(57)【要約】【課題】  ソルダー接合信頼度を高めることができる印刷回路基板及びそれを利用した半導体パッケージモジュールを提供する。【解決手段】  絶縁層と印刷回路パターンとが交互に積層された多層構造の印刷回路基板と、印刷回路パターンで印刷回路基板の外部に露出されて、半導体パッケージのソルダーボールと接続される第１端子と、印刷回路パターンで印刷回路基板の外部に露出されて、他の印刷回路基板と接続される機能を行う第２端子と、第１端子の下部に形成される絶縁層として、半導体パッケージと第１端子との熱膨張係数の差による応力を吸収できる感光性材質の緩衝層と、を具備することを特徴とする半導体パッケージモジュール用の印刷回路基板と該印刷回路基板に半導体パッケージが搭載された半導体パッケージモジュール。【選択図】図４
2005354070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層基板構造であり、半導体パッケージが搭載されうる第１端子と、マザーボードに接続されうる第２端子とが形成された印刷回路基板と、
前記印刷回路基板の第１端子の下部に形成され、半導体パッケージと前記印刷回路基板との熱膨張係数の差による応力を吸収できる感光性素材材質の緩衝層と、
前記印刷回路基板に、第１端子を通じて搭載される半導体パッケージと、を具備することを特徴とするソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項２】
前記緩衝層は、エラストマーであることを特徴とする請求項１に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項３】
前記緩衝層は、エラストマーと金属との混合構造であることを特徴とする請求項１に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項４】
前記緩衝層は、前記第１端子の下部で部分的に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項５】
前記印刷回路基板で、第２端子は、ソルダーボールパッドであることを特徴とする請求項１に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項６】
前記半導体パッケージは、ソルダーボール及びソルダーバンプのうち選択された一つを通じて、前記印刷回路基板の第１端子に搭載される構造であることを特徴とする請求項１に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項７】
前記半導体パッケージは、ウェーハレベルパッケージであることを特徴とする請求項１に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項８】
前記ウェーハレベルパッケージは、前記印刷回路基板の第１端子に接続されるソルダーボールと接する入出力パッド上に、熱膨張係数差による応力を吸収できる構造物が追加で形成されたことを特徴とする請求項７に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項９】
前記ウェーハレベルパッケージの入出力パッド上に形成された構造物は、立体構造の柱型ＵＢＭであることを特徴とする請求項８に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項１０】
前記立体構造の柱型ＵＢＭは、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＮｉのうち選択された一つを材質とすることを特徴とする請求項９に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項１１】
前記立体構造の柱型ＵＢＭは、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＮｉのうち選択された一つを含む混合物質であることを特徴とする請求項９に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール。
【請求項１２】
絶縁層と印刷回路パターンとが交互に積層された多層構造の印刷回路基板と、
前記印刷回路パターンで印刷回路基板の外部に露出されて、半導体パッケージのソルダーボールと接続される第１端子と、
前記印刷回路パターンで印刷回路基板の外部に露出されて、他の印刷回路基板と接続される機能を行う第２端子と、
前記第１端子の下部に形成される絶縁層として、半導体パッケージと第１端子との熱膨張係数の差による応力を吸収できる感光性材質の緩衝層と、を具備することを特徴とする半導体パッケージモジュール用の印刷回路基板。
【請求項１３】
前記緩衝層は、エラストマーであることを特徴とする請求項１２に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール用の印刷回路基板。
【請求項１４】
前記緩衝層は、エラストマーと金属との混合構造であることを特徴とする請求項１２に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール用の印刷回路基板。
【請求項１５】
前記緩衝層は、前記第１端子の下部で部分的に形成されたことを特徴とする請求項１２に記載のソルダー接合信頼度を高めることができる半導体パッケージモジュール用の印刷回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュール用の印刷回路基板及びそれを利用した半導体パッケージモジュールに係り、さらに詳細には、半導体パッケージと印刷回路基板との間に発生する熱膨張係数の差による応力により悪化するソルダー接合信頼度（Ｓｏｌｄｅｒ Ｊｏｉｎｔ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ：ＳＪＲ）を高めることができるモジュール用の印刷回路基板及びそれを利用した半導体パッケージモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハ状態で半導体パッケージの組立工程が具現されるウェーハレベルパッケージ（ＷＬＰ：Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）は、既存のワイヤーボンディング方式によるプラスチックパッケージを代替する進歩した形態の半導体パッケージである。したがって、最近数年間、ＷＬＰについての多くの感心及び研究開発が進みつつある。このようなＷＬＰは、単独で使われることもあるが、最近では、印刷回路基板上に複数個が搭載される半導体パッケージモジュールにも幅広く応用されている。
【０００３】
図１は、一般的な半導体パッケージモジュールの平面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、通常半導体パッケージモジュール５０において、ＷＬＰ３０は、印刷回路基板４０の片面あるいは両面に、ソルダーバンプあるいはソルダーボール１０を通じて搭載される。前記ソルダーボール１０あるいはソルダーバンプは、ＷＬＰ３０の下部に形成されている。前記印刷回路基板４０には他の印刷回路基板、例えば、マザーボードへの電気的接続のための接続端子として、タブ２０が形成されている。
【０００５】
前記ＷＬＰ３０が搭載された半導体パッケージモジュール５０は、信頼性確認のためにいろいろな種類の検査を受ける。そのうち一つが、温度適応検査である。信頼性検査のうちの一つである温度適応検査は、半導体パッケージモジュールを−５５℃及び１２５℃でそれぞれ５分あるいは１０分ずつ放置する過程を反復しつつ、温度変化による半導体パッケージモジュールの内部状態及び機能を点検する検査である。
【０００６】
しかし、ＷＬＰ３０が搭載された一般的な半導体パッケージモジュール５０の場合、印刷回路基板４０のエッジに搭載されたＷＬＰ３０が、半導体パッケージ３０と印刷回路基板４０との熱膨張係数差による応力を最も激しく受ける。これにより、ＷＬＰ３０と印刷回路基板４０とを接続するソルダー、例えば、ソルダーバンプあるいはソルダーボールに欠陥が発生する。
【０００７】
図２は、前記図１のＩＩ−ＩＩ′部分の切断面図である。
【０００８】
図２を参照すれば、多層基板形態の印刷回路基板４０には、絶縁層４１、４３、４５、４７と印刷回路パターン４２、４４、４６とが交互に形成されている。また、印刷回路基板４０の外部に露出された表面には、他の印刷回路基板との接続のためのパッド４２と、ＷＬＰ３０のソルダーボール１０が付着されるためのパッド４６とがそれぞれ形成されている。
【０００９】
前記ＷＬＰ３０の半導体チップ３２上には、ボンドパッド３１、パッシベーション層３６、ボンドパッド再配置パターン３３、第１及び第２絶縁膜３４、３５などが形成されており、ＷＬＰ３０の外部接続端子であるソルダーボール１０を通じて、前記印刷回路基板４０に付着されている。
【００１０】
図３は、一般的な半導体パッケージモジュールを使用して温度適応検査を行った時に発生した欠陥を説明するための断面図である。
【００１１】
図３を参照すれば、温度適応検査のような信頼度検査を進めれば、ソルダーボール１０′は、ＷＬＰ３０と印刷回路基板４０との熱膨張係数の差による応力を、半導体パッケージモジュール内のエッジで最大に受ける。これにより、ソルダーボールにクラック１２、１４が発生する。このようなクラックは、ＷＬＰ３０の方向、あるいは印刷回路基板４０側でいずれも発生しうる。
【００１２】
前述したソルダーボールで発生するＳＪＲの悪化問題を解決するために、半導体パッケージ内部に、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ：Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）のようなエラストマーを使用してソルダーボールに集中する応力を緩和させる技術が、特許文献１により提案されたことがある。しかし、これは、半導体パッケージ３０側でソルダーボールに発生するクラックを防止する技術であるだけで、印刷回路基板４０側でソルダーボール１０′に発生するクラック１２を解決するには限界がある。
【特許文献１】米国特許第５，７７７，３７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した問題点を解決できるように、ＳＪＲを高めることができる半導体パッケージモジュール用の印刷回路基板を提供するところにある。
【００１４】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前述した問題点を解決できるように、ＳＪＲを高めることができる半導体パッケージモジュールを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記技術的課題を達成するために、本発明によるＳＪＲを高めることができる印刷回路基板は、絶縁層と印刷回路パターンとが交互に積層された多層構造の印刷回路基板と、前記印刷回路パターンで印刷回路基板の外部に露出されて、半導体パッケージのソルダーボールと接続される第１端子と、前記印刷回路パターンで印刷回路基板の外部に露出されて、他の印刷回路基板と接続される機能を行う第２端子と、前記第１端子の下部に形成される絶縁層として、半導体パッケージと第１端子との熱膨張係数の差による応力を吸収できる感光性材質の緩衝層と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明の望ましい実施形態によれば、前記緩衝層は、前記第１端子の下部に部分的に形成され、エラストマー、またはエラストマーと金属との混合構造である。
【００１７】
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、多層基板構造であり、半導体パッケージが搭載されうる第１端子とマザーボードに接続されうる第２端子とが形成された印刷回路基板と、前記印刷回路基板の第１端子の下部に形成され、半導体パッケージと前記印刷回路基板との熱膨張係数の差による応力を吸収できる感光性素材材質の緩衝層と、前記印刷回路基板に、第１端子を通じて搭載される半導体パッケージと、を具備することを特徴とするＳＪＲを高めることができる半導体パッケージモジュールを提供する。
【００１８】
本発明の望ましい実施形態によれば、前記半導体パッケージは、ＷＬＰであり、前記印刷回路基板の第１端子に接続されるソルダーボールと接する入出力パッド上に、熱膨張係数差による応力を吸収できる構造物、例えば、立体構造の柱型アンダーバンプメタル（ＵＢＭ：Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌ）が形成されたものが好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、印刷回路基板は、ソルダーボールと接続される第１端子の下部に緩衝層が形成され、半導体パッケージは、ソルダーボールと接続される入出力パッド上に立体形状の柱型ＵＢＭが形成されて、印刷回路基板と半導体パッケージとの熱膨張係数差によってソルダーボールに集中する応力を緩和させて、全体的に半導体パッケージモジュールのＳＪＲを改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、下記の詳細な説明で開示される実施形態は、本発明を限定する意味ではなく、当業者に、本発明の開示が実施可能な形態に完全になるように発明の範ちゅうを知らせるために提供されるものである。
【００２１】
図４は、本発明の一実施形態によるＳＪＲを高めることができる印刷回路基板の断面図である。
【００２２】
図４を参照すれば、本発明によるＳＪＲを高めることができる印刷回路基板１００は、絶縁層１０２、１０６、１１６と印刷回路パターン１０３、１０８、１１４とが交互に積層された多層構造の印刷回路基板である。本発明によるＳＪＲを高めることができる印刷回路基板１００は、前記印刷回路パターンで、印刷回路基板の外部に露出されて、半導体パッケージのソルダーボールと接続される第１端子１１８が形成されている。また、前記印刷回路パターンで、印刷回路基板の外部に露出されて、他の印刷回路基板と接続される機能を行う第２端子１２０が形成されている。
【００２３】
また、本発明によるＳＪＲを高めることができる印刷回路基板１００は、前記第１端子１１８の下部に形成される絶縁層として、半導体パッケージと第１端子１１８との熱膨張係数の差による応力を吸収できる感光性材質の緩衝層１１０を含む。
【００２４】
この時、前記緩衝層１１０は、前記第１端子１１８の下に部分的に形成されて、ソルダーボールに応力が集中する時、前記応力を吸収できるエラストマー材質である。望ましくは、前記緩衝層１１０は、感光性エラストマー材質であるために、第１端子１１８の下に部分的に形成しやすい。しかし、必要に応じて、前記緩衝層１１０は、印刷回路基板１００の全体に形成されることもある。
【００２５】
したがって、フォトソルダーレジスト（ＰＳＲ：Ｐｈｏｔｏ Ｓｏｌｄｅｒ Ｒｅｓｉｓｔ）材質の他の絶縁層１０２、１０６、１１６のように応力を吸収できない材質ではない、エラストマー材質であるために、温度適応検査を行う過程で、ソルダーボールに応力が集中する時、前記緩衝層１１０で応力を吸収して、ソルダーボールにクラック欠陥が発生することを防止する役割を果たす。
【００２６】
前記緩衝層１１０を有する印刷回路基板１００は、多様な方法で製造できるが、下記の図５ないし図９を参照して製造方法についての一例を説明する。
【００２７】
まず、第１ＰＳＲ層１０２を形成し、前記第１ＰＳＲ層１０２の上に第１印刷回路パターン１０３を通常の方法によって形成する。次いで、前記第１印刷回路パターン１０３が形成された結果物に第２ＰＳＲ層１０６を形成した後、写真及びエッチング工程を進めて、前記第１印刷回路パターン１０３の一部を露出させる第１ビアホール１０４を形成する。次いで、前記ビアホール１０４を導電層で満たすメッキ工程を進めた後、前記導電層と接続される第２印刷回路パターン１０８を、通常の方法によって形成する。
【００２８】
前記第２印刷回路パターン１０８が形成された結果物上に、緩衝層１１０の形成のための絶縁物質、例えば、感光性を有するエラストマー層を形成する。その後、前記第２印刷回路パターン１０８を露出させる第２ビアホール１１２を形成する。その後、前記第２ビアホール１１２を、メッキ工程を通じて導電層で満たす。次いで、前記緩衝層１１０の上に、導電層と接続される第３印刷回路パターン１１４を形成する。
【００２９】
前記第３印刷回路パターン１１４が形成された結果物上に第３ＰＳＲ層１１６を形成し、写真及びエッチングを進めて第３印刷回路パターン１１４の一部を露出させる第１端子１１８を形成する。前記第１端子１１８には、半導体パッケージのソルダーボールが付着される。
【００３０】
次いで、前記第１端子１１８が形成された結果物を逆にして、第１ＰＳＲ層１０２に写真及びエッチング工程を進めて、第１印刷回路パターン１０３の一部を露出させる第２端子１２０を形成する。前記第２端子１２０には、さらに他のソルダーボールが付着できる。前記第２端子１２０は、一般的な半導体パッケージモジュール用の印刷回路基板（図１）にあるタブ（図１の２０）の形態にも変形できる。
【００３１】
図１０は、本発明の一実施形態による印刷回路基板で、緩衝層の変形例を説明するための断面図である。
【００３２】
図１０を参照すれば、前記の実施形態では、緩衝層で印刷回路パターンと印刷回路パターンとの間にビアホールを形成した後、導電層で満たす方式で接続したが、これは、曲げ可能な材質のリフトリード１１３を使用して接続できる。したがって、緩衝層１１０′は、エラストマーと金属との混合でなされる。
【００３３】
図１１は、本発明の一実施形態によるＳＪＲを高めることができる半導体パッケージモジュールの部分断面図である。
【００３４】
図１１を参照すれば、本発明によるＳＪＲを高めることができる半導体パッケージモジュールは、多層基板構造であり、かつ半導体パッケージが搭載されうる第１端子１１８とマザーボードに接続されうる第２端子１２０とが形成された印刷回路基板１００と、前記印刷回路基板の第１端子１１８の下部に形成され、かつ半導体パッケージ２００と第１端子との熱膨張係数の差による応力を吸収できる感光性素材材質の緩衝層１１０と、前記印刷回路基板１００に第１端子１１８を通じて搭載される半導体パッケージ２００と、を備える。
【００３５】
前記半導体パッケージ２００は、ＷＬＰであり、ソルダーボール３０あるいはソルダーバンプを通じて印刷回路基板１００の第１端子１１８に接続される。前記半導体パッケージ２００は、ソルダーボール３０が付着される入出力パッド２０４に半導体パッケージ２００と印刷回路基板１００との熱膨張係数の差による応力を吸収できる構造物が追加で形成できる。このような熱膨張係数による応力を吸収できる構造物は、立体構造の柱型ＵＢＭ２１０であり、半導体パッケージ２００側でクラックが発生することを防ぐ役割を果たす。図面において参照符号２０２は、半導体チップを示し、２０６は、パッシベーション層を示す。
【００３６】
図１２ないし図１５は、本発明の一実施形態による半導体パッケージモジュールで、半導体パッケージの入出力パッド上に形成された立体構造の柱型ＵＢＭの製造方法を説明するための断面図である。
【００３７】
まず、半導体チップ２０２にある入出力パッド２０３の上に、メッキ工程で使われるシード層２０５をスパッタ方式で形成する。前記シード層２０５は、チタン、ニッケル、銅、クロム及びアルミニウムのうち一つからなる単一膜、あるいはその一つを含む多層膜を使用できる。次いで、前記シード層２０５が形成された結果物に、立体構造の柱型ＵＢＭを作るためのフォトレジストパターン２０８を形成する。
【００３８】
前記フォトレジストパターン２０８が形成された結果物に電気メッキを進めれば、フォトレジストパターン２０８により露出されたシード層２０５でのみ、立体構造の柱型ＵＢＭ２１０のための導電層が成長する。前記フォトレジストパターン２０８の間に立体構造の柱型ＵＢＭ２１０をいずれも成長させた後、フォトレジストパターン２０８を除去すれば、入出力パッド２０４の上に立体構造の柱型ＵＢＭ２１０のみ残る。前記立体構造の柱型ＵＢＭ２１０は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち選択された一つの物質あるいは混合物質を使用して形成できる。
【００３９】
したがって、温度適応検査で、熱膨張係数による応力が発生する時、前記立体構造の柱型ＵＢＭ２１０は、半導体パッケージ側のソルダーボールにクラックが発生することを防ぐ役割を果たす。
【００４０】
本発明は、前記実施形態に限定されず、当業者により多くの変形が可能であるということは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、半導体パッケージが搭載される印刷回路基板、特に、半導体パッケージの外部接続端子がソルダーボールあるいはソルダーバンプ状である場合にさらに効果的に適用でき、たとえば、半導体関連技術分野で適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一般的な半導体パッケージモジュールの平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ′部分の切断面図である。
【図３】一般的な半導体パッケージモジュールを使用して温度適応検査を行った時、発生した欠陥を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるＳＪＲを高めることができる印刷回路基板の断面図である。
【図５】図４の印刷回路基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図６】図４の印刷回路基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図７】図４の印刷回路基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図８】図４の印刷回路基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図９】図４の印刷回路基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による印刷回路基板で、緩衝層の変形例を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるＳＪＲを高めることができる半導体パッケージモジュールの部分断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による半導体パッケージモジュールで、半導体パッケージの入出力パッド上に形成された立体構造の柱型ＵＢＭの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による半導体パッケージモジュールで、半導体パッケージの入出力パッド上に形成された立体構造の柱型ＵＢＭの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による半導体パッケージモジュールで、半導体パッケージの入出力パッド上に形成された立体構造の柱型ＵＢＭの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態による半導体パッケージモジュールで、半導体パッケージの入出力パッド上に形成された立体構造の柱型ＵＢＭの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００  印刷回路基板
１０２、１０６、１１６  絶縁層
１０３、１０８、１１４  印刷回路パターン
１０４  第１ビアホール
１１０  緩衝層
１１２  第２ビアホール
１１８  第１端子
１２０  第２端子
【図１】
2005354070.tif 000003
【図２】
2005354070.tif 000004
【図３】
2005354070.tif 000005
【図４】
2005354070.tif 000006
【図５】
2005354070.tif 000007
【図６】
2005354070.tif 000008
【図７】
2005354070.tif 000009
【図８】
2005354070.tif 000010
【図９】
2005354070.tif 000011
【図１０】
2005354070.tif 000012
【図１１】
2005354070.tif 000013
【図１２】
2005354070.tif 000014
【図１３】
2005354070.tif 000015
【図１４】
2005354070.tif 000016
【図１５】
2005354070.tif 000017