JP2004179343A

JP2004179343A - 半導体基板とその製造方法

Info

Publication number: JP2004179343A
Application number: JP2002342938A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamanaka; 山中　　浩; Eitaro Matsui; 栄太郎松居
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】封止材が少量であってもベアチップ上に所要の厚みの封止材が確保されたものとする。
【解決手段】ベアチップ２と、該ベアチップ２が表面実装される実装基板１と、実装基板１上に実装されたベアチップ２を被覆する封止材３とからなる。実装基板１はそのベアチップ２が実装されるチップ実装部１０の周囲に外周ほど低くなった傾斜面１２もしくは下方に伸びる壁面を備える。ベアチップ２を被覆している封止材３はその最外周縁が上記傾斜面１２もしくは上記壁面上に位置している。封止材の外周縁における実質的な接触角を大きくすることができ、少量の封止材で厚みを持たせることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はベアチップを実装基板上に実装して封止材でベアチップの封止を行った半導体基板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や、焦電素子、圧電素子等のセンサ素子などのベアチップを実装基板上に実装し、さらに封止材でベアチップの封止を行った半導体基板がある。このような半導体基板で高密度実装を行う場合、ベアチップや実装基板におけるチップ実装部の端子部分のピッチの縮小はもちろんのこと、特開２００１−１１０９３５号公報などにも示されているように、解決すべき点は多々存在している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１０９３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そして、この問題の一つとして解決しなくてはならないのがベアチップを被覆する封止材の広がりである。封止材は流体の状態にあるものをベアチップ上に供給してベアチップを封止材で被覆するとともに硬化させて封止を行うのであるが、この時、封止材が大きく広がると、ベアチップ上での封止材の高さ（厚み）を十分確保することができなくなってベアチップの一部が封止されなくなる虞があり、これを補うには封止材が多量に必要となる。
【０００５】
また、他のチップの実装エリアまで封止材が広がってしまうことが問題となる場合もある。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは封止材が少量であってもベアチップ上に所要の厚みの封止材が所望の範囲内に確保されている半導体基板とその製造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る半導体基板は、ベアチップと、該ベアチップが表面実装される実装基板と、実装基板上に実装されたベアチップを被覆する封止材とからなる半導体基板であり、実装基板はそのベアチップが実装されるチップ実装部の周囲に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えており、ベアチップを被覆している封止材はその最外周縁が上記傾斜面もしくは上記壁面上に位置していることに特徴を有している。傾斜面もしくは下方に伸びる壁面の傾斜角度が封止材の外周縁における接触角に加わって実質的な接触角（傾斜角度＋接触角）を大きくすることができるために、少量の封止材で厚みを持たせることができる。
【０００８】
この場合、実装基板におけるチップ実装部の周囲に凹溝が形成されているとともに該凹溝の内周壁が外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面となっており、該傾斜面もしくは壁面上に封止材の最外周縁が位置しているものであっても、実装基板におけるチップ実装部が実装基板に設けた凸部の上面に設けられて該凸部の周壁が外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面となっており、該傾斜面もしくは壁面上に封止材の最外周縁が位置しているものであってもよい。
【０００９】
また、チップ実装部と傾斜面との境界部が面取りされた面もしくは曲面となっていてもよく、この曲面は境界部に施したメッキで形成したものであってもよい。
【００１０】
また、封止材の最高点から近い距離にある傾斜面の傾斜角度が封止材の最高点から遠い距離にある傾斜面の傾斜角度より大で急傾斜面となっていることも好ましい。
【００１１】
そして本発明に係る半導体基板の製造方法は、ベアチップと、該ベアチップが表面実装される実装基板と、実装基板上に実装されたベアチップを被覆する封止材とからなる半導体基板の製造方法であって、実装基板としてベアチップが実装されるチップ実装部の周囲に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えたものを用いて、回路パターンが表面に形成された上記実装基板の上記チップ実装部上にベアチップの表面実装を行い、次いで上記チップ実装部上に流体状態にある封止材を供給して封止材の最外周縁を上記傾斜面もしくは壁面に至らせ、この状態で封止材を硬化させることに特徴を有している。
【００１２】
この時、チップ実装部の外周に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えた実装基板に対し、その表面に薄膜導電層を形成し、次いでレーザによって上記薄膜導電層の回路パターンとして残すべき部分と非回路部との境界部を除去して両者を絶縁し、その後、薄膜導電層における回路パターンとして残した部分に電気メッキを施して回路パターンを形成することも好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１及び図２は本発明に係る半導体基板を示しており、図中１は実装基板、２は実装基板１に実装された半導体素子などのベアチップであり、実装基板１上の回路パターンとはワイヤ４によるワイヤボンディングで接続されている。そしてベアチップ２とワイヤ４は封止材３によって被覆されて封止されている。
【００１４】
ここで実装基板１におけるベアチップ２が実装されたチップ実装部１０は実装基板１に設けた凸部の表面に設けられているとともに、ベアチップ２にワイヤボンディングされる実装基板１側の端子は上記凸部の表面上に設けられている。そして該凸部の側壁は、外周ほど低くなる傾斜面１２として形成されており、ベアチップ１及びワイヤボンディングのワイヤ４を被覆する封止材３はその外周縁が上記傾斜面１２に位置するように設けられている。
【００１５】
上記封止材３はたとえばエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂や紫外線硬化型樹脂であり、流体の状態にある封止材３を塗布して熱硬化あるいは紫外線硬化させることで封止を行うのであるが、凹凸のない平面上に封止材３を塗布した場合、封止材２は図２に示すように円形となるとともに、封止材３の塗布量が一定の場合、その塗布高さＨ及び塗布広がりＤは、封止材３のチクソ指数によって変化する。つまり、図３に示すように、チクソ指数が大きければ塗布高さＨが大きく、塗布広がりＤが小さくなり、チクソ指数が小さければ塗布高さＨが小さく、塗布広がりＤが大きくなる。
【００１６】
ここにおいて、ベアチップ２だけでなく、ワイヤ４も完全に覆うためには、塗布高さＨを十分に確保しなくてはならないが、この場合、塗布高さＨとして０．８ｍｍを確保しようとすると、通常良く使用される樹脂を封止材３に用いた場合、そのチクソ指数が１．５程度であることから、塗布広がりＤが４〜５ｍｍとなってしまう。
【００１７】
しかし、上記塗布広がりＤは塗布面が平面の場合であり、封止材３の外周縁が外周ほど低くなっている傾斜面１２（傾斜角度θ）上に位置する場合、上記塗布広がりＤを小さくすることができる。
【００１８】
すなわち、傾斜角度θが０°である平面上でたとえば図４（ａ）（ｂ）に示すような接触角θｒ１，θｒ２を持つことになるチクソ指数を備えた封止材３は、傾斜角度θの傾斜面１２上では重力の傾斜面１２方向成分ｇ・ｓｉｎθの影響を受けて、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、接触角θｒ１’，θｒ２’を持つとともに、これら接触角θｒ１’，θｒ２’は上記接触角接触角θｒ１，θｒ２と比較した場合、θｒ１’＜θｒ１、θｒ２’＜θｒ２となるが、θｒ１＞θｒ２である時、θｒ１’＞θｒ２’の関係は保たれるとともに、傾斜面１２の傾斜角度θを含めた実質的な接触角θ＋θｒ１’，θ＋θｒ２’は、夫々θ＋θｒ１’＞θｒ１、θ＋θｒ２’＞θｒ２となり、傾斜面１２上に外周縁を位置させた封止材３の平面に対する実質的な接触角（θ＋θｒ）が大きくなる。この結果、同じ塗布広がりＤである場合、傾斜面１２上に外周縁を位置させた時の方が封止材３の塗布高さＨを大きくすることができるものである。なお、封止材３の外周縁の全周が傾斜面１２にある必要はなく、一部は傾斜面１２で囲まれたチップ実装部１０上に留まっていてもよい。
【００１９】
また、封止材３の外周縁が傾斜面１２上に位置するということは、塗布広がり形状の制御も容易となる。つまり、封止材（樹脂）３を塗布した時、図５（ａ）に示すように塗布位置からもっとも近い傾斜面１２に封止材３がかかると、図５（ｂ）に示すようにその部分では上述の理由で塗布高さＨに余裕ができて封止材３の流れが止まるものであり、この状態から塗布量を増やせば、他の平面部へと封止材３が流れて図５（ｃ）に示すようにベアチップ２全体を覆う。
【００２０】
封止材３の流れがチップ実装部１０を囲む傾斜面１２で制御されることになるものであり、封止材３の塗布量の管理が容易になる上に、近くに半田実装用のメッキパッドなどがある場合も、封止材３がそこまで流れることがなく、品質の確保にも有利である。
【００２１】
図６に他例を示す。これは実装基板１の表面にチップ実装部１０を囲む凹溝１１を形成して該凹溝１１の内周壁を外周ほど低くなる傾斜面１２として形成したものを示している。この場合、ベアチップ２を実装するチップ実装部１０を他の表面実装部品５が実装される実装基板１表面と同じ高さにすることができるために、実装基板１表面への回路パターンの形成にスクリーン印刷方法を適用することができ、量産性が向上する。
【００２２】
図７はチップ実装部１０とその外周の傾斜面１２との境界部分をなだらかな曲面Ｒで形成したものを示している。曲面Ｒに代えて、面取り面を形成してもよい。また、曲面Ｒは図７（ｂ）に示すように上記境界部分への電気メッキや無電解メッキによって形成してもよい。
【００２３】
境界部分に曲面Ｒや面取り面を設けた場合、封止材３の塗布に際して傾斜面１２へと封止材３が流れる時、進行すればするほど傾斜角度θが大となるものであり、角度が急になれば封止材３の進行が止まるために封止材３の塗布高さに余裕ができることになる。
【００２４】
傾斜面１２の傾斜角度が一定である場合と比較すると、封止材３が流れるほど塗布高さの余裕が増大し、塗布量の変化に対して塗布広がりの変化を抑えることができることになり、塗布量の管理が更に容易となる。なお、曲面Ｒや面取り面のほか、傾斜面１２を角度が徐々に急になる複数の傾斜面１２で形成してもよいのはもちろんである。
【００２５】
ところで図８に示すようにベアチップ２を傾斜面１２で囲まれた実装部２の中央からずれたところに実装する場合も考えられるが、この時、四周の傾斜面１２の各傾斜角度が同じであると、実装部の中央Ｂで封止材３の高さが最も高くなることから、ベアチップ２付近のＡ範囲において封止材３の高さｈ１を確保したい場合、上記中央Ｂでの高さｈ２（ｈ２＞ｈ１）を確保しなくてならず、封止材３の樹脂量も増えてしまう。
【００２６】
しかし、図９に示すように、チップ実装部１０の周囲を囲む傾斜面１２のうち、ベアチップ２に近い傾斜面１２、つまり封止材３の最も高くしたい部分から近い距離にある傾斜面１２の傾斜角度θｎを、他の遠い距離にある傾斜面１２の傾斜角度θｆより大で急傾斜面１２となるようにしておけば、チップ実装部１０上を被覆する封止材３の最も高くなる部分をチップ実装部１０の中央ではなくベアチップ２上に位置させることができ、この結果、封止材３の樹脂量を少なくすることができると同時に、確実な封止が可能となる。
【００２７】
また、封止材３と実装基板１との接触角θｒは、封止材３のチクソ指数だけでなく、封止材３に対する実装基板１の濡れ性の影響も受ける。つまり濡れ性を悪くすれば接触角θｒを大きくして、封止材３の高さを高くすることができる。この点から、図１０に示すように、実装基板１におけるチップ実装部１０を囲む傾斜面１２にフッ素樹脂６を塗布したり、傾斜面１２の表面粗さを粗くする粗面化処理を行って封止材３との界面自由エネルギーを低くすると、好ましい結果を得ることができる。
【００２８】
傾斜面１２の傾斜角度θは、その傾斜面１２を回路パターンが通るかどうかによって変更するようにしてもよい。前述したところから明らかなように、傾斜角度θが大であるほうが封止材３の高さを高くする点で好ましいのであるが、この傾斜角度θが大となるほど、傾斜面１２への回路パターンの形成が困難となることから、回路パターンが通る傾斜面１２の傾斜角度θは小さくし、回路パターンが通らない傾斜面１２の傾斜角度θは大きくするのである。
【００２９】
このような半導体基板は、前述したところから明らかなように、実装基板１としてベアチップが実装されるチップ実装部１０の周囲に外周ほど低くなった傾斜面１２を備えたものを用いて、回路パターンが表面に形成された上記実装基板１のチップ実装部１０上にベアチップ２の表面実装を行い、次いで上記チップ実装部１０上に流体状態にある封止材３を供給して封止材３の最外周縁を上記傾斜面１２に至らせ、この状態で封止材３を硬化させることで得ることができるが、ここで用いる実装基板１は、次の方法で製作したものを好適に用いることができる。
【００３０】
つまり、ＰＰＡやＬＣＰ（液晶ポリマ）などの樹脂を射出成形や圧縮成形することで、チップ実装部１０の周囲に外周ほど低くなった傾斜面１２を備えた実装基板１を得る。次いで、実装基板１の材料やプロセスにもよるが、実装基板１に対してたとえば１５０〜２００℃程度で２時間ほどのアニール処理を行う。この後、実装基板１の表面にスパッタリングなどの手法で０．１〜３μｍ程度の厚みの銅薄膜のような薄膜導電層を形成し、次いでレーザを表面に照射することで上記薄膜導電層の回路パターンとして残すべき部分と非回路部との境界部を除去して両者を絶縁する。その後、薄膜導電層における回路パターンとして残した部分に電気メッキ（たとえば５〜２０μｍ厚の銅メッキと５〜２０μｍ厚のニッケルメッキと０．５μｍ厚の金メッキ）を施して回路パターンを形成する。
【００３１】
この場合、チップ実装部１０上に設ける端子に至るまでの配線を傾斜面１２に形成することが容易である。
【００３２】
なお、以上の各例では、チップ実装部１０の周囲に外周ほど低くなった傾斜面１２を設けたものを示したが、この傾斜面１２に代えて、下方に伸びる壁面を形成してベアチップ２を被覆している封止材３の最外周縁が上記壁面上に位置するようにしたものでもよい。つまり、傾斜面１２の傾斜角度は９０°近いものであってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る半導体基板は、ベアチップと、該ベアチップが表面実装される実装基板と、実装基板上に実装されたベアチップを被覆する封止材とからなり、実装基板はそのベアチップが実装されるチップ実装部の周囲に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備え、ベアチップを被覆している封止材はその最外周縁が上記傾斜面もしくは上記壁面上に位置していることから、封止材の外周縁の実質的な接触角（傾斜面の傾斜角度＋接触角）を大きくすることができるものであり、このために少量の封止材で厚みを持たせることができて、確実な封止を行うことができる。
【００３４】
この場合、実装基板におけるチップ実装部の周囲に凹溝が形成されているとともに該凹溝の内周壁が外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面となっており、該傾斜面もしくは壁面上に封止材の最外周縁が位置しているものであってもよい。チップ実装部の表面を実装基板の表面と同じ高さにすることができて、製造上有利となる。
【００３５】
実装基板におけるチップ実装部が実装基板に設けた凸部の上面に設けられて該凸部の周壁が外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面となっており、該傾斜面もしくは壁面上に封止材の最外周縁が位置しているものとしてもよい。立体的な部品配置が可能であり、小型化について有利となる。
【００３６】
また、チップ実装部と傾斜面との境界部が面取りされた面もしくは曲面となっていると、接触角の増大や封止材の流れの制御の点で好ましい結果を得ることができる。
【００３７】
この曲面は境界部に施したメッキで形成したものであると、境界部に曲面を得ることが容易となる。
【００３８】
また、封止材の最高点から近い距離にある傾斜面の傾斜角度が封止材の最高点から遠い距離にある傾斜面の傾斜角度より大で急傾斜面となっていると、封止材の最高点をチップ実装部のベアチップが位置する部分に位置させることが容易となる。
【００３９】
そして本発明に係る半導体基板の製造方法は、実装基板としてベアチップが実装されるチップ実装部の周囲に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えたものを用いて、回路パターンが表面に形成された上記実装基板の上記チップ実装部上にベアチップの表面実装を行い、次いで上記チップ実装部上に流体状態にある封止材を供給して封止材の最外周縁を上記傾斜面もしくは壁面に至らせ、この状態で封止材を硬化させることから、上記特性を持つ半導体基板を容易に製造することができる。
【００４０】
この時、チップ実装部の周囲に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えた実装基板に対し、その表面に薄膜導電層を形成し、次いでレーザによって上記薄膜導電層の回路パターンとして残すべき部分と非回路部との境界部を除去して両者を絶縁し、その後、薄膜導電層における回路パターンとして残した部分に電気メッキを施して回路パターンを形成すると、傾斜面もしくは壁面への回路パターンの形成も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図２】（ａ）は封止材の塗布時の平面図、（ｂ）は封止材塗布時の塗布高さと塗布広がりを示す側面図である。
【図３】（ａ）は封止材のチクソ指数と塗布高さとの相関図、（ｂ）は封止材のチクソ指数と塗布広がりとの相関図である。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は接触角に関する説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の封止材の塗布に関する説明図である。
【図６】他例の断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は夫々更に他例の断面図である。
【図８】別の例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は封止材による封止後の断面図である。
【図９】更に別の例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は封止材による封止後の断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は更に別の例の断面図である。
【符号の説明】
１実装基板
２ベアチップ
３封止材
１０チップ実装部
１２傾斜面

Claims

ベアチップと、該ベアチップが表面実装される実装基板と、実装基板上に実装されたベアチップを被覆する封止材とからなる半導体基板であり、実装基板はそのベアチップが実装されるチップ実装部の周囲に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えており、ベアチップを被覆している封止材はその最外周縁が上記傾斜面もしくは上記壁面上に位置していることを特徴とする半導体基板。
実装基板におけるチップ実装部の周囲に凹溝が形成されているとともに該凹溝の内周壁が外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面となっており、該傾斜面もしくは壁面上に封止材の最外周縁が位置していることを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
実装基板におけるチップ実装部が実装基板に設けた凸部の上面に設けられて該凸部の周壁が外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面となっており、該傾斜面もしくは壁面上に封止材の最外周縁が位置していることを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
チップ実装部と傾斜面との境界部が面取りされた面もしくは曲面となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の半導体基板。
境界部に施したメッキで曲面が形成されていることを特徴とする請求項４記載の半導体基板。
封止材の最高点から近い距離にある傾斜面の傾斜角度が封止材の最高点から遠い距離にある傾斜面の傾斜角度より大で急傾斜面となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の半導体基板。
ベアチップと、該ベアチップが表面実装される実装基板と、実装基板上に実装されたベアチップを被覆する封止材とからなる半導体基板の製造方法であって、実装基板としてベアチップが実装されるチップ実装部の周囲に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えたものを用いて、回路パターンが表面に形成された上記実装基板の上記チップ実装部上にベアチップの表面実装を行い、次いで上記チップ実装部上に流体状態にある封止材を供給して封止材の最外周縁を上記傾斜面もしくは壁面に至らせ、この状態で封止材を硬化させることを特徴とする半導体基板の製造方法。
チップ実装部の外周に外周ほど低くなった傾斜面もしくは下方に伸びる壁面を備えた実装基板に対し、その表面に薄膜導電層を形成し、次いでレーザによって上記薄膜導電層の回路パターンとして残すべき部分と非回路部との境界部を除去して両者を絶縁し、その後、薄膜導電層における回路パターンとして残した部分に電気メッキを施して回路パターンを形成することを特徴とする請求項７記載の半導体基板の製造方法。