JP2007220940A

JP2007220940A - プリント基板及び半導体装置

Info

Publication number: JP2007220940A
Application number: JP2006040557A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yagi; 優治八木; Koji Miyamoto; 浩次宮本; Takafumi Kashiwagi; 隆文柏木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】本発明では、はんだバンプを用いて半導体部品を実装し、はんだバンプの周囲にアンダーフィル樹脂を注入して構成した後に、リフロー等の熱処理工程ではんだバンプが再溶融しても、接続不良が生じるまではんだ量が減少することのないプリント基板を提供することを目的としている。
【解決手段】半導体部品に形成されたはんだバンプと接続する金属材料からなるプリント基板のランド電極周囲に、はんだの付着を防止するソルダレジスト膜を形成し、更にその周囲にソルダレジスト膜の掛からない部分を設けてなることを特徴とするプリント基板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板およびはんだを用いて、プリント基板上に半導体のような大型部品を搭載してなる半導体パッケージやモジュール部品等の半導体装置に関するものである。

近年、電子機器の小型化に反して、多機能化が進むにつれ、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）やＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）のようなＧｒｉｄＡｒｒａｙタイプの半導体パッケージや半導体ベアチップ（以下、半導体部品）等の大型部品が多用されてきている。

半導体部品のフリップチップ実装では、図６に示す通り、半導体部品１１とプリント基板１０（以下、基板）との接続はバンプ１２を介して行なわれる。このとき接続の信頼性を確保するために、バンプ１２の周辺にアンダーフィル樹脂１３を注入して封止する必要があり、このことは、特にフリップチップ実装にとって、熱変動等の環境変化や落下衝撃等の信頼性を向上させるために必須となっている。なお、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３には、このような樹脂補強した実装構造が開示されている。

上記アンダーフィル樹脂の注入方法として一般的なのは、マイクロディスペンサによる供給方法である。この注入方法では、半導体部品の周辺に上記ディスペンサのノズルから樹脂を供給し、この樹脂を、毛細管現象でバンプ付き半導体部品の下面と基板の上面との隙間の内部に侵入させることにより封止する。

しかしながら、上記公報記載の封止構造を有してなるモジュール部品において、バンプ材料がはんだで構成されている場合には、モジュール部品を更にセット用のマザー基板に実装する際、実装（リフロー）時の熱によって、図７に示す通り、半導体部品１１と基板１０を接続しているはんだバンプ１２の再溶融と急激な膨張を引き起こし、アンダーフィル樹脂１３や基板１０等の破壊１４を生じさせるという問題がある。特に、我々の研究においては、その破壊の多くは、基板のソルダーレジスト膜と金属材料からなる電極の界面に発生し、金属材料の表面を伝わって、その界面中に溶融したはんだが流れ込んで、接続部のはんだ量が減少し、接続不良を引き起こすことが明らかになっている。

なお、はんだ再溶融による課題を解決する方法としては、既に、例えば、特許文献４、特許文献５でも紹介されている。

まず、特許文献４については、アンダーフィル樹脂を半導体部品の周囲にだけ注入し、はんだバンプ周囲を覆わない構造とし、はんだが再溶融しても、周囲にアンダーフィル樹脂がないために、破壊が生じるという課題はなくなる。

また、特許文献５では、半導体部品と基板を接続する第１のはんだに、マザー基板に接続する際に用いる第２のはんだよりも融点の高い材料を用いることで、マザー基板への実装の際に、第１のはんだが再溶融しないようにできるという特徴がある。
特開平９−１９９５４１号公報特開平１０−１１６８５６号公報特開平１１−１６３０４９号公報特開２０００−１６１９２号公報特開２００２−７６６０５号公報

しかしながら、上記従来の技術の中で、第１番目の方法については、アンダーフィル材料を半導体部品の周囲にのみ注入するため、強度的に十分とは言えず、注入方法や使用するアンダーフィル樹脂の性質も限定されることから、実用性には欠けるという課題がある。

また、第２番目の方法については、第１のはんだ材料と第２のはんだ材料を使い分ける煩雑さと、本来、モジュール部品の製造者と、その使用者（マザー基板に実装してセット商品を製造する者）は、別々の場合が多く、その使用者に対して、使用するはんだの材料を限定させるという制約条件が発生するため、実用性に欠けるという課題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、半導体部品を実装する方法やモジュール部品を実装する方法については、制約条件を設けることなく、従来どおりの方法が使用でき、接続不良が生じるまではんだ量が減少することのない基板を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、半導体部品に形成されたはんだバンプと接続する金属材料からなるプリント基板のランド電極周囲に、はんだの付着を防止するソルダレジスト膜を形成し、更にその周囲にソルダレジスト膜の掛からない部分を設けてなるプリント基板とするものである。

本発明のプリント基板では、はんだが再溶融し、ソルダレジスト膜と電極の界面で破壊が生じても、更に周囲にはソルダレジスト膜の掛からない部分があり、その部分で破壊の進行が止まるため、はんだ量が大幅に減少して接続不良を引き起こす問題はなくなるだけでなく、半導体部品の実装やその後のモジュール部品の実装に関しては、制約条件を設けることなく従来どおりの方法が使用できるため、はんだ再溶融における課題に対して、より実用的な対策となる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるプリント基板について、本発明の特に請求項１の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるプリント基板を用いて半導体部品を実装した状態を示す断面図、図２は、本発明の実施の形態１におけるプリント基板を示す平面図である。

本実施の形態のプリント基板構造は、図１に示す通り、金属材料からなるパターン３において半導体部品１に形成されたはんだバンプ２と接続する部分であるランド電極３０が形成され、その外周に、はんだの付着を防止するソルダレジスト膜４が形成され、更にその外周にはパターン上にソルダレジスト膜の掛からない部分である開口部が形成されていることを特徴としており、本基板を平面的に表すと、図２の通りとなる。また、ランド電極３０とソルダレジスト膜の開口部５の表面には、腐食を防止するためのニッケル−金等の金属膜６が形成されている。

本実施の形態では、はんだが再溶融し、ソルダレジスト膜４とランド電極３０の界面で破壊が生じても、図１、図２に示すようなソルダレジスト膜の開口部５があり、金属膜６の表面と前記界面の間の段差が存在することと、周囲を密着強度の強いアンダーフィル樹脂７で覆うことから、その部分で破壊の進行が止まるため、はんだ量が大幅に減少して接続不良を引き起こす問題はなくなる。

なお、本実施の形態のプリント基板にはんだバンプを用いて半導体部品を実装した後、エッチングやプラズマ処理等でランド周囲にある金属膜の表面を粗化すれば、アンダーフィル樹脂と金属膜の密着強度が増し、破壊の進行に対する抑止力を強化することができる。

また、本実施の形態のプリント基板を用いれば、半導体部品の実装やその後のモジュール部品の実装に関しては、制約条件を設けることなく従来どおりの方法が使用できるため、はんだ再溶融における課題対策に対して、より実用的な対策となる。

本実施の形態は、大面積のグランド電極の一部にランド電極を形成する場合や、ランド電極の機械的強度を補強するためにソルダレジスト膜をランド電極の周囲に掛かるように構成してなるプリント基板において有効となる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるプリント基板について、本発明の特に請求項２の発明について図面を参照しながら説明する。

図３は、本発明の実施の形態２におけるプリント基板を示す平面図である。

本実施の形態のプリント基板構造は、図３に示す通り、金属材料からなるパターン３において半導体部品１に形成されたはんだバンプ２と接続する部分であるランド電極３０が形成され、その外周に、はんだの付着を防止するソルダレジスト膜４を形成し、ランド電極３０の一部から引き出してなる引き出し電極８の一部にソルダレジスト膜の開口部５を設けてなることを特徴としている。また、実施の形態１と同様、ランド電極３０とソルダレジスト膜の開口部５の表面には、腐食を防止するためのニッケル−金等の金属膜６が形成されている。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様、ソルダレジスト膜と引き出し電極の界面に破壊が発生しても、ソルダレジスト膜の掛からない部分で破壊の進行が止まるため、はんだ量が大幅に減少して接続不良を引き起こす問題はなくなる。

本実施の形態は、ランド電極から引き出し電極を形成し、ランド電極の周囲をソルダレジスト膜で補強しなくても良い場合に有効で、ソルダレジスト膜でランド電極を補強する必要のないメッキやスパッタ等で電極形成を行う場合に有効となる。

なお、本実施の形態を用いて、大面積のグランド電極にランド電極を形成する方法として、図４に示す通り、エッチング等によりパターンを除去した部分２０を形成することにより、ランド電極３０とグランド電極９を独立させて、それらを引き出し電極８で繋ぎ、引き出し電極８の一部にソルダレジスト膜の開口部５を設ける構造にすることによって、はんだの濡れ広がる面積が少なくできるため、より効果が大きくなる。

なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様、実装後に金属膜に表面処理を加えることにより、効果を増すことができる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３におけるプリント基板について、本発明の特に請求項３の発明について図面を参照しながら説明する。

図５は、本発明の実施の形態３におけるプリント基板を示す平面図である。

本実施の形態のプリント基板構造は、図５に示す通り、金属材料からなるパターン３において半導体部品１に形成されたはんだバンプ２と接続する部分であるランド電極３０が形成され、その外周に、はんだの付着を防止するソルダレジスト膜４を形成し、ランド電極３０の一部から引き出してなる引き出し電極８を、ランド電極３０の周囲で引き回してなることを特徴としている。

本実施の形態では、ソルダレジスト膜と引き出し電極の界面に破壊が発生しても、引き出し電極がランド電極の周囲で迂回しているため、破壊の進行が生じにくくなり、はんだ量が大幅に減少して接続不良を引き起こす問題はなくなる。

以上のように、本発明にかかるプリント基板では、はんだバンプを用いて半導体部品を実装し、はんだバンプの周囲にアンダーフィル樹脂を注入して構成した後に、リフロー等の熱処理工程ではんだバンプが再溶融しても接続信頼性を劣化することがないため、半導体パッケージやモジュール部品等に関する用途に適用できる。

本発明の実施の形態１におけるプリント基板を用いて半導体部品を実装した状態を示す断面図本発明の実施の形態１におけるプリント基板を示す平面図本発明の実施の形態２におけるプリント基板を示す平面図本発明の実施の形態２における応用例を示すプリント基板の平面図本発明の実施の形態３におけるプリント基板を示す平面図従来のプリント基板を用いて半導体部品を実装した状態を示す断面図従来のはんだバンプ実装での課題を示す断面図

符号の説明

１半導体部品
２はんだバンプ
３パターン
４ソルダレジスト膜
５ソルダレジスト膜の開口部
６金属膜
７アンダーフィル樹脂
８引き出し電極
９グランド電極
３０ランド電極

Claims

半導体部品に形成されたはんだバンプと接続する金属材料からなるプリント基板のランド電極周囲に、はんだの付着を防止するソルダレジスト膜を形成し、更にその周囲にソルダレジスト膜の掛からない部分を設けてなることを特徴とするプリント基板。
半導体部品に形成されたはんだバンプと接続する金属材料からなるプリント基板のランド電極周囲に、前記ランド電極の掛からないように、はんだの付着を防止するソレダレジスト膜を形成し、前記ランド電極の一部から引き出してなる引き出し電極の一部にソルダレジスト膜の掛からない部分を設けてなることを特徴とするプリント基板。
半導体部品に形成されたはんだバンプと接続する金属材料からなるプリント基板のランド電極周囲に、前記ランド電極の掛からないように、はんだの付着を防止するソレダレジスト膜を形成し、前記ランド電極の一部から引き出してなる引き出し電極を、前記ランド電極の周囲で引き回してなることを特徴とするプリント基板。
請求項１〜３に記載のプリント基板上に、はんだバンプを用いて半導体部品を実装し、はんだバンプの周囲にアンダーフィル樹脂を注入してなることを特徴とするモジュール部品。