JP2017034109A - プリント配線板および半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ付きプリント配線板の導電体の接続部分の接続信頼性の向上。【解決手段】実施形態のプリント配線板は、第１面３Ｆを有するビルドアップ配線層３と、ビルドアップ配線層３の第１面３Ｆに形成される第１パッド２２および第２パッド２４と、ビルドアップ配線層３の第１面３Ｆを覆うと共に第１パッド２２の一部を露出する第１開口７ａと第２パッド２４の一部を露出する第２開口７ｂとを具備するソルダーレジスト層７と、ソルダーレジスト層７上に形成され、第１開口７ａの全部を露出するキャビティ５と第２パッド２４の一部を露出する第３開口１０ａとを具備するモールド樹脂層１０と、第２パッド２４上の第３開口１０ａ内にめっき膜により形成される導体ポスト１４とを有している。そして、第２パッド２４との接続部における導体ポスト１４の径は、第２開口７ｂの径よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明はプリント配線板およびプリント配線板を有する半導体パッケージに関する。

特許文献１は、半導体チップが実装されるチップ内蔵基板を開示している。特許文献１のチップ内蔵基板は、はんだボールなどの接続部材で互いに接続されている２つの基板を有している。各基板の表面には、銅からなるパターン配線およびソルダーレジスト層が形成されている。ソルダーレジスト層の開口部に露出するパターン配線上にニッケルおよび金により接続層が形成され、この接続層に接続部材が接続されている。

国際公開第２００７／０６９６０６号

特許文献１の開示のように２つの基板が接続される構造では、周囲の温度変化などにより基板それぞれに反りが生じることがある。それにより、接続部材に応力が生じると考えられる。この応力は接続部材と各基板との接続部に集中すると推察される。特許文献１のチップ内蔵基板では、基板との接続部付近の接続部材および接続層はソルダーレジスト層に周囲を覆われている。一方、接続部材の他の部分は別の樹脂絶縁層に周囲を覆われている。そのため、接続部材を覆う材料による応力の緩和作用は少ないと考えられる。接続部材と基板との接続部の耐久性が低いと予想される。

本発明のプリント配線板は、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層し、第１面および前記第１面と反対側の第２面を有するビルドアップ配線層と、前記ビルドアップ配線層の第１面に形成され、電子部品と接続される第１パッドおよび外部の配線板に電気的に接続される第２パッドと、前記ビルドアップ配線層の第１面を覆うと共に、前記第１パッドの一部を露出する第１開口と前記第２パッドの一部を露出する第２開口とを具備するソルダーレジスト層と、前記ソルダーレジスト層上に形成され、前記第１開口の全部を露出するキャビティと前記第２パッドの一部を露出する第３開口とを具備するモールド樹脂層と、前記第２パッド上の前記第３開口内にめっき膜により形成される導体ポストと、を有している。そして、前記第２パッドとの接続部における前記導体ポストの径は前記第２開口の径よりも小さい。

本発明の半導体パッケージは、第１半導体素子が実装されているプリント配線板と、前記プリント配線板の一方の面上に搭載される外部の配線板と、を有している。前記プリント配線板は、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層し、第１面および前記第１面と反対側の第２面を有するビルドアップ配線層と、前記ビルドアップ配線層の第１面に形成され、電子部品と接続される第１パッドおよび外部の配線板に電気的に接続される第２パッドと、前記ビルドアップ配線層の第１面を覆うと共に、前記第１パッドの一部を露出する第１開口と前記第２パッドの一部を露出する第２開口とを具備するソルダーレジスト層と、前記ソルダーレジスト層上に形成され、前記第１開口の全部を露出するキャビティと前記第２パッドの一部を露出する第３開口とを具備するモールド樹脂層と、前記第２パッド上の前記第３開口内にめっき膜により形成される導体ポストと、を有し、前記第２パッドとの接続部における前記導体ポストの径は前記第２開口の径よりも小さく、前記外部の配線板は前記プリント配線板の前記導体ポスト上に実装されている。

本発明の実施形態によれば、導体ポストと第２パッドとの接続部に生じる応力が緩和される。キャビティを有するプリント配線板と他の配線板との接続信頼性が向上する。

本発明の第１実施形態のプリント配線板の一例の断面図。 図１のプリント配線板の導体ポスト周辺の拡大図。 図１のプリント配線板１の変形例を示す断面図。 本発明の第２実施形態のプリント配線板の一例の断面図。 本発明の第３実施形態のプリント配線板の一例の断面図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の第１実施形態のプリント配線板の製造方法の一例を示す図。 本発明の一実施形態の半導体パッケージの断面図。

本発明の実施形態のプリント配線板が図面を参照しながら説明される。図１には第１実施形態のプリント配線板１が示されている。図２には、図１にＩＩＡで示される一点鎖線内の部分が拡大して示されている。プリント配線板１は、第１面３Ｆおよび第１面３Ｆと反対側の第２面３Ｂを有するビルドアップ配線層３と、ビルドアップ配線層３の第１面３Ｆを覆うソルダーレジスト層７と、ソルダーレジスト層７上に形成されるモールド樹脂層１０とを有している。プリント配線板１は、さらに、ビルドアップ配線層３の第１面３Ｆに形成される第１パッド２２および第２パッド２４と、第２パッド２４上に形成される導体ポスト１４とを有している。第１パッド２２は図示されない電子部品と接続され得る。第２パッド２４は図示されない外部の配線板に電気的に接続され得る。ソルダーレジスト層７は、第１パッド２２の一部を露出する第１開口７ａと第２パッド２４の一部を露出する第２開口７ｂとを具備している。モールド樹脂層１０は、第１開口７ａの全部を露出するキャビティ（凹部）５と、第２パッド２４の一部を露出する第３開口１０ａとを具備している。導体ポスト１４は、第３開口１０ａにめっき膜により形成されている。そして、実施形態のプリント配線板１では、図２に示されるように、導体ポスト１４の第２パッド２４との接続部における径Ｗ１は、第２開口７ｂの径Ｗ２よりも小さい。

図２に示されるように、プリント配線板１のモールド樹脂層１０は、第２開口７ｂの内壁と導体ポスト１４との間にも形成され、図２の例では、第２開口７ｂの内壁と導体ポスト１４との間全体に形成されている。

実施形態のプリント配線板１では、第２パッド２４との接続部を含む第２開口７ｂ内の導体ポスト１４の径が、第２開口７ｂの径よりも小さい。そのため、モールド樹脂層１０の一部が第２開口７ｂの内壁と導体ポスト１４との間に形成されることが可能になる。第２開口７ｂ内のモールド樹脂層１０の一部１０１は、導体ポスト１４の第２パッド２４との接続部を被覆している。すなわち、モールド樹脂層１０の一部１０１は、第２開口７ｂ外のモールド樹脂層１０の部分１０２と一体的に、第２パッド２４との接続部を含む導体ポスト１４の周囲を被覆している。それにより、導体ポスト１４の第２パッド２４との接続部への応力集中が緩和されると考えられる。ビルドアップ配線層３と、図示されない外部の配線板との接続が安定すると考えられる。プリント配線板１と、他の配線板との接続信頼性が向上することがある。

実施形態のプリント配線板１は、また、電子部品を収容し得るキャビティ５と高密度配線を備え得るビルドアップ配線層３とを有している。電子部品を収容している状態でも薄型で、多くの配線パターンを含み、しかも、他の配線板との接続信頼性の高いプリント配線板が得られると考えられる。

導体ポスト１４の一端は第２パッド２４に接続されている。導体ポスト１４の第２パッド側と反対側の端面（露出面１４ａ）は、モールド樹脂層１０の一面（第２パッド側と反対側の表面）１０Ｆ側に露出している。導体ポスト１４の露出面１４ａは、たとえば、図示されない外部の配線板の電極などに接続される。第２パッド２４が外部の配線板に電気的に接続され得る。

図２に示されるように、導体ポスト１４は、モールド樹脂層１０を貫く第３開口１０ａ内に形成されている。第３開口１０ａの径は導体ポスト１４の径と略同一である。図２の例では、第３開口１０ａは、モールド樹脂層１０の一面１０Ｆ側から第２パッド２４側に向かって先細りとなるテーパー形状を有している。第３開口１０ａの径は、少なくともソルダーレジスト層７の厚さ内では、第２開口７ｂの径Ｗ２よりも小さい。第３開口１０ａの径は、モールド樹脂層１０の厚さ方向全体にわたって、第２開口７ｂの径Ｗ２より小さくてもよい。

第３開口１０ａが第２パッド２４側に向かって先細りとなる形状であるため、導体ポスト１４も、第２パッド２４側に向かって先細りとなるテーパー形状を有している。たとえば、図示されない外部の配線板との大きな接続面積が確保され得る。一方、第２パッド２４は小さくされ得る。第２パッド２４間に他の配線パターンが配置され得る。図示されない配線板との接続強度が高まり、かつ、ビルドアップ配線層３の配線密度が高くなり得る。しかし、第３開口１０ａおよび導体ポスト１４の形状は、これに限定されない。これらの径は、モールド樹脂層１０の厚さ方向全体にわたって一定であってもよく、第２パッド２４側に向かって先太りとなる形状であってもよい。

導体ポスト１４の露出面１４ａは、モールド樹脂層１０の一面１０Ｆよりも凹んでいる。図示されない外部の配線板などが、導体ポスト１４の露出面１４ａにはんだなどを用いて接続される場合に、はんだの流動による導体ポスト１４間の短絡不良が防止されることがある。導体ポスト１４の露出面１４ａの凹みは、たとえば、１μｍ以上、１５μｍ以下、好ましくは、３μｍ以上、６μｍ以下である。しかし、導体ポスト１４の露出面１４ａとモールド樹脂層１０の一面１０Ｆとは面一であってもよい。

導体ポスト１４の露出面１４ａ（端面）と側面とで、表面粗さが異なっていてもよい。導体ポスト１４の露出面１４ａの粗さの方が、側面の粗さよりも低い方が好ましいことがある。露出面１４ａにおいては、粗面の深過ぎない凹部内へのはんだの十分な流れ込みにより接触面積が確保される。アンカー効果による接合強度の向上と接触部の小さい電気抵抗との両方が相応に得られることがある。一方、導体ポスト１４の側面では、モールド樹脂層１０との間で、より強いアンカー効果が得られ、密着強度が向上すると考えられる。導体ポスト１４の露出面１４ａの表面粗さは、たとえば、算術平均粗さで、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下、好ましくは、０．２μｍ以上、０．５μｍ以下である。また、導体ポスト１４の側面の表面粗さは、たとえば、０．４μｍ以上、１．５μｍ以下、好ましくは、０．５μｍ以上、０．９μｍ以下である。

モールド樹脂層１０は、絶縁性を有する任意の樹脂組成物により形成され得る。好ましくは、モールド樹脂層１０の形成時に、ソルダーレジスト層７の第２開口７ｂ内に容易に流入し得る性状を有する樹脂が用いられる。より好ましくは、導体ポスト１４の熱膨張率と近い熱膨張率を有する樹脂が用いられる。特に、ソルダーレジスト層７と導体ポスト１４との熱膨張率の差よりも小さい熱膨張率差を導体ポスト１４との間に有する樹脂が好ましい。周囲温度の変化時に、モールド樹脂層１０自身の伸縮により導体ポスト１４に加わるストレスが小さいと考えられる。前述のモールド樹脂層１０で被覆されることによる応力緩和効果に加えて、第２パッド２４との接続部の劣化速度がさらに緩められると考えられる。ビルドアップ配線層３と外部の配線板との接続信頼性がいっそう高まると考えられる。

モールド樹脂層１０に用いられる樹脂組成物としては、エポキシ樹脂が例示される。たとえば導体ポスト１４が銅で形成される場合、モールド樹脂層１０の熱膨張率は、好ましくは、９ｐｐｍ／℃以上、２１ｐｐｍ／℃以下である。モールド樹脂層１０の熱膨張率は、たとえば、Ｓ_iＯ₂などの無機フィラーの含有により調整され得る。無機フィラーの含有率は、たとえば、６０質量％以上、９０質量％以下、好ましくは、７０質量％以上、９０質量％以下である。モールド樹脂層１０の熱膨張率は、導体ポスト１４の熱膨張率とソルダーレジスト層７の熱膨張率との間の値に調整されてもよい。

ビルドアップ配線層３は、導体層と樹脂絶縁層とを交互に積層することにより形成されている。図１の例では、モールド樹脂層１０側から、第１導体層２０、第１樹脂絶縁層３０、第２導体層４０、第２樹脂絶縁層５０、第３導体層６０の順に、導体層と樹脂絶縁層とが交互に形成されている。第３導体層６０は、第２樹脂絶縁層５０に埋め込まれ、一面６０Ｂだけを、第２樹脂絶縁層５０の一面に露出している。第１樹脂絶縁層３０には、第１導体層２０と第２導体層４０とを接続するビア導体３５が形成されている。第２樹脂絶縁層５０には、第２導体層４０と第３導体層６０とを接続するビア導体５５が形成されている。ビルドアップ配線層３は、図１の例と異なり、樹脂絶縁層と導体層とを１組だけ含んでいてもよく、３組以上の導体層と樹脂絶縁層とを含んでいてもよい。

本実施形態では、第１パッド２２および第２パッド２４は、第１導体層２０に形成されている。第１パッド２２は、たとえば、第１パッド２２に接続される電子部品（図示せず）の電極の形状および大きさに応じて、任意の形状および大きさに形成され得る。第１パッド２２の数は、図１に例示される数に限定されない。たとえば、第１パッドに接続される電子部品の電極数に応じた数量の第１パッド２２が、電子部品の電極配置に応じたレイアウトで形成され得る。電子部品は、たとえば、半導体素子、受動素子（キャパシタや抵抗器など）、再配線層を有するインターポーザ、再配線層を有する半導体素子、ＷＬＰ（Wafer Level Package）などである。

第１パッド２２の露出面には、図示されない電子部品の電極と第１パッド２２とを接合する接合材層２６が形成されていてもよい。電子部品と第１パッド２２とが、確実に、かつ強固に接合されると考えられる。接合材としては、はんだが例示される。接合材には、金や錫などの金属の他、任意の導電性材料が用いられ得る。図１の例では、接合材層２６は、バンプ状の形状に形成されている。接合材層２６の上端は、ソルダーレジスト層７のキャビティ５側の表面よりも突出している。図示されない電子部品との接続が容易であると考えられる。しかし、接合材層２６は、凸状部または湾曲部の無い平坦な端面（表面）を有する層または膜であってもよい。また、接合材層２６の上端は、ソルダーレジスト層７の表面より凹んでいてもよい。接合材層２６の表面とソルダーレジスト層７のキャビティ５側の表面とが面一であってもよい。

第１〜第３導体層２０、４０、６０およびビア導体３５、５５の材料は、導電性の良好なものであれば特に限定されない。好ましくは、銅が用いられる。第１および第２樹脂絶縁層３０、５０の材料としては、たとえば、エポキシ樹脂が例示される。しかし、第１および第２樹脂絶縁層３０、５０の材料は、エポキシ樹脂に限定されない。エポキシ樹脂はガラス繊維などの基材に含浸されていてもよく、無機フィラーなどを含んでいてもよい。

図示されていないが、第３導体層６０の一面６０Ｂ上、および導体ポスト１４の露出面１４ａ上には、たとえば、Ｎｉ／Ａｕなどの金属膜やＯＳＰによる表面保護膜が形成されていてもよい。図示されていないが、第３導体層６０の一面６０Ｂ上に、必要に応じてソルダーレジスト層が形成されていてもよい。

ソルダーレジスト層７は、第１導体層２０、および、第１導体層２０に覆われていない第１樹脂絶縁層３０の一面を覆っている。図１の例では、ソルダーレジスト層７は、第１開口７ａの周囲の部分で、第１パッド２２の縁部を覆っている。同様に、ソルダーレジスト層７は、第２開口７ｂの周囲の部分で第２パッド２４の縁部を覆っている。ソルダーレジスト層７は、第１パッド２２および第２パッド２４を全く覆っていなくてもよい。たとえば、第２パッド２４において、導体ポスト１４と接続し得る領域が広くなると考えられる。また、第１パッド２２に接続される電子部品（図示せず）との接続面積が広くなると考えられる。その場合、第１開口７ａは、複数の第１パッド２２を一括して露出するように形成されてもよい。たとえば、図３に示されるように、第１パッド２２の全部が一括して第１開口７ａに露出していてもよい。しかし、好ましくは、図１に示されるように、第１パッド２２を個別に露出する第１開口７ａが形成される。第１パッド２２間のはんだショートが防止されると考えられる。ソルダーレジスト層７の材料としては、エポキシ樹脂が例示される。

キャビティ５は、モールド樹脂層１０の一面１０Ｆに開口している。キャビティ５は、モールド樹脂層１０を貫通し、ソルダーレジスト層７の一面および第１開口７ａを底面に露出している。キャビティ５には、たとえば、図示されない電子部品が収容される。キャビティ５は、電子部品の形状、サイズ、および数量などに応じて、任意の平面形状および深さに形成され得る。

つぎに、第２実施形態のプリント配線板が図面を参照して説明される。図４Ａに示されるように、第２実施形態のプリント配線板１ａには、ビルドアップ配線層３の第２面３Ｂ側にベース板８０が設けられている。ビルドアップ配線層３は、ベース板８０の一面８０Ｆ上に金属膜８１を介して形成されている。その他の部分については、本実施形態のプリント配線板１ａは第１実施形態のプリント配線板１と同様に構成されている。第１実施形態のプリント配線板１と同様の要素についての説明、および図中の符号は、適宜省略されている。

ベース板８０は、ビルドアップ配線層３を支持している。プリント配線板１ａの撓みや曲折が防止される。プリント配線板１ａの取り扱いが容易になると考えられる。たとえば、プリント配線板１ａのユーザーによるキャビティ５内への電子部品の実装工程などが容易になり得る。

ベース板８０は、適度な剛性を有する材料で形成される。たとえば、プリプレグ材や金属板が用いられる。図４Ａに示される例では、ベース板８０上にキャリア銅箔付き銅箔８２が接合されている。キャリア銅箔付き銅箔８２はキャリア銅箔８２１と銅箔８２２とで構成されている。ビルドアップ配線層３は、銅箔８２２からなる金属膜８１上に形成されている。キャリア銅箔８２１と銅箔８２２とは、分離可能に接着されている。たとえば、キャビティ５への電子部品の実装後などに、キャリア銅箔８２１と銅箔８２２（金属膜８１）とが分離され、その後、金属膜８１がビルドアップ配線層３から除去される。

後述の製造方法の説明で示されるように、導体ポスト１４の露出面１４ａは、金属膜８１の除去時にエッチングされ、モールド樹脂層１０の一面１０Ｆよりも凹み得る。第２実施形態のプリント配線板１ａでは、金属膜８１は除去されていない。そのため、導体ポスト１４の露出面１４ａは、モールド樹脂層１０の一面１０Ｆと面一になっている。

第２実施形態のプリント配線板１ａは、他のプリント配線板１ａとベース板８０を共有していてもよい。すなわち、ベース板８０の一面８０Ｆ側と反対側の他面８０Ｂにも、金属膜を介して他のプリント配線板１ａが形成されていてもよい。

図４Ｂには、第３実施形態のプリント配線板１ｂが示されている。プリント配線板１ｂでは、第３導体層６０の一面６０Ｂは、第２樹脂絶縁層５０の一面５０Ｂよりも凹んでいる。第３導体層６０は、たとえば、金属膜８１上に形成される（図５Ｎ参照）。金属膜８１はエッチングなどにより除去される。このエッチング時に第３導体層６０がオーバーエッチングされることにより、第３導体層６０の一面６０Ｂが第２樹脂絶縁層５０の一面５０Ｂよりも凹み得る。また、第１パッド２２の第１開口７ａに露出する部分が、ソルダーレジスト層７に覆われている第１パッド２２の他の部分よりも凹んでいる。第１パッド２２の第１開口７ａに露出する部分は、前述の金属膜８１の除去時にエッチング液に晒され得る。それにより、第１パッド２２の第１開口７ａに露出する部分は、他の部分よりも凹み得る。その他の部分については、第３実施形態のプリント配線板１ｂは、図１に示される第１実施形態のプリント配線板１と同様に構成されている。第１実施形態のプリント配線板１と同様の要素についての説明、および図中の符号は適宜省略されている。

第３導体層６０の一面６０Ｂは、たとえば、他のプリント配線板（図示せず）上の接続パッドなどに、はんだなどの接合材を用いて接続され得る。また、図示されない電子部品が第３導体層６０の一面６０Ｂに接続されてもよい。第３導体層６０の一面６０Ｂが第２樹脂絶縁層５０の一面５０Ｂよりも凹んでいると、はんだなどの流動が抑制されると考えられる。第３導体層６０の隣接する接続パッド６１間でのはんだの接触などによるショート不良が防止されることがある。

図４Ｂに示される例では、第３導体層６０の一面６０Ｂの第２樹脂絶縁層５０の一面５０Ｂからの凹みは、導体ポスト１４の露出面１４ａのモールド樹脂層１０の一面１０Ｆからの凹みよりも小さい。しかし、第３導体層６０の一面６０Ｂの凹みは、導体ポスト１４の露出面１４ａの凹みと略同じ大きさでもよく、導体ポスト１４の露出面１４ａの凹みより大きくてもよい。第３導体層６０の一面６０Ｂの凹みは、たとえば、０．１μｍ以上、５μｍ以下である。

第１パッド２２のキャビティ５側の表面の露出部分は、ソルダーレジスト層７に覆われている他の部分よりも凹んでいる。たとえば第１パッド２２上に形成される接合材層２６と第１パッド２２とが、凹みの内壁部分においても接触し得る。第１パッド２２とはんだなどの接合材とが強固に接合されると考えられる。第１パッド２２の露出部分の凹みの大きさは、導体ポスト１４の露出面１４ａのモールド樹脂層１０の一面１０Ｆからの凹みの大きさと略同じであってもよい。第３実施形態のプリント配線板１ｂの製造方法は後述される。

実施形態のプリント配線板の製造方法が、図５Ａ〜５Ｏを参照して説明される。以下の説明では、実施形態のプリント配線板の製造方法が、図１に示される第１実施形態のプリント配線板１の製造工程を例に説明される。

図５Ａに示されるように、たとえば、ベース板８０、キャリア銅箔８２１、および、金属膜８１が用意される。キャリア銅箔８２１と銅箔８２２とで構成されているキャリア銅箔付き銅箔８２の銅箔８２２が金属膜８１として用いられている。ベース板８０とキャリア銅箔８２１とは、たとえば、熱圧着により接合されている。キャリア銅箔８２１と銅箔８２２（金属膜８１）とは、たとえば、熱可塑性接着剤などで分離可能に接着される。金属膜８１は、たとえば、１〜６μｍの厚さを有している。

図５Ａ〜５Ｍには、ベース板８０の両側の面に第３導体層６０（図５Ｂ参照）などが形成される製造方法の例が示されている。しかし、ベース板８０の一方の面だけに第３導体層６０などが形成されてもよい。なお、以下の説明では、ベース板８０の他面８０Ｂ側についての説明および図中の符号は適宜省略されている。

図５Ｂに示されるように、所定の導体パターンを有する第３導体層６０が形成される。金属膜８１上に、第３導体層６０の導体パターンを形成する位置に開口を有するレジストパターン（図示せず）が形成され、金属膜８１をシード層とする電気めっきにより開口内に導体が充填される。レジストパターンが除去される。第３導体層６０は、たとえば、５〜２５μｍ程度の厚さに形成される。

図５Ｃに示されるように、第２樹脂絶縁層５０が形成される。たとえば、フィルム状の絶縁材が第３導体層６０上に積層され、加圧されると共に加熱される。第２樹脂絶縁層５０の材料には、たとえば、補強材などを含まないエポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂には、シリカなどの無機フィラーが３０〜８０質量％含有されていてもよい。第２樹脂絶縁層５０は、たとえば、１０〜１００μｍの厚さに形成される。

図５Ｄに示されるように、導通用孔５５ａが形成される。導通用孔５５ａは、好ましくはＣＯ₂レーザー光を第２樹脂絶縁層５０に照射することにより形成される。第２樹脂絶縁層５０の他面５０Ｆ側からレーザー光が照射されると、第３導体層６０側に向って先細りするテーパー形状の導通用孔５５ａが形成され得る。導通用孔５５ａ内および第２樹脂絶縁層５０の他面５０Ｆ上に、たとえば化学めっきにより金属層４１が形成される。金属層４１は、スパッタリングや真空蒸着などにより形成されてもよい。

図５Ｅに示されるように、第２導体層４０が形成される。第２導体層４０の導体パターンの形成位置および導通用孔５５ａ上に開口を有するめっきレジスト（図示せず）が形成され、金属層４１（図５Ｄ参照）をシード層とする電気めっきにより開口内にめっき膜が形成される。第２導体層４０は、第２樹脂絶縁層５０の他面５０Ｆ上の金属層４１ａおよびめっき膜４２ａにより形成されている。また、導通用孔５５ａ内には金属層４１ｂおよびめっき膜４２ｂによりビア導体５５が形成される。めっきレジストが除去され、さらに、めっき膜４２ａに覆われていない金属層４１の露出部分がエッチングなどにより除去される。第２導体層４０は、好ましくは、５〜３０μｍ程度の厚さに形成される。

図５Ｆに示されるように、第２導体層４０および第２樹脂絶縁層５０上に第１樹脂絶縁層３０、第１導体層２０およびビア導体３５が形成される。第１樹脂絶縁層３０、第１導体層２０およびビア導体３５は、第２樹脂絶縁層５０、第２導体層４０およびビア導体５５について図５Ｃ〜５Ｅを参照して説明された方法と同様の方法で、それぞれ形成される。その際、第１導体層２０形成用のめっきレジストには、少なくとも第１パッド２２および第２パッド２４の形成位置に開口が設けられる。ビルドアップ配線層３が形成される。

図５Ｇに示されるように、第１導体層２０および第１樹脂絶縁層３０上に、ソルダーレジスト層７が形成される。たとえば、感光性のエポキシ樹脂層が、第１導体層２０および第１樹脂絶縁層３０の露出部上に形成される。第１および第２パッド２２、２４の一部をマスキングするマスクを通して、感光性のエポキシ樹脂層が露光される。露光されない第１および第２パッド２２、２４上のエポキシ樹脂が現像により除去される。第１および第２開口７ａ、７ｂを有するソルダーレジスト層７が形成される。感光性のエポキシ樹脂は無機フィラーを含んでいてもよい。

第１パッド２２の露出面にはんだなどの接合材層２６が形成される場合は、ソルダーレジスト層７の形成後に、図５Ｈに示されるように、接合材層２６が形成され得る。以下の説明では、接合材層２６としてはんだバンプが形成される場合を例に、プリント配線板１の製造方法が説明される。

はんだバンプ２６は、はんだペーストの印刷および乾燥、はんだボールの搭載、または、めっき法などにより形成され得る。たとえば、ソルダーレジスト層７の表面上に、第１パッド２２に対応する位置に開口を有する印刷マスクがセットされる。はんだペーストが印刷マスクの開口を通して第１パッド２２上に塗布される。はんだペーストは、その後、乾燥またはリフローにより半硬化または完全硬化されてもよい。また、はんだボールが第１パッド２２上に搭載され、リフローなどで一旦溶融後硬化することにより第１パッド２２に固着されてもよい。はんだバンプ２６の形成時には、形成方法に応じて、第２パッド２４はマスキングされる。なお、はんだバンプ（接合材層）２６の形成は、キャビティ５の形成後（図５Ｏ参照）に行われてもよい。

図５Ｉに示されるように、はんだバンプ２６上にダミー部材８５が設けられる。ダミー部材８５は、接着剤８７によりキャビティ５（図５Ｏ参照）の形成領域に接着されている。たとえば、キャビティ５の平面形状と略一致する平面形状の樹脂フィルムが、ダミー部材として用いられてもよい。また、キャビティ５の深さに応じた厚さのダミー部材８５が用いられ得る。ダミー部材８５の厚さは、好ましくは、接着剤８７の厚さや、後述のダミー部材８５の表面の研磨量も考慮して選択される。接着剤８７は、たとえば、マスク印刷などによりダミー部材８５の接着領域に塗布され得る。

ダミー部材８５および接着剤８７には、好ましくは、モールド樹脂層１０（図５Ｊ参照）と接着しない材料が用いられる。また、接着剤８７には、好ましくは、ソルダーレジスト層７および接合材層（はんだバンプ）２６と容易に分離でき、かつ、これらと適度に密着する材料が用いられる。ダミー部材８５の材料としては、ポリイミド樹脂が例示される。

図５Ｊに示されるように、モールド樹脂層１０が形成される。たとえば、モールド樹脂層１０を構成する絶縁性のモールド樹脂が、ソルダーレジスト層７の表面、第２パッド２４、およびダミー部材８５を覆うように供給される。モールド樹脂は、たとえば、流動性を有するペースト状の状態で、マスク印刷やノズルからの吐出により塗布され得る。フィルム状のモールド樹脂がダミー部材８５上に載置され、加熱および／または加圧されてもよい。フィルム状のモールド樹脂が熱などで軟化して流動し、ソルダーレジスト層７などが覆われ得る。モールド樹脂は、好ましくは、ソルダーレジスト層７の第２開口７ｂ内に流入可能な状態（粘度など）で供給される。キャビティ５（図５Ｏ参照）の形成領域内へのモールド樹脂の侵入は、ダミー部材８５および接着剤８７により阻止される。モールド樹脂は、硬化のために加熱されてもよい。モールド樹脂層１０は、好ましくは、ダミー部材８５の一面８５Ｆを超える高さに形成される。製造ばらつきなどによるダミー部材８５のモールド樹脂層１０からの露出が少ないと考えられる。たとえば、モールド樹脂層１０は、１００μｍ以上、１７０μｍ以下の厚さに形成される。

図５Ｋに示されるように、モールド樹脂層１０を貫通し、第２パッド２４の一部を露出する第３開口１０ａが形成される。第３開口１０ａは、たとえば、モールド樹脂層１０の一面１０ＦにＣＯ₂レーザー光を照射することにより形成される。第２パッド２４に接する部分の第３開口１０ａの径Ｗ３（図２参照）が、第２開口７ｂの径Ｗ２（図２参照）よりも小さくなるように、ＣＯ₂レーザー光のパワーなどが調節される。モールド樹脂層１０の一面１０Ｆ側から第１導体層２０側に向かって先細りする形状の第３開口１０ａが形成されるように、ＣＯ₂レーザー光のパワーなどが調節されてもよい。モールド樹脂層１０の厚さ方向全体にわたって、第３開口１０ａの径が第２開口７ｂの径よりも小さくなるように、ＣＯ₂レーザー光のパワーなどが調節されてもよい。

第３開口１０ａの形成後、第３開口１０ａ内のデスミア処理が行われてもよい。第３開口１０ａ内に形成される導体ポスト１４（図５Ｌ参照）と第２パッド２４とが強固に接合され得る。デスミア処理に用いる溶液の種類や処理時間の調整により、第３開口１０ａの内壁面の表面粗さが調整され得る。

図５Ｌに示されるように第３開口１０ａ内に導体ポスト１４が形成される。たとえば、第３開口１０ａの内壁面上に、化学めっきにより金属膜１１ａが形成され、金属膜１１ａをシード層として電気めっき膜１１ｂが形成される。第３開口１０ａ内を電気めっき膜１１ｂで充填することにより導体ポスト１４が形成される。図５Ｌに示されるように、金属膜１１ａおよび電気めっき膜１１ｂはモールド樹脂層１０の一面１０Ｆ上にも形成され得る。導体ポスト１４は、たとえば、銅により形成される。

図５Ｍに示されるように、ダミー部材８５の一面８５Ｆがモールド樹脂層１０から露出するように、モールド樹脂層１０の一面１０Ｆ側が研磨される。ダミー部材８５の一面８５Ｆの位置のばらつきなどに応じて、ダミー部材８５の一面８５Ｆ側の一部がモールド樹脂層１０と共に研磨されてもよい。モールド樹脂層１０の研磨は、たとえば、サンドブラスト、バフ研磨、または、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）などが用いられる。

金属膜８１とキャリア銅箔８２１とが分離される。たとえば、工程途上のプリント配線板が加熱される。キャリア銅箔８２１と金属膜８１とを接合している熱可塑性接着剤が軟化する。その状態で、キャリア銅箔８２１と金属膜８１とが引き離される。両者が外周付近の余白部だけで接合されている場合は、外周部分の接合箇所が切除されてもよい。両者が分離された後の状態が、図５Ｎに示されている。

ダミー部材８５および接着剤８７が除去される。たとえば、ダミー部材８５の一面８５Ｆが治工具などに吸着され、ダミー部材８５が引き上げられる。好ましくは、接着剤８７もダミー部材８５と共に引き上げられ、除去される。図５Ｏに示されるようにキャビティ５が形成される。前述のように、はんだバンプ２６は、このキャビティ５の形成後に、はんだボールの搭載などにより形成されてもよい。

金属膜８１が、エッチングなどにより除去される。第３導体層６０の一面６０Ｂが第１樹脂絶縁層５０の一面５０Ｂに露出する。導体ポスト１４に金属膜８１と同じ材料が用いられる場合には、導体ポスト１４の露出面１４ａも同時にエッチングされる。その結果、図１に示されるように、導体ポスト１４の露出面１４ａがモールド樹脂層１０の一面１０Ｆよりも凹み得る。また、エッチング液やエッチング時間の調整により導体ポスト１４の露出面１４ａの表面粗さが調整され得る。金属膜８１の除去は、ダミー部材８５の除去の前に行われてもよい。その場合、エッチング中、ダミー部材８５がマスキングされてもよい。

第３導体層６０の一面６０Ｂ上、導体ポスト１４の露出面１４ａ上には、表面保護膜が形成されてもよい。たとえば、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、またはＳｎなどからなる表面保護膜がめっきにより形成され得る。液状の保護材料内への浸漬などによりＯＳＰが形成されてもよい。図１に示されるプリント配線板１が完成する。

図１に示されるプリント配線板１のビルドアップ配線層３よりも少ない層数のビルドアップ配線層が形成される場合は、図５Ｂおよび／または図５Ｆを参照して説明された工程が省略され得る。より層数の多いビルドアップ配線層が形成される場合は、図５Ｆの工程が繰り返されればよい。

図４Ａに示される第２実施形態のプリント配線板１ａが形成される場合は、ベース板８０（図５Ａ参照）の一面８０Ｆだけにキャリア銅箔付き銅箔８２が接合される。図５Ｂ〜５Ｍを参照して説明された工程が、一面８０Ｆ側だけで行われる。この間、ベース板８０の他面８０ＢはＰＥＴフィルムなどにより適宜マスキングされ得る。図５Ｍに示されるモールド樹脂層１０の研磨工程を経たプリント配線板から、キャリア銅箔８２１と金属膜８１との分離工程（図５Ｎ参照）を省略して、ダミー部材８５および接着剤８７が除去される。その後、ＰＥＴフィルムなどを剥離して、第２実施形態のプリント配線板１ａが完成する。なお、ベース板８０を有する第２実施形態のプリント配線板１ａが製造される場合でも、ベース板８０の両面で各工程が行われてもよい。１つのベース板８０を共有する２つの第２実施形態のプリント配線板１ａが製造され得る。また、第２実施形態のプリント配線板１ａが製造される場合、２つのベース板８０が、たとえば分離可能に接着する接着剤などを用いて積層され、そのベース板の積層体の両表面それぞれにプリント配線板１ａが製造されてもよい。たとえば、分離可能に接着する接着剤としては、熱可塑性の接着剤などが用いられる。加熱により２つのベース板８０を分離することで２つのプリント配線板１ａを容易に得ることができる。

図４Ｂに示される第３実施形態のプリント配線板１ｂが製造される場合は、接合材層２６の形成（図５Ｈ参照）を省略してキャビティ５の形成（図５Ｏ参照）までの工程が行われる。その場合、キャビティ５の底面には、ソルダーレジスト層７に覆われていない第１パッド２２の一部が露出する。その状態で、金属膜８１がエッチングにより除去される。第１パッド２２、すなわち第１導体層２０に金属膜８１と同じ材料が用いられる場合には、第１パッド２２の露出部分も同時にエッチングされる。それにより、図４Ｂに示されるように、第１パッド２２のキャビティ５側の一面の露出部分が、ソルダーレジスト層７に覆われている他の部分よりも凹み得る。前述のように、金属膜８１のエッチング中は、導体ポスト１４の露出面１４ａもエッチングされ得る。第１パッド２２の露出部分の凹みの大きさと、導体ポスト１４の露出面１４ａの凹みの大きさとが略同じになり得る。

第３実施形態のプリント配線板１ｂの製造工程では、金属膜８１の除去後も、所定の時間だけエッチングプロセスが継続される。それにより、第３導体層６０の一面６０Ｂがエッチングされる。その結果、図４Ｂに示されるように、第３導体層６０の一面６０Ｂが第２樹脂絶縁層５０の一面５０Ｂよりも凹み得る。第３導体層６０の一面６０Ｂがエッチングされる間、導体ポスト１４の露出面１４ａおよび第１パッド２２の露出部分も引き続きエッチングされ得る。導体ポスト１４の露出面１４ａの凹みは、第３導体層６０の一面６０Ｂの凹みよりも大きくなり得る。

金属膜８１の除去後、たとえば、はんだボールの搭載などにより接合材層２６が形成されてもよい。金属膜８１の除去前に接合材層２６が形成される場合と比べて、エッチングなどによる接合材層２６へのダメージが少ないと考えられる。図４Ｂに示されるプリント配線板１ｂが完成する。

つぎに、図１のプリント配線板１が用いられる一実施形態の半導体パッケージが、図６を参照しながら説明される。図６に示されるように、一実施形態の半導体パッケージ１００は、第１半導体素子１１５が実装されているプリント配線板１と、プリント配線板１の一方の表面上に搭載される配線板（第２配線板）１３０とを有している。第２配線板１３０は、プリント配線板１と別個に形成される外部の配線板である。図１に示されるプリント配線板１と同様の構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略されている。実施形態の半導体パッケージに用いられるプリント配線板は、図１に示されるプリント配線板１に限定されない。たとえば、前述の各実施形態のプリント配線板１、１ａ、１ｂの説明中に示される各種の変更および／または変形が取り入れられてもよい。

図６に示されるように、第２配線板１３０はプリント配線板１の導体ポスト１４上に実装されている。導体ポスト１４の第２パッド２４との接続部における径Ｗ１（図２参照）は、第２開口７ｂの径Ｗ２（図２参照）よりも小さい。ソルダーレジスト層７の第２開口７ｂ内の導体ポスト１４の径が、第２開口７ｂの径よりも小さい。導体ポスト１４が、第２開口７ｂ内の第２パッド２４との接続部を含めてモールド樹脂層１０に被覆され得る。第２配線板１３０とプリント配線板１との接続信頼性が高いと考えられる。

第２配線板１３０は、第２配線板１３０のプリント配線板１側の一面にバンプ１３１を備えている。バンプ１３１が導体ポスト１４に接続されている。図６の例では、モールド樹脂層１０の一部は、第２開口７ｂの内壁と導体ポスト１４との間にも形成されている。前述のように、導体ポスト１４と第２パッド２４との接続部への応力集中が緩和されると考えられる。

第２配線板１３０の構造や材料は特に限定されない。たとえば、第２配線板１３０は、樹脂絶縁層と銅箔などからなる導体層とで構成されるプリント配線板であってもよい。第２配線板１３０は、アルミナなどの無機材料からなる絶縁板とその表面に形成されている導体配線とにより構成されていてもよい。

バンプ１３１には、任意の導電性材料が用いられ得る。ハンダ、金、銅などが例示される。バンプ１３１は第２配線板１３０の一面に形成されている電極パッド１３２上に形成されている。電極パッド１３２は、第２配線板１３０の一面上に銅などで形成される導体層の一部であってもよい。第２配線板１３０は、たとえば、リフローなどによりプリント配線板１に実装され得る。

第１半導体素子１１５は、キャビティ５内に配置されている。図６の例では、キャビティ５内の第１パッド２２の露出面に接合材層２６が形成されている。第１半導体素子１１５は接合材層２６を介して第１パッド２２に接続されている。第１半導体素子１１５は、たとえば、リフローにより第１パッド２２に接続され得る。また接合材層２６は形成されずに、第１半導体素子１１５側に金属製のバンプが設けられてもよい。そして第１半導体素子１１５が、加熱、加圧、および／または加振されることにより、第１パッド２２に接続されてもよい。第１半導体素子１１５としては、たとえば、マイコン、メモリ、ＡＳＩＣなどが例示される。第１半導体素子１１５は、これらに限定されない。

第１半導体素子１１５は、エポキシ樹脂などの封止剤からなる樹脂封止層１２６により周囲を覆われている。第１半導体素子１１５が、外的ストレスから保護され得る。また、周囲の温度変化により接合材層２６に加わり得る応力が軽減され得る。第１半導体素子１１５の接続信頼性が向上すると考えられる。図６の例では、樹脂封止層１２６は、第２配線板１３０とプリント配線板１との隙間全体に形成されている。しかし、樹脂封止層１２６は、キャビティ５内だけに形成されていてもよく、第２配線板１３０まで達しない程度の厚さで、モールド樹脂層１０の一面１０Ｆ上まで形成されていてもよい。その場合でも、前述の接続信頼性向上の効果が得られることがある。樹脂封止層１２６は、たとえば、流動性のモールド樹脂をプリント配線板１と第２配線板１３０との間に充填することにより形成され得る。樹脂封止層１２６は、第２配線板１３０の実装前にキャビティ５内に形成されてもよい。樹脂封止層１２６を形成するモールド樹脂はＳｉＯ₂などの無機フィラーを含んでいてもよい。

図６の例では、第２配線板１３０に第２半導体素子１３５が実装されている。第２半導体素子１３５の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ１３７により基板１３０上のボンディングパッド１３８に接続されている。第２半導体素子１３５は、フリップチップ実装方式により第２配線板１３０に実装されていてもよい。第２半導体素子１３５には、第１半導体素子１１５と同様に、メモリなどの任意の半導体素子が用いられ得る。ボンディングワイヤ１３７は、金、銅、などの任意の金属からなる。また、第２半導体素子１３５は、エポキシ樹脂などに覆われていてもよい。

本実施形態の半導体パッケージによれば、キャビティおよびビルドアップ配線層を有し、２つの配線板（パッケージ）間の接続信頼性の高いパッケージオンパッケージ構造の半導体装置が得られる。小型（低背）かつ高集積度で、しかも内部の接続部の信頼性の高い半導体装置が提供されると考えられる。

１、１ａ、１ｂ プリント配線板
３ ビルドアップ配線層
５ キャビティ
７ ソルダーレジスト層
７ａ 第１開口
７ｂ 第２開口
１０ モールド樹脂層
１０ａ 第３開口
１４ 導体ポスト
１４ａ 露出面
２０ 第１導体層
２２ 第１パッド
２４ 第２パッド
２６ 接合材層（はんだバンプ）
３０ 第１樹脂絶縁層
４０ 第２導体層
５０ 第２樹脂絶縁層
６０ 第３導体層
８０ ベース板
８１ 金属膜
８５ ダミー部材
１００ 半導体パッケージ
１１５ 第１半導体素子
１２６ 樹脂封止層
１３０ 第２配線板
１３１ バンプ
１３５ 第２半導体素子
Ｗ１ 導体ポストの接続部における径
Ｗ２ 第２開口７ｂの径

Claims (16)

1. 樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層し、第１面および前記第１面と反対側の第２面を有するビルドアップ配線層と、
   前記ビルドアップ配線層の第１面に形成され、電子部品と接続される第１パッドおよび外部の配線板に電気的に接続される第２パッドと、
   前記ビルドアップ配線層の第１面を覆うと共に、前記第１パッドの一部を露出する第１開口と前記第２パッドの一部を露出する第２開口とを具備するソルダーレジスト層と、
   前記ソルダーレジスト層上に形成され、前記第１開口の全部を露出するキャビティと前記第２パッドの一部を露出する第３開口とを具備するモールド樹脂層と、
   前記第２パッド上の前記第３開口内にめっき膜により形成される導体ポストと、
   を有するプリント配線板であって、
   前記第２パッドとの接続部における前記導体ポストの径は前記第２開口の径よりも小さい。
2. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記モールド樹脂層の一部は、前記第２開口の内壁と前記導体ポストとの間に形成されている。
3. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記第３開口の径は、前記第２開口の径よりも小さい。
4. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記導体ポストは前記第２パッド側に向かって先細りとなるテーパー形状を有している。
5. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記モールド樹脂層の熱膨張率と前記導体ポストの熱膨張率との差は、前記ソルダーレジスト層の熱膨張率と前記導体ポストの熱膨張率との差より小さい。
6. 請求項５記載のプリント配線板であって、前記モールド樹脂層は、６０質量％以上、９０質量％以下の無機フィラーを含有する樹脂材料からなる。
7. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記導体ポストの前記第２パッド側と反対側の端面は、前記モールド樹脂層の表面側に露出し、かつ、前記表面と面一か、前記表面よりも凹んでいる。
8. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記導体ポストの前記第２パッド側と反対側の端面の粗さは、前記モールド樹脂層に接する側面の粗さよりも小さい。
9. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記第１パッドの露出面にはんだ層が形成されている。
10. 請求項１記載のプリント配線板であって、前記ビルドアップ配線層の第２面側にベース板が設けられている。
11. 請求項１０記載のプリント配線板であって、前記ベース板はプリプレグ材である。
12. 請求項１０記載のプリント配線板であって、前記ベース板は金属板である。
13. 第１半導体素子が実装されているプリント配線板と、
    前記プリント配線板の一方の面上に搭載される外部の配線板と、
    を有する半導体パッケージであって、
    前記プリント配線板は、
    樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層し、第１面および前記第１面と反対側の第２面を有するビルドアップ配線層と、
    前記ビルドアップ配線層の第１面に形成され、電子部品と接続される第１パッドおよび外部の配線板に電気的に接続される第２パッドと、
    前記ビルドアップ配線層の第１面を覆うと共に、前記第１パッドの一部を露出する第１開口と前記第２パッドの一部を露出する第２開口とを具備するソルダーレジスト層と、
    前記ソルダーレジスト層上に形成され、前記第１開口の全部を露出するキャビティと前記第２パッドの一部を露出する第３開口とを具備するモールド樹脂層と、
    前記第２パッド上の前記第３開口内にめっき膜により形成される導体ポストと、
    を有し、
    前記第２パッドとの接続部における前記導体ポストの径は前記第２開口の径よりも小さく、
    前記外部の配線板は前記プリント配線板の前記導体ポスト上に実装されている。
14. 請求項１３記載の半導体パッケージであって、前記外部の配線板は前記プリント配線板側の面にバンプを備え、
    前記バンプが前記導体ポストに接続されており、
    前記モールド樹脂層の一部は、前記第２開口の内壁と前記導体ポストとの間に形成されている。
15. 請求項１３記載の半導体パッケージであって、前記第１半導体素子が前記キャビティ内に配置され、前記プリント配線板と前記外部の配線板との間に前記第１半導体素子を覆う封止剤が充填されている。
16. 請求項１３記載の半導体パッケージであって、前記外部の配線板に第２半導体素子が実装されている。

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