JP4800606B2 - 素子内蔵基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、素子内蔵基板に関するものであり、特に、ビアホール(via hole)を有するウエハレベルチップサイズパッケージ(WCSP:Wafer Level Chip Size Package)、若しくは、ウエハレベルチップスケールパッケージ(WCSP:Wafer Level Chip Scale Package)を内蔵した素子内蔵基板に関するものである。
半導体チップの外形寸法とほぼ同じ外形寸法を有するチップサイズパッケージ(Chip Size Package)と称される半導体装置が出現している。チップサイズパッケージの1形態としては、ウエハレベルチップサイズパッケージ(WCSP:Wafer Level Chip Size Package)もしくはウエハレベルチップスケールパッケージ(WCSP:Wafer Level Chip Scale Package)と称される半導体装置が存在する。
一方、電子機器の高密度実装化に伴い、半導体チップ等の能動素子、また、コンデンサーや抵抗等の受動素子を内蔵した素子内蔵基板が提案されている。このような素子内蔵基板において、中でも半導体チップの内蔵については、KGD(Known Good Die)、所謂、完全良品であることをチップ状態で確認することは非常に困難である。そのため、ウエハレベルチップサイズパッケージ(WCSP)の状態で完全良品であることを確認し基板へ内蔵される構造の素子内蔵基板が注目されている。
このようなWCSPを内蔵した素子内蔵基板の構造およびその製造方法について、図5(a)〜(b)を用いて説明する。図5(a)〜(b)は、従来のWCSPを内蔵した素子内蔵基板の製造方法示す工程図である。
良品であることが確認されたWCSPタイプの半導体装置1(以下、WCSP1)を、ダイスボンド材3を介して基体2上に搭載する。(図5(a))
次に、WCSP1が搭載された基体2の表面を絶縁層4で封止する。(図5(b))
続いて、絶縁層4上に絶縁層5を形成した後、WCSP1と電気的に接続された配線層7を形成する。次に、配線層7を覆う絶縁層6、そして、外部端子としての半田ボール8をそれぞれ形成する。このとき、絶縁層4および5は、同時に形成することも可能である。この結果、WCSP1を内蔵した素子内蔵基板が完成する。(図5(c))
図6は、従来のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板の他の例を示す概略断面図である。素子内蔵基板20には、ダイスボンド材14を介して基体13上に搭載され、絶縁層15によって封止されたWCSPタイプの半導体装置21(以下、WCSP21)が内蔵されている。また、素子内蔵基板20は、半導体装置10やチップ部品12が搭載された第1の表面と、半導体装置11が搭載され第1の表面に対向した第2の表面とを有している。このとき、チップ部品12の具体例としては、能動素子や受動素子等が挙げられる。素子内蔵基板20の第1の表面上には、絶縁層16が形成されている。このとき、絶縁層15および16は、同時に形成することも可能である。さらに、素子内蔵基板20の第1の表面上には、半導体装置10と電気的に接続された配線層17が、また、素子内蔵基板20の第2の表面上には、半導体装置11と電気的に接続された配線層23がそれぞれ形成されている。
半導体装置10と半導体装置11とは、配線層17、23、および、素子内蔵基板20の第1の表面から第2の表面へ貫通するスルーホール内に形成された導電体18を介して電気的に接続されている。また、WCSP21と素子内蔵基板20の第1の表面に搭載された半導体装置10とは、配線層17を介して電気的に接続されている。一方、WCSP21と素子内蔵基板20の第2の表面に搭載された半導体装置11とは、配線層17、23、および、素子内蔵基板20の第1の表面から第2の表面へ貫通するスルーホール内に形成された導電体22を介して電気的に接続されている。
特開2003−347502号公報
しかしながら、このような従来のWCSPを内蔵した素子内蔵基板では、WCSP21と素子内蔵基板20の第2の表面に搭載された半導体装置11とを電気的に接続する場合、電気信号は、WCSP21→配線層17→導電体22→配線層23→半導体装置11という経路を辿るため配線長が長くなり、その結果、電気信号の高速伝送の妨げになっていた。
また、素子内蔵基板20に搭載される半導体装置10、11や内蔵されるWCSP21が年々高機能化するにしたがい、素子内蔵基板20の第1の表面と第2の表面間の電気的接続が数多く必要となるため、第1、第2の表面上への複雑な配線の引き回しや非常に多くのスルーホールおよびスルーホール内への導電体18、22の形成が必要となり、各構成のレイアウト面積の確保が非常に困難な状況であった。
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、高密度な実装が可能でかつ電気特性に優れた素子内蔵基板製造方法提供することを目的とするものである。
本発明は、上記課題を克服するために考え出されたものである。本願において開示される発明のうち、代表的な素子内蔵基板製造方法の概要は以下の通りである。
すなわち、本発明の素子内蔵基板の製造方法は、第1の配線層および複数の第1の導電体が形成された第1の表面と第1の表面に対向すると共に第2の配線層が形成された第2の表面とを備え、第1の表面から第2の表面へ貫通するスルーホール内に配置形成された第2の導電体を有する基板を準備し、複数の第3の導電体が形成された第3の表面と第3の表面に対向する第4の表面とを備え、第3の表面から第4の表面へ貫通する第1のビアホール内に配置形成された第4の導電体を有する第1の電子部品を準備し、複数の第1の導電体と複数の第3の導電体とがそれぞれ電気的に接続されるように、第1の電子部品を基板の第1の表面上に搭載し、基板の第1の表面上に、第1の電子部品が収納可能な開口部を備えた第1のプリプレグを積層し、基板の第2の表面上に、第5の導電体が形成された表面と基板の第2の表面と向かい合う裏面とを備える第2のプリプレグを積層し、第1のプリプレグ上に、第6の導電体が形成された表面と第1のプリプレグと向かい合う裏面とを備える第3のプリプレグを積層し、第3のプリプレグの表面から裏面へ貫通する第2のビアホールおよび第2のビアホール内に、第4の導電体と電気的に接続される第7の導電体を形成し、第6の導電体をパターニングすることを特徴としている。
また、本発明の素子内蔵基板の製造方法は、第3のプリプレグの表面から裏面へ貫通する第3のコンタクトホールは、レーザーによって形成されることを特徴としている。
さらに、本発明の他の素子内蔵基板の製造方法は、第1の導電体が形成された第1の表面と第1の表面に対向する第2の表面とを備え、第1の表面から第2の表面へ貫通する第1のビアホールおよび第1のビアホール内に配置形成された第2の導電体を有する第1の電子部品を準備し、第3の導電体が形成された表面を備える第1のプリプレグの裏面上に第1の電子部品を搭載し、開口部を有する第2のプリプレグの開口部内に第1の電子部品が収納されるように、第1のプリプレグの裏面上に第2のプリプレグを積層し、第2のプリプレグ上に、第4の導電体が形成された表面と第2のプリプレグと向かい合う裏面とを備える第3のプリプレグを積層し、第1のプリプレグの表面から裏面へ貫通する第2のビアホールおよび第2のビアホール内に第3の導電体と電気的に接続される第5の導電体を形成し、第3、4の導電体をパターニングすることを特徴としている。
本願において開示される発明のうち、代表的な半導体装置によって得られる効果を簡単に説明すると以下の通りである。
本発明の素子内蔵基板によれば、素子内蔵基板内に内蔵する半導体装置を、素子形成面から裏面へ貫通するビアホール内に形成した導電体を設けたWCSPタイプの半導体装置としたため、素子内蔵基板の第1の表面と第2の表面間を電気的に接続する際も、第1、第2の表面上への複雑な配線の引き回しや素子内蔵基板へのスルーホールおよびスルーホール内への導電体の形成を最小限に抑えることができる。この結果、高密度な実装が可能でかつ電気特性に優れた素子内蔵基板を提供することができる。
本発明の素子内蔵基板の製造方法によれば、WCSPタイプの半導体装置を収納可能な開口部を有するプリプレグを用いたため、簡素な積層プロセスにより、WCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板を形成することができる。したがって、量産性に優れた素子内蔵基板の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、説明を容易にするため、同様の構成には同様の符号を付与する。また、重複した構成の説明は省略する。
図1は、本発明の実施例1のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板を示す概略断面図である。素子内蔵基板100には、ダイスボンド材114を介して基体113上に搭載され、絶縁層115によって封止されたWCSPタイプの半導体装置101(以下、WCSP101という)が内蔵されている。また、素子内蔵基板100は、半導体装置110やチップ部品112等が搭載された第1の表面と、半導体装置111が搭載され第1の表面に対向した第2の表面とを有している。このとき、チップ部品112の具体例としては、トランジスタや半導体集積回路等の能動素子や、コンデンサや抵抗等の受動素子が挙げられる。素子内蔵基板100の第1の表面上には、絶縁層が形成されている。このとき、絶縁層115および116は、同時に形成することも可能である。半導体装置110とチップ部品112は、絶縁層116上に形成された配線層117と電気的に接続されるように、素子内蔵基板100の第1の表面上に搭載されている。また、半導体装置111は、素子内蔵基板100の第2の表面上に形成された配線層123と電気的に接続されるように、素子内蔵基板100の第2の表面上に搭載されている。
半導体装置110と半導体装置111とは、配線層117、123、および、素子内蔵基板100の第1の表面から第2の表面へ貫通するスルーホール内に形成された導電体118を介して電気的に接続されている。
図2は、図1に示された素子内蔵基板に内蔵されたWCSPタイプの半導体装置部分を拡大した要部拡大図である。WCSP101は、外部装置との電気的な接続に用いられる電極パッド124が形成された素子形成面と、素子形成面に対向すると共に電極パッド125が形成された裏面とを有している。また、基体113には、WCSP101裏面の電極パッド125が露出するように開口されたビアホール内に導電体126が配置形成されている。WCSP101は、さらに、素子形成面から裏面へ貫通するビアホール内に形成された導電体120をも備えている。この結果、WCSP101と素子内蔵基板100の第2の表面に搭載された半導体装置111とは、ビアホール内に形成された導電体120、WCSP101の裏面に形成された電極パッド125、そして、配線層119を介して電気的に接続されている。なお、図1には、電気的に接続されたWCSP101と半導体装置111との間を電気信号が伝達される経路121が示されている。具体的には、WCSP101の素子形成面上に形成された電極パッド124からビアホール内の導電体120、WCSP101の裏面上に形成された電極パッド125、導電体126、そして、素子内蔵基板100の第2の表面上に形成された配線層119を経由して、素子内蔵基板100の第2の表面に搭載された半導体装置111へ伝達される。
以上のように、本発明の実施例1によれば、素子内蔵基板101内に内蔵する半導体装置を、素子形成面から裏面へ貫通するビアホール内に形成した導電体120を設けたWCSPタイプの半導体装置101としたため、WCSP111の素子形成面および裏面のどちらからでも電気信号を出力することができる。そして、このようなWCSPタイプの半導体装置101を内蔵した素子内蔵基板100としたため、内蔵したWCSPタイプの半導体装置101と素子内蔵基板の表面に搭載した半導体装置110、111やチップ部品112との間を最短距離で配線することが可能となり、高速伝送等の優れた電気特性を実現することができる。
さらに、WCSP111の素子形成面および裏面のどちらからでも電気信号を出力することができるため、素子内蔵基板100に形成されるスルーホール内の導電体118を介した配線数を大幅に削減することができる。この結果、素子内蔵基板の面積を縮小することが可能となり、高密度実装を実現することができる。
次に、本発明の実施例2について、図面を参照の上、以下に詳細に説明する。
図3(a)〜(d)は、本発明の実施例2のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板の製造方法を示す工程図である。配線層302および電極パッド304が形成された第1の表面、および、第1の表面に対向すると共に配線層303が形成された第2の表面とを有する基板301を準備する。さらに、基板301は、第1の表面から第2の表面へ貫通するスルーホール内に配置形成された導電体305を有している。また、電極パッド307や外部端子308が形成された素子形成面と、電極パッド322が形成された裏面とを有するWCSPタイプの半導体装置306(以下、WCSP306という)を準備する。WCSP306は、また、素子形成面から裏面へ貫通するビアホール内に形成された導電体309を有している。(図3(a))
次に、電極パッド304表面に対して、スクリーン印刷方式等によってフラックス若しくははんだペーストを供給した後、WCSP306の外部端子308と基板301の電極パッド304がそれぞれ合わさるように、WCSP306を基板301の第1の表面上に搭載する。リフローにより、WCSP306の外部端子308と基板301の電極パッド304とをそれぞれ接合する。この後、必要に応じて、フラックス等を洗浄工程を施すことにより除去する。続いて、WCSP306と基板301との間に、例えば、フィラー入りエポキシ樹脂310を注入し封止する。また、WCSP306が搭載された基板301が中層に位置するよう、基板301の第1の表面側にはWCSP306を収納可能な開口部330を有するプリプレグ313を、また、基板301の第2の表面側には基板301が搭載される表面と銅箔315が形成された裏面とを有するプリプレグ314をそれぞれ配置する。さらに、銅箔311が形成された表面とプリプレグ313と向かい合う裏面とを有する薄型プリプレグ312を配置する。(図3(b))
次に、プリプレグ314、WCSP306が搭載された基板301、WCSP306が収納される開口部330を有するプリプレグ313、そして、表面に銅箔311を備えたプリプレグ312を積層する。詳しくは、プリプレグ314の表面上に基板301を搭載し、WCSP306が開口部330内に収納されるようにプリプレグ313を基板301の第1の表面上に搭載し、プリプレグ313上に薄型プリプレグ312を搭載する。(図3(c))
次に、プリプレグ312をレーザー加工することによりWCSP306裏面上に形成された電極パッド322まで到達するビアホールを開口し、ビアホール内に導電体320を配置形成する。また、銅箔311をパターニングし、配線層319およびはんだボール等の外部端子を搭載するランド317を形成する。ビアホール内に配置形成された導電体320により、配線層319とWCSP306の電極パッド322は電気的に接続される。さらに、ランド317上に外部端子としてのはんだボール318を形成する。また、プリプレグ312上にチップ部品321を搭載する。この結果、WCSPタイプの半導体装置306が内蔵された4層構造からなる素子内蔵基板340が完成する。このとき、素子内蔵基板340には、プリプレグ312、プリプレグ313、基板301およびプリプレグ314を貫通するスルーホールおよびスルーホール内に配置形成された導電体316も形成されている。(図3(d))
本発明の実施例2では、WCSP306の外部端子308と基板301の電極パッド304とをリフローにより接合すると共にプリプレグ312をレーザー加工することによりWCSP306裏面上に形成された電極パッド322まで到達するビアホールを開口しビアホール内に導電体320を配置形成し電気的導通を形成したが、これに限定されず、逆の組合せとすることも可能である。
以上のように、本発明の実施例2によれば、WCSPタイプの半導体装置306を収納可能な開口部330を有するプリプレグ313を用いたため、WCSP306を搭載した基板301の凹凸に関係なく簡素な積層プロセスにより、WCSPタイプの半導体装置306を内蔵した素子内蔵基板340を形成することができる。したがって、量産性に優れた製造方法を提供することができる。
次に、本発明の実施例3について、図面を参照の上、以下に詳細に説明する。
図4(a)〜(d)は、本発明の実施例3のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板の製造方法を示す工程図である。電極パッド124が形成された素子形成面と電極パッド125が形成された裏面とを有するWCSPタイプの半導体装置101(以下、WCSP101という)を準備する。WCSP101には、素子形成面から裏面へ貫通するビアホール内に配置形成された導電体120が形成されている。また、WCSP101が収納可能な開口部404を有するプリプレグ403を準備する。WCSP101が収納されるプリプレゲ403が中層となるように、WCSP101の素子形成面側にはプリプレグ403と向かい合う裏面と銅箔401が形成された表面とを有するプリプレグ402を、また、WCSP101の裏面側には銅箔406が形成された表面とプリプレグ403が搭載される裏面とを有するプリプレグ405をそれぞれ配置する。(図4(a))
次に、プリプレグ405、WCSP101、WCSP101を収納可能な開口部404を有するプリプレグ403、そして、表面に銅箔401を備えたプリプレグ402を積層する。詳しくは、プリプレグ405の裏面面上にダイスボンド材114を介してWCSP101を搭載し、WSCP101が開口部404内に収納されるようにプリプレグ403をプリプレグ405の裏面上に搭載し、プリプレグ403上にプリプレグ402を搭載する。(図4(b))
次に、プリプレグ402、403および405を貫通するスルーホールを開口するとともに、当該スルーホール内に導電体118を形成する。また、プリプレグ405をレーザー加工することにより、WCSP101の電極パッド125を露出するビアホールを開口すると共に、ビアホール内に導電体126を配置形成する。さらに、銅箔401をパターニングし、配線層117を形成する。同様に、銅箔406をパターニングし、配線層119および123をそれぞれ形成する。このとき、配線層117、導電体118および配線層123は、電気的に接続されている。また、WCSP101は、電極パッド125およびビアホール内に配置形成された導電体126を介して配線層119と電気的に接続される。(図4(c))
次に、プリプレグ402の表面上に半導体装置110およびチップ部品112を搭載する。同様に、プリプレグ405の裏面上に半導体装置111を搭載する。このとき、半導体装置110と半導体装置111とは、配線層117、導電体118および配線層123と介して電気的に接続される。また、WCSP101と半導体装置111とは、導電体120、電極パッド125、導電体126および配線層119を介して電気的に接続される。(図4(d))
以上のように、本発明の実施例3によれば、本発明の実施例2によれば、WCSPタイプの半導体装置101を収納可能な開口部404を有するプリプレグ403を用いたため、簡素な積層プロセスにより、WCSPタイプの半導体装置306を内蔵した薄型の素子内蔵基板400を形成することができる。この結果、量産性の向上に加え、実施例2と比較し製造工程の簡素化されると共に、素子内蔵基板400の薄型化を実現することができる。
本発明を実施する最良の形態として、外部端子上にはんだボールを形成された基板を用いて説明したが、これに限定されず、一般的なドーターボードやマザーボードと同様、システム内の電気的接続をコネクタやソケット等で構成することも可能である。
本発明を実施する最良の形態として、WCSPタイプの半導体装置を内蔵する例を説明したが、これに限定されず、半導体周辺に拡張部を有するWCSPタイプの半導体装置、WCSPタイプの半導体装置からなるマルチチップパッケージ(MCP:Multi−Chip Package)、受動素子等を混載しウエハ状態(議事状態を含む)でパッケージするもの、そして、モジュール製品等であっても良い。
本発明の実施例2および3では、開口部を有するプリプレグを用いる例を説明したが、これに限定されず、ザグリ構造のプリプレグ、あるいは、流動性の高い樹脂からなるシート構造のプリプレグも用いることができる。
本発明の実施例2および3では、プリプレグにビアホールを開口するためにレーザー加工を採用したが、これに限定されず、プリプレグの代わりに感光性のシート材料を用いればフォトリソグラフィによりビアホールを開口することが可能である。
本発明の実施例1のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板を示す概略断面図である。 図1に示された素子内蔵基板に内蔵されたWCSPタイプの半導体装置部分を拡大した要部拡大図である。 本発明の実施例2のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の実施例3のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板の製造方法を示す工程図である。 従来のWCSPを内蔵した素子内蔵基板の製造方法示す工程図である。 従来のWCSPタイプの半導体装置を内蔵した素子内蔵基板の他の例を示す概略断面図である。
符号の説明
100、300、400・・・素子内蔵基板
101、306・・・WCSPタイプの半導体装置
110、111・・・半導体装置
112、321・・・チップ部品
113・・・基体
114・・・ダイスボンド材
115、116・・・絶縁層
117、119、123、302、303、317、319・・・配線層
118、120、305、316・・・導電体
124,125、307、322・・・電極パッド
308、318・・・外部端子
310・・・フィラー入りエポキシ樹脂
312、313、314、402、403、405・・・プリプラグ

Claims (8)

  1. 第1の配線層および複数の第1の導電体が形成された第1の表面と前記第1の表面に対向すると共に第2の配線層が形成された第2の表面とを備え、前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通する第1のコンタクトホール内に配置形成された第2の導電体を有する基板を準備し、
    複数の第3の導電体が形成された第3の表面と前記第3の表面に対向する第4の表面とを備え、前記第3の表面から前記第4の表面へ貫通する第2のコンタクトホール内に配置形成された第4の導電体を有する第1の電子部品を準備し、
    前記複数の第1の導電体と前記複数の第3の導電体とがそれぞれ電気的に接続されるように、前記第1の電子部品を前記基板の第1の表面上に搭載し、
    前記基板の第1の表面上に、前記第1の電子部品が収納可能な開口部を備えた第1のプリプレグを積層し、
    前記基板の前記第2の表面上に、第5の導電体が形成された表面と前記基板の前記第2の表面と向かい合う裏面とを備える第2のプリプレグを積層し、
    前記第1のプリプレグ上に、第6の導電体が形成された表面と前記第1のプリプレグと向かい合う裏面とを備える第3のプリプレグを積層し、
    前記第のプリプレグの表面から裏面へ貫通する第3のコンタクトホールおよび前記第3のコンタクトホール内に前記第4の導電体と電気的に接続される第7の導電体を形成し、
    前記第の導電体をパターニングすることを特徴とする素子内蔵基板の製造方法。
  2. 前記第1の電子部品と前記基板との間は、樹脂により封止することを特徴とする請求項記載の素子内蔵基板の製造方法。
  3. 前記第のプリプレグの表面から裏面へ貫通する前記第3のコンタクトホールは、レーザーによって形成されることを特徴とする請求項1記載の素子内蔵基板の製造方法。
  4. 前記複数の第1の導電体表面上にフラックスとはんだペーストを供給した後、前記複数の第1の導電体と前記複数の第3の導電体とをそれぞれリフローにより接合することを特徴とする請求項記載の素子内蔵基板の製造方法。
  5. 前記フラックスとはんだペーストは、スクリーン印刷方式によって供給されることを特徴とする請求項記載の素子内蔵基板の製造方法。
  6. 前記接合後、フラックスを除去することを特徴とする請求項記載の素子内蔵基板の製造方法。
  7. 第1の導電体が形成された第1の表面と前記第1の表面に対向する第2の表面とを備え、前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通する第1のコンタクトホールおよび前記第1のコンタクトホール内に配置形成された第2の導電体を有する第1の電子部品を準備し、
    第3の導電体が形成された表面を備える第1のプリプレグの裏面上に前記第1の電子部品を搭載し、
    開口部を有する第2のプリプレグの前記開口部内に前記第1の電子部品が収納されるように、前記第1のプリプレグの裏面上に前記第2のプリプレグを積層し、
    前記第2のプリプレグ上に、第4の導電体が形成された表面と前記第2のプリプレグと向かい合う裏面とを備える第3のプリプレグを積層し、
    前記第1のプリプレグの表面から裏面へ貫通する第2のコンタクトホールおよび前記第2のコンタクトホール内に前記第3の導電体と電気的に接続される第5の導電体を形成し、
    前記第3、4の導電体をパターニングすることを特徴とする素子内蔵基板の製造方法。
  8. 前記第1のプリプレグの表面から裏面へ貫通する前記第2のコンタクトホールは、レーザーによって形成されることを特徴とする請求項記載の素子内蔵基板の製造方法。
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