(57)【要約】【課題】はんだバンプの熱疲労寿命を向上させることができ、製造プロセスが簡易である回路モジュールを提供する。【解決手段】回路モジュール２０は、素子搭載用基板１０と、複数の外側バンプ用パッド５と、内側バンプ用パッド２１と、回路基板２と、孤立パッド６と、帯状パッド７と、第１のはんだ４と、第２のはんだ３とを有している。外側バンプ用パッド５は第１の面２２の外周部に設けられ、内側バンプ用パッド２１は第１の面２２の中央部に設けられている。孤立パッド６は第２の面２３の中央部に設けられ、帯状パッド７は孤立パッド６を取り囲むように設けられている。第１のはんだ４は、外側バンプ用パッド５と帯状パッド７とを接続する。第２のはんだ３は、内側バンプ用パッド２１と孤立パッド６とを接続する。第１の面２２と第１のはんだ４との間に隙間１４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだボールを実装するための第１の面を有し、半導体素子を搭載する素子搭載用基板と、
前記第１の面の外周部に設けられた複数の外側バンプ用パッドと、
前記第１の面の中央部に設けられた内側バンプ用パッドと、
前記第１の面と対向する第２の面を有する回路基板と、
前記回路基板の前記第２の面の中央部に設けられた孤立パッドと、
前記孤立パッドを取り囲むように設けられた帯状パッドと、
前記複数の外側バンプ用パッドの各々と前記帯状パッドとを接続する第１のはんだと、
前記内側バンプ用パッドと前記孤立パッドとを接続する第２のはんだとを備え、
前記複数の外側バンプ用パッドの各々の間において、前記第１の面と前記第１のはんだとの間に隙間が形成されている、回路モジュール。
【請求項２】
前記帯状パッドは、複数の円状パターンと、前記複数の円状パターンの各々を繋ぐように配置された帯状パターンとを含む、請求項１に記載の回路モジュール。
【請求項３】
前記帯状パッドは、直線状に延びる帯状パターンを組合せた枠形状をしている、請求項１に記載の回路モジュール。
【請求項４】
前記第１のはんだは、前記複数の外側バンプ用パッドの各々を跨ぐように連続的に延びている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路モジュール。
【請求項５】
前記内側バンプ用パッドは前記半導体素子と電気的に接続されており、前記外側バンプ用パッドは前記半導体素子と電気的に接続されていない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路モジュールに関し、特にはんだＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）構造の半導体部品を回路基板に実装する回路モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、はんだＢＧＡ構造の半導体部品を基板に実装する半導体装置のうち、セラミックパッケージのような大型部品を用いた回路モジュールに関して、はんだ接合部の熱疲労寿命を向上させるために様々な構造が提案されている。
【０００３】
たとえば、特開２００９−１８２２３８号公報（特許文献１）において、はんだＢＧＡ構造のセラミックパッケージを樹脂基板に表面実装する際に、ＢＧＡパッドの外周部をガラスコート膜で補強する構成が開示されている。当該構成により、環境温度が繰り返し変化することによって生じる熱ひずみによって、ＢＧＡパッドに接続しているセラミック基板にクラックが発生することを防止している。
【０００４】
また、特開平３−１６１５９号公報（特許文献２）において、半導体部品の内周部にはんだバンプを設け、かつ外周部にはんだ枠を設けて、半導体部品を基板に実装する方法が記載されている。当該方法によれば、半導体部品の外周部に設けられたはんだ枠によって接合強度を高めることで、内周部に設けられたはんだバンプの熱疲労寿命を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８２２３８号公報
【特許文献２】特開平３−１６１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特開２００９−１８２２３８号公報に記載の技術では、ＢＧＡパッドの外周部をガラスコート膜で補強しているが、はんだバンプの熱疲労寿命は十分ではない。また、特開平３−１６１５９号公報に記載の技術では、半導体チップを接合する際に膨張する空気を逃すための透孔を基板に設ける必要がある。そのため、製造プロセスが煩雑になる。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、はんだバンプの熱疲労寿命を向上させることができ、かつ簡易な製造プロセスで製造可能な回路モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回路モジュールは、素子搭載用基板と、複数の外側バンプ用パッドと、内側バンプ用パッドと、回路基板と、孤立パッドと、帯状パッドと、第１のはんだと、第２のはんだとを備えている。素子搭載用基板は、はんだボールを実装するための第１の面を有し、半導体素子を搭載するためのものである。外側バンプ用パッドは、第１の面の外周部に設けられている。内側バンプ用パッドは、第１の面の中央部に設けられている。回路基板は、第１の面と対向する第２の面を有する。孤立パッドは、回路基板の第２の面の中央部に設けられている。帯状パッドは、孤立パッドを取り囲むように設けられている。第１のはんだは、複数の外側バンプ用パッドの各々と帯状パッドとを接続する。第２のはんだは、内側バンプ用パッドと孤立パッドとを接続する。複数の外側バンプ用パッドの各々の間において、第１の面と第１のはんだとの間に隙間が形成されている。
【０００９】
本発明に係る回路モジュールの回路基板に設けられた帯状パッドは、孤立パッドを取り囲むように設けられており、素子搭載用基板の外側に設けられた外側バンプ用パッドと第１のはんだによって接続されている。帯状パッドと外側バンプ用パッドとを接続している第１のはんだの断面積は、孤立パッドと内側バンプ用パッドとを接続している第２のはんだの断面積よりも大きい。そのため、回路モジュールに対して熱ひずみが繰り返し印加された際に、帯状パッド上の第１のはんだを破断させるために必要な亀裂の進展量が多いために、第１のはんだを破断させるまでの時間が伸長される。結果として、外周に配置された第１のはんだによって内周に配置された孤立パッド上の第２のはんだが保護される時間が長く続くため、孤立パッド上の第２のはんだが断線に至るまでの熱疲労寿命を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る回路モジュールによれば、複数の外側バンプ用パッドの各々の間において、第１の面と第１のはんだとの間に隙間が形成されている。それゆえ、基板に透孔を設ける必要がないため簡易な製造プロセスで回路モジュールを製造することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、はんだバンプの熱疲労寿命を向上させることができ、かつ簡易な製造プロセスで回路モジュールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回路モジュールの構成を模式的に示す図であって左側が側面図であり、右側が断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るセラミックパッケージの構成を模式的に示す図であって左側が側面図であり、右側が図３の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る素子搭載用基板に帯状パッドおよび孤立パッドが形成された状態を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る回路基板に帯状パッドおよび孤立パッドが形成された状態を模式的に示す図であって左側が側面図であり、右側が図５および図６の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る回路基板に内側バンプ用パッドおよび外側バンプ用パッドが形成された状態を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る回路基板に内側バンプ用パッドおよび外側バンプ用パッドが形成された状態を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態の回路モジュール２０は、セラミックパッケージ１と、回路基板２と、壁状の第１のはんだ４と、第２のはんだ３とを主に有している。セラミックパッケージ１は、素子搭載用基板１０と、素子搭載用基板１０上に設けられた半導体素子１２とを有している。素子搭載用基板１０は、半導体素子１２を搭載するための基板であり、はんだボールを実装するための面（第１の面）２２を有している。素子搭載用基板１０とは、たとえばセラミック基板である。半導体素子１２は、素子搭載用基板１０のはんだボールを実装するための面２２とは反対側の面に搭載され、電気接続用ワイヤ１３により素子搭載用基板１０上の回路と接続されている。半導体素子１２は、キャップ１１により覆われている。素子搭載用基板１０の第１の面２２には、外側バンプ用パッド５と内側バンプ用パッド２１とが形成されている。
【００１５】
回路基板２の素子搭載用基板１０の第１の面２２と対向する面（第２の面）２３に、孤立パッド６および帯状パッド７が形成されている。回路基板２に設けられた孤立パッド６と素子搭載用基板１０に設けられた内側バンプ用パッド２１とは、第２のはんだ３により電気的および機械的に接続されている。回路基板２に設けられた帯状パッド７と素子搭載用基板１０に設けられた外側バンプ用パッド５とは、壁状の第１のはんだ４により電気的および機械的に接続されている。図１に示すように、壁状の第１のはんだ４は帯状パッド７上を図中横方向に連続的に繋がって形成されている。壁状の第１のはんだ４は、複数の外側バンプ用パッド５の各々を跨ぐように連続的に延びている。そのため、複数の外側バンプ用パッド５の各々の間において、素子搭載用基板１０の第１の面２２と壁状の第１のはんだ４との間には隙間１４が形成されている。
【００１６】
本実施の形態において、半導体素子１２は、素子搭載用基板１０に設けられた内側バンプ用パッド２１と電気的に接続されている。また、半導体素子１２は、第２のはんだ３を介して回路基板２に設けられた孤立パッド６と電気的に接続されている。一方、半導体素子１２は、素子搭載用基板１０に設けられた外側バンプ用パッド５と電気的に接続されていない。したがって、半導体素子１２は回路基板２に設けられた帯状パッド７と電気的に接続されていない。
【００１７】
図３を参照して、素子搭載用基板１０の第１の面２２には、第１の面２２の中央部に設けられた複数の内側バンプ用パッド２１と、第１の面２２の外周部に設けられた複数の外側バンプ用パッド５が配置されている。図３に示すように、複数の外側バンプ用パッド５は、複数の内側バンプ用パッド２１を取り囲むように配置されている。内側バンプ用パッド２１および外側バンプ用パッド５には、厚さ約５μｍのニッケルめっき（図示せず）が形成されている。当該ニッケルめっき上には、厚さ約０．５μｍの金めっき（図示せず）が形成されている。
【００１８】
図５を参照して、回路基板２の表面（第２の面２３）には、回路基板２の中央部に設けられた複数の孤立パッド６と、回路基板２の外周部に設けられた帯状パッド７とが配置されている。図５に示すように、帯状パッド７は複数の孤立パッド６の外周を連続的に取り囲むように形成されている。帯状パッド７は、略円形の円状パターン９と、複数の円状パターン９の各々を繋ぐように配置された帯状パターン８とによって形成されている。本実施の形態においては、円状パターン９の直径ａは帯状パターン８の幅ｂよりも大きい。孤立パッド６および帯状パッド７には、厚さ約３μｍのニッケルめっき（図示せず）が形成されている。当該ニッケルめっき上には、厚さ約０．０５μｍの金めっき（図示せず）が形成されている。これらのめっき層は、孤立パッド６および帯状パッド７のはんだ付け性を向上させる目的で形成されている。また、当該めっき層は、はんだ付けの際に、孤立パッド６および帯状パッド７が溶解することで消失または断線することを防止する機能も有する。
【００１９】
なお、本実施の形態では、半導体素子１２は素子搭載用基板１０の上面（言い換えれば、はんだボールを実装するための面２２と反対側の面）に搭載されているが、この形態に限定されるものではない。たとえば、半導体素子１２は、はんだボールを実装するための面２２に搭載されていてもよい。
【００２０】
また、帯状パッド７は複数の孤立パッド６を取り囲むように形成されていればよく、途中で一部が切断されていても構わない。同様に、帯状パッド７上に形成される壁状の第１のはんだ４は連続的につながっていてもよいし、途中で分断されていても構わない。
【００２１】
次に、図２〜図５を参照して、本実施の形態の回路モジュールの製造方法について説明する。
【００２２】
まず、図３に示すように、第１の面２２に複数の外側バンプ用パッド５と複数の内側バンプ用パッド２１とが形成された素子搭載用基板１０が準備される。上記複数の外側バンプ用パッド５と複数の内側バンプ用パッド２１とにフラックスないしソルダーペーストが印刷法などによって供給される。
【００２３】
次に、図２に示すように、複数のはんだボール（略球状の第１のはんだ４および略球状の第２のはんだ３）が、上記複数の外側バンプ用パッド５および複数の内側バンプ用パッド２１に対して正確に位置あわせをされて実装される。つまり、略球状の第１のはんだ４が外側バンプ用パッド５上に形成され、略球状の第２のはんだ３が内側バンプ用パッド２１上に形成される。その後、はんだボールが加熱溶融されることで、はんだボールが上記複数の外側バンプ用パッド５および複数の内側バンプ用パッド２１に濡れる。
【００２４】
図４および図５を参照して、複数の孤立パッド６と帯状パッド７とが形成された回路基板２が準備される。上記複数の孤立パッド６と帯状パッド７とにフラックスないしソルダーペーストが印刷法などによって供給される。その後、セラミックパッケージ１の素子搭載用基板１０に形成された内側バンプ用パッド２１と回路基板２に形成された孤立パッド６とが位置あわせされる。同様に、セラミックパッケージ１の素子搭載用基板１０に形成された外側バンプ用パッド５と回路基板２に形成された帯状パッド７とが位置あわせされる。
【００２５】
セラミックパッケージ１と回路基板２との位置あわせが完了した後に、複数のはんだボールが加熱溶融される。これにより、略球状の第１のはんだが溶融し帯状パッド７に濡れることで、外側バンプ用パッド５と帯状パッド７とを接合するように形成された壁状の第１のはんだ４になる。このとき、略球状の第１のはんだ４は、帯状パッド７上に濡れ広がるように溶融して壁状の第１のはんだ４が形成される。また、略球状の第２のはんだ３が溶融し孤立パッド６に濡れることで、内側バンプ用パッド２１と孤立パッド６とが第２のはんだ３によって接合される。このとき、はんだの表面張力によっても、セラミックパッケージ１と回路基板２との位置調整が行われる。
【００２６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る回路モジュール２０の回路基板２に設けられた帯状パッド７は、孤立パッド６を取り囲むように設けられており、素子搭載用基板１０の外側に設けられた外側バンプ用パッド５と壁状の第１のはんだ４によって接続されている。帯状パッド７と外側バンプ用パッド５とを接続している壁状の第１のはんだ４の断面積は、孤立パッド６と内側バンプ用パッド２１とを接続している第２のはんだ３の断面積よりも大きい。そのため、回路モジュール２０に対して熱ひずみが繰り返し印加された際に、帯状パッド７上の壁状の第１のはんだ４を破断させるために必要な亀裂の進展量が多いために、壁状の第１のはんだ４を破断させるまでの時間が伸長される。結果として、外周に配置された壁状の第１のはんだ４によって内周に配置された孤立パッド６上の第２のはんだ３が保護される時間が長く続くため、孤立パッド６上の第２のはんだ３が断線に至るまでの熱疲労寿命を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施の形態に係る回路モジュール２０によれば、複数の外側バンプ用パッド５の各々の間において、第１の面２２と壁状の第１のはんだ４との間に隙間が形成されている。それゆえ、基板に透孔を設ける必要がないため簡易な製造プロセスで回路モジュール２０を製造することができる。
【００２８】
さらに、本実施の形態に係る回路モジュール２０は、壁状の第１のはんだ４と素子搭載用基板１０の第１の面２２との間に隙間１４が形成されている。セラミックパッケージ１を回路基板２に実装する際には、セラミックパッケージ１と回路基板２との間の空気が熱せられて膨張する。本実施の形態の回路モジュール２０の場合、素子搭載用基板１０の第１の面２２と壁状の第１のはんだ４とによって取り囲まれた隙間１４から膨張した空気を外部に逃がすことができる。それゆえ、セラミックパッケージ１を回路基板２の正規の位置に実装することができる。
【００２９】
さらに、本実施の形態の帯状パッド７は、複数の円状パターン９と、複数の円状パターン９の各々を繋ぐように配置された帯状パターン８とを含んでいる。それゆえ、セラミックパッケージ１と回路基板２とを正確に位置あわせすることができる。
【００３０】
さらに、本実施の形態の壁状の第１のはんだ４は、複数の外側バンプ用パッド５の各々を跨ぐように連続的に延びている。それゆえ、壁状の第１のはんだ４と素子搭載用基板１０の第１の面２２との間に複数の外側バンプ用パッド５の各々を跨ぐように隙間１４が形成される。
【００３１】
さらに、本実施の形態に係る回路モジュール２０において、内側バンプ用パッド２１は半導体素子１２と電気的に接続されており、外側バンプ用パッド５は半導体素子１２と電気的に接続されていない。それゆえ、外側バンプ用パッド５の一部が破断したとしても、半導体素子１２の電気的接続は保護される。
【００３２】
本実施の形態に係る回路モジュール２０の製造方法によれば、外側バンプ用パッド５に設けられる略球状の第１のはんだ４と内側バンプ用パッド２１に設けられる略球状の第２のはんだ３は、共に略球状であるため同一の条件で製造することができる。そのため、外側バンプ用パッド５に設けられる略球状の第１のはんだ４と内側バンプ用パッド２１に設けられる略球状の第２のはんだ３との高さを同じ程度にコントロールすることが容易であり、はんだバンプ（第１のはんだ４および第２のはんだ３）の平坦性が確保される。結果として、表面実装不良を低減することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る回路モジュール２０の構成について説明する。実施の形態２に係る回路モジュール２０は、上述した本発明の実施の形態１に係る回路モジュール２０と、下記の点を除いて基本的に同様の構造を備えている。
【００３４】
図６を参照して、本実施の形態２に係る回路モジュール２０の回路基板２に形成されている帯状パッド７の形状について説明する。本実施の形態の帯状パッド７は、図中横方向に直線状に延びる２つの帯状パターンと図中縦方向に直線状に延びる２つの帯状パターンとが組合されて形成された枠形状を有している。枠形状の帯状パッド７は、複数の孤立パッド６を取り囲むように形成されている。
【００３５】
本実施の形態２の帯状パッド７は実施の形態１の帯状パッド７と異なり円状パターンを有しておらず帯状パターンのみを有する。それゆえ、素子搭載用基板１０を回路基板２に接合する際に、略球状の第１のはんだ４が溶融して円状パターンの方へ流れず、帯状パターン上に留まる。そのため、実施の形態２の壁状の第１のはんだ４の高さは、実施の形態１の壁状の第１のはんだ４の高さよりも若干高くなる。
【００３６】
次に、本実施の形態の回路モジュール２０の作用効果について説明する。
本実施の形態の回路モジュール２０の帯状パッド７は、直線状に延びる帯状パターンを組合せた枠形状をしている。これにより、帯状パッド７の形状が簡易になる。
【００３７】
また、本実施の形態の回路モジュール２０の壁状の第１のはんだ４の高さは、実施の形態１の壁状の第１のはんだ４の高さよりも高くなる。それゆえ、外周に配置された壁状の第１のはんだ４によって内周に配置された孤立パッド６上の第２のはんだ３がより強固に保護される。それゆえ、第２のはんだ３の熱疲労寿命をより向上させることができる。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３９】
１  セラミックパッケージ、２  回路基板、３  第２のはんだ、４  第１のはんだ、５  外側バンプ用パッド、６  孤立パッド、７  帯状パッド、８  帯状パターン、９  円状パターン、１０  素子搭載用基板、１１  キャップ、１２  半導体素子、１３  電気接続用ワイヤ、１４  隙間、２０  回路モジュール、２１  内側バンプ用パッド、２２  第１の面、２３  第２の面。
【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】
2013161859.tif 000007
【図６】
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