(57)【要約】【課題】フリップチップ実装されたＩＣチップと配線基板の間にアンダーフィル樹脂を充填する際に生じるアンダーフィル中のボイドの発生を抑制し、アンダーフィルが隙間以外へ濡れ広がるのを防止するための基板表面の構成を提供する。【解決手段】樹脂基板の一方の主面上に接触用電極を備え、他方の主面上に、ＩＣチップと、接続用バンプと、スルーホール電極と、接続用バンプとスルーホール電極とを接続する配線パターンと、を備え、樹脂基板とＩＣチップの隙間にアンダーフィル樹脂が充填されたＩＣモジュールであって、樹脂基板上の回路パターンは、接続用バンプからＩＣチップ外周へ伸びてからＩＣチップを迂回するように引き回されて所定のスルーホール電極と接続され、ＩＣチップ下には引き回されていないことを特徴とするＩＣモジュールである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板の一方の主面上に接触用電極を備え、
他方の主面上に、ＩＣチップと、該ＩＣチップの接続用端子とフリップチップ接続する接続用バンプと、接触用電極にスルーホール接続するスルーホール電極と、接続用バンプとスルーホール電極とを接続する配線パターンと、を備え、
樹脂基板とＩＣチップの隙間にアンダーフィル樹脂が充填されたＩＣモジュールであって、
樹脂基板上の前記配線パターンは、接続用バンプからＩＣチップ外周へ伸びてからＩＣチップを迂回するように引き回されて所定のスルーホール電極と接続され、ＩＣチップ下には引き回されていないことを特徴とするＩＣモジュール。
【請求項２】
前記配線パターンは、ダミーパターンを有すことを特徴とする請求項１に記載のＩＣモジュール。
【請求項３】
前記アンダーフィル滴下用のエリアを囲む配線パターンは、２重の配線パターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＣモジュール。
【請求項４】
前記樹脂基板のＩＣチップ下部領域を除く配線パターン領域をカバーレイで被覆したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣモジュール。
【請求項５】
前記樹脂基板のＩＣチップ下部領域を除く配線パターン領域を印刷インキで被覆したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触型ＩＣカードに内蔵するＩＣモジュールに係り、特にはフリップチップ接続方式のＩＣモジュール製造におけるアンダーフィル樹脂の延展制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接触式あるいは非接触式ＩＣカードにおいてはＩＣチップが所定の大きさのカードに内蔵されている。ＩＣチップは、通常接続端子を何らかの別の電極や端子と接続する必要があるため、配線回路が形成された中継用配線基板上に搭載されている。この配線基板とＩＣチップが一体化したＩＣモジュールがカード基材中に埋め込まれている。ＩＣチップの接続端子と基板上の接続端子との接続には、溶接、金属接合、ＡＣＦ（AnisotropicConductive Film）、ＡＣＰ(Anisotropic Conductive Paste)、ワイヤーボンディング方式、フリップチップ接続等複数の方式が採用されている。特に、フリップチップ実装方式は、接続端子の密度が高くでき、電気性能が優れるとして、近年、急速に成長している実装方式である。
【０００３】
フリップチップ実装でＩＣチップを搭載するＩＣモジュール用配線基板（以下、単に配線基板と記す。）には、セラミック基板も使用可能である。しかしながら、有機材料基板の方が、配線加工が容易で、高速対応における電気特性の指標となる誘電率や誘電正接の値が低く、高速対応に好適であること、さらに、有機材料は無機材料に比べ柔軟性を持ち、落下などの衝撃に対する耐衝撃性を備え、軽量であること等から配線基板として採用される場合が多い。
【０００４】
一方、有機材料からなる配線基板と搭載されるシリコンＩＣチップとは異質な材料であるため、熱膨張率の差は、セラミック基板のそれと比べて大きく、温度によって著しく変化、上昇する。そのため、フリップチップ実装方式においては、はんだ接続後冷却時に、ＩＣチップと配線基板との熱膨張係数差に起因して応力が生じ、該応力はＩＣチップと基板間に形成されたはんだ接続部に集中し、接合部の変形、破壊を招いてしまうという問題がある。
【０００５】
この接続不良を防ぐためＩＣチップと配線基板との間に熱硬化性封止樹脂（以下、アンダーフィル樹脂もしくはアンダーフィルと記す。）を注入して、接合部にかかる応力をアンダーフィル樹脂全体に分散させる技術が採用されている。この樹脂注入には、ＩＣチップ全体を保護する金属キャップを必要とせずに、湿気や塵埃からＩＣチップを保護する効果もあり、接続信頼性が飛躍的に向上することが知られている。
【０００６】
フリップチップ実装方式におけるアンダーフィル注入の方法としては、ＩＣチップと基板の端子をはんだ接合した後、両者間に設けられる数十μｍの間隙に対して、アンダーフィル樹脂をディスペンサから基板に滴下し充填するＣＵＦ（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ＵｎｄｅｒＦｉｌｌ；キャピラリーアンダーフィル）工法、あるいは、配線基板上のＩＣチップの接合位置の近傍にあらかじめ常温の封止樹脂を塗布した後にＩＣチップを接合するＰＡＭ（Ｐｒｅ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ；プリアプライドマテリアル）工法が一般的に知られている。
【０００７】
ＣＵＦ工法にあっては、アンダーフィル樹脂は毛細管現象によってＩＣチップと配線基板の隙間に浸透するため、ＩＣチップのサイズ、接合部電極の配置、離間距離によっては、樹脂の注入時間が著しく長くなり、樹脂内に含まれるフィラーと樹脂成分の流速差に起因してフローマークが生じることがある。また、基板表層の絶縁層、電極表面、ＩＣチップ表面の接触角不整合のため樹脂流動にムラや樹脂の回りこみが生じ、樹脂中にエアーが抱きこまれてボイドが発生するという問題がある。これらはＩＣモジュールの長期信頼性を著しく低下させる。
【０００８】
そのため、通常アンダーフィル樹脂を充填する前に基板に対してプラズマ洗浄を行い、樹脂が接する場所を清浄にして濡れ性を改善させることが一般的に行われているが、ＩＣモジュール基板については、コスト的に問題がある。ＩＣモジュールに特化した対策としては、配線基板上に、アンダーフィルの浸透方向に沿って凹凸を設け、アンダーフィルの流れを制御する技術が開示されているが（特許文献１）、チップ外周への濡れ広がりには効果がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２０７２９６号公報
【特許文献２】特開２００６−２１９５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、フリップチップ実装されたＩＣチップと配線基板の隙間にアンダーフィル樹脂を充填する際に生じるアンダーフィル中のボイドの発生を抑制し、アンダーフィルが隙間以外へ濡れ広がるのを防止するための基板表面の構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、
樹脂基板の一方の主面上に接触用電極を備え、
他方の主面上に、ＩＣチップと、該ＩＣチップの接続用端子とフリップチップ接続する接続用バンプと、接触用電極にスルーホール接続するスルーホール電極と、接続用バンプとスルーホール電極とを接続する配線パターンと、を備え、
樹脂基板とＩＣチップの隙間にアンダーフィル樹脂が充填されたＩＣモジュールであって、樹脂基板上の前記配線パターンは、接続用バンプからＩＣチップ外周へ伸びてからＩＣチップを迂回するように引き回されて所定のスルーホール電極と接続され、ＩＣチップ下には引き回されていないことを特徴とするＩＣモジュールとしたものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記配線パターンは、ダミーパターンを有すことを特徴とする請求項１に記載のＩＣモジュールとしたものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記アンダーフィル滴下用のエリアを囲む配線パターンは、２重の配線パターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＣモジュールとしたものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記樹脂基板のＩＣチップ下部領域を除く配線パターン領域をカバーレイで被覆したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣモジュールとしたものである。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記樹脂基板のＩＣチップ下部領域を除く配線パターン領域を印刷インキで被覆したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣモジュールとしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、樹脂基板（親油性）と異質な表面状態を有する金属配線パターン（溌油性）をＩＣチップの周囲にＩＣチップを迂回するように敷設して、アンダーフィルが配線パターンを乗り越えにくい性質をアンダーフィルの延展防止に利用したものである。これによりアンダーフィルが所望の部位以外に濡れ広がることが防止される。また、アンダーフィル樹脂がＩＣチップ外からチップ下部に回りこむことがなくなる結果ボイドの発生が抑止される。
【００１７】
さらにまた、ＩＣチップ下部から金属配線パターンの大部分を取り除いた結果、アンダーフィルがＩＣチップと配線基板間の隙間を優先的且つ均一に浸透する。したがって、エアーを抱き込んだボイドが発生しないという効果がある。
いずれもＩＣモジュールの長期信頼性を向上させることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るＩＣモジュールの配線パターンの一態様を説明する断面視の図である。
【図２】本発明に係るＩＣモジュール構成の別の一例を模式的に説明する上面視の図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）ＩＣモジュールの配線パターンの効果を模式的に説明する上面視の図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明に係るＩＣモジュールの別の構成を説明する断面視と上面視の図及び樹脂の流れを模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、図面を使いＣＵＦ工法までの工程を説明する。
【００２０】
本発明の構造上の要部は、図１に示されている。図１はＩＣモジュール１の配線基板２にＩＣチップ８（破線で表示）をフリップチップ実装する前の配線基板２をＩＣチップ側(別の主面側)から見た上面視の図である。図２はＩＣチップ８搭載後の上面視の図である。配線基板２には、通常ガラスエポキシ基板を用いることが多いが、材料はガラスエポキシに限らずポリイミドやリードフレーム等基板となりうるものであればよいが、厚みは１００〜１７０μm程度が好ましい。
【００２１】
配線基板２裏面の第一の主面上には、カードリーダーと接触するための図示しない複数の接触用電極（通常は６〜８面片）が敷設されており、該接触電極からこちら側（別の主面）に垂下する導電性スルーホールが形成されている。スルーホールの先端はスルーホール電極７となっており図にはこれだけが明示されている。スルーホール電極７は全てＩＣチップ８の外側に配設される必要がある。ＩＣチップ８は一辺が３〜４ｍｍ程度（厚みが１００〜８０μｍ程度）、接触電極の総面積は概ね１ｃｍ２程度である。したがって、図の配置になるようにスルーホール電極７を形成することは可能である。
【００２２】
ＩＣチップ８は、チップの外周域に６〜８個程度の接続端子を備えるが、この端子は、フリップチップ方式により配線基板２上に設けられた接続用バンプ５とフェースダウン形態ではんだ接続される。接続用バンプ５とスルーホール電極７は、それぞれ対応する端子同士が、基板上に敷設された銅配線４により接続されている。図中の黒線はこれら配線パターン４で、厚みが１８μｍ程度の銅箔を定法のフォトリソ法によりパターニングする。一般に配線は、ＩＣチップ８の下をすり抜けるようにパターンニングしても構わないが、本発明ではＩＣチップ下には敷設されない。
【００２３】
接続用バンプ５は、配線パターン４の端部に厚みが３μｍ程度のＮｉめっき層と０．０
３μｍ程度のＡｕめっき層が積層されたものである。該接続バンプ５の表面に、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕからなるはんだ皮膜を形成し、その上に同じはんだが塗布されたＩＣチップの端子を位置あわせしてフェースダウン搭載してから、約２５０℃に設定したリフロー炉に通すとはんだが溶融固化してＩＣチップ８が配線基板２にフリップチップ実装される。
【００２４】
フリップチップ実装におけるＩＣチップ８と配線基板２との間隙（概ね、５０μｍ程度）は洗浄により清浄化される。洗浄工程は、フラックス残留成分の除去を目的としているため、洗浄不要のフラックス、またはフラックスを使用しないタイプのはんだを使用する場合は、当該処理は必ずしも必要ではない。
【００２５】
隙間８ａへのアンダーフィル１０の注入は以下のようである。加熱したディスペンサステージ１５（図４に（ｂ）を参照。）に配線基板２を載置し昇温する。これは、アンダーフィル１０の流動性を上げる目的で行なう処理であり、基板２の昇温温度については、樹脂の性能が最も発揮される推奨条件を選択して行う。本実施形態では、アンダーフィル樹脂１０として粘度が６５０ｍＰａ・ｓのエポキシ系樹脂を、ディスペンサにより後述する所定の位置に供給し、毛細管現象によりＩＣチップ８と配線基板２との間隙８ａに樹脂１０が行き渡り、充填が完了するまでステージ１５上に放置して行う。アンダーフィル材料としては、例えばＮａｍｉｃｓ製Ｕ８４１０−１１９が使用できる。
【００２６】
ここで、アンダーフィル樹脂１０の充填量（フィレット高Ｈ）は、図４（ｂ）の配線基板表面上の隙間８ａ部分と素子の高さの２割以上を硬化した樹脂が覆うことで、ＩＣチップ８の周囲全体に渡って応力の不均衡が起きないように調整をする。また、接続用バンプ５を含めた間隙が樹脂１０によって十分に満たされたとしても、ＩＣチップ８の周囲でのフィレット高さがアンバランスとなると、フィレット部位を含む封止樹脂にかかる応力に不均衡が発生するので、ＩＣチップ８の周囲でのフィレット高さＨは均一であることが望ましい。
【００２７】
前記配線基板を、樹脂硬化が可能な温度雰囲気に移して、封止樹脂を完全に熱硬化させると、完成したＩＣモジュールを得る。使用するアンダーフィル樹脂に応じて、適切な硬化時間、硬化温度の設定が必要である。Ｕ８４１０−１１９樹脂の硬化は、恒温オーブン内で１６５℃、２時間程度加熱すればよい。
【００２８】
上記の手順でアンダーフィルを充填しても、ＩＣチップの下に配線パターンが引き回されていると、樹脂中にボイドが発生しやすく、チップ下以外の基板上に樹脂が延展することが防げない。
【００２９】
本発明は、銅配線パターンがボイド発生と延展の一因であるとの認識に立ちながら、逆にある意味では配線パターンを利用してボイドの発生と濡れ広がりを抑制したものである。
以下、この点につき図１、図２を再度用いて説明する。
【００３０】
洗浄処理を施したガラスエポキシ基板２表面は親油性であるが銅配線パターン４は親油性が弱い。また、銅配線パターン４は、１８μｍ程度の厚さがあるので銅配線のエッジがアンダーフィル樹脂（以下、樹脂と記す。）の流れの妨げになるので、基板表面の樹脂が流れる先に銅配線パターン４が存在するとアンダーフィルの広がり方に速度差が生じる。
【００３１】
そこで本発明は、先ず、樹脂が満たされるべきＩＣチップ８下部には、図１から分かるように配線パターン４を引き回さないようにした。従来は、最短距離で接続するためチップ下を通していた。このことは、接続用バンプ５とつながる配線パターン４ｃは、接続バンプ５の位置から最短距離でチップ下から抜け出るようなパターンとしたことである。チ
ップの辺から垂直に外に出るため、銅配線の占める割合は最小で、チップ下には樹脂流れを妨げる阻害物はなく、ほぼ樹脂表面だけで均一である。このため、浸透する樹脂は、接続用バンプ５の内側領域の隙間を先端が直線状になって進行する。
【００３２】
一般に、接続用バンプ５から出た配線とつながるスルーホール電極７は、ＩＣチップ８を間にして反対側に配置される。これは、図１裏面側の接触用電極の配置が、ワイヤーボンディング（フェースアップ）を前提として設計されており、フェースダウン搭載のフリップチップ方式と異なるからである。フェースダウン搭載の場合には、チップ左側の第一の接続バンプ５はチップ右側のスルーホール電極７に接続されることになる。離れた接続バンプ同士を結ぶのが不可避であるなら、引き回し配線を、図１に黒線で示すようにＩＣチップ８を迂回して囲むように配置することができる。
【００３３】
チップ中央から下側のバンプ同士はチップ外下側を引き回して配線し、上側のバンプ同士は上側を引き回す。また、これらの配線には、ダミー配線４ａを付属させてＩＣチップ８周囲を隙間なく囲むようにするのが好ましい。アンダーフィルが仮にチップ下から漏れ出たとしても配線パターン４が堤防になって配線パターン外に広がることがない。ダミー配線４ａは、孤立していても構わない。図では、配線パターン４はＩＣチップから離れて描かれているが誇張であり、実際は極めて近接している。
【００３４】
次は、アンダーフィルを滴下する配線基板２上の位置である。滴下する位置はＩＣチップ４辺のうち接続用バンプ５が２個配置されている辺の中央近傍のエリア３である（図１と図３（ａ）参照）。図１の端子配置では上辺がこれに該当するが、必ずしもこれに限定するものではなく、図の左右の辺近傍に滴下エリア３を設けても構わない。滴下エリア３は、図１から分かるように上方の配線パターン４で囲まれたエリアであって、配線パターン４が防波堤となって樹脂が外側に延展するのを防ぐ効果がある。
【００３５】
図１の上段２本の配線は、樹脂が基板の上方への濡れ広がりを抑えるが、図３（ａ）で模式的に示すようにアンダーフィル樹脂１０が横方向へ広がって配線パターン内側を下方に広がるのを抑止できない。このような広がり方が生じるとエアーを抱き込んでチップ下にボイドが生じやすい。そこで、チップ上方の二つの接続用バンプ５ａからでる配線を上方に引き伸ばせるようにスルーホール電極７を配置して、図３（ｂ）に示すように滴下エリア３の左右も配線パターン４ｄで囲まれるようにした。これにより図３（ａ）に図示したような樹脂が先回りして下方でチップ下に回りこむのが抑止される。
【００３６】
この滴下エリア３を囲む配線パターンについては、滴下樹脂量が多いため配線パターンを越えて溢れるおそれもあるので、図３（ｃ）に示すように２重の配線パターン４ｂにしてせき止め効果を増強することができる。
【００３７】
また、図１で示すように滴下エリア３に近い側の接続用バンプ５から左右横方向に延びる配線パターンを配置しておくのが好ましい。チップ外を進んだ樹脂が当該配線パターンで進行が阻害される結果、先回りしてチップ下を浸透した樹脂と合体して生じるボイドが防止される。
【００３８】
樹脂の延展防止には、図２に示すように、ＩＣチップ下以外の基板上の領域を厚みが１２．５μｍ程度のカバーレイ１１で被覆することができる。カバーレイの材料としてはポリイミド樹脂が好適である。
【００３９】
別の延展防止技術としては、図示はしないがＩＣチップ下以外の基板上の領域に印刷処理を施すことができる。印刷方法としては、シルクスクリーン印刷が好ましく、インクにはポリイミド樹脂が好適である。
【００４０】
また、別の方法として延展を防ぎたい領域に対してコレットで５０℃／５０Ｎ／２０秒程度の条件で押圧して昇温しておく方法がある。
【００４１】
また、図４（ａ）に示すようにＩＣチップ実装面に対して反対側の面にＩＣチップ８と面積的に同等以下の金属パターン１４を配置することができる。金属パターンを配置しただけでは滴下エリア３から流出する樹脂は図４（ａ）の右図の矢印で示すようにチップ下とチップ外を進んでボイドの原因となる。
【００４２】
図４（ｂ）に示すようにＩＣモジュールの金属板１４がディスペンサステージに当接するように搭載して加熱すると、滴下エリア３からでたアンダーフィル樹脂は、金属板１４がある部分のチップ下が相対的に高温になり、樹脂の流動性が向上する。この結果、チップ外側を進んで回り込んだ樹脂がチップ下に到達する前にチップ下を充填してしまいボイドが発生しない（図３（ｃ）に類似）。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・ＩＣモジュール
２・・・配線基板
３・・・滴下エリア
４・・・配線パターン
４ａ・・・ダミー配線
４ｂ・・・２重パターン
４ｃ・・・滴下エリアを囲む配線
４ｄ・・・滴下エリアの左右の配線パターン
５・・・接続用バンプ
５ａ・・・滴下エリア近傍のバンプ
６・・・ダミーパターン
７・・・スルーホール電極（スルーホール自体）
８・・・ＩＣチップ
８ａ・・・チップ下の隙間
１０  ・・・アンダーフィル樹脂
１１  ・・・カバーレイ
１２  ・・・スルーホール
１３  ・・・ボイド
１４・・・金属パターン
１５・・・ディスペンサステージ
Ｈ・・・フィレット高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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