專利名稱：電子元件安裝體、具有焊料凸點的電子元件、焊料樹脂混合材料、電子元件安裝方法以及 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子元件安裝體，其包含配置有焊料凸點的電子元件， 以及用于電子元件安裝體的焊料樹脂混合材料。
背景技術：
為了響應對用于電子設備的半導體集成電路(LSI)更高密度和更高 集成度的最新要求，正在快速開發各具有大量引腳和更窄間距的LSI中 的電極。當在電路基板上安裝LSI芯片時，常采用芯片倒裝的方法以減 少布線延時。倒裝芯片安裝的常規方法是在LSI芯片上的電極上形成焊 料凸點，然后通過焊料凸點使LSI芯片的電極與形成在電路基板上的電 極粘結在一起，好像單一的部件。
但是，為了在電路基板上安裝具有超過5000個電極的新一代LSI, 就需要形成與窄到最多lOOiam的間距相應的凸點，使用目前可用的焊料 凸點形成工藝很難滿足這種要求。而且，需要形成與電極數目相應的大 量凸點，就有必要減少每芯片的安裝節拍以降低成本。
凸點形式工藝的常見的例子是鍍敷法、絲網印刷法等等。鍍敷法適 用于窄的間距，但缺點是步驟復雜和生產率低。絲網印刷法生產率高， 但因為要使用掩模不適合窄的間距。
為了克服這些缺點，近來提出了一些在LSI或電路基板的電極上有 選擇地形成悍料凸點的工藝。這些工藝不僅適合于形成微細的凸點，而 且由于能一次操作形成凸點，所以在生產率方面也是優越的；這些工藝 正引起注意，期望它們適用于在電路基板上安裝新一代LSI。
這些工藝之一叫做焊料涂敷法(例如見專利文件1)。根據這些工藝， 混有金屬顆粒和助焊劑的膏狀焊料被密實地涂敷在形成有電極的基板表
面上，基板被加熱以致金屬顆粒熔化，然后焊料凸點就有選擇地在可浸 潤性高的電極上形成。
根據另一種叫超焊料法的工藝(例如見專利文件2)，包含有機酸鉛 鹽并以金屬錫為其主要成分的膏狀合成物(化學反應淀積焊料)被密實
地涂敷在形成有電極的基板表面上，基板被加熱從而在Pb和Sn之間產 生置換反應，然后Pb/Sn合金就有選擇地淀積在電極上。
但是，其中將膏狀合成物涂敷在基板上的焊料涂敷法和超焊料法中， 會局部發生厚度和濃度的變化。結果，在每一電極上附著的焊料量有所 不同，這就不可能獲得高度均勻的凸點。此外，根據這些方法，其中將 膏狀合成物涂敷在因其上形成有電極而不平坦的電路基板上，構成凸起 部的電極不能被提供足夠的焊料量，因而難以獲得具有合乎倒裝芯片安 裝需要的高度的料堆(dump)。
此外，采用常規凸點形成工藝的倒裝芯片安裝還要求一個步驟，即 將稱為下填料的樹脂注入半導體芯片與電路基板之間，以便在半導體芯 片安裝在其上提供有凸點的電路基板上以后，使半導體芯片固定在電路 基板上。
因此，幵發了使用各向異性導電材料的倒裝芯片安裝工藝(例如見 專利文件3)，作為同時實現兩種操作的方法相互面對的半導體芯片和 電路基板兩者的電極之間的電氣連接；以及半導體芯片與電路基板的固 定。根據這種工藝，將包含導電顆粒的熱固性樹脂涂敷在半導體芯片與 電路基板之間，對半導體芯片加壓并同時對熱固性樹脂加熱。這樣，半 導體芯片和電路基板兩者的電極能相互電氣連接，同時半導體芯片能與 電路基板固定。使用各向異性導電材料的倒裝芯片安裝工藝不僅適用于 半導體芯片與電路基板之間的電氣連接，也適用于兩個電路基板之間的 連接。
專利文件1:日本專利申請特許公開2000-94179 專利文件2:日本專利申請特許公開H1-157796 專利文件3:日本專利申請特許公開2000-332055 專利文件4:日本專利申請特許公開2004-260131 非專利文件1: 10th Symposium on "Micro joining and
Assembly Technology in Electronics"(第10屆"電子學中的微連接和 組裝工藝"學術會議論文集)，February 5-6， 2004， pp. 183-188 非專利文件2: 9h Symposium on "Micro joining and
Assembly Technology in Electronics"(第9屆"電子學中的微連接和組 裝工藝"學術會議論文集)，February 6-7, 2003, pp.115-120
發明內容
本發明要解決的問題
但是，在如前所述使用各向異性導電材料的芯片倒裝及基板互連中， 電極之間的導電是通過導電顆粒的機械接觸獲得的，這難以使導電穩定。
此外，被相互面對的電極夾在中間的導電顆粒通過熱固化時產生的 樹脂的粘結力而保持。因此，必須控制熱固性樹脂的彈性系數和熱膨脹 系數以及導電顆粒的顆粒直徑分布。
因此，當將利用各向異性導電材料的倒裝芯片安裝工藝應用于每片 具有超過5000個電極的新一代LSI芯片時，在生產率和可靠性方面仍存 在若干有待解決的問題。當應用于要求窄間距、大數量引腳連接和高可 靠性的基板互連時，在工藝上同樣存在若干有待解決的類似問題。
解決問題的方法
技術領域：
本發明是為了解決上述這些問題，它的主要目的是提供一種可靠地 適用于新一代LSI芯片倒裝和基板互連的電子元件安裝體。 根據本發明的電子元件安裝體包括 第一電子元件，配置有多個電極；
第二電子元件，配置有多個電極并且面對第一電子元件，處于第二 電子元件的電極面對第一電子元件的電極的狀態；以及
焊料連接體，配置在第一電子元件的電極和第二電子元件的電極之 間，以使第一和第二電子元件相互電氣連接，其中焊料連接體包含絕緣填料。
根據本發明的另 一 電子元件安裝體包括 第一電子元件，配置有多個電極；
第二電子元件，配置有多個電極并且面對第一電子元件，處于第二
電子元件的電極面對第一電子元件的電極的狀態；
焯料連接體，配置在第一電子元件的電極和第二電子元件的電極之
間，以使第一和第二電子元件相互電氣連接；以及
樹脂混合物，配置在第一和第二電子元件之間，以使第一和第二電 子元件粘結在一起，其中焊料連接體和樹脂混合物包含構成相同的絕緣填料。
根據本發明的配置有焊料凸點的電子元件包括
多個電極；以及
配置在電極上的焊料凸點，其中焊料凸點包含絕緣填料。
根據本發明的焊料樹脂混合物是包含樹脂、焊料粉末和絕緣填料的 焊料樹脂混合物，其中絕緣填料被進行表面處理，以改善相對于被熔化 的焊料的可浸潤性。
根據本發明的電子元件安裝方法是一種安裝電子元件的方法，其中， 將配置有多個電極的第一電子元件和配置有多個電極的第二電子元件放 置成各個電子元件的電極相互面對，并且相互面對的第一和第二電子元 件的電極通過焊料相互電氣連接，該方法包括
第一步驟，其中將包含樹脂、焊料粉末和絕緣填料的焊料樹脂混合 物供給其上形成有電極的第一電子元件的表面；
第二步驟，其中將第二電子元件放置成與第一電子元件面對，處于 各個電子元件的電極相互面對的狀態；
第三步驟，其中對焊料樹脂混合物加熱；以及
第四步驟，其中當包含在悍料樹脂混合物中的焊料粉末在第一和第 二電子元件的電極上自組裝(self-assemble)時形成焊料連接體，使得各 個電子元件的電極相互電氣連接，其中，
當在第四步驟中焊料粉末自組裝時，絕緣填料的至少一部分包含在 焊料連接體中。
根據本發明的電子元件的制造方法是一種制造電子元件的方法，其 中在電子元件中配置的多個電極上形成焊料凸點，該方法包括
第一步驟，其中將包含樹脂、焊料粉末和絕緣填料的焊料樹脂混合 物供給電子元件；以及
第二步驟，其中對焊料樹脂混合物加熱；
第三步驟，其中包含在焊料樹脂混合物中的焊料粉末在電極上自組 裝，使得在電極上形成焊料凸點，其中，
當在第三步驟中焊料粉末自組裝時，絕緣填料的至少一部分包含在 焊料連接體中。
發明效果
根據本發明的電子元件安裝體和配置有焊料凸點的電子元件，其中
熱膨脹系數較小的絕緣填料被包含在焊料連接體和焊料凸點中，能改善
連接可靠性而不損失電特性。
根據本發明的電子元件安裝方法和電子元件制造方法，在焊料連接 體和焊料凸點剛形成時就包含有絕緣填料。結果，能以較短的生產節拍
制造電子元件，這就提高了生產率。
圖1A是說明根據本發明的優選實施方式1的電子元件安裝方法中的
第一狀態的工藝過程截面圖。
圖1B是說明根據優選實施方式1的電子元件安裝方法中的第二狀態 的工藝過程截面圖。
圖1C是說明根據優選實施方式1的電子元件安裝方法中的第三狀態 的工藝過程截面圖。
圖2A是說明安裝方法中的第一狀態的工藝過程截面圖，其中空氣泡 產生劑包含在焊料樹脂混合物中，這是根據優選實施方式1的電子元件 安裝方法。
圖2B是說明安裝方法中的第二狀態的工藝過程截面圖，其中空氣泡 產生劑包含在焊料樹脂混合物中，這是根據優選實施方式1的電子元件 安裝方法。
圖2C是說明安裝方法中的第三狀態的工藝過程截面圖，其中空氣泡 產生劑包含在焊料樹脂混合物中，這是根據優選實施方式1的電子元件 安裝方法。
圖2D是說明安裝方法中的第四狀態的工藝過程截面圖，其中空氣泡
產生劑包含在焊料樹脂混合物中，這是根據優選實施方式1的電子元件 安裝方法。
圖3A是說明安裝方法中的第一狀態的工藝過程截面圖，其中包含清 洗步驟，這是根據優選實施方式1的電子元件安裝方法。
圖3B是說明安裝方法中的第二狀態的工藝過程截面圖，其中包含清 洗步驟，這是根據優選實施方式1的電子元件安裝方法。
圖3C是說明安裝方法中的第三狀態的工藝過程截面圖，其中包含清
洗步驟，這是根據優選實施方式l的電子元件安裝方法。
圖3D是說明安裝方法中的第四狀態的工藝過程截面圖，其中包含清
洗步驟，這是根據優選實施方式l的電子元件安裝方法。
圖4A是說明根據本發明的優選實施方式2的附著有焊料凸點的電子 元件安裝方法中的第一狀態的工藝過程截面圖。
圖4B是說明根據本發明的優選實施方式2的附著有焊料凸點的電子
元件安裝方法中的第二狀態的工藝過程截面圖。
圖4C是說明根據本發明的優選實施方式2的附著有焊料凸點的電子 元件安裝方法中的第三狀態的工藝過程截面圖。
圖5A是說明安裝方法中的第一狀態的工藝過程截面圖，其中焊料樹 脂混合物中包含有空氣泡產生劑，這是根據優選實施方式2的附著有焊 料凸點的電子元件安裝方法。
圖5B是說明安裝方法中的第二狀態的工藝過程截面圖，其中焊料樹 脂混合物中包含有空氣泡產生劑，這是根據優選實施方式2的附著有焊 料凸點的電子元件安裝方法。
圖5C是說明安裝方法中的第三狀態的工藝過程截面圖，其中焊料樹 脂混合物中包含有空氣泡產生劑，這是根據優選實施方式2的附著有焊 料凸點的電子元件安裝方法。
圖5D是說明安裝方法中的第四狀態的工藝過程截面圖，其中焊料樹 脂混合物中包含有空氣泡產生劑，這是根據優選實施方式2的附著有焊 料凸點的電子元件安裝方法。
圖5E是說明安裝方法中的第五狀態的工藝過程截面圖，其中焊料樹 脂混合物中包含有空氣泡產生劑，這是根據優選實施方式2的附著有焊
料凸點的電子元件安裝方法。
圖6A是說明根據優選實施方式2的電子元件安裝體制造方法的第一 狀態的工藝過程截面圖。
圖6B是說明根據優選實施方式2的電子元件安裝體制造方法的第二 狀態的工藝過程截面圖。
圖6C是說明根據優選實施方式2的電子元件安裝體制造方法的第三 狀態的工藝過程截面圖。
圖7A是說明附著有焊料凸點的電子元件和電子元件安裝體的制造 方法的第一狀態的工藝過程截面圖，其中焊料球用作比較示例。
圖7B是說明附著有焊料凸點的電子元件和電子元件安裝體的制造方 法的第二狀態的工藝過程截面圖，其中焊料球用作比較示例。
圖7C是說明附著有焊料凸點的電子元件和電子元件安裝體的制造方 法的第三狀態的工藝過程截面圖，其中焊料球用作比較示例。
圖7D是說明附著有焊料凸點的電子元件和電子元件安裝體的制造 方法的第四狀態的工藝過程截面圖，其中焊料球用作比較示例。
參考符號說明
1第一電子元件
2第二電子元件
3焊料樹脂混合物
4焊料粉末
5絕緣填料
6電極
7樹月旨
8焊料連接體 9焊料凸點 10空氣泡 11樹脂混合物 12平板 13焊料球
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發明的優選實施方式。在下面描述的附圖中， 為簡化描述，功能基本上相同的元件用相同的參考符號表示。本發明不 限于下面所描述的實施例。
優選實施方式1
圖1A-1C說明根據本發明的優選實施方式1的電子元件安裝方法。
如圖1A所示，包括樹脂7、焊料粉末4和絕緣填料5的焊料樹脂混 合物3，提供在其上形成有多個電極6的第一電子元件1的表面上。絕緣 填料5不熔化地與焊料即焊料粉末4的材料混合。
然后，如圖1B所示，提供有多個電極6的第二電子元件2安裝在提 供有多個電極的第一電子元件1表面上的確定位置，使第一電子元件1 的電極6與第二電子元件2的電極6相互面對。在這樣的狀態下，以高 于焊料熔點的溫度對焊料樹脂混合物3加熱。
當焊料樹脂混合物3被加熱時，焊料粉末4自組裝于電極6上，因 此形成焊料連接體8。在形成過程中，焊料樹脂混合物3中的絕緣填料5 同時包含在焊料連接體8中。結果獲得具有圖1C所示結構的電子元件安 裝體，其中第一電子元件1的電極6與第二電子元件2的電極6相互電
氣連接。
在焊料粉末的自組裝中，通過利用焊料粉末4相對于電極6和6的 可浸潤性與焊料粉末4相對于第一電子元件1未配置電極處的表面上的 可浸潤性之間的差別，焊料粉末4可組裝在電子元件1和2的電極6和6 上。優選地，利用事先在焊料樹脂混合物中加進空氣泡產生劑所獲得的 效果，使焊料粉末4在電子元件1和2的電極6和6上進行自組裝。
本發明的申請人研究過適用于新一代LST芯片的倒裝芯片安裝方法 和焊料凸點形成方法，并提出了新穎的方法，其中借助于空氣泡產生劑， 電極能均勻地相互連接。在這種方法中，空氣泡產生劑在安裝以前就包 含在焊料樹脂混合物3中。下面將參考圖2A-2D說明根據優選實施方式 1的使用空氣泡產生劑的電子元件制造方法。
空氣泡產生劑(未示出)被包含在焊料樹脂混合物3中，由此得到 的焊料樹脂混合物3涂敷在其上形成有電極的第一電子元件1的表面上(見圖2A)。第二電子元件2被置于其上形成有電極的第一電子元件1
表面上的確定位置(見圖2B)，然后，將焊料樹脂混合物3加熱至少達到 從空氣泡產生劑中產生空氣泡的溫度。由于加熱處理的結果，空氣泡10 從空氣泡產生劑產生并漸漸變得大些(見圖2C)。由于樹脂的表面張力， 多數空氣泡10有選擇地在兩個元件1和2形成有電極的表面上的平坦區 域(未形成電極的區域)內漸漸變得大些。同時，樹脂7以及包含在樹 脂7中的焊料粉末4和絕緣填料5因樹脂7的表面張力而更可能出現在 電極6上，在電極6上自組裝。樹脂、焊料粉末以及絕緣填料由于產生 出來的空氣泡而移動，并因此在電極上自組裝。最后，焊料粉末4在多 個電極6和6上可浸潤地擴展，同時，電氣連接電極6和6的焊料連接 體8由可浸潤地擴展的焊料粉末4形成。這時，所形成的焊料連接體8 中包含有樹脂7中的絕緣填料5 (見圖2D)。組裝在電極6上的某些絕緣 填料5可能不被包含，因為當焊料粉末4可浸潤地擴展到電極6上時， 絕緣填料5被推出電極區域。換句話說，組裝于電極6上的絕緣填料不 需要全部被包含，而只需要被包含一部分。例如對于一個(piece)絕緣 填料，可能是整個包含在焊料連接體中，也可能是它的至少一部分組裝 在焊料連接體中。當焊料粉末如此自組裝時，焊料粉末和絕緣填料與樹 脂一起在電極上組裝，并且焊料粉末在那里可浸潤地擴展。結果，當焊 料連接體8形成時，更多的絕緣填料很容易包含在焊料連接體8中。
焊料連接體8可通過利用熔態焊料粉末4的可浸潤性而使焊料粉末4 自組裝的方法來形成。那樣，可使用不包含空氣泡產生劑的悍料樹脂混 合物。
現在描述焊料粉末4的自組裝，其中樹脂7中均勻地散布有焊料粉 末4的焊料樹脂混合物3被均勻地涂敷在包括期望形成焊料連接體8的 區域的表面上，這個表面須經預定的處理例如加熱。焊料粉末4的自組 裝不必限于上述方法，只要焊料連接體8有選擇地在需要的電極6上形 成，任何方法都可采用。更具體地說，自組裝表示一種狀態，那里焊料 粉末、絕緣填料和樹脂出現在電極上的概率很高，因為它們隨著空氣泡 產生劑的沸騰以及因此產生的空氣泡而移動。自組裝和焊料粉末是否熔 化沒有關系。在焊料粉末熔化的情況下，焊料粉末在自組裝并包含絕緣
填料的同時，可浸潤地擴展到電極上。在焊料粉末未熔化的情況下，焊 料粉末可浸潤地擴展到電極上，同時在焊料粉末自組裝時，在加熱溫度 設置為至少熔化溫度以后包含絕緣填料。
在將焊料球裝在電子元件的電極上的常規安裝方法中，不可能使焊 料球包含絕緣填料。在根據本發明的焊料粉末自組裝的安裝方法中，絕 緣填料5被包含在焊料樹脂混合物3中。結果，能容易得到其中形成焊 料連接體8并包含絕緣填料5的結構。因此，電子元件的機械強度能顯 著地改善。
絕緣填料5的平均顆粒直徑優選地小于包含在焊料樹脂混合物3中 的焊料粉末4的平均顆粒直徑，因為絕緣填料5能因此更容易包含在焊 料連接體8中。這是因為當焊料粉末的顆粒直徑增加時，氧化物覆蓋膜 較薄，它幫助焊料粉末容易地在電極上可浸潤地擴展，并且絕緣填料5 能因此更容易包含在焊料連接體8中。另外，在焊料粉末的顆粒直徑大 于絕緣填料的顆粒直徑的情況下，焊料粉末4容易可浸潤地擴展到電極6 上，從而覆蓋絕緣填料。結果，絕緣填料能容易包含在焊料連接體中。
絕緣填料5的平均顆粒直徑優選地小于第一電子元件1的電極6與 第二電子元件的電極6之間的間隔，因為當絕緣填料5的顆粒直徑小于 電極6之間的間隔時，絕緣填料5能容易包含在焊料連接體8中。
在焊料粉末4照這樣自組裝并且焊料連接體8形成以后，樹脂7優 選地被固化，以使第一電子元件1和第二電子元件2整體得以固定。例 如，熱塑性樹脂用作樹脂7，并且加熱到至少達到軟化點，然后在焊料粉 末4自組裝以后冷卻。接著，樹脂7再次固化，第一電子元件1和第二 電子元件2能因此整體地固定。進一步說，優選地將固化劑加到焊料樹 脂混合物3中，在焊料粉末4自組裝以后樹脂7被固化，使得第一電子 元件1和第二電子元件2整體地得以固定。在這種情形下，各個步驟優 選地按照如下的方式獨立地進行，即樹脂7和固化劑以比焊料粉末4自 組裝的速度更慢的速度進行固化。可采用的固化方法優選示例是熱固化、 光固化等等。關于固化處理，固化處理不需要在一個階段進行，而可以 在階段B以后在兩個階段進行。
在優選實施方式1中，倒裝芯片安裝體是一種優選實施方式，其中
第一電子元件1是電路基板，第二電子元件2是半導體。此外，基板互 連也是一種優選實施方式，其第一電子元件1和第二電子元件2都是電 路基板。第一電子元件1不限于電路基板，它可以是任何常用的電子元 件，例如半導體、模塊元件、無源元件或諸如此類。同樣地，第二電子 元件2不限于半導體或電路基板，它可以是任何常用的電子元件。
可以預料，照這樣在焊料連接體8中包含有絕緣填料5所制成的電
子元件安裝體能改善連接的可靠性。通常，電子元件安裝體內的焊料連
接體8經受因組成電子元件安裝體的構件之間的熱膨脹系數的不同而產
生的應力。當反復向其施加應力時，焊料中會發生疲勞斷裂而使連接失
效。例如，在第一電子元件1是電路基板和第二電子元件2是半導體的 倒裝芯片安裝體中，組成半導體Si的熱膨脹系數是幾ppms，而由樹脂形 成的電路基板的熱膨脹系數是幾十ppms。另外，在包括大量構件例如半 導體和電路基板的電極的安裝體中，由于使用環境和半導體的熱量所引 起的構件之間的熱膨脹系數的不同，應力反復作用于焊料連接體8。在倒 裝芯片安裝體中，半導體和電路基板通常用包含樹脂和絕緣填料的樹脂 混合物相互固定，作為使作用在焊料上的應力分散的一種嘗試。
在焊料連接體8包含有絕緣填料5的優選實施方式1中，焊料連接 體8的延伸率能被控制，這樣可改善連接的可靠性。此外，因為其中包 含絕緣填料5，所以焊料連接體8能具有焊料粉末可浸潤地擴展的形狀， 應力能因此而分散。在其中焊料連接體8中只包含絕緣填料5的一部分 的結構中，絕緣填料5的剩余部分與樹脂7接觸，它在焊料連接體8與 樹脂7之間起連接作用。由于這些可得到的效果，當絕緣填料5包含在 焊料連接體8中時電子元件安裝體的可靠性能得到改善。
在圖1C和2D所示的電子元件安裝體的結構中，包含在焊料連接體 8中的絕緣填料5和包含在樹脂混合物11中的絕緣填料5構成相同，這 樣，安裝過程能有利地簡化。
進一步，如圖3A至3D所示，下述安裝方法(見圖3D)是適用的 在制成其中焊料連接體8中包含有絕緣填料5的電子元件安裝體以后(見 圖3B)，進行洗去樹脂7和絕緣填料5的步驟(見圖3C)，填充包含樹脂 7和絕緣填料5的另一樹脂混合物11的步驟。在如此構成的方法中，優
選地用具有上述容易自組裝的特殊性能的焊料粉末，作為圖3A-3B所示
步驟中使用的焊料樹脂混合物3所包含的悍料粉末4。另外，優選地是包 含在焊料樹脂混合物3中的絕緣填料5具有容易被包含在焊料連接體8 中的特殊性能，或者在包含于焊料連接體8以后能夠保持可靠性。此外， 后來要填充的樹脂混合物11 (見圖3D)優選地具有適合于第一和第二電 子元件整體固定的性能以及良好的熱可釋性。
當絕緣填料5被包含在焊料連接體8中時，可能是所有的絕緣填料5 被吸收而包含在焊料連接體8中，也可能是絕緣填料5的至少一部分被 吸收而包含在焊料連接體8中。在本發明中，術語"包含"在所有這些 可能的結構中都會使用。而且，絕緣填料5不一定包含在所有的焊料連 接體8中，絕緣填料5可包含在電子元件安裝體的多個焊料連接體8的 至少一部分中。
焊料粉末4優選地不保留在其中不發生焊料粉末4自組裝的剩余的 樹脂混合物ll中；但是，少量的焊料粉末可能保留其中。即使焊料粉末 4保留在剩余的樹脂混合物11中，本發明也能完全實現，只要剩余的焊 料粉末數量不會有害地影響絕緣的可靠性等就可以。在如圖3A-3D所示 的焊料粉末4自組裝(見圖3A和3B)以后包括有洗去剩余樹脂混合物 11的歩驟(圖3C)情況下，剩余的樹脂混合物11和保留的焊料粉末4 兩者都被除去。在剩余的樹脂混合物11被洗去以后，不包含焊料粉末4 的樹脂混合物11被填充到第一和第二電子元件1和2之間，如圖3D所 示。
根據優選實施方式1從晶態氧化硅、熔態氧化硅、鋁氧粉以及氧化 鋁中選擇一種或多種無機填料構成絕緣填料5。填料的形狀沒有特別的限 制，可以是片狀、針狀或球狀。如果對絕緣填料5的表面改性，就能控 制填料怎樣包含在焊料連接體8中。作為絕緣填料5表面改性的一個優 選例子，通過利用表面處理劑例如硅垸偶連劑或鈦酸鹽基偶連劑，可以 控制相對于樹脂的疏水性、親水性、可浸潤性，以及相對于表面焊料的 可浸潤性。此外，如果改變表面粗糙度，也能發揮類似的效果。
根據優選實施方式1的焊料粉末4的優選例子，是通常使用的含鉛 焊料例如SnPb，和不含鉛焊料例如SnAgCu、 SnAg、 SnAgBiln、 SnSb和
SnBi;但焊料粉末4的類型沒有特別的限制。此外，平均顆粒直徑優選
地為l-100pm，也沒有特別的限制。
根據優選實施方式1的樹脂7的優選例子是熱固性樹脂例如環氧樹 脂、酚樹脂、硅樹脂和密胺樹脂；熱塑性樹脂例如聚酰胺、聚碳酸脂、 聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene telephthalate)、聚苯硫醚；以及諸 如此類；但樹脂7的類型沒有特別的限制。另外，在如圖3所示存在清 洗步驟的情況下，除上述樹脂以外，還可使用硅油、甘油、烴基油以及 諸如此類。
優選實施方式2
圖4A-4C說明根據本發明的優選實施方式2的提供有焊料凸點的電 子元件的制造方法。根據本優選實施方式的提供有焊料凸點的電子元件 中的與優選實施方式1中相同的元件，用相同的符號表示。本優選實施 方式除下述不同以外與優選實施方式1類似，因此省略對類似部分的詳 細描述。
如圖4A所示，向在其上形成有多個電極6的電子元件1A的表面提 供焊料樹脂混合物3。焊料樹脂混合物3包括樹脂7、焊料粉末4和絕緣 填料5。絕緣填料5未熔化地與焊料混合。
當如此提供的焊料樹脂混合物3被加熱時，焊料粉末4自組裝在電 極6上從而形成焊料凸點9，如圖4B所示。這時，包含在焊料樹脂混合 物3中的絕緣填料5同時包含在焊料凸點9中。最終階段的加熱溫度高 于焊料的熔點。
然后，如圖4C所示，包含樹脂7和絕緣填料5的樹脂混合物11被 洗去，制成提供有焊料凸點的電子元件，而焊料凸點9中含有絕緣填料5。
在焊料粉末4的自組裝中，以根據優選實施方式1的電子元件安裝 體的類似方式，利用熔態焊料粉末4的可浸潤性，焊料粉末可組裝在電 子元件1A的電極6上。但是，該方法優選地適用于在焊料樹脂混合物3 中加進空氣泡產生劑，并且焊料粉末通過由此所得到的效果在電子元件 1A的電極6上自組裝。
現在參考圖5A-5E描述電子元件的制造方法，其中焊料樹脂混合物3 中包含有空氣泡產生劑。空氣泡產生劑(未示出)被加進焊料樹脂混合
物3，所得到的焊料樹脂混合物3散布到電子元件1A上(見圖5A)。使 平板12緊靠散布的焊料樹脂混合物3，在它們之間形成基本上封裝的空 間(見圖5B)，然后，將焊料樹脂混合物3加熱至高于使空氣泡產生劑產 生空氣泡的溫度。因此，氣泡10從空氣泡產生劑中產生并漸漸變得大些 (見圖5C)，使得樹脂7、焊料粉末4和絕緣填料5避開氣泡10并因此 移動至電極6上面的位置而在那里組裝。同時，樹脂7以及包含在樹脂7 中的焊料粉末4和絕緣填料5在電極6上自組裝。最后，焊料粉末4在 電極6上可浸潤地擴展而在電極6上形成焊料凸點9。這時，絕緣填料5 也包含在焊料凸點9中(見圖5D)。最后，如圖5E所示，其不構成焊料 凸點9的剩余樹脂混合物11被洗去，從而獲得提供有焊料凸點的電子元 件。
在利用熔態焊料粉末的可浸潤性使焊料粉末自組裝的情況下，不包 含空氣泡產生劑的焊料樹脂混合物可用作焊料樹脂混合物3。焊料粉末4 的自組裝的意義和自組裝的產生過程如在優選實施方式1中所述。
在將焊料球安裝在電子元件的電極上的常規安裝方法中，焊料球不 可能包含絕緣填料。在本發明中，在使焊料粉末自組裝的電子元件制造 方法中，絕緣填料5被包含在焊料樹脂混合物3中。結果，很容易得到 在電極6上形成有焊料凸點9并且其中包含有絕緣填料5的結構。
如在優選實施方式1中那樣，絕緣填料5的平均顆粒直徑優選地小 于包含在焊料樹脂混合物3中的焊料粉末4的平均顆粒直徑，因為絕緣 填料5能因此順利地包含在焊料凸點9中。絕緣填料5的平均顆粒直徑 優選地小于電子元件1A的電極6與平板12之間的間隔。
當使用如此制造的提供有焊料凸點的電子元件時，電子元件安裝體 能夠根據圖6A-6C所示的安裝方法來制造。更具體地說，提供有焊料凸 點的電子元件1A (此后稱為第一電子元件1A)和另一電子元件2 (此后 稱為第二電子元件2) —個放置在另一個的上面，使得第一電子元件1A 的電極6 (焊料凸點9)與第二電子元件2的電極6相互面對(見圖6A)。 將第一 電子元件1A和2兩者加熱至使焊料熔化的溫度或者加壓至擠壓狀 態，使第一電子元件1A的電極6與第二電子元件2的電極6相互電氣連 接(見圖6B)。接著，將包含樹脂7和絕緣填料5的樹脂混合物11注入
兩個元件1A和2之間，就能制成圖6C所示的電子元件安裝體。優選地 通過將一種氧化物膜除去劑例如助焊劑涂到焊料凸點9側或第二電子元
件2的電極6側，用等離子體處理焊料凸點9或者其他處理，以除去焊 料凸點9的氧化物膜。
在圖6C所示的步驟中，如果將樹脂混合物ll，其所包含的絕緣填料 5與焊料凸點9中的絕緣填料5相同，注入第一電子元件1A和2之間， 能制成具有與圖1C和2D所示結構相同的電子元件安裝體。如果將其所 包含的絕緣填料5與焊料凸點9中的絕緣填料5不同的樹脂混合物11注 入，能制成具有與圖3D所示結構相同的電子元件安裝體。
圖6C所示的電子元件安裝體所發揮的效果與圖1C、 2D和3D所示 的類似。因此，能提供在連接可靠性方面得到改善的電子元件安裝體。
可以使用在焊料粉末4自組裝以后沒有清洗步驟而制成的電子元件 安裝體，如果滿足以下條件包含有絕緣填料5和樹脂7的樹脂混合物 11不阻止焊料凸點9被潤濕以在第二電子元件的電極6上形成焊料連接 體8。
在焊料粉末4自組裝以后，焊料粉末優選地不保留在樹脂混合物11 中，如同優選實施方式l那樣；但是，少量的焊料粉末4可能保留。在 樹脂混合物11被洗去的情況下，剩余的焊料粉末4也能被除去。
優選實施方式2優選地適用于例如半導體、模塊元件和無源元件這 樣的電子元件。但是，只要按常規方式使用，對電子元件沒有特別的限 制。
當電子元件安裝體利用如此制造的提供有焊料凸點的電子元件來制 造時，可預料能增進連接的可靠性，如同根據優選實施方式1的電子元 件安裝體那樣的情況。
在優選實施方式2中，絕緣填料5被包含在焊料凸點9中，與優選 實施方式1的情況相同，并且絕緣填料5的構成也與優選實施方式1相 同。關于焊料粉末4、樹脂7等等的材料，基于類似于根據優選實施方式 1的電子元件安裝體所采用的材料，能實現該優選實施方式。因此，材料 不特別局限于優選實施方式2中的那些。
優選實施方式3
在根據本發明的優選實施方式3的焊料樹脂混合物中，焊料粉末和 絕緣填料散布在樹脂中。對包含在焊料樹脂混合物中的絕緣填料進行表 面處理，為的是改善相對于熔態焊料的可浸潤性，使得當焊料粉末自組 裝時，能使其容易包含在焊料連接體或焊料凸點中。
優選地包含加熱焊料樹脂混合物時產生空氣泡的空氣泡產生劑。在 該情形下，通過優選實施方式1和2中所述空氣泡產生劑的作用，焊料 粉末比較容易在電極上自組裝，從而容易形成包含絕緣填料的焊料連接 體或焊料凸點。
所述這些焊料樹脂混合物，在優選實施方式1和2的所述安裝方法 中是很有用的。
焊料樹脂混合物優選地是膏狀或片狀。通過給料器(dispenser)或印 刷或轉移的方法，能將膏狀混合物提供給電子元件。可以使用室溫下為 固態的樹脂，或者將硬化至階段B并形成片狀的樹脂粘結至電子元件。
優選地從晶態氧化硅、熔態氧化硅、鋁氧粉以及氧化鋁中選擇至少 一種或多種無機填料，構成根據優選實施方式3的絕緣填料5。填料的形 狀可以是膏狀、針狀或球狀，沒有特別的限制。當絕緣填料5的表面改 性為如同優選實施方式1所述的表面時，可以得到同樣的效果。
優選實施方式3所要求的材料例如焊料粉末和樹脂，與優選實施方 式1中所述的材料相同，對于優選實施方式3中所述的材料沒有特別的 限制。
包含在焊料連接體或焊料凸點中的絕緣填料的數量受下列因素影
響包含在焊料樹脂混合物中的焊料凸點的絕緣填料的數量；絕緣填料 的類型、表面情況、顆粒直徑和相對于熔態焊料的可浸潤性；材料變數 例如焊料粉末或樹脂的類型；在安裝過程中自組裝所需要的時間量；溫 度分布；電極直徑；電極間距以及諸如此類。在設計過程中必須考慮這
些因素。
在各個優選實施方式中被包含在焊料連接體中的填料(絕緣填料等 等)的數量可以是很少的(約為1-100個)。這么小的數量對于充分發揮 作用是足夠的。
實施例1
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在實施例1中，圖2D所示電子元件安裝體是根據優選實施方式1所 述的電子元件安裝體制造方法制造的。
4每尺寸為10mmxl0mm的電路基板(由Panasonic Electronic Devices 公司供貨的ALIVH基板，電極直徑為100pm，電極間距為200pm，電極 數量為10x10 (=100個))作為第一電子元件1，并將半導體TEG芯片(電 極直徑為100pm，電極間距為200pm，電極數量為10x10 (=100個))作 為第二電子元件2。
使用25wt。/。的雙酚類-F類型的環氧基樹脂(由Japan Epoxy Resins 公司供貨的EPIKOTE806) +咪唑基固化劑(由SHIKOKU CHEMICAIS 公司供貨)作為樹脂7。使用30wtW的SnAgCu (顆粒直徑為17pm)作 為焊料粉末4。使用42wt。/。的球狀氧化硅填料(由DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA供貨，FB-35,顆粒直徑為9(am)作為絕 緣填料5，以及3wt。/。的二甘醇二甲醚(diethylene glycol dimethlether)(由 Wako Pure Chemical Industries公司供貨)作為空氣泡產生劑。提供由這些 材料混合而成的焊料樹脂混合物3。
根據圖2A-2D所示的安裝方法，焊料樹脂混合物3散布到其上形成 有電極的電路基板即第一電子元件1的表面上，并將作為第二電子元件2 的半導體安裝在提供有電極的電路基板的確定的位置上，使電路基板的 電極6與半導體的電極6相互面對。然后以25(TC加熱20秒，使得從空 氣泡產生劑中產生空氣泡，并且焊料粉末4在電極6上自組裝，因而形 成焊料連接體8。在這種構造中，絕緣填料5被包含在焊料連接體8中。 繼續以25(TC加熱使樹脂7進一步固化。結果，半導體和電路基板被固定， 制造出圖2D所示的電子元件安裝體。加熱總共持續10分鐘。
實施例2
使用與實施例1相同的那些材料，根據圖2A-2D所示的安裝方法制 造電子元件安裝體，其中電路基板同時用作第一電子元件1和第二電子 元件2。以24(TC加熱30秒，使得焊料粉末4在電極6上自組裝并形成 焊料連接體8，而絕緣填料5被包含在焊料連接體8中。進一步以15(TC 加熱一小時使樹脂7進一步固化。結果電路基板相互固定，制造出圖2D 所示的電子元件安裝體。
實施例3
使用20wtQ/。的硅基樹脂(甲基苯基硅油，KF54， Shin-Etsu Chemical 公司供貨)作為樹脂7。使用30wt。/。的SnAgCu (顆粒直徑17pm)作為 焊料粉末4。使用45wt。/。的球狀氧化硅填料(由DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA供貨，FB-35，顆粒直徑9|um)作為絕緣填料5。 使用5wt。/。二甘醇二甲醚(由Wako Pure Chemical Industries公司供貨)作 為空氣泡產生劑。提供由這些材料混合而成的焊料樹脂混合物3。實施例 1中所用的元件用作第一電子元件1和第二電子元件2。此外，提供玻璃 板(1 Ommx 1 Ommx 1 mm， Matsunami Glass公司供貨)作為平板12。
基于圖5A-5E所示的方法，使焊料樹脂混合物3散布到其上提供有 電極的電路基板的表面上，并使平板12緊靠提供有電極的表面。所得到 的電路基板以24(TC加熱30秒，使得從空氣泡產生劑中產生空氣泡，并 且焊料粉末4在電極6上自組裝從而形成焊料凸點9，而同時絕緣填料5 被包含在焊料凸點9中。然后，除去平板12，并用異丙醇洗去包含有環 氧樹脂7和絕緣填料5的樹脂混合物11 。結果，制造出提供有圖5E所示 的焊料凸點的電子元件。
將實施例1中所用的半導體，安裝在制成的提供有焊料凸點的電子 元件確定的位置上，使在電路基板的電極6上形成的焊料凸點9與半導 體的電極6相互面對。以24(TC對所得到的電子元件加熱3分鐘，帝U成圖 6B所示的電子元件安裝體。然后將一種下填充劑(包含氧化硅填料的環 氧樹脂，T639/R1000， Nagase ChemtaX公司供貨)注入所制成的電子元 件安裝體中作為樹脂混合物11，再加熱固化。結果制造出圖6C所示的提 供有焊料凸點的電子元件。
比較示例1
根據圖7A-7D所示的安裝方法制造電子元件安裝體。采用實施例中 所用的電路基板，將助焊劑(Senju Metal Industry公司供貨，Delta Lax 523H，未示出)涂到電路基板的電極6上，并且將焊料球13 (SenjuMetal Industry公司供貨，直徑100pm)在確定的位置處安裝于其上(見圖7A)。 以24(TC對所得到的電路基板加熱，從而制成提供有焊料凸點的電子元 件。不需說明，焊料凸點不包含絕緣填料。以與實施例3所述的安裝方
法相同的方式，將實施例1中所述的半導體安裝在提供有焊料凸點的電 子元件上。更具體地說，將半導體安裝在提供有焊料凸點的電子元件的 確定位置上，使得在電路基板的電極6上形成的焊料凸點9與半導體的
電極6相互面對(見圖7B)。以24(TC對所得到的電子元件加熱3分鐘， 制成電子元件安裝體。將下填充劑(包含氧化硅填料的環氧樹脂， T639/R1000， Nagase ChemtaX公司供貨)注入所制成的電子元件安裝體 中作為樹脂混合物11，然后加熱使其固化。結果制成圖7D中所示的電子 元件安裝體。
對根據實施例1-3和比較示例1的電子元件安裝體進行氣相熱沖擊測 試(一個循環125'C持續30分鐘和-4(TC持續30分鐘)，以評價連接的 可靠性。測試結果表明即使經過1000次循環或更多的測試以后，根據 實施例1-3的電子元件安裝體中的連接電阻無一增加，而在根據比較示例 1的電子元件安裝體中的某些部分中，在經過700次循環以后觀察到電阻 值增加，表示發生連接故障。在這些連接故障部分中，觀察到焊料連接 體8中有斷裂。因此，如果在焊料連接體8中包含絕緣填料5，就能提供 連接可靠性優良的電子元件安裝體。
工業實用性
根據本發明的電子元件安裝體、提供有焊料凸點的電子元件、焊料 樹脂混合物和安裝方法適用于下一代LSI的倒裝芯片安裝、適用于基板 互連以及諸如此類的工業應用。
權利要求
1. 一種電子元件安裝體，包括第一電子元件，配置有多個電極；第二電子元件，配置有多個電極并且面對第一電子元件，處于第二電子元件的電極面對第一電子元件的電極的狀態；以及焊料連接體，配置在第一電子元件的電極和第二電子元件的電極之間，以使第一和第二電子元件的電極相互電氣連接，其中焊料連接體包含絕緣填料。
2. 如權利要求l中所述的電子元件安裝體，其中絕緣填料是無機填料。
3. 如權利要求l中所述的電子元件安裝體，其中包含樹脂和絕緣填料的樹脂混合物配置在第一和第二電子元件之 間，以及各個電子元件被樹脂混合物粘結在一起。
4. 如權利要求3中所述的電子元件安裝體，其中-包含在焊料連接體中的絕緣填料的熱膨脹系數，小于樹脂的熱膨脹系數。
5. 如權利要求3中所述的電子元件安裝體，其中包含在樹脂混合物中的絕緣填料和包含在焊料連接體中的絕緣填料 構成相同。
6. 如權利要求l中所述的電子元件安裝體，其中從晶態氧化硅、熔態氧化硅、鋁氧粉以及氧化鋁中選擇的至少一種 材料構成絕緣填料。
7. 如權利要求l中所述的電子元件安裝體，其中 第一電子元件是電路基板，第二電子元件是半導體。
8. 如權利要求l中所述的電子元件安裝體，其中 第一 電子元件和第二電子元件兩者都是電路基板。
9. 如權利要求l中所述的電子元件安裝體，其中當焊料粉末熔化時，形成焊料連接體，當焊料粉末自組裝時，焊料 連接體形成在各個電子元件的電極之間，以及當焊料粉末自組裝時，焊 料連接體中的絕緣填料被包含在焊料連接體中。
10. 如權利要求9中所述的電子元件安裝體，其中 焊料連接體中的絕緣填料的顆粒直徑小于焊料粉末的顆粒直徑。
11. 一種電子元件安裝體，包括 第一電子元件，配置有多個電極；第二電子元件，配置有多個電極并且面對第一電子元件，處于第二 電子元件的電極面對第一 電子元件的電極的狀態；焊料連接體，配置在第一電子元件的電極和第二電子元件的電極之 間，以使第一和第二電子元件的電極相互電氣連接，以及樹脂混合物，配置在第一和第二電子元件之間，以使第一和第二電子元件粘結在一起，其中焊料連接體和樹脂混合物包含構成相同的絕緣填料。
12. 如權利要求ll中所述的電子元件安裝體，其中 當焊料粉末熔化時，形成焊料連接體，當焊料粉末自組裝時，焊料連接體形成在各個電子元件的電極之間，以及當焊料粉末自組裝時，焊 料連接體中的絕緣填料被包含在焊料連接體中。
13. 如權利要求12中所述的電子元件安裝體，其中焊料連接體中的絕緣填料的顆粒直徑小于焊料粉末的顆粒直徑。
14. 一種配置有焊料凸點的電子元件，包括 多個電極；以及配置在電極上的焊料凸點，其中焊料凸點包含絕緣填料。
15. 如權利要求14中所述的配置有焊料凸點的電子元件，其中從晶態氧化硅、熔態氧化硅、鋁氧粉以及氧化鋁中選擇的至少一種 材料構成絕緣填料。
16. 如權利要求14中所述的配置有焊料凸點的電子元件，其中 電子元件是半導體。
17. 如權利要求14中所述的配置有焊料凸點的電子元件，其中 電子元件是電路基板。
18. 如權利要求14中所述的配置有焊料凸點的電子元件，其中 當焊料粉末熔化時，形成焊料凸點，當焊料粉末自組裝時，焊料凸點形成在電極上，以及當焊料粉末自組裝時，焊料連接體中的絕緣填料 被包含在焊料凸點中。
19. 一種包含樹脂、焊料粉末和絕緣填料的焊料樹脂混合物，其中 絕緣填料被進行表面處理，以改善絕緣填料相對于熔化的焊料的可浸潤 性。
20. 如權利要求19中所述的焊料樹脂混合物，其中進一步包含空氣 泡產生劑。
21. 如權利要求19中所述的焊料樹脂混合物，其中 焊料粉末的顆粒直徑大于絕緣填料的顆粒直徑。
22. —種電子元件安裝方法，其中，將配置有多個電極的第一電子元件和配置有多個電極的第二電子元件放置成各個電子元件的電極相互 面對，并且相互面對的第一和第二電子元件的電極通過焊料相互電氣連接，所述方法包括第一歩驟，其中將包含有樹脂、焊料粉末和絕緣填料的焊料樹脂混 合物提供給其上形成有電極的第一電子元件的表面；第二步驟，其中將第二電子元件放置成面對第一電子元件，處于各個電子元件的電極相互面對的狀態；第三步驟，其中對焊料樹脂混合物加熱；以及第四步驟，其中當包含在焊料樹脂混合物中的焊料粉末在第一和第 二電子元件的電極上自組裝時，形成焊料連接體，使得各個電子元件的電極相互電氣連接，其中當在第四步驟中焊料粉末自組裝時，絕緣填料中的至少一部分被包 含在焊料連接體中。
23. 如權利要求22中所述的電子元件安裝方法，其中進一步包括第 五步驟，其中在第四步驟以后，焊料樹脂混合物中的樹脂被固化，使得 第一和第二電子元件粘結在一起。
24. 如權利要求22中所述的電子元件安裝方法，其中 包含空氣泡產生劑的焊料樹脂混合物用作焊料樹脂混合物，以及 在第三步驟中空氣泡從空氣泡產生劑中產生，使得焊料粉末在電極 上自組裝。
25. 如權利要求22中所述的電子元件安裝方法，其中第二電子元件是半導體。
26. —種制造電子元件的方法，其中焊料凸點在電子元件中配置的多個電極上形成，所述方法包括第一步驟，其中將包含樹脂、焊料粉末和絕緣填料的焊料樹脂混合物供給電子元件；第二步驟，其中對焊料樹脂混合物加熱；以及第三步驟，其中包含在焊料樹脂混合物中的焊料粉末在電極上自組 裝，使得在電極上形成焊料凸點，其中當在第三步驟中焊料粉末自組裝時，絕緣填料中的至少一部分被包 含在焊料連接體中。
27. 如權利要求26中所述的電子元件安裝方法，其中 包含空氣泡產生劑的焊料樹脂混合物用作焊料樹脂混合物，以及 在第二步驟中空氣泡從空氣泡產生劑中產生，使得焊料粉末在電極上自組裝。
全文摘要
在電子元件安裝方法中，第一電子元件的電極和第二電子元件的電極通過焊料連接體電氣連接，并且焊料連接體包含焊料和絕緣填料。另一方法是，在電子元件的電極上形成焊料凸點，并且焊料凸點包含絕緣填料。
文檔編號H05K1/14GK101395976SQ200780007498
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月23日 優先權日2006年3月3日
發明者中谷誠一, 保手浜健一, 北江孝史, 澤田亨, 辛島靖治 申請人:松下電器產業株式會社