JP2022183841A - 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法、プリント配線板および電子機器 - Google Patents

半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法、プリント配線板および電子機器 Download PDF

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Yuya Karakawa
典丈 坪井
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Abstract

【課題】 チップ部品の配置が高精度に制御された半導体モジュールを提供する。【解決手段】 第1ランド及び第2ランドを有する半導体装置と、絶縁基板の主面に配置された複数の開口と複数の誘導部を有するソルダーレジストと、複数の開口により露出された第3ランド及び第4ランドとを有するプリント配線板と、長手方向に間隔を空けて配置された第1電極及び第2電極を有しプリント配線板と半導体装置との間に配置されたチップ部品と、第1はんだと、第2はんだと、を有する半導体モジュール。第3ランドからチップ部品の長手方向と交差する第1方向に延在する第1導体パターンと、第4ランドからチップ部品の長手方向と交差する第2方向に延在する第2導体パターンの各々が誘導部に覆われ、チップ部品を第1はんだ及び第2はんだへ誘導する部品誘導路を形成している。【選択図】 図3

Description

本開示は、半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法、プリント配線板および電子機器に関する。
モバイル機器などの電子機器は、メモリなどの別の半導体装置と通信する半導体装置と、半導体装置が実装されたプリント配線板と、を含む半導体モジュールを備えている。電子機器においては、半導体装置の通信の高速化、及び低電圧化が進んでおり、半導体装置にて生じるノイズを低減することが求められている。
ノイズを低減する手段の1つとして、半導体装置の電源端子とグラウンド端子との間に、バイパスコンデンサを接続することが知られている。特許文献1には、半導体装置であるBGA対応の集積回路と配線基板の間にチップ部品であるバイパスコンデンサをはんだで実装する技術が開示されている。
国際公開2005/024945号
しかしながら従来技術では、チップ部品の配置を高精度に制御することが困難であった。
上記課題を解決するための第1の態様は、第1ランド及び第2ランドを有する半導体装置と、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面に配置された複数の開口及び複数の誘導部を有するソルダーレジストと、前記絶縁基板の主面に配置された前記開口により露出された第3ランド及び第4ランドと、を有するプリント配線板と、長手方向に間隔を空けて配置された第1電極及び第2電極を有し、前記プリント配線板及び前記半導体装置の間に配置されたチップ部品と、前記第1ランドと、前記第3ランド及び前記第1電極と、を接合する第1はんだと、前記第2ランドと、前記第4ランド及び前記第2電極と、を接合する第2はんだと、前記絶縁基板の主面に配置された、前記第3ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第1方向に延在する第1導体パターンと、前記絶縁基板の主面に配置された、前記第4ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第2方向に延在する第2導体パターンと、を有し、前記第1導体パターン及び前記第2導体パターンの各々が前記ソルダーレジストの前記誘導部に覆われ、前記チップ部品を前記第1はんだ及び前記第2はんだへ誘導する部品誘導路を形成していることを特徴とする半導体モジュール。
上記課題を解決するための第2の態様は、半導体装置と、プリント配線板及びチップ部品と、はんだで接合して半導体モジュールを製造する方法であって、前記半導体装置は、第1ランドと前記第1ランドに接続された第1はんだボールと、第2ランドと前記第2ランドに接続された第2はんだボールと、を有し、前記プリント配線板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面に、複数の開口及び複数の誘導部を有するソルダーレジストと、前記開口により露出された第3ランド及び第4ランドと、前記第3ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第1方向に延在する前記誘導部に覆われた第1導体パターンと、前記第4ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第2方向に延在する前記誘導部に覆われた第2導体パターンと、が配置され、前記チップ部品は、長手方向に間隔を空けて配置された第1電極及び第2電極を有し、前記半導体装置と、前記プリント配線板及び前記チップ部品と、を用意する工程と、前記誘導部と、前記第3ランド及び前記第4ランドの各々にはんだペーストを設ける工程と、前記誘導部に設けられたはんだペーストと、前記第1の電極及び前記第2の電極と、が接するように前記チップ部品を載置する工程と、前記第3ランドに設けられたはんだペーストと前記第1はんだボール、前記第4ランドに設けられたはんだペーストと前記第2はんだボール、が各々接するように前記半導体装置を載置する工程と、前記はんだペーストと、前記第1はんだボール及び前記第2はんだボールと、を加熱溶融し、溶融した前記第1はんだボール及び前記第2はんだボールまで前記チップ部品を移動させる工程と、前記溶融した第1はんだボール及び前記第2はんだボールを冷却固化し、前記第1ランドと前記第3ランド及び前記第1電極とを接合する第1はんだと、前記第2ランドと前記第4ランド及び前記第2電極とを接合する第2はんだと、を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体モジュールの製造方法である。
上記課題を解決するための第3の態様は、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面に配置された複数の開口及び複数の誘導部を有するソルダーレジストと、前記絶縁基板の主面に配置された前記開口により露出された第3ランド及び第4ランドと、を有するプリント配線板であって、前記絶縁基板の主面に配置された、前記第3ランドから前記第4ランドに接触しないように第1方向に延在する第1導体パターンと、前記絶縁基板の主面に配置された、前記第4ランドから前記第3ランドに接触しないように第2方向に延在する第2導体パターンと、を有し、前記第1導体パターン及び前記第2導体パターンの各々が前記ソルダーレジストの前記誘導部に覆われ、前記チップ部品を前記第3ランド及び前記第4ランドへ誘導する部品誘導路を形成していることを特徴とするプリント配線板である。
本開示によれば、チップ部品の配置が高精度に制御された半導体モジュールを提供することができる。また、チップ部品の配置を高精度に制御可能な半導体モジュール制御方法を提供することができる。また、チップ部品の配置を高精度に制御するために用いるプリント配線板を提供することができる。
第1実施形態に係る電子機器の一例としての撮像装置の説明図である。 (a)は、第1実施形態に係る処理モジュールの斜視図である。(b)は図2(a)に示した処理モジュールのA-A断面模式図である。 (a)は、第1実施形態に係る処理モジュールの一部分を拡大してY方向から視た断面模式図である。(b)は、図3(a)のB1-B1断面模式図である。(c)は、図3(a)のC1-C1断面模式図である。 第1実施形態に係る処理モジュールの分解斜視図である。 第1実施形態に係る処理モジュールの製造方法の説明図である。 第1実施形態に係る処理モジュールの製造方法の説明図である。 (a)は、第2実施形態に係る処理モジュールの一部分を拡大してY方向から視た断面模式図である。(b)は、図7(a)のB2-B2断面模式図である。(c)は、図7(a)のC2-C2断面模式図である。 第2実施形態に係る処理モジュールの製造方法の説明図である。 第2実施形態に係る処理モジュールの製造方法の説明図である。 実施例3の処理モジュールの製造工程の一部を示す説明図である。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る電子機器の一例としての撮像装置であるデジタルカメラ600の説明図である。撮像装置であるデジタルカメラ600は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、カメラ本体601を備える。カメラ本体601には、レンズを含むレンズユニット(レンズ鏡筒)602が着脱可能となっている。カメラ本体601は、筐体611と、筐体611の内部に配置された、プリント回路板である処理モジュール300及びセンサモジュール900と、を備えている。処理モジュール300は、半導体モジュールの一例である。処理モジュール300とセンサモジュール900とはケーブル950で電気的に接続されている。
センサモジュール900は、撮像素子であるイメージセンサ700と、プリント配線板800と、を有する。イメージセンサ700は、プリント配線板800に実装されている。イメージセンサ700は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ又はCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサである。イメージセンサ700は、レンズユニット602を介して入射した光を電気信号に変換する機能を有する。
処理モジュール300は、半導体装置100と、第1プリント配線板であるプリント配線板200と、を有する。半導体装置100は、プリント配線板200に実装されている。プリント配線板200は、リジッド基板である。半導体装置100は、例えばデジタルシグナルプロセッサであり、イメージセンサ700から電気信号を取得し、取得した電気信号を補正する処理を行い、画像データを生成する機能を有する。
以下、図2乃至図4を参照しながら処理モジュール300を説明する。
半導体装置100は、エリアアレイの半導体パッケージであり、第1実施形態では、BGA(Ball Grid Array)の半導体パッケージである。半導体装置100は、半導体素子と、第2プリント配線板であるパッケージ基板102と、を有する。パッケージ基板102は、リジッド基板である。
半導体素子101は、パッケージ基板102に実装されている。パッケージ基板102は、絶縁基板120を有する。絶縁基板120は、主面121と、主面121とは反対側の主面122と、を有する。絶縁基板120の材質は、例えばアルミナ等のセラミックである。半導体素子101は、例えば半導体チップであり、フェイスアップ又はフェイスダウン、第1実施形態ではフェイスダウンで絶縁基板120の主面121に実装されている。
半導体素子101は、複数の電源端子、複数のグラウンド端子、複数の信号端子を有しており、各端子が不図示のワイヤーボンディングまたはフリップチップボンディングでパッケージ基板102に接合されている。図2(b)、図3(a)及び(b)には、複数の電源端子のうちの1つである電源端子111Eと、複数のグラウンド端子のうちの1つであるグラウンド端子111Gが図示されている。即ち、半導体素子101は、電源端子111Eと、グラウンド端子111Gとを有する。
絶縁基板120の主面121には、半導体素子101を封止する封止樹脂106が設けられている。パッケージ基板102は、絶縁基板120の主面122に配置された複数のランド130を有する。
複数のランド130は、各々のランドの最小の間隔が0.7mm以下のピッチで配列されている。高密度にランドを配置するという観点では、各々のランドの最小の間隔が0.4mm以下のピッチであることが好ましい。ただし、配列パターンは、格子状、即ちマトリックス状であってもよいし、千鳥状であってもよい。ランド130は、導電性を有する金属材料、例えば銅又は金で形成された端子であり、例えば信号端子、電源端子、グラウンド端子、又はダミー端子である。複数のランド130には、電源端子となるランド130Eと、グラウンド端子となるランド130Gと、ランド130E,130G以外のランド130Sが含まれている。ランド130Sは、信号端子、電源端子、グラウンド端子、又はダミー端子となるランドである。ランド130Eが第1ランドであり、ランド130Gが第2ランドであり、ランド130Sは複数の第6ランドである。第1ランドであるランド130E及び第2ランドであるランド130Gは隣接している。第6ランドであるランド130Sは、第1ランドであるランド130E及び第2ランドであるランド130Gと隣接している。ランド130Eは、絶縁基板120に形成されたヴィア導体112Eを介して半導体素子101の電源端子111Eに電気的に接続されている。ランド130Gは、絶縁基板120に形成されたヴィア導体112Gを介して半導体素子101のグラウンド端子111Gに電気的に接続されている。
主面122上には、ソルダーレジスト108が設けられている。ソルダーレジスト108は、ソルダーレジスト材で構成された膜である。複数のランド130の各々は、ソルダーレジスト108に形成された複数の開口により露出されている。ランド130は、SMD(solder mask defined)又はNSMD(non-solder mask defined)のいずれのランドであってもよいが、第1実施形態ではSMDのランドである。なお、ソルダーレジスト108を有さず、ランド130の各々が独立して形成されてもよい。なお、図示は省略するが、半導体素子101の上面に放熱板が配置されていてもよい。
プリント配線板200は、絶縁基板220を有する。絶縁基板220は、主面221と、主面221とは反対側の主面222と、を有する。プリント配線板200は、絶縁基板220の主面221に配置された複数のランド230を有する。絶縁基板220の材質は、エポキシ樹脂等の絶縁材料である。
複数のランド230は、導電性を有する金属材料、例えば銅又は金で形成された端子であり、例えば信号端子、電源端子、グラウンド端子、又はダミー端子である。絶縁基板220の材質は、エポキシ樹脂等の絶縁材料である。複数のランド230には、電源端子となるランド230Eと、グラウンド端子となるランド230Gと、ランド230E,230G以外のランド230Sが含まれている。ランド230Sは、信号端子、電源端子、グラウンド端子、又はダミー端子となるランドである。ランド230Eが第3ランドであり、ランド230Gが第4ランドであり、ランド230Sは複数の第5ランドである。第3ランドであるランド230E及び第4ランドであるランド230Gは隣接している。第5ランドであるランド230Sは、第3ランドであるランド230E及び第4ランドであるランド230Gと隣接している。ランド230Eは、絶縁基板220に形成されたヴィア導体212Eと電気的に接続されている。ランド230Gは、絶縁基板220に形成されたヴィア導体212Gと電気的に接続されている。プリント配線板200には、図3に示すヴィア導体212E,212Gに電気的に接続された不図示の電源ICが実装されている。電源ICは、はんだ接合部191及びはんだ接合部192を介して、半導体装置100の半導体素子101に電力を供給可能となっている。なお、プリント配線板200の不図示の電源ICが、ヴィア導体212E,212Gを介さずに電気的に接続されていてもよい。ランド230Sは不図示の信号配線に電気的に接続されていてもよい。第3ランドであるランド230Eと、第4ランドであるランド230G及び第5ランドであるランド230Sの大きさはほぼ同じである。具体的には、面積が最小のランドの面積に対する、面積が最大のランドの面積が1.1倍以下である。
プリント配線板200は、ソルダーレジスト208を有する。ソルダーレジスト208は、ソルダーレジスト材で構成された膜である。ソルダーレジスト208は、主面221上に設けられている。複数のランド230の各々は、ソルダーレジスト208に形成された複数の開口により露出されている。ランド230は、SMD又はNSMDのいずれのランドであってもよいが、第1実施形態ではSMDのランドである。また、ソルダーレジスト208は、後述する第1導体パターン250E及び第2導体パターン250Gを覆う複数の誘導部208E,208Gを有する。誘導部208E,208Gの機能については後述する。
第1実施形態において、プリント配線板200のランド230Eは、はんだで形成された第1はんだ接合部191を介してランド130Eと接合されている。また、ランド230Gは、はんだで形成された第2はんだ接合部192を介してランド130Gに接合されている。また、ランド230Sは、はんだで形成された第3はんだ接合部193を介してランド130Sに接合されている。なお、各はんだ接合部は「はんだ」と表記することもある。
処理モジュール300は、電子部品の一例であるコンデンサ400を備えている。コンデンサ400は、受動部品であり、チップ部品である。チップ部品の平面視のサイズは、0.4mm×0.2mmである0402サイズ、又は0.25mm×0.125mmである0201サイズなど、0402サイズ以下が好適である。なお、0402サイズ、0201サイズ等の表記は、日本工業規格(Japanese Industrial Standards)における電子部品のサイズ表記方法(mm基準)に準じている。
コンデンサ400は、長手方向に延びる略直方体形状の素体401と、素体401の長手方向の両側に間隔を空けて配置された一対の電極410,420と、を有する。一対の電極410,420は、長手方向に間隔をあけて素体401に固定されている。図2(b)乃至図4において、コンデンサ400、即ち素体401の長手方向は、X方向である。コンデンサ400、即ち素体401の短手方向はY方向である。Y方向は、X方向に直交する幅方向である。コンデンサ400、即ち素体401の上下方向は、Z方向である。Z方向は、X方向及びY方向に直交する方向である。Z方向は、主面121,122,221,222に垂直な方向でもある。
一対の電極410,420のうちの一方の電極410が第1電極であり、他方の電極420が第2電極である。各電極410,420は、下地と、下地を覆う外皮膜と、を含む。電極410,420の外皮膜の材質は、スズ等の導電性を有する金属材料である。
コンデンサ400は、バイパスコンデンサである。コンデンサ400の電極410は、はんだ接合部191に接続されている。すなわち、コンデンサ400の電極410は、はんだ接合部191を介してランド130E及びランド230Eに電気的に接続されている。コンデンサ400の電極420は、はんだ接合部192に接続されている。すなわち、コンデンサ400の電極420は、はんだ接合部192を介してランド130G及びランド230Gに電気的に接続されている。
図4に示すように、電極410は、電極面である、3つの側面411,412,413、上面414及び下面415を有する。側面411,412,413、上面414及び下面415は、各面に垂直な方向から見て、矩形状である。3つの側面411,412,413のうち、2つの側面412,413は、Y方向に間隔をあけて対向している。上面414と下面415とは、Z方向に間隔をあけて対向している。側面411は、側面412,413、上面414及び下面415と直交して隣り合っている。電極420は、電極面である、3つの側面421,422,423、上面424及び下面425を有する。側面421,422,423、上面424及び下面425は、各面に垂直な方向から見て、矩形状である。3つの側面421,422,423のうち、2つの側面422,423は、Y方向に間隔をあけて対向している。上面424と下面425とは、Z方向に間隔をあけて対向している。側面421は、側面422,423、上面424及び下面425と直交して隣り合っている。電極410の側面411と電極420の側面421とは、X方向に間隔をあけて対向して配置されている。電極410の上面414が、半導体装置100のランド130Eと対向し、電極410の下面415が、プリント配線板200のランド230Eと対向している。電極420の上面424が、半導体装置100のランド130Gと対向し、電極420の下面425が、プリント配線板200のランド230Gと対向している。
コンデンサ400の電極410と電源端子111Eとの間の配線のインダクタンス、及びコンデンサ400の電極420とグラウンド端子111Gとの間の配線のインダクタンスにより、電源ノイズが発生する。電源ノイズとは、半導体装置100が動作することによって生じる電源ラインの電圧変動をいう。この電圧変動は電源ラインに寄生するインダクタンスや抵抗によって電源電流が変化することで発生する。配線のインダクタンスを低減させて電源ノイズを低減させるためには、コンデンサ400は半導体装置100の電源端子111Eとグラウンド端子111G間の配線が最短になるように配置されるのが好ましい。本開示では、コンデンサ400の電極410は、はんだ接合部191で半導体装置100のランド130Eに電気的に接続されているため、コンデンサ400の電極410とランド130Eとの間の配線のインダクタンスを低減することができる。また、コンデンサ400の電極420は、はんだ接合部192で半導体装置100のランド130Gに電気的に接続されているため、コンデンサ400の電極420とランド130Gとの間の配線のインダクタンスを低減することができる。配線のインダクタンスが低減するので、発生する電源ノイズが低減し、半導体装置100における通信の高速化を実現することができる。
処理モジュール300は、第1チップ部品誘導路260E及び第2チップ部品誘導路260Gを有する。第1チップ部品誘導路260E及び第2チップ部品誘導路260Gは、処理モジュール300を製造する際にコンデンサ400をはんだ接合部191及びはんだ接合部192に導く役割を担う。このメカニズムについては製造方法の項でも説明をする。
第1の部品誘導路である第1チップ部品誘導路260Eは、第1導体パターン250Eと、第1導体パターン250Eを覆うソルダーレジストの誘導部208Eと、を有する。第1導体パターン250Eは、絶縁基板220の主面221に配置されたランド230Eからコンデンサ400の長手方向と交差する第1方向に延在している。Y方向における長さは、コンデンサ400の短手方向の長さの半分より長く、第3ランドであるランド230Eと第5ランドであるランド230Sの最短距離より短い。第1導体パターン250Eはランド230G及びランド230Sとは接していない。また、第1導体パターン250Eは不図示の配線と直接、接続されていない。
第2の部品誘導路である第2チップ部品誘導路260Gは、第2導体パターン250Gと、第2導体パターン250Gを覆うソルダーレジストの誘導部208Gと、を有する。第2導体パターン250Gは、絶縁基板220の主面221に配置されたランド230Gからコンデンサ400の長手方向と交差する第2方向に延在している。Y方向における長さは、コンデンサ400の短手方向の長さの半分より長く、第4ランドであるランド230Gと第5ランドであるランド230Sの最短距離より短い。第2導体パターン250Gはランド230E及びランド230Sとは接していない。また、第2導体パターン250Gは不図示の配線と直接、接続されていない。
第1導体パターン250Eは、ランド230Eから延伸するにつれて第2導体パターン250Gに近づく方向に延在しているが、第1導体パターン250Eと第2導体パターン250Gは平行に延在していても構わない。すなわち第1方向と第2方向は同じ方向でも構わない。第1導体パターン250E、第2導体パターン250Gは導電性を有する金属材料、例えば銅又は金で形成されている。第1導体パターン250E及び第2導体パターン250GはZ方向に見て、矩形状であるが、これに限定するものではない。Z方向に見て、多角形状、円形状、楕円形状など、任意の形状であってもよい。
第1チップ部品誘導路260E及び第2チップ部品誘導路260Gは、チップ部品であるコンデンサ400を第1はんだ接合部191及び第2はんだ接合部192と接合させる際に、コンデンサ400をその接合箇所に誘導する役割を担う。誘導部208E及び208Gにはんだペーストを載せて、そのはんだペーストの上にコンデンサを配置し、はんだペーストが加熱溶融すると、コンデンサ400はその接合箇所に導かれる。
特許文献1において、チップ部品であるコンデンサの短手方向に延在するフットプリントにはんだペーストを設け、その上にコンデンサを配置させて加熱し、メタルバンプまでコンデンサを誘導して接合させることが開示されている。しかし、本願発明者が鋭意検討した結果、上記文献に開示された技術ではチップ部品を同じ位置に繰り返し再現性良く配置させることが困難であることを見出した。上記文献では本願の導体パターンに相当するフットプリントは基板上に露出しており、ランドと基板表面には段差が生じている。そのため、その段差にチップ部品が引っ掛かり、短手方向に回転することがあった。また、チップ部品は回転して接合されると、接合後に応力が集中する特異点が発生するため接合強度が不十分となることがあった。
そこで本開示では、第1チップ部品誘導路260E及び第2チップ部品誘導路260Gの各々は、第1導体パターン250E及び第2導体パターン250Gの各々をソルダーレジストの誘導部208E及び208Gで覆う構成を採用した。このような構成を採ることにより、コンデンサ400が第1チップ部品誘導路260E及び第2チップ部品誘導路260Gからその接合箇所に誘導されるまで段差がないため、載置した姿勢のまま水平移動することが可能となる。結果、図3(c)に示すようにはんだ接合部191,192の中心を結んだ中心線とコンデンサ400の長手方向の中心線が同一線上になるように接合することができる。すなわち、コンデンサ400は半導体装置100及びプリント配線板200に対して、それぞれ空隙を介して配置されている。より具体的には、コンデンサ400及び半導体装置100の第1距離と、コンデンサ400及びプリント配線板200の第2距離との差が、第1距離及び第2距離よりも小さく、ゼロに近い。すなわちコンデンサ400ははんだ接合部191,192の中心部に配置されることが好ましい。コンデンサ400がはんだ接合部191,192の中心部に配置されるとコンデンサ400の電極410と420のエッジに掛かる応力を分散できる。そのためコンデンサ400の衝撃は低減され、さらに接合信頼性は向上することができる。
また、第1導体パターン250E及び第2導体パターン250Gの長さが、コンデンサ400の短手方向の長さの半分より大きいことで、はんだペーストを十分に多く載置でき、安定的に導くことができる。第1導体パターン250Eは、ランド230Eから延伸するにつれて第2導体パターン250Gに近づく方向に延在させることが好ましい。第1導体パターン250E及び第2導体パターン250Gをこのように配置することにより、これらをより長く配置させることができるためである。また、第1導体パターン250Eおよび第2導体パターン250Gの幅はコンデンサ400の電極の幅以上であることが好ましい。コンデンサが移動時に誘導路から脱落することを防ぎ、安定的に移動させるためである。なお、コンデンサの電極の幅とは図4におけるコンデンサの電極の下面415もしくは下面425のX方向の長さのことである。
なお、上述したはんだペーストを加熱溶融するプロセスを行うと、誘導部208EにはフラックスF1が残存する。また、誘導部208GにはフラックスF2が残存する。フラックスF1,F2は誘導部208Eおよび208Gのみに設けられていることが好ましい。誘導路上に残存したフラックス同士、もしくは周囲のフラックスと接触することで発生するイオンマイグレーション現象を防ぐためである。
第1はんだ接合部191の体積及び第2はんだ接合部192の体積は、第3はんだ接合部193の体積より大きいことが好ましい。このような構成を採ることで、コンデンサ400の配置を高精度に制御しやすくなるためである。より好ましくは、第1はんだ接合部191の体積及び第2はんだ接合部192の体積が第3はんだ接合部193の体積の1.2倍以上である。また、第1はんだ接合部191の体積及び第2はんだ接合部192の体積は、第3はんだ接合部193の体積の4倍未満であることが好ましい。第1はんだ接合部191の体積及び第2はんだ接合部192の体積が第3はんだ接合部193の体積の4倍以上であると、狭ピッチにはんだ接合部を配置できなくなり、半導体装置100を小型にすることができないおそれがある。
以上、処理モジュール300によれば、ソルダーレジストの誘導部に覆われた2つの導体パターンを有する部品誘導路を用いてコンデンサ400をはんだ接合部に接続可能である。そのため、従来技術よりも、バイパスコンデンサの配置が高精度に制御された半導体モジュールを提供することができる。
(処理モジュールの製造方法)
次に、処理モジュール300の製造方法について説明する。図5及び図6は、第1実施形態に係る処理モジュール300の製造方法の説明図である。各工程において、側面図および上面図を示している。
まず、図5(a)に示すように、プリント配線板200を用意する(工程S1)。プリント配線板200は、主面221にランド230Eと、ランド230Gと、ランド230Sと、第1導体パターン250Eと、第2導体パターン250G及びソルダーレジスト208と、を有する。ソルダーレジスト208は誘導部208E,208Gと複数の開口を有する。ランド230Eと、ランド230G及びランド230Sとは、ソルダーレジスト208の開口により、それぞれ露出されている。なお、工程S1において、半導体装置100及びコンデンサ400も用意しておく。
次に、図5(b)に示すように、プリント配線板200上に、第1はんだペーストであるはんだペーストP1と、第2はんだペーストであるはんだペーストP2と、第3はんだペーストであるはんだペーストP3とを、互いに間隔をあけて供給する。(工程S2)。はんだペーストP1は、第3ランドであるランド230Eの上と誘導部208Eの上に供給される。はんだペーストP2は、第4ランドであるランド230Gの上と誘導部208Gの上に供給される。はんだペーストP3は、第5ランドであるランド230Sの上に供給される。
はんだペーストP1,P2およびP3は、はんだ粉末を及びはんだ付けに必要なフラックス成分を含有する。本開示において、はんだペーストP1,P2及びP3は、いずれも同じ材料としたが、融点が近い温度であれば同じ材料でなくてもよい。工程S2では、メタルマスク23を用いたスクリーン印刷により、はんだペーストP1,P2およびP3をプリント配線板200に供給する。なお、はんだペーストP1,P2およびP3の供給方法は、これに限定するものではない。例えば、ディスペンサーを用いてもよい。
次に、図5(c)に示すように、電極410が誘導部208Eの上のはんだペーストP1と接するように、電極420が誘導部208Gの上のはんだペーストP2と接するように、コンデンサ400を載置する。より具体的には、誘導部208E,208Gに設けられたはんだペーストP1,P2において、ランド230E,230Gから遠ざかる方向の先端付近にコンデンサ400を載置する(S3)。これにより、電極410の下面415がはんだペーストP1と接触し、電極420の下面425がはんだペーストP2と接触する。工程S3では、不図示のマウンターを用いて、コンデンサ400をはんだペーストP1,P2の上に載置する。
次に、図5(d)に示すように、ランド130Eがランド230Eと対向し、ランド130Gがランド230Gと対向するように、半導体装置100をプリント配線板200の上に載置する(S4)。工程S4では、不図示のマウンターを用いて、半導体装置100をプリント配線板200上に載置する。このとき、ランド130Eとランド230Eとが対向し、ランド130Gとランド230Gとが対向し、ランド130Sとランド230Sとが対向するように、半導体装置100の載置位置を調整する。半導体装置100のランド130E,130G,130SにはそれぞれはんだボールB1,B2,B3が設けられている。よって、はんだボールB1とランド230E、はんだボールB2とランド230G、はんだボールB3とランド230Sがそれぞれ対向するように半導体装置100をプリント配線板200に載置する。工程S4において、半導体装置100をプリント配線板200上に載置することで、はんだボールB1,B2,B3ははんだペーストP1,P2,P3にそれぞれ接触する。この工程S4において、Z方向から見たときの、プリント配線板200と、コンデンサ400及び半導体装置100との位置関係は、図5(d)のようになる。半導体装置100のランド130E、ランド130G及びランド130Sの各々は、プリント配線板200のランド230E、ランド230G及びランド230Sの各々とZ方向から見て一部または全部が重なっている。半導体装置100の搭載時において、コンデンサ400ははんだボールB1,B2と接触しない位置に載置されている。なお、図5(d)の上面図では半導体モジュール100の構成のうち、はんだボールB1、B2、B3のみを図示している。
次に、プリント配線板200上に半導体装置100及びコンデンサ400を載置した状態で、不図示のリフロー炉に搬送する。そして、図6(a)に示す工程S5において、リフロー炉内の雰囲気の温度を、はんだ粉末の融点以上の温度に調整して、はんだペーストP1,P2,P3及びはんだボールB1,B2,B3を加熱溶融させる。はんだペーストP1及びはんだボールB1を溶融させると、流動性のある溶融はんだM1となる。はんだペーストP2及びはんだボールB2を溶融させると、流動性のある溶融はんだM2となる。はんだペーストP3及びはんだボールB3を溶融させると、流動性のある溶融はんだM3となる。
工程S5に引き続き、図6(b)に示す工程S6において、加熱を継続し、溶融はんだM1,M2を流動させる。誘導部208E,208G上の溶融はんだM1,M2は、ランド230E,230Gに凝集される。これにより、誘導部208E,208Gに載置されたコンデンサ400は溶融はんだM1,M2の凝集によりランド230E,230Gに到達する。また、コンデンサ400は、ランド230E及び230Gに到達すると溶融はんだM1,M2から受ける力により、半導体装置100に近づく上方向に押し上げられる。その結果、電極410の上面414とランド130Eとの距離が狭まり、電極420の上面424とランド130Gとの距離が狭まる。すなわち、コンデンサ400の素体401は半導体装置100及びプリント配線板200とは、それぞれ空隙を介して配置されることになる。そして、はんだペーストP1、P2に含まれるフラックスF1,F2がそれぞれチップ部品誘導路260E,260G上に残存する。
その後、溶融はんだM1,M2,M3を冷却固化させる。図6(c)に示すように、ランド130E,230Eと電極410とをはんだで接合した第1はんだ接合部であるはんだ接合部191が形成される。また、ランド130G、230Gと電極420とをはんだで接合した第2はんだ接合部であるはんだ接合部192が形成される。また、ランド130Sとランド230Sとをはんだで接合した第3はんだ接合部であるはんだ接合部193が形成される。このときはんだ接合部191,192の体積は、はんだ接合部193の体積より大きくなる。これははんだボールB1,B2,B3の大きさが一定であったにも関わらず、はんだボールB1には誘導部208Eに載せたはんだペーストP1が、はんだボールB2には誘導部208Gに載せたはんだペーストP2が、それぞれ付着して固化されるためである。つまり、はんだ接合部191,192の体積は、誘導部208E,208Gに載せるはんだペーストP1,P2の量で制御することが可能である。以上により、図3に示す処理モジュール300が製造される。
その後、処理モジュール300を図1に示す筐体611に収納することで、カメラ本体601、即ちデジタルカメラ600が製造される。
本開示の製造方法によれば、チップ部品であるコンデンサ400が第1チップ部品誘導路260E及び第2チップ部品誘導路260Gによって、その接合箇所に誘導される。そのため従来技術よりも、バイパスコンデンサの配置が高精度に制御することが可能な半導体モジュールの製造方法を提供することができる。また、コンデンサ400は半導体装置100及びプリント配線板200に対して、それぞれ空隙を介して配置される。これにより、はんだ接合部191,192の中心を結んだ直線を基準として線対称となるはんだ接合形状で接合される。よって、接合後も応力が集中する特異点が発生せず、処理モジュール300の接合信頼性を向上することができる。
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。第2実施形態は半導体装置100に配置されたランドの中で最外周に配置されているランドに架橋するようにコンデンサ400を配置した場合の実施形態である。図7は、第2実施形態に係る処理モジュールの一部分を拡大した断面模式図である。図7(a)には、第2実施形態に係る処理モジュール300Aの断面を模式的に図示している。図7(b)は、図7(a)のB2-B2断面図であり、図7(c)は図7(a)のC2-C2断面であり、半導体装置100、コンデンサ400、及びプリント配線板200Aの配置関係を説明するための模式図である。なお、以下の説明において、第1実施形態と同様の構成については、同一符号を用いて詳細な説明は省略する。
第2実施形態に係る処理モジュール300Aは、第1実施形態と同様の構成の半導体装置100と、プリント配線板200Aとを有する。半導体装置100に含まれる絶縁基板120の主面122には、第1実施形態と同様、ランド130Eと、ランド130Gと、ランド130Sとが配置されている。
プリント配線板200Aは、絶縁基板220Aを有する。絶縁基板220Aは、主面221Aと、主面221Aとは反対側の主面222Aとを有する。プリント配線板200Aは、主面221Aに配置された、第3ランドであるランド230EAと、第4ランドである230GAと、複数の第5ランドであるランド230SAと、第1導体パターン250EA及び第2導体パターン250GAと、を有する。
プリント配線板200Aは、ソルダーレジスト208Aを有する。ソルダーレジスト208Aは、ソルダーレジスト材で構成された膜である。ソルダーレジスト208Aは、主面221A上に設けられている。ランド230EA,230GA,230SAは、ソルダーレジスト208Aに形成された複数の開口により露出されている。また、ソルダーレジスト208Aは、後述する第1導体パターン250EA及び第2導体パターン250GAを覆う複数の誘導部208EA,208GAを有する。
ランド130E及びランド230EAは、はんだで形成された第1はんだ接合部であるはんだ接合部191Aで接合されている。ランド130G及びランド230GAは、はんだで形成された第2はんだ接合部であるはんだ接合部192Aで接合されている。ランド130S及びランド230SAは、はんだで形成された第3はんだ接合部であるはんだ接合部193Aで接合されている。
処理モジュール300Aは、第1実施形態と同様、バイパスコンデンサとして用いられるコンデンサ400を備えている。コンデンサ400は、プリント配線板200Aの絶縁基板220Aの主面221A側、即ち半導体装置100とプリント配線板200Aとの間に配置されている。コンデンサ400の電極410は、はんだ接合部191Aに接続されている。すなわち、コンデンサ400の電極410は、はんだ接合部191Aを介してランド130E及びランド230EAに電気的に接続されている。コンデンサ400の電極420は、はんだ接合部192Aに接続されている。すなわち、コンデンサ400の電極420は、はんだ接合部192Aを介してランド130G及びランド230GAに電気的に接続されている。
処理モジュール300Aは、第1チップ部品誘導路260EA及び第2チップ部品誘導路260GAを有する。第1チップ部品誘導路260EA及び第2チップ部品誘導路260GAは、処理モジュール300Aを製造する際にコンデンサ400をはんだ接合部191A及びはんだ接合部192Aに導く役割を担う。
第1の部品誘導路である第1チップ部品誘導路260EAは、第1導体パターン250EAと、第1導体パターン250EAを覆うソルダーレジストの誘導部208EAと、を有する。第1導体パターン250EAは、絶縁基板220Aの主面221Aに配置されたランド230EAからコンデンサ400の長手方向と交差する第1方向に延在している。Y方向における長さは、コンデンサ400の短手方向の長さの半分より長い。また、第1導体パターン250EAは、処理モジュール300を半導体装置100側から平面視(上面視)した際に、ランド230EAと接続されていない方向の端部が半導体装置100の外側まで延在している。第1導体パターン250EAはランド230SAとは接していない。また、第1導体パターン250EAは不図示の配線と直接、接続されていない。
第2の部品誘導路である第2チップ部品誘導路260GAは、第2導体パターン250GAと、第2導体パターン250GAを覆うソルダーレジストの誘導部208GAと、を有する。第2導体パターン250GAは、絶縁基板220Aの主面221Aに配置されたランド230GAからコンデンサ400の長手方向と交差する第2方向に延在している。Y方向における長さは、コンデンサ400の短手方向の長さの半分より長い。また、第2導体パターン250GAは、処理モジュール300を上面視した際に、ランド230GAと接続されていない方向の端部が半導体装置100の外側まで延在している。第2導体パターン250GAはランド230SAとは接していない。また、第2導体パターン250GAは不図示の配線と直接、接続されていない。
第1導体パターン250EAは、ランド230EAから延伸するにつれて第2導体パターン250GAに近づく方向に延在しているが、第1導体パターン250EAと第2導体パターン250GAは平行になるように延在していても構わない。すなわち第1方向と第2方向は同じ方向でも構わない。第1導体パターン250EA、第2導体パターン250GAは導電性を有する金属材料、例えば銅又は金で形成されている。
第1チップ部品誘導路260EA及び第2チップ部品誘導路260GAは、チップ部品であるコンデンサ400をはんだ接合部191A及びはんだ接合部192Aと接合させる際に、コンデンサ400をその接合箇所に誘導する役割を担う。誘導部208EA及び208GAにはんだペーストを載せて、そのはんだペーストの上にコンデンサを配置し、はんだペーストが加熱溶融すると、コンデンサ400はその接合箇所に導かれる。
第2実施形態では、図7(b)に示すように、第1チップ部品誘導路260EA及び第2チップ部品誘導路260GAを半導体装置100の外側まで延在させている。半導体装置100の外側までチップ部品誘導路260EA、260GAを延在させることで半導体装置100の外側にコンデンサ400を載置することが可能となる。コンデンサ400を半導体装置100の外側に載置することで、部品搭載後の外観検査が可能となる。
また、第1導体パターン250EA及び第2導体パターン250GAの長さが、コンデンサ400の短手方向の長さの半分より大きいことで、はんだペーストを十分に多く載置でき、安定的に導くことができる。第1導体パターン250EAは、ランド230EAから延伸するにつれて第2導体パターン250GAに近づく方向に延在させることが好ましい。第1導体パターン250EA及び第2導体パターン250GAをこのように配置することにより、これらをより長く配置させることができるためである。また、第1導体パターン250EAおよび第2導体パターン250GAの幅はコンデンサ400の電極の幅以上であることが好ましい。コンデンサが移動時に誘導路から脱落することを防ぎ、安定的に移動させるためである。
なお、上述したはんだペーストを加熱溶融するプロセスを行うと、誘導部208EAにはフラックスF1が残存する。また、誘導部208GAにはフラックスF2が残存する。フラックスF1,F2は誘導部208EAおよび208GAのみに設けられていることが好ましい。誘導路上に残存したフラックス同士、もしくは周囲のフラックスと接触することで発生するイオンマイグレーション現象を防ぐためである。
第1はんだ接合部191Aの体積及び第2はんだ接合部192Aの体積は、第3はんだ接合部193Aの体積より大きいことが好ましい。このような構成を採ることで、コンデンサ400の配置を高精度に制御しやすくなるためである。より好ましくは、第1はんだ接合部191Aの体積及び第2はんだ接合部192Aの体積が第3はんだ接合部193Aの体積の1.2倍以上である。また、第1はんだ接合部191Aの体積及び第2はんだ接合部192Aの体積は、第3はんだ接合部193Aの体積の4倍未満であることが好ましい。第1はんだ接合部191Aの体積及び第2はんだ接合部192Aの体積が第3はんだ接合部193の体積の4倍以上であると、狭ピッチにはんだ接合部を配置できなくなり、半導体装置100を小型にすることができないおそれがある。
以上、処理モジュール300Aによれば、ソルダーレジストの誘導部に覆われた2つの導体パターンを有する部品誘導路を用いてコンデンサ400をはんだ接合部に接続可能である。そのため、従来技術よりも、バイパスコンデンサの配置が高精度に制御された半導体モジュールを提供することができる。
(処理モジュールの製造方法)
次に、処理モジュール300Aの製造方法について説明する。図8及び図9は、第2実施形態に係る処理モジュール300Aの製造方法の説明図である。各工程において、側面図および上面図を示している。
まず、図8(a)に示すように、プリント配線板200Aを用意する(工程S11)。プリント配線板200Aは、主面221Aにランド230EAと、ランド230GAと、ランド230SAと、第1導体パターン250EAと、第2導体パターン250GA及びソルダーレジスト208Aと、を有する。ソルダーレジスト208Aは誘導部208EA,208GAと複数の開口を有する。ランド230EAと、ランド230GA及びランド230SAは、ソルダーレジスト208Aの開口により、それぞれ露出されている。なお、工程S11において、半導体装置100及びコンデンサ400も用意しておく。
次に、図8(b)に示すように、プリント配線板200A上に、第1はんだペーストであるはんだペーストP1と、第2はんだペーストであるはんだペーストP2と、第3はんだペーストであるはんだペーストP3とを、互いに間隔をあけて供給する。(工程S12)。はんだペーストP1は、第3ランドであるランド230EAの上と誘導部208EAの上に供給される。はんだペーストP2は、第4ランドであるランド230GAの上と誘導部208GAの上に供給される。はんだペーストP3は、第5ランドであるランド230SAの上に供給される。
はんだペーストP1,P2およびP3は、はんだ粉末を及びはんだ付けに必要なフラックス成分を含有する。本開示において、はんだペーストP1,P2及びP3は、いずれも同じ材料としたが、融点が近い温度であれば同じ材料でなくてもよい。工程S12では、メタルマスク23を用いたスクリーン印刷により、はんだペーストP1,P2およびP3をプリント配線板200に供給する。なお、はんだペーストP1,P2およびP3の供給方法は、これに限定するものではない。例えば、ディスペンサーを用いてもよい。
次に、図8(c)に示すように、電極410が誘導部208EAの上のはんだペーストP1と接するように、電極420が誘導部208GAの上のはんだペーストP2と接するように、コンデンサ400を載置する。より具体的には、誘導部208EA,208GAに設けられたはんだペーストP1,P2において、ランド230EA,230GAから遠ざかる方向の先端付近にコンデンサ400を載置する(S13)。これにより、電極410の下面415がはんだペーストP1と接触し、電極420の下面425がはんだペーストP2と接触する。
次に、図8(d)に示すように、ランド130Eがランド230EAと対向し、ランド130Gがランド230GAと対向するように、半導体装置100をプリント配線板200Aの上に載置する(S14)。このとき、ランド130Eとランド230EAとが対向し、ランド130Gとランド230GAとが対向し、ランド130Sとランド230SAとが対向するように、半導体装置100の載置位置を調整する。半導体装置100のランド130E,130G,130SにはそれぞれはんだボールB1,B2,B3が設けられている。よって、はんだボールB1とランド230E、はんだボールB2とランド230G、はんだボールB3とランド230Sがそれぞれ対向するように半導体装置100をプリント配線板200Aに載置する。工程S14において、半導体装置100をプリント配線板200A上に載置することで、はんだボールB1,B2,B3をはんだペーストP1,P2,P3にそれぞれ接触する。この工程S14において、Z方向から見たときの、プリント配線板200Aと、コンデンサ400及び半導体装置100との位置関係は、図7(d)のようになる。半導体装置100のランド130E、ランド130G及びランド130Sの各々は、プリント配線板200Aのランド230EA、ランド230GA及びランド230SAの各々とZ方向から見て一部または全部が重なっている。コンデンサ400は、半導体装置100の搭載時にはんだボールB1,B2と接触せず、かつ半導体装置100の外側に載置されている。これにより、半導体装置100を載置した後でもコンデンサ400の欠品検査ができる。
次に、プリント配線板200A上に半導体装置100及びコンデンサ400を載置した状態で、不図示のリフロー炉に搬送する。そして、図9(a)に示す工程S15において、リフロー炉内の雰囲気の温度を、はんだ粉末の融点以上の温度に調整して、はんだペーストP1,P2,P3及びはんだボールB1,B2,B3を加熱溶融させる。はんだペーストP1及びはんだボールB1を溶融させると、流動性のある溶融はんだM1となる。はんだペーストP2及びはんだボールB2を溶融させると、流動性のある溶融はんだM2となる。はんだペーストP3及びはんだボールB3を溶融させると、流動性のある溶融はんだM3となる。
工程S15に引き続き、図9(b)に示す工程S16において、加熱を継続し、溶融はんだM1,M2を流動させる。誘導部208EA,208GA上の溶融はんだM1,M2は、ランド230EA,230GAに凝集される。これにより、誘導部208EA,208GAに載置されたコンデンサ400は溶融はんだM1、M2の凝集によりランド230E,230Gに到達する。また、コンデンサ400は、ランド230EA及び230GAに到達すると溶融はんだM1,M2から受ける力により、半導体装置100に近づく上方向に押し上げられる。その結果、電極410の上面414とランド130Eとの距離が狭まり、電極420の上面424とランド130Gとの距離が狭まる。すなわち、コンデンサ400の素体401は半導体装置100及びプリント配線板200とは、それぞれ空隙を介して配置されることになる。そして、はんだペーストP1,P2に含まれるフラックスF1,F2がそれぞれチップ部品誘導路260EA,260GA上に残存する。
その後、溶融はんだM1,M2,M3を冷却固化させる。図9(c)に示すように、ランド130E,230EAと電極410とをはんだで接合したはんだ接合部191Aが形成される。また、ランド130G、230GAと電極420とをはんだで接合したはんだ接合部192Aが形成される。また、ランド130Sとランド230SAとをはんだで接合したはんだ接合部193Aが形成される。このときはんだ接合部191A,192Aの体積は、はんだ接合部193Aの体積より大きくなる。これははんだボールB1,B2,B3の大きさが一定であったにも関わらず、はんだボールB1には誘導部208EAに載せたはんだペーストP1が、はんだボールB2には誘導部208GAに載せたはんだペーストP2が、それぞれ付着して固化されたためである。つまり、はんだ接合部191A,192Aの体積は、誘導部208EA,208GAに載せるはんだペーストP1,P2の量で制御することが可能である。以上により、図7に示す処理モジュール300Aが製造される。
その後、処理モジュール300Aを図1に示す筐体611に収納することで、カメラ本体601、即ちデジタルカメラ600が製造される。
本開示の製造方法によれば、チップ部品であるコンデンサ400が第1チップ部品誘導路260EA及び第2チップ部品誘導路260GAによって、その接合箇所に誘導される。そのため従来技術よりも、バイパスコンデンサの配置が高精度に制御することが可能な半導体モジュールの製造方法を提供することができる。また、コンデンサ400は半導体装置100及びプリント配線板200Aに対して、それぞれ空隙を介して配置されている。これにより、はんだ接合部191A,192Aの中心を結んだ直線を基準として線対称となるはんだ接合形状で接合される。よって、接合後も応力が集中する特異点が発生せず、処理モジュール300の接合信頼性を向上することができる。また、コンデンサ400は、半導体装置100の搭載時にはんだボールB1,B2と接触せず、かつ半導体装置100の外側に載置されている。これにより、半導体装置100を載置した後でもコンデンサ400の欠品検査ができる。
(実施例1)
第1実施形態に対応する実施例1について説明する。実施例1は、半導体装置100において、隣り合う2つの接合前のボール端子であるはんだボールB1とはんだボールB2のピッチは、0.65[mm]である。また、はんだボールB1とはんだボールB3のピッチ及びはんだボールB2とはんだボールB3のピッチはそれぞれ0.80[mm]である。コンデンサ400は、0402のチップ部品とした。
半導体装置100及びプリント配線板200の各ランド厚さは0.015[mm]、ソルダーレジスト厚さは0.020[mm]とした。導体パターンから誘導路となるソルダーレジスト上面までの高さは0.020[mm]とした。チップ部品誘導路の高さは0.35[mm]とした。
半導体装置100のランド130E,130G,130Sのサイズはφ0.3[mm]とした。また、プリント配線板200のランド230E,230G,230Sのサイズはφ0.3[mm]とした。
プリント配線板200のランド230E,230Gからチップ部品誘導路として延在している第1導体パターン250Eと第2導体パターン250Gの幅は0.175[mm]、長さは0.3[mm]とした。導体パターン250E,250Gはランド230Sと接触しない位置に設けられている。
図5(a)に示すように、第1導体パターン250E及び第2導体パターン250Gは各々ランド230E、230Gから延在しており、互いの間隔はコンデンサ400の長手方向に対し垂直な方向に向かって狭くなるように延在している。
続いて、図5(b)に示すようにスクリーン印刷工程によって、上面視した時にランド230Eと誘導部208E及びランド230Gと誘導部208Gに対し、印刷版を用いて互いに同寸となるようにはんだペーストを設けた。印刷版の厚みは0.1[mm]であった。
次に、図5(c)に示すように、はんだペーストを印刷した後、誘導部208E,208G上に塗布されたはんだペーストP1,P2のランドから遠い方向の先端付近にコンデンサ400を載置した。
次に、図5(d)に示すように、ランド130Eと230E、130Gと230G、130Sと230Sと、がそれぞれ対向するように半導体装置100をプリント配線板200に載置した。続いて、図6(a)に示すようにリフロー炉内の雰囲気のピーク温度を230℃以上としてリフロー加熱し、その後冷却を行った。
図6(a),(b)に示すように誘導部208E、208G上に塗布したはんだペーストP1,P2はランド230E、230Gに凝集された。はんだペーストP1、P2の凝集とともにコンデンサ400がはんだ接合部191及び192に誘導され、0.65[mm]ピッチ間に接合された。
コンデンサ400はソルダーレジストである誘導部208E,208Gの上を移動したため、プリント配線板200に段差があるときのような影響を受けることなくコンデンサ400をはんだ接合部191、192まで安定的に移動することができた。
プリント配線板200のランド230E及び230Gの高さより、チップ部品誘導路の導体パターンの高さが高かったため、コンデンサ400は安定的にはんだ接合部191、192の中心に誘導することができた。また、はんだ接合部191、192の形状が球形であるため、応力が集中する特異点が発生せず、接合信頼性が向上した。
またプリント配線板200を上面視したときにチップ部品誘導路260E、260Gの間隔が、コンデンサ400の長手方向と垂直な方向に向かって狭くなる。これにより、コンデンサ400の長手サイズよりもピッチが広い半導体装置100のはんだボール間へ、安定的にコンデンサ400を引き込み、接合させることが可能となった。さらに、上記構成とすることで、チップ部品の誘導に必要な領域のみチップ部品誘導路を設けることができ、ボール間に形成する配線やGNDパターンを阻害しなかった。
(実施例2)
第2実施形態に対応する実施例2について説明する。実施例2は、半導体装置100において、隣り合う2つの接合前のボール端子であるはんだボールB1とはんだボールB2のピッチは、実施例1と同様である。また、はんだボールB1とはんだボールB3のピッチ及びはんだボールB2とはんだボールB3のピッチも実施例1と同様である。コンデンサ400は、実施例1と同様に0402のチップ部品とした。
半導体装置100及びプリント配線板200Aの各ランドの厚さは実施例1と同様である。
半導体装置100のランド130E,130G,130Sのサイズ及びプリント配線板200Aのランド230EA,230GA,230SAのサイズは実施例1と同様とした。
プリント配線板200Aのランド230EA,230GAからチップ部品誘導路として延在している第1導体パターン250EA、第2導体パターン250GAの幅は0.175[mm]とし、長さは0.8[mm]とした。
図8(a)に示すように、第1導体パターン250EA及び第2導体パターン250GAは各々ランド230EA、230GAから延在しており、互いの間隔はコンデンサ400の長手方向に対し垂直な方向に向かって狭くなるように延在している。
図8(b)に示すようにスクリーン印刷工程によって、上面視した時にランド230EAと誘導部208EA及びランド230GAと誘導部208GAに対し、印刷版を用いて互いに同寸となるようにはんだペーストを設けた。印刷版の厚みは0.1[mm]であった。
図8(c)に示すようにはんだ印刷後、誘導部208EA,208GA上に塗布されたはんだペーストP1、P2のランドから遠い方向の先端付近にコンデンサ400を載置した。
図8(d)に示すように、ランド130Eと230EA、130Gと230GA、130Sと230SAと、がそれぞれ対向するように半導体装置100をプリント配線板200に載置した。このとき、チップ部品誘導路260EA、260GAは半導体装置100の外縁の外側まで延在しており、コンデンサ400は半導体装置100の外縁の外側に載置されていた。続いて、図9(a)に示すようにリフロー炉内の雰囲気のピーク温度を230℃以上としてリフロー加熱し、その後冷却を行った。
図9(a),(b)に示すように誘導部208EA、208GA上に塗布したはんだペーストP1,P2はランド230EA、230GAに凝集された。はんだペーストP1,P2の凝集とともにコンデンサ400がはんだ接合部191A及び192Aに誘導され、0.65[mm]ピッチ間に接合された。
コンデンサ400はソルダーレジストである誘導部208EA,208GAの上を移動したため、プリント配線板200Aに段差があるときのような影響を受けることなくコンデンサ400をはんだ接合部191A、192Aまで安定的に移動することができた。
プリント配線板200Aのランド230EA及び230GAの高さより、チップ部品誘導路の高さが十分に高いため、コンデンサ400は安定的にはんだ接合部191A,192Aの中心に誘導することができた。また、はんだ接合部191A,192Aの形状が球形であるため、応力が集中する特異点が発生せず、接合信頼性が向上した。
またプリント配線板200Aを上面視したときにチップ部品誘導路260EA,260GAの間隔が、コンデンサ400の長手方向と垂直な方向に向かって狭くなる。これにより、コンデンサ400の長手サイズよりもピッチが広い半導体装置100のはんだボール間へ、安定的にコンデンサ400を引き込み、接合させることが可能となった。さらに、上記構成とすることで、チップ部品の誘導に必要な領域のみチップ部品誘導路を設けることができ、ボール間に形成する配線やGNDパターンを阻害しなかった。
また、コンデンサ400は、上面視したときに半導体装置100と重ならない位置に載置されているため、部品搭載後の外観検査により、搭載後の部品欠品や部品ズレ、部品立ち不良の検査による品質管理ができた。
(実施例3)
第2実施形態に対応する実施例3について説明する。実施例3は実施例2と同様に第2実施形態に対応するが、半導体装置100において、隣り合う2つの接合前のボール端子であるはんだボールB1とはんだボールB2のピッチが0.40[mm]である。はんだボールB1とはんだボールB3のピッチ及びはんだボールB2とはんだボールB3のピッチも0.40[mm]である。コンデンサ400は、実施例2と同様に0402のチップ部品とした。
半導体装置100及びプリント配線板200Aの各ランド厚さは0.015[mm]、ソルダーレジスト厚さは0.020[mm]とした。導体パターン上面から誘導路となるソルダーレジスト上面までの高さは0.020[mm]とした。チップ部品誘導路の高さは0.35[mm]とした。
半導体装置100のランド130E,130G,130Sのサイズはφ0.24[mm]とした。また、プリント配線板200のランド230EA,230GA,230SAのサイズはφ0.24[mm]とした。
プリント配線板200Aのランド230EA,230GAからチップ部品誘導路として延在している第1導体パターン250EAと第2導体パターン250GAの幅は0.175[mm]とし、長さは0.8[mm]とした。
図10に実施例3に対応する模式図(工程S14)を示す。なお、半導体装置100のはんだボールB1,B2,B3のみを図示している。
図10に示すように第1導体パターン250EA及び第2導体パターン250GAは各々ランド230EA、230GAから延在しており、互いの間隔はコンデンサ400の長手方向に対し垂直な方向に向かって一定になるように延在している。上面視したときに第1導体パターン250EAと第2導体パターン250GAが、コンデンサ400の長手方向に対して垂直に延在している。
スクリーン印刷工程によって、上面視した時にランド230EAと誘導部208EA及びランド230GAと誘導部208GAに対し、印刷版を用いて互いに同寸となるようにはんだペーストを設けた。印刷版の厚みは0.1[mm]であった。
その後の製造工程は実施例2と同様にして実施例3の処理モジュール300Aを製造した。
コンデンサ400の長手方法の寸法と、半導体装置100のはんだボールピッチが同寸の場合でも、導体パターン250EA,250GAをコンデンサ400の長手方向に対して垂直に延在することで、実施例2と同等の効果を得ることができた。
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。
上述の実施形態では、チップ部品がコンデンサ400である場合について説明したが、これに限定するものではない。チップ部品が抵抗器又はインダクタなどの受動部品であってもよい。
上述の実施形態では、予め、ランド230SにはんだボールB3が設けられている半導体装置100を用意するについて説明したが、これに限定するものではない。即ち、半導体装置100を用意する工程において、ランド230SにはんだボールB3を設けるようにしてもよい。
100 半導体装置
101 半導体素子
102 パッケージ基板
106 封止樹脂
108 ソルダーレジスト
120 絶縁基板
121 主面
122 主面
130E ランド(第1ランド)
130G ランド(第2ランド)
130S ランド(第6ランド)
191/191A はんだ接合部(第1はんだ)
192/192A はんだ接合部(第2はんだ)
193/193A はんだ接合部(第3はんだ)
200/200A プリント配線板
208/208A ソルダーレジスト
208E/208EA 誘導部
208G/208GA 誘導部
220/220A 絶縁基板
221/221A 主面
222/222A 主面
230E/230EA ランド(第3ランド)
230G/230GA ランド(第4ランド)
230S/230SA ランド(第5ランド)
250E/250EA 第1導体パターン
250G/250GA 第2導体パターン
260E/260EA 第1チップ部品誘導路
260G/260GA 第2チップ部品誘導路
300/300A 処理モジュール(半導体モジュール)
400 コンデンサ(チップ部品)
410 電極(第1電極)
420 電極(第2電極)
600 デジタルカメラ(電子機器)
611 筐体
F1/F2 フラックス

Claims (20)

  1. 第1ランド及び第2ランドを有する半導体装置と、
    絶縁基板と、前記絶縁基板の主面に配置された複数の開口及び複数の誘導部を有するソルダーレジストと、前記絶縁基板の主面に配置された前記開口により露出された第3ランド及び第4ランドと、を有するプリント配線板と、
    長手方向に間隔を空けて配置された第1電極及び第2電極を有し、前記プリント配線板及び前記半導体装置の間に配置されたチップ部品と、
    前記第1ランドと、前記第3ランド及び前記第1電極と、を接合する第1はんだと、
    前記第2ランドと、前記第4ランド及び前記第2電極と、を接合する第2はんだと、
    前記絶縁基板の主面に配置された、前記第3ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第1方向に延在する第1導体パターンと、
    前記絶縁基板の主面に配置された、前記第4ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第2方向に延在する第2導体パターンと、を有し、
    前記第1導体パターン及び前記第2導体パターンの各々が前記ソルダーレジストの前記誘導部に覆われ、前記チップ部品を前記第1はんだ及び前記第2はんだへ誘導する部品誘導路を形成していることを特徴とする半導体モジュール。
  2. 前記絶縁基板の主面は、前記第3ランドよりも前記主面の外縁の近くに配置された複数の第5ランドを有し、
    前記第1導体パターンの前記第1方向における長さが、前記チップ部品の短手方向の長さの半分より長く、前記第3ランド及び前記第5ランドの最短距離より短く、
    前記第2導体パターンの前記第2方向における長さが、前記チップ部品の短手方向の長さの半分より長く、前記第4ランド及び前記第5ランドの最短距離より短い請求項1に記載の半導体モジュール。
  3. 前記第1ランド及び前記第2ランドは各々、最外周に配置されたランドであり、
    前記第1導体パターンの前記第1方向における長さが、前記チップ部品の短手方向の長さの半分より長く、
    前記第2導体パターンの前記第2方向における長さが、前記チップ部品の短手方向の長さの半分より長く、
    前記半導体モジュールを上面視した際に、前記第1導体パターン及び前記第2導体パターンが前記半導体装置の外側まで延在している請求項1に記載の半導体モジュール。
  4. 前記半導体装置は、前記第1ランド及び/又は前記第2ランドに隣接する第6ランドを有し、
    前記半導体モジュールは、前記第6ランド及び前記第5ランドと、を接合する第3はんだをさらに有し、
    前記第1はんだの体積及び前記第2はんだの体積は、前記第3はんだの体積より大きい請求項2または3に記載の半導体モジュール。
  5. 前記第1はんだの体積及び前記第2はんだの体積は、前記第3はんだの体積の1.2倍以上である請求項4に記載の半導体モジュール。
  6. 前記第1はんだの体積及び前記第2はんだの体積は、前記第3はんだの体積の4倍未満である請求項4または5に記載の半導体モジュール。
  7. 前記第3ランドと、前記第4ランド及び前記第5ランドのうち面積が最小のランドの面積に対する、面積が最大のランドの面積が1.1倍以下である請求項4乃至6のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  8. 前記ソルダーレジストの前記誘導部の上に、フラックスが配置されている請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  9. 前記フラックスが、前記ソルダーレジストの上において前記誘導部の上のみに配置されている請求項8に記載の半導体モジュール。
  10. 前記チップ部品が、前記半導体装置及び前記プリント配線板に対し、空隙を介して配置されている請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  11. 前記第1導体パターン及び前記第2導体パターンは配線と接続されていない請求項1乃至10のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  12. 前記第1導体パターンの幅は、前記チップ部品の前記長手方向における前記第1電極の長さ以上であり、
    前記第2導体パターンの幅は、前記チップ部品の前記長手方向における前記第2電極の長さ以上である請求項1乃至11のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  13. 前記第1導体パターンは、前記第3ランドから延在するにつれて前記第2導体パターンに近づく方向に延在している請求項1乃至12のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  14. 前記第1ランドが電源端子、前記第2ランドがグラウンド端子である請求項1乃至13のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  15. 前記チップ部品は、0402サイズ以下のチップ部品である請求項1乃至14のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  16. 前記チップ部品がコンデンサであることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  17. 前記半導体装置は、各ランドの間隔が0.4mm以下であるBGAの半導体パッケージである請求項1乃至16のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
  18. 半導体装置と、プリント配線板及びチップ部品と、はんだで接合して半導体モジュールを製造する方法であって、
    前記半導体装置は、第1ランドと前記第1ランドに接続された第1はんだボールと、第2ランドと前記第2ランドに接続された第2はんだボールと、を有し、
    前記プリント配線板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面に、複数の開口及び複数の誘導部を有するソルダーレジストと、前記開口により露出された第3ランド及び第4ランドと、前記第3ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第1方向に延在する前記誘導部に覆われた第1導体パターンと、前記第4ランドから前記チップ部品の長手方向と交差する第2方向に延在する前記誘導部に覆われた第2導体パターンと、が配置され、
    前記チップ部品は、長手方向に間隔を空けて配置された第1電極及び第2電極を有し、
    前記半導体装置と、前記プリント配線板及び前記チップ部品と、を用意する工程と、
    前記誘導部と、前記第3ランド及び前記第4ランドの各々にはんだペーストを設ける工程と、
    前記誘導部に設けられたはんだペーストと、前記第1の電極及び前記第2の電極と、が接するように前記チップ部品を載置する工程と、
    前記第3ランドに設けられたはんだペーストと前記第1はんだボール、前記第4ランドに設けられたはんだペーストと前記第2はんだボール、が各々接するように前記半導体装置を載置する工程と、
    前記はんだペーストと、前記第1はんだボール及び前記第2はんだボールと、を加熱溶融し、溶融した前記第1はんだボール及び前記第2はんだボールまで前記チップ部品を移動させる工程と、
    前記溶融した第1はんだボール及び前記第2はんだボールを冷却固化し、前記第1ランドと前記第3ランド及び前記第1電極とを接合する第1はんだと、前記第2ランドと前記第4ランド及び前記第2電極とを接合する第2はんだと、を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  19. 絶縁基板と、前記絶縁基板の主面に配置された複数の開口及び複数の誘導部を有するソルダーレジストと、前記絶縁基板の主面に配置された前記開口により露出された第3ランド及び第4ランドと、を有するプリント配線板であって、
    前記絶縁基板の主面に配置された、前記第3ランドから前記第4ランドに接触しないように第1方向に延在する第1導体パターンと、
    前記絶縁基板の主面に配置された、前記第4ランドから前記第3ランドに接触しないように第2方向に延在する第2導体パターンと、を有し、
    前記第1導体パターン及び前記第2導体パターンの各々が前記ソルダーレジストの前記誘導部に覆われ、チップ部品を前記第3ランド及び前記第4ランドへ誘導する部品誘導路を形成していることを特徴とするプリント配線板。
  20. 筐体と、
    前記筐体の内部に配置された、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の半導体モジュールと、を備えることを特徴とする電子機器。
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