安裝結(jié)構(gòu)體及其制造方法
【專利摘要】本安裝結(jié)構(gòu)體利用第1增強(qiáng)用樹脂(107)覆蓋將電路基板(105)的第2電極(104)與半導(dǎo)體封裝(101)的凸點(diǎn)(103)進(jìn)行接合的接合材料(106)的周圍。另外，利用第2增強(qiáng)用樹脂(108)來覆蓋半導(dǎo)體封裝(101)的外周部分與電路基板(105)之間。即使接合材料(106)使用熔點(diǎn)比以往要低的焊料材料，抗跌落特性也良好。
【專利說明】安裝結(jié)構(gòu)體及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及將半導(dǎo)體封裝元器件表面安裝到電路基板上的安裝結(jié)構(gòu)體、及其制造 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 如以往的 BGA(Ball grid array :球珊陣列）、CSP(Chip Scale Package :芯片尺 寸封裝）那樣在下表面具有凸點(diǎn)的半導(dǎo)體封裝元器件利用圖6(a)?（d)中說明的工序進(jìn) 行安裝。
[0003] 圖6(a)中，將SnAgCu焊料糊料601印刷至電路基板105的第2電極104。然后， 如圖6(b)所示，形成于半導(dǎo)體封裝101的第1電極102上的凸點(diǎn)103經(jīng)由SnAgCu焊料糊 料601與第2電極104相抵接，從而完成安裝。
[0004] 圖6 (C)中進(jìn)行回流?；亓骱?，印刷在第2電極104上的SnAgCu焊料糊料601以 及形成在第1電極102上的凸點(diǎn)103的焊料熔融，半導(dǎo)體封裝101通過自對準(zhǔn)效應(yīng)而移動 到恰當(dāng)位置。之后，下降到焊料熔融溫度以下后，焊料凝固，從而成為焊料602,結(jié)束半導(dǎo)體 封裝101對電路基板105的電連接。此時，印刷至第2電極104的SnAgCu焊料糊料601與 半導(dǎo)體封裝101的凸點(diǎn)103的組分相同，一般來說，使用SnAgCu類的物質(zhì)。
[0005] 另外，像BGA、CSP那樣下表面形成有凸點(diǎn)的半導(dǎo)體封裝101用于以移動電話裝置 為代表的移動設(shè)備中，作為這些商品所要求的功能，要求其耐受跌落沖擊。作為對策，提出 有如下方法：例如在將BGA與電路基板105進(jìn)行焊接的情況下，如圖6(d)所示，利用SnAgCu 焊料602進(jìn)行焊接后，在半導(dǎo)體封裝101與電路基板105之間填充底部填充物603,從而提 高接合部的抗跌落特性（專利文獻(xiàn)1)。
[0006] 另外，近年來，環(huán)境問題、特別是對全球變暖的關(guān)注越來越高，因此，開始研究熔點(diǎn) 比以往使用的SnAgCu類的焊料要低的SnBi類焊料的使用。然而，關(guān)于使用低熔點(diǎn)焊料的 BGA連接的連接可靠性未得到確認(rèn)。
[0007] 現(xiàn)有的使用低熔點(diǎn)焊料的BGA連接如下所述。 例如，圖7是專利文獻(xiàn)2所記載的安裝結(jié)構(gòu)體。 該安裝結(jié)構(gòu)體具備：具有第1電極102的半導(dǎo)體封裝101以及具有第2電極104的電 路基板105 ;形成在第1電極102上的凸點(diǎn)103 ;配置于凸點(diǎn)103與第2電極104之間、通過 凸點(diǎn)103將第1電極102與第2電極104電連接的接合構(gòu)件106 ;以及增強(qiáng)用樹脂107,該 增強(qiáng)用樹脂107以覆蓋凸點(diǎn)103與接合材料106的接合部分以及接合構(gòu)件的方式，配置于 各個接合構(gòu)件的周圍，各個增強(qiáng)用樹脂107以相鄰的增強(qiáng)用樹脂彼此不接觸的方式，互相 隔開配置。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開平10-101906號公報 專利文獻(xiàn)2 :國際公開專利W02010/050185號


【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0009] 通過如專利文獻(xiàn)2那樣設(shè)置增強(qiáng)用樹脂107,從而能獲得與現(xiàn)有的SnAgCu類焊料 同等以上的抗跌落特性。 然而，在利用SnAgCu類焊料進(jìn)行焊接后，將底部填充物603等固接于半導(dǎo)體封裝101 與電路基板之間的情況相比較，無法獲得充分的抗跌落特性。也就是說，示出了如下情況： 對于以移動電話裝置為代表的移動設(shè)備等，無法使用熔點(diǎn)比以往使用的SnAgCu類的焊料 要低的SnBi類焊料材料。
[0010] 另外，在使用底部填充物的情況下，進(jìn)行一次SnAgCu類焊料的焊接之后，利用涂 布機(jī)涂布底部填充物之后，為了使底部填充物固化而需要利用固化爐來進(jìn)行固化。因此，從 環(huán)境問題的角度來看，不優(yōu)選使用底部填充物603的安裝結(jié)構(gòu)體。
[0011] 本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有的問題而完成的，其目的在于提供一種安裝結(jié)構(gòu)體及 其制造方法，該安裝結(jié)構(gòu)體將半導(dǎo)體封裝與電路基板電連接，能夠提高接合部的抗跌落特 性，在使用底部填充材料時無需使用固化爐，對環(huán)境有益。 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0012] 本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)體軛特征在于，包含：具有第1電極的半導(dǎo)體封裝；具有第2電 極的電路基板；配置于所述第2電極與形成在所述第1電極上的凸點(diǎn)之間、包含將所述凸 點(diǎn)與第2電極電接合的焊料的接合材料；覆蓋所述接合材料周圍的第1增強(qiáng)用樹脂；以及 覆蓋配置于所述電路基板的半導(dǎo)體封裝的外周部分、與所述電路基板之間的第2增強(qiáng)用樹 脂。
[0013] 本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)體的制造方法的特征在于，在電路基板上的第2電極上涂布混 合有焊料材料與未固化狀態(tài)的熱固化性樹脂的糊料，經(jīng)由混合后的所述糊料在所述電路基 板的第2電極上，利用凸點(diǎn)安裝半導(dǎo)體封裝，在所述半導(dǎo)體封裝的外周部與所述電路基板 之間涂布滿增強(qiáng)用樹脂，通過對所述電路基板與所述半導(dǎo)體封裝進(jìn)行加熱，從而分離所述 接合材料與所述熱固化性樹脂，通過利用熔點(diǎn)比所述凸點(diǎn)的熔點(diǎn)要低的所述接合材料，來 使所述接合材料熔融，浸潤上升到所述凸點(diǎn)，之后，所述熱固化性樹脂浸潤上升到所述接合 材料與所述凸點(diǎn)的周圍，此后，所述熱固化性樹脂與所述增強(qiáng)用樹脂固化。
[0014] 本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)體的制造方法的特征還在于，在電路基板上的第2電極上涂布 混合有焊料材料與未固化狀態(tài)的熱固化性樹脂的糊料，在所述電路基板上安裝有所述半導(dǎo) 體封裝的周圍區(qū)域涂布增強(qiáng)用樹脂，在混合后的所述糊料處，利用凸點(diǎn)將所述半導(dǎo)體封裝 安裝到電路基板的第2電極上，通過對所述電路基板與所述半導(dǎo)體封裝進(jìn)行加熱，從而分 離所述接合材料與所述熱固化性樹脂，通過利用熔點(diǎn)比所述凸點(diǎn)的熔點(diǎn)要低的所述接合材 料，來使所述接合材料熔融，浸潤上升到所述凸點(diǎn)，之后，所述熱固化性樹脂浸潤上升到所 述接合材料與所述凸點(diǎn)的周圍，此后，使所述熱固化性樹脂與所述增強(qiáng)用樹脂固化。 發(fā)明效果
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，通過利用第1增強(qiáng)用樹脂覆蓋所述接合材料周圍，并利用第2增強(qiáng)用 樹脂覆蓋半導(dǎo)體封裝的外周部分及所述電路基板，從而能提高接合部的抗跌落特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1(a)是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的安裝結(jié)構(gòu)體的剖視圖，圖1(b)是俯視圖。 圖2(a)?（d)是說明實(shí)施方式1中的制造工序的圖。 圖3(A)是以實(shí)施方式1的實(shí)施例1的條件制成的安裝結(jié)構(gòu)體的剖面的顯微鏡照片。 圖3(B)是以比較例1的條件制成的安裝結(jié)構(gòu)體的剖面的顯微鏡照片。 圖3(C)是以比較例2的條件制成的安裝結(jié)構(gòu)體的剖面的顯微鏡照片。 圖4(a)?（d)是說明本發(fā)明的實(shí)施方式2中的制造的工序圖。 圖5(A)是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的安裝結(jié)構(gòu)體的剖視圖。 圖5(B)是本發(fā)明的實(shí)施方式3的安裝結(jié)構(gòu)體的主要部分的放大圖。 圖6(a)?（d)是專利文獻(xiàn)1中的安裝結(jié)構(gòu)體的剖視圖。 圖7是專利文獻(xiàn)2中的安裝結(jié)構(gòu)體的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 (實(shí)施方式1) 圖1(a)、（b)示出了將半導(dǎo)體封裝101安裝至電路基板105后的實(shí)施方式1的安裝結(jié) 構(gòu)體100。
[0018] 與半導(dǎo)體封裝101的大小相比，放大圖示了半導(dǎo)體封裝101的第1電極102、凸點(diǎn) 103、電路基板105的第2電極104等。半導(dǎo)體封裝101的具體大小例如為11mm見方，凸點(diǎn) 103以0. 5mm的間距設(shè)有441個凸點(diǎn)。電路基板105是以JEDEC半導(dǎo)體技術(shù)協(xié)會（JEDEC Solid State Technology Association)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)制成的，大小為長132mm、寬77mm，厚度 為1. 0mm，電極材料為銅，基板材質(zhì)為玻璃環(huán)氧材料。
[0019] 圖2(a)?（d)是說明該安裝結(jié)構(gòu)體100的制造工序的圖。 圖2(a)中，分別將混合糊料301印刷至電路基板105的第2電極104上?；旌虾?301由從Sn、Bi、In、Ag以及Cu的組中選出的兩種、或兩種以上的元素的組合所構(gòu)成的合金 成分的焊料材料（之后成為接合材料106)、以及未固化狀態(tài)的熱固化性樹脂（之后成為增 強(qiáng)用樹脂107)構(gòu)成。
[0020] 圖2(b)中，將半導(dǎo)體封裝101安裝至電路基板105上，以使得形成于半導(dǎo)體封裝 101的第1電極102上的凸點(diǎn)103與印刷在電路基板105上的混合糊料301相接觸。
[0021] 圖2(c)中，利用涂布機(jī)在半導(dǎo)體封裝101的外周與電路基板105的表面之間，涂 布作為第2增強(qiáng)用樹脂的增強(qiáng)用樹脂108。之后，在圖2(d)中，利用回流裝置對混合糊料 301與增強(qiáng)用樹脂108加熱，使混合糊料301熔融，從混合糊料301分離出接合材料106與 作為第1增強(qiáng)用樹脂的增強(qiáng)用樹脂107。其結(jié)果是，利用凸點(diǎn)103及接合材料106將第1電 極102與第2電極104之間進(jìn)行結(jié)合，并利用增強(qiáng)用樹脂107覆蓋接合材料106與凸點(diǎn)103 的接縫。增強(qiáng)用樹脂108覆蓋半導(dǎo)體封裝101的外周部分，并在與電路基板105之間形成 倒角。圖1(a)是圖2(d)的放大圖。
[0022] 根據(jù)本制造方法，利用熔融固化的接合材料106對形成于半導(dǎo)體封裝101的第1 電極102上的凸點(diǎn)103與電路基板105的第2電極104之間進(jìn)行焊接，使其電導(dǎo)通。接合 材料106是熔點(diǎn)比凸點(diǎn)103要低的合金成分。利用增強(qiáng)用樹脂107對電路基板105的第2 電極104的周圍、與凸點(diǎn)103之間進(jìn)行覆蓋并接合。另外，利用增強(qiáng)用樹脂108對半導(dǎo)體封 裝101的外周部與電路基板105之間進(jìn)行接合。增強(qiáng)用樹脂108將半導(dǎo)體封裝101與電路 基板105之間相連接，并在半導(dǎo)體封裝101的周圍形成倒角。
[0023] 本實(shí)施方式1中，增強(qiáng)用樹脂108配置成覆蓋半導(dǎo)體封裝101的外周部與電路基 板105,并配置成增強(qiáng)用樹脂108不與形成在半導(dǎo)體封裝101的第1電極上的凸點(diǎn)103、增 強(qiáng)用樹脂107相接觸。
[0024] 由此，通過利用增強(qiáng)用樹脂107及增強(qiáng)用樹脂108雙方對通過凸點(diǎn)103將第1電 極102與第2電極104電連接的接合材料106進(jìn)行增強(qiáng)，更具體而言，將半導(dǎo)體封裝101與 電路基板105之間相連，并利用增強(qiáng)用樹脂107在半導(dǎo)體封裝的周圍形成倒角，因此在受到 跌落等機(jī)械性沖擊的情況下，也能抑制電路基板105的變形，與圖7所示的現(xiàn)有例那樣僅利 用增強(qiáng)用樹脂107對接合材料106進(jìn)行增強(qiáng)的情況相比，能提高接合部的抗跌落特性。
[0025] 此外，本制造方法在使用底部填充材料時不需要固化爐，因此對環(huán)境有益。另外， 由于并非半導(dǎo)體封裝101與電路基板105之間全部由增強(qiáng)用樹脂108來填充，而是形成有 未填充增強(qiáng)用樹脂108的空間109,因此與圖6所示的現(xiàn)有例相比，底部填充物樹脂的使用 量較少。
[0026] 這里，對半導(dǎo)體封裝101的安裝結(jié)構(gòu)體100的結(jié)構(gòu)以及材料規(guī)格等進(jìn)行更具體的 說明。 凸點(diǎn)103優(yōu)選由Sn類合金形成。例如可以使用從由SnBi類、Snln類、SnBiln類、SnAg 類、SnCu 類、SnAgCu 類、SnAgBi 類、SnCuBi 類、SnAgCuBi 類、SnAgln 類、SnCuIn 類、SnAgCuIn 類、以及SnAgCuBiln類構(gòu)成的組中選出的合金成分。 尤其優(yōu)選Sn類。Sn類合金的熔點(diǎn)為較低的231°C，易于浸潤于Cu電極，容易與其它合 金形成化合物。另外，優(yōu)選Sn類還由于其價格低廉，毒性也較低。
[0027] 接合材料106可以使用熔點(diǎn)比凸點(diǎn)103要低的合金成分。作為優(yōu)選示例，凸點(diǎn)103 與接合材料106優(yōu)選為同類的物質(zhì)，或其主要成分相同的Sn類。 增強(qiáng)用樹脂107、108包含主要成分的樹脂成分、以及固化劑，根據(jù)需要還包含黏度調(diào) 整/觸變性添加劑。 增強(qiáng)用樹脂107是熱固化性樹脂，可以包含環(huán)氧樹脂、尿烷樹脂、丙烯酸樹脂、聚酰亞 胺樹脂、聚酰胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂、硅樹脂、氧雜環(huán)丁烷樹脂等 各種樹脂。上述樹脂可以單獨(dú)使用，也可以組合兩種以上來使用。其中，優(yōu)選環(huán)氧樹脂。
[0028] 增強(qiáng)用樹脂108是熱固化性樹脂，可以包含環(huán)氧樹脂、尿烷樹脂、丙烯酸樹脂、聚 酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂、硅樹脂、氧雜環(huán)丁烷樹 脂等各種樹脂。上述樹脂可以單獨(dú)使用，也可以組合兩種以上來使用。其中，優(yōu)選環(huán)氧樹脂。 增強(qiáng)用樹脂107、增強(qiáng)用樹脂108的樹脂成分也可以都是環(huán)氧類等相同類的樹脂。此 夕卜，優(yōu)選為樹脂成分相同，通過僅改變所含有的固化劑，從而利用2種樹脂來僅改變反應(yīng)開 始溫度。
[0029] 環(huán)氧樹脂可以使用從雙酚型環(huán)氧樹脂、多官能環(huán)氧樹脂、撓性環(huán)氧樹脂、溴環(huán)氧樹 月旨、縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂、高分子型環(huán)氧樹脂的組選出的環(huán)氧樹脂。例如，使用雙酚A型 環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、萘型環(huán)氧樹脂、苯酚酚醛型環(huán)氧樹脂、甲酚 型環(huán)氧樹脂等。也可以使用上述環(huán)氧樹脂變性后得到的環(huán)氧樹脂。上述樹脂可以單獨(dú)使用， 也可以組合兩種以上來使用。
[0030] 與上述熱固化性樹脂組合使用的固化劑可以使用從硫醇類化合物、胺類化合物、 多官能酚類化合物、咪唑化合物、和酸酐類化合物的組中選取的化合物。上述固化劑可以單 獨(dú)使用，也可以組合兩種以上來使用。
[0031] 另外，根據(jù)需要，黏度調(diào)節(jié)/觸變性添加劑可以使用無機(jī)類或有機(jī)類，例如若使用 無機(jī)類，則可以使用二氧化硅或氧化鋁，若使用有機(jī)類，則可以使用酰胺、聚酯、蓖麻油等的 衍生物等。上述添加劑可以單獨(dú)使用，也可以組合兩種以上來使用。
[0032] (實(shí)施例） 本發(fā)明的實(shí)施例使混合有焊料材料以及未固化狀態(tài)的熱固化性樹脂的混合糊料301 的種類、增強(qiáng)用樹脂108、回流到達(dá)溫度發(fā)生變化，來檢查是否導(dǎo)通、對于抗跌落特性的影 響，其結(jié)果示于下述表1。
[0033] [表 1]

【權(quán)利要求】
1. 一種安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于，包含： 具有第1電極的半導(dǎo)體封裝； 具有第2電極的電路基板； 配置于所述第2電極與形成在所述第1電極上的凸點(diǎn)之間、包含將所述凸點(diǎn)與第2電 極電接合的焊料的接合材料； 覆蓋所述接合材料周圍的第1增強(qiáng)用樹脂；以及 覆蓋配置于所述電路基板的半導(dǎo)體封裝的外周部分、與所述電路基板之間的第2增強(qiáng) 用樹脂。
2. 如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述第1增強(qiáng)用樹脂與所述第2增強(qiáng)用樹脂相接觸。
3. 如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述第1增強(qiáng)用樹脂與第2增強(qiáng)用樹脂的樹脂成分相同，所包含的固化劑不同。
4. 如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述凸點(diǎn)的合金成分與所述接合材料均是Sn類材料。
5. 如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述凸點(diǎn)的合金成分由SnAgCu類的焊料形成，所述接合材料是SnBi類。
6. 如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述凸點(diǎn)的熔點(diǎn)>所述第2增強(qiáng)用樹脂的反應(yīng)開始溫度>所述第1增強(qiáng)用樹脂的反應(yīng) 開始溫度>所述接合材料的熔點(diǎn)。
7. 如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述第1增強(qiáng)用樹脂的反應(yīng)開始溫度與所述第2增強(qiáng)用樹脂的反應(yīng)開始溫度具有 5°C?15°C的差。
8. 如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述第1增強(qiáng)用樹脂的反應(yīng)開始溫度及所述第2增強(qiáng)用樹脂的反應(yīng)開始溫度與所述接 合材料的熔點(diǎn)的溫度差為2°C?17°C。
9. 一種安裝結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于， 在電路基板上的第2電極上涂布混合有焊料材料與未固化狀態(tài)的熱固化性樹脂的糊 料， 經(jīng)由混合后的所述糊料在所述電路基板的第2電極上，利用凸點(diǎn)安裝半導(dǎo)體封裝， 在所述半導(dǎo)體封裝的外周部與所述電路基板之間涂布滿增強(qiáng)用樹脂， 通過對所述電路基板與所述半導(dǎo)體封裝進(jìn)行加熱，從而分離所述接合材料與所述熱固 化性樹脂， 通過利用熔點(diǎn)比所述凸點(diǎn)的熔點(diǎn)要低的所述接合材料，來使所述接合材料熔融，浸潤 上升到所述凸點(diǎn)，之后，所述熱固化性樹脂浸潤上升到所述接合材料與所述凸點(diǎn)的周圍，此 后，所述熱固化性樹脂與所述增強(qiáng)用樹脂固化。
10. -種安裝結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于， 在電路基板上的第2電極上涂布混合有焊料材料與未固化狀態(tài)的熱固化性樹脂的糊 料， 在所述電路基板上安裝有所述半導(dǎo)體封裝的周圍區(qū)域涂布增強(qiáng)用樹脂， 在混合后的所述糊料處，利用凸點(diǎn)將所述半導(dǎo)體封裝安裝到電路基板的第2電極上， 通過對所述電路基板與所述半導(dǎo)體封裝進(jìn)行加熱，從而分離所述接合材料與所述熱固 化性樹脂， 通過利用熔點(diǎn)比所述凸點(diǎn)的熔點(diǎn)要低的所述接合材料，來使所述接合材料熔融，浸潤 上升到所述凸點(diǎn)，之后，所述熱固化性樹脂浸潤上升到所述接合材料與所述凸點(diǎn)的周圍，此 后，使所述熱固化性樹脂與所述增強(qiáng)用樹脂固化。
11.如權(quán)利要求9或10所述的安裝結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于， 所述熱固化性樹脂與所述增強(qiáng)用樹脂的反應(yīng)開始溫度在所述接合材料的熔點(diǎn)以上、且 在所述凸點(diǎn)的烙點(diǎn)以下。
【文檔編號】H05K3/34GK104246997SQ201380018441
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月10日
【發(fā)明者】岸新, 宗像宏典, 本村耕治, 圓尾弘樹 申請人:松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社