(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子を有する半導体装置と、前記第１端子と対向して配置された第２端子を有する配線基板と、前記第１端子と前記第２端子との間を電気的に接続するバンプとを備える実装構造であって、
前記第１端子は、前記半導体装置の周辺部に複数並列して設けられ、前記第１端子に対応して前記第２端子及び前記バンプが複数並列して設けられており、
前記配線基板は、前記第２端子から引き出される配線と、前記配線の上を覆う感光性絶縁膜とを有し、前記感光性絶縁膜は、前記第２端子上において、前記配線が引き出される側のみを被覆しており、
前記第２端子上において、前記配線が引き出される側のみを被覆する前記感光性絶縁膜の端部が、前記第２端子の並列方向に沿って形成されていることを特徴とする実装構造。
【請求項２】
前記配線の前記第２端子と反対の端部に第３端子が設けられ、前記第３端子は、前記第１端子より広いピッチで複数並列して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の実装構造。
【請求項３】
前記感光性絶縁膜が前記第２端子上を被覆する被覆率が、前記第２端子の間で等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の実装構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の実装構造を備えるモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板上に半導体装置が実装された実装構造及び当該実装構造を備えるモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化及び高速化の要求に応えるため、半導体装置の実装技術においても小型化及び高速化が求められている。フリップチップボンディングは、ワイヤボンディングに比べて半導体装置の実装面積を小さく、かつ配線の長さを短くすることができる利点により、様々な電子機器において半導体装置の実装方式として採用されている。
【０００３】
フリップチップボンディングとは、ＩＣ等の半導体装置の複数の端子と配線基板の複数の端子とを対向させ、フェースダウンで半田等のバンプを介して各端子を一括接続する実装方式である（例えば、特許文献１を参照）。配線を保護するため、ソルダーレジストとして感光性絶縁膜が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９に従来技術の問題点を示す。図９（ａ）及び（ｂ）では、バンプ１６を介して半導体装置（図示略）の端子２１と接続している配線基板（図示略）の端子１３から伸びる配線１２が、感光性絶縁膜１５に被覆されていない部分を有する。この場合、配線１２が露出し、バンプ１６から配線１２上に半田の一部の濡れ拡がりが生じる。細い配線１２上に突出部１６ａが形成されると、突出部１６ａの熱応力により配線１２が破断するおそれがある。また、半田が端子１３より細い配線１２上に濡れ拡がると、半田の形状が制御できなくなり、バンプ１６の形状の対称性が失われるおそれがある。特に半導体装置と配線との間に高周波信号を伝送させる場合には、突出部１６ａが発振部となったり、スタブとなって伝送損失を劣化させたりする可能性があるため、好ましくない。
【０００６】
配線基板の端子よりも感光性絶縁膜の開口を小さくしておけば、端子から配線への半田の濡れ拡がりを回避することができる。しかし、フォトリソグラフィーにより配線基板上に感光性絶縁膜を形成する際にも半導体装置の端子と同等の高い精度が必要となり、配線基板の製造コスト上昇を招く結果となる。
【０００７】
特許文献１には、配線基板の端子よりも感光性絶縁膜の開口を大きくしておき、露出した配線を感光性絶縁膜で被覆することにより半田の濡れ拡がりを防ぐ技術が記載されている。しかし、この技術は、配線基板と感光性絶縁膜との間で位置アライメントが完全に一致している場合に限り効果を奏する。特許文献１の段落００３５〜００３９には、端子サイズが０．１５〜０．８５ｍｍ、配線幅が０．１〜０．１５ｍｍといった例示があるが、さらなる小型化をするには、設備の性能、バラツキ等から発生するアライメントのズレが問題になる。つまり、端子と感光性絶縁膜との間でアライメントがずれると、配線の全体を感光性絶縁膜で覆うことができず、図９に示すような配線１２上への半田の濡れ拡がりを防ぐことができない。
【０００８】
端子から基板の深さ方向に配線を引き出した場合には、感光性絶縁膜の開口が端子の位置からずれても配線が露出しないため、半田の濡れ拡がりを防ぐことができる。しかし、配線基板を多層化するために工程が増加し、製造コストが上昇する。また、多層化により端子から下方に配線を引き出した構造では、半導体装置の端子と配線基板の端子とをバンプで接続する際、半田の凝固に伴う収縮などの応力がバンプの直下に発生するため、接続の信頼性が悪化するおそれがある。さらに、多層構造は、層間絶縁膜を導体により挟み込む構造となるため、容量（キャパシタンス）成分の増加により伝送損失を悪化させるおそれがある。また、導体間に絶縁膜が配置されると、導体に伝送される信号の波長短縮が起こり、多層構造にしない場合に比べて周波数特性が変化するため、設計が複雑化する問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、配線上へのバンプの濡れ拡がりを容易に抑制することが可能な実装構造及び当該実装構造を備えるモジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は、第１端子を有する半導体装置と、前記第１端子と対向して配置された第２端子を有する配線基板と、前記第１端子と前記第２端子との間を電気的に接続するバンプとを備える実装構造であって、前記配線基板は、前記第２端子から引き出される配線と、前記配線の上を覆う感光性絶縁膜とを有し、前記感光性絶縁膜は、前記第２端子上において、前記配線が引き出される側のみを被覆していることを特徴とする実装構造を提供する。
前記第１端子は、前記半導体装置の周辺部に複数並列して設けられ、前記第１端子に対応して前記第２端子及び前記バンプが複数並列して設けられていてもよい。
【００１１】
前記配線の前記第２端子と反対の端部に第３端子が設けられ、前記第３端子は、前記第１端子より広いピッチで複数並列して設けられていてもよい。
前記感光性絶縁膜が前記第２端子上を被覆する被覆率が、前記第２端子の間で等しくてもよい。
前記第２端子上において、前記配線が引き出される側のみを被覆する前記感光性絶縁膜の端部が、前記第２端子の並列方向に沿って形成されていてもよい。
また、本発明は、前記実装構造を備えるモジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、感光性絶縁膜が第２端子の配線が引き出される側を被覆する位置においてアライメントのずれを許容することができるので、配線上へのバンプの濡れ拡がりを容易に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実装構造の一実施形態を示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図２】感光性絶縁膜と第２端子の位置関係を説明する平面図である。
【図３】実施例１の実装構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図４】実施例２の実装構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図５】実施例３の実装構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図６】実施例４の配線基板を示す平面図である。
【図７】比較例１の実装構造を示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）及びバンプ付近の拡大平面図（ｃ）である。
【図８】比較例２の実装構造を示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）及びバンプ付近の拡大平面図（ｃ）である。
【図９】バンプから配線上への半田の濡れ拡がりを説明する平面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に、本発明の実装構造の一実施形態を示す。図１に示すように、この実装構造は、第１端子２１を有する半導体装置２０と、第１端子２１と対向して配置された第２端子１３を有する配線基板１０と、第１端子２１と第２端子１３との間を電気的に接続するバンプ１６とを備えている。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、配線基板１０は、絶縁基板１１上に配線１２及び端子１３，１４を有する。本明細書において、バンプ１６を介して第１端子２１と接続される端子１３を第２端子１３し、配線１２の第２端子１３と反対の端部に設けられた端子１４を第３端子１４とする。第１端子２１は、半導体装置２０の端子２１である。配線基板１０において、配線１２の上は全長にわたり感光性絶縁膜１５で覆われている。感光性絶縁膜１５は、ソルダーレジストとして設けられる。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、各端子１３，１４の幅は、配線１２の幅より大きい。そして、感光性絶縁膜１５は、第２端子１３上において、配線１２が引き出される側のみを被覆している。つまり、第２端子１３は、感光性絶縁膜１５に覆われていない露出部１３ａと、感光性絶縁膜１５に覆われた被覆部１３ｂとを有し、被覆部１３ｂは、第２端子１３から配線１２が引き出される側にのみ配されている。これにより、感光性絶縁膜１５の端部１５ａが第２端子１３の上を横切る長さは、配線１２の幅より大きくなっている。また、感光性絶縁膜１５の端部１５ａが第２端子１３の並列した方向に沿って略直線状に伸びた形状となっている。
【００１７】
露出部１３ａは、第２端子１３のうち配線１２が引き出される側とは反対側の端部に設けられる。露出部１３ａの平面上の寸法（面積）は、対向する第１端子２１の寸法（面積）と同等又はより広いことが好ましい。すなわち、露出部１３ａは、配線基板１０上で第１端子２１に対向する領域の外側に設けられることが好ましい。これにより、バンプ１６が露出部１３ａから外側に濡れ拡がりにくくなり、たとえ半田が外側にはみ出しても感光性絶縁膜１５の上であるため、配線１２に付着することを防止できる。
【００１８】
幅の狭い配線１２上に半田が付着しないことにより、熱応力等による配線１２の破断、損傷等を抑制し、信頼性を向上することができる。感光性絶縁膜１５の端部１５ａによりバンプ１６の形状を制御することができ、突出等の非対称な形状を抑止することができる。バンプ１６の形状の対称性が高く、微小な凹凸の少ない形状とすることにより、高周波信号を伝送させた場合であっても、信号劣化を抑制することができる。第２端子１３又はその露出部１３ａの形状の対称性としては、例えば配線１２の引き出し方向（長さ方向）に対する線対称性、幅方向に対する線対称性が挙げられる。
【００１９】
第２端子１３から配線１２が配線基板１０の平面方向に引き出されるため、配線１２がバンプ１６の直下に配置されることがなく、半田の凝固に伴う収縮などの応力が配線１２に影響しにくくなり、信頼性が確保できる。また、配線１２が第２端子１３に直接接続されて、多層化した場合における層間絶縁膜のような絶縁体（誘電体）が配線１２と第２端子１３との間に介在せず、配線１２が単層であるので、容量成分による伝送損失も抑制することができる。
【００２０】
図１（ａ）及び（ｂ）において、配線１２の引き出し方向は左右方向であるが、この方向において、配線基板１０の第２端子１３の長さは、半導体装置２０の第１端子２１の長さより長いことが好ましい。第２端子１３の長さと第１端子２１の長さとの差は、アライメントズレの長さと同等又はより大きいことが好ましい。本実施形態によれば、配線基板１０上で感光性絶縁膜１５をフォトリソグラフィーによりパターン形成する際の精度を、半導体装置２０の端子２１の位置精度より低く（誤差を大きく）することができるため、比較的安価なプロセス及び装置を用いることができる。これにより、実装工程の低コスト化が可能になる。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態においては、第３端子１４は、第２端子１３より広いピッチで複数並列して設けられている。第３端子１４は、配線基板１０を外部回路（図示略）と電気的に接続して、信号伝送、電力供給等に用いることができる。第３端子１４の周囲は感光性絶縁膜１５で覆われており、第３端子１４の上面は感光性絶縁膜１５の開口１５ｂにより露出されている。感光性絶縁膜１５の端部１５ａの位置精度が低くてもよいことから、第３端子１４のピッチを広くすることにより、開口１５ｂの位置精度も低くすることができる。
【００２２】
本実施形態において、第１端子２１は、半導体装置２０の下面における周辺部に複数並列して設けられている。第２端子１３は、第１端子２１に対向して設けられ、それぞれの第１端子２１と第２端子１３との対向箇所に、バンプ１６が設けられる。このため、第２端子１３のピッチは、第１端子２１のピッチと同等である。第３端子１４は、配線基板１０の周辺部に配置されているので、半導体装置２０の寸法に制約されず、広いピッチを確保することができる。
【００２３】
第１端子２１と第２端子１３との間には、感光性絶縁膜１５を配置させないことが好ましい。これにより、第１端子２１と第２端子１３との間に絶縁膜を配置する場合に、誘電率と誘電正接の低い材料（樹脂）を選択することができ、波長短縮により周波数変化の影響を抑制することができる。感光性絶縁膜１５の選択は、誘電率と誘電正接の低い材料（樹脂）であってもよいが、感光性やフォトリソグラフィーのプロセス等の観点から、より好ましい材料を選択することができる。
【００２４】
図２に示すように、第２端子１３の被覆部１３ｂは、第２端子１３と配線１２との境界に沿った直線Ｌ１と、感光性絶縁膜１５の端部１５ａに沿った直線Ｌ２との距離に相当する寸法を有する。このため、感光性絶縁膜１５の端部１５ａのズレが、直線Ｌ１よりも配線１２側に到達しない限り、配線１２の露出を防止することができる。このため、設計上の直線Ｌ１と直線Ｌ２との距離は、配線１２のパターンに対する感光性絶縁膜１５のアライメントズレによる誤差範囲より大きいことが好ましい。これにより、アライメントズレがあっても配線１２が感光性絶縁膜１５から露出しないようにすることができる。
【００２５】
第２端子１３が複数設けられる場合、第２端子１３の面積（露出部１３ａ及び被覆部１３ｂの合計の面積）に対する被覆部１３ｂの面積の割合を、感光性絶縁膜１５が第２端子１３上を被覆する被覆率とする。各第２端子１３の被覆率が同等であることが好ましい。被覆率が等しいことにより、露出部１３ａ上に形成されるバンプ１６の寸法が均一になり、端子間のバラツキを抑制することができる。被覆率としては、例えば第２端子１３の面積の５０％以下、例えば３０％程度、２０％程度、１０％程度、５％程度等が挙げられる。被覆率のバラツキとしては、第２端子１３の面積の２０％以下、１０％以下、５％以下等が挙げられる。
【００２６】
第２端子１３の被覆部１３ｂに沿った感光性絶縁膜１５の端部１５ａは、第２端子１３の並列方向に沿っていることが好ましい。これにより、アライメントズレがあっても、同じ並列方向に沿った各第２端子１３の被覆率のバラツキを抑制することができる。
【００２７】
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明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で種々の改変が可能である。改変としては、構成要素の付加、省略、置換、その他の変更が挙げられる。
【００２８】
半導体装置２０としては、ＩＣ（集積回路）等の半導体回路が挙げられる。半導体装置２０における第１端子２１の配置としては、半導体装置２０の辺に沿って、１辺又は２辺以上に１列ずつ並列されることが好ましい。第１端子２１が配置される辺の配置は、例えば対向する２辺、隣接する２辺、半導体装置２０が略四角形である場合の４辺が挙げられる。
【００２９】
配線基板１０としては、ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）等のインターポーザ基板が挙げられる。配線基板１０の絶縁基板１１としては、特に限定されず、ポリイミド等の樹脂基板、ガラス基板、紙複合基板、各種絶縁性基板が挙げられる。
【００３０】
配線１２及び端子１３，１４を構成する導体は特に限定されず、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔｉ、合金等の１種又は２種以上が挙げられる。配線１２及び端子１３，１４等の導体パターンは、絶縁基板１１の片面又は両面において、メッキ、エッチング、ペースト等により形成することができる。配線１２の幅としては、１００μｍ以下、さらには７０μｍ以下、例えば２０〜７０μｍが例示できる。第２端子１３の寸法としては、２００μｍ以下、１５０μｍ以下、さらには１００μｍ以下、例えば３０〜１００μｍが例示できる。
【００３１】
感光性絶縁膜１５としては、感光性エポキシ樹脂等のソルダーレジストが挙げられる。バンプ１６としては、溶融半田、めっきピラー、スタッドバンプ等が挙げられる。配線基板１０の上面と半導体装置２０の下面との隙間は、少なくともバンプ１６の周囲において、アンダーフィル剤、サイドフィル剤等の絶縁材料を充填することができる。充填用の絶縁材料としては、エポキシ等の熱硬化樹脂が挙げられる。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
図３（ａ）及び（ｂ）に、実施例１の実装構造を示す。この実装構造は、半導体装置２０としてＩＣが実装されたインターポーザ基板のモジュール構造を構成する。実施例１の配線基板１０Ａはインターポーザ基板であり、１００μｍ程度の狭いピッチのＩＣ端子（第１端子２１）と、５００μｍ程度の広いピッチのＦＰＣ端子（第３端子１４）とを接続する。
【００３３】
感光性絶縁膜１５は、配線１２を完全に被覆しているが、ＩＣ用Ｉ／Ｏ端子（第２端子１３）で囲まれた領域では、端部１５ａの内側において感光性絶縁膜１５が開口している。第２端子１３の幅（ピッチ方向の寸法）は例えば７０μｍである。配線１２の幅は例えば３０μｍである。配線１２と端子１３，１４は、絶縁基板１１の同一平面上に形成されている。
【００３４】
感光性絶縁膜１５が配線１２と端子１３との接続部から開口した端部１５ａまでの間で端子１３上を覆う長さは、配線１２と感光性絶縁膜１５とのアライメントズレ（例えば２０μｍ）を吸収できる寸法（例えば３０μｍ）となっている。端子１３の配線１２が引き出される方向の長さは、例えば端子１３の幅とアライメントズレを吸収できる寸法との合計（例えば１００μｍ）である。
【００３５】
感光性絶縁膜１５で被覆されないで露出された（バンプ１６に接続可能な）部分の端子１３の形状は、四角形であり、対称性を有している。バンプ１６の周囲には、応力緩和のため、エポキシ等のアンダーフィル剤１７が充填されている。バンプ１６は半田から形成され、その高さは例えば５０μｍである。
【００３６】
（実施例２）
図４（ａ）及び（ｂ）に、実施例２の実装構造を示す。実施例２では、配線基板１０Ｂの構成は実施例１と同様であるが、バンプ１６の周囲に配置される絶縁材料がサイドフィル剤１８である。サイドフィル剤１８（例えばエポキシ等）は、粘度の調整により、半導体装置２０の下面のうち第１端子２１及びバンプ１６が設けられる周辺部のみに配置される。半導体装置２０と配線基板１０Ｂの間（詳しくは絶縁基板１１との間）には、空洞１９が形成される。高周波伝送用途の場合、ＩＣとインターポーザ間の誘電体により伝送損失が悪化する場合がある。サイドフィル剤１８を使用することにより、空洞１９には誘電率が低い気体（空気等）が配されるので、実施例１のアンダーフィル剤１７に比べて伝送損失を悪化させることなく、応力緩和機能を得ることができる。
【００３７】
（実施例３）
図５（ａ）及び（ｂ）に、実施例２の実装構造を示す。実施例３の配線基板１０Ｃは、第３端子１４がカードエッジコネクタを構成する。半導体装置２０の直下の構造は、図５では実施例１と同様なアンダーフィル剤１７を用いた場合を例示しているが、実施例２のようにサイドフィル剤１８を用いることも可能である。カードエッジコネクタに接する感光性絶縁膜１５の端部１５ｃは、例えば直線状である。
【００３８】
（実施例４）
図６に、実施例４の配線基板における第２端子及び感光性絶縁膜の形状を示す。図２では第２端子１３が四角形であるが、図６では第２端子１３が略円形である。実施例４における第２端子１３の平面形状は、楕円形等の長円形であり、例えば長方形の両短辺に半円形を合わせた形状（オーバル形状）が挙げられる。端子１３の角を無くすことにより、応力集中を防ぎ、絶縁基板１１に対する端子１３の接着強度を向上することができる。図６に示す感光性絶縁膜１５の端部１５ａは、端子１３毎に湾曲部を有する波状であり、端子１３間では尖形（カスプ状）である。この場合、第２端子１３の露出部１３ａの形状が、被覆部１３ｂ側とその反対側とのいずれも湾曲状となり、バンプ１６の形状の対称性が高くなるので好ましい。
【００３９】
（比較例１）
図７（ａ）〜（ｃ）に、比較例１の実装構造を示す。感光性絶縁膜１５は第２端子１３毎に開口１５ｄを有し、開口１５ｄの周辺部が第２端子１３の周辺部を全周に渡り覆っている。端子１３よりも感光性絶縁膜１５の開口１５ｄを小さくすることにより配線１２の露出を防ぎ、端子１３から配線１２への半田の濡れ拡がりを回避することができる。しかし、フォトリソグラフィーにより感光性絶縁膜１５を形成する際に高い精度が必要となり、配線基板の製造コスト上昇を招く結果となる。
【００４０】
（比較例２）
図８（ａ）〜（ｃ）に、比較例２の実装構造を示す。端子１３から絶縁基板１１の深さ方向に配線１２を引き出して、配線１２と端子１３との間に層間絶縁膜３１を設けている。この構造によれば、感光性絶縁膜１５の開口１５ｄが端子１３の位置からずれても配線１２が露出しないため、半田の濡れ拡がりを防ぐことができる。しかし、配線基板を多層化するためには、層間絶縁膜３１に開口を形成し、この開口に導電体３３，３４を設けて端子１３，１４と配線１２との間を接続する等の工程が増加し、製造コストが上昇する。また、端子１３と配線１２を接続する導電体３３がバンプ１６の下方に設けられるため、バンプ１６の半田が凝固する際に応力がバンプ１６の直下に発生すると、接続信頼性が悪化するおそれがある。また、配線１２と端子１３，１４との間に層間絶縁膜３１が介在するため、容量成分による伝送損失の悪化や波長短縮による設計の複雑化が懸念される。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…配線基板、１１…絶縁基板、１２…配線、１３…第２端子、１４…第３端子、１５…感光性絶縁膜、１６…バンプ、２０…半導体装置、２１…第１端子。
【図１】
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【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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