JP2005216696A - 中継基板、中継基板付き基板 - Google Patents

Abstract

【課題】クラックが発生しにくくて信頼性に優れるにもかかわらず、比較的安価な中継基板を提供することにある。
【解決手段】本発明の中継基板３１は、ヤング率が２５ＧＰａ以下の樹脂製中継基板本体３８と、複数のはんだ柱３５とを備える。樹脂製中継基板本体３８は、面接続端子２２を有する半導体素子２１が実装されるべき第１面３２と、第２面３３とを有する。樹脂製中継基板本体３８は、第１面３２及び第２面３３を連通させる複数の貫通孔３４を有する。複数のはんだ柱３５の端部は、面接続端子２２と電気的に接続されるべき部分であって、第１面３２から突出する状態で複数の貫通孔３４内に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子と基板との間に介在して両者間の導通を図る中継基板、中継基板付き基板に関するものである。

近年、ＩＣチップが搭載された配線基板（ＩＣ搭載基板やＩＣパッケージなど）とマザーボード等のプリント基板とをじかに接続するのではなく、配線基板とマザーボードとの間にインターポーザと呼ばれる中継基板を介在させてそれらを導体柱を介して互いに導通した構造体が各種知られている（例えば、特許文献１参照）。かかるインターポーザの材料としてはセラミック等の無機材料が用いられ、導体柱の材料として導電性金属が用いられる。また、最近では、上記のインターポーザとは異なるレベルでの接続を図るもの、具体的にはＩＣチップ−配線基板間の接続を図るインターポーザも提案されている。本明細書では便宜上前者を「セカンドレベルインターポーザ」と呼び、後者を「ファーストレベルインターポーザ」と呼ぶことにする。
特開２０００−２０８６６１号公報（図２（ｄ）等）

ところで、ＩＣチップは一般に熱膨張係数が２．０ｐｐｍ／℃〜５．０ｐｐｍ／℃程度の半導体材料（例えばシリコン等）を用いて形成されている。これに対して、配線基板は半導体材料よりもかなり熱膨張係数が大きな材料、例えば１０．０ｐｐｍ／℃以上の樹脂材料等を用いて形成されている。よって、ファーストレベルインターポーザを用いた構造体では、ＩＣチップ−配線基板間の熱膨張係数差に起因して応力が発生しやすい。この応力は、インターポーザと他部品との接合部分やＩＣチップ自身にクラックを発生させ、構造体の信頼性を低下させる要因となる。従って、クラックの発生を防止するためには、ファーストレベルインターポーザに例えば高い剛性を付与して、応力に耐えるようにすることが望ましい。よって、ファーストレベルインターポーザの材料としては、現状では、ヤング率の高いセラミック等の無機材料が適していると考えられている。

しかしながら、セラミック材料（とりわけ高ヤング率のセラミック材料）は高価なため、インターポーザの低コスト化が難しくなるという問題があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、クラックが発生しにくくて信頼性に優れるにもかかわらず、比較的安価な中継基板、半導体素子付き中継基板を提供することにある。

そこで、本願発明者は、応力に起因するクラック発生の防止を図るべく、鋭意研究を行った。

次式１に示すように、ヤング率（縦弾性係数：Ｅ）は、材料が弾性的に挙動する場合の応力σとひずみεとの比であって、材料の強さの尺度となる。

Ｅ＝σ／ε ・・・式１

上記式１を変形した次式２によると、応力σはヤング率Ｅとひずみεとの積で表現される。この式２は、ヤング率Ｅの値が小さくなれば、応力の値σも小さくなることを意味している。

σ＝Ｅ・ε ・・・式２

そこで、本願発明者は、高剛性中継基板材料の使用という従来の発想とは全く逆の手法をあえて採ること、つまり低剛性中継基板材料を使用することを想到した。また、本願発明者は、応力に起因するクラック発生の防止という観点から導体柱にも着目し、その材料や形状の適正化の方法を模索した。その結果、下記の発明を完成させるに至ったのである。

そして上記課題を解決するための手段としては、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面、及び第２面を有し、前記第１面及び前記第２面を連通させる複数の貫通孔を有する略板形状の樹脂製中継基板本体と、その端部が前記第１面及び前記第２面のうちの少なくとも一方から突出する状態で前記複数の貫通孔内に配置され、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数のはんだ柱とを備えることを特徴とする中継基板をその要旨とする。また、上記課題を解決するための別の手段としては、熱膨張係数が１０．０ｐｐｍ／℃以上３０．０ｐｐｍ／℃以下であって面接続パッドを有する樹脂製基板を備え、かつ、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面、及び前記樹脂製基板の表面上に実装される第２面を有し、前記第１面及び前記第２面を連通させる複数の貫通孔を有する略板形状の樹脂製中継基板本体と、その端部が前記第１面及び前記第２面のうちの少なくとも一方から突出する状態で前記複数の貫通孔内に配置され、前記面接続端子及び前記面接続パッドと電気的に接続されるべき複数のはんだ柱とを有する中継基板を備えたことを特徴とする中継基板付き基板がある。

従って、これらの発明によれば、セラミック材料等のような無機材料製中継基板を使用した中継基板とは異なり、樹脂製中継基板本体を使用して中継基板を構成している。樹脂材料はセラミック材料に比べて剛性が低いので、樹脂製基板が熱膨張または熱収縮したときでも、中継基板がそれに追従して弾性的にひずむ（変形する）ことができる。また、はんだは比較的軟質な金属であるため剛性が低く、しかもはんだ柱の一部は樹脂製中継基板本体から突出した状態にある。ゆえに、樹脂製基板が熱膨張または熱収縮したときでも、はんだ柱がそれに追従して弾性的にひずむ（変形する）ことができる。よって、熱膨張係数差に起因して発生する応力の影響は、上記２つの部材がひずむことによる相乗効果によって、確実に軽減される。ゆえに、中継基板と他部品（例えば樹脂製基板や半導体素子）との接合部分や半導体素子自身にクラックが発生しにくくなり、信頼性に優れた中継基板、中継基板付き基板を実現することができる。

また、概して樹脂材料はセラミック材料ほど高価ではないことに加え、はんだも比較的安価な材料であるといえる。このため、これらを中継基板本体や導体柱の形成材料として使用すれば、比較的安価な中継基板、中継基板付き基板を実現することができる。

中継基板や中継基板付き基板を構成する樹脂製中継基板本体は、第１面及び第２面を有する略板形状の部材である。樹脂製中継基板本体の第１面は、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき面、換言すると、面接続端子を有する半導体素子が実装される予定の面である。前記半導体素子としては、例えば、熱膨張係数が２．０ｐｐｍ／℃以上５．０ｐｐｍ／℃未満のものが使用される。このような半導体素子の例としては、熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃程度のシリコンからなる半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）などを挙げることができる。なお、樹脂製中継基板本体の第１面上に実装されるべき半導体素子の数は、１つであってもよく２つ以上であってもよい。

ここで「熱膨張係数」とは、厚み方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向（ＸＹ方向）の熱膨張係数のことを意味し、０℃〜１００℃の間のＴＭＡ（熱機械分析装置）にて測定した値のことをいう。「ＴＭＡ」とは、熱機械的分析をいい、例えばＪＰＣＡ−ＢＵ０１に規定されるものをいう。

前記面接続端子とは、電気的接続のための端子であって、面接続によって接続を行うものを指す。なお、面接続とは、被接続物の平面上に線状や格子状（千鳥状も含む）にパッドあるいは端子を形成し、それら同士を接続する場合を指す。なお、前記半導体素子の大きさ及び形状は特に限定されないが、少なくとも一辺が１０．０ｍｍ以上であることがよい。このような大型の半導体素子になると、発熱量も増大しやすく応力の影響も次第に大きくなるため、クラックの発生といった本願特有の課題が生じやすくなるからである。また、半導体素子の厚さも特に限定されないが、１．０ｍｍ以下（ただし０ｍｍは含まず。）であることがよい。半導体素子が１．０ｍｍ以下になると、半導体素子の強度が弱くなるため、クラックの発生といった本願特有の課題が生じやすくなるからである。

一方、中継基板付き基板を構成する樹脂製中継基板本体の第２面は、面接続パッドを有する樹脂製基板の表面上に実装されている面である。中継基板を構成する樹脂製中継基板本体の第２面は、面接続パッドを有する樹脂製基板の表面上に実装されるべき面、換言すると、面接続パッドを有する樹脂製基板の表面上に実装される予定の面である。前記面接続パッドとは、電気的接続のための端子用パッドであって、面接続によって接続を行うものを指す。このような面接続パッドは例えば線状や格子状（千鳥状も含む）に形成される。

なお、本発明において樹脂製基板を用いる理由は、基板材料を樹脂とすることで全体の低コスト化を図るためである。ここで、樹脂製基板とは、樹脂材料を主体として構成された基板のことを意味する。かかる樹脂製基板の具体例としては、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）基板、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）基板、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）基板、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）基板などがある。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料からなる基板等を使用してもよい。

この場合において樹脂製基板の熱膨張係数は、１０．０ｐｐｍ／℃以上３０．０ｐｐｍ／℃以下であることがよい。熱膨張係数が１０．０ｐｐｍ／℃未満になると、樹脂製基板が高コスト化しやすくなるからである。また、熱膨張係数が３０．０ｐｐｍ／℃を超える樹脂製基板を使用した場合には、半導体素子等との熱膨張係数差が非常に大きくなる。よって、たとえ中継基板を介在したとしても応力の影響を十分に低減できない可能性があるからである。

また、樹脂製基板は導体回路を備える配線基板であることが好ましく、このような配線基板上には半導体素子やその他の電子部品などが実装される。

中継基板や中継基板付き基板を構成する樹脂製中継基板本体は、ヤング率が２５ＧＰａ以下（ただし、０ＧＰａは除く。）である。その理由は、ヤング率が２５ＧＰａを超える樹脂製中継基板本体では、応力の影響を十分に軽減できないからである。なお、樹脂製中継基板本体のヤング率は、０．０１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下がさらに好ましく、０．０１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下が特に好ましい。ヤング率が１０ＧＰａ以下であると十分な応力軽減効果を得ることができる。

樹脂製中継基板本体は、上記のように低ヤング率であることに加えて、低熱膨張性であることが好ましい。即ち、かかる樹脂製中継基板本体の熱膨張係数は、半導体素子及び樹脂製基板の中間的な値であることが好ましく、例えば５．０ｐｐｍ／℃以上２０．０ｐｐｍ／℃以下、特には５．０ｐｐｍ／℃以上１０．０ｐｐｍ／℃以下であることがよい。その理由は、樹脂製中継基板本体の熱膨張係数が５．０ｐｐｍ／℃未満であると、半導体素子との熱膨張係数差が小さくなる一方、樹脂製基板との熱膨張係数差が大きくなる。よって、中継基板と樹脂製基板との接合部分に大きな応力が作用するようになり、好ましくないからである。逆に、樹脂製中継基板本体の熱膨張係数が２０．０ｐｐｍ／℃を超えると、樹脂製基板との熱膨張係数差が小さくなる一方、半導体素子との熱膨張係数差が大きくなる。よって、中継基板と半導体素子との接合部分に大きな応力が作用するようになり、好ましくないからである。

また、樹脂製中継基板本体は、低剛性及び低熱膨張性を有するばかりでなく、絶縁性を有することが好ましい。その理由は、絶縁性を有しない中継基板本体の場合、はんだ柱との絶縁を図るために絶縁層を形成する必要が生じ、構造の複雑化及びそれに伴う高コスト化といった問題が生じるからである。これに対して、絶縁性を有する中継基板本体では、絶縁層が不要となるため構造の簡略化及び低コスト化を達成することができる。

ここで、樹脂製中継基板本体とは、樹脂材料を主体として構成された中継基板本体のことを意味する。かかる樹脂製中継基板本体に用いられる樹脂材料の好適例としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ＢＴ系樹脂（ビスマレイミド−トリアジン系樹脂、ゴム系樹脂などがある。勿論、このような樹脂材料は、上記の低剛性、低熱膨張性及び絶縁性といった諸特性を併せ持つものであることが望ましい。

また、樹脂製中継基板本体における樹脂材料の含有量は、重量比で７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９５％以上であることがよい。即ち、樹脂製中継基板本体は無機繊維及び無機フィラーを殆どまたは全く含まないことが好ましい。その理由は、樹脂製中継基板本体における無機物の含有量が多くなると、低いヤング率の達成が困難になるばかりでなく、高コスト化につながるおそれがあるからである。

樹脂製中継基板本体の厚さは、特に限定されないが、強いて言えば０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。厚さが０．３ｍｍ未満であると、樹脂製中継基板本体の介在による効果、即ち応力軽減効果が十分に得られない可能性があるからである。また、厚さが１．０ｍｍを超えると、構造体全体の厚さが増すばかりでなく、小径のはんだ柱の形成が困難になり製造コストが高くつくおそれがあるからである。なお、樹脂製中継基板本体の厚さは、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることがより好ましい。

中継基板や中継基板付き基板を構成する樹脂製中継基板本体は、第１面及び第２面を連通させる複数の貫通孔を有している。貫通孔の直径は特に限定されないが、例えば１２５μｍ以下であることがよく、１００μｍ以下であることがよりよい（ただし、０μｍは含まず。）。隣接する前記貫通孔間の中心間距離も特に限定されないが、例えば２５０μｍ以下であることがよく、２００μｍ以下であることがよりよい（ただし、０μｍは含まず。）。かかる直径や中心間距離があまりに大きすぎると、今後予想される半導体素子のファイン化に十分に対応できない可能性があるからである。換言すると、かかる直径や中心間距離をあまりに大きく設定すると、限られた面積内に多数の導体部を形成できないからである。さらには、貫通孔の直径は８５μｍ以下、隣接する前記貫通孔間の中心間距離は１５０μｍ以下であることがよい（ただし、０μｍは含まず。）。

また、本発明の中継基板及び中継基板付き基板は、複数の貫通孔内に配置された複数のはんだ柱を、導体部として有している。これらのはんだ柱は、第１面側及び第２面側の各々にて露出する端部を有している。中継基板における複数のはんだ柱は、半導体素子の面接続端子や、樹脂製基板の面接続パッドと電気的に接続されるべきものである。中継基板付き基板における複数のはんだ柱は、樹脂製基板の面接続パッドと電気的に接続されている。

複数のはんだ柱は、端部が第１面から突出する状態、第２面から突出する状態、あるいは第１面及び第２面の両方から突出する状態で、複数の貫通孔内に配置されている。この場合、半導体素子が実装されるべき第１面側端面上にてはんだ柱の端部が突出した構造を採用すれば、バンプレスの半導体素子の実装が可能となる。はんだ柱における非突出部分（即ち貫通孔内にある部分）は、樹脂製中継基板本体により拘束されているため、径方向（ＸＹ方向）へ自由に弾性変形することができない。これに対し、はんだ柱における突出部分は、樹脂製中継基板本体により拘束されていないため、径方向へ比較的自由に弾性変形することが可能である。

この場合、はんだ柱の端部の突出量は、１０μｍ以上５００μｍ以下に設定されることがよく、特には１０μｍ以上３００μｍ以下に設定されることがよりよい。前記突出量が１０μｍ未満であると、はんだ柱自身の弾性変形による応力軽減効果を十分に発揮できなくなるからである。一方、前記突出量が５００μｍを超えるようなはんだ柱は、形成自体が困難であることに加え、面接続端子や面接続パッドとの接合も難しくなるおそれがあるからである。

上記のはんだ柱は、例えば、軟質の導電性合金であるはんだを貫通孔内に充填することにより形成される。はんだの種類は特に限定されず、用途に応じて任意に選択することができる。好適なはんだの具体例を挙げると、錫鉛共晶はんだ（Ｓｎ／３７Ｐｂ：融点１８３℃）などがある。勿論、錫鉛共晶はんだ以外のＳｎ／Ｐｂ系はんだ、例えばＳｎ／３６Ｐｂ／２Ａｇという組成のはんだ（融点１９０℃）などを使用してもよい。さらには、上記のような鉛入りはんだ以外にも、鉛フリーはんだを選択することが可能である。鉛フリーはんだとは、鉛を全くまたは殆ど含まないはんだのことを意味し、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ等を挙げることができる。なお、上記各系のはんだには微量元素（例えばＡｕ，Ｎｉ，Ｇｅ等）が含まれていてもよい。

はんだ柱を形成する方法としては、例えば、複数の貫通孔内にはんだペーストを充填印刷し、その後はんだをリフローさせる方法がある。この場合、はんだ充填性の向上やはんだ柱保持強度の向上を目的として、貫通孔の内壁面にあらかじめめっき層を形成しておいてもよい。また、はんだペーストの充填印刷を行う際、印刷面にはんだレジストを形成しておくことが好ましい。はんだレジストを使用すると、はんだ柱における突出部分を比較的容易に所望の高さに形成することができる。また、この方法以外にも、例えば、鋳型のような治具を用いてその治具内に樹脂製中継基板本体及びはんだ塊をセットしてリフローを行うといった方法を採用してもよい。さらに、貫通孔内をはんだめっきで充填する方法や、あらかじめ作製したはんだ柱を貫通孔内に埋め込むという方法などを採用してもよい。

前記はんだ柱の端面、特にはんだ柱において突出部分がない側の端面には、接続信頼性の向上等を図るために、めっきが施されていてもよい。この場合、金めっきを施すことが好適であり、特にはニッケルめっきを介して金めっきを施すことがより好適である。

また、樹脂製中継基板本体の表面上、とりわけ第１面上や第２面上には、半導体素子以外の電子部品や素子が１つ以上設けられていてもよい。前記電子部品の具体例としては、チップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイルなどを挙げることができる。これらの電子部品は、能動部品であっても受動部品であってもよい。前記素子の具体例としては、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、薄膜抵抗、薄膜キャパシタ、薄膜コイルなどを挙げることができる。これらの素子は、能動素子であっても受動素子であってもよい。そして、樹脂製中継基板本体の第１面上や第２面上には、前記電子部品同士、前記素子同士、あるいは前記電子部品や前記素子とはんだ柱とを接続する配線層が形成されていてもよい。このように電子部品や素子を設ければ、中継基板や中継基板付き基板の付加価値を高めることができる。

例えば、薄膜キャパシタを備えた中継基板や中継基板付き基板の場合、電源ライン上（即ち、基板側の電源回路と半導体素子側の電源端子とを結ぶ配線上）に薄膜キャパシタを配置しておくことがよい。このように構成すれば、電源ライン上のノイズ（電圧変動）を吸収することができる。よって、ＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減らし、半導体素子を高速で動作させることが可能となる。ここで、薄膜キャパシタとは、導体間に強誘電体薄膜を挟み込んだ構造のキャパシタのことをいう。

［第１実施形態］

以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図１２に基づき詳細に説明する。図１は、ＩＣチップ（半導体素子）２１と、インターポーザ（中継基板）３１と、配線基板（樹脂製基板）４１とからなる本実施形態の半導体パッケージ１１を示す概略断面図である。図２〜図１０は、インターポーザ３１の製造過程を説明するための部分概略断面図である。図１１は、完成したインターポーザ３１を示す概略断面図である。図１２は、半導体パッケージ１１を構成するＩＣチップ付きインターポーザ（半導体素子付き中継基板）６１を配線基板４１上に実装するときの状態を示す概略断面図である。

図１に示されるように、本実施形態の半導体パッケージ１１は、上記のように、ＩＣチップ２１と、インターポーザ３１と、配線基板４１とからなるＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）である。なお、半導体パッケージ１１の形態は、ＬＧＡのみに限定されず、例えばＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）やＰＧＡ（ピングリッドアレイ）等であってもよい。ＭＰＵとしての機能を有するＩＣチップ２１は、縦１２．０ｍｍ×横１０．０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの矩形平板状であって、熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃程度のシリコンからなる。かかるＩＣチップ２１の下面側表層には、図示しない回路素子が形成されている。また、ＩＣチップ２１の下面側には、複数の面接続端子２２が格子状に設けられている。これらの面接続端子２２の表面上に特にバンプは設けられていない。

前記配線基板４１は、上面４２及び下面４３を有する矩形平板状（４５ｍｍ角）の樹脂製多層配線基板である。この多層配線基板は、スルーホール導体５１を有する樹脂製のコア基板５２と、その両面に形成されたビルドアップ層とによって構成されている。かかるビルドアップ層は、複数層の樹脂絶縁層４４と複数層の導体回路４５とを交互に積層した構造を有している。本実施形態の場合、具体的にはエポキシ樹脂をガラスクロスに含浸させてなる絶縁基材により樹脂絶縁層４４が形成され、銅箔または銅めっき層により導体回路４５が形成されている。かかる配線基板４１の熱膨張係数は、１３．０ｐｐｍ／℃以上１６．０ｐｐｍ／℃未満となっている。配線基板４１の上面４２には、インターポーザ３１側との電気的な接続を図るための複数の面接続パッド４６が格子状に形成されている。配線基板４１の下面４３には、図示しないマザーボード側との電気的な接続を図るための複数の面接続パッド４７が格子状に形成されている。なお、マザーボード接続用の面接続パッド４７は、インターポーザ接続用の面接続パッド４６よりも広い面積で広いピッチとなっている。樹脂絶縁層４４にはビアホール導体４８が設けられていて、これらのビアホール導体４８を介して、スルーホール導体５１、異なる層の導体回路４５、面接続パッド４６、面接続パッド４７が相互に電気的に接続されている。また、配線基板４１の上面４２には、図１２のＩＣチップ付きインターポーザ６１以外にも、チップキャパシタ、半導体素子、その他の電子部品（いずれも図示略）が実装されている。

本実施形態のインターポーザ３１は、いわゆるファーストレベルインターポーザと呼ばれるべきものであって、上面３２（第１面）及び下面３３（第２面）を有する矩形平板形状のインターポーザ本体３８（樹脂製中継基板本体）を有している。そして、このインターポーザ本体３８は、厚さ０．３ｍｍ程度のＢＴ樹脂により形成された板材からなる。かかる板材の熱膨張係数は約１０ｐｐｍ／℃、ヤング率は１〜５ＧＰａ程度である。

従って、インターポーザ本体３８の熱膨張係数は、配線基板４１の熱膨張係数よりも小さく、かつ、ＩＣチップ２１の熱膨張係数よりも大きな値となっている。即ち、本実施形態のインターポーザ３１は、配線基板４１よりも低い熱膨張性を備えている。また、ＩＣチップ２１のヤング率が１９０ＧＰａ程度であるのに対し、インターポーザ本体３８のヤング率はそれよりも相当低くなっている。即ち、本実施形態のインターポーザ３１は、極めて低い剛性を備えている。また、本実施形態のインターポーザ本体３８は無機繊維及び無機フィラーを全く含んでいないため、インターポーザ本体３８における樹脂材料の含有量は重量比で９５％以上となっている。

インターポーザ３１を構成するインターポーザ本体３８には、上面３２及び下面３３を貫通する複数のビア３４（貫通孔）が格子状に形成されている。本実施形態では、ビア３４の直径が約１００μｍに設定され、隣接するビア３４，３４間の中心間距離（ビアピッチ）が約１５０μｍに設定されている。これらのビア３４は、配線基板４１が有する各面接続パッド４６の位置に対応している。そして、かかるビア３４内には、錫鉛はんだ（例えばＰｂ９０％−Ｓｎ１０％という組成のもの）を用いたはんだ柱３５が設けられている。各はんだ柱３５の上端は、上面３２から１００μｍほど突出したインターポーザ側はんだバンプ３６となっている。インターポーザ側はんだバンプ３６は、ＩＣチップ２１側の各面接続端子２２に電気的に接続されている。各はんだ柱３５の下端はインターポーザ本体３８の下面３３から殆ど突出しておらず、その表面には厚さ数μｍのニッケル−金めっき層３９が形成されている。一方、配線基板４１側の面接続パッド４６上には、基板側はんだバンプ３７が設けられている。各はんだ柱３５の下端側は、基板側はんだバンプ３７を介して各面接続パッド４６に電気的に接続されている。

そして、このような構造の半導体パッケージ１１では、インターポーザ３１のはんだ柱３５を介して、配線基板４１側とＩＣチップ２１側とが導通されている。ゆえに、インターポーザ３１を介して、配線基板４１−ＩＣチップ２１間で信号の入出力が行われるとともに、ＩＣチップ２１をＭＰＵとして動作させるための電源が供給されるようになっている。

ここで、上記構造の半導体パッケージ１１を製造する手順について説明する。

まず、下記の要領で配線基板４１を作製する。即ち、スルーホール導体５１を有するコア基板５２を用意し、従来公知のビルドアッププロセスによってその両面に、樹脂絶縁層４４と導体回路４５とからなるビルドアップ層を形成する。そして、図示しないソルダーレジストを必要に応じて形成した後、はんだペーストの印刷及びリフローを行って、各面接続パッド４６上に基板側はんだバンプ３７をそれぞれ設ける。本実施形態では、基板側はんだバンプ３７の形成にあたって、例えば共晶はんだ（Ｐｂ３６％−Ｓｎ６４％）等が用いられる。

次に、下記の要領でインターポーザ３１を作製する。

まず、出発材料である銅張積層板５５を用意する。図２に示されるように、この銅張積層板５５は、矩形状をなすＢＴ樹脂板５４の両面に銅箔５６を貼着したものである。次に、このような銅張積層板５５に対し、例えば炭酸ガスレーザーを用いたレーザー加工等を行って、銅張積層板５５の表裏を貫通する多数のビア３４を形成する（図３参照）。勿論、レーザー加工以外の穴あけ方法、例えばドリル加工等により、ビア３４の形成を行っても構わない。次に、前記銅張積層板５５の全面に対してパネルめっきを施し、これにより銅箔５６の表面及びビア３４の内面に銅めっき層５７を析出させる（図４参照）。次に、表裏両面の銅めっき層５７上に図示しないめっきレジストを形成し、この状態で銅めっき層５７における不要部分をエッチング除去して、インターポーザ本体３８を完成させる（図５参照）。ビア３４の開口部には、銅めっき層５７からなるランド部が残される。このようにして得られたインターポーザ本体３８を図示しないペースト印刷装置に移し、上面３２側に所定のはんだレジスト５８を設けた状態ではんだペースト６０を印刷する（図６参照）。このはんだレジスト５８には、各ビア３４がある位置に対応して多数の透孔５９が設けられている。はんだレジスト５８の厚さは、得ようとするインターポーザ側はんだバンプ３６の大きさに基づいて決定される。本実施形態ではその厚さを１５０μｍ〜２００μｍ程度に設定している。そして、上記のはんだペースト印刷を行うと、各透孔５９を介してはんだペースト６０が各ビア３４内に充填される（図７参照）。次に、インターポーザ本体３８の上面３２からはんだレジスト５８を除去する（図８参照）。このとき、ビア３４の上面側開口部から一部のはんだペースト６０が突出した状態となる。そして、リフローを行って、上端側にインターポーザ側はんだバンプ３６を有するはんだ柱３５を形成する（図９参照）。

上記のように、コア３４の内面には、はんだ濡れ性の高い銅めっき層５７が設けられている。このため、リフローにより溶融したはんだがコア３４の内面にて弾かれることがなく、濡れ広がってビア３４の内部にまで確実に行き渡る。よって、本実施形態のようにビア３４の径が小さい場合であっても、そのビア３４に対して確実にはんだを充填することができ、所望形状のはんだ柱３５を得ることができる。また、銅めっき層５７の介在によって、ビア３４の内面に対するはんだ柱３５の密着強度が上がるため、はんだ柱３５をコア３４内に確実に保持することができる。

さらに、図示しないめっきレジストを形成した状態で、厚さ１μｍ〜５μｍ程度の無電解ニッケルめっきを行い、さらに厚さ０．０１μｍ〜０．１μｍ程度の無電解ニッケルめっきを行う。このような２種類のめっきにより、はんだ柱３５の端面にニッケル−金めっき層３９を形成する（図１０参照）。以上の結果、図１１に示す所望構造のインターポーザ３１が完成する。

次に、完成した前記インターポーザ３１の上面３２にＩＣチップ２１を載置する。このとき、ＩＣチップ２１側の面接続端子２２と、インターポーザ側はんだバンプ３６とを位置合わせするようにする。そして、加熱してインターポーザ側はんだバンプ３６をリフローすることにより、インターポーザ側はんだバンプ３６と面接続端子２２とをフリップチップ接続する。その結果、図１２に示すＩＣチップ付きインターポーザ６１が完成する。

次に、インターポーザ３１側の各はんだ３５の下端面と、配線基板４１側の各基板側はんだバンプ３７とを位置合わせして（図１２参照）、配線基板４１上に前記ＩＣチップ付きインターポーザ６１を載置する。そして、各はんだ柱３５の下端面と各面接続パッド４６とを、各基板側はんだバンプ３７を介してそれぞれ接合する。この後、必要に応じてアンダーフィル（図示略）による界面の封止などを行えば、図１に示す半導体パッケージ１１が完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のインターポーザ３１は、低ヤング率のインターポーザ本体３８を使用して構成されている。そのため、樹脂製の配線基板４１がＸＹ方向に熱膨張または熱収縮したときでもインターポーザ３１がそれに追従して弾性的にひずむ（変形する）ことができる。また、はんだは比較的軟質な金属であるため剛性が低く、しかも各はんだ柱３５の一部はインターポーザ本体３８の上面３２から突出した状態にある。ゆえに、配線基板４１が熱膨張または熱収縮したときでも、はんだ柱３５がそれに追従して弾性的にひずむ（変形する）ことができる。よって、熱膨張係数差に起因して発生する応力の影響は、上記２つの部材がひずむことによる相乗効果によって、確実に軽減される。しかも、このインターポーザ本体３８は低熱膨張性という好ましい性質も備えている。

以上のことから、インターポーザ３１と他部品（即ち配線基板４１やＩＣチップ２１）との接合部分や、ＩＣチップ２１自身にクラックが発生しにくくなる。その結果、信頼性に優れた半導体パッケージ１１を得ることができる。

（２）概して樹脂材料はセラミック材料ほど高価ではないため、本実施形態のようにこれをインターポーザ本体３８の形成材料として使用することで、比較的安価なインターポーザ３１を実現することができる。また、はんだも比較的安価な材料であるため、本実施形態のようにこれを導体柱の形成材料として使用することで、比較的安価なインターポーザ３１を実現することができる。その結果、半導体パッケージ１１の低コスト化を容易に達成することが可能となる。勿論、本実施形態では配線基板４１についても樹脂製であり、このことは半導体パッケージ１１の低コスト化に確実に貢献している。

（３）しかも、本実施形態のインターポーザ本体３８は好適な絶縁性を有するＢＴ樹脂を材料として用いているため、はんだ柱３５との絶縁を図るための絶縁層を特に必要としない。よって、構造の簡略化及び低コスト化を達成することができる。

（４）なお、本実施形態の半導体パッケージ１１は以下のような手順で製造することもできる。図１３に示されるように、配線基板４１の上面４２にインターポーザ３１をはんだ付け等により接合することで、インターポーザ付き配線基板（中継基板付き基板）７１をあらかじめ作製する。その後、このインターポーザ付き配線基板７１の上面３２にＩＣチップ２１を接合し、所望の半導体パッケージ１１とする。
［第２実施形態］

次に、第２実施形態として、上記構造のインターポーザ３１を製造する別の方法について説明する。図１４，図１５は、インターポーザ３１の製造方法を説明するための部分概略断面図である。

本実施形態では、はんだ柱３５の形成にあたって、基本的に導体柱形成治具８１と荷重治具８２とを用いる。この場合、導体柱形成治具８１及び荷重治具８２は、耐熱性があって、かつ、溶融したＰｂ−Ｓｎ共晶はんだに濡れない材質を用いて構成されている。本実施形態ではこれらの治具８１，８２は、いずれもカーボン製である。導体柱形成治具８１の上面において、インターポーザ本体３８の各ビア３４に対応した位置には、先端が円錐状の凹部８３が形成されている。

そして、このような導体柱形成治具８１の上面に、インターポーザ側はんだバンプ３６が形成されるべき面を下側に向けて、インターポーザ本体３８を載置する。この状態で、インターポーザ本体３８の有する各ビア３４の上側開口部に、直径約１５０μｍ〜３００μｍの錫鉛共晶はんだ（Ｐｂ３６％−Ｓｎ６４％）ボール８４を載置し、さらに荷重治具８２を載置する（図１４参照）。

次いで、窒素雰囲気下で、最高温度２１０℃、１８３℃以上のリフロー炉にこれらを投入し、共晶はんだボール８４を加熱して溶融させる。すると、溶融した共晶はんだは、荷重治具Ｍの自重により下方に押圧される。その結果、図１５に示されるように、共晶はんだは、ビア３４内に充填されるとともに、ビア３４内面の銅めっき層５７に対して溶着する。また、ビア３４の下側開口部から突出した一部の共晶はんだは、凹部８３の形状に倣って略半球状に成形され、インターポーザ側はんだバンプ３６となる。そして、このようなリフローを行った後、冷却して共晶はんだを凝固させた後、ニッケル−金めっきを施せば、図１１等に示すインターポーザ３１を得ることができる。

なお、共晶はんだボール８４を、各ビア３４の上側開口部に載置するばかりではなく凹部８３内にも載置して、リフローを行ってもよい。この場合、加熱溶融した共晶はんだ同士が、表面張力の作用によりビア３４内にて一体化する。
［第３実施形態］

次に、図１６に基づいて、第３実施形態の半導体パッケージ１１及びその製造方法について説明する。図１６は、ＩＣチップ（半導体素子）２１と、インターポーザ（中継基板）９１と、配線基板（樹脂製基板）４１とからなる本実施形態の半導体パッケージ１１を示す概略断面図である。図１７〜図２３は、インターポーザ９１の製造過程を説明するための部分概略断面図である。

本実施形態の半導体パッケージ１１の場合、インターポーザ９１の有する各ビア３４の内面及びランド部に銅めっき層５７が形成されておらず、その点において第１実施形態のものと構造が異なっている。このような構造のインターポーザ９１は、例えば下記の要領で作製することができる。

ここでは、第１実施形態で用いた銅張積層板の代わりに、銅箔５６を有しないＢＴ樹脂板５４を出発材料として使用する（図１７参照）。そして、このＢＴ樹脂板５４に対してレーザー加工等を行って多数のビア３４を形成することにより、インターポーザ本体３８を形成する（図１８参照）。次に、所定のはんだレジスト５８を設け（図１９参照）、この状態ではんだペースト６０を印刷することにより、はんだペースト６０を各ビア３４内に充填する（図２０参照）。次に、はんだレジスト５８を除去し（図２１参照）、さらにリフローを行って上端側にインターポーザ側はんだバンプ３６を有するはんだ柱３５を形成する（図２２参照）。この後、下端側にニッケル−金めっき層３９を形成すれば（図２３参照）、図１６に示す所望構造のインターポーザ９１が完成する。

さて、本実施形態では、上記のようにビア３４内面に対する銅めっき層５７の形成を行わないことから、インターポーザ９１の構造を簡略化することができる。また、銅めっき層５７形成のためのパネルめっきもエッチングも行う必要がないため、その分だけ工数を少なくすることができる。以上のことから、本実施形態によればインターポーザ９１の低コスト化、ひいては半導体パッケージ１１の低コスト化をいっそう容易に達成することが可能となる。しかも、第１実施形態ではビア３４の開口部にランド部が存在していたのに対し、本実施形態ではランドレスになっている。それゆえ、はんだ柱３５を狭いピッチで配置することが可能となり、はんだ柱３５の多端子化や高密度化を容易に達成することができる。

以上説明した本発明は、上記第１実施形態〜第３実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限度において、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、図２４に示す別の実施形態のように、薄膜キャパシタ１０２を備えたインターポーザ１０１としてもよい。このインターポーザ１０１では、インターポーザ本体３８の上面３２側に樹脂絶縁層１０３，１０４が積層形成されている。樹脂絶縁層１０３，１０４にはそれぞれビア１０５が設けられ、それらのビア１０５内には導電体１０６（例えばはんだ等）が充填されている。インターポーザ本体３８の上面３２には、特定のはんだ柱３５（図２４において左側のはんだ柱３５）に電気的に接続する内層側電極１０７が形成されている。また、樹脂絶縁層１０３の上面には、前記特定のはんだ柱３５に隣接する別のはんだ柱３５（図２４において右側のはんだ柱３５）に電気的に接続する外層側電極１０８が形成されている。なお、内層側電極１０７及び外層側電極１０８は、一部が重なり合った状態で配置されるとともに、それらの間には強誘電体層１０９が設けられている。その結果、インターポーザ１０１の内部に、内層側電極１０７及び外層側電極１０８の間に強誘電体層１０９を挟み込んだ構造の薄膜キャパシタ１０２が構成されている。そして、このように構成すれば、電源ライン上のノイズ（電圧変動）を吸収することができるため、高付加価値化を達成することが可能となる。なお、図２４のものでは、はんだ柱３５の一部を下面３３側にて突出させているが、これを上面３２側にて突出させてもよい。

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面、及び第２面を有し、前記第１面及び前記第２面を連通させる複数の貫通孔を有し、ヤング率が２５ＧＰａ以下である略板形状の樹脂製中継基板本体と、第１端部及び第２端部を有し、前記第１端部が前記第１面から突出する状態で前記複数の貫通孔内に配置され、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数のはんだ柱と
を備えることを特徴とする中継基板。

（２）面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面、及び第２面を有し、前記第１面及び前記第２面を連通させる複数の貫通孔を有し、ヤング率が０．０１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下であって熱膨張係数が５．０ｐｐｍ／℃以上２０．０ｐｐｍ／℃以下の絶縁樹脂材料からなり、厚さが０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である略板形状の樹脂製中継基板本体と、第１端部及び第２端部を有し、前記第１端部が前記第１面から５０μｍ以上５００μｍ以下突出する状態で前記複数の貫通孔内に配置され、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数のはんだ柱とを備えることを特徴とする中継基板。

（３）面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面、及び第２面を有し、前記第１面及び前記第２面を連通させる複数のめっき付き貫通孔を有し、ヤング率が０．０１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下であって熱膨張係数が５．０ｐｐｍ／℃以上２０．０ｐｐｍ／℃以下の絶縁樹脂材料からなり、厚さが０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である略板形状の樹脂製中継基板本体と、その端部が前記第１面及び前記第２面のうちの少なくとも一方から突出する状態で前記複数のめっき付き貫通孔内に配置され、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数のはんだ柱とを備えることを特徴とする中継基板。

（４）前記半導体素子における少なくとも一辺は１０ｍｍ以上であり、前記半導体素子の厚さは１．０ｍｍ以上であることを特徴とする技術的思想１乃至３のいずれか１項に記載の中継基板。

（５）前記半導体素子は、熱膨張係数が２．０ｐｐｍ／℃以上５．０ｐｐｍ／℃未満であることを特徴とする技術的思想１乃至４のいずれか１項に記載の中継基板。

（６）前記貫通孔の直径は１００μｍ以下であり、隣接する前記貫通孔間の中心間距離は２００μｍ以下であることを特徴とする技術的思想１乃至５のいずれか１項に記載の中継基板。

ＩＣチップ（半導体素子）と、インターポーザ（中継基板）と、配線基板（基板）とからなる第１実施形態の半導体パッケージを示す概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 完成した第１実施形態のインターポーザを示す概略断面図。 第１実施形態の半導体パッケージを構成するＩＣチップ付きインターポーザ（半導体素子付き中継基板）を配線基板上に実装するときの状態を示す概略断面図。 第１実施形態の半導体パッケージを構成するにあたり、ＩＣチップをインターポーザ付き配線基板（中継基板付き基板）上に実装するときの状態を示す概略断面図。 前記インターポーザの別の製造方法を示す第２実施形態を説明するための部分概略断面図。 前記インターポーザの別の製造方法を示す第２実施形態を説明するための部分概略断面図。 ＩＣチップ（半導体素子）と、インターポーザ（中継基板）と、配線基板（基板）とからなる第３実施形態の半導体パッケージを示す概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 同インターポーザの製造方法を説明するための部分概略断面図。 薄膜キャパシタを備える別の実施形態のインターポーザを説明するための部分概略断面図。

符号の説明

２１…半導体素子としてのＩＣチップ
２２…面接続端子
３１，９１，１０１…中継基板としてのインターポーザ
３２…第１面としての上面
３３…第２面としての下面
３４…貫通孔としてのビア
３５…はんだ柱
３８…樹脂製中継基板本体としてのインターポーザ本体
４１…樹脂製基板
４６…面接続パッド
７１…中継基板付き基板としてのインターポーザ付き基板

Claims (2)

1. 面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面、及び第２面を有し、前記第１面及び前記第２面を連通させる複数の貫通孔を有する略板形状の樹脂製中継基板本体と、
   その端部が前記第１面及び前記第２面のうちの少なくとも一方から突出する状態で前記複数の貫通孔内に配置され、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数のはんだ柱と
   を備えることを特徴とする中継基板。
2. 熱膨張係数が１０．０ｐｐｍ／℃以上３０．０ｐｐｍ／℃以下であって面接続パッドを有する樹脂製基板を備え、かつ、
   面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面、及び前記樹脂製基板の表面上に実装される第２面を有し、前記第１面及び前記第２面を連通させる複数の貫通孔を有する略板形状の樹脂製中継基板本体と、
   その端部が前記第１面及び前記第２面のうちの少なくとも一方から突出する状態で前記複数の貫通孔内に配置され、前記面接続端子及び前記面接続パッドと電気的に接続されるべき複数のはんだ柱とを有する中継基板を備えた
   ことを特徴とする中継基板付き基板。

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