JP2009004813A - 半導体搭載用配線基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体デバイスの高集積化、高速化又は多機能化による端子の増加及び端子間隔の狭ピッチ化に有効であり、半導体デバイスを特に基板両面に高密度かつ高精度に搭載でき、更に信頼性にも優れた半導体搭載用配線基板を提供する。
【解決手段】半導体搭載用配線基板5は、少なくとも絶縁膜1と、絶縁膜1中に形成された配線2と、配線2とビア3で導通された複数の電極パッド4とからなる配線基板である。電極パッド4は絶縁膜1の表裏両面に、表面を露出して設けられ、かつ、前記電極パッドの側面の少なくとも一部は絶縁膜1に埋設されている。絶縁膜1は、2枚の金属板上に夫々電極パッド4を形成し、その後電極パッド4及び各金属板上に絶縁層と配線を積層形成した後、絶縁層を貼り合わせて一体化し、その後、金属板を除去することにより形成することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、特に半導体デバイスなどの各種デバイスを高密度かつ高精度に搭載でき、更に高速性及び信頼性も優れたパッケ−ジ及びモジュ−ルを得ることができる半導体搭載用配線基板に関する。
近年、半導体デバイスの高集積化、高速化、及び多機能化により、端子の増加及び狭ピッチ化が進行しており、これらの半導体デバイスを搭載する半導体搭載用配線基板においては、これまで以上に高密度かつ高精度に半導体デバイスを搭載でき、かつ信頼性に優れたものが要求されている。現在よく用いられている半導体搭載用配線基板の例としては、コアのプリント基板上に逐次積層法で高密度な配線層を形成していくビルドアップ基板(例えば、特許文献1:特開2001−284783号公報)と、配線層及びビアを形成した樹脂シートを一括積層して構成される一括積層基板(例えば、特許文献2:特開2003−347738号公報)とが挙げられる。
図17は、ビルドアップ基板を示す断面図である。この図17に示すように、ベースコア基板103は絶縁層の中に多層配線構造が形成され、ベースコア基板103の上面及び下面に設けられた導体配線層102は前記絶縁層を貫通するスルーホール101により接続されている。このベースコア基板103の上下両面には、層間絶縁膜105が形成され、各層間絶縁膜105の上に導体配線層106が形成され、更にこの導体配線層106を一部覆うようにして層間絶縁膜105上にソルダーレジスト層107が形成されている。層間絶縁膜105には上下導体配線を電気的に接続するためのビア104が形成されている。更に一層の多層化が必要ならば、層間絶縁膜105の形成工程と導体配線層106の形成工程とを順次繰り返すことにより、多層の配線構造を形成することができる。
一方、図18(a)乃至(c)は一括積層基板の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。この従来の一括積層基板においては、図18(a)に示すように、樹脂シート111上に導体配線層112がパターン形成され、樹脂シート111内にはこの導体配線層112に接続されたビア113が設けられている。図18(b)に示すように、このような樹脂シート111を複数個用意して、一括して積層することにより、図18(c)に示すように、一括積層基板114が形成されている。
ところで、これらの従来のビルドアップ基板及び一括積層基板は、絶縁膜上に導体配線層が形成された構造となっており、半導体搭載用の電極パッドも絶縁膜上に形成されたものとなっている。ここで、最近ではこれらの配線基板の高密度微細配線化に伴い、導体配線層102,106,112の形成方法が、銅箔をエッチングする方法(サブトラクティブ法)から、電極を設けてレジストをパターニングし、電解めっき層を析出させて積み上げていく方法(アディティブ法)に変化しつつある。しかしながら、アディティブ法で形成された電極パッドは、高さのばらつきが大きく、電極パッド上面の形状が平坦ではなく凸形状になるといった欠点があり、多ピンかつ狭ピッチな半導体デバイスを搭載することが困難になってきている。また、電極パッド上には一般的にソルダーレジスト層107を形成することが多いが、電極パッドの高さばらつきが大きいため、ソルダーレジスト層の膜厚及び開口径の高精度化が極めて困難になってきている。更には、電極パッドの微細化に伴い、電極パッドと絶縁膜との接着面積が低減しまうため、電極パッドと絶縁膜との間の密着力が低下し、特に鉛フリー半田を適用した高温プロセスの半導体デバイス搭載工程で、電極パッドが絶縁膜から剥離してしまうという問題点が生じる。
本願出願人は、上述した多くの問題点を解決するために、平坦性が優れた金属板からなる支持体上に、配線構造とその上に半導体デバイスを搭載するための電極パッドを形成し、この電極パッド上に半導体デバイスを搭載するという方法を提案した(特許文献3:特開2002−83893号公報)。
特開2001−284783号公報 特開2003−347738号公報 特開2002−83893号公報
しかしながら、最近のモバイル機器などのめざましい高性能化及び多機能化に伴い、半導体デバイスを高密度に搭載するために、配線基板の表面と裏面の両面に半導体デバイスを搭載する要求が極めて高まってきている。しかしながら、上述した特許文献3に記載の従来の配線基板では、半導体デバイスを片面に搭載する場合にはよいが、両面に搭載する場合には高密度に搭載することは困難である。
更には、半導体パッケージの高信頼性化実現のため、半導体搭載用配線基板を構成する一部の層間絶縁膜に、熱膨張率が低いもの又は弾性率が低いものを適用することが望ましいが、上述した従来の配線基板では異なる物性値の絶縁膜を適用すると、構造上信頼性の低下を招いてしまうという難点がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、半導体デバイスの高集積化、高速化又は多機能化による端子の増加及び端子間隔の狭ピッチ化に有効であり、半導体デバイスを特に基板両面に高密度かつ高精度に搭載でき、更に信頼性にも優れた半導体搭載用配線基板を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体搭載用配線基板の製造方法は、支持基板上に電極パッドとなる導電層を形成する第1工程と、前記導電層上に絶縁層を形成する第2工程と、前記絶縁層中にビアを形成する第3工程と、前記絶縁層上に配線層を形成する第4工程と、前記配線層上に他の絶縁層を形成する第5工程と、更に必要に応じて前記第3工程乃至前記第5工程を1又は複数回繰り返す第6工程と、最上面となる絶縁層中にビアを形成して導体を埋め込む第7工程と、により支持基板付き配線基板を2個形成した後、前記最上面となる絶縁層同士を面合わせで貼り付け、その後、前記支持基板の一部又は全部を除去することを特徴とする。
本発明においては、支持基板上に形成した配線基板2枚を面付けで貼り合わせて形成するので、従来からの樹脂シートを複数枚一括に積層した一括積層基板よりも貼り合わせ時の位置精度が良好であり、より高密度かつ信頼性に優れた半導体搭載用配線基板を形成することができる。又は、従来からのビルドアップ基板に比較して、高多層化が短期間で形成できる利点がある。
本発明においては、前記第1工程の前に、前記支持基板と前記導電層との間に、下層絶縁層を形成する工程を有することができる。
この方法では、支持基板上に先ず下層絶縁層を形成し、その後パッド等の金属層を形成するため、支持基板上の絶縁層が強固なエッチングバリアー層として作用するため、銅板エッチング時にパッド部、配線部がエッチング液によりダメージを受ける可能性が少なく、信頼性の高いパッケージ基板が得られる。また、開口後の下層絶縁層はSRとして機能するため、支持体エッチング後にSRを形成する方法に比べ、パッドや配線を形成する金属との密着性に優れるため、安定なSR層が形成できると共に、パッド位置を確認した上でパッド上に開口部を形成できるため、位置精度よくパッド上開口部を形成できる。
ところで、支持基板上に形成した配線基板2枚を面付けで貼り合わせる場合、あまりにも高温及び高圧力で積層すると、支持基板上にあらかじめ形成した配線基板が歪みを持ち、信頼性が低下してしまうという課題があった。これを改善するために本発明においては、最上面に絶縁層を形成して平坦化し、更に絶縁層中にビアを形成して導電性ペースト又は半田などの導体を埋め込み、この導体を埋め込んだビア同士を重ね合わせて電気的な接続を得ている。平坦な面同士を貼り合わせるため、低温かつ低圧力の条件でも支持基板上に形成した配線基板2枚を面付けで貼り合わせることができ、高精度かつ信頼性に優れた半導体搭載用配線基板を得ることができる。
本発明に係る他の半導体搭載用配線基板の製造方法は、支持基板上に電極パッドとなる導電層を形成する第1工程と、前記導電層上に絶縁層を形成する第2工程と、前記絶縁層中にビアを形成する第3工程と、前記絶縁層上に配線層を形成する第4工程と、前記配線層上に他の絶縁層を形成する第5工程と、前記第3工程乃至銭第5工程を1又は複数回繰り返す第6工程と、最上面となる絶縁層中にビアを形成して導体を埋め込む第7工程と、最上面となる絶縁層上に配線層を形成する第8工程とにより、支持基板付き配線基板を2個形成した後、前記最上面となる絶縁層同士を面合わせで貼り付け、その後、前記支持基板の一部又は全部を除去することを特徴とする。
本発明においては、上述した方式に比較して多少貼り合わせ精度が落ちるが、絶縁層中にビアを形成して導体を埋め込む工程がどちらか一方の支持基板上に形成した配線基板にのみ必要なために、工程を短縮することができる利点がある。ただし、しかるべき低温かつ低圧力な条件で支持基板上に形成した配線基板2枚を面付けで貼り合わせるためには、上記第7の工程における絶縁層の特性が重要である。すなわち、他の絶縁層に対して、硬化温度が低く、かつ積層時圧力が小さくても形成できる絶縁層を適用することが望ましい。これにより、低コストで信頼性に優れた半導体搭載用配線基板を形成することができる。
この方法において、前記第1工程の前に、前記支持基板と前記導電層との間に、下層絶縁層を形成する工程を有することができる。
本発明においては、絶縁層中にビアを形成して導体を埋め込む工程がどちらか一方の支持基板上に形成した配線基板にのみ必要なために、工程を短縮することができる利点がある一方、支持基板上の絶縁層が強固なエッチングバリアー層として作用するため、信頼性の高いパッケージ基板が得られ、また、パッド又は配線を形成する金属との密着性に優れ、パッド位置精度よく開口部を形成できる。
また、支持基板上に下層絶縁層を形成する場合は、支持基板の一部又は全部を除去した後に少なくとも1つ以上の電極パッド上の絶縁膜に開口部を形成することができる。このような開口部を形成する方法として種々の方法があるが、特に位置精度及び形成の容易さの点からレーザー又はドライエッチングにより形成したものが望ましい。
本発明の半導体搭載用配線基板の製造方法においては使用する支持基板が薄膜金属層と薄膜金属層よりも厚い支持金属層を構成要素とする支持基板であることを特徴とする。
支持基板が薄膜金属層と薄膜金属層よりも厚い支持金属層より構成されている場合には、薄膜金属層のみを基板側に残すようにして厚い支持金属層のみを剥がすことができる。これによりその後エッチング等で除去する必要のある金属層を極めて薄くすることができる。
さらに、支持基板上に絶縁層を形成し、当該絶縁層にレーザー等で開口を形成する方法においては、薄膜金属層を残したままレーザーにより開口を形成し、その後、デスミア処理等を行うことができる。この方法においては、デスミア処理時にビア開口部以外が薄膜金属層に覆われているためデスミア液等による樹脂ダメージが無く、またデスミア液への汚染の問題も軽減することができる。
なお、前記導体は例えば導電性ペースト又は半田である。
本発明に係る更に他の半導体搭載用配線基板の製造方法は、支持基板上に電極パッドとなる導電層を形成する第1工程と、前記導電層上に絶縁層を形成する第2工程と、前記絶縁層中にビアを形成する第3工程と、前記絶縁層上に配線層を形成する第4工程と、前記配線層上に他の絶縁層を形成する第5工程と、更に必要に応じて前記第3工程乃至前記第5工程を1又は複数回繰り返す第6工程と、最上面となる絶縁層中にビアを形成して導体を埋め込む第7工程と、により形成される第1の支持基板付き配線基板と、前記第1工程と、前記第2工程と、前記第3工程と、前記第4工程と、前記第5工程と、前記第6工程と、前記第7工程と、最上面となる絶縁層上に配線層を形成する第8工程とにより、形成される第2の支持基板付き配線基板と、を用意し、前記第1の支持基板付き配線基板の前記最上面となる絶縁層と、前記第2の支持基板付き配線基板の前記最上面となる絶縁層と、を面合わせで貼り付け、その後、前記第1及び第2の支持基板の一部又は全部を除去することを特徴とする。本発明も、他の発明と同様の作用効果を奏する。
本発明に係る半導体搭載用配線基板は、表面に位置する第1の絶縁層を含む第1の配線層と、裏面に位置する第2の絶縁層を含む第2の配線層と、を有し、前記第1の配線層と前記第2の配線層を腹合わせで貼り合わせて形成される半導体搭載用配線基板であって、前記第1の配線層は、第1の絶縁膜と、第1の電極パッドと、前記第1の電極パッドに接続される第1のビアと、を有し、前記第1の電極パッドは、前記半導体搭載用配線基板の表面側の表面に、その表面を露出して設けられ、側面の少なくとも一部が前記第1の絶縁層に埋設されており、前記第2の配線層は、第2の絶縁膜と、第2の電極パッドと、前記第2の電極パッドに接続される第2のビアと、を有し、前記第2の電極パッドは、前記半導体搭載用配線基板の裏面側の表面に、その表面を露出して設けられ、側面の少なくとも一部が前記第1の絶縁層に埋設されており、前記第1の配線層及び前記第2の配線層による貼り合わせ面を構成する絶縁膜は同じ材料からなり、貼り合わせ後第3の配線層を構成し、前記第3の配線層は、両表面に埋設された複数個の配線と前記配線を相互に接続するビアと、を有し、前記第1の電極パッドまたは前記第2の電極パッドの少なくとも一つは、露出した面が前記第1の絶縁膜または前記第2の絶縁層の露出面よりも突出した位置にあることを特徴とする。
この半導体搭載用配線基板において、前記第1の配線層及び前記第2の配線層の少なくとも一方は、多層配線層であることが好ましい。また、前記第1の配線層の前記貼り合わせ面には少なくとも一つの配線が露出されており、前記第2の配線層の前記貼り合わせ面には少なくとも一つのビアが露出されており、前記配線と前記ビアが接続されていることが好ましい。更に、前記第1の配線層及び前記第2の配線層の前記貼り合わせ面には少なくとも一つのビアが露出しており、前記ビア同士が接続されていることが好ましい。
本発明によれば、半導体デバイスの高集積化、高速化、多機能化による端子の増加及び狭ピッチ化に有効であり、半導体デバイスを特に両面に高密度かつ高精度に搭載でき、更には信頼性にも優れた新規な半導体搭載用配線基板を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施の形態について図1を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。本実施形態に係る半導体搭載用配線基板5においては、絶縁膜1内に配線2及び上下の配線2を電気的に接続するためのビア3が設けられており、基板5の表裏両面、即ち絶縁膜1の表裏両面には電極パッド4が設けられている。この電極パッド4は、その側面の少なくとも一部が絶縁膜1に埋設されている。
絶縁膜1は、複数の絶縁層を積層して構成され、配線2は各絶縁層上に導電膜をパターン形成することにより設けられている。この配線2を形成する際、絶縁層に下層配線2に到達するビアホールを形成しておき、配線用導電材料を前記ビアホールに埋め込むことにより、ビア3が形成される。
絶縁膜1を構成する各絶縁層の材料は全て同一である。絶縁膜1の材料としては、半田耐熱性及び耐薬品性などに優れているものであれば特に制限はないが、ガラス転移温度が高く、膜強度及び破断伸び率等の機械的特性に優れたエポキシ樹脂、ポリイミド、液晶ポリマーなどの耐熱性樹脂を適用することが好適である。また、絶縁膜1を0.3mm以下に薄くする場合には、半導体デバイス搭載時におけるハンドリング性を向上させるために、絶縁膜1用の材料として、ガラスクロス又はアラミド不織布などを含浸した曲げ弾性率の高い材料を適用することが望ましい。
本発明の半導体搭載用配線基板5においては、基板5の表裏両面の電極パッド4が絶縁膜1内に埋め込まれた構造となっているので、基板5の表裏両面とも電極パッド4の高さばらつきを抑えることができ、半導体搭載用配線基板5の両面に半導体デバイスを高密度かつ高精度に搭載することができる。更に、電極パッド4の側面が同一の材料から構成される絶縁膜1に埋設されているため、電極パッド4と絶縁膜1との密着性が向上し、半導体デバイスとの接続信頼性にも優れた半導体搭載用配線基板5を得ることができる。
図2(a)乃至(c)は、本実施形態の変形例に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。即ち、絶縁膜1の表裏両面に形成された電極パッド4は、図2(a)に示すように、露出した面が絶縁膜1の表面又は裏面と同じ位置にある電極パッド4a、図2(b)に示すように、露出した面が絶縁膜1の表面又は裏面よりも窪んだ位置にある電極パッド4b、又は、図2(c)に示すように、露出した面が絶縁膜1の表面又は裏面よりも突出した位置にある電極パッド4cのいずれかにすることができる。
ここで、図2(a)に示すように、露出した面が絶縁膜1の表面又は裏面と同じ位置となった電極パッド4aでは、ここに金バンプを用いて半導体デバイスを搭載する場合、電極パッド4aの高さばらつきが全く存在しないために、最も高精度かつ微細ピッチな半導体デバイスの接続を実現することができる。また、図2(b)に示すように、露出した面が絶縁膜1の表面若しくは裏面よりも窪んだ位置となった電極パッド4bでは、ここに金ワイヤーボンディング又は半田を用いて半導体デバイスを搭載する場合、電極パッド4bから凸の位置にある絶縁膜1が金又は半田の過剰な変形を防止するので、最も高精度かつ微細ピッチな半導体デバイスの接続を実現することができる。更に、図2(c)に示すように、露出した面が絶縁膜1の表面若しくは裏面よりも突出した位置となった電極パッド4cでは、ここに半田ボールを搭載し、更にマザーボードに搭載したときに、半田ボールの根元からのクラック発生を防ぐことができ、より一層信頼性に優れた半導体パッケージを得ることができる。
図13(a)及び(b)は、本実施形態の変形例に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。即ち、絶縁膜の表裏両面に形成された電極パッドは、図13(a)に示すように表面の一部が前記絶縁膜により覆われている。一方、図13(b)では裏面(図の下側)にある電極パッドの露出した表面の一部が前記絶縁膜により覆われており、表面(図の上側)にある電極パッドは絶縁膜の表面と同じ位置にある。図13においては、絶縁膜の表面または裏面に形成された、表面の一部が前記絶縁膜により覆われている電極パッドは、絶縁膜1の表面又は裏面よりも窪んだ位置にあるが、これに限定されるものではない。
図3(a)乃至(c)は、本実施形態の更に別の変形例に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。即ち、図3(a)に示す配線基板は、絶縁膜1の表面又は裏面の少なくとも一部に、支持体6を設けたものである。支持体6を設けることにより、半導体デバイスを搭載するときの熱履歴による半導体搭載用配線基板5のそり及びうねり等を抑えることができ、より高精度に半導体デバイスを搭載することができる。
また、図3(b)に示すように、絶縁膜1の表面又は裏面の少なくとも一方の面上に、ソルダーレジスト7を形成することもできる。特に、本発明の半導体搭載用配線基板5では、電極パッド4の高さばらつきが極めて小さいため、高精度にソルダーレジスト7を形成することができる。更に、図3(c)に示すように、ソルダーレジスト7の面上の少なくとも一部に、支持体8を設けることもできる。
次に、本発明の実施形態に係る半導体パッケージについて説明する。図4は、本実施形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。本実施形態に係る半導体パッケージ14は、図4(a)に示すように、前述の半導体搭載用配線基板5に、バンプ9を設けて電極パッド4と半導体デバイス11とを接続し、更に、他の半導体デバイス11の一面の端子と電極パッド4とを重ねて接続し、他の半導体デバイス11の他面の端子と電極パッド4とをボンディングワイヤー10を介して電気的に接続する等して、半導体デバイス11を半導体搭載用配線基板5に搭載したものである。更に、このパッケージ14においては、導電性接着剤12等を介して外部端子ピン13が接続されている。
半導体デバイス11を搭載する箇所に設けられた電極パッド4は、図2(a)の電極パッド4の露出した面が絶縁膜1の表面又は裏面と同じ位置となった電極パッド4aか、又は図2(b)の露出した面が絶縁膜1の表面又は裏面よりも窪んだ位置となった電極パッド4bとなっており、高精度かつ高密度な半導体パッケージ14を実現することができる。なお、本実施例では、バンプ9を用いたフリップチップ接続及びワイヤー10を用いたワイヤーボンディング接続による半導体デバイス11の搭載例を示したが、このほかテープオートメイテッドボンディング、又はリボンボンディング法等を用いて半導体デバイス11を搭載することもできる。
また、必要に応じて、図4(b)に示すように、モールディング15を形成することもできる。
更に、図4(c)に示す半導体パッケージ20は、マザーボード19上に搭載されている。マザーボード19は、その表面に、電極パッド17とソルダーレジスト18を有するものであり、半導体パッケージ20の下面(裏面)に、図2(c)に示すように、露出した面が絶縁膜1の裏面よりも突出した位置となった電極パッド4cを設け、この電極パッド4cに半田ボール16を介してマザーボードの電極パッド17を接続することにより、パッケージ20がマザーボード19上に搭載されている。また、半導体パッケージ20の上面(表面)には、図2(b)に示すように、露出した面が絶縁膜1の表面よりも窪んだ位置となった電極パッド4bを設け、この電極パッド4bにバンプ9を介して半導体デバイス11が搭載されている。また、パッケージ20の下面(裏面)には、更に、図2(a)に示すように、露出した面が絶縁膜1の裏面と同じ位置となった電極パッド4aを設け、この電極パッド4aにバンプ9を介して半導体デバイス11が搭載されている。なお、半導体デバイス11をバンプ9を介して接続される電極パッド4は電極パッド4a又は4b、半田ボール16を搭載する箇所に設けられた電極パッド4は電極パッド4a又は4cとすることが好ましい。これによって、半導体デバイス11を高精度かつ高密度に搭載でき、更に半田ボール16の根元からのクラック発生を防ぐことができ、より一層信頼性に優れた半導体パッケージ14を得ることができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体搭載用配線基板について説明する。図5(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。図5(a)に示すように、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板29は、その表面に位置する第1の絶縁層21と、その裏面に位置する第2の絶縁層22と、その中間に位置する第3の絶縁層23とを少なくとも有する絶縁膜24を設け、第3の絶縁層23にはその表裏面に埋設された配線25と、更に配線25を電気的に接続するためのビア26を有し、更に絶縁膜24の表裏面に、表面を露出して設けられ、かつ側面の少なくとも一部は絶縁膜24に埋設された電極パッド27を有し、電極パッド27と配線25はビア28で電気的に接続されている。電極パッド27は、前述したように、図2(a)に示すように、絶縁膜24に埋没された電極パッドの露出した面が、絶縁膜24の表面若しくは裏面と同じ位置にあるもの、図2(b)に示すように、絶縁膜24の表面若しくは裏面よりも窪んだ位置にあるもの、又は図2(c)に示すように、絶縁膜24の表面若しくは裏面よりも突出した位置にあるもののいずれかとすることができる。
従来の配線基板では、内部に位置する絶縁層の表裏上面に配線を設けた構造となっているので、内部に位置する絶縁層とは異なる材料からなる絶縁層を積層して配線基板を形成した場合、半導体デバイス作動に伴う熱負荷により熱膨張率などの違いから絶縁層界面を引き剥がす応力が発生し、構造上密着性が弱い配線端部を起点に絶縁層界面の剥離が進行してしまう虞がある。これに対して、本発明の半導体搭載用配線基板29は、その内部に位置する第3の絶縁層23の表裏面に埋設された配線25を有する構造となっているため、第3の絶縁層23とは異なる材料で第1の絶縁層21及び第2の絶縁層22を形成して絶縁膜24を構成しても、半導体デバイスの作動による熱負荷又はバイアスが繰り返し印加されて発生する引き剥がし応力に対し、その応力を第3の絶縁層23の全面で受けるため、配線端部を起点とした絶縁層界面剥離を完全に防ぐことができる。
よって、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板29は、その表面に位置する第1の絶縁層21と、その裏面に位置する第2の絶縁層22と、その内部に位置する第3の絶縁層23とで、目的に応じた任意の物性からなる材料を選択することができる。
また、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板29は、図5(b)に示すように、その表面に位置する第1の絶縁層21と、その裏面に位置する第2の絶縁層22と、その内部に位置する第3の絶縁層23との内部に、夫々、配線30とビア31を設け、更に一層の多層配線化構造とすることもできる。
更に、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板29を用いても、前述した半導体搭載用配線基板5と同様に半導体パッケージ14及び20を形成することができる。半導体搭載用配線基板29の両面に半導体デバイスを搭載する場合には、例えば第3の絶縁層23にはハンドリング性向上のため弾性率の高い剛性のある材料を選択し、更に第1の絶縁層21と第2の絶縁層22には同じ材料であって、第3の絶縁層23よりも膜強度が高いか、又は熱膨張率の低いものを適用することにより、半導体デバイスを搭載した場合の熱膨張率差による半導体搭載用配線基板29表面からのクラック発生を防ぐ効果も得ることができる。また、半導体搭載用配線基板29の第1の絶縁層21側には半導体デバイスを、第2の絶縁層22側には半導体デバイスのみならず、半田ボールも搭載してマザーボードに搭載する場合には、第3の絶縁層23にはハンドリング性向上のため弾性率の高い剛性のある材料を選択し、第1の絶縁層21には第3の絶縁層23よりも膜強度が高いか、又は熱膨張率の低いものを適用し、第2の絶縁層22には第3の絶縁層23よりも弾性率の低いものを適用するというように、全ての絶縁層に異なる材料を適用し、信頼性上最適となる半導体搭載用配線基板29を形成することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図6は、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。本実施形態に係る半導体搭載用配線基板52は、その表面に位置する第1の絶縁層41と、その裏面に位置する第2の絶縁層42と、その内部に位置する第3の絶縁層43と、第1の絶縁層41と第3の絶縁層43との間及び第2の絶縁層42と第3の絶縁層43との間の少なくとも一方に設けられた第4の絶縁層46とを有する絶縁膜47が設けられている。そして、第4の絶縁層46には配線44とビア45を形成し、第3の絶縁層43にはその表裏面に埋設された配線48と、さらに配線48を電気的に接続するためのビア49を形成し、更に絶縁膜47の表裏面には、表面が露出され、かつ側面の少なくとも一部が絶縁膜47に埋設された電極パッド50を形成し、電極パッド50と配線44はビア51により電気的に接続されている。
本発明の半導体搭載用配線基板52は、その内部に位置する第3の絶縁層43の表裏面に埋設された配線48を有し、さらに配線44も第4の絶縁層46に埋設された構造となっているため、すべての絶縁層で異なる材料を適用して絶縁膜47を形成しても、半導体デバイスの作動による熱負荷及びバイアスが繰り返し印加されて発生する引き剥がし応力に対し、その応力を第3の絶縁層43及び第4の絶縁層46の全面で受けるため、配線端部を起点とした絶縁層界面剥離を完全に防ぐことができる。
本実施形態に係る半導体搭載用配線基板52についても、前述した半導体搭載用配線基板5及び半導体搭載用配線基板29と同様に、これを用いて半導体パッケージ14及び半導体パッケージ20を形成することができる。ここで、半導体搭載用配線基板52の両面に半導体デバイスを搭載する場合には、第3の絶縁層43にはハンドリング性向上のため弾性率が高い剛性のある材料を選択し、第4の絶縁層46には応力緩和のため弾性率が低い材料を例えば適用し、更に第1の絶縁層41と第2の絶縁層42には、第3の絶縁層43及び第4の絶縁層46よりも膜強度が高いか、又は熱膨張率の低いものを適用することにより、半導体デバイスを搭載した場合の熱膨張率差による半導体搭載用配線基板52の表面からのクラック発生を防ぎ、かつ応力緩和機能も有した半導体搭載用配線基板52を形成することができる。
更には、半導体搭載用配線基板52の第1の絶縁層41側には半導体デバイスを、第2の絶縁層42側には半導体デバイスのみならず、半田ボールも搭載してマザーボードに搭載する場合には、第3の絶縁層23にはハンドリング性向上のため弾性率の高い剛性のある材料を選択し、第4の絶縁層42には熱膨張率の低いものを適用し、更に第1の絶縁層41には第3の絶縁層43及び第4の絶縁層46よりも膜強度が高いものを適用し、第2の絶縁層42には第3の絶縁層43及び第4の絶縁層46よりも弾性率が低いものを適用するというように、全ての絶縁層に異なる材料を適用し、信頼性上最適となる半導体搭載用配線基板52を形成することができる。
次に、本発明の他の実施形態に係る半導体搭載用配線基板について、図14及び図15を参照して説明する。この半導体搭載基板においては第1の絶縁層に形成されたビア94,95の表面側サイズが裏面側サイズよりも小さく、第2の絶縁層に形成されたビア94,95の裏面側サイズが表面側サイズよりも小さい。このようなビア形状を有する構造は、例えばレーザーによるビア形成又は感光性樹脂を用いたフォトビアにより実現できる。通常、レーザー照射工程又は露光工程において、レーザー又は光の入射側と反対側ではビアサイズが異なるものとなる。これにより、第1の絶縁層に形成されたビア94,95の表面側サイズが裏面側サイズよりも小さく、第2の絶縁層に形成されたビア94,95の裏面側サイズが表面側サイズよりも小さいビアを有する基板が得られ、半導体素子との接続密度を高くした基板を形成することができる。
なお、ここでいうビア94,95のサイズはビア形状が円錐台状であればその上部又は下部における直径を示すが、ビア形状は必ずしも円形であることは要せず、その場合においても周囲長等、適当な量をサイズとして定義することができる。
本発明の半導体搭載用配線基板を構成するビアは図14のようにフィルドビア94であってもよいし、図15のようにコンフォーマルビア95であってもよい。フィルドビア94の場合、ビア上にも配線を描くことができ、フィルドビア94がスタックされるような配線又はパッドの設計ができるため、配線密度を高くできるという利点がある。一方、コンフォーマルビア95の場合は、ビアに応力を緩和する効果があるため、温度サイクル等の信頼性特性が改善されるという利点がある。
また、ビア94,95の表面側サイズと裏面側サイズの大小関係は図14及び図15に示すものと逆の関係であってもよい。
次に、本発明の半導体搭載用配線基板の製造方法の実施形態について説明する。図7(a)乃至(e)、図8(a)乃至(c)は、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板の製造方法をその工程順に示す断面図である。図7(a)に示すように、先ず支持基板61上に電極パッド62となる導電層を、例えば、めっき法などによって形成する。ここで、図7(b)に示すように、予め支持基板61にエッチングにより凹部63を形成してから導電層を埋め込み形成することにより支持基板61の表面内に一部埋め込まれた電極パッド64を形成することもできる。又は、図7(c)に示すように、支持基板61上に先ずバリア層65を設け、次にバリア層65上に導電層を形成することにより、バリア層65との2層構造の電極パッド66を形成することもできる。
次に、図7(d)に示すように、上述の如くして形成された導電層62、64又は66を有する支持基板61上に絶縁層67aを形成し、更に絶縁層67a内にビアホール68aを形成する。その後、図7(e)に示すように、絶縁層67a上に配線69aを形成する。これにより、ビアホール68a内が導電材料で埋め込まれて上下の配線を接続するビア68bが形成される。
なお、必要であれば、図8(a)に示すように、配線69a上に絶縁層67bを形成し、絶縁層67b内にビア68cを形成すると共に、絶縁層67b上に配線69bを形成することにより、多層化することができる。さらに、この工程を繰り返すことにより、必要な層数まで多層化することができる。
次いで、図8(b)に示すように、最上層の配線69bを研磨して除去することにより、配線69a上に絶縁層67bとビア68cが設けられた支持基板付き配線基板73が形成される。なお、ビア68cを形成する際に、配線69bを形成して、その導体材料をビアホール内に埋め込むことにより形成することができるが、これに限らず、ビアホールのみを導体材料で埋め込むことによりビア68cを形成することとしてもよい。
次に、図8(c)に示すように、この支持基板付き配線基板73同士を、絶縁層67b同士が接触するように重ね、更に絶縁層67bの表面に露出したビア68cが相互に接触するように面合わせして、貼り付ける。
その後、両支持基板61を全てエッチング等により除去すると、図9(a)に示すように、電極パッド62が表裏両面で露出し、内部に多層配線構造を有する半導体搭載用配線基板75を得ることができる。
又は、図9(b)に示すように、支持基板61の一部を残して、これを支持体76とすれば、支持体76が設けられた半導体搭載用配線基板75を得ることができる。更に、必要であれば、図9(c)に示すように、半導体搭載用配線基板75の両面の任意の箇所に、ソルダーレジスト77を形成することもできる。
支持基板61の材質には特に制限はないが、最終的に除去することを考慮すれば、加工性の良好なものが望ましい。支持基板61の具体的ものとして、銅、銅合金、ステンレス、アルミニウム等の金属、又はガラス、シリコン等の材料が好適である。また、ビア68c内に設けられる導体材料としては、支持基板付き配線基板73同士を貼り合わせるときの加熱と圧力で確実に融着して接続されるものが望ましい。このビア68cの導体材料としては、具体的には、樹脂に金属粒子が分散された導電性ペースト又は半田等が好適である。また、絶縁層67a、67bは、製造プロセス上、耐熱性及び耐薬品性等が必要になるが、その点で問題がなければ、任意の材料を選択することができる。
上述した本発明の半導体搭載用配線基板の製造方法においては、図8(c)に示すように、寸法安定性が優れた支持基板61上に絶縁層及び配線を形成した支持基板付き配線基板73同士を面合わせで貼り付けるので、図9(a)に示すように、電極パッド62の位置精度が良好であり、高密度かつ高精度な半導体搭載用配線基板75を得ることができる。更に、面合わせで貼り付けるときの両表面は、配線69a上に絶縁層67bを形成して平坦化しているため、絶縁層67bを加熱及び加圧により変形させて貼り付ける必要がなく、よって極めて低温かつ低加圧力で貼り合わせることができる。このため、貼り合わせ時に支持基板付き配線基板73全体に歪みを持つこともなく、信頼性が優れた半導体搭載用配線基板75を得ることができる。
また、図7(b)に示すように、予め支持基板61にエッチングにより凹部63を形成してから導電層を凹部63に埋め込んで電極パッド64を形成した場合には、支持基板61の全部、又は一部を除去することにより、図10(a)に示すように、電極パッド64の露出した面が絶縁膜78の表面又は裏面よりも突出する半導体搭載用配線基板を得ることができる。
一方、図7(c)に示すように、予め支持基板61上に、バリア層65を設け、次に導電層をバリア層65上に積層することにより電極パッド66を形成した場合には、支持基板61の全部、又は一部を除去し、更にバリア層65を除去することにより、図10(b)に示すように、電極パッド66の露出した面は、絶縁膜78の表面又は裏面よりも窪んだ位置にある半導体搭載用配線基板を得ることができる。
次に、本発明の他の半導体搭載用配線基板の製造方法の実施形態について、図16(a)乃至(i)を参照して説明する。図16(a)乃至(i)は、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板の製造方法をその工程順に示す断面図である。この製造方法においては、図16(a)に示すように、先ず支持基板61上に下層絶縁層93を形成し、図16(b)に示すように、この下層絶縁層93の上に電極パッド62となる導電層を形成する。その後、図16(c)乃至(i)に示すように、図7の実施例と同様に配線層等を形成し、2枚の基板を貼り合わせた後、支持基板を除去する。図16(h)はこの支持基板を除去した状態を示す。その後、図16(i)に示すように、支持基板61上に最初に形成した下層絶縁層93に、電極パッド62を露出させるために、開口部を形成する。開口部の形成には、レーザー又はドライエッチング等を使用することができる。
次に、本発明の他の半導体搭載用配線基板の製造方法の実施形態について説明する。図11(a)乃至(d)及び図12(a)乃至(c)は、本実施形態に係る半導体搭載用配線基板の製造方法をその工程順に示す断面図である。
先ず、図11(a)に示すように、支持基板81上に導電層をパターン形成して電極パッド82を形成する。なお、前述したように、予め支持基板81にエッチングにより凹部を形成してから導電層を前記凹部内に埋め込むように形成し、後述するように、最終的に支持基板81の全部又は一部を除去した場合に、電極パッドの露出した面が絶縁膜の表面又は裏面から突出した形状の電極パッドを形成することができる。更に、予め支持基板81上にまずバリア層を設け、次に電極パッド82となる導電層を形成し、支持基板81の全部又は一部を除去し、更にバリア層を除去することにより、露出した面が絶縁膜の表面又は裏面よりも窪んだ位置にある電極パッドを形成することもできる。以下、図11(a)に示す支持基板81上電極パッド82を形成した場合について説明する。
次に、図11(b)に示すように、支持基板81上に絶縁層83を形成し、更に絶縁層83に、電極パッド82に到達するビアホール83aを形成する。
次いで、図11(c)に示すように、絶縁層83上に配線85を形成する。この場合に配線85の導電材料がビアホール83a内にも埋め込まれて、配線85と電極パッド82とを接続するビア84が形成される。これにより、支持基板付き配線基板86が得られる。
なお、必要であれば、図11(d)に示すように、配線85及び絶縁層83上に絶縁層83bを形成し、絶縁層83b上に配線85aを形成すると共に、絶縁層83b内にビア84aを形成する。このような絶縁層、配線及びビアの形成工程を繰り返すことにより、多層配線化した支持基板付き配線基板86を得ることができる。
次に、図11(c)に示す支持基板86及び配線85上に、図12(a)に示すように、絶縁層87を形成し、絶縁層87内にビアホールを形成し、更にこのビアホール内に導体材料を埋め込んでビア88を形成する。これにより、ビア88を有する支持基板付き配線基板90が得られる。この導体材料は、導電性ペースト又は半田を使用することができる。
次に、図12(b)に示すように、図11(c)の支持基板付き配線基板86と、図12(a)のビア88を有する支持基板付き配線基板90とを、面合わせで貼り付ける。
最後に、図12(c)に示すように、支持基板81の全部を除去して電極パッド82を露出させると、半導体搭載用配線基板92が得られる。
なお、必要であれば、図9(b)に示したように、支持基板81の全部ではなく、一部を除去することにより、支持基板の一部を残存させて、支持体(支持体76)を有する半導体搭載用配線基板92とすることもでき、更に、図9(c)に示したように、半導体搭載用配線基板92の両面の任意の箇所に、ソルダーレジスト(ソルダーレジスト77)を形成することができる。
上述した本発明の半導体搭載用配線基板の製造方法においては、支持基板付き配線基板86の表面が平坦ではないので貼り合わせ時に多少精度が落ちるが、絶縁層87及び絶縁層87内のビア88を形成した支持基板付き配線基板90が、面合わせを行う一方の支持基板付き配線基板90のみを形成すればよいので、工程を短縮し、低コスト化を実現できるという利点がある。
但し、しかるべき低温かつ低圧の条件で支持基板付き配線基板86とビア88を有する支持基板付き配線基板90とを面付けで貼り合わせるためには、絶縁層87の特性が重要である。絶縁層87としては、絶縁層83に比較して硬化温度が低く、かつ積層時の加熱と圧力で容易に流動する熱硬化性樹脂を適用することができ、具体的にはエポキシ樹脂及び変性ポリイミド等が挙げられるが、望ましくはエラストマー成分を含有したエポキシ樹脂である。絶縁層87にこれらの材料を適用することにより、低コストで信頼性に優れた半導体搭載用配線基板92を得ることができる。
以上詳述したように、本発明によれば、少なくとも絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成された配線と、前記配線と導通された複数の電極パッドとからなる配線基板において、前記電極パッドは前記絶縁膜の表裏面に、表面を露出して設けられ、かつ、前記電極パッドの側面の少なくとも一部は前記絶縁膜に埋設されているので、半導体デバイスの高集積化、高速化、多機能化による端子の増加及び狭ピッチ化に有効であり、半導体デバイスを特に両面に高密度かつ高精度に搭載でき、更には信頼性にも優れた新規な半導体搭載用配線基板を得ることができる。
本発明に係る半導体搭載用配線基板の第1の実施形態を示す断面図である。 (a)乃至(c)は夫々この第1の実施形態の変形例に係る半導体搭載用配 線基板を示す断面図である。 同じく、(a)乃至(c)はこの第1の実施形態の変形例に係る半導体搭載 用配線基板を示す断面図である。 (a)乃至(c)は夫々本発明に係る半導体パッケージの実施形態を示す断 面図である。 (a)及び(b)は夫々本発明に係る半導体搭載用配線基板の第2の実施形 態を示す断面図である。 本発明に係る半導体搭載用配線基板の第3の実施形態を示す断面図である。 (a)乃至(e)は本発明に係る半導体搭載用配線基板の製造方法の第1実 施形態を工程順に示す断面図である。 同じく、(a)乃至(c)は本発明に係る半導体搭載用配線基板の製造方法 の第1実施形態の次の工程を工程順に示す断面図である。 (a)乃至(c)は同じくその変形例を示す断面図である。 (a)乃至(b)は同じくその変形例を示す断面図である。 (a)乃至(d)は本発明に係る半導体搭載用配線基板の製造方法の第2 実施形態を工程順に示す断面図である。 同じく、(a)乃至(c)は本発明に係る半導体搭載用配線基板の製造方 法の第2実施形態の次の工程を工程順に示す断面図である。 (a)乃至(b)は第1実施形態の変形例に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。 同じく本発明の他の実施形態に係る半導体搭載用配線基板を示す断面図である。 (a)乃至(i)は、他の実施形態に係る半導体搭載用配線基板の製造方法をその工程順に示す断面図である。 従来のビルドアップ基板を示す断面図である。 (a)乃至(c)は従来の一括積層基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
符号の説明
1 絶縁膜
2 配線
3 ビア
4 電極パッド
4a パッド
4b パッド
4c パッド
5 半導体搭載用配線基板
6 支持体
7 ソルダーレジスト
8 支持体
9 バンプ
10 ワイヤー
11 半導体デバイス
12 導電性接着剤
13 外部端子ピン
14 半導体パッケージ
15 モールディング
16 半田ボール
17 電極パッド
18 ソルダーレジスト
19 マザーボード
20 半導体パッケージ
21 第1の絶縁層
22 第2の絶縁層
23 第3の絶縁層
24 絶縁膜
25 配線
26 ビア
27 電極パッド
28 ビア
29 半導体搭載用配線基板
30 配線
31 ビア
41 第1の絶縁層
42 第2の絶縁層
43 第3の絶縁層
44 配線
45 ビア
46 第4の絶縁層
47 絶縁膜
48 配線
49 ビア
50 電極パッド
51 ビア
52 半導体搭載用配線基板
61 支持基板
62 電極パッド
63 凹部
64 電極パッド
65 バリア層
66 電極パッド
67a 絶縁層
67b 絶縁層
68a ビアホール
68b ビア
68c ビア
69a 配線
69b 配線
73 支持基板付き配線基板
75 半導体搭載用配線基板
76 支持体
77 ソルダーレジスト
78 絶縁膜
81 支持基板
82 電極パッド
83 絶縁層
83a ビアホール
83a 絶縁層
84 ビア
84a ビア
85 配線
85a 配線
86 支持基板付き配線基板
87 絶縁層
88 ビア
90 支持基板付き配線基板
92 半導体搭載用配線基板
93 下層絶縁層
94 ビア
95 ビア
101 スルーホール
102 配線層
103 ベースコア基板
104 ビア
105 層間絶縁膜
106 導体配線層
107 ソルダーレジスト層
111 樹脂シート
112 導体配線層
113 ビア
114 一括積層基板

Claims (4)

  1. 表面に位置する第1の絶縁層を含む第1の配線層と、裏面に位置する第2の絶縁層を含む第2の配線層と、を有し、前記第1の配線層と前記第2の配線層を腹合わせで貼り合わせて形成される半導体搭載用配線基板であって、
    前記第1の配線層は、第1の絶縁膜と、第1の電極パッドと、前記第1の電極パッドに接続される第1のビアと、を有し、
    前記第1の電極パッドは、前記半導体搭載用配線基板の表面側の表面に、その表面を露出して設けられ、側面の少なくとも一部が前記第1の絶縁層に埋設されており、
    前記第2の配線層は、第2の絶縁膜と、第2の電極パッドと、前記第2の電極パッドに接続される第2のビアと、を有し、
    前記第2の電極パッドは、前記半導体搭載用配線基板の裏面側の表面に、その表面を露出して設けられ、側面の少なくとも一部が前記第1の絶縁層に埋設されており、前記第1の配線層及び前記第2の配線層による貼り合わせ面を構成する絶縁膜は同じ材料からなり、貼り合わせ後第3の配線層を構成し、
    前記第3の配線層は、両表面に埋設された複数個の配線と前記配線を相互に接続するビアと、を有し、
    前記第1の電極パッドまたは前記第2の電極パッドの少なくとも一つは、露出した面が前記第1の絶縁膜または前記第2の絶縁層の露出面よりも突出した位置にあることを特徴とする半導体搭載用配線基板。
  2. 前記第1の配線層及び前記第2の配線層の少なくとも一方は、多層配線層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体搭載用配線基板。
  3. 前記第1の配線層の前記貼り合わせ面には少なくとも一つの配線が露出されており、前記第2の配線層の前記貼り合わせ面には少なくとも一つのビアが露出されており、前記配線と前記ビアが接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体搭載用配線基板。
  4. 前記第1の配線層及び前記第2の配線層の前記貼り合わせ面には少なくとも一つのビアが露出しており、前記ビア同士が接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体搭載用配線基板。


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