JP2013541216A - 基板の反りを改善するための方法および装置 - Google Patents

基板の反りを改善するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

パッケージ基板は、導電層と、導電層同士の間に挿入された誘電体とを含む。この誘電体は、補強材料コンポーネントと、負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーがドープされたニート樹脂とを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、BCHIRらの名義で2011年10月13日に出願された、米国仮特許出願第61/392,634号の利益を主張し、上記の仮出願の開示は、参照により全体が本明細書に明示的に組み込まれる。
本開示は概して、集積回路(IC)に関する。より具体的には、本開示は、基板の反りを軽減するための誘電体層の改良に関する。
現在の集積回路は、反りが生じやすい薄い基板を使用している。反りは、CTE(熱膨張係数)値が一致しない金属、誘電体、および複合物のような複数の種類の材料を基板に使用するために生じる。反りによって、製造時にチップ取付け歩留まり損失および基板実装組立て歩留まり損失が生じることがある。さらに、反りによって誘電体層の層間剥離(たとえば、ELK亀裂)が生じることもある。したがって、集積回路における反りを軽減する必要がある。
一態様では、パッケージ基板を開示する。パッケージ基板は、複数の導電層を含む。パッケージ基板には、導電層同士の間に挿入された誘電体も含まれる。この誘電体は、補強材料コンポーネントと、負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーがドープされたニート樹脂とを含む。
別の態様では、導電層を有するパッケージ基板を開示する。パッケージ基板には、導電層同士の間に挿入された誘電体も含まれる。この誘電体は、約25%以下のガラスファイバーを有する。
別の態様において、方法はパッケージ基板を形成するステップを含む。パッケージ基板は、導電層と、導電層同士の間に挿入された誘電体とを有する。この誘電体は、補強材料コンポーネントとニート樹脂とを含む。誘電体のニート樹脂には負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーがドープされる。
別の態様において、方法は、導電層を有するパッケージ基板を形成するステップを含む。導電層同士の間に誘電体が挿入され、この誘電体は約25%以下のガラスファイバーを有する。
別の態様では、装置を開示する。装置は、導電層と、導電層同士の間に挿入された誘電体とを有するパッケージ基板を含む。この誘電体は、補強材料コンポーネントとニート樹脂とを含む。誘電体のニート樹脂に負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーをドープするための手段も含まれる。
別の態様では、導電層を有する装置を開示する。導電層同士の間に誘電体を挿入するための手段も含まれ、この誘電体は約25%以下のガラスファイバーを含む。
上記は、以下の詳細な説明がより理解され得るように、本開示の特徴および技術的な利点について、かなり大まかに概説したものである。本開示のさらなる特徴および利点について以下に説明する。本開示と同じ目的を実行するための他の構造を改良または設計するための基礎として、本開示が容易に利用され得ることが、当業者には理解されよう。また、そのような等価の構成は、添付の特許請求の範囲で述べられるような本開示の教示から逸脱しないことが、当業者には認識されよう。機構と動作の方法との両方に関する、本開示の特性であると考えられる新規の特徴は、添付の図面とともに考慮されることで、さらなる目的および利点とともに、以下の説明からより理解されるだろう。しかしながら、図面の各々は例示および説明のみを目的に与えられ、本開示の範囲を定めることを目的とはしないことを、明確に理解されたい。
本開示のより完全な理解のために、ここで、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
従来のストリップ組立て方法を示すフローチャートである。 従来のユニット組立て方法を示すフローチャートである。 従来のパッケージ基板を示す断面図である。 改良されたパッケージ基板を示す断面図である。 改良されたパッケージ基板の別の実施形態を示す断面図である。 本開示の実施形態を有利に使用できる例示的なワイヤレス通信システムを示すブロック図である。 一実施形態による、半導体コンポーネントの回路設計、レイアウト設計、および論理設計のために用いられる、設計用ワークステーションを示すブロック図である。
図1は、従来のストリップ組立て方法を示す。ダイ104のような複数のパッケージ基板は、パネル、サブパネル、ストリップ、またはユニットアレイ102上に配置されるようになっている。ダイ104に粘着性の材料106を塗布してダイをストリップ102に固定する。ダイが固定されたストリップ102の組立ては、チップ取付け機(図示せず)において行われる。次いで、組み立てられたストリップ全体をリフロー炉において加熱し、次に放置して冷却する。
ダイ104は、CTE(熱膨張係数)が約3ppm/℃になる傾向がある。ストリップ102のCTEは約17ppm/℃以上である。熱膨張は、温度の変化に応じて物質の体積が変化する傾向である。特定の物質について、膨張度を温度の変化で割った値をその物質の熱膨張係数(CTE)と呼ぶ。ダイ104とストリップ102の熱膨張の不一致が顕著であると、組立て時にボーイングおよび反りが生じる傾向がある。
図2は、従来のユニットレベル組立て方法を示す。ここで、ダイ204は、基板208に取り付けられ、成形コンパウンド206に囲まれており、得られた組み立てられたパッケージ210を顧客に出荷してさらに加工することができる。顧客が、受領したパッケージ210をプリント回路板(PCB)202に実装する。この実装プロセスでは、しばしば、回路板202にペーストを塗布し、パッケージ210をペースト上に配置する。次いで、得られたアセンブリ212を加熱する。回路板202は、厚くすることができ、パッケージほど反らない傾向がある。反りはパッケージ210において生じることが多い。パッケージ210にかなりの量の反りが生じた場合、顧客の現場ではんだ接合非ウェット状況が生じることがあり、それによって歩留まり損失が生じる恐れがある。
図3は、従来のパッケージ基板310の断面図を示す。基板310は、コア材料312と、導電性相互接続部320(たとえば、銅)と、はんだレジストコーティング324と、SOP(ソルダーオンパッド)322とを含む。基板310はまた、ガラスファイバー316と周囲に充填材を有するニート樹脂318とを含有する事前に含浸された複合材料(プリプレグ)314を含む。場合によっては、事前に含浸された複合材料は、シリカ粒子と、伸縮性を有するポリマーとを含有するエポキシ樹脂を含有してもよい。現在の解決策では、事前に含浸された複合材料の樹脂は通常、熱を加えることによって硬化される。レイアッププロセスの後、積層プレスにおいて、事前に含浸された複合材料をコアの両側で硬化する。硬化プロセスからの冷却時に、グラスの周りの樹脂は、ガラスファイバーまたは金属よりも顕著に収縮する傾向がある。一例では、事前に含浸された複合材料314のガラスファイバー316のCTEは約5ppm/℃であり、ニート樹脂318のCTEは約31ppm/℃である。銅金属相互接続部320のCTEは17ppm/℃に近い。この例では、CTEが17である材料(すなわち、銅)が、CTEが5である材料(すなわち、ガラスファイバー)に取り付けられたCTEが31である材料(すなわち、ニート樹脂)材料に隣接する。硬化プロセスの間、温度が始めは高温で開始、次に冷却されると、これらの材料はすべて異なる速度で収縮する。これによって、硬化された事前に含浸された複合材料層314に顕著な残留応力が内在することになる。
図4を参照すると、パッケージ基板の一部の拡大断面図330と改良された基板430の図が示されている。特に、パッケージ基板430は、事前に含浸された複合材料414のより厚い層を含む。事前に含浸された複合材料414の層は、より多くの樹脂318が添加されているため、事前に含浸された層314よりも厚い。一実施形態では、これによってダイの全体的な厚さが影響を受けることはないが、パッケージの全体的な厚さが増すことがある。特に、事前に含浸された複合材料がより厚くなると基板(したがって、全体的なパッケージ)の厚さが増すが、ダイの厚さは変わらないままである。一構成では、事前に含浸された複合材料層414の厚さはコア層の各側で約45ミクロンであり、事前に含浸された複合材料層314の厚さが約35ミクロンであることがある従来の基板パッケージ310よりも厚い。
場合によっては、一実施形態では、事前に含浸された複合材料層414の厚さが均等に増し、すなわち、前面層と裏面層の両方の厚さがほぼ同じ量だけ増す。厚さが一様に増すことは、反りの軽減と相関する。たとえば、厚さが一方の側で35ミクロンになり、他方の側で55ミクロンになるように基板を構成した場合、各側間で層の厚さが大きく異なるので反りが生じることがあった。しかしながら、一方の側が34ミクロンであり、他方の側が38ミクロンである場合、デルタ(各側間の厚さの差)が小さいので反りは生じない可能性が高い。
従来の基板パッケージング組立てでは、事前に含浸された複合材料層としてより薄い層を形成して反りを軽減することが示唆された。従来の慣習では、事前に含浸された複合材料層を層中の樹脂の量を減らすことによって薄くした場合、樹脂に対するグラスの比が高くなるのでCTEも低くなり、したがってCTEが低くなることがさらに示唆された。たとえば、ガラスファイバーのCTEは5であり、エポキシ樹脂のCTEは31である。従来の方法では、ニート樹脂の量を減らすために、樹脂に対するグラスの相対的なCTE比を高くすることによって、事前に含浸された複合材料の全体的なCTEを低くすることが示唆されている。しかしながら、図4に示す実施形態は、事前に含浸された複合材料としてより厚い材料が実装され、それによって反りの発生が軽減されるので、上記の概念とは逆の概念である。特に、事前に含浸された複合材料層414としてより厚い層を使用すると、内在する残留応力の量が少なくなる。添加する樹脂の量を増やして事前に含浸された複合材料層の厚さを増大させると、事前に含浸された複合材料を冷却するのにかかる時間が長くなり、それによって、より平衡状態に近づくことができる。言い換えれば、事前に含浸された複合材料層中の樹脂、充填材、およびガラスファイバーがより長時間にわたって移動し、残留応力を解放する。
一実施形態において、ガラスファイバー316の含有量を増やすのではなく添加する樹脂318の量を増やすことによって、事前に含浸された複合材料がより厚くされる。一実施形態において、樹脂含有量としては、樹脂が約74%であり、ガラスファイバーが約26%である。さらに、事前に含浸された複合材料は、樹脂およびガラス以外の充填材を含んでもよい。
別の実施形態において、パッケージ基板は、負のCTEを有するファイバーがドープされた樹脂を有する誘電体を含む。図5を参照すると、パッケージ基板330、530の拡大断面図が示されている。事前に含浸された複合材料層514は、ガラスファイバー316と、樹脂318と、負のCTE値を有するファイバー519とを含む。ファイバー519を加熱すると、温度が高くなることによってファイバーが収縮し、これは標準的なガラスおよびエポキシとは逆である。ファイバー519は、樹脂318の有効CTEを低下させ、それによって、ガラスファイバー316と銅材料320との間に内在する残留応力を低減させる。
一実施形態において、ファイバー519はアラミド繊維である。一般に、アラミド繊維は、耐熱性および強度の高い一種の合成繊維である。場合によっては、一実施形態において、事前に含浸された複合材料層は、DuPontによる不織アラミド繊維であるThermount(登録商標)を含む。当業者には、事前に含浸された複合材料層514に、負のCTE値を有する他の材料がドープされてもよいことが理解されよう。一実施形態において、事前に含浸された複合材料層514は、引き続きガラスファイバーを含むか、またはグラスと同じ剛性および低いCTE値を有する任意の他の材料を含む。さらに、別の実施形態において、事前に含浸された複合材料層514は、追加的な樹脂材料518によってさらに厚くされる。
図6は、本開示の実施形態を有利に使用できる例示的なワイヤレス通信システム600を示すブロック図である。例示のために、図6は、3つの遠隔ユニット620、630、および650ならびに2つの基地局640を示している。ワイヤレス通信システムがこれよりも多くの遠隔ユニットおよび基地局を有してもよいことが、認識されよう。遠隔ユニット620、630、および650は、開示する改良された誘電体層を含むICデバイス625A、625C、および625Bを含む。ICを含む任意のデバイスは、基地局、スイッチングデバイス、およびネットワーク機器を含む、本明細書で開示される改良された誘電体層も含み得ることが認識されよう。図6は、基地局640から遠隔ユニット620、630、および650への順方向リンク信号680、ならびに遠隔ユニット620、630、および650から基地局640への逆方向リンク信号690を示す。
図6では、遠隔ユニット620は携帯電話として示され、遠隔ユニット630はポータブルコンピュータとして示され、遠隔ユニット650はワイヤレスローカルループシステム内の固定ロケーション遠隔ユニットとして示されている。たとえば、遠隔ユニットは、携帯電話、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、個人情報端末のようなポータブルデータユニット、GPS対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、メータ読取り機器のような固定ロケーションデータユニット、またはデータもしくはコンピュータ命令の記憶もしくは取り出しを行う任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組合せであってよい。図6は、本開示の教示に従った遠隔ユニットを示すが、本開示は、これらの例示的な示されたユニットには限定されない。本開示の実施形態は、改良された誘電体層を含む任意のデバイスにおいて適切に使用され得る。
図7は、上記で開示した改良された誘電体層を含む、半導体コンポーネントの回路設計、レイアウト設計、および論理設計のために用いられる、設計用ワークステーションを示すブロック図である。設計用ワークステーション700は、オペレーティングシステムソフトウェア、支援ファイル、および、CadenceまたはOrCADのような設計用ソフトウェアを含むハードディスク701を含む。設計用ワークステーション700はまた、回路710の設計または、改良された誘電体層を有するパッケージングされた集積回路のような半導体コンポーネント712の設計を容易にするために、ディスプレイを含む。記憶媒体704が、回路設計710または半導体コンポーネント712を有形に記憶するために提供される。回路設計710または半導体コンポーネント712は、GDSIIまたはGERBERのようなファイルフォーマットで、記憶媒体704に記憶され得る。記憶媒体704は、CD−ROM、DVD、ハードディスク、フラッシュメモリ、または他の適切なデバイスであってよい。さらに、設計用ワークステーション700は、記憶媒体704からの入力を受け入れ、または記憶媒体704に出力を書き込むための、駆動装置703を含む。
記憶媒体704に記録されるデータは、論理回路構成、フォトリソグラフィマスクのためのパターンデータ、または、電子ビームリソグラフィのような連続書込ツールのためのマスクパターンデータを、特定することができる。データはさらに、論理シミュレーションと関連付けられたタイミングダイヤグラムまたはネット回路のような、論理検証データを含み得る。記憶媒体704にデータを提供すると、半導体ウェハを設計するためのプロセスの数が減少することで、回路設計710または半導体コンポーネント712の設計が容易になる。
ファームウェアおよび/またはソフトウェア実装形態の場合、これらの方法は、本明細書で説明する機能を実行するモジュール(たとえば、プロシージャ、関数など)によって実装されてもよい。本明細書で説明する方法を実装する際に、命令を有形に具現化する任意の機械可読媒体を使用してもよい。たとえば、ソフトウェアコードはメモリに記憶され、プロセッサユニットによって実行され得る。メモリは、プロセッサユニット内に実装されてもよく、またはプロセッサユニットの外部に実装されてもよい。本明細書では、「メモリ」という用語は、長期メモリ、短期メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、または他のメモリのいずれかの種類を指し、メモリのいかなる特定の種類もしくはメモリの数、またはメモリが格納される媒体の種類に限定されない。
本開示およびその利点について詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の技術から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、代用、および改変を施せることを理解されたい。たとえば、「上」および「下」などの関係語が、基板または電子デバイスに関して使用される。もちろん、基板または電子デバイスが逆転した場合には、上は下に、下は上になる。さらに、横向きの場合、上および下は、基板または電子デバイスの側面を指すことがある。さらに、本出願の範囲は、本明細書において説明したプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されるものではない。当業者が本開示から容易に諒解するように、本明細書で説明した対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行する、または実質的に同じ結果を実現する、現存するまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、またはステップを、本開示に従って利用してもよい。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、またはステップを範囲内に含むものである。
102 パネル、サブパネル、ストリップ、またはユニットアレイ
104 ダイ
106 粘着性の材料
202 プリント回路板(PCB)、回路板
204 ダイ
206 成形コンパウンド
208 基板
210 パッケージ
212 アセンブリ
310 基板、パッケージ基板、基板パッケージ
312 コア材料
314 事前に含浸された複合材料、事前に含浸された複合材料層
316 ガラスファイバー
318 ニート樹脂
320 導電性配線、銅金属配線、銅材料
322 SOP
324 はんだレジストコーティング
330 パッケージ基板
414 事前に含浸された複合材料、事前に含浸された複合材料層
430 改良された基板、パッケージ基板
514 事前に含浸された複合材料層
518 追加的な樹脂材料
519 ファイバー
530 パッケージ基板
600 ワイヤレス通信システム
620、630、650 遠隔ユニット
625A、625B、625C ICデバイス
640 基地局
680 順方向リンク信号
690 逆方向リンク信号
700 設計用ワークステーション
701 ハードディスク
703 駆動装置
704 記憶媒体
710 回路、回路設計
712 半導体コンポーネント

Claims (22)

  1. 複数の導電層と、
    前記導電層同士の間に挿入され、補強材料コンポーネントおよび負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーがドープされたニート樹脂を含む誘電体とを備えるパッケージ基板。
  2. 前記負のCTEを有するファイバーがアラミド繊維を含む、請求項1に記載のパッケージ基板。
  3. 前記補強材料コンポーネントがガラスファイバーを含む、請求項1に記載のパッケージ基板。
  4. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに組み込まれている、請求項1に記載のパッケージ基板。
  5. 複数の導電層と、
    前記導電層同士の間に挿入され、約25%以下のガラスファイバーを有する誘電体とを備えるパッケージ基板。
  6. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに組み込まれている、請求項5に記載のパッケージ基板。
  7. 複数の導電層と、前記導電層同士の間に挿入され、補強材料コンポーネントおよびニート樹脂を備える誘電体とを備えるパッケージ基板を形成するステップと、
    前記誘電体の前記ニート樹脂に負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーをドープするステップとを含む方法。
  8. 前記負のCTEを有するファイバーがアラミド繊維を含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記補強材料コンポーネントがガラスファイバーを含む、請求項7に記載の方法。
  10. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに、前記パッケージ基板を組み込むステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
  11. 複数の導電層を備えるパッケージ基板を形成するステップと、
    約25%以下のガラスファイバーを有する誘電体を前記導電層同士の間に挿入するステップとを含む方法。
  12. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに、前記パッケージ基板を組み込むステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  13. 複数の導電層と、前記導電層同士の間に挿入され、補強材料コンポーネントおよびニート樹脂を備える誘電体とを備えるパッケージ基板を形成するステップと、
    前記誘電体の前記ニート樹脂に負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーをドープするステップとを含む方法。
  14. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに、前記パッケージ基板を組み込むステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 複数の導電層を備えるパッケージ基板を形成するステップと、
    約25%以下のガラスファイバーを有する誘電体を前記導電層同士の間に挿入するステップとを含む方法。
  16. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに、前記パッケージ基板を組み込むステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
  17. 複数の導電層と、前記導電層同士の間に挿入され、補強材料コンポーネントおよびニート樹脂を備える誘電体とを備えるパッケージ基板と、
    前記誘電体の前記ニート樹脂に負の熱膨張係数(CTE)を有するファイバーをドープするための手段とを備える装置。
  18. 前記負のCTEを有するファイバーがアラミド繊維を含む、請求項17に記載の装置。
  19. 前記補強材料コンポーネントがガラスファイバーを含む、請求項17に記載の装置。
  20. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに組み込まれる、請求項17に記載の装置。
  21. 複数の導電層と、
    約25%以下のガラスファイバーを有する誘電体を前記導電層同士の間に挿入するための手段とを備える装置。
  22. 携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、ポータブルデータユニット、および固定ロケーションデータユニットのうちの少なくとも1つに組み込まれる、請求項21に記載の装置。
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