JP4837307B2 - Mounting substrate module, manufacturing method thereof, and semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、一方の面にインダクタが設けられた半導体基板を回路基板に実装した基板モジュール、その製造方法、および半導体装置に関する。   The present invention relates to a substrate module in which a semiconductor substrate provided with an inductor on one surface is mounted on a circuit board, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device.

近年、コスト削減やチップ部品の低減を目的として、インダクタ（誘導素子）等の受動素子を半導体基板上に集積化した半導体装置が用いられている。
しかしながら、従来の半導体装置を回路基板に実装した基板モジュールにおいては、大型のインダクタを用いれば高いインダクタンスを得ることができるが、基板のサイズが小さいため大型のインダクタは使用できない。このため、低いインダクタンス（例えば数ｎＨ〜数十ｎＨ）しか得られなかった。
また、例えばコイル状のインダクタでは、配線の巻き数を増やせばインダクタンスを大きくすることができるが、配線長が長くなるため電気抵抗が増大し、電気的な特性が劣化してしまう。
このため、上記実装基板モジュールを、高いインダクタンスが必要となる用途、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ等に適用するのは難しかった。上記従来技術に関する文献としては、特許文献１、２がある。
特開２００２−２４６５７号公報 特開２００３−８６６９０号公報 In recent years, semiconductor devices in which passive elements such as inductors (inductive elements) are integrated on a semiconductor substrate are used for the purpose of cost reduction and chip component reduction.
However, in a board module in which a conventional semiconductor device is mounted on a circuit board, high inductance can be obtained if a large inductor is used, but a large inductor cannot be used because the board size is small. For this reason, only low inductance (for example, several nH to several tens of nH) was obtained.
For example, in the case of a coil-shaped inductor, the inductance can be increased by increasing the number of turns of the wiring. However, since the wiring length is increased, the electrical resistance is increased and the electrical characteristics are deteriorated.
For this reason, it has been difficult to apply the mounting board module to applications that require high inductance, such as a DC-DC converter. There are Patent Documents 1 and 2 as documents related to the above prior art.
JP 2002-24657 A JP 2003-86690 A

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れたインダクタンスを得ることができる実装基板モジュール、その製造方法、および半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mounting board module, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device capable of obtaining excellent inductance.

本発明に係る実装基板モジュールの製造方法は、一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と回路基板とがバンプを介して接続された実装基板モジュールの製造方法であって、前記インダクタは、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、前記半導体基板のインダクタに相当する位置に、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体を配置する工程と、前記磁性体を挟み込むように前記半導体基板と回路基板とを向かい合わせ、前記バンプを介して電気的に接続する工程と、を含み、前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの最内周より内側の中央領域を覆うように配置する実装基板モジュールの製造方法である。
本発明に係る実装基板モジュールの製造方法は、一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と回路基板とがバンプを介して接続された実装基板モジュールの製造方法であって、前記インダクタは、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、前記回路基板の一方の面に、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体を配置する工程と、前記磁性体がインダクタに相当する位置に配置されるように前記回路基板と半導体基板とを向かい合わせ、前記バンプを介して電気的に接続する工程と、を含み、前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの最内周より内側の中央領域を覆うように配置する実装基板モジュールの製造方法である。
前記磁性体は、バンプの高さとほぼ同じ厚みを有することが好ましい。
前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの全体を覆うように配置することができる。 A manufacturing method of a mounting board module according to the present invention is a manufacturing method of a mounting board module in which a semiconductor substrate provided with an inductor on one surface and a circuit board are connected via bumps, the inductor being a plane A step of arranging a plate-like magnetic body made separately from the semiconductor substrate and the circuit board at a position corresponding to the inductor of the semiconductor substrate , the conductive portion formed in a spiral shape, and sandwiching the magnetic body The semiconductor substrate and the circuit board face each other and electrically connected via the bumps, the magnetic body covering at least a central region inside the innermost circumference of the inductor It is a manufacturing method of the mounting substrate module to arrange .
A manufacturing method of a mounting board module according to the present invention is a manufacturing method of a mounting board module in which a semiconductor substrate provided with an inductor on one surface and a circuit board are connected via bumps, the inductor being a plane A step of arranging a plate-like magnetic body made separately from the semiconductor substrate and the circuit board on one surface of the circuit board , the conductive body being formed in a conductive spiral shape; and the magnetic body corresponds to an inductor The circuit board and the semiconductor substrate are arranged to face each other and electrically connected via the bumps, and the magnetic body is at least inside the innermost circumference of the inductor. It is a manufacturing method of the mounting substrate module arrange | positioned so that a center area | region may be covered .
The magnetic body preferably has a thickness substantially the same as the height of the bump.
The magnetic body can be disposed so as to cover at least the entire inductor.

本発明の実装基板モジュールは、一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と回路基板とがバンプを介して接続された実装基板モジュールにおいて、前記インダクタは、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、前記半導体基板のインダクタと回路基板との間に、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体が配置され、前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの最内周より内側の中央領域を覆うように配置されている実装基板モジュールである。
前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの全体を覆うように配置することができる。
前記磁性体は、バンプの高さとほぼ同じ厚みを有することが好ましい。 The mounting board module of the present invention is a mounting board module in which a semiconductor substrate having an inductor provided on one surface and a circuit board are connected via bumps, wherein the inductor is a conductive portion formed in a spiral shape in a plan view. made, the between the semiconductor substrate of the inductor and the circuit board, wherein the semiconductor substrate and the circuit board was separately prepared plate-like magnetic bodies are disposed, the magnetic body, inside the innermost of at least the inductor It is the mounting substrate module arrange | positioned so that the center area | region may be covered .
The magnetic body can be disposed so as to cover at least the entire inductor.
The magnetic body preferably has a thickness substantially the same as the height of the bump.

本発明の半導体装置は、一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と、前記インダクタの上に設けられた、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体を備え、前記インダクタが、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの全体を覆うように配置されている半導体装置である。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate provided with an inductor on one surface, and a plate-like magnetic body provided on the inductor and manufactured separately from the semiconductor substrate and the circuit board. However, it is a semiconductor device which consists of a conductive part formed in a spiral shape in plan view, and the magnetic body is arranged so as to cover at least the whole of the inductor .

本発明によれば、半導体基板のインダクタと回路基板との間に、板状の磁性体を配置するので、メッキ法などにより磁性体の膜を形成する場合に比べて、十分な厚みをもつ磁性体を、容易な操作で設けることができる。
このため、容易にインダクタのインダクタンスを向上させることができる。
従って、高いインダクタンスが要求されるＤＣ−ＤＣコンバータ等に適用した場合においても、十分なインダクタンスが得られる。
さらには、磁性体を有する実装基板モジュールが容易な操作で得られるため、製造コストの点でも有利である。 According to the present invention, since a plate-like magnetic body is disposed between the inductor of the semiconductor substrate and the circuit board, a magnetic film having a sufficient thickness compared with the case where the magnetic film is formed by plating or the like. The body can be provided with an easy operation.
For this reason, the inductance of the inductor can be easily improved.
Therefore, even when applied to a DC-DC converter or the like that requires high inductance, sufficient inductance can be obtained.
Furthermore, since a mounting board module having a magnetic material can be obtained by an easy operation, it is advantageous in terms of manufacturing cost.

図１は、本発明に係る実装基板モジュールの一例の概略構成を示す側面図、図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図、図２（ｂ）は要部拡大図である。
ここに示す実装基板モジュールは、回路基板１と半導体基板２とがバンプ３を介して接続されている。
回路基板１は、基材の表面に、回路パターンをなす配線（導電部）が形成されたものである。
半導体基板２としては、シリコンウェハ等の半導体ウェハを挙げることができる。 1 is a side view showing a schematic configuration of an example of a mounting board module according to the present invention, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. It is.
In the mounting substrate module shown here, a circuit board 1 and a semiconductor substrate 2 are connected via bumps 3.
The circuit board 1 has a wiring (conductive portion) forming a circuit pattern formed on the surface of a base material.
An example of the semiconductor substrate 2 is a semiconductor wafer such as a silicon wafer.

図２に示すように、半導体基板２の表面には、導電部７が形成されている。
導電部７は、平面視螺旋状のスパイラルコイルであるインダクタ４と、インダクタ４の両端部４ａ、４ｂから延びる配線部６を有する。
インダクタ４は、半導体基板２の表面に対し交差する方向（例えば半導体基板２の表面に垂直な方向）の磁束を発生するものであればよく、その形状は平面視螺旋状に限らず、任意とすることができる。 As shown in FIG. 2, a conductive portion 7 is formed on the surface of the semiconductor substrate 2.
The conductive portion 7 includes an inductor 4 that is a spiral coil in a plan view, and a wiring portion 6 that extends from both ends 4 a and 4 b of the inductor 4.
The inductor 4 only needs to generate a magnetic flux in a direction intersecting with the surface of the semiconductor substrate 2 (for example, a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2). can do.

導電部７の材料としては、例えばＣｕ、Ａｕが用いられ、その厚さは、例えば１〜３０μｍである。導電部７は、例えば、電解銅メッキ法等のメッキ法、スパッタリング法、蒸着法により形成することができる。
導電部７の表面には、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなる封止層を設けることができる。封止層の厚みは例えば１０〜１５０μｍとすることができる。 For example, Cu or Au is used as the material of the conductive portion 7, and the thickness thereof is, for example, 1 to 30 μm. The conductive portion 7 can be formed by, for example, a plating method such as an electrolytic copper plating method, a sputtering method, or a vapor deposition method.
A sealing layer made of, for example, polyimide resin, epoxy resin, silicone resin, or the like can be provided on the surface of the conductive portion 7. The thickness of the sealing layer can be set to 10 to 150 μm, for example.

バンプ３としては、共晶タイプ、鉛フリータイプなどのはんだが好適である。   As the bump 3, a eutectic type or lead-free type solder is suitable.

インダクタ４と回路基板１との間には、板状の磁性体５が配置されている。磁性体５は、フェライト、パーマロイ等の磁性材料からなるものである。
磁性体５の厚さは、バンプ３の高さ以下とするのが好ましく、バンプ３の高さとほぼ同じであることがさらに好ましい。バンプ３の高さとほぼ同じにすることによって、磁性体５とインダクタ４との距離を小さくし、インダクタンスを向上させることができる。
磁性体５の厚さは、具体的には、５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上が好適である。また、この厚さは３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下が好適である。最も好ましい範囲は１００〜２００μｍである。 A plate-like magnetic body 5 is disposed between the inductor 4 and the circuit board 1. The magnetic body 5 is made of a magnetic material such as ferrite or permalloy.
The thickness of the magnetic body 5 is preferably equal to or less than the height of the bump 3, and more preferably substantially the same as the height of the bump 3. By making it substantially the same as the height of the bump 3, the distance between the magnetic body 5 and the inductor 4 can be reduced and the inductance can be improved.
Specifically, the thickness of the magnetic body 5 is 50 μm or more, preferably 100 μm or more. Further, this thickness is 300 μm or less, preferably 200 μm or less. The most preferable range is 100 to 200 μm.

磁性体５は、少なくともインダクタ４を覆うように形成するのが好ましい。図示例では、磁性体５は、インダクタ４の全体を覆う大きさの矩形状に形成されている。
インダクタ４で発生した磁束は、インダクタ４から出て再びインダクタ４に戻る磁路を形成し、磁束の一部は磁性体５の内部を通る。磁性体５は空気に比べ透磁率が高いため、インダクタ４で得られるインダクタンスは、この透磁率に応じて大きくなる。
なお、磁性体５は、少なくともインダクタ４の最内周より内側の中央領域を覆うように形成した場合でも、インダクタンスを高める効果を得ることができる。 The magnetic body 5 is preferably formed so as to cover at least the inductor 4. In the illustrated example, the magnetic body 5 is formed in a rectangular shape having a size covering the entire inductor 4.
The magnetic flux generated in the inductor 4 forms a magnetic path that exits the inductor 4 and returns to the inductor 4, and a part of the magnetic flux passes through the inside of the magnetic body 5. Since the magnetic body 5 has a higher magnetic permeability than air, the inductance obtained by the inductor 4 increases in accordance with the magnetic permeability.
Even when the magnetic body 5 is formed so as to cover at least the central region inside the innermost circumference of the inductor 4, an effect of increasing the inductance can be obtained.

次に、本発明に係る実装基板モジュールの製造方法の第１の例について説明する。
図３に示すように、半導体基板２の上面側に、メッキ法などにより、インダクタ４を有する導電部７を形成する。導電部７の上には、必要に応じてポリイミド樹脂などからなる封止層を形成する。
次いで、半導体基板２の上面のインダクタ４に相当する位置に、板状の磁性体５を配置する。
磁性体５は、フェライトやパーマロイからなる板材を所望の大きさおよび形状にすることによって製造することができる。磁性体５は、接着剤等を用いて半導体基板２に固定するのが好ましいが、半導体基板２に対し非接着とすることもできる。
このようにして、インダクタ４の上に磁性体５が設けられた半導体装置が得られる。図４は、この半導体装置の平面図である。 Next, a first example of a method for manufacturing a mounting board module according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 3, a conductive portion 7 having an inductor 4 is formed on the upper surface side of the semiconductor substrate 2 by plating or the like. A sealing layer made of polyimide resin or the like is formed on the conductive portion 7 as necessary.
Next, a plate-like magnetic body 5 is disposed at a position corresponding to the inductor 4 on the upper surface of the semiconductor substrate 2.
The magnetic body 5 can be manufactured by making a plate material made of ferrite or permalloy into a desired size and shape. The magnetic body 5 is preferably fixed to the semiconductor substrate 2 using an adhesive or the like, but may be non-adhered to the semiconductor substrate 2.
In this way, a semiconductor device in which the magnetic body 5 is provided on the inductor 4 is obtained. FIG. 4 is a plan view of this semiconductor device.

この製造方法では、別途作製した板状の磁性体５を半導体基板２上に配置するので、メッキ法などにより磁性体の膜を形成する方法に比べて、十分な厚みをもつ磁性体５を、容易な操作で設けることができる。
従って、容易にインダクタ４のインダクタンスを向上させることができる。
さらには、磁性体５を有する実装基板モジュールが容易な操作で得られるため、製造コストの点でも有利である。 In this manufacturing method, since the separately produced plate-like magnetic body 5 is disposed on the semiconductor substrate 2, the magnetic body 5 having a sufficient thickness compared to a method of forming a magnetic film by plating or the like, It can be provided by an easy operation.
Therefore, the inductance of the inductor 4 can be easily improved.
Furthermore, since the mounting board module having the magnetic body 5 can be obtained by an easy operation, it is advantageous in terms of manufacturing cost.

次いで、図５に示すように、半導体基板２と回路基板１とを、磁性体５を挟み込むように向かい合わせる。
バンプ３によって半導体基板２と回路基板１とを電気的に接続することによって、図１に示す実装基板モジュールが得られる。 Next, as shown in FIG. 5, the semiconductor substrate 2 and the circuit board 1 face each other so as to sandwich the magnetic body 5.
The semiconductor substrate 2 and the circuit board 1 are electrically connected by the bumps 3 to obtain the mounting board module shown in FIG.

次に、実装基板モジュールの製造方法の第２の例を説明する。
図６に示すように、回路基板１の上面に、別途作製した磁性体５を配置する。磁性体５は、接着剤等を用いて回路基板１に固定するのが好ましいが、回路基板１に対し非接着とすることもできる。
次いで、図７に示すように、磁性体５がインダクタ４に相当する位置に配置されるように、回路基板１と半導体基板２とを向かい合わせる。
バンプ３によって半導体基板２と回路基板１とを電気的に接続することによって、図１に示す実装基板モジュールが得られる。 Next, a second example of the method for manufacturing the mounting board module will be described.
As shown in FIG. 6, a separately prepared magnetic body 5 is disposed on the upper surface of the circuit board 1. The magnetic body 5 is preferably fixed to the circuit board 1 using an adhesive or the like, but may be non-adhered to the circuit board 1.
Next, as shown in FIG. 7, the circuit board 1 and the semiconductor substrate 2 face each other so that the magnetic body 5 is disposed at a position corresponding to the inductor 4.
The semiconductor substrate 2 and the circuit board 1 are electrically connected by the bumps 3 to obtain the mounting board module shown in FIG.

本発明は、例えばインダクタがアンテナコイルとして機能する非接触ＩＣタグ用の実装基板モジュールなど、インダクタを有する各種実装基板モジュールに適用できる。   The present invention can be applied to various mounting board modules having an inductor, such as a mounting board module for a non-contact IC tag in which the inductor functions as an antenna coil.

本発明の実装基板モジュールの一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the mounting substrate module of this invention. （ａ）は図１に示す実装基板モジュールにおけるＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｂ）はこの実装基板モジュールの要部拡大図である。(A) is sectional drawing which follows the AA line in the mounting substrate module shown in FIG. 1, (b) is a principal part enlarged view of this mounting substrate module. 図１に示す実装基板モジュールを製造する方法の第１の例を示す工程図である。It is process drawing which shows the 1st example of the method of manufacturing the mounting substrate module shown in FIG. 前図に続く工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the process following a previous figure. 前図に続く工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the process following a previous figure. 図１に示す実装基板モジュールを製造する方法の第２の例を示す工程図である。It is process drawing which shows the 2nd example of the method of manufacturing the mounting substrate module shown in FIG. 前図に続く工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the process following a previous figure.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・回路基板、２…半導体基板、３…バンプ、４…インダクタ、５…磁性体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Circuit board, 2 ... Semiconductor substrate, 3 ... Bump, 4 ... Inductor, 5 ... Magnetic body.

Claims (8)

一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と回路基板とがバンプを介して接続された実装基板モジュールの製造方法であって、
前記インダクタは、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、
前記半導体基板のインダクタに相当する位置に、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体を配置する工程と、
前記磁性体を挟み込むように前記半導体基板と回路基板とを向かい合わせ、前記バンプを介して電気的に接続する工程と、を含み、
前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの最内周より内側の中央領域を覆うように配置することを特徴とする実装基板モジュールの製造方法。 A method of manufacturing a mounting substrate module in which a semiconductor substrate provided with an inductor on one surface and a circuit board are connected via bumps,
The inductor comprises a conductive part formed in a spiral shape in plan view,
A step of disposing a plate-like magnetic body prepared separately from the semiconductor substrate and the circuit board at a position corresponding to the inductor of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate and the circuit board face each other so as to sandwich the magnetic body, and electrically connected via the bumps,
The method of manufacturing a mounting board module, wherein the magnetic body is disposed so as to cover at least a central region inside the innermost circumference of the inductor . 一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と回路基板とがバンプを介して接続された実装基板モジュールの製造方法であって、
前記インダクタは、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、
前記回路基板の一方の面に、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体を配置する工程と、
前記磁性体がインダクタに相当する位置に配置されるように前記回路基板と半導体基板とを向かい合わせ、前記バンプを介して電気的に接続する工程と、を含み、
前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの最内周より内側の中央領域を覆うように配置することを特徴とする実装基板モジュールの製造方法。 A method of manufacturing a mounting substrate module in which a semiconductor substrate provided with an inductor on one surface and a circuit board are connected via bumps,
The inductor comprises a conductive part formed in a spiral shape in plan view,
Placing a plate-like magnetic body prepared separately from the semiconductor substrate and the circuit board on one surface of the circuit board;
The circuit board and the semiconductor substrate face each other so that the magnetic body is disposed at a position corresponding to an inductor, and electrically connected via the bumps,
The method of manufacturing a mounting board module, wherein the magnetic body is disposed so as to cover at least a central region inside the innermost circumference of the inductor . 前記磁性体は、バンプの高さとほぼ同じ厚みを有することを特徴とする請求項１または２記載の実装基板モジュールの製造方法。   3. The method of manufacturing a mounting board module according to claim 1, wherein the magnetic body has a thickness substantially equal to a height of the bump. 前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの全体を覆うように配置することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の実装基板モジュールの製造方法。  The method of manufacturing a mounting board module according to claim 1, wherein the magnetic body is disposed so as to cover at least the whole of the inductor. 一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と回路基板とがバンプを介して接続された実装基板モジュールにおいて、
前記インダクタは、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、
前記半導体基板のインダクタと回路基板との間に、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体が配置され、
前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの最内周より内側の中央領域を覆うように配置されていることを特徴とする実装基板モジュール。 In a mounting board module in which a semiconductor substrate provided with an inductor on one surface and a circuit board are connected via bumps,
The inductor comprises a conductive part formed in a spiral shape in plan view,
Between the inductor and the circuit board of the semiconductor substrate, a plate-like magnetic body prepared separately from the semiconductor substrate and the circuit board is disposed,
The mounting substrate module, wherein the magnetic body is disposed so as to cover at least a central region inside the innermost circumference of the inductor. 前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの全体を覆うように配置されていることを特徴とする請求項５記載の実装基板モジュール。  The mounting substrate module according to claim 5, wherein the magnetic body is disposed so as to cover at least the whole of the inductor. 前記磁性体は、バンプの高さとほぼ同じ厚みを有することを特徴とする請求項５または６記載の実装基板モジュール。   The mounting substrate module according to claim 5, wherein the magnetic body has a thickness substantially equal to a height of the bump. 一方の面にインダクタが設けられた半導体基板と、前記インダクタの上に設けられた、前記半導体基板および回路基板とは別に作製した板状の磁性体を備え、
前記インダクタが、平面視螺旋状に形成された導電部からなり、
前記磁性体は、少なくとも前記インダクタの全体を覆うように配置されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate provided with an inductor on one side, and a plate-like magnetic body prepared on the inductor, separately from the semiconductor substrate and the circuit board,
The inductor comprises a conductive part formed in a spiral shape in plan view,
The semiconductor device , wherein the magnetic body is disposed so as to cover at least the entire inductor .
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