JP5369966B2 - Mounting structure of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の実装構造に関し、特に、高密度実装を可能にした低コストの半導体装置の実装構造に関する。 The present invention relates to a semiconductor device mounting structure, and more particularly to a low-cost semiconductor device mounting structure that enables high-density mounting.
電子機器の小型・薄型・軽量化及び高速・高機能・多機能化への進展に伴い、半導体装置は小型・薄型化と外部電極端子の狭ピッチ・多ピン化が進んでいる。これらの半導体装置の例としては、BGA(Ball Grid array)やCSP(Chip Size Package)と呼ばれる半導体装置があり、半導体メーカー各社から様々な構造の半導体装置が提案されている。 As electronic devices become smaller, thinner and lighter, and high-speed, highly functional, and multifunctional, the semiconductor devices are becoming smaller and thinner and the external electrode terminals have a smaller pitch and a larger number of pins. Examples of these semiconductor devices include semiconductor devices called BGA (Ball Grid Array) and CSP (Chip Size Package), and semiconductor manufacturers have proposed semiconductor devices having various structures.
一方、これら半導体装置などの電子部品を搭載するプリント配線板は、複雑な回路配線を収容するために多層基板が用いられており、半導体装置の狭ピッチ・多ピン化に対応するため、回路配線の微細化や配線基板の多層化が要求されている。 On the other hand, printed wiring boards on which electronic components such as these semiconductor devices are mounted use a multilayer substrate to accommodate complex circuit wiring, and circuit wiring is used in order to cope with the narrow pitch and multiple pins of semiconductor devices. There is a demand for miniaturization and multilayering of wiring boards.
こうした多層基板は、貫通スルーホールで層間の回路を接続する貫通スルーホール多層基板、IVH(Interstitial Via Hole)で層間を接続するIVH多層基板、及び、ビルドアップ工法により作製されるビルドアップ基板、に大別される。IVH多層基板やビルドアップ基板は、回路配線の微細化や配線基板の多層化には有利であり、特にCSPやBGAを搭載する基板にはビルドアップ基板が好ましく用いられている。しかし、IVH多層基板やビルドアップ基板は、製造工程の複雑さや特別な装置や工程を必要とするために高価になる。 Such multilayer substrates include through-through-hole multilayer substrates that connect interlayer circuits with through-through holes, IVH multilayer substrates that connect layers with IVH (Interstitial Via Hole), and build-up substrates that are manufactured by a build-up method. Broadly divided. The IVH multilayer substrate and the build-up substrate are advantageous for miniaturization of circuit wiring and the multilayer of the wiring substrate. In particular, the build-up substrate is preferably used for a substrate on which CSP or BGA is mounted. However, IVH multilayer substrates and build-up substrates are expensive due to the complexity of the manufacturing process and the need for special equipment and processes.
ここで、各多層基板の特徴について、外部電極が0.8mmピッチのCSPを搭載する場合を例にして説明する。 Here, the characteristics of each multi-layer substrate will be described by taking as an example the case where the external electrode is mounted with a CSP having a pitch of 0.8 mm.
最初に、多層基板として貫通スルーホール多層基板を用いた場合について説明する。CSPを搭載するための電極パッドの径を500μm、回路幅/回路間隙を100μm/100μmとし、CSPを搭載するための電極パッドが図4に示すように形成されているとすると、1列目の電極パッド101の引き出し配線111はそのまま外に引き出し、2列目の電極パッド102の引き出し配線112は1列目の電極パッド101,101間を通って引き出すことができる。なお、図4中の符号104は多層基板に設けられた貫通スルーホールであり、図4の例では1列目の電極パッド101の引き出し線111に接続されている。こうした場合において、電極パッドの径が500μm、そのピッチが800μmであるから、電極パッドの間隙は300μmとなり、回路幅が100μmの引き出し配線は、電極パッド間に1本しか通らない。よって、引き出せる電極パッドは2列目までとなる。このとき、回路幅をさらに細くするか、格子状に配置されている電極パッドの対角線上の中央部にスルーホール121を形成し、このスルーホール121を経由し配線を引き出せば、引き出せる電極パッド数を増やすことができる。
First, a case where a through-through-hole multilayer substrate is used as the multilayer substrate will be described. If the electrode pad diameter for mounting the CSP is 500 μm, the circuit width / circuit gap is 100 μm / 100 μm, and the electrode pad for mounting the CSP is formed as shown in FIG. The lead-out
しかし、通常の貫通スルーホール多層基板の外層の回路幅/回路間隙は、電極パッドや配線の導体厚の関係から通常100μm以上/100μm以上であり、さらに回路幅を細くすることが困難で、電極パッド間には配線を1本しか通すことができない。また、上記のスルーホール121を利用して配線を引き出す電極パッド数を増やすことができるが、配線を引き出すために層数を増やす必要があり、層数を増やすと板厚が増加し、基板の価格も高価となる。また、上記のように、電極パッド径が500μm、ピッチが800μm、回路幅/回路間隙が100μm/100μmとした場合、電極パッドの対角線上の中央部に形成可能なスルーホール121はキリ径(穴径)で約300μm程度となる。しかし、キリ径は、板厚との関係に基づいた穴あけ加工性やめっき処理性から、製造可能な範囲が制限され、板厚が厚くなると約300μmのキリ径をあけるのも困難となり、増やせる層数、つまり引き出せる電極パッド数にも限界がある。
However, the circuit width / circuit gap of the outer layer of a normal through-through multilayer board is usually 100 μm or more / 100 μm or more due to the relationship between the electrode pad and the conductor thickness of the wiring, and it is difficult to further reduce the circuit width. Only one wire can pass between the pads. In addition, the number of electrode pads that lead out the wiring can be increased by using the through
次に、多層基板としてビルドアップ基板を用いた場合について説明する。ビルドアップ基板は、貫通スルーホール多層基板やIVH多層基板と比べると、導体厚や層間厚が薄いため、回路幅やヴィア径を小さくすることができる。そのため、回路幅/回路間隙が50μm/50μmでピッチが800μmの外部電極を有するCSPを搭載する電極パッドの径を上記同様の500μmとすれば、電極パッド間の300μmには、回路配線を2本通すことができる。よって、引き出せる電極パッドは3列目までとなる。また、ビルドアップ基板のヴィアは貫通スルーホールと違って隣接する上下層のみを接続するので、板厚との関係に基づいた上記制限はなく、搭載するCSPの電極パッドの列数分の層数を増やして配線を引き出すことは可能である。よって、CSPやBGAを採用するとき、半導体装置が有する外部電極の狭ピッチ化や多ピン化が進むと、特にビルドアップ基板がよく用いられるが、上記したように、製造工程の複雑さや特別な装置や工程を必要とするために高価になるという難点がある。 Next, a case where a build-up substrate is used as the multilayer substrate will be described. Since the build-up substrate is thinner in conductor thickness and interlayer thickness than through-through-hole multilayer substrates and IVH multilayer substrates, the circuit width and via diameter can be reduced. Therefore, if the diameter of an electrode pad on which a CSP having an external electrode having a circuit width / circuit gap of 50 μm / 50 μm and a pitch of 800 μm is set to 500 μm as described above, two circuit wires are provided in 300 μm between the electrode pads. Can pass through. Therefore, the electrode pads that can be drawn out are up to the third row. Since the vias of the build-up board connect only the upper and lower layers adjacent to each other unlike the through-holes, there is no restriction based on the relation with the plate thickness, and the number of layers corresponding to the number of electrode pads of the CSP to be mounted. It is possible to pull out the wiring by increasing. Therefore, when adopting CSP or BGA, build-up substrates are often used especially when the pitch of external electrodes of a semiconductor device is reduced and the number of pins is increased. There is a problem that it is expensive because it requires an apparatus and a process.
このように、狭ピッチの外部電極を有するCSP(狭ピッチCSPという。)を用いる場合には、ビルドアップ基板を用いることが好ましいために高価になり、安価になるような工夫が各社から提案されている。例えば、下記特許文献1には、狭ピッチCSPを搭載する多層基板を、安価かつ安定的に製造する方法が提案されている。しかし、この特許文献1は、ビルドアップ基板の使用を前提にしており、そうしたビルドアップ基板を安価に製造する方法として提案されているのみである。
As described above, when using a CSP having a narrow pitch external electrode (referred to as a narrow pitch CSP), it is preferable to use a build-up substrate. ing. For example,
なお、下記特許文献2には搭載する半導体チップと実装用基板との間にインターポーザを介在する構造が提案されているが、本発明とは要部において関連しない。 Patent Document 2 below proposes a structure in which an interposer is interposed between a semiconductor chip to be mounted and a mounting substrate. However, the structure is not related to the present invention.
上記したように、CSPやBGAの外部電極が狭ピッチ化乃至多ピン化が進むと、搭載するプリント配線板のコストが高くなるという問題が生じる。この原因は、上記のように、CSPやBGAの外部電極数が少ないときは貫通スルーホール多層基板に搭載できたが、外部電極の狭ピッチ化乃至多ピン化が進むと、貫通スルーホール多層基板では配線の引き回しが困難となり、配線の引き回しが有利なビルドアップ基板が用いられるようになる。しかしながら、ビルドアップ基板は、製造工程が複雑であり、さらに特別な装置や工程を必要とするため高価になるという問題がある。 As described above, when the pitch of CSP or BGA external electrodes is reduced or the number of pins is increased, there is a problem that the cost of a printed wiring board to be mounted increases. This is because, as described above, when the number of external electrodes of CSP or BGA is small, it can be mounted on the through-through-hole multilayer substrate. However, as the pitch of external electrodes is reduced or the number of pins is increased, the through-through-hole multilayer substrate Then, it becomes difficult to route the wiring, and a build-up substrate that is advantageous in routing the wiring is used. However, the build-up substrate has a problem that the manufacturing process is complicated, and further, a special device and process are required, so that it becomes expensive.
上記特許文献1では、ビルドアップ基板を安価に製造する方法を提案しているが、ビルドアップ工法を採用している時点で既に製造工程の複雑さや特別な装置・工程を必要とするため、従来の貫通スルーホール多層基板に比べて高価となる。
In the
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高密度実装ができる低コストの半導体装置の実装構造を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a low-cost semiconductor device mounting structure capable of high-density mounting.
上記課題を解決する本発明の半導体装置の実装構造は、複数の外部電極を有する半導体装置と、前記外部電極に対向配置する電極パッドを有する多層基板と、前記半導体装置と前記多層基板との間に設けられた薄基板と、を有し、前記薄基板が貫通スルーホールを有し、前記外部電極と前記電極パッドとが前記貫通スルーホールを介して接合材料で接合され、該貫通スルーホールの一部から配線が引き出されていることを特徴とする。 A mounting structure of a semiconductor device of the present invention that solves the above problems includes a semiconductor device having a plurality of external electrodes, a multilayer substrate having an electrode pad disposed opposite to the external electrodes, and between the semiconductor device and the multilayer substrate. The thin substrate has a through-hole, and the external electrode and the electrode pad are bonded together with a bonding material through the through-through hole. The wiring is drawn out from a part.
この発明によれば、半導体装置の外部電極と多層基板の電極パッドとが、薄基板に設けられた貫通スルーホールを介して接合材料で接合されており、さらに薄基板が有する貫通スルーホールの一部から配線が引き出されているので、電極パッドと貫通スルーホールと外部電極とをそれぞれの箇所で同時に接合することができる。そして、半導体装置が実装される部分の多層基板において、当該部分の最外周側の電極パッドから順に配線が引き出されるが、回路幅等の関係で配線を引き出せない電極パッドを有する場合であっても、上記のように、薄基板の貫通スルーホールの一部から配線が引き出されているので、配線が設けられていない電極パッドと配線が引き出された貫通スルーホールとを接続することにより、当該電極パッドに配線することが可能となる。なお、「配線が引き出されている一部の貫通スルーホール」とは、配線が引き出されていない電極パッドに対応する位置の貫通スルーホールのことである。 According to the present invention, the external electrode of the semiconductor device and the electrode pad of the multilayer substrate are bonded to each other with the bonding material via the through-through hole provided in the thin substrate, and one of the through-through holes of the thin substrate is further provided. Since the wiring is drawn out from the portion, the electrode pad, the through-hole, and the external electrode can be simultaneously bonded at the respective portions. And, in the multilayer substrate where the semiconductor device is mounted, the wiring is drawn out in order from the electrode pad on the outermost peripheral side of the part, but even if it has electrode pads that cannot be drawn out due to the circuit width or the like Since the wiring is drawn out from a part of the through-through hole of the thin substrate as described above, the electrode is formed by connecting the electrode pad not provided with the wiring and the through-through hole from which the wiring is drawn out. Wiring to the pad becomes possible. The “part of through-holes from which wiring is drawn” refers to through-holes at positions corresponding to electrode pads from which no wiring is drawn.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記接合が、前記外部電極と前記貫通スルーホールと前記電極パッドとが一体にはんだ接合されているように構成する。 As a preferable aspect of the mounting structure of the semiconductor device of the present invention, the bonding is configured such that the external electrode, the through-through hole, and the electrode pad are integrally solder-bonded.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記多層基板が、前記外部電極に対向配置する電極パッドのうち一部の電極パッドから配線が引き出された第1配線構造を有するように構成する。 As a preferable aspect of the mounting structure of the semiconductor device of the present invention, the multilayer substrate is configured to have a first wiring structure in which wirings are drawn from some of the electrode pads arranged to face the external electrodes. .
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記多層基板が有する第1配線構造において、引き出された配線が前記多層基板が有するスルーホール又はヴィアに接続されているように構成する。 As a preferred aspect of the semiconductor device mounting structure of the present invention, the first wiring structure of the multilayer substrate is configured such that the drawn wiring is connected to a through hole or a via of the multilayer substrate.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記薄基板が、前記貫通スルーホールが前記外部電極と同じ配列で形成されており該貫通スルーホールのうち一部の貫通スルーホールから配線が引き出された第2配線構造を有するように構成する。 As a preferable aspect of the mounting structure of the semiconductor device of the present invention, the thin substrate has the through-holes formed in the same arrangement as the external electrodes, and the wiring is drawn from a part of the through-through holes. The second wiring structure is configured.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記薄基板が有する第2配線構造において、引き出された配線が前記多層基板が有するスルーホール又はヴィアに接続されているように構成する。 As a preferable aspect of the semiconductor device mounting structure of the present invention, in the second wiring structure of the thin substrate, the drawn wiring is configured to be connected to a through hole or a via of the multilayer substrate.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、上記第1配線構造が有する引き出し配線と、上記第2配線構造が有する引き出し配線とが、前記外部電極に接続されているように構成する。 As a preferred aspect of the semiconductor device mounting structure of the present invention, the lead wiring included in the first wiring structure and the lead wiring included in the second wiring structure are connected to the external electrode.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記薄基板が、前記貫通スルーホール及び前記電極パッド以外の部位において前記多層基板に接着されるように構成する。 As a preferable aspect of the mounting structure of the semiconductor device of the present invention, the thin substrate is configured to be bonded to the multilayer substrate at a portion other than the through through hole and the electrode pad.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記接着が、熱可塑性の樹脂の接着剤で行われるように構成する。 As a preferred aspect of the semiconductor device mounting structure of the present invention, the bonding is performed with an adhesive of a thermoplastic resin.
本発明の半導体装置の実装構造の好ましい態様として、前記貫通スルーホールの直径が、前記外部電極の直径の1/2以上、前記外部電極の直径未満であるように構成する。 As a preferred aspect of the semiconductor device mounting structure of the present invention, the through-through hole has a diameter of ½ or more of the diameter of the external electrode and smaller than the diameter of the external electrode.
本発明の半導体装置の実装構造によれば、多層基板の電極パッドと薄基板の貫通スルーホールと半導体装置の外部電極とをそれぞれの箇所で同時に接合することができるので、半導体装置が実装される部分の多層基板において当該部分の最外周側の電極パッドから順に配線が引き出されるが、回路幅等の関係で配線を引き出せない電極パッドを有する場合であっても、配線が引き出された薄基板の貫通スルーホールと、配線が設けられていない電極パッドとを接続することにより、当該電極パッドに配線することが可能となる。その結果、例えば安価な貫通スルーホール多層基板を用いることができ、貫通スルーホールを有した薄基板を半導体装置と多層基板との間に設けることにより、引き出し配線を多層基板と薄基板とで分散して引き出し可能な配線数を増やすことができる。こうした本発明の実装構造は、CSPやBGAの外部電極端子が狭ピッチ化や多ピン化しても対応可能となり、高価なビルドアップ基板を用いなくてもよく、また特別な工程を必要とすることなく半導体装置を実装できる。 According to the mounting structure of the semiconductor device of the present invention, the electrode pad of the multilayer substrate, the through-through hole of the thin substrate, and the external electrode of the semiconductor device can be simultaneously bonded at each location, so that the semiconductor device is mounted. In the multilayer substrate of the part, the wiring is drawn out in order from the electrode pad on the outermost peripheral side of the part, but even in the case of having the electrode pad that cannot draw out the wiring due to the circuit width or the like, By connecting the through-through hole and the electrode pad on which no wiring is provided, it is possible to wire the electrode pad. As a result, for example, an inexpensive through-through hole multilayer substrate can be used, and by providing a thin substrate having a through-through hole between the semiconductor device and the multilayer substrate, the lead-out wiring is distributed between the multilayer substrate and the thin substrate. Thus, the number of wires that can be drawn can be increased. Such a mounting structure according to the present invention can be applied even if the external electrode terminals of CSP and BGA have a narrow pitch or a large number of pins, and it is not necessary to use an expensive build-up board, and a special process is required. A semiconductor device can be mounted.
また、本発明の半導体装置の実装構造によれば、微細なピッチでの配線引き出しに対応して、多層基板側において必要な配線を引き出すことが可能であれば、配線が設けられていない電極パッドから貫通スルーホールを介して、薄基板によって外部への配線引き出しも可能になる。その結果、薄基板をコネクタの代替として利用できることになる。 Further, according to the mounting structure of the semiconductor device of the present invention, an electrode pad provided with no wiring can be provided if necessary wiring can be drawn on the multilayer substrate side in response to wiring drawing at a fine pitch. It is also possible to lead out the wiring to the outside by a thin substrate through the through-through hole. As a result, a thin substrate can be used as an alternative to the connector.
すなわち、外部接続端子としてコネクタを設置する場合、接続点数分の設置面積に加え、取り付けのための領域など大きな面積を要するが、本発明のように半導体装置に付属する未接続配線を利用することで、接続のために面積を拡大する必要がなくなるメリットがある。また、薄基板の厚みが薄く、貫通スルーホールの直径が大きければ通常の半導体装置を実装するときの高さとほとんど変わらずに薄基板を付加することが可能であり、高密度実装化に大きく寄与する。 That is, when installing a connector as an external connection terminal, in addition to the installation area for the number of connection points, a large area such as a mounting area is required, but unconnected wiring attached to the semiconductor device as in the present invention should be used. Thus, there is an advantage that it is not necessary to enlarge the area for connection. In addition, if the thickness of the thin substrate is thin and the diameter of the through-hole is large, it is possible to add a thin substrate almost unchanged from the height when mounting a normal semiconductor device, which greatly contributes to high-density mounting. To do.
本発明の半導体装置の実装構造について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明に係る半導体装置の実装構造の一例を示す模式的な断面図であり、図2は、図1に示す実装構造における多層基板と薄基板との積層態様を示す模式的な平面図である。また、図3は、図1に示す実装構造の製造方法の一例を示す工程フローである。さらに、図5は、本発明に係る半導体装置の実装構造の他の一例を示す模式的な断面図である。 A semiconductor device mounting structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a mounting structure of a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing a lamination mode of a multilayer substrate and a thin substrate in the mounting structure shown in FIG. It is a top view. FIG. 3 is a process flow showing an example of a manufacturing method of the mounting structure shown in FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the mounting structure of the semiconductor device according to the present invention.
[半導体装置の実装構造(実施例1)]
本発明の半導体装置の実装構造1(以下、実装構造1という。)は、図1及び図2に示すように、複数の外部電極21を有する半導体装置11と、外部電極21に対向配置する電極パッド15を有する多層基板13と、半導体装置11と多層基板13との間に設けられた薄基板12とを有している。そして、その特徴は、薄基板12が貫通スルーホール16を有し、外部電極21と電極パッド15とが貫通スルーホール16を介して接合材料14で接合され、その貫通スルーホール16の一部(例えば16c,16d)から配線17(例えば17c,17d)が引き出されていることにある。なお、電極パッド15は図1の符号15a〜で示す各電極パッドの総称であり、貫通スルーホール16は図1の符号16a〜で示す各貫通スルーホールの総称であり、配線17は図2中で示す貫通スルーホール16c,16dから引き出された配線17c,17dの総称であり、外部電極21は図3(D)の符号21a〜で示す各外部電極の総称である。
[Mounting structure of semiconductor device (Example 1)]
A semiconductor device mounting structure 1 (hereinafter referred to as a mounting structure 1) according to the present invention includes a
以下、本発明の実装構造1の各構成要素について説明する。
Hereinafter, each component of the mounting
多層基板13としては、一般的な多層配線基板と呼ばれているものであれば特に限定されず、IVH多層基板やビルドアップ基板も用いることができるが、本発明では特に、貫通スルーホール18aで層間回路を接続する安価な貫通スルーホール多層基板13を好ましく用いることができる。こうした貫通スルーホール多層基板は低コストであるが、従来は狭ピッチ乃至多ピンの半導体装置に対する使用が難しかった。しかし、本発明の実装構造1では、後述の薄基板12を多層基板13と半導体装置11との間に設けることにより、ピッチ乃至多ピンの半導体装置11に対しても配線の引き回しが可能となり、低コストの実装構造を実現することができる。
The
多層基板13の半導体装置搭載側の面には、半導体装置11の外部電極21にそれぞれ対向配置された電極パッド15が設けられている。そうした電極パッド15のうち、一部の電極パッド15a,15bから配線25a,25bが引き出された第1配線構造を有しており、詳しくは、最外周の電極パッドから順に配線が引き出されている。第1配線構造としては、図2の例では、最外周である1列目の電極パッド15aから配線25aが引き出されており、次の2列目の電極パッド15bから配線25bが引き出されている。より内側の3列目の電極パッド15cから配線が引き出されるか否かは電極パッド15のピッチや大きさにもよるので一概には言えないが、図2の例では配線スペースが無いので配線は引き出されておらず、引き出し配線のない電極パッド15c,15dが設けられている。本発明の実装構造1において、こうした電極パッド15c,15dからの引き出し配線は、後述する薄基板12が担っていることに特徴がある。
On the surface of the
こうした第1配線構造において、図2の例では、引き出された配線25a,25bは、多層基板13が有する貫通スルーホール18aに接続されている。なお、配線25a,25bの接続先は貫通スルーホールでなくてもよく、ヴィア等であってもよい。
In such a first wiring structure, in the example of FIG. 2, the extracted wirings 25 a and 25 b are connected to the through through
半導体装置11としては、CSPやBGAを好ましく挙げることができる。これらCSPやBGAは外部電極21は「はんだボール」で形成されているが、本発明の実装構造1に適用できる半導体装置11は外部電極の形態は問わず、LGAやQFN等のように、外部電極がはんだボールではない半導体装置でも適用可能である。特に本発明の実装構造1では、狭ピッチ乃至多ピンの半導体装置11を好ましく実装できる。
Preferred examples of the
薄基板12は、上述した多層基板13と半導体装置11との間に設けられている。この薄基板12には貫通スルーホール16が形成され、その貫通スルーホール16は多層基板13の電極パッド15の配列及び半導体装置11の外部電極21の配列と同じ配列になるように形成されている。すなわち、多層基板13の電極パッド15上には薄基板12の貫通スルーホール16が配置されており、その貫通スルーホール16上には半導体装置11の外部電極21が配置されている。こうして配置された貫通スルーホール16は、少なくとも、多層基板13の電極パッド15の全てに重なると共に半導体装置11の全ての外部電極21にも重なる。
The
ここで、「少なくとも」としたのは、薄基板12に設けられた貫通スルーホール16は、電極パッド15と外部電極21の配列と同じものの他、多層基板13が有する貫通スルーホールやヴィアに接続するためのものをさらに有していてもよいことを意味する。具体的には、図1及び図2に示すように、薄基板12が備える貫通スルーホール16c,16dから引き出し配線17c,17dを経由して設けられた貫通スルーホール16e,16f等を有していてもよい。この貫通スルーホール16e,16fは、多層基板13の貫通スルーホール18e,18fに接続する。
Here, “at least” means that the through-holes 16 provided in the
薄基板12は、外部電極21a〜21d及び電極パッド15a〜15dと同じ配列で形成された貫通スルーホール16a〜16dと、それ以外の貫通スルーホール16e,16fを有するが、貫通スルーホール16a〜16fのうち、一部の貫通スルーホール16c,16dから配線17c,17dが引き出された第2配線構造を有している。この第2配線構造では、例えば図2に示すように、配線25a,25bが引き出された電極パッド15a,15bに対向配置する貫通スルーホール16a,16bには、引き出し配線は設けられていない。一方、配線が引き出されていない電極パッド15c,15dに対向配置した貫通スルーホール16c,16dには、引き出し配線17c,17dが設けられている。図2の例では、多層基板13に配線スペースがなく、電極パッド15から配線を引き出すことができない3列目以降の電極パッド15c,15dに対向配置した貫通スルーホール16c,16dが、引き出し配線17c,17dを有している。本発明の実装構造1は、配線を引き出せない電極パッド15c,15dからの引き出し配線を、貫通スルーホール16c,16dと引き出し配線17c,17dを有する薄基板12が担っているので、引き出し配線を多層基板13と薄基板12とで分散することができ、引き出し可能な配線数を増やすことができる。
The
このように、上記した多層基板13の第1配線構造が有する引き出し配線25a,25bと、薄基板12の第2配線構造が有する引き出し配線17c,17dとが、半導体装置11の外部電極21に接続され、その外部電極21からの配線を引き回しているということができる。
As described above, the lead-out
なお、貫通スルーホール16c,16dからの引き出し配線17c,17dは、図2に示すように、半導体装置11が搭載されるエリアよりも外側に引き出され、同じ薄基板12に設けられた他の貫通スルーホール16e,16fに接続する。そして、その貫通スルーホール16e,16fは、多層基板13のスルーホールやヴィアに接続されている。ここでの接続は、はんだ接合であってもよいし他の接続手段であってもよく、特に限定されないが、後述のはんだ接合であれば上記貫通スルーホール16c,16dと同時に接合できるので、工数削減の観点からより好ましい。
As shown in FIG. 2, the lead-out
薄基板12は、半導体装置11の外部電極21と多層基板13の電極パッド15との間で両者を接合するとともに、必要な引き出し配線17c,17d等を設けることができる大きさと形状であればよいので、半導体装置11よりもやや大きめではあるが、全体としては小さな基板が用いられる。薄基板12の厚さは薄く、例えば0.03mm以上0.1mm以下程度のものを用いることができる。このように薄い薄基板12には、図2に示すように、例えば穴径0.05mm以上0.2mm以下程度の小径の貫通スルーホール16を形成できるので、貫通スルーホール16が引き出し配線17c,17dの邪魔にならず、薄基板12上に多数の引き出し配線を形成することが可能となる。その結果、図2の例では3列目と4列目の引き出し配線17c,17dを形成しているが、さらに多くの引き出し配線を形成することも可能になる。
The
また、薄基板12は、CSPやBGA等の外部電極21から配線を引き出すとき、多層基板13だけでは引き出せない配線を引き出し可能とするもので、半導体装置11に近接して搭載される他の電子部品のエリア部は避けた形状となる。
In addition, the
こうした薄基板12を用いることにより、CSPやBGAの外部電極21が狭ピッチ化乃至多ピン化しても、配線の引き回しを多層基板13と薄基板12とで分担でき、高価なビルドアップ基板等を用いなくともよく、安価で高密度実装が可能となる。
By using such a
接合材料14としては、各種の「はんだ」を好ましく用いることができるが、その他多層基板13と半導体装置11とを接合することができる従来公知の接合材料、例えば導電性ペースト等を用いることができる。この接合材料14により、多層基板13と薄基板12と半導体装置11とが一体に接合される。なお、はんだボールを有したCSPやBGAは、そのはんだボールを接合材料として利用できるが、はんだボールを有さないLGAやQFN等は、はんだ等の接合材料を予め電極パッド15や貫通スルーホール16に設けておくことにより一体にはんだ接合することができる。
As the
以上説明したように、本発明の半導体装置の実装構造1によれば、図1及び図2に示すように、多層基板13の電極パッド15と薄基板12の貫通スルーホール16と半導体装置11の外部電極21とをそれぞれの箇所で同時且つ一体に接合することができるので、半導体装置11が実装される部分の多層基板13において当該部分の最外周側の電極パッド15aから順に配線25aが引き出されるが、回路幅等の関係で配線を引き出せない電極パッド(例えば15c,15d)を有する場合であっても、配線17c,17dが引き出された薄基板12の貫通スルーホール16c,16dと、配線17c,17dが設けられていない電極パッド15c,15dとを接続することにより、当該電極パッド15c,15dに配線することが可能となる。その結果、例えば安価な貫通スルーホール多層基板を用いることができ、貫通スルーホール16を有した薄基板12を半導体装置11と多層基板13との間に設けることにより、引き出し配線を多層基板13と薄基板12とで分散して引き出し可能な配線数を増やすことができる。こうした本発明の実装構造1は、CSPやBGAの外部電極端子が狭ピッチ化や多ピン化しても対応可能となり、高価なビルドアップ基板を用いなくてもよく、また特別な工程を必要とすることなく半導体装置を実装できる。
As described above, according to the semiconductor
[半導体装置の実装構造(実施例2)]
図5は、本発明に係る半導体装置の実装構造の他の一例を示す模式的な断面図である。
[Mounting structure of semiconductor device (Example 2)]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of a mounting structure of a semiconductor device according to the present invention.
実装構造10においては、薄基板24が、貫通スルーホール16g,16h,16i,16j及び電極パッド15e,15f,15g,15h以外の部位において多層基板26に接着されている。より具体的には、薄基板24が、多層基板26に対して貫通スルーホール16g,16h,16i,16j、及び電極パッド15e,15f,15g,15hを避けるようにして塗布された接着剤27によって接着されている。
In the mounting
接着剤27の使用により、薄基板24と多層基板26との接着をより強固に行うことができるという利点が発揮されやすくなる。また、実装構造10においては、上記接着が、熱可塑性の樹脂の接着剤で行われている。すなわち、接着剤27として熱可塑性樹脂の接着剤を用いる。熱可塑性の樹脂の接着剤は汎用性があり、工業生産に用いやすいという利点がある。熱可塑性の樹脂としては、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂を挙げることができる。
Use of the adhesive 27 facilitates the advantage that the
実装構造10においては、貫通スルーホール16g,16h,16i,16jの直径が、外部電極21f,21g,21h,21iの直径の1/2以上、外部電極21f,21g,21h,21iの直径未満である。すなわち、それぞれの貫通スルーホール16g,16h,16i,16jは、それぞれの外部電極21f,21g,21h,21iに対して同一直径未満であり、かつ1/2よりも大きくなるように設計されている。これにより、はんだで形成された外部電極21f,21g,21h,21iを接続する際に、はんだが貫通スルーホール16g,16h,16i,16jを通過しやすくなり、半導体装置11と多層基板26との接続が行いやすいという利点が発揮されやすくなる。
In the mounting
実装構造10の接続工法について説明する。
A connection method of the mounting
まず、あらかじめ薄基板24を接着剤27によって多層基板26に接着しておく。次に、フラックスを塗布した外部電極21f,21g,21h,21iを有する半導体装置11を表面実装する。そして、リフロー工程によって外部電極21f,21g,21h,21iをそれぞれ溶融する。
First, the
溶融の際、外部電極21f,21g,21h,21iのはんだは、貫通スルーホール16g,16h,16i,16jを介して電極パッド15e,15f,15g,15hまで到達する。貫通スルーホールの直径が小さいと十分に電極パッド15e,15f,15g,15hまではんだが到達しないが、実装構造10においては、貫通スルーホール16g,16h,16i,16jの直径と外部電極21f,21g,21h,21iの直径とを、上述の関係に制御しているので、はんだが電極パッド15e,15f,15g,15hまで到達しやすくなる。
During melting, the solder of the
以上の工程を経て、外部電極21f,21g,21h,21i、貫通スルーホール16g,16h,16i,16j、及び電極パッド15e,15f,15g,15hがそれぞれ電気的に接続されるとともに、接着剤27により物理的な接続も行われることになる。
Through the above steps, the
このように、全ての外部電極21f,21g,21h,21i、電極パッド15e,15f,15g,15h、及び貫通スルーホール16g,16h,16i,16jが接続される。もっとも、外部電極21gは半導体装置11に対しては電気的に接続されていない。このため、半導体装置11に対しては電気的に接続されていない外部電極21gに対して、貫通スルーホール16hを介して電極パッド15fに接続されていることになる。その結果、電気的には貫通スルーホール16hと電極パッド15fが接続され、電極パッド15fは他のシステムへ電気信号を引き出すための接続端子となる。そして、貫通スルーホール16h及び配線22を介して、他システムへと接続される。
Thus, all the
実装構造10においては、薄基板24がない場合、すなわち通常行われる半導体装置の実装時に必要な外部電極21f,21g,21h,21iの高さの範囲内において薄基板24を接続できる。このため、多層基板26上の領域も、高さ方向の空間も侵すことなく他システムへと向かう配線の引き出しが可能になる。この結果、通常必要とされるコネクタ領域が削減できるため、装置の小型化に大きく貢献できる。
In the mounting
[実装構造の製造方法]
図3は、図1に示す実装構造の製造方法の一例を示す工程フローである。先ず、図3(A)に示すように、CSP等の半導体装置11を搭載するための電極パッド15a〜15dを有する多層基板13を用意する。こうした多層基板13は、通常のプリント配線板の製造方法で製造される。
[Method of manufacturing mounting structure]
FIG. 3 is a process flow showing an example of a manufacturing method of the mounting structure shown in FIG. First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(B)に示すように、貫通スルーホール16a〜16d,16eを有する薄基板12を用意し、多層基板13の電極パッド15a〜15dに、貫通スルーホール16a〜16dが重なるように配置する。こうした薄基板12も通常のプリント配線板の製造方法で製造される。薄基板12の大きさは、半導体装置11を搭載する部分、及びその薄基板12が有する引き出し配線17cとその引き出し配線17cが接続する貫通スルーホール16eとを有する部分を少なくとも備えることができる必要な大きさであればよい。そして、半導体装置11に近接して搭載される他の電子部品の搭載部分を避けた形状及び大きさとすることが望ましい。薄基板12の材質は、通常のガラスエポキシ基板やフレキシブル基板を用いることができる。また、多層基板13と薄基板12との位置ずれを防止するため、接着剤(図示しない)で仮止めしてもよい。なお、図3(B)の例では、多層基板13と薄基板12との間に隙間があるが、そうした隙間はあってもなくても構わない。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(C)に示すように、クリームはんだ等の接合材料を供給する。このときの供給は、薄基板12が配置された部分(貫通スルーホール16の部分)と、薄基板12が設けられていない他の電子部品搭載用電極パッド(図示しない)とに同時に行うことが好ましい。そうした供給する方法としては、印刷法やディスペンサーを用いた方法等を挙げることができる。印刷法で供給する場合はメタルマスク等を用いることになるが、薄基板12上と多層基板13上とに同時に行う場合には、薄基板12の箇所はメタルマスクをハーフエッチングするなどして薄基板12の厚さを逃げるように加工して用いればよい。
Next, as shown in FIG. 3C, a bonding material such as cream solder is supplied. The supply at this time is performed simultaneously to a portion where the
次に、図3(D)に示すように、はんだボールを外部電極21a〜21dとして有するCSP(半導体装置11)及び他の電子部品(図示しない)を搭載する。その後、所定の温度で加熱して接合材料であるはんだを溶融し、半導体装置11と薄基板12と多層基板13とを同時且つ一体に接合して、図1に示す実装構造1を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 3D, a CSP (semiconductor device 11) having solder balls as
以上説明した本発明の実装構造1は、特に特別な工程は必要とせず、従来の実装プロセス、実装設備がそのまま利用でき、しかも、多層基板13への半導体装置11の搭載を、薄基板12を介して同一箇所で、一回の接合手段で同時に一体化させることができるので、極めて効率的である。特に多層基板13として、安価な貫通スルーホール多層基板を用いることができるので、低コストの実装構造1を実現できる。
The mounting
1,10 実装構造
11 半導体装置
12,24 薄基板
13,26 多層基板
14 接合材料
15,15a,15b,15c,15d,15e,15f,15g,15h 電極パッド
16,16a,16b,16c,16d,16e,16f,16g,16h,16i,16j 貫通スルーホール
17,17c,17d,22 薄基板の配線
18,18a,18e,18f 多層基板の貫通スルーホール
19 配線(多層基板の表面以外)
20,20a,20b,20c,20d,20e 接合材料
21,21a,21b,21c,21d,21e,21f,21g,21h,21i 外部電極
25,25a,25b 多層基板表面の配線
27 接着剤
DESCRIPTION OF
20, 20a, 20b, 20c, 20d,
Claims (6)
前記薄基板が貫通スルーホールを有し、前記外部電極と前記電極パッドとが前記貫通スルーホールを介して接合材料で接合され、該貫通スルーホールの一部から配線が引き出され、
前記接合は、前記外部電極と前記貫通スルーホールと前記電極パッドとが一体にはんだ接合され、
前記多層基板は、前記外部電極に対向配置する電極パッドのうち一部の電極パッドから配線が引き出された第1配線構造を有し、
前記薄基板は、前記貫通スルーホールが前記外部電極と同じ配列で形成されており該貫通スルーホールのうち一部の貫通スルーホールから配線が引き出された第2配線構造を有し、
前記第2配線構造において、引き出された配線は前記多層基板が有するスルーホール又はヴィアに接続されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。 A semiconductor device having a plurality of external electrodes, a multilayer substrate having an electrode pad disposed opposite to the external electrodes, and a thin substrate provided between the semiconductor device and the multilayer substrate,
The thin substrate has a through-hole, the external electrode and the electrode pad are bonded with a bonding material through the through-through hole, and a wiring is drawn from a part of the through-through hole ,
In the bonding, the external electrode, the through-through hole, and the electrode pad are integrally solder-bonded,
The multilayer substrate has a first wiring structure in which wiring is drawn from some of the electrode pads arranged to face the external electrode,
The thin substrate has a second wiring structure in which the through through holes are formed in the same arrangement as the external electrodes, and wiring is drawn out from a part of the through through holes.
The semiconductor device mounting structure according to the second wiring structure, wherein the drawn wiring is connected to a through hole or a via included in the multilayer substrate .
The diameter of the through holes is, the external electrode having a diameter less than 1/2 of the diameter of less than the external electrode, the mounting structure of a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
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