(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体モジュール製造時の樹脂封止による基板の変形、及びこの変形に起因する電子部品の剥離等を回避することが可能な半導体モジュールを提供する。【解決手段】集合基板１０１の裏面において、集合基板１０１を分割切断する時のダイシングラインの全部または一部にダミーパターン１１を形成する。或いは、集合基板１０１の裏面の凹凸を軽減するためのソルダーレジストを形成する。これにより、樹脂モールド時における集合基板１０１の変形を防止し、ＩＣのバンプ剥離や搭載部品の変形を防止するとともに、集合基板１０１の残留応力を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に電子部品が搭載されて樹脂モールドされ、前記基板の裏面に電気接続用の端子パターンが設けられた半導体モジュールであって、
前記基板の裏面において、前記基板の裏面の凹凸を低減するためのダミーパターンが前記端子パターン以外の部分に形成されていること
を特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記ダミーパターンは、前記基板のダイシングラインに隣接する位置に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記基板の裏面において、前記ダミーパターンの代替として、前記端子パターンと同等の厚みを持つソルダーレジストが前記端子パターン以外の部分に形成されていること
を特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
基板の主面に電子部品が搭載されて樹脂モールドされ、前記基板の裏面に電気接続用の端子パターンと前記端子パターンより厚い第１ソルダーレジストとが設けられた半導体モジュールであって、
前記基板の裏面に前記端子パターンが分割形成され、分割形成された前記端子パターン間に前記第１ソルダーレジストが形成されていること
を特徴とする半導体モジュール。
【請求項５】
前記基板の裏面に前記端子パターンが一括形成され、一括形成された前記端子パターンより水平方向の幅が狭い第２ソルダーレジストが前記端子パターン上に形成され、且つ前記第２ソルダーレジストと異なる箇所に、前記第２ソルダーレジストと垂直方向の高さが同じである第３ソルダーレジストが形成されていること
を特徴とする請求項４に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
一括形成された前記端子パターンの中央に、独立したソルダーレジストである第４ソルダーレジストが形成され、且つ前記第４ソルダーレジストは垂直方向の高さがその他のソルダーレジストと同じとなるように形成されていること
を特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置に用いられる半導体モジュールであって、基板に電子部品を搭載して電子部品と基板とを樹脂モールドすることにより製造される半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールの製造方法において、実装工程の簡略化のため、モジュール用パターン複数個分を集合配置したシート基板に搭載部品を一括実装後、ダイシングなどにより分割してモジュールを個片化する手法が用いられている。
【０００３】
より具体的には、電子部品を搭載した集合基板を金型内に固定し、金型のキャビティ内に樹脂（モールド樹脂）を流し込む。樹脂が硬化した後、金型より取り出し、切断して個々のモジュールに分割する。
【０００４】
また上記の方法を一部変更した方法として、先に金型キャビティ内に樹脂を入れ、電子部品を搭載した基板を樹脂で満たされた金型キャビティ内に入れて密閉し、加圧して電子部品の隙間に樹脂充填する方法も実用化されている。
【０００５】
上記に関連して、樹脂封止後の基板の平坦化を行う技術や、樹脂封止された電子部品のショート不良または熱疲労破壊を回避するための技術が提案されている（例えば特許文献１〜３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７８２５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９８９９４号公報
【特許文献３】特開平１１−３５４６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、金型のキャビティ内に樹脂を流し込む時、樹脂の温度は１７０℃前後であり、基板の絶縁材のガラス転移点温度を越えている。このため、基板が軟化している。基板は厚み３０μm前後のパターン（銅箔）部分で金型に密着しており、それ以外の基板絶縁材部分は金型と密着せず、金型との間に隙間がある。このため、高温高圧の樹脂に押された基板が変形する（撓む）ことがある。もし基板変形箇所にＩＣ（電子部品）のバンプがある場合、この変形でバンプが剥離してしまう。
【０００８】
また、近年のモジュール薄型化に伴い、基板の厚みも０．２〜０．３ｍｍと薄くなってきている。基板工法上、パターンとソルダーレジストは厚みが異なる場合が多い。このため、パターンとソルダーレジストとに段差が生じ、樹脂モールド時に基板を固定する金型と部分的に隙間が発生する。この結果、樹脂の充填圧力で基板変形が起こり、その後の工程、例えば分割後のモジュールのメイン基板へのハンダ付け工程等において、様々な問題を引き起こす要因となっていた。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体モジュール製造時の樹脂封止による基板の変形、及びこの変形に起因する電子部品の剥離等を回避することが可能な半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体モジュールは、基板の主面に電子部品が搭載されて樹脂モールドされ、前記基板の裏面に電気接続用の端子パターンが設けられた半導体モジュールであって、前記基板の裏面において、前記基板の裏面の凹凸を低減するためのダミーパターンが前記端子パターン以外の部分に形成されていることを特徴とする構成（第１の構成）とされている。
【００１１】
なお、上記第１の構成から成る半導体モジュールは、前記ダミーパターンが、前記基板のダイシングラインに隣接する位置に形成されていることを特徴とする構成（第２の構成）にするとよい。
【００１２】
なお、上記第２の構成から成る半導体モジュールは、前記基板の裏面において、前記ダミーパターンの代替として、前記端子パターンと同等の厚みを持つソルダーレジストが前記端子パターン以外の部分に形成されていることを特徴とする構成（第３の構成）にするとよい。
【００１３】
また本発明に係る半導体モジュールは、基板の主面に電子部品が搭載されて樹脂モールドされ、前記基板の裏面に電気接続用の端子パターンと前記端子パターンより厚い第１ソルダーレジストとが設けられた半導体モジュールであって、前記基板の裏面に前記端子パターンが分割形成され、分割形成された前記端子パターン間に前記第１ソルダーレジストが形成されていることを特徴とする構成（第４の構成）にするとよい。
【００１４】
なお、上記第４の構成から成る半導体モジュールは、前記基板の裏面に前記端子パターンが一括形成され、一括形成された前記端子パターンより水平方向の幅が狭い第２ソルダーレジストが前記端子パターン上に形成され、且つ前記第２ソルダーレジストと異なる箇所に、前記第２ソルダーレジストと垂直方向の高さが同じである第３ソルダーレジストが形成されていることを特徴とする構成（第５の構成）にするとよい。
【００１５】
なお、上記第５の構成から成る半導体モジュールは、一括形成された前記端子パターンの中央に、独立したソルダーレジストである第４ソルダーレジストが形成され、且つ前記第４ソルダーレジストは垂直方向の高さがその他のソルダーレジストと同じとなるように形成されていることを特徴とする構成（第６の構成）にするとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ダミーパターンまたはソルダーレジストにより樹脂モールド時の基板変形を防止することで、電子部品のバンプ剥離や変形を防止することができる。
【００１７】
また本発明によれば、ソルダーレジストにより樹脂モールド時の基板変形を防止することで、残留応力の低減を図ることができる。これにより、基板を切断して生成される半導体モジュールが、リフロー加熱された際に平らな状態に戻ろうとして界面剥離等の問題が発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る、ダミーパターンをダイシングライン上に形成した集合基板の裏面図。
【図２】第１の実施形態に係る、ダミーパターンをダイシングライン上に分散して形成した集合基板の裏面図。
【図３】図２の集合基板を側面より見た側面図。
【図４】図３の集合基板をモールド金型内に納めた側面図。
【図５】第１の実施形態に係る、モールド樹脂を充填した集合基板の側面図。
【図６】第１の実施形態に係る、モールド金型より取り出した集合基板の側面図。
【図７】第１の実施形態に係る、集合基板をダイシングにより分割したモジュールの側面図。
【図８】第１の実施形態に係る、端子パターン外にソルダーレジストを形成した集合基板の裏面図。
【図９】図８の集合基板を側面より見た側面断面図。
【図１０】第２の実施形態に係る、裏面パターンを細分化した集合基板の裏面図。
【図１１】図１０の基板を側面より見た側面断面図。
【図１２】第２の実施形態に係る、裏面パターンを細分化せずソルダーレジストを図１０と同じピッチで形成した集合基板の側面断面図。
【図１３】第２の実施形態に係る、面積の広い四角形パターンの２辺だけを短くした集合基板の裏面図。
【図１４】第２の実施形態に係る、積の広い四角形パターンの中央にソルダーレジストを形成した集合基板の裏面図。
【図１５】従来の、集合基板を部品搭載面より見た表面図。
【図１６】図１５を側面より見た側面図。
【図１７】図１５を端子パターン面より見た裏面図。
【図１８】図１６の集合基板をモールド金型内に納めた側面図。
【図１９】従来の、モールド樹脂を充填した集合基板の側面図。
【図２０】従来の、モールド金型より取り出した集合基板の側面図。
【図２１】従来の、取り出した集合基板をダイシングにより分割したモジュールの側面図。
【図２２】従来の、端子パターン間を含みソルダーレジストを全面に形成した集合基板の裏面図。
【図２３】図２２の集合基板を側面より見た側面断面図。
【図２４】図２３の集合基板をモールド金型内に納めた側面断面図。
【図２５】従来の、モールド樹脂を充填した集合基板の側面断面図。
【図２６】図２５の集合基板をモールド金型より取り出し、取り出した集合基板をダイシングにより分割したモジュールの側面断面図。
【図２７】従来の、ハンダ接続するためリフローしたモジュールの側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。
[実施の形態１]
【００２０】
ここではまず、本発明との比較のために、従来の半導体モジュールの構成及び課題を、図１５〜図２１を用いて説明する。
【００２１】
図１５は片面に電子部品等を搭載した集合基板１０１を、電子部品の搭載面（＝主面）から見た表面図である。図１６は、上記の集合基板１０１を側面から見た側面図である。図１７は、上記の集合基板１０１を裏面、つまり電子部品の搭載面と反対の面から見た裏面図である。なお図１５及び図１７に示す破線αは、個々のモジュールの仕上り外形を表す。また図示していないが、この破線αの外側近傍が、集合基板１０１をモジュール化する際のダイシングラインとなっている。
【００２２】
図１５及び図１６に示すように、集合基板１０１の主面にはＩＣ１０２（＝電子部品）及びチップ部品１０３（＝電子部品）が搭載されている。また図１６及び図１７に示すように、集合基板１０１の裏面には、集合基板１０１をモジュール化した後にメイン基板（不図示）へハンダ実装するための、接続用の端子パターン１０４（例えば銅箔）が形成されている。
【００２３】
図１８は、上記のように電子部品を搭載した集合基板１０１を、キャビティ部であるモールド金型１０５と、基板保持部であるモールド金型１０６とに固定した状態を示す側面図である。図１９は、モールド金型１０５のキャビティ内にモールド樹脂１０７を流し込んだ状態を示す側面図である。
【００２４】
図２０は、モールド樹脂１０７が硬化した後、モールド金型１０５及びモールド金型１０６より取り出された集合基板１０１を示した側面図である。また図２１は、図２０の状態の集合基板１０１を切断し、個々のモジュール（＝半導体モジュール）に分割した状態を示した側面図である。
【００２５】
図１９の状態でモールド樹脂１０７は１７０℃前後であり、集合基板１０１の絶縁材のガラス転移点温度を越えている。このため、集合基板１０１が軟化している。集合基板１０１は厚み３０μｍ前後の端子パターン１０４の部分でモールド金型１０６に密着しており、それ以外の基板絶縁材部分はモールド金型１０６と密着していない。つまり、モールド金型１０６との間に隙間がある。
【００２６】
このため、集合基板１０１の一部が、高圧のモールド樹脂１０７に押され変形する（撓む）ことがある。もし集合基板１０１の変形箇所にＩＣ１０２のバンプがある場合、この変形でバンプが剥離してしまう。
【００２７】
例えば図２０の破線円１０８で示した箇所は、モールド樹脂１０７の圧力と上述の隙間とにより、集合基板１０１が変形した箇所である。また破線円１０９で示した箇所は、上述の変形が原因で発生した、ＩＣ１０２の薄利バンプ箇所である。
【００２８】
なお、上記とは別の方法として、先にモールド金型１０６のキャビティ内にモールド樹脂１０７を流し込み、電子部品を搭載した集合基板１０１をモールド樹脂１０７で満たされたモールド金型１０６のキャビティ内に入れて密閉し、加圧して電子部品の隙間に樹脂充填する方法も行われている。しかしながらこの方法でも、上述の変形及び剥離が発生するという問題があった。
【００２９】
上記の問題を解決するために、本実施形態の半導体モジュールは、端子パターン１０４を形成する必要がない箇所にダミーパターンを形成しておき、集合基板１０１とモールド金型１０６とに発生する隙間を減らし、基板変形を防ぐ構成とする。
【００３０】
集合基板１０１の裏面の端子パターン１０４以外の箇所にダミーパターンを形成しておけば、樹脂モールド時にダミーパターンがモールド金型１０６に接するため、基板変形を防ぐ事ができる。但し、無作為にダミーパターンを形成したのでは、ダミーパターンを介して、隣接する端子パターン１０４間でハンダがショートする可能性がある。
【００３１】
そこで本実施形態の半導体モジュールは、図１〜図９に示す構成をとるものとする。図１は、本実施形態の集合基板１０１の裏面を表しており、集合基板１０１を分割切断する時のダイシングラインにダミーパターン１１を形成している。ダミーパターン１１は、ダイシング時に切り取られる。このため、ダイシングされた個々のモジュールをメイン基板へハンダ実装する時に、ダミーパターン１１によりハンダがショートすることがない。
【００３２】
また図２は、上述の図１の変形例である。図２は図１と同様、集合基板１０１の裏面を表している。図２の構成では、モジュールの隣接端子間のハンダショートを防止するとともに、切断時のダイシングブレードの磨耗を減らすため、ダイシングラインの一部分にのみダミーパターン１２を形成している。
【００３３】
図３〜図７は、上記の図２の構成の集合基板１０１を側面からみた側面図である。図３は主面に電子部品を搭載した状態の集合基板１０１を側面から見た側面図である。図３に示すように、集合基板１０１の主面にはＩＣ１０２及びチップ部品１０３が搭載されている。また集合基板１０１の裏面には、端子パターン１０４とダミーパターン１２とが設けられている。
【００３４】
図４は、上記の集合基板１０１をモールド金型１０５及びモールド金型１０６に固定した状態を示す側面図である。図５は、モールド金型１０５のキャビティ内にモールド樹脂１０７を流し込んだ状態を示す側面図である。図６は、モールド樹脂１０７が硬化した後、モールド金型１０５及びモールド金型１０６より取り出された集合基板１０１を示した側面図である。また図７は、図６の状態の集合基板１０１を切断し、個々のモジュールに分割した状態を示した側面図である。
【００３５】
図５〜図７に示すように、ダミーパターン１２を設けたことにより、従来技術の図１９〜図２１に示すような集合基板１０１の変形が発生していない。
【００３６】
また図８は、上述の図１の変形例である。図８は図１と同様、集合基板１０１の裏面を表している。図８の構成では、端子パターンと同程度の厚みのソルダーレジスト１３（図中の右下がりの斜線部分）を、集合基板１０１の裏面に形成している。つまり、ダミーパターンの代わりにソルダーレジスト１３を形成することにより、基板変形を防いでいる。
【００３７】
図９は、上記の図８の構成の集合基板１０１を、切断面Ａ−Ａ’で切断して側面から見た場合の側面断面図である。ソルダーレジスト１３を設けたことにより、従来技術の図１９〜図２１に示すような集合基板１０１の変形が発生していない。
【００３８】
以上に説明した本実施形態によれば、ダミーパターンまたはソルダーレジストにより樹脂モールド時の基板変形を防止することで、ＩＣのバンプ剥離や搭載部品の変形を防止するとともに、基板の残留応力を小さくすることが可能である。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。
［実施の形態２］
【００４０】
ここではまず、本発明との比較のために、従来の半導体モジュールの構成及び課題を、図２２〜図２７を用いて説明する。
【００４１】
図２２は、従来の集合基板１０１を裏面、つまり電子部品の搭載面と反対の面から見た裏面図である。図２３は、上記の図２２の構成の集合基板１０１を、切断面Ｂ−Ｂ’で切断して側面から見た場合の側面断面図である。
【００４２】
図２４は、集合基板１０１をモールド金型１０５及びモールド金型１０６に固定した状態を示す側面断面図である。図２５は、モールド金型１０５のキャビティ内にモールド樹脂１０７を流し込んだ状態を示す側面断面図である。図２６及び図２７は、モールド樹脂１０７が硬化した後、モールド金型１０５及びモールド金型１０６より取り出した集合基板１０１を切断し、個々のモジュールに分割した状態を示した側面断面図である。
【００４３】
基板工法上、端子パターン１０４とソルダーレジスト１１２（第１ソルダーレジスト）とは厚みが異なる場合が多い。このため、端子パターン１０４とソルダーレジスト１１２とに段差が生じ、樹脂モールド時に集合基板１０１を固定するモールド金型１０６と部分的に隙間が発生する場合がある。
【００４４】
図２３〜図２５は、上述の隙間が発生する例である。図２３では、集合基板１０１の裏面の端子パターン１０４以外の箇所にソルダーレジスト１１２を形成している。ソルダーレジスト１１２は、裏面の端子パターン１０４より垂直方向に厚くなっている。このため、図２４に示すように、樹脂モールド時に裏面の端子パターン１０４の部分で、集合基板１０１とモールド金型１０６との間に隙間ができてしまう。この結果、図２５の破線円１１４に示す箇所において、モールド樹脂の充填圧力で集合基板１０１に変形が発生する。
【００４５】
集合基板１０１とモールド金型１０６との隙間は、ソルダーレジスト１１２と端子パターン１０４との段差により発生する。このため、変形そのものはバンプ剥離を起こすほど大きくならない場合もある。しかしながら、樹脂モールド時に変形した基板は、平らに戻ろうとする力が働いたまま、図２６のようにダイシングされ、個々のモジュールに分割される。
【００４６】
分割されたモジュールは、メイン基板（不図示）へハンダ付けする時にリフロー加熱される。リフロー温度ではモジュール基板やモールド樹脂１０７が軟化し、変形していたモジュール基板が平らな状態に戻ろうとする。この戻ろうとする力がモールド樹脂１０７の密着力より強いと、図２７に示すように、モールド樹脂１０７とモジュール基板との界面、またはモールド樹脂１０７とＩＣ１０２との界面で剥離が発生し、破線円１１５に示す隙間ができる。この隙間にリフローで溶融したハンダが流れると、モジュール内で短絡等の不良を起こす。
【００４７】
上記の問題を解決するために、本実施形態の半導体モジュールは、端子パターン１０４とソルダーレジスト１１２との段差をなくすことができない構成であっても、生じる隙間の面積を小さく分割することにより、基板の変形を低減する構成とする。或いは、隙間の面積を分割できない場合、端子パターンの縦方向または横方向のいずれか一方の長さ（スパン）を短くすることで、基板の変形を低減する構成とする。
【００４８】
図１０は、本実施形態の集合基板１０１の裏面を表している。図１０に示すように、裏面の端子パターンを端子パターン２１のように細分化し、端子パターン２１とモールド金型１０６との隙間のスパンを短くし、変形が起きにくくしている。より具体的には、図２２に示す従来技術では、端子パターン１１３が１モジュールの中心部において４分割されているが、本実施形態の図１０に示す端子パターン２１は、１モジュールの中心部において１６分割されている。
【００４９】
図１０の集合基板１０１を、切断面Ｃ−Ｃ‘で切断して側面から見た側面断面図が、図１１である。図１１に示すように、端子パターン２１をより細分化したため、集合基板１０１の変形が従来よりも発生しにくくなっている。
【００５０】
また図１２は、上述の図１１の変形例である。図１２の構成は、裏面の端子パターンは図２２と同じだが、端子パターン２１上に他のソルダーレジスト２２（第２ソルダーレジスト）と同じ高さになるようにソルダーレジスト２３（第３ソルダーレジスト）を、ピッチを狭くして形成している。これにより、端子パターン２１とモールド金型１０６との隙間のスパンを短くし、変形が発生しにくくしている。
【００５１】
また図１３は、上述の図１０の変形例である。図１３の構成は、集合基板１０１の裏面の端子パターン２４を、各々のベタパターンの周囲４辺のうち、２辺の長さ（スパン）を短くしている。これにより、１モジュールの中心部において８分割されている。
【００５２】
また図１４は、上述の図１０の変形例である。図１４の構成は、集合基板１０１の裏面端子パターンの中心に、ソルダーレジスト２５（第４ソルダーレジスト）を形成している。このように、裏面の端子パターンとモールド金型１０６との隙間の中央に柱を置くような構造にしているため、図２２の構成と比較して集合基板１０１が変形する度合いを低減できる。
【００５３】
以上に説明した本実施形態によれば、ソルダーレジストにより樹脂モールド時の基板変形を防止することで、集合基板１０１の残留応力の低減を図ることができる。これにより、モジュール個片１１０がリフロー加熱された際に平らな状態に戻ろうとし、界面剥離等の問題が発生するのを防止できる。
［その他の実施の形態］
【００５４】
以上、好ましい実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１１    ダミーパターン
１２    ダミーパターン
１３    ソルダーレジスト
２１    端子パターン
２２    ソルダーレジスト（第２ソルダーレジスト）
２３    ソルダーレジスト（第３ソルダーレジスト）
２４    端子パターン
２５    ソルダーレジスト（第４ソルダーレジスト）
１０１  集合基板（基板）
１０２  ＩＣ（電子部品）
１０３  チップ部品（電子部品）
１０４  端子パターン
１０５  モールド金型
１０６  モールド金型
１０７  モールド樹脂
１０８  変形箇所
１０９  剥離バンプ箇所
１１０  モジュール個片（半導体モジュール）
１１１  ダイシング箇所（ダイシングライン）
１１２  ソルダーレジスト（第１ソルダーレジスト）
１１３  端子パターン
１１４  基板変形の発生箇所
１１５  界面剥離の発生箇所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図４】
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【図５】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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