JP4963890B2 - 樹脂封止回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ、インダクタ、抵抗器等のチップ電子部品を実装した回路基板上に、半導体装置を実装して、外装樹脂にて封止した回路装置に関するものである。

近年、電子機器の小型化及び高機能化に伴い、各種の機能をモジュール化した回路装置が採用されている。このような回路装置は、例えば、特開２００５−１２３９０９号公報にあるように、配線基板上にＩＣ等の半導体装置とコンデンサ、インダクタや抵抗器等のチップ電子部品とを実装して構成される。半導体装置は半田バンプやＡｕバンプ等でフリップチップ実装される。

また、近年では、さらなる小型化を目的として、例えば特開２００２−２４６７４５号公報に示すように、部品を実装した基板にスペーサーを配置してその上に別の基板を積み重ねて半導体装置を実装する方法や、特開２００４−２４７６３７号公報に示すように、フリップチップ実装用の半田バンプをスペーサーとして、チップ部品を実装したその上に半導体装置を実装する三次元実装が採用されている。

また、半導体装置としてはベアチップＩＣ（シリコンウェハから切り出したままのＩＣチップ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ−Ｓｉｚｅ−Ｐａｃｋａｇｅ）等の再配線されたＩＣが用いられている。

特開２００５−１２３９０９号公報 特開２００２−２４６７４５号公報 特開２００４−２４７６３７号公報

半導体装置を配線基板に実装した場合、半導体装置と配線基板との間に空間が生じる。例えばバンプによるフリップチップ実装では、バンプの高さ分の空間が生じる。また、三次元実装の場合、半導体装置下のチップ電子部品間の空間が生じる。回路装置を外装用樹脂で被覆する場合、外装用樹脂の粘度やフィラー含有量によっては、上記のような空間に樹脂が充填されないことがあった。回路装置にかかる機械応力や熱応力を緩和するためにこの空間に樹脂を充填することが必要であるため、外装用樹脂に用いる樹脂よりも低粘度かつ低フィラー充填率の樹脂をアンダーフィルとして用い、上記のような空間への樹脂の充填が行われてきた。

しかしながら、このアンダーフィル用の樹脂は、外装用樹脂よりも低粘度かつ低フィラー充填率であるため、硬化時の収縮率が大きい。また、硬化後も回路装置として実装される際のリフロー（二次リフロー）時の熱によってアンダーフィル用の樹脂は収縮しようとするが、その際の収縮も外装用樹脂よりも大きくなる。そのため、図３に示すように、アンダーフィル６用の樹脂とチップ電子部品４との界面及びアンダーフィル６用の樹脂と配線基板２との界面で剥離が発生してしまう。

このような剥離が発生した場合、二次リフロー時にチップ電子部品４を配線基板２に接合している半田９が再溶融し、この剥離部分に半田の溶融流出１０が起こる。流れ出した半田は、他のチップ電子部品または半導体装置３の端子に達して短絡を起こしてしまう。

このような問題を解消するために、フリップチップ実装の場合では、図４に示すように、アンダーフィル６の必要な半導体装置３とチップ電子部品４との間隔Ｇを空けて、チップ電子部品４にアンダーフィル６がかからないようにする方法がある。しかし、この間隔Ｇにより回路装置１の小型化が困難になってしまうという問題があった。また、アンダーフィル６をチップ電子部品４にかからないようにするために樹脂の粘度やフィラー充填率、塗布量等の調整に高い精度が要求されるため、コストがかかるという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決して、二次リフロー時の短絡の発生が少なく、より小型の樹脂封止回路装置を低コストで得るものである。

本発明は、第一の発明として、配線基板と、前記配線基板上に実装された半導体装置と、前記半導体装置の周囲に配置されたランドに半田接合された１つ以上のチップ電子部品と、前記半導体装置及び前記チップ電子部品を被覆する外装樹脂と、を有する樹脂封止回路装置において、前記半導体装置の下面と前記配線基板との空間と、前記チップ電子部品の少なくとも一部に接する部分と、に外装樹脂よりも低粘度かつ低フィラー充填率である樹脂からなるアンダーフィルが形成されており、前記アンダーフィルが形成されている部分の前記チップ電子部品の半田接合に、１度目の加熱による溶融温度よりも再度加熱した時の溶融温度が高くなる半田が用いられていることを特徴とする樹脂封止回路装置を提案する。この発明に用いられる半田は、一度目の加熱のよって溶融する溶融成分と、この溶融成分と合金化する母材を含むもので、一度目の溶融により溶融成分と母材が全てまたは部分的に合金化し、溶融成分がなくなるかまたは減少することによって、全体として溶融温度が高くなって溶融しにくくなるものである。

上記第一の発明によれば、半導体装置周囲のチップ電子部品にアンダーフィルがかからないようにするための間隔を必要としないので、より小型化された回路装置を得ることができる。また、二次リフロー時に半田の再溶融が起こりにくいので、アンダーフィルに剥離が生じても、半田の溶融流出による短絡の発生を防止することができる。

また、本発明では、第二の発明として、配線基板と、前記配線基板上のランドに半田接合された１つ以上のチップ電子部品と、前記チップ電子部品の一部の上に実装された半導体装置と、前記半導体装置及び前記チップ電子部品とを被覆する外装樹脂と、を有する樹脂封止回路装置において、前記半導体装置の下面と前記配線基板との間に、外装樹脂よりも低粘度かつ低フィラー充填率である樹脂からなるアンダーフィルが形成されており、前記アンダーフィルが形成されている部分の前記チップ電子部品の半田接合に、１度目の加熱による溶融温度よりも再度加熱した時の溶融温度が高くなる半田が用いられていることを特徴とする樹脂封止回路装置を提案する。

上記第二の発明によれば、三次元実装の半導体装置の下に実装されているチップ電子部品の間に充填されたアンダーフィルに剥離が生じても、半田の溶融流出による短絡の発生を防止することができる。

以上のように、本発明によれば、アンダーフィルの形成に、粘度やフィラー充填率、塗布量等に高い精度を要求されず、アンダーフィルがチップ電子部品にかからないようにする必要もないので、樹脂封止回路装置を低コストで得ることができる。また、チップ電子部品にアンダーフィルがかからないようにするための間隔を必要としないので、より小型化された回路装置を得ることができる。また、二次リフロー時に半田の再溶融が起こりにくいので、アンダーフィルに剥離が生じても、半田の溶融流出による短絡を生じない。

本発明に係る樹脂封止回路装置の第一の実施形態を、以下に説明する。図１は樹脂封止回路装置の横式断面図である。回路装置１は、配線基板２上に半導体装置３及びチップ電子部品４を実装している。半導体装置３は、配線基板２上に形成されているランド７とバンプ８で接合され、チップ電子部品４はランド７とリフロー半田９によって接合されている。半導体装置３と配線基板２の間の空間に、アンダーフィル６が形成されており、このアンダーフィル６は半導体装置３付近のチップ電子部品４にかかっている。半導体装置３チップ電子部品４及びアンダーフィル６が形成されている面には、さらに外装樹脂５が被覆されている。配線基板２の外周部には外部回路と接続するための導電端子（図示せず）が形成されている。

チップ電子部品４は、例えば整合回路やフィルター回路などを形成するために回路基板２上に必要種類のものが必要個数実装される。しかし、回路基板２上に実装されるチップ電子部品４は一個でも良い。

外装樹脂５とアンダーフィル６は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に、シリカやアルミナ等のフィラーを充填したものを用いる。アンダーフィル６には、例えば粘度は外装樹脂５の７０％、フィラー充填率は外装樹脂５の７０％など、外装樹脂５よりも低粘度かつ低フィラー充填率のものを用いる。アンダーフィル６は、図１に示すように、半導体装置３と配線基板２との間の空間及びその周囲に形成されるが、配線基板２の部品実装面全面に形成しても良い。

半導体装置３と配線基板２との接合は、バンプ８で行われる。バンプ接合としては、例えば超音波接合によるＡｕバンプや、リフローによる半田バンプ接合が挙げられる。また、チップ電子部品４と配線基板２との接合は、リフローによる半田９によって行われる。ここで、半田バンプによる半導体装置３の接合及びチップ電子部品４の接合に用いる半田として、本発明では１度目の加熱による溶融温度よりも再度加熱した時の溶融温度が高くなる半田を用いる。具体的に言えば、配線基板２上に半導体装置３及びチップ電子部品４を実装するときのリフロー（一次リフロー）では通常のリフロー温度である２９０℃以下詳しくは２５０℃付近の温度で溶融し、回路装置として外部回路に実装されるときのリフロー（二次リフロー）では合金化して融点が上昇して溶融しにくくなる半田を用いる。

このような半田材としては、例えば溶融成分としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金粉、母材としてＣｕ粉を混合させた接合材が挙げられる。このような半田材は、アンダーフィル６が形成される領域にある半導体装置３とチップ電子部品４の接合のみにもちいても足りるが、全部の部品の実装に用いても良い。

上記の構成であれば、まず、二次リフロー時に半田の再溶融が起こらないので、半田の溶融流出による短絡が防止される。また、アンダーフィル６の剥離が起こっても半田の溶融流出の発生がない。そのためアンダーフィル６の形成に関して粘度やフィラー充填率、塗布量等に高い精度を要求しなくてもよく、全面に形成してもよくなる。これにより、回路装置１の製造コストを低減することが可能となる。また、半導体装置３とチップ電子部品４を近接させて実装してもよくなるので、回路装置１をより小型化することが可能となる。

なお、配線基板２は、通常ランド７の部分を除いてソルダーレジストが形成されている。これにより、接合部に供給した半田の過剰な配線部への濡れ拡がりや、配線間の絶縁性低下を防止することができる。しかし、半田ペーストを印刷供給する際に、ソルダーレジストによって生ずる段差によって、印刷性が悪化する場合がある。この様な場合、本発明で使用している半田の使用により過剰な配線部への濡れ拡がりを少なくすることができるため、配線基板２として配線同士または配線とランドが近接している部分や配線とランドとの境界付近以外のソルダーレジストを除去したものを用いることができる。この様な配線基板を用いることによってレジストの段差による印刷性の低下を防止することや配線基板の製造コストの削減が可能となる。

次に、本発明に係る樹脂封止回路装置の第二の実施形態を、以下に説明する。図２は三次元実装で構成された樹脂封止回路装置の模式断面図である。回路装置１１は、配線基板１２上に複数のチップ電子部品１４が実装している。この複数のチップ電子部品１４のうちの一部の上に半導体装置１３がダイアタッチフィルム等の接着フィルム（図示せず）によって実装されている。この半導体装置１３は、配線基板２上に形成されているランド１７とワイヤ１８で電気的に接続されている。チップ電子部品１４はランド１７とリフロー半田１９によって接合されている。半導体装置３と配線基板２の間の空間に、アンダーフィル１６が形成されており、このアンダーフィル１６は半導体装置３の下のチップ電子部品１４を覆っている。半導体装置１３、チップ電子部品１４及びアンダーフィル１６が形成されている面には、さらに外装樹脂１５が被覆されている。配線基板１２の外周部には外部回路と接続するための導電端子（図示せず）が形成されている。

本実施形態では、半導体装置１３の下のチップ電子部品１４と、配線基板１２との接合に用いられる半田１９として、１度目の加熱による溶融温度よりも再度加熱した時の溶融温度が高くなる半田を用いる。半導体装置１３の下はアンダーフィル１６が形成されるので、従来の半田では半田の溶融流出による短絡が起こる可能性がある。よって、１度目の加熱による融点よりも再度加熱した時の融点が高くなる半田を用いることによってこのような問題を解決することができる。

以上より、本発明によれば、短絡等の故障の少ない信頼性の高い小型の樹脂封止回路装置を低コストで得ることができる。なお、本発明の実施形態は上記の例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で、１度目の加熱による融点よりも再度加熱した時の融点が高くなる半田とアンダーフィルの組み合わせであれば種々の変形例も含まれる。

樹脂封止回路装置の模式断面図である。 三次元実装で構成された樹脂封止回路装置の模式断面図である。 従来の樹脂封止回路装置の問題点を示す断面の拡大図である。 従来の樹脂封止回路装置の問題点を示す断面の拡大図である。

符号の説明

１、１１ 回路装置
２、１２ 配線基板
３、１３ 半導体装置
４、１４ チップ電子部品
５、１５ 外装樹脂
６、１６ アンダーフィル
７、１７ ランド
８ バンプ
９、１９ 半田
１０ 半田の溶融流出
１８ ワイヤ

Claims (2)

1. 配線基板と、前記配線基板上に実装された半導体装置と、前記半導体装置の周囲に配置されたランドに半田接合された１つ以上のチップ電子部品と、前記半導体装置及び前記チップ電子部品を被覆する外装樹脂と、を有する樹脂封止回路装置において、
   前記半導体装置の下面と前記配線基板との空間と、前記チップ電子部品の少なくとも一部に接する部分と、に外装樹脂よりも低粘度かつ低フィラー充填率である樹脂からなるアンダーフィルが形成されており、
   前記アンダーフィルが形成されている部分の前記チップ電子部品の半田接合に、１度目の加熱による溶融温度よりも再度加熱した時の溶融温度が高くなる半田が用いられている
   ことを特徴とする樹脂封止回路装置。
2. 配線基板と、前記配線基板上のランドに半田接合された１つ以上のチップ電子部品と、前記チップ電子部品の一部の上に実装された半導体装置と、前記半導体装置及び前記チップ電子部品を被覆する外装樹脂と、を有する樹脂封止回路装置において、
   前記半導体装置の下面と前記配線基板との間に、外装樹脂よりも低粘度かつ低フィラー充填率である樹脂からなるアンダーフィルが形成されており、
   前記アンダーフィルが形成されている部分の前記チップ電子部品の半田接合に、１度目の加熱による溶融温度よりも再度加熱した時の溶融温度が高くなる半田が用いられている
   ことを特徴とする樹脂封止回路装置。

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