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1. (WO2018235715) モジュールおよびその製造方法
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明 細 書

発明の名称 モジュールおよびその製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015  

発明の効果

0016  

図面の簡単な説明

0017  

発明を実施するための形態

0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042  

産業上の利用可能性

0043  

符号の説明

0044  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4   5   6   7  

明 細 書

発明の名称 : モジュールおよびその製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、モジュールとその製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 従来、基板に略球状の導電性支柱を配置することにより外部接続端子を形成する技術が知られている。例えば、図7に示すように、特許文献1に記載のモジュール100は、半導体基板101の主面に形成されている電極パッド102を有する半導体チップ103上に、配線104を介して電極パッド102と電気的に接続されている略球状の導電性ボール105が形成されている。半導体チップ103上には、導電性ボール105の頂部が露出するように樹脂層106が形成され、樹脂層106から露出した導電性ボール105の頂部には半田ボールからなる外部接続端子107が設けられている。このような構成のモジュール100では、導電性ボール105を配線104の所定の位置に載置することにより、樹脂層106内に配線104と外部接続端子107とを接続するための支柱を形成することができ、めっき法による支柱の形成に比べて極めて短時間に目的の高さの支柱を形成することができる。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特許第4626008号公報(段落0023~0025、図6など参照)

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、特許文献1のように、導電性ボール105の頂部に外部接続端子107を設ける場合、マザー基板に実装する際に、導電性ボール105と外部接続端子107との接続部分がくびれた形状となるため、信頼性や機械的強度が低下するという問題がある。また、導電性ボール105の頂部は樹脂層106と同一平面上にあり、マザー基板と接続する際のバンプとして、半田ボールからなる外部接続端子107を設ける必要があり、製造工程の数が増加するという課題や、樹脂層106に半田ボールからなる外部接続端子107を載せるため低背化が難しいという課題がある。
[0005]
 本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、くびれ形状のない外部接続端子を半田ボールにより形成し、信頼性や機械的強度を向上させたモジュール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

[0006]
 上記した目的を達成するために、本発明のモジュールは、基板と、前記基板の一方主面に設けられた接続電極と、前記基板の前記一方主面に実装された第1部品と、前記基板の前記一方主面に前記接続電極を介して配設された半田ボールからなる外部接続端子と、前記基板の前記一方主面に設けられ、前記基板の一方主面および前記第1部品を封止する封止樹脂層とを備え、前記外部接続端子の一部は、前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面との対向面と反対側の面から露出し、前記外部接続端子の前記基板の前記一方主面からの高さは、前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面からの高さよりも高く、前記外部接続端子と前記封止樹脂層との間には隙間があり、前記外部接続端子を囲っている前記封止樹脂層の前記外部接続端子との対向面は、前記基板の前記一方主面と垂直な断面において曲線をなす曲面であることを特徴としている。
[0007]
 この構成によると、外部接続端子が半田ボールにより形成されており、くびれのない形状となるため、外部接続端子の機械的強度や信頼性を向上させることができる。また、半田により外部接続端子を形成するため、リフロー時のセルフアライメント効果により外部接続端子の位置の高精度化を実現することができる。また、半田ボールが封止樹脂層より露出して突出した形状となっているため、端子部にめっきを施す必要がなく、製造コストを抑制することができる。
[0008]
 また、外部接続端子を囲っている封止樹脂層の前記外部接続端子との対向面が、基板の一方主面と垂直な断面において曲線をなす曲面であることにより、対向面が断面において直線をなす曲面である場合と比較して、基板に対する水平方向への応力に対する負荷が分散されるため、剥離の発生を抑制することができる。
[0009]
 また、前記外部接続端子は、1つの半田ボールにより形成されていてもよい。この場合、半田ボールが封止樹脂層から丸く突出した形状となるため、このままマザー基板へ接続する際のバンプとして利用することができる。
[0010]
 また、前記外部接続端子と前記封止樹脂層とが全く接していなくてもよい。この場合、半田ボールと封止樹脂層とが接していないことにより、半田と樹脂との熱膨張係数の差によるストレスを軽減することができ、半田ボールへのクラックの発生を抑制することができる。
[0011]
 また、前記第1部品の一部は、前記封止樹脂層の前記反対側の面から露出していてもよい。この場合、モジュールの低背化を実現することができる。
[0012]
 前記第1部品の前記封止樹脂層の前記反対側の面から露出している面は、前記封止樹脂層の前記反対側の面と同一平面上にあってもよい。この場合、モジュールの低背化を実現することができる。
[0013]
 また、前記基板の他方主面に第2部品が実装されていてもよい。この場合、基板の他方主面にも部品を実装することで実装面積を広くすることができ、設計自由度を向上させることができる。
[0014]
 また、本発明のモジュールの製造方法は、基板の一方主面の実装電極に部品と半田ボールを搭載する工程と、前記基板をリフロー炉で加熱し、前記部品と前記半田ボールを前記基板に固定する工程と、前記部品と前記半田ボールとを封止する封止樹脂層を前記基板の前記一方主面に積層する工程と、前記半田ボールが前記封止樹脂層の前記一方主面との対向面と反対側の面から露出するように、前記封止樹脂層の前記反対側の面および前記半田ボールの一部を研磨する工程と、前記半田ボールの前記基板の前記一方主面からの高さが前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面からの高さよりも高くなるように、前記基板をリフロー炉で再加熱する工程とを備えることを特徴としている。
[0015]
 この場合、封止樹脂層を研磨して半田ボールを露出させた後、リフロー炉で加熱処理を行うと、半田ボールが表面張力により球状に変形して封止樹脂層の研磨面より突出した形状となり、半田ボールをバンプとして利用することができる。このため、改めてマザー基板へ接続するためのバンプを形成する必要がない。また、半田ボールを外部接続端子として搭載するので、めっきを施す必要がないため、めっき異常析出が発生せず、信頼性や機械的強度の高いモジュールを製造することができる。

発明の効果

[0016]
 本発明によれば、信頼性や機械的強度の高いモジュールを提供することができ、また、モジュールの低背化を実現することができる。

図面の簡単な説明

[0017]
[図1] 本発明の一実施形態に係るモジュールの断面図である。
[図2] 図1のモジュールの半田ボールの実装方法の例を示す拡大断面図である。
[図3] 図1のモジュールの製造工程を示す図である。
[図4] 図1のモジュールの製造工程を示す図である。
[図5] 図1のモジュールをマザー基板に実装する工程を示す図である。
[図6] 半田ボール周辺の封止樹脂層の形状を説明するための図である。
[図7] 従来のモジュールを示す図である。

発明を実施するための形態

[0018]
 本発明の一実施形態に係るモジュール1について、図1および図2を参照して説明する。なお、図1はモジュール1の断面図、図2はモジュール1の半田ボールの実装方法の例を示す拡大断面図である。
[0019]
 この実施形態に係るモジュール1は、図1に示すように、基板2と該基板2の上面2aに実装された複数の部品3と、下面2bに実装された部品4と、下面2bに搭載され外部接続端子となる複数の半田ボール5と、基板2の上面2aおよび下面2bに積層され、基板2、各部品3および部品4を封止する封止樹脂層6a、6bと、モジュール1の側面および上面を被覆するシールド膜7とを備え、半田ボール5を介してマザー基板(図示省略)に搭載される。
[0020]
 基板2は、例えば、低温同時焼成セラミックスやガラスエポキシ樹脂などで形成され、内部にビア導体(図示省略)や各種の配線電極(図示省略)が形成される。また、基板2の上面2aおよび下面2bには、複数の部品3、部品4および半田ボール5と接続するための接続電極8が形成される。なお、基板2は単層構造および多層構造のいずれであってもよい。
[0021]
 部品3(本発明の「第2部品」に相当する)は、例えば、Si等で形成された半導体素子や、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗、チップアンテナなどの電子部品で構成される。部品3は封止樹脂層6aにより封止されている。
[0022]
 部品4(本発明の「第1部品」に相当する)は、Si等で形成された半導体素子などの半導体部品であり、基板2の下面2bに実装されている。なお、部品4は封止樹脂層6bにより封止されているが、一部が封止樹脂層6bの表面60b(本発明の「一方主面との対向面と反対側の面」に相当する)から露出していてもよい。
[0023]
 半田ボール5は、基板2の下面2b(本発明の「一方主面」に相当する)に実装され、下面2bの接続電極8に接続される。また、半田ボール5は、封止樹脂層6bの表面60bから一部が露出して突出しており、封止樹脂層6bの表面60bから露出している部分は、モジュール1をマザー基板に接続する際の外部接続端子として機能する。換言すると、半田ボール5および封止樹脂層6bそれぞれの基板2の下面2bからの高さは、前者が後者より高く、半田ボール5の一部が封止樹脂層6bの表面60bから突出した形状となっており、半田ボール5の突出部分をバンプとしてマザー基板の電極と接続することにより、モジュール1をマザー基板に接続することができる。また、半田ボール5と封止樹脂層6bとの間には空隙部9(本発明の「隙間」に相当する)がある。すなわち、半田ボール5と封止樹脂層6bとが接していない部分がある。
[0024]
 また、半田ボール5の実装方法には、図2(a)に示すような、接続電極8の周縁部がソルダーレジスト10により覆われているオーバーレジスト構造や、図2(b)に示すような、接続電極8とソルダーレジスト10との間にクリアランスがある、すなわち、接続電極8とソルダーレジスト10とが接触していないクリアランスレジスト構造、図2(c)に示すような構造などがある。また、図2(a)~(c)に示すように、接続電極8は配線層11と電気的に接続されている。また、半田ボール5の外周面50aと対向する封止樹脂層の対向面61bは、基板2の下面2bと垂直な断面において曲線をなす曲面である。換言すれば、対向面61bは封止樹脂層6bから球体の一部をくり抜いたような形状をしている。
[0025]
 封止樹脂層6aは、基板2の上面2aおよび各部品3を被覆するように基板2の上面2aに設けられる。また、封止樹脂層6bは、基板2の下面2b、部品4を被覆するように基板2の下面2bに設けられる。また、図2(a)~(c)に示すように、半田ボール5は封止樹脂層6bに囲まれている。封止樹脂層6a、6bは、シリカフィラ入りのエポキシ樹脂等の封止樹脂として一般的に採用される樹脂で形成することができる。また、高熱伝導のため、アルミナフィラを使用することもできる。
[0026]
 シールド膜7は、基板2内の各種電極や、各部品3、4に対する外部からの電磁波を遮蔽するためのものであり、モジュール1の側面と上面(封止樹脂層6aの表面60a)とを被覆するように配置される。また、シールド膜7は、密着膜と、密着膜に積層された導電膜と、導電膜に積層された保護膜とを有する多層構造で形成することができる。
[0027]
 (モジュールの製造方法)
 次に、本発明のモジュール1の製造方法の一例について、図3および図4を参照して説明する。
[0028]
 まず、図3(a)に示すように、その上面2aおよび下面2bに部品を実装可能な基板2を用意し、基板2の下面2bに半田ペーストを塗布して接続電極8を印刷して、部品4および半田ボール5を実装する。なお、半田ボール5を実装する代わりに、半田ペーストの塗布量を多くして、後にリフロー炉で加熱する際に半田ペーストがボール状になることを利用して半田ボール5を形成してもよい。その後、リフロー炉に投入して加熱処理を行い、基板2の下面2bに部品4と半田ボール5を固定する。リフロー炉での加熱処理の後にフラックス洗浄を行ってもよい。
[0029]
 次に、図3(b)に示すように、部品4と半田ボール5を被覆するように基板2の下面2bに封止樹脂層6bを積層する。
[0030]
 次に、図3(c)に示すように、封止樹脂層6bの表面60bを、半田ボール5が露出するまで研磨する。この時、半田ボール5以外の部品が露出しないように封止樹脂層6bの研磨量を調節する。なお、封止樹脂層6bの表面60bから部品4の一部が露出するように封止樹脂層6bの高さを調整してもよい。
[0031]
 次に、図3(d)に示すように、基板2の上面2aに半田ペーストを塗布して接続電極8を印刷し、各部品3を実装する。その後、封止樹脂層6bの表面60bの半田ボール5の露出面5aにフラックスを塗布して、リフロー炉にて加熱処理を行う。リフロー炉での加熱処理の後にフラックス洗浄を行ってもよい。
[0032]
 リフロー炉で加熱処理を行うと、図3(e)に示すように、各部品3が基板2に固定され、また、半田の表面張力により半田ボール5が封止樹脂層6bの表面60bから突出した形状となる。
[0033]
 次に、図4(a)に示すように、各部品3を被覆するように基板2の上面2aに封止樹脂層6aを積層する。
[0034]
 次に、図4(b)に示すように、スパッタ装置や真空蒸着装置を用いてシールド膜7を成膜することにより、モジュール1が完成する。
[0035]
 なお、基板2の上面2aに各部品3を実装した後にリフロー炉で加熱処理を行って各部品3を基板2に固定した後、封止樹脂層6bの表面60bを研磨して、露出面5aにフラックスを塗布し、再度リフロー炉で加熱処理を行ってもよい。
[0036]
 ここで、モジュール1の表面60bの研磨からマザー基板への実装までの一連の工程を、図5を参照して説明する。なお、図5では、シールド膜7が図示省略されている。
[0037]
 図5(a)は、封止樹脂層6bの表面60bを研磨して半田ボール5を封止樹脂層6bの表面60bから露出させた後を示す図である。このとき、封止樹脂層6bの表面60bと半田ボール5の露出面5aとは同一平面を形成している。半田ボール5の露出面5aにフラックスを塗布し、リフロー炉で加熱処理を行うと、図5(b)に示すように、半田の表面張力により、半田ボール5は、略球状になり封止樹脂層6bの表面60bから突出した形状となる。このとき、半田ボール5と封止樹脂層6bとが接触していない部分である空隙部9ができる。図5(c)に示すように、半田ボール5の表面60bから突出した部分をそのまま半田バンプとして利用して、マザー基板12へ実装することができる。
[0038]
 したがって、上記した実施形態によれば、モジュール1の外部接続端子は1つの半田ボール5により形成されているためくびれのない形状となり、信頼性や機械的強度を向上させることができる。また、外部接続端子に半田ボール5を使用することで、リフロー炉で加熱処理を行う際のセルフアライメント効果により、外部接続端子の位置の高精度化を実現することができる。また、封止樹脂層6bの表面60bから半田ボール5の一部が露出し、また、半田ボール5の一部が封止樹脂層の表面60bから突出しているため、めっきを施すことなく半田ボール5を外部接続端子として使用することができる。さらに、外部接続端子に金属ピンを使用した場合と比べて、めっき処理が不要であるため封止樹脂層6bの表面60bを研磨する際の研磨残渣によるめっき異常析出が発生しない。また、半田ボール5と封止樹脂層6bとの間に空隙部9があることにより、半田と樹脂との熱膨張係数の差によるストレスを軽減することができ、半田ボール5にクラックが発生するのを抑制することができる。
[0039]
 また、封止樹脂層6bの表面60bを部品4が露出するまで研磨することにより、モジュール1の低背化が可能である。
[0040]
 また、封止樹脂層6bの表面60bを半田ボール5が露出するまで研磨した後、半田ボール5の露出面5aにフラックスを塗布してリフロー炉で加熱処理を行うことにより、半田ボール5が略球状となって表面60bから突出した形状となり、このままマザー基板に実装する際のバンプとして利用することができる。
[0041]
 また、外部接続端子の外周面と対向する封止樹脂層の対向面が、基板の一方主面と垂直な断面において曲線をなす曲面であることにより、対向面が断面において直線をなす曲面である場合と比較して、基板に対する水平方向への応力に対する負荷が分散されるため、剥離の発生を抑制することができる。図6に示すように、断面において対向面61b1が直線をなす場合、A1-B1間において封止樹脂層6b1の断面積が線型的に減少し、B1-C間においては封止樹脂層6b1の断面積は減少しない。このとき、B1を境界として封止樹脂層6b1の断面積減少率が急激に変化するため、モジュール1の水平方向への応力がかかった場合に、B1に負荷が集中して基板2から封止樹脂層6b1の剥離が発生しやすい。一方、上記した実施形態のように、断面において対向面61b2が曲線をなす場合、A2-B2間において封止樹脂層6b2の断面積の減少は線形ではなく、A2からB2に向かうに従い断面積減少率が徐々に小さくなるため、B2における急激な断面積減少率の変化がない。このため、B2における負荷の集中を回避することができ、基板2からの封止樹脂層6b2の剥離の発生を抑制することができる。
[0042]
 なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

産業上の利用可能性

[0043]
 また、本発明は、種々のモジュールに適用することができる。

符号の説明

[0044]
 1    モジュール
 2    基板
 3    部品(第1部品)
 4    部品(第2部品)
 5    半田ボール(外部接続端子)
 6a、6b    封止樹脂層
 61b    対向面
 8    接続電極

請求の範囲

[請求項1]
 基板と、
 前記基板の一方主面に設けられた接続電極と、
 前記基板の前記一方主面に実装された第1部品と、
 前記基板の前記一方主面に前記接続電極を介して配設された半田ボールからなる外部接続端子と、
 前記基板の前記一方主面に設けられ、前記基板の前記一方主面および前記第1部品を封止する封止樹脂層とを備え、
 前記外部接続端子の一部は、前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面との対向面と反対側の面から露出し、
 前記外部接続端子の前記基板の前記一方主面からの高さは、前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面からの高さよりも高く、
 前記外部接続端子と前記封止樹脂層との間には隙間があり、
  前記外部接続端子を囲っている前記封止樹脂層の前記外部接続端子との対向面は、前記基板の前記一方主面と垂直な断面において曲線をなす曲面である
 ことを特徴とするモジュール。
[請求項2]
 前記外部接続端子は、1つの半田ボールにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
[請求項3]
 前記外部接続端子と前記封止樹脂層とが全く接していないことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のモジュール。
[請求項4]
 前記第1部品の一部は、前記封止樹脂層の前記反対側の面から露出していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のモジュール。
[請求項5]
 前記第1部品の前記封止樹脂層の前記反対側の面から露出している面は、前記封止樹脂層の前記反対側の面と同一平面上にあることを特徴とする請求項4に記載のモジュール。
[請求項6]
 前記基板の他方主面に第2部品が実装されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のモジュール。
[請求項7]
 基板の一方主面の実装電極に部品と半田ボールを搭載する工程と、
 前記基板をリフロー炉で加熱し、前記部品と前記半田ボールを前記基板に固定する工程と、
 前記基板、前記部品および前記半田ボールを封止する封止樹脂層を前記基板の前記一方主面に設ける工程と、
 前記半田ボールが前記封止樹脂層の前記一方主面との対向面と反対側の面から露出するように、少なくとも前記封止樹脂層の前記反対側の面および前記半田ボールの一部を研磨する工程と、
 前記半田ボールの前記基板の前記一方主面からの高さが前記封止樹脂層の前記基板の前記一方主面からの高さよりも高くなるように、前記基板をリフロー炉で再加熱する工程とを備える
 ことを特徴とするモジュールの製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]