JP2008124165A

JP2008124165A - 半導体実装基板と、これに用いる製造方法

Info

Publication number: JP2008124165A
Application number: JP2006304734A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kimura; 潤一木村; Hideki Niimi; 秀樹新見
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】半導体実装基板において、落下時などにシリコン基板２ａと樹脂膜２ｂとの界面２ｅ部分で剥離が発生。
【解決手段】電子部品３を半導体素子２の角部６近傍に装着することによって、基板１２と半導体素子２との間に充填した樹脂５を半導体素子２と電子部品３との間の隙間１４へ這い上がらせ、界面２ｅを樹脂５で覆うようにするものである。これにより、界面２ｅが樹脂５で覆われるので、落下などに強くなり、剥離などが発生し難くできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板にはんだバンプを介して半導体素子が実装された半導体実装基板に関するものである。

以下、従来の半導体実装基板について図面を用いて説明する。図７は従来の半導体実装基板の側面図であり、図８は同、角部の拡大側面図である。近年機器の小型化の要求に対応するために、基板１へ半導体素子２をフェイスダウンでフリップチップ実装したような半導体実装基板が登場してきている。特に携帯電話に代表される携帯機器では、携帯性と機能とを両立するために、このような実装方法が用いられてきている。

このような半導体実装基板は、図７、図８に示すように、基板１上に半導体素子２と電子部品３とが搭載されている。半導体素子２にははんだバンプ４を有しており、半導体素子２はこのはんだバンプ４を介して基板１へ接続されている。そして基板１と半導体素子２との間には樹脂５が充填される。

ここで、半導体素子２は、シリコン基板２ａの下面側に樹脂膜２ｂ（いわゆる再配線層）が形成されている。この樹脂膜２ｂ上に形成された配線によってシリコン基板２ａ上に形成された回路とはんだバンプ４とが接続されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平８−２４１９００号公報

しかしながらこのような従来の半導体実装基板において、基板１と半導体素子２との間に樹脂５を充填する場合、半導体素子２の角部の側面２ｃでは、シリコン基板２ａと樹脂膜２ｂとの界面２ｅが樹脂５で覆われず、露出した状態となる。

ここで、シリコン基板２ａと樹脂膜２ｂとの接続強度は弱く、半導体実装基板１を落下したような場合に、シリコン基板２ａと樹脂膜２ｂとの界面２ｅ部分で剥離が発生する。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、落下強度の高い半導体実装基板を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明の半導体実装基板は、電子部品を半導体素子の角部近傍に装着することによって、基板と半導体素子との間に充填した樹脂を半導体素子と電子部品との間の隙間へ這い上がらせるものである。これにより所期の目的を達成できる。

以上のように本発明によれば、基板上に装着された半導体素子と、この半導体素子と前記基板とを接続するはんだバンプと、前記半導体素子と前記基板との間の隙間に充填された樹脂と、前記基板における前記半導体素子の装着面側に装着された電子部品とを備え、前記電子部品は前記半導体素子の角部近傍に装着されたものである。

これにより、樹脂はその界面張力と毛細管現象とにより、半導体素子と電子部品との間の隙間へ這い上がることとなる。従って、半導体素子の角部近傍の側面にも樹脂が付着するので、落下強度の高い半導体実装基板を提供できるという効果がある。

また、電子部品は汎用の実装機で実装が可能であるので、生産性が良好である。更に、電子部品は半導体実装基板上に構成された回路の一部としての役割も果たせることも可能であるので、別途部品を設けずとも良く、安価な半導体実装基板を実現できる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態における半導体実装基板１１について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態における半導体実装基板１１の上面図であり、図２は同、側面図であり、図３は同、要部拡大断面図である。なお、図１から図３において、従来（図７、図８）と同じものは同じ番号を用いてその説明は簡略化している。

図１〜図３において、基板１２上には半導体素子２と電子部品３とが搭載されている。半導体素子２は、はんだバンプ４を介して基板１２へ接続されている。一方電子部品３は、はんだ１３を介して基板１２へ接続されている。ここではんだバンプ４の大きさは、１００マイクロメータ程度であるので、半導体素子２と基板１２との間の接続強度が弱い。そこでこの半導体素子２と基板１２との接続強度を補うために、半導体素子２と基板１２との間の隙間に樹脂５が充填される。

樹脂５は、半導体素子２の角部６にまで到達するように充填される。このとき、半導体素子２の側面２ｃの中央部２ｄには樹脂５が早く到達する。従って、中央部２ｄにおいては、樹脂５が半導体素子２と基板１２の隙間より溢れ出て、半導体素子２の側面２ｃを這い上がるので、中央部２ｄ近傍においてシリコン基板２ａと樹脂膜２ｂとの界面２ｅは、樹脂５で覆われる。

一方、角部６に到達した樹脂５は、毛細管現象により半導体素子２の角部６と電子部品３の絶縁部分３ａ間に形成された隙間１４を這い上がることとなる。そしてこの樹脂５を這い上がらせる隙間を形成するために、電子部品３が半導体素子２の角部６に近接するように配置される。なお、電子部品３の絶縁部分３ａが角部６に対応する位置となるように実装する。このようにすれば、樹脂５がはんだ１３を覆い難くなるので、修理などで電子部品３を交換するような場合においてもはんだ１３が作業の邪魔になり難い。

ここで、樹脂５が角部６において隙間１４を這い上がり易くするためには、隙間１４の間隔１５は、基板１２の表面から樹脂膜２０までの間隔１６より小さくすることが望ましい。本実施の形態において間隔１６は約１１０マイクロメータとしている。これは、樹脂５を角部６まで完全に充填し、樹脂５内にボイドなどを発生しないようにするためである。従って本実施の形態において隙間１４の間隔１５は、１００ミクロンメータとしている。

また、電子部品３と基板１２との間には一般的に隙間１７が生じる。ところが樹脂５が隙間１４を這い上がる時に、この隙間１７があると樹脂５がこの隙間１７へ流れ込み、樹脂５が隙間１４を這い上がりにくくなってしまうこととなる。そこで、本実施の形態では、電子部品３の絶縁部分３ａの下となる箇所に導体１８を形成し、さらにこの導体１８の上を覆うように絶縁膜１９を形成している。これにより、電子部品３の絶縁部分３ａの下に形成される隙間１７を小さくできるので、樹脂５は隙間１７へ吸い込まれにくくなり、樹脂５が隙間１４を這い上がり易くなる。

さらに電子部品３は、絶縁部分３ａの尖った側が下方となる方向で実装することが望ましい。コンデンサ、抵抗や、インダクタなどは一般的に焼成前にチップ形状に切断される。このとき、切断歯が入る側の角にはだれが生じ、その逆側の角は尖った形状となる。そこで、本実施の形態では、このことに着目し、電子部品３を実装する場合に、尖った側の角が下方を向くように実装するものである。これにより、電子部品３と基板１２との間の隙間１７を小さくできることとなり、樹脂５は隙間１７へ吸い込まれにくくなり、樹脂５が隙間１４を這い上がり易くなる。

ここで、基板１２の上面から電子部品３の上面までの高さ２０は、少なくとも基板１２の上面から界面２ｅまでの界面高さ２１より高い電子部品３を用いることが重要である。これは半導体素子２の側面２ｃと電子部品３の絶縁部分３ａの側面との間での毛細管現象により、樹脂５を界面高さ２１まで這い上がらせなければならないことによるものであるためである。

なお、隙間１４を這い上がった樹脂５は、樹脂５の界面張力により隙間１４の中央が窪んだ凹形状となる。従ってこの窪みの最も低い点の高さは界面高さ２１以上にすることが望ましい。ここで樹脂５は、絶縁部分３ａでの界面張力により、窪みの底に対して這い上がり寸法２２だけ這い上がる。そこで、本実施の形態においては電子部品３の上面と界面高さ２１との差が、這い上がり寸法２２以上となる電子部品３を用いている。これにより、窪みの底部の高さを界面高さ２１より高くできるので、衝撃力が加わってもクラックなどが発生し難くできる。

以下、本実施の形態における半導体実装基板１１の製造方法について図面を用いて説明する。図４は本発明の一実施の形態における半導体実装基板の製造フローチャートであり、図５は同、基板の上面図である。なお、図４、図５において図１から図３と同じものには同じ番号を用いて、その説明は簡略化している。

図４、図５において、基板１２には半導体素子２が装着される接続ランド３１と電子部品３が接続される接続ランド３２とが形成されている。なお基板１２には絶縁膜１９が形成されるが、これら接続ランド３１、接続ランド３２のそれぞれに対応する位置に、絶縁膜１９の不形成部３３と不形成部３４ａとがそれぞれ形成されている。

まず接続部材供給工程４１は、基板１２上へ接続部材を供給する工程であり、接続ランド３１上にはフラックス４０が塗布され、接続ランド３２上にはペースト状のはんだ１３が塗布される。

装着工程４２は、この接続部材供給工程４１の後で、半導体素子２や電子部品３をそれぞれの接続ランド３１、接続ランド３２上に装着する工程である。なお、半導体素子２には、接続ランド３１のそれぞれと対応する位置にはんだバンプ４が形成されている。そしてリフロー工程４３では、この装着工程４２の後ではんだバンプ４やはんだ１３を加熱・溶融させて、半導体素子２や電子部品３を基板１２へ接続固定する。

樹脂充填工程４４は、リフロー工程４３の後で半導体素子２と基板１２との間の隙間へ熱硬化性の樹脂５を充填し硬化する工程である。この樹脂充填工程４４は、注入工程４５と、この注入工程の後の硬化工程４６とからなる。なお本実施の形態において樹脂５にはエポキシ樹脂を用いている。

まず注入工程４５では、半導体素子２の側面２ｃの中央部２ｄからディスペンサで液状の樹脂５を注入する。このとき注入された樹脂５は、樹脂５が注入された側とは反対側の中央部に早く到着する。従って樹脂５は、注入側とは反対側の中央部において樹脂５が溢れ、注入側と反対側中央部で半導体素子の側面２ｃを這い上がる。次に樹脂５は、樹脂５が注入された側に隣接する側面２ｃの中央部に到着する。そして樹脂５は、注入側と隣接する側面２ｃの中央部から溢れ、半導体素子の側面２ｃを這い上がる。

そして最後に角部６に到着する。そしてこの角部６に到達した樹脂５は角部６で溢れ、樹脂５は半導体素子２と電子部品３との間の隙間１４を毛細管現象によって這い上がる。そしてこのようにして樹脂５を注入した後に、硬化工程４６で樹脂５を硬化させる。これにより、樹脂５が隙間１４に這い上がるので、樹脂５で界面２ｅを覆うことができる。従って、落下などに対しても半導体素子２の樹脂膜２ｂが界面２ｅから剥離しにくくなるので、半導体実装基板１１の落下強度を強くできる。

なおこのとき、界面２ｅの全周が樹脂５で覆われなければならない。そこで、本実施の形態における硬化工程４６では、半導体素子２側が下方となる向きで加熱硬化させる。これにより、硬化工程４６の熱により、一旦粘度が小さくなった樹脂５が、下方へと流れ落ちて硬化するので、樹脂５はさらに這い上がることとなり、界面２ｅはさらにしっかりと樹脂５で覆われることとなる。

なおこのような場合注入工程４５では、少なくとも半導体素子２の周囲から溢れた樹脂５が半導体素子２の側面２ｃに付着するようにしておく。また半導体素子２の角部６においては、樹脂５が隙間１４を這い上がり、隣接した電子部品３の絶縁部分３ａと接触するようにしておくことが望ましい。このようにしておくことにより、硬化工程４６で樹脂５が半導体素子２の側面２ｃや電子部品３の絶縁部分３ａに沿って流れ易くできる。

なお、本実施の形態では、角部６が電子部品３の絶縁部分３ａに対応するように配置される。これは、絶縁部分３ａであれば、はんだ１３が樹脂５で覆われにくくなるので、半導体実装基板１１が再度加熱された場合においても、はんだ１３が再溶融して噴出するようなことは発生し難くなる。

また、本実施の形態では、電子部品３の絶縁部分３ａの下となる位置に、接続導体１８を設けている。これにより隙間１７を小さくできるので、樹脂５が隙間１４を這い上がり易くできる。さらに本実施の形態では、接続導体１８が接続ランド３２同士を接続するように設けられている。これにより電子部品３の絶縁部分３ａの下方全体に対して隙間１７を小さくできる。

ここで、電子部品３は、半導体素子２の側面２ｃに対して平行あるいは傾斜して装着のいずれでも良いが、電子部品３を半導体素子２の側面２ｃと平行に装着した場合には、毛細管現象により這い上げる範囲を広くできる。一方、角部６に傾斜して装着した場合には、その角部６に隣接する２辺に対して樹脂５を這い上げ易くできる。

なお、角部６が電子部品３の側面のほぼ中央部に対応する位置となるように装着すると良い。これは、たとえ電子部品３や半導体素子２の装着がずれた場合でも、角部６の近傍に絶縁部分３ａを配置することができるためである。

また本実施の形態において、半導体素子２に対する絶縁膜１９の不形成部３４ａは、半導体素子２の外周により大きくしている。これにより半導体素子２と基板１２との間の間隔１６を大きくできるので、樹脂５が流れ易くなる。従って半導体素子２と基板１２との間にボイドなどが発生し難くなる。

さらに、不形成部３４ａには、その角から電子部品３の方向に向かって形成した絶縁膜１９の不形成部３４ｂを設けている。これにより角部６に達した樹脂５を不形成部３４ｂに沿って、電子部品３の方向へと流れ易くしている。

（実施の形態２）
以下本実施の形態について図面を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態２における装着工程での半導体実装基板の上面図である。図６において図１から図３と同じものには同じ番号を用いて、その説明は簡略化している。

図６は、本実施の形態における装着工程４２では、実施の形態１と同じく基板１２上に半導体素子２と電子部品３とを装着する。ただし電子部品３の装着は、接続ランド３２の位置より電子部品３が半導体素子２から離れる方向へずれた位置に装着している。ただし、はんだ１３と電子部品３とが接触する位置としておくことが必要である。

そして、リフロー工程４３ではんだ１３を溶融させることによって、電子部品３を所定の接続ランド３２の位置へ移動させるわけである。これは、はんだ１３が溶融することにより生じる表面張力が生じ、はんだ１３が電子部品３を所定の位置へと引き戻す作用（セルフアライメント現象）を用いている。

このようにすることによって、電子部品３を半導体素子２の角部６へ近づけることができる。従って隙間１４を小さくすることができるので、樹脂５を確実に隙間１４へ這い上がらせることができる。

また、半導体素子２と電子部品３との隙間１４を、実装機での実装可能な間隔１６よりも小さくすることも可能となる。そしてこれは、半導体実装基板１１の薄型化のために間隔１６を小さくしたような場合に対して、有用となる。

本発明にかかる半導体実装基板は、半導体素子の落下強度が良いという効果を有し、特に落下強度および小型化を必要とするような機器等に用いると有用である。

本発明の実施の形態１における半導体実装基板の上面図同、半導体実装基板の側面図同、半導体実装基板の要部拡大断面図同、半導体実装基板の製造フローチャート同、基板の上面図本発明の実施の形態２における装着工程での半導体実装基板の上面図従来の半導体実装基板の側面図同、要部拡大側面図

符号の説明

２半導体素子
３電子部品
４はんだバンプ
５樹脂
６角部
１２基板

Claims

基板と、この基板上に装着された半導体素子と、この半導体素子と前記基板とを接続するはんだバンプと、前記半導体素子と前記基板との間の隙間に充填された樹脂と、前記基板における前記半導体素子の装着面側に装着された電子部品とを備え、前記電子部品は前記半導体素子の角部近傍に装着された半導体実装基板。
電子部品は、前記電子部品の絶縁部分が半導体素子の角部と対応する位置に配置された請求項１に記載の半導体実装基板。
電子部品の側面の中央部が半導体素子の角部と対応する位置に配置された請求項２に記載の半導体実装基板。
電子部品は、半導体素子の側面に対して斜めに実装された請求項１に記載の半導体実装基板。
基板上には前記電子部品の絶縁部分の下方となる位置に導体が形成された請求項１に記載の半導体実装基板。
接続導体の上面には、絶縁膜が形成された請求項５に記載の半導体実装基板。
電子部品は、絶縁部分の角が尖った側を下側となる方向に実装された請求項１に記載の半導体実装基板。
半導体素子の下面には樹脂膜を有し、基板上面から電子部品の上端までの高さは、前記基板上面から前記半導体素子と樹脂膜との界面までの高さより高くした請求項１に記載の半導体実装基板。
電子部品の上端と界面との高さの差は、前記電子部品の側面において前記側面と樹脂との界面張力によって生じる前記樹脂の這い上がり寸法以上とした請求項８に記載の半導体実層基板。
基板に設けられた接続ランド上に接続部材を供給し、その後で半導体素子と電子部品を前記基板上に装着し、その後で加熱して前記基板と前記半導体素子および前記電子部品とを接続し、その後で前記半導体素子と前記基板との間に樹脂を充填し硬化する半導体実装基板の製造方法において、前記電子部品を装着する工程では、前記半導体素子の角部と前記電子部品との間に前記樹脂が這い上がり可能な隙間が形成されるように前記半導体素子と前記電子部品とを装着し、前記樹脂を充填し硬化する工程では、前記半導体素子の側面と前記電子部品の側面との間の隙間に前記樹脂を這い上がらせる半導体実装基板の製造方法。
電子部品を装着する工程では、半導体素子の角部の近傍であって、前記電子部品が装着されるべき前記接続ランドの位置より前記電子部品が前記半導体素子から離れる方向へずれた位置であるとともに、前記クリームはんだと前記電子部品とが接触可能な位置へ前記電子部品を装着し、前記加熱工程では前記電子部品を前記半導体素子の角部側へ近づける請求項１０に記載の半導体実装基板の製造方法。