JP2008021712A - 半導体モジュールならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた信頼性を持って受動部品を実装でき、インターポーザー上の省スペース化及び半導体モジュールの小型化を可能にする半導体モジュールならびにその製造方法を提供する。
【解決手段】ボンディングパッド２１を有する第１インターポーザー１０と、第１インターポーザー１０に搭載されるＩＣチップ１２と、ＩＣチップ１２の裏面１２ｂ上に搭載され、能動面１２ａにパッド間配線１７及び接続パッド１８を有する第２インターポーザー１１と、第２インターポーザー１１の接続パッド１８上に搭載される受動部品１４’と、を備え、接続パッド１８とボンディングパッド２１とがボンディングワイヤ２５によって電気的に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体モジュールならびにその製造方法に関するものである。

従来の半導体モジュールは、インターポーザー上にＩＣチップ（ＩＣチップ）、抵抗、コンデンサ及びコイル等の受動部品を平面的に配置した構成となっている。また、ＩＣチップに至っては、複数のＩＣチップを積層構造とすることにより小型化が図られており、ＩＣチップとインターポーザーとの電気的な接続方法として、ワイヤーボンディングもしくは貫通電極により行なうことが一般的に用いられる方法であった。

特許文献１には、モジュール基材上にベアチップ半導体とボンディング対応の電極を有する受動部品を実装し、これらのチップの電極上に設けたバンプによってマザーボー
ドに接続する方法が開示されている。

特許文献２には、ハンダバンプをキャリア上に設けることで各ＩＣチップを各接続パッドでキャリアに接合できるような構成が開示されている。

特許文献３には、半導体装置と該半導体装置を実装する配線基板との電気的な接続を、配線基板に形成された貫通電極により行なうことが開示されている。
特開平１１−２２００８９号公報 特開平５−２０６３７９号公報 特開２００２−３５９３４１号公報

しかしながら、上述した従来技術には、以下のような問題が存在する。
近年、ＩＣチップ及び受動部品の高集積化に伴いＩＣチップ等の外部接続端子が狭小化、狭ピッチ化される傾向にあり、それに従いインターポーザー上に形成される配線パターンも狭ピッチ化される傾向にある。このような構成では、半導体モジュールとしての小型化を図ることは困難であるとともに、配線間の短絡の虞もあることから品質信頼性の問題も兼ねていた。

ＩＣチップを高密度実装することを目的として、複数のＩＣチップを一つのＩＣパッケージに３次元的に納めるシステムインパッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ；ＳｉＰ）の実用化が進められてきている。このＳＩＰ技術は、超小型化を必須とする携帯電話やデジタルカメラなどのモバイル製品を中心に急速に広まってきており、異機種チップの混載や大容量メモリの搭載等を可能とすることにより、機器の小型軽量化を図ることができるというものである。

最近においては、ＳＩＰ技術を応用してＩＣチップ上に複数の受動部品を搭載した形態が提案され始めている。この構成では、搭載した受動部品の電極とインターポーザーの電極とがワイヤーボンディングにより接続されている。このような構成によれば、第１のインターポーザー上の省スペース化に伴う半導体モジュールの小型化を図ることができる。しかしながら、受動部品の上部に設けられた電極上からボンディングワイヤが直接配されることから、ボンディングワイヤのループ高さ分だけ半導体モジュールの厚みが増していた。また、ボンディングワイヤの低プロファイル化、つまりワイヤループの高さを低く抑えようとする場合には、ボンディングワイヤがＩＣチップの端部に接触してショートを引き起こしたり、ボンディングワイヤが切れてしまう虞があった。
このようなことから、品質の信頼性を確保しつつ半導体モジュールの薄型化（小型化）を図ることが課題となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた信頼性を持って受動部品を実装でき、インターポーザー上の省スペース化及び半導体モジュールの小型化を可能にする半導体モジュールならびにその製造方法を提供することにある。

ＩＣチップ上に複数の受動部品を搭載した従来の形態は、ＩＣチップの裏面上に受動部品を搭載させ、能動面側をインターポーザー側に向けてフリップチップ実装する構成となっている。しかしながらこの構成では、ＩＣチップの能動面のみならず、受動部品が搭載される裏面上にも配線形成を施す必要があることから、生産プロセス工程がどうしても煩雑になってしまうという問題があった。

本発明の半導体モジュールは、上記課題を解決するために、インターポーザー上に、能動面がインターポーザー側を向くように実装されたＩＣチップを搭載してなる半導体モジュールにおいて、導通接続部を有する第１のインターポーザーと、該第１のインターポーザーに搭載されるＩＣチップと、該ＩＣチップの裏面上に搭載され、表面に配線及び接続パッドを有する第２のインターポーザーと、該第２のインターポーザーの接続パッド上に搭載される受動部品と、を備え、接続パッドと導通接続部とがボンディングワイヤによって電気的接続されていることを特徴とする。

本発明の半導体モジュールによれば、ＩＣチップ上に搭載される第２のインターポーザー上に受動部品が搭載されることから、ＩＣチップにおける能動面側の配線形成と、第２のインターポーザーの配線形成とを分けることができる。そのため、配線形成がなされたＩＣチップ及び第２のインターポーザーを予め用意しておくことができる。ところが従来のように、ＩＣチップの裏面上に受動部品を搭載する場合には、能動面側の配線形成のみならず、裏面側にも配線形成を施さなければならないことから形成プロセス工程が煩雑になってしまっていた。これに対して本発明によれば、上述したように第２のインターポーザー上に受動部品を搭載する構成となっているため、ＩＣチップの裏面側に配線形成を施す必要がなくなる。これにより、ＩＣチップ及び第２のインターポーザーの形成作業プロセスを分けることができるので、スループットが向上して製造効率を良くすることができる。

また、第１のインターポーザーと第２のインターポーザーとの電気的導通が、接続パッド及び導電接続部間のワイヤーボンディングにより行なわれていることから、受動部品上からボンディングワイヤが突出していた従来の構成と比べると半導体モジュール全体を薄型化することができる。また、第２のインターポーザー上に受動部品を搭載した構成となっているので、第１のインターポーザー上の省スペース化に伴う半導体モジュールの小型化を図ることができるとともに、第１のインターポーザー上の配線の引き廻しを少なくすることができる。以上のことから、第１のインターポーザーの配線設計の自由度が増すのでデザイン対応力を向上させることが可能となる。

このように、第１のインターポーザー上の省スペース化及び半導体モジュールの小型化を可能にするとともに、生産プロセスの簡略化を図ることで生産性を向上させることを可能にする半導体モジュールを提供することができる。

また、第２のインターポーザーは、有機基板、セラミック基板、ガラス基板のいずれかからなることも好ましい。
これによれば、受動部品及びＩＣチップに合わせて、有機基板、セラミック基板、ガラス基板のいずれかから適宜選択することができ、信頼性を向上させることができる。また、これらは絶縁体でかつ加工が容易なものである。

また、第２のインターポーザーは、その表面に接続パッドと電気的に接続された配線が設けられ、この配線の最表層が金めっきされていることも好ましい。
このような構成によれば、配線の最表層が金めっきされていることによって、例えば、Ｃｕからなる配線の酸化や腐食を防いで配線を保護することができる。

また、第２のインターポーザーの裏面に金めっきが施されていることも好ましい。
このような構造によれば、例えば、第２インターポーザーをＩＣチップへ搭載する際にダイアタッチ材を介在させる場合に、ダイアタッチ材に対する第２インターポーザーの接着性を良くすることができる。これにより、ＩＣチップ上へインターポーザーを確実に実装させることができる。

また、ＩＣチップは、能動面に電極端子が設けられ、該電極端子は金バンプもしくははんだバンプにより構成され、電極端子が第１のインターポーザー側のＩＣチップ接続用電極に対して接続されるように、第１のインターポーザー上にＩＣチップをフリップチップ実装することができる。
このような構造によれば、フリップチップ実装技術により、小型化が図れるとともに実装が容易となる。また、ベアチップ（ＩＣチップ）をそのまま実装するため、短時間で生産でき、ローコスト化への対応力に優れたものとすることができる。

また、ＩＣチップと第１のインターポーザーとが、異方性導電性フィルム、異方性導電性ペースト、非導電性ペースト、のうちのいずれかからなる第１の接合材により接合されていることも好ましい。
このような構造によれば、ＩＣチップが第１のインターポーザーにフリップチップ実装されているため、これら樹脂系接合材（ＡＣＦ、ＡＣＰ、ＮＣＰ）からなる第１接合材を介してＩＣチップが第１のインターポーザー上に密着固定される。したがって、ＩＣチップの第１のインターポーザーに対する接合強度を向上させることができる。導電性粒子を含むＡＣＦ、ＡＣＰにより、フリップチップ実装時に熱圧着することで、圧着部分、つまり、ＩＣチップと第１のインターポーザーとの接続部分における接続方向に対しては導電性を示す一方、接続部分に直交する方向に対しては絶縁性という電気的異方性を示すことになる。電気的異方性は、ＩＣチップ及び第１のインターポーザーの電極端子間に少なくとも一つの導電性粒子が存在することによって可能となる。これらのことから、対向するＩＣチップ及び第１のインターポーザーの電極端子同士を電気的に導通させるだけでなく、接続部分を機械的に固定することができる。一方、ＮＣＰは非導電性であるので、接続してはならない第１のインターポーザーの電極端子とＩＣチップの電極端子との絶縁保護を図ることができる。

また、ＩＣチップと第１のインターポーザーとの間に、アンダーフィル材からなる第１の接合材が充填されたことも好ましい。
このような構造によれば、ＩＣチップと第１のインターポーザーとの接合にアンダーフィル材からなる第１接合材を用いることにより、ＩＣチップ及び第１のインターポーザー間に生じる熱膨張係数の相違により生じる応力を吸収することができる。これにより、ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信頼性の向上、及び衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性の向上を図ることができる。

また、ボンディングワイヤは、金又はアルミから形成されていることも好ましい。
このような構造によれば、電気抵抗が非常に小さく、加工も施し易い。

また、受動部品は、導電性樹脂或いは無鉛はんだからなる第２の接合材を介して第２のインターポーザー上に搭載されることも好ましい。
このような構造によれば、受動部品がはんだ或いは導通性接着剤からなる第２接着材を介して電極パッド上に搭載されることから、受動部品と電極パッドとを電気的に接続することができるとともに、受動部品をインターポーザー上へと機械的に固定することができる。

また、受動部品は、電極の表面に金めっきが施されていることも好ましい。
このような構成によれば、受動部品の表面に金めっきが施されていることから、金、アルミからなるワイヤーボンディングの接合を良好にすることができる。これにより、安定した電気的接続を確保することができる。

また、受動部品、第２のインターポーザー及びＩＣチップは、モールド材により封止された形態であることも好ましい。
このような構造によれば、受動部品、第２のインターポーザー及びＩＣチップをモールド材によって封止することでパッケージ化されることから、受動部品、第２のインターポーザー及びＩＣチップを機械的又は化学的に保護することができるとともに取り扱いも容易となる。

本発明の製造方法によれば、第２のインターポーザーシート上に受動部品を搭載する工程と、第２のインターポーザーシートをダイシングして複数の第２のインターポーザーを形成する工程と、ＩＣウェハ上に、受動部品を搭載した第２のインターポーザーを搭載する工程と、ＩＣウェハをダイシングして複数のＩＣチップを形成する工程と、第１のインターポーザーシート上に、第２のインターポーザーを搭載したＩＣチップを搭載する工程と、受動部品の電極と第１のインターポーザーの導電接続部とをワイヤーボンディングする工程と、ＩＣチップ、第２のインターポーザー及び受動部品をモールド材によって封止する工程と、インターポーザーシートをダイシングして複数のインターポーザーを形成する工程、とを備えたことを特徴とする。

このような製造方法によれば、受動部品を第２のインターポーザー上に搭載して、ＩＣチップの裏面上には搭載しないことから、ＩＣチップの裏面側に配線を形成する工程を削減することができる。これにより、ＩＣチップ側の配線形成と、第２のインターポーザー側の配線形成とを分けることができるので、ＩＣチップ及び第２のインターポーザーを予め形成しておくことができる。よって、後は第２のインターポーザー、ＩＣチップ、受動部品を各々実装させるだけでよいため、作業が簡略化されて作業時間を短縮することができる。

また、ＩＣチップの接続パッド上へ受動部品を搭載する工程において、接続パッド上に、印刷法、ディスペンス法、インクジェット法のいずれかによって導電性樹脂或いは無鉛はんだからなる第２接合材を供給した後、受動部品を搭載し、第２の接合材を加熱することによって、受動部品と接続パッドとを接合させることも好ましい。

このような製造方法によれば、受動部品を第２接合材を介して接続パッド上へと搭載することにより、受動部品と接続パッドとの電気的な接続が得られるとともに、受動部品を接続パッド上へと確実に固定させることができる。また、第２接合材の供給方法は、材料によって適宜選択することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
図１は、本実施の形態における半導体モジュールの構成を示す斜視図であって、図２は、半導体モジュールの概略構成を示す側断面図である。また、図３は、ワイヤーボンディングの態様を示す拡大平面図である。

本実施形態の半導体モジュール１は、図１に示すように、第１インターポーザー１０、第２インターポーザー１１、ＩＣチップ１２、複数の受動部品１４，１４’、さらにこれら第２インターポーザー１１、ＩＣチップ１２及び受動部品１４，１４’を封止するモールド材１６からなるシステムインパッケージ（ＳｉＰ）の構成をなすものである。

第１インターポーザー１０は、平面視矩形状を呈するその主面１０ａに、裏面１２ｂ側に第２インターポーザー１１を搭載したＩＣチップ１２、複数の受動部品１４、発振素子２４（図示略）を搭載している。

ＩＣチップ１２は、能動面１２ａ側を第１インターポーザー１０の主面１０ａに対向させた状態でフリップチップ実装されている。このときＩＣチップ１２は、第１インターポーザー１０の長辺より短い長辺を有する平面視矩形状を呈しており、その長辺を第１インターポーザー１０の長辺に沿わせた方向で搭載されている。そして、第１インターポーザー１０の主面１０ａ及びＩＣチップ１２の能動面１２ａ間に介在するダイアタッチ材３３によって、ＩＣチップ１２が第１インターポーザー１０上に固定されている。

受動部品１４は、ＩＣチップ１２の周辺部に配置されるとともに第１インターポーザー１０の各辺に沿って配列されている。さらに、ＩＣチップ１２及び受動部品１４とは干渉しない位置に水晶振動子等の発振素子２４が搭載されている。このような発振素子２４を用いた発振回路を形成することで、半導体モジュール１の発振動作が安定化される。

第２インターポーザー１１は、ＩＣチップ１２と同様の形状をなしており、その裏面１１ｂ側をＩＣチップ１２の裏面１２ｂ側に対向させた状態で搭載されている。さらに、主面１１ａ（表面）上には複数の受動部品１４’が搭載されており、これら受動部品１４’と第１インターポーザー１０とがワイヤーボンディング方式により電気的に接続されている。

ここで、受動部品１４，１４’は、例えば、プルダウン抵抗やプルアップ抵抗等の抵抗、カップリングコンデンサ等のコンデンサ、コイル、インダクタであって、これら受動部品１４，１４’は、図１に示すように一対の電極１４ａ，１４ａを有したものである。特に、受動部品１４’における各電極１４ａの表面には、Ａｕめっきが施されており、これによって、後述するボンディングワイヤ２５との接合性を向上させている。

モールド材１６は、受動部品１４，１４’、第２インターポーザー１１、ＩＣチップ１２を埋め込むようにして、第１インターポーザー１０の主面１０ａ全体に形成されている。このようにして、本実施形態の半導体モジュール１が構成されている。

次に、図１〜３に基づいて半導体モジュールの構成についてより詳しく説明する。
第１インターポーザー１０は、例えばガラス繊維を含んだエポキシ樹脂（ガラス・エポキシ樹脂）のような汎用樹脂を主体として構成された配線基板であって、各種電子機器のマザーボードに実装する際の中継基板として機能するものである。

図２に示すように、第１インターポーザー１０の裏面１０ｂ側には、後述の主面１０ａ側における所定の第１インターポーザー側接続パッド部１９及びボンディングパッド２１に接続された電極部２７が形成されており、それぞれの電極部２７上にバンプボール等を接続することで構成される電極端子２６を複数有している。この第１インターポーザー１０の電極端子２６が、半導体モジュール１の外部接続端子として機能することになる。

第１インターポーザー１０の主面１０ａ（上面）には、配線（図示略）及びＩＣチップ接続用電極２２が形成されている。さらに、このＩＣチップ接続用電極２２を避けるようにして、受動部品１４を搭載するための第１インターポーザー側接続パッド部１９（接続パッド）と、ワイヤーボンディングにより第２インターポーザー１１との電気的な接続を得るためのボンディングパッド２１（導電接続部）とが形成されている。

第１インターポーザー側接続パッド部１９は、図１に示すように、搭載すべき受動部品１４の数に応じて主面１０ａの周縁に配列されている。第１インターポーザー側接続パッド部１９は、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等によって平面視矩形状に形成される一対の電極パッド１９ａ，１９ａから構成されている。そして、各電極パッド１９ａ，１９ａは、互いの配置方向を第１インターポーザー１０の各辺に沿わせた状態で、互いに所定間隔をおいて配置されている。この第１インターポーザー側接続パッド部１９の構成材料については、第１インターポーザー側接続パッド部１９に必要とされる電気的特性及び物理的特性に応じて適宜変更が可能である。また、ボンディングワイヤ２５の材質によっても適宜変更可能となっている。

このような第１インターポーザー側接続パッド部１９上に受動部品１４が搭載されるのであるが、このとき受動部品１４は、その各電極１４ａ，１４ａが一対の電極パッド１９ａ，１９ａにそれぞれ接続するような方向で配置される。そのため、電極パッド１９ａ，１９ａの配置間隔を受動部品１４の電極１４ａ，１４ａの位置に合わせて適宜設定されるようにする。

図２に示すように、受動部品１４は第１インターポーザー側接続パッド部１９上に供給される接着材５（第２接合材）を介して搭載されている。接着材５としては、無鉛はんだや導電性を有する樹脂等が用いられ、印刷法、ディスペンス法（定量吐出法）及びインクジェット法のいずれかにて第１インターポーザー側接続パッド部１９上に供給される。このような材料を用いることにより、受動部品１４の各電極１４ａ，１４ａが、第１インターポーザー側接続パッド部１９の電極パッド１９ａ，１９ａとそれぞれ電気的に接続されるとともに、ＩＣチップ１２に対して受動部品１４が機械的に固定されることになる。なお、接着材５に関して、環境に配慮する意味では無鉛はんだが好ましい。

ボンディングパッド２１は、図１，２に示すように、Ａｌ又はＡｕ等から例えば平面視矩形状に形成され、第１インターポーザー１０の主面１０ａの二つの長辺に沿うとともに少なくとも第１インターポーザー側接続パッド部１９よりも内方側（ＩＣチップ１２の近傍）に配置されている。本実施形態におけるボンディングパッド２１は、後述のボンディングワイヤ２５と同様の材料であることが好ましい。

そして、第１インターポーザー１０には、これらＩＣチップ接続用電極２２、第１インターポーザー側接続パッド部１９及びボンディングパッド２１を露出させるようにして主面１０ａ全体を覆う絶縁層２が設けられている。本実施形態における絶縁層２は、ＳｉＯ２等により０．１μｍ〜１．０μｍ程度の厚さで形成されている。
このような構成をなす第１インターポーザー１０の主面１０ａ上にＩＣチップ１２が搭載される。

ＩＣチップ１２は、図１、２に示すように、シリコンにより所定の厚さを有して平面視矩形状に形成され、その能動面１２ａ側にトランジスタやメモリ部、その他の電子部品からなる集積回路（不図示）が形成されてなるものである。能動面１２ａには複数の電極端子１３が形成されている。電極端子１３は、能動面１２ａに形成された不図示の電極上の所定箇所に、金バンプ若しくはハンダバンプ等が形成されることにより構成され、断面視において円形状又は正方形状を呈している。そして、これら電極端子１３の下方には集積回路が形成されないようになっている。

このようなＩＣチップ１２は、電極端子１３が第１インターポーザー１０側のＩＣチップ接続用電極２２に対して接続されるように、第１インターポーザー１０上に実装されている。ＩＣチップ１２は、能動面１２ａ側に形成された電極端子１３と第１インターポーザー１０側のＩＣチップ接続用電極２２とが接続することによって、第１インターポーザー１０側との電気的な導通を得ている。そして、ＩＣチップ１２は、ＩＣチップ１２の能動面１２ａと第１インターポーザー１０の主面１０ａとの隙間に充填される接合材１５（第１接合材）を介して第１インターポーザー１０へと固定された構成となっている。

接合材１５には、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）及び非導電性ペースト（ＮＣＰ：Non-Conductive Paste）、アンダーフィル材のうちのいずれかが用いられている。

ここで、ＡＣＦ、ＡＣＰを用いる場合には、含まれる導電性粒子により、ＩＣチップ１２の電極端子１３と第１インターポーザー１０のＩＣチップ接続用電極２２との接続部分における接続方向に対しては導電性を示す一方、接続部分に直交する方向に対しては絶縁性という電気的異方性を示すことになる。電気的異方性は、ＩＣチップ１２の電極端子１３と第１インターポーザー１０のＩＣチップ接続用電極２２との間に少なくとも一つの導電性粒子が存在することによって可能となる。そのため、対向する電極端子１３及びＩＣチップ接続用電極２２同士を電気的に導通させるだけでなく、接続部分が機械的に固定される。

接合材１５としてＮＣＰ及びアンダーフィル材を用いる場合には、電極端子１３及びＩＣチップ接続用電極２２との接続を保持した状態で、ＩＣチップ１２及び第１インターポーザー１０を固定させることができる。また、ＮＣＰ及びアンダーフィル材は非導電性であるので、接続されてはならない第１インターポーザー１０側の電極とＩＣチップ１２側の電極との絶縁保護を図ることができる。

このようにして、ＩＣチップ１２が第１インターポーザー１０に対してフリップチップ実装されることによって、ＩＣチップ１２の能動面１２ａが第１インターポーザー１０側と電気的に接続されている。

一方、ＩＣチップ１２の能動面１２ａとは反対側の面（裏面１２ｂ）には、その全面に塗布されたダイアタッチ材３３を介して第２インターポーザー１１が搭載されている。ダイアタッチ材３３は、大面積の接着用途に使用しても十分な低応力性を有し且つ良好な接着性を示す樹脂組成物である。また、例えば銀フィラー入りのエポキシ樹脂ペースト（銀ペースト）等であっても、鉛を含んだ多元系金属からなるものでもよい。

第２インターポーザー１１は、絶縁体でかつ加工が容易な有機基板、セラミック基板、ガラス基板のいずれかから形成されている。そのため、第２インターポーザー１１の裏面１１ｂには、ダイアタッチ材３３との接着性を良くするためにＡｕめっきが施されている。Ａｕめっきは、工程管理等が容易な電解めっきによるのが一般的であるが、これに限ったことではない。本実施形態においては、裏面１２ｂ全体にＡｕめっきを施すことによって、ダイアタッチ材３３を介して第２インターポーザー１１をＩＣチップ１２上へと固定することができる。

一方、第２インターポーザー１１の主面１１ａには、その周縁に、複数の第２インターポーザー側接続パッド部１８（接続パッド）とパッド間配線１７とが形成されている。第２インターポーザー側接続パッド部１８は、上記した第１インターポーザー側接続パッド部１９と同様の構成をなしている。パッド間配線１７は、複数の第２インターポーザー側接続パッド部１８のうちのいずれかを繋ぐようにして形成されている。

第２インターポーザー側接続パッド部１８は、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等より平面視矩形状に形成される一対の電極パッド１８ａ，１８ａを有してなり、各電極パッド１８ａ，１８ａの配置方向が裏面１２ｂの二つの長辺に沿うようにして配列されている。この第２インターポーザー側接続パッド部１８の構成材料についても、第２インターポーザー側接続パッド部１８に必要とされる電気的特性及び物理的特性に応じて適宜変更が可能であるとともに、後述するボンディングワイヤ２５の材質によっても適宜変更可能となっている。

そして、このような第２インターポーザー側接続パッド部１８には、当該第２インターポーザー側接続パッド部１８上に供給される接着材５を介して受動部品１４’が搭載されている。このとき、図３に示すように、受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａが第２インターポーザー側接続パッド部１８の各電極パッド１８ａ，１８ａにそれぞれ接続されるようにして配置される。

また、図１に示すように、第２インターポーザー１１の主面１１ａには、所定の第２インターポーザー側接続パッド部１８間を繋ぐようにして配されるパッド間配線１７が形成されている。パッド間配線１７は、金、銀、銅、ニッケルのうちのいずれか１つ、或いは２つ以上を組み合わせてなる材料から構成され、めっき法、印刷法、インクジェット法、スパッタ法、ディスペンス法のいずれかにより形成されたものである。

例えば、パッド間配線１７の構成材料をニッケル−金とした場合、本実施形態においては、ニッケルが５．０μｍ、金が０．２〜１．０μｍ程度の厚みを有して形成される。このような材料を用いることで、安価に且つ接続信頼性に優れた配線を形成することができる。

なお、必要に応じてパッド間配線１７の最表面にＡｕめっき層（不図示）を形成してもよく、これにより、電流リークの発生、酸素や水分等による浸食等が防止されるので安定した接続が可能となる。

そして、図２，３に示すように、第１インターポーザー１０と第２インターポーザー１１とは、第２インターポーザー側接続パッド部１８及びボンディングパッド２１間を繋ぐボンディングワイヤ２５によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤ２５としては、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等の金属材料を用いて、例えば、５．０μｍ程度で構成されたものを使用する。ＡｌやＡｕは、電気抵抗が非常に小さく、加工も施し易い。

また、受動部品１４’の電極１４ａ，１４ａの表面には金めっきが施されていることから、電極１４ａ，１４ａと上記材料からなるボンディングワイヤ２５との接合性が良い。さらに、ボンディングパッド２１においても、ボンディングワイヤ２５を構成する材料（Ａｌ又はＡｕ等）と同じ材料により形成されていることから、ボンディングパッド２１とボンディングワイヤ２５との接合性が良い。これにより、安定した接続を確保することができる。

このように、第２インターポーザー側接続パッド部１８及びボンディングパッド２１を、ボンディングワイヤ２５と同じ材料により構成することによって、第２インターポーザー側接続パッド部１８及びボンディングパッド２１に対するボンディングワイヤ２５の接合性が良好なものとなる。これにより、ワイヤーボンディングの接続信頼性を向上させることができる。

また、発振素子（不図示）は、接着材５を介して主面１０ａの所定箇所に搭載する。

モールド材１６は、第２インターポーザー１１、ＩＣチップ１２、受動部品１４，１４’及び発振素子２４の全てを埋め込むようにして、第１インターポーザー１０の主面１０ａ上に形成されている。モールド材１６としては、所定の粒径のシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系樹脂からなるものを使用する。このように、モールド材１６によって、第２インターポーザー１１、ＩＣチップ１２、受動部品１４，１４’及び発振素子２４を封止することにより、これら第２インターポーザー１１、ＩＣチップ１２、受動部品１４，１４’及び発振素子２４に対する機械的又は化学的な保護を得ることができる。

このような構成の半導体モジュール１は、第１インターポーザー１０に接続される電極端子２６を介して各種電子機器のマザーボードに実装されることになる。

なお、ＩＣチップ接続用電極２２及び電極部２７は、主面１０ａ及び裏面１０ｂの周辺部にそれぞれ形成される電極素子から引き廻された再配置配線の一部が電極として機能するものである。本実施形態において、電極素子及び再配置配線についての説明は省略してあるがこれは従来公知の構成である。

次に、本実施形態の半導体モジュールの製造方法について説明する。
図４は、ＩＣチップの基体（基板本体）となるシリコンＩＣウェハ、第１のインターポーザーの基体となる第１インターポーザーシート、第２のインターポーザーの基体となる第２インターポーザーシートを示す斜視図である。また、図５は、本実施形態の第２インターポーザーの製造手順を示す工程図である。図６は、本実施形態のＩＣチップの製造手順を示す工程図である。図７，８は、本実施形態における半導体モジュールの製造手順を示す工程図である。

半導体モジュール１を製造するには、ＩＣチップ１２、第２インターポーザー１１、受動部品を予め用意する必要がある。そのため、まずは、ＩＣチップ１２及び第２インターポーザー１１の製造方法について、図４とともに図５、６に基づいて説明するものとし適宜図２を参照する。

第２インターポーザー１１及びＩＣチップ１２は、ウェハの状態において一括して配線及びバンプ等の形成を行ってから個々の第２インターポーザー１１及びＩＣチップに分離する、Ｗ−ＣＳＰ（Wafer level Chip Scale Package）技術を利用して形成される。

まず、第２インターポーザー１１の製造方法について説明する。
第２インターポーザー１１を製造するにあたっては、図４に示すような有機基板、セラミック基板或いはガラス基板のいずれかからなる第２インターポーザーシート３５を用意する。この第２インターポーザーシート３５は、ダイシングラインＬによって区画される複数の第２インターポーザー領域３６を有してなるものである。

以下の説明では、図４とともに図５を参照し、第２インターポーザーシートの１つの第２インターポーザー領域における構成に着目して述べることにする。なお、図５は、第１インターポーザーシートの１つの第２インターポーザー領域における構成を中心に図示してある。

まず、図５（ａ）に示すように、主面３５ａ（第２インターポーザー１１の主面１１ａに相当）における第２インターポーザー領域３６毎に所定数の第２インターポーザー側接続パッド部１８及びパッド間配線１７を形成し、その最表層に金めっき層（不図示）を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、第２インターポーザーシート３５の第２インターポーザー側接続パッド部１８上に接着材５を供給する。接着材５の供給方法としては、上記した印刷法、ディスペンス法（定量吐出法）及びインクジェット法のいずれかにて第２インターポーザー側接続パッド部１８上に供給するものとする。その後、供給された接着材５の上に受動部品１４’を搭載して固定することによって、受動部品１４’及び第２インターポーザー側接続パッド部１８を接着材５を介して電気的に接続させる。

なお、受動部品１４’の搭載には、既存のＳＭＴ(Surface Mounting Technology)マウンターやダイボンダーを用いることができる。

一方、第２インターポーザーシート３５の裏面３５ｂにおいては、その全面に金めっき層（不図示）を従来公知の方法で形成する。本実施形態においては、例えば電界めっきによって所定の厚さに形成する。

その後、第２インターポーザーシート３５をダイシングラインＬに沿ってダイシング（切断）する。具体的には、図４に示すダイヤモンドブレード４０を用いて切断するものとしており、これによって図５（ｃ）に示すような第２インターポーザー１１が複数形成される。このようにして、第２インターポーザー１１を製造する。

次に、ＩＣチップ１２の製造方法について説明する。
ＩＣチップ１２を製造するにあたっては、図４に示すような単結晶シリコンからなるシリコンＩＣウェハ４を用意する。そして、その主面４ａ（ＩＣチップ１２の能動面１２ａに相当）に集積回路及び電極を形成し、その後、集積回路、電極を覆うようにしてシリコンＩＣウェハ４上にパッシベーション膜を一面に形成する。このシリコンＩＣウェハ４は、ダイシングラインＬによって区画される複数のＩＣチップ形成領域３を有してなるものである。そして、裏面４ｂにおけるＩＣチップ形成領域３毎に所定数の電極端子１３（図２参照）が存在するように構成される。なお、図４において、集積回路、電極、パッシベーション膜の図示は省略するものとする。

以下の説明では、図４とともに図６を参照し、シリコンＩＣウェハの１つのＩＣチップ形成領域における構成に着目して述べることにする。なお、図６は、シリコンＩＣウェハの１つのＩＣチップ形成領域における構成を中心に図示してある。

まず、図６（ａ）に示すように、電極端子１３を、主面４ａの各ＩＣチップ形成領域３（図４参照）の周辺部に位置する不図示の電極上に、金バンプ若しくはハンダバンプ等を公知の方法で所定高さに一括形成する。また、その高さは適宜設定されるものとするが、全てのバンプの高さを均一として所定パターンで形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、シリコンＩＣウェハ４の裏面１２ｂ全体にダイアタッチ材３３を所定の厚さで塗布する。その後、図６（ｃ）に示すように、ＩＣチップ形成領域３毎に第２インターポーザー１１を搭載する。このとき、第２インターポーザー１１の裏面１１ｂ側をシリコンＩＣウェハ４の裏面４ｂ側（ダイアタッチ材３３側）に対向させた状態で搭載する。このようにして、複数のインターポーザー１１をダイアタッチ材３３を介してシリコンＩＣウェハ４へと固定する。

次に、シリコンＩＣウェハ４をダイシングラインＬに沿ってダイシング（切断）する。具体的には、図４に示すダイヤモンドブレード４０を用いて切断するものとしており、これによって図６（ｄ）に示すように、第２インターポーザー１１を搭載したＩＣチップ１２を複数形成する。このようにして、第２インターポーザー１１を搭載したＩＣチップ１２を製造する。

次に、半導体モジュール１の製造方法について説明する。
半導体モジュール１を製造するには、第２インターポーザー１１を搭載したＩＣチップ１２、複数の受動部品１４を揃え、さらに、図４に示すような、複数の第１インターポーザー１０を多面取り可能な第１インターポーザーシート３０を用意する。

第１インターポーザーシート３０は、図４に示すように、ダイシングラインＬによって区画される複数のインターポーザー領域３１を有してなるもので、その主面３０ａには、インターポーザー領域３１毎に所定数のボンディングパッド、インターポーザー側接続パッド部が形成されている。一方、裏面３０ｂには電極端子が既に形成されているものとする。図４において、電極端子、ボンディングパッド、インターポーザー側接続パッド部の図示は省略する。

以下の説明では、図４とともに図７，８を参照し、第１インターポーザーシートの１つの第１インターポーザー領域における構成に着目して述べることにする。なお、図７，８は、第１インターポーザーシートの１つの第１インターポーザー領域における構成を中心に図示してある。

まず、図７（ａ）に示すように、第１インターポーザーシート３０の主面３０ａにおける各インターポーザー領域３１の所定箇所に、第２インターポーザー１１を搭載したＩＣチップ１２をフリップチップ方式で実装する。このようにして、ＩＣチップ１２の電極端子１３と第１インターポーザーシート３０のＩＣチップ接続用電極２２とを接続する。

その後、図７（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１２と第１インターポーザーシート３０との隙間に、本実施形態においては、アンダーフィル樹脂（アンダーフィル材）からなる接合材１５を充填する。続いて、加熱及び硬化させることにより、ＩＣチップ１２側の電極端子１３と第１インターポーザーシート３０側のＩＣチップ接続用電極２２とが接合して導通が得られる。接合材１５としてアンダーフィル樹脂を用いることにより、熱的応力、物理的応力に対して接続信頼性が保持される。また、低温且つ短時間で硬化させることができるので、他の電子部品へ与える影響を低く抑えることができる。

また、電極端子１３とＩＣチップ接続用電極２２との接続は、第１インターポーザーシート３０上に異方性導電性樹脂又は非導電性樹脂等からなる接合材を予め塗布しておき、この接合材を加熱或いは溶融させることによっても可能となる。このとき、加熱加圧及び超音波振動を印加することにより、ＩＣチップ１２の電極端子１３が第１インターポーザーシート３０側の所定のＩＣチップ接続用電極２２上にある接合材を排除し、ＩＣチップ１２側の電極端子１３が第１インターポーザーシート３０側のＩＣチップ接続用電極２２と接合または接触することにより導通が得られる。
この場合は、アンダーフィル樹脂による接合材１５を充填する工程が不要となる。

次に、図８（ａ）に示すように、第１インターポーザーシート３０の第１インターポーザー側接続パッド部１９上に接着材５を供給する。接着材５の供給方法としては、上記した印刷法、ディスペンス（定量吐出）及びインクジェット法のいずれかにて第１インターポーザー側接続パッド部１９上に供給するものとする。その後、接着材５の上に受動部品１４を搭載して固定することによって、受動部品１４及び第１インターポーザー側接続パッド部１９を接着材５を介して電気的に接続させる。

なお、受動部品１４の搭載においても、既存のＳＭＴ(Surface Mounting Technology)マウンターやダイボンダーを用いることができる。

その後、図８（ｂ）に示すように、第２インターポーザー１１の第２インターポーザー側接続パッド部１８と第１インターポーザーシート３０のボンディングパッド２１とをボンディングワイヤ２５により結線する。ボンディングワイヤ２５のボンディングは、例えば超音波振動と熱圧着とを併用したワイヤボンダを使用して行うものとする。

また、第２インターポーザー側接続パッド部１８とボンディングパッド２１との結線は、受動部品１４を第１インターポーザー１０上に搭載する前に行っておくこともできる。

また、ボンディングワイヤ２５を形成する前に、プラズマ処理を行ってもよい。これにより、第２インターポーザー側接続パッド部１８及びボンディングパッド２１が清浄化される。なお、ここでは図示していないが、受動部品１４’と他の受動部品１４’とをボンディングワイヤ２５を介して接続する構成とすることもできる。

次に、第１インターポーザーシート３０をモールド金型（図示略）に装着して、図８（ｃ）に示すように、第２インターポーザー１１を搭載したＩＣチップ１２、受動部品１４，１４’及び発振素子（不図示）を埋め込むようにして、第１インターポーザーシート３０の主面３０ａ上をモールド材１６で封止する。モールド金型へモールド材１６を注入させる方法は、サイドゲートとよばれる通路から溶融しながら流し込むトランスファモールド方式が一般的であって、このような方式を用いて第２インターポーザー１１、ＩＣチップ１２、受動部品１４，１４’及び発振素子（不図示）をモールド材１６で封止してパッケージ化する。モールド材１６としては、所定の粒径のシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系樹脂からなるものを使用する。

モールド材１６の形成方法としては、上記したモールド金型によるものではなく、スピンコートによる成膜やドライフィルム等を貼着することによっても可能である。

その後、第１インターポーザーシート３０をダイシングラインＬに沿ってダイシングする。具体的には、図４に示すダイヤモンドブレード４０を用いて切断するものとしており、ダイシングにより第１インターポーザーシート３０を個片化することにより、図１，２に示すような半導体モジュール１が複数得られる。このようにして、半導体モジュール１を製造する。

なお、第１インターポーザーシート３０をダイシングした後にモールド材１６による封止を行っても良い。

本実施形態の半導体モジュール１によれば、ＩＣチップ１２上に搭載される第２インターポーザー１１上に受動部品１４’が搭載されることから、ＩＣチップ１２における能動面１２ａ側の配線形成と、第２インターポーザー１１の配線形成とを分けることができる。そのため、配線形成がなされたＩＣチップ１２及び第２インターポーザー１１を予め用意しておくことができる。従来のように、ＩＣチップ１２の裏面１２ｂ上に受動部品１４’を搭載する場合、能動面１２ａ側の配線形成のみならず、裏面１２ｂ側にも配線形成を施さなければならないことから形成プロセス工程が煩雑になってしまっていた。これに対し、本実施形態の構成によれば、上述したように第２インターポーザー１１上に受動部品１４を’搭載する構成となっているため、ＩＣチップ１２及び第２インターポーザー１１の形成作業プロセスを分けることができるので、スループットが向上して製造効率を良くすることができる。

さらに、半導体モジュール１の略中央に位置するダイアタッチ材３３は、ＩＣチップ１２と第２インターポーザー１１とを接着させるだけでなく、ＩＣチップ１２及び第２インターポーザー１１の発熱を放散させる機能も兼ねている。これにより、信頼性の高い半導体モジュール１を得ることができる。

また、第２インターポーザー１１上に受動部品１４’を搭載したことで、第１インターポーザー１０における高集積化に伴う狭ピッチ化が解消される。したがって、半導体モジュール１の小型化を実現することが可能となる。

さらに、ＩＣチップ１２と第１インターポーザー１０との接合にアンダーフィル材からなる接合材１５を用いることにより、ＩＣチップ１２及び第１インターポーザー１０間に生じる熱膨張係数の相違により生じる応力を吸収することができる。これにより、ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信頼性の向上、及び衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性の向上を図ることができる。

また、受動部品１４’と第１インターポーザー１０とはワイヤーボンディングによる接続であることから、貫通電極を用いることなく電気的に接続することができる。よって、貫通電極用の孔を第２インターポーザー１１及びＩＣチップ１２に形成する必要がなく、作業工程数が削減されるとともに低コスト化を図ることができる。

なお、受動部品１４は、ＩＣチップ１２の動作および電気的接続の妨げにならない限り、第１インターポーザー１０上のどの位置に配置してもよい。また、図９に示すように、受動部品１４の底面に接着層５０を予め形成しておいてもよく、この場合、受動部品１４の底面全体に接着層５０が形成されている。接着層５０の形成は、受動部品１４が個片化される前に、複数の受動部品１４の集合体の裏面に導電性を有する接着材を塗布するか、或いはフィルム状の接着テープ等を貼着することにより行なわれ、これらをダイシングすることにより接着層５０を有した受動部品１４が複数得られる。これにより、製造工程が簡略化されるので、ボンディングワイヤ２５が変形したり断線したりすることを防ぐことができる。また、接着層５０は受動部品１４の裏面の大きさと略同一の大きさに形成されるので、第１インターポーザー１０上で、受動部品１４が搭載される領域以外には接着層５０が設けられないことから作業性が良い。なお、接着層５０は、受動部品１４’にも応用することができる。

本実施形態に係る半導体モジュールの概略構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 本実施形態に係る半導体モジュールのワイヤボンディングを示す要部拡大図である。 本実施形態に係るシリコンＩＣウェハ、第１のインターポーザーシート及び第２のインターポーザーシートを示す斜視図である。 本実施形態に係る第２インターポーザーの製造工程図である。 本実施形態に係るＩＣチップの製造工程図である。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造工程図である。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造工程図である。 本実施形態に係る受動部品の他の実施形態を示す側面図である。

符号の説明

１…半導体モジュール、２…絶縁層、３…ＩＣチップ形成領域、４…シリコンＩＣウェハ、５…接着材（第２接合材）、Ｌ…ダイシングライン、１０…第１インターポーザー、１０ａ…主面、１０ｂ…裏面、１１…第２インターポーザー、１２…ＩＣチップ、１２ａ…能動面、１２ｂ…裏面、１３…電極端子、１４，１４’…受動部品、１４ａ…電極、１５…接合材（第１接合材）、１６…モールド材、１７…パッド間配線、１８…第２インターポーザー側接続パッド部、１８ａ…電極パッド、１９…インターポーザー側接続パッド部、２１…ボンディングパッド（導電接続部）、２２…ＩＣチップ接続用電極部、２４…発振素子、２５…ボンディングワイヤ、２６…電極端子、２７…電極部、３０…第１インターポーザーシート、３１…インターポーザー領域、３５…第２インターポーザーシート、３６…第２インターポーザー領域

Claims (13)

1. インターポーザー上に、能動面が前記インターポーザー側を向くように実装されたＩＣチップを搭載してなる半導体モジュールにおいて、
   導通接続部を有する第１のインターポーザーと、
   該第１のインターポーザーに搭載されるＩＣチップと、
   該ＩＣチップの裏面上に搭載され、表面に接続パッドを有する第２のインターポーザーと、
   該第２のインターポーザーの前記接続パッド上に搭載される受動部品と、を備え、
   前記接続パッドと前記導通接続部とがボンディングワイヤによって電気的接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記第２のインターポーザーは、有機基板、セラミック基板、ガラス基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
3. 前記第２のインターポーザーは、その表面に前記接続パッドと電気的に接続された配線が設けられ、
   該配線の最表層が金メッキされていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体モジュール。
4. 前記第２のインターポーザーは、その裏面に金めっきが施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
5. 前記ＩＣチップは、能動面に電極端子が設けられ、該電極端子は金バンプもしくははんだバンプにより構成され、前記電極端子が前記第１のインターポーザー側のＩＣチップ接続用電極に対して接続されるように、前記第１のインターポーザー上に前記ＩＣチップをフリップチップ実装することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
6. 前記ＩＣチップと前記第１のインターポーザーとが、異方性導電性フィルム、異方性導電性ペースト、非導電性ペースト、のうちのいずれかからなる第１の接合材により接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
7. 前記ＩＣチップと前記第１のインターポーザーとの間に、アンダーフィル材からなる第１の接合材が充填されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
8. 前記ボンディングワイヤは、金又はアルミから形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
9. 前記受動部品は、導電性樹脂或いは無鉛はんだからなる第２の接合材を介して前記第２のインターポーザー上に搭載されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
10. 前記受動部品は、前記電極の表面に金めっきが施されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
11. 前記受動部品、前記第２のインターポーザー及び前記ＩＣチップは、モールド材により封止された形態であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
12. 第２のインターポーザーシート上に受動部品を搭載する工程と、
    前記第２のインターポーザーシートをダイシングして複数の第２のインターポーザーを形成する工程と、
    ＩＣウェハ上に、前記受動部品を搭載した前記第２のインターポーザーを搭載する工程と、
    前記ＩＣウェハをダイシングして複数のＩＣチップを形成する工程と、
    第１のインターポーザーシート上に、前記第２のインターポーザーを搭載した前記ＩＣチップを搭載する工程と、
    前記受動部品の電極と前記第１のインターポーザーの導電接続部とをワイヤーボンディングする工程と、
    前記ＩＣチップ、前記第２のインターポーザー及び前記受動部品をモールド材によって封止する工程と、
    前記インターポーザーシートをダイシングして複数のインターポーザーを形成する工程、とを備えたことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
13. 前記ＩＣチップの接続パッド上へ受動部品を搭載する工程において、
    前記接続パッド上に、印刷法、ディスペンス法、インクジェット法のいずれかによって導電性樹脂或いは無鉛はんだからなる第２接合材を供給した後、前記受動部品を搭載し、前記第２の接合材を加熱することによって、前記受動部品と前記接続パッドと接合させることを特徴とする請求項１２記載の半導体モジュールの製造方法。

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