JPH1027825A - 半導体素子実装用基板、半導体素子実装用基板の製造方法、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体素子実装用基板、半導体素子実装用基板の製造方法、半導体装置、及び半導体装置の製造方法Info
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Abstract
が短い、半導体素子実装用基板及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 金属線にてなる導電部材103が基材1
02の半導体素子取付面104と回路基板取付面105
との間に直線状に延在する構造を有し、上記導電部材が
直線状に予め配置された金型内に、上記基材を形成する
樹脂材を注入することで、上記基材と上記導電部材とを
一体的に成形する。
Description
ップチップ方法にて取り付けられる半導体素子実装用基
板、該半導体素子実装用基板の製造方法、上記半導体素
子実装用基板を使用した半導体装置、及び該半導体装置
の製造方法に関する。
コンピュータ、ページャーなどに代表されるように、小
型かつ高機能化が急激に進んで来ている。それに伴い、
電子回路に使用される半導体の数は急激に増加してい
る。一方、電子回路で使用される周波数帯域も高周波数
化が進行しており、1GHz帯域まで使用されるに至っ
ている。このような高周波帯域ではIC(集積回路)自
身の処理速度に加え、電子回路の配線長が問題となる。
このため、ICの実装形態として、パッケージICから
ベアICへ、ワイヤボンディング方式からフリップチッ
プ実装方式へと移行しつつある。フリップチップ実装方
式の中で、代表的な形態としてチップサイズパッケージ
(以下、「CSP」と略す)と呼ばれる形態がある。こ
の方式は半導体素子を一度専用の基板の上にフリップチ
ップ方式にて実装し、封止した後にプリント配線板上へ
実装するものである。
実装方式のプロセスフローとCSPの構造について説明
する。図21はCSPの構造を示す。キャリアと呼ば
れ、半導体素子23をフリップチップ方法にて取り付け
るための半導体素子実装用基板2は、従来、セラミック
製の複数の基板を層状に重ねて製造される。このような
半導体素子実装用基板2において電極2cが形成された
半導体素子取付面2a側には半導体素子23が配置さ
れ、接合ランド部18が形成される回路基板取付面2b
側にはプリント基板が配置される。電極2cと接合ラン
ド部18とを電気的に接続するため、半導体素子実装用
基板2の各層の間には層間導通部5が形成されている。
半導体素子23において、アルミパッド23aには突起
型の突起電極24が形成され、該突起電極24と半導体
素子実装用基板2の半導体素子取付面2aに形成された
電極2cとは、導電性ペースト25によって電気的に接
続される。よって、半導体素子23とプリント基板とは
電気的に接続される。尚、半導体素子23と半導体素子
実装用基板2との接続部分は、封止剤26にて封止され
る。尚、この場合、半導体素子23において配線が施さ
れた面は半導体素子実装用基板2側に向いているために
フリップ(反転)チップ実装と呼ばれる。又、半導体素
子実装用基板2は、各層間において各層に形成した電極
間で配線を行うことで配線密度を向上させるために、図
示するように多層基板の形態をとることが多い。しかし
層間でも配線を行うことは、結果的に半導体素子実装用
基板2中の配線長が長くなることにもなる。半導体素子
実装用基板2の回路基板取付面2bのランド18は、ビ
アホールの径よりも大きな形状を有しており、ビアの位
置ズレを補えるような構造となっている。又、図21に
は、接合ランド18は平坦な形状のものを示している
が、ボールグリッドアレイ(BGA)と呼ばれる半田な
どの金属ボールを付与したものや、ピングリッドアレイ
(PGA)と呼ばれる挿入部品のような長いピンを付与
した形態のものも存在する。
フローを示す。まず、ステップ(図内では「S」にて示
す)1にて、半導体素子23のアクティブ面上に形成さ
れるアルミパッド23a上にバンプと呼ばれる突起電極
24を形成する。次にステップ2にて、この突起電極2
4の高さを揃えるレベリングが行われる。ステップ3で
は、突起電極24上に導電性ペースト25を所望の量だ
け転写する。次に、ステップ4にて、半導体素子23を
反転させ、ステップ5にて導電性ペースト25が転写さ
れた突起電極24を半導体素子実装用基板2上に形成し
た電極2cへ実装する。この後、半導体素子23が半導
体素子実装用基板2に対して配置位置がズレたり外れた
りしないように、ステップ6にて一度導電性ペースト2
5を硬化させる。ステップ7にて半導体素子23と半導
体素子実装用基板2との間に封止剤26を注入し、ステ
ップ8にて封止剤26を硬化させてCSPを得る。この
ような半導体素子の実装技術をもって、電子機器の小型
軽量化、薄型化を図っている。
導体素子実装用基板2は以下のような問題点を有する。
即ち、半導体素子実装用基板2の半導体素子取付面2a
及び回路基板取付面2bに微細な配線パターンを形成す
るにはエッチング方法によるのが好ましいが、従来の半
導体素子実装用基板2は上述のようにセラミック製であ
ることから、エッチングを利用してその表面に配線を形
成する場合には毒性のある特殊なエッチング液を使用し
なければならない。よって、従来の半導体素子実装用基
板2の表面における配線パターンの形成は、印刷方法に
よっており、微細な配線パターンを形成することができ
ず、ICのファインピッチに対応することが困難であ
る。又、上述のように、半導体素子実装用基板2の回路
基板取付面2bにビアホールよりも大きな形状の接合ラ
ンド18を形成する必要があることも、上記ファインピ
ッチへの対応を困難にしている。さらに又、上述のよう
に微細な配線パターンが形成できない点を補うため、上
述のように半導体素子実装用基板2を複数の層から形成
し各層間で配線を行っている。よって、層間導通抵抗が
高くなるという問題点がある。又、上述のように層間に
導通部を形成するために貫通孔をあける必要がある。こ
のように、複数層、層間の配線等の構造を有することか
ら、従来の半導体素子実装用基板2は製造コストが高
く、製造リードタイムが長いという問題点を生じる。さ
らに、プリント基板上への実装上の信頼性に問題がある
という問題点があった。本発明はこのような問題点を解
決するためになされたもので、製造コストが安価であ
り、層間導通抵抗が低く、多ピンICに対応が可能であ
り、プリント基板上への実装上の信頼性を向上させ、製
造リードタイムを短くし、生産性を向上させることが可
能な半導体素子実装用基板、当該半導体素子実装用基板
の製造方法、上記半導体素子実装用基板を使用した半導
体装置、及び該半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。
半導体素子実装用基板は、フリップチップ実装方法にて
半導体素子が取り付けられ電気的に接続される半導体素
子取付面と、上記半導体素子取付面に対向し回路基板に
取り付けられる回路基板取付面とを有し、電気的に絶縁
性を有する樹脂材により単層にて形成される基材と、上
記半導体素子取付面及び上記回路基板取付面にほぼ直交
し上記基材内を直線状に貫通して延在し、上記半導体素
子と上記回路基板とを電気的に接続する導電部材と、を
備えたことを特徴とする。
装用基板の製造方法は、フリップチップ実装方法にて半
導体素子が取り付けられ電気的に接続される半導体素子
取付面と、上記半導体素子取付面に対向し回路基板に取
り付けられる回路基板取付面とを有し、電気的に絶縁性
を有する樹脂材により単層にて形成される基材と、上記
半導体素子取付面及び上記回路基板取付面にほぼ直交し
上記基材内を直線状に貫通して延在し、上記半導体素子
と上記回路基板とを電気的に接続する導電部材と、を備
えた半導体素子実装用基板の製造方法において、上記導
電部材を金型内に配列した後、上記基材を形成する上記
樹脂材を上記金型内に注入して、上記導電部材と上記樹
脂材とを一体的に成形することを備えたことを特徴とす
る。
装用基板の製造方法は、フリップチップ実装方法にて半
導体素子が取り付けられ電気的に接続される半導体素子
取付面と、上記半導体素子取付面に対向し回路基板に取
り付けられる回路基板取付面とを有し、電気的に絶縁性
を有する樹脂材により単層にて形成される基材と、上記
半導体素子取付面及び上記回路基板取付面にほぼ直交し
上記基材内を直線状に貫通して延在し、上記半導体素子
と上記回路基板とを電気的に接続する導電部材と、を備
えた半導体素子実装用基板の製造方法において、上記半
導体素子取付面と上記回路基板取付面とを貫通する貫通
孔を形成するように上記樹脂材を金型に注入して上記基
材を成形した後、上記貫通孔に上記導電部材を設けるこ
とを備えたことを特徴とする。
は、請求項1に記載の半導体素子実装用基板の半導体素
子取付面に半導体素子を取り付けて電気的に接続して封
止したことを特徴とする。
製造方法は、請求項1に記載の半導体素子実装用基板の
半導体素子取付面に複数の半導体素子を取り付けて電気
的に接続する工程と、取り付けられた複数の半導体素子
を封止用樹脂にて同時に封止する工程と、上記半導体素
子実装用基板と上記封止用樹脂とを上記半導体素子間で
切断する工程と、を備えたことを特徴とする。
素子実装用基板、該半導体素子実装用基板の製造方法、
上記半導体素子実装用基板を使用した半導体装置、及び
該半導体装置の製造方法について図を参照して説明す
る。尚、各図において、同一もしくは機能上同一である
構成部分については同じ符号を付している。まず、上記
半導体素子実装用基板について以下に説明する。図1に
示される半導体素子実装用基板101は、一般的にキャ
リアと呼ばれ、図21を参照して上述した半導体素子実
装用基板2に相当するものであり、大別して、基材10
2と導電部材103とを備える。半導体素子実装用基板
101の半導体素子取付面104にはフリップチップ方
法にて半導体素子の取り付け及び電気的接続がなされ、
半導体素子取付面104に対向する基材104の回路基
板取付面105には回路基板の取り付け及び電気的接続
がなされる。
子取付面104及び回路基板取付面105にほぼ直交し
て、かつ基材102内で互いに接触することなく基材1
02内を直線状に貫通して延在する。このような導電部
材103は、半導体素子取付面104と回路基板取付面
105との間の電気信号の伝達を行う層間導通部材であ
り、従来のビアホール又はスルーホールに相当するもの
である。導電部材103としては、Cu,Au,Al,
Ag,Pd,Ptの内の1種からなる金属線、又はこれ
らのうち少なくとも1種を含む合金線を使用することが
でき、特にAuからなる導電部材103は、狭ピッチ、
かつ多ピンのICに対応する際に容易に入手でき、酸化
などの変質がなく安定した品質を維持でき、かつ低抵抗
である点から好ましい。このような導電部材103は、
例えば0.1〜0.15mmの直径の金属線であって、
例えば、基材102の半導体素子取付面104及び回路
基板取付面105の周縁部分に沿って例えば0.3mm
ピッチにて配列される。
単層に成形される。上記樹脂材としては、特に、流動性
がよいこと、半導体素子取付面104及び回路基板取付
面105にメッキが可能であること、250℃以上の耐
熱性を有すること、熱膨張率が15ppm以下であるこ
と、の特性を有するものである。又、上記樹脂材として
は熱硬化性、熱可塑性のいずれの樹脂材をも使用するこ
とができるが、導電部材103との密着性、及び各導電
部材103間への流入性を考慮すると、熱硬化性の樹脂
が低粘度であることから好ましい。しかしながら、液晶
ポリマーなどの熱可塑性樹脂も使用することができる。
半導体素子実装用基板101は、予め導電部材103が
金型内に配列され、該金型に上記基材102となる上記
樹脂材を注入することで成形される。よって、半導体素
子実装用基板101においては、従来の半導体素子実装
用基板2と比べると、基材102と導電部材103とを
一体成形ができることから、従来の半導体素子実装用基
板に比べ製造工程が簡略化され、低コストのプロセスに
て製造でき、かつ製造リードタイムを短くすることがで
き、生産性を向上させることができる。又、従来のよう
に層間導通部5に導電性ペーストを充填する際に発生す
る充填不良が発生せず、−55℃〜125℃の熱衝撃試
験を1000サイクル以上行っても動作不良となること
はない。よって、半導体素子実装用基板101は、断線
などに対する信頼性が向上する。さらに、導電部材10
3は半導体素子取付面104と回路基板取付面105と
の間の基材102内を直線状に延在することから、導通
抵抗を低くすることができ、又、体積固有抵抗率の低い
金属線を導電部材103として使用することにより、導
通抵抗は、1mΩ以下となり、低く抑えることができ
る。又、導電部材103として金属線を使用することか
ら、断線が生じにくく断線破壊に対する信頼性を向上さ
せることができる。
01では、導電部材103の配置間隔を従来の半導体素
子実装用基板2における層間導通部5の配置間隔よりも
小さくすることができる。この理由を以下に説明する。
従来の半導体素子実装用基板2の回路基板取付面2bに
は、図2において点線で示すように、ランド18が形成
されていた。このランド18は、従来の半導体素子実装
用基板2に形成される層間導通部5の直径よりも大きい
ものが必要である。よって、層間導通部5の配置間隔
は、ランド18の径によって支配され、必要以上に広く
取らねばならなかった。一方、本実施形態の半導体素子
実装用基板101では、予め金属線にてなる導電部材1
03を設けておくことから、従来の半導体素子実装用基
板2のように基材に孔をあけ該孔に導通部材を埋め込む
必要がないこと、後述するように半導体素子実装用基板
101では回路基板取付面105にエッチングにて配線
を施すことから、回路基板取付面105にランドを形成
する必要がない。よって、従来の半導体素子実装用基板
2のように導電部材103の配置間隔がランドの径によ
って支配されるというようなことはなくなる。したがっ
て、導電部材103の配置間隔を小さくすることが可能
となり、狭ピッチ多ピンのICに対応することが可能と
なる。
01において、図3に示すように、回路基板取付面10
5を越えて回路基板201側へ導電部材103を突出さ
せて突出部106を形成してもよい。尚、突出部106
は、外部電極端子としての機能を果たす。このように突
出部106を設けることで、導電部材103と回路基板
201に形成されたランド202との電気的接続に用い
る接合材料220、即ち一般的には半田が突出部106
に濡れ広がり、突出部106を伝って半導体素子実装用
基板101側に吸い上げられる。このように、突出部1
06を設けることで、接合材料220は、溶融状態にお
いて突出部106と回路基板201上のランド202と
の間でメニスカスを形成する。よって、半導体素子実装
用基板101における導電部材103の配置間隔を例え
ば0.3mmとしても、回路基板201において隣接す
るランド202間にて、例えばブリッジ等の不具合が発
生することを防ぐことができ、多ピンの半導体素子に対
応することができる。
うに、回路基板201に向かい先細りとした尖端形状と
することもできる。尚、該尖端形状としては例えば円錐
形状である。このように突出部106を尖端形状とする
ことで、突出部106とランド202との接触面積が小
さくなり、ランド202と突出部106との摩擦力が小
さくなるため、突出部106が溶融した半田220から
表面張力を受けることで、突出部106がランド202
上を容易に摺動することができる。よって、セルフアラ
インメント効果により、突出部106の先端部106a
がランド202の中央部に配置される。従って、配置間
隔が0.5mmであるランド202に対して、半導体素
子の回路基板201への実装の位置精度が±0.1mm
である場合でも、位置ズレを防ぐことができた。
に半円形状であって、回路基板201上の配線と電気的
に接合される接合ランド部120として形成することも
できる。このような接合ランド部120は、図6の
(a)〜(c)にて示すプロセスにて作成される。ま
ず、上述したように突出部106を形成する。次に、図
6の(b)に示すように、突出部106を所望の形状と
するように設計された金型121にセットし、上下より
圧力を加えて突出部106を金型の形状に変形させて、
接合ランド部120を成形する。このような接合ランド
部120は、導電部材103の径よりも大きくなる。よ
って、導電部材103が半導体素子実装用基板101か
ら衝撃などの力により脱落することを防止することがで
きる。又、回路基板201へ半導体素子実装用基板10
1を実装する際に使用される半田の形状は、半導体素子
実装用基板101に形成される接合ランド部120の形
状に左右されることが経験的に知られているため、接合
ランド部120を所望の形状に加工することで半導体素
子実装用基板101と回路基板201との十分な接合強
度を確保することができる。又、所望形状の接合ランド
部120を同時に多数にて加工することができるため、
製造リードタイムを短くすることができる。尚、上述の
ような導電部材103の先端を半円形状とすることで、
回路基板取付面105に対して導電部材103の先端が
なだらかに変化することから、熱膨張差などによる応力
集中が生じないため信頼性を向上させることができる。
路基板取付面105を越えて回路基板201側へ導電部
材103を突出させて形成してもよいし、以下に説明す
るように、回路基板取付面105側の基材102を除去
して導電部材103を突出させてもよい。即ち、図2に
示すように、半導体素子実装用基板101の回路基板取
付面105と導電部材103の端面とが同一面となるよ
うに半導体素子実装用基板101を成形した後、基材1
02を所定の厚みにまで除去する。この除去方法とし
て、強アルカリ液を使用する方法、ドライエッチを行う
方法、サンドブラスト、バフ研磨を行う方法などがあ
る。これらの除去方法の選択は、基材102に使用され
る樹脂材によって異なる。例えば、基材102にエポキ
シ樹脂を用いた場合には、RIE(反応性イオンエッチ
ング)法を用い、雰囲気気体としてCl2を50scc
m、30mTorr、出力300Wの条件にてドライエ
ッチを行なうことで基材102のみをエッチングするこ
とができる。これにより、基材102のみが除去される
ことになり、基材102を成形後に所定寸法に切断し、
半導体素子実装用基板101に突出部106を形成する
ことが可能となった。従って、形成された半導体素子実
装用基板101のままでは所望の接合強度が得られない
場合であっても、半導体素子実装用基板101における
上記接合ランド部の形状を加工することで所望の接合強
度を得ることができる。
板101の製造方法を説明する。図7に示すステップ1
01において、導電部材103を金型内にセットする。
尚、この工程は、半導体素子取付面104と回路基板取
付面105との導通部の形成を行うためのものであり、
図23に示す従来の半導体素子実装用基板2の製造プロ
セスのステップ14における、セラミックグリーンシー
トへのパンチングによる穴加工に対応するものである。
本実施形態においては、一度に導電部材103をグリッ
ド状に65個形成した。次に、ステップ102にて、基
材102を形成するように上記金型内に上述した樹脂材
を各導電部材103間にも充填されるように注入して、
半導体素子実装用基板101を成形する。この後、ステ
ップ103にて、半導体素子実装用基板101の半導体
素子取付面104及び回路基板取付面105上に配線を
施す。図23に示す製造工程と図7に示す製造工程とを
比べても明らかなように、本実施形態における半導体素
子実装用基板101の製造工程は非常に簡略化すること
ができる。よって、半導体素子実装用基板101を低コ
ストにて製造することができる。
2とステップ103との間に、ステップ104として、
成形した半導体素子実装用基板に対して機械加工を施す
工程を追加するのが好ましい。尚、ステップ104にお
ける上記機械加工として、例えば、上記半導体素子実装
用基板を所望の大きさに切断する加工がある。即ち、図
9に示すように、ステップ101及びステップ102を
経て成形された、2点鎖線にて示す半導体素子実装用基
板の基材塊107を、切断線108にて切断すること
で、成形の際に使用する金型の制約なしに半導体素子実
装用基板101の形状を決定することができる。本実施
形態においては、17×12mmの金型にて基材塊10
7を成形した後、ステップ104にて15×6mmの矩
形に機械加工した後、ステップ103にて半導体素子取
付面104及び回路基板取付面105上に配線を施し
た。
7を成形した場合、切断線108にて層状をなすように
切断することもできる。この場合、切断後の半導体素子
実装用基板101における半導体素子取付面104及び
回路基板取付面105には、導電部材103が露出する
ことになる。このような切断方法としては、ワイヤカッ
ト、メタルソーによる切断などが挙げられるが、切断面
の精度、生産性を考慮した場合、研削切断が望ましい。
本実施形態では、人造ダイヤモンドの砥粒を付着させた
ブレードを8000rpmで回転させて切断した。所定
の厚みに基材塊107を切断した後、上述のように、半
導体素子実装用基板101の半導体素子取付面104及
び回路基板取付面105の必要部分に配線を施す。尚、
上述の説明及び図10では、基材塊107から複数の半
導体素子実装用基板101を切り出す場合を示すが、も
ちろん、一枚の半導体素子実装用基板101を切り出し
てもよい。このように、従来に比べ製造工程が簡略化さ
れて製造される基材塊107に対して、単に切断動作を
加えるだけで、一つの基材塊107から連続的に複数枚
の半導体素子実装用基板101を製作することができる
ことから、本実施形態における半導体素子実装用基板の
製造方法は、製造リードタイムを短く、かつ低コストを
実現するができる。
する上記樹脂材との密着性、接着性をより良くした半導
体素子実装用基板101について説明する。半導体素子
における回路形成面に形成されている回路は、シリコン
あるいはアルミ蒸着膜で作成されることが多く、水分や
イオンなどに対して極めて弱い性質を持つ。このため、
半導体素子を実装する場合、該半導体素子を封止するの
が一般的である。しかしながら、半導体素子実装用基板
101における導電部材103と上記樹脂材との密着性
又は接着性が悪い場合には、その界面から水分が侵入
し、信頼性試験、特にPCT(プレッシャー・クッカー
・テスト)試験に耐えられない場合がある。このため、
導電部材103と上記樹脂材とを十分に密着、接着させ
るための接合層が必要となる。そこで本実施形態では、
図11に示すように、導電部材103において上記樹脂
材との接触面103aに密着力増加剤109を塗布し
た。このように密着力増加剤109を塗布することで接
触面103aと基材102との密着性、接着性が向上
し、接触面103aへの水分やイオンの侵入を防ぐこと
ができる。尚、密着力増加剤109として、本実施形態
では半導体封止用の樹脂を用いた。導電部材103に密
着力増加剤109を塗布した半導体素子実装用基板10
1の信頼性試験の結果を表1に示す。
に密着力増加剤109を塗布することで断線が生じず、
信頼性が向上する。尚、密着力増加剤109は、上述の
半導体封止用の樹脂材に限られず、導電部材103と基
材102との接着性、密着性が向上するものであればよ
い。又、導電部材103と基材102との接着性、密着
性を向上させるため、密着力増加剤109の塗布に代え
て、導電部材103における基材102との接触面に粗
面化処理を施してもよい。
体素子実装用基板101への配線の形成方法について説
明する。図12には、半導体素子実装用基板101の半
導体素子取付面104部分の断面の模式図を示す。図1
2に示すように、半導体素子取付面104上に導体膜1
22を形成する。尚、半導体素子実装用基板101の基
材102として使用される樹脂材には、本実施形態では
住友化学工業(株)社製LCPスミカスーパーE651
0Pを用い、半導体素子取付面104に酸及びアルカリ
処理にて上記導体膜122をメッキ処理した。該メッキ
処理により、半導体素子実装用基板101の基材102
における半導体素子取付面104には、図12に示すよ
うに、微小な凹部123が形成される。この凹部123
に析出した導体のアンカー効果により導体膜122と基
材102との密着力を確保することができた。また、導
体膜122と導電部材103との界面124では金属結
合が形成され、強固な接合を得ることができた。このよ
うな導体膜122をエッチングすることで配線が行われ
る。又は、配線部分にのみ導体膜122をメッキしても
よい。
により配線を施す場合が示されている。図13において
は125はマスク、126はスキージ、127は導電性
ペーストで、本実施形態においてはエポキシ系の樹脂に
銅粉を分散させた導電性ペーストを用いた。尚、導電性
ペースト127の樹脂材として、本実施形態では日本石
油化学(株)社製LCPザイダーG330を用いた。図
13に示すような印刷法により、半導体素子取付面10
4及び回路基板取付面105上に配線を形成した後、加
熱して導電性ペースト127の樹脂材を硬化させること
で配線工程を終了させた。導電性ペースト127の樹脂
材の適正な粘度は配線ピッチによってその範囲が異なる
が、所望の粘度に調節することで、にじみやショートな
どの不良を無くすことができた。この方法により形成さ
れた配線に不良は見られなかった。又、非メッキグレー
ドの樹脂材に対しても配線の密着強度を得ることができ
た。尚、本実施形態においては、エポキシ系の樹脂材に
銅粉を分散させた導電性ペースト127を用いたが、例
えば真空冶金(株)社製独立分散超微粒子を用いた焼結
型のペーストを用いても同様の結果を得ることができ
る。このような導電性ペースト127を使用した配線方
法では、上述した導体膜122のメッキが不可能な基材
102に対しても導体を形成することができ、上記メッ
キの可能性を考慮することなく、所望の特性を有する樹
脂材を基材102の材料として選択することが可能とな
り、幅広い半導体素子を実装することが可能となる。
を成形するための金型について説明する。図14は、金
型の一壁面を構成する板材であって、導電部材103の
軸方向の一端を保持した第1保持板110の平面図であ
る。尚、図14において、導電部材103は紙面に対し
て直交方向に延在するものであり、基材102を形成す
る樹脂材112を当該金型内に注入するための注入口1
11が、該第1保持板110を上記直交方向に貫通して
設けられている。注入口111は、図示するように、一
つの導電部材103を中心として該導電部材103に対
して対象となる位置に複数配置される。各導電部材10
3に対して上述のように注入口111を配置することに
より、導電部材103の側面に沿って樹脂材112が流
入することから、樹脂材112の注入により導電部材1
03がその軸方向に対して直交する方向に力を受けるこ
とは少ない。よって、導電部材103は取り付けられた
位置の精度を保ったまま、基材102内に埋設すること
ができる。従って、単一の注入口から上記樹脂材112
を金型内に流入させた場合に比べて、導電部材103の
位置ずれを10%以下に抑えることができた。よって、
半導体素子実装用基板101の製造歩留まりを向上させ
ることができる。
方向に流れる上記樹脂材112の挙動を示したもので、
樹脂材112は、矢印113にて示す方向に流れる。樹
脂材112は、注入口111から金型内に入った後、径
を拡げながら流れる。このため、樹脂材112の粘性と
流入速度に依存する力によって導電部材103はかかり
位置ズレを起こそうとする。しかし、図15より明らか
なように、導電部材103は、樹脂材112のファウン
テンフローによる伸長応力の影響を受けないため、その
周囲から均等で静水圧的な力が与えられる。よって、樹
脂材112の流入による導電部材103の位置ズレをを
抑えることができる。
電部材103の位置ずれを、より効果的に押さえる機構
を示している。図16において、導電部材103の軸方
向に可動であり当該金型の一壁面を構成する第2保持板
114に、導電部材103の他端は保持される。第2保
持板114には以下に説明する作用を行う圧力調整機構
115が取り付けられる。圧力調整機構115は、上記
第1保持板110と第2保持板114とによって両端が
保持された導電部材103が樹脂材112の注入による
撓みや上記位置ずれを生じないように、導電部材103
に引張力を与えるものである。具体的には、圧力調整機
構115は、樹脂材112の注入力と圧力調整機構11
5の圧力との圧力差に応じて導電部材103の軸方向に
沿って第2保持板114を移動させるものである。尚、
圧力調整機構115の具体的な構造として、スプリング
や、板バネ等の弾性部材が使用できる他、圧縮性流体、
特に空気が経済的面や調整面で好ましい。このような圧
力調整機構115を設けることで、注入口111から金
型内に流入した樹脂材112が第2保持板114に圧力
を加えたとき、第2保持板114は移動するため、導電
部材103に張力を加えることになる。よって、上記張
力により導電部材103の撓みを小さくすることができ
る。又、第2保持板114は可動であることから樹脂材
112の注入により導電部材103に作用する引張力を
調整できることから、樹脂材112の射出圧力を上昇さ
せることも可能となる。又、第2保持板114に導電部
材103に対する加圧機構をとりつけ、導電部材103
を順次金型内へ送り込むとともに圧力調整機構115を
段階的に図内の右方向へ移動させることで、順次所定の
長さだけ成形することが可能となるため、フープ成形の
如く連続的に成形することが可能である。
明する。図17に示す金型では、図14及び図16を参
照して説明した金型の場合に比べ樹脂材112の注入口
の配置場所が異なる。即ち、図17に示す金型では、樹
脂材112の注入口118は、導電部材103の一端を
保持する第3保持板116の近傍に設けられ、樹脂材1
12が導電部材103と第3保持板116との保持部分
に向かい、かつ第3保持板116の中心部に向けて流れ
るような角度にて設けられる。又、注入口118は、第
3保持板116を平面的に見たとき、対向する少なくと
も2箇所に配置される。尚、注入口118の上記角度、
配置位置及び開口径は、導電部材103に加わる力を減
少させる作用を負うもので、樹脂材112の溶融粘度と
固化速度に依存するものである。
で、図17に矢印119にて示すような流れに沿って樹
脂材112が金型内の空間117へ流入する。よって、
導電部材103の軸方向に対してほぼ直交する方向から
注入される樹脂材112に対して、導電部材103の位
置ずれを抑えることができる。このことは、例えば片持
ちはりのたわみ量を考えれば、以下のように考えられ
る。片持ちはりの固定端からの位置xにおけるたわみ量
yは等分布荷重pがはりに与えられているとして、 y=px4/8EI と表すことができる。ここで、Eは導電部材103のヤ
ング率、Iは導電部材103の断面二次モーメントであ
る。この等分布荷重pは流体に対しては抗力なる力にて
与えられ、この抗力をDで表せば、 D=CDρV2S/2 となる。ここで、CDは物体の抗力係数と呼ばれる数値
であり、その形状に依存する無次元数である。ρは流体
の密度、Vは流体の速度、Sは導電部材103の流体の
流れに垂直な面への投影面積である。流体は樹脂材11
2であるからその密度は1と見積ることができる。した
がって導電部材103のたわみ量yは y=CDρV2Sx4/16EI となる。したがって流体である樹脂材112を可能な限
り第3保持板116の近傍の導電部材103の保持部分
に向けて流入させることで、導電部材103の撓みを小
さくすることができる。尚、樹脂材112が充填される
空間117における導電部材103の長さを短くするこ
とでも同様の効果を得ることができる。上述の説明で
は、片持ちはりの例を取り上げたが、両端固定はりの場
合でも、分母の8が384となるだけであり原理として
は同様のことである。又、図17に示すように注入口1
18を設けた場合と、注入口を1箇所に設けた場合とに
おける、導電部材の位置ずれの量を表2に示す。
合の方がずれ量が少なく良好であることが分かる。
体素子実装用基板101の製造方法、並びに図14〜図
17を参照して説明した半導体素子実装用基板101の
基材102を成形するための金型においては、いずれも
導電部材103を予めセットする場合を示しているが、
以下に説明するように、まず導電部材103を挿入する
穴を形成した後、該穴に導電部材103を挿入して半導
体素子実装用基板を製造することもできる。即ち、所望
の大きさの空間を持つ金型内に所定の寸法の柱を立設す
るか、又は所定の寸法の柱を有する金型を用意し、半導
体素子実装用基板に要求される成形条件によって、上記
空間内に樹脂材112を注入する。しかる後に固化した
樹脂材112のみを金型内から取り出す。このようにし
て穴があいた基材が形成されることになる。この後、上
記基材に形成された上記穴に対して該穴と同寸法の導電
部材を挿入するか、又は導電性のペーストを充填する。
上記導電部材又は導電性ペーストが半導体素子実装用基
板の半導体素子取付面側から回路基板取付面側へ電気信
号を伝える経路となる。従来は半導体素子実装用基板を
構成する1つの層状板について1穴づつ加工して導通部
を形成していたが、上述した製造方法を用いることで、
複数の上記穴を一度に形成することが可能となり、穴加
工コストを低く抑えることができる。又、穴を形成する
ための上記柱は金型に固定されているため、従来のパン
チング工法にて生じる位置ズレがなく、精度良く導通部
を形成すことができる。
記穴の内壁を含む上記基材の全ての表面に一度導体をメ
ッキする。この後、必要な部分の導体を残しその他の導
体をエッチングなどの方法にて除去することで配線をす
ることができる。このような方法においては、従来のプ
リント配線板に使用していたメッキ設備が使用できるた
め、設備投資の必要がなくなる。
1を使用して該半導体素子実装用基板101の半導体素
子取付面104に半導体素子を取り付け、電気的に接続
して形成される、半導体装置130について図18〜図
20を参照して説明する。まず、半導体素子131につ
いて、図20のステップ111にて、半導体素子131
の回路形成面132に形成された電極部133上に突起
電極134が形成される。ステップ112にて、それぞ
れの突起電極134についてレベリングが行われ、ステ
ップ113にてそれぞれの突起電極134に導電性ペー
スト135が転写される。導電性ペースト135が転写
後、ステップ114にて、半導体素子131の回路形成
面132を半導体素子実装用基板101の半導体素子取
付面104に対向させる。一方、図18に示すように、
半導体素子実装用基板101の半導体素子取付面104
には、上述したように配線128及びランド129が形
成されている。よって、ステップ115にて、半導体素
子実装用基板101のランド129と、半導体素子13
1の突起電極134とが導電性ペースト135を介して
電気的に接続される。ステップ116では、導電性ペー
スト135が硬化される。このようにして半導体素子実
装用基板101の半導体素子取付面104側に半導体素
子131が実装される。そして、ステップ117にて、
半導体素子131は半導体素子取付面104に封止剤1
36にて封止され、ステップ118にて封止剤136が
硬化される。そして半導体素子実装用基板101上に複
数の半導体素子131が実装された場合には、ステップ
119にて、各半導体素子131間にて半導体素子実装
用基板101の厚み方向に切断される。このようにして
半導体装置130が形成される。尚、半導体装置130
は、半導体素子実装用基板101の回路基板取付面10
5に形成されているランド136と回路基板201に形
成されているランド202とを導電性の接合材料220
にて接続することで、図示するように回路基板201に
取り付けられる。
は、上述したように製造コストが安価であり製造リード
タイムが短い半導体素子実装用基板101を使用するこ
とから、製造コストが安価であり製造リードタイムが短
い半導体装置を提供することができる。又、半導体素子
131と回路基板201との熱膨張率の不整合を半導体
素子実装用基板101が吸収するため、回路基板に直接
半導体素子を実装する場合に比べ、回路基板との接合信
頼性が向上する。又、KGD(ノウングットダイ)と呼
ばれる半導体素子の良否判別においても、半導体素子単
体ではその実施は困難であるが、半導体素子実装用基板
101を介在させ、半導体素子の電極ピッチを拡大する
ことで容易に実施することができる。さらに、上述のよ
うに半導体素子実装用基板101が低コストで製造でき
るため、半導体素子131が不良である場合にもロスコ
ストを低く抑えることができる。又、半導体素子実装用
基板101をKGDに使用するソケットとしても使用す
ることも可能である。尚、本実施形態では、半導体素子
131を突起電極134及び導電性ペースト135を介
在させて半導体素子実装用基板101に電気的に接続し
たが、半導体素子131と半導体素子実装用基板101
とをAuとAu、AuとSnの金属的な接合により電気
的に接続させてもかまわない。
用基板101の側面137の延長線に沿って封止剤13
6の端面136aが形成されるように封止剤136を注
入するのが好ましい。尚、このように封止剤136を注
入する場合、図19では封止剤136の上面136b
は、半導体素子131の上面131aと同一レベルとし
ているが、2点鎖線138にて示すように同一レベルと
しなくてもよい。このように構成された半導体装置14
0では、半導体素子131の回路形成面132を保護す
る封止剤136の厚みが従来の半導体装置の構造に比べ
て厚くなっているため、水分の侵入に対する抵抗力が強
い。よって、従来では信頼性試験で不良となっていたも
のでも信頼性試験を合格させることができ、水分に対す
る信頼性を向上させることができる。尚、表3に従来の
形態と本実施形態とのPCT試験結果の比較を示す。
半導体素子実装用基板並びに第2及び第3態様の半導体
素子実装用基板の製造方法によれば、基材は樹脂材にて
単層からなり、導電部材は樹脂材にてなる基材内を直線
状に貫通して延在する構造であり、かかる構造は、予め
導電部材を配列した金型内に上記樹脂材を注入すること
でなされることから、従来に比べ製造工程が簡略化で
き、従って低コストであって、製造リードタイムが短
く、その結果、生産性を向上させることができる。又、
上述のように上記導電部材は上記基材内を直線状に延在
することから、従来に比べて導通抵抗を低くすることが
でき、又、回路基板への実装上の信頼性を向上すること
ができる。又、上述のように上記導電部材は予め上記基
材内に設けられることから、回路基板取付面に従来のよ
うなランドを形成する必要がなくなり、導電部材の配置
間隔を従来より狭くすることができる。よって、多ピン
ICに対応が可能となる。
第5態様の半導体装置の製造方法によれば、上述した半
導体素子実装用基板を使用することから、従来に比べ製
造工程が簡略化でき、従って低コストであって、製造リ
ードタイムが短く、その結果、生産性を向上させること
ができる。又、多ピンのICにも対応可能であり、回路
基板への実装上の信頼性を向上することができる。
の構造を示す断面図である。
と回路基板との電気的接続部分における一構成例を示す
断面図である。
と回路基板との電気的接続部分における他の構成例を示
す断面図である。
と回路基板との電気的接続部分におけるさらに他の構成
例を示す断面図である。
板の構造を示す断面図である。
子実装用基板に形成される接合ランド部の形成方法を説
明するための図である。
の一例を示すフローチャートである。
の他の例を示すフローチャートである。
の一例を説明するための、半導体素子実装用基板の斜視
図である。
法の他の例を説明するための、基材塊の斜視図である。
材と基材との間に密着力増加剤を設けた場合を示す断面
図である。
に配線を施す際に、導体膜を形成した場合を示す半導体
素子実装用基板の断面図である。
に配線を施す方法を説明するための図である。
る際に使用する金型の第1保持板を示す平面図である。
る際に使用する金型内において樹脂材の流れ方を示す図
である。
る際に使用する金型の第2保持板及び圧力調整機構を示
す図である。
る際に使用する金型の他の例を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
面図である。
方法を示すフローチャートである。
る。
チャートである。
示すフローチャートである。
…導電部材、104…半導体素子取付面、105…回路
基板取付面、106…突出部、107…基材塊、109
…密着力増加剤、110…第1保持板、111…注入
口、112…樹脂材、114…第2保持板、115…圧
力調整機構、116…第3保持板、118…注入口、2
01…回路基板。
Claims (27)
- 【請求項1】 フリップチップ実装方法にて半導体素子
が取り付けられ電気的に接続される半導体素子取付面
(104)と、上記半導体素子取付面に対向し回路基板
に取り付けられる回路基板取付面(105)とを有し、
電気的に絶縁性を有する樹脂材(112)により単層に
て形成される基材(102)と、 上記半導体素子取付面及び上記回路基板取付面にほぼ直
交し上記基材内を直線状に貫通して延在し、上記半導体
素子と上記回路基板とを電気的に接続する導電部材(1
03)と、を備えたことを特徴とする半導体素子実装用
基板。 - 【請求項2】 上記導電部材は金属線にてなる、請求項
1記載の半導体素子実装用基板。 - 【請求項3】 上記導電部材は、Cu,Au,Al,A
g,Pd,Ptの内の1種、又はこれらの内の1種を主
成分とする合金からなる、請求項1又は2記載の半導体
素子実装用基板。 - 【請求項4】 上記樹脂材は、250℃以上の耐熱性を
有し、かつ15ppm以下の熱膨張率を有する液晶ポリ
マー材である、請求項1ないし3のいずれかに記載の半
導体素子実装用基板。 - 【請求項5】 上記導電部材は上記回路基板取付面と同
一面上に位置し外部電極端子となる端面を有する、請求
項1ないし4のいずれかに記載の半導体素子実装用基
板。 - 【請求項6】 上記導電部材は上記回路基板取付面より
突出する突出部(106)を有する、請求項1ないし4
のいずれかに記載の半導体素子実装用基板。 - 【請求項7】 上記突出部は尖端形状にてなる、請求項
6記載の半導体素子実装用基板。 - 【請求項8】 フリップチップ実装方法にて半導体素子
が取り付けられ電気的に接続される半導体素子取付面
(104)と、上記半導体素子取付面に対向し回路基板
に取り付けられる回路基板取付面(105)とを有し、
電気的に絶縁性を有する樹脂材(112)により単層に
て形成される基材(102)と、 上記半導体素子取付面及び上記回路基板取付面にほぼ直
交し上記基材内を直線状に貫通して延在し、上記半導体
素子と上記回路基板とを電気的に接続する導電部材(1
03)と、を備えた半導体素子実装用基板(101)の
製造方法において、 上記導電部材を金型内に配列した後、上記基材を形成す
る上記樹脂材を上記金型内に注入して、上記導電部材と
上記樹脂材とを一体的に成形することを備えたことを特
徴とする半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項9】 上記成形後、上記基材の上記半導体素子
取付面及び上記回路基板取付面に上記導電部材と電気的
に接続される配線を形成する、請求項8記載の半導体素
子実装用基板の製造方法。 - 【請求項10】 上記基材の外面は、上記成形後上記配
線が形成される前に機械加工がなされる、請求項9記載
の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項11】 上記基材は、上記導電部材が配列され
た金型内に上記樹脂材が注入されて成形された基材塊
(107)を、上記導電部材の軸方向に対して直交方向
に沿って切断して形成される、請求項8ないし10のい
ずれかに記載の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項12】 上記導電部材と上記樹脂材との接触面
(103a)は、上記導電部材を金型内に配列する前
に、上記導電部材と上記樹脂材との密着力を増すために
粗面化処理を行う、請求項8ないし11のいずれかに記
載の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項13】 上記粗面化処理に代えて上記接触面に
は密着力増加剤(109)を塗布する、請求項12記載
の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項14】 上記樹脂材は、一つの導電部材につい
て該導電部材を中心として対象に配置された少なくとも
2つの注入口(111)から上記導電部材の軸方向に沿
って流れるように注入される、請求項8ないし13のい
ずれかに記載の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項15】 上記金型は、上記導電部材の軸方向の
一端を保持しかつ上記導電部材の軸方向に沿って延在す
る上記注入口を備えた第1保持板(110)と、上記導
電部材の他端を保持し上記軸方向に可動である第2保持
板(114)と、注入された樹脂材による上記導電部材
の軸方向への伸縮に応じて上記第2保持板を上記軸方向
に移動可能とし上記導電部材にたわみが発生するのを抑
制する圧力調整機構(115)と、を備えた、請求項1
4記載の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項16】 上記樹脂材は、上記金型に保持された
上記導電部材の軸方向の一端の近傍に設けられた複数の
注入口(118)から上記一端近傍に向かって注入され
た後、上記導電部材の軸方向に沿って流れる、請求項8
ないし13のいずれかに記載の半導体素子実装用基板の
製造方法。 - 【請求項17】 フリップチップ実装方法にて半導体素
子が取り付けられ電気的に接続される半導体素子取付面
(104)と、上記半導体素子取付面に対向し回路基板
に取り付けられる回路基板取付面(105)とを有し、
電気的に絶縁性を有する樹脂材(112)により単層に
て形成される基材(102)と、 上記半導体素子取付面及び上記回路基板取付面にほぼ直
交し上記基材内を直線状に貫通して延在し、上記半導体
素子と上記回路基板とを電気的に接続する導電部材(1
03)と、を備えた半導体素子実装用基板(101)の
製造方法において、 上記半導体素子取付面と上記回路基板取付面とを貫通す
る貫通孔を形成するように上記樹脂材を金型に注入して
上記基材を成形した後、上記貫通孔に上記導電部材を設
けることを備えたことを特徴とする半導体素子実装用基
板の製造方法。 - 【請求項18】 上記導電部材を設けた後、上記基材の
上記半導体素子取付面、上記回路基板取付面、及び上記
貫通孔の内壁面に配線を形成する、請求項17記載の半
導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項19】 上記基材は、上記貫通孔を有して成形
された基材塊を上記貫通孔の延在方向に対して直交方向
に沿って切断して形成される、請求項17又は18記載
の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項20】 上記導電部材が上記回路基板取付面よ
り突出した突出部(106)を形成した後、上記回路基
板と接合するランド部を形成するため上記突出部分の塑
性加工を行う、請求項8又は17記載の半導体素子実装
用基板の製造方法。 - 【請求項21】 上記突出部分の形成は、上記基材と厚
みと上記導電部材の長さとを同一とした後、厚み方向に
上記基材のみを除去することでなされる、請求項20記
載の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項22】 上記基材の除去は、ウェットエッチン
グ、ドライエッチング、サンドブラスト、機械加工のい
ずれかにより行う、請求項21記載の半導体素子実装用
基板の製造方法。 - 【請求項23】 上記配線の形成は、上記基材上に導体
をメッキした後、エッチングにより配線を施す、又は配
線が必要な部分にのみメッキを行うことでなされる、請
求項9又は18記載の半導体素子実装用基板の製造方
法。 - 【請求項24】 上記配線の形成は、上記基材上に導電
性のペーストを印刷し加熱することでなされる、請求項
9又は18記載の半導体素子実装用基板の製造方法。 - 【請求項25】 請求項1に記載の半導体素子実装用基
板の半導体素子取付面に半導体素子を取り付けて電気的
に接続して封止したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項26】 上記半導体素子の封止は、上記半導体
素子実装用基板の厚み方向にほぼ平行な上記半導体素子
実装用基板の側面(137)に沿って封止剤の端面を形
成してなされる、請求項25記載の半導体装置。 - 【請求項27】 請求項1に記載の半導体素子実装用基
板の半導体素子取付面に複数の半導体素子を取り付けて
電気的に接続する工程と、 取り付けられた複数の半導体素子を封止用樹脂にて同時
に封止する工程と、 上記半導体素子実装用基板と上記封止用樹脂とを上記半
導体素子間で切断する工程と、を備えたことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
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