專利名稱：載片及其制造方法和安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在電路布線基板上安裝半導(dǎo)體元件的載片及其制造方法。更詳細(xì)地說(shuō)是涉及用于半導(dǎo)體元件的安裝及用于MCM(多片組件)的載片及其制造方法和它的安裝方法。
迄今為止，半導(dǎo)體器件中有稱為BGA(球狀柵格陣列)外殼及LGA(焊接區(qū)柵格陣列)外殼的二種類型。這是一些安裝了半導(dǎo)體元件的載片的外部連接電極呈柵格狀地被配置在載片的背面上的半導(dǎo)體器件。這樣安裝起來(lái)的半導(dǎo)體器件與以往的QFP(四方扁平外殼)相比較，由于外部連接電極位于外殼的背面，所以具有能使半導(dǎo)體器件的尺寸大幅度地小型化的優(yōu)點(diǎn)。另外，外部連接電極的間距也比間距為0.3mm或0.5mm的QFP要寬一些，達(dá)1.5mm或1.27mm，易于安裝。因此BGA外殼或LGA外殼的器件作為新的半導(dǎo)體器件已顯露頭角。
原有的BGA外殼的半導(dǎo)體器件示于圖8。圖8中1是載片、2是焊料球、3是半導(dǎo)體元件、4是外部連接電極。載片1是這樣構(gòu)成的，即把導(dǎo)通半導(dǎo)體元件3的電極焊接區(qū)31的連接布線61設(shè)置在絕緣性基板60的表面60a上，把外部連接電極4設(shè)置在背面。通過(guò)設(shè)置在將電絕緣性基板60的表面和背面導(dǎo)通的通孔62內(nèi)的布線64等，使表面60a上的連接布線61和背面60b上的外部引出電極62電導(dǎo)通。
焊料球2作為BGA至外部的連接電極呈柵格狀排列在載片1的背面上，該焊料球2與圖中未示出的電路布線基板相連接。另一方面，LGA是通過(guò)非球形軟釬焊料或插口與電路布線基板連接。
BGA與LGA相比較，因BGA是用焊料球進(jìn)行安裝的，所以載片和電路布線基板的安裝間隔寬，用焊料安裝時(shí)，安裝的可靠性比LGA高。因此在具有呈柵格狀的外部連接電極的半導(dǎo)體器件中以BGA為主?？墒?，在像計(jì)算機(jī)的CPU之類需要提高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件中，多半使用LGA和稱為插口組合形態(tài)的半導(dǎo)體器件。
可是，在用焊料將這種原有的BGA或LGA這樣的載片安裝到電路布線基板上時(shí)，安裝部分是用軟焊料將載片和電路布線基板直接連接起來(lái)的，所在在按照J(rèn)IS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))C0025中的規(guī)定進(jìn)行從-40℃變化到+100℃的熱沖擊試驗(yàn)即環(huán)境可靠性試驗(yàn)時(shí)，由于載片和電路布線基板的熱膨脹系數(shù)不同，在外部連接電極部分出現(xiàn)裂紋，造成外部連接電極剝離、斷開(kāi)、存在連接性變壞的現(xiàn)象。所以BGA或LGA有熱沖擊試驗(yàn)的可靠性低的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種能防止外部連接電極部分出現(xiàn)裂紋、外部連接電極剝離、能提高可靠性的載片及其制造方法和它的安裝方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的載片是這樣一種載片，即把連接半導(dǎo)體元件電極的連接布線設(shè)置在絕緣性基板的表面上，把用于連接電路布線基板的連接電極的外部連接電極設(shè)置在背面，該載片的特征在于上述外部連接電極用由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)形成，并形成至少覆蓋該凸點(diǎn)的一部分的樹(shù)脂層。而且可在安裝后形成樹(shù)脂層將焊接部分覆蓋住。
在上述載片中最好在凸點(diǎn)周圍平坦地或呈凸?fàn)畹匦纬缮鲜鰳?shù)脂層，并使該凸點(diǎn)的前端部分露出。
在上述載片中最好在絕緣性基板的背面形成層狀的上述樹(shù)脂層并使該凸點(diǎn)的前端部分露出。
在上述載片中最好由軟焊料球構(gòu)成上述凸點(diǎn)。
在上述載片中最好以從Sn、Cu、Ag、Au及Ni中選擇的至少一種為主要成分的導(dǎo)體構(gòu)成上述凸點(diǎn)。
在上述載片中最好用樹(shù)脂層從載片一側(cè)算起將上述凸點(diǎn)至少覆蓋其高度的20％以上。
在如上構(gòu)成的載片中，上述樹(shù)脂最好是環(huán)氧樹(shù)脂。
在上述載片中，上述樹(shù)脂層的厚度最好在50～1000μm范圍內(nèi)。
本發(fā)明的載片制造方法的特征在于，在絕緣性基板的表面上設(shè)置連接半導(dǎo)體元件的電極的連接布線，在上述絕緣性基板的背面形成具有用于連接電路布線基板上的連接電極的凸點(diǎn)的外部連接電極，用膏狀樹(shù)脂覆蓋上述外部連接電極的側(cè)面部分，然后在使上述樹(shù)脂膏硬化的溫度下進(jìn)行熱處理，形成樹(shù)脂層。
在上述制造方法的結(jié)構(gòu)中，最好使膏狀樹(shù)脂流入上述外部連接電極之間，然后在使上述樹(shù)脂膏?；臏囟认逻M(jìn)行熱處理，形成樹(shù)脂層。
在上述制造方法中，最好將熱量供給形成上述外部連接電極的背面，使樹(shù)脂流入，形成樹(shù)脂層。
在上述制造方法中，最好將形成由上述凸點(diǎn)構(gòu)成的外部連接電極的背面浸漬在膏狀樹(shù)脂中，然后從樹(shù)脂中取出上述載片，在使上述樹(shù)脂硬化的溫度下進(jìn)行熱處理，形成樹(shù)脂層，此后對(duì)該樹(shù)脂層形成面進(jìn)行加工，直到出現(xiàn)上述凸點(diǎn)為止。
在上述制造方法中，最好將樹(shù)脂噴射到上述外部連接電極面上，在上述外部連接電極面上形成樹(shù)脂層，然后加工該樹(shù)脂層形成面，直到出現(xiàn)上述凸點(diǎn)為止。
在上述制造方法中，最好進(jìn)行研磨加工，直到出現(xiàn)上述凸點(diǎn)為止。
在上述制造方法中，最好在通過(guò)在導(dǎo)體箔上形成軟焊料凸點(diǎn)而形成外部連接電極時(shí)，通過(guò)絲網(wǎng)印刷，使上述導(dǎo)體箔的表面露出，涂敷樹(shù)脂膏，形成樹(shù)脂層，在使該樹(shù)脂層硬化溫度下進(jìn)行熱處理后，將軟焊料膏涂敷在上述導(dǎo)體箔上，在使軟焊料膏熔融的溫度下進(jìn)行熱處理，形成軟焊料凸點(diǎn)，從而形成上述外部連接電極。
在上述制造方法中，最好將由薄片構(gòu)成的樹(shù)脂層粘接在上述載片的背面，從而在載片上形成樹(shù)脂層。
在上述制造方法中，上述膏狀樹(shù)脂的粘度最好在500～200000cps范圍內(nèi)。
本發(fā)明的載片如上所述，是一種在絕緣性基板的表面設(shè)置用于連接半導(dǎo)體元件的電極的連接布線，而在背面設(shè)置用于連接電路布線基板的連接電極的外部連接電極的載片，上述外部連接電極有由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)，形成樹(shù)脂層將該凸點(diǎn)覆蓋。因此，通過(guò)用樹(shù)脂覆蓋最容易施加應(yīng)力的外部連接電極凸點(diǎn)和主體的界面周圍使之能增加強(qiáng)度，還能將熱沖擊試驗(yàn)中在凸點(diǎn)和主體界面上集中的形變應(yīng)力擴(kuò)散到樹(shù)脂層上，能使各電極的焊接部分的形變應(yīng)力得到緩和。其結(jié)果，能防止由于載片和電路布線基板的熱膨脹系數(shù)不同而在外部連接電極部分出現(xiàn)裂紋，能使外部連接電極不剝離，能提高熱沖擊試驗(yàn)的可靠性。
在上述載片中如果采用在凸點(diǎn)周圍形成凸?fàn)畹纳鲜鰳?shù)脂層，并使上述凸點(diǎn)的前端部分露出這種好的例子，則能獲得上述的作用和效果，同時(shí)容易形成樹(shù)脂層，能更增加外部連接電極部分的強(qiáng)度。
在上述載片中如果采用在絕緣性基板的背面形成層狀的上述樹(shù)脂層，并使上述凸點(diǎn)的前端部分露出的這種好的例子，則在外部連接電極部分難以出現(xiàn)裂紋。另外，更容易形成樹(shù)脂層，能提高生產(chǎn)率，能使外部連接電極部分更加牢固。
在上述載片中如果采用由軟焊料球構(gòu)成上述凸點(diǎn)的好的例子，則能獲得上述作用和效果，同時(shí)在向電路布線基板的連接電極粘接時(shí)不用涂敷軟焊料，能減少工序。
在上述載片中如果采用由從Sn、Cu、Ag、Au及Ni中選擇的至少一種作為主要成分的導(dǎo)體構(gòu)成上述凸點(diǎn)的好的例子，則能獲得上述作用和效果，同時(shí)能使與電路布線基板的連接電極的連接穩(wěn)定性好，能得到良好的電連接。
在上述載片中如果采用利用樹(shù)脂層從載片一側(cè)算起將上述凸點(diǎn)至少覆蓋其高度的20％以上的好的例子，則能獲得上述的作用和效果。特別是能可靠地增強(qiáng)由樹(shù)脂層構(gòu)成的外部連接電極部分。
本發(fā)明的載片的制造方法的特征在于，將連接半導(dǎo)體元件的電極的連接布線設(shè)置在絕緣性基板的表面，而在上述絕緣性基板的背面形成有用于連接電路布線基板的連接電極的凸點(diǎn)的外部連接電極，用膏狀樹(shù)脂覆蓋上述外部連接電極的側(cè)面部分，然后在使上述樹(shù)脂膏硬化的溫度下進(jìn)行熱處理，形成樹(shù)脂層。通過(guò)這種制造方法，能容易地形成樹(shù)脂層，能可靠地增強(qiáng)由樹(shù)脂層構(gòu)成的外部連接電極部分。其結(jié)果是能容易地制造上述那種可靠性高的載片。
在上述制造方法中，如果采用使膏狀樹(shù)脂流入上述外部連接電極之間，然后在使上述樹(shù)脂膏硬化的溫度下進(jìn)行熱處理而形成樹(shù)脂層的好的例子，則容易形成樹(shù)脂層，同時(shí)能容易地使樹(shù)脂硬化，能可靠地增強(qiáng)由樹(shù)脂層構(gòu)成的外部連接電極部分。
在上述制造方法中，如果采用將熱量供給到形成上述外部連接電極的背面，使樹(shù)脂流入而形成樹(shù)脂層的這種好的例子，則由于用流入的方法形成樹(shù)脂層，所以能更迅速、更容易地形成樹(shù)脂層，能可靠地增強(qiáng)由樹(shù)脂層構(gòu)成的外部連接外部部分。
在上述制造方法中，如果采用將形成由上述凸點(diǎn)構(gòu)成的外部連接電極的背面浸漬在膏狀樹(shù)脂中，然后將上述載片從樹(shù)脂中取出，在使上述樹(shù)脂硬化的溫度下進(jìn)行熱處理而形成樹(shù)脂層，然后對(duì)該樹(shù)脂層形成面進(jìn)行加工，直到出現(xiàn)上述凸點(diǎn)為止的好的例子，則能更迅速、更容易地形成樹(shù)脂層，能制造用樹(shù)脂層增強(qiáng)外部連接電極部分的載片。另外，能可靠地使外部連接電極露出，能確保導(dǎo)通。
在上述制造方法中，如果采用將樹(shù)脂噴射到上述外部連接電極面上、在上述外部連接電極面上形成樹(shù)脂層，然后對(duì)該樹(shù)脂層形成面進(jìn)行加工的這種好的例子，則能制造用樹(shù)脂層增強(qiáng)外部連接電極部分的載片，能更迅速、更容易地形成樹(shù)脂層。
在上述制造方法中，如果采用研磨加工直到出現(xiàn)上述凸點(diǎn)的好的例子，則能制造用樹(shù)脂層增強(qiáng)外部連接電極部分的載片，能更迅速、更容易地形成樹(shù)脂層。
在上述制造方法中，如果采用通過(guò)在上述導(dǎo)體箔上形成軟焊料凸點(diǎn)而形成外部連接電極時(shí)，通過(guò)絲網(wǎng)印刷使上述導(dǎo)體箔表面露出，涂敷樹(shù)脂膏而形成樹(shù)脂層，在使該樹(shù)脂層硬化的溫度下進(jìn)行熱處理后，將軟焊料膏涂敷在上述導(dǎo)體箔上，在使軟焊料膏熔融的溫度下進(jìn)行熱處理，進(jìn)行形成軟焊料凸點(diǎn)而形成上述外部連接電極的這種好的例子，則能制造用樹(shù)脂層進(jìn)一步增強(qiáng)外部連接電極部分的載片，能更迅速、更容易地形成外部連接電極和樹(shù)脂層。
如上所述，如果采用本發(fā)明，則能使熱沖擊試驗(yàn)中集中于焊料連接部分的形變應(yīng)力擴(kuò)展到樹(shù)脂層中，能緩和各部分的形變應(yīng)力。另外，能用樹(shù)脂增加最容易施加應(yīng)力的載片和軟焊料的界面的強(qiáng)度。
其次，本發(fā)明的載片安裝方法是一種將在背面形成樹(shù)脂層而外部連接電極部分通過(guò)上述樹(shù)脂層露出到外部的載片安裝到電路布線基板上的安裝方法，其特征在于，在電路布線基板的連接電極上形成軟焊料膏層，將上述載片安裝到上述電路布線基板上，以便將載片背面的外部連接電極和上述電路布線基板的連接電極上的軟焊料膏連接起來(lái)，然后用規(guī)定的溫度使軟焊料膏熔融，同時(shí)將在上述載片背面形成的樹(shù)脂層粘接在上述電路布線基板上。
在上述方法中，最好利用上述樹(shù)脂層的表面粘接層將上述樹(shù)脂層和上述電路布線基板粘接起來(lái)。
在上述方法中，最好在上述軟焊料膏熔融時(shí)使上述樹(shù)脂層也熔融，從而將上述載片和上述電路布線基板粘接起來(lái)。
在上述方法中，上述樹(shù)脂層的厚度和在上述電路布線基板上形成的軟焊料膏層的厚度實(shí)際上相同，或者最好使上述軟焊料膏層的厚度稍厚一些。
另外，在上述方法中，上述樹(shù)脂層的軟化點(diǎn)最好在150℃以上且在上述軟焊料膏的熔解溫度以下。
圖1是示出本發(fā)明的載片的一實(shí)施例的局部剖面圖。
圖2是示出將具有形成了本發(fā)明一實(shí)施例中的樹(shù)脂層的軟焊料球的載片裝配在電路基板上的狀態(tài)下的局部剖面圖。
圖3是示出具有形成了本發(fā)明一實(shí)施例中的樹(shù)脂層的軟焊料球的載片的局部剖面圖。
圖4是示出具有由形成了本發(fā)明的另一實(shí)施例的樹(shù)脂層的由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)的載片的局部剖面圖。
圖5A～D是說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施例的載片制造方法的一部分工序的剖面圖。
圖6A～D是示出形成了本發(fā)明的另一實(shí)施例的樹(shù)脂層的載片的局部剖面圖。
圖7是示出形成了本發(fā)明的另一實(shí)施例的樹(shù)脂層的載片的局部斷面圖。
圖8是示出先有有技術(shù)的BGA(球狀柵格陣列)外殼的局部斷面圖。
圖中1載片圖中2軟焊料球圖中3半導(dǎo)體元件圖中4外部連接電極(由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn))圖中5樹(shù)脂層圖中7軟焊料球側(cè)面的樹(shù)脂層。
圖中8印刷布線基板(電路布線基板)圖中9載片圖中10玻璃、陶瓷布線基板圖中11連接布線圖中12外部電極圖中13樹(shù)脂層圖中14由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)圖中20玻璃、陶瓷布線基板圖中21連接布線圖中22外部電極圖中23通孔圖中24布線圖中31連接電極圖中32軟焊料球圖中40玻璃、陶瓷布線基板圖中41布線電極圖中42外部連接電極圖中43樹(shù)脂層圖中44蝕刻后的孔圖中45軟焊料凸點(diǎn)圖中50由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片圖中51沖孔圖中52印刷布線基板圖中53連接電極圖中54軟焊料圖中55粘接層圖中60絕緣性基板圖中61連接布線圖中62外部引出電極圖中63通孔圖中85連接布線下面參照


本發(fā)明的載片的一個(gè)實(shí)施例。
圖1是示出本發(fā)明的一實(shí)施例中的載片的局部剖面圖。圖2是示出將圖1中的載片安裝在印刷布線基板上的狀態(tài)下的局部剖面圖。圖3是示出在軟焊料球的側(cè)面有樹(shù)脂層的另一實(shí)施例的載片的局部剖面圖。
在圖1及圖2中，1是用于安裝半導(dǎo)體元件3的載片、2是連接外部電極22以形成由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)的軟焊料球、4是由外部電極22和軟焊料球構(gòu)成的外部連接電極(由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn))、5是覆蓋凸點(diǎn)的樹(shù)脂層、8是將安裝了半導(dǎo)體元件3的載片1安裝起來(lái)的印刷布線基板。
載片1與上述原有的載片結(jié)構(gòu)相同，在玻璃、陶瓷等絕緣性基板20的表面20a上設(shè)有導(dǎo)通半導(dǎo)體元件3的電極焊接區(qū)31及與其連接的軟焊料球32的以從Sn、Cu、Ag、Au及Ni中選擇的至少一種為主要成分的連接電極21，在背面20b上設(shè)有由同樣成分構(gòu)成的外部電極22。而且由該外部電極22和軟焊料球2形成外部連接電極4。另外，通過(guò)設(shè)在通孔23內(nèi)部的布線24，將表面20a上的連接電極21和背面20b上的外部連接電極4電導(dǎo)通。該載片1的表面和背面上的電極的導(dǎo)通方法不限于設(shè)置圖1及圖2所示的通孔，也可以根據(jù)基板的不同情況，通過(guò)基板面上的布線進(jìn)行導(dǎo)通。
軟焊料球2是作為將BGA連接到外部的連接電極用的，它由軟焊料形成，且粘接到設(shè)置在位于絕緣性基板20的背面20b上呈柵狀排列配置的外部電極22上。軟焊料球2的直徑為0.5～1.0mm左右。如果太小則容易產(chǎn)生連接不良，連接的可靠性變低，如果太大則可能產(chǎn)生短路。
樹(shù)脂層5是為了當(dāng)用軟焊料焊接載片1上的外部連接電極4和印刷布線基板上的布線時(shí)防止電極因熱應(yīng)力作用而斷裂、用來(lái)吸收熱應(yīng)力而設(shè)的。該樹(shù)脂層5是在絕緣性基板20的背面20b上的外部連接電極4之間的全部表面上形成的，它從外部電極22和軟焊料球2的界面一直覆蓋到前端部2a附近，以0.1～1.0mm左右的厚度形成，以便使軟焊料球2的前端部2a露出。即為了能確實(shí)覆蓋載片1和凸點(diǎn)的界面，使厚度至少達(dá)到外部連接電極4的高度的20％以上，最好使厚度相當(dāng)于軟焊料球2的半徑以上、直徑以下的尺寸。
作為樹(shù)脂層5使用的樹(shù)脂，可以采用熱塑性樹(shù)脂或熱硬化性樹(shù)脂中的任何一種。該樹(shù)脂的粘度最好在室溫下約大于200000厘泊，最好制成樹(shù)脂膏使用，以便具有能進(jìn)行形成樹(shù)脂層5的作業(yè)的粘度。使用環(huán)氧樹(shù)脂最好。用以上方法制作帶有樹(shù)脂層的附有軟焊料球的載片。
如上構(gòu)成的載片1如圖2所示，它通過(guò)軟焊料球2焊接在印刷布線基板8的連接布線85上，從而安裝在布線基板8上。進(jìn)行該安裝時(shí)，為了用軟焊料焊接載片1上的外部連接電極4和印刷布線基板8上的布線85而需要加熱，即使由于加熱而在外部連接電極4上產(chǎn)生熱應(yīng)力，也能利用樹(shù)脂層5將熱應(yīng)力緩和，能防止在外部連接電極4的軟焊料球2的界面等處產(chǎn)生裂紋，且能防止產(chǎn)生連接不良等。
圖3是示出本發(fā)明的載片的另一實(shí)施例的局部剖面圖。本實(shí)施例的載片與圖1所示的實(shí)施例的載片的不同之處在于在軟焊料球2的側(cè)面周圍設(shè)有凸?fàn)畹臉?shù)脂層7。與圖1所示實(shí)施例相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)以相同的符號(hào)，詳細(xì)說(shuō)明從略。
樹(shù)脂層7設(shè)在軟焊料球2的側(cè)面周圍，呈凸?fàn)睿穸葹?.1～0.5mm，幾乎沿絕緣性基20的背面20b全部表面以同一厚度設(shè)置，這是與圖1所示例不同之處。這樣形成樹(shù)脂層7，能容易使軟焊料球2的前端2a露出，且能容易與電路布線基板進(jìn)行良好的連接。
其次，利用更具體的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。
(實(shí)施例1)本實(shí)施例的載片的結(jié)構(gòu)如圖1所示。如上所述，作為載片1的基板20，使用通用的玻璃、陶瓷制的基板，作為基板布線導(dǎo)體使用Cu。
本實(shí)施例的載片的制造方法是首先在上述玻璃、陶瓷基板20的表面20a上，用Cu設(shè)置用于安裝半導(dǎo)體元件的布線圖形21，在背面20b上設(shè)置呈格子狀的外部電極22。將共晶軟焊料膏(63Pb/37Sn合金膏，千住金屬(株)制)通過(guò)金屬印刷法涂敷在上述基板20的背面20b的外部電極22上。上述涂敷結(jié)束后將軟焊料球2排列在各外部電極22的軟焊料膏上，形成作為外部連接電極的外部連接端子4。作為軟焊料球2是使用合金成分為63Pb/37Sn的軟焊料，球的直徑為0.7mm。在240℃的峰值溫度下，在10秒內(nèi)通過(guò)紅外線回流將上述軟焊料膏和軟焊料球2熔融。用上述方法在載片1的背面20b上的外部電極22上形成軟焊料球2。
然后，將注入注射器中的樹(shù)脂膏射到已形成上述軟焊料球的載片背面的上述軟焊料球2之間。樹(shù)脂膏的量控制在能均勻地將軟焊料球2埋到其直徑的大約一半處(層厚約0.4mm)，使軟焊料球2的前端2a露出。在負(fù)壓氣氛中在150℃下進(jìn)行持續(xù)2小時(shí)的處理使上述樹(shù)脂膏硬化。作為該樹(shù)脂膏使用的是環(huán)氧樹(shù)脂(ABLESTIK公司的埃伊普爾邦德(エイプルボンド)，975-2L，20000CPS)。用上述方法制成了帶具有樹(shù)脂層的附有軟焊料球的載片。
將共晶軟焊膏(合金成分為60Pb/37/Sn的膏，千住金屬(株)制)用金屬印刷法印刷在具有用于安裝可靠性試驗(yàn)的布線圖形的通用印刷布線基板上，將已形成上述樹(shù)脂層的載片安裝在上述印刷好的軟焊料上。在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流使上述安裝體上的軟焊料熔融，制成載片安裝體(圖2)。
通過(guò)環(huán)境可靠性試驗(yàn)之一的上述熱沖擊試驗(yàn)(-40℃～100℃)對(duì)用上述方法制作的載片安裝體進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)。其結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)，能幾乎無(wú)變化地保持其電阻值。因此斷定外部連接電極無(wú)裂紋等。因此，能將熱沖擊試驗(yàn)中安裝可靠性低的那種BGA型載片制作成安裝可靠性高的載片。
(實(shí)施例2)本實(shí)施例的載片結(jié)構(gòu)如圖3所示。本實(shí)施例的載片與實(shí)施例1不同之處僅在于樹(shù)脂層7是沿軟焊料球的側(cè)面形成的。
本實(shí)施例的載片的制造方法是首先用與實(shí)施例1相同的方法在玻璃、陶瓷基板20的外部電極22上形成軟焊料球2，從而形成了由外部電極22和軟焊料球2構(gòu)成的外部連接電極4。
然后，將注入注射器中的樹(shù)脂膏射到已形成軟焊料球2的載片1的背面20b上的各軟焊料球2上。樹(shù)脂膏的量控制在能將玻璃、陶瓷基板20和軟焊料球2的連接面完全埋住、但使軟焊料球2的前端2a露出的厚度(約0.2mm)。樹(shù)脂膏射出后，用酒精將軟焊料球2的前端洗凈。在負(fù)壓氣氛中，按照溫度150℃，處理時(shí)間2小時(shí)，使上述樹(shù)脂膏硬化。作為樹(shù)脂膏使用了與實(shí)施例1相同的環(huán)氧樹(shù)脂。
用金屬印刷法將共晶軟焊料膏(合金成分為63Pb/37Sn的膏，千住金屬(株)制)印刷在具有用于安裝可靠性試驗(yàn)的布線圖形的通用印刷布線基板上，將已形成樹(shù)脂層7的載片1安裝在上述印刷好的軟焊料上。在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流使上述安裝體上的軟焊料熔融。
用以上方法制作載片安裝體，并通過(guò)環(huán)境可靠性試驗(yàn)之一的上述熱沖擊試驗(yàn)(-40℃～100℃)對(duì)該安裝體進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)。其結(jié)果表明經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)能幾乎無(wú)變化地保持電阻值。由此斷定外部連接電極無(wú)裂紋等。因此，能將在熱沖擊試驗(yàn)中安裝可靠性顯得低的BGA型載片制作成安裝可靠性高的載片。
(實(shí)施例3)本實(shí)施例的載片結(jié)構(gòu)如圖4所示。在圖4中，9是安裝了半導(dǎo)體元件3的載片，11是導(dǎo)通半導(dǎo)體元件3的連接電極31的布線圖形，13是覆蓋由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)14的樹(shù)脂層，15是所設(shè)置的用于導(dǎo)通基板表、背兩面的導(dǎo)體的通孔。本實(shí)施例的載片9與實(shí)施例1的載片1不同之處在于外部連接端子(電極)4用由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)14形成。
該載片9用與實(shí)施例1同樣的方法，在玻璃、陶瓷基板10的表面10a上設(shè)置布線圖形11，再通過(guò)該布線圖形11用軟焊料32與半導(dǎo)體元件3的連接電極31焊接起來(lái)而電導(dǎo)通。外部電極12設(shè)置在陶瓷基板10的背面10b上，在該外部電極12的表面上形成由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)14，由外部電極12和凸點(diǎn)14形成外部連接端子4?；?0的表面10a上的布線圖形及背面10b上的外部電極11通過(guò)通孔15彼此導(dǎo)通。用Cu形成布線圖形11及外部電極12。在包含由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)14的周圍的背面10b的全部表面上形成厚約0.3mm的樹(shù)脂層13。將凸點(diǎn)14的前端14a上的樹(shù)脂除去，確保導(dǎo)電性。
本實(shí)施例中載片9的制造方法是首先在玻璃、陶瓷基板10的表面10a上用Cu形成用于安裝半導(dǎo)體元件的布線導(dǎo)體11的圖形，將外部電極12呈格子狀地設(shè)置在背面10b上。在基板10的背面10b的外部電極12上用鍍Cu法形成凸點(diǎn)14。上述凸點(diǎn)14的高度為200μm。
其次，在扁平的不銹鋼上通過(guò)供給樹(shù)脂膏使其厚度均勻地形成樹(shù)脂層，將有凸點(diǎn)14的面(背面10b)朝下而將已形成上述凸點(diǎn)14的載片9放到上述樹(shù)脂膏上，使樹(shù)脂一直浸漬到凸點(diǎn)14和玻璃、陶瓷基板10的界面。此后通過(guò)提起載片9而將載片9從樹(shù)脂層中取出。將載片9的安裝面的表面10a朝下，將已涂敷了樹(shù)脂膏的載片9置于加熱板上，通過(guò)加熱使樹(shù)脂膏軟化，便在載片9上均勻地形成樹(shù)脂膏層。加熱板的溫度為60℃。然后在負(fù)壓氣氛中，在150℃的溫度下持續(xù)2小時(shí)，使上述樹(shù)脂膏硬化，形成樹(shù)脂層13。作為樹(shù)脂膏使用了與實(shí)施例1相同的樹(shù)脂膏。
在本實(shí)施例中也可以像上述實(shí)施例那樣形成樹(shù)脂層。
其次，用銼刀研磨上述樹(shù)脂層13的已硬化了的載片9的樹(shù)脂層13的一側(cè)，直到露出由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)14的表面14a為止。這時(shí)通過(guò)破壞在由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)14上形成的樹(shù)脂層13，可使導(dǎo)體部分的表面露出。
用金屬印刷法將共晶軟焊接膏(合金成分為63Pb/37Sn的膏，千住金屬(株)制)印刷在具有用于安裝可靠性試驗(yàn)布線圖形的通用印刷布線基板上，將上述研磨完成的載片安裝到上述印刷好的軟焊料上。在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流使上述安裝體上的軟焊料熔融。
用以上方法制作載片安裝體，通過(guò)環(huán)境可靠性試驗(yàn)之一的上述熱沖擊試驗(yàn)(-40℃～100℃)對(duì)上述安裝體進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，其結(jié)果表明經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)能幾乎無(wú)變化地保持電阻值。由此斷定外部連接電極上無(wú)裂紋等。因此，能將熱沖擊試驗(yàn)中安裝可靠性低的BGA型載片制作成安裝可靠性高的載片。
(實(shí)施例4)圖5A～D是示出本實(shí)施例的載片的制造方法的一部分工序圖。在圖5A～D中，40是形成載片的絕緣性布線基板，在布線基板40的表面上形成布線電極41，在背面形成外部電極42，同時(shí)形成樹(shù)脂層43。44是蝕刻后的孔，在蝕刻后的孔44上形成軟焊料45。
與上述一樣，用通用玻璃、陶瓷作為載片的基板，用Cu作為基板布線導(dǎo)體。
如圖5A所示，首先用Cu在玻璃、陶瓷基板40的表面形成用于安裝半導(dǎo)體元件的布線電極41的圖形，在背面呈格子狀地形成外部電極42。
然后，如圖5B所示，用金屬印刷版在上述基板40的背面的全部表面上全面印刷樹(shù)脂膏，形成厚為200μm的樹(shù)脂層43。在負(fù)壓氣氛下，在150℃下持續(xù)2小時(shí)對(duì)上述印刷過(guò)的基板40加熱，使上述樹(shù)脂膏硬化。作為樹(shù)脂膏，使用了與實(shí)施例1同樣的樹(shù)脂膏。
然后，如圖5C所示，對(duì)已形成樹(shù)脂層43的基板40的背面上的外部電極42進(jìn)行蝕刻，在外部電極42部位的樹(shù)脂層43上開(kāi)一個(gè)孔44，使電極42露出。
然后，如圖5D所示，用金屬印刷法將共晶軟焊料膏(合金成分為63Pb/37Sn的膏，千住金屬(株)制)印刷在外部電極42上的孔44中，在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流使軟焊料熔融而設(shè)置導(dǎo)體層45。
然后，用金屬印刷法將共晶軟焊料膏(合金成分為63Pb/37Sn的膏，千住金屬(株)制)印刷在具有用于安裝可靠性試驗(yàn)布線圖形的通用印刷布線基板上，將上述已形成上述樹(shù)脂層的載片安裝在上述已印刷的軟焊料上。在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流對(duì)上述安裝體加熱，使軟焊料熔融。
用以上方法制作載片安裝體，并通過(guò)環(huán)境可靠性試驗(yàn)之一的上述熱沖擊試驗(yàn)(-40℃～100℃)對(duì)該安裝體進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)。其結(jié)果是經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)能幾乎無(wú)變化地保持電阻值。由此斷定外部連接電極上無(wú)裂紋。因此能將在熱沖擊試驗(yàn)中安裝可靠性低的BGA型載片制作成安裝可靠性高的載片。
(實(shí)施例5)本實(shí)施例的載片結(jié)構(gòu)如圖6A～D所示。圖6A是從載片的印刷布線基板安裝面看到的平面圖。在該圖6A中，20是玻璃、陶瓷布線基板的印刷布線基板安裝面、22是外部電極。圖6B是由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片的平面圖。該圖中的50是由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片，51是沖孔。圖6C是將圖6A和B所示的零件粘接后的剖面圖。本實(shí)施例的載片與實(shí)施例1不同之處僅在于不安裝軟焊料球和由薄片形成樹(shù)脂層。
本實(shí)施例的載片制造方法是首先用與實(shí)施例1相同的方法形成玻璃、陶瓷基板20上的外部電極22。
然后，用沖孔機(jī)在由熱塑性聚氧醚樹(shù)脂構(gòu)成的薄片(厚度為0.15mm)上開(kāi)出直徑為0.5mm的孔。上述樹(shù)脂薄片的軟化點(diǎn)為160℃。使上述載片上的外部電極和上述開(kāi)孔后的薄片上的孔的部位相對(duì)地重合。將用聚四氟乙烯樹(shù)脂(特氟隆)加工過(guò)的扁平的不銹鋼加熱到160℃，從薄片一側(cè)用上述不銹鋼對(duì)上述部位重合后的載片加熱進(jìn)行臨時(shí)粘接，可將上述薄片臨時(shí)粘接在載片上。另外在加熱板上將上述部位重合后的載片加熱到約160℃，利用經(jīng)過(guò)用聚四氟乙烯樹(shù)脂(特氟隆)加工后的扁平的不銹鋼對(duì)上述載片進(jìn)行所希望的時(shí)間的加壓處理，也可將上述薄片臨時(shí)粘接在載片上。用以上方法將由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片粘接在載片上。在本實(shí)施例中，作為由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片，使用了聚氧醚樹(shù)脂，但即使采用的樹(shù)脂層的軟化點(diǎn)不是160℃但只要是在上述軟焊料的熔解溫度以下的樹(shù)脂，也具有同樣的效果。另外，之所以需要在160℃以上，是為了放置在150℃下進(jìn)行環(huán)境可靠性試驗(yàn)時(shí)不軟化。
然后，用金屬印刷法將共晶軟焊料(合金成分為63Pb/37Sn的膏，千住金屬(株)制)印刷在具有用于安裝可靠性試驗(yàn)布線圖形的通用印刷布線基板上，使其厚度為0.15mm，將上述已形成樹(shù)脂層的載片安裝在上述印刷好的軟焊料上，使得載片上的外部電極與上述印刷布線基板上的電極上的軟焊料膏位置重合。在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流加熱上述安裝體，使軟焊料熔融。軟焊料熔融時(shí)，在上述載片上形成的樹(shù)脂層軟化，從而將上述載片和上述印刷布線基板粘接起來(lái)。圖6D示出了將載片安裝在印刷布線基板上后的剖面圖。52是印刷布線基板，53是連接電極，54是軟焊料。
用以上方法制作載片安裝體，并通過(guò)環(huán)境可靠性試驗(yàn)之一的上述熱沖擊試驗(yàn)(-40℃～100℃)對(duì)該安裝體進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)。其結(jié)果是經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)能幾乎無(wú)變化地保持電阻值。由此斷定外部連接電極無(wú)裂紋等。因此能將熱沖擊試驗(yàn)中安裝可靠性低的LGA型載片制作成安裝可靠性高的載片。
另外，將由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片粘接在載片上之后，用絲網(wǎng)印刷法將軟焊料膏印刷在在樹(shù)脂薄片上形成的沖孔中，在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流對(duì)上述安裝體加熱，使軟焊料熔融，具有如上形成的軟焊料的載片也有同樣的效果。
(實(shí)施例6)本實(shí)施例的載片結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7中，9是安裝了半導(dǎo)體元件3的載片，11是導(dǎo)通半導(dǎo)體元件3的連接電極31的布線圖形，23是設(shè)置導(dǎo)通基板的表、背兩面的導(dǎo)體的通路孔，22是外部電極，50是樹(shù)脂層，55是粘接層。本實(shí)施例的載片與實(shí)施例5不同之處只在于在由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片的兩面有粘接層。
其次，在有粘接層(厚為0.05mm)的由環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的薄片(厚為0.15mm)上，用沖孔機(jī)在薄片的兩面開(kāi)出直徑為0.5mm的孔。將上述載片9與上述開(kāi)了孔的薄片粘結(jié)在一起，使得上述載片9的外部電極與該薄片上的孔的位置重合。
然后，用金屬印刷法將共晶軟焊料膏(合金成分為63Pb/27Sn的膏，千住金屬(株)制)印刷在用于具有安裝可靠性試驗(yàn)布線圖形的通用印刷布線基板上，并使其厚度為0.15mm，將上述已形成了樹(shù)脂層的載片安裝在上述印刷好的軟焊料上，使得載片上的外部電極與上述印刷布線基板的電極上的軟焊料膏的位置重合，并進(jìn)行焊接。在240℃的峰值溫度下持續(xù)10秒鐘用紅外線回流加熱上述安裝體，使軟焊料熔融。
用以上方法制作載片安裝體，通過(guò)環(huán)境可靠性試驗(yàn)之一的上述熱沖擊熱(-40℃～100℃)對(duì)該安裝體進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)。其結(jié)果是經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)能幾乎無(wú)變化地保持電阻值。由此斷定外部連接電極沒(méi)有裂紋等。因此，能將熱沖擊試驗(yàn)中安裝可靠性低的LGA型載片制作成安裝可靠性高的載片。
另外，將由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片粘接在載片上后，用絲網(wǎng)印刷法將軟焊料印刷在在樹(shù)脂薄片上形成的沖孔中，在240℃的峰值溫度下，持續(xù)10秒鐘用紅外線回流加熱上述安裝體，使軟焊料熔融，具有如上形成的軟焊料的載片也有同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種載片，其中用于連接半導(dǎo)體元件電極的連接布線設(shè)置在絕緣性基板的表面上，將用于連接電路布線基板的連接電極的外部連接電極設(shè)置在背面，該載片的特征在于，上述外部連接電極用由導(dǎo)體構(gòu)成的凸點(diǎn)形成，并形成覆蓋該凸點(diǎn)側(cè)面的樹(shù)脂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于上述樹(shù)脂層在凸點(diǎn)周圍大致平坦地形成，并使上述凸點(diǎn)的前端部分露出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于上述樹(shù)脂層在凸點(diǎn)周圍呈凸出狀地形成，并使上述凸點(diǎn)的前端部分露出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于上述樹(shù)脂層在絕緣性基板的背面呈層狀地形成，并使上述凸點(diǎn)的前端部分露出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于上述凸點(diǎn)由軟焊料球構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于上述凸點(diǎn)由以從Sn、Cu、Ag、Au及Ni中選擇的至少一種成分作為主要成分的導(dǎo)體構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于用樹(shù)脂層從載片一側(cè)算起將上述凸點(diǎn)至少覆蓋其高度的20％以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于上述樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載片，其特征在于上述樹(shù)脂層的厚度為50～1000μm的范圍。
10.一種載片的制造方法，其特征在于在絕緣性基板的表面設(shè)置連接半導(dǎo)體元件的電極的連接布線，在上述絕緣性基板的背面形成具有用于連接電路布線基板上的連接電極的凸點(diǎn)的外部連接電極，用膏狀的樹(shù)脂覆蓋上述外部連接電極的側(cè)面部分，然后通過(guò)用使上述樹(shù)脂膏硬化的溫度進(jìn)行熱處理而形成樹(shù)脂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的載片的制造方法，其特征在于使膏狀樹(shù)脂流入上述外部連接電極之間，然后通過(guò)用使上述樹(shù)脂膏硬化的溫度進(jìn)行熱處理而形成樹(shù)脂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的載片的制造方法，其特征在于將熱量供給形成上述外部連接電極的背面，使樹(shù)脂流入，形成樹(shù)脂層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的載片的制造方法，其特征在于將形成由上述凸點(diǎn)構(gòu)成的外部連接電極的背面浸漬在膏狀樹(shù)脂中，然后將上述載片從樹(shù)脂中取出，用樹(shù)脂覆蓋上述凸點(diǎn)，接著用使上述樹(shù)脂硬化的溫度進(jìn)行熱處理而形成樹(shù)脂層，然后使上述凸點(diǎn)從該樹(shù)脂層形成面露出。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的載片的制造方法，其特征在于將樹(shù)脂噴射到上述外部連接電極表面上，用樹(shù)脂層覆蓋上述外部連接電極面，然后使上述凸點(diǎn)從該樹(shù)脂層形成面露出。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的載片的制造方法，其特征在于使上述凸點(diǎn)露出的方法是研磨加工。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的載片的制造方法，其特征在于當(dāng)通過(guò)在上述導(dǎo)體箔上形成軟焊料凸點(diǎn)而形成外部連接電極時(shí)，用絲網(wǎng)印刷法使上述導(dǎo)體箔的表面露出，涂敷樹(shù)脂膏而形成樹(shù)脂層，在使該樹(shù)脂層硬化的溫度下進(jìn)行熱處理后，將軟焊料膏涂敷在上述導(dǎo)體箔上，用使軟焊料膏熔融的溫度進(jìn)行熱處理，形成軟焊料凸點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的載片的制造方法，其特征在于上述膏狀樹(shù)脂的粘度為500～200000cps的范圍。
18.一種載片的制造方法，其特征在于將連接半導(dǎo)體元件的電極的連接布線設(shè)置在絕緣性基板的表面上，在上述絕緣性基板的背面形成用于連接電路布線基板上的連接電極的外部連接電極，將在與上述外部連接電極相對(duì)的位置處設(shè)有通孔的由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片貼在上述絕緣性基板的背面，由此形成樹(shù)脂層，使得上述外部連接電極與上述通孔位置重合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的載片的制造方法，其特征在于在由上述樹(shù)脂構(gòu)成的薄片的表面上有具有粘接性的樹(shù)脂層。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的載片的制造方法，其特征在于將上述由樹(shù)脂構(gòu)成的薄片的表面配置在上述絕緣性基板的背面，用適當(dāng)?shù)臏囟仁股鲜鰳?shù)脂薄片熔融而粘接在上述絕緣性基板上，從而形成樹(shù)脂層。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的載片的制造方法，其特征在于在上述絕緣性基板的背面具有用于連接上述外部連接電極的凸點(diǎn)。
22.一種載片的安裝方法，其中將在背面形成樹(shù)脂層，而將外部連接電極部分通過(guò)上述樹(shù)脂層露出到外部的載片安裝到電路布線基板的連接電極上，以形成軟焊料膏層，將上述載片安裝到上述電路布線基板上，以便將載片背面的外部連接電極和上述電路布線基板的連接電極上的軟焊料膏連接起來(lái)，然后用規(guī)定的溫度使軟焊料膏熔融，同時(shí)將在上述載片背面形成的樹(shù)脂層粘接在上述電路布線基板上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的載片的安裝方法，其特征在于利用上述樹(shù)脂層表面上的粘接層將上述樹(shù)脂層和上述電路布線基板粘接起來(lái)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的載片的安裝方法，其特征在于當(dāng)上述軟焊料膏熔融時(shí)上述樹(shù)脂層熔融，將上述載片和上述電路布線基板粘接起來(lái)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的載片的安裝方法，上述樹(shù)脂層的厚度和在上述電路布線基板上形成的軟焊料膏層的厚度實(shí)際上相同，或者上述軟焊料膏層較厚。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的載片的安裝方法，其特征在于上述樹(shù)脂層的軟化點(diǎn)為150℃以上而且處在上述軟焊料膏的熔融溫度以下。
全文摘要
在BGA及LGA等中，通過(guò)在載片的外部電極和電路布線基板之間形成樹(shù)脂層，防止由于外部連接電極和電路布線基板的熱膨脹系數(shù)不同而使外部連接電極部分出現(xiàn)裂紋，從而提高熱沖擊試驗(yàn)的可靠性，導(dǎo)通半導(dǎo)體元件的電極的連接布線設(shè)置在絕緣性基板的表面，在其背面設(shè)置連接電路布線基板的連接電極的外部連接電極，外部連接電極具有由導(dǎo)體構(gòu)成的軟焊料球，在外部連接電極側(cè)面部分形成樹(shù)脂層。
文檔編號(hào)H01L23/498GK1136220SQ9610129
公開(kāi)日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1996年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月23日
發(fā)明者中村嘉文, 別所芳宏, 板垣峰廣 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社