JP5481724B2 - 半導体素子内蔵基板 - Google Patents
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Description
樹脂50と保護膜23、33との密着性は、特性的にばらつきがあり、実際の製造工程において密着性を的確に制御することは困難であり、はんだリフローによって接続端子62を接合する工程において生じる電気的短絡は製品不良に直結するという問題がある。
本発明に係る一半導体素子内蔵基板は、第1の基板上に半導体素子が搭載され、前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面に、はんだ端子を介して第2の基板が接合され、前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面と、前記第2の基板の前記第1の基板に対向する面とに保護膜が被覆され、前記第1の基板と前記第2の基板の双方に、前記はんだ端子が接合されたパッドの周囲を包囲するように前記保護膜上に突起状に形成され、前記はんだ端子からのはんだの流れ出しを防止するダムが設けられ、前記第1の基板の前記ダムと前記第2の基板のダムとが、平面配置において少なくとも部分的に重複せずに設けられ、前記第1の基板と前記第2の基板との間に、前記半導体素子及び前記はんだ端子を封止して充填された樹脂を介して、前記第1の基板と前記第2の基板とが一体化されていることを特徴とする。
本発明に係る他の半導体素子内蔵基板は、第1の基板上に半導体素子が搭載され、前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面に、はんだ端子を介して第2の基板が接合され、前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面と、前記第2の基板の前記第1の基板に対向する面とに保護膜が被覆され、前記第1の基板と前記第2の基板の双方に、前記はんだ端子が接合されたパッドの周囲を包囲するように前記保護膜上に突起状に形成され、前記はんだ端子からのはんだの流れ出しを防止するダムが設けられ、前記ダムには、前記パッドの周囲を包囲する周方向に分断する少なくとも1個所の分断部が形成され、前記第1の基板の前記ダムの前記分断部と前記第2の基板の前記ダムの前記分断部とが、平面配置において重複せずに設けられ、前記第1の基板と前記第2の基板との間に、前記半導体素子及び前記はんだ端子を封止して充填された樹脂を介して、前記第1の基板と前記第2の基板とが一体化されていることを特徴とする。
また、前記ダムは、前記パッドの周囲を連続して一周する形状に設けられていることにより、はんだの流れ出しを確実に防止することができる。
また、前記ダムが、前記第1の基板と前記第2の基板の双方に設けられ、前記第1の基板と前記第2の基板の対向するパッドにおけるダムが、平面配置において重複しない部位が生じる配置に設けられていることにより、第1の基板と第2の基板との間に確実に樹脂を充填することができる。
また、前記第1の基板と前記第2の基板のいずれか一方あるいは双方の前記ダムは、前記パッドの周方向に分断する2個所の分断部が前記パッドを挟む対称位置に一対配置された形状に設けられ、隣り合う複数の前記パッドに設けられ、前記分断部で分断された前記ダムの開き方向が、同一方向に揃って配置されていることにより、ダムの開き方向を第1の基板と第2の基板との間に樹脂を充填する際の樹脂の注入方向に合わせることによって、さらに樹脂の充填性を良好にすることができる。
また、前記分断部が設けられた前記ダムが、前記第1の基板の前記ダムの前記分断部と前記第2の基板の前記ダムの前記分断部とが、平面配置において重複せずに設けられていることにより、第1の基板と第2の基板との間に充填する樹脂の充填性を良好にすることができる。
図1は、本発明に係る半導体素子内蔵基板の一実施形態の構成を示す断面図である。
本実施形態の半導体素子内蔵基板100の基本的な構成は、図13に示した従来の半導体素子内蔵基板70の構成と共通する。すなわち、第1の基板20上に半導体素子10が搭載され、第1の基板20に、はんだ端子40を介して第2の基板30が接合され、第1の基板20と第2の基板30との間に樹脂50が充填されて、半導体素子10及びはんだ端子40が封止され、第1の基板20の外面の接続パッド24に接続端子62が接合されている。
半導体素子10は、電極11を第1の基板20の電極(素子接続パッド)21に接合してフリップチップ接続され、半導体素子10と第1の基板20とが対向する領域にアンダーフィル樹脂12が充填されて第1の基板20に搭載されている。
第1の基板20の半導体素子搭載面に形成された配線パターンと、実装面に形成された配線パターンとは、第1の基板20を厚さ方向に貫通するスルーホール26を介して電気的に接続される。
第2の基板30のパッド32を含む配線パターンと、接続パッド34を含む配線パターンとは、第2の基板30を厚さ方向に貫通するスルーホール36を介して電気的に接続される。
図3(b)は、接続端子62を接合するリフロー加熱を行った際に、はんだ端子40のはんだ40bがパッド22との接合領域から外側に流れ出した状態を示す。前述したように、このはんだ40bの流れ出しは、樹脂50と保護膜23との密着が不十分で、樹脂50と保護膜23との界面に生じた空隙内にはんだ40bが流れ出すことによって生じる。
図1に示すように、半導体素子内蔵基板100においては、第1の基板20に設ける各々のパッド22の周囲にダム23aを設ける。樹脂50と保護膜23との界面に生じる空隙の発生個所は不定であるが、パッド22ごとにダム23aを設けたことにより、接続パッド24にはんだボールなどの接続端子62を接合するリフロー加熱工程等において、はんだ端子40からはんだ40bが流れ出すことによってパッド22間が電気的に短絡することを確実に防止することができる。
樹脂50によって半導体素子10とはんだ端子40とを封止する際には、第2の基板30の保護膜33と樹脂50の界面にも空隙が生じ得るから、第2の基板30のパッド32とはんだ端子40との接合部分からも、後工程の接続端子62を接合するためのリフロー加熱工程等においてはんだ40bが流れ出す可能性がある。この場合も、パッド32の周囲に円環状にダム33aを設けることによって、パッド32から流れ出したはんだ40bがダム33aによって遮られ、はんだ40bによってパッド32間が電気的に短絡することを防止することができる。
上述した半導体素子内蔵基板100において特徴とする構成は、第1の基板20と第2の基板30のパッド22、32の周囲に、それぞれダム23a、33aを設けた点にある。
図4は、第1の基板20にダム23aを形成する工程を示す。図4(a)は、基板20aの半導体素子搭載面を、電極21とパッド22を露出させてソルダーレジストからなる保護膜23によって被覆し、基板20aの実装面を接続パッド24を露出させてソルダーレジストからなる保護膜25によって被覆した状態を示す。
本実施形態においては、ソルダーレジスト230を露光及び現像する工程において、半導体素子10をフリップチップ接続する際にアンダーフィル樹脂が流れ出すことを防止するダム23bについても形成している。アンダーフィル樹脂の流れ止め用のダム23bは、電極21が配置されている領域(半導体素子の搭載領域)の外側域を囲む矩形の枠状に形成する。
ソルダーレジスト230には保護膜23を形成する際に使用するソルダーレジストと同一の材料を使用するが、異種材料を使用することもできる。
本実施形態の製造方法によれば、同一の露光及び現像工程において、はんだ40bの流れ止め用のダム23aと、アンダーフィル樹脂の流れ止め用のダム23bを形成できるという利点がある。
図5(a)は、第1の基板20に対向する一方の面にパッド32を含む配線パターンが形成され、他方の面に接続パッド34を含む配線パターンが形成された基板30aの両面にそれぞれ保護膜33、35を形成し、基板30aの一方の面にダム33aとなる感光性のソルダーレジスト330を被着形成した状態を示す。
このソルダーレジスト330を露光及び現像し、基板30aの一方の面に形成されたパッド32の周囲を囲む配置にダム33aを形成することによって第2の基板30を形成する(図5(b))。
プラズマ処理によって保護膜23とダム23aの表面を粗面化されることにより、樹脂50と保護膜23及びダム23aとの密着性(くいつき)が向上し、樹脂50と保護膜23及びダム23aとの界面に空隙が生じることを抑制する。
ダム23a、23b、33aを設けたことによって樹脂50と第1の基板20、第2の基板30との接触面積を拡大することができ、ダム23a、23b、33aによるアンカー作用によって第1の基板20と第2の基板30がより強固に一体化される。
リフロー加熱の際に、樹脂50中に封止されたはんだ端子40のはんだ40bが溶融して、樹脂50と保護膜23、33との界面の空隙に溶融したはんだ40bが侵入しても、ダム23a、33aによってはんだ40bの流れ出しが遮られ、パッド間が電気的に短絡することが防止され、電気的短絡による不良発生を抑え、半導体素子内蔵基板100を確実に製造することができる。
図7に、第1の基板20に形成するダム23aの他の形成例を示す。
図7(a)は、ダム23aの平面形状を楕円のリング状とした例である。第1の基板20に配置されているパッド22の配置間隔が、一方向については狭く、一方向と直交する方向には広く空いているような場合には、パッド22の配置間隔が広い方向を長軸とする楕円形にダム23aを形成することによって、はんだが流れ出す領域をできるだけ広く確保して、ダム23a外へのはんだの流れ出しによる電気的短絡を効果的に防止することができる。
ダム23aをパッド22の周囲を連続的に一周する形状とする場合は、円形状、楕円状に限らず、矩形等の多角形状あるいは任意の包囲形状とすることができる。ダム23a、33aの形状あるいは配置は、感光性のソルダーレジストを露光する露光パターンを適宜設計することによって、任意に設定することができる。
図7(b)は、円環状のダム23aを2個所で分断した円弧状のダム23aを形成した例、図7(c)は、直線状のダム23aを形成した例、図7(d)は、直線部分の端部をパッド22側に折曲した形態とした例である。いずれも、パッド22ごとに、パッド22を挟む対称位置に一対のダム23aを配置している。
図7(b)、(c)は、各々のパッド22におけるダム23aの向きを平行向き、すなわち各々のパッド22に設けられているダム23aの開き方向が同一方向に揃うように配置した例、図7(d)は、パッド22ごとにダム23aの向き、すなわちダム23aの開き方向を90度ずつ交互に向きを変える配置とした例である。
このようにダム23aに分断部分を設ける場合に、樹脂50の注入方向(流動方向)を考慮して、ダム23aの形状を設定することは有効である。
また、図7は、第1の基板20に設けるダム23aについて説明したが、第2の基板30に設けるダム33aについてもまったく同様の形態とすることができる。
図8は、第1の基板20に設けるダム23aを第2の基板30に設けるダム33aよりも小径として、対向する位置関係にあるパッド22、32に設けるダム23a、33aの平面配置が重複しない配置(重なり合わない配置)とした例である。第1の基板20と第2の基板30のパッド22、32は、同一の平面位置にあるから、図8(b)に示すように、ダム23aとダム33aは同芯状の平面配置となる。
なお、第1の基板20のダム23aを第2の基板33aのダム33aよりも大径とした場合も同様である。なお、ダム23a、33aの形状は円形のリング状に限らず、第1の基板20のダム23aと第2の基板30のダム33aが平面配置において重複しないように、言い換えれば、少なくとも部分的に平面配置において重複しない部分が生じるように配置することによって、樹脂50の充填性を向上させることができる。
ダム23aとダム33aの分断位置が平面配置において重複しない配置とすれば、ダム23a、33aが完全に対向して配置された場合と比較して、第1の基板20と第2の基板30のダム23a、33aの隙間が実質的に広がり、樹脂50の流れ性を良くすることができる。
図9に示す例においても、ダム23a、33aの平面形状は円弧形状に限らず適宜形状とすることができ、またダム23a、33aに設ける分段位置、開き方向も図示例のものに限られるものではない。
11 電極
12 アンダーフィル樹脂
20 第1の基板
21 電極
22、32 パッド
23、25、33、35 保護膜
23a、33a ダム
24、34 接続パッド
30 第2の基板
40 はんだ端子
40a 銅ボール
40b はんだ
50 樹脂
60 積層基板
62 接続端子
70 半導体素子内蔵基板
100 半導体素子内蔵基板
230、330 ソルダーレジスト
Claims (8)
- 第1の基板上に半導体素子が搭載され、
前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面に、はんだ端子を介して第2の基板が接合され、
前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面と、前記第2の基板の前記第1の基板に対向する面とに保護膜が被覆され、
前記第1の基板と前記第2の基板の双方に、前記はんだ端子が接合されたパッドの周囲を包囲するように前記保護膜上に突起状に形成され、前記はんだ端子からのはんだの流れ出しを防止するダムが設けられ、
前記第1の基板の前記ダムと前記第2の基板の前記ダムとが、平面配置において少なくとも部分的に重複せずに設けられ、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に、前記半導体素子及び前記はんだ端子を封止して充填された樹脂を介して、前記第1の基板と前記第2の基板とが一体化されていることを特徴とする半導体素子内蔵基板。 - 前記第1の基板と前記第2の基板のいずれか一方あるいは双方の前記ダムは、前記パッドの周囲を包囲する周方向に分断する少なくとも1個所の分断部が形成された形状に設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体素子内蔵基板。
- 前記第1の基板と前記第2の基板のいずれか一方あるいは双方の前記ダムは、前記パッドの周方向に分断する2個所の分断部が前記パッドを挟む対称位置に一対配置された形状に設けられ、
隣り合う複数の前記パッドに設けられ、前記分断部で分断された前記ダムの開き方向が、同一方向に揃って配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体素子内蔵基板。 - 前記第1の基板と前記第2の基板のいずれか一方あるいは双方の前記ダムは、前記パッドの周方向に分断する2個所の分断部が前記パッドを挟む対称位置に一対配置された形状に設けられ、
隣り合う複数の前記パッドに設けられ、前記分断部で分断された前記ダムの開き方向が、前記パッドごとに交互に90度ずつ変わって配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体素子内蔵基板。 - 前記分断部が設けられた前記ダムが、前記第1の基板と前記第2の基板の双方に設けられ、
前記第1の基板の前記ダムの前記分断部と前記第2の基板の前記ダムの前記分断部とが、平面配置において重複せずに設けられていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項記載の半導体素子内蔵基板。 - 第1の基板上に半導体素子が搭載され、
前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面に、はんだ端子を介して第2の基板が接合され、
前記第1の基板の前記半導体素子が搭載された面と、前記第2の基板の前記第1の基板に対向する面とに保護膜が被覆され、
前記第1の基板と前記第2の基板の双方に、前記はんだ端子が接合されたパッドの周囲を包囲するように前記保護膜上に突起状に形成され、前記はんだ端子からのはんだの流れ出しを防止するダムが設けられ、
前記ダムには、前記パッドの周囲を包囲する周方向に分断する少なくとも1個所の分断部が形成され、
前記第1の基板の前記ダムの前記分断部と前記第2の基板の前記ダムの前記分断部とが、平面配置において重複せずに設けられ、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に、前記半導体素子及び前記はんだ端子を封止して充填された樹脂を介して、前記第1の基板と前記第2の基板とが一体化されていることを特徴とする半導体素子内蔵基板。 - 前記ダムは、前記パッドの周方向に分断する2個所の分断部が前記パッドを挟む対称位置に一対配置された形状に設けられ、
隣り合う複数の前記パッドに設けられ、前記分断部で分断された前記ダムの開き方向が、同一方向に揃って配置されていることを特徴とする請求項6記載の半導体素子内蔵基板。 - 前記ダムは、前記パッドの周方向に分断する2個所の分断部が前記パッドを挟む対称位置に一対配置された形状に設けられ、
隣り合う複数の前記パッドに設けられ、前記分断部で分断された前記ダムの開き方向が、前記パッドごとに交互に90度ずつ変わって配置されていることを特徴とする請求項6記載の半導体素子内蔵基板。
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