(57)【要約】【課題】半導体パッケージの小型化と実装温度サイクル耐性との両立を図る。【解決手段】パッケージ基板１において、基板コア層３にランド６と接する位置より、ランド６の径より小さい径の孔１４が掘削され、当該孔に基板コア層３の材料より弾性率が低い低弾性樹脂１１が充填されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板コア層と、
前記基板コア層の一面に形成された、外部電極端子を取り付けるためのランドと、
前記基板コア層の、前記ランドと接する位置より掘削された孔に充填された、前記基板コア層の材料より弾性率が低い低弾性樹脂と、
を備えた半導体パッケージ用基板。
【請求項２】
前記孔が前記ランドで塞がれていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ用基板。
【請求項３】
前記低弾性樹脂が充填されている前記孔が前記基板コア層を貫通していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体パッケージ用基板。
【請求項４】
前記孔の全部に前記低弾性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体パッケージ用基板。
【請求項５】
前記孔の一部に中空を有するように前記低弾性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体パッケージ用基板。
【請求項６】
前記基板コア層の弾性率が数十ＧＰａであり、前記低弾性樹脂の弾性率が数百ＭＰａないし数ＧＰａであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体パッケージ用基板。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の半導体パッケージ用基板と、
前記半導体パッケージ用基板の基板コア層の他面に搭載された半導体チップと、
を有する半導体パッケージ。
【請求項８】
基板コア層と、前記基板コア層の一面に形成された、外部電極端子を取り付けるためのランドと、前記基板コア層の、前記ランドと接する位置より掘削された孔に充填された、前記基板コア層の材料より弾性率が低い低弾性樹脂と、を備えた半導体パッケージ用基板の製造方法であって、
前記基板コア層を用意する工程と、
前記基板コア層の、前記ランドが配置される位置より孔を掘削する工程と、
前記孔に、前記基板コア層の材料より弾性が低い低弾性樹脂を充填する工程と、
前記基板コア層の、前記低弾性樹脂が充填された側の面に配線層を設ける工程と、
前記配線層に所定のパターニングを行って、前記低弾性樹脂が充填された前記孔に対応する位置に前記ランドを形成する工程と、
を有する、半導体パッケージ用基板の製造方法。
【請求項９】
前記ランドを前記孔の開口部より大きくすることを特徴とする請求項８に記載の半導体パッケージ用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記孔の一部または全部に前記低弾性樹脂を充填することを特徴とする請求項８または９に記載の半導体パッケージ用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡパッケージのような半導体パッケージ、該半導体ｐｐケージの製造に使用される半導体パッケージ用基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体パッケージの小型・薄型化の要求に対応するためにＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）やＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）型パッケージが普及しており、最近は更なる薄型化の要望が高くなっている。
【０００３】
一般的なＢＧＡ型半導体パッケージの構造を図１に示すが、この半導体パッケージの小型化に伴い、外部電極端子としてのはんだボール及びその搭載部であるランドの小型化や、ランドピッチの狭小化が進んできている。この結果、実装温度サイクル耐性の低下が問題となってきており、耐性向上のための応力緩和対策を講じる必要が生じている。
【０００４】
なお、実装温度サイクル耐性とは、半導体パッケージを外部プリント基板上に実装し、この状態で温度サイクル試験を実施したときに、半導体パッケージを構成する部品、配線や電気接続部などが温度変化またはその繰り返しに耐えられる性能をいう。
【０００５】
特許文献１や特許文献２に、ＢＧＡ型半導体パッケージを実装する外部プリント基板に柔軟性接着剤層を設けた上にランドを形成する技術が開示されている。また、特許文献３や特許文献４には、ＢＧＡパッケージを構成するパッケージ基板に緩衝材を設ける技術が開示されている。その他の類似先行技術として、特許文献５や特許文献６に開示された構造がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−０４２７３８号公報
【特許文献２】特開平０２−０４２７３９号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９７４１号公報
【特許文献４】特開２００３−１３３４７８号公報
【特許文献５】特開２００７−０７３６８１号公報
【特許文献６】特開平１１−３５４６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜６に開示された構造によりＢＧＡパッケージ等の実装温度サイクル耐性の向上が可能ではあるが、これらは柔軟性接着剤層や緩衝材をパッケージ基板とは別の１つの層として設ける構成となっている。
【０００８】
実装温度サイクル耐性向上に必要な応力緩和効果を発現させるためには、応力緩和層の厚さが数１０μmから数１００μmの厚さが必要である。このような厚みの必要性は、パッケージ基板の厚さを５００μmより小さくするような薄型化を目指す最近のＢＧＡ型パッケージの要望には無視できない問題となる。
【０００９】
また、パッケージ基板全体を一つの緩衝材の層として構成すると、本来剛性を確保すべき基板の部位が柔軟になることとなる。したがって、例えばAuやCuにより形成される配線や貫通ビアが断線したり、基板に対する配線位置決め精度が低下し製造が難しくなったりするなどの問題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記のような背景技術の課題を解決しようとするものである。
【００１１】
本発明の一つの態様によれば、基板コア層と、基板コア層の一面に形成された、外部電極端子を取り付けるためのランドと、を備えた半導体パッケージ用基板において、基板コア層の、ランドと接する位置より掘削された孔に、基板コア層の材料より弾性率が低い低弾性樹脂が充填されている。
【００１２】
また本発明の他の態様は、上記の態様による半導体パッケージ用基板の製造方法であって、基板コア層を用意する工程と、基板コア層の、ランドが配置される位置より孔を掘削する工程と、孔に、基板コア層の材料より弾性率が低い低弾性樹脂を充填する工程と、基板コア層の、低弾性樹脂が充填された側の面に配線層を設ける工程と、配線層に所定のパターニングを行って、低弾性樹脂が充填された孔に対応する位置にランドを形成する工程と、を有する。
【００１３】
こうした態様の基板を用いた半導体パッケージでは、半導体パッケージの実装温度サイクル試験時にランド及び外部電極端子に生じる応力の影響が緩和されるため、実装温度サイクル耐性が向上する。また、基板コア層に設けられた孔にのみ低弾性樹脂を充填した構造であるため、パッケージ基板が厚くならず、半導体パッケージの小型・薄型化が達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体パッケージの小型化と実装温度サイクル耐性向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的なＢＧＡ型半導体パッケージの構造を示す図。
【図２】本発明の一実施例による半導体パッケージの構造図。
【図３】本発明の一実施例のランド周辺部の拡大図。
【図４】図３のパッケージ基板を外部電極端子側から透過して見た平面図。
【図５】本発明の一実施例による半導体パッケージの製造工程を断面で示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図２は本発明の一実施例による半導体パッケージの構造図である。本半導体パッケージは一般的なＢＧＡパッケージと同様に、例えばガラスエポキシ材でできた、平面視で略四角形のパッケージ基板１を有している。
【００１８】
パッケージ基板１の一面にチップ（半導体回路素子）１０が絶縁性接着剤を介して固定されている。チップ１０の電極パッドとパッケージ基板１のボンディング・パッドの間は例えば金や銅からなる導電性のボンディングワイヤ８により結線（ワイヤボンディング）されている。チップ１０及びボンディングワイヤ８の周囲が、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる封止樹脂２で覆われている。
【００１９】
パッケージ基板１の他方の面にはランド６が形成されており、ランド６には外部電極端子７である例えば半田ボールが形成されている。この半田ボールによって本半導体パッケージが外部のプリント基板に実装される。
【００２０】
パッケージ基板１は基板コア層３と配線５とビア９と保護層４とからなっている。配線５とビア９は、チップ１０と外部電極端子７を電気的に接続するように所定のパターニングを行って形成されている。パッケージ基板１のボンディング・パッドやランド６以外の面部分には保護層４が塗布されて配線等が保護されている。
【００２１】
本実施例では、ランド６に対し外部電極端子７とは反対側にある基板コア層３の部分に、ランド６と接する位置より低弾性樹脂充填用の孔を掘削し、当該孔には例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂のような低弾性樹脂１１を充填している。本実施例の半導体パッケージを不図示の外部プリント基板上に外部電極端子７ではんだ接合し、この状態で温度サイクル試験を実施したとき、外部電極端子７に生じる応力が低弾性樹脂１１により緩和される。そのため本発明は製品の信頼性を向上することができる。
【００２２】
低弾性樹脂充填用の孔は基板コア層３を貫通していてもよく、また、当該孔の一部または全部に低弾性樹脂が充填されておらず中空の部分があってもよい。
【００２３】
また、図３にランド周辺部の拡大図を、図４に図３の構成を外部電極端子側から透過して見た平面図を示している。本実施例では、これらの図に示すように、円形のランドの径Ｘ２より小さい径Ｘ１を有する低弾性樹脂充填用の丸孔を形成するのが望ましい。この寸法構成とすることで、実装温度サイクル試験時での応力緩和効果に加え、基板の配線パターニングにおいて低弾性樹脂充填用孔上にランドを容易に形成でき、また、低弾性樹脂充填用孔をランドで塞いで孔の露出を防止できる。
【００２４】
また、基板コア層３は、ガラスクロスに例えばエポキシ樹脂やシアネート樹脂等の樹脂を含浸させてなる一般的な基板コア材からなり弾性率は数十ＧＰａである。このような大きな剛性を持つ基板コア層３では、外部のプリント基板に半導体パッケージを実装するとき半田ボールやランドに生じる応力が緩和されずにランドや半田ボールの剥れや基板割れが起きやすい。
【００２５】
そこで本実施例では、ランド６の直下の基板コア層２の部分に低弾性樹脂１１が設置されている。低弾性樹脂１１は数百ＭＰａないし数ＧＰａ程度の弾性率のエポキシ樹脂またはシリコン樹脂などであり、基板コア層３より弾性率が十分に低い材料である。このような低弾性樹脂１１がランド直下にあれば、ランド６に生じる応力を緩和することができるため、実装温度サイクル耐性が向上する。
【００２６】
次に、本実施例の半導体パッケージの製造方法を説明する。
【００２７】
図５は本発明の半導体パッケージの主要部となるパッケージ基板１の製造工程を示している。
【００２８】
まず、図５（ａ）に示すように、ガラスエポキシ材の基板コア層３の一方の面（チップ１０を搭載する側）に例えば銅箔などの配線層１３を貼り付けておく。また、他方の面（外部電極端子７を取り付ける側）の、ランド６を配置する位置にはランド径より小さい径の孔１４を形成する。孔１４は、後に低弾性樹脂１１が充填される孔である。
【００２９】
次いで、図５（ｂ）に示すように、孔１４には例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低弾性樹脂１１を印刷法等により充填する。孔１４から溢れた余剰の樹脂がスキージ１７で掻き取られながら基板コア層３の表面における低弾性樹脂１１が平坦にされる。その後、熱処理を実施して低弾性樹脂１１の充填が完了する。
【００３０】
さらに、図５（ｃ）に示すように、基板コア層３の、低弾性樹脂１１が充填された側の面に例えば銅箔などの配線層１５を貼り付ける。
【００３１】
その後の各工程はＢＧＡパッケージ用基板の一般的な工程である。
【００３２】
簡単に述べておくと、図５（ｄ）に示すように、両面に配線層１３，１５が形成された基板コア層３に貫通するビア孔１６を形成し、図５（ｅ）に示すように、めっき法によってビア９を形成することより配線層１３，１５間の電気的接続を行う。
【００３３】
さらに、図５（ｆ）に示すように配線層１３，１５のそれぞれにフォトリソ技術により所定のパターニングを行って、配線５およびランド６が形成する。各々のランド５は低弾性樹脂１１が接している。
【００３４】
最後に、図５（ｇ）に示すように、基板コア層３の表裏面に、保護層４であるソルダーレジストを塗布し、かつ所定のパターニングを行い、パッケージ基板１を得る。保護層４が塗布されていない配線部分が、ボンディング・ステッチや半田ボール搭載部となる。
【００３５】
以上説明したような半導体パッケージによれば、次のような効果が得られる。
【００３６】
本発明は、基板コア層３にランド６と接する位置より、ランド６の径より小さい径の孔１４を掘削し、当該孔に基板コア層３の材料より弾性が低い低弾性樹脂１１を充填した構造を持つ。このような構造により、半導体パッケージの実装温度サイクル試験時にランド６及び外部電極端子７に生じる応力の影響を緩和し、実装温度サイクル耐性を向上できる。
【００３７】
また、基板コア層３に設けられた孔１４にのみ低弾性樹脂１１を充填した構造であるため、パッケージ基板が厚くならず半導体パッケージを薄くすることができる。さらに、本構造を実現しても基板全体の剛性を確保できるために配線５や貫通ビア９などの断線が発生しない。
【００３８】
以上、本発明の半導体パッケージについて一つの実施例を示して説明したが、本願の技術思想の範囲内において上記実施例に様々な変更を加えたものが本発明に包含される。
【００３９】
例えば、低弾性樹脂１１が充填される孔１４は、基板コア層３の、ランド６が形成された側の面からチップ１０が実装される側の面まで貫通していてもよい。また、低弾性樹脂１１が孔１４の内部に完全に充填されておらず、孔１４の一部または全部が中空の状態であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１    パッケージ基板
２    封止樹脂
３    基板コア層
４    保護層
５    配線
６    ランド
７    外部電極端子
８    ボンディングワイヤ
９    ビア
１０    チップ
１１    低弾性樹脂
１２    保護層開口部
１３，１５    配線層
１４    孔
１６    ビア孔
１７    スキージ
Ｘ１    低弾性樹脂充填孔１４の径
Ｘ２    ランド６の径
Ｘ３    保護層開口部１２の径
【図１】
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【図２】
2010212273.tif 000004
【図３】
2010212273.tif 000005
【図４】
2010212273.tif 000006
【図５】
2010212273.tif 000007