JP6798895B2

JP6798895B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP6798895B2
Application number: JP2017011211A
Authority: JP
Inventors: 隆文大吉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: JP2018120954A

Description

本発明は、半導体素子が接続される配線基板に関するものである。

近年、コンピューターやゲーム機等に代表される電子機器は、高機能化が進んでいる。このような電子機器に対応して、同時に多量の演算処理を行うことができる半導体素子を接続するための配線基板の開発が行われている（特許文献１を参照）。

特開平９−２８９２２７号公報

演算処理能力の優れた半導体素子は、作動時に多量の熱を発生する。このため、半導体素子および半導体素子が接続された配線基板は、各々熱伸縮する。この際、半導体素子および配線基板の熱伸縮量の差により両者の接続部に応力が発生し、接続部にクラックが生じることがある。その結果、半導体素子が安定的に作動しない虞がある。

本開示の配線基板は、半導体素子が搭載される第１領域および第１領域の全域を含み封止樹脂が配置される第２領域を備える上面を有する絶縁基板と、絶縁基板の上面を含む表面に位置している配線導体と、絶縁基板の第１領域に縦横の並びで位置している複数の電極と、第２領域内にのみ位置し、第１領域の角部に位置する電極に隣接して配置されており、封止樹脂よりも弾性率が低い緩和樹脂と、を有していることを特徴とするものである。また、本開示の実装構造体は、上記の配線基板と、配線基板の上面に位置する半導体素子と、緩和樹脂を被覆する封止樹脂と、を含むことを特徴とするものである。

本開示によれば、半導体素子と配線基板との接続部に生じるクラックを抑制して、半導体素子を安定的に作動させることが可能な配線基板および実装構造体を提供することができる。

図１（ａ）および（ｂ）は、本開示に係る配線基板の第１の実施形態例を示す概略平面図および概略断面図である。図２（ａ）および（ｂ）は、本開示に係る配線基板の第２の実施形態例を示す概略平面図および概略断面図である。

次に、図１（ａ）および（ｂ）を基にして、本開示の実施形態に係る配線基板Ａについて説明する。なお、説明の便宜上、配線基板Ａに半導体素子Ｓおよび封止樹脂Ｒが配置された状態を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ−Ｘ間を通る断面図である。

配線基板Ａは、絶縁基板１０と、配線導体１１と、電極１２と、ソルダーレジスト層１３と、緩和樹脂１４と、を備えている。

絶縁基板１０は、配線基板Ａとしての剛性および機械的な強度等を確保する機能を有する。また、絶縁基板１０は、配線導体１１および複数の電極１２を互いに電気的に絶縁させて配置するための基体としての機能を有する。絶縁基板１０は、コア基板１５および絶縁層１６を備えている。コア基板１５は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等を含浸させて硬化させた絶縁材料から成る。コア基板１５は、複数のスルーホール１７を有している。絶縁層１６は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂に絶縁粒子を分散させて硬化させた絶縁材料から成る。絶縁層１６は、コア基板１５の上下面にそれぞれ位置している。絶縁層１６は、複数のビアホール１８を有している。絶縁層１６が、配線基板Ａにおける配線導体１１等の微細化、高密度化（詳細は後述）を容易にしている。

絶縁基板１０の上面は、半導体素子Ｓの端子Ｓ１と接続される複数の電極１２が縦横のならびに位置する第１領域１９を有している。さらに、絶縁基板１０の上面は、第１領域１９の全域を含み封止樹脂Ｒが配置される第２領域２０を有している。すなわち、絶縁基板１０は、半導体素子Ｓが搭載される第１領域１９および第１領域１９の全域を含み封止樹脂Ｒが配置される第２領域２０を備える上面を有している。

コア基板１５は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂を含浸させて半硬化させたプリプレグを複数枚積層し、上下面に銅箔（不図示）を配置して平板で加熱プレスすることで形成される。絶縁層１６は、例えばエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等を含む熱硬化性の絶縁層用の樹脂シートを、真空下でコア基板１５の上下面等の表面に被着させて熱硬化することで形成される。なお、以下では、コア基板１５の上面および下面を区別せずに表面という場合がある。スルーホール１７は、例えばドリル加工やレーザー加工、あるいはブラスト加工等により形成される。ビアホール１８は、例えばレーザー加工により形成される。

配線導体１１は、例えば銅めっきや銅箔等の良導電性金属から成る。配線導体１１は、コア基板１５の表面、スルーホール１７の内部、絶縁層１６の表面およびビアホール１８の内部に位置している。コア基板１５の上面および下面に位置する配線導体１１は、スルーホール１７の内部に位置する配線導体１１を介して導通される。また、絶縁層１６の表面に位置する配線導体１１とコア基板１５の表面に位置する配線導体１１とは、ビアホール１８の内部に位置する配線導体１１を介して導通される。下側の絶縁層１６の最表面に位置する配線導体１１の一部は、外部の電気基板（不図示）と例えば半田を介して接続される。すなわち、配線導体１１は、半導体素子Ｓを外部の電気基板に電気的に接続する機能を有している。そのため、配線導体１１は、少なくとも、絶縁基板１０の半導体素子Ｓが搭載される第１領域１９を備える上面を含む表面に位置している。配線導体１１は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法により形成される。

電極１２は、例えば銅めっきや銅箔等の良導電性金属から成る。電極１２の表面は、金めっき等の薄層を有していても構わない。電極１２は、第１領域１９内に位置している。第１領域１９は、例えば図１に示す例のように絶縁基板１０の上面の中央部に位置している。第１領域１９において、複数の電極１２が縦横の並びで位置している。言い換えれば、絶縁基板１の上面の中央部に縦横に複数の電極１２が配置された四角形状の領域があり、この領域が第１領域１９になっている。電極１２は、半導体素子Ｓの端子Ｓ１と例えば半田を介して接続される。これにより、半導体素子Ｓと外部の電気基板とが電気的および機械的に接続される。この接続は、複数の電極１２が端子Ｓ１の並びに応じて縦横に並んでいることで、容易に行われる。

半導体素子Ｓは、例えばシリコンやゲルマニウムから成る。半導体素子Ｓと配線基板Ａとの間は、絶縁性の封止樹脂Ｒで充填される。封止樹脂Ｒは、半導体素子Ｓと配線基板Ａとの接続（上記の機械的な接続）を補強する機能を有している。室温が１０〜３０℃における封止樹脂Ｒのヤング率は、５〜１５ＧＰａであっても構わない。絶縁基板１０の上面のうち封止樹脂Ｒが配置される部分が第２領域２０である。第２領域２０は、第１領域１９の全域を含んでいる。すなわち、第１領域１９に半導体素子Ｓが搭載されるときに、その第１領域１９（半導体素子Ｓの下側）から外側に出るように、封止樹脂Ｒが配置される。これによって、封止樹脂Ｒによる半導体素子Ｓの接続を効果的に補強することができる。封止樹脂Ｒは、上記のヤング率、機械的な接続の補強効果および形成のしやすさ（生産性）等を考慮して、適宜材料を選択すればよい。封止樹脂Ｒの材料としては、例えばエポキシ樹脂等が用いられる。

ソルダーレジスト層１３は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成る。ソルダーレジスト層１３は、例えば配線基板Ａと半導体素子Ｓとを半田を介して接続する場合に、半田を溶融する時の熱から配線導体１１を保護するために設けられる。ソルダーレジスト層１３は、絶縁層１６の最表面に位置する配線導体１１の一部を露出させる開口部１３ａを有している。ソルダーレジスト層１３の厚みは、５〜５０μｍ程度であっても構わない。開口部１３ａの平面形状は、円形状、四角形状、長円形状であっても構わない。このようなソルダーレジスト層１３は、感光性を有する熱硬化性樹脂のフィルムを絶縁基板１０の上下面に貼着して、所定のパターンに露光および現像した後、紫外線硬化および熱硬化させることにより形成される。

緩和樹脂１４は、例えばシリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る。室温が１０〜３０℃における緩和樹脂１４のヤング率は、０．０１〜１ＧＰａであっても構わない。すなわち、緩和樹脂１４は、封止樹脂Ｒよりもヤング率等の弾性率が低い樹脂材料から成る。

緩和樹脂１４は、第２領域２０内において第１領域１９の角部にある電極１２に隣接して位置している。緩和樹脂１４と電極１２との最短の間隔は、１５０〜３００μｍであっても構わない。言い換えれば、緩和樹脂１４は、間隔を挟んで電極１２のすぐ近くに位置している。さらに、緩和樹脂１４は、半導体素子Ｓ、端子Ｓ１、および電極１２と端子Ｓ１とを接続する半田にも間隔を挟んで位置している。これにより、緩和樹脂１４が、接続部において封止樹脂Ｒによる接続の補強効果を低下させることを抑制している。緩和樹脂１４は、第１領域１９あるいは第２領域２０のいずれか一方に位置していても構わないし、両方にまたがって位置していても構わない。第１領域１９の全域が第２領域２０に含まれているので、緩和樹脂１４は、第２領域２０内には位置していることになる。緩和樹脂１４は、配線導体１１の表面、あるいは上側の絶縁層１６の表面に位置していても構わないし、両方の表面に位置していても構わない。緩和樹脂１４の上面は、半導体素子Ｓの下面とソルダーレジスト層１３の上面との間の中間に位置していても構わない。この場合には、緩和樹脂１４の上面と半導体素子Ｓとの間に、封止樹脂Ｒを充填することが容易になる。緩和樹脂１４は、封止樹脂Ｒに完全に被覆されていても構わない。この場合には、緩和樹脂１４の全体が、応力の吸収のために効率的に用いられる。

緩和樹脂１４は、例えばスクリーン印刷技術を用いて、緩和樹脂用の材料を絶縁基板１０の上面に塗布して硬化することで形成される。緩和樹脂の弾性率は、例えばヤング率として、封止樹脂Ｒの弾性率の２０％以下であればよい。緩和樹脂１４等の弾性率は、例えば引張試験法等の方法で測定することができる。

このように、本開示に係る配線基板Ａによれば、緩和樹脂１４が、第２領域２０内において第１領域１９の角部にある電極１２に隣接して位置している。このため、半導体素子Ｓの作動時に生じる熱によって、配線基板Ａおよび半導体素子Ｓの熱伸縮量の差に起因する応力が生じても、緩和樹脂１４によって応力を吸収することができる。その結果、特に応力が集中する第１領域１９の角部における電極１２と半導体素子Ｓの端子Ｓ１との接続部の応力を緩和してクラックを抑制できる。これにより、半導体素子Ｓと配線基板Ａとの電気的な接続を保持して半導体素子Ｓを安定的に作動させることが可能な配線基板Ａを提供することができる。

ところで、上述の実施形態の一例では図１に示すように、緩和樹脂１４が、上面視において半導体素子Ｓの角部の直下に位置している場合を示した。この場合は、半導体素子Ｓの角部の直下に位置する緩和樹脂１４が、特に応力が集中する第１領域１９の角部における応力を集中的に緩和させることができる。

なお、本開示は上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、図２に示すように、緩和樹脂１４が、半導体素子Ｓの角部の直下に位置していなくても構わない。これにより、緩和樹脂１４による応力の集中的な緩和能力は下がるものの、半導体素子Ｓの角部において、封止樹脂Ｒが、半導体素子Ｓと配線基板Ａとの接続を補強しつつ、緩和樹脂１４が、応力を広範的に緩和させることができる。

また、各々の緩和樹脂１４が第１領域１９の外周に沿って位置する範囲は、第１領域１９の角部から第１領域１９の辺長の１／２０〜１／１０に対応する位置までであっても構わない。これにより、封止樹脂Ｒによる半導体素子Ｓと配線基板Ａとの接続の補強機能を保持しつつ、緩和樹脂１４による応力の緩和を図ることができる。上面視における緩和樹脂１４の形状は、図１に示す三角形状や図２に示すＬ字形状の他、円形状、長円形状、多角形状であっても構わない。

１０絶縁基板
１２電極
１４緩和樹脂
１９第１領域
２０第２領域
Ａ配線基板
Ｒ封止樹脂
Ｓ半導体素子

Claims

半導体素子が搭載される第１領域および該第１領域の全域を含み封止樹脂が配置される第２領域を備える上面を有する絶縁基板と、
該絶縁基板の前記上面を含む表面に位置している配線導体と、
該絶縁基板の前記第１領域に縦横の並びで位置している複数の電極と、
前記第２領域内にのみ位置し、前記第１領域の角部に位置する前記電極に隣接して配置されており、前記封止樹脂よりも弾性率が低い緩和樹脂と、
を有していることを特徴とする配線基板。
前記緩和樹脂は、前記第１領域の外周に沿って、該第１領域の角部から該第１領域の辺長の１／２０〜１／１０の範囲に位置している請求項１に記載の配線基板。
前記緩和樹脂が、０．０１〜１ＧＰａのヤング率を有する樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の配線基板。
請求項１〜３のいずれかに記載の配線基板と、該配線基板の上面に位置する半導体素子と、緩和樹脂を被覆する封止樹脂と、を含む実装構造体。