(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ基板におけるメッキ処理が施された複数個のフリップチップパッド上に、複数個の接続用半田ボールを備えたチップを実装するチップの実装方法において、前記フリップチップパッド上にフラックスを塗布し、次に前記半田ボールが前記フリップチップパッドの端部に接触するように前記チップを前記パッケージ基板に対して配置し、その後前記半田ボールを前記フリップチップパッドの端部に押し付けて仮付けした後、リフロー処理を施すことを特徴とするチップの実装方法。
【請求項２】
パッケージ基板におけるメッキ処理が施された複数個のフリップチップパッド上に、複数個の接続用半田ボールを備えたチップを実装するチップの実装方法において、前記パッケージ基板に予め５００℃〜６００℃の加熱処理を施した後、前記フリップチップパッド上にフラックスを塗布し、次に前記半田ボールが前記フリップチップパッドの端部に接触するように前記チップを前記パッケージ基板に対して配置し、その後前記半田ボールを前記フリップチップパッドの端部に押し付けて仮付けした後、リフロー処理を施すことを特徴とするチップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチップの実装方法に関し、より詳細には、パッケージ基板に半田ボールを備えたチップをフリップチップ実装する際、前記半田ボール内にボイドが発生するのを防止することが可能なチップの実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パッケージ基板に半田ボールを備えたチップを直接的に実装するフリップチップ実装が行われている。
図４はこの種チップがフリップチップ実装されたパッケージ基板を概略的に示した断面図であり、図中１１はパッケージ基板を示している。パッケージ基板１１はセラミック材料等を用いて略直方体板形状に形成されており、パッケージ基板１１内部の所定箇所には複数個のスルーホール１２ａ、導電層１２ｂが形成され、スルーホール１２ａ内には導電性材料が充填されている。スルーホール１２ａの上端部には下地層１３ａ（図５）がそれぞれ形成されており、下地層１３ａはモリブデンまたはタングステン材料を用いて略円形状に形成されている。下地層１３ａの上部にはニッケル（以下、Niと記す）メッキ層１３ｂ（図５）がそれぞれ形成され、Niメッキ層１３ｂの上部には金（以下、Auと記す）メッキ層１３ｃ（図５）がそれぞれ形成されている。これら下地層１３ａ、Niメッキ層１３ｂ、Auメッキ層１３ｃを含んでフリップチップパッド１３が構成されており、フリップチップパッド１３間のピッチは所定距離ｐに設定されている。
【０００３】
一方、パッケージ基板１１の上方にはチップ１４が配設され、チップ１４はシリコン材料等を用いて略直方体板形状に形成されている。チップ１４の下面の所定箇所には略円形状をした複数個のパッド１５が形成され、パッド１５下部には略球形状の半田ボール１６がそれぞれ半田付けされており、パッド１５間（または半田ボール１６間）のピッチはフリップチップパッド１３間と同様の距離ｐに設定されている。そしてこの半田ボール１６を所定のフリップチップパッド１３に押し付け、リフロー処理を施すと、半田ボール１６がフリップチップパッド１３に接着し、パッケージ基板１１にチップ１４が実装される。
【０００４】
図５は従来のチップの実装方法を説明するため、フリップチップパッド近傍を工程順に示した拡大断面図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程を示している。パッケージ基板１１にチップ１４を実装する場合、まずフリップチップパッド１３上にフラックス１７を塗布する（第１工程）。次にパッケージ基板１１とチップ１４との相対位置関係を調整し、所定のフリップチップパッド１３の略中央部上方に所定の半田ボール１６を配置する。この後、チップ１４をパッケージ基板１１側に押し付け、フラックス１７を介してフリップチップパッド１３上に半田ボール１６を仮付けする（第２工程）。次にチップ１４が仮付けされたパッケージ基板１１をリフロー炉（図示せず）内に装入し、所定温度Ｔでリフロー処理を施すと、半田ボール１６が溶融・凝固し、半田ボール１６を介してフリップチップパッド１３とパッド１５とが接続され、パッケージ基板１１にチップ１４が実装される（第３工程）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したNiメッキ層１３ｂとAuメッキ層１３ｃは、一般的に電解メッキ法により形成されており、この電解メッキ法では、メッキを施すパターンに電流を供給するためのメッキ用パターンを別に設ける必要がある。しかし、フリップチップパッド１３のようなファインパターンに前記メッキ用パターンを設けることはスペース的に難しく、また該メッキ用パターンがノイズ発生源となり易い。そこでフリップチップパッド１３のようなファインパターンの場合、前記メッキ用パターンが不要な無電解メッキ法によりNiメッキやAuメッキが施されている。
【０００６】
ところがこの無電解メッキ法により下地層１３ａ上にメッキ処理を施した際、Niメッキ層１３ｂ、Auメッキ層１３ｃ中にＣＮ、Ｈ2 、Ｈ2 Ｏガスが含有され易い。このため、上記した従来のチップの実装方法においては、リフロー処理を施す際にこれらのガスがフラックス１７を通って半田ボール１６内へ移動し易く、リフロー処理後の半田ボール１６内にボイド１８が発生するおそれがあるという課題があった。
【０００７】
またNiメッキ層１３ｂ、Auメッキ層１３ｃ中に含有されたＣＮ、Ｈ2 、Ｈ2 Ｏガスを放散させるため、フリップチップパッド１３を備えたパッケージ基板１１に予め加熱処理を施す方法が開発されているが、加熱処理を施しただけでは、ボイド１８の発生を完全に防止することが困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、リフロー処理後の半田ボール内にボイドが発生するのを確実に防止することができるチップの実装方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するために本発明に係るチップの実装方法は、パッケージ基板におけるメッキ処理が施された複数個のフリップチップパッド上に、複数個の接続用半田ボールを備えたチップを実装するチップの実装方法において、前記フリップチップパッド上にフラックスを塗布し、次に前記半田ボールが前記フリップチップパッドの端部に接触するように前記チップを前記パッケージ基板に対して配置し、その後前記半田ボールを前記フリップチップパッドの端部に押し付けて仮付けした後、リフロー処理を施すことを特徴としている（１）。
【００１０】
上記したチップの実装方法（１）によれば、前記フリップチップパッド上にフラックスを塗布し、次に前記半田ボールが前記フリップチップパッドの端部に接触するように前記チップを前記パッケージ基板に対して配置し、その後前記半田ボールを前記フリップチップパッドの端部に押し付けて仮付けした後、リフロー処理を施すので、まず、前記半田ボールが溶融する前に、前記フリップチップパッドのメッキ層内に含有されたガスを前記フリップチップパッドの開放面より前記フラックスを介して外方へ放散させることができる。そしてその後、溶融した前記半田ボールは前記パッケージ基板に比べて前記フリップチップパッドになじみ易いため、前記半田ボールに前記フリップチップパッドの中央部へ向かう表面張力が作用し、該フリップチップパッド上の略中央位置に前記半田ボールの中央位置を自然に移動させることができる。この結果、前記半田ボール内にボイドが発生するのを確実に防止することができると共に、前記パッケージ基板に前記チップを正確な位置取りで実装することができる。
【００１１】
また本発明に係るチップの実装方法は、パッケージ基板におけるメッキ処理が施された複数個のフリップチップパッド上に、複数個の接続用半田ボールを備えたチップを実装するチップの実装方法において、前記パッケージ基板に予め５００℃〜６００℃の加熱処理を施した後、前記フリップチップパッド上にフラックスを塗布し、次に前記半田ボールが前記フリップチップパッドの端部に接触するように前記チップを前記パッケージ基板に対して配置し、その後前記半田ボールを前記フリップチップパッドの端部に押し付けて仮付けした後、リフロー処理を施すことを特徴としている（２）。
【００１２】
上記したチップの実装方法（２）によれば、前記パッケージ基板に予め５００℃〜６００℃の加熱処理を施しておくので、前記フリップチップパッドのメッキ層内に含有されたガスを減少させておくことができ、リフロー処理を施した際、前記半田ボール内にボイドが発生するのを一層確実に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るチップの実装方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととする。
図４は実施の形態（１）に係るチップがフリップチップ実装されたパッケージ基板を概略的に示した断面図であり、図中１１はパッケージ基板を示している。パッケージ基板１１はセラミック材料等を用いて略直方体板形状（長さＬ×幅Ｗ（図示せず）×厚さｔ）に形成されており、パッケージ基板１１内部の所定箇所には複数個のスルーホール１２ａ、導電層１２ｂが形成され、スルーホール１２ａ内には導電性材料が充填されている。スルーホール１２ａの上端部には下地層１３ａ（図１）がそれぞれ形成されており、下地層１３ａはモリブデンまたはタングステン材料を用いて略円形状に形成されている。下地層１３ａの上部にはNiメッキ層１３ｂ（図１）がそれぞれ形成され、Niメッキ層１３ｂの上部にはAuメッキ層１３ｃ（図１）がそれぞれ形成されている。これら下地層１３ａ、Niメッキ層１３ｂ、Auメッキ層１３ｃを含んでフリップチップパッド１３が構成されており、フリップチップパッド１３は直径がｄ0 （図１）、個数がＮ（図示せず）に設定されると共に、フリップチップパッド１３間のピッチは所定距離ｐに設定されている。
【００１４】
一方、パッケージ基板１１の上方にはチップ１４が配設され、チップ１４はシリコン材料等を用いて略直方体板形状に形成されている。チップ１４の下面の所定箇所には略円形状をしたＮ個のパッド１５が形成され、パッド１５下部には直径がｄ1 の略球形状をした半田ボール１６がそれぞれ半田付けされており、パッド１５間（または半田ボール１６間）のピッチはフリップチップパッド１３間と同様の距離ｐに設定されている。そしてこの半田ボール１６を所定のフリップチップパッド１３にそれぞれ接続することにより、パッケージ基板１１にチップ１４が実装されている。
【００１５】
図１は実施の形態（１）に係るチップの実装方法を説明するため、フリップチップパッド近傍を工程順に示した拡大断面図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程を示している。パッケージ基板１１にチップ１４を実装する場合、まずフリップチップパッド１３上にフラックス１７を塗布する（第１工程）。次にパッケージ基板１１とチップ１４との相対位置関係を調整して中心間距離をｄ2 程ずらし、所定のフリップチップパッド１３の端部１３ｄに接触するように所定の半田ボール１６を配置する。この後、チップ１４をパッケージ基板１１側に押し付け、フラックス１７を介してフリップチップパッド１３の端部１３ｄに半田ボール１６を仮付けする。次にチップ１４が仮付けされたパッケージ基板１１をリフロー炉（図示せず）内に装入し、所定温度Ｔでリフロー処理を施すと、半田ボール１６が溶融する前にまずNiメッキ層１３ｂ、Auメッキ層１３ｃ中に含有されていたガスがフラックス１７を通り、フリップチップパッド１３の上方（矢印Ａ方向）に放散される。この後半田ボール１６が溶融し、表面張力に基づいて矢印Ｂ方向に引き付けられる（第２工程）。すると半田ボール１６がフリップチップパッド１３の中央部に移動・凝固し、半田ボール１６を介してフリップチップパッド１３とパッド１５とが接続され、パッケージ基板１１の所定位置にチップ１４が実装される（第３工程）。
【００１６】
上記説明から明らかなように、実施の形態（１）に係るチップの実装方法では、フリップチップパッド１３上にフラックス１７を塗布し、次に半田ボール１６がフリップチップパッド１３の端部１３ｄに接触するようにチップ１４をパッケージ基板１１に対して配置し、その後半田ボール１６をフリップチップパッド１３の端部１３ｄに押し付けて仮付けした後、リフロー処理を施すので、まず半田ボール１６が溶融する前に、フリップチップパッド１３のNiメッキ層１３ｂ、Auメッキ層１３ｃ内に含有されたガスをフリップチップパッド１３の開放面よりフラックス１７を介して外方へ放散させることができる。そしてその後溶融した半田ボール１６はパッケージ基板１１に比べてフリップチップパッド１３になじみ易いため、半田ボール１６にフリップチップパッド１３の中央部へ向かう表面張力が作用し、フリップチップパッド１３上の略中央位置に半田ボール１６の中央位置を自然に移動させることができる。この結果、半田ボール１６内にボイドが発生するのを確実に防止することができると共に、パッケージ基板１１にチップ１４を正確な位置取りで実装することができる。
【００１７】
また図示しないが、実施の形態（２）に係るチップの実装方法においては、図１に示したフリップチップパッド１３が形成されたパッケージ基板１１に、予め５００℃〜６００℃の加熱処理を施している。その他の構成は図１、図４に示した場合と同様であるので、ここではその構成の詳細な説明は省略することとする。この加熱処理等を含んで実施の形態（２）に係るチップの実装方法が構成されている。
【００１８】
上記説明から明らかなように、実施の形態（２）に係るチップの実装方法では、パッケージ基板１１に予め５００℃〜６００℃の加熱処理を施しておくので、フリップチップパッド１３のNiメッキ層１３ｂ、Auメッキ層１３ｃ内に含有されたガスを減少させておくことができ、リフロー処理を施した際、半田ボール１６内にボイドが発生するのを一層確実に防止することができる。
【００１９】
【実施例及び比較例】
以下、実施例に係るチップの実装方法によりパッケージ基板１１にチップ１４を実装し、ボイド発生の有無を調査した結果に付いて説明する。
パッケージ基板１１は長さＬが２５．０ｍｍ、幅Ｗが２１．０ｍｍ、厚さｔが０．８ｍｍの直方体板形状のものを用い、直径ｄ0 が０．１０ｍｍ、Ｎが３６０個のフリップチップパッド１３が形成され、かつ予め約６００℃の加熱処理を施したものを使用した。一方、チップ１４は直径ｄ1 が０．１５ｍｍ、Ｎが３６０個の半田ボール１６が半田付けされているものを使用した。また半田ボール１６とフリップチップパッド１３との中心間距離ｄ2 は約０．０５ｍｍに設定し、リフロー処理の温度Ｔは約３８０℃を選んだ。ボイド発生の有無については、パッケージ基板１１よりチップ１４を引きはがすプルテストを行い、フリップチップパッド１３上に残存する半田ボールの形状に基づいて評価した。
【００２０】
図２、図３はプルテスト後のフリップチップパッド上に残存する半田ボールの形状を摸式的に示した正面図であり、図２はボイドが発生していない場合、図３（ａ）〜（ｃ）はボイドが発生している場合を示している。ボイドが発生していない場合、引き剥し後の半田ボール２１は略円錐形形状となる一方、ボイドが発生している場合、半田ボール２２〜２４の表面が鋸形状となるので、ボイド発生の有無を簡単、かつ正確に評価し得ることとなる。
【００２１】
サンプル数ｎは３６０×５＝１９００個（５枚のパッケージ基板１１）とし、ボイドの発生がない良品の割合（良品率）を調査した結果を下記の表１に示した。なお比較例として、パッケージ基板１１に約６００℃の加熱処理のみを施す従来の方法を実施した。
【００２２】
【表１】
0003839579.tif 000002
【００２３】
表１より明らかなように、従来の方法に比較し、実施例に係るチップの実装方法では良品率を大幅に向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップの実装方法の実施の形態（１）を説明するため、フリップチップ近傍を工程順に示した拡大断面図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程を示している。
【図２】プルテスト後のフリップチップパッド上に残存する半田ボールの形状を摸式的に示した正面図であり、ボイドが発生していない場合を示している。
【図３】プルテスト後のフリップチップパッド上に残存する半田ボールの形状を摸式的に示した正面図であり、（ａ）〜（ｃ）はボイドが発生している場合をそれぞれ示している。
【図４】従来及び実施の形態に係るチップがフリップチップ実装されたパッケージ基板を概略的に示した断面図である。
【図５】従来のチップの実装方法を説明するため、フリップチップパッド近傍を工程順に示した拡大断面図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程を示している。
【符号の説明】
１１  パッケージ基板
１３  フリップチップパッド
１３ｂ  Niメッキ層
１３ｃ  Auメッキ層
１３ｄ  端部
１４  チップ
１６  半田ボール
１７  フラックス
【図１】
0003839579.tif 000003
【図２】
0003839579.tif 000004
【図３】
0003839579.tif 000005
【図４】
0003839579.tif 000006
【図５】
0003839579.tif 000007