JP5370599B2 - 電子部品モジュールおよび電子部品素子 - Google Patents

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Description

本発明は、基板上に電子部品素子がフリップチップ実装された電子部品モジュールに関し、さらに詳しくは、基板と電子部品素子の接合構造に改良が加えられた電子部品モジュールに関する。
また、本発明は、上記電子部品モジュールに使用するのに適した電子部品素子に関する。
近年、電子機器の小型化、高機能化により、半導体などの電子部品素子の基板への高密度実装が要求されている。その要求に応える方法として、フリップチップ実装が広く用いられている。このフリップチップ実装は、一般的には、電子部品素子側にはんだバンプを設け、リフローにより電子部品素子を基板にはんだ接合し、さらに接合力強化のために、基板と電子部品素子の間に樹脂を充填するようにしている。
このように、基板に電子部品素子をフリップチップ実装した電子部品モジュールは、さらに、より大きな実装基板にリフローはんだにより実装されることが多い。しかしながら、電子部品モジュールを実装基板に実装する場合、リフロー加熱により、基板と電子部品素子を接合しているはんだが再溶融し、溶融したはんだが、電子部品素子と基板との接合面に沿って流出し、隣接した他のはんだバンプと電気的に短絡してしまう可能性があった。
これを防止した電子部品モジュールが、特許文献１（特開２００４−４７６３７号公報）に開示されている。
図８に、特許文献１に開示された電子部品モジュール（半導体パッケージ）４００を示す。
電子部品モジュール４００は、基板１０１を備える。基板１０１の主面上には、複数の基板電極１０２が形成されている。また、基板１０１の主面上には、基板電極１０２部分を除いて、はんだレジスト１０３が形成されている。
また、電子部品モジュール４００は、電子部品素子（半導体素子）１０４を備える。電子部品素子１０４の主面上には、複数のパッド電極１０５が形成されている。また、電子部品素子１０４の主面上には、パッド電極１０５部分を除いて、絶縁膜１０６が形成されている。そして、絶縁膜１０６には、パッド電極１０５を囲むように、突起状のはんだダム１０６ａが形成されている。はんだダム１０６ａは、電子部品モジュール４００を実装基板（図示せず）に実装するときに、溶融したはんだが流出するのを防止する機能をはたす。
そして、電子部品素子１０４は、パッド電極１０５上に設けられたはんだバンプ１０９を、基板１０１の基板電極１０２に接合することにより、基板１０１にフリップチップ実装されている。
さらに、電子部品モジュール４００は、基板１０１と電子部品素子１０４の接合強度を大きくするために、基板１０１と電子部品素子１０４との間に、樹脂１１０が充填されている。
特開２００４−４７６３７号公報
しかしながら、上述した従来の電子部品モジュール４００には、次のような問題があった。
すなわち、電子部品素子１０４の絶縁膜１０６に、はんだ流出防止のための突起状のはんだダム１０６ａを形成するためには、ある程度の大きな面積を必要とするため、近時の、小型化、高密度化が要求される電子部品モジュールにおいては、絶縁膜１０６上にはんだダム１０６ａを形成するための面積を確保することができないという問題があった。
また、一般的に、電子部品素子１０４に形成する絶縁膜１０６は、ＳｉＮなどで形成する場合が多いが、ＳｉＮなどからなる絶縁膜１０６およびはんだダム１０６ａは、はんだを弾く傾向があるため、溶融したはんだバンプ１０９のはんだが、絶縁膜１０６上に留まらず、はんだダム１０６ａを超えて流出しやすいという問題があった。そして、はんだダム１０６ａを超えて流出したはんだが、隣接するはんだバンプ１０９と電気的に短絡してしまう場合があるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、狭ピッチにはんだバンプが形成されていたとしても、はんだの流出を防止することができる構造を備えた、電子部品モジュールを提供することである。
その手段として、本発明の電子部品モジュールは、複数の基板電極が形成された基板上に、複数のパッド電極を有する電子部品素子が前記基板電極と前記パッド電極とが対向するように配置され、基板電極とパッド電極とがはんだバンプを介して電気的に接続されてなる電子部品モジュールにおいて、パッド電極上に形成された柱状電極と、柱状電極の先端に形成されたはんだバンプと、柱状電極を囲むようにパッド電極上に形成された環状電極とを備えている、ものとした。かかる構造とすることにより、本発明の電子部品モジュールは、はんだの流出を確実に防止することができる。
なお、環状電極は、パッド電極の表面から突出するように形成されていることが好ましい。この場合には、はんだの流出を防止する機能が高くなる。
また、基板と電子部品素子の間に、樹脂を充填するようにしても良い。この場合には、基板と電子部品素子の接合強度をより大きくすることができる。
また、環状電極の高さが柱状電極の高さよりも高く、環状電極が基板電極に当接してしても良い。この場合には、環状電極によって柱状電極およびはんだバンプが完全に囲まれることになり、はんだの流出を完全に防止することができる。
また、基板電極に、別途、柱状電極および環状電極の少なくとも一方を設けるようにしても良い。この場合には、基板側においてはんだが流出する場合にも、はんだの流出を抑制することができる。
また、本発明の電子部品素子は、実装面を有する電子部品本体と、実装面上に形成された複数のパッド電極と、パッド電極上に形成された柱状電極と、柱状電極の先端に形成されたはんだバンプと、柱状電極を囲むようにパッド電極上に形成された環状電極とを備えた構造とした。かかる構造とすることにより、本発明の電子部品素子は、基板に上記はんだバンプを使ってフリップチップ実装して電子部品モジュールを製造し、その電子部品モジュールを実装基板に実装する場合に、リフロー加熱によりはんだが再溶融しても、溶融したはんだが流出するのを確実に防止することができる。
本発明の電子部品モジュールは、パッド電極上に金属製の環状電極を形成したものであるため、特許文献１に開示された従来技術のように、ＳｉＮなど、はんだを弾く性質をもった絶縁膜にはんだダムを形成したものに比べて、はんだ流出を防止する機能が大きく向上している。
また、本発明の電子部品モジュールは、はんだバンプが、パッド電極上に直接に設けられるのではなく、パッド電極上に形成された柱状電極上に設けられているため、各はんだバンプの配置位置をより正確に制御することができる。したがって、複数のはんだバンプを、狭いピッチで隣接して形成することができる。
さらに、本発明の電子部品モジュールは、はんだバンプが、パッド電極上に形成された柱状電極上に設けられており、はんだバンプとパッド電極との間に一定の距離が設けられている。そのため、万一、はんだスプラッシュが発生しても、溶融したはんだは、柱状電極の側面、パッド電極の表面、環状電極を経由しなければ、隣接するパッド電極やはんだバンプに到達することができない。このように、はんだの経由経路が長くなっていることによっても、はんだ流出を防止する機能が大きく向上している。
本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００の要部を示す断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００の要部を示す断面図であり、図１の矢印Ａ−Ａ部分を示す。 図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００の製造方法において適用する各工程を示す断面図である。 図４（ｄ）〜（ｆ）は、図３の続きであり、本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００の製造方法において適用する各工程を示す断面図である。 図４（ｇ）〜（ｉ）は、図４の続きであり、本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００の製造方法において適用する各工程を示す断面図である。 第２実施形態にかかる電子部品モジュール２００の要部を示す断面図である。 第３実施形態にかかる電子部品モジュール３００の要部を示す断面図である。 従来の電子部品モジュール４００を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００における基板と電子部品素子との接合状態を示す。ただし、図２は、図１の矢印Ａ−Ａ部分の断面を示している。
電子部品モジュール１００は、基板１を備える。基板１の材質には、たとえば、セラミックや樹脂などが用いられる。基板１の主面上には、複数の基板電極２が形成されている。基板電極２の材質には、たとえば、ＣｕやＡｇなどが用いられる。
また、電子部品モジュール１００は、電子部品素子４を備える。電子部品素子４としては、たとえば、半導体素子などが用いられ、一般的には矩形状のものが多い。電子部品素子４の主面上には、複数のパッド電極５が形成されている。パッド電極５の形状は問わないが、本実施形態では、電子部品素子４の形状に合わせて矩形状とした。パッド電極５の材質には、たとえば、Ａｌなどが用いられる。また、電子部品素子４の主面上には、パッド電極５部分に開口を設けて、絶縁膜６が形成されている。絶縁膜６の材質には、たとえば、ＳｉＮなどが用いられる。
そして、電子部品素子４のパッド電極５の中心部上には、柱状電極７が形成されている。本実施形態においては、柱状電極７の形状を円柱状とした。ただし、柱状電極７の形状はこれには限定されず、多角柱状、円錐台状、多角錐台状などであっても良い。柱状電極７の材質には、たとえば、Ｃｕが用いられる。ただし、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄなど、Ｃｕ以外の金属であっても良い。
また、電子部品素子４のパッド電極５上には、柱状電極７を囲むように、環状電極８が形成されている。本実施形態においては、環状電極８の平面形状を円環状とした。ただし、円環状には限られず、矩形環状であっても良い。環状電極８は、パッド電極の表面から突出している。環状電極８の材質には、たとえば、Ｃｕが用いられる。ただし、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄなど、Ｃｕ以外の金属であっても良い。
そして、柱状電極７上に、はんだバンプ９が設けられている。
電子部品素子４は、柱状電極７上に設けられたはんだバンプ９を、基板１の基板電極２に接合することにより、基板１にフリップチップ実装されている。
さらに、電子部品モジュール１００は、基板１と電子部品素子４の接合強度を大きくするために、基板１と電子部品素子４の間に、樹脂１０が充填されている。ただし、しかし、電子部品リペアによる基板再利用等を想定して、樹脂１０を充填しない場合もある。
以上の構造からなる、本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００は、柱状電極７を囲む環状電極８がパッド電極５上に形成されているため、はんだスプラッシュ発生時に、溶融したはんだが隣接するはんだバンプ９に到達する経路が長くなっており、隣接するはんだバンプ９との短絡が抑制されている。さらに、柱状電極７および環状電極８が金属で形成されていることにより、従来のはんだを弾く作用のあるＳｉＮなどで形成した場合に比べて、はんだ流失を防止する効果が高まっている。
さらに、はんだバンプ９が、パッド電極５上に形成された柱状電極７上に設けられているため、各はんだバンプ９の配置位置が正確に制御されている。したがって、複数のはんだバンプ９を、狭いピッチで隣接して形成することができる。
なお、図示しないが、基板1は、配線用内層導体や容量形成用内層導体が形成された多層基板で構成され、その表面には、形成された外部端子が形成されている。電子部品素子４が実装されている基板電極２と外部端子電極の間はビアホール導体で接続されている。
また、基板１の電子部品素子４が実装されている基板電極２とは別の基板電極２にチップコンデンサなどが実装されていてもよい。また、基板１の内層導体にチップコンデンサなどが接続された状態で基板内に内蔵されていてもよい。
次に、図３（ａ）〜図５（ｉ）を参照して、電子部品モジュール１００の製造方法の一例について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、予めＡｌなどからなる複数のパッド電極５が形成された半導体素子などの電子部品素子４を用意する。
次に、図３（ｂ）に示すように、電子部品素子４上に、柱状電極７や環状電極８を形成の基礎となるシード層１１を、蒸着やスパッタリングにより形成する。シード層１１の材質には、たとえば、ＴｉやＣｕを用いる。そして、シード層１１を形成した後に、環状電極８を形成するためのレジスト１２を形成する。レジスト１２の材質には、たとえば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2などが用いられる。レジスト１２は、まずシード層１１上の全面に塗布する。続いて、レジスト１２上に、環状電極１６を形成する部分を打ち抜きにしたマスク（図示せず）を覆せ、フォトリソグラフィの要領で、紫外線を照射して露光を行う。続いて、マスクを外し、現像液により現像処理を行う。現像処理により、レジスト１２には、露光された形、すなわち環状電極８の平面形状（たとえば円環状）をした開口が形成される。
次に、図３（ｃ）に示すように、めっき処理を施すことにより、レジスト１２の開口部に環状電極８を形成する。
次に、レジスト１２を剥離除去することにより、図４（ｄ）に示すように、パッド電極５上に、シード層１１を介して、環状電極８が完成する。
続いて、柱状電極７およびはんだバンプ９の形成を行う。
まず、図示しないが、環状電極８が形成されたシード層１１上に、再度、レジスト１３を塗布する。続いて、レジスト１３上に、柱状電極７を形成する部分を打ち抜きにしたマスクを覆せ、フォトリソグラフィの要領で、紫外線を照射して露光を行う。続いて、マスクを外し、現像液により現像処理を行う。現像処理により、図４（ｅ）に示すように、レジスト１３には、露光された形、すなわち柱状電極７の平面形状（たとえば円形）をした開口が形成される。
次に、図４（ｆ）に示すように、めっき処理を施すことにより、レジスト１３の開口部に、まず、柱状電極７を形成し、続いてはんだバンプ９のもととなる、はんだめっき層９’を形成する。
次に、図５（ｇ）に示すように、残ったレジスト１３を剥離除去し、続いて、エッチング処理により残ったシード層１１を剥離除去する。
次に、図５（ｈ）に示すように、リフロー処理を施すことにより、はんだ層９’を、略球状のはんだバンプ９に形成する。
最後に、図５（ｉ）に示すように、基板電極２にはんだバンプ９をリフローにより接合し、基板１に電子部品素子４をフリップチップ実装し、続いて、基板１と電子部品素子４の接合強度を高めるため、基板２と電子部品素子４の間に樹脂１０を充填して、本実施形態にかかる電子部品モジュール１００を完成させる。なお、図５（ｇ）〜（ｉ）においては、柱状電極７および環状電極８のシード層部分を図示しているが、完成状態を示す図１においては、図示を省略している。
以上、本発明の第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００の構造、および製造方法の一例について説明した。しかしながら、本発明の内容が上述した内容に限定されることはなく、発明の主旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
たとえば、柱状電極７や環状電極８の形成は、フォトリソグラフィに代えて、蒸着や印刷などの方法によっても良い。
また、金属製の電極とはんだとの界面を合金化させ、接合強度を高めるようにしても良い。
また、パッド電極５上にその表面から突出するように環状電極８を設けているが、パッド電極５の表面に凹溝を形成するような環状電極にしても、はんだ流出を防止する機能をはたす。
（第２実施形態）
図６に、本発明の第２実施形態にかかる電子部品モジュール２００の要部を示す。
電子部品モジュール２００は、基板１の基板電極２上にも、柱状電極２７および環状電極２８を形成した。他の構成は、上述した第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００に準じた。
本実施形態にかかる電子部品モジュール２００においては、基板２側においてはんだが流出した場合にも、はんだの流出を抑制することができる。
（第３実施形態)
図７に、本発明の第３実施形態にかかる電子部品モジュール３００の要部を示す。
電子部品モジュール３００においては、環状電極１８の高さｈ１を、柱状電極７の高さｈ２よりも高くした。この結果、環状電極１８が基板電極２に当接し、パッド電極５と環状電極１８と基板電極２とで空間１３が形成され、空間１３内には樹脂１０は充填されない。電子部品モジュール３００の他の構成は、上述した第１実施形態にかかる電子部品モジュール１００に準じた。
電子部品モジュール３００においては、柱状電極７およびはんだバンプ９が環状電極１８で完全に囲まれ、空間１３が形成されているため、はんだスプラッシュが発生しない。仮にはんだスプラッシュが発生しても、環状電極１８に囲まれているため、溶融したはんだが環状電極１８を超えて周辺に漏れ出すことはない。
１：基板
２：基板電極
４：電子部品素子（半導体素子など）
５：パッド電極
６：絶縁膜
７：柱状電極
８、１８：環状電極
９：はんだバンプ
９’：はんだ層
１０：樹脂
１１：シード層
１２、１３：レジスト
２７：（基板電極に形成された）柱状電極
２８：（基板電極に形成された）環状電極
１００、２００、３００：電子部品モジュール

Claims (7)

  1. 複数の基板電極が形成された基板上に、複数のパッド電極を有する電子部品素子が前記基板電極と前記パッド電極とが対向するように配置され、前記基板電極と前記パッド電極とがはんだバンプを介して電気的に接続されてなる電子部品モジュールにおいて、
    前記パッド電極上に形成された柱状電極と、
    前記柱状電極の先端に形成されたはんだバンプと、
    前記柱状電極を囲むように前記パッド電極上に形成された環状電極とを備えている、
    ことを特徴とする電子部品モジュール。
  2. 前記環状電極は、前記パッド電極の表面から突出するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載された電子部品モジュール。
  3. 前記基板と前記電子部品素子の間に樹脂が充填されていることを特徴とする、請求項１または２に記載された電子部品モジュール。
  4. 前記環状電極の高さが前記柱状電極の高さよりも高く、前記環状電極が前記基板電極に当接していることを特徴とする、請求項３に記載された電子部品モジュール。
  5. 前記パッド電極、前記環状電極、および前記基板電極で構成される空間を除いて、前記基板と前記電子部品素子との間に樹脂が充填されていることを特徴とする、請求項４に記載された電子部品モジュール。
  6. 前記基板電極に、前記柱状電極および前記環状電極の少なくとも一方が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された電子部品モジュール。
  7. 実装面を有する電子部品本体と、前記実装面上に形成された複数のパッド電極と、前記パッド電極上に形成された柱状電極と、前記柱状電極の先端に形成されたはんだバンプと、前記柱状電極を囲むように前記パッド電極上に形成された環状電極とを備えたことを特徴とする電子部品素子。
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