JP2022173925A - 複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法 - Google Patents

複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2022173925A
JP2022173925A JP2021079986A JP2021079986A JP2022173925A JP 2022173925 A JP2022173925 A JP 2022173925A JP 2021079986 A JP2021079986 A JP 2021079986A JP 2021079986 A JP2021079986 A JP 2021079986A JP 2022173925 A JP2022173925 A JP 2022173925A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring board
connection terminal
bonding material
contour
composite wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021079986A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7342060B2 (ja
JP2022173925A5 (ja
Inventor
翔太 三木
Shota Miki
こゆき 川上
koyuki Kawakami
淳 大井
Atsushi Oi
啓 村山
Hiroshi Murayama
光浩 相澤
Mitsuhiro Aizawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinko Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinko Electric Industries Co Ltd filed Critical Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority to JP2021079986A priority Critical patent/JP7342060B2/ja
Priority to KR1020220053205A priority patent/KR20220152937A/ko
Priority to CN202210478241.1A priority patent/CN115334745A/zh
Priority to US17/661,585 priority patent/US11706877B2/en
Priority to EP22171558.4A priority patent/EP4090141A1/en
Priority to TW111116953A priority patent/TWI844016B/zh
Publication of JP2022173925A publication Critical patent/JP2022173925A/ja
Publication of JP2022173925A5 publication Critical patent/JP2022173925A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7342060B2 publication Critical patent/JP7342060B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3463Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4644Manufacturing multilayer circuits by building the multilayer layer by layer, i.e. build-up multilayer circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components
    • H05K3/3436Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49811Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49822Multilayer substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49866Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers characterised by the materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5385Assembly of a plurality of insulating substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50Fixed connections
    • H01R12/51Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/111Pads for surface mounting, e.g. lay-out
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/111Pads for surface mounting, e.g. lay-out
    • H05K1/112Pads for surface mounting, e.g. lay-out directly combined with via connections
    • H05K1/113Via provided in pad; Pad over filled via
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/115Via connections; Lands around holes or via connections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/18Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4611Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
    • H05K3/4623Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards the circuit boards having internal via connections between two or more circuit layers before lamination, e.g. double-sided circuit boards
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49811Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
    • H01L23/49816Spherical bumps on the substrate for external connection, e.g. ball grid arrays [BGA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5383Multilayer substrates
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10378Interposers
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10954Other details of electrical connections
    • H05K2201/10977Encapsulated connections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/02Details related to mechanical or acoustic processing, e.g. drilling, punching, cutting, using ultrasound
    • H05K2203/0278Flat pressure, e.g. for connecting terminals with anisotropic conductive adhesive
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/11Treatments characterised by their effect, e.g. heating, cooling, roughening
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4602Manufacturing multilayer circuits characterized by a special circuit board as base or central core whereon additional circuit layers are built or additional circuit boards are laminated

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Combinations Of Printed Boards (AREA)

Abstract

【課題】接合材の近傍でのクラックを抑制することができる複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】複合配線基板は、第1接続端子を備えた第1配線基板と、前記第1接続端子に対向する第2接続端子を備えた第2配線基板と、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接合する接合材と、を有し、平面視で、前記第1接続端子の第1輪郭は前記第2接続端子の第2輪郭の内側にあり、前記接合材は、前記第1接続端子及び前記第2接続端子の両方に接触し、Cu及びSnの金属間化合物からなる第1部分と、平面視で、前記第1輪郭と前記第2輪郭との間の部分を含み、Bi及びSnの合金からなる第2部分と、を有し、前記第2部分は、BiをBiSn合金の共晶組成よりも高濃度で含有し、前記第2部分は、前記第2接続端子から離間している。【選択図】図2

Description

本開示は、複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法に関する。
ビルドアップ基板の上にインターポーザを搭載した複合配線基板が開示されている(特許文献1)。また、はんだの一種として、錫ビスマス(SnBi)合金が知られている(特許文献2及び3)。
特開2020-205331号公報 特開2010-3878号公報 特開2011-96900号公報
特許文献1に記載の複合配線基板によれば、所期の目的は達成されるものの、ビルドアップ基板とインターポーザとの間の接合材の近傍にクラックが生じるおそれがある。
本開示は、接合材の近傍でのクラックを抑制することができる複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板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、第1接続端子を備えた第1配線基板と、前記第1接続端子に対向する第2接続端子を備えた第2配線基板と、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接合する接合材と、を有し、平面視で、前記第1接続端子の第1輪郭は前記第2接続端子の第2輪郭の内側にあり、前記接合材は、前記第1接続端子及び前記第2接続端子の両方に接触し、Cu及びSnの金属間化合物からなる第1部分と、平面視で、前記第1輪郭と前記第2輪郭との間の部分を含み、Bi及びSnの合金からなる第2部分と、を有し、前記第2部分は、BiをBiSn合金の共晶組成よりも高濃度で含有し、前記第2部分は、前記第2接続端子から離間している複合配線基板が提供される。
開示の技術によれば、接合材の近傍でのクラックを抑制することができる。
第1実施形態に係る複合配線基板を示す断面図である。 第1実施形態における電極パッド、接合材及び電極パッドの位置関係を示す図である。 第1実施形態に係る複合配線基板の製造方法を示す断面図(その1)である。 第1実施形態に係る複合配線基板の製造方法を示す断面図(その2)である。 第1実施形態に係る複合配線基板の製造方法を示す断面図(その3)である。 第1実施形態に係る複合配線基板の製造方法を示す断面図(その4)である。 第1実施形態に係る複合配線基板の製造方法を示す断面図(その5)である。 第1実施形態の変形例における電極パッド、接合材及び電極パッドの位置関係を示す図である。 第2実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
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。
(第1実施形態)
第1実施形態は、複合配線基板及びその製造方法に関する。
[複合配線基板の構造]
まず、第1実施形態に係る複合配線基板の構造について説明する。図1は、第1実施形態に係る複合配線基板を示す断面図である。
第1実施形態に係る複合配線基板1は、ビルドアップ基板100と、インターポーザ200と、接合材300とを有する。本開示においては、便宜上、ビルドアップ基板100からみてインターポーザ200が位置する方向を上方とし、その反対方向を下方とする。また、平面視とは、ビルドアップ基板100の上面に垂直な方向から対象物を見ることをいう。但し、複合配線基板は天地逆の状態で用いることができ、また、任意の姿勢で用いることができる。
ビルドアップ基板100は、例えば、コア層110と、コア層110の上面に設けられたビルドアップ層120と、コア層110の下面に設けられたビルドアップ層130とを有する。ビルドアップ基板100は第1配線基板の一例である。
コア層110は、貫通孔111xが形成された絶縁性の基材111と、貫通孔111xの内壁面に形成された貫通導電ビア112と、貫通導電ビア112の内側に充填された充填材113とを有する。
ビルドアップ層120は、絶縁層121と、配線層122と、ソルダレジスト層123とを有する。配線層122は、絶縁層121の最上面に電極パッド124を含む。配線層122の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド124は、ビルドアップ基板100がインターポーザ200に接合される際の接続端子として用いられる。電極パッド124は第1接続端子の一例である。
ビルドアップ層130は、絶縁層131と、配線層132と、ソルダレジスト層133とを有する。配線層132は、絶縁層131の最下面に電極パッド134を含む。配線層132の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド134は、ビルドアップ基板100がマザーボード等の外部部品に接合される際の接続端子として用いられる。
電極パッド124と電極パッド134とが、配線層122、貫通導電ビア112及び配線層132を介して電気的に接続されている。ビルドアップ層120に含まれる絶縁層121及び配線層122の数、ビルドアップ層130に含まれる絶縁層131及び配線層132の数は特に限定されない。
インターポーザ200は、例えば、第1配線構造体210と、第1配線構造体210の上面に設けられた第2配線構造体220とを有する。インターポーザ200は第2配線基板の一例である。
第1配線構造体210は、電極パッド211と、絶縁層212と、導電ビア213とを有する。
電極パッド211は絶縁層212に埋め込まれている。絶縁層212の下面と、電極パッド211の下面とが面一になっている。電極パッド211の側面は絶縁層212により覆われている。絶縁層212に、絶縁層212の上面から電極パッド211の上面に到達するビアホール212xが形成されている。導電ビア213はビアホール212x内に設けられている。導電ビア213は電極パッド211に接触する。絶縁層212の上面と、導電ビア213の上面とが面一になっている。電極パッド211及び導電ビア213の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド211は、インターポーザ200がビルドアップ基板100に接合される際の接続端子として用いられる。電極パッド211は第2接続端子の一例である。
第2配線構造体220は、絶縁層221と、配線層222とを有する。配線層222の一部は導電ビア213に接触している。配線層222は、絶縁層221の最上面に電極パッド224を含む。絶縁層221の材料は、例えば有機樹脂である。配線層222の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド224は、半導体チップが実装される際の接続端子として用いられる。第2配線構造体220に含まれる絶縁層221及び配線層222の数は特に限定されない。
接合材300は、ビルドアップ基板100の電極パッド124と、インターポーザ200の電極パッド211とを接合する。ここで、接合材300の構成について詳細に説明する。図2は、電極パッド124、接合材300及び電極パッド211の位置関係を示す図である。図2(a)は、電極パッド124、接合材300及び電極パッド211を下方からみた図であり、図2(b)は、電極パッド124、接合材300及び電極パッド211を示す断面図である。図2(b)は、図1中の領域Rの拡大図に相当する。
例えば、電極パッド124は、直径が90μmの円形状の平面形状を有し、電極パッド211は、直径が150μmの円形状の平面形状を有する。平面視で、電極パッド211の中心と電極パッド124の中心とが略一致している。従って、平面視で、電極パッド124の輪郭124Aが電極パッド211の輪郭211Aの内側にある。輪郭124Aは第1輪郭の一例であり、輪郭211Aは第2輪郭の一例である。
接合材300は、Cu及びSnの金属間化合物からなる第1部分310と、Bi及びSnの合金からなる第2部分320とを有する。
第1部分310は、ビルドアップ基板100の電極パッド124と、インターポーザ200の電極パッド211の両方に接触する。第1部分310は、例えば、CuSn層311と、CuSn層312と、CuSn層313とを有する。CuSn層311は電極パッド124の表面を覆い、CuSn層313は電極パッド211の表面を覆う。CuSn層312はCuSn層311とCuSn層313との間にある。CuSn層312はCuSn層313のビルドアップ基板100側の面(下面)を覆うように形成されている。CuSn層312はビルドアップ層120に接触してもよい。CuSn層312中に、Biの微粒子314が分散していてもよい。
第2部分320は、平面視で、電極パッド124の輪郭124Aと電極パッド211の輪郭211Aとの間の部分を含む。第2部分320は、電極パッド124の周囲に環状に形成されている。第2部分320と電極パッド124との間に第1部分310がある。第2部分320は、BiをBiSn合金の共晶組成よりも高濃度で含有する。例えば、第2部分320におけるBiの割合は、30質量%以上85質量%以下であり、好ましくは40質量%以上75質量%以下である。例えば、第2部分320の融点は、インターポーザ200の上に半導体チップが実装される際の第2部分320の温度よりも低い。第2部分320の融点は、好ましくは240℃以下であり、より好ましくは230℃以下であり、更に好ましくは220℃以下である。第2部分320が不可避的に不純物を含有していてもよい。第2部分320は、CuSn層312に接触する。第2部分320と電極パッド211との間に第1部分310が介在しており、第2部分320は、直接的には電極パッド211に接触しない。また、第2部分320と電極パッド124との間にも第1部分310が介在しており、第2部分320は、直接的には電極パッド124に接触しない。
ビルドアップ基板100とインターポーザ200との間には、ビルドアップ基板100とインターポーザ200とを互いに接着する接着層400が設けられている。接着層400は、例えばエポキシを主剤とする。接着層400はインターポーザ200の側面の一部を覆っていてもよい。
第1実施形態に係る複合配線基板1では、接合材300が、Cu及びSnの金属間化合物からなる第1部分310を含む。このため、第1部分310は優れた剛性を有する。また、第1部分310に含まれるCuSn層311及びCuSn層313の融点は676℃であり、第1部分310に含まれるCuSn層312の融点は435℃である。インターポーザ200の上に半導体チップが実装されるが、実装の際の接合材300の温度は250℃程度とされ、第1部分310の融点よりも100℃以上低い。このため、実装の際に第1部分310は熱的に安定している。つまり、実装の際の加熱によっても接合材300は高い剛性を安定して維持できる。
更に、接合材300は、Bi及びSnの合金からなり、BiをBiSn合金の共晶組成よりも高濃度で含有する第2部分320を含む。このため、第2部分320は優れた靭性を有する。また、第2部分320は、電極パッド124の輪郭124Aと電極パッド211の輪郭211Aとの間の部分を含む。上記のように、半導体チップの実装の際の接合材300の温度が250℃程度とされると、第2部分320は、溶融したり軟化したりする。このため、実装の際に接合材300に応力が作用したときには、第2部分320が優先的に弾性変形し、第1部分310への応力集中が緩和される。
従って、第1実施形態によれば、接合材300の近傍でのクラックを抑制することができる。
また、半導体チップの実装の際には、ビルドアップ基板100とインターポーザ200との間に、厚さ方向に垂直な方向(面内方向)で比較的大きな熱変形量の相違が生じるが、この相違に付随する熱応力も第2部分320によって緩和することができる。
更に、Bi及びSnの合金からなる第2部分320は電極パッド211から離間しており、電極パッド211に接触しておらず、電極パッド211の近傍には、熱的に安定なCu及びSnの金属間化合物からなる第1部分310が形成されている。このため、電極パッド211は半導体チップの実装時に熱の影響を大きく受けるが、接合材300は優れた熱的安定性を維持することができる。
なお、電極パッド124と電極パッド211との間の距離は、好ましくは6μm以下である。この距離が6μm超であると、第1部分310を電極パッド124又は電極パッド211のいずれかに接触させにくくなるおそれがあるためである。また、この距離はより好ましくは3μm以下である。この距離が3μm以下であると、接合材300の平面視で電極パッド124の輪郭124Aの内側にある部分のほぼ全体を第1部分310で構成することができ、特に優れた熱的安定性を得ることができる。例えば、接合材300の平面視で電極パッド124の輪郭124Aの内側にある部分では、好ましくはBiの割合は5質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下であり、更に好ましくは1質量%以下である。
また、接合材300の平面視で電極パッド124の輪郭124Aの内側にある部分の体積は、好ましくは接合材300の平面視で電極パッド124の輪郭124Aの外側にある部分の体積の50%以下であり、より好ましくは40%以下であり、更に好ましくは30%以下である。
[複合配線基板の製造方法]
次に、第1実施形態に係る複合配線基板1の製造方法について説明する。図3~図7は、第1実施形態に係る複合配線基板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、インターポーザ200の電極パッド211の下面にSnBiはんだ材350を設ける。例えば、SnBiはんだ材350の高さは15μm~20μm程度とする。SnBiはんだ材350の材料としては、SnBi合金の共晶組成よりもBiを少なく含むSnBi合金を用いることが好ましい。例えば、SnBiはんだ材350におけるBiの割合は30質量%~58質量%であり、好ましくは30質量%~45質量%である。SnBiはんだ材350の融点は、例えば140℃程度である。SnBiはんだ材350は第1接合材の一例である。
次いで、図3(b)に示すように、インターポーザ200の下面に、SnBiはんだ材350を被覆する接着剤410を形成する。接着剤410としては、例えばエポキシを主剤とするNCF(non-conductive film)を用いることができる。
また、図4に示すように、別途、ビルドアップ基板100を準備する。
そして、図5に示すように、電極パッド211を電極パッド124に対向させながら、接着剤410が形成されたインターポーザ200をビルドアップ基板100の上に載置する。このとき、SnBiはんだ材350の温度は融点よりも低くする。例えば、SnBiはんだ材350の温度は60℃~80℃程度とする。また、ビルドアップ基板100とインターポーザ200の間に0.1MPa未満の荷重を印加することで、インターポーザ200をビルドアップ基板100に仮固定する。荷重の印加時間は、例えば2秒間程度とする。
次いで、図6に示すように、インターポーザ200をビルドアップ基板100に仮圧着する。具体的には、ビルドアップ基板100とインターポーザ200の間に10MPa~20MPa程度の荷重を印加することで、SnBiはんだ材350を圧縮変形させる。このとき、SnBiはんだ材350が軟化して変形しやすくなるように、SnBiはんだ材350の温度は融点未満で比較的高温とする。例えば、SnBiはんだ材350の温度は100℃~120℃程度とする。例えば、仮圧着後の電極パッド124と電極パッド211との間の距離は、好ましくは6μm以下とし、より好ましくは3μm以下とする。SnBiはんだ材350の圧縮変形によってビルドアップ基板100とインターポーザ200との間の距離が小さくなり、平面視で接着剤410がインターポーザ200の外側にはみ出す。はみ出した接着剤410、表面張力によりインターポーザ200の側面を這い上がり、インターポーザ200の側面の一部を覆う。荷重の印加時間は、例えば60秒間程度とする。
その後、図7に示すように、インターポーザ200をビルドアップ基板100に本圧着する。具体的には、ビルドアップ基板100とインターポーザ200の間に0.2MPa~0.6MPa程度の荷重を印加しながら、SnBiはんだ材350の温度を融点よりも高くする。例えば、SnBiはんだ材350の温度は180℃程度とする。この結果、SnBiはんだ材350が溶融する。そして、SnBiはんだ材350に含まれるSnと、電極パッド124及び電極パッド211に含まれるCuとが反応して、CuSn層311、CuSn層312及びCuSn層313を含む第1310が電極パッド124及び電極パッド211の近傍に形成される。また、CuSn層311、CuSn層312及びCuSn層313の形成に伴って、SnBiはんだ材350よりもBiの割合が高まった第2部分320が電極パッド124及び電極パッド211から離れて形成される。更に、本圧着の際に接着剤410も加熱され、接着剤410が硬化する。荷重の印加時間は、例えば180秒間程度とする。
その後、荷重の印加及び加熱を停止する。この結果、第1部分310及び第2部分320が凝固し、接合材300が形成される。
このようにして、第1実施形態に係る複合配線基板1を製造することができる。
なお、図8に示すように、第1部分310の電極パッド124と第2部分320との間の部分が、第1部分310の電極パッド211と第2部分320との間の部分より極端に薄くなっていてもよい。例えば、電極パッド124の表面に、Niめっき処理を含む表面処理が施されている場合、第1部分310の電極パッド124と第2部分320との間の部分が薄くなりやすい。図8は、第1実施形態の変形例における電極パッド124、接合材300及び電極パッド211の位置関係を示す断面図である。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、半導体装置に関する。図9は、第2実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
第2実施形態に係る半導体装置2では、第1実施形態に係る複合配線基板1のインターポーザ200の上に半導体チップ20が実装されている。すなわち、半導体チップ20に設けられた接続端子(図示せず)が、はんだ等の接合材(図示せず)を介して電極パッド224に接続されている。半導体チップ20は、例えば250℃の温度でのリフローを経て実装されている。実装の際に、半導体チップ20が複合配線基板1に向けて加圧されてもよい。
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 複合配線基板
2 半導体装置
20 半導体チップ
100 ビルドアップ基板
124 電極パッド
124A 輪郭
200 インターポーザ
211 電極パッド
211A 輪郭
300 接合材
310 第1部分
311、313 CuSn層
312 CuSn
314 微粒子
320 第2部分

Claims (13)

  1. 第1接続端子を備えた第1配線基板と、
    前記第1接続端子に対向する第2接続端子を備えた第2配線基板と、
    前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接合する接合材と、
    を有し、
    平面視で、前記第1接続端子の第1輪郭は前記第2接続端子の第2輪郭の内側にあり、
    前記接合材は、
    前記第1接続端子及び前記第2接続端子の両方に接触し、Cu及びSnの金属間化合物からなる第1部分と、
    平面視で、前記第1輪郭と前記第2輪郭との間の部分を含み、Bi及びSnの合金からなる第2部分と、
    を有し、
    前記第2部分は、BiをBiSn合金の共晶組成よりも高濃度で含有し、
    前記第2部分は、前記第2接続端子から離間していることを特徴とする複合配線基板。
  2. 前記第1配線基板はビルドアップ基板であり、
    前記第2配線基板はインターポーザであることを特徴とする請求項1に記載の複合配線基板。
  3. 前記第2接続端子の前記第1接続端子に対向する面の全体が、前記第1部分により覆われていることを特徴とする請求項1又は2に記載の複合配線基板。
  4. 前記第2部分におけるBiの割合は、30質量%以上75質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の複合配線基板。
  5. 前記第1接続端子と前記第2接続端子との間の距離は6μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の複合配線基板。
  6. 前記第1接続端子と前記第2接続端子との間の距離は3μm以下であることを特徴とする請求項5に記載の複合配線基板。
  7. 前記接合材の平面視で前記第1輪郭の内側にある部分の体積は、
    前記接合材の平面視で前記第1輪郭の外側にある部分の体積の50%以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の複合配線基板。
  8. 前記第2部分は、前記第1接続端子の周囲に環状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の複合配線基板。
  9. 前記第2配線基板は、前記第2接続端子の側面を覆う絶縁層を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の複合配線基板。
  10. 前記第2部分の融点は、240℃以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の複合配線基板。
  11. 前記接合材の平面視で前記第1輪郭の内側にある部分では、Biの割合が5質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の複合配線基板。
  12. 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の複合配線基板と、
    前記第2配線基板の上に実装された半導体チップと、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  13. Cuを含有する第1接続端子を備えた第1配線基板を準備する工程と、
    Cuを含有する第2接続端子を備えた第2配線基板を準備する工程と、
    前記第2接続端子の上に、Bi及びSnを含有する第1接合材を設ける工程と、
    前記第2接続端子を前記第1接続端子に対向させ、前記第1接合材が前記第1接続端子に接触するように、前記第1配線基板及び前記第2配線基板を配置する工程と、
    加熱により、前記第1接合材と前記第1接続端子及び前記第2接続端子とを反応させ、前記第1接続端子と前記第2接続端子とを接合する接合材を形成する工程と、
    を有し、
    平面視で、前記第1接続端子の第1輪郭は前記第2接続端子の第2輪郭の内側にあり、
    前記接合材は、
    前記第1接続端子及び前記第2接続端子の両方に接触し、Cu及びSnの金属間化合物からなる第1部分と、
    平面視で、前記第1輪郭と前記第2輪郭との間の部分を含み、Bi及びSnの合金からなる第2部分と、
    を有し、
    前記第2部分は、BiをBiSn合金の共晶組成よりも高濃度で含有し、
    前記第2部分は、前記第2接続端子から離間していることを特徴とする複合配線基板の製造方法。
JP2021079986A 2021-05-10 2021-05-10 複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法 Active JP7342060B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021079986A JP7342060B2 (ja) 2021-05-10 2021-05-10 複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法
KR1020220053205A KR20220152937A (ko) 2021-05-10 2022-04-29 복합 배선 기판, 반도체 장치 및 복합 배선 기판 제조방법
CN202210478241.1A CN115334745A (zh) 2021-05-10 2022-04-29 复合配线基板、半导体装置及复合配线基板的制造方法
US17/661,585 US11706877B2 (en) 2021-05-10 2022-05-02 Composite wiring substrate and semiconductor device
EP22171558.4A EP4090141A1 (en) 2021-05-10 2022-05-04 Composite wiring substrate, semiconductor device, and method of manufacturing composite wiring substrate
TW111116953A TWI844016B (zh) 2021-05-10 2022-05-05 複合配線基板、半導體裝置及複合配線基板的製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021079986A JP7342060B2 (ja) 2021-05-10 2021-05-10 複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2022173925A true JP2022173925A (ja) 2022-11-22
JP2022173925A5 JP2022173925A5 (ja) 2023-07-18
JP7342060B2 JP7342060B2 (ja) 2023-09-11

Family

ID=81850196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021079986A Active JP7342060B2 (ja) 2021-05-10 2021-05-10 複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11706877B2 (ja)
EP (1) EP4090141A1 (ja)
JP (1) JP7342060B2 (ja)
KR (1) KR20220152937A (ja)
CN (1) CN115334745A (ja)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5035134B2 (ja) 2008-06-20 2012-09-26 富士通株式会社 電子部品実装装置及びその製造方法
JP5533665B2 (ja) 2008-11-28 2014-06-25 富士通株式会社 電子装置の製造方法、電子部品搭載用基板及びその製造方法
JP2011096900A (ja) 2009-10-30 2011-05-12 Fujitsu Ltd 導電体およびプリント配線板並びにそれらの製造方法
JP2014146635A (ja) 2013-01-28 2014-08-14 Murata Mfg Co Ltd はんだ接合方法およびはんだボールと電極との接合構造体
WO2014115798A1 (ja) 2013-01-28 2014-07-31 株式会社村田製作所 はんだバンプの形成方法およびはんだバンプ
US9786633B2 (en) 2014-04-23 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology Interconnect structures for fine pitch assembly of semiconductor structures and related techniques
JP6449760B2 (ja) 2015-12-18 2019-01-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP7266469B2 (ja) 2019-06-17 2023-04-28 新光電気工業株式会社 配線基板の製造方法及び積層構造
KR102659556B1 (ko) 2019-07-17 2024-04-23 삼성전자 주식회사 인터포저를 포함하는 전자 장치
US11355428B2 (en) 2019-09-27 2022-06-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor package

Also Published As

Publication number Publication date
JP7342060B2 (ja) 2023-09-11
EP4090141A1 (en) 2022-11-16
KR20220152937A (ko) 2022-11-17
US11706877B2 (en) 2023-07-18
TW202245559A (zh) 2022-11-16
CN115334745A (zh) 2022-11-11
US20220361342A1 (en) 2022-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5077448B2 (ja) 半導体チップ内蔵配線基板及びその製造方法
US10879203B2 (en) Stud bump structure for semiconductor package assemblies
US9196581B2 (en) Flow underfill for microelectronic packages
US8952271B2 (en) Circuit board, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device
TWI429024B (zh) Semiconductor wafer embedded wiring board and manufacturing method thereof
US20110244636A1 (en) Manufacturing method of semiconductor chip-embedded wiring substrate
JPWO2007096946A1 (ja) 実装体及びその製造方法
JP2012204631A (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電子装置
JP5459108B2 (ja) 部品内蔵配線基板
JP2012074497A (ja) 回路基板
US11205644B2 (en) Method for fabricating electronic package
US7911064B2 (en) Mounted body and method for manufacturing the same
KR20120058118A (ko) 적층 패키지의 제조 방법, 및 이에 의하여 제조된 적층 패키지의 실장 방법
JP2010525553A (ja) 半導体装置のバンプ構造
JP7342060B2 (ja) 複合配線基板、半導体装置及び複合配線基板の製造方法
US20110068467A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing same
TWI844016B (zh) 複合配線基板、半導體裝置及複合配線基板的製造方法
JP2008270324A (ja) 電子部品内蔵基板とこれを用いた電子機器、およびその製造方法
JP2008300498A (ja) 電子部品内蔵基板とこれを用いた電子機器、およびその製造方法
CN108288608B (zh) 芯片封装体及其制备方法
JP2001168232A (ja) 回路部品接続体、回路部品接続体の製造方法、両面回路基板、両面回路基板の製造方法、回路部品実装体、及び多層回路基板
JP2008218942A (ja) 電子回路装置とこれを用いた電子機器、およびその製造方法
JP2008021712A (ja) 半導体モジュールならびにその製造方法
JP2008218941A (ja) 電子回路装置とこれを用いた電子機器、およびその製造方法
KR20140067764A (ko) 인쇄회로기판 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230706

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230706

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20230706

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230815

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230830

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7342060

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150