(57)【要約】【課題】基板や封止剤からのアウトガスに起因するボイドの発生を低減できるプリント配線基板およびプリント配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】基板（１１）と半導体チップ（１３）間を封止する封止剤（１５）が、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤（１７）を有する。このため、製造中の加熱工程で基板や封止剤中から発生する主として水蒸気を中心とするアウトガスが分子吸着材料に吸収される。このため、封止剤中のボイド発生を低減でき、基板と半導体チップ間の電気的接合の信頼性が向上する。【選択図】      図１
2005011881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に電極が形成された基板と、
前記基板上に配置され、前記電極と電気的に接続された半導体チップと、
水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤と、樹脂材料とを有し、前記基板と前記半導体チップ間を封止する封止剤と、
を具備することを特徴とするプリント配線基板。
【請求項２】
前記分子吸着材料が、２５０℃の温度で結晶水を解離しないことを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
【請求項３】
前記充填剤がシリカを含むことを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
【請求項４】
主面に電極が形成された基板に、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤と、樹脂材料と、を有する封止剤を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で封止剤が塗布された基板に半導体チップを実装する実装工程と、
前記実装工程で半導体チップが実装された基板を熱処理する熱処理工程と、
を具備することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
【請求項５】
主面に電極が形成された基板に半導体チップを実装する実装工程と、
前記実装工程で半導体チップが実装された基板と半導体チップの間に、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤と、樹脂材料と、を有する封止剤を注入する注入工程と、
前記注入工程で前記半導体チップとの間に封止剤が注入された前記基板を熱処理する熱処理工程と、
を具備することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップと基板とを接続してなるプリント配線基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、モールドしてない半導体チップ（ベアチップ）を基板に直接実装するフリップチップ実装が用いられている。フリップチップ実装では、基板と半導体チップの間を樹脂材料で封止して信頼性の向上を図っている。
この樹脂封止に際して、半導体チップを基板に実装した後に封止樹脂を注入する後入れ工法、半導体チップを実装する前に封止樹脂を基板に塗布する先入れ工法の２通りの工法が用いられる。
【０００３】
ここで、半導体チップと基板との間への封止剤の充填が不完全だと半導体チップの動作不良の原因になることから、基板を乾燥して水分を除去する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００２−３１３８４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板を乾燥した場合でも、封止剤中にボイドが発生することがある。このようなボイドは、基板や封止剤中からのアウトガスによるものと考えられる。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、基板や封止剤からのアウトガスに起因するボイドの発生を低減できるプリント配線基板およびプリント配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
Ａ．上記目的を達成するために、本発明に係るプリント配線基板は、主面に電極が形成された基板と、前記基板上に配置され、前記電極と電気的に接続された半導体チップと、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤と、樹脂材料とを有し、前記基板と前記半導体チップ間を封止する封止剤と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
基板と半導体チップ間を封止する封止剤が、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤を有する。このため、製造中の加熱工程で基板や封止剤中の樹脂材料から発生する主として水蒸気を中心とするアウトガスが分子吸着材料に吸収される。このため、封止剤中のボイド発生を低減でき、基板と半導体チップ間の電気的接合の信頼性が向上する。
【０００７】
（１）ここで、前記分子吸着材料が、２５０℃の温度で結晶水を解離しないことが好ましい。
例えば、無鉛はんだをリフロー処理する場合に最高処理温度が２５０℃に達する場合でも、分子吸着材料に吸着された結晶水が解離されない。このため、分子吸着材料からの結晶水の解離によって生じるガスに起因する封止剤中のボイドの発生が防止される。
【０００８】
（２）前記充填剤がシリカを含んでもよい。
分子吸着材料とシリカとを適宜の割合で混合・焼成することで、封止剤の粘性等の物性のコントロールを行うことが可能となる。このように分子吸着材料とシリカの比率を調節することで、先入れアンダーフィル工法のみならず、後入れアンダーフィル工法でもプリント配線基板の製造を容易に行える。
【０００９】
Ｂ．本発明に係るプリント配線基板の製造方法は、主面に電極が形成された基板に、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤と、樹脂材料と、を有する封止剤を塗布する塗布工程と、前記塗布工程で封止剤が塗布された基板に半導体チップを実装する実装工程と、前記実装工程で半導体チップが実装された基板を熱処理する熱処理工程と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
封止剤が、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤を有する。このため、製造中の加熱工程で基板や封止剤中の樹脂材料から発生する主として水蒸気を中心とするアウトガスが分子吸着材料に吸収される。このため、封止剤中のボイド発生が低減され、基板と半導体チップ間の電気的接合の信頼性が向上する。
【００１１】
Ｃ．本発明に係るプリント配線基板の製造方法は、主面に電極が形成された基板に半導体チップを実装する実装工程と、前記実装工程で半導体チップが実装された基板と半導体チップの間に、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤と、樹脂材料と、を有する封止剤を注入する注入工程と、前記注入工程で前記半導体チップとの間に封止剤が注入された前記基板を熱処理する熱処理工程と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
封止剤が、水蒸気を結晶水として結晶内に取込む分子吸着材料を含む充填剤を有する。このため、製造中の加熱工程で基板や封止剤中の樹脂材料から発生する主として水蒸気を中心とするアウトガスが分子吸着材料に吸収される。このため、封止剤中のボイド発生が低減され、基板と半導体チップ間の電気的接合の信頼性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（プリント配線基板）
図１は、本発明の一実施形態に係るプリント配線基板１０を表す側面図である。本図に示されるようにプリント配線基板１０は、基板１１，はんだ層１２，半導体チップ１３，はんだボール１４，封止剤（「アンダーフィル樹脂組成物」ともいう）１４から構成される。
【００１４】
基板１１は、絶縁部と導電部を有する、例えば積層樹脂基板である。
絶縁部には、エポキシ樹脂、ポリイミド、マレイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンオキシド、液晶ポリマーのような樹脂、エポキシ樹脂とガラス繊維などを組み合わせた積層体、ならびにガラス、セラミックスのような無機質などが用いられる。
導電部は、導電層または配線であり、半導体チップ１３と電気的に接続され、Ｃｕ、ＮｉめっきＣｕ、ＡｕめっきＣｕ、はんだめっきＣｕ、Ａｌ、Ａｇ／Ｐｄなどが用いられる。
はんだ層１２は、基板１１の導電部に形成され、はんだボール１４と共に、基板１１と半導体チップ１３との電気的接続を行う。
【００１５】
封止剤１５は、樹脂材料１６、充填剤（フィラー）１６を含有し、半導体チップ１３と基板１１の間隙での接合信頼性を向上させるために用いられる。
樹脂材料１６としては、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂およびそれらの２種以上を配合した混合樹脂を用いることができる。
充填剤１７としては、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭酸カルシウムを用いることができる。本実施形態では充填剤１７に、分子吸着材料が含まれる。
【００１６】
分子吸着材料は、水分子・ガスを吸着する無機物質であり、焼成ゼオライト、塩基性硫酸マグネシウム、珪酸カルシウム等を用いることができる。塩基性硫酸マグネシウム、珪酸カルシウムは、ウイスカの形態とすることができ、表面積が増大することで水分子・ガスの吸着性が向上する。
これらの材料は水分子を結晶水として保持し、しかも結晶水の離脱温度が２５０℃を越えている。このため、封止剤１５を硬化する過程で基板１１や樹脂材料１６から発生するアウトガス、特に水蒸気を吸着し、その後のはんだリフロー工程等の熱処理工程中でも吸着したアウトガス、特に水分が離脱することがない。
このように分子吸着材料がプリント配線基板１０の製造中に発生したガスを吸着し、その後も吸着した状態を保つことで、封止剤１５中にボイドが生じることが防止される。
分子吸着材料は粒状として、その粒径を例えば０．５〜１μｍとすることができる。また、封止剤１５全体に対する分子吸着材料の混合比を例えば５０〜７０％とすることができる。
【００１７】
分子吸着材料は、シリカ等の他の充填剤１７と任意の割合で混合・焼成することが可能である。このように混合比を調節することで、封止剤１５の粘性等の物性のコントロールを行える。分子吸着材料の混合比を下げて粘性を低減することで、半導体チップ１３を基板１１に実装した後に封止剤１５を注入する後入れ工法を適用し易くなる。
【００１８】
また、封止剤１５には、必要に応じて、ブタジエン系ゴム粒子のようなゴム質物などの配合物のような樹脂ペースト、フェノール樹脂、酸無水物、ポリアミン、オニウム塩のような硬化剤、イミダゾール類、有機過酸化物のような硬化促進剤、臭素化合物、リン化合物のような難燃剤、ポリジメチルシロキサンやそれを含む組成物のような消泡剤、有機顔料などの着色材、シランカップリング剤などを配合できる。
【００１９】
（プリント配線基板の製造方法）
図２はプリント配線基板１０の製造工程の一例を表すフロー図である。また、図３は、図２の製造工程中でのプリント配線基板１０の状態を表す側面図である。
図２，３に示す工程では、半導体チップ１３を実装する前に基板１１に封止剤１５を塗布する先入れ工法、特に、Ｃ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）工法が表わされている。但し、プリント配線基板１０の製造に他の工法、例えば半導体チップ１３を基板１１に実装した後に封止剤１５を注入する後入れ工法を用いることも可能である。
【００２０】
以下、図２，３に基づきプリント配線基板１０の製造工程の詳細を説明する。
（１）基板１１の加熱（ステップ１および図３（Ａ））
導電部にはんだ層１２がプリコートされた基板１１をホットプレートＨＰ等で加熱する。例えば、基板１１を例えば、２００℃で５分程度加熱することによって基板１１を乾燥する。
基板１１の表面に水分が存在すると、水分が未硬化の封止剤１５中に移行し、硬化の過程で蒸発し、硬化後の封止剤１５中にボイドが残り易くなる。このため、基板１１をプリベークすることで、基板１１から水分を除去し、封止剤１５中でのボイドの発生低減を図っている。
【００２１】
（２）基板１１への封止剤１５の塗布（ステップ２および図３（Ｂ））
基板１１上の導電部周辺の凹凸部全体に封止剤１５を塗布する。この塗布はディスペンサＤを用い、封止剤１５を滴下することで行える。
（３）基板１１への半導体チップ１３の実装（ステップ３および図３（Ｃ））
フリップチップボンダ等のマウンタＭＴにより、はんだボール１４を有する半導体チップ１３を基板１１上に実装する。
【００２２】
（４）基板１１のリフロー処理（ステップ４および図３（Ｄ））
基板１１にリフロー炉内を通過させることにより、はんだ層１２とはんだボール１４とを融解させ、半導体チップ１３側の電極と基板１１上の電極間とを接合する。
この結果、プリント配線基板１０が作成される。
【００２３】
このリフロー時には、はんだボール１４の融解および封止剤１５の硬化の双方が生じる。即ち、この工程は、はんだボール１４を溶融し基板１１と半導体チップ１３との電気的接合を行うリフロー工程、封止剤１５を硬化するアンダーフィル硬化工程に区分することができる。
但し、封止剤１５の硬化はこのリフロー処理に先だって行うことも可能である。例えば、マウンタＭＴに付加されたヒータによって、半導体チップ１３の実装時に封止剤１５を半硬化状態にすることも可能である（一例として、１５０〜２００℃で数秒〜数十秒加熱する）。
なお、封止剤１５の硬化を２段階で行うステップキュアを適用することで、封止剤１５中から発生したアウトガスが封止剤１５から脱出し易くして、封止剤１５中でのボイドの発生の低減を図ることができる。
【００２４】
リフロー工程等において、基板１１や封止剤１５中の樹脂成分（アンダーフィル樹脂本体）から主として水を成分とするアウトガスが放出される。このアウトガスの影響は、ステップＳ１でのプリベーク、リフロー時でのステップキュアの適用によっても完全に除外することは困難である。
本実施形態では、封止剤１５に混入した分子吸着材料（焼成ゼオライト等の無機物質）が発生したガスを吸収することで、封止剤１５でのボイドの発生が低減する。その結果、基板１１と半導体チップ１３間を接続するはんだ接合部分の長期接合信頼性が向上する。
もしガスが吸収されないと封止剤１５にボイドが残り、ボイド中の電極が劣化し易くなる。また、一つのボイド中に複数の電極が含まれると、これらの電極間での絶縁が不良になる可能性もある。
【００２５】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２６】
例えば、上記実施形態では半導体チップ１３を実装する前に基板１１に封止剤１５を塗布する先入れ工法を説明したが、半導体チップ１３を基板１１に実装した後に封止剤１５を注入する後入れ工法にも適用可能である。後入れ工法は、特に、半導体チップ１３と基板１１間が例えば５０〜１００μｍ程度と比較的広く毛細管現象による樹脂封入が比較的容易に行える場合に有用である。既述のように、分子吸着材料とシリカ等の他の充填剤１７との混合比を変化させることで、毛細管現象による封入に適した値に封止剤１５の粘性を調節することができる。
後入れ工法では、基板１１に半導体チップ１３を圧接工法、超音波工法、Ｃ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）工法等により実装した後、封止剤１５を封入し、その後に熱処理を施して硬化させる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、基板や封止剤からのアウトガスに起因するボイドの発生を低減できるプリント配線基板およびプリント配線基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリント配線基板を表す側面図である。
【図２】図１に示したプリント配線基板の製造工程の一例を表すフロー図である。
【図３】図２の製造工程中でのプリント配線基板の状態を表す側面図である。
【符号の説明】
１０…プリント配線基板、  １１…基板、  １２…はんだ層、  １３…半導体チップ、  １４…はんだボール、  １５…封止剤、  １６…樹脂材料、  １７…充填剤
【図１】
2005011881.tif 000003
【図２】
2005011881.tif 000004
【図３】
2005011881.tif 000005