JP4482841B2 - 半導体パッケージ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体パッケージは、キャビティを有する基板と、そのキャビティ内に設けられた半導体チップからなり、基板のキャビティの内側には半導体チップと電気的に接続するための接続端子が設けられ、その接続端子が基板の外側に設けられた外部接続端子とスルーホールによって電気的に接続された構造となっている。そして、キャビティ内には、半導体チップを保護するために、樹脂で封止したり、あるいは、基板と同じ材料あるいは金属製の蓋を固定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の構造では、キャビティの開口部が、単なる蓋をするものであったり、または樹脂で封止するものであったりして、その部分には導体を形成することはできないものであり、また、複数のチップを一つのパッケージにまとめた場合、半導体チップ搭載部が増加するだけで、パッケージ全体の小型化を行うことが困難であるという課題があった。
【０００４】
本発明は、小型化や高密度化に優れた半導体パッケージを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体パッケージは、キャビティと、そのキャビティ内に設けられた第１の半導体チップと、第１の導体回路からなり、第１の導体回路が、第１の半導体チップと電気的に接続された第１の接続端子と、その第１の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第１のスルーホールと、第１の半導体チップが搭載された面に設けられた、はんだボール搭載用の第１の外部接続端子からなる第１の基板と、基板の一方の面に設けられた第２の半導体チップと、第２の導体回路からなり、第２の導体回路が、第２の半導体チップと電気的に接続された第２の接続端子と、その第２の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第２のスルーホールと、第２の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた、はんだボール搭載用の第２の外部接続端子からなる第２の基板からなり、第２の基板の第２の外部接続端子の設けられた表面が、第１の基板の第１の外部接続端子の設けられた表面と面一になるように、第２の基板が、第１の基板のキャビティ開口部内に蓋をするように設けられたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
第１の基板は、キャビティと、そのキャビティ内に設けられた第１の半導体チップと、第１の導体回路からなり、第１の導体回路が、第１の半導体チップと電気的に接続された第１の接続端子と、その第１の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第１のスルーホールと、第１の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた第１の外部接続端子からなる。
この第１の基板は、絶縁基材に銅箔を貼り合わせた銅張り積層板から作製することができ、絶縁基材には、樹脂と強化繊維からなるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂から選択されたものが使用でき、強化繊維には、ガラス布、ガラス紙、アミド布、アミド紙から選択されたものが使用できる。
また、この第１の基板は、複数の回路板と複数のプリプレグを重ねて多層配線板とすることもできる。この場合の、回路板にも、上記と同じ絶縁基材と銅箔からなる銅張り積層板を用いることができ、プリプレグには、絶縁基材と同じ強化繊維に樹脂を含浸させ、乾燥して半硬化したものが使用できる。
【０００７】
第１の基板に設けるキャビティは、予め、銅張り積層板や多層配線板に、ザグリ加工やパンチ加工で穴をあけておくことによって形成できる。
特に多層配線板の場合には、複数の回路板と複数のプリプレグのそれぞれに穴をあけておくことが好ましく、また、キャビティに段部を形成するために、上の方に重ねる回路板やプリプレグにあける穴の大きさを、下のほうに重ねる回路板やプリプレグにあける穴よりも大きくすることによって実現できる。
このキャビティには、第１の半導体チップが取り付けられるので、半導体チップを搭載する底部を形成しなければならず、穴をあけた銅張り積層板を用いたときには、その一方の面に穴をふさぐ絶縁板または金属板を取り付けなければならない。半導体チップの放熱を行うために、金属板を放熱板として取り付ければより好ましい。
【０００８】
この第１の基板に、第１の半導体チップを搭載するのは、キャビティの底部に接着剤で固定し、キャビティ内に設けられた第１の半導体チップの電極と電気的に接続するための第１の接続端子と、ワイヤーボンディングによって接続を行うことによって可能となる。
また、第１の半導体チップの電極とキャビティの第１の接続端子とを、導電性接着剤を用いて直接にフリップチップ接続を行うことによっても可能である。
このフリップチップ接続に用いる導電性接着剤には、チップのバンプや回路形成電極の高さバラツキを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を分散させたものを使用することもできる。
このような導電粒子は、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗやはんだ等の金属粒子またはこれらの金属粒子表面に、金やパラジウム等の薄膜をめっきや蒸着によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けた導電粒子を用いることができる。
粒径は、基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の高さにバラツキがある場合は、そのバラツキよりも大きいことが好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。
また、接着剤に分散される導電粒子量は、０．１〜３０体積％であり、好ましくは０．１〜２０体積％である。
【０００９】
第１の導体回路は、銅張り積層板の不要な銅箔をエッチング除去して形成することができる。またこの第１の導体回路を形成するときに、第１の半導体チップと電気的に接続された第１の接続端子と、その第１の接続端子から引き出した引き出し線を形成することができる。
この第１の導体回路は、第１の接続端子の部分だけ、ボンディングワイヤとの接続のために、ニッケル／金めっき、あるいは、ニッケル・パラジウム・金めっきを行うことが好ましい。
その引き出し線に接続された第１のスルーホールは、前記第１の導体回路を形成する前に、銅張り積層板にドリルなどで穴をあけ、その穴内壁をめっきして金属化することによって形成できる。また、穴内壁にピロール、チオフェン、フランなどのモノマーを含む溶液で被覆し、硫酸や塩酸などの強酸で重合して導電性ポリマーの被膜を形成することによって導体化してもよい。
多層配線板の場合には、それぞれの回路板とプリプレグを重ねた上に銅箔を重ねて、加熱・加圧して積層一体化し、内層回路入り銅張り積層板とした後に、上記と同様に、スルーホールとなる穴をあけ、穴内壁を金属化し、表面の不要な銅箔をエッチング除去して作製する。
【００１０】
第１の半導体チップが搭載された面に設けられた第１の外部接続端子は、上記第１の導体回路を形成するときに同時に形成することができる。また、上記第１の導体回路を形成するときに、反対面の銅箔を全面マスクしてエッチング液から保護し、後に述べる第２の基板と合体した後に回路を形成することもできる。
【００１１】
第２の基板は、基板の一方の面に設けられた第２の半導体チップと、第２の導体回路からなり、第２の導体回路が、第２の半導体チップと電気的に接続された第２の接続端子と、その第２の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第２のスルーホールと、第２の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた第２の外部接続端子からなる。
この第２の基板は、第１の基板と異なるのが、キャビティを有しないことである。この第２の基板は、絶縁基材に銅箔を貼り合わせた銅張り積層板から作製することができ、絶縁基材には、樹脂と強化繊維からなるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂から選択されたものが使用でき、強化繊維には、ガラス布、ガラス紙、アミド布、アミド紙から選択されたものが使用できる。
また、この第２の基板は、複数の回路板と複数のプリプレグを重ねて多層配線板とすることもできる。この場合の、回路板にも、上記と同じ絶縁基材と銅箔からなる銅張り積層板を用いることができ、プリプレグには、絶縁基材と同じ強化繊維に樹脂を含浸させ、乾燥して半硬化したものが使用できる。
【００１２】
この第２の基板に、第２の半導体チップを搭載するのは、基板の表面に接着剤で固定し、基板の表面に設けられた第２の半導体チップの電極と電気的に接続するための第２の接続端子と、ワイヤーボンディングによって接続を行うことによって可能となる。
また、第２の半導体チップの電極と第２の接続端子とを、導電性接着剤を用いて直接にフリップチップ接続を行うことによっても可能である。
このフリップチップ接続に用いる導電性接着剤には、チップのバンプや回路形成電極の高さバラツキを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を分散させたものを使用することもできる。
このような導電粒子は、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗやはんだ等の金属粒子またはこれらの金属粒子表面に、金やパラジウム等の薄膜をめっきや蒸着によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けた導電粒子を用いることができる。
粒径は、基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の高さにバラツキがある場合は、そのバラツキよりも大きいことが好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。
また、接着剤に分散される導電粒子量は、０．１〜３０体積％であり、好ましくは０．１〜２０体積％である。
【００１３】
第２の導体回路は、銅張り積層板の不要な銅箔をエッチング除去して形成することができる。またこの第２の導体回路を形成するときに、第２の半導体チップと電気的に接続された第２の接続端子と、その第２の接続端子から引き出した引き出し線を形成することができる。
この第２の導体回路は、第２の接続端子の部分だけ、ボンディングワイヤとの接続のために、ニッケル／金めっき、あるいは、ニッケル・パラジウム・金めっきを行うことが好ましい。
その引き出し線に接続された第２のスルーホールは、前記第２の導体回路を形成する前に、銅張り積層板にドリルなどで穴をあけ、その穴内壁をめっきして金属化することによって形成できる。また、穴内壁にピロール、チオフェン、フランなどのモノマーを含む溶液で被覆し、硫酸や塩酸などの強酸で重合して導電性ポリマーの被膜を形成することによって導体化してもよい。
多層配線板の場合には、それぞれの回路板とプリプレグを重ねた上に銅箔を重ねて、加熱・加圧して積層一体化し、内層回路入り銅張り積層板とした後に、上記と同様に、スルーホールとなる穴をあけ、穴内壁を金属化し、表面の不要な銅箔をエッチング除去して作製する。
【００１４】
第２の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた第２の外部接続端子は、上記第２の導体回路を形成するときに同時に形成することができる。
また、上記第２の導体回路を形成するときに、反対面の銅箔を全面マスクしてエッチング液から保護し、第１の基板と合体した後に回路を形成することもできる。
【００１５】
このようにして作製した第１の基板と第２の基板を、第２の基板が、第１の基板のキャビティに蓋をするように合体する。
キャビティに第２の基板で蓋をするには、第１の基板のキャビティの縁部に段部を設け、その段部の凹部に、第２の基板を接着するのが好ましく、そのときに用いる接着剤には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂から選択されることが好ましく、樹脂に強化繊維を設けた材料でもよく、強化繊維には、ガラス布、ガラス紙、アミド布、アミド紙が使用できる。
【００１６】
また、半導体チップを湿気等の環境から保護するために、半導体チップを封止することが好ましく、このような封止材として、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン、ウレタンフェノーツ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂他熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。
【００１７】
また、第１の基板のキャビティの縁部に第２の基板と電気的に接続するための第３の接続端子を、第１の導体回路を形成するときに設け、第２の基板の端部に第１の基板と電気的に接続するための第４の接続端子を、第１の導体回路を形成するときに設けて、第１の基板と第２の基板を合体するときに、第３の接続端子と第４の接続端子を電気的に接続すれば、互いの基板の配線の引き回しの自由度を高めることができ、好ましい。
【００１８】
また、第１の基板のキャビティの開口部側の表面に、第１の外部接続端子と第２の外部接続端子を設けることもでき、このようにすると、半導体パッケージの一方の面に外部接続端子を設けることができ、たとえば、第１の外部接続端子及び第２の外部接続端子にはんだボールを形成して、ボールグリッドアレイの半導体パッケージとすることができる。
【００１９】
【実施例】
（第１の基板）
以下に詳細に説明するようにして、第１の回路板〜第３の回路板と第１のプリプレグ〜第３のプリプレグを交互に重ねて積層一体化し、第１のスルーホールを形成し、第１の導体回路を形成して、第１の接続端子の部分を部分めっきし、放熱板を貼り合わせて第１の基板を作製した。
【００２０】
・第１の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を張り合わせた厚さ１．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）に、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、２４ｍｍ×２４ｍｍの大きさのキャビティ穴加工を行い、さらに、その穴の縁に、深さ０．８ｍｍ、幅２７ｍｍの段部をザグリ加工で形成し、第１の回路意板とした。
【００２１】
・第１のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に２４ｍｍ×２４ｍｍの大きさのキャビティ穴をパンチング加工で形成し、第１のプリプレグとした。
【００２２】
・第２の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔表面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジストであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさのキャビティ穴を形成し、第２の回路板とした。
【００２３】
・第２のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさのキャビティ穴をパンチング加工で形成し、第２のプリプレグとした。
【００２４】
・第３の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔表面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジストであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさのキャビティ穴を形成し、第３の回路板とした。
【００２５】
・第３のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に１８ｍｍ×１８ｍｍの大きさのキャビティ穴をパンチング加工で形成し、第３のプリプレグとした。
【００２６】
・放熱板
厚さ０．４ｍｍのタフピッチ銅板であるＣ１１００Ｐ １／４Ｈ（日鉱商事株式会社製、商品名）に、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて直径５．０ｍｍの穴あけ加工を行い、次いで、ワット浴を用いて、電解ニッケル厚３〜２０μｍのめっきを形成し、放熱板とした。
上記の第１の回路板〜第３の回路板と第１のプリプレグ〜第３のプリプレグを、それぞれの回路板とプリプレグに予め設けたピンラミネーション用ガイドを使用し、交互に重ね、真空プレスを用いて、圧力３０Ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化した。
【００２７】
・第１のスルーホールの形成
次いで、アクリル樹脂フィルムであるＫ−２１６５Ｂ（日立化成工業株式会社製、商品名）をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、キャビティの箇所を覆い、さらに、熱風乾燥機より１３０℃／２０分間、加熱乾燥して応力解除し、ＮＣドリルマシンであるＭＡＲＫ−１００（日立精工株式会社製、商品名）によって、ガイド孔と第１のスルーホールとなる穴をあけた。
【００２８】
・第１の導体回路の形成
その穴のクリーニング処理を過マンガン酸ナトリウム溶液に液温５０℃で１５分間の浸漬によるデスミア処理を行い、有機ポリマからなるＤＭＳ−Ｅ液（日立化成工業株式会社製、商品名）に、温度８５℃、処理時間５分の条件で浸漬し、１０％硫酸溶液に液温２５℃で３分間浸漬し、第１のスルーホールとなる穴の内壁に導電ポリマを形成し、この後アクリル樹脂フィルムであるＫ−２１６５Ｂ（日立化成工業株式会社製、商品名）を剥離・除去した。
次いで、電解硫酸銅めっきを硫酸銅１５０〜２５０ｇ／ｌ、硫酸４０〜１２０ｇ／ｌ、塩素２０〜８０ｐｐｍの液組成で、電流密度２Ａ／ｄｍ2、めっき時間６０分の条件で、第２の接続端子であるワイヤーボンディングパット、第１のスルーホールの内壁、第１の基材の表面、及びキャビティの側面に、銅めっきを形成し多層配線板を作製した。
次に、その多層配線板の外層に、紫外線硬化型ドライフィルムＨ−Ｗ４２５（日立化成工業株式会社製、商品名）をラミネータで仮圧着し、さらに、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路以外のパターンを焼き付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液を噴霧して現像し、めっきレジストを形成し、スズ９０％、鉛１０％の組成のはんだめっきを、電流密度２Ａ／ｄｍ2、時間１２分の条件で行い、３％の炭酸ナトリウム水溶液に浸漬して、めっきレジストを剥離し、さらに、アルカリエッチングで回路形成を行い、次いで、過酸化水素水及び硫酸、硝酸からなるはんだ剥離液に、液温度５０℃、時間５分の条件で浸漬し、はんだめっきを剥離した。
【００２９】
・部分めっき
次いで、配線形成を行った多層配線板の導体回路表面に、液状レジストであるＰＳＲ−４０００（太陽インキ製造株式会社製、商品名）を印刷し、８０℃３０分間乾燥後、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光しさらに１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、紫外線５６１Ｊを照射することにより、硬化を完全にし、１５０℃／６０分乾燥後、めっきレジストを形成した。
さらに、ワイヤーボンディング部とボールパッド部にワット浴を用いて、反応型パラジウムめっき液であるＳＡ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）液温２５℃、処理時間５分の条件で処理後、無電解ニッケルめっき液温８５℃で、時間２０分の条件で、浸漬処理を行って、ニッケルめっき５μｍ析出させ、さらに、置換金めっき液ＨＧＳ−５００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温８０℃で、時間１０分の条件で浸漬処理し、金めっき液であるＨＧＳ−２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温６５℃で、時間２０分の条件で、金めっきを０．５μｍの厚さに析出させた。
【００３０】
・放熱板の取り付け
さらに、ＮＣルータ加工機であるＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、外形加工をし、予め設けたピンラミネーション用ガイド穴を使用し、接着剤１４３であるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）を用いて、放熱板と前記めっきをして外形加工した多層配線板と重ね、真空プレスを用いて、圧力３０Ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化し、第１の基板とした。
【００３１】
（第２の基板）
以下に詳細に説明するようにして、第４の回路板、第５の回路板と第４のプリプレグを交互に重ねて積層一体化し、第２のスルーホールを形成し、第２の導体回路を形成して、第２の接続端子の部分を部分めっきし、放熱板を貼り合わせて第２の基板を作製した。
【００３２】
・第４の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を両面張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の一方の銅箔面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジスト用ドライフィルムであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、第４の回路意板とした。
【００３３】
・第４のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に直径５．０ｍｍの大きさのピンラミネーションの穴をパンチング加工で形成し、第４のプリプレグとした。
【００３４】
・第５の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を両面張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の一方の銅箔面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジスト用ドライフィルムであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、第５の回路板とした。
第４の回路板／第４のプリプレグ／第５の回路板を、回路形成面が内側となるように重ね、真空プレスを用いて、圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化した。
【００３５】
・第２のスルーホールの形成
次いで、ＮＣドリルマシンであるＭＡＲＫ−１００（日立精工株式会社製、商品名）によって、ガイド孔と第２のスルーホールとなる穴をあけた。
次いで、その穴のクリーニング処理を過マンガン酸ナトリウム溶液に液温５０℃で１５分間の条件で行い、無電解銅めっきであるＬ−５９（日立化成工業株式会社製、商品名、硫酸銅１０ｇ／ｌ、ＥＤＴＡ４０ｇ／ｌ、ホルマリン１０ｍｌ／ｌ、ＰＨ１２．２）に、液温度７０℃、時間１０Ｈｒの条件で、穴の内壁、ガイド孔内壁、第７の基材の表面、および基板側面に、２０μｍの銅めっきを行って、多層配線板用基板とした。
【００３６】
・第２の導体回路の形成
次に、上記工程で製作した多層配線板用基板の外層に、紫外線硬化型ドライフィルムＨ−Ｗ４２５（日立化成工業株式会社製、商品名）をラミネータで仮圧着し、さらに、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路以外のパターンを焼き付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像して、めっきレジストを形成し、ズズ９０％、鉛１０％の組成のはんだめっきを電流密度２Ａ／ｄｍ2、時間１５分の条件で行い、３％の炭酸ナトリウム水溶液でめっきレジストを剥離・除去し、さらに、アルカリエッチングで回路形成を行い、次いで、硫酸、過酸水素水、硝酸からなる組成のはんだ剥離液に、液温度５０℃、時間５分の条件で浸漬し、はんだめっきを剥離し多層配線板とした。
【００３７】
・部分めっき
次いで、配線形成を行った多層配線板の導体回路表面に、液状レジストであるＰＳＲ−４０００（太陽インキ製造株式会社製、商品名）を印刷し、８０℃３０分間乾燥後、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、さらに１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、紫外線１Ｊの照射によりさらなる硬化を行い、１５０℃で６０分乾燥後、めっきレジストを形成した。
さらに、ワイヤーボンディング部とボールパッド部にワット浴を用いて、反応型パラジウムめっき液であるＳＡ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）液温２５℃、処理時間５分の条件で処理後、無電解ニッケルめっき液温８５℃で、時間２０分の条件で、浸漬処理を行って、ニッケルめっき５μｍ析出させ、さらに、置換金めっき液ＨＧＳ−５００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温８０℃で、時間１０分の条件で浸漬処理し、金めっき液であるＨＧＳ−２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温６５℃で、時間２０分の条件で、金めっきを０．５μｍの厚さに析出させた。
【００３８】
・外形加工
さらに、ＮＣルータ加工機であるＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、外形加工をし、予め設けたピンラミネーション用ガイド穴を使用し、接着剤１４３であるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）を用いて、ヒートスラグ１０４と前記めっきをして外形加工した多層配線板と重ね、真空プレスを用いて、圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化し、第２の基板とした。
【００３９】
第１の基板と第２の基板に、それぞれ第１の半導体チップと第２の半導体チップをそれぞれ搭載し、超音波熱厚着法でワイヤーボンティングしてそれぞれの基板と半導体チップとを電気的に接続し、封止樹脂ＣＥＬ−Ｃ−１９００（日立化成工業株式会社製、商品名）を用いて封止した。
第１の基板の段部に、あらかじめ封止樹脂ＣＥＣ−ＣＯ１５０（日立化成工業株式会社製、商品名）をディスペンサーを用いて塗布しておき、第１の基板と第２の基板とを合わせて固定し、乾燥機により、１５０℃で、６０分間乾燥した。その基板のはんだボール用パッドに、ロジン系フラックスであるＲ−５００３（日本アルファメタル社製、商品名）を塗布し、さらに、はんだボールをボールパッドに搭載した後、２４０℃で、１０秒の条件で圧着し、洗浄剤ＡＫ２２５（アサヒクリーン社製、商品名）を用いて、洗浄し、ボールグリットアレイを製作した。
【００４０】
この結果、図１（ａ）に示すように、キャビティ１１を有する第１の基板１と、そのキャビティ１１に蓋をするように設けられた第２の基板２とからなり、第１の基板１には、そのキャビティ１１内に第１の半導体チップ１２が設けられ、第１の基板１に設けられた第１の接続端子１３と電気的に接続され、その第１の接続端子１３が第１の基板１の外側に設けられた第１の外部接続端子１５と第１のスルーホール１４によって電気的に接続されており、第２の基板２には、第１の基板１のキャビティ１１の内側となる面に第２の半導体チップ２２が設けられ、第２の基板２に設けられた第２の接続端子２３と電気的に接続され、その第２の接続端子２３が第２の基板２の外側に設けられた第２の外部接続端子２５と第２のスルーホール２４によって電気的に接続され、図１（ｂ）に示すように、キャビティ１１内が封止樹脂３で封止され、第１の外部接続端子１５及び第２の外部接続端子２５に、はんだボールを設けた半導体パッケージであって、パッケージサイズが、４５×４５ｍｍで１０５５ピンのボールグリットアレイパッケージが得られ、従来のパッケージに比べ、実装面積を３０％低減した半導体パッケージを作製することが可能となった。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によって、小型化や高密度化に優れた半導体パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例を示す分解断面図であり、（ｂ）は本発明の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１．第１の基板 １１．キャビティ
１２．第１の半導体チップ １３．第１の接続端子
１４．第１のスルーホール １５．第１の外部接続端子
１６．段部
２．第２の基板 ２２．第２の半導体チップ
２３．第２の接続端子 ２４．第２のスルーホール
２５．第２の外部接続端子
３．封止樹脂
４．はんだボール
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体パッケージは、キャビティを有する基板と、そのキャビティ内に設けられた半導体チップからなり、基板のキャビティの内側には半導体チップと電気的に接続するための接続端子が設けられ、その接続端子が基板の外側に設けられた外部接続端子とスルーホールによって電気的に接続された構造となっている。そして、キャビティ内には、半導体チップを保護するために、樹脂で封止したり、あるいは、基板と同じ材料あるいは金属製の蓋を固定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の構造では、キャビティの開口部が、単なる蓋をするものであったり、または樹脂で封止するものであったりして、その部分には導体を形成することはできないものであり、また、複数のチップを一つのパッケージにまとめた場合、半導体チップ搭載部が増加するだけで、パッケージ全体の小型化を行うことが困難であるという課題があった。
【０００４】
本発明は、小型化や高密度化に優れた半導体パッケージを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体パッケージは、キャビティと、そのキャビティ内に設けられた第１の半導体チップと、第１の導体回路からなり、第１の導体回路が、第１の半導体チップと電気的に接続された第１の接続端子と、その第１の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第１のスルーホールと、第１の半導体チップが搭載された面に設けられた、はんだボール搭載用の第１の外部接続端子からなる第１の基板と、基板の一方の面に設けられた第２の半導体チップと、第２の導体回路からなり、第２の導体回路が、第２の半導体チップと電気的に接続された第２の接続端子と、その第２の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第２のスルーホールと、第２の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた、はんだボール搭載用の第２の外部接続端子からなる第２の基板からなり、第２の基板の第２の外部接続端子の設けられた表面が、第１の基板の第１の外部接続端子の設けられた表面と面一になるように、第２の基板が、第１の基板のキャビティ開口部内に蓋をするように設けられたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
第１の基板は、キャビティと、そのキャビティ内に設けられた第１の半導体チップと、第１の導体回路からなり、第１の導体回路が、第１の半導体チップと電気的に接続された第１の接続端子と、その第１の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第１のスルーホールと、第１の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた第１の外部接続端子からなる。
この第１の基板は、絶縁基材に銅箔を貼り合わせた銅張り積層板から作製することができ、絶縁基材には、樹脂と強化繊維からなるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂から選択されたものが使用でき、強化繊維には、ガラス布、ガラス紙、アミド布、アミド紙から選択されたものが使用できる。
また、この第１の基板は、複数の回路板と複数のプリプレグを重ねて多層配線板とすることもできる。この場合の、回路板にも、上記と同じ絶縁基材と銅箔からなる銅張り積層板を用いることができ、プリプレグには、絶縁基材と同じ強化繊維に樹脂を含浸させ、乾燥して半硬化したものが使用できる。
【０００７】
第１の基板に設けるキャビティは、予め、銅張り積層板や多層配線板に、ザグリ加工やパンチ加工で穴をあけておくことによって形成できる。
特に多層配線板の場合には、複数の回路板と複数のプリプレグのそれぞれに穴をあけておくことが好ましく、また、キャビティに段部を形成するために、上の方に重ねる回路板やプリプレグにあける穴の大きさを、下のほうに重ねる回路板やプリプレグにあける穴よりも大きくすることによって実現できる。
このキャビティには、第１の半導体チップが取り付けられるので、半導体チップを搭載する底部を形成しなければならず、穴をあけた銅張り積層板を用いたときには、その一方の面に穴をふさぐ絶縁板または金属板を取り付けなければならない。半導体チップの放熱を行うために、金属板を放熱板として取り付ければより好ましい。
【０００８】
この第１の基板に、第１の半導体チップを搭載するのは、キャビティの底部に接着剤で固定し、キャビティ内に設けられた第１の半導体チップの電極と電気的に接続するための第１の接続端子と、ワイヤーボンディングによって接続を行うことによって可能となる。
また、第１の半導体チップの電極とキャビティの第１の接続端子とを、導電性接着剤を用いて直接にフリップチップ接続を行うことによっても可能である。
このフリップチップ接続に用いる導電性接着剤には、チップのバンプや回路形成電極の高さバラツキを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を分散させたものを使用することもできる。
このような導電粒子は、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗやはんだ等の金属粒子またはこれらの金属粒子表面に、金やパラジウム等の薄膜をめっきや蒸着によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けた導電粒子を用いることができる。
粒径は、基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の高さにバラツキがある場合は、そのバラツキよりも大きいことが好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。
また、接着剤に分散される導電粒子量は、０．１〜３０体積％であり、好ましくは０．１〜２０体積％である。
【０００９】
第１の導体回路は、銅張り積層板の不要な銅箔をエッチング除去して形成することができる。またこの第１の導体回路を形成するときに、第１の半導体チップと電気的に接続された第１の接続端子と、その第１の接続端子から引き出した引き出し線を形成することができる。
この第１の導体回路は、第１の接続端子の部分だけ、ボンディングワイヤとの接続のために、ニッケル／金めっき、あるいは、ニッケル・パラジウム・金めっきを行うことが好ましい。
その引き出し線に接続された第１のスルーホールは、前記第１の導体回路を形成する前に、銅張り積層板にドリルなどで穴をあけ、その穴内壁をめっきして金属化することによって形成できる。また、穴内壁にピロール、チオフェン、フランなどのモノマーを含む溶液で被覆し、硫酸や塩酸などの強酸で重合して導電性ポリマーの被膜を形成することによって導体化してもよい。
多層配線板の場合には、それぞれの回路板とプリプレグを重ねた上に銅箔を重ねて、加熱・加圧して積層一体化し、内層回路入り銅張り積層板とした後に、上記と同様に、スルーホールとなる穴をあけ、穴内壁を金属化し、表面の不要な銅箔をエッチング除去して作製する。
【００１０】
第１の半導体チップが搭載された面に設けられた第１の外部接続端子は、上記第１の導体回路を形成するときに同時に形成することができる。また、上記第１の導体回路を形成するときに、反対面の銅箔を全面マスクしてエッチング液から保護し、後に述べる第２の基板と合体した後に回路を形成することもできる。
【００１１】
第２の基板は、基板の一方の面に設けられた第２の半導体チップと、第２の導体回路からなり、第２の導体回路が、第２の半導体チップと電気的に接続された第２の接続端子と、その第２の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第２のスルーホールと、第２の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた第２の外部接続端子からなる。
この第２の基板は、第１の基板と異なるのが、キャビティを有しないことである。この第２の基板は、絶縁基材に銅箔を貼り合わせた銅張り積層板から作製することができ、絶縁基材には、樹脂と強化繊維からなるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂から選択されたものが使用でき、強化繊維には、ガラス布、ガラス紙、アミド布、アミド紙から選択されたものが使用できる。
また、この第２の基板は、複数の回路板と複数のプリプレグを重ねて多層配線板とすることもできる。この場合の、回路板にも、上記と同じ絶縁基材と銅箔からなる銅張り積層板を用いることができ、プリプレグには、絶縁基材と同じ強化繊維に樹脂を含浸させ、乾燥して半硬化したものが使用できる。
【００１２】
この第２の基板に、第２の半導体チップを搭載するのは、基板の表面に接着剤で固定し、基板の表面に設けられた第２の半導体チップの電極と電気的に接続するための第２の接続端子と、ワイヤーボンディングによって接続を行うことによって可能となる。
また、第２の半導体チップの電極と第２の接続端子とを、導電性接着剤を用いて直接にフリップチップ接続を行うことによっても可能である。
このフリップチップ接続に用いる導電性接着剤には、チップのバンプや回路形成電極の高さバラツキを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を分散させたものを使用することもできる。
このような導電粒子は、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗやはんだ等の金属粒子またはこれらの金属粒子表面に、金やパラジウム等の薄膜をめっきや蒸着によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けた導電粒子を用いることができる。
粒径は、基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の高さにバラツキがある場合は、そのバラツキよりも大きいことが好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。
また、接着剤に分散される導電粒子量は、０．１〜３０体積％であり、好ましくは０．１〜２０体積％である。
【００１３】
第２の導体回路は、銅張り積層板の不要な銅箔をエッチング除去して形成することができる。またこの第２の導体回路を形成するときに、第２の半導体チップと電気的に接続された第２の接続端子と、その第２の接続端子から引き出した引き出し線を形成することができる。
この第２の導体回路は、第２の接続端子の部分だけ、ボンディングワイヤとの接続のために、ニッケル／金めっき、あるいは、ニッケル・パラジウム・金めっきを行うことが好ましい。
その引き出し線に接続された第２のスルーホールは、前記第２の導体回路を形成する前に、銅張り積層板にドリルなどで穴をあけ、その穴内壁をめっきして金属化することによって形成できる。また、穴内壁にピロール、チオフェン、フランなどのモノマーを含む溶液で被覆し、硫酸や塩酸などの強酸で重合して導電性ポリマーの被膜を形成することによって導体化してもよい。
多層配線板の場合には、それぞれの回路板とプリプレグを重ねた上に銅箔を重ねて、加熱・加圧して積層一体化し、内層回路入り銅張り積層板とした後に、上記と同様に、スルーホールとなる穴をあけ、穴内壁を金属化し、表面の不要な銅箔をエッチング除去して作製する。
【００１４】
第２の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた第２の外部接続端子は、上記第２の導体回路を形成するときに同時に形成することができる。
また、上記第２の導体回路を形成するときに、反対面の銅箔を全面マスクしてエッチング液から保護し、第１の基板と合体した後に回路を形成することもできる。
【００１５】
このようにして作製した第１の基板と第２の基板を、第２の基板が、第１の基板のキャビティに蓋をするように合体する。
キャビティに第２の基板で蓋をするには、第１の基板のキャビティの縁部に段部を設け、その段部の凹部に、第２の基板を接着するのが好ましく、そのときに用いる接着剤には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂から選択されることが好ましく、樹脂に強化繊維を設けた材料でもよく、強化繊維には、ガラス布、ガラス紙、アミド布、アミド紙が使用できる。
【００１６】
また、半導体チップを湿気等の環境から保護するために、半導体チップを封止することが好ましく、このような封止材として、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン、ウレタンフェノーツ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂他熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。
【００１７】
また、第１の基板のキャビティの縁部に第２の基板と電気的に接続するための第３の接続端子を、第１の導体回路を形成するときに設け、第２の基板の端部に第１の基板と電気的に接続するための第４の接続端子を、第１の導体回路を形成するときに設けて、第１の基板と第２の基板を合体するときに、第３の接続端子と第４の接続端子を電気的に接続すれば、互いの基板の配線の引き回しの自由度を高めることができ、好ましい。
【００１８】
また、第１の基板のキャビティの開口部側の表面に、第１の外部接続端子と第２の外部接続端子を設けることもでき、このようにすると、半導体パッケージの一方の面に外部接続端子を設けることができ、たとえば、第１の外部接続端子及び第２の外部接続端子にはんだボールを形成して、ボールグリッドアレイの半導体パッケージとすることができる。
【００１９】
【実施例】
（第１の基板）
以下に詳細に説明するようにして、第１の回路板〜第３の回路板と第１のプリプレグ〜第３のプリプレグを交互に重ねて積層一体化し、第１のスルーホールを形成し、第１の導体回路を形成して、第１の接続端子の部分を部分めっきし、放熱板を貼り合わせて第１の基板を作製した。
【００２０】
・第１の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を張り合わせた厚さ１．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）に、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、２４ｍｍ×２４ｍｍの大きさのキャビティ穴加工を行い、さらに、その穴の縁に、深さ０．８ｍｍ、幅２７ｍｍの段部をザグリ加工で形成し、第１の回路意板とした。
【００２１】
・第１のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に２４ｍｍ×２４ｍｍの大きさのキャビティ穴をパンチング加工で形成し、第１のプリプレグとした。
【００２２】
・第２の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔表面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジストであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさのキャビティ穴を形成し、第２の回路板とした。
【００２３】
・第２のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさのキャビティ穴をパンチング加工で形成し、第２のプリプレグとした。
【００２４】
・第３の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の銅箔表面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジストであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさのキャビティ穴を形成し、第３の回路板とした。
【００２５】
・第３のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に１８ｍｍ×１８ｍｍの大きさのキャビティ穴をパンチング加工で形成し、第３のプリプレグとした。
【００２６】
・放熱板
厚さ０．４ｍｍのタフピッチ銅板であるＣ１１００Ｐ １／４Ｈ（日鉱商事株式会社製、商品名）に、ＮＣルータ加工機ＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて直径５．０ｍｍの穴あけ加工を行い、次いで、ワット浴を用いて、電解ニッケル厚３〜２０μｍのめっきを形成し、放熱板とした。
上記の第１の回路板〜第３の回路板と第１のプリプレグ〜第３のプリプレグを、それぞれの回路板とプリプレグに予め設けたピンラミネーション用ガイドを使用し、交互に重ね、真空プレスを用いて、圧力３０Ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化した。
【００２７】
・第１のスルーホールの形成
次いで、アクリル樹脂フィルムであるＫ−２１６５Ｂ（日立化成工業株式会社製、商品名）をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、キャビティの箇所を覆い、さらに、熱風乾燥機より１３０℃／２０分間、加熱乾燥して応力解除し、ＮＣドリルマシンであるＭＡＲＫ−１００（日立精工株式会社製、商品名）によって、ガイド孔と第１のスルーホールとなる穴をあけた。
【００２８】
・第１の導体回路の形成
その穴のクリーニング処理を過マンガン酸ナトリウム溶液に液温５０℃で１５分間の浸漬によるデスミア処理を行い、有機ポリマからなるＤＭＳ−Ｅ液（日立化成工業株式会社製、商品名）に、温度８５℃、処理時間５分の条件で浸漬し、１０％硫酸溶液に液温２５℃で３分間浸漬し、第１のスルーホールとなる穴の内壁に導電ポリマを形成し、この後アクリル樹脂フィルムであるＫ−２１６５Ｂ（日立化成工業株式会社製、商品名）を剥離・除去した。
次いで、電解硫酸銅めっきを硫酸銅１５０〜２５０ｇ／ｌ、硫酸４０〜１２０ｇ／ｌ、塩素２０〜８０ｐｐｍの液組成で、電流密度２Ａ／ｄｍ2、めっき時間６０分の条件で、第２の接続端子であるワイヤーボンディングパット、第１のスルーホールの内壁、第１の基材の表面、及びキャビティの側面に、銅めっきを形成し多層配線板を作製した。
次に、その多層配線板の外層に、紫外線硬化型ドライフィルムＨ−Ｗ４２５（日立化成工業株式会社製、商品名）をラミネータで仮圧着し、さらに、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路以外のパターンを焼き付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液を噴霧して現像し、めっきレジストを形成し、スズ９０％、鉛１０％の組成のはんだめっきを、電流密度２Ａ／ｄｍ2、時間１２分の条件で行い、３％の炭酸ナトリウム水溶液に浸漬して、めっきレジストを剥離し、さらに、アルカリエッチングで回路形成を行い、次いで、過酸化水素水及び硫酸、硝酸からなるはんだ剥離液に、液温度５０℃、時間５分の条件で浸漬し、はんだめっきを剥離した。
【００２９】
・部分めっき
次いで、配線形成を行った多層配線板の導体回路表面に、液状レジストであるＰＳＲ−４０００（太陽インキ製造株式会社製、商品名）を印刷し、８０℃３０分間乾燥後、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光しさらに１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、紫外線５６１Ｊを照射することにより、硬化を完全にし、１５０℃／６０分乾燥後、めっきレジストを形成した。
さらに、ワイヤーボンディング部とボールパッド部にワット浴を用いて、反応型パラジウムめっき液であるＳＡ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）液温２５℃、処理時間５分の条件で処理後、無電解ニッケルめっき液温８５℃で、時間２０分の条件で、浸漬処理を行って、ニッケルめっき５μｍ析出させ、さらに、置換金めっき液ＨＧＳ−５００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温８０℃で、時間１０分の条件で浸漬処理し、金めっき液であるＨＧＳ−２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温６５℃で、時間２０分の条件で、金めっきを０．５μｍの厚さに析出させた。
【００３０】
・放熱板の取り付け
さらに、ＮＣルータ加工機であるＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、外形加工をし、予め設けたピンラミネーション用ガイド穴を使用し、接着剤１４３であるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）を用いて、放熱板と前記めっきをして外形加工した多層配線板と重ね、真空プレスを用いて、圧力３０Ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化し、第１の基板とした。
【００３１】
（第２の基板）
以下に詳細に説明するようにして、第４の回路板、第５の回路板と第４のプリプレグを交互に重ねて積層一体化し、第２のスルーホールを形成し、第２の導体回路を形成して、第２の接続端子の部分を部分めっきし、放熱板を貼り合わせて第２の基板を作製した。
【００３２】
・第４の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を両面張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の一方の銅箔面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジスト用ドライフィルムであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、第４の回路意板とした。
【００３３】
・第４のプリプレグ
厚さ０．１ｍｍのエポキシ樹脂ガラスクロス布プリプレグであるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）に直径５．０ｍｍの大きさのピンラミネーションの穴をパンチング加工で形成し、第４のプリプレグとした。
【００３４】
・第５の回路板
厚さ１２μｍの銅箔を両面張り合わせた厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂ガラス布銅張積層板であるＭＣＬ−Ｅ６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の一方の銅箔面に、厚さ２５μｍの紫外線硬化型エッチングレジスト用ドライフィルムであるＨ−Ｗ４２５(日立化成工業株式会社製、商品名)をラミネータで、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１１０℃、速度１ｍ／分の条件で仮圧着し、さらにその上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路を焼付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、エッチングレジストを形成し、そのエッチングレジストのない銅箔部分をスプレー噴霧によって、塩化第二銅、塩酸、硫酸過水の組成からなる塩化第二銅エッチング液で圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2、速度３．５ｍ／分の条件でエッチングした後、３％水酸化ナトリウム水溶液を噴霧してエッチングレジストを剥離除去して、配線を形成し、第５の回路板とした。
第４の回路板／第４のプリプレグ／第５の回路板を、回路形成面が内側となるように重ね、真空プレスを用いて、圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化した。
【００３５】
・第２のスルーホールの形成
次いで、ＮＣドリルマシンであるＭＡＲＫ−１００（日立精工株式会社製、商品名）によって、ガイド孔と第２のスルーホールとなる穴をあけた。
次いで、その穴のクリーニング処理を過マンガン酸ナトリウム溶液に液温５０℃で１５分間の条件で行い、無電解銅めっきであるＬ−５９（日立化成工業株式会社製、商品名、硫酸銅１０ｇ／ｌ、ＥＤＴＡ４０ｇ／ｌ、ホルマリン１０ｍｌ／ｌ、ＰＨ１２．２）に、液温度７０℃、時間１０Ｈｒの条件で、穴の内壁、ガイド孔内壁、第７の基材の表面、および基板側面に、２０μｍの銅めっきを行って、多層配線板用基板とした。
【００３６】
・第２の導体回路の形成
次に、上記工程で製作した多層配線板用基板の外層に、紫外線硬化型ドライフィルムＨ−Ｗ４２５（日立化成工業株式会社製、商品名）をラミネータで仮圧着し、さらに、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、回路以外のパターンを焼き付け、１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像して、めっきレジストを形成し、ズズ９０％、鉛１０％の組成のはんだめっきを電流密度２Ａ／ｄｍ2、時間１５分の条件で行い、３％の炭酸ナトリウム水溶液でめっきレジストを剥離・除去し、さらに、アルカリエッチングで回路形成を行い、次いで、硫酸、過酸水素水、硝酸からなる組成のはんだ剥離液に、液温度５０℃、時間５分の条件で浸漬し、はんだめっきを剥離し多層配線板とした。
【００３７】
・部分めっき
次いで、配線形成を行った多層配線板の導体回路表面に、液状レジストであるＰＳＲ−４０００（太陽インキ製造株式会社製、商品名）を印刷し、８０℃３０分間乾燥後、その上面にネガ型マスクを張り合わせ、紫外線で露光し、さらに１％の炭酸ナトリウム水溶液で現像し、紫外線１Ｊの照射によりさらなる硬化を行い、１５０℃で６０分乾燥後、めっきレジストを形成した。
さらに、ワイヤーボンディング部とボールパッド部にワット浴を用いて、反応型パラジウムめっき液であるＳＡ−１００（日立化成工業株式会社製、商品名）液温２５℃、処理時間５分の条件で処理後、無電解ニッケルめっき液温８５℃で、時間２０分の条件で、浸漬処理を行って、ニッケルめっき５μｍ析出させ、さらに、置換金めっき液ＨＧＳ−５００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温８０℃で、時間１０分の条件で浸漬処理し、金めっき液であるＨＧＳ−２０００（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温６５℃で、時間２０分の条件で、金めっきを０．５μｍの厚さに析出させた。
【００３８】
・外形加工
さらに、ＮＣルータ加工機であるＭＡＲＫ−９０Ｒ（日立精工株式会社製、商品名）を用いて、外形加工をし、予め設けたピンラミネーション用ガイド穴を使用し、接着剤１４３であるＧＥ−６７９ＮＵＪＹ（日立化成工業株式会社製、商品名）を用いて、ヒートスラグ１０４と前記めっきをして外形加工した多層配線板と重ね、真空プレスを用いて、圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ2、温度１７５℃、保持時間６０分の条件で加圧加熱して積層一体化し、第２の基板とした。
【００３９】
第１の基板と第２の基板に、それぞれ第１の半導体チップと第２の半導体チップをそれぞれ搭載し、超音波熱厚着法でワイヤーボンティングしてそれぞれの基板と半導体チップとを電気的に接続し、封止樹脂ＣＥＬ−Ｃ−１９００（日立化成工業株式会社製、商品名）を用いて封止した。
第１の基板の段部に、あらかじめ封止樹脂ＣＥＣ−ＣＯ１５０（日立化成工業株式会社製、商品名）をディスペンサーを用いて塗布しておき、第１の基板と第２の基板とを合わせて固定し、乾燥機により、１５０℃で、６０分間乾燥した。その基板のはんだボール用パッドに、ロジン系フラックスであるＲ−５００３（日本アルファメタル社製、商品名）を塗布し、さらに、はんだボールをボールパッドに搭載した後、２４０℃で、１０秒の条件で圧着し、洗浄剤ＡＫ２２５（アサヒクリーン社製、商品名）を用いて、洗浄し、ボールグリットアレイを製作した。
【００４０】
この結果、図１（ａ）に示すように、キャビティ１１を有する第１の基板１と、そのキャビティ１１に蓋をするように設けられた第２の基板２とからなり、第１の基板１には、そのキャビティ１１内に第１の半導体チップ１２が設けられ、第１の基板１に設けられた第１の接続端子１３と電気的に接続され、その第１の接続端子１３が第１の基板１の外側に設けられた第１の外部接続端子１５と第１のスルーホール１４によって電気的に接続されており、第２の基板２には、第１の基板１のキャビティ１１の内側となる面に第２の半導体チップ２２が設けられ、第２の基板２に設けられた第２の接続端子２３と電気的に接続され、その第２の接続端子２３が第２の基板２の外側に設けられた第２の外部接続端子２５と第２のスルーホール２４によって電気的に接続され、図１（ｂ）に示すように、キャビティ１１内が封止樹脂３で封止され、第１の外部接続端子１５及び第２の外部接続端子２５に、はんだボールを設けた半導体パッケージであって、パッケージサイズが、４５×４５ｍｍで１０５５ピンのボールグリットアレイパッケージが得られ、従来のパッケージに比べ、実装面積を３０％低減した半導体パッケージを作製することが可能となった。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によって、小型化や高密度化に優れた半導体パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例を示す分解断面図であり、（ｂ）は本発明の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１．第１の基板 １１．キャビティ
１２．第１の半導体チップ １３．第１の接続端子
１４．第１のスルーホール １５．第１の外部接続端子
１６．段部
２．第２の基板 ２２．第２の半導体チップ
２３．第２の接続端子 ２４．第２のスルーホール
２５．第２の外部接続端子
３．封止樹脂
４．はんだボール
Claims (5)
- キャビティと、そのキャビティ内に設けられた第１の半導体チップと、第１の導体回路からなり、第１の導体回路が、第１の半導体チップと電気的に接続された第１の接続端子と、その第１の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第１のスルーホールと、第１の半導体チップが搭載された面に設けられた、はんだボール搭載用の第１の外部接続端子からなる第１の基板と、
基板の一方の面に設けられた第２の半導体チップと、第２の導体回路からなり、第２の導体回路が、第２の半導体チップと電気的に接続された第２の接続端子と、その第２の接続端子から引き出した引き出し線と、その引き出し線に接続された第２のスルーホールと、第２の半導体チップが搭載された面と反対の面に設けられた、はんだボール搭載用の第２の外部接続端子からなる第２の基板からなり、
第２の基板の第２の外部接続端子の設けられた表面が、第１の基板の第１の外部接続端子の設けられた表面と面一になるように、第２の基板が、第１の基板のキャビティ開口部内に蓋をするように設けられた半導体パッケージ。 - 第２の基板が、第１の基板のキャビティの縁部に設けられた段部の凹部に接着されることにより、第１の基板のキャビティ開口部内に蓋をするように設けられた請求項１に記載の半導体パッケージ。
- 第１の基板のキャビティの縁部に第２の基板と電気的に接続するための第３の接続端子が設けられ、第２の基板の端部に第１の基板と電気的に接続するための第４の接続端子が設けられ、第３の接続端子と第４の接続端子が電気的に接続されている請求項１又は２に記載の半導体パッケージ。
- 第１の基板のキャビティの開口部側の表面に、第１の外部接続端子と第２の外部接続端子を有する請求項１〜３のうち何れかに記載の半導体パッケージ。
- 第１の外部接続端子及び第２の外部接続端子にはんだボールを形成した請求項１〜４のうちいずれかに記載の半導体パッケージ。
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- 1999-08-23 JP JP23484899A patent/JP4482841B2/ja not_active Expired - Lifetime
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