JP2020096041A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンダーフィルの流出を防止するダムを凹状に形成しながら、プリント基板の表面の配線が露出することを防止する。【解決手段】本実施形態の半導体装置は、基板２と、基板２の上に設けられた配線４と、基板２及び配線４の上に形成された第１のソルダーレジスト５と、第１のソルダーレジスト５の上に形成された第２のソルダーレジスト７と、基板２の上に半田付けにより実装された電子部品３と、電子部品３の半田付け部分に塗布されたアンダーフィル１０と、基板２の上において電子部品３を囲むように設けられ、アンダーフィル１０を堰き止める溝部９と、配線４の上における溝部９が配置された部位に設けられた絶縁層５、７とを備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

プリント基板の表面に半導体チップを例えばフリップチップ実装した半導体装置がある。このような構成の半導体装置では、半田付けの寿命を向上させるために、対象部品のはんだ付け部分にアンダーフィルを塗布して硬化させるように構成されている。この構成の場合、隣接部品へのアンダーフィル付着を防止するために、プリント基板の表面において、対象部品を囲むように環状の突条部からなるダムを形成している。そして、アンダーフィルを塗布する際には、上記ダム内にアンダーフィルを充填することにより、アンダーフィルがダムの外へ流出すること、即ち、隣接部品にアンダーフィルが付着することを防止している。

特開２０１０−１１８６３４号公報 特開２００７−１５７９６３号公報

従来構成の場合、ダムの形状が凸形状であることから、プリント基板の輸送時や梱包時等に、凸形状のダムが外部の機器に引っかかることにより、ダムが破損するおそれがある。ダムが破損した場合には、ダムの破損部分からアンダーフィルが流出し、アンダーフィルが周辺部品に付着するという問題があった。

これに対して、プリント基板に形成するダムを凹状の溝部にする構成が考えられている。この構成によれば、凹状のダムにアンダーフィルが収容されることから、アンダーフィルの流出を防止することができる。そして、プリント基板の輸送時や梱包時等に、ダムが凹状であることから、外部の機器に引っかかることが無くなり、ダムが破損することを防止できる。

しかし、プリント基板の表面に配線が設けられている場合には、配線を覆う絶縁層に溝部を形成して凹状ダムを形成することになるため、配線が露出してしまう。このため、溝部内に異物が入ると、短絡が発生するおそれがある。

本発明の目的は、アンダーフィルの流出を防止するダムを凹状に形成しながら、プリント基板の表面の配線が露出することを防止できる半導体装置を提供することにある。

請求項１の発明は、基板２と、前記基板２の上に設けられた配線４と、前記基板２及び前記配線４の上に形成された第１のソルダーレジスト５と、前記第１のソルダーレジスト５の上に形成された第２のソルダーレジスト７と、前記基板２の上に半田付けにより実装された電子部品３と、前記電子部品３の半田付け部分に塗布されたアンダーフィル１０と、前記基板２の上において前記電子部品３を囲むように設けられ、前記アンダーフィル１０を堰き止める溝部９と、前記配線４の上における前記溝部９が配置された部位に設けられた絶縁層５、７とを備えた半導体装置である。

第１実施形態を示す半導体装置の部分縦断面図 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その１） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その２） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その３） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その４） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その５） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その６） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その７） 第２実施形態を示す基板の部分縦断面図 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その１） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その２） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その３） 基板の製造工程を示す部分縦断面図（その４） 第３実施形態を示す基板の部分縦断面図 ２層のソルダーレジストの開口部の大きさが同じ構成を説明する図 ２層のソルダーレジストの開口部の内側面の形状が不安定になることを説明する図 実装するチップ部品の位置が低く、実装品質の管理が容易であることを説明する図 実装するチップ部品の位置が高くなり、実装品質の管理が困難になることを説明する図 第４実施形態を示す基板の部分縦断面図 第５実施形態を示す基板の部分縦断面図 第６実施形態を示す基板の部分縦断面図 第７実施形態を示す基板の部分縦断面図 第８実施形態を示す基板の部分縦断面図 第９実施形態を示す基板の部分縦断面図 第１０実施形態を示す基板の部分縦断面図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１ないし図８を参照して説明する。図１は、本実施形態の半導体装置１の概略構成を模式的に示す縦断面図である。この図１に示すように、半導体装置１は、基板２と、基板２上に実装された電子部品３とから構成されている。基板２は、プリント基板やセラミック基板等で構成されている。電子部品３は、半導体チップやインターポーザや各種のチップ部品等で構成されている。

基板２の上面には、例えば銅箔等からなる配線４が形成されている。配線４は、種々の形状の導体パターンやランド等で構成されている。配線４の上には、第１のソルダーレジスト５の層が形成されている。第１のソルダーレジスト５には、配線４の所定の部位、即ち、電子部品３の下面の端子と半田付け接続する部位を露出させるための開口部６が形成されている。

第１のソルダーレジスト５の上には、第２のソルダーレジスト７の層が形成されている。第２のソルダーレジスト７には、第１のソルダーレジスト５の開口部６と同じ位置に、配線４の所定の部位を露出させるための開口部８が形成されている。更に、第２のソルダーレジスト７には、例えば図１中の左の電子部品３の外周を囲むように溝部９が形成されている。この溝部９は、半田付けの寿命を向上させるために塗布されるアンダーフィル１０を堰き止める凹状のダムを構成している。

そして、配線４、第１のソルダーレジスト５及び第２のソルダーレジスト７が形成された基板２の上に、電子部品３が載置された状態で、第１のソルダーレジスト５の開口部６及び第２のソルダーレジスト７の開口部８内において、電子部品３の下面の端子と配線４の所定の部位とが半田１１を介して接続される。半田１１は、例えばクリーム半田やバンプ等で構成されている。

更に、図１中の左の電子部品３については、半田付けの寿命を向上させるために、半田１１の周囲にアンダーフィル１０を塗布して硬化させるように構成されている。この場合、アンダーフィル１０は、第１のソルダーレジスト５の開口部６及び第２のソルダーレジスト７の開口部８内に充填されて半田１１の外周を覆うと共に、電子部品３の下面と第２のソルダーレジスト７の上面との間の隙間並びに電子部品３の下面と基板２の上面との間の隙間内に充填されるようになっている。そして、第２のソルダーレジスト７の上面において、電子部品３の外周に広がっていくアンダーフィル１０は、電子部品３を囲むように設けられた溝部９内に収容されて堰き止められる。これにより、アンダーフィル１０が隣接する電子部品３、例えば図１中の右の電子部品３に付着することを防止できる。

次に、上記した構成の半導体装置１、特には、基板２の製造工程について、図２ないし図８を参照して説明する。まず、図２に示すように、基板２の上面に配線４を例えば印刷またはフォトリソグラフィ等で形成する。続いて、図３に示すように、基板２の配線４の上に第１のソルダーレジスト５を形成する。尚、第１のソルダーレジスト５は、例えば写真現像型のソルダーレジストや紫外線硬化型のソルダーレジスト等で形成されている。

そして、図４に示すように、第１のソルダーレジスト５に開口部６を形成するためのマスク部材１２を、第１のソルダーレジスト５の上に載せる。マスク部材１２は、例えばネガフィルム等で構成されている。この状態で、マスク部材１２を通して例えば紫外線を照射し、第１のソルダーレジスト５のうちの紫外線があたった部分を硬化させる。続いて、現像処理を行い、第１のソルダーレジスト５のうちの紫外線があたっていない部分を除去する。これにより、図５に示すように、第１のソルダーレジスト５に開口部６が形成される。

続いて、図６に示すように、基板２の第１のソルダーレジスト５の上に第２のソルダーレジスト７を形成する。尚、第２のソルダーレジスト７は、第１のソルダーレジスト５と同じソルダーレジスト例えば写真現像型のソルダーレジストや紫外線硬化型のソルダーレジスト等で形成されている。

そして、図７に示すように、第２のソルダーレジスト７に開口部８及び溝部９を形成するためのマスク部材１３を、第１のソルダーレジスト５の上に載せる。マスク部材１３は、例えばネガフィルム等で構成されている。この状態で、マスク部材１３を通して例えば紫外線を照射し、第２のソルダーレジスト７のうちの紫外線があたった部分を硬化させる。続いて、現像処理を行い、第２のソルダーレジスト７のうちの紫外線があたっていない部分を除去する。これにより、図８に示すように、第２のソルダーレジスト７に開口部８及び溝部９が形成される。

この後は、第１のソルダーレジスト５の開口部６及び第２のソルダーレジスト７の開口部８の内部に例えばクリーム半田を印刷等によって塗布し、その上に電子部品３を載置する。そして、リフロー半田付け処理する。更に、図１中の左の電子部品３については、半田１１の周囲にアンダーフィル１０を塗布して硬化させることにより、半導体装置１が形成されるように構成されている。

上記した構成の本実施形態においては、基板２及び配線４の上に第１のソルダーレジスト５と第２のソルダーレジスト７を形成し、基板２の上に電子部品３を半田付けし、基板２の上において電子部品３を囲むようにアンダーフィル１０を堰き止める溝部９を設け、電子部品３の半田付け部分にアンダーフィル１０を塗布し、配線４の上における溝部９が配置された部位に絶縁層として第１のソルダーレジスト５を設けた。この構成によれば、アンダーフィル１０の流出を防止する凹状ダムとして溝部９を形成しながら、配線４の上における溝部９が配置された部位に絶縁層として第１のソルダーレジスト５が設けられるので、基板２の表面の配線４が露出することを防止できる。

（第２実施形態）
図９ないし図１３は、第２実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第２実施形態では、図９に示すように、第２のソルダーレジスト７に溝部１５を形成するに際して、第１のソルダーレジスト５側に溝部１６を形成するように構成した。この構成の基板２の製造工程について、図１０ないし図１３を参照して説明する。

まず、基板２の上に配線４を形成し、基板２及び配線４の上に第１のソルダーレジスト５を形成するまでの工程は、第１実施形態（図２、図３参照）と同じである。この後は、図１０に示すように、第１のソルダーレジスト５に、開口部６と溝部１６を形成するためのマスク部材１７を、第１のソルダーレジスト５の上に載せる。マスク部材１７は、例えばネガフィルム等で構成されている。この状態で、マスク部材１７を通して例えば紫外線を照射し、第１のソルダーレジスト５のうちの紫外線があたった部分を硬化させる。続いて、現像処理を行い、第１のソルダーレジスト５のうちの紫外線があたっていない部分を除去する。これにより、図１１に示すように、第１のソルダーレジスト５に開口部６と溝部１６が形成される。

続いて、図１２に示すように、基板２の第１のソルダーレジスト５の上に第２のソルダーレジスト７を形成する。この場合、第１のソルダーレジスト５に溝部１６が形成されているので、第１のソルダーレジスト５の上に第２のソルダーレジスト７を形成したときに、第２のソルダーレジスト７に溝部１５が形成され、この溝部１５が、アンダーフィル１０の堰き止め用の凹状のダムとなるように構成されている。

そして、図１３に示すように、第２のソルダーレジスト７に開口部８を形成するためのマスク部材１８を、第２のソルダーレジスト７の上に載せる。マスク部材１８は、例えばネガフィルム等で構成されている。この状態で、マスク部材１８を通して例えば紫外線を照射し、第２のソルダーレジスト７のうちの紫外線があたった部分を硬化させる。続いて、現像処理を行い、第２のソルダーレジスト７のうちの紫外線があたっていない部分を除去する。これにより、図９に示すように、第２のソルダーレジスト７に開口部８が形成される。

尚、上述した以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図１４ないし図１８は、第３実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第３実施形態では、図１４に示すように、第２のソルダーレジスト７に形成する開口部８の大きさを、第１のソルダーレジスト５の開口部６の大きさよりも大きくするように構成した。

第１実施形態では、図１５に示すように、第２のソルダーレジスト７に形成する開口部８の大きさを、第１のソルダーレジスト５の開口部６の大きさと同じになるように構成した。しかし、このように構成すると、図１６に示すように、開口部６と開口部８の位置ずれ誤差が発生し、開口部６、８の内側面の形状が不安定になるという問題があった。

また、第１実施形態では、図１８に示すように、ソルダーレジスト５、７が２層形成されているため、チップ部品１９を実装した場合、チップ部品１９の位置が高くなり、半田１１の量が増えるため、実装品質の管理が困難になるという不具合がある。尚、図１７に示すように、ソルダーレジスト２０が１層の場合、即ち、従来構成の場合には、チップ部品１９の位置が低く、半田１１の量が適切な量となるから、実装品質の管理が容易になる。

そこで、第３実施形態においては、図１４に示すように、第２のソルダーレジスト７に形成する開口部８の大きさを、第１のソルダーレジスト５の開口部６の大きさよりも大きくすると共に、チップ部品１９を実装する部分において、第１のソルダーレジスト５の上の第２のソルダーレジスト７を除去するように構成した。

上述した以外の第３実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第３実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第３実施形態では、第２のソルダーレジスト７に形成する開口部８の大きさを、第１のソルダーレジスト５の開口部６の大きさよりも大きくすると共に、チップ部品１９を実装する部分において、第１のソルダーレジスト５の上の第２のソルダーレジスト７を除去したので、開口部６、８の内側面の形状が安定化し、また、チップ部品１９の位置が低くなり、半田１１の量が適切な量となることから、実装品質の管理が容易になる。

（第４実施形態）
図１９は、第４実施形態を示すものである。尚、第３実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第４実施形態では、図１９に示すように、第２のソルダーレジスト７に溝部１５を形成するに際して、第１のソルダーレジスト５側に溝部１６を形成するように構成した。尚、上述した以外の第４実施形態の構成は、第３実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第４実施形態においても、第３実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第５実施形態）
図２０は、第５実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第５実施形態では、図２０に示すように、第２のソルダーレジスト７に開口部８を形成するに際して、開口部８の大きさを、第１のソルダーレジスト５の開口部６の大きさよりも小さくするように構成した。そして、チップ部品１９を実装する部分において、第１のソルダーレジスト５の上の第２のソルダーレジスト７を除去するように構成した。尚、上述した以外の第５実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第５実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第６実施形態）
図２１は、第６実施形態を示すものである。尚、第５実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第６実施形態では、図２１に示すように、第２のソルダーレジスト７に溝部１５を形成するに際して、第１のソルダーレジスト５側に溝部１６を形成するように構成した。尚、上述した以外の第６実施形態の構成は、第５実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第６実施形態においても、第５実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第７実施形態）
図２２は、第７実施形態を示すものである。尚、第３実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第７実施形態では、図２２に示すように、チップ部品１９を実装する部分において、第１のソルダーレジスト５ａを除去すると共に、第２のソルダーレジスト７ａを残すように構成した。尚、上述した以外の第７実施形態の構成は、第３実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第７実施形態においても、第３実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第８実施形態）
図２３は、第８実施形態を示すものである。尚、第７実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第８実施形態では、図２３に示すように、第２のソルダーレジスト７に溝部１５を形成するに際して、第１のソルダーレジスト５側に溝部１６を形成するように構成した。尚、上述した以外の第８実施形態の構成は、第７実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第８実施形態においても、第７実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第９実施形態）
図２４は、第９実施形態を示すものである。尚、第７実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第９実施形態では、図２４に示すように、第２のソルダーレジスト７に開口部８を形成するに際して、開口部８の大きさを、第１のソルダーレジスト５の開口部６の大きさよりも小さくするように構成した。尚、上述した以外の第９実施形態の構成は、第７実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第９実施形態においても、第７実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第１０実施形態）
図２５は、第１０実施形態を示すものである。尚、第９実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第１０実施形態では、図２５に示すように、第２のソルダーレジスト７に溝部１５を形成するに際して、第１のソルダーレジスト５側に溝部１６を形成するように構成した。尚、上述した以外の第１０実施形態の構成は、第９実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第１０実施形態においても、第９実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は半導体装置、２は基板、３は電子部品、４は配線、５は第１のソルダーレジスト、７は第２のソルダーレジスト、９は溝部、１０はアンダーフィル、１１は半田、１５は溝部、１６は溝部、１９はチップ部品、２０はソルダーレジストである。

Claims (5)

1. 基板（２）と、
   前記基板の上に設けられた配線（４）と、
   前記基板及び前記配線の上に形成された第１のソルダーレジスト（５）と、
   前記第１のソルダーレジストの上に形成された第２のソルダーレジスト（７）と、
   前記基板の上に半田付けにより実装された電子部品（３）と、
   前記電子部品の半田付け部分に塗布されたアンダーフィル（１０）と、
   前記基板の上において前記電子部品を囲むように設けられ、前記アンダーフィルを堰き止める溝部（９）と、
   前記配線の上における前記溝部が配置された部位に設けられた絶縁層（５、７）と
   を備えた半導体装置。
2. 前記絶縁層は、前記第１のソルダーレジストで構成された請求項１記載の半導体装置。
3. 前記絶縁層は、前記第２のソルダーレジストで構成された請求項１記載の半導体装置。
4. 前記基板の上において前記電子部品を実装する領域においては、前記第１のソルダーレジストまたは前記第２のソルダーレジストのいずれか一方だけを設けるように構成された請求項１から３のいずれか一項記載の半導体装置。
5. 前記第１のソルダーレジスト及び前記第２のソルダーレジストに上下方向に連通する開口部（６、８）を形成する場合に、前記第２のソルダーレジストに形成する開口部（８）の大きさを、前記第１のソルダーレジストに形成する開口部（６）の大きさよりも大きくするように構成された請求項１から４のいずれか一項記載の半導体装置。
   

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