JP3817785B2 - インタポーザ基板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、より詳細にはチップサイズパーケージ(CSP)と称される半導体装置に使用されるインタポーザ基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6を参照して従来のチップサイズパーケージ(Chip Size Package) (以下CSPと称する。)の例を説明する。この例は本願出願人と同一の出願人によって平成7年12月30日付にて出願された特願平7−352492号(S95043864)に開示されたものであり、詳細は同出願を参照されたい。
【0003】
図6に示すように、CSPは上側の半導体チップ10と下側のインタポーザ基板20よりなる。インタポーザ基板20は半導体チップ10より僅かに大きな寸法を有する。上側の半導体チップ10は通常の半導体チップ又はフリップチップであり、回路基板上にフリップチップボンディングによって実装されることができるように構成されており、CSPでは回路基板の代わりにインタポーザ基板20上に装着されている。半導体チップ10はフリップチップボンディングではなく、ワイヤボンディング、TAB熱圧着等によって実装されるように構成されたものであってもよい。
【0004】
インタポーザ基板20の上面20Aには多数のランド21とスルーホールランド25Aが整列して配置され、両者は配線パターン22によって電気的に接続されている。スルーホールランド25Aは、インタポーザ基板20の下面20Bの電極25B(図示なし)とスルーホール接続されている。
【0005】
半導体チップ10の下面20Bには、インタポーザ基板20の上面20Aのランド21に対応して、多数の整列して配置されたアルミニウム電極(図示なし)が配置され、アルミニウム電極にははんだバンプ11が装着されている。半導体チップ10のはんだバンプ11はインタポーザ基板20の対応するランド21とはんだ接合される。
【0006】
半導体チップ10とインタポーザ基板20の間に封止材15が挿入され、それによって両者は接着される。封止材15はインタポーザ基板20の中央に設けられた孔20C又は周囲の間隙より充填される。
【0007】
こうしてパッケージングされた半導体チップ10とインタポーザ基板20からなるCSPは図示しない回路基板(マザーボード)上に実装される。インタポーザ基板20の下面20Bがマザーボードに対する接合面となる。
【0008】
図7を参照してインタポーザ基板20の構成を説明する。図7Aはインタポーザ基板20の上面20Aを示し、図7Bはインタポーザ基板20の下面20Bを示す。図7Aにて破線10’は半導体チップ10の位置を示す。図7Aに示すようにインタポーザ基板20の上面20Aには、周囲に沿って4列のスルーホールランド25Aが形成されており、内側の2列のスルーホールランド25Aは半導体チップ10の外周の内側に配置され、外側の2列のスルーホールランド25Aは半導体チップ10の外周の外側に配置されている。
【0009】
4列のスルーホールランド25Aの間に且つ半導体チップ10の外周より内側の位置に、2列のランド又は電極21が形成されている。2列のランド21は、上述のように、半導体チップ10の下面10Bに形成されたアルミニウム電極又ははんだバンプ11の位置に対応して配置されている。スルーホールランド25Aとそれに対応するランド21は配線パターン22によってそれぞれ電気的に接続されている。
【0010】
図7Bに示すようにインタポーザ基板20の下面20Bには、上面20Aのスルーホールランド25Aに対応して4列の電極25B、25Dが形成されている。上面20Aのスルーホールランド25Aとそれに対応した下面20Bの電極25Bはスルーホール接続によって電気的に接続されている。尚、インタポーザ基板20の上面20Aのスルーホールランド25Aの数より下面20Bの電極25B、25Dの数のほうが多い。この余分な電極25Dはダミー電極又はダミースルーホールと称される。
【0011】
インタポーザ基板20の下面20Bの四隅にはダミーバンプ29A、29B、29C、29Dが設けられている。ダミーバンプ29A、29B、29C、29Dは、インタポーザ基板20の表面に対して電極25B、25Dと同じ高さを有する。またインタポーザ基板20の中心には樹脂注入用の孔20Cが形成されている。
【0012】
図8を参照して、CPS及びインタポーザ基板20の構造を説明する。インタポーザ基板20の上面20A及び下面20Bに銅箔24A及び24Bが配置され、その上にスルーホール25が形成されている。スルーホール25内には適当な充填材26が充填され、両端には銅メッキのスルーホールランド25A、25Bが装着されている。
【0013】
インタポーザ基板20の上面20Aに形成されたランド21とスルーホールランド25Aは同じ高さとなるように形成されている。インタポーザ基板20の上面20Aには、ランド21、配線パターン22(図6)及びスルーホールランド25A以外の所定の部分にソルダーレジスト28が塗布されている。
【0014】
半導体チップ10の下面10Bにはアルミニウム電極12が装着され、その表面にはBLM(ボールリミティングメタル)膜13が塗布され、このBLM膜13上にはんだバンプ11が装着されている。はんだバンプ11は高融点はんだである。はんだバンプ11とインタポーザ基板20の上面20Aのランド21に装着された共晶はんだ42とが接合される。リフロー炉にて、共晶はんだ42は完全に溶融するが、高融点はんだ11は溶融しない。高融点はんだ11は、その表面が共晶はんだ42と金属間結合を生成するが、溶融することなく、最初の形態を保持する。
【0015】
こうして、半導体チップ10の下面10Bのアルミニウム電極12は、ランド21、配線パターン22(図6)、スルーホールランド25A及びスルーホール25を経由してインタポーザ基板20の下面20Bの電極25Bに電気的に接続される。尚、上側の半導体チップ10と下側のインタポーザ基板20の間には封止材15が挿入され、それによって両者は接着されている。
【0016】
インタポーザ基板20の下面20Bの電極25Bのピッチは、半導体チップ10のアルミニウム電極12のピッチより十分大きい。インタポーザ基板20の下面20Bの電極25Bのピッチは、マザーボード(図示なし)上の電極又はランドのピッチに対応している。インタポーザ基板20は、半導体チップ10のアルミニウム電極12のピッチを拡大してマザーボード上の電極に接続するように機能するため、格子配列変換基板(Transformed Grid Array)(TGAと称する。)と称される。
【0017】
図9及び図10を参照してCSPの製造方法の概略を説明する。図9に示すようにCSPの製造工程は、インタポーザ基板20のためのプリコート基板を準備する前工程100と、この基板上に半導体チップ10を装着するフリップチップボンディング工程200と、基板を分割(ダイシング)して多数のCSPを製造する後工程300とを含む。
【0018】
(1)前工程
先ずステップ101にて基板20’を導入して洗浄する。基板はガラスエポキシ又はBTレジン等からなる絶縁基材の両面に銅箔を張り合わせた所謂両面銅箔張り基板に、ランド21、配線パターン22、スルーホール25、スルーホールランド25A、電極25B等を形成することによって製造される。両面銅箔張り基板の代わりに多層基板が用いられてもよい。ランド21、配線パターン22、スルーホール25、スルーホールランド25A、電極25B等は周知の技術によってなされる。
【0019】
次にステップ102にて基板にプリコートはんだ印刷をする。それによって図10Aに示すようにランド21にクリームはんだ41が装着される。検査の後、ステップ103では基板20’はリフロー炉に導入され、図10Bに示すようにランド21にはんだ42が装着される。最後にステップ104にて図10Cに示すように、はんだ42の表面を平坦化する。
【0020】
(2)フリップチップボンディング工程
ステップ201にて、図10Dに示すように、フラックス43の印刷をする。ステップ202にて図10Eに示すように、フリップチップ10をマウントする。フリップチップ10の下面にははんだバンプ11が装着されている。ステップ203にて基板はリフロー炉に導入され、図10Fに示すようにフリップチップ10のはんだバンプ11と基板20’のランド21のはんだ42が接合される。最後にステップ204にてフラックス43が洗浄され乾燥される。
【0021】
(3)後工程
ステップ301にて、封止材がフリップチップ10と基板20’の間に導入され、次に封止材が硬化される。品種を示すマーキングがなされ、最後に円形の基板20’は分割(ダイシング)される。それによって基板は小さなインタポーザ基板20に分割され、多数のCSPが生成される。このCSPをベーキング又は乾燥した後に、トレーに収容され又はテーピングされる。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインタポーザ基板20では、その上面20Aにて、ランド21、配線パターン22及びスルーホールランド25Aとその周囲を除いて、ソルダーレジストが塗布されていた。しかしながら、隣接するランド間のピッチは約150μm程度であり、この狭い領域にはソルダーレジスト膜は塗布されていなかった。従って、ランド21は周囲より高く、凹凸のためクリームはんだを正確に所定の位置に印刷することが困難であった。
【0023】
従来のインタポーザ基板20では半導体チップ又はフリップチップ10とインターポーザ基板20の間に封止材15を挿入することによって両者を接着していた。両者の接着強度において、封止材15とインターポーザ基板20の間の接着性又は密着性が重要なファクタとなる。封止材15として通常、エポキシ樹脂等の樹脂が使用される。封止材15は、インタポーザ基板20の基材の表面との間の密着性又は接着性は良好であるが、銅箔及びソルダーレジストとの間の密着性又は接着性は十分でない。
【0024】
更に、従来のインタポーザ基板10では、ランド21の先端部は矩形をなしており、隣接するランド21との間のピッチが小さくなると、斜めに隣接するランド21の先端の角との間が近接し、隣接するランド21間のピッチを所定の大きさより小さくすることができなかった。
【0025】
本発明は斯かる点に鑑み、CSPに使用されるインタポーザ基板において、インタポーザ基板のランドにクリームはんだを正確に所定の位置に印刷することができるように構成することを目的とする。
【0026】
本発明は斯かる点に鑑み、CSPに使用されるインタポーザ基板において、インターポーザ基板と封止材の間の密着性又は接着性を良好にすることを目的とする。
【0027】
本発明は斯かる点に鑑み、インタポーザ基板にて隣接するランド21間のピッチをより小さくすることができるようにすることを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
本発明のインタポーザ基板によると、略四角形の半導体チップをはんだバンプにより装着するための第1の面と、マザーボードに実装されるための第2の面とを有し、第1の面には、第1の面に装着される半導体チップの略四角形の各辺の外周より内側、かつ該半導体チップの下面に形成された第1の電極と第2の電極に対応する、第1列のはんだランドと第2列のはんだランドが形成され、第1の面において、第1列のはんだランドが、第2列のはんだランドの外側に形成され、第1列のはんだランドの外周側には、第1面の外周に沿って、マザーボードに形成された電極に対応する第1の複数列のスルーホールランドが設けられ、第2列のはんだランドの内周側には、第2列のランドに沿って、マザーボードに形成された電極に対応する第2の複数列のスルーホールランドが設けられ、第1列のランド及び第2列のランドが、第1の複数列のスルーホールランド及び第2の複数列のスルーホールランドにそれぞれ電気的に接続され、第2の面には、第1の面に形成された第1列のはんだランドの外周側で、第2面の外周に沿って、マザーボードに形成された電極に対応する第1の複数列の電極と、第1の面に形成された第2列のはんだランドの内周側で、第2列のはんだランドに沿って第2の複数列の電極が設けられ、第1の面に形成された第1の複数列のスルーホールランドと、これに対応する第2の面に形成された第1の複数列の電極とが、それぞれスルーホールによって電気的に接続され、第1の面に形成された第2の複数列のスルーホールランドと、これに対応した第2の面に形成された第2の複数列の電極とが、それぞれスルーホールによって電気的に接続されているインタポーザ基板であって、第1の面の第1列のはんだランドの間にソルダーレジストが配置されることによって、第1列のはんだランドの上面と、ソルダーレジストの上面とによって第1の帯状の平坦な面が形成され、第1の面の第2列のはんだランドの間にソルダーレジストが配置されることによって、第2列のはんだランドの上面と、ソルダーレジストの上面とによって第2の帯状の平坦な面が形成され、上記第1列のはんだランド及び上記第2列のはんだランド上の平坦な部分で、半導体チップをはんだバンプにより装着する。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1及び図2を参照して本発明によるインタポーザ基板の例を説明する。図1は本例のインタポーザ基板20の上面20Aの構成例を示し、図2は下面20Bの構成例を示す。図1にて破線10’は半導体チップ10が配置される位置を示す。本例によると、インタポーザ基板20の上面20Aに、周囲に沿って4列のスルーホールランド25Aが形成され、下面20Bに、それに対応して4列の電極25B、25Dが形成されている。
【0031】
4列のスルーホールランド25A、25Bのうち内側の2列は半導体チップ10の外周10’より内側に配置され、外側の2列は半導体チップ10の外周10’より外側に配置されている。スルーホールランド25Aとそれに対応する電極25Bはそれぞれスルーホール25によって電気的に接続されている。尚、ダミー電極25Dは、スルーホールランド25Aに接続されていない。
【0032】
インタポーザ基板20の上面20Aには2列のランド21が形成されている。ランド21は、半導体チップ10の外周10’より内側に且つ4列のスルーホールランド25Aの間に配置されている。ランド21と4列のスルーホールランド25Aとは、配線パターン22によって電気的に接続されている。
【0033】
インタポーザ基板20の中央には5つのガス抜き用の孔20Dが形成されている。このガス抜き用の孔20Dは、半導体チップ10とインタポーザ基板20の間に封止材15を導入するときに内部に滞留するガス又は空気を排気するために設けられる。
【0034】
従来のインタポーザ基板20(図7)では、中央の孔20Cより封止材15を導入したが、中央の孔20Cを設けない場合には、封止材15は周囲より両者の間隙に導入される。封止材15を半導体チップ10の一方の側より両者の間隙に導入すると、液状の封止材15は毛管現象によって両者の間隙を内部に進入する。このとき、進入の前縁は一様でない場合があり、そこにガス又は空気が滞留する。ガス抜き用の孔20Dを設けることによって滞留したガス又は空気が排気される。
【0035】
インタポーザ基板20の中央には5つのガス抜き用の孔20Dに隣接してソルダーレジストが除去された部分20Eが形成されている。図8を参照して説明したように、インタポーザ基板20の上面20Aにはランド21の周囲を除いてソルダーレジストが塗布されている。本例ではインタポーザ基板20の中央にソルダーレジスト除去部分20Eが設けられ、この部分ではソルダーレジストが除去されている。
【0036】
インタポーザ基板20と半導体チップ10は封止材15によって接着されるが、上述のように、封止材15とソルダーレジストとの間の接着性又は密着性は一般に良好でない。ソルダーレジスト除去部分20Eを設けることによって封止材15はインタポーザ基板20の基材の露出された面と接着されるため、両者の接着性又は密着性が改善される。
【0037】
再び図1を参照する。本例のインタポーザ基板20では、その上面20Aにて、2列のランド21の列に沿って2列の帯状のソルダーレジスト30が形成されている。より詳細に説明すると、この帯状のソルダーレジスト30はランド21の間に形成され、ランド21の凹凸を緩和するように機能する。
【0038】
図3を参照して説明する。図3はインタポーザ基板20の上面20Aに形成されたランド21の列を示す拡大図である。図示のように、ランド21の列に沿って帯状にソルダーレジスト30が形成されている。尚、ランド21上に描かれた円形の破線11’は半導体チップ10のはんだバンプ11又はアルミニウム電極12が配置される位置を示す。図9及び図10を参照して説明したように、CSPの製造工程において、この位置11’にクリームはんだ41を塗布する。
【0039】
ソルダーレジスト30はランド21の間に帯状に配置されており、この帯状部分では、ランド21の上面とソルダーレジスト30の上面は平坦な面となっている。即ち、インタポーザ基板20の上面20Aに対して、ソルダーレジスト30の高さは、ランド21の高さと略同一になるように形成されている。
【0040】
こうして、本例によると、ランド21の間に配置されたソルダーレジスト30によって帯状の平坦な部分が形成され、それによって、ランド21にクリームはんだ41を装着するとき、クリームはんだ41を所定の位置11’に正確に塗布することができる。
【0041】
次に図4を参照してランド21の間に帯状にソルダーレジスト30を形成する方法を説明する。図4A〜図4Eにて、左側の図は図3の線X−Xに沿った断面を示し、右側の図は図3の線Y−Yに沿った断面を示す。図4Aに示すように、上面20Aにランド21が形成されたインタポーザ基板20を用意する。次に、図4Bに示すように、上面20Aにネガティブタイプのソルダーレジスト30を塗布する。ソルダーレジスト30は少なくとも帯状部分を覆うように塗布されるが、全面的に塗布されてもよい。
【0042】
次に図4Cに示すように、帯状のマスク45を配置し上側より光又は紫外線を照射する。帯状のマスク45によって覆われた部分以外は硬化する。次に図4Dに示すように、インタポーザ基板20の下面20Bより紫外線を照射する。紫外線はインタポーザ基板20を透過するが、ランド21によって遮断される。従って、ランド21が存在しない部分にてソルダーレジスト30が硬化する。最後に、ランド21の上面の硬化していないソルダーレジスト30が除去される。
【0043】
インタポーザ基板20の上面20Aに塗布された帯状のソルダーレジスト30に対して、インタポーザ基板20の下面20Bから紫外線を照射すると、ランド21がマスクの役割をする。従って、ランド21の上面に塗布されたソルダーレジスト30のみが硬化されることなく除去される。
【0044】
インタポーザ基板20は半透明であり、且つインタポーザ基板20の下面20Bのこの部分には、図2に示すように配線パターン又はスルーホールは設けられていない。従って、本例のように、インタポーザ基板20の上面20Aからばかりでなく下面20Bからも紫外線を照射することによって、ソルダーレジスト30を硬化させることができる。
【0045】
図5を参照して説明する。図5はインタポーザ基板20の上面20Aに装着されたランド21の先端部分の拡大図である。本例によると、ランド21の先端は四角ではなく丸くなっている。従って隣接するランド21との間の間隔、特に斜めに隣接するランド21との間の間隔をより大きくすることができる。
【0046】
図示のようにランド21の延在する方向をX軸、ランド21の列の方向をY軸とする。ランド21のY軸方向のピッチをp、ランド21のY軸方向の幅をLとすると隣接するランド21間のY軸方向の間隔はp−Lとなる。第1の列のランド21と第2の列のランド21と間のX軸方向の間隔をHとする。第1の列のランド21とそれに近接した第2の例のランド21との間のY軸方向の間隔はp/2−Lとなる。
【0047】
従来のようにランド21の先端が四角である場合、斜めに隣接する2つのランド21の間の間隔αは次の式によって表される。
【0048】
【数1】
α=√〔H2 +(p/2−L)2 〕
【0049】
一方、本発明のようにランド21の先端が丸い場合、斜めに隣接する2つのランド21の間の間隔βは次の式によって表される。
【0050】
【数2】
β=√〔(H+L)2 +(p/2)2 〕−L
【0051】
図5に示すように明らかにβ>αである。従って、インタポーザ基板20の上面20Aに2列のランド21を形成する場合、ランド21の先端の形状を四角ではなく丸くすることによって、斜めに隣接する2つのランド21間の間隔を大きくすることができる。それによって更にランド21の列のファインピッチ化を図ることができる。
【0052】
以上本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等が可能であることは当業者にとって理解されよう。
【0053】
【発明の効果】
本発明によると、CSPに使用されるインタポーザ基板において、インタポーザ基板のランドにクリームはんだを正確に所定の位置に印刷することができる利点を有する。
【0054】
本発明によると、CSPに使用されるインタポーザ基板において、インターポーザ基板と封止材の間の密着性又は接着性を良好にすることができる利点を有する。
【0055】
本発明によると、インタポーザ基板にて隣接するランド21間のピッチをより小さくすることができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるインタポーザ基板の上面の構成を示す図である。
【図2】本発明によるインタポーザ基板の下面の構成を示す図である。
【図3】本発明によるインタポーザ基板の上面のランド列を示す一部拡大図である。
【図4】本発明によるインタポーザ基板の上面のソルダーレジスト帯の生成方法を説明するための説明図である。
【図5】本発明によるインタポーザ基板の上面のランドの構成を説明するための説明図である。
【図6】従来のCSPの構成例を示す図である。
【図7】従来のインタポーザ基板の構成例を示す図である。
【図8】従来のCSP及びインタポーザ基板の構造を示す図である。
【図9】従来のCSPの製造工程を示す図である。
【図10】従来のCSPの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
10 半導体チップ、 11 はんだバンプ、 12 アルミニウム電極、13BLM膜、 15 封止材、 20 インタポーザ基板、 20A 上面、 20B 下面、 20C,20D 孔、 21 ランド、 22 配線パターン、 24A,24B 銅箔、 25 スルーホール、 25A スルーホールランド、 25B 電極、 26 充填材、 28 ソルダーレジスト、 29A,29B,29C,29D ダミーバンプ、 30 ソルダーレジスト、 41クリームはんだ、 42 はんだ、 43 フラックス、 45 マスク
Claims (3)
- 略四角形の半導体チップをはんだバンプにより装着するための第1の面と、
マザーボードに実装されるための第2の面とを有し、
上記第1の面には、第1の面に装着される上記半導体チップの略四角形の各辺の外周より内側、かつ該半導体チップの下面に形成された第1の電極と第2の電極に対応する、第1列のはんだランドと第2列のはんだランドが形成され、
上記第1の面において、上記第1列のはんだランドが、上記第2列のはんだランドの外側に形成され、
上記第1列のはんだランドよりも外側には、上記第1列のランドに沿って、上記マザーボードに形成された電極に対応する第1の複数列のスルーホールランドが設けられ、
上記第2列のはんだランドよりも内側には、上記第2列のランドに沿って、上記マザーボードに形成された電極に対応する第2の複数列のスルーホールランドが設けられ、
上記第1列のランド及び上記第2列のランドが、上記第1の複数列のスルーホールランド及び上記第2の複数列のスルーホールランドにそれぞれ電気的に接続され、
上記第2の面には、上記第1の面に形成された上記第1列のはんだランドよりも外側で、上記第1列のランドに沿って、上記マザーボードに形成された電極に対応する第1の複数列の電極と、上記第1の面に形成された上記第2列のはんだランドよりも内側で、上記第2列のはんだランドに沿って第2の複数列の電極が設けられ、
上記第1の面に形成された上記第1の複数列のスルーホールランドと、これに対応する上記第2の面に形成された第1の複数列の電極とが、それぞれスルーホールによって電気的に接続され、
上記第1の面に形成された上記第2の複数列のスルーホールランドと、これに対応した上記第2の面に形成された第2の複数列の電極とが、それぞれスルーホールによって電気的に接続されているインタポーザ基板であって、
上記第1の面の上記第1列のはんだランドの間にソルダーレジストが配置されることによって、上記第1列のはんだランドの上面と、上記ソルダーレジストの上面とによって第1の帯状の平坦な面が形成され、
上記第1の面の上記第2列のはんだランドの間にソルダーレジストが配置されることによって、上記第2列のはんだランドの上面と、上記ソルダーレジストの上面とによって第2の帯状の平坦な面が形成され、
上記第1列のはんだランド及び上記第2列のはんだランド上の平坦な部分で、半導体チップをはんだバンプにより装着する
ことを特徴とするインタポーザ基板。 - 請求項1記載のインタポーザ基板において、上記第1の面には中央部分にソルダーレジストが除去された部分が形成されていることを特徴とするインタポーザ基板。
- 請求項1又は2記載のインタポーザ基板において、上記第1列のはんだランド及び上記第2列のはんだランドの先端部分は丸い形状に形成されていることを特徴とするインタポーザ基板。
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