JP7695538B2 - 基板及び実装基板 - Google Patents

Description

本発明は、基板及び実装基板に関する。

例えば、特開２０１６－１８８４６号公報（特許文献１）には、半導体パッケージが記載されている。特許文献１に記載の半導体パッケージは、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）パッケージである。特許文献１の半導体パッケージの裏面からは、中央電極及び複数の周辺電極が露出している。中央電極は、裏面の中央にある。周辺電極は、中央電極の周囲にある。

特開２０１６－１８８４６号公報

特許文献１に記載の半導体パッケージは、基板上に実装される。基板は、例えば、基材と、導体パターンと、ソルダレジストとを有している。導体パターンは、基材の主面上に配置されており、中央パッドと、複数の周辺パッドと、配線とを有している。周辺パッドは、中央パッドの周囲にある。配線は、中央パッドの外周縁と周辺パッドとを接続している。ソルダレジストは、導体パターンを覆うように基材の主面上に配置されている。ソルダレジストには、中央パッドを露出させる第１開口と、周辺パッドを露出させる複数の第２開口が形成されている。

特許文献１に記載の半導体パッケージは、中央電極が中央パッドにはんだ合金で接合されるとともに、周辺電極が周辺パッドにはんだ合金で接合されることにより、基板上に実装される。

第１開口は、平面視において、中央パッドの外周縁よりも外側にあることがある。すなわち、配線と中央パッドの外周縁との接続部は、第１開口から露出している。その結果、中央電極と中央パッドとを接合するためにはんだ合金を溶融させた際に、溶融されたはんだ合金の一部が、配線と中央パッドの外周縁との接続部において、はんだボールになることがある。はんだボールは、隣り合っている周辺パッドの間を短絡させる原因となるおそれがある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、配線と中央パッドとの接続部におけるはんだボールの発生を抑制可能な基板及び実装基板を提供するものである。

本発明の基板は、主面を有する基材と、主面上に配置されており、かつ、中央パッド部と、中央パッド部の周囲にある周辺パッド部と、中央パッド部の外周縁と周辺パッド部とを接続している配線とを有する導体パターンと、導体パターンを覆うように主面上に配置されており、かつ、中央パッド部を露出させる第１開口と周辺パッド部を露出させる第２開口とが形成されているソルダレジストとを備える。ソルダレジストは、配線の中央パッド部との接続部を覆っている。

上記の基板では、第１開口が、平面視において中央パッド部の外周縁よりも内側にあってもよい。

上記の基板は、ソルダレジスト上に配置されている環状壁をさらに備えていてもよい。環状壁は、平面視において、第１開口よりも外側かつ周辺パッド部よりも内側に配置されていてもよい。環状壁は、ソルダレジストとは異なる樹脂材料により形成されていてもよい。上記の基板では、環状壁が、ソルダレジストとは異なる色に着色されている樹脂インクにより形成されていてもよい。上記の基板では、導体パターンの厚さが、ソルダレジストの厚さよりも大きくてもよい。

本発明の実装基板は、基板と、裏面を有する半導体パッケージと、はんだ合金とを備える。基板は、上記の基板である。半導体パッケージは、裏面において、中央パッド部と対向している中央電極と、中央電極の周囲にあり、かつ周辺パッド部と対向している周辺電極とを有している。はんだ合金は、中央電極と中央パッド部とを接合しているとともに、周辺電極と周辺パッド部とを接合している。上記の実装基板では、半導体パッケージは、ＱＦＮパッケージであってもよい。

本発明の基板及び本発明の実装基板によると、配線と中央パッドとの接続部におけるはんだボールの発生を抑制可能である。

基板１００の平面図である。 図１中のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 実装基板２００の断面図である。 半導体パッケージ３００の底面図である。 基板１００Ａの平面図である。 基板１００Ｂの平面図である。 図６中のＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。 基板１００Ｃの平面図である。

本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る基板を説明する。以下においては、第１実施形態に係る基板を、基板１００とする。

＜基板１００の構成＞
以下に、基板１００の構成を説明する。

図１は、基板１００の平面図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示されるように、基板１００は、基材１０と、導体パターン２０と、ソルダレジスト３０とを有している。

基材１０は、第１主面１０ａと、第２主面１０ｂとを有している。第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂは、基材１０の厚さ方向における端面である。第２主面１０ｂは、第１主面１０ａの反対面である。基材１０は、電気絶縁性の材料により形成されている。基材１０は、例えば、ガラスエポキシにより形成されている。但し、基材１０に用いられる電気絶縁性の材料は、これに限られるものではない。

導体パターン２０は、第１主面１０ａ上に配置されている。導体パターン２０は、電気伝導性の材料により形成されている。導体パターン２０は、例えば、銅により形成されている。但し、導体パターン２０に用いられる電気伝導性の材料は、これに限られるものではない。

導体パターン２０は、中央パッド２１と、複数の周辺パッド２２とを有している。中央パッド２１は、平面視において、例えば、矩形状である。より具体的には、中央パッド２１は、平面視において、正方形状である。周辺パッド２２は、中央パッド２１の周囲に配置されている。周辺パッド２２は、平面視において、例えば、矩形状である。より具体的には、周辺パッド２２は、平面視において、長方形状である。周辺パッド２２は、中央パッド２１の外周縁（外周縁２１ａ）から離間して配置されている。周辺パッド２２の平面視における短辺は、外周縁２１ａと間隔を空けて対向している。外周縁２１ａのうちの１辺と対向している複数の周辺パッド２２は、当該１辺の方向に沿って１列に並んでいる。

複数の周辺パッド２２のうちの一部（周辺パッド２２ａとする）は、配線２３により、外周縁２１ａに接続されている。

基材１０には、貫通穴１０ｃが形成されている。貫通穴１０ｃは、基材１０を厚さ方向に貫通している。貫通穴１０ｃは、平面視において中央パッド２１に重なる位置に形成されている。貫通穴１０ｃの内壁面上には、導体層２４が配置されている。導体層２４は、中央パッド２１に接続されている。導体層２４は、貫通穴１０ｃの周囲にある第２主面１０ｂ上にも配置されている。導体層２４は、電気伝導性の材料（例えば、銅）により形成されている。

ソルダレジスト３０は、導体パターン２０を覆うように、第１主面１０ａ上に配置されている。ソルダレジスト３０は、第２主面１０ｂ上にも配置されている。ソルダレジスト３０は、第２主面１０ｂ上に配置されている導体パターン（図示せず）を覆っている。ソルダレジスト３０は、電気絶縁性の材料により形成されている。ソルダレジスト３０は、例えば、エポキシ樹脂により形成されている。但し、ソルダレジスト３０に用いられる電気絶縁性の材料は、これに限られない。ソルダレジスト３０は、着色されていてもよい。

ソルダレジスト３０には、第１開口３１と、複数の第２開口３２とが形成されている。第１開口３１及び第２開口３２は、ソルダレジスト３０を厚さ方向に貫通している。第１開口３１からは、中央パッド２１が露出している。第２開口３２からは、周辺パッド２２が露出している。

第１開口３１は、平面視において、矩形状である。より具体的には、第１開口３１は、平面視において、正方形状である。第１開口３１は、平面視において、外周縁２１ａよりも内側にある。このことを別の観点から言えば、中央パッド２１の外周縁部及び外周縁２１ａと配線２３との接続部は、ソルダレジスト３０により覆われている。

第２開口３２は、平面視において、矩形状である。より具体的には、第２開口３２は、平面視において、長方形状である。

導体パターン２０の厚さを、厚さＴ１とする。ソルダレジスト３０の厚さを、厚さＴ２とする。厚さＴ１は、厚さＴ２よりも大きいことが好ましい。

＜実装基板２００の構成＞
以下に、実装基板２００の構成を説明する。

図３は、実装基板２００の断面図である。図３に示されるように、実装基板２００は、基板１００と、半導体パッケージ３００とを有している。

半導体パッケージ３００は、例えば、ＱＦＮパッケージである。但し、半導体パッケージ３００は、これに限られない。半導体パッケージ３００は、例えば、ＬＧＡ（Lead Grid Array）パッケージであってもよい。半導体パッケージ３００は、リードフレーム３１０と、半導体チップ３２０と、ボンディングワイヤ３３０と、封止樹脂３４０とを有している。

リードフレーム３１０は、ダイパッド部３１１と、複数のリード部３１２とを有している。複数のリード部３１２は、ダイパッド部３１１の周囲に配置されている。リードフレーム３１０は、電気伝導性の材料により形成されている。リードフレーム３１０は、例えば、銅合金により形成されている。但し、リードフレーム３１０に用いられる電気伝導性の材料は、これに限られない。

半導体チップ３２０は、表面３２０ａと、裏面３２０ｂとを有している。表面３２０ａ及び裏面３２０ｂは、半導体チップ３２０の厚さ方向における端面である。裏面３２０ｂは、表面３２０ａの反対面である。半導体チップ３２０は、ダイパッド部３１１上に配置されている。より具体的には、裏面３２０ｂは、はんだ合金（図示せず）、導電性接着剤（図示せず）等によりダイパッド部３１１に接続されている。図示されていないが、表面３２０ａには、ボンディングパッドが形成されている。

ボンディングワイヤ３３０は、一方端において半導体チップ３２０のボンディングパッドに接続されており、他方端においてリード部３１２に接続されている。ボンディングワイヤ３３０は、金、銅等の電気伝導性の材料により形成されている。封止樹脂３４０は、リードフレーム３１０、半導体チップ３２０及びボンディングワイヤ３３０を封止している。封止樹脂３４０は、例えば、エポキシ樹脂により形成されている。但し、封止樹脂３４０に用いられる樹脂材料は、これに限られない。

半導体パッケージ３００は、表面３００ａと、裏面３００ｂとを有している。表面３００ａ及び裏面３００ｂは、半導体パッケージ３００の厚さ方向における端面である。図４は、半導体パッケージ３００の底面図である。図４に示されるように、ダイパッド部３１１及びリード部３１２は、裏面３００ｂにおいて、封止樹脂３４０から露出している。裏面３００ｂにおいて封止樹脂３４０から露出しているダイパッド部３１１及びリード部３１２は、それぞれ、半導体パッケージ３００の中央電極３００ｃ及び周辺電極３００ｄとなる。周辺電極３００ｄは、中央電極３００ｃの周囲に配置されている。

図３に示されるように、半導体パッケージ３００は、基板１００に実装されている。より具体的には、はんだ合金２１０は、中央パッド２１と中央電極３００ｃとを接合しているとともに周辺パッド２２と周辺電極３００ｄとを接合している。はんだ合金２１０は、例えば、スズ合金により形成されている。

半導体パッケージ３００の基板１００への実装においては、第１に、中央パッド２１上及び周辺パッド２２上にクリームはんだが塗布される。クリームはんだは、有機溶剤、フラックス及びはんだ合金２１０の粒子が混ぜ合わされているペーストである。クリームはんだは、例えば、第１開口３１から露出している中央パッド２１の平面視における四隅近傍に塗布される。

第２に、基板１００上に、半導体パッケージ３００が搭載される。この際、中央パッド２１がクリームはんだを介在させて中央電極３００ｃと対向しており、周辺パッド２２がクリームはんだを介在させて周辺電極３００ｄと対向している。基板１００上に半導体パッケージ３００が搭載されることにより、中央パッド２１上に塗布されているクリームはんだは、押し広げられる。

第３に、半導体パッケージ３００が搭載されている基板１００が、リフロー炉に投入される。これにより、はんだ合金２１０が溶融して中央パッド２１と中央電極３００ｃとの間及び周辺パッド２２と周辺電極３００ｄとの間において濡れ広がり、中央パッド２１と中央電極３００ｃとの間の接合及び周辺パッド２２と周辺電極３００ｄとの間の接合が行われる。以上により、半導体パッケージ３００が基板１００上に実装され、実装基板２００となる。

なお、クリームはんだからフラックス及び有機溶剤が揮発する際に発生するガスは、貫通穴１０ｃを通って排出される。すなわち、貫通穴１０ｃは、リフロー時のガス抜き穴である。

＜基板１００の効果＞
以下に、基板１００の効果を、比較例に係る基板と対比しながら説明する。比較例に係る基板を、基板１００Ａとする。

図５は、基板１００Ａの平面図である。図５に示されるように、基板１００Ａは、基材１０（図５中において図示せず）と、導体パターン２０と、ソルダレジスト３０とを有している。基板１００Ａでは、導体パターン２０が、中央パッド２１と、複数の周辺パッド２２と、配線２３とを有している。これらの点に関して、基板１００Ａの構成は、基板１００の構成と共通している。

基板１００Ａでは、第１開口３１が、平面視において外周縁２１ａよりも外側にある。その結果、外周縁２１ａと配線２３との接続部が、第１開口３１から露出している。すなわち、外周縁２１ａと配線２３との接続部が、ソルダレジスト３０に覆われていない。これらの点に関して、基板１００Ａの構成は、基板１００の構成と異なっている。

基板１００Ａ上に半導体パッケージ３００が搭載されることにより、中央パッド２１上に塗布されているクリームはんだが押し広げられ、外周縁２１ａと配線２３との接続部上に広がる。基板１００Ａでは、外周縁２１ａと配線２３との接続部上において溶融したはんだ合金２１０の熱は、配線２３を介して周辺パッド２２からも放熱される。そのため、外周縁２１ａと配線２３との接続部上において溶融したはんだ合金２１０は、中央パッド２１上において溶融したはんだ合金２１０よりも凝固しやすい。その結果、外周縁２１ａと配線２３との接続部上において凝固したはんだ合金２１０が、中央パッド２１上にある未凝固のはんだ合金２１０から分離され、はんだボールとなる。

他方で、基板１００では、外周縁２１ａと配線２３との接続部がソルダレジスト３０により覆われているため、基板１００Ａと異なり、はんだボールが発生しにくい。

また、基板１００Ａでは、半導体パッケージ３００の搭載により、中央パッド２１上に塗布されているクリームはんだが、第１開口３１の周囲にあるソルダレジスト３０上にも広がる。ソルダレジスト３０上において溶融したはんだ合金２１０は、ソルダレジスト３０との界面における界面エネルギが中央パッド２１との界面における界面エネルギよりも大きいことに起因して、中央パッド２１側へと流動しようとする。

しかしながら、厚さＴ１が厚さＴ２よりも大きい場合、第１開口３１の周囲にあるソルダレジスト３０と中央パッド２１との間にはソルダレジスト３０側が低くなる段差があるため、第１開口３１の周囲にあるソルダレジスト３０上において溶融したはんだ合金２１０は、当該段差を乗り越えることができず、はんだボールとなることがある。

他方で、基板１００では、第１開口３１の周囲において、ソルダレジスト３０と中央パッド２１とが重なっている。その結果、第１開口３１の周囲にあるソルダレジスト３０と第１開口３１から露出している中央パッド２１との間には、ソルダレジスト３０側が高くなる段差がある。そのため、基板１００では、第１開口３１の周囲にあるソルダレジスト３０上において溶融したはんだ合金２１０が、第１開口３１から露出している中央パッド２１側に向かって容易に流動することができ、はんだボールが発生しにくい。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る基板を説明する。以下においては、第２実施形態に係る基板を、基板１００Ｂとする。ここでは、基板１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

＜基板１００Ｂの構成＞
以下に、基板１００Ｂの構成を説明する。

図６は、基板１００Ｂの平面図である。図７は、図６中のＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。図６及び図７に示されるように、基板１００Ｂは、基材１０と、導体パターン２０と、ソルダレジスト３０とを有している。この点に関して、基板１００Ｂの構成は、基板１００の構成と共通している。基板１００Ｂは、環状壁４０をさらに有している。この点に関して、基板１００Ｂの構成は、基板１００の構成と異なっている。

環状壁４０は、平面視において、環状である。より具体的には、環状壁４０は、平面視において、矩形環状である。環状壁４０は、平面視において、第１開口３１の外側かつ周辺パッド２２の内側に配置されている。環状壁４０は、ソルダレジスト３０上に配置されている。

環状壁４０は、ソルダレジスト３０とは異なる樹脂材料により形成されている。環状壁４０は、例えば、樹脂インクにより形成されている。樹脂インクは、例えば、シルクインクである。この樹脂インクは、好ましくは、ソルダレジスト３０とは異なる色に着色されている。例えばソルダレジスト３０が緑色に着色されている場合、環状壁４０は白色に着色されている樹脂インクにより形成されている。

図示されていないが、ソルダレジスト３０上には、環状壁４０に用いられている樹脂インクと同一の樹脂インクにより、文字が描かれている。この文字により、例えば、基板１００Ｂ上に部品を実装する際に必要な情報、基板１００Ｂの取り扱いに関する情報が示される。

＜基板１００Ｂの効果＞
以下に、基板１００Ｂの効果を説明する。

基板１００Ｂでは、環状壁４０が、第１開口３１の外側かつ周辺パッド２２の内側に配置されている。そのため、はんだボールが発生したとしても、当該はんだボールが隣り合う２つの周辺パッド２２の間に移動して、これら２つの周辺パッド２２の間で短絡が発生することが抑制される。

また、基板１００Ｂの製造工程では、ソルダレジスト３０上に種々の情報を表示するための文字がソルダレジスト３０とは異なる色に着色された樹脂インクを用いて描かれる。基板１００Ｂでは、環状壁４０が上記のような文字を描くために用いられる樹脂インクと同一のインクを用いて形成されているため、この工程内で環状壁４０を形成することができ、環状壁４０を形成するために新たな工程を追加する必要がない。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る基板を説明する。以下においては、第３実施形態に係る基板を、基板１００Ｃとする。ここでは、基板１００Ｂと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

＜基板１００Ｃの構成＞
以下に、基板１００Ｃの構成を説明する。

図８は、基板１００Ｃの平面図である。図８に示されるように、基板１００Ｃは、基材１０（図８中において図示せず）と、導体パターン２０と、ソルダレジスト３０と、環状壁４０とを有している。この点に関して、基板１００Ｃの構成は、基板１００Ｂの構成と共通している。基板１００Ｃでは、第１開口３１が平面視において外周縁２１ａよりも外側にある。すなわち、基板１００Ｃでは、外周縁２１ａと配線２３との接続部が、ソルダレジスト３０により覆われていない。この点に関して、基板１００Ｃの構成は、基板１００Ｂの構成と異なっている。

＜基板１００Ｃの効果＞
基板１００Ｃでは、外周縁２１ａと配線２３との接続部がソルダレジスト３０により覆われていないため、外周縁２１ａと配線２３との接続部上において、はんだボールが発生することがある。しかしながら、基板１００Ｃでは、第１開口３１の外側かつ周辺パッド２２の内側に環状壁４０が配置されているため、発生したはんだボールが隣り合う２つの周辺パッド２２の間に移動して、これら２つの周辺パッド２２の間で短絡が発生することが抑制される。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

１０ 基材、１０ａ 第１主面、１０ｂ 第２主面、１０ｃ 貫通穴、２０ 導体パターン、２１ 中央パッド、２１ａ 外周縁、２２，２２ａ 周辺パッド、２３ 配線、２４ 導体層、３０ ソルダレジスト、３１ 第１開口、３２ 第２開口、４０ 環状壁、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 基板、２００ 実装基板、２１０ はんだ合金、３００ 半導体パッケージ、３００ａ 表面、３００ｂ 裏面、３００ｃ 中央電極、３００ｄ 周辺電極、３１０ リードフレーム、３１１ ダイパッド部、３１２ リード部、３２０ 半導体チップ、３２０ａ 表面、３２０ｂ 裏面、３３０ ボンディングワイヤ、３４０ 封止樹脂、Ｔ１，Ｔ２ 厚さ。

Claims (7)

1. 主面を有する基材と、
   前記主面上に配置されており、かつ中央パッド部と、前記中央パッド部の周囲にある周辺パッド部と、前記中央パッド部の外周縁と前記周辺パッド部とを接続している配線とを有する導体パターンと、
   前記導体パターンを覆うように前記主面上に配置されており、かつ前記中央パッド部を露出させる第１開口と前記周辺パッド部を露出させる第２開口とが形成されているソルダレジストとを備え、
   前記ソルダレジストは、前記配線の前記中央パッド部との接続部を覆っている、基板。
2. 前記第１開口は、平面視において前記中央パッド部の外周縁よりも内側にある、請求項１に記載の基板。
3. 前記ソルダレジスト上に配置されている環状壁をさらに備え、
   前記環状壁は、平面視において、前記第１開口よりも外側かつ前記周辺パッド部よりも内側に配置されており、
   前記環状壁は、前記ソルダレジストとは異なる樹脂材料により形成されている、請求項１又は請求項２に記載の基板。
4. 前記環状壁は、前記ソルダレジストとは異なる色に着色されている樹脂インクにより形成されている、請求項３に記載の基板。
5. 前記導体パターンの厚さは、前記ソルダレジストの厚さよりも大きい、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の基板。
6. 請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の前記基板と、
   裏面を有する半導体パッケージと、
   はんだ合金とを備え、
   前記半導体パッケージは、前記裏面において、前記中央パッド部と対向している中央電極と、前記中央電極の周囲にあり、かつ前記周辺パッド部と対向している周辺電極とを有し、
   前記はんだ合金は、前記中央電極と前記中央パッド部とを接合しているとともに、前記周辺電極と前記周辺パッド部とを接合している、実装基板。
7. 前記半導体パッケージは、ＱＦＮパッケージである、請求項６に記載の実装基板。
   

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