JP2007180123A

JP2007180123A - 回路装置、回路モジュールおよび回路装置の製造方法

Info

Publication number: JP2007180123A
Application number: JP2005374217A
Authority: JP
Inventors: Makoto Murai; 誠村井; Ryosuke Usui; 良輔臼井; Yasunori Inoue; 恭典井上; Shunichi Imaoka; 俊一今岡; Tetsuo Sawai; 徹郎澤井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】実装面積の増大を招くことなくＫＧＤ（ＫｎｏｗｎＧｏｏｄＤｉｅ）が保証された回路装置を提供する。
【解決手段】回路装置１０は、配線層２０に電気的に接続された回路素子３０および受動部品４０を封止樹脂層５０で封止された構造を有する。封止樹脂層５０は配線層２０の周縁部を残すように形成され、封止樹脂層５０の周囲に配線層２０が突出した状態となっている。封止樹脂層５０に突出した部分の配線層２０は、電極２２として用いられる。この電極２２は、上面が外部の回路装置との電気的な接続用の接続用端子２４として用いられ、下面が回路装置１０の動作試験用の試験用端子２６として使用される。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の回路素子が組み込まれたマルチチップモジュールおよびマルチチップモジュールに組み込むことに適した回路装置に関する。

携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムＬＳＩが求められている。一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるＬＳＩに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、ＬＳＩチップの高集積化にともないそのＩ／Ｏ数が増大する一方でパッケージ自体の小型化要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した半導体パッケージの開発が強く求められている。

こうした高密度化の要請に対応するパッケージ技術として、複数の回路素子が積層された多段スタック構造を採用したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）が知られている。

ＭＣＭでは、歩留まりの低下を抑制するために、個々の回路素子が良品であることが保証されたＫＧＤ（ＫｎｏｗｎＧｏｏｄＤｉｅ）であることが求められている。そこで、従来は、特許文献１のように、ＫＧＤを保証するための試験用電極と他の回路装置との接続用電極の両方を備えたパッケージを用いてＫＧＤを保証した回路装置が提供されていた。また、このような回路装置を用いてＭＣＭが構築されていた。
特開２００２−４００９５号公報

従来の回路装置では、試験用電極と接続用電極が同一面に設けられていたため、回路装置の実装面積の増大を招き、回路装置を組み込んだ回路モジュールの小型化が困難になる要因になっていた。

また、パッケージングされていないベアチップは、動作試験が困難であるため、動作試験の手間がコストの増大につながるという問題を抱えている他に、保存環境によって、品質が著しく低下し、市場に流通させることが困難になるという問題があった。

また、特許文献１に代表される従来の回路装置では、接続用電極がパッケージ上面に形成されているために、ボンディングワイヤのループ分だけ余分に回路装置が厚くなり、ＭＣＭの低背化の障害になっていた。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、実装面積の増大を招くことなくＫＧＤが保証された回路装置の提供にある。本発明の他の目的は、ＫＧＤが保証された回路装置を市場に供給することを可能にする技術の提供にある。本発明のさらに他の目的は、ＭＣＭの歩留まりを向上させる技術の提供にある。

本発明のある態様は、回路装置である。当該回路装置は、配線層と、配線層の上方に設けられた回路素子と、回路素子を封止する封止樹脂層と、配線層を介して回路素子と電気的に接続され、封止樹脂層の周囲に突出した状態で設けられている電極と、を備え、電極の一方の面が外部の電極端子と電気的に接続するための接続用端子であり、電極の他方の面が回路素子の動作を試験するための試験用端子であることを特徴とする。この態様によれば、試験用端子が接続用端子の裏面に設けられるので、試験用端子を設けることによる回路装置の実装面積の増大が解消され、回路装置を組み込む回路モジュールをより小型化することができる。また、試験用端子を用いて回路装置の動作確認を行うことにより、ＫＧＤが保証された回路装置を市場に供給することができる。

上記態様において、配線層の下面側に絶縁物からなる突起を備えてもよい。この態様によれば、(1)試験用端子の保護、(2)配線層および電極の短絡防止、(3)回路装置の位置決め容易性の向上、(4)回路装置を接着する際の傾き防止、(5)配線層間でのマイグレーション抑制などを図ることができる。

上記態様において、突起が配線層の隙間から突出した封止樹脂層の一部であってもよい。この態様によれば、回路装置の構造および製造プロセスを簡便化し、回路装置の製造コストを低減することができる。

上記態様において、電極が封止樹脂層の下方の領域に設けられていてもよい。回路装置を回路モジュールに組み込み、他の回路装置とワイヤボンディングする場合に、ワイヤのループ高さを封止樹脂層の厚み以下とすることにより、余分な厚みが生じないため回路モジュールを低背化することができる。

本発明の他の態様は、回路モジュールである。当該回路モジュールは、配線基板と、配線基板の上に実装された回路素子と、回路素子の上方に搭載された上述したいずれかの態様の回路装置と、回路素子および回路装置を封止する封止樹脂層とを備えることを特徴とする。この態様によれば、ＫＧＤが保証された回路素子が回路モジュールに組み込まれるため、回路モジュールの歩留まりが向上する。

本発明のさらに他の態様は、回路装置の製造方法である。当該回路装置の製造方法は、配線パターンが残るように金属板を選択的にハーフエッチングして溝を形成する工程と、配線パターンの上にめっき膜を形成する工程と、めっき膜の上に回路素子を搭載し、回路素子と配線パターンの所定位置のめっき膜とを電気的に接続する工程と、溝を埋めるとともに、配線パターンの周縁部のめっき膜が露出するように、回路素子を封止樹脂で封止する工程と、金属板の下面をハーフエッチングして、溝に埋め込まれた封止樹脂を金属板の下面側に突出させる工程と、を備えることを特徴とする。この態様によれば、一方の面に接続用端子が形成され、他方の面に試験用端子が形成された電極を備えることにより、実装面積の増大が抑制された回路装置を製造することができる。また、配線層の下部に絶縁性の突起が設けられた回路装置を容易に製造することができる。

本発明によれば、実装面積の増大を招くことなくＫＧＤが保証された回路装置を提供することができる。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１および図２は、それぞれ実施形態１に係る回路装置１０の構造を示す上面図および下面図である。図３は、回路装置１０の図１のＡ−Ａ’線上の断面図である。回路装置１０は、配線層２０、回路素子３０、受動部品４０および封止樹脂層５０を備える。

配線層２０は、導電部材で形成された所定の配線パターンを有する。配線層２０は、銅などの単一の金属によって形成されていてもよいが、複数の金属層によって形成されていてもよい。たとえば、銅からなる金属層の上にＮｉ膜を介してＡｕ膜を形成することにより、ワイヤボンディング時の接続信頼性を向上させることができる。

回路素子３０は、たとえば、IC(集積回路）、LSI(大規模集積回路)などの半導体チップである。回路素子３０は、電極面を上にした状態で、配線層２０と略同一な平面内に設けられた金属基板３２の上にはんだ３４によって接続されている。金属基板３２は、配線層２０と同様に、銅などの単一の金属によって形成されていてもよいが、複数の金属層によって形成されていてもよい。金属基板３２の層構造と配線層２０の層構造とを等しくすることにより、回路装置１０の製造プロセスを簡便にすることができる。回路素子３０の電極端子と配線層２０とは、金線などのワイヤ１５０によってワイヤボンディングされている。

受動部品４０は、コンデンサ、抵抗、コイル、インダクタなどの電子部品である。受動部品４０は、配線層２０の上にはんだ３６によって接続され、配線層２０と電気的に接続されている。

封止樹脂層５０は、配線層２０の上方に設けられた回路素子３０および受動部品４０を封止し、回路素子３０および受動部品４０を外界からの影響から保護している。封止樹脂層５０の材料は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性の絶縁樹脂である。回路素子３０および受動部品４０を封止樹脂層５０で封止することにより、回路装置１０を実装する前の動作試験時等において回路素子３０等が破壊や損傷を受けることを抑制することができる。また、回路装置１０の保管環境によって回路素子３０等の特性が変化することが抑制されるため、ベアチップでは困難であった市場流通が可能になる。

封止樹脂層５０は、回路装置１０の周縁部の配線層２０が露出するように形成されている。これにより、配線層２０の一部が封止樹脂層５０の周囲に突出した状態となり、配線層２０のうち、封止樹脂層５０の周囲に突出した部分が電極２２となっている。電極２２の上面は、外部の電極端子と電気的に接続するための接続用端子２４として用いられる。また、電極２２の下面は、電極２２の上面と等電位であるため、回路素子３０および／または受動部品４０の動作を試験するためのプローブ等を接続するための試験用端子２６として用いることができる。このように、試験用端子２６を接続用端子２４の裏面に設けることにより、試験用端子２６を設けることによる回路装置１０の実装面積の増大が解消されるため、回路装置１０を組み込む回路モジュールをより小型化することができる。また、試験用端子２６を用いて回路装置１０の動作確認を行うことにより、ＫＧＤが保証された回路装置１０を市場に供給することができる。

また、動作試験済みの回路装置１０を回路モジュール（ＭＣＭ）に組み込むことにより、一部の回路素子の不良によって回路モジュール全体が不良品となることが抑制されるため、回路モジュールの歩留まりが向上する。

また、電極２２は封止樹脂層５０の下方において封止樹脂層５０の周囲に突出している。このため、ワイヤボンディングによって接続用端子２４に接続されるワイヤのループの高さを封止樹脂層５０の厚みＨ以下にすることにより、ワイヤのループが回路装置１０の厚みに影響することがなくなるので、回路装置１０の低背化を実現することができる。

また、封止樹脂層５０は、配線層２０および金属基板３２の隙間から配線層２０および金属基板３２の下面側へ突出した突起部５２を有する。

突起部５２によって得られる効果としては下記のような事項が挙げられる。
(1)回路装置１０を台の上に置いたときに、回路装置１０が突起部５２によって支持される。このため、製造過程で回路装置１０を搬送等する際に、台との接触により試験用端子２６が損傷することが抑制される。これにより、試験用端子２６の状態が良好に保たれるため、試験用端子２６を用いた回路装置１０の動作試験を正確に行うことができる。
(2)回路装置１０を回路モジュールに実装する場合に、絶縁物である突起部５２によって配線層２０および電極２２と実装対象との間に適度な隙間が生じるため、回路装置１０の配線層２０および電極２２が回路モジュール内の他の回路と接触することが抑制される。
(3)回路装置１０を他の回路装置や樹脂基板等に実装する場合に、突起部５２によって表面摩擦が増大し、滑りにくくなるため、回路装置１０の位置決めを容易に行うことができる。
(4)回路装置１０の実装時に突起部５２がスペーサーとして機能することによって、回路装置１０と実装対象との間に適度な隙間が生じる。これにより、接着剤を用いて回路装置１０を実装する際に回路装置１０に加わる力が均一化されるため、接着剤が局所的に押し出されて回路装置１０が傾くことが抑制される。
(5)絶縁物である突起部５２が障害となって配線層２０間でマイグレーションが発生することが抑制される。

（回路装置の製造方法）
まず、図４（Ａ）に示すように、銅板１００の上に、リソグラフィ法により配線層のパターンに合わせてレジスト１１０を選択的に形成する。銅板１００の膜厚はたとえば１２５μｍである。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板１００に膜厚２０μｍのレジスト膜を貼り付け、配線層のパターンを有するフォトマスクを用いてＵＶ露光した後、Ｎａ_２ＣＯ_３溶液を用いて現像し、未露光領域のレジストを除去することによって、銅板１００の上にレジスト１１０が選択的に形成される。なお、レジスト１１０との密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板１００の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。

次に、図４（Ｂ）に示すように、塩化第二鉄溶液を用いて、銅板１００の露出部分をハーフエッチングし、所定の配線パターン１０２に該当しない領域に溝１２０を形成した後、レジストをＮａＯＨ溶液などの剥離剤を用いて剥離する。溝１２０の深さは、たとえば５０μｍである。

次に、図４（Ｃ）に示すように、リソグラフィ法により、溝１２０の上にレジスト１１２を選択的に形成する。レジスト１１２の形成方法は、レジスト１１０と同様である。

次に、図４（Ｄ）に示すように、電解めっき法または無電解めっき法により、銅板１００の表面全体に膜厚１０μｍのＮｉ膜を形成した後、Ｎｉ膜の上に膜厚０．０５μｍのＡｕ膜を形成した後、レジスト１１２を除去する。これにより、配線パターン１０２の表面にＡｕ／Ｎｉ膜からなるめっき膜１３０が形成される。

次に、図５（Ａ）に示すように、回路素子３０および受動部品４０を搭載する領域にはんだ３４およびはんだ３６をそれぞれを印刷した後、回路素子３０および受動部品４０を所定位置に搭載した状態でリフロー処理を行う。これにより、回路素子３０および受動部品４０が銅板１００の上に固定される。

次に、図５（Ｂ）に示すように、回路素子３０の電極端子とめっき膜１３０の所定位置とをワイヤボンディングによって電気的に接続する。ワイヤボンディングに用いるワイヤ１５０として金線を用いることにより、最表面がＡｕで構成されためっき膜１３０との接続信頼性を向上させることができる。

次に、図５（Ｃ）に示すように、トランスファーモールド法により、エポキシ樹脂を用いて回路素子３０および受動部品４０を封止する封止樹脂層５０を形成する。このとき、封止樹脂層５０は、銅板１００を部分的に被覆し、銅板１００の周縁部のめっき膜１３０は露出した状態とする。これにより、露出しためっき膜１３０を外部の電極端子と接続するための接続用端子２４として用いることができる。また、銅板１００に形成された溝１２０に封止樹脂層５０が埋め込まれる。

次に、図５（Ｄ）に示すように、銅板１００の下面を塩化第二鉄溶液を用いてハーフエッチングし、銅板１００の厚さを２０μｍにまで薄膜化するとともに、溝１２０に埋め込まれた封止樹脂層５０を露出させることによって、突起部５２を形成する。薄膜化された銅板１００およびめっき膜１３０は、図１に示された配線層２０に相当する。封止樹脂層５０により被覆されず露出した部分は、図１に示したとおり、上面が接続用端子２４として使用され、下面が試験用端子２６として使用される電極２２となる。

突起部５２の高さは、たとえば３０μｍである。このように、封止樹脂層５０の一部を突起部５２として機能させることにより、回路装置１０の構造および製造プロセスが簡便化するため、回路装置１０の製造コストが低減される。以上の工程により、図１に示した実施形態１の回路装置１０を得ることができる。

（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る回路モジュール２００の構造を示す断面図である。回路モジュール２００は、実施形態１の回路装置１０を含む複数の回路素子が組み込まれたＭＣＭである。回路モジュール２００は、多層基板２１０、回路素子２２０、封止樹脂層２３０、および実施形態１の回路装置１０、封止樹脂層２４０を含む。

多層基板２１０は、層間絶縁膜２１２を介して、上面および下面にそれぞれ配線層２１４および配線層２１６を有する。配線層２１４と配線層２１６とは、層間絶縁膜２１２を貫通するビアプラグ２１８によって電気的に接続されている。層間絶縁膜２１２は、たとえばエポキシ樹脂によって形成され、配線層２１４、配線層２１６およびビアプラグ２１８は、たとえば銅によって形成される。多層基板２１０の下面には、はんだボール２１１がアレイ状に複数接合されている。

回路素子２２０は、たとえば、IC(集積回路）、LSI(大規模集積回路)などの半導体チップである。回路素子２２０は、接着剤などにより多層基板２１０の上に搭載され、回路素子２２０の上面に設けられた電極端子と、配線層２１４とが金線などのワイヤ２１９によりワイヤボンディングされている。

封止樹脂層２３０は、回路素子２２０を封止する絶縁樹脂である。封止樹脂層２３０によって回路素子２２０が外界からの影響から保護される。封止樹脂層２３０は、多層基板２１０を部分的に被覆している。配線層２１４のうち、封止樹脂層２３０によって被覆されていない領域に、回路装置１０を電気的に接続するための電極端子が形成されている。

封止樹脂層２３０の上にアンダーフィル材２３２を介して回路装置１０が搭載されている。回路装置１０は、試験用端子２６を用いて動作確認ずみのＫＧＤであるため、回路モジュール２００の歩留まりが向上する。回路装置１０の下部に設けられた突起部５２のうち、少なくとも外周側の突起部５２が封止樹脂層２３０に接触していることが好ましい。これにより、回路装置１０を傾けることなく、封止樹脂層２３０の上に適切に搭載することができる。

回路装置１０の接続用端子２４は、上述したように、封止樹脂層２３０によって被覆されていない領域に設けられた電極端子と金線などのワイヤ２３４によってワイヤボンディングされている。多層基板２１０において、回路装置１０に必要な配線を再配線することにより、回路素子２２０との接続をエリアアレイ型で行うことができるため、従来のようにリードフレームに実装した場合と比較して、実装面積を小さくすることができる。

封止樹脂層２３０および回路装置１０は、封止樹脂層２４０によって全体が被覆されている。封止樹脂層２４０によって、回路装置１０および回路素子２２０がより確実に外界の影響から保護される。

（回路モジュールの製造方法）
実施形態２に係る回路モジュール２００の製造工程を図７を参照して説明する。まず、図７（Ａ）に示すような多層基板２１０を用意する。多層基板２１０は、層間絶縁膜２１２を介して配線層２１４および配線層２１６が積層され、配線層２１４と配線層２１６とがビアプラグ２１８によって電気的に接続されたた多層構造を有する。

次に、図７（Ｂ）に示すように、多層基板２１０の上に接着剤（図示せず）などを介して、回路素子２２０を実装した後、回路素子２２０の電極端子と、配線層２１４に設けられた電極端子とを、金線などのワイヤ２１９を用いてワイヤボンディングする。

次に、図７（Ｃ）に示すように、トランスファーモールド法を用いてエポキシ樹脂などの熱硬化性絶縁樹脂からなる封止樹脂層２３０で回路素子２２０を封止する。このとき、配線層２１４に設けられた回路装置１０用の電極端子は、封止樹脂層２３０で被覆されないようにする。封止樹脂層２３０を形成した後、バーンインを行う。具体的には、回路素子２２０を加熱することにより、回路素子２２０に初期不良が発生するか否かを検査する。

次に、図７（Ｄ）に示すように、封止樹脂層２３０の上にアンダーフィル材２３２を塗布した後、ＫＧＤが保証された回路装置１０を搭載する。このときに、回路装置１０の下部に設けられた突起部５２のうち、少なくとも外周側の突起部５２を封止樹脂層２３０に接触させることにより、回路装置１０を傾けることなく、封止樹脂層２３０の上に適切に搭載することができる。

次に、図７（Ｅ）に示すように、回路装置１０の電極端子と、配線層２１４に設けられた回路装置１０用の電極端子とを、金線などのワイヤ２３４を用いてワイヤボンディングする。

次に、図７（Ｆ）に示すように、トランスファーモールド法により、回路装置１０、封止樹脂層２３０などをエポキシ樹脂などの熱硬化性絶縁樹脂を用いて一括して封止する。続いて、回路モジュール２００を実装対象と電気的に接続するためのはんだボール２１１を多層基板２１０の下面に接合する。

なお、回路モジュール２００を実装する場合に、はんだボール２１１を溶融する必要がある。このとき、回路モジュール２００内のはんだ３４およびはんだ３６がともに溶融すると、電気的な接続信頼性が低下する可能性がある。このため、はんだ３４およびはんだ３６の融点は、はんだボール２１１の融点より高いことが好ましい。このような観点から、はんだ３４およびはんだ３６として、Ｓｎ−０．７Ｃｕ（融点：２２７℃）、Ｓｎ（融点：２３２℃）などを用い、はんだボール２１１のはんだとして、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点：２１７℃）、Ｓｎ−１．５Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点：２１７℃）などを用いることができる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

たとえば、実施形態２の回路モジュール２００では、回路素子２２０が封止樹脂層２３０によって封止され、封止樹脂層２３０の上に回路装置１０が実装されているが、回路素子２２０をベアチップとし、回路素子２２０の上に直接に回路装置１０を搭載してもよい。

また、実施形態２の回路モジュール２００では、回路素子２２０と回路装置１０の２段スタック構造となっているが、回路装置１０を２個以上用意し、回路装置１０の上に別の回路装置１０を積み上げることにより、３段スタック構造とすることも可能である。

実施形態１に係る回路装置の構造を示す上面図である。実施形態１に係る回路装置の構造を示す下面図である。回路装置の図１のＡ−Ａ’線上の断面図である。実施形態１に係る回路装置の製造方法を示す工程断面図である。実施形態１に係る回路装置の製造方法を示す工程断面図である。実施形態２に係る回路モジュールの構造を示す断面図である。実施形態２に係る回路モジュールの製造方法を示す工程断面図である。

符号の説明

１０回路装置、２０配線層、２２電極、２４接続用端子、２６試験用端子、３０回路素子、４０受動部品、５０封止樹脂層、１００銅板、２００回路モジュール。

Claims

配線層と、
前記配線層の上方に設けられた回路素子と、
前記回路素子を封止する封止樹脂層と、
前記配線層を介して回路素子と電気的に接続され、前記封止樹脂層の周囲に突出した状態で設けられている電極と、
を備え、
前記電極の一方の面が外部の電極端子と電気的に接続するための接続用端子であり、前記電極の他方の面が前記回路素子の動作を試験するための試験用端子であることを特徴とする回路装置。
前記配線層の下面側に絶縁物からなる突起を備えることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
前記突起が前記配線層の隙間から突出した前記封止樹脂層の一部であることを特徴とする請求項２に記載の回路装置。
前記電極が前記封止樹脂層の下方の領域に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の回路装置。
前記電極と他の回路装置とがワイヤによって接続され、前記ワイヤのループ高さが前記封止樹脂層の厚み以下であることを特徴とする請求項４に記載の回路装置。
配線基板と、
前記配線基板の上に実装された回路素子と、
前記回路素子の上方に搭載された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの回路装置と、
前記回路素子および前記回路装置を封止する封止樹脂層と、
を備えることを特徴とする回路モジュール。
配線パターンが残るように金属板を選択的にハーフエッチングして溝を形成する工程と、
前記配線パターンの上にめっき膜を形成する工程と、
前記めっき膜の上に回路素子を搭載し、前記回路素子と前記配線パターンの所定位置の前記めっき膜とを電気的に接続する工程と、
前記溝を埋めるとともに、前記配線パターンの周縁部の前記めっき膜が露出するように、前記回路素子を封止樹脂で封止する工程と、
前記金属板の下面をハーフエッチングして、前記溝に埋め込まれた前記封止樹脂を前記金属板の下面側に突出させる工程と、
を備えることを特徴とする回路装置の製造方法。