JP2016032102A - パッケージ基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】先行技術における再配線構造物のひび割れの課題を改善することができるパッケージ基板を提供する。【解決手段】パッケージ基板が開示される。パッケージ基板は、成形層、再配線構造物及びビルドアップ構造物を含む。再配線構造物は、成形層によって露出される表面と共に成形層に埋め込まれる。ビルドアップ構造物は、成形層の底面に形成される。パッケージ基板内の異なる材料間のCTE差異が原因で起こる内部応力は、再配線構造物の周辺部の周りに配置される少なくとも1つの溝部を成形層の上面に形成することによって軽減され、これにより、先行技術における再配線構造物のひび割れの課題を改善する。【選択図】図2

Description

本発明は、概して、パッケージ基板に関し、特に、高密度パッケージのためのパッケージ基板に関する。
現代では、電子製品の小型化は必然的な傾向である。従って、薄型で、コンパクトな電子製品の要件を満たすために、半導体チップ及び半導体チップ用パッケージ基板は、大きさを変えてきた。今、半導体チップの回路密度は、そのピン数と同様に益々大きくなり、半導体チップの導電性パッド間のピッチは、ナノ単位で縮小されてきた。しかしながら、従来型のフリップチップパッケージ基板のパッド間のピッチは、わずか約数百ミクロンである。従って、従来型のフリップチップパッケージ基板は、回路密度が高く、ピン数の多い半導体チップには適用できない。更に、熱サイクル信頼性試験手順において、半導体チップと従来型フリップチップパッケージ基板との間には、熱膨張率(CTE:coefficient of thermal expansion)の大きな差異が存在する。これは、不均一な熱応力を引き起こし、かつ、パッケージ基板とチップとの間の接続を破壊する可能性があり、これにより、信頼性及び製品歩留まりが低下してしまう。
米国特許第8,269,337号明細書は、パッケージ基板を開示する。図1は、パッケージ基板の適用を示す断面図である。パッケージ基板は、インターポーザ212、再配線層構造物213、ビルドアップ構造物24、成形層22及び半導体チップ27を含む。再配線構造物21は、インターポーザ212及び再配線層構造物213を構成する。インターポーザ212は、ガラス、シリコン、セラミック又はポリマーにより作製される。図1に図示するように、インターポーザ212は、その底面を貫通する複数のシリコン貫通ビア(TSV:Trough−Silicon Via)210を有する。再配線層構造物213は、インターポーザ212の上面に形成される。再配線層構造物213の最も内側の回路は、TSV210の上端部に電気的に接続され、再配線層構造物213の最も外側の回路は、複数の電極パッド211を有する。再配線構造物21は、成形層22に埋め込まれる。ビルドアップ構造物24は、成形層22の底面に形成される。ビルドアップ構造物24は複数の導電性ビア242を有し、その一部はインターポーザ212のTSV210の底端部に電気的に接続される。半導体チップ27は、半田バンプ271を介して再配線層構造物213の電極パッド211に電気的に接続されるフリップチップであり、アンダーフィル材270は、電極パッド211と半導体チップ27との間のスペースを充填するように使用される。複数の半田ボール26がプリント回路板(図示しない)などの別の電子デバイスに電気的に接続されるように、ビルドアップ構造物24の底部側にあるボンディングパッド243に取り付けられる。
再配線構造物21を配置することによって、パッケージ基板は半導体チップ27とプリント回路板との間の寸法の不一致を克服することができる。高密度又は小ピッチの導電性パッド272を有する半導体チップ27は、パッケージ基板を通してプリント回路板上に配置され得る。更に、インターポーザ212は、半導体チップ27とプリント回路板との間でCTEバッファとして機能する。それ故、熱サイクル信頼性試験手順中、パッケージ基板内で起こる不均一な熱応力が軽減され得る。これは、パッケージ基板の構造をより信頼性のあるものにする。
しかしながら、インターポーザ212のCTEは、約3ppm/Kであり、ビルドアップ層24の成形層22及び誘電体層のCTEは、約5から15ppm/Kであるので、大きなCTE差異が存在する。それ故、埋め込まれた再配線構造物21内で大きな内部応力が起こり、再配線構造物21の破損(failure)やひび割れ(cracking)の原因となる可能性がある。
従って、先行技術における上述の欠点を克服するためのパッケージ基板を提供する必要がある。
本発明の目的は、先行技術における再配線構造物のひび割れに関する課題を改善することができるパッケージ基板を提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明は、以下のようなパッケージ基板を提供する。当該パッケージ基板は、第1表面と、それに対向する第2表面とを有する成形層と、成形層に埋め込まれる再配線構造物と、成形層の第2表面に形成されるビルドアップ構造物とを含む。再配線構造物は、第1側部と、それに対向する第2側部とを有する。再配線構造物の第1側部は、成形層の第1表面から露出される複数の電極パッドを有し、再配線構造物の第2側部は、複数の導電性部分を有する。ビルドアップ構造物は、第1側部と、それに対向する第2側部とを有し、ビルドアップ構造物は、ビルドアップ構造物の第1側部に形成される配線層と、ビルドアップ構造物の第2側部に形成される複数の電極パッドとを有する。再配線構造物の第2側部における導電性部分と、ビルドアップ構造物の第1側部の配線層とは、互いに電気的に接続され、パッケージ基板に埋められる。再配線構造物の第1側部における電極パッドと、ビルドアップ構造物の第2側部における電極パッドとは、パッケージ基板の表面から露出される。成形層の第1表面上に少なくとも1つの溝部があり、溝部は再配線構造物の周辺部の周りに配置される。
本発明の例示的な一実施形態において、溝部は、再配線構造物の厚さよりも大きな深さを有する。
本発明の例示的な一実施形態において、溝部は、10μmから200μmの間の幅を有する。
本発明の例示的な一実施形態において、溝部は、50μmから100μmの間の幅を有する。
本発明の例示的な一実施形態において、残留成形部が再配線構造物と溝部との間に更に配置され得る。
本発明の例示的な一実施形態において、溝部は充填材料で更に充填され得る。充填材料は、溝部の内壁の材料のモジュラス(modulus)よりも小さいモジュラスを有する。充填材料は弾性材料でよい。
本発明の例示的な一実施形態において、充填材料は、シリコーンなどの低モジュラス材料(low−modulus material)でよい。
本発明の例示的な一実施形態において、残留成形部は、10μmから200μmの間の幅を有する。
本発明の例示的な一実施形態において、残留成形部は、20μmから70μmの間の幅を有する。
本発明の例示的な一実施形態において、再配線構造物の第1側部における電極パッドの分布密度は、ビルドアップ構造物の第2側部における電極パッドの分布密度よりも高い。
本発明の例示的な一実施形態において、再配線構造物の第1側部における電極パッドのサイズ及び寸法は、ビルドアップ構造物の第2側部における電極パッドのサイズ及び寸法よりも小さい。
本発明の例示的な一実施形態において、再配線構造物は貫通孔インターポーザ及び再配線層構造物を含有し、導電性部分は導電性貫通孔であり、貫通孔インターポーザは、第1側部と、それに対向する第2側部と、第1側部及び第2側部を貫通する導電性貫通孔とを含む。導電性貫通孔の各々は、貫通孔インターポーザの第1側部上に第1端面と、貫通孔インターポーザの第2側部上に第2端面とを含む。貫通孔インターポーザの第2側部と、導電性貫通孔の第2端面とは、成形層の第2表面と同一平面であり、再配線層構造物は、貫通孔インターポーザの第1側部及び導電性貫通孔の第1端面に配置され、かつ、導電性貫通孔の第1端面に電気的に接続される。再配線層構造物の最外層は、成形層の第1表面から露出される電極パッドを有する。
本発明の例示的な一実施形態において、再配線構造物はコアシートであり、コアシートは交互に積層される複数の金属層及び複数の誘電体層を含み、導電性部分は電極パッドである。
本発明の例示的な一実施形態において、コアシートの誘電体層は、有機高分子で作製され得る。
本発明の例示的な一実施形態において、コアシートは可撓性シートである。
本発明の例示的な一実施形態において、コアシートの誘電体層の材料は、ガラス、シリコン又はセラミックなどの無機物質でよい。
本発明の例示的な一実施形態において、再配線構造物の第1側部における電極パッドは、少なくとも1つの半導体チップに接続するために用いられる。
本発明の例示的な一実施形態において、ビルドアップ構造物の第2側部における電極パッドは、プリント回路板に接続するために用いられる。
本発明は、先行技術に対して明瞭な利点と有益な効果を有する。上記の技術スキームに従った本発明のパッケージ基板は、少なくとも以下の利点と有益な効果を有する。本発明において、パッケージ基板内の異なる材料間におけるCTE差異が原因で起こる内部応力は、再配線構造物の周辺部の周りに配置される少なくとも1つの溝部を成形層の第1表面上に形成することによって軽減される。これにより、再配線構造物、成形層、ビルドアップ構造物の間のCTE不一致を克服し、従って、先行技術における再配線構造物のひび割れに関する課題を解決する。
先行技術のパッケージ基板の適用を示す断面図である。 本発明の第1実施形態に従ったパッケージ基板の断面図である。 図2のパッケージ基板の上面図である。 図2の別の形態に従ったパッケージ基板の断面図である。 図4のパッケージ基板の上面図である。 本発明の第2実施形態に従ったパッケージ基板の断面図である。 図6のパッケージ基板の上面図である。 本発明の他の実施形態に従ったパッケージ基板の上面図である。 本発明の他の実施形態に従ったパッケージ基板の上面図である。 本発明の他の実施形態に従ったパッケージ基板の上面図である。
本発明の実施形態は、以下のように、添付の図面を参照して、技術的な事柄、構造的特徴、達成される目的、そして効果と共に、詳細に説明される。
図2及び図3を参照する。図2は、本発明の第1実施形態に従ったパッケージ基板1の断面図である。図3は、図2のパッケージ基板の上面図である。パッケージ基板1は、成形層22、ビルドアップ構造物24及び再配線構造物21を含む。再配線構造物21は、貫通孔インターポーザ212及び再配線層構造物213を含む。成形層22は、第1表面22aと、それに対向する第2表面22bとを有する。再配線構造物21は、成形層22に埋め込まれるが、成形層22の第1表面22aは、再配線層構造物213の表面の一部を露出させる。ビルドアップ構造物24は成形層22の第2表面22bに形成される。
貫通孔インターポーザ212は、第1側部21aと、それに対向する第2側部21bと、第1側部21a及び第2側部21bを貫通する複数の導電性貫通孔210とを有する。導電性貫通孔210の各々は、貫通孔インターポーザ212の第1側部21aに第1端面210aと、貫通孔インターポーザ212の第2側部21bに第2端面210bとを有する。貫通孔インターポーザ212の第2側部21bと、導電性貫通孔210の第2端面210bとは、成形層22の第2表面22bと同一平面である。再配線層構造物213は、貫通孔インターポーザ212の第1側部21a上、かつ、導電性貫通孔210の第1端面210a上に配置され、かつ、導電性貫通孔210の第1端面210aに電気的に接続される。再配線層構造物213の最外層は、成形層22の第1表面22aから露出される複数の電極パッド211を有する。貫通孔インターポーザ212は、ガラス、セラミック、単結晶シリコン又はポリシリコンで作製され、かつ、100μmの厚さを有する。
ビルドアップ構造物24は、第1側部24aと、それに対向する第2側部24bとを有する。ビルドアップ構造物24は、ビルドアップ構造物24の第1側部24aにおいて形成される配線層241と、ビルドアップ構造物24の第2側部24bにおいて形成される複数の電極パッド243とを有する。貫通孔インターポーザ212内の導電性貫通孔210の第2端面210bと、ビルドアップ構造物24の第1側部24aにおける配線層241とは、電気的に互いに接続され、パッケージ基板1に埋められる。再配線層構造物213の最外層における電極パッド211と、ビルドアップ構造物24の第2側部24bにおける電極パッド243とは、パッケージ基板1の表面から露出する。再配線層構造物213の最外層における電極パッド211の分布密度は、ビルドアップ構造物24の第2側部24bにおける電極パッド243の分布密度よりも高い。再配線層構造物213の最外層における電極パッド211のサイズ及び寸法は、ビルドアップ構造物24の第2側部24bにおける電極パッド243のサイズ及び寸法よりも小さい。再配線層構造物213の最外層における電極パッド211は、少なくとも1つの半導体チップ(図示しない)に接続するために用いられる。ビルドアップ構造物24の第2側部24bにおける電極パッド243は、プリント回路板(図示しない)に接続するために用いられる。
成形層22の第1表面22a上に溝部220があり、溝部220は、再配線構造物21の周辺部の周りに配置される。溝部220は、再配線構造物21の厚さHよりも大きな深さDを有する。溝部220は、100μmの幅W1を有する。溝部220は、紫外線(UV)レーザによって形成され得る。残留成形部221は、再配線構造物21と溝部220との間に配置され、かつ、再配線構造物21を保護するために使用される。残留成形部221の材料は、成形層22の材料と同一である。残留成形部221は、50μmの幅W2を有する。本発明の別の実施形態において、溝部220は、シリコーンなどの低モジュラス材料(図示しない)で更に充填され得る。
図4及び図5は、図2のパッケージ基板1の別の形態である。これには、溝部220が成形層22の第1表面22a上に設けられる。溝部220は、貫通孔インターポーザ212及び再配線層構造物213を含有する再配線構造物21の周辺部の周りに配置される。溝部220は再配線構造物21と隣接する。
図6及び図7を参照する。図6は、本発明の第2実施形態に従ったパッケージ基板1の断面図である。図7は、図6のパッケージ基板の上面図である。パッケージ基板1は、コアシート100(再配線構造物)、ビルドアップ構造物200及び成形層300を含む。成形層300は、第1表面304a及び第2表面304bを有する。第1表面304a及び第2表面304bは、成形層300の反対側にある。コアシート100は、成形層300によって露出される表面と共に成形層300に埋め込まれる。ビルドアップ構造物200は成形層300の第2表面304bに形成される。
コアシート100は、複数の金属層101と、それに配置される複数の誘電体層102とを有する。金属層101及び誘電体層102は、一方を他方の上部に積層することにより、交互に形成される。任意の2つの隣接する金属層101が、その間に形成された導電性ビア103によって電気的に接続され得る。なお、図6及びそれに続く図の誘電体層102は、簡潔化のために単一層構成により図示されているが、コアシート100は、実際には多くの誘電体層を含むということが留意される。特に、コアシート100の誘電体層102は、有機高分子で作製され得る。ポリイミドが説明的な実施例として使用され得る。また、コアシート100の誘電体層102の材料は、無機物質でもよい。誘電体層102の材料は、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素及び水ガラスなどのセラミック又はガラスによって実施され得る。他の材料も考慮され得る。
コアシート100は、2つの対向する側部、つまり、第1側部104a及び第2側部104bを有する。特に、コアシート100は、第1側部104aにおける第1表面105aと、第2側部104bにおける第2表面105bとを有する。コアシート100の第1側部104a及び第2側部104bに形成され、好ましくは、第1表面105a及び第2表面105bの下に形成される、複数の電極パッド106がある。コアシート100の電極パッド106は、コアシート100を他の電子コンポーネントに電気的に接続するために電気的接続点として機能する。図6に図示するように、成形層300は、コアシート100の第1表面105aを露出させ、コアシート100の第1側部104aに形成される電極パッド106の分布密度は、第2側部104bに形成される電極パッド106の分布密度よりも大きい。
ビルドアップ構造物200は、第1側部204a及び第2側部204bを有する。第1側部204a及び第2側部204bは、ビルドアップ構造物200の反対側にある。ビルドアップ構造物200は、第1側部204aに形成される配線層201と、第2側部204bに形成される複数の電極パッド206と、配線層201と電極パッド206との間に配置される複数の導電性ビア203と、少なくとも1の誘電体層202とを有する。第1側部204aに形成される配線層201と、第2側部204bに形成される電極パッド206とは、ビルドアップ構造物200の最外層に形成される。図6に図示するように、ビルドアップ構造物200の第1側部204aに形成される配線層201は、コアシート100の第2側部104bに形成される電極パッド106に電気的に接続される。ビルドアップ構造物200は、好ましくは、半田マスクなどの、ビルドアップ構造物200の第2側部204bにおける最も外側の誘電体層に形成される保護絶縁層207を有する。保護絶縁層207は複数の開口部208を有し、それを介して、第2側部204bにおける電極パッド206は露出され、電気的接続点として機能する。なお、ビルドアップ構造物200は、複数の金属層及び誘電体層を有する多層構造と共に用いられ、好ましくは、その間に配線を有することができる。
コアシート100の第1側部104aにおける電極パッド106の分布密度は、ビルドアップ構造物200の第2側部204bにおける電極パッド206の分布密度よりも高い。コアシート100の第1側部104aにおける電極パッド106のサイズ及び寸法は、ビルドアップ構造物200の第2側部204bにおける電極パッド206よりも小さい。コアシート100の第1側部104aにおける電極パッド106は、少なくとも1つの半導体チップ(図示しない)に接続するために用いられる。ビルドアップ構造物200の第2側部204bにおける電極パッド206は、プリント回路板(図示しない)に接続するために用いられる。
成形層300の第1表面304a上に溝部320があり、溝部320は、コアシート100の周辺部の周りに配置される。溝部320は、コアシート100の厚さHよりも大きい深さDを有する。溝部320は、100μmの幅W1を有する。溝部320は、UVレーザによって形成され得る。残留成形部321は、コアシート100と溝部320との間に配置され、かつ、コアシート100を保護するために使用され得る。残留成形部321の材料は、成形層300の材料と同一である。残留成形部321は、50μmの幅W2を有する。本発明の別の実施形態において、溝部320は、シリコーンなどの低モジュラス材料(図示しない)で更に充填され得る。
本発明の他の実施形態において、図3の溝部220又は図7の溝部320は、例えば、図8から図10を参照すると、さまざまな形態を有することができる。しかしながら、本発明はそれらに限定されない。
上述のように、本発明のパッケージ基板1において、パッケージ基板1内の異なる材料間のCTE差異が原因で起こる内部応力は、再配線構造物21、100の周辺部の周りに配置される少なくとも1つの溝部220、320を、成形層22の第1表面22a、成形層300の第1表面304aの上に形成することによって軽減される。これにより、再配線構造物21、100、成形層22、300及びビルドアップ構造物24、200の間のCTE不整合を克服し、従って、先行技術における再配線構造物21、100のひび割れの課題を解決する。
しかしながら、本発明の多くの特徴及び利点が、本発明の構造及び機能の詳細と共に、上述の説明において明記されてきたが、開示は例示のみであり、添付の請求項が言及する用語の広く一般的な意味によって示される限り、変更は詳細に行うことができ、特に、発明の原理内の部分の形状、サイズ及び配置における変更を行うことができるということが理解されるべきである。
1 パッケージ基板
21 再配線構造物
21a 第1側部
21b 第2側部
22 成形層
22a 第1表面
22b 第2表面
24 ビルドアップ構造物
24a 第1側部
24b 第2側部
26 半田ボール
27 半導体チップ
100 再配線構造物
100 コアシート
101 金属層
102 誘電体層
103 導電性ビア
104a 第1側部
104b 第2側部
105a 第1表面
105b 第2表面
106 電極パッド
200 ビルドアップ構造物
201 配線層
202 誘電体層
203 導電性ビア
204a 第1側部
204b 第2側部
206 電極パッド
207 保護絶縁層
208 開口部
210 導電性貫通孔
210a 第1端面
210b 第2端面
211 電極パッド
212 貫通孔インターポーザ
213 再配線層構造物
220 溝部
221 残留成形部
241 配線層
242 導電性ビア
243 電極パッド
270 アンダーフィル材
271 半田バンプ
272 導電性パッド
300 成形層
304a 第1表面
304b 第2表面
320 溝部
321 残留成形部

W1 幅
W2 幅
D 深さ
H 厚さ

Claims (20)

  1. 複数の上部電極パッドを有する再配線構造物と、
    前記再配線構造物の底部に構成されるビルドアップ層と、
    前記再配線構造物を埋め込む成形層と、
    前記再配線構造物の周りに延在する溝部と、
    を含み、
    前記複数の上部電極パッドは、チップの取り付けに適合する第1密度で構成され、
    前記ビルドアップ層は、複数の底部取り付けパッドを有し、
    前記複数の底部取り付けパッドは、パッケージ基板のプリント回路板上への取り付けに適合する第2密度で構成され、
    前記第2密度は、前記第1密度よりも低い、
    パッケージ基板。
  2. 前記溝部の深さは、前記成形層の厚さよりも小さい、請求項1に記載のパッケージ基板。
  3. 前記溝部の前記深さは、前記再配線構造物の厚さよりも大きい、請求項2に記載のパッケージ基板。
  4. 前記溝部は、前記再配線構造物の周りに連続的に延在する、請求項1に記載のパッケージ基板。
  5. 前記成形層の一部は、前記溝部と前記再配線構造物との間で構成される、請求項1に記載のパッケージ基板。
  6. 前記成形層の前記一部の幅は、前記溝部の幅よりも小さい、請求項5に記載のパッケージ基板。
  7. 前記溝部は前記再配線構造物に隣接する、請求項1に記載のパッケージ基板。
  8. 上面視において、前記溝部は、前記再配線構造物の4つの側部に沿って配置される4つの独立区画溝部をそれぞれ含む、請求項1に記載のパッケージ基板。
  9. 上面視において、前記溝部は、前記再配線構造物の4つの側部に沿って配置される複数の穴を含む、請求項1に記載のパッケージ基板。
  10. 上面視において、前記溝部は、前記再配線構造物の4つの側部に沿って配置される複数の矩形の溝部を含む、請求項1に記載のパッケージ基板。
  11. 前記溝部に充填されるシリコーンを更に含む、請求項1に記載のパッケージ基板。
  12. 前記再配線構造物に埋め込まれるインターポーザを更に含む、請求項1に記載のパッケージ基板。
  13. 前記溝部の深さは、前記成形層の厚さよりも大きい、請求項12に記載のパッケージ基板。
  14. 前記溝部は、前記再配線構造物の周りに連続的に延在する、請求項12記載のパッケージ基板。
  15. 前記成形層の一部は、前記溝部と前記再配線構造物との間で構成される、請求項12記載のパッケージ基板。
  16. 前記溝部は前記再配線構造物と隣接する、請求項12記載のパッケージ基板。
  17. 上面視において、前記溝部は、前記再配線構造物の4つの側部に沿って配置される4つの独立区画溝部をそれぞれ含む、請求項12記載のパッケージ基板。
  18. 上面視において、前記溝部は、前記再配線構造物の4つの側部に沿って配置される複数の穴を含む、請求項12記載のパッケージ基板。
  19. 上面視において、前記溝部は、前記再配線構造物の4つの側部に沿って配置される複数の矩形の溝部を含む、請求項12記載のパッケージ基板。
  20. 前記溝部に充填されるシリコーンを更に含む、請求項12記載のパッケージ基板。
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