方法にも、半田接合が使われる場合が多い。
【０００５】
一般に、半田接合のためには、半田表面と対する電極の、金属表面の酸化物などの汚れを除去すると共に、半田接合時の金属表面の再酸化を防止して、半田の表面張力を低下させ、金属表面に溶融半田が濡れ易くする、半田付け用フラックスが使用される。このフラックスとしては、ロジンなどの熱可塑性樹脂系フラックスに、酸化膜を除去する活性剤等を加えたフラックスが用いられている。
【０００６】
しかしながら、このフラックスが残存していると、高温、多湿時に熱可塑性樹脂が溶融し、活性剤中の活性イオンも遊離するなど、電気絶縁性の低下やプリント配線の腐食などの問題が生じる。そのため現在は、半田接合後の残存フラックスを洗浄除去し、上記問題を解決しているが、洗浄剤の環境問題や、洗浄工程によるコストアップなどの欠点がある。
【０００７】
フラックスの機能は、前記の通り、半田と金属表面の酸化物除去、再酸化防止、そして半田濡れ性向上（表面張力を低下させる）などであり、フラックスが存在し、金属表面が露出していれば、半田は制限なく濡れてしまう。そこで、一般的に半導体パッケージやプリント配線板の回路表面には、半田接合部のみへの半田の導入と、導体配線パターンの保護とのため、ソルダーレジストが使用されている。しかし、このソルダーレジストが半田接合部に残存すると、接続信頼性が低下したり、半田接合できなかったり、という問題が生じるため、ソルダーレジスト形成には、細心の注意が必要である。
【０００８】
また、半導体パッケージの小型化かつ多ピン化は、バンプの微細化を促し、接合強度、信頼性の低下が懸念されている。そこで、バンプ接続部分の信頼性を得るため、チップと基板との間隙に、アンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填して、バンプ接続部分を封止、補強する検討も盛んである。しかし、これには技術的難易度の高いアンダーフィルを充填し、硬化させる工程が必要となるため、製造工程が複雑で製造コストが高くなる問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体パッケージの実装時における、半田接合のこのような現状の問題点に鑑み、ソルダーレジストの形成、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去、そして、アンダーフィルの充填などが必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接合を可能とする、半田接合レジスト、該半田レジストを用いた半導体パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
即ち、本発明は、半導体パッケージの半田ボール搭載用のランドが形成された面の全面に塗布し、該半田ボール搭載用のランドに対応する位置に半田ボールを載せて、半田リフローによって半田ボールを該半田ボール搭載用のランドに半田接合させる際にはフラックスとして作用し、半田接合後は、加熱することによりイミド化して該半導体パッケージのレジストとして作用するポリアミド酸を必須成分とする半田接合用レジストであって、該半田接合用レジストの半田接合温度における溶融粘度が５０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半田接合用レジストである。
【００１１】
またさらには、半田接合用レジストを半導体パッケージの半田ボール搭載用のランドが形成された面の全面に塗布し、該半田ボール搭載用のランドに対応する位置に半田ボールを載せて、半田リフローによって半田ボールを該半田ボール搭載用のランドに半田接合させ、次いで、該半田接合用レジストを加熱することによりイミド化させて、該半導体パッケージのレジストを形成することを特徴とする半導体パッケージの製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ポリアミド酸を必須成分とし、これにより得られる半田接合用レジストの半田接合温度における溶融粘度が、５０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に用いるポリアミド酸は、その還元作用により、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去し、半田接合のフラックスとして作用する。従って、このポリアミド酸としては何ら制約するところはないが、半田接合のフラックスとしての作用を高めるため、カルボキシル基１個あたりの分子量が小さいポリアミド酸ほど好ましい。更に、ポリアミド酸は、加熱により閉環してポリイミドになるため、半田接合後の洗浄除去が必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接合を可能とする。
【００１４】
本発明において用いる、ポリアミド酸は、好ましくは重量平均分子量８００００以下のものが良い。分子量が大きすぎると、半田接合時における半田接合用レジストの流動性が低下し、半田接合を阻害するため好ましくない。但し、その他の配合剤の使用により、半田接合時における溶融粘度を、５０Ｐａ・ｓ以下に制御できれば何ら問題はない。この目的のために、可塑剤を配合したり、溶剤を加えてもよい。分子量、溶融粘度共に、特に下限はないが、分子量が極端に小さすぎたり、溶融粘度が低すぎたりすると、半田接合時のリフロー炉の予熱で半田接合用レジストが、流れ出したりして好ましくない。
【００１５】
また、回路パターンの保護用レジストとして成形するためには、半田接合用レジストが塗布される基材表面との濡れ性や表面張力が重要となる。溶融状態にある半田接合温度での基材表面に対する接触角が４５°以下が好ましい。４５°より大きいと半田接合時の溶融状態で凝集し、均一なレジスト層形成ができなくなる。このときは、レベリング剤などを添加し、表面張力を低下させたり、基材表面を粗面化処理することで、均一なレジスト層形成が可能となる。
【００１６】
ポリアミド酸の濃度は、半田接合用レジスト全体の２０重量％以上とするのが好ましい。２０重量％未満であると、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合できなくなってしまう。本発明の半田接合用レジストは、半田接合部周辺をリング状に補強する形でイミド化するため、従来のフラックスによる半田接合と比較して、接合強度、信頼性を大幅に向上させることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。先ず、ジアミンと酸無水物を反応させて、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸を合成し、半田接合用レジストワニスを調製する。その特性評価のため、半田ボールシェア強度試験、温度サイクル試験、および絶縁抵抗試験を行った。試験の方法および条件は次の通りとし、実施例および比較例の評価結果は、まとめて表１に示した。
【００１８】
１．半田ボールシェア強度試験
厚さ１２５μｍの銅板（ＥＦＴＥＣ６４Ｔ、古川電気工業(株)製）を用いて、ランド径４００μｍ、ランドピッチ１ｍｍを含む評価用回路を形成し、そのリードフレームを半導体封止材（ＥＭＥ−７３７２、住友ベークライト(株)製）でモールド封止した後、片面から研磨して、前記の評価用回路を露出させ、２０ｍｍ角の評価用パッケージを作製した。研磨の仕上げには、ＪＩＳ−Ｒ６２５２に規定された、耐水研磨紙１０００番を使用した。これをイソプロピルアルコールで洗浄した後、８０℃で３０分乾燥して、半田接合評価用パッケージとした。
【００１９】
得られた評価用パッケージの評価用回路露出面の全面に、実施例で得られた半田接合用レジストワニスを塗布し、８０℃１０分、１２０℃１０分、１８０℃１０分乾燥して、厚さ２０μｍの半田接合用レジスト膜を形成した。
【００２０】
本発明の半田接合用レジストを被覆した実施例の評価用パッケージ回路、および市販のフラックスを塗布した比較例の評価用パッケージ回路のランド上に、５００μｍ径の半田ボール（Ｓｎ−Ｐｂ系(Ｓｎ１０−Ｐｂ９０)共晶半田、(株)日鉄マイクロメタル製）６０個を搭載し、窒素雰囲気中でピーク温度３００℃に設定されたリフロー炉を通して、半田ボールを評価用パッケージに接合させた。その後、実施例のパッケージについては、窒素雰囲気下で１８０℃３０分、２５０℃６０分熱処理して、半田接合用レジストをイミド化させた。次に、得られた半田ボール付き評価用パッケージの、半田ボールシェア強度を測定し、それぞれ６０個の平均値を求めた。
【００２１】
２．温度サイクル試験
温度サイクル（ＴＣ）試験用プリント配線板に、市販のフラックスを塗布し、実施例および比較例の、半田ボール付き評価用パッケージを搭載して、窒素雰囲気中でピーク温度３００℃に設定されたリフロー炉を通し、評価用パッケージ実装基板をそれぞれ１０個ずつ作製した。この評価用パッケージ実装基板は、評価用パッケージ、および試験用プリント配線板を介して、６０個の半田ボール接合部が直列につながるように回路設計されている。
【００２２】
得られた評価用パッケージ実装基板の導通を確認した後、−５０℃で１０分、１２５℃で１０分を１サイクルとするＴＣ試験を実施した。ＴＣ試験１０００サイクル後の断線不良数を調べた。
【００２３】
３．絶縁抵抗試験
半田メッキが施された導体間隔１５０μｍのくし形パターンを有する、絶縁信頼性試験用プリント配線板を使用し、このプリント配線板に、実施例で得られた半田接合用レジストワニスを塗布し、８０℃１０分、１２０℃１０分、１８０℃１０分乾燥して、厚さ２０μｍの半田接合用レジスト膜を形成した。窒素雰囲気中でピーク温度３００℃に設定されたリフロー炉を通した後、窒素雰囲気下で、１８０℃３０分、２５０℃６０分熱処理して半田接合用レジストをイミド化させ、試験用プリント配線板とした。
【００２４】
得られた実施例の試験用プリント配線板、および別に用意した市販のフラックスを塗布した、比較例の試験用プリント配線板について、それぞれ絶縁抵抗を測定した後、さらに、８５℃／８５％の雰囲気中で、直流電圧５０Ｖを印加し、１０００時間経過後の絶縁抵抗を測定した。測定時の印加電圧は１００Ｖで１分とした。
【００２５】
（実施例１）
乾燥窒素ガス導入管、冷却器、温度計、撹拌機を備えた四口フラスコに、脱水精製したＮ-メチルピロリドン（ＮＭＰ）６４０.００ｇを入れ、窒素ガスを流しながら１０分間激しくかき混ぜる。次に、１,３-ビス(３-アミノフェノキシ)ベンゼン（ＡＰＢ、三井化学(株)製）１４.３２ｇと、α,ω-ビス(３-アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン（ＡＰＰＳ、ＭＷ＝８３７、扶桑シェルテック(株)製）９５.６８ｇを投入し、系を６０℃に加熱し、均一になるまでかき混ぜる。均一に溶解した後、系を氷水浴で５℃に冷却し、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ、ダイセル化学工業(株)製）５０.００ｇを添加した。その後、フラスコ内を５℃に保ち、３時間撹拌を続けて、半田接合用レジストワニスを作製した。
【００２６】
（実施例２）
ＮＭＰ ５６７.２８ｇ、１,３-ビス(３-アミノフェノキシ)ベンゼン２３.７７ｇ、α,ω-ビス(３-アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン６８.０５ｇ、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物５０.００ｇの割合で用いた以外は、実施例１と同様に操作して、半田接合用レジストワニスを作製した。
【００２７】
（実施例３）
ＮＭＰ ４１３．７６ｇ、１,３-ビス(３-アミノフェノキシ)ベンゼン５０.００ｇ、α,ω-ビス(３-アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン０ｇ（使用せず）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物５３.４４ｇの割合で用いた以外は、実施例１と同様に操作して、半田接合用レジストワニスを作製した。
【００２８】
（実施例４）
乾燥窒素ガス導入管、冷却器、温度計、撹拌機を備えた四口フラスコに、脱水精製したＮＭＰ ３５１.１６ｇを入れ、窒素ガスを流しながら１０分間激しくかき混ぜる。次に、２,２-ビス（４-（４-アミノフェノキシ）フェニル）プロパン（ＢＡＰＰ、和歌山精化工業(株)製）５０.００ｇを投入し、系を６０℃に加熱し、均一になるまでかき混ぜる。均一に溶解した後、系を氷水浴で５℃に冷却し、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ、ダイセル化学工業(株)製）３７.７９ｇを添加した。その後、フラスコ内を５℃に保ち、３時間撹拌を続けて、半田接合用レジストワニスを作製した。
【００２９】
（比較例１〜２）
半田接合評価用パッケージに、市販のフラックスを塗布し、半田接合のためのランド以外の部分を、ソルダーレジストで被覆したものを比較例２とし、ソルダーレジストを被覆していないものを比較例１として、半田ボールシェア強度試験および温度サイクル試験に供した。
【００３０】
（比較例３）
比較例２の半田接合評価用パッケージを、温度サイクル（ＴＣ）試験用プリント配線板に実装した後、アンダーフィルを充填し、温度サイクル試験に供した。
【００３１】
（比較例４）
絶縁信頼性試験用プリント配線板に市販のフラックスを塗布し、絶縁抵抗試験に供した。
【００３２】
【表１】
0004356183.tif 000002
【００３３】
表１に示した評価結果から分かるように、本発明の半田接合用レジストを用いた場合、従来のフラックスを用いた場合に比べて、半田ボールシェア強度では、約１.８倍という高い値を示し、また、ＴＣ試験では、断線不良の発生はほとんどなくなった。絶縁抵抗試験でもほとんど低下を示さず、本発明の半田接合用レジストの効果が明白である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の半田接合用レジストは、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去を必要とせず、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、また、半田接合用レジストが半田接合部周辺をリング状に補強する形でイミド化するため、接合強度と信頼性の高い半田接合を可能にするので、半導体パッケージのプリント配線板への搭載における工程を簡素化して、製造コストを抑制し、また、半田接合の信頼性向上に極めて有用である。