JP2017195261A - インターポーザ及びインターポーザの製造方法 - Google Patents

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一輝 梶原
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Abstract

【課題】 信頼性の高いインターポーザの提供
【解決手段】 実施形態のインターポーザは、第1面F1と第1面F1と反対側の第2面F2と第1面F1に形成されている複数の溝180と溝180から第2面F2に至る開口36と第1面F1から第2面F2に至る電子部品190を収容するための開口部32とを有する絶縁層30と、溝180に形成されている導体回路18と、開口360に形成されていて導体回路18に繋がっている金属ポスト36と、を有する。そして、金属ポスト36は導体回路18と接続している上面36Uと上面36Uと反対側の底面36Bを有し、底面36Bは第2面F2から露出している。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電子部品収容用の開口部を有するインターポーザ及びそのインターポーザの製造方法に関する。
特許文献1は、キャパシタ部品を収容するためのキャビティ部を有するインターポーザを開示している。
特開2012−119601号公報
[特許文献1の課題]
特許文献1の図1や25段落によれば、特許文献1のインターポーザはバンプ形成部を有する。そして、バンプ形成部は導電膜と絶縁層を有していて、シリコン基板の裏面上に形成されている。特許文献1の図1に示されるように、導電膜はシリコン基板から突出している。特許文献1のインターポーザはキャビティ部を有するため、インターポーザの強度が小さくなると考えられる。そのため、特許文献1のインターポーザがヒートサイクルを受けると、特許文献1のインターポーザは大きな反りを有すると予想される。その反りで導電膜とシリコン基板との間の界面にストレスが働くと考えられる。そのストレスでシリコン基板から導電膜が剥がれると思われる。その剥がれでシリコン基板が割れるかもしれない。
本発明のインターポーザは、第1面と前記第1面と反対側の第2面と前記第1面に形成されている複数の溝と前記溝から前記第2面に至る開口と前記第1面から前記第2面に至る電子部品を収容するための開口部とを有する絶縁層と、前記溝に形成されている導体回路と、前記開口に形成されていて前記導体回路に繋がっている金属ポストとを有する。そして、前記金属ポストは前記導体回路と接続している上面と前記上面と反対側の底面を有し、前記底面は前記第2面から露出している。
本発明の多層タイプのインターポーザは、本発明のインターポーザで形成される第1のインターポーザと、本発明のインターポーザで形成され、前記第1のインターポーザ上に積層される第2のインターポーザとからなる。そして、前記第1のインターポーザの導体回路に前記第2のインターポーザの金属ポストが接続するように、前記第2のインターポーザは前記第1のインターポーザ上に積層されている。本発明のインターポーザは5段落に示されている。
本発明の半導体装置は、樹脂絶縁層を有するプリント配線板と、前記プリント配線板上に実装されている半導体素子と、前記半導体素子が本発明のインターポーザの開口部に収容されるように、前記プリント配線板上に積層されている本発明のインターポーザとからなる。そして、本発明のインターポーザの絶縁層はエポキシからなる樹脂と無機フィラーで形成され、前記絶縁層に含まれる前記無機フィラーの含有量は75wt%以上、85wt%以下であって、前記プリント配線板の前記樹脂絶縁層に含まれる無機フィラーの含有量は75wt%未満である。本発明のインターポーザは5段落に示されている。
別の観点に係わる本発明の半導体装置は、プリント配線板と、前記プリント配線板上に実装されている半導体素子と、前記半導体素子が本発明のインターポーザの開口部に収容されるように、前記プリント配線板上に積層されている本発明のインターポーザと、前記半導体素子と本発明のインターポーザとの間に形成されているモールド樹脂とからなる。そして、前記モールド樹脂の熱膨張係数と本発明のインターポーザの絶縁層の熱膨張係数は等しい。本発明のインターポーザは5段落に示されている。
本発明のインターポーザの製造方法は、支持板を準備することと、前記支持板上に導体回路を形成することと、前記支持板と前記導体回路上に前記導体回路を露出するための開口を有するめっきレジストを形成することと、前記開口にめっきを充填することで金属ポストを形成することと、前記めっきレジストを除去することと、前記金属ポストと前記導体回路が埋められるように、前記支持板上に絶縁層を形成することと、前記絶縁層及び前記金属ポストを研磨することと、前記支持板を除去することと、前記絶縁層の中央部に電子部品収容用の開口部を形成すること、とから成る。
[実施形態の効果]
実施形態のインターポーザによれば、絶縁層から導体回路が剥がれがたい。実施形態のインターポーザがヒートサイクルを受けても、インターポーザの信頼性が劣化しがたい。
本発明の第1実施形態のインターポーザの応用例の断面図。 第1実施形態のインターポーザの製造工程図。 第1実施形態のインターポーザの製造工程図。 半導体装置の断面図。 図5(A)と図5(B)は第2実施形態のインターポーザの製造工程図を示し、図5(C)は第1実施形態のインターポーザの一部を示し、図5(D)は第2実施形態のインターポーザの一部を示している。
[第1実施形態]
図4(A)は第1実施形態のインターポーザ10とインターポーザ10を搭載しているプリント配線板800とインターポーザ10の開口部32内に収容されプリント配線板800に実装されている半導体素子190とからなる半導体装置112を示す断面図である。図5(C)は、第1実施形態のインターポーザ10の一部を示す断面図である。インターポーザ10は第1面F1と第2面F2とを有する絶縁層30を有する。そして、絶縁層30は第1面F1に溝180を有する。溝180に導体回路18が形成される。絶縁層30は、さらに、溝180から第2面F2に至る開口360を有する。開口360に金属ポスト36が形成されている。金属ポスト36は上面36Uと上面36Uと反対側の底面36Bを有し、上面36Uが導体回路18に接続している。また、絶縁層30は、絶縁層30の略中央部分に第1面F1から第2面F2に至る開口部32を有する。開口部32内に半導体素子190が収容される。
導体回路18は上面18Uと底面18Bと側面18Wとを有する。導体回路18は絶縁層30に埋まっていて、導体回路18の底面18Bと側面18Wは絶縁層30に接している。そのため、導体回路18と絶縁層30との間の接触面積が大きい。開口部32を有するインターポーザ10がヒートサイクルを受け、インターポーザ10が反ったとしても、絶縁層30から導体回路18が剥がれがたい。絶縁層30にクラックが発生しがたい。また、導体回路18が絶縁層30に埋まっているので、インターポーザ10の厚みを薄くすることができる。絶縁層30に導体回路18を埋めることで、インターポーザ10の強度を高くすることができる。インターポーザ10が開口部32を有しても、インターポーザ10の反りを小さくすることができる。
導体回路18の上面18Uは絶縁層30の第1面F1から露出している。導体回路18の上面18Uは第1電極36D1を形成する。
金属ポスト36の上面36Uは導体回路18の底面18Bに接続している。金属ポスト36の側面36Wは絶縁層30に接している。金属ポスト36の底面36Bは絶縁層30の第2面F2から露出している。金属ポスト36の底面36Bは第2電極36D2を形成する。そのため、金属ポスト36の底面に繋がる外部端子用の導体回路が不要となる。インターポーザ10の厚みを薄くすることができる。
導体回路18の上面(第1電極36D1)18Uは、絶縁層30の第1面F1と同一の平面上に位置していない。上面18Uは第1面F1から凹んでいる。上面18Uと第1面F1との間の距離K1は1μm以上、10μm以下である。
金属ポスト36の底面(第2電極36D2)36Bは絶縁層30の第2面F2と同一の平面上に位置していない。第2電極36D2は第2面F2から凹んでいる。第2電極36D2と第2面F2との間の距離K2は1μm以上、10μm以下である。
インターポーザ10が距離K1、K2を持つので、金属ポスト36が衝撃を直接受けない。金属ポスト36が細くても、金属ポスト36が長期に安定である。隣接する第1電極36D1間の絶縁信頼性が高い。隣接する第2電極36D2間の絶縁信頼性が高い。第1電極36D1と第2電極36D2上にバンプが形成されても、隣接するバンプ間の絶縁信頼性が高い。
第1電極36D1上に第1電極36D1の酸化を防止するための保護膜72Uを形成することができる。保護膜72Uは第1面F1から露出する面(上面)72U1を有し、保護膜72Uの上面72U1は第1面F1から凹んでいる。保護膜72Uの上面72U1と第1面F1との間の距離K3は1μm以上、10μm以下である。第2電極36D2上に第2電極36D2の酸化を防止するための保護膜72Lを形成することができる。保護膜72Lは第2面F2から露出する面(上面)72L1を有し、保護膜72Lの上面72L1は第2面F2から凹んでいる。保護膜72Lの上面72L1と第2面F2との間の距離K4は1μm以上、10μm以下である。距離K3、K4が存在すると、金属ポスト36が衝撃を直接受けない。金属ポスト36が細くても、金属ポスト36が長期に安定である。隣接する第1電極36D1間の絶縁信頼性が高い。隣接する第2電極36D2間の絶縁信頼性が高い。第1電極36D1と第2電極36D2上にバンプが形成されても、隣接するバンプ間の絶縁信頼性が高い。
保護膜72U、72Lの例は、Ni/AuやOSP(Organic Solderability Preservative)膜である。
第1実施形態では、図4(B)に示されるように、インターポーザ10とインターポーザ10の開口部32内の電子部品190との間にモールド樹脂92を充填することができる。そして、絶縁層30の材料とモールド樹脂92の材料を同じにすることができる。絶縁層30の材料とモールド樹脂92の材料が異なる時、絶縁層30の熱膨張係数とモールド樹脂92の熱膨張係数が同じであることが好ましい。モールド樹脂92がインターポーザ10から剥がれがたい。インターポーザ10の反りを小さくすることができる。
絶縁層30中の無機フィラーの量は75wt%以上、85wt%以下である。インターポーザ10が図4(A)に示されるプリント配線板800に搭載される場合、プリント配線板800の樹脂絶縁層150F、150S中の無機フィラーの量は75wt%未満である。例えば、樹脂絶縁層150F、150S中の無機フィラーの量は40wt%以上、60wt%以下である。
絶縁層30の熱膨張係数とモールド樹脂92の熱膨張係数の差が小さい。このため、熱膨張係数の差による熱応力が生じ難い。開口部32の角部からモールド樹脂92や絶縁層30にクラックが入りにくい。インターポーザ10や図4(B)の半導体装置112の信頼性が低下し難い。また、金属ポスト36の底面36Bが第2電極36D2を形成するため、隣接する金属ポスト36間の距離を小さくすることができる。インターポーザ10の高密度化が可能になる。
第1実施形態では、インターポーザ10の中央部分に金属ポスト36が形成されない。インターポーザ10の外周領域のみに金属ポスト36が形成される。開口部32を有するので、第1実施形態のインターポーザは応力を解放し易い。また、インターポーザの変形量を小さくすることができる。金属ポスト36に働くストレスが小さくなる。
図1は第1実施形態のインターポーザ10の応用例114の断面を示す。
応用例114は、電子部品190を実装しているプリント配線板800と開口部32を有するインターポーザ10と電子部品290を実装している第2プリント配線板210で形成されている。電子部品190、290の例は半導体素子である。電子部品190の例はICチップであり、電子部品290の例はメモリである。インターポーザ10とプリント配線板800は半田バンプ176Fを介して接続される。インターポーザ10と半導体素子190を実装しているプリント配線板800で半導体装置112が形成される。図1では、インターポーザ10上に第2プリント配線板210が実装されていて、第2プリント配線板210とインターポーザ10は、半田バンプ276を介して接続される。第2プリント配線板210上に電子部品290が搭載される。第2プリント配線板210と電子部品290はワイヤ236を介して接続される。
ICチップ190はプリント配線板800の略中央部に実装されている。インターポーザ10の開口部32は電子部品190を収容するための開口であり、インターポーザ10を貫通している。開口部32は絶縁層30を貫通している。また、開口部32はインターポーザ10の略中央部に形成されている。開口部32内の半導体素子190とインターポーザ10との間に半導体素子190を封止するためのモールド樹脂92が充填されている。インターポーザ10とプリント配線板800との間もICチップ190を封止するためのモールド樹脂92が充填されている。
プリント配線板800は、コア基板130を有する。コア基板130は第3面Fと第3面Fと反対側の第4面Sとを有する絶縁基板120zと絶縁基板の第3面F上に形成されている第1導体層134Fと絶縁基板の第4面上に形成されている第2導体層134Sを有する。コア基板はさらに第1導体層134Fと第2導体層134Sとを接続しているスルーホール導体136を有する。
絶縁基板120zの第3面Fと第1導体層134F上に最上の樹脂絶縁層150Fが形成されている。樹脂絶縁層150F上に最上の導体層158Fが形成されている。導体層158Fと第1導体層134Fやスルーホール導体136は、樹脂絶縁層150Fを貫通する最上のビア導体160Fで接続されている。
絶縁基板120zの第4面Sと第2導体層134S上に最下の樹脂絶縁層150Sが形成されている。樹脂絶縁層150S上に最下の導体層158Sが形成されている。導体層158Sと第2導体層134Sやスルーホール導体136は、樹脂絶縁層150Sを貫通する最下のビア導体160Sで接続されている。
最上の樹脂絶縁層150F及び最上の導体層158F上に開口171Fを有する第1のソルダーレジスト層170Fが形成されている。開口171Fから露出する導体層158Fはパッドを形成し、パッド上に第1の半田バンプ176Fが形成されている。
最下の樹脂絶縁層150S及び最下の導体層158S上に開口171Sを有する第2のソルダーレジスト層170Sが形成されている。開口171Sから露出する導体層158Sはパッドを形成し、パッド上に第2の半田バンプ176Sが形成されている。
第1実施形態では、インターポーザ10の形状は略立方体である。インターポーザは開口部32内にICチップ190を収容する。このため、半導体装置112の厚みを薄くすることができる。第1実施形態のインターポーザ10の金属ポスト36は細い。隣接する金属ポスト36間の間隔が狭い。高密度に金属ポスト36を配置することができる。そのため、インターポーザ10が開口部32を有しても、小さなサイズのインターポーザ10でICチップ190とメモリ290間のデータの伝送が可能になる。
[第1実施形態のインターポーザの製造方法]
第1実施形態のインターポーザ10の製造方法が図2と図3に示される。
支持板20zと金属箔24が準備される(図2(A))。図2(A)では、支持板20z上に金属箔24が積層されている。支持板20zの例は金属板や両面銅張積層板である。金属箔24の例は銅箔やニッケル箔である。
金属箔24上に電解銅めっきにより導体回路18が形成される(図2(B))。支持板20zと導体回路18上に金属ポストを形成するための開口26aを有するめっきレジスト26が形成される(図2(C))。めっきレジストの開口26a内に電解めっき膜28が形成される(図2(D))。めっきレジストが除去される。電解めっき膜28から成る金属ポスト36が形成される(図2(E))。金属ポスト36は電解めっき膜のみで形成されている。
金属ポスト36と金属箔24上にモールド樹脂から成る絶縁層30が形成される。導体回路18と金属ポスト36が絶縁層内に埋まる(図3(A))。絶縁層30に含まれる無機フィラーの含有量は75wt%以上、85wt%以下である。
絶縁層30と金属ポスト36が研磨される(図3(B))。金属ポスト36の底面(第2電極36D2)36Bが露出される。金属箔24と導体回路18、絶縁層30、金属ポスト36から成る中間体30αが支持板20z上に形成される。支持板20zから中間体30αが分離される(図3(C))。エッチングで、金属箔24が除去される(図3(D))。この時、図5(C)に示されるように、導体回路18の上面18Uが絶縁層30の第1面F1から凹み、金属ポスト36の底面36Bが絶縁層30の第2面F2から凹む。その後、導体回路18の上面18U上に保護膜72Uが形成される。金属ポスト36の底面36B上に保護膜72Lが形成される(図5(C))。
絶縁層30の中央部分が除去される。電子部品収容用の開口部32が形成され、インターポーザ10が完成する(図3(E))。開口部32は、例えば、レーザやパンチング、ルーターで形成される。
図4(A)に示されるように、電子部品190を実装するプリント配線板800のパッドとインターポーザ10の金属ポスト36の底面(第2電極36D2)36Bを半田バンプ176Fで接続することで、プリント配線板800上にインターポーザ10が搭載される。図4(A)に示されるように、インターポーザ10の開口部32内に半導体素子190が収容される。インターポーザとプリント配線板との間に、モールド樹脂92が充填される。インターポーザ10と半導体素子190との間の隙間にモールド樹脂92が充填される。モールド樹脂92の材質と絶縁層30の材質は同じある。図4(B)の半導体装置112が完成する。図1に示されるように、インターポーザ10の導体回路18と第2プリント配線板210の電極を半田バンプ276で接続することで、インターポーザ上に第2プリント配線板210が実装される。応用例114が形成される。
[第2実施形態]
図5(B)は第2実施形態のインターポーザ10の断面を示す。
第2実施形態のインターポーザ10は、第1実施形態のインターポーザ(第1インターポーザ)10a上に第1実施形態の別のインターポーザ(第2インターポーザ)10bが積層されている。
第1インターポーザ10aの絶縁層は第1絶縁層30aであり、導体回路は第1導体回路18aであり、金属ポストは第1金属ポスト36aである。
第2インターポーザ10bの絶縁層は第2絶縁層30bであり、導体回路は第2導体回路18bであり、金属ポストは第2金属ポスト36bである。
第1インターポーザ10aの第1金属ポスト36aの第1導体回路18a上に第2インターポーザ10bの第2金属ポスト36bが接続している。
[第2実施形態のインターポーザの製造方法]
第2実施形態のインターポーザ10の製造方法が図5(A)と図5(B)に示される。図3(B)の中間体30αの金属ポスト(第2金属ポスト)36bの底面36bB上に導体回路(第1導体回路)18aが形成される(図5(A))。その後、図2(C)と図2(D)、図2(E)、図3に示される工程が行われる。図5(B)に示される第2実施形態のインターポーザ10が形成される。第1金属ポスト36aの底面36aBを介し、第2実施形態のインターポーザ10とプリント配線板800は接続される。第2導体回路18bを介し、第2実施形態のインターポーザ10と第2プリント配線板210は接続される。図5(D)に示されるように、第2実施形態のインターポーザ10は第1実施形態のインターポーザ10と同様に保護膜72U、72Lと距離k1、k2、k3、k4を有する。
第2実施形態では、第1絶縁層30aの厚みと第2絶縁層30bの厚みは第1実施形態の絶縁層30の厚みの半分である。このため、電解めっきで形成される第1金属ポスト36aの高さと第2金属ポスト36bの高さが、第1実施形態の金属ポスト36の高さの半分である。第1金属ポスト36aと第2金属ポスト36bは短時間で形成される。また、第1金属ポスト36a上に第2金属ポスト36bが積層されている。そのため、各金属ポストで応力を緩和することができる。
10 インターポーザ
18 導体回路
18a 第1導体回路
30 絶縁層
32 開口部
36 金属ポスト
36a 第1金属ポスト
36b 第2金属ポスト
800 プリント配線板
112 半導体装置
114 応用例

Claims (8)

  1. 第1面と前記第1面と反対側の第2面と前記第1面に形成されている複数の溝と前記溝から前記第2面に至る開口と前記第1面から前記第2面に至る電子部品を収容するための開口部とを有する絶縁層と、
    前記溝に形成されている導体回路と、
    前記開口に形成されていて前記導体回路に繋がっている金属ポストと、を有するインターポーザであって、
    前記金属ポストは前記導体回路と接続している上面と前記上面と反対側の底面を有し、前記底面は前記第2面から露出している。
  2. 請求項1のインターポーザであって、前記絶縁層はエポキシからなる樹脂と無機フィラーで形成されている。
  3. 請求項2のインターポーザであって、前記絶縁層に含まれる前記無機フィラーの含有量は75wt%以上、85wt%以下である。
  4. 請求項1のインターポーザで形成される第1のインターポーザと、
    請求項1のインターポーザで形成され、前記第1のインターポーザ上に積層される第2のインターポーザとからなる多層タイプのインターポーザあって、
    前記第1のインターポーザの前記導体回路に前記第2のインターポーザの前記金属ポストが接続するように、前記第2のインターポーザは前記第1のインターポーザ上に積層されている。
  5. 樹脂絶縁層を有するプリント配線板と、
    前記プリント配線板上に実装されている半導体素子と、
    前記半導体素子が請求項3のインターポーザの開口部に収容されるように、前記プリント配線板上に積層されている請求項3のインターポーザとからなる半導体装置であって、
    前記プリント配線板の前記樹脂絶縁層に含まれる無機フィラーの含有量は75wt%未満である。
  6. 請求項1のインターポーザであって、前記開口部は前記インターポーザの中央に形成されている。
  7. プリント配線板と、
    前記プリント配線板上に実装されている半導体素子と、
    前記半導体素子が請求項1のインターポーザの開口部に収容されるように、前記プリント配線板上に積層されている請求項1のインターポーザと、
    前記半導体素子と請求項1のインターポーザとの間に形成されているモールド樹脂とからなる半導体装置であって、
    前記モールド樹脂の熱膨張係数と前記絶縁層の熱膨張係数は等しい。
  8. 支持板を準備することと、
    前記支持板上に導体回路を形成することと、
    前記支持板と前記導体回路上に前記導体回路を露出するための開口を有するめっきレジストを形成することと、
    前記開口にめっきを充填することで金属ポストを形成することと、
    前記めっきレジストを除去することと、
    前記金属ポストと前記導体回路が埋められるように、前記支持板上に絶縁層を形成することと、
    前記絶縁層及び前記金属ポストを研磨することと、
    前記支持板を除去することと、
    前記絶縁層の中央部に電子部品収容用の開口部を形成すること、とから成るインターポーザの製造方法。
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