(57)【要約】【課題】  キャビティ構造電子回路モジュールにおいて、アンダーフィル材内部にボイドが生じるのを可及的に抑制することを可能とする。【解決手段】  電子部品モジュールの基板は、半導体チップが取り付けられるキャビティ部であって、半導体チップの取り付け後、前記基板との間の空間にアンダーフィル材が充填されるキャビティ部を有する。キャビティ部は、半導体チップと前記基板に設けられている配線パターンとを電気的に接続するための複数のバンプが設けられている領域と、前記バンプが設けられていない領域とを有し、キャビティ部を構成する基板表面のバンプがない領域には、基板表面にその厚み方向の段差が設けられている。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に取り付けた半導体チップ及び回路部品をパッケージに収装してなる電子部品モジュールであって、
前記基板は、前記半導体チップが取り付けられるキャビティ部であって、前記半導体チップの取り付け後、前記半導体チップと前記基板との間の空間にアンダーフィル材が充填されるキャビティ部を有し、
前記キャビティ部は、前記半導体チップと前記基板に設けられている配線パターンとを電気的に接続するための複数のバンプが設けられている領域であるバンプ領域と、前記バンプが設けられていない領域である非バンプ領域とを有し、
前記キャビティ部を構成する前記基板表面の、前記非バンプ領域に該当する部分には、前記基板表面にその厚み方向の段差が設けられている、
電子部品モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品モジュールであって、前記段差は、前記基板表面に設けられる凸部又は凹部によって形成される、電子部品モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の電子部品モジュールであって、前記段差は、前記アンダーフィル材の充填方向と並行に設けられる少なくとも１本の溝又は凸条で構成されている、電子部品モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の電子部品モジュールに用いられる電子部品モジュール用基板であって、
半導体チップが取り付けられるキャビティ部であって、前記半導体チップの取り付け後、前記半導体チップと前記電子部品モジュール用基板との間の空間にアンダーフィル材が充填されるキャビティ部を有し、
前記キャビティ部は、前記半導体チップと前記電子部品モジュール用基板に設けられている配線パターンとを電気的に接続するための複数のバンプが設けられている領域であるバンプ領域と、前記バンプが設けられていない領域である非バンプ領域とを有し、
前記キャビティ部を構成する前記電子部品モジュール用基板表面の、前記非バンプ領域に該当する部分には、前記電子部品モジュール用基板表面にその厚み方向の段差が設けられている、電子部品モジュール用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路モジュール、及び電子回路モジュール用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンを始めとする各種携帯端末が急速に普及するにつれ、小型化、高性能化への要求がよりいっそう強くなっている。この点から、携帯端末に内蔵されるマザーボード等のプリント配線板に取り付ける電子部品に対しても、高密度実装の観点から高集積化によるいっそうの小型化が求められている。高集積化を実現するために、プリント配線板に取り付ける電子部品はモジュール化されており、例えばＬＧＡ（Land Grid Array）型の基板上にＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）チップ等の半導体チップを実装して構成される電子回路モジュールが採用される。ＬＧＡ型基板の裏面には、マザーボード等の他のプリント配線板へ電気的に接続及び機械的に固着させるための複数の電極パッドが設けられている。
【０００３】
半導体チップは、基板の表面にそのまま平面実装されるか、あるいは基板に設けたキャビティ内に配置するキャビティ構造により実装される。平面実装、キャビティ構造いずれの場合でも、半導体チップと基板との間にはアンダーフィル材が充填される。例えばフリップチップ実装により基板へ一次実装された半導体チップは、外力、内部応力に対して脆弱であり、また周囲の温度、湿度の影響により劣化しがちである。このような問題を解決するために、半導体チップと基板との間の空隙をアンダーフィル材によって充填して補強するとともに、耐環境性を高める。
【０００４】
このアンダーフィル材の充填に関しては、平面実装の場合の例が、例えば特許文献１（特開平９−２８９２２７号公報）に開示されている。特許文献１は、ＩＣチップのパッド電極を回路基板のボンディングパッドにフリップチップボンディングし、封止樹脂で封止する半導体の実装構造に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２８９２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に例示されているような平面実装型の電子回路モジュールでは、半導体チップ下部へ充填したアンダーフィル材が半導体チップの外側へ押し出される様に充填されるため、充填されたアンダーフィル材の内部にボイドが残るリスクはかなり低かった。しかし、キャビティ構造の電子回路モジュールでは、平面実装型電子回路モジュールとの構成の相違に基づく問題がある。
【０００７】
図５に、キャビティ構造電子回路モジュール１の一般的な構成例を示す模式平面図を示している。電子回路モジュール１の多層基板１０の表面にはほぼ矩形の凹みであるキャビティ５０が設けられており、半導体チップ２０がバンプ７０を介して多層基板１０に取り付けられる際に、半導体チップ２０はキャビティ５０内に収められるようになっている。半導体チップ２０が多層基板１０に取り付けられた後、その取り付け部の補強、及び保護のために、キャビティ５０内にはアンダーフィル材が充填される。
【０００８】
図６Ａ〜図６Ｃに、図５の一般的なキャビティ構造電子回路モジュール１においてアンダーフィル材を充填していく状況を示している。図６Ａにおいて、半導体チップ２０の下方から上方へ向けてアンダーフィル材６０を充填していく場合、アンダーフィル材６０は、バンプ７０が設けられている領域では、毛細管現象によって、半導体チップ２０と多層基板１０との間に迅速に浸透していく。しかし、その一方で、キャビティ５０中央部のバンプ７０が設けられていない領域では、バンプ７０が設けられている周囲の領域よりもアンダーフィル材６０の浸透が遅い。
【０００９】
図６Ａに示す状態からさらにアンダーフィル材６０を充填していくと、図６Ｂに例示するように、バンプ７０が設けられていない領域においても、キャビティ５０内の周囲の領域に続いてアンダーフィル材６０が遅れて充填されていく。
この際、図６Ｃに例示するように、キャビティ５０内の周囲部分にキャビティ５０の側壁を伝って先に浸透したアンダーフィル材６０が、中央寄りの充填が遅れている領域に取り残された空気を取り囲んで、ボイドＶがアンダーフィル材６０内に形成されてしまうことがある。言うまでもなく、ボイドＶが特にバンプ７０が配置されている領域に生じた場合には、アンダーフィル材６０による本来の補強、保護機能が発揮されないという不都合が生じる。特に、半導体チップ２０におけるバンプ７０の配置が複雑で、半導体チップ２０と多層基板１０との間で局部的にバンプ７０が設けられない領域が散在するような構成となる場合には、図５〜図６Ｃに例示した場合よりもボイドＶがより生じやすい。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、キャビティ構造モジュールにおいてアンダーフィル材内部にボイドが生じるのを可及的に抑制することを可能とする電子回路モジュール及び電子回路モジュール用基板を提供することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の、及び他の問題点を解決するために、本発明の一つの態様は、基板に取り付けた半導体チップ及び回路部品をパッケージに収装してなる電子部品モジュールであって、
前記基板は、前記半導体チップが取り付けられるキャビティ部であって、前記半導体チップの取り付け後、前記半導体チップと前記基板との間の空間にアンダーフィル材が充填されるキャビティ部を有し、
前記キャビティ部は、前記半導体チップと前記基板に設けられている配線パターンとを電気的に接続するための複数のバンプが設けられている領域であるバンプ領域と、前記バンプが設けられていない領域である非バンプ領域とを有し、
前記キャビティ部を構成する前記基板表面の、前記非バンプ領域に該当する部分には、前記基板表面にその厚み方向の段差が設けられている。
また、本発明の他の態様は、前記の電子回路モジュールに適用することができる電子回路モジュール用基板である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、キャビティ構造電子回路モジュールにおいてアンダーフィル材内部にボイドが生じるのを可及的に抑制することを可能とし、また、ボイドが生じたとしても、選択的にバンプが設けられていない領域にボイドを発生させることにより、信頼性に優れた電子回路モジュール及び電子回路モジュール用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子回路モジュール１の構成を例示する模式断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の電子回路モジュール１の半導体チップ２０取付け側から見た模式平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２ＡのIII−III断面で見た電子回路モジュール１の模式断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１の電子回路モジュール１において、半導体チップ２０と多層基板１０との間にアンダーフィル材６０を充填している状態を例示する模式平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１の電子回路モジュール１において、半導体チップ２０と多層基板１０との間にアンダーフィル材６０を充填している状態を例示する模式平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図１の電子回路モジュール１において、半導体チップ２０と多層基板１０との間にアンダーフィル材６０を充填し終わった状態を例示する模式平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１の電子回路モジュール１の変形例において、半導体チップ２０と基板１０との間にアンダーフィル材６０を充填している状態を例示する模式説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの電子回路モジュール１の模式断面図である。
【図５】図５は、一般的なキャビティ構造電子回路モジュール１の半導体チップ２０取付け側から見た模式平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５の電子回路モジュール１において、半導体チップ２０と多層基板１０との間にアンダーフィル材６０を充填している状態を例示する模式平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５の電子回路モジュール１において、半導体チップ２０と多層基板１０との間にアンダーフィル材６０を充填している状態を例示する模式平面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図５の電子回路モジュール１において、半導体チップ２０と多層基板１０との間にアンダーフィル材６０を充填し終わった状態を例示する模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る電子回路モジュール１の模式断面図を示している。電子回路モジュール１は、ガラスエポキシ樹脂等の材料で形成されている多層基板１０を備える。多層基板１０の一方の表面には種々の電子部品３０が回路パターン４０に面付けされるとともに、パッケージ１５によって封止されている。多層基板１０の他方の表面にはキャビティ５０（キャビティ部）が設けられるとともに、そのキャビティ５０内に配置された半導体チップ２０がハンダボール等のバンプ７０によって多層基板１０に機械的に取り付けられるとともに、回路パターン４０と電気的に接続されている。キャビティ５０内において、半導体チップ２０と多層基板１０との間には、アンダーフィル材６０が充填されている。なお、図１に示す電子回路モジュール１の構成は例示であって、本発明がこのような特定の構成に限定され得ることを意図していない。
【００１５】
図２Ａに、図１の電子回路モジュール１を半導体チップ２０の取付け側から見た模式平面図を、図２Ｂに、図２Ａの電子回路モジュール１のIII−III矢視模式断面図を示している。図２Ａ、図２Ｂに例示している電子回路モジュール１は、基本的に図５に関して説明した一般的なキャビティ構造電子回路モジュール１と同様の構成を有しているが、バンプ７０が設けられていない領域（非バンプ領域）であるキャビティ５０の中央付近に、ほぼ矩形の輪郭を有する凹部５５が設けられている構成が異なる。
【００１６】
既存の一般的なキャビティ構造電子回路モジュール１に関して前記したように、アンダーフィル材６０が毛細管現象で半導体チップ２０と多層基板１０との間に浸透していくことは一般的に知られており、アンダーフィル材６０は、半導体チップ２０のバンプ７０などを伝って半導体チップ２０と多層基板１０との間に浸透していく。しかし、前記のように、半導体チップ２０の回路設計によっては、半導体チップ２０の裏面側のバンプ７０の配置が変則的になる場合があり、バンプ７０のある領域（バンプ領域）ではアンダーフィル材６０が速く浸透していくが、バンプ７０のない領域ではこれに比較してアンダーフィル材６０の浸透が遅れる現象を生じる。そして、その浸透速度差によって浸透が遅い領域にある空気がアンダーフィル材６０によって取り囲まれてボイドＶとなる。
【００１７】
キャビティ５０の底面に設けられている凹部５５は、半導体チップ２０と多層基板１０との間を浸透していくアンダーフィル材６０に対して、バンプ７０と同様の、毛細管現象を促す段差を有する部分として作用する。キャビティ５０の底面部に凹部５５による段差を設けることで、凹部５５の縁を廻り込む様にアンダーフィル材６０が浸透し、バンプ７０が配置されている領域との充填状態の差が抑制される。
【００１８】
図３Ａ〜図３Ｃに、図２Ａ、図２Ｂに例示する本実施形態の電子回路モジュール１において、アンダーフィル材６０を充填していく模様を模式的に示している。各図において、アンダーフィル材６０は、半導体チップ２０の下方から充填されるものとする。まず、図３Ａに示すように、半導体チップ２０と多層基板１０との間に充填されるアンダーフィル材６０は、毛細管現象によって、バンプ７０が設けられている領域において、もっとも早く浸透する。次いで、図３Ｂに示すように、アンダーフィル材６０が凹部５５の下端に到達すると、アンダーフィル材６０は、凹部５５の両下端から上方へ延びる段差に沿って速度を速めつつ浸透していき、バンプ７０が設けられている領域との浸透速度差が縮小されるとともに、バンプ７０設置領域とそうでない領域（凹部５５が設けられている領域）との間でのアンダーフィル材６０の浸透状態の差が軽減される。その結果、バンプ７０の設置領域からのアンダーフォル材６０の廻り込みによるボイドＶの発生が抑制される（図３Ｃ）。
【００１９】
なお、多層基板１０のキャビティ５０の底面部に凹部５５による段差を設けることで、凹部５５の縁を廻り込みつつアンダーフィル材６０が浸透するように構成しているため、凹部５５の周囲の段差にボイドＶが形成されるおそれはあるが、半導体チップ２０のバンプ７０設置領域におけるボイドＶの発生は防止することが可能であるので、電子回路モジュール製品としての信頼性に影響を及ぼすことはない。
【００２０】
以上説明した本実施形態によれば、多層基板１０のキャビティ５０に設けられた凹部５５による段差により、半導体チップ２０と多層基板１０との間におけるアンダーフィル材６０の浸透速度差を抑制し、バンプ７０の領域においてボイドＶのないアンダーフィル材６０の充填が可能となる。また、半導体チップ２０のバンプ７０の配置に、アンダーフィル材６０の浸透の影響を考慮する必要がなくなるため、半導体チップ２０の設計の自由度が向上することにもつながる。
【００２１】
次に、以上説明した本実施形態の変形例について説明する。図４Ａ、図４Ｂに、当該変形例に係る電子回路モジュールのキャビティ５０の周辺を模式的に示す平面図、及び断面図をそれぞれ示している。前記の実施形態と同様に、図４Ａ、図４Ｂの変形例においても、キャビティ５０の底面に凹部５５が設けられているが、凹部５５の形状が矩形の平坦な凹みではなく、矩形を形成する細幅の溝として形成されている点が異なる。図４Ａに模式的に矢印で示しているように、半導体チップ２０の上方から浸透していくアンダーフィル材６０は、凹部５５の縁に沿ってバンプ７０設置領域と同等の速度で浸透していくため、バンプ７０の設置領域におけるボイドＶの発生はやはり効果的に抑制される。
【００２２】
なお、以上説明したアンダーフィル材６０の浸透を促進する段差部は、凹部５５としての構成に限定されるものではない。例えば、アンダーフィル材６０の浸透方向に沿った一ないし複数の筋状の溝を設けてもよいし、あるいはそれを溝でなく一ないし複数の凸条として形成してもよい。要するに、キャビティ５０に、バンプ７０が設置されない領域においてアンダーフィル材６０の浸透を促進する効果を発揮する構成の段差を設ければよく、このような段差の構成は、以上例示した構成以外にも、実験等を通じて種々考えられるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１  電子回路モジュール    １０  多層基板    １５  パッケージ
２０  半導体チップ    ３０  電子部品    ４０  回路パターン
５０  キャビティ    ５５  凹部    ６０  アンダーフィル材
７０  バンプ    Ｖ  ボイド
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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