(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンおよび該配線パターンに繋がる電極と裏面電極（２ａ）とを有する配線基板（２）と、前記配線基板（２）上に、前記配線パターンに繋がる電極と電気的に接続された半導体チップ（３）と、前記配線基板（２）の上に、前記半導体チップ（３）を覆うように配置された封止樹脂（４）と、を有してなる半導体パッケージにおける前記裏面電極（２ａ）の表面にはんだバンプ（５）を配置し、リフロー処理により前記はんだバンプ（５）を介して前記半導体パッケージを実装基板（６）に備えられた配線パターンに繋がる電極（６ａ）に電気的に接続する半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー処理の前に、前記半導体パッケージにおける前記裏面電極（２ａ）に配置された前記はんだバンプ（５）と研削部材（１１）との間にフラックス液（１２）を配置した状態で、前記はんだバンプ（５）の先端を前記研削部材（１１）に押し当てて振動させ、前記はんだバンプ（５）の表面の酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜を除去する工程の後に、前記実装基板（６）の上に前記半導体パッケージを配置し、リフロー処理を行うことにより前記はんだバンプ（５）を溶融させ、前記はんだバンプ（５）を介して前記半導体パッケージを前記実装基板（６）に備えられた前記電極（６ａ）に電気的に接続する工程と、を含み、
前記酸化膜を除去する工程は、前記フラックス液（１２）を収容した容器（１３）内に前記研削部材（１１）を配置しておき、前記半導体パッケージのうち少なくとも前記はんだバンプ（５）を前記フラックス液（１２）に浸した状態で前記はんだバンプ（５）の先端を前記研削部材（１１）に押し当てて振動させる工程であり、
前記酸化膜を除去する工程では、前記研削部材（１１）として、弾性体（１１ａ）の上に該弾性体（１１ａ）よりも薄い研磨体（１１ｂ）を配置したものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
配線パターンおよび該配線パターンに繋がる電極と裏面電極（２ａ）とを有する配線基板（２）と、前記配線基板（２）上に、前記配線パターンに繋がる電極と電気的に接続された半導体チップ（３）と、前記配線基板（２）の上に、前記半導体チップ（３）を覆うように配置された封止樹脂（４）と、を有してなる半導体パッケージにおける前記裏面電極（２ａ）の表面にはんだバンプ（５）を配置し、リフロー処理により前記はんだバンプ（５）を介して前記半導体パッケージを実装基板（６）に備えられた配線パターンに繋がる電極（６ａ）に電気的に接続する半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー処理の前に、前記半導体パッケージにおける前記裏面電極（２ａ）に配置された前記はんだバンプ（５）と研削部材（１１）との間にフラックス液（１２）を配置した状態で、前記はんだバンプ（５）の先端を前記研削部材（１１）に押し当てて振動させ、前記はんだバンプ（５）の表面の酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜を除去する工程の後に、前記実装基板（６）の上に前記半導体パッケージを配置し、リフロー処理を行うことにより前記はんだバンプ（５）を溶融させ、前記はんだバンプ（５）を介して前記半導体パッケージを前記実装基板（６）に備えられた前記電極（６ａ）に電気的に接続する工程と、を含み、
前記酸化膜を除去する工程は、前記フラックス液（１２）を収容した容器（１３）内に前記研削部材（１１）を配置しておき、前記半導体パッケージのうち少なくとも前記はんだバンプ（５）を前記フラックス液（１２）に浸した状態で前記はんだバンプ（５）の先端を前記研削部材（１１）に押し当てて振動させる工程であり、
前記酸化膜を除去する工程では、前記研削部材（１１）として、弾性体（１１ａ）に研磨体（１１ｃ）を混ぜたものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
配線パターンおよび該配線パターンに繋がる電極と裏面電極（２ａ）とを有する配線基板（２）と、前記配線基板（２）上に、前記配線パターンに繋がる電極と電気的に接続された半導体チップ（３）と、前記配線基板（２）の上に、前記半導体チップ（３）を覆うように配置された封止樹脂（４）と、を有してなる半導体パッケージにおける前記裏面電極（２ａ）の表面にはんだバンプ（５）を配置し、リフロー処理により前記はんだバンプ（５）を介して前記半導体パッケージを実装基板（６）に備えられた配線パターンに繋がる電極（６ａ）に電気的に接続する半導体装置の製造方法であって、
前記リフロー処理の前に、前記半導体パッケージにおける前記裏面電極（２ａ）に配置された前記はんだバンプ（５）と研削部材（１１）との間にフラックス液（１２）を配置した状態で、前記はんだバンプ（５）の先端を前記研削部材（１１）に押し当てて振動させ、前記はんだバンプ（５）の表面の酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜を除去する工程の後に、前記実装基板（６）の上に前記半導体パッケージを配置し、リフロー処理を行うことにより前記はんだバンプ（５）を溶融させ、前記はんだバンプ（５）を介して前記半導体パッケージを前記実装基板（６）に備えられた前記電極（６ａ）に電気的に接続する工程と、を含み、
前記酸化膜を除去する工程は、前記フラックス液（１２）を収容した容器（１３）内に前記研削部材（１１）を配置しておき、前記半導体パッケージのうち少なくとも前記はんだバンプ（５）を前記フラックス液（１２）に浸した状態で前記はんだバンプ（５）の先端を前記研削部材（１１）に押し当てて振動させる工程であり、
前記酸化膜を除去する工程では、前記研削部材（１１）として、研磨性を有する弾性体を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）半導体装置などのように、はんだバンプを介して半導体パッケージに備えられた裏面電極と実装基板に備えられた電極とを電気的に接続する半導体装置の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、面付実装型のＢＧＡ半導体装置（ＢＧＡパッケージ）がある（例えば、特許文献１、２参照）。このＢＧＡ半導体装置は、配線パターンおよびこの配線パターンに電気的に接続された複数の裏面電極を有する配線基板、および、この配線基板に搭載されてＡｕワイヤ等を介して配線パターンと電気的に接続された半導体チップを封止樹脂にてパッケージ化した半導体パッケージと、配線基板の裏面に設けられた複数の裏面電極に接合されたはんだバンプと、を有して構成されている。そして、はんだバンプを介して半導体パッケージをプリント基板などの実装基板に実装し、半導体チップと実装基板上の配線パターンに繋がる電極との電気的接続を行うことで、ＢＧＡ半導体装置の実装が行われる。具体的には、はんだバンプ側の面を実装基板上に位置決め搭載したのち、ＢＧＡ半導体装置及び実装基板をリフロー炉にて加熱することにより、はんだバンプを溶融させて裏面電極と実装基板上の配線パターンに繋がる電極とを接続している。
【特許文献１】特開２００１−２８３８１号公報
【特許文献２】特開平２−１０５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＢＧＡ半導体装置を実装基板に実装する際には、実装基板上の配線パターンに繋がる電極表面にはんだペーストを塗布しているため、はんだバンプの表面に自然に形成された酸化膜がはんだペースト中のフラックス成分によって除去される。このため、はんだバンプとはんだペースト中のはんだが互いに溶融して接合され、ＢＧＡ半導体装置に備えられた裏面電極と実装基板に備えられた電極との電気的接続が良好に行われる。
【０００４】
しかしながら、はんだバンプの表面に形成された酸化膜が厚いと、はんだペースト中のフラックス成分だけでは十分に酸化膜を除去することができず、はんだ接合不良が発生する。これに対し、上記特許文献２において、ＢＧＡ半導体装置に備えられたはんだバンプのバンプ面を治具等により平坦化することによってはんだ接合不良を防止することが提案されているが、はんだバンプに形成された酸化膜は除去されないため、上記問題を解決することはできない。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、半導体パッケージに備えられた裏面電極と実装基板に備えられた電極との電気的接続が良好に行える半導体装置の実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、リフロー処理の前に、半導体パッケージにおける裏面電極（２ａ）に配置されたはんだバンプ（５）と研削部材（１１）との間にフラックス液（１２）を配置した状態で、はんだバンプ（５）の先端を研削部材（１１）に押し当てて振動させ、はんだバンプ（５）の表面の酸化膜を除去する工程と、酸化膜を除去する工程の後に、実装基板（６）の上に半導体パッケージを配置し、リフロー処理を行うことによりはんだバンプ（５）を溶融させ、はんだバンプ（５）を介して半導体パッケージを実装基板（６）に備えられた電極（６ａ）に電気的に接続する工程と、を含んでいることを特徴としている。
【０００７】
このように、半導体装置を実装基板（６）に実装する直前に、フラックス成分および研削部材（１１）による研削にてはんだバンプ（５）の表面に形成された酸化膜を除去し、その後、半導体装置を実装基板（６）に実装している。このため、半導体パッケージに備えられた裏面電極（２ａ）と実装基板（６）に備えられた電極（６ａ）との電気的接続を良好に行うことが可能となる。
【０００８】
具体的には、請求項１に記載したように、酸化膜を除去する工程は、フラックス液（１２）を収容した容器（１３）内に研削部材（１１）を配置しておき、半導体パッケージのうち少なくともはんだバンプ（５）をフラックス液（１２）に浸した状態ではんだバンプ（５）の先端を研削部材（１１）に押し当てて振動させる工程にて行われる。
【０００９】
そして、酸化膜を除去する工程では、請求項１に記載したように、研削部材（１１）として、弾性体（１１ａ）の上に該弾性体（１１ａ）よりも薄い研磨体（１１ｂ）を配置したものを用いることができるし、請求項２に記載したように、研削部材（１１）として、弾性体（１１ａ）に研磨体（１１ｃ）を混ぜたものを用いることもできる。また、請求項３に記載したように、研削部材（１１）として、研磨性を有する弾性体を用いることもできる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態におけるＢＧＡ半導体装置の実装構造を示した断面図を図１に示す。以下、この図を参照してＢＧＡ半導体装置の実装構造について説明する。
【００１５】
図１に示すように、ＢＧＡ半導体装置１は、配線基板２と半導体チップ３および封止樹脂４にて構成された半導体パッケージとはんだバンプ５を有して構成されている。
【００１６】
配線基板２には、配線パターンや配線パターンに繋がる電極およびスルーホールなどを介して配線パターンに電気的に接続された複数の裏面電極２ａが備えられている。この配線基板２は半導体チップ３を搭載できる程度のサイズとされ、例えば上面形状が四角形とされている。また、配線基板２の裏面に備えられた裏面電極２ａは、複数個アレイ状に配列されており、各裏面電極２ａにはんだバンプ５が溶融接合されている。
【００１７】
半導体チップ３は、配線基板２に搭載された状態でＡｕワイヤ等を介して配線基板２に備えられた電極と電気的に接続されている。そして、Ａｕワイヤ等と共に半導体チップ３を封止樹脂４にてパッケージ化することで半導体パッケージが構成されている。
【００１８】
このように構成されたＢＧＡ半導体装置１は、はんだバンプ５を介してプリント基板などの実装基板６に実装されている。具体的には、実装基板６には配線パターンおよび配線パターンに繋がる電極６ａが形成され、電極６ａの配列が半導体パッケージの裏面電極２ａの配列と同じにされている。そして、実装基板６の電極６ａと半導体パッケージの裏面電極２ａの対応するもの同士がはんだバンプ５を介して接合されることにより、半導体チップ３と実装基板６に備えられた電極６ａとの電気的接続が行われている。なお、実装基板６には、半導体パッケージ以外の電気部品なども実装されるが、ここではＢＧＡ半導体装置１の近傍のみを図示してある。
【００１９】
続いて、本実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装方法について説明する。図２は、本実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図（ただし、ＢＧＡ半導体装置１に生じている反りを誇張して示してある）である。この図を参照して説明する。
【００２０】
まず、配線パターンやその配線パターンに繋がる電極６ａおよび裏面電極２ａが形成された配線基板２を用意し、この配線基板２上に半導体チップ３を搭載して接着させる。そして、Ａｕワイヤでボンディングすることにより、半導体チップ３に形成された電極６ａと配線基板２上に形成された電極６ａとを電気的に接続したあと、半導体チップ３およびＡｕワイヤを覆うように樹脂を流し込むことにより、配線基板２上の各部を封止樹脂４にて封止し、パッケージ化することで半導体パッケージを形成する。そして、半導体パッケージの裏面、つまり配線基板２の裏面において各裏面電極２ａの上にはんだボールを配置し、リフロー接合することではんだバンプ５を形成する。このとき使用されるはんだボールを構成するはんだ材料としては、例えば共晶はんだが用いられ、鉛入りのものであっても良いが、環境問題を考慮していわゆる鉛フリーはんだ（例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ等）であると好ましい。これにより、ＢＧＡ半導体装置１が形成される。なお、このＢＧＡ半導体装置１の製造自体は従来と同じものであり、周知となっている様々な手法を採用することができる。
【００２１】
続いて、ＢＧＡ半導体装置１を実装基板６に実装する際に、それに先立って、実装直前に図２に示す工程を行う。すなわち、上記のようにしてＢＧＡ半導体装置１を製造したあと、ＢＧＡ半導体装置１を放置している期間中にはんだバンプ５の表面に酸化膜が自然に形成されてしまう。この酸化膜を除去するための工程を行う。
【００２２】
具体的には、図２に示すように、先端部にＢＧＡ半導体装置１を保持する機能およびその先端部を振動させられる機能を有した治具１０と、厚い弾性体１１ａの上に薄い研磨体１１ｂが配置された酸化膜除去用の研削部材１１およびフラックス液１２が収容された容器１３を用意する。例えば、治具１０としては、超音波振動などにより振動させられ、かつ、ＢＧＡ半導体装置１を吸着等により取り付けられるものを用いている。フラックス液１２に含まれるフラックスとしては、一般的にはんだペースト等に添加されるフラックス（例えばイソプロピルアルコール等で希釈したロジンあるいはアクリルをベースとし、有機酸やハロゲンを含んだ液状フラックス）を用いることができる。また、厚い弾性体１１ａとしては、例えばダイヤモンド砥粒等を蒸着したシリコーンゴムなどを用いることができ、薄い研磨体１１ｂとしては、例えば酸化セリウム等を蒸着した薄膜などを用いることができる。
【００２３】
そして、ＢＧＡ半導体装置１の封止樹脂４表面を治具１０の先端部に取り付け、容器１３に収容されたフラックス液１２中にＢＧＡ半導体装置１のうちの少なくともはんだバンプ５を浸透させ、はんだバンプ５を研削部材１１に押し当てる。この状態で治具１０の先端部を振動させ、はんだバンプ５の先端を薄い研磨体１１ｂで研削する。これにより、フラックス液１２中のフラックス成分による酸化膜除去効果と薄い研磨体１１ｂの研削効果により、はんだバンプ５の表面に形成された酸化膜のうち少なくともはんだバンプ５の先端に位置する部分を除去することが可能となる。このとき、ＢＧＡ半導体装置１は通常反りが生じているため、はんだバンプ５の先端位置が同一平面状となっていない可能性があるが、薄い研磨体１１ｂを厚い弾性体１１ａの表面に配置した構造としているため、厚い弾性体１１ａによってＢＧＡ半導体装置１の反り分を吸収でき、すべてのはんだバンプ５の先端を同様に研削することが可能となる。また、フラックス液１２は潤滑材としての機能するため、酸化膜を研削する際にＢＧＡ半導体装置１に過大な力が掛からないようにすることが可能となる。
【００２４】
この後、はんだバンプ５の先端の酸化膜を除去してはんだが露出しているときに、ＢＧＡ半導体装置１を実装基板６に搭載した状態でリフロー炉に投入し、はんだの溶融温度以上に加熱処理することではんだバンプ５をリフローする。これにより、はんだバンプ５を介して半導体パッケージに備えられた裏面電極２ａと実装基板６に備えられた電極６ａとが接合される。そして、ＢＧＡ半導体装置１および実装基板６を冷却し、はんだバンプ５を固化させることで、ＢＧＡ半導体装置１が実装基板６に実装される。
【００２５】
以上説明した本実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装方法によれば、ＢＧＡ半導体装置を実装基板６に実装する直前に、フラックス成分および研削部材１１による研削にてはんだバンプ５の表面に形成された酸化膜を除去した後、リフロー処理を行うことでＢＧＡ半導体装置１を実装基板６に実装している。このため、半導体パッケージに備えられた裏面電極２ａと実装基板６に備えられた電極６ａとの電気的接続を良好に行うことが可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のＢＧＡ半導体装置１の実装方法は、第１実施形態に対してはんだバンプ５の表面の酸化膜を除去する際に用いる研削部材１１を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００２７】
図３（ａ）は、本実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のうちのはんだバンプ５近傍の拡大図である。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では、研削部材１１として、表面に例えばダイヤモンド砥粒にて構成された研磨体１１ｃを混ぜた弾性体１１ａを採用している。このような研削部材１１を用いても、第１実施形態と同様、ＢＧＡ半導体装置１を実装基板６に実装する直前に、フラックス成分および研削部材１１による研削にてはんだバンプ５の表面に形成された酸化膜を除去することができる。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００２９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のＢＧＡ半導体装置１の実装方法も、第１実施形態に対してはんだバンプ５の表面の酸化膜を除去する際に用いる研削部材１１を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３０】
図４（ａ）は、本実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のうちのはんだバンプ５近傍の拡大図である。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では、研削部材１１を研磨性を有する弾性体にて構成している。このような研削部材１１を用いても、第１実施形態と同様、ＢＧＡ半導体装置１を実装基板６に実装する直前に、フラックス成分および研削部材１１による研削にてはんだバンプ５の表面に形成された酸化膜を除去することができる。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００３２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態のＢＧＡ半導体装置１の実装方法は、第１実施形態に対してはんだバンプ５の表面の酸化膜を除去する際にフラックス液１２が入った容器１３を用いていない点と実装基板６そのものを研削部材１１としている点が異なるが、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３３】
図５は、本実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図である。
【００３４】
図５に示すように、本実施形態では、研削部材１１を用いず、リフロー処理前に予めはんだバンプ５の表面にフラックス液２０を転写した状態としておき、実装基板６に備えられた電極６ａにはんだバンプ５の先端を押し当てて振動させることによって、はんだバンプ５の表面に形成された酸化膜を除去する。そして、その後に実装基板６の上に半導体パッケージを配置した状態のままリフロー処理を行うことによりはんだバンプ５を溶融させ、はんだバンプ５を介して半導体パッケージを実装基板６に備えられた電極６ａに電気的に接続する。
【００３５】
このようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。なお、本実施形態の場合、実装基板６そのものを研削部材１１の代わりとして用いることになるが、実装基板６に荷重が掛けられることになるため、実装基板６自体をＢＧＡ半導体装置１の反りに追随できる弾性のある材質で構成するのが望ましい。
【００３６】
（他の実施形態）
上記実施形態では、はんだバンプ５を有する半導体装置として、ＢＧＡ半導体装置１を例に挙げて説明したが、ＢＧＡ半導体装置１に限るものではなく、例えばフリップチップパッケージやＣＳＰ（チップサイズパッケージもしくはチップスケールパッケージ）等の半導体装置の実装に対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装構造を示した断面図である。
【図２】図１に示すＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第２実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のうちのはんだバンプ５近傍の拡大図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第３実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のうちのはんだバンプ５近傍の拡大図である。
【図５】本発明の第４実施形態にかかるＢＧＡ半導体装置１の実装に先立って行う一工程の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    ＢＧＡ半導体装置
２    配線基板
２ａ  各裏面電極
２ａ  裏面電極
３    半導体チップ
４    封止樹脂
５    はんだバンプ
６    実装基板
６ａ  電極
１０  治具
１１  研削部材
１２  フラックス液
１３  容器
２０  フラックス液
【図１】
0004992760.tif 000002
【図２】
0004992760.tif 000003
【図３】
0004992760.tif 000004
【図４】
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【図５】
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