JP2010087239A - 電子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を妨げない構造の電子モジュールを提供する。
【解決手段】電子モジュールは、絶縁基板１２の実装面上に半導体チップ１４をフリップチップ接続し、アンダーフィル剤２２で接着した構造である。実装面上には半田レジスト１２ａを溝状に除去した流出防止部１６が形成されており、その内側にアンダーフィル剤２２の充填領域１８が規定されている。アンダーフィル剤２２は充填領域１８の全域にわたって充填されるが、半導体チップ１４の３辺については搭載エリアの内側に流出防止部１６が設けられているため、周囲にアンダーフィル剤２２が拡がらず、それだけスペースの有効活用を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、絶縁基板上に半導体チップをフリップチップ接続して構成される電子モジュールに関するものである。

従来、絶縁基板上に半導体チップをフリップチップ実装する際、半導体チップの外側を取り囲むようにして壁を設けておき、この壁の内側にニードルを挿入して半導体チップと絶縁基板との間に樹脂製のアンダーフィル剤（接着剤）を注入する先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特にこの先行技術は、絶縁基板上に複数の半導体チップを隣接させて実装する場合、境界線（ダイシングライン）を跨いだ隣の実装領域にまでアンダーフィル剤の塗布領域をはみ出させることで、隣接する半導体チップの間にニードルを挿入するためのスペースを確保している。

上記の先行技術によれば、絶縁基板上で半導体チップ同士の実装間隔をなるべく小さくしつつ、隣接するチップ間にニードルの挿入スペースを確保することができるため、半導体チップの大型化によって多量のアンダーフィル剤を注入する必要が生じたとしても、太いニードルを使用して充分な量のアンダーフィル剤を供給することが可能になる。
特開２００７−３２４４０３号公報（段落００１７〜００２４、図４、図５）

しかしながら、先行技術のようにアンダーフィル剤を半導体チップの周囲にまで塗布すると、その範囲内には他の電子部品（例えばチップ抵抗、チップコンデンサ等）を配置することができなくなるため、電子モジュール全体の小型化を妨げてしまうという問題が生じる。

そこで本発明は、小型化を妨げない構造の電子モジュールを提供しようとするものである。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
すなわち本発明は、電極が形成された実装面を有する絶縁基板と、この絶縁基板の実装面上に載置して設けられ、この状態で実装面に対向する裏面電極が電極に接続された半導体チップと、実装面と半導体チップの裏面との間に充填して設けられたアンダーフィル剤と、絶縁基板に設けられ、実装面上でアンダーフィル剤の充填領域を規制する流出防止部とを備えた電子モジュールである。その上で流出防止部は、実装面のうち少なくとも半導体チップが載置される搭載エリアを越えてその外側にまで充填領域が拡張するのを規制する位置に設けられている。

本発明の電子モジュールによれば、半導体チップの周囲で少なくとも搭載エリア内だけにアンダーフィル剤の充填領域が収まる箇所（辺）を設けることができる。このため、半導体チップの周囲に他の電子部品を配置するためのスペースを確保することができ、それだけ全体としての小型化を実現することができる。

また本発明は、流出防止部の配置について以下に挙げる２つの基本態様を含むものである。

〔基本態様１〕
先ず流出防止部は、搭載エリアの内側に設けられているものとする。すなわち流出防止部は、搭載エリアの外縁からある程度の間隔をおいた内寄りの位置に設けられているのである。この態様であっても、アンダーフィル剤が半導体チップの裏面の一部と実装面との間で充分な接着力を発揮できるので、それによって半導体チップの取付強度を高めることができる。

上記の基本態様１において、半導体チップの外形が矩形状であるとすると、流出防止部は、半導体チップが有する４辺のうち３辺についてのみ搭載エリアの内側に設けられており、他の１辺については搭載エリアの外側に設けられていてもよい。

この場合、４辺のうち３辺についてはアンダーフィル剤の充填領域を搭載エリア内に収めることで周囲のスペースを確保しつつ、残りの１辺については、これをアンダーフィル剤の塗布辺として活用することで、半導体チップの外側からアンダーフィル剤を塗布する作業の効率化を図ることができる。なお塗布方法は、例えば１辺の外側に確保される塗布領域の複数個所にアンダーフィル剤をインクジェットの要領で吹き付ける作業を複数回繰り返すものとなる。このような塗布作業の繰り返しにより、アンダーフィル剤は毛細管現象によって半導体チップの裏面と絶縁基板の実装面との間に浸透していき、流出防止部まで拡がる。そして塗布辺では、最終的にアンダーフィル剤が半導体チップの側面にまで回り込んでフィレットを形成するので、それだけ接着強度を高めることができる。

また上記の基本態様１において、流出防止部は、その全体が搭載エリアの内側にのみ設けられていてもよい。この場合、半導体チップの全周囲にわたってアンダーフィル剤の充填領域が搭載エリア内に収まるので、さらに小型化を容易にすることができる。

〔基本態様２〕
次に流出防止部は、実装面上で仮想的に規定される搭載エリアの境界線に沿って設けられているものとする。すなわち流出防止部は、搭載エリアの縁（境界線）ぎりぎりの位置に設けられているのである。この態様であれば、アンダーフィル剤が半導体チップの裏面全体と実装面との間で充分な接着力を発揮するため、半導体チップの取付強度をさらに高めることができる。

上記の基本態様２において、半導体チップの外形が矩形状である場合、流出防止部は、半導体チップが有する４辺のうち３辺についてのみ搭載エリアの境界線に沿って設けられており、他の１辺については搭載エリアの外側に設けられていてもよい。

通常、硬化前に流動体の状態で塗布されたアンダーフィル剤は、流出防止部の縁で発生する表面張力でそれ以上の流出を押し止められているが、この場合、４辺のうち３辺については搭載エリアの境界線上で流出防止部の縁と半導体チップの裏面の縁とが一致することになる。このため、これら３辺では流出防止部の縁で発生する表面張力と半導体チップの裏面の縁で発生する表面張力とが合成された状態となり、それだけアンダーフィル剤の流出を強固に防止することができる。

また、半導体チップの３辺についてはアンダーフィル剤の充填領域を搭載エリアの縁ぎりぎりに収めることで周囲のスペースを確保しつつ、残りの１辺については、これをアンダーフィル剤の塗布辺として活用することで、半導体チップの外側からアンダーフィル剤を塗布する作業の効率化を図ることができる。なお、アンダーフィル剤の塗布方法は上述した基本形態１の場合と同様である。

上記の基本形態２において、流出防止部は、その全体が搭載エリアの境界線に沿って設けられていてもよい。この場合、半導体チップの全周囲にわたってアンダーフィル剤の充填領域が搭載エリア内ぎりぎりに収まっているので、基本形態１と同様に電子モジュール全体の小型化を容易にすることができる。

また本発明の電子モジュールは、上記の基本形態１，２に共通して以下の特徴を有する。

すなわち絶縁基板には、実装面を被覆する膜状の半田レジストが形成されており、半田レジストが実装面上で環形状に除去された溝部分により流出防止部が形成されるものとする。

この場合、溝幅を適度に縮めることによって流出防止部を細くすることができる。流動体の状態で塗布されたアンダーフィル剤は、半田レジストの表面に付着しながら拡がっていくが、溝部分に達したところでアンダーフィル剤に強い表面張力が働くため、それによってアンダーフィル剤の流出を確実に抑えることができる。

あるいは本発明において、絶縁基板の実装面上を膜状に拡がって設けられた半田レジストの切れ目により流出防止部が形成される構成であってもよい。

このような構成であれば、半田レジストの切れ目で膜厚分の段差が形成されるため、この段差の内側が窪みとなってアンダーフィル剤の流出を抑えることができる。

本発明の電子モジュールは、半導体チップの周囲のスペースを有効に活用することができ、全体としての小型化を容易に実現することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態の電子モジュールの構成を示した分解斜視図である。第１実施形態の電子モジュールは、絶縁基板１２上に半導体チップ１４をフリップチップ接続して構成されている。なお図１には半導体チップ１４だけが示されているが、絶縁基板１２には他の半導体チップや他の電子部品（例えばチップ抵抗やチップコンデンサ、チップコイル等）が実装されていてもよい。

〔絶縁基板〕
絶縁基板１２は、例えば図１に示される表面を実装面としており、この実装面は膜状の半田レジスト１２ａで被覆されている。また絶縁基板１２の実装面上には、半導体チップ１４の接続ランドとなる複数の電極１２ｂ（全てに参照符号は付されていない）が形成されており、これら電極１２ｂは半田レジスト１２ａから露出している。なお電極１２ｂは、例えば絶縁基板１２の内層や裏面に形成された配線パターンを通じて電気回路（いずれも図示されていない）に接続されている。なお絶縁基板１２は、表面と裏面の両方が実装面として構成されているものであってもよい。

〔半導体チップ〕
半導体チップ１４は、例えば回路基板１４ａ上に形成された半導体集積回路を封止樹脂１４ｂによってモールディングした構造である。半導体チップ１４は、その平面視でみた外形が矩形状をなしており、その上下方向には回路基板１４ａ及び封止樹脂１４ｂの厚み分だけ高さを有している。図１には示されていないが、半導体チップ１４の裏面（回路基板１４ａの裏面）には、例えば絶縁基板１２の各電極１２ｂに接続するための半田ボールの配列（ＢＧＡ）が設けられている。

〔搭載エリア〕
絶縁基板１２の実装面上には、図１中に一点鎖線で示されているように半導体チップ１４の外形に合致した矩形状の搭載エリア（図１中参照符号Ａ）が規定されている。なお搭載エリアは、実装面上に半導体チップ１４を投影した面積を有している。

〔流出防止部〕
また絶縁基板１２の実装面上には、例えば矩形状の流出防止部１６が形成されている。半導体チップ１４をフリップチップ接続した状態で、半導体チップ１４の裏面と実装面との間には図示しないアンダーフィル剤（樹脂接着剤）が充填されるものとなっており、実装面上でみて流出防止部１６の内側にはアンダーフィル剤の充填領域１８が規定されている。なお図１中、充填領域１８にはドットによるマーキングを付している。

〔半導体チップの４辺〕
第１実施形態では、半導体チップ１４の４辺のうち一対の長辺と１つの短辺について、搭載エリアの内側に流出防止部１６が設けられている。そして残り１つの短辺については、搭載エリアの外側に流出防止部１６が設けられている。

図２は、完成状態でみた第１実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図（図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図）である。上記のように半導体チップ１４は、その裏面に設けられた半田ボール２０を介して絶縁基板１２の電極１２ｂに接続されている。なお回路基板１４ａの裏面には、半田ボール２０とともに図示しない電極が形成されている。

第１実施形態では、いわゆるオーバーレジストとして半田レジスト１２ａが設けられている。すなわち半田レジスト１２ａの膜厚は電極１２ｂの厚みより僅かに大きく、電極１２ｂの周縁には僅かに半田レジスト１２ａがオーバラップして設けられている。上記の流出防止部１６は、このような半田レジスト１２ａをその膜厚分だけ除去した溝部分によって形成されている。

上記のように、半導体チップ１４の３つの辺については搭載エリアの内側に流出防止部１６が設けられており、このため図２中の左辺を一例として示すように、３辺については充填領域１８の縁が半導体チップ１４の裏面の縁からある程度の間隔（図２中参照符号Ｓ）をおいて内側に位置している。

これに対し、残りの１辺（図２中の右辺）については、上記のように搭載エリアの外側に流出防止部１６が設けられており、この１辺については充填領域１８が搭載エリアの外側にまで拡がっている。このため第１実施形態では、この１辺をアンダーフィル剤２２の塗布辺として活用することができる。

〔塗布方法〕
第１実施形態では、半導体チップ１４がフリップチップ接続された後、アンダーフィル剤２２を以下のように塗布（充填）することができる。図２に示されるように、半導体チップ１４の１辺に対して塗布治具２４を近接させ、その先端から流動体の状態でアンダーフィル剤２２を充填領域１８に塗布（噴射）していくことにより、毛細管現象を利用して半導体チップ１４の裏面と実装面との間にアンダーフィル剤２２を浸透させることができる。

このとき塗布治具２４は、例えば半導体チップ１４の１辺に沿って移動しながらアンダーフィル剤２２を少量ずつ噴射する動作を複数回繰り返す。このようにインクジェットの要領でアンダーフィル剤２２を塗布していきながら、アンダーフィル剤２２が拡がっていく速度と塗布量とをうまくバランスさせることで、途中でアンダーフィル剤２２が硬化したり、供給過多になったりすることなく、充填領域１８の全域にまで確実にアンダーフィル剤２２を行き渡らせることができる。

そして、半導体チップ１４の１辺（塗布辺）から塗布されたアンダーフィル剤２２は、やがて他の３辺より内側の位置で流出防止部１６の縁（溝部分の縁）に到達し、そこで発生する強い表面張力によって流出を押し止められる。また塗布辺においては、図２に示されているように、搭載エリアの外側にまでアンダーフィル剤２２が拡がり、半導体チップ１４の側面に塗れ上がることでフィレットを形成する。この状態で塗布作業を終了し、アンダーフィル剤２２を硬化させて半導体チップ１４を絶縁基板１２に接着する。

上述した第１実施形態の電子モジュールによれば、塗布辺を除く３辺で搭載エリアの外側にアンダーフィル剤２２が拡がるのを防止できるため、その分、絶縁基板１２上のスペースを有効に活用することができる。このため、例えば半導体チップ１４の周囲に他の電子部品を近接させて配置することにより実装密度を高め、電子モジュール全体としての小型化を図ることができる。

また、４辺のうち１辺を塗布辺として活用することでアンダーフィル剤２２を塗布（充填）する作業効率を高め、電子モジュールの生産性を向上することができる。

〔第２実施形態〕
次に図３は、第２実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図である。第２実施形態の電子モジュールは主に、半導体チップ１４の４辺全てについて搭載エリアの内側に流出防止部１６が設けられている点が第１実施形態と異なっている。その他の構成は第１実施形態と共通であるため、それらについては図示とともに同一の符号を付して重複した説明を省略するものとする。

第２実施形態では、第１実施形態のように塗布辺（フィレット）が存在しない。また図３中の左辺及び右辺に示されているように、半導体チップ１４の４辺全てについて充填領域１８の縁が半導体チップ１４の裏面の縁からある程度の間隔（図３中参照符号Ｓ）をおいて内側に位置している。なお第２実施形態では、例えば半導体チップ１４の側方位置から斜めにアンダーフィル剤２２を噴射することで、搭載エリア内の充填領域１８だけにアンダーフィル剤２２を塗布することができる。また、絶縁基板１２に図示しない貫通孔を設け、貫通孔を通じてアンダーフィル剤２２を充填してもよい。

第２実施形態の電子モジュールは、半導体チップ１４の全周にわたって充填領域１８が搭載エリア内に収まっている。このため、より高密度な実装を可能にし、全体の小型化をさらに実現することができる。

〔第３実施形態〕
図４は、第３実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図である。第４実施形態の電子モジュールは主に、流出防止部１６の構成が第１実施形態と異なっており、また充填領域１８内には半田レジスト１２ａが形成されていない。その他の構成は第１実施形態と共通であるため、それらについては図示とともに同一の符号を付して重複した説明を省略するものとする。

第３実施形態では、上記のように充填領域１８内に半田レジスト１２ａが形成されておらず、充填領域１８の外縁までで半田レジスト１２ａが途切れている。このため、絶縁基板１２の実装面上では半田レジスト１２ａの切れ目部分にその膜厚分だけ段差が生じており、この段差によってアンダーフィル剤２２の流出が堰き止められている。したがって第３実施形態では、このような半田レジスト１２ａの切れ目によって流出防止部１６を形成することができる。

第３実施形態の電子モジュールもまた、第１実施形態と同様に３つの辺の外側に有効なスペースを確保して高密度な実装を可能にし、その小型化に寄与することができる。

〔第４実施形態〕
次に図５は、第４実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図である。第４実施形態の電子モジュールは、流出防止部１６が搭載エリアの境界線に沿って設けられている点が第１実施形態と異なっている。その他の構成は第１実施形態と共通であるため、それらについては図示とともに同一の符号を付して重複した説明を省略するものとする。

すなわち第４実施形態では、半導体チップ１４の３つの辺について、流出防止部１６が搭載エリアの縁（境界線）ぎりぎりの位置に設けられており、その他の１辺については搭載エリアの外側に位置している。このため第１実施形態と同様に、半導体チップ１４の１辺を塗布辺として利用することができる。

第４実施形態の場合、絶縁基板１２の垂直方向でみると、半導体チップ１４の３辺について流出防止部１６の縁が半導体チップ１４の裏面の縁に合致している。このため、塗布されたアンダーフィル剤２２が流出防止部１６の縁に到達すると、溝部分の縁で発生する表面張力と回路基板１４ａの裏面の縁で発生する表面張力とが合成されるため、それだけ強い表面張力によって確実にアンダーフィル剤２２の流出を防止することができる。

〔第５実施形態〕
特に図示しないが、上述した第２実施形態（図３）において、その流出防止部１６の構成を第３実施形態（図４）の構成に置き換えることで、これを第５実施形態の電子モジュールとすることができる。

〔第６実施形態〕
同じく図示していないが、上述した第４実施形態（図５）において、その流出防止部１６を第２実施形態（図３）と同様に半導体チップ１４の４辺全てについて搭載エリアの内側に設けることで、これを第６実施形態の電子モジュールとすることができる。

〔第７実施形態〕
あるいは上述した第４実施形態（図５）において、その流出防止部１６を第３実施形態（図４）の構成に置き換えることで、これを第７実施形態の電子モジュールとしてもよい。

なお上述した第１，第３，第４実施形態では、半導体チップ１４の１つの短辺を塗布辺としているが、長辺を塗布辺としてもよい。また、各実施形態で挙げた半導体チップ１４の形態はあくまで一例であって、異なる形状の半導体チップを用いて本発明の電子モジュールを実施することはもちろん可能である。

また各実施形態では、半導体チップ１４を半田ボール２０で電極１２ｂに接続しているが、その他の接続手段（例えば金バンプ）を用いてフリップチップ接続する形態であってもよい。

第１実施形態の電子モジュールの構成を示した分解斜視図である。 完成状態でみた第１実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図（図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図）である。 第２実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図である。 第３実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図である。 第４実施形態の電子モジュールの構造例を示す縦断面図である。

符号の説明

１２ 絶縁基板
１２ａ 半田レジスト
１２ｂ 電極
１４ 半導体チップ
１６ 流出防止部
１８ 充填領域
２０ 半田ボール
２２ アンダーフィル剤
２４ 塗布治具

Claims (9)

1. 電極が形成された実装面を有する絶縁基板と、
   前記絶縁基板の実装面上に載置して設けられ、この状態で前記実装面に対向する裏面電極が前記電極に接続された半導体チップと、
   前記実装面と前記半導体チップの裏面との間に充填して設けられたアンダーフィル剤と、
   前記絶縁基板に設けられ、前記実装面上で前記アンダーフィル剤の充填領域を規制する流出防止部とを備え、
   前記流出防止部は、
   前記実装面のうち少なくとも前記半導体チップが載置される搭載エリアを越えてその外側にまで前記充填領域が拡張するのを規制する位置に設けられていることを特徴とする電子モジュール。
2. 請求項１に記載の電子モジュールにおいて、
   前記流出防止部は、
   前記搭載エリアの内側に設けられていることを特徴とする電子モジュール。
3. 請求項２に記載の電子モジュールにおいて、
   前記半導体チップの外形が矩形状であって、
   前記流出防止部は、
   前記半導体チップが有する４辺のうち３辺についてのみ前記搭載エリアの内側に設けられており、他の１辺については前記搭載エリアの外側に設けられていることを特徴とする電子モジュール。
4. 請求項２に記載の電子モジュールにおいて、
   前記流出防止部は、
   その全体が前記搭載エリアの内側にのみ設けられていることを特徴とする電子モジュール。
5. 請求項１に記載の電子モジュールにおいて、
   前記流出防止部は、
   前記実装面上で仮想的に規定される前記搭載エリアの境界線に沿って設けられていることを特徴とする電子モジュール。
6. 請求項５に記載の電子モジュールにおいて、
   前記半導体チップの外形が矩形状であり、
   前記流出防止部は、
   前記半導体チップが有する４辺のうち３辺についてのみ前記搭載エリアの境界線に沿って設けられており、他の１辺については前記搭載エリアの外側に設けられていることを特徴とする電子モジュール。
7. 請求項５に記載の電子モジュールにおいて、
   前記流出防止部は、
   その全体が前記搭載エリアの境界線に沿って設けられていることを特徴とする電子モジュール。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の電子モジュールにおいて、
   前記絶縁基板には、前記実装面を被覆する膜状の半田レジストが形成されており、
   前記半田レジストが前記実装面上で環形状に除去された溝部分により前記流出防止部が形成されることを特徴とする電子モジュール。
9. 請求項１から７のいずれかに記載の電子モジュールにおいて、
   前記絶縁基板の前記実装面上を膜状に拡がって設けられた半田レジストの切れ目により前記流出防止部が形成されることを特徴とする電子モジュール。

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