(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に電極パッドが形成された断面凹形状のキャビティを有するセラミック基板に、実装面にバンプを有する電子部品を、前記電極パッドと前記バンプとを接合して収容するとともに、キャビティ底面と電子部品の実装面との間隙に酸無水物硬化型エポキシ樹脂を介在させ、キャビティ内をフェノール硬化型エポキシ樹脂層で充填して成るバンプ付電子部品の実装構造であって、
前記キャビティの内壁面に、実質的にキャビティ底面と同一平面上に広がるように溝部を形成するとともに、該溝部の基板厚み方向の高さをｔ１、前記電子部品の実装面とキャビティ底面との間隔をｔ３、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５の樹脂の厚みをｄとした時、ｔ１、ｔ３、ｄの関係をｔ３＜ｄ＜ｔ１に設定したことを特徴とするバンプ付電子部品の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付電子部品をセラミック基板に形成した断面凹部状キャビティ内に実装したバンプ付電子部品の実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップなどの電子部品を、セラミック基板に形成した断面凹部状キャビティ内に実装する構造として、キャビティの底面に電極パッドを形成し、また、電子部品の実装面にバンプを形成し、両者を接合し、電子部品を被覆するように樹脂部材を充填していた。
【０００３】
特に、電子部品とセラミック回路基板との電気的な接合が、金属バンプを用いていることから、これら金属バンプと電極パッドとの間のパスが短くなり、従来のリード端子付の電子部品に比べて、高速、高周波特性が要求される電子部品の実装構造として有利であった。
【０００４】
また、近年、電子機器システムは、軽・薄・短・小化、低消費電力化、多機能化、高信頼性化の要求がますます高まってきつつある。すなわち、近年のセラミック基板は他の部品と組み合わせることにより、セラミック基板に回路機能を高め、更に小型高機能化をしていくことが求められている。このため、電子部品をセラミック基板のキャビティ内に実装するとともに、キャビティの周囲に他の電子部品を実装して高機能化させている。
【０００５】
図２は、従来のバンプを有する電子部品の実装構造を示す断面図である。
【０００６】
図２において、符号２０は電子部品装置であり、３はセラミック基板である。基板３の表面には断面凹形状のキャビティ７が形成されている。キャビティ７の底面にはＡｇなどの導体から成る電極パッド４が形成されている。また、電子部品２は、例えばＩＣチップなどが例示でき、本体２ａの実装面に入出力電極が形成されており、この電極上にＡｕボンディングワイヤなどを利用して、溶融した金ボールを押しつけて形成されたバンプ２ｂが配置されている。
【０００７】
このような電子部品２は、基板３のキャビティ７内に、電子部品２のバンプ２ｂが電極パッド４にバンプ２ｂが当接するように位置決めされ、超音波熱圧着により接合されて収容される。即ち、電子部品２はフェースボンディングにより接合される。
【０００８】
また、電子部品本体２ａとキャビティ７の底面（実装面）との間隙、即ち、電極、バンプ２ｂの高さ及び電極パッド４の厚み相当分の間隙には、アンダーフィルと呼ばれる酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５が充填されている。
【０００９】
すなわち、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃以上と高く、基板３との線膨張係数の差が小さいため、電子部品２のバンプ２ｂと基板３の電極パッド４との接合部分を埋設するのに適している。
【００１０】
しかしながら、酸無水系エポキシ樹脂層５は、湿気によって基板３との密着強度が弱くなり、この酸無水系エポキシ樹脂層５と基板３との界面部分に、微小な剥離が生じてしまう。この結果、電極パッド４のＡｇ系の材料が、高温多湿の雰囲気下で電界が印加されると、マイグレーションにより、隣接しあう電極パッド４間が短絡するという欠点があった。例えば、電極パッド４間の間隔が５０μｍで印加電圧が５Ｖ、８５℃、湿度８５％の条件下では、５００時間程度で短絡が発生してしまう。
【００１１】
そこで、図２に示すように、酸無水物硬化型エポキシ樹脂５を覆い、且つ電子部品２の上面を覆うようにフェノール硬化型エポキシ樹脂層６を被覆していた。
【００１２】
このフェノール系の熱硬化型エポキシ樹脂層６は、耐湿性が良好であり、フェノール系の熱硬化型エポキシ樹脂層６と基板３との界面、実際には、キャビティ７の開口周囲の内壁面との界面から浸入する水分等を有効に防止できる。これより、電極パッド４のマイグレーションなどによる短絡、腐食を有効に防止できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子部品２をフェースボンディングによりキャビティ７内に実装した後に、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５を充填するにあたり、図３に示す位置ずれが生じた場合や、電子部品２とキャビティ７の内壁面との間のすき間が小さくなり、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５が毛細管現象によりキャビティ７の開口周囲の内壁面を這い上がり、キャビティ７の開口からはみ出して周囲に付着することがある。例えば、電子部品２の側面とキャビティ７の内壁面の間隔が１００μｍ以下になると、この毛細管現象が無視できなくなる。そして、キャビティ７の開口周囲の内壁面に付着した酸無水物硬化型エポキシ樹脂５では、８５℃、８５％の環境下で、ＤＣ５Ｖの電圧を印加する高温高湿バイアス試験で、キャビティ７の底面にまで湿気が回り込み、Ａｇマイグレーション不良が生じるという問題点があった。
また、図４に示すように、酸無水物硬化型エポキシ樹脂５をキャビティ７内に過剰に充填した場合でも、上述のキャビティ７の開口周囲の内壁面に付着した酸無水物硬化型エポキシ樹脂５と同様の問題が発生し、フェノール硬化型エポキシ樹脂層６を酸無水物硬化型エポキシ樹脂５上に被覆しても問題の解決はできなかった。
【００１４】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、絶縁性、特に高温高湿化における絶縁信頼性の向上したバンプ付電子部品の実装構造を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ付電子部品の実装構造は、底面に電極パッドが形成された断面凹形状のキャビティを有するセラミック基板に、実装面にバンプを有する電子部品を、前記電極パッドと前記バンプとを接合して収容するとともに、キャビティ底面と電子部品の実装面との間隙に酸無水物硬化型エポキシ樹脂を介在させ、キャビティ内をフェノール硬化型エポキシ樹脂層で充填して成るバンプ付電子部品の実装構造であって、前記キャビティの内壁面に、実質的にキャビティ底面と同一平面上に広がるように溝部を形成するとともに、該溝部の基板厚み方向の高さをｔ１、前記電子部品の実装面とキャビティ底面との間隔をｔ３、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５の樹脂の厚みをｄとした時、ｔ１、ｔ３、ｄの関係をｔ３＜ｄ＜ｔ１に設定したことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバンプ付電子部品の実装構造を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明のバンプ付電子部品の実装構造を用いた電子部品装置１０の断面図である。
【００１８】
図１において、２は電子部品であり、２ａは電子部品本体、２ｂは金属バンプである。３はセラミック基板、７はキャビティ、４は電極パッド、５は酸無水物硬化型エポキシ樹脂層、６はフェノール硬化型エポキシ樹脂層である。
【００１９】
セラミック基板３は、複数のセラミック絶縁層が積層されて構成されており、各セラミック絶縁層に形成された矩形状貫通孔の積み重ねにより、断面凹形状のキャビティ７が形成される。そして、図には省略されているが各内部配線導体膜の一部がキャビティ７の底面に露出して、電極パッド４が形成されることになる。る。また、キャビティ７の内壁面７ｂにおいて、底面と同一平面上に広がる溝部７ａが形成されている。即ち、キャビティ７の底面領域の形状は、溝部７ａが形成されている分だけ、キャビティ開口の形状が大きくなっている。
【００２０】
セラミック基板３は、アルミナ、サファイア、窒化アルミ、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ３単結晶、表面酸化シリコンのＳＯＳ基板、ガラス、石英等の耐熱性絶縁材料が例示でき、電極パッド４を含む配線導体は、Ａｇを主成分とし、Ｐｔ等を添加した導電性ペーストの印刷焼き付けにより形成される。
【００２１】
また、電子部品２は、ＩＣチップなどの電子部品本体であり、この電子部品２の実装面には電極が形成されており、この電極上にＡｕボンディングワイヤなどを利用して、ファーストボンディングを用いてバンプ２ｂが形成される。バンプ２ｂの材料としては、Ａｕワイヤーにより形成されるが、その他にＰｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、半田等、あるいはこれらの合金のバンプ突起部を形成するように、薄膜・厚膜技法で形成しても構わない。また、その表面に金メッキ処理などを行っても構わない。
【００２２】
このような電子部品２は、キャビティ７の底面の電極パッド４にバンプ２ｂが当接するように位置決め、載置し、超音波熱圧着により接合される。即ち、電子部品２はフェースボンディングにより接合される。
【００２３】
また、電子部品２とキャビティ７の底面との間隙、即ち、電子部品２の電極、バンプ２ｂの高さ及び電極パッド４の厚み相当分の間隙には、アンダーフィルとして機能する酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５が充填され、さらに、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５及び電子部品２を被覆するように耐湿性の高いフェノール硬化型エポキシ樹脂層６がキャビティ７内に充填されている。即ち、これらの樹脂部材によって、キャビティ７内が積層状態で充填されている。
【００２４】
酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５の樹脂組成物は、例えば、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物等のエポキシ樹脂が用いられる。また、酸無水物硬化型エポキシ樹脂の代わりに、アミン系エポキシ樹脂を用いてもよい。
【００２５】
酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５は、ガラス転移点温度が比較的高く、熱サイクル試験において−４０〜１２５℃においては熱膨張係数が比較的安定している。
【００２６】
フェノール硬化型エポキシ樹脂層６の樹脂組成物は、例えば、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ系エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ビフェニル構造またはナフタレン構造を持つエポキシ樹脂等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。ただし、硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）、耐湿性等の物性を考慮して、ビフェニル構造を持つエポキシ樹脂層および／またはナフタレン構造を持つエポキシ樹脂層を用いることが好ましい。
【００２７】
また、酸無水物硬化型エポキシ樹脂５としては、充填時にフェノール硬化型エポキシ樹脂６よりも低い粘度を有するものを用いるのが好ましい。すなわち、酸無水物硬化型エポキシ樹脂５として低粘度のものを用いれば、電子部品２の周囲、特にその底面に回り込む時間が短縮し、生産性が向上する。そして、フェノール硬化型エポキシ樹脂６として高粘度のものを用いれば、キャビティ７の内壁面７ｂをつたって開口周囲にはみ出すことがなく、湿気や塵から電子部品２を保護することができる。
【００２８】
本発明では、キャビティ７の底面と同一面上から内壁面７ｂの外側に広がるように溝部７ａが形成されている。このため、特に酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５がキャビティ７と電子部品２との間隙に充填された場合、底面部分からキャビティ７の開口周囲に酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５がはい上がる場合でも、この溝部７ａが存在するため、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５がキャビティ７の開口周囲にはみ出すことがなくなる。その結果、フェノール系の熱硬化型エポキシ樹脂層６を酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５及び電子部品２を覆うように安定的に被覆することができるため、これにより、外部からの湿気の浸入を確実に排除することができ、これにより、高温高湿バイアス試験でもキャビティ７の底面にまで湿気が回り込むことがなく、電極パッド４の材料により発生するＡｇのマイグレーション不良を防止できる。
【００２９】
ここで、キャビティ７において、溝部７ａの基板厚み方向の高さをｔ１、キャビティ７の深さで溝部７ａの高さを引いた分の高さ（内壁面７ｂ部分の高さ）をｔ２、電子部品２をキャビティ７内に収容した時、キャビティ７の底面と電子部品２の実装面との間隙をｔ３、キャビティ７の底面から電子部品２の上面までの高さｔ４とした時、ｔ３＜ｔ１＜ｔ４との関係となるようにすることが望ましい。溝部７ａの基板厚み方向の高さをｔ１は、５０〜４５０μｍ、好ましくは１００〜３５０μｍの範囲にあることが望ましい。
【００３０】
さらに、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５の樹脂の厚みｄ（溝部５内で最高点部分）は、ｔ３＜ｄ＜ｔ１となるように充填することが重要である。
【００３１】
すなわち、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５の樹脂の厚みｄが、電子部品２の実装面からの高さｔ３より低いと、電子部品２のバンプ２ｂを十分に酸無水物硬化型エポキシ脂層５で覆うことができないため、電子部品２とセラミック基板３との密着性が不十分となる。また、充填の厚みｄが、溝部７ａの厚み方向の高さｔ１より大きいと、低粘度の酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５が内壁面７ｂをつたってキャビティ７の開口にまではい上がってしまい、充分な耐湿性が確保できなくなる。
【００３２】
キャビティ７の平面形状において、溝部７ａの広がり方向の距離をＷ１、キャビティ７の開口部分の差し渡し距離をＷ２、キャビティ７の内壁面から電子部品２までの最小間隔をＷ２とした時、距離Ｗ１は、１００〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍの範囲にあることが望ましい。すなわち、距離Ｗ１が１００μｍ未満の場合、例えば、酸無水物硬化型エポキシ樹脂５を充填した時に、この樹脂が毛細管現象によりキャビティ７の内壁面７ｂをはい上がる可能性があり、一方、Ｗ１が４００μｍより大きい場合、基板３の成型時や焼成時に、キャビティ７の開口部周囲が垂れてくるという問題点がある。
【００３３】
キャビティ７の差し渡し距離Ｗ２及び高さｔ２の上限は、特に制限はないが、セラミック基板３の小型化や、キャビティ７の周囲に他の電子部品を実装するために、ｗ２、ｔ２は極力小さい方が望ましい。
【００３４】
キャビティ７の内壁面７ｂとキャビティ７の内壁面７ｂとの間の間隔Ｗ３の間隔は、電子部品を実装するために必要な距離、及び酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５を充填した時に、毛細管現象によりはい上がりを防止するようにその距離が求められる。これにより、間隔Ｗ３は、３００μｍ以上とすることが望ましい。尚、上限は、電子部品装置１０の平面形状の大型化を考慮して許容できる寸法とする。
【００３５】
次に、本発明の電子部品装置１０の製造方法を説明する。
【００３６】
電子部品２のバンプ２ｂの形成方法は、まず、Ａｕなどの金属ワイヤをクランパで挟んで、セラミックスやルビーで作られたキャピラリーに通し、通したＡｕワイヤの先端に溶融ボールを形成する。次に、予熱されている電子部品本体２ａの電極（図示せず）上に溶融ボールを押圧し、超音波振動を加え、温度、圧力、超音波振動の作用によって、溶融ボールを電極に接合する。クランパでＡｕワイヤを挟んで上昇させ、Ａｕワイヤを引きちぎって２段突起形状のバンプ２ｂを形成する。
【００３７】
セラミック基板３のキャビティ７の底面に電極パッド４となるＡｇなどの導電性ペーストを所定パターンで印刷し、焼き付けにより形成する。具体的には、キャビティー７を有する多層回路基板の製造工程において、キャビティ７の底面に、内部配線導体の一部を露出させることにより形成される。
【００３８】
次に、バンプが形成された電子部品２を、電極パッド４とバンプ２ｂの先端とが当接するようにボンダーマシンで位置合わせを行い、超音波熱圧着で接合する。
【００３９】
超音波熱圧着の条件は、超音波出力が０．１５Ｗ／バンプ、印加荷重が４０ｇｆ／バンプとし、電子部品２の実装面とキャビティ７の底面との隙間が４０μｍ〜４５μｍになるまで、超音波及び荷重を印加する。
【００４０】
次に、キャビティ７内に、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５となる塗膜を酸無水物硬化型エポキシ樹脂成分からなる液状の樹脂をディスペンサにて塗布し、６０℃まで加熱する。次に、所定の硬化条件（１５０℃×１時間）で本硬化する。
【００４１】
次に、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５及び電子部品２を完全に覆うようにキャビティ７内にフェノール硬化型エポキシ樹脂層６を充填する。この後、所定の硬化条件よりも緩やかな条件（１００℃×２時間）でフェノール硬化型エポキシ樹脂層６を硬化させ、半硬化状態に保った後、所定の硬化条件（１５０℃×２時間）で本硬化して、電子部品２がキャビティ７内に収容されたセラミック回路基板３が完成する。
【００４２】
本発明によれば、実装面にバンプ２ｂが形成された電子部品２を、セラミック回路基板３のキャビティ７内に収容し、電子部品２のバンプ２ｂをキャビティ７底面に形成されている電極パッド４に接合させるとともに、キャビティ７内の残部空間に少なくとも２種類の樹脂部材を介在させている。また、キャビティ７は、内壁面７ｂの底面側には、溝部７ａが形成されている。そして、樹脂部材は複数の樹脂層を積層して成り、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５を被覆するように、フェノール硬化型エポキシ樹脂層６がキャビティ７内に充填されている。また、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５の樹脂の厚みは、電子部品２とキャビティ７の底面との間の間隙ｔ３よりも厚く、且つ溝部７ａの厚み方向の高さｔ１より低くなっている。このため、電子部品２の側面とキャビティ７の内壁面において、底面領域では、すき間が大きくなり、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５が毛細管現象によりキャビティ７の内壁面７ｂをはい上がりにくいことになる。そして、フェノール系の熱硬化型エポキシ樹脂層６を安定して酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５及び電子部品２上を覆うように充填することができる。このため、８５℃、８５％の環境下で、ＤＣ５Ｖの電圧を印加する高温高湿バイアス試験で、Ａｇマイグレーション不良が生じるという問題点が解決される。
【００４３】
本発明者は、図１に示す本発明の実装構造と従来の実装構造とで、高温高湿デバイス試験を行った。高温高湿デバイス試験は、一対の電極パッド４、４にＤＣ５Ｖの電圧を印加し、８５℃、８５％の湿度の環境下で２００時間放置した後の絶縁抵抗を測定した。その結果、本発明の実装構造では、絶縁抵抗が１０７〜１０９Ωとなった。これに対し、従来の実装構造では、４８時間でＡｇマイグレーション不良が生じた。
【００４４】
なお、本発明は上記の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々の変更や改良等は何ら差し支えない。
【００４５】
また、酸無水物硬化型エポキシ樹脂層５は、耐熱性、難燃性の付与、低線膨張率化等の為に、シリカ、炭酸カルシウム、タルク、水酸化アルミニウム、アルミナ、マイカ等を、又、接着力改善の為にエポキシシランカップリング剤や、ゴム成分等を酸無水物硬化型エポキシ樹脂層組成物の硬化物物性を落とさない程度に加えてもよい。
【００４６】
また、樹脂をキャビティ内に充填後に、セラミック回路基板のキャビティが形成された面を下にしてマザーボードに実装し、反対側の面に、チップ抵抗器、積層セラミックコンデンサ、ＩＣチップなどを接続してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品とキャビティの底面との間に充填した酸無水物硬化型エポキシ樹脂が毛細管現象によりキャビティの内壁面を這い上がりにくいため、キャビティ内に収容した電子部品を、例えば酸無水物硬化型エポキシ樹脂層とフェノール系の熱硬化型エポキシ樹脂層とで完全に封止することができるため、高温高湿バイアス試験でＡｇマイグレーション不良を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバンプ付電子部品の実装構造を有するセラミック回路基板の断面図である。
【図２】従来のバンプ付電子部品の実装構造を有するセラミック回路基板の断面図である。
【図３】図２のバンプ付電子部品の問題点を説明するための断面図である。
【図４】図２のバンプ付電子部品の他の問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０、２０      電子部品装置
２              電子部品
２ｂ            バンプ
３              セラミック基板
４              電極パッド
５              酸無水物硬化型エポキシ樹脂層
６              フェノール硬化型エポキシ樹脂層
７              キャビティ
７ａ            溝部
【図１】
0003570999.tif 000002
【図２】
0003570999.tif 000003
【図３】
0003570999.tif 000004
【図４】
0003570999.tif 000005