JP2004356138A - 配線基板の積層構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】ベアチップ半導体素子をフリップチップ実装してなる複数のプリント配線基板を接続して積層する場合に、はんだボールによる電極数を増やし、400ピン以上の多ピン化に対応できるようにする。
【解決手段】前記の上下相対向するプリント配線基板2の間隔の約2分の1の直径で、コア部5aが銅若しくは樹脂材料からなり、外皮がはんだ層5bにて覆われたはんだボール5を2個垂直に積み重ねる。これにより、たとえば、半導体素子1の厚みが150μmで、10mmの半導体素子を15mmのプリント配線基板にフリップチップ実装した半導体装置を想定した場合、約1200端子以上の電極形成が可能となる。更に、前記はんだボール5を搭載する為の電極パッド4の表面に3個以上の略円柱状の突起部を有することで、はんだボール脱落防止と接続強度向上が図れる。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線基板積層型半導体装置等に適用される配線基板の積層構造であって、ベアチップ半導体素子が各々搭載された複数の配線基板、すなわちプリント配線基板が、お互いに通電部材を用いて接続して積層した積層構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話や携帯情報端末の急速な普及の原動力として、機器の飛躍的な小型化を可能とする半導体装置の小型・高密度実装が挙げられる。また同時に、携帯電話に代表される携帯情報機器では、高機能化が進むほど商品サイクルが短くなってきており、前記半導体装置の開発期間の短縮も大きな課題になってきている。
【0003】
このような状況の中で、最近特に、必要な半導体素子を複数組み合わせ、1パッケージ化した半導体装置、いわゆるSystem in Package(以下、「SIP」と記す)と称される半導体装置が注目を集めている。
【0004】
この背景には、SIPが開発期間短縮に有利であることが挙げられる。即ち、仮にシステムの中で、一部に機能変更・機能追加が生じた場合、従来の1チップLSIから成る半導体装置では、全面的に設計や製造プロセスを見直す必要があり、膨大な開発期間と費用を要していたのに対し、SIPで構成されるシステムであれば、一部の半導体素子の種類変更や追加、および若干のプリント配線基板の変更等により、短期間での商品化が可能であるからである。
【0005】
SIPには様々な構造や形態が存在するが、中でもベアチップ半導体素子をフリップチップ実装にて直接プリント配線基板に搭載し、更にそれらのプリント配線基板を複数個接続して積層したことにより、小型・薄型化を図った形態のSIPが盛んに開発されている。
【0006】
一例として、図10に複数のプリント配線基板802を積層した構造のプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP800の断面模式図を示した。図10において、図の中段に配置されたプリント配線基板802には、上下両面に金バンプ等の金属突起電極803を介してベアチップ半導体801がフリップチップ接続され、上段と下段に配置されたプリント配線基板802には、前記中段のプリント配線基板802の上下両面に対向する面にそれぞれ金バンプ等の金属突起電極803を介してベアチップ半導体801がフリップチップ接続されている。
【0007】
そして、前記複数のプリント配線基板802は、各プリント配線基板802の電極パッド804間に配置されたはんだボール805を介して、相互に接続して積層しており、これにより実装面積の小さいプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP800を実現している。
【0008】
このとき、上下に対向するベアチップ半導体素子801は、互いに接触することがないように配置されるか(図示せず)、若しくはベアチップ半導体素子801間に絶縁性樹脂806が充填される。また、下段のプリント配線基板802の下側には、複数の搭載用はんだボール807が電極パッド808上に接続され、電子機器側のプリント配線基板(図示せず)と接続される。
【0009】
近年のLSIの高機能化・多機能化に伴い、ベアチップ半導体素子801自体の大きさも大きく、かつ電極端子数も増加する傾向にあり、約10mm以上で、400端子以上のベアチップ半導体素子801が搭載される場合も多くなってきている。このような状況に対し、前記プリント配線基板802を接続して積層した構造の前記プリント配線基板積層型半導体装置であるSIP800において、小型化と多端子化を両立する為には、プリント配線基板802上の隣り合うはんだボール805の中心間隔を狭くし、単位面積当たりのはんだボール805の搭載数を増やす必要がある。
【0010】
図11は図10に示したプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP800の断面の内、矢印XIで示す二点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。この図11において、前記の複数のプリント配線基板802を接続する為のはんだボール805の直径Db2は、図10のベアチップ半導体素子801の厚み2個分の約1.3倍程度は必要である。従って、ベアチップ半導体素子801の厚みが150μmの場合、図11に示はんだボール805の直径Db2は約390μm程度必要である。また、前記プリント配線基板802に使用される銅箔の厚さが18μmの場合、上下のプリント配線基板802相互の間隔Hは約400μm程度となる。
【0011】
また、はんだボール805の外形公差、および搭載の精度から、隣り合うはんだボール805の中心間隔P2は、はんだボール805の直径Db2の1.6倍乃至1.7倍程度必要である。従って、前記したようにはんだボール805の直径Db2が約390μmの場合には、隣り合うはんだボール805の中心間隔P2は、約650μm程度離して搭載する必要があり、隣り合うはんだボールの間隔G2は260μmとなる。
【0012】
【特許文献1】
特開2001−36250号公報。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の技術を用いた場合、例えば、外形寸法が15mmのプリント配線基板802に、外形寸法が10mmで厚さ150μmのベアチップ半導体素子801をフリップチップ実装し、図10のようなプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP800を構成する場合、直径Db2が400μmのはんだボール805を、隣り合うはんだボール805の中心間隔P2が650μmと想定し、ベアチップ半導体素子801の配置範囲外に配置した場合、搭載可能なはんだボール805の最大数は290個以下となり、前述のように400端子クラスのベアチップ半導体素子への適用は不可能であった。
【0014】
尚、当然のことながら、ベアチップ半導体素子801の厚みを更に薄くすることにより、はんだボール805の直径Db2、およびはんだボール805の中心間隔P2ともに小さくすることが可能となり、扱える端子数は増やすことが可能ではある。しかし、ベアチップ半導体素子801は、特に150μm以下の厚みにする場合に、後工程での破損が発生し易くなり、これを防止する為に、裏面に擦り傷が入らないよう慎重に研磨する必要がある為、多大な作業時間を要する。更に、150μm以下に薄くなったベアチップ半導体素子801は、フリップチップ接続工程等の後工程でのハンドリング性が著しく損なわれる。
【0015】
【発明の目的】
本発明の目的は、ベアチップ半導体素子がフリップチップ接続された配線基板、特に両面にフリチップ接続された配線基板を、はんだボール等の通電部材にて接続して積層した構造のプリント配線基板積層型半導体装置であるSIPにおいて、ベアチップ半導体素子の厚みを薄くすることなく、前記配線基板を相互に接続するはんだボール等の通電部材の中心間隔を従来の技術に依るSIPの約半分にでき、結果として、はんだボールの数を4倍以上搭載可能な構造とし、小型化と多端子化を両立したプリント配線基板積層型半導体装置であるSIPを提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の問題点を解決する為に、以下の手段を提供する。
すなわち、複数のベアチップ半導体素子を組み合わせ、1パッケージ化したプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP等に用いられる配線基板の積層構造において、配線基板の電極間に配置されるはんだボール等の通電部材を、一つの電極に対して配線基板と垂直に2以上積み重ね、配線基板同士を接続したことを特徴としている。
【0017】
上記構成によれば、隣り合うはんだボール等の通電部材の中心間隔を狭くできることにより、配線基板間を接続するはんだボール等の通電部材の搭載個数を増加でき、小型化と多端子化を両立したプリント配線基板積層型半導体装置であるSIPを実現する積層構造を提供することができる。
【0018】
また、本発明では、通電部材として、たとえば配線基板間隔の約2分の1程度の小径のはんだボールを2個垂直に積み重ね、配線基板間を接続して積層する構造を特徴とする。
【0019】
上記構成によれば、配線基板間の間隔を必要最小限に留めることができ、積層方向の寸法の小型化を達成できる。
【0020】
また本発明は、はんだボール等の通電部材が載置される電極を略円形のパッドとし、その直径を、はんだボール等の配線基板に平行な断面の寸法の最大値の2分の1乃至3分の4程度とする。
【0021】
上記構成により、電極パッドの寸法の大形化を抑えながらも、略球形のはんだボールを安定した状態で電極パッドに搭載し、接続することができる。
【0022】
また、本発明は、前記電極パッドの表面の略外縁部の内側に複数、たとえば2個又は3個以上の微小な突起部を形成し、前記はんだボールの一端部を、前記突起部の間に挟むように搭載する。前記はんだボールは、たとえば粘着性フラックス材を介し前記電極パッドに搭載し、リフロー工程にて前記はんだボールの外皮を形成しているはんだ層を溶融し、前記電極パッドと接続する。
【0023】
上記構成によると、突起部ではんだボールを挟むことにより、容易に位置ずれすることなく配線基板の所定位置にはんだボールを保持し、電極パッドに接続でき、また複数の配線基板同士も接続して積層することができる。
【0024】
前記微小な突起部は、好ましくは、略円柱形に形成され、直径が前記電極パッドの直径の5分の1乃至3分の1程度で、高さが突起部を含めた電極パッドの全高の4分の1乃至2分の1程度とする。
【0025】
また、前記微小な突起部は、配線基板にプリントされる配線パターンと同一の銅箔材料からなる場合はエッチング法により、異なる材料からなる場合にはめっき法によって形成される。
【0026】
また本発明は、前記はんだボールを略球状にすると共に、中心部のコア部と、前記コア部の表面を被覆して外皮を形成するはんだ層との少なくとも2種類以上の材質からなる構造を含み、コア部は、略球状の銅または樹脂材料からなることを特徴とする。
【0027】
上記構成によると、はんだボールを2個垂直に積み重ね、複数の配線基板を接続して積層する為に熱を加え、はんだボールの外皮を形成するはんだ層を溶融させても、コア部によりはんだボールの形状が保持され、はんだボールの外皮を形成しているはんだ層のみが溶融する。したがって、はんだボールが潰れることなく配線基板間の間隔を一定に保つことができ、上下に対向するベアチップ半導体素子の裏面が接触しない位置を保持できるので、前記ベアチップ半導体素子の裏面間に絶縁性樹脂の充填が不要となる。
【0028】
前記コア部の直径は、はんだボールの直径の4分の3以上とすることが好ましい。
【0029】
また本発明で、前記はんだボールのコア部の表面を被覆して外皮を形成してなるはんだ層は、本発明によるプリント配線基板積層型半導体装置と、前記プリント配線基板積層型半導体装置であるSIPを搭載してなる電子機器側の配線基板との接続に用いられるはんだ材料の融点よりも高融点なはんだ材料からなることを特徴とする。
【0030】
上記構成によれば、プリント配線基板積層型半導体装置を電子機器側の配線基板に、はんだ材料にて接続して搭載する場合であっても、前記配線基板積層型半導体装置であるSIPを構成する複数の配線基板間の接続を担うはんだボールの外皮を形成してなるはんだ層が再溶融することがなく、積層された配線基板相互の接続性と積層構造を維持できる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[プリント配線基板積層型半導体装置の構造]
図1は本発明の実施の一形態を示し、プリント配線基板積層型半導体装置であるSIPの断面模式図である。図1に示す半導体装置は、複数枚の配線基板、たとえば3枚のプリント配線基板2を上下方向に積層し、プリント配線基板2間をそれぞれ複数の金属電極により接続した構造を一例として示している。中段に配置されたプリント配線基板2には上下両面にベアチップ半導体素子1をフリップチップ実装しており、上段と下段に配置された各プリント配線基板2には、前記中段のプリント配線基板2に対向する面にそれぞれベアチップ半導体素子1をフリップチップ実装してある。各ベアチップ半導体素子1のプリント配線基板2への実装面にはそれぞれ電極パッド(図示せず)が形成されており、各電極パッドには、予め金めっき法等によって高さ数μm乃至20μm程度の高さの金属突起電極3が形成されている。
【0032】
プリント配線基板2間を接続する金属電極は、2個の通電部材5をプリント配線基板2と垂直に積み重ねることにより構成してある。該実施の形態では、通電部材としてはんだボール5を用いており、当該はんだボール5は、銅からなる略球形のコア部5aと、該コア部5aを覆う外皮としてのはんだ層5bから構成されている。以下、前記通電部材を「はんだボール」と称して説明する。なお、本明細書において「垂直」と表現する場合は「鉛直」という狭い意味ではなく、プリント配線基板2に対し直角であることを意味している。
【0033】
図1の下段のプリント配線基板2の下面には、さらに、電子機器側のプリント配線基板(図示せず)と接続する為の複数の搭載用はんだボール7が配置され、当該搭載用はんだボール7は電極パッド8を介して前記下段のプリント配線基板2に固定されている。
【0034】
図2は、図1のプリント配線基板2間を接続するためのはんだボール5の一つとその搭載部分の拡大縦断面図(図4のII−II断面に相当する図)であって、リフロー工程前の状態を示している。この図2において、プリント配線基板2の表面には複数の円板状電極パッド4が設けてあり、当該電極パッド4の表面には複数の略円柱状の微小な突起部4aが形成されると共にフラックス6が設けられており、当該フラックス6を介して前記はんだボール5を電極パッド4上に搭載してある。
【0035】
なお、はんだボール5は、図1で説明したように、たとえば上段のプリント配線基板2では下面に搭載され、下段のプリント配線基板2では上面に搭載され、中段のプリント配線基板2では上下両面に搭載されるので、「上」「下」等の表現による錯誤を避けるために、図2に示すようにはんだボール5が搭載されるプリント配線基板側をはんだボール5の底部側とし、その端縁5cを「底部側の端縁」と称し、底部側と反対側を頂部側とし、その端縁5dを「頂部側の端縁」と称することとする。
【0036】
はんだボール5のコア部の直径Dc1は、はんだボール5の直径Db1の4分の3以上が好ましく、具体例として、はんだボール5の直径Db1が200μm程度の場合、コア部の直径Dc1は150μm程度となり、はんだ層5bの厚さは片側で約25μm程度となる。
【0037】
電極パッド4の表面には、約5μm程度のニッケルめっき処理、および約0.5μm程度の金めっき処理が施されている。電極パッド4の直径Dp1は、はんだボール5の直径Db1の2分の1乃至3分の2程度の大きさが好ましく、具体例として、前述と同様にはんだボール5の直径Db1が200μm程度の場合、電極パッドの直径Dp1は100μm乃至150μm程度となる。
【0038】
電極パッド4に形成される前記微小な突起部4aは、前記配線基板上にプリントされる配線パターンと同一の銅箔材料からなる場合にはエッチング法により、また、異なる材料からなる場合にはめっき法によって形成される。
【0039】
突起部4aは前述のように円柱状に形成されているが、その直径Dtは、電極パッド4の直径Dp1の5分の1乃至3分の1が好ましく、具体例として、電極パッドの直径Dp1が150μmの場合、突起部4aの直径Dtは30μm乃至50μmとなる。また、突起部4aの高さHtは、電極パッド4の全高さのHpの4分の1乃至2分の1程度が好ましい。具体例として、厚みが18μmの銅箔を用いたプリント配線基板2に前記突起部4aを形成する場合には、突起部4bの高さHtは約5μm乃至10μm程度となる。
【0040】
図3は、図2と同じ部分の拡大縦断面図であって、リフロー工程後の状態を示している。この図3において、リフロー工程において、前記はんだボール5の外皮はんだ層5bを溶融させることにより、電極パッド4とはんだボール5とを接続してあり、はんだボール5の底部側の端縁5cは、円柱状の突起部4a間に挟まれた状態となっている。
【0041】
図4は図2の電極パッド4の平面図であり、搭載されるはんだボール5の外形を仮想線で示してある。微小な突起部4aは、電極パッド4の表面の略外縁部の内側に、円周方向に等間隔をおいて3個以上、たとえば該実施の形態では、4個形成されている。
【0042】
図7は図1中、二点鎖線で囲んだ矢印VII部分の拡大図であり、この図7において、上下に相対向するプリント配線基板2上のはんだボール5同士は、プリント配線基板2と垂直な方向に重ねられ、はんだ層5bの頂部側の端縁5dの近傍部分を溶融させることにより、接続している。
【0043】
プリント配線基板2上のはんだボール5は、その中心間隔P1が、はんだボール5の直径Db1の1.6倍乃至1.7倍程度必要であると仮定して、はんだボール5の直径Db1が200μmの場合、その中心間隔P1は約330μm程度となり、隣り合うはんだボール5の間隔G1は約130μm程度となっている。
【0044】
プリント配線基板2の表面全体のはんだボール5の分布については、例えば、図1に示すプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP100において、外形寸法が15mmのプリント配線基板2に、外形寸法が10mm、厚さが150μmのベアチップ半導体素子1をフリップチップ接続してあり、ベアチップ半導体素子1の搭載領域の外周側にはんだボール5を配列する場合であって、図7に示すように直径Db1が200μmのはんだボール5を、隣り合うはんだボール5の中心間隔P1を460μmに設定して配列する場合、搭載可能なはんだボール5の最大数は1200個程度となり、1000端子クラス以上のベアチップ半導体素子の搭載にも対応可能となる。
【0045】
[製造方法]
(1)各プリント配線基板単位の製造工程
▲1▼ 図1において、前述のように、ベアチップ半導体素子1の電極パッド(図示せず)には、予め金めっき法等によって高さ数μm乃至20μm程度の高さの金属突起電極3が形成されており、一方、プリント配線基板2には、表面の銅箔が予めエッチング法等により、所定の形状に加工され、めっき法によりニッケルめっき、金めっきが施された電極パッド(図示せず)が形成されている。
【0046】
▲2▼ 前記ベアチップ半導体素子1の金属突起電極3と、プリント配線基板2に形成された電極(図示せず)とを接触させた状態で、ベアチップ半導体素子1の裏面(突起電極3側と反対側の面)から、熱または超音波と圧力を印加する。これにより、前記ベアチップ半導体素子1は、金属突起電極3を介してプリント配線基板2にフリップチップ接続される。
【0047】
▲3▼ また、前記プリント配線基板2の内、ベアチップ半導体素子1の搭載領域の外周には、たとえばエッチング法により、プリント配線基板2にプリントされる配線パターンと同一の銅箔材料からなる電極パッド4が形成され、配置される。
【0048】
▲4▼ また、図2に示すように、エッチング法またはめっき法により、電極パッド4の表面の略外縁部の内側には、たとえば4個の略円柱状の微小な突起部4aが形成される。
【0049】
このとき、隣り合うはんだボール5同士が接触しないように、位置精度を確保してはんだボール5を電極パッド4上に搭載する為に、前述のように電極パッドの直径Dp1を、はんだボール5の直径Db1の2分の1乃至3分の2程度の大きさに設定する。
【0050】
▲5▼ さらに、図1の下段のプリント配線基板2の下面には、配線パターンと同一の銅箔材料からなる搭載用電極パッド8が、エッチング法により形成される。
【0051】
(2)はんだボールと電極パッドとの接続工程
▲1▼ 図2に示すように、各電極パッド4の表面にフラックス6を塗布し、その上に、はんだボール5を搭載する。このとき、前記はんだボール5は、底部側の端内5cが電極パッド4の各突起部4aの間に挟まれるようにして搭載される為、フラックス6の粘着力に加え、突起部4aとの接触により、電極パッド4から脱落し難くなり、安定して保持される。
【0052】
▲2▼ その後、プリント配線基板2全体は、リフロー工程を通し、所定の熱が加えられる。これにより、図3に示すようにはんだボール5の外皮を形成してなるはんだ層5bの底部側の端縁5c付近が溶融し、はんだボール5と電極パッド4とは接続される。
【0053】
前記はんだ層5bが、銀3.5%、残りが錫からなる合金である場合、窒素雰囲気に保たれ、炉内のピーク温度が約220℃乃至230℃に制御されたリフロー炉を通すことにより、はんだ層5bが溶融し、電極パッド4との接続が得られる。このとき、突起部4aが存在することにより、従来のように突起部が無い場合に比べ、はんだ層5bと電極パッド4との接続面積が増え、安定した高い接続強度が得られる。
【0054】
▲4▼ 以上のようにして、各プリント配線基板2の表面の複数の電極パッド4には、それぞれはんだボール5が接続され、金属電極を形成する。
【0055】
尚、図1の中段に位置するプリント配線基板2のように、両面にベアチップ半導体素子1がフリップチップ接続されている場合には、前記の工程を繰り返すことにより、プリント配線基板2の表面と裏面にはんだボール5が搭載接続され、金属電極が形成される。
【0056】
(3)プリント配線基板の積層工程
▲1▼ 図5乃至図6に示すように、はんだボール5による金属電極を有する複数のプリント配線基板2を垂直に積み重ね、前記と同様なリフロー工程を通すことにより、はんだボール5の外皮を形成してなるはんだ層5bを溶融し、図7に示すように、上下の相対向するはんだボール5同士は相互に接続され、垂直に積み重ねられた状態となる。
【0057】
このとき、はんだボール5の中には、銅からなるコア部5aが存在する為、互いに接続されたプリント配線基板2の間隔Hは、このコア部5aの直径Dcの2倍よりも小さくなることなく安定して確保できる。
【0058】
具体的には、厚さ18μmの銅箔からなる電極パッド4の上に、めっき法にて高さ10μm程度の突起部4aを形成したプリント配線基板2同士を、直径150μmのコア部5aを有する直径200μmのはんだボール5を2個垂直に積み重ね接続して積層した場合、上下のプリント配線基板2の間隔Hは約400μm程度となり、先に述べた図11の従来の技術を用いた場合と同程度の間隔が確保できる。
【0059】
そして、従来の技術を用いた場合と同様に、図7において、隣り合うはんだボール5の中心間隔P1が、はんだボール5の直径Dp1の1.6倍乃至1.7倍程度必要であると仮定して、はんだボール5の直径Db1が200μmの場合、その中心間隔P1は約330μm程度となり、隣接するはんだボール5の間隔G1は約130μm程度となる。
【0060】
▲2▼ 所定枚数のプリント配線基板2が積層し、接続した後、図1の下段のプリント配線基板2の下面に予め形成された搭載用電極パッド8上に、フラックス(図示せず)を介して、搭載用はんだボール7が搭載される。そして、前述と同様に、積層されたプリント配線基板2全体をリフロー工程を通し、所定の熱を加えることで、搭載用はんだボール7を溶融させることにより、搭載用はんだボール7と搭載用電極パッド8とは接続される。
【0061】
前記はんだボールの材質が、亜鉛9%、残りが錫からなる合金である場合、窒素雰囲気に保たれ、炉内のピーク温度が約200℃乃至220℃に制御されたリフロー炉を通すことにより、搭載用はんだボール7が溶融し、搭載用電極パッド8との接続が得られる。
【0062】
▲3▼ 以上のように図1に示すようなプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP100が製造される。
【0063】
【発明の他の実施の形態】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、以下のように種々変更可能である。
【0064】
(1)図1では3枚のプリント配線基板を積層した構造を示しているが、2枚又は4枚以上のプリント配線基板を積層する構造とすることも可能である。
【0065】
(2)はんだボールのコア部の材質は、リフロー処理後もその形状に変化がないものであればよく、例えば、ジビニルベンゼン架橋共重合体やポリカーボネート等の樹脂材料で、その表面が無電解銅めっきを施されたものでもよい。
【0066】
(3)はんだボールのコア部の形状は、積層したプリント配線基板間の間隔を保持できるものであれば、略球状に限定されるものではなく、三角柱、三角錐、四角柱、四角柱、および多角柱、多角錐でもよい。
【0067】
(4)電極パッドの微小な突起部の形状及び数は、はんだボールのプリント配線基板側の底部の端縁近傍を挟み、安定してはんだボールを保持できるものであれば、略円柱状に限定されるものではなく、三角柱、三角錐、四角柱、四角柱、および多角柱、多角錘でもよく、その数も3個又は5個以上とすることも可能である。
【0068】
(5)図8は、電極パッド4の表面に形成される微小な突起部4aの変形例を示しており、仮想線は、電極パッド4上に搭載されるはんだボール5の外形を示している。該変形例における突起部4aは、十字形溝により電極パッド表面を4分割した如く、それぞれ略扇型柱状に形成されている。各突起部4aの円弧状外周縁は、概ね電極パッド4の外周縁に沿っている。
【0069】
(6)図9は、電極パッド4の表面に形成される突起部4aの別の変形例を示しており、4分の1リング柱状としている。具体的には、前記図8に示す扇型柱状の突起部4aの中心部分を円弧状に切り欠いた形状となっている。
【0070】
(7)プリント配線基板相互の接続と積層に使用されるはんだボール5のはんだ材料の融点が、電子機器側のプリント配線基板との接続に用いられる搭載用はんだボール7の融点よりも高融点なはんだ材料であれば、前記はんだ材料は、銀3.5%、残りが錫からなる合金に限定されるものではなく、錫単体や、銅0.7%、残りが錫の合金等でもよい。
【0071】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明を用いることにより、ベアチップ半導体素子をフリップチップ実装した複数のプリント配線基板を、複数のはんだボール等の通電部材により相互に接続して積層したプリント配線基板積層型半導体装置において、隣り合うはんだボール等の間隔を従来よりも狭くすることができ、プリント配線基板上に搭載可能なはんだボールの数を大幅に増加することができる為、多端子のベアチップ半導体素子の搭載を可能とした高機能なプリント配線基板積層型半導体装置であるSIPが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示し、プリント配線基板積層型半導体装置(SIP)の断面模式図である。
【図2】リフロー工程前の状態を示す図1のはんだボール及び支持部分の拡大縦断面図である。
【図3】リフロー工程後の状態を示す図1のはんだボール及び支持部分の拡大縦断面図である。
【図4】電極パッド4の平面図である。
【図5】複数のプリント配線基板を接続する前(積層前)の状態を示す斜視図である。
【図6】複数のプリント配線基板を接続し積層後の状態を示す斜視図である。
【図7】図1の仮想線で囲んだ部分であって、矢印VIIで示す部分の拡大図である。
【図8】突起部の変形例である略扇型柱状突起部をする電極パッドの平面図である。
【図9】突起部の別の変形例である4分の1リング柱状の突起部を有する電極パッドの平面図である。
【図10】従来のプリント配線基板積層型半導体装置であるSIPの断面模式図である。
【図11】図10の仮想線で囲んだ部分であって、矢印XIで示す部分の拡大図である。
【符号の説明】
100 本発明によるプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP
1 ベアチップ半導体素子
2 プリント配線基板
3 金属突起電極
4 電極パッド
4a 電極パッドの突起部
5 はんだボール(通電部材の一例)
5a はんだボール5のコア部
5b はんだボール5のめっき層
5c はんだボール5の底部側の端縁
5d はんだボール5の頂部側の端縁
6 フラックス
7 搭載用はんだボール
8 搭載用電極パッド
Db1 はんだボール5の直径
Dc1 はんだボール5のコア部5aの直径
Hp 電極パッド4の高さ
Ht 電極パッド4の微小突起部4aの高さ
Dp1 電極パッド4の直径
H 上下のプリント配線基板2の間隔
G1 隣接するはんだボール5の間隔
P1 隣接するはんだボール5の中心間隔
800 従来技術によるプリント配線基板積層型半導体装置であるSIP
801 ベアチップ半導体素子
802 プリント配線基板
803 金属突起電極
804 電極パッド
805 はんだボール(通電部材)
806 絶縁性樹脂
807 搭載用電極パッド
808 搭載用はんだボール
Db2 はんだボール805の直径
P2 隣接するはんだボール805の中心間隔
G2 隣接するはんだボール805の間隔

Claims (10)

  1. 2以上の配線基板を、通電部材を用いて相互に接続した積層構造であって、一つの電極に2以上の通電部材を配線基板に垂直に列置したことを特徴とする配線基板の積層構造。
  2. 前記通電部材は略球形であって、配線基板に対して垂直方向の径は、積層して接続される配線基板間の間隔の概ね2分の1であることを特徴とする、請求項1に記載の配線基板の積層構造。
  3. 前記電極は略円形の電極パッドであり、直径が、前記通電部材の配線基板に平行な断面の寸法の最大値の2分の1乃至3分の4程度であることを特徴とする請求項1乃至2に記載の配線基板の積層構造。
  4. 前記電極パッドは、表面の略外縁部の内側に2以上の突起部を有し、前記通電部材の一端部分が前記突起部の間に挟まれていることを特徴とする請求項3記載の配線基板の積層構造。
  5. 前記電極パッド表面の略外縁部の内側に設けられた突起部は、配線基板に平行な断面の形状が略円形であって、直径が前記電極パッドの直径の5分の1乃至3分の1程度であり、かつ高さが前記突起部を含めた電極パッドの全高の4分の1乃至2分の1程度であることを特徴とする請求項4に記載の配線基板の積層構造。
  6. 前記電極パッド表面の略外縁部の内側に設けられた突起部は、前記配線基板上にプリントされる配線パターンと同一の銅箔材料からなり、エッチング法によって形成されることを特徴とする請求項4乃至5に記載の配線基板の積層構造。
  7. 前記電極パッド表面の略外縁部の内側に設けられた突起部は、前記配線基板上にプリントされる配線パターンの銅箔とは異なる材料からなり、めっき法によって形成されることを特徴とする請求項4乃至5に記載の配線基板の積層構造。
  8. 前記通電部材は、コア部と、該コア部を包囲してなるはんだ層とからなり、前記コア部は略球状の銅及び不可避不純物もしくは銅を主成分とする合金とからなり、かつ前記コア部の直径が、前記球形の通電部材の直径の4分の3以上であることを特徴とする請求項1乃至2に記載の配線基板の積層構造。
  9. 前記通電部材は、コア部と、該コア部を包囲してなるはんだ層とからなり、前記コア部は、略球状の樹脂材料からなり、かつ前記コア部の表面は無電解銅めっきにて覆われ、かつ前記コア部の直径が、前記球形の通電部材の直径の4分の3以上であることを特徴とする、請求項1乃至2に記載の配線基板の積層構造。
  10. 前記通電部材は、コア部と、該コア部を包囲してなるはんだ層とからなり、当該はんだ層は、配線基板積層型半導体装置と、当該配線基板積層型半導体装置を搭載してなる電子機器側の配線基板との接続に用いられるはんだ材料の融点よりも高融点を有するはんだ材料からなることを特徴とする請求項1乃至2に記載の配線基板の積層構造。
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