JP2022102611A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】配線層の電気的特性の変動を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、フィルム基板と、前記フィルム基板の一方の面に設けられた接着剤と、前記接着剤の一方の面に設けられた電子部品と、前記フィルム基板の他方の面に設けられ、前記フィルム基板に形成されたビアホールを通じて前記電子部品に接続された配線層と、前記接着剤の一方の面において、前記電子部品の周囲に設けられた補強部材と、を有し、前記補強部材の厚さは、前記電子部品の厚さよりも小さい。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置及びその製造方法に関する。
フィルム基板の一方の面の上に半導体素子等の電子部品が搭載された半導体装置においては、他方の面の上に配線層が形成されている。
米国特許第８０４９３３８号明細書 特開２０２０－１５５６４０号公報 特開２０１９－１１４７５９号公報
ところが、従来の半導体装置では、フィルム基板の厚さが薄いため、電子部品が搭載されていない領域（以下、非搭載領域ということがある）では、非搭載領域の剛性が低く、自重だけでも反りが生じやすい。非搭載領域が反ることで配線に過剰な応力が作用し、配線にクラックが生じるおそれがある。
本開示は、このような観点からも、フィルム基板の反りが抑制された半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一形態によれば、フィルム基板と、前記フィルム基板の一方の面に設けられた接着剤と、前記接着剤の一方の面に設けられた電子部品と、前記フィルム基板の他方の面に設けられ、前記フィルム基板に形成されたビアホールを通じて前記電子部品に接続された配線層と、前記接着剤の一方の面において、前記電子部品の周囲に設けられた補強部材と、を有し、前記補強部材の厚さは、前記電子部品の厚さよりも小さい半導体装置が提供される。
本開示によれば、半導体装置のフィルム基板の反りを抑制することができる。
実施形態に係る半導体装置を示す図である。 参考例に係る半導体装置を示す断面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。 実施形態の変形例に係る半導体装置を示す下面図である。
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本開示では、便宜上、フィルム基板の電子部品が搭載される側を一方の側又は下側、その反対側を他方の側又は上側とする。また、フィルム基板の電子部品が搭載される面を一方の面又は下面、その反対側の面を他方の面又は上面とする。但し、半導体装置は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。
［半導体装置の構造］
まず、半導体装置の構造について説明する。図１は、実施形態に係る半導体装置を示す図である。図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ）は下面図である。図１（ａ）は図１（ｂ）中のIa-Ia線に沿った断面図に相当する。
実施形態に係る半導体装置１では、フィルム基板１０の一方の面１１に接着剤２０が設けられている。フィルム基板１０の材料は、例えばポリイミド、エポキシ又はアクリル等を用いることができる。フィルム基板１０の厚さは、例えば５０μｍ～１００μｍ程度である。接着剤２０の材料は熱硬化性樹脂であり、例えばエポキシを主成分とする。フィルム基板１０及び接着剤２０の積層体にビアホール２１が形成されている。例えば、ビアホール２１の径は、フィルム基板１０の端部（上端）において、接着剤２０側の端部（下端）よりも大きくなっており、ビアホール２１の側面はテーパ状の傾斜面となっている。複数のビアホール２１が形成されていてもよい。
電子部品３０が接着剤２０によりフィルム基板１０に固定されている。電子部品３０は、例えば、能動素子としての半導体素子（例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等のシリコンチップ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やダイオード等を用いることができる。本実施形態の電子部品３０は、表裏面に電極が設けられた半導体素子である。電子部品３０の一方の面に電極３１が設けられ、他方の面に電極３２が設けられている。複数の電極３２が形成されていてもよく、電極３２はビアホール２１に対応するように配置されている。
電子部品３０に加えて補強部材４０が接着剤２０によりフィルム基板１０に固定されている。補強部材４０は、例えば電子部品３０に対応する開口が形成された絶縁フィルムである。補強部材４０は、フィルム基板１０の一方の面１１に垂直な方向からの平面視で、電子部品３０を取り囲んでいる。補強部材４０の外縁はフィルム基板１０の外縁と略一致している。補強部材４０の材料は、フィルム基板１０と同じ材料を用いることができる。補強部材４０の材料は、例えばポリイミド、エポキシ又はアクリル等を用いることができる。補強部材４０の厚さは、フィルム基板１０の厚さと同等の厚さでも良い。また、補強部材４０の厚さは、フィルム基板１０の厚さよりもの厚くても良い。補強部材４０の厚さは、例えば１００μｍ～１５０μｍ程度である。フィルム基板１０の材料と補強部材４０の材料とを同じにすることで、熱収縮等に起因する反が生じるとこを低減することができる。
なお、補強部材４０の厚さは、電子部品３０の高さよりも小さいことが好ましい。半導体装置１は、例えば、電極３１を配線基板等の実装基板に対向させ、はんだを介して実装基板の配線と電極３１とを接続する。このため、補強部材４０の下面が電子部品３０の下面よりも上方（配線層５３が形成される側）にあることが好ましい。
ビアホール２１内と、フィルム基板１０の他方の面１２の上に配線層５３が形成されている。配線層５３は、シード層５１と、シード層５１の上に形成されためっき層５２とを有する。シード層５１及びめっき層５２は、例えば銅層である。配線層５３の表面に表面処理層が施されていてもよい。表面処理層の例としては、金（Ａｕ）層、ニッケル（Ｎｉ）層／Ａｕ層（Ｎｉ層とＡｕ層をこの順番で積層した金属層）、Ｎｉ層／パラジウム（Ｐｄ）層／Ａｕ層（Ｎｉ層とＰｄ層とＡｕ層をこの順番で積層した金属層）などを挙げることができる。
ここで、実施形態に係る半導体装置１の効果について、参考例と比較しながら説明する。図２は、参考例に係る半導体装置を示す断面図である。参考例に係る半導体装置９は、補強部材４０が設けられていない点を除いて、実施形態に係る半導体装置１と同様の構成を備える。
半導体装置１と半導体装置９とを比較すると、半導体装置１において、補強部材４０が設けられていることで高い剛性を得ることができる。このため、図２に示すように、半導体装置９では熱収縮等により非搭載領域に反りが生じやすいが、半導体装置１では反りを抑制することができる。
そして、反りの抑制により、配線層５３のクラックを抑制し、優れた信頼性を得ることができる。また、反りの抑制により、半導体装置１を実装基板に実装する際に高精度で位置合わせしやすく、実装基板の小型化に対応しやすい。更に、反りの抑制により、半導体装置の端部の実装基板の配線への不要な接触を回避することができる。
なお、本実施形態には１つの配線層５３が設けられているが、フィルム基板１０の上方に２つ以上の配線層が設けられていてもよい。つまり、多層配線が設けられていてもよい。
また、補強部材４０は電子部品３０に接している必要はなく、平面視で補強部材４０と電子部品３０との間に隙間があってもよい。
［半導体装置の製造方法］
次に、実施形態に係る半導体装置１の製造方法について説明する。図３～図６は、実施形態に係る半導体装置１の製造方法を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、フィルム基板１０を準備する。ここで準備するフィルム基板１０のサイズは、複数の半導体装置１に対応する大判のサイズとし、このフィルム基板１０は、最終的に切断ラインＣに沿って切断されて個片化される。次いで、フィルム基板１０の一方の面１１に未硬化の接着剤２０Ａを設ける。接着剤２０Ａは、例えば回転塗布により設けることができる。接着剤２０Ａとしてフィルム状の接着剤を貼り付けてもよい。
次いで、図３（ｂ）に示すように、フィルム基板１０と接着剤２０Ａとの積層体にビアホール２１を形成する。ビアホール２１は、例えば、積層体にフィルム基板１０側からレーザ光を照射することにより形成することができる。
次いで、図３（ｃ）に示すように、電子部品３０を接着剤２０Ａに貼り付ける。電子部品３０は、一方の面に電極３１を、他方の面に電極３２を有しており、貼り付けの際には、電極３２をビアホール２１に位置合わせする。
次いで、図４（ａ）に示すように、電子部品３０の周囲において、絶縁性の補強部材４０を接着剤２０Ａに貼り付ける。補強部材４０は、例えば電子部品３０に対応する開口が形成された絶縁フィルムである。
次いで、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す構造体の加圧ベークを行うことにより、接着剤２０Ａから、硬化した接着剤２０を得る。接着剤２０Ａの硬化に伴って、電子部品３０及び補強部材４０がフィルム基板１０に強固に固定される。
次いで、図４（ｃ）に示すように、フィルム基板１０の他方の面１２と、ビアホール２１の側面と、電子部品３０の電極３２のビアホール２１から露出した面とにシード層５１を形成する。シード層５１は、例えばスパッタ法により形成することができる。
次いで、図５（ａ）に示すように、電子部品３０の周囲に補強部材４０の下面に接するスペーサ９１を配置する。スペーサ９１は、電子部品３０を収納可能な凹部構造であってもよい。また、複数積層した構造でもよい。スペーサ９１の材料は、例えばポリイミド、エポキシ又はアクリル等の樹脂材料でもよい。スペーサ９１は、樹脂材料や金属材料をそれぞれ単体で用いても良いし、組み合わせて用いても良い。スペーサ９１として、補強部材４０と同様の絶縁フィルムを用いてもよい。
更に、スペーサ９１の下方に保護フィルム９２を配置する。保護フィルム９２の材料は、例えばポリイミド、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニルである。
次いで、図５（ｂ）に示すように、シード層５１を給電経路として電解銅めっきを行うことで、シード層５１の上にめっき層５２を形成する。このとき、フィルム基板１０の下側にスペーサ９１及び保護フィルム９２が設けられているため、電極３１を含む電子部品３０が電解液から保護される。
次いで、配線パターンが形成されたレジスト層（図示せず）をめっき層５２の上に形成する。レジスト層としては、例えば、ドライフィルムレジスト等を用いることができ、露光及び現像によりレジスト層に配線パターンを形成できる。次いで、レジスト層をマスクとしてめっき層５２及びシード層５１をエッチングする。この結果、図５（ｃ）に示すように、めっき層５２及びシード層５１から配線層５３が得られる。このように、配線層５３は、例えばセミアディティブ法により形成することができる。配線層５３に、表面処理層を形成してもよい。他のめっき処理を配線層５３に施してもよい。エッチング及びめっき処理の際にも、電子部品３０がスペーサ９１及び保護フィルム９２により保護される。
次いで、図６（ａ）に示すように、スペーサ９１及び保護フィルム９２を取り外す。
次いで、切断ラインＣに沿って図６（ａ）に示す構造物を切断して個片化する。この結果、図６（ｂ）に示すように、半導体装置１が得られる。図６（ｂ）には１個の半導体装置１が図示されているが、図６（ａ）に示す構造物からは複数個の半導体装置１が得られる。
なお、フィルム基板１０の一方の面１１に複数の電子部品３０が設けられてもよい。図７は、実施形態の変形例に係る半導体装置を示す下面図である。
図７（ａ）に示す第１変形例に係る半導体装置２では、フィルム基板１０の一方の面１１の略中央に４個の電子部品３０が格子状に設けられている。そして、平面視で４個の電子部品３０を取り囲むように補強部材４０が設けられ、更に、補強部材４０は隣り合う電子部品３０の間にも設けられている。
図７（ｂ）に示す第２変形例に係る半導体装置３では、フィルム基板１０の一方の面１１の略中央に４個の電子部品３０が格子状に設けられている。そして、平面視で４個の電子部品３０を取り囲むように補強部材４０が設けられ、隣り合う電子部品３０の間からは接着剤２０が露出している。
これらの半導体装置２及び３によっても、実施形態に係る半導体装置１と同様の効果を得ることができる。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
１、２、３、４ 半導体装置
１０ フィルム基板
１１、１２ 面
２０ 接着剤
２１ ビアホール
３０ 電子部品
４０ 補強部材
５３ 配線層

Claims (7)

  1. フィルム基板と、
    前記フィルム基板の一方の面に設けられた接着剤と、
    前記接着剤の一方の面に設けられた電子部品と、
    前記フィルム基板の他方の面に設けられ、前記フィルム基板に形成されたビアホールを通じて前記電子部品に接続された配線層と、
    前記接着剤の一方の面において、前記電子部品の周囲に設けられた補強部材と、
    を有し、
    前記補強部材の厚さは、前記電子部品の厚さよりも小さいことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記補強部材の材料は、前記フィルム基板の材料と同じであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記補強部材の厚さは前記フィルム基板の厚さ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 前記一方の面に垂直な方向からの平面視で、前記補強部材は前記電子部品を取り囲むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記一方の面に前記電子部品が複数設けられており、
    前記一方の面に垂直な方向からの平面視で、前記補強部材は複数の前記電子部品を取り囲むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. フィルム基板の一方の面に接着剤が設けられ、前記フィルム基板と前記接着剤を厚さ方向に貫通するビアホールを形成する工程と、
    前記接着剤の一方の面に電子部品を設ける工程と、
    前記接着剤の一方の面において、前記電子部品の周囲に、厚さが前記電子部品の厚さよりも小さい補強部材を設ける工程と、
    前記フィルム基板の他方の面に、前記ビアホールを通じて前記電子部品に接続される配線層を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記配線層を形成する工程は、
    前記電子部品の周囲に前記補強部材の一方の面に接するスペーサを配置する工程と、
    前記スペーサを配置する工程の後に、前記フィルム基板の他方の面と、前記ビアホールの側面と、前記電子部品の電極の前記ビアホールから露出した面とにシード層を形成する工程と、
    前記シード層の上にめっき層を形成する工程と、
    前記めっき層及び前記シード層をエッチングする工程と、
    前記めっき層及び前記シード層をエッチングする工程の後に、前記スペーサを取り外す工程と、
    を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
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