JP2016149411A - 半導体素子内蔵配線板及びその製造方法 - Google Patents

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清水 敬介
Keisuke Shimizu
敬介 清水
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

【課題】反りの発生を防止することができる半導体素子内蔵配線板を提供する。【解決手段】半導体素子内蔵配線板1は、ベース基板20と、ベース基板20に埋設される半導体素子10と、ベース基板20を挟むようにその両側に形成される第1ビルドアップ層30と第2ビルドアップ層40とを備える。第1ビルドアップ層30は、半導体素子10の非アクティブ面10a側に形成される絶縁層300と、絶縁層300に形成される複数の導体パッド301とを有する。第2ビルドアップ層40は、アクティブ面10b側に形成される絶縁層400と、絶縁層400に形成される複数の導体パッド401とを有する。絶縁層300及び絶縁層400は、補強材を含む樹脂材料により形成されている。導体パッド301は絶縁層300に埋め込まれている。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体素子内蔵配線板及びその製造方法に関する。
従来、このような分野の技術として、例えば下記特許文献に記載されるものがある。特許文献1に記載の半導体素子内蔵配線板は、コア基板と、該コア基板の内部に埋設されたコンデンサと、コア基板の上側に絶縁層と導体層とを積層してなる上側ビルドアップ層と、コア基板の下側に絶縁層と導体層とを積層してなる下側ビルドアップ層とを備えている。コア基板はガラス−エポキシ樹脂複合材料、絶縁層はエポキシ樹脂によってそれぞれ形成されている。
特開2001−345560号公報
しかし、上述の半導体素子内蔵配線板では、材料の熱膨張係数の違いによって熱応力が発生しており、それに起因する配線板の反りが生じやすいと考えられる。
本発明は、反りの発生を防止することができる半導体素子内蔵配線板を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の半導体素子内蔵配線板は、ベース基板と、前記ベース基板に埋設される半導体素子と、前記ベース基板を挟むようにその両側に形成される第1ビルドアップ層と第2ビルドアップ層と、を備える半導体素子内蔵配線板であって、前記半導体素子は、端子を有するアクティブ面と、そのアクティブ面の反対側の非アクティブ面とを有し、前記第1ビルドアップ層は、前記半導体素子の前記非アクティブ面側に形成される第1絶縁層と、該第1絶縁層の前記ベース基板と反対の面側から外部に露出する複数の第1導体パッドとを有し、前記第2ビルドアップ層は、前記半導体素子の前記アクティブ面側に形成される第2絶縁層と、該第2絶縁層の前記ベース基板と反対の面側から外部に露出する複数の第2導体パッドとを有し、前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層は、補強材を含む樹脂材料により形成され、前記第1導体パッドは、前記第1絶縁層に埋め込まれている。
本発明の実施形態によれば、反りの発生を防止することができる。
第1実施形態に係る半導体素子内蔵配線板を示す断面図である。 半導体素子内蔵配線板を用いたPOP構造の半導体パッケージを示す説明図である。 半導体素子内蔵配線板を用いたPOP構造の半導体パッケージを示す説明図である。 第2実施形態に係る半導体素子内蔵配線板を示す断面図である。 第3実施形態に係る半導体素子内蔵配線板を示す断面図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 凹部の他の製造方法を説明する工程図である。 凹部の他の製造方法を説明する工程図である。 凹部の他の製造方法を説明する工程図である。 凹部の他の製造方法を説明する工程図である。 第4実施形態に係る半導体素子内蔵配線板を示す断面図である。 第4実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第4実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第4実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第4実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第4実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第5実施形態に係る半導体素子内蔵配線板を示す断面図である。 第5実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第5実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第5実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。 第5実施形態に係る半導体素子内蔵配線板の製造方法を説明する工程図である。
以下、図面を参照して本発明に係る半導体素子内蔵配線板の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<第1実施形態>
図1に示すように、本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板1は、中央位置に配置されるベース基板20と、ベース基板20の内部に埋設される半導体素子10と、ベース基板20を挟むように下側に配置される第1ビルドアップ層30と、上側に配置される第2ビルドアップ層40とを備えている。
ベース基板20は、いわゆるコア基板を有しないコアレス基板であり、複数の絶縁層及び導体層を積層することにより形成されている。このベース基板20は、略平板状を呈しており、互いに対向する一方の主面20aと、他方の主面20bとを有する。本実施形態における導体層は、電気回路を構成する配線層であり、その配置位置によって導体パッドと配線パターン等を含む場合もあれば、導体パッドのみを含む場合もある。
ベース基板20の一方の主面20a側には、導体層201とプレーン層207とが設けられている。導体層201とプレーン層207とは、後述する第1ビルドアップ層30の絶縁層300の上に並設されている。導体層201は、特許請求の範囲に記載の「第1導体層」に相当し、例えば無電解めっき層と電解めっき層によって構成されている。プレーン層207は、導体層201と同様に、無電解めっき層と電解めっき層によって構成されている。
図1に示すように、プレーン層207の一部と導体層201とは、その上に積層された絶縁層200によって覆われている。絶縁層200は、特許請求の範囲に記載の「第3絶縁層」に相当し、無機フィラー30%wt以上を含有する樹脂材料により形成されている。本実施形態では、絶縁層200は、30〜80%wtのSiOの無機フィラーを含有する樹脂絶縁材料によって形成されている。
絶縁層200の上には、導体層203が形成されている。導体層203は、特許請求の範囲に記載の「第2導体層」に相当し、例えば無電解めっき層と電解めっき層によって構成されている。絶縁層200及び導体層203の上には、更に絶縁層202が積層されている。絶縁層202は、特許請求の範囲に記載の「第4絶縁層」に相当し、無機フィラー30%wt以上を含有する樹脂材料により形成されている。絶縁層202の上には、導体層が形成されておらず、絶縁層204が積層されている。
図1に示すように、ベース基板20には、絶縁層200及び絶縁層202を貫通し、プレーン層207の一部を底面とする凹部206が設けられている。凹部206はその内部に半導体素子10を収容できる大きさに形成されている。また、凹部206の側壁206aは、半導体素子10を内部にスムーズに搭載できるように下方から上方に向かって広がるように形成されている。
半導体素子10は、複数の端子11が形成されるアクティブ面10bと、該アクティブ面10bの反対側の非アクティブ面10aとを有する。半導体素子10は、そのアクティブ面10bがベース基板20の他方の主面20b側に向くように、凹部206に収容されている。半導体素子10の非アクティブ面10aには、ダイアタッチフィルム12が設けられている。
絶縁層200,202の積層方向において、絶縁層202の高さは半導体素子10よりも低くなっている。このようにすれば、例えば搭載装置を用いて半導体素子10をピックアップし凹部206に搭載する際に、搭載装置と絶縁層202との干渉を防止することができ、搭載作業をよりスムーズに行える効果を奏する。そして、凹部206内に搭載された半導体素子10は、ダイアタッチフィルム12を介してプレーン層207と仮固定され、更にその周り及び上に形成される絶縁層204によって埋設されている。
絶縁層204は、特許請求の範囲に記載の「第5絶縁層」に相当し、絶縁層200,202と同様に、無機フィラー30%wt以上を含有する樹脂材料により形成されている。絶縁層204の上には、更に導体層205が形成されている。導体層205は、導体層201,203と同様に無電解めっき層と電解めっき層によって構成されている。また、導体層205は、半導体素子10の上方の範囲に配置する部分と、該範囲以外に配置する部分とで分けられている。図1に示すように、これらの2つの部分の一部が連結されている。このようにすれば、構成される配線が信号の伝送だけではなく、例えば電源又はグランド配線としての利用も可能である。
ベース基板20の絶縁層200、202及び204のうち、絶縁層200は最も下側に位置し、絶縁層204は最も上側に位置している。従って、絶縁層200の下表面はベース基板20の一方の主面20aを構成し、絶縁層204の上表面は他方の主面20bを構成する。また、導体層201及びプレーン層207の下表面は、一方の主面20aと同一平面に位置している。
絶縁層202は、絶縁層200及び204と異なり、その上に導体層が形成されていない。この絶縁層202は、凹部206の形成後に行うプレーン層207のデスミア処理時に、デスミア処理による導体層203への影響を防止し、導体層203を保護する保護層として設けられている。また、ベース基板20の絶縁層200、202及び204のうち、絶縁層202は最も薄く形成されている。このようにすることで、ベース基板20の薄型化を図ることが可能になる。
絶縁層200の内部には、導体層201と導体層203とを電気的に接続するビア導体208が複数形成されている。絶縁層202及び204の内部には、導体層203と導体層205とを電気的に接続するビア導体209が複数形成されている。すなわち、ビア導体208は1つの絶縁層にわたって形成されているが、ビア導体209は2つの絶縁層にわたって形成されている。
また、半導体素子10の上方に位置する絶縁層204の内部には、半導体素子10の端子11と導体層205とを電気的に接続するビア導体210が複数形成されている。ビア導体208,209,210は、それぞれ円錐台形状を呈し、同一方向に向かって拡径されている。具体的には、ビア導体208,209,210の全ては、一方の主面20aから他方の主面20bに向かう方向に沿って直径が拡がるように形成されている。
第1ビルドアップ層30は、半導体素子10の非アクティブ面10a側であって、ベース基板20の一方の主面20aの下方に形成される絶縁層300と、絶縁層300に形成される複数の導体パッド301とを有する。絶縁層300は、特許請求の範囲に記載の「第1絶縁層」に相当し、補強材を含む樹脂材料によって形成されている。ここで、補強材は、少なくともガラスクロス、炭素繊維、ガラス不織布、アラミドクロス、及びアラミド不織布から選ばれる1種類以上である。本実施形態では、絶縁層300はガラスクロス入りのABF材(味の素ファインテクノ(株)製、商品名:ABF−GX13GC)により形成されている。
導体パッド301は、特許請求の範囲に記載の「第1導体パッド」に相当し、例えば電解めっき層によって構成されている。導体パッド301は、絶縁層300に埋め込まれ、該絶縁層300のベース基板20と反対の面300a側(すなわち、ベース基板20の一方の主面20aから遠ざかる側)から外部に露出している。そして、導体パッド301の外部に露出する表面301aは、絶縁層300のベース基板20と反対の面300aと同一平面に位置している。導体パッド301は、例えば半導体素子内蔵配線板1をマザーボード等を含む他のプリント配線板に搭載する際に、半田バンプを介してマザーボード等を含む他のプリント配線板の接続パッドと電気的に接続される。また、絶縁層300の内部には、導体パッド301とベース基板20の最も下側に位置する導体層201とを電気的に接続するビア導体302が複数形成されている。
第2ビルドアップ層40は、半導体素子10のアクティブ面10b側であって、ベース基板20の他方の主面20bの上に形成される絶縁層400と、絶縁層400の上に形成される複数の導体パッド401とを有する。絶縁層400は、特許請求の範囲に記載の「第2絶縁層」に相当し、絶縁層300と同様に、補強材を含む樹脂材料によって形成されている。本実施形態では、絶縁層400はガラスクロス入りのABF材(味の素ファインテクノ(株)製、商品名:ABF−GX13GC)により形成されている。
導体パッド401は、特許請求の範囲に記載の「第2導体パッド」に相当し、例えば無電解めっき層と電解めっき層によって構成されている。導体パッド401は、絶縁層400の上に形成され、該絶縁層400のベース基板20と反対の面400a側(すなわち、ベース基板20の他方の主面20bから遠ざかる側)から外部に露出している。導体パッド401は、例えばチップやプリント配線板等の外部電子部品と実装する際に、半田バンプを介して外部電子部品の接続端子等と電気的に接続される。また、絶縁層400の内部には、導体パッド401とベース基板20の最も上側に位置する導体層205とを電気的に接続するビア導体402が複数形成されている。
第1ビルドアップ層30のビア導体302と、第2ビルドアップ層40のビア導体402とは、それぞれ円錐台形状を呈し、同一方向に向かって拡径されている。具体的には、これらのビア導体302,402の全ては、一方の主面20aから他方の主面20bに向かう方向に沿って直径が拡がるように形成されている。
図1に示すように、ベース基板20の複数のビア導体208,209、第1ビルドアップ層30のビア導体302、及び第2ビルドアップ層40のビア導体402のうち、一部が積層方向に沿って直線状に積み重ねてスタックビア構造をなしている。これによって、第1ビルドアップ層30の導体パッド301は、ビア導体302、208、209、402及び導体層201、203、205を介して第2ビルドアップ層40の導体パッド401と電気的に接続される。また、図示しないが、複数のベース基板20のビア導体208,209、第1ビルドアップ層30のビア導体302、及び第2ビルドアップ層40のビア導体402のうち、一部が積層方向に沿って位置をずらして積み重ねてオフセットビア構造をなしている。
絶縁層300のベース基板20と反対の面300aには、導体パッド301の一部を外部に露出する開口303aを有するソルダーレジスト層(第1ソルダーレジスト層)303が形成されている。同様に、絶縁層400のベース基板20と反対の面400aには、導体パッド401の一部を外部に露出する開口403aを有するソルダーレジスト層(第2ソルダーレジスト層)403が形成されている。このようにすれば、半導体素子内蔵配線板1の表面を保護することができ、実装の際に必要でない部分への半田付着を防止でき、実装の信頼性を高める効果がある。なお、必要に応じて、絶縁層300のベース基板20と反対の面300aには、例えばOSP(Organic Solderability Preservative)等処理膜のみを形成し、第1ソルダーレジスト層303が形成されなくても良い。
以上の構造を有する半導体素子内蔵配線板1では、絶縁層300及び絶縁層400は補強材を含む樹脂材料により形成されているため、それらの間に挟まれたベース基板20の強度を強化することができる。これによって、材料の熱膨張係数の違いに起因する反りの発生を防止することができる。従って、例えば、ベース基板20の反り発生予測状況に基づいて、両側に配置される絶縁層300と絶縁層400に用いられる補強材を含む樹脂材料の種類を変えたり、それぞれの厚さを調整したりすることで、半導体素子内蔵配線板1の反り発生を抑制することが可能になる。例えば、ベース基板20の一方の主面20a側よりも他方の主面20b側の反りが大きいと予測される場合に、一方の主面20a側に位置する絶縁層300よりも、他方の主面20b側に位置する絶縁層400に強度の大きい材料を用いることで、反りの発生を確実に防止できる。
また、第1ビルドアップ層30は半導体素子10の非アクティブ面10a側に形成され、且つ導体パッド301は絶縁層300に埋め込まれているので、導体パッドが絶縁層に埋め込まれない場合と比べて、導体パッド301と半導体素子10との距離を小さくすることができる。従って、半導体素子10から発生した熱を外部に放出する効果を高めることができる。更に、導体パッド301は絶縁層300に埋め込まれることで、導体パッド301の剥離を抑制することができる。
また、導体パッド301の外部に露出する表面301aは、絶縁層300のベース基板20と反対の面300aと同一平面に位置するので、面300aの平坦性を保つことができ、面300aを介してマザーボード等を含む他のプリント配線板と実装する際に、実装性の向上を図ることができる。加えて、導体パッド301の外部に露出する表面301aは面300aと同一平面に位置するため、セルフアライメント効果を利用して実装時の半田ブリッジの発生を防止することができる。
更に、複数のベース基板20のビア導体208,209、第1ビルドアップ層30のビア導体302、及び第2ビルドアップ層40のビア導体402のうち、一部が積層方向に沿って直線状に積み重ねてスタックビア構造をなしているので、オフセットビアの構造を採用する場合と比べて、半導体素子内蔵配線板1の薄型化を容易に実現できるとともに、半導体素子内蔵配線板1の設計自由度の向上が図られる。
以下、図2及び図3を参照して半導体素子内蔵配線板1を用いたPOP(パッケージオンパッケージ)構造の半導体パッケージについて説明する。
図2に示す半導体パッケージでは、半導体素子内蔵配線板1の第2ビルドアップ層40側に、プリント配線板2が実装されている。そして、プリント配線板2の電極又は端子は、半田バンプ52を介して第2ビルドアップ層40の導体パッド401と電気的に接続される。また、プリント配線板2の上には、チップ3が更に実装されている。チップ3の電極又は端子は、半田バンプ53を介してプリント配線板2の電極又は端子と電気的に接続される。
図3に示す半導体パッケージでは、半導体素子内蔵配線板1の第2ビルドアップ層40側に、チップ4及びプリント配線板5がそれぞれ実装されている。チップ4及びプリント配線板5は、上下方向(すなわち、絶縁層200、202の積層方向)に積み重ねるように配置されている。チップ4の端子又は電極は、半田バンプ54を介して第2ビルドアップ層40の導体パッド401の一部と電気的に接続される。プリント配線板5はチップ4の上方に配置され、その端子又は電極は半田バンプ55を介して第2ビルドアップ層40の導体パッド401の一部と電気的に接続される。
チップ4とプリント配線板5との間には、モールド樹脂層7が形成されている。チップ4は、このモールド樹脂層7の内部に封止されている。また、プリント配線板5の上には、他のチップ6が更に実装されている。そして、チップ6の電極又は端子は、半田バンプ56を介してプリント配線板5の電極又は端子と電気的に接続される。
<第2実施形態>
以下、図4を参照して本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板8と第1実施形態と異なる点は、導体パッド304の外部に露出する表面304aが絶縁層300のベース基板20と反対の面300aより凹むことである。その他の構造等は第1実施形態と同様である。
具体的には、導体パッド304は、特許請求の範囲に記載の「第1導体パッド」に相当し、例えば電解めっき層によって構成されている。この導体パッド304は、絶縁層300に埋め込まれ、該絶縁層300のベース基板20と反対の面300a側から外部に露出している。そして、導体パッド304の外部に露出する表面304aは、絶縁層300のベース基板20と反対の面300aよりも、半導体素子内蔵配線板8の内側に凹んでいる。好適には、その表面304aは絶縁層300のベース基板20と反対の面300aよりも3〜15μm凹んでいる。なお、絶縁層300のベース基板20と反対の面300aには、ソルダーレジスト層が形成されていない。
導体パッド304の表面304aを絶縁層300のベース基板20と反対の面300aより半導体素子内蔵配線板8の内側に凹ませる方法として、例えば下記の方法が挙げられる。すなわち、電解Cu/Ni/Cuめっき層からなる導体パッド304を先に形成し、その後にエッチング処理で導体パッド304の最も外側(絶縁層300のベース基板20と反対の面300aに近い側)のCuめっき層を除去する。このとき、Niめっき層がエッチング処理による内側のCuめっき層への侵食を阻止するため、外側のCuめっき層のみが除去される。これによって、凹みが生じる。
本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板8は、第1実施形態と同様な作用効果を得られるほか、導体パッド304の外部に露出する表面304aが絶縁層300のベース基板20と反対の面300aより凹んでいるため、実装の際に、半田バンプが隣接する導体パッドに流れることを確実に防止でき、実装性の向上を図ることができる。
<第3実施形態>
以下、図5を参照して本発明の第3実施形態を説明する。本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板9と第1実施形態と異なる点は、プレーン層207と導体パッド301とを電気的に接続するビア導体305を有することである。その他の構造等は第1実施形態と同様である。
具体的には、絶縁層300の内部には、導体パッド301とベース基板20の導体層201とを電気的に接続するビア導体302のほか、導体パッド301とベース基板20のプレーン層207とを電気的に接続するビア導体305が更に形成されている。ビア導体305は、円錐台形状を呈し、ビア導体302と同様に、一方の主面20aから他方の主面20bに向かう方向に拡径されている。なお、ビア導体305の数は、プレーン層207及び導体パッド301の面積に応じて、一つ或いは複数でも良い。
本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板9は、第1実施形態と同様な作用効果を得られるほか、プレーン層207と導体パッド301とを電気的に接続するビア導体305を有するため、ビア導体305を介して半導体素子10から発生した熱を効率良く導体パッド301に伝えて外部に放出することができ、熱応力の発生を抑制することができる。更に、ビア導体305を介してグランド層に繋がることによって、ノイズを低減することができる。
<半導体素子内蔵配線板の製造方法>
以下、図6A〜図10Dを参照して半導体素子内蔵配線板1の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板1の製造方法は、支持板50に第1ビルドアップ層30を形成する第1工程と、ベース基板20を形成するとともに、その内部に半導体素子10を埋設する第2工程と、ベース基板20の上に第2ビルドアップ層40を形成する第3工程と、支持板50を取り外す第4工程とを備えている。
<第1工程>
まず、支持板50を用意する(図6A参照)。支持板50には、銅張積層板が用いられる。この銅張積層板は、プリプレグ材からなる絶縁層50a、絶縁層50aの両面に積層される第1銅箔50b、及び第1銅箔50bの外側に積層される第2銅箔50cにより形成されている。第1銅箔50bの厚さは15〜20μm、第2銅箔50cの厚さは3〜5μmである。第1銅箔50bと第2銅箔50cとの間には、剥離層(図示せず)が形成されている。
次に、第2銅箔50cの上に導体パッド301を形成する(図6B参照)。具体的には、まず、第2銅箔50cの上に感光性のレジスト層を塗布し、その後に露光処理及び現像処理を施すことにより、所定のレジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンが形成されていない第2銅箔50cの上に、電解めっきにより導体パッド301を形成する。続いて、レジストパターンを除去し、第2銅箔50c及び導体パッド301の上に絶縁層300を積層する(図6C参照)。これによって、導体パッド301は絶縁層300に埋め込まれる。なお、絶縁層300には、ガラスクロス入りのABF材(味の素ファインテクノ(株)製、商品名:ABF−GX13GC)が用いられる。
<第2工程>
次に、絶縁層300の所定の位置にレーザ加工でビアホール306を形成する(図7A参照)。このとき、ビアホール306が円錐台形状、且つその直径が支持板50から離れる方向に沿って拡がるように、ビアホール306を形成する。これによって、形成されるビア導体は支持板50から離れる方向に拡径される。また、ビアホール306は、その深さが導体パッド301の表面に至るまで形成されている。
続いて、絶縁層300の上面ならびにビアホール306の内壁面及び底面にデスミア処理を施し、その後に無電解めっき法によりシード層201aを形成する(図7B参照)。ここでは、無電解めっき法に代えてスパッタリング法を用いてシード層を形成しても良い。シード層201aの材料としては、例えばチタン、チタンナイトライド、クロム、銅などが用いられる。
次に、シード層201aの上に所定のレジストパターン51を形成する(図7C参照)。具体的には、シード層201aの上に感光性のレジスト層を塗布し、その後に露光処理及び現像処理を施すことにより、所定のレジストパターン51を形成する。続いて、レジストパターン51が形成されていないシード層201aの上に、銅めっき層201bを形成する(図7D参照)。銅めっき層201bは、無電解めっき層、電解めっき層、又は無電解めっき層及び電解めっき層を積層してなる層であってもよい。
次に、シード層201a上に形成された所定のレジストパターン51を除去する。続いて、レジストパターン51の除去により外部に露出するシード層201aの部分をエッチングして除去する。絶縁層300に残されたシード層201a及び銅めっき層201bのうち、一部はプレーン層207を構成し、残りは導体層201を構成する。従って、プレーン層207及び導体層201は、絶縁層300の上に並設される状態になる。また、銅めっき層201bの形成により、ビアホール306の内部に銅が充填される。この充填された銅、及びビアホール306の内面及び底面に形成されたシード層201aはビア導体302を構成する(図7E参照)。
次に、絶縁層300及び導体層201の上に絶縁層200を積層する(図7F参照)。絶縁層200には、例えば無機フィラー30%wt以上を含有する樹脂材料が用いられる。続いて、絶縁層200の所定の位置にレーザ加工でビアホール200aを形成する(図8A参照)。続いて、上述の方法で絶縁層200の上に導体層203、ビアホール200aの内部にビア導体208を形成する(図8B参照)。
次に、絶縁層200及び導体層203の上に絶縁層202を積層する(図8C参照)。このとき、後述の半導体素子10の搭載作業をスムーズに行うことを考慮し、絶縁層202の高さを半導体素子10の高さよりも低くする。なお、絶縁層202には、絶縁層200と同様に無機フィラー30%wt以上を含有する樹脂材料が用いられる。ベース基板20の薄型化を図るために、絶縁層200及び後述の絶縁層204のいずれよりも絶縁層202の厚さを薄くする。
続いて、絶縁層202の所定位置にレーザ光を照射し、絶縁層202及びその下に位置する絶縁層200を貫通して、プレーン層207の上表面の一部を底面として露出させる凹部206を形成する(図8D参照)。ここで、形成される凹部206の底面積はプレーン層207の面積よりも小さく、凹部206の底面全体はプレーン層207のみで形成される。
次に、プレーン層207のうち、凹部206の底面とする露出した部分にデスミア処理を施す。これによって、プレーン層207の露出した部分の表面に付着した絶縁層200,202の樹脂残渣が除去される。本実施形態では、導体層203の上に絶縁層202が形成されるので、プレーン層207にデスミア処理を施す際に、デスミア処理による導体層203への影響を防止することができる。すなわち、絶縁層202は、導体層203を保護する保護層の役割を果たしている。
次に、事前に用意された半導体素子10を凹部206に搭載する(図8E参照)。例えば、搭載装置を用いて半導体素子10をピックアップし、非アクティブ面10aが下方に向くように、半導体素子10を凹部206の底面に搭載する。上述したように絶縁層202の高さが半導体素子10よりも低いため、搭載装置を用いて半導体素子10を凹部206に搭載する際に、搭載装置と絶縁層202との干渉を防止することができ、搭載作業をスムーズに行える。
半導体素子10の非アクティブ面10aには、ダイアタッチフィルム12が設けられている。そして、半導体素子10の搭載後に、ダイアタッチフィルム12を加熱で硬化させることで、半導体素子10をプレーン層207に仮固定させる(図8F参照)。
次に、絶縁層202及び半導体素子10の上に絶縁層204を積層する(図9A参照)。これによって、半導体素子10は絶縁層204に封止される。絶縁層204には、絶縁層200,202と同様に、無機フィラー30%wt以上を含有する樹脂材料が用いられる。続いて、レーザ加工で、導体層203を覆う絶縁層202及び絶縁層204の所定の位置にビアホール204aと、半導体素子10を覆う絶縁層204の所定の位置にビアホール204bとをそれぞれ形成する(図9B参照)。ビアホール204aは、絶縁層204及び絶縁層202を貫通し、その深さが導体層203の表面に至るまで形成されている。ビアホール204bは、その深さが半導体素子10の端子11の表面に至るまで形成されている。
次に、上述の方法で絶縁層204の上に導体層205、ビアホール204aの内部にビア導体209、ビアホール204bの内部にビア導体210をそれぞれ形成する(図9C参照)。続いて、絶縁層204及び導体層205の上に絶縁層400を積層する(図9D参照)。絶縁層400には、絶縁層300と同様にガラスクロス入りのABF材(味の素ファインテクノ(株)製、商品名:ABF−GX13GC)が用いられる。
次に、上述の方法で絶縁層400の上に導体パッド401とビア導体402とをそれぞれ形成する(図9E参照)。導体パッド401は、第1ビルドアップ層30の導体パッド301と異なり、例えばシード層と電解銅めっき層により構成されている。続いて、絶縁層400及び導体パッド401の上にソルダーレジスト層403を形成する(図10A参照)。
<第3工程>
次に、支持板50を取り外す。例えば、支持板50に加熱することで、第1銅箔50bと第2銅箔50cとの間の剥離層を軟化させ、第2銅箔50cと第1銅箔50bとを剥離させる。このとき、第2銅箔50cは第1ビルドアップ層30の絶縁層300側に残されている(図10B参照)。続いて、残された第2銅箔50cをエッチング処理で除去させることで、第1ビルドアップ層30の導体パッド301を外部に露出させる。その後、ソルダーレジスト層403に露光・現像処理又はレーザ加工で、導体パッド401の一部を外部に露出させる開口403aを形成する(図10C参照)。
次に、絶縁層300及び導体パッド301の下にソルダーレジスト層303を形成する。その後、ソルダーレジスト層303に露光・現像処理等を行い、導体パッド301の一部を外部に露出させる開口303aを形成する(図10D参照)。これによって、半導体素子内蔵配線板1が完成する。
上述した製造方法では、支持板50の片側に第1ビルドアップ層30、ベース基板20及び第2ビルドアップ層40を順次に形成することで半導体素子内蔵配線板1を作製するので、コア基板を有しないコアレス工法で半導体素子内蔵配線板1を作製することができる。このため、コア基板を有する半導体素子内蔵配線板と比べて、ビアホール及び凹部の形成に用いるレーザ、絶縁層に用いる材料等の選択自由度を高めることができる。その結果、半導体素子内蔵配線板1の製造コストを削減することができる。また、コア基板を有しないので、半導体素子内蔵配線板1の薄型化を図ることができる。
<半導体素子内蔵配線板の製造方法の変形例>
以下、図11A〜図11Dを参照して半導体素子内蔵配線板1の製造方法の変形例を説明する。本変形例は、凹部の形成方法において上述した内容と異なるが、その他は上述した内容と同様である。
まず、上述した図6A〜図7Eの内容に沿って、絶縁層300の上にプレーン層207及び導体層201の形成を行う。続いて、プレーン層207の上であって凹部206を形成しようとする場所に剥離層57を形成する(図11A参照)。剥離層57には、例えば耐熱マスキング材(例えば(株)アサヒ化学研究所製、商品名:#503B−SH)、又は高耐熱マスキング材(例えば(株)アサヒ化学研究所製、商品名:#801B−R)等が用いられる。剥離層57の厚さは、例えば1〜20μmである。
次に、絶縁層300、導体層201、プレーン層207及び剥離層57の上に絶縁層200を積層する。続いて、上述の方法で絶縁層200の上に導体層203、絶縁層200の内部にビア導体208をそれぞれ形成する。その後、絶縁層200及び導体層203の上に絶縁層202を積層する(図11B参照)。続いて、凹部形成用切断ライン58に沿って絶縁層202にレーザ光を照射し(図11C参照)、剥離層57の上の部分を除去し、剥離層57を露出させる。続いて、剥離層57を除去し、プレーン層207の上表面の一部を底面として露出させる凹部206を形成する(図11D参照)。このようにして、図8Dと同じものを得ることができる。次に、凹部206の底面とする露出したプレーン層207にデスミア処理を施した後、上述した図8E〜図10Dの内容に沿って半導体素子内蔵配線板1を作製する。
<第4実施形態>
以下、図12を参照して本発明の第4実施形態を説明する。本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板13と第1実施形態との異なる点は、一方の主面20a側に並設する導体層211及びプレーン層212、ならびに第2ビルドアップ層40の導体パッド405がそれぞれ銅箔、無電解銅めっき層及び電解銅めっき層からなる3層構成である。その他の構造等は第1実施形態と同様である。
具体的には、導体層211とプレーン層212は、銅箔213、無電解銅めっき層214及び電解銅めっき層215を一方の主面20a側からこの順序で有する。また、第1ビルドアップ層30の絶縁層307及び第2ビルドアップ層40の絶縁層404は、それぞれガラスクロス入りのプリプレグ材により形成されている。一方、第2ビルドアップ層40の導体パッド405は、銅箔406、無電解銅めっき層407及び電解銅めっき層408を絶縁層404の上表面404a(すなわち、絶縁層404のベース基板20と反対の面)側からこの順序で有する。そして、本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板13は、第1実施形態と同様な作用効果を得られる。
以下、図13A〜図13Eを参照して半導体素子内蔵配線板13の製造方法を説明する。まず、上述した図6A、図6Bの内容に沿って、第2銅箔50cの上に導体パッド301を形成する。次に、片側に銅箔213が積層されたガラスクロス入りのプリプレグ材(図13A参照)を、第2銅箔50c及び導体パッド301の上に載せて積層する(図13B参照)。ガラスクロス入りのプリプレグ材は、第1ビルドアップ層30の絶縁層307を構成する。なお、銅箔213の厚さは例えば3〜5μm程度である。
続いて、銅箔213及び絶縁層307の所定の位置にレーザ加工でビアホール306を形成する(図13C参照)。続いて、ビアホール306の内壁面及び底面に粗化処理を施した後、無電解めっき法で銅箔213の上面ならびにビアホール306の内壁面及び底面に無電解銅めっき層214を形成する(図13D参照)。次に、無電解銅めっき層214の上に所定のレジストパターンを形成し、レジストパターンが形成されていない無電解銅めっき層214の上に、電解銅めっき層215を形成する。
その後、レジストパターンの除去により外部に露出する無電解銅めっき層214及び銅箔213の部分をエッチングして除去する。そして、絶縁層307に残された銅箔213、無電解銅めっき層214及び電解銅めっき層215のうち、一部はプレーン層212を構成し、残りは導体層211を構成する。また、ビアホール306の内部に充填された無電解銅めっき層214及び電解銅めっき層215はビア導体302を構成する(図13E参照)。次に、上述した図7F〜図10Dの内容に沿って半導体素子内蔵配線板13を作製する。なお、第2ビルドアップ層40を形成する際に、図13Aに示すように片側に銅箔が積層されたガラスクロス入りのプリプレグ材を用いて絶縁層404及び導体パッド405を形成すれば良い。
<第5実施形態>
以下、図14を参照して本発明の第5実施形態を説明する。本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板14と第1実施形態との異なる点は、半導体素子10が導体ポスト15を介してベース基板20の導体層205と接続されることである。その他の構造等は第1実施形態と同様である。
具体的には、半導体素子10のアクティブ面10bには、複数の導体ポスト15が配置されている。導体ポスト15は、例えばCuにより形成され、半導体素子10の端子の役割を果たすものである。半導体素子10の上方に位置する絶縁層204の内部には、第1実施形態のようなビア導体210が形成されておらず、半導体素子10は導体ポスト15を介して直接ベース基板20の導体層205と電気的に接続されている(所謂、ランドレス接続)。
本実施形態に係る半導体素子内蔵配線板14は、第1実施形態と同様な作用効果を得られるほか、半導体素子10は導体ポスト15を介して直接導体層205と接続されるので、半導体素子10の上に位置する絶縁層204においてレーザでビア開口及びビア導体の形成が必要なく、導体層205と半導体素子10との微細な接続が可能になる。
以下、図15A〜図15Dを参照して半導体素子内蔵配線板14の製造方法を説明する。まず、上述した図6A〜図8Dの内容に沿って絶縁層202の所定位置に、絶縁層202及び絶縁層200を貫通してプレーン層207の上表面の一部を底面として露出させる凹部206を形成し、プレーン層207の露出部分にデスミア処理を施す。次に、事前に用意された導体ポスト15を有する半導体素子10を、凹部206に搭載する(図15A参照)。半導体素子10の搭載後に、ダイアタッチフィルム12を加熱で硬化させることで、半導体素子10をプレーン層207に仮固定させる。
続いて、絶縁層202及び半導体素子10の上に絶縁層204を積層する(図15B参照)。これによって、半導体素子10全体は絶縁層204の内部に封止される。続いて、絶縁層204の表面を研磨することで、半導体素子10の導体ポスト15を外部に露出させる(図15C参照)。続いて、上述した方法で絶縁層204及び導体ポスト15の上に導体層205、絶縁層204の内部にビア導体209を形成する(図15D参照)。これにより、半導体素子10の上方に形成された導体層205は、導体ポスト15を介して半導体素子10と直接電気的に接続されることになる。続いて、上述した図9D〜図10Dの内容に沿って半導体素子内蔵配線板14を作製すれば良い。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、絶縁層と導体層(導体パッド)とを1層ずつ積層してなる第1ビルドアップ層30及び第2ビルドアップ層40について説明したが、これらのビルドアップ層を複数の絶縁層と配線層とを交互に積層してなる構造としても良い。
また、ベース基板20の絶縁層200、202及び204には、上述した無機フィラー30%wt以上を含有する樹脂材料のほか、味の素ファインテクノ(株)製のABF(Ajinomoto Build-up Film)樹脂や、感光性樹脂を用いても良い。なお、ベース基板20の絶縁層200、202及び204に感光性樹脂を用いた場合、露光・現像方法でも小径ビアホール(図9Bのビアホール204a,204b等)を形成することが可能である。また、絶縁層300及び絶縁層400には同じ材料を用いたが、異なる材料を用いても良い。また、電気特性の向上及びノイズ低減を図るために、プレーン層をグランド層としてもよい。更に、必要に応じて、プレーン層を銅箔、無電解銅めっき及び電解銅めっきにより形成しても良い。
1,8,9,13,14 半導体素子内蔵配線板
10 半導体素子
10a 非アクティブ面
10b アクティブ面
11 端子
12 ダイアタッチフィルム
20 ベース基板
20a 一方の主面
20b 他方の主面
30 第1ビルドアップ層
40 第2ビルドアップ層
50 支持板
200 絶縁層(第3絶縁層)
201,211 導体層(第1導体層)
202 絶縁層(第4絶縁層)
203 導体層(第2導体層)
204 絶縁層(第5絶縁層)
206 凹部
207,212 プレーン層
208,209 ビア導体(第3ビア導体)
300,307 絶縁層(第1絶縁層)
301,304 導体パッド(第1導体パッド)
301a 表面
302 ビア導体(第1ビア導体)
303 ソルダーレジスト層(第1ソルダーレジスト層)
303a 開口
304a 表面
400,404 絶縁層(第2絶縁層)
401 導体パッド(第2導体パッド)
402 ビア導体(第2ビア導体)
403 ソルダーレジスト層(第2ソルダーレジスト層)
403a 開口

Claims (17)

  1. ベース基板と、
    前記ベース基板に埋設される半導体素子と、
    前記ベース基板を挟むようにその両側に形成される第1ビルドアップ層と第2ビルドアップ層と、
    を備える半導体素子内蔵配線板であって、
    前記半導体素子は、端子を有するアクティブ面と、そのアクティブ面の反対側の非アクティブ面とを有し、
    前記第1ビルドアップ層は、前記半導体素子の前記非アクティブ面側に形成される第1絶縁層と、該第1絶縁層の前記ベース基板と反対の面側から外部に露出する複数の第1導体パッドとを有し、
    前記第2ビルドアップ層は、前記半導体素子の前記アクティブ面側に形成される第2絶縁層と、該第2絶縁層の前記ベース基板と反対の面側から外部に露出する複数の第2導体パッドとを有し、
    前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層は、補強材を含む樹脂材料により形成され、
    前記第1導体パッドは、前記第1絶縁層に埋め込まれている。
  2. 請求項1に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第1導体パッドの外部に露出する表面は、前記第1絶縁層の前記ベース基板と反対の面と同一平面に位置している。
  3. 請求項1に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第1導体パッドの外部に露出する表面は、前記第1絶縁層の前記ベース基板と反対の面よりも凹んでいる。
  4. 請求項3に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第1導体パッドの外部に露出する表面は、前記第1絶縁層の前記ベース基板と反対の面よりも3〜15μm凹んでいる。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第1絶縁層と前記第2絶縁層は、同じ材料により形成されている。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記補強材は、少なくともガラスクロス、炭素繊維、ガラス不織布、アラミドクロス、及びアラミド不織布から選ばれる1種類以上である。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第1ビルドアップ層は、前記第1絶縁層と配線層とを交互に積層することにより形成され、
    前記第2ビルドアップ層は、前記第2絶縁層と配線層とを交互に積層することにより形成されている。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記ベース基板は、
    前記第1ビルドアップ層の前記第1絶縁層の上に並設される第1導体層とプレーン層と、
    前記第1導体層及び前記プレーン層の上に、少なくとも一層ずつ積層される第3絶縁層と第2導体層と、
    前記第3絶縁層及び前記第2導体層の上に積層され、その上に導体層が形成されていない第4絶縁層と、
    前記第3絶縁層及び前記第4絶縁層を貫通して前記プレーン層の少なくとも一部を底面とする、前記半導体素子を収容するための凹部と、
    前記第4絶縁層の上に積層されるとともに、前記凹部に収容される前記半導体素子を埋設する第5絶縁層とを有する。
  9. 請求項8に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第3絶縁層、前記第4絶縁層及び前記第5絶縁層は、無機フィラー30〜80%wt以上を含有する樹脂材料により形成されている。
  10. 請求項8又は9に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第3絶縁層、前記第4絶縁層及び前記第5絶縁層のうち、前記第4絶縁層は最も薄く形成されている。
  11. 請求項8〜10のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    積層方向において、前記第4絶縁層の高さは、前記凹部に収容される前記半導体素子よりも低い。
  12. 請求項8〜11のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記プレーン層は、銅箔、無電解銅めっき及び電解銅めっきにより形成されている。
  13. 請求項8〜12のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記プレーン層は、グランド層である。
  14. 請求項8〜13のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第1ビルドアップ層は前記第1絶縁層に形成される第1ビア導体、前記第2ビルドアップ層は前記第2絶縁層に形成される第2ビア導体、前記ベース基板は前記第3絶縁層、前記第4絶縁層及び前記第5絶縁層に形成される第3ビア導体をそれぞれ複数有し、
    前記第1ビア導体、前記第2ビア導体及び前記第3ビア導体のうち、少なくとも一部は直線状に積み重ねられてスタックビア構造をなしている。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体素子内蔵配線板において、
    前記第1絶縁層の前記ベース基板と反対の面には、前記第1導体パッドの少なくとも一部を外部に露出する開口を有する第1ソルダーレジスト層が形成され、
    前記第2絶縁層の前記ベース基板と反対の面には、前記第2導体パッドの少なくとも一部を外部に露出する開口を有する第2ソルダーレジスト層が形成されている。
  16. 支持板の上に、複数の第1導体パッドと該第1導体パッド及び前記支持板を覆う第1絶縁層とを有する第1ビルドアップ層を形成する第1工程と、
    前記第1ビルドアップ層の上にベース基板を形成するとともに、前記ベース基板の内部に半導体素子を埋設する第2工程と、
    前記ベース基板の上に、該ベース基板に積層される第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成される複数の第2導体パッドとを有する第2ビルドアップ層を形成する第3工程と、
    前記支持板を取り外す第4工程と、
    を備える半導体素子内蔵配線板の製造方法であって、
    前記第1工程において、前記第1導体パッドを前記第1絶縁層で埋め込み、
    前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層には、補強材を含む樹脂材料を用いる。
  17. 請求項16に記載の半導体素子内蔵配線板の製造方法において、
    前記第2工程は、
    前記第1ビルドアップ層の上に第1導体層とプレーン層とを並設し、前記第1導体層及び前記プレーン層の上に第3絶縁層と第2導体層とを少なくとも一層ずつ積層し、更にその上に第4絶縁層を積層するステップと、
    前記第3絶縁層及び前記第4絶縁層を貫通し、前記プレーン層の少なくとも一部を底面として露出させるように凹部を形成するステップと、
    前記凹部に前記半導体素子を載置し、前記半導体素子及び前記第4絶縁層を覆う第5絶縁層を積層するステップとを有し、
    積層方向において、前記第4絶縁層の高さを前記凹部に収容される前記半導体素子の高さより低くする。
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