JP6210533B2 - プリント基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置に関し、特にプリント基板上に電子部品（半導体チップ）を搭載して実装組立され、プリント基板の片面をモールド樹脂で封止する樹脂封止型半導体装置に関する。

パッケージ基板やモジュール基板の多くは、電子部品の電極とプリント基板上のボンディングパッドがワイヤーボンディングやフリップチップボンディングなどの実装法により接続され、さらに実装された部分を覆うようにモールド樹脂にて封止されている。

例えば、光半導体装置の製造方法は、多連構成になっている基板上に、この光半導体装置を単品化するときの側面となる孔を複数形成する。次いで、金めっき等が施されためっき配線を、基板の表面から孔を介して基板の裏面に達するように形成する。基板の凹部に形成されためっき配線に、光学素子を導電性樹脂にてダイボンディングして搭載し、ワイヤーボンディングにより素子とめっき配線とを接続する。そして、エポキシ樹脂等の透光性樹脂でトランスファモールド成形にて透光性モールド体を形成する。基板は、前後左右に多連となっているので、分割ラインに沿ってダイシングすることで単独の光半導体装置を形成している。

基板の片面をモールド樹脂で封止するため、基板とモールド樹脂の剥離を改善する手段として、例えば特許文献１には、密着性の低いモールド樹脂と金めっきとの界面を通じてモールド樹脂内に残留している水分を排出してモールド樹脂の膨張を抑制する技術が提案されている。

特開２０１０−２５８４８３号公報

プリント基板に電子部品を実装した後に使用されるモールド樹脂は、プリント基板や電子部品とは構成成分が異なることに加え、それぞれの膨張係数に相違があるために環境によってプリント基板とモールド樹脂の間で剥離が生じることがある。
モールド樹脂は、樹脂以外にフィラーを混合させることで膨張係数を調整し、基板などの膨張係数と一致させる措置を講じてはいるものの完全とは言えず、またモールド樹脂は吸湿性が高く樹脂内への残留が原因でリフロー工程のような高温環境下ではモールド樹脂の膨張が発生し、基板との剥離が生じる問題がある。

そして特許文献１に提案されている方法は、モールド樹脂と金めっきの密着性の悪い部分をモールド樹脂内からその系外まで通じる経路を形成しているため、逆に経路に沿って外部からの汚染などを誘導する懸念がある。したがって、本質的にはモールド樹脂とプリント基板との密着性を改善する手法の確立が要望されている。
このような状況に鑑み本発明は、樹脂封止を伴う半導体装置におけるプリント基板とモールド樹脂との密着性を改善せしめたプリント基板の提供を目的とする。

本発明の第１の発明は、片面に電子部品及び引き回し用の電気回路を配し、その電子部品及び電気回路がモールド樹脂により封止されている半導体装置に用いられるプリント基板であって、そのプリント基板のモールド樹脂による封止領域に、モールド樹脂が充填される凹部を備え、その凹部が非貫通であり、その凹部底にめっき層を備えていることを特徴とするプリント基板である。

本発明の第２の発明は、両面に電子部品及び引き回し用の電気回路を配し、その電子部品及び電気回路がモールド樹脂により封止されている半導体装置に用いられるプリント基板であって、そのプリント基板のモールド樹脂による封止領域に、モールド樹脂が充填される凹部を備え、その凹部が非貫通であり、その凹部底にめっき層を備えていることを特徴とするプリント基板である。

本発明の第３の発明は、第１及び第２の発明における凹部が、電気回路の一部に形成されていることを特徴とするプリント基板である。

本発明の第４の発明は、第１から第３の発明における凹部底のめっき層の表層が、プリント基板の表面層と同層であって、銅層、金層、ニッケル層、パラジウム層のいずれかの層であることを特徴とするプリント基板である。

本発明の第５の発明は、片面若しくは両面にモールド樹脂が充填される凹部を有し、電子部品及び引き回し用の電気回路を配し、その電子部品、電気回路及び凹部がモールド樹脂により封止されている半導体装置に用いられるプリント基板の製造方法であって、ビア加工によりビアとモールド樹脂による封止領域に凹部を形成する工程と、ビアと凹部を、ビアフィリングめっきする工程と、引き回し用の電気回路を形成するエッチング加工の際に、樹脂による封止する側から凹部のビアフィリングめっきの一部をエッチング加工する工程を含むことを特徴とするプリント基板の製造方法である。

本発明の第６の発明は、第５の発明における凹部を形成する工程が、引き回し用の電気回路の一部に施されて凹部を形成することを特徴とするプリント基板の製造方法である。

金めっきされた電気回路の樹脂モールドされる面から凹部を設け、樹脂モールドする際に凹部内にもモールド樹脂の一部を充填することで密着強度が改善され、特にプリント基板とモールド樹脂の接触面に平行に作用する応力が加わった場合の強度が改善されることで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

本発明の第１の発明に係るプリント基板を採用したフリップチップボンディング実装の半導体装置の平面図で、モールド樹脂による封止前の状態の半導体装置を示すものである。 図１の半導体装置の樹脂封止後の断面図で、ａ−ａ’断面である。 図１の半導体装置の樹脂封止後の断面図で、ｂ−ｂ’断面である。 本発明の第１の発明に係るプリント基板を採用したワイヤーボンディング実装の半導体装置の平面図で、モールド樹脂による封止前の状態の半導体装置を示すものである。 本発明の第２の発明に係るプリント基板を採用したフリップチップボンディング実装の半導体装置の断面図である。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
その詳細は、近年採用が増加しているフリップチップボンディング実装を用いて説明する。
図１は、片面のみをモールド樹脂により封止した本発明の第１の発明に係るプリント基板を採用したフリップチップボンディング実装の半導体装置２０の平面図、図４は片面のみをモールド樹脂により封止した本発明の第１の発明に係るプリント基板を採用したワイヤーボンディング実装の半導体装置２１の平面図、図５は両面をモールド樹脂により封止した本発明の第２の発明に係るプリント基板を採用したフリップチップボンディング実装の半導体装置２０ｗの断面図で、図１、図４は共にモールド樹脂による封止前の状態の半導体装置を示すものである。なお、符号５０が示す破線枠で囲まれた範囲は、モールド樹脂の「封止領域」を示している。
図２、図３は図１の半導体装置２０の樹脂封止後の断面図で、図２はａ−ａ’断面、図３はｂ−ｂ’断面である。
図１〜図５において、半導体装置２０、２０ｗ、２１は、実装用プリント基板１には、電子部品２が、それに敷設される接続用バンプ３を介して、実装用プリント基板１に敷設された電子部品接続用ランド４に接続され、続いてモールド樹脂５によって電子部品２が樹脂封止され、保護されている。

図２、図３において、この電子部品２が実装された実装用プリント基板１の他方の面に敷設された外部電極６はマザーボードなどの他のプリント基板（図示せず）と接続され、さらに図２、３及び図５において、実装された電子部品２はビア７を経由して他のプリント基板（図示せず）などと電気信号を相互に授受することが可能となる。
ここで、ビア７は、実装用プリント基板１を構成する絶縁樹脂を、電子部品実装面から炭酸ガスレーザーで袋穴加工し、ビアフィリング銅めっきにて袋穴内を充填して形成する場合が多いが、その他のレーザー加工によってもなんら問題はなく、本発明では特にレーザー加工方法を限定するものではない。

続いて、実装用プリント基板１の電子部品２が実装される面には、電子部品接続用ランド４だけではなく、引き回し用の電気回路８が樹脂モールド５内に配置される場合が多い。
この引き回し用の電気回路８は、実装用プリント基板１の金属銅からなる最表面に金めっき層（図示せず）を設けて仕上げることが一般的であり、この金属銅と金めっき層との間には、ニッケルめっきによるニッケル層を設ける場合やニッケルめっきとパラジウムめっきの多層めっきによる層を設ける場合があるが、本発明では特に限定するものではない。
また、引き回し用の電気回路８の配置は、電子部品の機能を考慮された配置であればなんら限定されるものではない。

また、この金めっき層とモールド樹脂との接触界面は密着性に乏しく、モールド樹脂が吸湿し、モールド樹脂が膨張することで前記接触界面にせん断応力が加わった際に剥離が生じることが多いとされる。
そこで、本発明では、電子部品２と実装用プリント基板１の接続に関与しない引き回し用の電気回路の一部に凹部１０ａを形成することで樹脂モールド工程の際、モールド樹脂の一部が凹部１０ａに充填され、その充填されたモールド樹脂５’は、モールド樹脂５が膨張する際に発生する電気回路（金めっき層）とモールド樹脂界面にせん断応力が加わった際の剥離を防止する働きを示し、剥離を防止するものである。

この形成された凹部１０、１０ａは、ビア７と同時にレーザー加工で形成させることが加工工程の増加を招くことがなく、コスト的にも好適である。しかし、続くビアフィリング銅めっき工程では、実装用プリント基板面にある全てのビアに対してビアフィリング銅めっき１１で充填されるため、結果、凹部の内部も同様に銅めっきで充填されてしまう。
なお、ビアの径は３００μｍ以下であることが、近年の軽薄短小化、高密度化の流れから一般的であり、凹部だけを選択的にビアフィリング銅めっきをしないようにマスキングすることは非常に困難である。

そこで、本発明では、凹部も一旦は銅めっきで充填することとし、引き回し用電気回路（図１、符号８）をエッチング法で形成する際に凹部１０、１０ａも同時にエッチング除去することで再度凹部を形成するものである。
すなわち、引き回し用電気回路８はエッチング後にも残す必要があるために、その表面をエッチングマスクで被覆するが、その時に凹部１０、１０ａもエッチングマスクで覆い、凹部１０、１０ａの位置において、そのエッチングマスクを凹部の径程度の大きさに開口し、凹部１０、１０ａの銅めっきをエッチング除去し、底部（電子部品が配される面の反対面側）にビアフィリング銅めっき１１のエッチング処理により形成された銅層のめっき層１１’を備えるものである。この方法により、凹部１０、１０ａにはエッチング工程でエッチングされる量に相当する凹みが形成される。
なお、このめっき層１１’の表層は、凹部１０、１０ａの形成後に、プリント基板に表面処理が施される場合には、その表面層と同層となり、銅層、金層、ニッケル層、パラジウム層のいずれかの層である。

以上のように、樹脂モールドされる範囲内、及びその範囲内に存在する引き回し用電気回路の一部に凹部１０、１０ａを形成することにより、その凹部１０、１０ａの凹み部にモールド樹脂５が充填された状態（符号５’）となり、モールド樹脂５が吸湿して膨張する際に、実装用プリント基板１とモールド樹脂５との接触面に発生するせん断応力に対して十分に抵抗と成りうるため、結果として実装用プリント基板１とモールド樹脂５との剥離を防止するものである。

１ プリント基板
２ 電子部品
３ バンプ
４ 接続用ランド
５ モールド樹脂
５’ 凹部に充填されたモールド樹脂
６ 外部電極
７ ビア
８ 電気回路
１０ 凹部
１０ａ 電気回路８の一部に設けられた凹部
１１ ビアフィリング銅めっき
１１’ ビアフィリング銅めっきのエッチング処理により形成した銅層のめっき層（凹部底を構成）
２０、２０ｗ、２１ 本発明のプリント基板を用いた半導体装置
５０ 半導体装置２０、２１におけるモールド樹脂の封止領域

Claims (6)

1. 片面に電子部品及び引き回し用の電気回路を配し、前記電子部品及び電気回路がモールド樹脂により封止されている半導体装置に用いられるプリント基板であって、
   前記プリント基板のモールド樹脂による封止領域に、前記モールド樹脂が充填される凹部を備え、
   前記凹部が、非貫通であり、凹部底にめっき層を備えていることを特徴とするプリント基板。
2. 両面に電子部品及び引き回し用の電気回路を配し、前記電子部品及び電気回路がモールド樹脂により封止されている半導体装置に用いられるプリント基板であって、
   前記プリント基板のモールド樹脂による封止領域に、前記モールド樹脂が充填される凹部を備え、
   前記凹部が、非貫通であり、凹部底にめっき層を備えていることを特徴とするプリント基板。
3. 前記凹部が、前記電気回路の一部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント基板。
4. 前記凹部底のめっき層の表層が、前記プリント基板の表面層と同層であって、銅層、金層、ニッケル層、パラジウム層のいずれかの層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板。
5. 片面若しくは両面にモールド樹脂が充填される凹部を有し、電子部品及び引き回し用の電気回路を配し、前記電子部品、電気回路及び前記凹部がモールド樹脂により封止されている半導体装置に用いられるプリント基板の製造方法であって、
   ビア加工によりビアと前記モールド樹脂による封止領域に、凹部を形成する工程と、
   前記ビアと前記凹部を、ビアフィリングめっきする工程と、
   前記引き回し用の電気回路を形成するエッチング加工の際に、樹脂による封止する側から前記凹部のビアフィリングめっきの一部をエッチング加工する工程を含むことを特徴とするプリント基板の製造方法。
6. 前記凹部を形成する工程が、前記引き回し用の電気回路の一部に施されて凹部を形成することを特徴とする請求項５に記載のプリント基板の製造方法。

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