JP2007324360A

JP2007324360A - 電子部品の実装構造

Info

Publication number: JP2007324360A
Application number: JP2006152677A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashi; 林　宏
Original assignee: Henkel Corp
Current assignee: Henkel Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】本発明は、薄型化された半導体素子が実装された半導体装置などの実装工程において接着剤の這い上がり等がなく、実装構造において接着層にボイドがなく、同時に、反りのすくない電子部品実装構造を提供することを目的とする。
【解決手段】基板とこの基板上に実装された方形状の電子部品を有する電子部品実装構造であって、前記基板と前記電子部品との間隙が、前記電子部品の少なくともコーナー部分を充填している第１の樹脂硬化物１１ａ、および前記電子部品の少なくとも中央部分を充填している第２の樹脂硬化物１１ｂにより充填され、前記第１の樹脂硬化物の弾性率が、前記第２の樹脂硬化物の弾性率より大きいことを特徴とする実装構造。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器に使用される電子部品の実装構造に関し、特に、基板上に半導体ダイ等が実装される半導体実装構造に関する。

近年の電子機器製造分野の技術の向上にともない、半導体素子の大型化が進む一方、電子機器の小型軽量化の要求に応えるため、半導体素子を薄型として配線基板に搭載することが広く用いられつつあり、厚さ２５μｍ程度の半導体素子が実用に供されようとしている。

従来、ペースト状のいわゆる銀ペースト、もしくはシリカ、アルミナ、テフロン（登録商標）等を充填物とする電気絶縁性のペースト等が半導体素子を配線基板に搭載するための接着剤として用いられていたが、このような薄型化された半導体素子に適用された場合、接着剤が半導体素子の上面に這い上がり、素子回路面上のワイヤボンディングパッドを汚染する、また、接着剤の硬化収縮に伴い半導体素子に許容範囲以上の変形を生じしめる等の不具合が生ずることが判明している。

このような問題を解決するために、フィルム状の、いわゆるダイアタッチフィルムがペースト状接着剤に替わって、特に厚さ１２５μｍ以下の半導体素子に広く用いられている。しかしながら、近年、薄型化傾向に拍車がかかり、半導体素子が厚さ７５μｍ以下となってくると、ダイアタッチフィルムにおいてもペーストと同様の這い上がり、素子の反りが問題として発現するようになってきた。また、ダイアタッチフィルムにおいてはボイドの低減が困難であり、ボイドの有無は基板の段差に大きく影響をうけることが知られている。

また、特開２００１−２９１８０５号公報（特許文献１）には、半導体素子を基板上に実装するにあたり、半導体素子の中央部分を曲げ弾性率の高い樹脂組成物で充填し、半導体素子の周縁部分を曲げ弾性率の小さな樹脂組成物で充填することが記載されている。しかし、実装構造に大きな反りが生ずる問題があった。
特開２００１−２９１８０５号公報

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、薄型化された半導体素子が実装された半導体装置などの実装工程において接着剤の這い上がり等がなく、同時に、実装構造において接着層にボイドがなく、反りのすくない電子部品実装構造を提供することを目的とする。

本発明は以下の事項に関する。

１．基板とこの基板上に実装された方形状の電子部品を有する電子部品実装構造であって、
前記基板と前記電子部品との間隙が、前記電子部品の少なくともコーナー部分を充填している第１の樹脂硬化物、および前記電子部品の少なくとも中央部分を充填している第２の樹脂硬化物により充填され、
前記第１の樹脂硬化物の弾性率が、前記第２の樹脂硬化物の弾性率より大きいことを特徴とする実装構造。

２．前記電子部品の１辺の長さをＬｓで表し、前記コーナー部分において前記第１の樹脂硬化物が充填している辺の長さをＬｃで表したとき、Ｌｃ／Ｌｓが０．０５以上であることを特徴とする上記１記載の実装構造。

３．Ｌｃ／Ｌｓが０．３以上であることを特徴とする上記１または２記載の実装構造。

４．前記第２の樹脂硬化物の弾性率が、前記第１の樹脂硬化物の弾性率の０．９倍以下であることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の実装構造。

５．前記第１の樹脂硬化物の弾性率が１ＧＰａ〜１５ＧＰａであり、前記第２の樹脂硬化物の弾性率が０．０１ＧＰａ〜１０ＧＰａであることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の実装構造。

６．前記電子部品が、方形状の半導体ダイであることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の実装構造。

７．前記第１および第２の樹脂硬化物は、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、イミド樹脂および不飽和ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１種を主成分とする組成物またはその硬化物であることを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の実装構造。

本発明によれば、薄型化された半導体素子が実装された半導体装置などの実装工程において接着剤の這い上がり等がなく、実装構造において、接着層にボイドがなく、同時に反りのすくない電子部品実装構造を提供することができる。

図１は、本発明の実装構造の横断面図を模式的に示したものであり、本発明の実装構造は、例えば半導体ダイ等の電子部品１が、基板２上に搭載されており、その間隙が樹脂硬化物１１で充填されている。図２は、電子部品１の下を充填している樹脂硬化物１１を模式的に示した図である。この図に示すように、電子部品１と基板２の間は、第１の樹脂硬化物１１ａと第２の樹脂硬化物１１ｂにより充填されている。

電子部品１は、代表的には半導体ダイであって、通常、正方形等の方形状の形状である。第１の樹脂硬化物１１ａは、図２に示すように、方形状の電子部品１の少なくともコーナー部分を充填しており、この例では第２の樹脂硬化物１１ｂが、電子部品１の中心部を含む、コーナー部分を除いた箇所を充填している。ここで、第１の樹脂の弾性率は、前記第２の樹脂硬化物の弾性率より大きい。

本発明者の検討によれば、弾性率の大きい樹脂（硬化物）により、電子部品の下部の全体を充填した方が耐熱性、熱サイクル特性に優れるが、実装構造の反りが大きくなる。一方、弾性率の小さいな樹脂（硬化物）を用いて、電子部品の下部を充填した方が実装構造の反りは小さくなるが、熱サイクル特性に劣り、信頼性が損なわれる。

そこで本発明では、１種類の樹脂組成物によって基板と電子部品の間隙を充填するのではなく、反りに対して大きな影響を与える中心部分については、弾性率の小さな樹脂硬化物を使用し、かつ少なくともコーナー部分を含む領域に弾性率の大きな樹脂硬化物を使用することで、信頼性も同時に高めることができる。２種類の樹脂組成物を使用することは、特開２００１−２９１８０５号公報（特許文献１）にも記載されているが、中心部分に弾性率の大きな樹脂組成物を使用しており、反りを併せて改善するには不十分である。

第１の樹脂硬化物がコーナー部分を含んで充填している程度は、通常方形状の電子部品の辺の長さに占める割合で規定することができる。図２に示すように１辺の長さをＬｓとして、１つのコーナーにおいて、第１の樹脂硬化物で充填されている長さをＬｃとすると、Ｌｃ／Ｌｓが０．０５以上、好ましくは０．２以上、さらに好ましくは０．３以上である。また、図３に示すように少なくとも中央部に第２の樹脂硬化物があるようにできるならば、辺全体を第１の樹脂硬化物が充填している形態が特に好ましい（即ち、２Ｌｃ／Ｌｓ＝１、ここで２Ｌｃは１辺の両端のコーナーのＬｃの和）。図３に示すように、辺に対して第１の樹脂硬化物の幅の最も狭い部分をＬｅとすると、Ｌｅ／Ｌｓは、０より大きいことが好ましく、特に０．０５以上、好ましくは０．１以上、さらに好ましくは０．１５以上である。

第２の樹脂硬化物は、電子部品の中央を含み、電子部品下部の面積の少なくとも１０％以上、好ましくは２０％以上、さらに好ましくは３０％以上を充填する。

第１の樹脂硬化物と第２の樹脂硬化物の境界は、特に限定はなく、どのような形状であってもよい。図２では、１／４円弧がコーナー側に向かう形状を示したが、１／４円弧の扇形の中心がコーナーと一致する形状でもよい。また、図３に示すように、第１の樹脂硬化物が辺全体を充填している場合において、境界は図３のように円でもよいし、楕円、そのほか塗布時の液滴の広がりに伴ういかなる形状の一部であってもよい。

また、電子部品が、正方形ではなく、長方形である場合には、少なくとも短辺において、Ｌｃ／Ｌｓが上記の条件を満たすことが好ましく、さらに好ましくは長辺においても、Ｌｃ／Ｌｓが上記の条件を満たすことが好ましい。また、短辺においてＬｃ／Ｌｓ＝１を満たし、その際にＬｅ／Ｌｓが上記の条件を満たすことが好ましく、特に長辺においてもＬｃ／Ｌｓ＝１を満たし、その際にＬｅ／Ｌｓが上記の条件を満たすことが好ましい。

第１の樹脂硬化物と第２の樹脂硬化物の弾性率については、前記第２の樹脂硬化物の弾性率が、前記第１の樹脂硬化物の弾性率の０．９倍以下になるように設定することが好ましい。特に、０．１倍〜０．６倍の範囲が好ましい。

また、室温（２５℃）における第１の樹脂硬化物の弾性率が１ＧＰａ〜１５ＧＰａであり、前記第２の樹脂硬化物の弾性率が０．０１ＧＰａ〜１０ＧＰａであることが好ましい。第１の樹脂硬化物および第２の樹脂硬化物は、上述の弾性率を有し、好ましくは用途に適した物性を有するように、その材料が選ばれる。樹脂組成物を硬化して得られるものについては、硬化前の樹脂組成物とともに硬化条件も適宜選ばれる。具体的には、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリアミド、ビスマレイミド樹脂、イミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの硬化性樹脂（例えば熱硬化性、光硬化性、電子線硬化性、湿気硬化性等）をベースとする樹脂組成物の硬化物が挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく２種以上を混合して使用してもよい。また、本発明においては、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどのゴム組成物の使用も可能である。

特に好ましくは、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂等の硬化性樹脂組成物の硬化物である。

本発明で使用できる基板は、金属配線が設けられた基板であればよく、特に好ましくは、ＦＲ−４基板、ＢＴ基板、高ＴｇＦＲ−４基板、ＦＲ−５基板等の有機樹脂基板が挙げられるが、更にはＢ２ｉｔやＡＬＩＶＨに代表されるビルドアップ基板やフレキシブル基板、セラミック基板なども挙げることが出来る。

半導体ダイ等の電子部品のサイズとしては、３ｍｍ〜３０ｍｍのものに適用することが好ましい。また本発明は半導体ダイの厚さにかかわらず適用することができるが、特に厚さ２００μｍ以下、特に厚さ７５μｍ以下の半導体ダイに適用したときに効果を発揮する。

本発明の実装構造の製造方法も特に制限はなく、第１および第２の樹脂硬化物が共に熱硬化性樹脂であれば、それぞれの樹脂組成物の加熱時の流動特性、硬化温度等を考慮しながら、コーナー部分が第１の樹脂硬化物で充填されるよう製造すればよい。通常、第１の樹脂硬化物を与える樹脂組成物より、第２の樹脂硬化物を与える樹脂組成物の方が低温で流動しやすい。そのため、第１の樹脂組成物を与える樹脂組成物を、電子部品のコーナーに対応する部分に適量を塗布することにより、第１の樹脂硬化物はコーナー部分を含んで電子部品と基板の間隙を充填することができる。

特に半導体ダイ回路面への這い上がりを防止するためには、第２の樹脂を半導体ダイよりはみ出さないように適量を基板上に塗布し、半導体ダイを置いた後、毛細管現象を利用して第１の樹脂を半導体ダイの一辺もしくは、コーナー部分より流しこむことにより、コーナー部分を含んで電子部品と基板の間隔を充填することができる。第２の樹脂のこのような流し込み工程は、第１の樹脂を硬化させる前でも、硬化させた後のどちらでも選択することができる。

這い上がりを防止するための上記工程においては、好ましくは第１の樹脂としていわゆるアンダーフィル材、第２の樹脂としてダイアタッチペーストを用いることができるが、本発明はこれに限定されない。

さらに本発明は、半導体ダイをさらに実装されている半導体ダイの上に実装する、いわゆるスタックド構造をもつ半導体実装部品についても適用することができる。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

材料
（１）樹脂組成物Ａ｛第１の樹脂硬化物（高弾性率）を与える樹脂組成物｝：ＦＰ４５４８ＦＣ（ヘンケルコーポレイション（株）製）
組成：
エポキシ系熱硬化性樹脂及び硬化材：３５重量％
シリカ等無機充填材：６５重量％
弾性率：上記の組成の樹脂組成物を実施例と同じ硬化条件で硬化させて、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ４５ｍｍの測定用サンプル作成し、ＳＩＩ社製ＤＭＳ６１００により弾性率を測定した。その結果を図４に示す。

（２）樹脂組成物Ｂ｛第２の樹脂硬化物（低弾性率）を与える樹脂組成物｝：ＱＭＩ５３６ＮＢ（ヘンケルコーポレイション（株）製）
組成：
ビスマレイミド系熱硬化性樹脂及び硬化材：５５〜６２重量％
テフロン：３８〜４５重量％
弾性率：図４に示す（サンプル作成および測定方法は樹脂組成物Ａについてと同じ条件で行った。）。

＜実施例１＞
ＢＧＡ用プリント配線板（０．５２ｍｍ厚ＢＴ樹脂基板、銅箔厚１８μｍ）上の電子部品実装位置の中心に、上記樹脂組成物Ｂを約３ｍｇ塗布し、次いで、その上に、電子部品として、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．０５ｍｍのシリコンチップを、ボンディング装置を用いて、樹脂組成物Ｂを押し広げながら、シリコンチップと基板の間隔が２５μｍになるように置き、１５０℃の熱板上にて３０秒放置して樹脂組成物Ｂを硬化させた。ついで樹脂組成物Ａをシリコンチップの一辺より、毛細管現象を利用して流し込みシリコンチップ周辺部を充填した。１５０℃のオーブンに１時間放置し樹脂組成物Ａを硬化した。

このとき、第１の樹脂硬化物が電子部品下部を充填している形状は、図３に示す形とほぼ同じであり、Ｌｅ＝１．８ｍｍ、即ちＬｅ／Ｌｓ＝０．１８であった。

＜比較例１＞
実施例１において、電子部品実装箇所に樹脂組成物Ｂをシリコンチップ下部に行き渡るようにＸ字状に塗布した以外は、実施例１と同様にして評価サンプルを得た。

＜比較例２＞
実施例１において、電子部品実装箇所に樹脂組成物Ａをシリコンチップ下部に行き渡るようにＸ字状に塗布した以外は、実施例１と同様にして評価サンプルを得た。

＜評価＞
完成された実装部品のシリコンチップ回路面上に樹脂組成物の有無を光学顕微鏡にて観察した結果とボイドの有無を超音波顕微鏡にて観察した結果を表１に示す。

ＭＳＬ（ハンダ耐熱性試験）の結果を表２に示す。ＭＳＬとして、飽和水蒸気下加熱加圧試験（温度１２１℃、１００％ＲＨ，２気圧）２４時間後、２５０℃リフローを３回通過させ、試験前と試験後の接着界面剥離の有無を超音波顕微鏡にて観察した。

また、各サンプルを、三次元反り測定器を用いて反りを測定し、全体の反りの分布を得た。その結果を表３に示す。

以上の結果から、本発明の実装構造では、薄型化された半導体素子を樹脂の這い上がり等の不具合なく、組み立てることができ、かつ信頼性および反りの両方をバランスよく、良好な実用的な範囲にすることができる。

本発明の電子部品実装構造を示す図である。基板と電子部品下部との間に充填された第１および第２の樹脂硬化物の配置を模式的に示す図である。第１および第２の樹脂硬化物の配置の異なる例を模式的に示す図である。実施例で使用した樹脂組成物の弾性率と温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１基板
２電子部品
１１樹脂硬化物
１１ａ第１の樹脂硬化物
１１ｂ第２の樹脂硬化物

Claims

基板とこの基板上に実装された方形状の電子部品を有する電子部品実装構造であって、
前記基板と前記電子部品との間隙が、前記電子部品の少なくともコーナー部分を充填している第１の樹脂硬化物、および前記電子部品の少なくとも中央部分を充填している第２の樹脂硬化物により充填され、前記第１の樹脂硬化物の弾性率が、前記第２の樹脂硬化物の弾性率より大きいことを特徴とする実装構造。
前記電子部品の１辺の長さをＬｓで表し、前記コーナー部分において前記第１の樹脂硬化物が充填している辺の長さをＬｃで表したとき、Ｌｃ／Ｌｓが０．０５以上であることを特徴とする請求項１記載の実装構造。
Ｌｃ／Ｌｓが０．３以上であることを特徴とする請求項１または２記載の実装構造。
前記第２の樹脂硬化物の弾性率が、前記第１の樹脂硬化物の弾性率の０．９倍以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の実装構造。
前記第１の樹脂硬化物の弾性率が１ＧＰａ〜１５ＧＰａであり、前記第２の樹脂硬化物の弾性率が０．０１ＧＰａ〜１０ＧＰａであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の実装構造。
前記電子部品が、方形状の半導体ダイであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の実装構造。
前記第１および第２の樹脂硬化物は、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、イミド樹脂および不飽和ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１種を主成分とする組成物またはその硬化物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の実装構造。