专利名称：电子元件安装体、具有焊料凸点的电子元件、焊料树脂混合材料、电子元件安装方法以及 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子元件安装体，其包含配置有焊料凸点的电子元件， 以及用于电子元件安装体的焊料树脂混合材料。
背景技术：
为了响应对用于电子设备的半导体集成电路(LSI)更高密度和更高 集成度的最新要求，正在快速开发各具有大量引脚和更窄间距的LSI中 的电极。当在电路基板上安装LSI芯片时，常采用芯片倒装的方法以减 少布线延时。倒装芯片安装的常规方法是在LSI芯片上的电极上形成焊 料凸点，然后通过焊料凸点使LSI芯片的电极与形成在电路基板上的电 极粘结在一起，好像单一的部件。
但是，为了在电路基板上安装具有超过5000个电极的新一代LSI, 就需要形成与窄到最多lOOiam的间距相应的凸点，使用目前可用的焊料 凸点形成工艺很难满足这种要求。而且，需要形成与电极数目相应的大 量凸点，就有必要减少每芯片的安装节拍以降低成本。
凸点形式工艺的常见的例子是镀敷法、丝网印刷法等等。镀敷法适 用于窄的间距，但缺点是步骤复杂和生产率低。丝网印刷法生产率高， 但因为要使用掩模不适合窄的间距。
为了克服这些缺点，近来提出了一些在LSI或电路基板的电极上有 选择地形成悍料凸点的工艺。这些工艺不仅适合于形成微细的凸点，而 且由于能一次操作形成凸点，所以在生产率方面也是优越的；这些工艺 正引起注意，期望它们适用于在电路基板上安装新一代LSI。
这些工艺之一叫做焊料涂敷法(例如见专利文件1)。根据这些工艺， 混有金属颗粒和助焊剂的膏状焊料被密实地涂敷在形成有电极的基板表
面上，基板被加热以致金属颗粒熔化，然后焊料凸点就有选择地在可浸 润性高的电极上形成。
根据另一种叫超焊料法的工艺(例如见专利文件2)，包含有机酸铅 盐并以金属锡为其主要成分的膏状合成物(化学反应淀积焊料)被密实
地涂敷在形成有电极的基板表面上，基板被加热从而在Pb和Sn之间产 生置换反应，然后Pb/Sn合金就有选择地淀积在电极上。
但是，其中将膏状合成物涂敷在基板上的焊料涂敷法和超焊料法中， 会局部发生厚度和浓度的变化。结果，在每一电极上附着的焊料量有所 不同，这就不可能获得高度均匀的凸点。此外，根据这些方法，其中将 膏状合成物涂敷在因其上形成有电极而不平坦的电路基板上，构成凸起 部的电极不能被提供足够的焊料量，因而难以获得具有合乎倒装芯片安 装需要的高度的料堆(dump)。
此外，采用常规凸点形成工艺的倒装芯片安装还要求一个步骤，即 将称为下填料的树脂注入半导体芯片与电路基板之间，以便在半导体芯 片安装在其上提供有凸点的电路基板上以后，使半导体芯片固定在电路 基板上。
因此，幵发了使用各向异性导电材料的倒装芯片安装工艺(例如见 专利文件3)，作为同时实现两种操作的方法相互面对的半导体芯片和 电路基板两者的电极之间的电气连接；以及半导体芯片与电路基板的固 定。根据这种工艺，将包含导电颗粒的热固性树脂涂敷在半导体芯片与 电路基板之间，对半导体芯片加压并同时对热固性树脂加热。这样，半 导体芯片和电路基板两者的电极能相互电气连接，同时半导体芯片能与 电路基板固定。使用各向异性导电材料的倒装芯片安装工艺不仅适用于 半导体芯片与电路基板之间的电气连接，也适用于两个电路基板之间的 连接。
专利文件1:日本专利申请特许公开2000-94179 专利文件2:日本专利申请特许公开H1-157796 专利文件3:日本专利申请特许公开2000-332055 专利文件4:日本专利申请特许公开2004-260131 非专利文件1: 10th Symposium on "Micro joining and
Assembly Technology in Electronics"(第10届"电子学中的微连接和 组装工艺"学术会议论文集)，February 5-6， 2004， pp. 183-188 非专利文件2: 9h Symposium on "Micro joining and
Assembly Technology in Electronics"(第9届"电子学中的微连接和组 装工艺"学术会议论文集)，February 6-7, 2003, pp.115-120
发明内容
本发明要解决的问题
但是，在如前所述使用各向异性导电材料的芯片倒装及基板互连中， 电极之间的导电是通过导电颗粒的机械接触获得的，这难以使导电稳定。
此外，被相互面对的电极夹在中间的导电颗粒通过热固化时产生的 树脂的粘结力而保持。因此，必须控制热固性树脂的弹性系数和热膨胀 系数以及导电颗粒的颗粒直径分布。
因此，当将利用各向异性导电材料的倒装芯片安装工艺应用于每片 具有超过5000个电极的新一代LSI芯片时，在生产率和可靠性方面仍存 在若干有待解决的问题。当应用于要求窄间距、大数量引脚连接和高可 靠性的基板互连时，在工艺上同样存在若干有待解决的类似问题。
解决问题的方法
技术领域：
本发明是为了解决上述这些问题，它的主要目的是提供一种可靠地 适用于新一代LSI芯片倒装和基板互连的电子元件安装体。 根据本发明的电子元件安装体包括 第一电子元件，配置有多个电极；
第二电子元件，配置有多个电极并且面对第一电子元件，处于第二 电子元件的电极面对第一电子元件的电极的状态；以及
焊料连接体，配置在第一电子元件的电极和第二电子元件的电极之 间，以使第一和第二电子元件相互电气连接，其中焊料连接体包含绝缘填料。
根据本发明的另 一 电子元件安装体包括 第一电子元件，配置有多个电极；
第二电子元件，配置有多个电极并且面对第一电子元件，处于第二
电子元件的电极面对第一电子元件的电极的状态；
焯料连接体，配置在第一电子元件的电极和第二电子元件的电极之
间，以使第一和第二电子元件相互电气连接；以及
树脂混合物，配置在第一和第二电子元件之间，以使第一和第二电 子元件粘结在一起，其中焊料连接体和树脂混合物包含构成相同的绝缘填料。
根据本发明的配置有焊料凸点的电子元件包括
多个电极；以及
配置在电极上的焊料凸点，其中焊料凸点包含绝缘填料。
根据本发明的焊料树脂混合物是包含树脂、焊料粉末和绝缘填料的 焊料树脂混合物，其中绝缘填料被进行表面处理，以改善相对于被熔化 的焊料的可浸润性。
根据本发明的电子元件安装方法是一种安装电子元件的方法，其中， 将配置有多个电极的第一电子元件和配置有多个电极的第二电子元件放 置成各个电子元件的电极相互面对，并且相互面对的第一和第二电子元 件的电极通过焊料相互电气连接，该方法包括
第一步骤，其中将包含树脂、焊料粉末和绝缘填料的焊料树脂混合 物供给其上形成有电极的第一电子元件的表面；
第二步骤，其中将第二电子元件放置成与第一电子元件面对，处于 各个电子元件的电极相互面对的状态；
第三步骤，其中对焊料树脂混合物加热；以及
第四步骤，其中当包含在悍料树脂混合物中的焊料粉末在第一和第 二电子元件的电极上自组装(self-assemble)时形成焊料连接体，使得各 个电子元件的电极相互电气连接，其中，
当在第四步骤中焊料粉末自组装时，绝缘填料的至少一部分包含在 焊料连接体中。
根据本发明的电子元件的制造方法是一种制造电子元件的方法，其 中在电子元件中配置的多个电极上形成焊料凸点，该方法包括
第一步骤，其中将包含树脂、焊料粉末和绝缘填料的焊料树脂混合 物供给电子元件；以及
第二步骤，其中对焊料树脂混合物加热；
第三步骤，其中包含在焊料树脂混合物中的焊料粉末在电极上自组 装，使得在电极上形成焊料凸点，其中，
当在第三步骤中焊料粉末自组装时，绝缘填料的至少一部分包含在 焊料连接体中。
发明效果
根据本发明的电子元件安装体和配置有焊料凸点的电子元件，其中
热膨胀系数较小的绝缘填料被包含在焊料连接体和焊料凸点中，能改善
连接可靠性而不损失电特性。
根据本发明的电子元件安装方法和电子元件制造方法，在焊料连接 体和焊料凸点刚形成时就包含有绝缘填料。结果，能以较短的生产节拍
制造电子元件，这就提高了生产率。
图1A是说明根据本发明的优选实施方式1的电子元件安装方法中的
第一状态的工艺过程截面图。
图1B是说明根据优选实施方式1的电子元件安装方法中的第二状态 的工艺过程截面图。
图1C是说明根据优选实施方式1的电子元件安装方法中的第三状态 的工艺过程截面图。
图2A是说明安装方法中的第一状态的工艺过程截面图，其中空气泡 产生剂包含在焊料树脂混合物中，这是根据优选实施方式1的电子元件 安装方法。
图2B是说明安装方法中的第二状态的工艺过程截面图，其中空气泡 产生剂包含在焊料树脂混合物中，这是根据优选实施方式1的电子元件 安装方法。
图2C是说明安装方法中的第三状态的工艺过程截面图，其中空气泡 产生剂包含在焊料树脂混合物中，这是根据优选实施方式1的电子元件 安装方法。
图2D是说明安装方法中的第四状态的工艺过程截面图，其中空气泡
产生剂包含在焊料树脂混合物中，这是根据优选实施方式1的电子元件 安装方法。
图3A是说明安装方法中的第一状态的工艺过程截面图，其中包含清 洗步骤，这是根据优选实施方式1的电子元件安装方法。
图3B是说明安装方法中的第二状态的工艺过程截面图，其中包含清 洗步骤，这是根据优选实施方式1的电子元件安装方法。
图3C是说明安装方法中的第三状态的工艺过程截面图，其中包含清
洗步骤，这是根据优选实施方式l的电子元件安装方法。
图3D是说明安装方法中的第四状态的工艺过程截面图，其中包含清
洗步骤，这是根据优选实施方式l的电子元件安装方法。
图4A是说明根据本发明的优选实施方式2的附着有焊料凸点的电子 元件安装方法中的第一状态的工艺过程截面图。
图4B是说明根据本发明的优选实施方式2的附着有焊料凸点的电子
元件安装方法中的第二状态的工艺过程截面图。
图4C是说明根据本发明的优选实施方式2的附着有焊料凸点的电子 元件安装方法中的第三状态的工艺过程截面图。
图5A是说明安装方法中的第一状态的工艺过程截面图，其中焊料树 脂混合物中包含有空气泡产生剂，这是根据优选实施方式2的附着有焊 料凸点的电子元件安装方法。
图5B是说明安装方法中的第二状态的工艺过程截面图，其中焊料树 脂混合物中包含有空气泡产生剂，这是根据优选实施方式2的附着有焊 料凸点的电子元件安装方法。
图5C是说明安装方法中的第三状态的工艺过程截面图，其中焊料树 脂混合物中包含有空气泡产生剂，这是根据优选实施方式2的附着有焊 料凸点的电子元件安装方法。
图5D是说明安装方法中的第四状态的工艺过程截面图，其中焊料树 脂混合物中包含有空气泡产生剂，这是根据优选实施方式2的附着有焊 料凸点的电子元件安装方法。
图5E是说明安装方法中的第五状态的工艺过程截面图，其中焊料树 脂混合物中包含有空气泡产生剂，这是根据优选实施方式2的附着有焊
料凸点的电子元件安装方法。
图6A是说明根据优选实施方式2的电子元件安装体制造方法的第一 状态的工艺过程截面图。
图6B是说明根据优选实施方式2的电子元件安装体制造方法的第二 状态的工艺过程截面图。
图6C是说明根据优选实施方式2的电子元件安装体制造方法的第三 状态的工艺过程截面图。
图7A是说明附着有焊料凸点的电子元件和电子元件安装体的制造 方法的第一状态的工艺过程截面图，其中焊料球用作比较示例。
图7B是说明附着有焊料凸点的电子元件和电子元件安装体的制造方 法的第二状态的工艺过程截面图，其中焊料球用作比较示例。
图7C是说明附着有焊料凸点的电子元件和电子元件安装体的制造方 法的第三状态的工艺过程截面图，其中焊料球用作比较示例。
图7D是说明附着有焊料凸点的电子元件和电子元件安装体的制造 方法的第四状态的工艺过程截面图，其中焊料球用作比较示例。
参考符号说明
1第一电子元件
2第二电子元件
3焊料树脂混合物
4焊料粉末
5绝缘填料
6电极
7树月旨
8焊料连接体 9焊料凸点 10空气泡 11树脂混合物 12平板 13焊料球
具体实施例方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施方式。在下面描述的附图中， 为简化描述，功能基本上相同的元件用相同的参考符号表示。本发明不 限于下面所描述的实施例。
优选实施方式1
图1A-1C说明根据本发明的优选实施方式1的电子元件安装方法。
如图1A所示，包括树脂7、焊料粉末4和绝缘填料5的焊料树脂混 合物3，提供在其上形成有多个电极6的第一电子元件1的表面上。绝缘 填料5不熔化地与焊料即焊料粉末4的材料混合。
然后，如图1B所示，提供有多个电极6的第二电子元件2安装在提 供有多个电极的第一电子元件1表面上的确定位置，使第一电子元件1 的电极6与第二电子元件2的电极6相互面对。在这样的状态下，以高 于焊料熔点的温度对焊料树脂混合物3加热。
当焊料树脂混合物3被加热时，焊料粉末4自组装于电极6上，因 此形成焊料连接体8。在形成过程中，焊料树脂混合物3中的绝缘填料5 同时包含在焊料连接体8中。结果获得具有图1C所示结构的电子元件安 装体，其中第一电子元件1的电极6与第二电子元件2的电极6相互电
气连接。
在焊料粉末的自组装中，通过利用焊料粉末4相对于电极6和6的 可浸润性与焊料粉末4相对于第一电子元件1未配置电极处的表面上的 可浸润性之间的差别，焊料粉末4可组装在电子元件1和2的电极6和6 上。优选地，利用事先在焊料树脂混合物中加进空气泡产生剂所获得的 效果，使焊料粉末4在电子元件1和2的电极6和6上进行自组装。
本发明的申请人研究过适用于新一代LST芯片的倒装芯片安装方法 和焊料凸点形成方法，并提出了新颖的方法，其中借助于空气泡产生剂， 电极能均匀地相互连接。在这种方法中，空气泡产生剂在安装以前就包 含在焊料树脂混合物3中。下面将参考图2A-2D说明根据优选实施方式 1的使用空气泡产生剂的电子元件制造方法。
空气泡产生剂(未示出)被包含在焊料树脂混合物3中，由此得到 的焊料树脂混合物3涂敷在其上形成有电极的第一电子元件1的表面上(见图2A)。第二电子元件2被置于其上形成有电极的第一电子元件1
表面上的确定位置(见图2B)，然后，将焊料树脂混合物3加热至少达到 从空气泡产生剂中产生空气泡的温度。由于加热处理的结果，空气泡10 从空气泡产生剂产生并渐渐变得大些(见图2C)。由于树脂的表面张力， 多数空气泡10有选择地在两个元件1和2形成有电极的表面上的平坦区 域(未形成电极的区域)内渐渐变得大些。同时，树脂7以及包含在树 脂7中的焊料粉末4和绝缘填料5因树脂7的表面张力而更可能出现在 电极6上，在电极6上自组装。树脂、焊料粉末以及绝缘填料由于产生 出来的空气泡而移动，并因此在电极上自组装。最后，焊料粉末4在多 个电极6和6上可浸润地扩展，同时，电气连接电极6和6的焊料连接 体8由可浸润地扩展的焊料粉末4形成。这时，所形成的焊料连接体8 中包含有树脂7中的绝缘填料5 (见图2D)。组装在电极6上的某些绝缘 填料5可能不被包含，因为当焊料粉末4可浸润地扩展到电极6上时， 绝缘填料5被推出电极区域。换句话说，组装于电极6上的绝缘填料不 需要全部被包含，而只需要被包含一部分。例如对于一个(piece)绝缘 填料，可能是整个包含在焊料连接体中，也可能是它的至少一部分组装 在焊料连接体中。当焊料粉末如此自组装时，焊料粉末和绝缘填料与树 脂一起在电极上组装，并且焊料粉末在那里可浸润地扩展。结果，当焊 料连接体8形成时，更多的绝缘填料很容易包含在焊料连接体8中。
焊料连接体8可通过利用熔态焊料粉末4的可浸润性而使焊料粉末4 自组装的方法来形成。那样，可使用不包含空气泡产生剂的悍料树脂混 合物。
现在描述焊料粉末4的自组装，其中树脂7中均匀地散布有焊料粉 末4的焊料树脂混合物3被均匀地涂敷在包括期望形成焊料连接体8的 区域的表面上，这个表面须经预定的处理例如加热。焊料粉末4的自组 装不必限于上述方法，只要焊料连接体8有选择地在需要的电极6上形 成，任何方法都可采用。更具体地说，自组装表示一种状态，那里焊料 粉末、绝缘填料和树脂出现在电极上的概率很高，因为它们随着空气泡 产生剂的沸腾以及因此产生的空气泡而移动。自组装和焊料粉末是否熔 化没有关系。在焊料粉末熔化的情况下，焊料粉末在自组装并包含绝缘
填料的同时，可浸润地扩展到电极上。在焊料粉末未熔化的情况下，焊 料粉末可浸润地扩展到电极上，同时在焊料粉末自组装时，在加热温度 设置为至少熔化温度以后包含绝缘填料。
在将焊料球装在电子元件的电极上的常规安装方法中，不可能使焊 料球包含绝缘填料。在根据本发明的焊料粉末自组装的安装方法中，绝 缘填料5被包含在焊料树脂混合物3中。结果，能容易得到其中形成焊 料连接体8并包含绝缘填料5的结构。因此，电子元件的机械强度能显 著地改善。
绝缘填料5的平均颗粒直径优选地小于包含在焊料树脂混合物3中 的焊料粉末4的平均颗粒直径，因为绝缘填料5能因此更容易包含在焊 料连接体8中。这是因为当焊料粉末的颗粒直径增加时，氧化物覆盖膜 较薄，它帮助焊料粉末容易地在电极上可浸润地扩展，并且绝缘填料5 能因此更容易包含在焊料连接体8中。另外，在焊料粉末的颗粒直径大 于绝缘填料的颗粒直径的情况下，焊料粉末4容易可浸润地扩展到电极6 上，从而覆盖绝缘填料。结果，绝缘填料能容易包含在焊料连接体中。
绝缘填料5的平均颗粒直径优选地小于第一电子元件1的电极6与 第二电子元件的电极6之间的间隔，因为当绝缘填料5的颗粒直径小于 电极6之间的间隔时，绝缘填料5能容易包含在焊料连接体8中。
在焊料粉末4照这样自组装并且焊料连接体8形成以后，树脂7优 选地被固化，以使第一电子元件1和第二电子元件2整体得以固定。例 如，热塑性树脂用作树脂7，并且加热到至少达到软化点，然后在焊料粉 末4自组装以后冷却。接着，树脂7再次固化，第一电子元件1和第二 电子元件2能因此整体地固定。进一步说，优选地将固化剂加到焊料树 脂混合物3中，在焊料粉末4自组装以后树脂7被固化，使得第一电子 元件1和第二电子元件2整体地得以固定。在这种情形下，各个步骤优 选地按照如下的方式独立地进行，即树脂7和固化剂以比焊料粉末4自 组装的速度更慢的速度进行固化。可采用的固化方法优选示例是热固化、 光固化等等。关于固化处理，固化处理不需要在一个阶段进行，而可以 在阶段B以后在两个阶段进行。
在优选实施方式1中，倒装芯片安装体是一种优选实施方式，其中
第一电子元件1是电路基板，第二电子元件2是半导体。此外，基板互 连也是一种优选实施方式，其第一电子元件1和第二电子元件2都是电 路基板。第一电子元件1不限于电路基板，它可以是任何常用的电子元 件，例如半导体、模块元件、无源元件或诸如此类。同样地，第二电子 元件2不限于半导体或电路基板，它可以是任何常用的电子元件。
可以预料，照这样在焊料连接体8中包含有绝缘填料5所制成的电
子元件安装体能改善连接的可靠性。通常，电子元件安装体内的焊料连
接体8经受因组成电子元件安装体的构件之间的热膨胀系数的不同而产
生的应力。当反复向其施加应力时，焊料中会发生疲劳断裂而使连接失
效。例如，在第一电子元件1是电路基板和第二电子元件2是半导体的 倒装芯片安装体中，组成半导体Si的热膨胀系数是几ppms，而由树脂形 成的电路基板的热膨胀系数是几十ppms。另外，在包括大量构件例如半 导体和电路基板的电极的安装体中，由于使用环境和半导体的热量所引 起的构件之间的热膨胀系数的不同，应力反复作用于焊料连接体8。在倒 装芯片安装体中，半导体和电路基板通常用包含树脂和绝缘填料的树脂 混合物相互固定，作为使作用在焊料上的应力分散的一种尝试。
在焊料连接体8包含有绝缘填料5的优选实施方式1中，焊料连接 体8的延伸率能被控制，这样可改善连接的可靠性。此外，因为其中包 含绝缘填料5，所以焊料连接体8能具有焊料粉末可浸润地扩展的形状， 应力能因此而分散。在其中焊料连接体8中只包含绝缘填料5的一部分 的结构中，绝缘填料5的剩余部分与树脂7接触，它在焊料连接体8与 树脂7之间起连接作用。由于这些可得到的效果，当绝缘填料5包含在 焊料连接体8中时电子元件安装体的可靠性能得到改善。
在图1C和2D所示的电子元件安装体的结构中，包含在焊料连接体 8中的绝缘填料5和包含在树脂混合物11中的绝缘填料5构成相同，这 样，安装过程能有利地简化。
进一步，如图3A至3D所示，下述安装方法(见图3D)是适用的 在制成其中焊料连接体8中包含有绝缘填料5的电子元件安装体以后(见 图3B)，进行洗去树脂7和绝缘填料5的步骤(见图3C)，填充包含树脂 7和绝缘填料5的另一树脂混合物11的步骤。在如此构成的方法中，优
选地用具有上述容易自组装的特殊性能的焊料粉末，作为图3A-3B所示
步骤中使用的焊料树脂混合物3所包含的悍料粉末4。另外，优选地是包 含在焊料树脂混合物3中的绝缘填料5具有容易被包含在焊料连接体8 中的特殊性能，或者在包含于焊料连接体8以后能够保持可靠性。此外， 后来要填充的树脂混合物11 (见图3D)优选地具有适合于第一和第二电 子元件整体固定的性能以及良好的热可释性。
当绝缘填料5被包含在焊料连接体8中时，可能是所有的绝缘填料5 被吸收而包含在焊料连接体8中，也可能是绝缘填料5的至少一部分被 吸收而包含在焊料连接体8中。在本发明中，术语"包含"在所有这些 可能的结构中都会使用。而且，绝缘填料5不一定包含在所有的焊料连 接体8中，绝缘填料5可包含在电子元件安装体的多个焊料连接体8的 至少一部分中。
焊料粉末4优选地不保留在其中不发生焊料粉末4自组装的剩余的 树脂混合物ll中；但是，少量的焊料粉末可能保留其中。即使焊料粉末 4保留在剩余的树脂混合物11中，本发明也能完全实现，只要剩余的焊 料粉末数量不会有害地影响绝缘的可靠性等就可以。在如图3A-3D所示 的焊料粉末4自组装(见图3A和3B)以后包括有洗去剩余树脂混合物 11的歩骤(图3C)情况下，剩余的树脂混合物11和保留的焊料粉末4 两者都被除去。在剩余的树脂混合物11被洗去以后，不包含焊料粉末4 的树脂混合物11被填充到第一和第二电子元件1和2之间，如图3D所 示。
根据优选实施方式1从晶态氧化硅、熔态氧化硅、铝氧粉以及氧化 铝中选择一种或多种无机填料构成绝缘填料5。填料的形状没有特别的限 制，可以是片状、针状或球状。如果对绝缘填料5的表面改性，就能控 制填料怎样包含在焊料连接体8中。作为绝缘填料5表面改性的一个优 选例子，通过利用表面处理剂例如硅垸偶连剂或钛酸盐基偶连剂，可以 控制相对于树脂的疏水性、亲水性、可浸润性，以及相对于表面焊料的 可浸润性。此外，如果改变表面粗糙度，也能发挥类似的效果。
根据优选实施方式1的焊料粉末4的优选例子，是通常使用的含铅 焊料例如SnPb，和不含铅焊料例如SnAgCu、 SnAg、 SnAgBiln、 SnSb和
SnBi;但焊料粉末4的类型没有特别的限制。此外，平均颗粒直径优选
地为l-100pm，也没有特别的限制。
根据优选实施方式1的树脂7的优选例子是热固性树脂例如环氧树 脂、酚树脂、硅树脂和密胺树脂；热塑性树脂例如聚酰胺、聚碳酸脂、 聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene telephthalate)、聚苯硫醚；以及诸 如此类；但树脂7的类型没有特别的限制。另外，在如图3所示存在清 洗步骤的情况下，除上述树脂以外，还可使用硅油、甘油、烃基油以及 诸如此类。
优选实施方式2
图4A-4C说明根据本发明的优选实施方式2的提供有焊料凸点的电 子元件的制造方法。根据本优选实施方式的提供有焊料凸点的电子元件 中的与优选实施方式1中相同的元件，用相同的符号表示。本优选实施 方式除下述不同以外与优选实施方式1类似，因此省略对类似部分的详 细描述。
如图4A所示，向在其上形成有多个电极6的电子元件1A的表面提 供焊料树脂混合物3。焊料树脂混合物3包括树脂7、焊料粉末4和绝缘 填料5。绝缘填料5未熔化地与焊料混合。
当如此提供的焊料树脂混合物3被加热时，焊料粉末4自组装在电 极6上从而形成焊料凸点9，如图4B所示。这时，包含在焊料树脂混合 物3中的绝缘填料5同时包含在焊料凸点9中。最终阶段的加热温度高 于焊料的熔点。
然后，如图4C所示，包含树脂7和绝缘填料5的树脂混合物11被 洗去，制成提供有焊料凸点的电子元件，而焊料凸点9中含有绝缘填料5。
在焊料粉末4的自组装中，以根据优选实施方式1的电子元件安装 体的类似方式，利用熔态焊料粉末4的可浸润性，焊料粉末可组装在电 子元件1A的电极6上。但是，该方法优选地适用于在焊料树脂混合物3 中加进空气泡产生剂，并且焊料粉末通过由此所得到的效果在电子元件 1A的电极6上自组装。
现在参考图5A-5E描述电子元件的制造方法，其中焊料树脂混合物3 中包含有空气泡产生剂。空气泡产生剂(未示出)被加进焊料树脂混合
物3，所得到的焊料树脂混合物3散布到电子元件1A上(见图5A)。使 平板12紧靠散布的焊料树脂混合物3，在它们之间形成基本上封装的空 间(见图5B)，然后，将焊料树脂混合物3加热至高于使空气泡产生剂产 生空气泡的温度。因此，气泡10从空气泡产生剂中产生并渐渐变得大些 (见图5C)，使得树脂7、焊料粉末4和绝缘填料5避开气泡10并因此 移动至电极6上面的位置而在那里组装。同时，树脂7以及包含在树脂7 中的焊料粉末4和绝缘填料5在电极6上自组装。最后，焊料粉末4在 电极6上可浸润地扩展而在电极6上形成焊料凸点9。这时，绝缘填料5 也包含在焊料凸点9中(见图5D)。最后，如图5E所示，其不构成焊料 凸点9的剩余树脂混合物11被洗去，从而获得提供有焊料凸点的电子元 件。
在利用熔态焊料粉末的可浸润性使焊料粉末自组装的情况下，不包 含空气泡产生剂的焊料树脂混合物可用作焊料树脂混合物3。焊料粉末4 的自组装的意义和自组装的产生过程如在优选实施方式1中所述。
在将焊料球安装在电子元件的电极上的常规安装方法中，焊料球不 可能包含绝缘填料。在本发明中，在使焊料粉末自组装的电子元件制造 方法中，绝缘填料5被包含在焊料树脂混合物3中。结果，很容易得到 在电极6上形成有焊料凸点9并且其中包含有绝缘填料5的结构。
如在优选实施方式1中那样，绝缘填料5的平均颗粒直径优选地小 于包含在焊料树脂混合物3中的焊料粉末4的平均颗粒直径，因为绝缘 填料5能因此顺利地包含在焊料凸点9中。绝缘填料5的平均颗粒直径 优选地小于电子元件1A的电极6与平板12之间的间隔。
当使用如此制造的提供有焊料凸点的电子元件时，电子元件安装体 能够根据图6A-6C所示的安装方法来制造。更具体地说，提供有焊料凸 点的电子元件1A (此后称为第一电子元件1A)和另一电子元件2 (此后 称为第二电子元件2) —个放置在另一个的上面，使得第一电子元件1A 的电极6 (焊料凸点9)与第二电子元件2的电极6相互面对(见图6A)。 将第一 电子元件1A和2两者加热至使焊料熔化的温度或者加压至挤压状 态，使第一电子元件1A的电极6与第二电子元件2的电极6相互电气连 接(见图6B)。接着，将包含树脂7和绝缘填料5的树脂混合物11注入
两个元件1A和2之间，就能制成图6C所示的电子元件安装体。优选地 通过将一种氧化物膜除去剂例如助焊剂涂到焊料凸点9侧或第二电子元
件2的电极6侧，用等离子体处理焊料凸点9或者其他处理，以除去焊 料凸点9的氧化物膜。
在图6C所示的步骤中，如果将树脂混合物ll，其所包含的绝缘填料 5与焊料凸点9中的绝缘填料5相同，注入第一电子元件1A和2之间， 能制成具有与图1C和2D所示结构相同的电子元件安装体。如果将其所 包含的绝缘填料5与焊料凸点9中的绝缘填料5不同的树脂混合物11注 入，能制成具有与图3D所示结构相同的电子元件安装体。
图6C所示的电子元件安装体所发挥的效果与图1C、 2D和3D所示 的类似。因此，能提供在连接可靠性方面得到改善的电子元件安装体。
可以使用在焊料粉末4自组装以后没有清洗步骤而制成的电子元件 安装体，如果满足以下条件包含有绝缘填料5和树脂7的树脂混合物 11不阻止焊料凸点9被润湿以在第二电子元件的电极6上形成焊料连接 体8。
在焊料粉末4自组装以后，焊料粉末优选地不保留在树脂混合物11 中，如同优选实施方式l那样；但是，少量的焊料粉末4可能保留。在 树脂混合物11被洗去的情况下，剩余的焊料粉末4也能被除去。
优选实施方式2优选地适用于例如半导体、模块元件和无源元件这 样的电子元件。但是，只要按常规方式使用，对电子元件没有特别的限 制。
当电子元件安装体利用如此制造的提供有焊料凸点的电子元件来制 造时，可预料能增进连接的可靠性，如同根据优选实施方式1的电子元 件安装体那样的情况。
在优选实施方式2中，绝缘填料5被包含在焊料凸点9中，与优选 实施方式1的情况相同，并且绝缘填料5的构成也与优选实施方式1相 同。关于焊料粉末4、树脂7等等的材料，基于类似于根据优选实施方式 1的电子元件安装体所采用的材料，能实现该优选实施方式。因此，材料 不特别局限于优选实施方式2中的那些。
优选实施方式3
在根据本发明的优选实施方式3的焊料树脂混合物中，焊料粉末和 绝缘填料散布在树脂中。对包含在焊料树脂混合物中的绝缘填料进行表 面处理，为的是改善相对于熔态焊料的可浸润性，使得当焊料粉末自组 装时，能使其容易包含在焊料连接体或焊料凸点中。
优选地包含加热焊料树脂混合物时产生空气泡的空气泡产生剂。在 该情形下，通过优选实施方式1和2中所述空气泡产生剂的作用，焊料 粉末比较容易在电极上自组装，从而容易形成包含绝缘填料的焊料连接 体或焊料凸点。
所述这些焊料树脂混合物，在优选实施方式1和2的所述安装方法 中是很有用的。
焊料树脂混合物优选地是膏状或片状。通过给料器(dispenser)或印 刷或转移的方法，能将膏状混合物提供给电子元件。可以使用室温下为 固态的树脂，或者将硬化至阶段B并形成片状的树脂粘结至电子元件。
优选地从晶态氧化硅、熔态氧化硅、铝氧粉以及氧化铝中选择至少 一种或多种无机填料，构成根据优选实施方式3的绝缘填料5。填料的形 状可以是膏状、针状或球状，没有特别的限制。当绝缘填料5的表面改 性为如同优选实施方式1所述的表面时，可以得到同样的效果。
优选实施方式3所要求的材料例如焊料粉末和树脂，与优选实施方 式1中所述的材料相同，对于优选实施方式3中所述的材料没有特别的 限制。
包含在焊料连接体或焊料凸点中的绝缘填料的数量受下列因素影
响包含在焊料树脂混合物中的焊料凸点的绝缘填料的数量；绝缘填料 的类型、表面情况、颗粒直径和相对于熔态焊料的可浸润性；材料变数 例如焊料粉末或树脂的类型；在安装过程中自组装所需要的时间量；温 度分布；电极直径；电极间距以及诸如此类。在设计过程中必须考虑这
些因素。
在各个优选实施方式中被包含在焊料连接体中的填料(绝缘填料等 等)的数量可以是很少的(约为1-100个)。这么小的数量对于充分发挥 作用是足够的。
实施例1
21
在实施例1中，图2D所示电子元件安装体是根据优选实施方式1所 述的电子元件安装体制造方法制造的。
4每尺寸为10mmxl0mm的电路基板(由Panasonic Electronic Devices 公司供货的ALIVH基板，电极直径为100pm，电极间距为200pm，电极 数量为10x10 (=100个))作为第一电子元件1，并将半导体TEG芯片(电 极直径为100pm，电极间距为200pm，电极数量为10x10 (=100个))作 为第二电子元件2。
使用25wt。/。的双酚类-F类型的环氧基树脂(由Japan Epoxy Resins 公司供货的EPIKOTE806) +咪唑基固化剂(由SHIKOKU CHEMICAIS 公司供货)作为树脂7。使用30wtW的SnAgCu (颗粒直径为17pm)作 为焊料粉末4。使用42wt。/。的球状氧化硅填料(由DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA供货，FB-35,颗粒直径为9(am)作为绝 缘填料5，以及3wt。/。的二甘醇二甲醚(diethylene glycol dimethlether)(由 Wako Pure Chemical Industries公司供货)作为空气泡产生剂。提供由这些 材料混合而成的焊料树脂混合物3。
根据图2A-2D所示的安装方法，焊料树脂混合物3散布到其上形成 有电极的电路基板即第一电子元件1的表面上，并将作为第二电子元件2 的半导体安装在提供有电极的电路基板的确定的位置上，使电路基板的 电极6与半导体的电极6相互面对。然后以25(TC加热20秒，使得从空 气泡产生剂中产生空气泡，并且焊料粉末4在电极6上自组装，因而形 成焊料连接体8。在这种构造中，绝缘填料5被包含在焊料连接体8中。 继续以25(TC加热使树脂7进一步固化。结果，半导体和电路基板被固定， 制造出图2D所示的电子元件安装体。加热总共持续10分钟。
实施例2
使用与实施例1相同的那些材料，根据图2A-2D所示的安装方法制 造电子元件安装体，其中电路基板同时用作第一电子元件1和第二电子 元件2。以24(TC加热30秒，使得焊料粉末4在电极6上自组装并形成 焊料连接体8，而绝缘填料5被包含在焊料连接体8中。进一步以15(TC 加热一小时使树脂7进一步固化。结果电路基板相互固定，制造出图2D 所示的电子元件安装体。
实施例3
使用20wtQ/。的硅基树脂(甲基苯基硅油，KF54， Shin-Etsu Chemical 公司供货)作为树脂7。使用30wt。/。的SnAgCu (颗粒直径17pm)作为 焊料粉末4。使用45wt。/。的球状氧化硅填料(由DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA供货，FB-35，颗粒直径9|um)作为绝缘填料5。 使用5wt。/。二甘醇二甲醚(由Wako Pure Chemical Industries公司供货)作 为空气泡产生剂。提供由这些材料混合而成的焊料树脂混合物3。实施例 1中所用的元件用作第一电子元件1和第二电子元件2。此外，提供玻璃 板(1 Ommx 1 Ommx 1 mm， Matsunami Glass公司供货)作为平板12。
基于图5A-5E所示的方法，使焊料树脂混合物3散布到其上提供有 电极的电路基板的表面上，并使平板12紧靠提供有电极的表面。所得到 的电路基板以24(TC加热30秒，使得从空气泡产生剂中产生空气泡，并 且焊料粉末4在电极6上自组装从而形成焊料凸点9，而同时绝缘填料5 被包含在焊料凸点9中。然后，除去平板12，并用异丙醇洗去包含有环 氧树脂7和绝缘填料5的树脂混合物11 。结果，制造出提供有图5E所示 的焊料凸点的电子元件。
将实施例1中所用的半导体，安装在制成的提供有焊料凸点的电子 元件确定的位置上，使在电路基板的电极6上形成的焊料凸点9与半导 体的电极6相互面对。以24(TC对所得到的电子元件加热3分钟，帝U成图 6B所示的电子元件安装体。然后将一种下填充剂(包含氧化硅填料的环 氧树脂，T639/R1000， Nagase ChemtaX公司供货)注入所制成的电子元 件安装体中作为树脂混合物11，再加热固化。结果制造出图6C所示的提 供有焊料凸点的电子元件。
比较示例1
根据图7A-7D所示的安装方法制造电子元件安装体。采用实施例中 所用的电路基板，将助焊剂(Senju Metal Industry公司供货，Delta Lax 523H，未示出)涂到电路基板的电极6上，并且将焊料球13 (SenjuMetal Industry公司供货，直径100pm)在确定的位置处安装于其上(见图7A)。 以24(TC对所得到的电路基板加热，从而制成提供有焊料凸点的电子元 件。不需说明，焊料凸点不包含绝缘填料。以与实施例3所述的安装方
法相同的方式，将实施例1中所述的半导体安装在提供有焊料凸点的电 子元件上。更具体地说，将半导体安装在提供有焊料凸点的电子元件的 确定位置上，使得在电路基板的电极6上形成的焊料凸点9与半导体的
电极6相互面对(见图7B)。以24(TC对所得到的电子元件加热3分钟， 制成电子元件安装体。将下填充剂(包含氧化硅填料的环氧树脂， T639/R1000， Nagase ChemtaX公司供货)注入所制成的电子元件安装体 中作为树脂混合物11，然后加热使其固化。结果制成图7D中所示的电子 元件安装体。
对根据实施例1-3和比较示例1的电子元件安装体进行气相热冲击测 试(一个循环125'C持续30分钟和-4(TC持续30分钟)，以评价连接的 可靠性。测试结果表明即使经过1000次循环或更多的测试以后，根据 实施例1-3的电子元件安装体中的连接电阻无一增加，而在根据比较示例 1的电子元件安装体中的某些部分中，在经过700次循环以后观察到电阻 值增加，表示发生连接故障。在这些连接故障部分中，观察到焊料连接 体8中有断裂。因此，如果在焊料连接体8中包含绝缘填料5，就能提供 连接可靠性优良的电子元件安装体。
工业实用性
根据本发明的电子元件安装体、提供有焊料凸点的电子元件、焊料 树脂混合物和安装方法适用于下一代LSI的倒装芯片安装、适用于基板 互连以及诸如此类的工业应用。
权利要求
1. 一种电子元件安装体，包括第一电子元件，配置有多个电极；第二电子元件，配置有多个电极并且面对第一电子元件，处于第二电子元件的电极面对第一电子元件的电极的状态；以及焊料连接体，配置在第一电子元件的电极和第二电子元件的电极之间，以使第一和第二电子元件的电极相互电气连接，其中焊料连接体包含绝缘填料。
2. 如权利要求l中所述的电子元件安装体，其中绝缘填料是无机填料。
3. 如权利要求l中所述的电子元件安装体，其中包含树脂和绝缘填料的树脂混合物配置在第一和第二电子元件之 间，以及各个电子元件被树脂混合物粘结在一起。
4. 如权利要求3中所述的电子元件安装体，其中-包含在焊料连接体中的绝缘填料的热膨胀系数，小于树脂的热膨胀系数。
5. 如权利要求3中所述的电子元件安装体，其中包含在树脂混合物中的绝缘填料和包含在焊料连接体中的绝缘填料 构成相同。
6. 如权利要求l中所述的电子元件安装体，其中从晶态氧化硅、熔态氧化硅、铝氧粉以及氧化铝中选择的至少一种 材料构成绝缘填料。
7. 如权利要求l中所述的电子元件安装体，其中 第一电子元件是电路基板，第二电子元件是半导体。
8. 如权利要求l中所述的电子元件安装体，其中 第一 电子元件和第二电子元件两者都是电路基板。
9. 如权利要求l中所述的电子元件安装体，其中当焊料粉末熔化时，形成焊料连接体，当焊料粉末自组装时，焊料 连接体形成在各个电子元件的电极之间，以及当焊料粉末自组装时，焊 料连接体中的绝缘填料被包含在焊料连接体中。
10. 如权利要求9中所述的电子元件安装体，其中 焊料连接体中的绝缘填料的颗粒直径小于焊料粉末的颗粒直径。
11. 一种电子元件安装体，包括 第一电子元件，配置有多个电极；第二电子元件，配置有多个电极并且面对第一电子元件，处于第二 电子元件的电极面对第一 电子元件的电极的状态；焊料连接体，配置在第一电子元件的电极和第二电子元件的电极之 间，以使第一和第二电子元件的电极相互电气连接，以及树脂混合物，配置在第一和第二电子元件之间，以使第一和第二电子元件粘结在一起，其中焊料连接体和树脂混合物包含构成相同的绝缘填料。
12. 如权利要求ll中所述的电子元件安装体，其中 当焊料粉末熔化时，形成焊料连接体，当焊料粉末自组装时，焊料连接体形成在各个电子元件的电极之间，以及当焊料粉末自组装时，焊 料连接体中的绝缘填料被包含在焊料连接体中。
13. 如权利要求12中所述的电子元件安装体，其中焊料连接体中的绝缘填料的颗粒直径小于焊料粉末的颗粒直径。
14. 一种配置有焊料凸点的电子元件，包括 多个电极；以及配置在电极上的焊料凸点，其中焊料凸点包含绝缘填料。
15. 如权利要求14中所述的配置有焊料凸点的电子元件，其中从晶态氧化硅、熔态氧化硅、铝氧粉以及氧化铝中选择的至少一种 材料构成绝缘填料。
16. 如权利要求14中所述的配置有焊料凸点的电子元件，其中 电子元件是半导体。
17. 如权利要求14中所述的配置有焊料凸点的电子元件，其中 电子元件是电路基板。
18. 如权利要求14中所述的配置有焊料凸点的电子元件，其中 当焊料粉末熔化时，形成焊料凸点，当焊料粉末自组装时，焊料凸点形成在电极上，以及当焊料粉末自组装时，焊料连接体中的绝缘填料 被包含在焊料凸点中。
19. 一种包含树脂、焊料粉末和绝缘填料的焊料树脂混合物，其中 绝缘填料被进行表面处理，以改善绝缘填料相对于熔化的焊料的可浸润 性。
20. 如权利要求19中所述的焊料树脂混合物，其中进一步包含空气 泡产生剂。
21. 如权利要求19中所述的焊料树脂混合物，其中 焊料粉末的颗粒直径大于绝缘填料的颗粒直径。
22. —种电子元件安装方法，其中，将配置有多个电极的第一电子元件和配置有多个电极的第二电子元件放置成各个电子元件的电极相互 面对，并且相互面对的第一和第二电子元件的电极通过焊料相互电气连接，所述方法包括第一歩骤，其中将包含有树脂、焊料粉末和绝缘填料的焊料树脂混 合物提供给其上形成有电极的第一电子元件的表面；第二步骤，其中将第二电子元件放置成面对第一电子元件，处于各个电子元件的电极相互面对的状态；第三步骤，其中对焊料树脂混合物加热；以及第四步骤，其中当包含在焊料树脂混合物中的焊料粉末在第一和第 二电子元件的电极上自组装时，形成焊料连接体，使得各个电子元件的电极相互电气连接，其中当在第四步骤中焊料粉末自组装时，绝缘填料中的至少一部分被包 含在焊料连接体中。
23. 如权利要求22中所述的电子元件安装方法，其中进一步包括第 五步骤，其中在第四步骤以后，焊料树脂混合物中的树脂被固化，使得 第一和第二电子元件粘结在一起。
24. 如权利要求22中所述的电子元件安装方法，其中 包含空气泡产生剂的焊料树脂混合物用作焊料树脂混合物，以及 在第三步骤中空气泡从空气泡产生剂中产生，使得焊料粉末在电极 上自组装。
25. 如权利要求22中所述的电子元件安装方法，其中第二电子元件是半导体。
26. —种制造电子元件的方法，其中焊料凸点在电子元件中配置的多个电极上形成，所述方法包括第一步骤，其中将包含树脂、焊料粉末和绝缘填料的焊料树脂混合物供给电子元件；第二步骤，其中对焊料树脂混合物加热；以及第三步骤，其中包含在焊料树脂混合物中的焊料粉末在电极上自组 装，使得在电极上形成焊料凸点，其中当在第三步骤中焊料粉末自组装时，绝缘填料中的至少一部分被包 含在焊料连接体中。
27. 如权利要求26中所述的电子元件安装方法，其中 包含空气泡产生剂的焊料树脂混合物用作焊料树脂混合物，以及 在第二步骤中空气泡从空气泡产生剂中产生，使得焊料粉末在电极上自组装。
全文摘要
在电子元件安装方法中，第一电子元件的电极和第二电子元件的电极通过焊料连接体电气连接，并且焊料连接体包含焊料和绝缘填料。另一方法是，在电子元件的电极上形成焊料凸点，并且焊料凸点包含绝缘填料。
文档编号H05K1/14GK101395976SQ200780007498
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月23日 优先权日2006年3月3日
发明者中谷诚一, 保手浜健一, 北江孝史, 泽田亨, 辛岛靖治 申请人:松下电器产业株式会社