(57)【要約】 【課題】    本発明の目的は、回路基板と半導体部品間にアンダーフィル樹脂を注入する電子部品の製造方法において、半導体部品と回路基板間に発生するボイドを消滅させることが可能な回路基板構造及び電子部品の製造方法を提供することにある。【解決手段】回路基板２０に半導体部品２２をフリップチップ実装し、半導体部品２２と回路基板２０の間にアンダーフィル樹脂２８を注入する回路基板構造において、半導体部品２２の略中心に、熱伝導効率の高い金属パターン２３を配置した。【選択図】  図１
2006128462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に半導体部品をフリップチップ実装し、該半導体部品と前記回路基板の間にアンダーフィル樹脂を注入する回路基板構造において、
前記半導体部品の略中心に、熱伝導効率の高い金属パターンを配置したことを特徴とする回路基板構造。
【請求項２】
回路基板に半導体部品をフリップチップ実装し、該半導体部品と前記回路基板の間にアンダーフィル樹脂を注入する電子部品の製造方法において、
回路基板の中心部に予め熱伝導効率の高い金属材料を形成し、前記回路基板に半導体部品を搭載する工程と、所望の温度管理を可能とする炉内に前記半導体部品を搭載した該回路基板を入れ、硬化過程で少なくとも１回以上前記炉内を減圧雰囲気にすることができる炉を用いてアンダーフィル樹脂を硬化させる電子部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１と請求項２に記載の熱伝導率の高い金属パターンには、銅、銀等の金属材料を用いたことを特徴とする回路基板構造および電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に半導体部品（ＩＣ素子）等をバンプを介してアンダーフィル樹脂を注入する回路基板構造およびその電子部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無線通信機器や携帯電話機など移動体通信分野を中心に小型化、軽量化、低価格化の要求があり、そのため、これらの要求に対応した圧電発振器においても同様に小型化、低価格化が要求されている。そのため、圧電振動子と半導体部品を立体的に別々な配置環境とし、圧電発振器自体を小型化する傾向が強まっている。また、圧電振動子と半導体部品を立体的に配置することにより、特に温度補償型の圧電発振器の場合では、半導体部品からの放熱の影響を圧電振動子が受けにくいことから温度補償特性の維持も改善できている。
【０００３】
一方、従来から用いられている一般的な圧電発振器は、積層基板に発振回路用印刷パターンを配置したものや、単層基板に多層印刷を施し導通パターンを配置した基板に発振回路を構成する電子部品を集積化した半導体部品をフリップチップ実装技術を用いて実装されている。
このフリップチップ実装の場合には、回路基板と半導体部品との電気的な導通は図れるものの、回路基板と半導体部品の固着に周知のようにアンダーフィル樹脂を回路基板と半導体部品の隙間に流入させ半導体部品の固着を行うことが知られている。アンダーフィル樹脂は粘性の低いエポキシ系の樹脂材料で、固着を行うためには半導体部品と回路基板とをフリップチップ工法で電気的な接続を行った後に、半導体部品と基板との隙間に注入し流入させた後、アンダーフィル樹脂を一定の熱硬化条件により、アンダーフィル樹脂を硬化乾燥させる必要を伴っている。
【０００４】
かかる従来の一般的な圧電発振器１００としては、例えば図９に示すように、容器１０１と、電極構造体１０５、圧電振動子１１２、半導体部品１２２、アンダーフィル樹脂１２８と回路基板１３１とで構成されている。圧電発振器１００は、凹状の開口部１１０に圧電振動子１１２を収容した容器１０１を容器１０１の底面に接続端子電極１０９が設けられた一対の電極構造体１０５を容器１０１の底面に載置し、かつ固定させるとともに、一対の電極構造体１０５間に位置する容器１０１の下面に回路基板１３１上に配置された半導体部品１２２を搭載した構造を有している。（特許文献１参照）
【０００５】
尚、このような容器１０１や電極構造体１０５は、通常、ガラス−セラミック等のセラミック材料によって一体となるように形成されており、その内部、及び表面には配線導体が形成され、従来周知のセラミックグリーンシート積層法等を採用することによって製作されている。
【特許文献１】特開２００３―１１０３６３号公報   なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体部品１２２のハンダバンプと回路基板１３１の接続後にアンダーフィル樹脂を用いるフリップチップ実装方式は、半導体部品１２２と回路基板１３１間のギャップにアンダーフィル樹脂１２８を流し込む際に空気を巻き込んでボイドを発生する虞がある。更に、圧電振動子やその他電子部品の小型薄型化に伴い、前記ギャップが狭小化しまたハンダバンプの狭ピッチ化が著しくなり、アンダーフィル樹脂１２８の使用時にボイドがより発生し易くなる。このボイドは、電子部品の基板実装時にパッケージが加熱されて膨張すると、アンダーフィル樹脂１２８に剥離やクラックを発生させる虞があり、信頼性・耐久性を損なうという問題が生じる。
【０００７】
そこで、このボイドを消滅させるために半導体部品と回路基板とを電気的接合を行う工程おいて炉内温度雰囲気で加熱し硬化させる工程と硬化過程で減圧雰囲気を発生させる工程を入れることにより、ボイドを消滅させる検討が行われている。
【０００８】
図４は、その代表的な加熱プロセスの温度プロファイルを示す。この温度プロファイルにおいてはピーク温度の前に減圧プロセスを入れることで、アンダーフィル樹脂の硬化が進む前に真空引きを入れ、アンダーフィル樹脂の柔らかい状態で減圧させることで半導体部品と回路基板間に発生するアンダーフィル樹脂中のボイドを吸引して半導体部品と回路基板間からボイドを除外することを目的としている。
【０００９】
この温度プロファイルによれば加熱プロセスを含む温度プロファイル設定の中で、少なくとも１回以上減圧作用を持たせたことから、用いるアンダーフィル樹脂の種類により、減圧する温度と減圧する真空度の関係を最適にすることで、ボイドの消滅する条件を決定することができる。
【００１０】
しかしながら、上述の温度プロファイルによれば、用いるアンダーフィル樹脂の種類により、減圧する温度と減圧する真空度の関係の最適範囲が狭く、減圧する温度、減圧する真空度のバラツキにより、ボイドが発生することがあり、温度、真空度の管理幅が狭く、量産に採用するには減圧する温度、真空度の管理幅を大きくする必要があった。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑み創出されたもので、その目的は、回路基板と半導体部品間にアンダーフィル樹脂を注入する電子部品の製造方法において、半導体部品と回路基板間に発生するボイドを消滅させることが可能な回路基板構造および電子部品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の回路基板構造によれば、回路基板に半導体部品をフリップチップ実装し、該半導体部品と前記回路基板の間にアンダーフィル樹脂を注入する回路基板構造において、前記半導体部品の略中心に、熱伝導効率の高い金属パターンを配置したことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の電子部品の製造方法によれば、回路基板に半導体部品をフリップチップ実装し、該半導体部品と前記回路基板の間にアンダーフィル樹脂を注入する電子部品の製造方法において、
回路基板の中心部に予め熱伝導効率の高い金属材料を形成し、前記回路基板に半導体部品を搭載する工程と、所望の温度管理を可能とする炉内に前記半導体部品を搭載した該回路基板を入れ、硬化過程で少なくとも１回以上前記炉内を減圧雰囲気にすることができる炉を用いてアンダーフィル樹脂を硬化させることを特徴とする。
【００１４】
また、上記構成における回路基板構造および電子部品の製造方法においては、熱伝導率の高い金属パターンには、銅、銀等の金属材料を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回路基板構造によれば、回路基板に半導体部品をフリップチップ実装し、半導体部品と回路基板の間にアンダーフィル樹脂を注入する回路基板構造において、
半導体部品の中心に、熱伝導効率の高い金属パターンを配置したことから、熱プロセスピーク後のアンダーフィルフラックスの硬化を熱伝導効率の高い金属パターン側から即ち半導体部品の内側から外側へ硬化させるので、半導体部品の中心に発生するボイドを抑えることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の電子部品の製造方法によれば、回路基板に半導体部品をフリップチップ実装し、該半導体部品と前記回路基板の間にアンダーフィル樹脂を注入する電子部品の製造方法において、
回路基板の中心部に予め熱伝導効率の高い金属材料を形成し、前記回路基板に半導体部品を搭載する工程と、所望の温度管理を可能とする炉内に前記半導体部品を搭載した該回路基板を入れ、硬化過程で少なくとも１回以上前記炉内を減圧雰囲気にすることができる炉を用いてアンダーフィル樹脂を硬化させることで、上述と同様に熱プロセスピーク後のアンダーフィルフラックスの硬化を金属パターン側から即ち半導体部品の内側から外側へ硬化させることでボイドの発生する位置を半導体部品中心からずらすことが可能となり、それにより比較的低い減圧でもボイドを吸引することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態による回路基板構造と電子部品の製造方法について説明する。図１は本発明の回路基板構造を用いた電子部品（温度補償型水晶発振器）の概略の断面図である。図２は本発明で用いた回路基板構造の上面図である。図１において電子部品１は大略的に容器２と、圧電振動子１２、半導体部品２２、アンダーフィル樹脂２８と回路基板２０とで構成されている。回路基板２０は、回路基板２０上に設けられた回路基板２０と半導体部品２２の接合の為のバッド部３２に囲まれた回路基板２０の中心に金属パターン２３が設けられた回路基板構造を有している。また、図２において回路基板２０上の４隅部には容器２と電気的接合と機械的接合を行う銅ポスト２１と回路基板２０の長辺側には書込端子２７が形成されており、書込端子２７は捨て代領域３３を跨ぐように形成されている。
【００１８】
金属パターン２３は図１、図２に示すように、半導体部品２２の中央に形成され、金属パターン２３の材質は熱伝導率の大きい銅を用いている。また、図２においては、金属パターン２３は四角形上に形成したが、三角形状、多角形状、円形状に形成してもよく、金属パターン２３の材質も銅に限定されず、熱伝導率の大きい銀等の材質であっても良い。
【００１９】
本発明の回路基板構造によれば、回路基板２０に半導体部品２２をフリップチップ実装し、半導体部品２２と回路基板２０の間にアンダーフィル樹脂２８を注入する回路基板構造において、
半導体部品２２の中心に、熱伝導効率の高い金属パターン２３を配置したことから、熱プロセスピーク後のアンダーフィルフラックスの硬化を熱伝導効率の高い金属パターン２３側から硬化するようにしたので、半導体部品２２の中心部でのボイドの発生を抑えボイドの発生を半導体部品の中心部から外側にずらすことで、減圧により、ボイドを除去しやすい状態をつくることが可能となる。
【００２０】
次に回路基板２０に半導体部品２２をフリップチップ実装し、半導体部品２２と回路基板２０の間にアンダーフィル樹脂２８を注入する電子部品１の製造方法について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
以下、図３に基づいて、本発明の電子部品１の製造方法について説明する。
図３は本発明の電子部品１の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図３（a）に示すように、回路基板２０上にディスペンサや転写等を用いてアンダーフィル樹脂２８を塗布する。尚回路基板２０上には金属パターン２３とパッド部３２が形成されている。
【００２１】
次に、図３（ｂ）に示すように、アンダーフィル樹脂２８が塗布された回路基板２０とその上に半導体部品２２を対向させ、半導体部品２２のハンダバンプ２６と回路基板２０上のパッド部３２とを対応するように位置合わせする。
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体部品２２と回路基板２０とを圧着し、ハンダバンプ２６とパッド部３２を接続する。
【００２２】
次に、図３（ｄ）に示すように、アンダーフィル樹脂２８の硬化を行うために、加熱プロセス（リフロー炉）に通し、その間で真空引きすることによる減圧工程を通過させる。
ここで、図３（ｄ）の工程の加熱プロセス（リフロー炉）の温度プロファイルは図４〜図６に示すような３通りの温度プロファイルがある。
【００２３】
図４は本発明の実施形態にかかる電子部品の製造方法における基本となる加熱プロセス（リフロー炉）の温度プロファイルである。図４において縦軸は温度（℃）、横軸は時間（分）を表しており、加熱プロセスのピーク温度は２６０℃程度に設定し、昇温中に減圧プロセスを入れている。
【００２４】
また、図５は本発明の実施形態にかかる電子部品の製造方法における加熱プロセスの第１の変形例である。図５において縦軸は温度（℃）、横軸は時間（分）を表している。図４と図５との違いは図４においては減圧プロセスをピーク温度に達する前に入れているが図５においてはピーク温度に達した後に減圧プロセスを入れている。
【００２５】
また、図６は、本発明の実施形態にかかる電子部品の製造方法における加熱プロセスの第２の変形例である。図６においても縦軸は温度（℃）、横軸は時間（分）を表している。図６においては、前記図４，図５の減圧プロセスを組み合わせたものであり、ピーク温度の前後に減圧プロセスを入れている。
【００２６】
図４の温度プロファイルにおいては、ピーク温度の前に減圧プロセスを入れることより、アンダーフィル樹脂２８の硬化が進む前に真空引きを入れることで、アンダーフィル樹脂２８の柔らかい状態で減圧されることにより、半導体部品２２と回路基板２０間に発生するアンダーフィル樹脂２８中のボイドを吸引して半導体部品２２と回路基板２０間から除外することが可能となる。
【００２７】
また、図５の温度プロファイルにおいては、ピーク温度を過ぎた後に真空引きを入れることで、アンダーフィル樹脂２８中のフラックス機能（接続性）が確実になっており、半導体部品２２の突沸が起こることがなく、真空度を高くした減圧が可能となるので、強い吸引力でボイドを吸引することが可能となる。
【００２８】
また、図６の温度プロファイルにおいては、ピーク温度の前後に真空引きを入れることで、上述のように２段階でボイドを吸引することになり、上述した理由により半導体部品２２と回路基板２０間に発生するアンダーフィル樹脂２８中のボイドの発生を有効に抑止することが可能となる。
【００２９】
次に、上述の半導体部品２２と回路基板２０間に発生するアンダーフィル樹脂２８中に発生するボイドを抑えるための最適減圧リフロー条件を求めるために行った実験について図７、図８を用いて説明する。先ず、図７は、本発明の実施形態にかかる加熱プロセスにおける減圧する温度と圧力の関係を示したものであり、図７の実線は実験に用いたアンダーフィル樹脂２８の粘度と温度の関係を示したものである。図７の実線の頂点（下に凸）で粘度が最も小さく、それ以上の温度ではアンダーフィル樹脂２８の硬化が進行することを示している。すなわち、図７において、温度Ｔ１より、温度Ｔ２のほうがアンダーフィル樹脂２８の粘度が柔らかく、更に温度Ｔ３近傍で最も柔らかくなり、その後温度Ｔ４、Ｔ５では硬化が進んでいくことになる。
【００３０】
また、図８は加熱プロセス（リフロー炉）による温度と減圧する圧力の関係を示したものである。図８において◎（温度：Ｔ３，真空度：Ｐ２）が最もボイドの発生の少ない条件であり、本実施形態ではＴ３＝１３０℃、真空度Ｐ２＝２０００Ｐaを採用している。本実験においては、図７に示すようにアンダーフィル樹脂２８の粘度が柔らかい範囲（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）と硬化が進んでいく温度（Ｔ４，Ｔ５）を振り、また、真空度は１０〜３００００Ｐaの範囲を振って実験を行った。その実験結果を図８に示す。
【００３１】
図８において、Ｔ１〜Ｔ５は減圧する温度であり、Ｐ１〜Ｐ４は減圧する真空度である。図８においては、△がボイドの発生要因の大きい条件を示しており、◎がボイドの発生要因の少ない最適条件、○は両者の中間的な条件である。図８の実験結果より、温度の低い範囲Ｔ１，Ｔ２ではアンダーフィル樹脂２８の流動性が小さくなり、ボイドの発生確率が大となることがわかった。また、温度の高い範囲Ｔ４，Ｔ５では、アンダーフィル樹脂２８から発生する気体の発生量が大となり、ボイドの発生確率、半導体部品２２の浮き発生確率が大となることがわかった。また、減圧度の低い範囲Ｐ３，Ｐ４では脱泡力が小となり、ボイドの発生確率が大となることがわかった。
【００３２】
また、ここで用いているアンダーフィル樹脂２８はエポキシ系樹脂を用い、酸化膜除去効果と熱硬化の特性を同時に有するアンダーフィル樹脂２８を用いているので、接続機能（フラックス機能）と充填機能（アンダーフィル機能）を同一の温度プロファイルで実現でき、製造工程の削減が可能となる。
【００３３】
以上の実験結果より、本発明の電子部品の製造方法によれば、所望の温度管理を可能とする炉内に被加工物を入れ、前記炉内を真空雰囲気にすることができる炉を用いて酸化膜除去効果を同時に備えたアンダーフィル樹脂２８を硬化させる電子部品の製造方法において、
加熱プロセスを含む温度プロファイル設定の中で、少なくとも１回以上減圧作用を持たせたことから、用いるアンダーフィル樹脂２８の種類により、減圧する温度と減圧する真空度の関係を最適にすることで、ボイドの消滅する条件を決定することが可能となる。
【００３４】
また、本発明の回路基板２０においては回路基板２０の中央に熱伝導率の大きい金属パターン２３を配置したことから、金属パターン２３により半導体部品２２と回路基板２０間のアンダーフィル樹脂２８に発生するボイドの発生位置を金属パターン２３の中央部からずらすことができるため、減圧雰囲気でボイドを吸引した際に、金属パターン２３の中央部にボイドがある場合と比較して、比較的低い減圧でもボイドを吸引することが可能となる。
よって、減圧する温度と減圧する真空度の関係の最適範囲を広く設定出来、減圧する温度、減圧する真空度のバラツキによるボイドの発生を抑えることができ、量産に適した温度プロファイルの管理が可能となる。
【００３５】
なお、本発明の温度プロファイルは上述の実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。
例えば、上述の実施形態においては、図４〜図６に示すように、加熱プロセス（リフロー炉）中のピーク温度の前後に１回の減圧プロセスを入れているが、ピーク温度の前に２回以上の減圧プロセスを入れても良いし、ピーク温度の後に２回以上の減圧プロセスを入れても構わず、これらの場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態にかかる電子部品（温度補償型水晶発振器）の概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる回路基板の上面図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる電子部品の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる電子部品の製造方法における基本となる加熱プロセス（リフロー炉）の温度プロファイルである。
【図５】本発明の実施形態にかかる電子部品の製造方法における加熱プロセスの第１の変形例である。
【図６】本発明の実施形態にかかる電子部品の製造方法における加熱プロセスの第２の変形例である。
【図７】本発明の実施形態にかかるアンダーフィル樹脂の粘度と温度の関係を示したものである。
【図８】本発明の実施形態にかかる加熱プロセス（リフロー炉）における温度と減圧する圧力の関係を示したものである。
【図９】一般的な圧電発振器（水晶発振器）の概略の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・電子部品（温度補償型水晶発振器）
２・・・容器 
１０・・・凹状の開口部
１２・・・圧電振動子
２０・・・回路基板
２１・・・銅ポスト
２２・・・半導体部品
２３・・・金属パターン
２５・・・内部配線
２６・・・ハンダバンプ 
２７・・・書込端子
２８・・・アンダーフィル樹脂
２９・・・外部接続電極
３２・・・パッド部
３２・・・捨て代領域
１００・・・圧電発振器 
１０１・・・容器 
１０５・・・電極構造体 
１０９・・・外部端子電極 
１１０・・・凹状の開口部
１１２・・・圧電振動子
１２２・・・半導体部品
１２８・・・アンダーフィル樹脂
１３１・・・回路基板
【図１】
2006128462.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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