JP2015032697A - Electronic circuit module, and substrate for electronic circuit module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子回路モジュール、及び電子回路モジュール用基板に関する。 The present invention relates to an electronic circuit module and an electronic circuit module substrate.
近年、スマートフォンを始めとする各種携帯端末が急速に普及するにつれ、小型化、高性能化への要求がよりいっそう強くなっている。この点から、携帯端末に内蔵されるマザーボード等のプリント配線板に取り付ける電子部品に対しても、高密度実装の観点から高集積化によるいっそうの小型化が求められている。高集積化を実現するために、プリント配線板に取り付ける電子部品はモジュール化されており、例えばLGA(Land Grid Array)型の基板上にLSI(Large Scale Integrated circuit)チップ等の半導体チップを実装して構成される電子回路モジュールが採用される。LGA型基板の裏面には、マザーボード等の他のプリント配線板へ電気的に接続及び機械的に固着させるための複数の電極パッドが設けられている。 In recent years, as various portable terminals such as smartphones are rapidly spread, demands for miniaturization and high performance are further increased. In view of this, electronic components attached to a printed wiring board such as a mother board built in a portable terminal are required to be further downsized by high integration from the viewpoint of high-density mounting. In order to achieve high integration, the electronic components attached to the printed wiring board are modularized. For example, a semiconductor chip such as an LSI (Large Scale Integrated circuit) chip is mounted on an LGA (Land Grid Array) type substrate. An electronic circuit module configured as described above is employed. A plurality of electrode pads for electrical connection and mechanical fixation to other printed wiring boards such as a mother board are provided on the back surface of the LGA type substrate.
半導体チップは、基板の表面にそのまま平面実装されるか、あるいは基板に設けたキャビティ内に配置するキャビティ構造により実装される。平面実装、キャビティ構造いずれの場合でも、半導体チップと基板との間にはアンダーフィル材が充填される。例えばフリップチップ実装により基板へ一次実装された半導体チップは、外力、内部応力に対して脆弱であり、また周囲の温度、湿度の影響により劣化しがちである。このような問題を解決するために、半導体チップと基板との間の空隙をアンダーフィル材によって充填して補強するとともに、耐環境性を高める。 The semiconductor chip is mounted on the surface of the substrate as it is, or by a cavity structure disposed in a cavity provided on the substrate. In either case of planar mounting or cavity structure, an underfill material is filled between the semiconductor chip and the substrate. For example, a semiconductor chip primarily mounted on a substrate by flip chip mounting is vulnerable to external force and internal stress, and tends to deteriorate due to the influence of ambient temperature and humidity. In order to solve such a problem, the space between the semiconductor chip and the substrate is filled with an underfill material to be reinforced, and the environmental resistance is enhanced.
このアンダーフィル材の充填に関しては、平面実装の場合の例が、例えば特許文献1(特開平9−289227号公報)に開示されている。特許文献1は、ICチップのパッド電極を回路基板のボンディングパッドにフリップチップボンディングし、封止樹脂で封止する半導体の実装構造に関する。 Regarding the filling of the underfill material, an example in the case of planar mounting is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-289227. Patent Document 1 relates to a semiconductor mounting structure in which a pad electrode of an IC chip is flip-chip bonded to a bonding pad of a circuit board and sealed with a sealing resin.
特許文献1に例示されているような平面実装型の電子回路モジュールでは、半導体チップ下部へ充填したアンダーフィル材が半導体チップの外側へ押し出される様に充填されるため、充填されたアンダーフィル材の内部にボイドが残るリスクはかなり低かった。しかし、キャビティ構造の電子回路モジュールでは、平面実装型電子回路モジュールとの構成の相違に基づく問題がある。 In the electronic circuit module of the surface mounting type as exemplified in Patent Document 1, the underfill material filled in the lower part of the semiconductor chip is filled so as to be pushed out of the semiconductor chip. The risk of voids remaining inside was quite low. However, an electronic circuit module having a cavity structure has a problem based on a difference in configuration from a planar mounting type electronic circuit module.
図5に、キャビティ構造電子回路モジュール1の一般的な構成例を示す模式平面図を示している。電子回路モジュール1の多層基板10の表面にはほぼ矩形の凹みであるキャビティ50が設けられており、半導体チップ20がバンプ70を介して多層基板10に取り付けられる際に、半導体チップ20はキャビティ50内に収められるようになっている。半導体チップ20が多層基板10に取り付けられた後、その取り付け部の補強、及び保護のために、キャビティ50内にはアンダーフィル材が充填される。
FIG. 5 is a schematic plan view showing a general configuration example of the cavity structure electronic circuit module 1. A
図6A〜図6Cに、図5の一般的なキャビティ構造電子回路モジュール1においてアンダーフィル材を充填していく状況を示している。図6Aにおいて、半導体チップ20の下方から上方へ向けてアンダーフィル材60を充填していく場合、アンダーフィル材60は、バンプ70が設けられている領域では、毛細管現象によって、半導体チップ20と多層基板10との間に迅速に浸透していく。しかし、その一方で、キャビティ50中央部のバンプ70が設けられていない領域では、バンプ70が設けられている周囲の領域よりもアンダーフィル材60の浸透が遅い。
FIGS. 6A to 6C show a state in which the underfill material is filled in the general cavity structure electronic circuit module 1 of FIG. 6A, when the
図6Aに示す状態からさらにアンダーフィル材60を充填していくと、図6Bに例示するように、バンプ70が設けられていない領域においても、キャビティ50内の周囲の領域に続いてアンダーフィル材60が遅れて充填されていく。
この際、図6Cに例示するように、キャビティ50内の周囲部分にキャビティ50の側壁を伝って先に浸透したアンダーフィル材60が、中央寄りの充填が遅れている領域に取り残された空気を取り囲んで、ボイドVがアンダーフィル材60内に形成されてしまうことがある。言うまでもなく、ボイドVが特にバンプ70が配置されている領域に生じた場合には、アンダーフィル材60による本来の補強、保護機能が発揮されないという不都合が生じる。特に、半導体チップ20におけるバンプ70の配置が複雑で、半導体チップ20と多層基板10との間で局部的にバンプ70が設けられない領域が散在するような構成となる場合には、図5〜図6Cに例示した場合よりもボイドVがより生じやすい。
When the
At this time, as illustrated in FIG. 6C, the
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、キャビティ構造モジュールにおいてアンダーフィル材内部にボイドが生じるのを可及的に抑制することを可能とする電子回路モジュール及び電子回路モジュール用基板を提供することを一つの目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an electronic circuit module and an electronic circuit that can suppress the occurrence of voids in the underfill material in the cavity structure module as much as possible. One object is to provide a circuit module substrate.
前記の、及び他の問題点を解決するために、本発明の一つの態様は、基板に取り付けた半導体チップ及び回路部品をパッケージに収装してなる電子部品モジュールであって、
前記基板は、前記半導体チップが取り付けられるキャビティ部であって、前記半導体チップの取り付け後、前記半導体チップと前記基板との間の空間にアンダーフィル材が充填されるキャビティ部を有し、
前記キャビティ部は、前記半導体チップと前記基板に設けられている配線パターンとを電気的に接続するための複数のバンプが設けられている領域であるバンプ領域と、前記バンプが設けられていない領域である非バンプ領域とを有し、
前記キャビティ部を構成する前記基板表面の、前記非バンプ領域に該当する部分には、前記基板表面にその厚み方向の段差が設けられている。
また、本発明の他の態様は、前記の電子回路モジュールに適用することができる電子回路モジュール用基板である。
In order to solve the above-mentioned and other problems, one aspect of the present invention is an electronic component module formed by housing a semiconductor chip and a circuit component attached to a substrate in a package.
The substrate is a cavity portion to which the semiconductor chip is attached, and has a cavity portion in which a space between the semiconductor chip and the substrate is filled with an underfill material after the semiconductor chip is attached.
The cavity portion includes a bump region which is a region where a plurality of bumps for electrically connecting the semiconductor chip and a wiring pattern provided on the substrate are provided, and a region where the bumps are not provided. And a non-bump area that is
A step corresponding to the non-bump region on the surface of the substrate constituting the cavity portion is provided with a step in the thickness direction on the substrate surface.
Moreover, the other aspect of this invention is a board | substrate for electronic circuit modules which can be applied to the said electronic circuit module.
本発明の一態様によれば、キャビティ構造電子回路モジュールにおいてアンダーフィル材内部にボイドが生じるのを可及的に抑制することを可能とし、また、ボイドが生じたとしても、選択的にバンプが設けられていない領域にボイドを発生させることにより、信頼性に優れた電子回路モジュール及び電子回路モジュール用基板を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of voids in the underfill material in the cavity structure electronic circuit module as much as possible, and even if voids are generated, bumps are selectively formed. By generating a void in a region where the circuit is not provided, an electronic circuit module and an electronic circuit module substrate having excellent reliability can be provided.
次に、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。図1に、本発明の一実施形態に係る電子回路モジュール1の模式断面図を示している。電子回路モジュール1は、ガラスエポキシ樹脂等の材料で形成されている多層基板10を備える。多層基板10の一方の表面には種々の電子部品30が回路パターン40に面付けされるとともに、パッケージ15によって封止されている。多層基板10の他方の表面にはキャビティ50(キャビティ部)が設けられるとともに、そのキャビティ50内に配置された半導体チップ20がハンダボール等のバンプ70によって多層基板10に機械的に取り付けられるとともに、回路パターン40と電気的に接続されている。キャビティ50内において、半導体チップ20と多層基板10との間には、アンダーフィル材60が充填されている。なお、図1に示す電子回路モジュール1の構成は例示であって、本発明がこのような特定の構成に限定され得ることを意図していない。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electronic circuit module 1 according to an embodiment of the present invention. The electronic circuit module 1 includes a
図2Aに、図1の電子回路モジュール1を半導体チップ20の取付け側から見た模式平面図を、図2Bに、図2Aの電子回路モジュール1のIII−III矢視模式断面図を示している。図2A、図2Bに例示している電子回路モジュール1は、基本的に図5に関して説明した一般的なキャビティ構造電子回路モジュール1と同様の構成を有しているが、バンプ70が設けられていない領域(非バンプ領域)であるキャビティ50の中央付近に、ほぼ矩形の輪郭を有する凹部55が設けられている構成が異なる。
2A is a schematic plan view of the electronic circuit module 1 of FIG. 1 viewed from the mounting side of the
既存の一般的なキャビティ構造電子回路モジュール1に関して前記したように、アンダーフィル材60が毛細管現象で半導体チップ20と多層基板10との間に浸透していくことは一般的に知られており、アンダーフィル材60は、半導体チップ20のバンプ70などを伝って半導体チップ20と多層基板10との間に浸透していく。しかし、前記のように、半導体チップ20の回路設計によっては、半導体チップ20の裏面側のバンプ70の配置が変則的になる場合があり、バンプ70のある領域(バンプ領域)ではアンダーフィル材60が速く浸透していくが、バンプ70のない領域ではこれに比較してアンダーフィル材60の浸透が遅れる現象を生じる。そして、その浸透速度差によって浸透が遅い領域にある空気がアンダーフィル材60によって取り囲まれてボイドVとなる。
As described above with respect to the existing general cavity structure electronic circuit module 1, it is generally known that the
キャビティ50の底面に設けられている凹部55は、半導体チップ20と多層基板10との間を浸透していくアンダーフィル材60に対して、バンプ70と同様の、毛細管現象を促す段差を有する部分として作用する。キャビティ50の底面部に凹部55による段差を設けることで、凹部55の縁を廻り込む様にアンダーフィル材60が浸透し、バンプ70が配置されている領域との充填状態の差が抑制される。
The
図3A〜図3Cに、図2A、図2Bに例示する本実施形態の電子回路モジュール1において、アンダーフィル材60を充填していく模様を模式的に示している。各図において、アンダーフィル材60は、半導体チップ20の下方から充填されるものとする。まず、図3Aに示すように、半導体チップ20と多層基板10との間に充填されるアンダーフィル材60は、毛細管現象によって、バンプ70が設けられている領域において、もっとも早く浸透する。次いで、図3Bに示すように、アンダーフィル材60が凹部55の下端に到達すると、アンダーフィル材60は、凹部55の両下端から上方へ延びる段差に沿って速度を速めつつ浸透していき、バンプ70が設けられている領域との浸透速度差が縮小されるとともに、バンプ70設置領域とそうでない領域(凹部55が設けられている領域)との間でのアンダーフィル材60の浸透状態の差が軽減される。その結果、バンプ70の設置領域からのアンダーフォル材60の廻り込みによるボイドVの発生が抑制される(図3C)。
3A to 3C schematically show a pattern in which the
なお、多層基板10のキャビティ50の底面部に凹部55による段差を設けることで、凹部55の縁を廻り込みつつアンダーフィル材60が浸透するように構成しているため、凹部55の周囲の段差にボイドVが形成されるおそれはあるが、半導体チップ20のバンプ70設置領域におけるボイドVの発生は防止することが可能であるので、電子回路モジュール製品としての信頼性に影響を及ぼすことはない。
In addition, since the
以上説明した本実施形態によれば、多層基板10のキャビティ50に設けられた凹部55による段差により、半導体チップ20と多層基板10との間におけるアンダーフィル材60の浸透速度差を抑制し、バンプ70の領域においてボイドVのないアンダーフィル材60の充填が可能となる。また、半導体チップ20のバンプ70の配置に、アンダーフィル材60の浸透の影響を考慮する必要がなくなるため、半導体チップ20の設計の自由度が向上することにもつながる。
According to the present embodiment described above, the difference in the penetration rate of the
次に、以上説明した本実施形態の変形例について説明する。図4A、図4Bに、当該変形例に係る電子回路モジュールのキャビティ50の周辺を模式的に示す平面図、及び断面図をそれぞれ示している。前記の実施形態と同様に、図4A、図4Bの変形例においても、キャビティ50の底面に凹部55が設けられているが、凹部55の形状が矩形の平坦な凹みではなく、矩形を形成する細幅の溝として形成されている点が異なる。図4Aに模式的に矢印で示しているように、半導体チップ20の上方から浸透していくアンダーフィル材60は、凹部55の縁に沿ってバンプ70設置領域と同等の速度で浸透していくため、バンプ70の設置領域におけるボイドVの発生はやはり効果的に抑制される。
Next, a modified example of the present embodiment described above will be described. 4A and 4B are respectively a plan view and a cross-sectional view schematically showing the periphery of the
なお、以上説明したアンダーフィル材60の浸透を促進する段差部は、凹部55としての構成に限定されるものではない。例えば、アンダーフィル材60の浸透方向に沿った一ないし複数の筋状の溝を設けてもよいし、あるいはそれを溝でなく一ないし複数の凸条として形成してもよい。要するに、キャビティ50に、バンプ70が設置されない領域においてアンダーフィル材60の浸透を促進する効果を発揮する構成の段差を設ければよく、このような段差の構成は、以上例示した構成以外にも、実験等を通じて種々考えられるものである。
Note that the stepped portion that promotes the penetration of the
1 電子回路モジュール 10 多層基板 15 パッケージ
20 半導体チップ 30 電子部品 40 回路パターン
50 キャビティ 55 凹部 60 アンダーフィル材
70 バンプ V ボイド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記基板は、前記半導体チップが取り付けられるキャビティ部であって、前記半導体チップの取り付け後、前記半導体チップと前記基板との間の空間にアンダーフィル材が充填されるキャビティ部を有し、
前記キャビティ部は、前記半導体チップと前記基板に設けられている配線パターンとを電気的に接続するための複数のバンプが設けられている領域であるバンプ領域と、前記バンプが設けられていない領域である非バンプ領域とを有し、
前記キャビティ部を構成する前記基板表面の、前記非バンプ領域に該当する部分には、前記基板表面にその厚み方向の段差が設けられている、
電子部品モジュール。 An electronic component module in which a semiconductor chip and a circuit component attached to a substrate are accommodated in a package,
The substrate is a cavity portion to which the semiconductor chip is attached, and has a cavity portion in which a space between the semiconductor chip and the substrate is filled with an underfill material after the semiconductor chip is attached.
The cavity portion includes a bump region which is a region where a plurality of bumps for electrically connecting the semiconductor chip and a wiring pattern provided on the substrate are provided, and a region where the bumps are not provided. And a non-bump area that is
A step corresponding to the non-bump region of the substrate surface constituting the cavity portion is provided with a step in the thickness direction on the substrate surface.
Electronic component module.
半導体チップが取り付けられるキャビティ部であって、前記半導体チップの取り付け後、前記半導体チップと前記電子部品モジュール用基板との間の空間にアンダーフィル材が充填されるキャビティ部を有し、
前記キャビティ部は、前記半導体チップと前記電子部品モジュール用基板に設けられている配線パターンとを電気的に接続するための複数のバンプが設けられている領域であるバンプ領域と、前記バンプが設けられていない領域である非バンプ領域とを有し、
前記キャビティ部を構成する前記電子部品モジュール用基板表面の、前記非バンプ領域に該当する部分には、前記電子部品モジュール用基板表面にその厚み方向の段差が設けられている、電子部品モジュール用基板。 An electronic component module substrate used in the electronic component module according to claim 1,
A cavity part to which a semiconductor chip is attached, the cavity part being filled with an underfill material in a space between the semiconductor chip and the electronic component module substrate after the semiconductor chip is attached;
The cavity portion includes a bump region which is a region where a plurality of bumps for electrically connecting the semiconductor chip and a wiring pattern provided on the electronic component module substrate are provided, and the bump is provided. A non-bump area that is an unfinished area,
The electronic component module substrate, wherein a step corresponding to the non-bump region of the electronic component module substrate surface constituting the cavity portion is provided with a step in the thickness direction on the electronic component module substrate surface. .
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