JP2009147034A - 回路装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体装置を１つの回路基板に搭載すると共に小型化した回路装置、及びそのような回路装置の製造方法を提供する。
【解決手段】表面の少なくとも一部に絶縁部材６を備えた回路基板２と、回路基板２に取り付けられた複数の半導体装置３Ａ，３Ｂと、を備えた回路装置１であって、複数の半導体装置３Ａ，３Ｂと回路基板２とのＧＡＰにはアンダーフィル材がモールドされ、回路回路基板２において第１の半導体装置３Ａと第２の半導体装置３Ｂとの間には絶縁部材６を塗布していない絶縁部材非具備部２１が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置が接合部材を介して回路基板に接合され、該半導体装置と回路基板とのＧＡＰをアンダーフィルモールドされてなる回路装置、及びその製造方法に関するものである。

近年、携帯電話等の電子機器に内蔵された回路装置の小型化、高集積化が進行するに伴い、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）、半導体ベアチップ等の半導体装置をバンプ等の接合部材を介して回路基板に接合して用いる回路装置が用いられている（特許文献１参照）。

例えば、図８において回路装置１は、回路基板２上に半導体装置３が接合部材としてのはんだボール４により接合されている。吐出手段（図示せず）によりアンダーフィル材５を回路基板２の絶縁部材６上であって半導体装置３の近傍61に吐出すると、アンダーフィル材５は半導体装置３と回路基板２とのＧＡＰに毛細管現象により充填される。このアンダーフィル材５は、一般に熱硬化性樹脂にシリカなどのフィラーが混入されており、熱膨張係数差により半導体装置に加わるストレスを軽減する役目がある。アンダーフィル材５は半導体装置３と回路基板２との間に充填された後に加熱されることにより硬化し、アンダーフィルモールドが完成する。
特開２０００−２６０８２０号公報

半導体装置の小型化に伴い半導体装置と回路基板とのGAPも小さくなってきている。また複数の半導体装置を１つの回路基板に搭載する回路装置も開発されている。

この場合、図７（ｂ）に示すように回路基板２にバンプ等の接合部材４を介して接合された第１の半導体装置3Aと第２の半導体装置3Bのそれぞれにアンダーフィル材５を充填する必要がある。具体的には、最初に第１の半導体装置3Aの第２の半導体装置3Bとの対向面の反対側3Aoに吐出手段９によりアンダーフィル材５を塗布する。次いで、第２の半導体装置3Bの第１の半導体装置3Aとの対向面の反対側3Boに吐出手段９を移動させてアンダーフィル材５を塗布する。

領域3Ao及び3Boに塗布されたアンダーフィル材５は、毛細管現象により第１の半導体装置3Aと回路基板２とのGAP 7A、及び、第２の半導体装置3Bと回路基板２とのGAP 7Bに充填されるが、その一部は塗布点を中心として回路基板２の外周部に向かって拡がる。従って、アンダーフィル材付着領域55が２つ形成されるため回路装置が大型となり、市場からの小型化の要求に反するものとなっていた。

また、同図（ｃ）に示すように、最初に第１の半導体装置3Aの第２の半導体装置3Bとの対向面側3Aiに吐出手段９によりアンダーフィル材５を塗布し、次いで、第２の半導体装置3Bの第１の半導体装置3Aとの対抗面側3Biに吐出手段９を移動させてアンダーフィル材５を塗布する手法もとられていた。この手法によっても、領域3Ai及び3Biに塗布されたアンダーフィル材５は毛細管現象によりGAP 7A、7Bに充填されるが、その一部は塗布点を中心として回路基板２の外周部に向かって拡がる。従って、同様にアンダーフィル材付着領域55が２つ形成されるため回路装置が大型となり、小型化の要求に反していた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一の目的は複数の半導体装置を１つの回路基板に搭載すると共に小型化した回路装置を提供することであり、他の目的は、そのような回路装置の製造方法を提供することである。

第１の発明は、表面の少なくとも一部に絶縁部材を備えた回路基板と、回路基板に取り付けられた複数の半導体装置と、を備えた回路装置であって、複数の半導体装置と回路基板とのＧＡＰにはアンダーフィル材がモールドされ、回路基板において第１の半導体装置と第２の半導体装置との間には絶縁部材を具備していない絶縁部材非具備部が設けられている回路装置である。

絶縁部材非具備部は、第１の半導体装置から第２の半導体装置に向かって延在し、第２の半導体装置側の絶縁部材非具備部の幅は第１の半導体装置側の絶縁部材非具備部の幅よりも小さいのが好ましい。

第２の発明は、複数の半導体装置が接合部材を介して回路基板に接合され、半導体装置と回路基板とのＧＡＰをアンダーフィルモールドした回路装置の製造方法である。回路基板は第１の半導体装置が接合されるべき位置と第２の半導体装置が接合されるべき位置との間に絶縁部材を具備していない絶縁部材非具備部を有している。具体的には、複数の半導体装置を接合した回路基板を第１の半導体装置が第２の半導体装置に対して位置が高くなるように傾斜した状態で保持し、第１の半導体装置の最上部近傍の回路基板上にアンダーフィル材を塗布する工程と、第１の半導体装置と回路基板とのＧＡＰから流出して絶縁部材非具備部を流動し第２の半導体装置と回路基板とのＧＡＰに流入したアンダーフィル材が、第２の半導体装置の最下部近傍に到達した後で、回路基板の姿勢を水平にする工程と、加熱によりアンダーフィル材を硬化させる工程と、を有している。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態に係る回路装置とその製造方法について説明する。

まず、図２及び３に示すように、第１の半導体装置3Aと第２の半導体装置3Bを回路基板２に接合しただけで、アンダーフィル材をまだ充填していないアンダーフィル未充填回路装置1Aを用意する。図２はアンダーフィル未充填回路装置1Aの上面図であり、図３は図２の線Ｉ−Ｉで切断した断面図である。

第１及び第２の半導体装置3A、 3Bはバンプ等の接合部材４を介して回路基板２の端子（図示せず）と接合している。回路基板２は、その表面の一部にレジスト等の絶縁部材６を具備しているが、第１の半導体装置3Aが接合されるべき位置と第２の半導体装置3Bが接合されるべき位置との間の領域に絶縁部材６を具備していない絶縁部材非具備部21が設けられている。絶縁部材非具備部21は絶縁部材壁22、23で挟まれており、後述するように絶縁部材非具備部21はアンダーフィル材の流動路となる。

図４（ａ）に示すように、治具（図示せず）によりアンダーフィル未充填回路装置1Aを傾斜した状態で保持する。第１の半導体装置3Aの回路基板２との対向面は、紙面左側（以下、最上部3AHという）が位置が高くなっている。次に、同図（ｂ）に示すように、該最上部3AH近傍の絶縁部材６、即ち回路基板２に吐出手段９によりアンダーフィル材５を塗布する。

同図（ｃ）に示すように、塗布されたアンダーフィル材５は、重力により第１の半導体装置3Aと回路基板２とのGAP 7Aに達すると毛細管現象によりGAP 7A全体に充填される。そして、同図（ｄ）に示すように、GAP 7Aから流出したアンダーフィル材５は、重力により第２の半導体装置3Bへ向かって流れるが、絶縁部材壁22、23に堰き止められ絶縁部材非具備部21に沿って流動することとなる。

その後、同図（ｅ）に示すように、アンダーフィル材５が第２の半導体装置3Bと回路基板２とのGAP 7Bに達すると、毛細管現象によりアンダーフィル材５はGAP 7B全体に充填される。

第２の半導体装置3Bの回路基板２との対向面は、紙面右側（以下、最下部3BLという）が位置が低くなっている。アンダーフィル材５が最下部3BLの近傍に到達した後で、同図（ｆ）に示すように回路基板２の姿勢を水平にする。これにより、アンダーフィル材５の流動は停止し、アンダーフィル材５がGAP 7Bから流出することはない。

次いで、加熱することによりアンダーフィル材５を硬化させる。これにより、図１に示すアンダーフィルモールドされた回路装置１が完成する。

回路基板２を傾斜した状態で保持してアンダーフィル材５を塗布することにより、アンダーフィル材５がGAP 7A、7Bに充填する充填速度を減少させることなく効率的に安定して回路装置１を製造することが可能となる。

本願発明により隣接する２つの半導体装置をアンダーフィルモールドする場合、図７（ａ）に示すようにアンダーフィル材付着領域55は１つのみ形成される。それに対して、従来の回路装置は同図（ｂ）、（ｃ）に示すようにアンダーフィル材付着領域55は２つ形成される。従って、本願発明の回路装置１はアンダーフィル材付着領域55が１つ少ない分だけ従来の回路装置よりも小型化することが可能となる。

また、図２に示すように、絶縁部材非具備部21は、第１の半導体装置3A側の幅WAに比べて第２の半導体装置3B側の幅WBが小さくなっており、第２の半導体装置3Bへのアンダーフィル材５の注入口を絞ることができる。図５は、GAP 7B内でのアンダーフィル材の挙動を示しており、等時輪郭線（isochronal contour line）51は、GAP 7B内を移動するアンダーフィル材５の前縁を表す。初めに、アンダーフィル材５は、絶縁部材非具備部端部21EからGAP 7B内へ進入する。時間が進行するに従って、アンダーフィル材５の前縁は、矢印52によって示されるように、絶縁部材非具備部端部21E中心としてGAP 7B内を略放射状に前進するのでボイドの発生を抑制することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、２つの半導体装置が真横に並列して回路基板に接合されている場合について説明した。以下に、他の位置関係で接合されている場合について説明する。実施の形態１と同じ部材、部分については同じ参照符号を付し、説明を省略する。また、いずれの図においても、回路基板２は傾斜しているため紙面の左側が高く、右側が低いものとする。なお、製造方法は実施の形態１に記載した方法と同様である。

図６（ａ）は、第２の半導体装置3Bの角部が第１の半導体装置3Aの一辺の略中点を向いている回路装置である。絶縁部材非具備部21は、第１の半導体装置3A側の幅WAに比べて第２の半導体装置3B側の幅WBが小さくなっている。

［実施の形態３］
図６（ｂ）は、第２の半導体装置3Bが第１の半導体装置3Aと平行な位置関係にあるが、紙面下方向に位置がずれている回路装置である。絶縁部材非具備部21は、第１の半導体装置3A側の幅WAに比べて第２の半導体装置3B側の幅WBが小さくなっている。

［実施の形態４］
図６（ｃ）は、第２の半導体装置3Bの角部が、第１の半導体装置3Aの紙面右側の辺の中点と紙面右下の角部との間の略中心を向いている回路装置である。絶縁部材非具備部21は、第１の半導体装置3A側の幅WAに比べて第２の半導体装置3B側の幅WBが小さくなっている。

［実施の形態５］
図６（ｄ）は、第２の半導体装置3Bの角部が第１の半導体装置3Aの角部を向いている回路装置である。絶縁部材非具備部21は、第１の半導体装置3A側の幅WAに比べて第２の半導体装置3B側の幅WBが小さくなっている。

実施の形態では、隣接する２つの半導体装置にアンダーフィル材を充填したが、３つ以上の半導体装置にも本願発明を適用でき、本願発明の技術的範囲に属する。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る回路装置の上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアンダーフィル未充填回路装置の上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアンダーフィル未充填回路装置の断面図である。 本発明に係る製造方法の工程図である。 GAP 7B内でのアンダーフィル材の挙動を説明する図である。 本発明の第２〜第５の実施の形態に係る回路装置の上面図である。 本発明と従来の回路装置の大きさを比較する断面図である。 従来の回路装置の断面図である。

符号の説明

１ 回路装置、２ 回路基板、３ 半導体装置、３Ａ 第１の半導体装置、３Ｂ 第２の半導体装置、４ 接合部材、５ アンダーフィル材、６ 絶縁部材、７ ＧＡＰ、９ 吐出手段、２１ 絶縁部材非具備部

Claims (3)

1. 表面の少なくとも一部に絶縁部材を備えた回路基板と、該回路基板に取り付けられた複数の半導体装置と、を備えた回路装置であって、
   前記複数の半導体装置と回路基板とのＧＡＰにはアンダーフィル材がモールドされ、前記回路基板において第１の半導体装置と第２の半導体装置との間には絶縁部材を具備していない絶縁部材非具備部が設けられている、回路装置。
2. 前記絶縁部材非具備部は、第１の半導体装置から第２の半導体装置に向かって延在し、第２の半導体装置側の絶縁部材非具備部の幅は第１の半導体装置側の絶縁部材非具備部の幅よりも小さい、請求項１記載の回路装置。
3. 複数の半導体装置が接合部材を介して回路基板に接合され、前記半導体装置と回路基板とのＧＡＰをアンダーフィルモールドした回路装置の製造方法であって、
   複数の半導体装置を接合した回路基板を第１の半導体装置が第２の半導体装置に対して位置が高くなるように傾斜した状態で保持し、第１の半導体装置の最上部近傍の回路基板上にアンダーフィル材を塗布する工程と、
   前記回路基板は第１の半導体装置が接合されるべき位置と第２の半導体装置が接合されるべき位置との間に絶縁部材を具備していない絶縁部材非具備部を有し、第１の半導体装置と回路基板とのＧＡＰから流出して前記絶縁部材非具備部を流動し第２の半導体装置と回路基板とのＧＡＰに流入したアンダーフィル材が、第２の半導体装置の最下部近傍に到達した後で、回路基板の姿勢を水平にする工程と、
   加熱によりアンダーフィル材を硬化させる工程と、
   を有する回路装置の製造方法。

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