JP2018536994A - 薄いはんだストップ層を備える電子部品及び製造方法 - Google Patents

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Abstract

電子部品及び電子部品の製造方法が提示される。電子部品は、上側面及び上側面上のメタライズされた接触面を備えた支持体と、上側面の一部分を覆うが接触面を覆わないはんだストップ層と、を有する。はんだストップ層は、200nm以下の厚さを有し、それにより、部品を封入するための後続の処理工程を容易にする。
【選択図】図13

Description

本発明は、電子部品、例えば、表面実装(SMT=Surface Mounted Technology(表面実装技術))用に適した部品又はSMT技術において組み込まれる電子コンポーネントを備えた部品並びに製造方法に関する。
最新のSMT技術では、はんだ付け可能なバンプは、電気的相互接続のために、また支持体、例えば、回路基板と、電子コンポーネント、例えば、別個の部品又はモジュールとの間の機械的接合のために使用される。バンプの材料は、ある工程において、例えば、テンプレート印刷法(型紙捺染)を使用して塗布され、続いて加熱される(リフロー処理)。例えば、はんだペーストのような、通常のはんだ付け可能材料は、加熱時に支持体の表面に作用するフラックスを含むことができる。更に、例えば、電気的短絡を回避するために、はんだが存在しないままにすべきである、はんだ付け可能な表面に、はんだペーストが到達するというリスクが発生する。
このリスクを回避するために、表面の繊細な領域を保護層、例えば、はんだストップ層によって被覆することができる。
はんだストップ層の使用において、部品の製造時に増大するコストが問題となるのは、最適な場合にすべての繊細な領域が保護層によって被覆されているが、実際にはんだが設けられるべき領域が被覆されていないように、はんだストップ層が構造化される必要があるからである。更に、電子部品が更により小型になる寸法を有しなければならないことが重視される。従来のはんだストップ層は、バンプ接合体の実際の寸法と比較すると、部品を封入するための更なる工程において更なる問題が生じる恐れがあるほど、既に厚い。上側面にモールド材を注ぎかけ、その塊体を、続いて硬化することによって、多数の部品が封入されかつ機械的に安定化される。このとき問題となるのは、はんだストップ層の厚さに起因して隙間が狭すぎるとき、モールド材がコンポーネントと支持体との間の隙間をもはや十分適切には充填しないことである。
したがって、はんだが所望の領域のみを濡らし、接触面の隣に存在する領域上に広がることなく、場合により、加熱後に球形又は半球形を形成する、電子部品を提供するという課題があった。その際、保護層は、支持体の表面上で良好な接着品質を有し、例えば、リフロー処理において250℃超の高温で分解することなく耐え、機械的に安定であり、化学的に中性かつ不活性であり、電流を伝導しない必要がある。特に、後に分散されることとなるモールド材が可能な限り隙間もまた充填するように、保護層は、可能な限り薄くなければならない。更に、そのような部品の製造方法が望まれていた。
それらの要望に、従属請求項による電子部品及び電子部品の製造方法が対応している。従属請求項は、有利な態様を提示する。
電子部品は、上側面を備えた支持体と、上側面上のメタライズされた接触面と、上側面の一部分を覆うが接触面を覆わないはんだストップ層と、を含む。はんだストップ層は、200nm以下の厚さを有する。
それにより、はんだストップ層は、バンプ接合体の実際の寸法が小さく、それによって支持体と電子コンポーネントとの間の間隔が狭い場合であっても、隙間がまだ適切に充填できる厚さを有する。
その際、支持体は、回路基板又はチップとすることができる。メタライズされた接触面は、好ましくは、バンプ接合体を介して相互接続するために設けられている、はんだ付け可能なメタライズされた表面である。その際、メタライズされた接触面は、特に、いわゆるアンダーバンプメタライゼーションとすることができ、更に多層構成を有することができる。
はんだストップ層が30nm〜80nmの厚さを有することが可能である。
部品がメタライズされた接触面上にバンプ球を有することが更に可能である。
その場合、メタライズされた接触面上のバンプ球は、テンプレート印刷法によってメタライズされた接触面上に塗布されたはんだ材料からなることができる。それに続く加熱時に、材料は、融解し、表面張力に基づいて比較的小さな表面を有する形状、球に形成される。メタライズされた接触面は、支持体の上側面上の更なるメタライゼーション、例えば、ストリップラインの形態の信号導体と接合することができる。これらのメタライゼーションの他に、更なるメタライゼーションを支持体の上側面上に配置することができる。好ましくは、2つの更なるメタライゼーションは、支持体の上側面上の接触面と一緒に、はんだストップ層によって被覆されている。はんだストップ層は、はんだによる劣悪な濡れ性を有することができる。その場合、はんだ材料は、加熱時に劣悪な濡れ性の領域から離れて、はんだストップ層の材料が存在しないメタライズされた接触面へと自律的に集まる。
その際、はんだ材料及び/又はそのフラックスは、支持体の上側面上の繊細な領域に作用しない。電気伝導性はんだ材料が接触面の隣の領域上に残存している場合であっても、はんだストップ層は、電気絶縁体として作用し、信号導体は、短絡しない。
部品は、追加的に電子コンポーネントを含むことが更に可能である。電子コンポーネントは、接触面を下側面に有することができる。その場合、部品は、両方の接触面を接合するバンプ接合体を更に含む。
バンプ接合体を介して、支持体及び電子コンポーネント、例えば、別個の部品又はモジュールは、互いに電気伝導性に相互接続され、かつ機械的に接合されている。
支持体は、当然ながら多数の更なるメタライズされた接触面をその表面上に有することができる。部品は、バンプ接合体を介して支持体のメタライズされた接触面と接合かつ相互接続されている複数の異なる電子コンポーネントを更に有することができ、電子コンポーネントのそれぞれは、その下側面に更にメタライズされた接触面を有する。
1つの電子コンポーネント又は複数の電子コンポーネントは、その下側面に同様にそれぞれはんだストップ層を有することができる。その際、電子コンポーネントのはんだストップ層は、従来の保護層とすることができる。はんだストップ層はまた、本発明の保護層の種類のはんだストップ層とすることもできる。
特に、2つの保護層が電子コンポーネントと支持体との間に配置されるとき、本発明の保護層の厚さが少ないという利点が効果を発揮するのは、自由隙間の高さへの影響が2倍になるからである。
それに対応して、部品が、支持体の上側面の少なくとも一部分及び少なくとも1つの電子コンポーネントを被覆するモールド材を含むことが可能である。
モールド材が電子コンポーネントと支持体との間又はすべての電子コンポーネントと支持体との間の隙間もまた充填する場合に、特に有利である。
支持体の上側面又は電子コンポーネントの下側面に繊細な部品構造体、例えば、SAW構造体(SAW=Surface Acousitc Wave=表面弾性波)、BAW構造体(BAW=Bulk Acousitc Wave=バルク弾性波)などのような、MEMS部品構造体を配置すべき場合には、コンポーネントと支持体との間の気密に閉鎖された体積をモールド材の材料が存在しないままにすることが好ましい。そのために、中空部を側面で取り囲む、追加のフレーム構造体をコンポーネントと支持体との間に配置することができる。その場合、中空部は、支持体の表面及びコンポーネントの表面によって、かつフレームによって形成されている。
部品が、接触面と相互接続された第1の信号導体を支持体の上側面に有することが可能である。部品は、支持体の上側面に第2の信号導体を更に有する。2つの信号導体は、少なくとも部分的にはんだストップ層によって被覆されている。2つの信号導体間の電気抵抗は、100MΩ以上の値である。
その際、信号導体間の横方向間隔は、180μmのオーダーとすることができる。はんだストップ層は、層の材料に応じて、100MΩの最小抵抗が保証されるように選択された厚さを有する。
はんだストップ層は、主成分としてケイ素を含むか、又は完全にケイ素からなることが可能である。
ケイ素又は類似の電気絶縁特性を有する他の材料からなる上記の薄いはんだストップ層が、更に後述する方法を使用するとき、驚くほど容易に製造できることが見出された。原理的に、十分低いはんだの濡れ性及び十分低い電気伝導性を有するすべての材料を、はんだストップ層に使用することができる。その際、材料は、例えば、半導体工業の通常の加工法により堆積させることができ、かつ支持体の上側面上に良好に付着していることが好ましい。
はんだストップ層はまた、主成分としてゲルマニウムを含むか、又はゲルマニウムからなることができる。
はんだストップ層は、原理的にすべての誘電体からなることができる。ただし、対応する薄層よりも比較的容易に堆積できる誘電体が好ましい。その誘電体には、反応性又は非反応性PVD法で表面上に塗布できる材料、例えば、ケイ素、チタン、アルミニウム又はクロムの酸化物及び窒化物が特に挙げられる。
部品が、支持体の上側面上又は少なくとも1つの電子コンポーネントの下側面上に部品構造体を有することが可能である。部品構造体は、40μm以上の高さを有することができる。部品構造体は、SAW部品構造体、BAW部品構造体、MEMS構造体(MEMS=マイクロ電子機械システム)若しくはGBAW部品構造体(GBAW=Guided Bulk Acousitc Wave=ガイドバルク弾性波)又は類似の部品構造体とすることができる。それにより、支持体は、その上側面上に、又は、電子コンポーネントは、その下側面上に、複雑なトポロジーを有し、その複雑なトポロジーは、通常のはんだストップ層によって不十分に被覆されるか、又は全く被覆されない。
はんだストップ層によって保護されるべき更なるはんだ付け可能な金属表面は、ニッケル、銅、これらの2種の元素の合金又はこれらの2種の金属、金、銀、パラジウム、ロジウム、スズ及び/又は亜鉛による合金を有することができる。
接触面、電子コンポーネント及び電子コンポーネントの接触面の数は、原理的に限定されず、特に一体型回路を備えた電子コンポーネントにおいて、電子コンポーネント及び支持体は、何百ものバンプ接合体を介して相互接続かつ接合されている。
支持体は、回路基板に制限されない。支持体自体は、更なる支持体又は更なる電気コンポーネントなどの上に配置かつ相互接続された電子コンポーネントとすることが更に可能である。
そのような電子部品の製造方法は、
−上側面及び上側面上にメタライズされた接触面を備えた支持体を準備する工程と、
−上側面上にレジスト層を配置し、レジスト層の材料が接触表面上に残留したままとなり、かつ接触面がない表面の領域にレジスト層の材料が存在しないように、レジスト層を構造化する工程と、
−はんだストップ層を支持体の上側面上に堆積させる工程と、
−レジスト層の残存材料を、接触面を覆うはんだストップ層の材料と共に除去する工程と、を含む。
その際、レジスト層は、フォトリソグラフィ加工用の通常の材料を含むことができ、例えば、スピンコーティングによって塗布することができる。構造化されたレジスト層の残存したままの領域上及び支持体の露出された表面上にはんだストップ層の材料を塗布した後、フォトレジストの材料を、ストリッピングによって除去することができる。それにより、構造化されたはんだストップ層は、はんだストップ層の材料の追加の構造化なしに所望のはんだストップマスクの形態で製造される。この方法は、従来の方法と比較して、プロセス全体の複雑さ及び部品の製造コストを低減させる。
はんだストップ層が200nm以下の値の厚さを有することが可能である。
はんだストップ層が20nm〜80nmの厚さを有することが特に可能である。
本方法中に形成されたはんだストップ層が主成分としてケイ素若しくはゲルマニウムを含むか、又は完全にケイ素若しくはゲルマニウムからなることが可能である。
類似の電気的特性及び類似の濡れ性を有する他の材料も同様に可能である。
電子部品が更なるはんだ付け可能な金属表面を上側面上に有し、はんだストップ層を更なるはんだ付け可能な金属表面上に直接堆積させることが可能である。
その際、更なるはんだ付け可能な金属表面は、信号導体の金属表面又は支持体の上側面に実現された容量素子、誘導素子若しくは抵抗素子の金属表面とすることができる。
はんだストップ層の材料をPVD(PVD=Physical Vapor Deopsition=物理蒸着)を使用するか、又はCVD(CVD=Chemical Vapor Deopsition=化学蒸着)を使用して塗布することが可能である。
方法が、はんだペーストを少なくとも接触面上に配置する工程と、下側面上に接触面を備えた電子コンポーネントを支持体の上側面上に配置する工程と、部品をリフローはんだ付けし、バンプ接合体を使用する両方の接触面を接合する工程と、を含むことが、更に可能である。
方法は、モールド材により電子コンポーネントを充填する工程を含むことが、更に可能である。その際、モールド材は、コンポーネントと支持体との間の領域もまた充填する。
はんだストップマスクを得るために、はんだストップ層の材料の塗布前に構造化されるレジストは、0.5μm〜10μm、例えば、2μm〜4μmの厚さを有し、これらは、半導体製造の標準レジストである。その際、レジストは、拡散の他に、支持体の上側面上に噴霧することもできる。
本質的に部品又は製造方法に基づく概念、機能原理及び模式的実施例は、図面に概略が図示されている。
電子部品の断面図である。 更なる封入部を備えた部品の断面図である。 接触面上にバンプ球を備えた部品の断面図である。 部品の製造における第1の中間工程の図である。 第2の中間工程の図である。 第3の中間工程の図である。 第4の中間工程の図である。 複雑な電子部品の製造における第1の中間結果の図である。 更なる中間工程の図である。 加熱後の更なる中間工程の図である。 部品の簡単な実施形態の断面図である。 代替実施形態の断面図である。 薄いはんだストップ層及び電子コンポーネントと支持体との間の隙間を充填するモールド材を備えた部品の断面図である。
図1は、電子部品EBの簡単な実施形態の断面図を示す。電子部品EBは、支持体TRを有し、メタライズされた接触面MKが支持体上に構造化されている。メタライズされた接触面MKは、バンプ接合体を介して電子コンポーネントと相互接続するために設けられている。支持体TRの上側面O上に、支持体TRの上側面の同じ領域を被覆するはんだストップ層LSSが配置されており、その領域は、はんだ材料と直接接触すべきではない。
その際、メタライズされた接触面は、特にいわゆるアンダーバンプメタライゼーションUBMとすることができ、良好な濡れ性の表面を有することができる。
図2は、比較的厚いはんだストップ層LSSを備えた電子部品の形態の断面図を示す。はんだストップ層LSSは、支持体TRの上側面が十分に平坦である場合、はんだにより濡れる前に支持体TRの上側面上の繊細な領域を適切に保護する。部品をモールド材MMによって封入すべきとき、厚いはんだストップ層LSSは、隙間Zの充填物が、バンプ接合体BUを介して支持体TRと接合かつ相互接続されている電子コンポーネントEKの下側面と支持体TRとの間を満たすという困難を確かに作り出す。
図3は、バンプ球BUが接触面MK上に既に形成された電子部品の断面図を示す。はんだの表面張力に基づいて、球に類似する形成物は、リフロー処理の実行時に形成される。バンプ球又は電子コンポーネント用の後のバンプ接合体の高さに対して、はんだストップ層LSSの厚さは、非常に小さい。
支持体の表面上に、はんだ付け可能な表面LO、例えば、信号導体SLを備えた、ニッケル、銅、金又は銀を含むことができる材料が配置されている。はんだストップ層LSSがない場合、バンプ球BUの材料が接触面MK上に集まることがなく、その一方で信号導体に作用し、場合により信号導体と支持体の上側面上の更なる回路素子とを短絡させる危険が生じる。
図4は、電子部品の製造における第1の中間製品の断面図を示す。支持体TR上に、接触面MK及び信号導体SLは、支持体TRの上側面で保護すべき素子の例として配置されている。
図5は、保護すべき領域及び後にはんだで濡らすこととなる領域を併せた表面全体がフォトレジストFLによって被覆されている、更なる中間工程の断面図を示す。
図6は、後にはんだストップ層の材料が存在しないようにすべき領域MKのみが、フォトレジストFLの材料によって被覆されたままであるようにフォトレジストFLが構造化された、更なる中間工程の断面図を示す。
そのために、フォトレジストを選択的に露光かつ現像することが可能である。
図7は、直前の電子部品の上側面全体が、後続のはんだストップ層LSSの材料によって被覆された、更なる中間工程の結果を示す。繊細な領域は、はんだストップ層LSSの材料によって直接被覆されている。後にはんだを配置すべき場所は、はんだストップ層LSSの材料と接触面との間のフォトレジストFLの残存したままの残留物を生じる。
それに対応して、図8は、フォトレジストFLの残存したままの残留物が、残留物上に堆積したはんだストップ層LSSの材料の区画と共に除去され、その結果、濡れることとなる表面がはんだストップ層による被覆なしに露出している、更なる処理工程の結果を示す。
図9は、更なる工程、すなわち、実質的に接触面MKの領域に相当する領域上にはんだペーストLPを塗布した結果を示す。はんだストップ層LSSの正確に画定可能な周縁に基づいて、横方向位置決め精度は、接触面MKの主な領域がはんだペーストLPによって被覆されている間、はんだペーストLPの塗布時にあまり高い必要はない。
図10は、はんだペーストLPの材料が加熱後に接触面MKの位置で球形に集積した、電子部品の製造時の更なる中間工程の結果を示す。
図11は、電子コンポーネントEKの下側面の接触面MK及び支持体TRの上側面の接触面MKが、図10のバンプ球に由来するバンプ接合体を介して接合されている、電子部品の断面図を示す。
図12は、電子コンポーネントEK及び支持体TRが複数のバンプ接合体BUを介して相互接続かつ接合されている、更なる実施形態の断面図を示す。支持体TRの上側面のはんだストップ層LSSに加えて、好適には同様に薄い、はんだストップ層LSSを電子コンポーネントEKの下側面に配置することができる。
図13は、モールド材MMが支持体TRの上側面の電子コンポーネントEKを包み込み、電子コンポーネントEKと支持体TRとの間の隙間Zを充填する、封入された電子コンポーネントEKの断面図を最終的に示す。
BU:バンプ接合体
EB:電子部品
EK:電子コンポーネント
FL:フォトレジスト
KF:接触面
LO:はんだ付け可能表面
LP:はんだペースト
LSS:はんだストップ層
MK:メタライズされた接触面
MM:モールド材
O:支持体の上側面
SL:信号導体
TR:支持体
UBM:アンダーバンプメタライゼーション
Z:隙間

Claims (17)

  1. 電子部品(EB)であって、
    −上側面(O)を備える支持体(TR)と、
    −前記上側面(O)上のメタライズされた接触面(MK)と、
    −前記上側面(O)の一部分を覆うが、前記接触面(MF)を覆わない、はんだストップ層(LSS)と、を備え、
    −前記はんだストップ層(LSS)は、200nm以下の厚さを有する、電子部品。
  2. 前記はんだストップ層(LSS)は、30nm〜80nmの厚さを有する、請求項1に記載の部品。
  3. 前記メタライズされた接触面(MK)上にバンプ球(BU)を更に含む、請求項1又は2に記載の部品。
  4. 下側面に接触面(KF)を備える電子コンポーネント(EK)と、前記2つの接触面(MK、KF)を接合するバンプ接合体(BU)と、を更に含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の部品。
  5. 前記支持体(TR)の少なくとも一部分及び前記電子コンポーネント(EK)を被覆するモールド材(MM)を更に含む、請求項4に記載の部品。
  6. 前記モールド材(MM)は、前記電子コンポーネント(EK)と前記支持体(TR)との間の隙間(Z)もまた充填する、請求項5に記載の部品。
  7. −前記支持体(TR)の前記上側面(O)の前記接触面(MK)と相互接続された第1の信号導体(SL)と、
    −前記支持体(TR)の前記上側面(O)の第2の信号導体(SL)と、を含み、
    −2つの信号導体(SL)は、少なくとも部分的に前記はんだストップ層(LSS)によって被覆され、
    −前記2つの信号導体(SL)間の電気抵抗は、100MΩ以上の値である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の部品。
  8. 前記はんだストップ層(LSS)は、主成分としてケイ素を含むか、又はケイ素からなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の部品。
  9. 前記支持体(TR)の前記上側面(O)上に、40μm以上の高さを有する部品構造体が配置されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の部品。
  10. 電子部品(EB)の製造方法であって、
    −上側面(O)及び前記上側面(O)上にメタライズされた接触面(MK)を備える支持体(TR)を準備する工程と、
    −前記上側面(O)上にレジスト層(FL)を配置し、前記レジスト層(FL)の材料が前記接触面(MK)上に残留したままとなり、かつ前記接触面(MK)がない前記表面(O)の領域に前記レジスト層(FL)の前記材料が存在しないように、前記レジスト層(FL)を構造化する工程と、
    −はんだストップ層(LSS)を前記支持体(TR)の前記上側面(O)上に堆積させる工程と、
    −前記レジスト層(FL)の前記残留材料を、前記接触面(MK)を覆う前記はんだストップ層(LSS)の前記材料と共に除去する工程と、を含む、方法。
  11. 前記はんだストップ層(LSS)は、200nm以下の値の厚さを有する、請求項10に記載の方法。
  12. 前記はんだストップ層(LSS)は、20nm〜80nmの厚さを有する、請求項11に記載の方法。
  13. 前記はんだストップ層(LSS)は、主成分としてケイ素を含むか、又はケイ素からなる、請求項10〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記電子部品(EB)は、更なるはんだ付け可能な金属表面(LO)を前記上側面上に有し、前記はんだストップ層(LSS)は、前記更なるはんだ付け可能な金属表面(LO)上に直接堆積される、請求項10〜13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記はんだストップ層(LSS)は、PVD又はCVDを使用して塗布される、請求項10〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. −はんだペースト(LP)を少なくとも前記接触面(MK)上に配置する工程と、
    −下側面に接触面(MK、KF)を備える電子コンポーネント(EK)を前記支持体(TR)の前記上側面(O)上に配置する工程と、
    −前記部品(EB)をリフローはんだ付けし、前記2つの接触面(MK、KF)をバンプ接合体(BU)を使用して接合する工程と、を更に含む、請求項11〜15のいずれか一項に記載の方法。
  17. −前記電子コンポーネント(EK)をモールド材(MM)により包み込む工程を更に含み、
    −前記モールド材(MM)は、前記コンポーネント(EK)と前記支持体(TR)との間の前記領域もまた充填する、請求項16に記載の方法。
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