JP5895524B2 - 配線板、電子部品及び電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂絶縁層と導体パターンとを有し、コア基板を備えない配線板上に半導体素子が実装されてなる電子部品に関するものである。

特許文献１には、コアレスの配線板と、配線板の上面に実装される半導体素子とからなる電子部品が開示されている。通常、このような電子部品は、配線板と半導体素子との間に充填されるアンダーフィル樹脂と、半導体素子を封止する封止樹脂とを有する。

特開２０１０−１１８６３５号公報

本発明者らは鋭意試験を行った結果、上述したような電子部品は熱履歴を受けることによって内層の導体パターンが断線しやすくなることを見出した。以下、詳細について説明する。
図１３は、上述の電子部品に生じる熱膨張、応力をシミュレーションした結果を示す説明図である。電子部品は、樹脂絶縁層５５０、６５０、７５０及び導体パターン５３４、５５８、６５８を備える配線層５３０と、該配線層５３０上に半田バンプ５７６を介して実装された半導体素子５９０とから成る。配線層５３０と半導体素子５９０との間、及び、半導体素子の側部にはアンダーフィル樹脂５９８が充填されている。半導体素子は封止樹脂５９４により封止されている。

図１３（Ａ１）（Ａ２）は電子部品に約２６０℃の熱が加わっている状態を示し、図１３（Ｂ１）（Ｂ２）は常温における電子部品を示している。
このような電子部品を構成する配線層に関しては、熱が加わった場合、半導体素子の直下の領域Ｒ１はバンプを介して半導体素子に拘束されるため、通常はほぼ水平方向に膨張する（図１３（Ａ１）参照）。一方、半導体素子の直下以外の領域Ｒ２においては、半導体素子による拘束が相対的に弱く、且つアンダーフィル樹脂が膨張し、その際に発生する矢印Ｙ方向の応力によってうねりやすくなる。
これにより、半導体素子の側面を含む仮想平面Ｋの近傍に熱応力が発生しやすくなる。その結果、仮想平面Ｋの近傍に位置する導体パターン５５８が断線したり、剥離しやすくなる。
こうした加熱状態から電子部品を常温に戻した場合にも、アンダーフィル樹脂の収縮に伴い、仮想平面Ｋの近傍に熱応力が発生しやすくなり、同様の課題が発生すると考えられる（図１３（Ｂ１）（Ｂ２）参照）。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体素子の近傍において導体パターンの断線を抑制することが可能な電子部品及びその製造方法を提供することにある。

請求項１の電子部品は、複数の層間樹脂絶縁層と、該層間樹脂絶縁層上に形成されている導体パターンと、最外層の層間樹脂絶縁層上の導体パターン上に形成されているバンプと、を備える配線板と、前記バンプを介して前記配線板上に実装される半導体素子と、前記半導体素子を封止する封止樹脂と、を有し、前記配線板は、前記半導体素子の周囲の少なくとも一部に導体部を有し、該導体部の少なくとも一部は、前記半導体素子の直下に位置し、前記導体部は、最外層の層間樹脂絶縁層上に設けられていることを技術的特徴とする。

請求項１の電子部品を構成する配線板は、半導体素子の周囲の少なくとも一部に導体部を有し、該導体部の少なくとも一部半導体素子の直下に位置する。すなわち、膨張や収縮といった変形が生じやすい箇所に導体部が設けられる。その結果、層間樹脂絶縁層の変形が導体部により抑えられ、配線板の端部が反り難くなる。さらに導体部は、反りの起点となる箇所（半導体素子の側面を含む仮想平面Ｋ）に跨って設けられているため、配線板の端部の反りが一層抑制されやすい。

本願発明の第１実施形態の電子部品の製造工程図である。 第１実施形態の電子部品の製造工程図である。 第１実施形態の電子部品の製造工程図である。 第１実施形態の電子部品の製造工程図である。 第１実施形態の電子部品の製造工程図である。 第１実施形態の電子部品の製造工程図である。 第１実施形態の電子部品の断面図である。 第１実施形態の第２改変例に係る電子部品の断面図である。 図９（Ａ）は第１実施形態の第２改変例に係る電子部品の断面図であり、図９（Ｂ）は第３改変例に係る電子部品の断面図である。 図１０（Ａ）は第２実施形態に係る電子部品の断面図であり、図１０（Ｂ）は第３実施形態に係る電子部品の断面図である。 図１１（Ａ）は第１実施形態に係る配線板の平面図であり、図１１（Ｂ）は第１実施形態の第４改変例に係る配線板の平面図である。 図１２（Ａ）は第１実施形態の第２改変例に係る配線板の平面図であり、図１２（Ｂ）は第３実施形態に係る配線板の平面図である。 電子部品に生じる熱膨張、応力をシミュレーションした結果を示す説明図である

[第１実施形態]
図７は、第１実施形態の電子部品１０の断面図である。
電子部品１０は、導体パターンと樹脂絶縁層とが積層されてなる配線板３０と、配線板３０上に実装されてなる半導体素子９０とからなる。
配線板３０は、第１面Ｆとその第１面とは反対側の第２面Ｓとを有し、第２面側導体パターン３４と、第１樹脂絶縁層５０と、第１樹脂絶縁層５０上に形成されている第１導体パターン５８と、第１樹脂絶縁層５０及び第１導体パターン５８上に形成されている第２樹脂絶縁層１５０と、第２樹脂絶縁層１５０上に形成されている第２導体パターン１５８とを有している。導体パターン３４上には外部基板接続用の半田バンプ９８が形成されている。
配線板３０の厚みは１００μｍ以下である。

導体パターン３４と第１導体パターン５８とは第１樹脂絶縁層５０内に形成された第１ビア導体６０を介して接続されている。第１導体パターン５８と第２導体パターン１５８とは第２樹脂絶縁層１５０内に形成された第２ビア導体１６０を介して接続されている。
第２導体パターン１５８上には半田バンプ７６が形成されている。この半田バンプ７６により半導体素子９０が実装されている。半導体素子９０と配線板３０との間にはアンダーフィル９４が充填されている。
半導体素子９０はモールド樹脂９６により封止されている。

第１樹脂絶縁層５０、第２樹脂絶縁層１５０は、熱硬化性樹脂、感光性樹脂、熱硬化性樹脂の一部に感光性基が付与された樹脂、熱可塑性樹脂、又は、これらの樹脂を含む樹脂複合体等からなる層である。アンダーフィル９４、モールド樹脂９６は、無機、有機フィラーを含むエポキシ系樹脂からなる。

第２樹脂絶縁層１５０上には、導体部１５８Ｓが設けられている。この導体部１５８Ｓは、第２樹脂絶縁層１５０上において、半導体素子９０の周囲に設けられている。すなわち、図１１（Ａ）に示すように、半導体素子９０の周囲に亘って枠状に形成されている。この導体部１５８Ｓは、電子部品の厚み方向において、アンダーフィル９４と第２樹脂絶縁層１５０との間に設けられている。導体部１５８Ｓは、第２樹脂絶縁層１５０の外端まで設けられている。そして、導体部１５８Ｓの一部は、半導体素子９０の直下の領域Ｒ１に位置する。この導体部１５８Ｓは、電源用又はグランド用の導体として機能する。

本実施形態では、仮に電子部品が高温下に晒された場合、アンダーフィル９４が膨張し、その際に生じた応力が配線板の端部に加わる。その結果、配線板の端部にうねりが生じやすくなる。しかしながら、本実施形態では、アンダーフィル９４の膨張により発生する応力が、導体部１５８Ｓを通じて緩和される。これにより、配線板の端部に加わる応力が弱められ、うねりが生じ難くなる。その結果、導体部１５８Ｓの下方に位置する導体パターンに加わる応力も低減され、断線が抑制され得る。

第１実施形態の電子部品では、配線板３０の厚みは１００μｍ以下であるので、剛性が低く、上述したようなアンダーフィル材の膨張に伴う熱応力の影響を受けやすくなる。しかしながら、そうした熱応力を緩和することが可能な導体部１５８Ｓを設けることで、効果的にうねりを抑制し、その結果、導体パターンの断線を防止しやすくなる。

第１実施形態の電子部品の製造方法について、図１〜図８を参照して説明する。
（１）まず、厚さ約１．１mmのガラス板２０が用意される（図１（Ａ））。
ガラス板は、実装するシリコン製ＩＣチップとの熱膨張係数差が小さくなるように、ＣＴＥが約３．３（ｐｐｍ）以下で、且つ、後述する剥離工程において使用する３０８ｎｍのレーザ光に対して透過率が９割以上であることが望ましい。

（２）ガラス板２０の上に、主として熱可塑性ポリイミド樹脂からなる剥離層２２が設けられる（図１（Ｂ））。

（３）剥離層２２の上に導体パターン３４が形成される（図１（Ｃ））。

（４）剥離層２２の上に第１絶縁層５０が形成される（図１（Ｄ））。

（５）ＣＯ2ガスレーザにて、第１絶縁層５０を貫通し、導体パターン３４に至る電極体用開口５１が設けられる（図２（Ａ）参照）。

（６）スパッタリングにより、第１絶縁層５０上にＴｉＮ、Ｔｉ及びＣｕからなる導体層５２が形成される（図２（Ｂ））。

（７）導体層５２上に、市販の感光性ドライフィルムが貼り付けられ、フォトマスクフィルムが載置され露光された後、炭酸ナトリウムで現像処理され、厚さ約１５μｍのめっきレジスト５４が設けられる（図２（Ｃ））。

（８）導体層５２を給電層として用い、電解めっきが施され電解めっき膜５６が形成される（図２（Ｄ））。

（９）めっきレジスト５４が剥離除去される。そして、剥離しためっきレジスト下の導体層５２が除去され、導体層５２及び電解めっき膜５６からなる第１導体パターン５８及び第１ビア導体６０が形成される（図３（Ａ））。

（１０）上記（４）〜（７）と同様にして、第１絶縁層５０及び第１導体パターン５８上に開口１５１を備える第２絶縁層１５０が形成され、第２絶縁層上にＴｉＮ、Ｔｉ及びＣｕから成る導体層１５２が形成され、所定パターンのめっきレジスト１５４が形成される（図３（Ｂ））。

（１１）めっきレジスト１５４の非形成部に電解めっき膜１５６が設けられ、第２導体パターン１５８、導体層１５８Ｓ、及び、第２ビア導体１６０が形成される（図３（Ｃ））。

（１２）めっきレジスト１５４が除去され、めっきレジスト１５４下の導体層１５２が除去される（図４（Ａ））。

（１３）第２導体パターン１５８上に半田バンプ７６が構成されることで、中間体１００が製造される。（図４（Ｂ））。この中間体１００は、ガラス板２０と、ガラス板２０上に形成されている配線板３０とから形成されている。

（１４）次いで、中間体１００上に半田バンプ７６を介して半導体素子９０が実装される（図５（Ａ））。このとき、ガラス板２０が半導体素子９０と熱膨張率が近いので、配線板３０に加わる応力が低減される。

（１５）配線板３０と半導体素子９０との間にアンダーフィル９４が充填される（図５（Ｂ））。このとき、アンダーフィル９４は、導体部１５８Ｓを被覆する。

（１６）モールド型内で、半導体素子９０が封止材９６で封止される（図６（Ａ））。

（１７）３０８ｎｍのレーザ光がガラス板２０を透過させて剥離層２２に照射され、剥離層２２が軟化される。そして、配線板３０に対してガラス板２０がスライドされ、ガラス板２０が剥離される（図６（Ｂ））。

（１８）アッシングにより剥離層２２が除去され、パッド３４が露出される。そして、パッド３４上に半田バンプ９８が形成され、配線板３０が完成される（図７）。

[第１実施形態の第１改変例]
図８に示すように、導体部１５８Ｓの表面に、半田からなる層７４を設けてもよい。この場合、銅と比較してヤング率が小さい材料（半田）からなる層を設けることで、上述したようなアンダーフィル材の膨張に伴う応力が導体部１５８Ｓによって緩和されやすくなる。

[第１実施形態の第２改変例]
図９（Ａ）は第１実施形態の第２改変例に係る電子部品の断面図であり、図１２（Ａ）は電子部品の第２絶縁層の平面図である。第１実施形態では、導体部１５８Ｓは、第２樹脂絶縁層１５０の外端まで設けられた。これに対して、第１実施形態の第２改変例では、導体部は外端まで延びず、半導体素子の周囲直下のみに設けられている。第１実施形態の第２改変例では、導体部面積を減少させ、各絶縁層上の導体パターンの面積差を小さくすることで、各絶縁層での収縮差を小さくすることができる。

[第１実施形態の第３改変例]
図９（Ｂ）は第１実施形態の第３改変例に係る電子部品の断面図である。すなわち、導体部７４Ｓは半田のみから成る。これにより、アンダーフィル材の膨張に伴う応力を一層緩和しやすくなると考えられる。

[第１実施形態の第４改変例]
図１１（Ｂ）は第１実施形態の第４改変例に係る電子部品の平面図である。第１実施形態では、導体部１５８Ｓが半導体素子の外周に環状に形成された。これに対して、第１実施形態の第４改変例では、複数の矩形状の導体部７４Ｓが半導体素子の外周に沿って配置される。これによれば、各絶縁層上の導体パターンの面積差を小さくするとことで、各絶縁層での収縮差を小さくすることができる。

[第２実施形態]
図１０（Ａ）は第２実施形態に係る電子部品の断面図である。第２実施形態では、導体部１５８Ｓの半導体素子の端部近傍にダミーバンプ７６Ｄが設けられ、また、導体部１５８Ｓに接続するダミービア導体１６０Ｄ、６０Ｄ、ダミーバンプ９８Ｄが設けられ、該電子部品１０が実装される基板３００側のスルーホール導体３０６に対して熱が伝導するように構成されている。第２実施形態の電子部品は、放熱性に優れる。

[第３実施形態]
図１０（Ｂ）は第３実施形態に係る電子部品の断面図であり、図１２（Ｂ）は配線板の平面図である。第３実施形態では、第２絶縁層上に更に第３絶縁層２５０が設けられ、第３絶縁層に設けられた第３ビア導体２６０、第３導体パターン２５８を介して半導体素子９０との接続が取られる。第３実施形態では、第２絶縁層１５０と、第３絶縁層２５０との間に導体部７５Ｓが設けられる。
配線板の内層に導体部７５Ｓを設けた場合でも、導体部７５Ｓの下方に設けられる導体パターンの断線を効果的に抑制することが可能となる。

１０ 電子部品
３０ 配線板
５０ 第１層間樹脂絶縁層
５８ 第１配線パターン
６０ 第１ビア導体
７６ 半田バンプ
９４ アンダーフィル
９６ モールド樹脂
９０ 半導体素子
１５０ 第２層間樹脂絶縁層
１５８ 第２配線パターン
１５８Ｓ 導体部

Claims (6)

1. 複数の層間樹脂絶縁層と、該層間樹脂絶縁層上に形成されている導体パターンと、最外層の層間樹脂絶縁層上の導体パターン上に形成されているバンプと、を備える配線板と、
   前記バンプを介して前記配線板上に実装される半導体素子と、
   前記半導体素子と前記配線板との間に充填されているアンダーフィル材と、
   前記半導体素子を封止する封止樹脂と、を有する電子部品であって：
   前記配線板は、前記半導体素子の周囲の少なくとも一部に導体部を有し、該導体部の少なくとも一部は前記半導体素子の直下に位置し、
   前記導体部は、最外層の層間樹脂絶縁層上に設けられている。
2. 請求項１の電子部品であって：
   前記導体部は、厚み方向において、前記最外層の層間樹脂絶縁層と前記アンダーフィル材との間に設けられている。
3. 請求項１の電子部品であって：
   前記最外層の層間樹脂絶縁層上に設けられている導体パターンの表面と、前記導体部の表面とは、略同一平面上に位置する。
4. 請求項１の電子部品であって：
   前記導体部上には、半田からなる層が形成されている。
5. 請求項１の電子部品であって：
   前記導体部は半田のみから形成されている。
6. 複数の層間樹脂絶縁層と、該層間樹脂絶縁層上に形成されている導体パターンと、最外層の層間樹脂絶縁層上の導体パターン上に形成されているバンプと、を備える配線板を準備することと、
   前記バンプを介して前記配線板上に半導体素子を実装することと、
   前記半導体素子を封止樹脂により封止することと、
   を含む電子部品の製造方法であって：
   前記配線板を形成する層間樹脂絶縁層上において、前記半導体素子の周囲の少なくとも一部に導体部を形成し、
   該導体部の少なくとも一部を前記半導体素子の直下に設け、
   前記導体部を、最外層の層間樹脂絶縁層上に設ける。

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