(57)【要約】  フリップチップ実装された半導体装置などの実装構造において、ダイが大型化しても、接合信頼性が低下することのなく、同時に反りのすくない電子部品実装構造が提供される。電子部品実装構造は、基板とこの基板上に実装された方形状の電子部品を有する電子部品を有し、前記基板と前記電子部品との間隙が、前記電子部品の少なくともコーナー部分を充填している第１の樹脂硬化物、および前記電子部品の少なくとも中央部分を充填している第２の樹脂硬化物により充填され、前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率が、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率より大きい。
2007139101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とこの基板上に実装された方形状の電子部品を有する電子部品実装構造であって、
前記基板と前記電子部品との間隙が、前記電子部品の少なくともコーナー部分を充填している第１の樹脂硬化物、および前記電子部品の少なくとも中央部分を充填している第２の樹脂硬化物により充填され、
前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率が、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率より大きいことを特徴とする実装構造。
【請求項２】
前記電子部品の１辺の長さをＬｓで表し、前記コーナー部分において前記第１の樹脂硬化物が充填している辺の長さをＬｃで表したとき、Ｌｃ／Ｌｓが０．０５以上であることを特徴とする請求項１記載の実装構造。
【請求項３】
Ｌｃ／Ｌｓが０．１５以上であることを特徴とする請求項１または２記載の実装構造。
【請求項４】
前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率が、前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率の０．９倍以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の実装構造。
【請求項５】
前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率が６ＧＰａ〜１５ＧＰａであり、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率が０．５ＧＰａ〜１０ＧＰａであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の実装構造。
【請求項６】
前記電子部品が、方形状の半導体ダイであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の実装構造。
【請求項７】
前記第１および第２の樹脂硬化物は、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、イミド樹脂および不飽和ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１種を主成分とする組成物またはその硬化物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に使用される電子部品の実装構造に関し、特に、基板上に半導体ダイ等が実装される半導体実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器製造分野の技術の向上にともない、半導体素子の大型化が進む一方、電子機器の小型軽量化の要求に応えるため、半導体素子をフェースダウンに配線基板に搭載接合するフリップチップ実装が多く用いられつつある。【０００３】
フリップチップ実装は、代表的には、半導体素子の電極にバンプと称する突起を設け、これをフェースダウンに配線基板と対向させて、相互の電極を接合するもので、ワイヤボンディング実装などに比べ高密度実装が可能であるという特長を有している。なお、フリップチップ実装には、バンプを配線基板側に設けたり、あるいは、バンプを設けず導電性粒子を介在させて接合するなど、様々な方式が知られている。【０００４】
ところで、一般にフリップチップ実装では、半導体素子回路面を外的環境から保護するとともに、半導体素子と配線基板とを機械的に接着するため、あるいは、半導体素子と配線基板の熱膨張率の差に起因する熱応力の電極接合部分への集中を緩和するなどの目的で、半導体素子と配線基板の間隙にエポキシ樹脂や異方性導電材などの樹脂組成物を充填している。【０００５】
例えば、特開２００１−２９１８０５号公報（特許文献１）には、半導体素子を基板上に実装するにあたり、半導体素子の中央部分を曲げ弾性率の高い樹脂組成物で充填し、半導体素子の周縁部分を曲げ弾性率の小さな樹脂組成物で充填することが記載されている。この構成によれば、半導体素子のサイズが大きくなったときにも、半導体素子と樹脂間あるいは配線基板と樹脂間で剥離を防止できるとされている。【０００６】
しかしながら、半導体ダイサイズが大きくなるにつれ、剥離による非導通の問題に加えて、基板に搭載した実装構造のそりも大きな問題になっており、両者のバランスを考慮して解決することが求められていた。
【特許文献１】特開２００１−２９１８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、フリップチップ実装された半導体装置などの実装構造において、ダイが大型化しても、接合信頼性が低下することのなく、同時に反りのすくない電子部品実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の事項に関する。【０００９】
１．  基板とこの基板上に実装された方形状の電子部品を有する電子部品実装構造であって、
前記基板と前記電子部品との間隙が、前記電子部品の少なくともコーナー部分を充填している第１の樹脂硬化物、および前記電子部品の少なくとも中央部分を充填している第２の樹脂硬化物により充填され、
前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率が、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率より大きいことを特徴とする実装構造。【００１０】
２．  前記電子部品の１辺の長さをＬｓで表し、前記コーナー部分において前記第１の樹脂硬化物が充填している辺の長さをＬｃで表したとき、Ｌｃ／Ｌｓが０．０５以上であることを特徴とする上記１記載の実装構造。【００１１】
３．  Ｌｃ／Ｌｓが０．１５以上であることを特徴とする上記１または２記載の実装構造。【００１２】
４．  前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率が、前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率の０．９倍以下であることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の実装構造。【００１３】
５．  前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率が６ＧＰａ〜１５ＧＰａであり、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率が０．５ＧＰａ〜１０ＧＰａであることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の実装構造。【００１４】
６．  前記電子部品が、方形状の半導体ダイであることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の実装構造。【００１５】
７．  前記第１および第２の樹脂硬化物は、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、イミド樹脂および不飽和ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１種を主成分とする組成物またはその硬化物であることを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の実装構造。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、フリップチップ実装された半導体装置などの実装構造において、ダイが大型化しても、接合信頼性が低下することのなく、同時に反りの少ない電子部品実装構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電子部品実装構造を示す図である。
【図２】基板と電子部品下部との間に充填された第１および第２の樹脂硬化物の配置を模式的に示す図である。
【図３】第１および第２の樹脂硬化物の配置の異なる例を模式的に示す図である。
【図４】第１および第２の樹脂硬化物の配置の異なる例を模式的に示す図である。
【図５】第１および第２の樹脂硬化物の配置の異なる例を模式的に示す図である。
【図６】実施例で使用した樹脂組成物の曲げ弾性率と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１８】
１  基板
２  電子部品
１１  樹脂硬化物
１１ａ  第１の樹脂硬化物
１１ｂ  第２の樹脂硬化物
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の実装構造の横断面図を模式的に示したものであり、本発明の実装構造は、例えば半導体ダイ等の電子部品１が、基板２上に搭載されており、その間隙が樹脂硬化物１１で充填されている。図２は、電子部品１の下を充填している樹脂硬化物１１を模式的に示した図である。この図に示すように、電子部品１と基板２の間は、第１の樹脂硬化物１１ａと第２の樹脂硬化物１１ｂにより充填されている。【００２０】
電子部品１は、代表的にはフリップチップ等の半導体ダイであって、通常、正方形等の方形状の形状である。第１の樹脂硬化物１１ａは、図２に示すように、方形状の電子部品１の少なくともコーナー部分を充填しており、この例では第２の樹脂硬化物１１ｂが、電子部品１の中心部を含む、コーナー部分を除いた箇所を充填している。ここで、第１の樹脂の曲げ弾性率は、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率より大きい。【００２１】
本発明者の検討によれば、曲げ弾性率の大きい樹脂（硬化物）により、電子部品の下部の全体を充填した方が耐熱性、熱サイクル特性に優れるが、実装構造の反りが大きくなる。一方、曲げ弾性率の小さいな樹脂（硬化物）を用いて、電子部品の下部を充填した方が実装構造の反りは小さくなるが、熱サイクル特性に劣り、信頼性が損なわれる。【００２２】
そこで本発明では、１種類の樹脂組成物によって基板と電子部品の間隙を充填するのではなく、反りに対して大きな影響を与える中心部分については、曲げ弾性率の小さな樹脂硬化物を使用し、かつ少なくともコーナー部分を含む領域に曲げ弾性率の大きな樹脂硬化物を使用することで、信頼性も同時に高めることができる。２種類の樹脂組成物を使用することは、特開２００１−２９１８０５号公報（特許文献１）にも記載されているが、中心部分に曲げ弾性率の大きな樹脂組成物を使用しており、反りを併せて改善するには不十分である。【００２３】
第１の樹脂硬化物がコーナー部分を含んで充填している程度は、通常方形状の電子部品の辺の長さに占める割合で規定することができる。図２に示すように１辺の長さをＬｓとして、１つのコーナーにおいて、第１の樹脂硬化物で充填されている長さをＬｃとすると、Ｌｃ／Ｌｓが０．０５以上、好ましくは０．１以上、さらに好ましくは０．１５以上である。少なくとも中央部に第２の樹脂硬化物があるようにできるならば、辺全体を第１の樹脂硬化物が充填していてもよい（即ち、２Ｌｃ／Ｌｓ＝１、ここで２Ｌｃは１辺の両端のコーナーのＬｃの和）。実際の作業上、２Ｌｃ／Ｌｓが０．９以下、特に０．８以下が好ましい。【００２４】
第２の樹脂硬化物は、電子部品の中央を含み、少なくとも１０％以上、好ましくは２０％以上、さらに好ましくは３０％以上、最も好ましくは４０以上を充填する。【００２５】
第１の樹脂硬化物と第２の樹脂硬化物の境界は、特に限定はなく、どのような形状であってもよい。図２では、１／４円弧を有する扇形の中心がコーナーと一致する場合を示したが、図３のように円の中心が、コーナーより内側に入った形状でもよい。当然ながら完全な円の一部に限らず、楕円、そのほか塗布時の液滴の広がりに伴ういかなる形状の一部であってもよい。さらに、図４に示すように、コーナー側に向かって弧を描いていても、図５に示すようにコーナーで三角形状であってもよい。【００２６】
また、電子部品が、正方形ではなく、長方形である場合には、少なくとも短辺において、Ｌｃ／Ｌｓが上記の条件を満たすことが好ましく、さらに好ましくは長辺においても、Ｌｃ／Ｌｓが上記の条件を満たすことが好ましい。【００２７】
第１の樹脂硬化物と第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率については、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率が、前記第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率の０．９倍以下になるように設定することが好ましい。特に、０．１倍〜０．６倍の範囲が好ましい。【００２８】
また、室温（２５℃）における第１の樹脂硬化物の曲げ弾性率が６ＧＰａ〜１５ＧＰａであり、前記第２の樹脂硬化物の曲げ弾性率が０．５ＧＰａ〜１０ＧＰａであることが好ましい。第１の樹脂硬化物および第２の樹脂硬化物は、上述の曲げ弾性率を有し、好ましくは用途に適した物性を有するように、その材料が選ばれる。樹脂組成物を硬化して得られるものについては、硬化前の樹脂組成物とともに硬化条件も適宜選ばれる。具体的には、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリアミド、ビスマレイミド樹脂、イミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの硬化性樹脂（例えば熱硬化性、光硬化性、電子線硬化性、湿気硬化性等）をベースとする樹脂組成物の硬化物が挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく２種以上を混合して使用してもよい。また、本発明においては、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどのゴム組成物の使用も可能である。【００２９】
特に好ましくは、エポキシ樹脂、メタクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂等の硬化性樹脂組成物の硬化物である。【００３０】
本発明で使用できる基板は、金属配線が設けられた基板であればよく、特に好ましくは、ＦＲ−４基板、ＢＴ基板、高ＴｇＦＲ−４基板、ＦＲ−５基板等の有機樹脂基板が挙げられるが、更にはＢ２ｉｔやＡＬＩＶＨに代表されるビルドアップ基板やフレキシブル基板、セラミック基板なども挙げることが出来る。【００３１】
電子部品は、代表的にはフリップチップ等の半導体ダイである。また、電子部品に接続のための電極が設けられていることも好ましく、またバンプが設けられていてもよい。また、導電性粒子を介してフリップチップ実装されてもよいし、各種基板上に電子部品を主としてフェースダウンに実装するものに広く適用できる。【００３２】
特に、半導体ダイ等の電子部品のサイズとしては、３ｍｍ〜３０ｍｍのものに適用することが好ましい。【００３３】
本発明の実装構造の製造方法も特に制限はなく、第１および第２の樹脂硬化物が共に熱硬化性樹脂であれば、それぞれの樹脂組成物の加熱時の流動特性、硬化温度等を考慮しながら、コーナー部分が第１の樹脂硬化物で充填されるよう製造すればよい。通常、第1の樹脂硬化物を与える樹脂組成物より、第２の樹脂硬化物を与える樹脂組成物の方が低温で流動しやすい。そのため、第１の樹脂組成物を与える樹脂組成物を、電子部品のコーナーに対応する部分に適量を塗布することにより、第１の樹脂硬化物はコーナー部分を含んで電子部品と基板の間隙を充填することができる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。【００３５】
材料
（１）樹脂組成物Ａ｛第１の樹脂硬化物（高曲げ弾性率）を与える樹脂組成物｝：ＦＰ５０００（ヘンケルジャパン（株）製）
組成：
エポキシ系熱硬化性樹脂及び硬化材：４５〜５０重量％
シリカ等無機充填材：５０〜５５重量％
曲げ弾性率：上記の組成の樹脂組成物を実施例と同じ硬化条件で硬化させて、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ４５ｍｍの測定用サンプル作成し、ＳＩＩ社製ＤＭＳ６１００により曲げ弾性率を測定した。その結果を図６に示す。【００３６】
（２）樹脂組成物Ｂ｛第２の樹脂硬化物（低曲げ弾性率）を与える樹脂組成物｝：ＦＰ５１００（ヘンケルジャパン（株）製）
組成：
エポキシ系熱硬化性樹脂及び硬化材：８５〜９０重量％
シリカ：１０〜１５重量％
曲げ弾性率：図６に示す（サンプル作成および測定方法は樹脂組成物Ａについてと同じ条件で行った。）。【００３７】
＜実施例１＞
電極表面にＡｕ／Ｎｉめっきを施したプリント配線板（０．１ｍｍ厚ガラスエポキシ基板ＦＲ−４、銅箔厚１８μｍ）上の電子部品実装位置の中心に、上記樹脂組成物Ｂを約６ｍｇ塗布し、さらに、電子部品のコーナー部分４箇所に上記樹脂組成物Ａを４箇所の合計で約４ｍｇ塗布した。次いで、その上に、電子部品として、周辺部にＡｕめっきバンプを形成した１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍのシリコンチップ（金スタッドバンプサイズ５０μｍ×５０μｍ×２５μｍ、バンプ数２００、バンプピッチ１２０μｍ〜２００μｍ）を、ボンディング装置を用いて、２４０℃、１５ｋｇ／ｃｍ２の条件で４秒間、加熱加圧して一体に接合させ、特性評価用サンプルを得た。【００３８】
このとき、第１の樹脂硬化物が電子部品下部を充填している形状は、図２に示す形とほぼ同じであり、コーナーでの半径は３．２ｍｍ、即ちＬｃ／Ｌｓ＝０．３２であった。【００３９】
＜比較例１＞
実施例１において、電子部品実装箇所に樹脂組成物Ｂを塗布した以外は、実施例１と同様にして評価サンプルを得た。【００４０】
＜比較例２＞
実施例１において、電子部品実装箇所に樹脂組成物Ａを塗布した以外は、実施例１と同様にして評価サンプルを得た。【００４１】
＜評価＞
耐熱性試験および熱冷サイクル試験の結果を表１に示す。ここで、ＭＳＬ（機械ストレス試験）として、飽和水蒸気下加熱加圧試験（温度１２１℃、１００％ＲＨ，２気圧）1時間後、２５０℃リフローを３回通過させた。ＴＣＴ（熱冷サイクルテスト）は、−４０℃１０分、＋１２５℃１０分を表記の回数繰り返したことを示す。１９サンプルについて、試験前と各試験後の抵抗を測定した。【００４２】
【表１】
2007139101.tif 000003
また、各サンプルを、三次元反り測定器を用いて反りを測定し、全体の反りの分布を得た。その結果を表２に示す。【００４３】
【表２】
2007139101.tif 000004
以上の結果から、本発明の実装構造では、信頼性および反りの両方をバランスよく、良好な実用的な範囲にすることができる。
【図１】
2007139101.tif 000005
【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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【国際調査報告】
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