JP4347506B2 - 半導体装置の実装構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の実装構造に関し、より具体的には、BGA(Ball Grid Array)やFC(Flip Chip )などのはんだバンプを有する半導体装置の実装基板への実装構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5を参照し、従来技術に係る半導体装置の実装構造についてその工程をおいながら説明すると、先ず、同図(a)に示すように、はんだバンプ100を有する半導体装置102と実装基板104とを接続する。この接続は、はんだバンプ100を実装基板104に設けられた電極パッド(図示せず)に接触させつつ加熱溶融(リフロー)することにより行われる。尚、実装基板104は、基材104aとはんだ付け不要部分を覆うレジスト(ビルドアップ法により製造されるビルドアップ基板においてはレジストおよびビルドアップ層)104bからなる。
【0003】
このように接続された半導体装置102および実装基板104が、車両のエンジンルームなどの温度変化や振動、衝撃が生じる環境に配置されると、繰り返しの熱的負荷、より具体的には半導体装置102と実装基板104との線膨張係数および弾性係数の相違に起因して生じる熱応力がはんだバンプ100に集中すると共に、振動や衝撃による応力もはんだバンプ100に集中し、前記はんだバンプ100に亀裂が発生することがある。
【0004】
このため、従来、半導体装置102と実装基板104の間に形成される間隙に封止材(アンダーフィル樹脂)を充填し、よってはんだバンプ100に集中する熱応力および振動、衝撃による応力を封止材に分散させることにより、はんだバンプ100における亀裂の発生を抑制している。
【0005】
具体的には、図5(b)に示すように、半導体装置102の周辺の実装基板104上に、ニードル106などを用いて封止材108を塗布する。塗布された封止材108は、毛細管現象によって、同図(c)に示すように半導体装置102と実装基板104の間隙に隙間なく充填され、よって従来技術に係る半導体装置の実装構造が完成する。尚、封止材108を充填すると、通常、半導体装置102の端部からその外方の実装基板104上にかけてフィレット部110が形成される。図6に、図5(c)、即ち、従来技術に係る半導体装置の実装構造を上方から見た平面図を示す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、はんだバンプ100における亀裂の発生を抑制するために半導体装置102と実装基板104の間隙に封止材108を充填する場合、充填する封止材108の物性値(性質)は、その目的から線膨張係数が低く(温度変化に起因する伸縮量が少なく)、かつ弾性係数が大きい(応力に起因する変形量が少ない)ことが好ましい。具体的には、線膨張係数が20〜40〔ppm/°C〕程度で、かつ弾性係数が5〜10〔GPa〕程度のエポキシ系樹脂を主成分とした封止材が使用されることが多い。
【0007】
一方、実装基板104の物性値は、広く一般に使用されているガラスエポキシ系の基材104aで、平面方向の線膨張係数が12〜16〔ppm/°C〕程度、弾性係数が20〔GPa〕程度である。
【0008】
また、レジスト(あるいはレジストおよびビルドアップ層)104bは、線膨張係数が40〜70〔ppm/°C〕程度、弾性係数が1〜3〔GPa〕程度である。
【0009】
このように、封止材108と実装基板104(基材104a、レジスト(あるいはレジストおよびビルドアップ層)104b)の線膨張係数および弾性係数は大きく相違する。このため、前述の如く、半導体装置102と実装基板104との線膨張係数および弾性係数の相違に起因して熱応力が生じるのと同様に、封止材108と実装基板104の線膨張係数および弾性係数の相違によっても熱応力が生じる。
【0010】
封止材108と実装基板104間に生じた熱応力は、図5および図6に符号112で示す封止材108の端部、より具体的には、フィレット部110の端部に集中する。そのため、端部112の下方の実装基板表層に配置された配線114が断線されることがあり、接続に対する信頼性の低下につながっていた。
【0011】
従って本発明の目的は、半導体装置と実装基板の間隙に封止材を充填した際の封止材の端部下方に配置された配線の断線を防止、あるいはその進行を遅らせ、よって接続に対する信頼性を向上させることができるようにした半導体装置の実装構造を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項1項においては、はんだバンプを用いて半導体装置を実装基板上に接続すると共に、前記半導体装置と実装基板との間隙に封止材を充填する半導体装置の実装構造において、前記実装基板の表層に配置された配線を第1の所定位置において少なくとも2本以上の複数本の配線に分岐させ、さらに前記分岐させた複数本の配線を第2の所定位置において再度結合させると共に、前記封止材の端部を前記第1の所定位置と第2の所定位置の間に形成する如く構成した。
【0015】
実装基板の表層に配置された配線を第1の所定位置において少なくとも2本以上の複数本の配線に分岐させ、さらに分岐させた複数本の配線を第2の所定位置において再度結合させると共に、封止材の端部を第1の所定位置と第2の所定位置の間に形成する如く構成した、即ち、封止材の端部下方に配置される配線を少なくとも2本の配線に分岐させるようにしたので、封止材の端部に集中した熱応力によりそのうちの1本(n本に分岐した場合はn−1本)が切断されたとしても、配線全体としては断線したことにならず、よって半導体装置と実装基板の間隙に封止材を充填した際の接続に対する信頼性を向上させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る半導体装置の実装構造について説明する。
【0017】
図1は、本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の実装構造を説明する説明断面図であり、図2は図1に示す半導体装置の実装構造を上方から見た平面図である。
【0018】
図1および図2を参照し、本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の実装構造についてその工程をおいながら説明すると、先ず、図1(a)に示すように、BGAやFCなどのはんだバンプ10を有する半導体装置12を、実装基板(以下、単に「基板」という)14に接続する。この接続は、はんだバンプ10を基板14に設けられた電極パッド(図示せず)に接触させつつ加熱溶融(リフロー)することにより行われる。尚、基板14は、基材14aとはんだ付け不要部分を覆うレジスト(ビルドアップ法により製造されるビルドアップ基板においてはレジストおよびビルドアップ層)14bからなる。
【0019】
また、基板14の表層に配置される配線16を、所定位置、具体的には半導体装置12の端部から所定距離だけ離間した位置において、図2によく示すような幅広部16aを有するように形成する。即ち、基板14の表層に配置された配線16の所定位置に幅広部16aを設け、その位置における幅を他に位置する配線16の幅に比して拡大することで、配線16の耐応力性を幅広部16aにおいて向上させるようにする。
【0020】
次いで、図1(b)に示すように、半導体装置12周辺の基板14上に、ニードル18などを用いてエポキシ系のアンダーフィル樹脂(前記した封止材)20を塗布する。尚、アンダーフィル樹脂20の物性値、より詳しくは、線膨張係数および弾性係数は、はんだバンプ10を保護するのに十分な値、例えば、従来技術で述べたように、線膨張係数が20〜40〔ppm/°C〕程度、弾性係数が5〜10〔GPa〕程度に設定される。
【0021】
塗布されたアンダーフィル樹脂20は、毛細管現象によって、同図(c)に示すように半導体装置12と基板14の間に形成された間隙に隙間なく充填される。
【0022】
尚、アンダーフィル樹脂20は、半導体装置12と基板14の間隙に充填、硬化された際に、その端部、より具体的には表面張力により形成されるフィレット部22の端部24が前記した幅広部16a上に位置するまで塗布される。このようにして同図(c)および図2に示す、本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の実装構造を得る。
【0023】
このように、配線16の耐応力性を幅広部16aにおいて向上させると共に、熱応力が集中するアンダーフィル樹脂の端部24を前記した幅広部16a上に位置するようにしたので、半導体装置12と基板14の間隙にアンダーフィル樹脂20を充填した際のアンダーフィル樹脂の端部24下方に配置された配線16(幅広部16a)の断線を防止、あるいはその進行を遅らせることができ、よって接続に対する信頼性を向上させることができる。
【0024】
尚、上記において、半導体装置12を囲う適宜な型枠などを用いてフィレット部22を形成しないようにしてもよく、この場合、幅広部16aは半導体装置12の端部下方に形成すればよい。
【0025】
次いで、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の実装構造および実装方法について説明する。尚、前述の実施の形態と同様な構成については同一符号を付し、説明を省略する。
【0026】
図3は本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の実装構造を説明する説明断面図であり、図4は図3に示す半導体装置の実装構造を上方から見た平面図である。
【0027】
図3および図4を参照し、本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の実装構造についてその工程をおいながら説明すると、先ず、図1(a)に示すように、はんだバンプ10を有する半導体装置12を、基板14に接続する。
【0028】
ここで、基板14の表層に配置される配線16について説明すると、表層に配置される配線16は、図4によく示すように、第1の所定位置A、具体的には半導体装置12の端部から所定距離だけ離間した位置において、第1の配線16bと第2の配線16cとに分岐される。
【0029】
また、分岐された第1の配線16bおよび第2の配線16cは、第2の所定位置B、具体的には第1の所定位置Aから所定距離だけ離間した位置において再度結合される。即ち、第1の所定位置Aから第2の所定位置Bの間において、配線16が2本の配線(第1の配線16bおよび第2の配線16c)に分岐されるようにする。
【0030】
次いで、図3(b)に示すように、半導体装置12周辺の基板14上に、ニードル18などを用いてエポキシ系のアンダーフィル樹脂(前記した封止材)20を塗布する。尚、アンダーフィル樹脂20の物性値は、前述の実施例同様、はんだバンプ10を保護するのに十分な値、例えば、線膨張係数が20〜40〔ppm/°C〕程度、弾性係数が5〜10〔GPa〕程度に設定される。
【0031】
塗布されたアンダーフィル樹脂20は、毛細管現象によって、同図(c)に示すように半導体装置12と基板14の間に形成された間隙に隙間なく充填される。
【0032】
尚、アンダーフィル樹脂20は、半導体装置12と基板14の間隙に充填、硬化された際に、その端部、より具体的にはフィレット部22の端部24が前記した第1の所定位置Aと第2の所定位置Bの間に位置するまで塗布される。即ち、アンダーフィル樹脂の端部24が、分岐された2本の配線(第1の配線16bと第2の配線16c)上に位置するようにする。このようにして同図(c)および図2に示す、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の実装構造を得る。
【0033】
このように、本発明の第2の実施の形態においては、第1の所定位置Aから第2の所定位置Bの間において、配線16を2本の配線(第1の配線16bおよび第2の配線16c)に分岐させると共に、アンダーフィル樹脂の端部24を前記した第1の所定位置Aと第2の所定位置Bの間に位置するようにしたので、アンダーフィル樹脂の端部24に集中した熱応力により、分岐された2本の配線(第1の配線16bおよび第2の配線16c)のうちの1本が切断されたとしても、配線全体としては断線したことにならず、よって半導体装置と実装基板の間隙に封止材を充填した際の接続に対する信頼性を向上させることができる。
【0034】
尚、上記において、半導体装置12を囲う適宜な型枠などを用いてフィレット部22を形成しないようにしてもよく、この場合、分岐された2本の配線16bと16cが半導体装置12の下方に位置するように第1の所定位置Aおよび第2の所定位置Bを設定すればよい。
【0035】
また、配線16を2本の配線(第1の配線16bおよび第2の配線16c)に分岐させるようにしたが、それに限られるものではなく、3本以上に分岐させてもよい。
【0036】
上記した如く、本発明の実施の形態においては、配線16の耐応力性を幅広部16aにおいて向上させると共に、熱応力が集中するアンダーフィル樹脂の端部24を前記した幅広部16a上に位置するようにしたので、半導体装置12と基板14の間隙にアンダーフィル樹脂20を充填した際のアンダーフィル樹脂の端部24下方に配置された配線16(幅広部16a)の断線を防止、あるいはその進行を遅らせることができ、よって接続に対する信頼性を向上させることができる。
【0037】
また、第1の所定位置Aから第2の所定位置Bの間において、配線16を2本の配線(第1の配線16bおよび第2の配線16c)に分岐させると共に、アンダーフィル樹脂の端部24を前記した第1の所定位置Aと第2の所定位置Bの間に位置するようにしたので、アンダーフィル樹脂の端部24に集中した熱応力により、分岐させた2本の配線(第1の配線16bおよび第2の配線16c)のうちの1本が切断されたとしても、配線全体としては断線したことにならず、よって半導体装置と実装基板の間隙に封止材を充填した際の接続に対する信頼性を向上させることができる。
【0038】
以上のように、本発明の実施の形態にあっては、はんだバンプ10を用いて半導体装置12を実装基板(基板)14上に接続すると共に、前記半導体装置と実装基板との間隙に封止材(アンダーフィル樹脂20)を充填する半導体装置の実装構造において、前記実装基板の表層に配置された配線16の幅を、前記封止材の端部24が接触する部分において拡大する(幅広部16a)如く構成した。
【0039】
また、はんだバンプ10を用いて半導体装置12を実装基板(基板)14上に接続すると共に、前記半導体装置と実装基板との間隙に封止材(アンダーフィル樹脂20)を充填する半導体装置の実装構造において、前記実装基板の表層に配置された配線16を第1の所定位置Aにおいて少なくとも2本以上の複数本の配線(第1の配線16b、第2の配線16c)に分岐させ、さらに前記分岐させた複数本の配線を第2の所定位置Bにおいて再度結合させると共に、前記封止材の端部24を前記第1の所定位置と第2の所定位置の間に形成する如く構成した。
【0041】
【発明の効果】
請求項1項記載の発明にあっては、封止材の端部下方に配置される配線を少なくとも2本の配線に分岐させるようにしたので、封止材の端部に集中した熱応力によりそのうちの1本(n本に分岐した場合はn−1本)が切断されたとしても、配線全体としては断線したことにならず、よって半導体装置と実装基板の間隙に封止材を充填した際の接続に対する信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の実装構造を説明する説明断面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の実装構造を上方からみた平面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の実装構造を説明する説明断面図である。
【図4】図3に示す半導体装置の実装構造を上方からみた平面図である。
【図5】従来技術に係る半導体装置の実装構造を説明する説明断面図である。
【図6】図5に示す半導体装置の実装構造を上方からみた平面図である。
【符号の説明】
10 はんだバンプ
12 半導体装置
14 基板(実装基板)
16 配線
16a 幅広部
16b 第1の配線
16c 第2の配線
20 アンダーフィル樹脂(封止材)
24 アンダーフィル樹脂(封止材)の端部
A 第1の所定位置
B 第2の所定位置
Claims (1)
- はんだバンプを用いて半導体装置を実装基板上に接続すると共に、前記半導体装置と実装基板との間隙に封止材を充填する半導体装置の実装構造において、前記実装基板の表層に配置された配線を第1の所定位置において少なくとも2本以上の複数本の配線に分岐させ、さらに前記分岐させた複数本の配線を第2の所定位置において再度結合させると共に、前記封止材の端部を前記第1の所定位置と第2の所定位置の間に形成することを特徴とする半導体装置の実装構造。
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