JP5044189B2 - 複合型半導体装置の製造方法、及び複合型半導体装置 - Google Patents
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Description
これに対し、POPは半完成の半導体パッケージから製造されるため、品質検査により良品と判明しているもの同士の組合せを選択することが可能であり、完成品の歩留まりを低下させることがない。また、POPは最終実装工程で完成させられるので、機器生産者が製品の都合に合わせた性能を発揮する半導体装置の組合せを自ら選択できるという、出来合いの半導体装置には無いメリットがある。
ところで、QFP(Quad Flatpack Package)などの周辺端子型半導体パッケージ同士の組合せによるPOPは、周辺端子の長さを一方の半導体パッケージの位置に揃えることでマザーボードに実装が可能となる。これに対し、BGA(Ball Grid Array)などの格子端子型半導体パッケージ同士の組合せでは、下面に配列する端子が半導体パッケージの接合を邪魔する上、上部半導体パッケージとマザーボードとの導通路を確保することが困難となる問題がある。
このため、下部半導体パッケージの主部のサイズを上下の半導体パッケージの基板(インターポーザー)のサイズよりも小さくし、下部半導体パッケージの主部の外周に上下の基板を導通させる導通材で両半導体パッケージを結合する構造からなるPOP型半導体パッケージが実用化されている。(例えば、特許文献1〜5参照)
このPOP方式による半導体装置において、より実装密度を上げるため、BGA等に代表される積層時下部に位置する半導体パッケージのチップ積層数が増加する傾向にある。
積層数の増加によりチップを保護するための樹脂モールド(熱硬化性ポリマー成形体)の高さが高くなり、その高さ以上の基板間距離を保つ必要があり、その方法としては、a)下部の半導体パッケージの厚みに合わせて上下の半導体パッケージ間の接続端子距離を高くするために、接続端子を大きくする。b)チップ薄型化・高密度化などにより、下部の半導体パッケージのモールド高さを低く抑える等が挙げられる。
しかしながら、多ピン化により接続端子のピッチを狭くする必要がある現況下で接続端子を大きくすると隣接する接続端子同士の短絡が発生する。また、チップ及び基板の薄型化は大幅なコスト高を招く。
そこで、接続端子距離の高さと狭ピッチとを同時に満足させ得る、低コストでかつ信頼性の高い接続方法が求められていた。
すなわち、本発明の要旨は、
1.複数の半導体パッケージが積層して形成される複合型半導体装置の該半導体パッケージ間に配設する複合型半導体装置用スペーサーシートであって、一方の半導体パッケージの基板に対し接着可能であり、かつ該一方の半導体パッケージと他方の半導体パッケージとの間を接続配線するために該基板上に形成された電極に対応する配列の貫通孔、及び該基板上に搭載される該一方の半導体パッケージの主部又は該基板に対向する該他方の半導体パッケージの主部に対応する空隙部を有することを特徴とする複合型半導体装置用スペーサーシート、
2.スペーサーシートの貫通孔がすり鉢形状である上記1に記載の複合型半導体装置用スペーサーシート、
3.上記1又は2に記載の複合型半導体装置用スペーサーシートに用いられるシート材、
4.複数の半導体パッケージが積層して形成される複合型半導体装置に用いられる半導体パッケージであって、該半導体パッケージの主部、該主部を搭載し該主部より面積の広い基板、他の半導体パッケージに接続配線する側の該基板面に設けられた電極、該電極に対応する配列の貫通孔を有し該基板の他の半導体パッケージに接続配線する側の該基板面に接着されたスペーサーシート、及び該貫通孔に嵌入した状態で該電極上に設けられた接続端子を有してなる、複合型半導体装置に用いられる半導体パッケージ、
5.複数の半導体パッケージが積層して形成される複合型半導体装置の製造方法であって、
一方の半導体パッケージの基板の電極であり、他方の半導体パッケージと導通させるための電極に接続端子を形成する工程と、
該基板に接着可能なシート材に、該電極に対応する配列で貫通孔、及び該基板上に搭載される該一方の半導体パッケージの主部又は該基板に対向する該他方の半導体パッケージの主部に対応する空隙部を穿設してスペーサーシートとする工程と、
該スペーサーシートを該基板に対面させ、該スペーサーシートの各貫通孔及び空隙部を、該電極の位置及び該基板上に搭載される該一方の半導体パッケージの主部又は該基板に対向する該他方の半導体パッケージの主部の位置に一致させて、該スペーサーシートを該基板に貼着する工程と、
該他方の半導体パッケージの基板の電極に接続端子を形成する工程と、
該一方の半導体パッケージの基板の接続端子と該他方の半導体パッケージの基板の接続端子とを融着する工程と
を含む複合型半導体装置の製造方法、
6.貫通孔をすり鉢形状に穿設する上記5に記載の方法、及び
7.上記5又は6に記載の方法により製造されてなる複合型半導体装置、である。
図1において、従来のPOP型の複合型半導体装置1は、実装密度の低い下部半導体パッケージ11の上に配線接続部14を介して上部半導体パッケージ12を積層している。下部半導体パッケージ11の実装密度が低いので、その主部116の高さは低く、下部半導体パッケージ11のインターポーザーである基板111と上部半導体パッケージ12のインターポーザーである基板121との間隔は狭く、配線接続部14のピッチも広いので、配線接続部14として通常のはんだボール1つが用いられ、配線接続部14は略球状である。
これに対し、図2に示すように、本発明のPOP型の複合型半導体装置10は、実装密度の高い下部半導体パッケージ13の上に縦長の回転体形状、特に縦長の紡錘形状又は長円体形状の配線接続部15を介して上部半導体パッケージ12を積層している。上部半導体パッケージ12は、半導体チップaa123、半導体チップab124、ボンド・ワイヤ125、インターポーザーである基板121及びそれに配設されている電極122ならびにそれらを封止している熱硬化性ポリマー成形体からなる主部126、とからなる。下部半導体パッケージ13は、半導体チップba133、半導体チップbb134、ボンド・ワイヤ135、インターポーザーである基板131及びそれに配設されている電極132ならびにそれらを封止している熱硬化性ポリマー成形体からなる主部136、とからなる。ここで、配線接続部15が縦長の回転体形状であることにより、上部半導体パッケージ12のインターポーザーである基板121と下部半導体パッケージ13のインターポーザーである基板131との間隔が長くなっても接続配線が可能となり、隣接する配線接続部15のピッチが狭くても短絡が発生することはない。この配線接続部15が縦長の回転体形状になるようにはんだボールを成形しているのが、スペーサーシート100であり、図2では、接着剤層101及び基材層102とからなる。
また、図3は、本発明の別のPOP型の複合型半導体装置10の例であり、スペーサーシート100は上部半導体パッケージ12のインターポーザーである基板121に貼着されている点が異なるが、配線接続部15が縦長の回転体形状であることにより、図2の場合と同様の効果を奏する。
図4は、本発明のスペーサーシート100の典型的な層構成である接着剤層101及び基材層102のシート材からなる2層構造の例を示す。スペーサーシート100は好ましくは一群のすり鉢形状の貫通孔103を有しており、貫通孔103の上側の貫通孔最大径Aは100〜500μmであることが好ましく、下側の貫通孔最小径Bは100〜500μmであることが好ましく、AとBの比(A/B)は1〜2であることが好ましい。この貫通孔103のピッチCは使用される半導体パッケージの電極構成に、スペーサーシート100の厚さDは使用される半導体パッケージの厚さに、それぞれ依存するが、Cとして30〜2000μmが好ましく、Dとして50〜500μmが好ましい。
後述する図9−aに示すように、貫通孔最大径Aが基板とは反対側に、貫通孔最小径Bが基板側に、配置されることが好ましい。このような配置とすれば、後述する接続端子141と142が溶融形成した配線接続部15に括れができないため、複合型半導体装置の耐衝撃性が向上する。
貫通孔103を穿設する手段は、レーザー加工、ドリル加工、パンチング(打ち抜き)加工等が挙げられる。これらの内、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー等を用いたレーザー加工が高精度の貫通孔103を穿設するために好ましい。
なお、剥離フィルム104は、本発明のスペーサーシート100を基板121又は131に貼着する直前に剥離除去するものであり、必要に応じ、基材層102の表面にさらに設けてもよい。特に、スペーサーシート100に用いられるシート材が接着剤層101のみの1層の場合は、接着剤層101の表面保護のためにその両面に剥離フィルム104を配設しておくことが望ましい。
(メタ)アクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル等のアクリル酸アルキルエステルや、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル等のメタクリル酸アルキルエステルが用いられる。
共重合性のモノマーとしては、例えば官能基を有しないモノマーとして、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ビニルエーテル、スチレン、アクリロニトリルが好適に用いられる。
また、官能基を有する共重合性のモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有モノマー、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、N−メチロールアクリルアミド、アリルアルコール等のヒドロキシル基含有モノマー、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等の3級アミノ基含有モノマー、アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−オクチルアクリルアミド等のN−置換アミド基含有モノマー、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基含有モノマーが好適に用いられる。
(メタ)アクリル樹脂組成物に用いられる架橋剤としては、イソシアナート系、エポキシ系、金属キレート化合物系、アミン化合物系、ヒドラジン化合物系、アルデヒド化合物系、金属アルコキシド系、金属塩系等が挙げられ、中でもイソシアナート系、エポキシ系が好ましい。
エポキシ樹脂は、単独では非感圧接着性であり、またオキシラン環の反応性により熱硬化性である。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が好ましく、通常、ジシアンジアミド等の硬化剤及び2−フェニル−4,5−ヒドロキシメチルイミダゾール等の硬化促進剤を添加し、熱硬化性樹脂組成物として用いられる。
また、本発明に用いる接着剤層101として、熱硬化型感圧性接着剤を使用することができる。熱硬化型感圧性接着剤は、通常、感圧性接着剤と熱硬化性接着剤とを配合することにより得られる。例えば、前述した(メタ)アクリル樹脂組成物とエポキシ樹脂との配合物が好ましい。
また、接着剤層101を製膜する際のキャリアフィルムをそのまま積層し、これを剥離フィルムとして流用してもよい。
図7では、貫通孔103は、2列に配列しているが、1列又は3列以上に配列してもよい。この貫通孔を穿設したスペーサーシート100に、さらに半導体パッケージの主部のパターンの抜き加工を施し、空隙部105を穿設する。パターンの抜き加工は、上部又は下部半導体パッケージの主部126又は136の形状に合わせてパンチング(打ち抜き)加工等で打ち抜くものであり、外周Emm×Fmm及び内周(空隙部105の外周)Gmm×Hmmとして、通常、E及びFは5〜50mm、G及びHは3〜48mmであり、略正方形が多い。
(1)接着剤層101と基材層102とを具備するスペーサーシート100を、下部半導体パッケージ13の基板131の電極132に対応する配列で貫通孔103を穿設し、かつ下部半導体パッケージの主部に対応する空隙部105を穿設する工程については、上記の通りである。
(2)別途、下部半導体パッケージ13の基板131の電極132に接続端子142を形成する工程において、まず、電極132にスクリーン印刷法でフラックス塗布後、はんだボールを設置し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)に投入して電極132上にはんだボールを融着し、ボール状の接続端子(バンプ)142を形成する。
(3)また、上部半導体パッケージ12の基板121の電極122に接続端子141を形成する工程においても、(2)と同様にボール状の接続端子(バンプ)141を形成する。接続端子141を形成した上部半導体パッケージ12を、図9−aに示す。
(4)上記の工程(1)及び(2)の終了後、スペーサーシート100の接着剤層101面を下部半導体パッケージ13の基板131に貼着する工程を行なう。ここで、スペーサーシート100を基板131に対面させ、スペーサーシート100の各貫通孔103及び空隙部105を、電極132の位置及び基板131上に搭載される下部半導体パッケージ13の主部136の位置に一致させて、貫通孔103に基板131の接続端子142を嵌め込み、スペーサーシート100を基板131に貼着する。
この貼着工程において、図8に示すスペーサーシート100を多数配列したシートを、同じく下部半導体パッケージ13を多数配列したものに一体的に貼着した後、ダイシングにより、個々の半導体パッケージ13に切り離すことが生産性向上の観点から好ましい。
(5)最後に、工程(3)で得た上部半導体パッケージ12の基板121の接続端子141にスクリーン印刷法でフラックス塗布後,この接続端子141を工程(4)で得た下部半導体パッケージ13の基板131の接続端子142の上部へずれないように積載し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)へ投入して接続端子141と接続端子142とを融着し、配線接続部15を形成する。
配線接続部15を形成する際、スペーサーシート100が存在しない場合は、接続端子141と142は溶融一体化するが、表面張力により球状化しようとする。このため、上下の半導体パッケージの間隔を大きくしにくい上、隣接する配線接続部同士が接触短絡してしまう危険が大きかった。スペーサーシート100の存在により、下部の半導体パッケージ13の接続端子142間の接触短絡を防止するだけではなく、上部半導体パッケージ12の溶融した接続端子141の変形が表面張力により貫通孔103の開口の大きさに抑制されるため、スペーサーシート100から露出する部分も無制限に広がることはなく、接続端子間で短絡することがなくなる。
このようにして、本発明の複合型半導体装置10はスペーサーシート100を用いることにより、接続端子距離の高さの確保と狭ピッチとを同時に満足させることができる。
上記工程(3)は、工程(1)、(2)及び(4)とは別個になされるものであり、これらの工程の前、後、中間、のいずれの時に実施してもよい。また、工程(2)も工程(1)の前、後、中間、のいずれの時に実施してもよい。従って、本発明の製造方法は、請求項3に記載した順番に限定されるものではない。
本発明の製造方法においては、接続端子141と接続端子142の大きさは同じであってもよいし、異なっていてもよい。図9−aでは、接続端子141が大きく、接続端子142が小さい例が示されているが、その逆でもよい。
例えば、スペーサーシート100を下部半導体パッケージ13の基板131の上面に貼付した複合型半導体装置について説明してきたが、図3に示すように、上部半導体パッケージ12の基板121の下面に接続端子141を嵌め込むように貼付した複合型半導体装置であってもよい。この場合、貼着工程では、スペーサーシート100を基板121に対面させ、スペーサーシート100の各貫通孔103及び空隙部105を、電極141の位置及び基板121に対向する下部半導体パッケージ13の主部136の位置に一致させて、貫通孔103に基板121の接続端子141を嵌め込み、スペーサーシート100を基板121に貼着する。
また、スペーサーシート100の貫通孔103に嵌め込まれない側の露出した接続端子の周囲はアンダーフィル材で充填されてもよい。このようにすれば、複合型半導体装置の強度が増し、耐衝撃性が向上する。
さらに、上記説明及び図面において、半導体パッケージの主部を、半導体チップを含んだ半導体パッケージのモールド部であるとして説明してきたが、図11に示すように、基板にフリップチップボンドされて形成されるチップ自身(フリップチップ21)が半導体パッケージの主部であってもよい。
また、上部半導体パッケージ12、下部半導体パッケージ13とも基板の上面側に主部が設けられた構成であるが、図12〜14に示すように、逆に基板の下面に主部が設けられたPOP構造であってもよい。図12は、上部半導体パッケージ12の主部126a及び126bが上下両面に配置され、下部半導体パッケージ13の主部が上面に配置された場合を示す。図13は、上部半導体パッケージ12の主部が下面に配置され、下部半導体パッケージ13の主部が上面に配置されて、半導体パッケージ同士が対面する場合を示す。さらに、図14は、上部半導体パッケージ12及び下部半導体パッケージ13の双方の主部が下面に配置された場合を示す。上記図12〜14に示すPOP構造の場合においても、基板間にスペーサーシート100が用いられる。このような場合、スペーサーシート100は下部半導体パッケージ13の基板131側に設けられても、上部半導体パッケージ12の基板121側に設けられてもよい。上部半導体パッケージ12の基板121の下面に主部が設けられる場合は、該主部の大きさはスペーサーシート100の空隙部105に嵌合する大きさとなるように設計される。
なお、電気的接続可否及び上下基板間隔は、下記の方法に従って測定した。
<電気的接続可否>
デジタルマルチメーター(日置電機(株)社製、3801ディジタルハイテスター)にて上下基板のプローブ間の導通確認を行った。
<上下基板間隔>
複合型半導体装置の断面研磨により、接続端子部の断面を出し、その後デジタル顕微鏡を用いて上下基板間の距離を測定した。
1.接着剤層
(1)接着剤層α:アクリル系感圧性接着剤
アクリル系接着主剤(東洋インキ製造(株)社製、オリバインBPS5375)100質量部に対し有機多価イソシアネート系架橋剤(日本ポリウレタン工業(株)社製:コロネートL)2質量部を配合した配合物を、片面に剥離処理を行ったポリエチレンテレフタレートフィルム(リンテック(株)社製、SP-PET3811、厚さ38μm)に塗布した後、90℃2分間乾燥して接着剤層αを得た。体積抵抗率は、2×1014Ω・cmであった。
(2)接着剤層β:シリコーン系感圧性接着剤
付加反応型シリコーン接着主剤(東レ・ダウ・コーニング(株)社製、SD4580)100質量部に対し白金触媒(東レ・ダウ・コーニング(株)社製、RX212)1質量部を配合した配合物を、片面に剥離処理を行ったポリエチレンテレフタレートフィルム(藤森工業(株)社製、フィルムバイナ38E-0010YC、厚さ38μm)に塗布した後、130℃2分間乾燥して接着剤層βを得た。体積抵抗率は、8×1015Ω・cmであった。
(3)接着剤層γ:熱可塑性接着剤
加熱接着性のポリイミド系樹脂(宇部興産(株)社製、UL27)を、片面に剥離処理を行ったポリエチレンテレフタレートフィルム(リンテック(株)社製,SP-PET38AL-5、厚さ38μm)に塗布した後、130℃2分間乾燥して接着剤層γを得た。体積抵抗率は、1×1015Ω・cmであった。
(4)接着剤層δ:熱硬化性接着剤
アクリル共重合体/液状エポキシ樹脂A/固形エポキシ樹脂B/固形エポキシ樹脂C/硬化剤/硬化促進剤/シランカップリング剤/ポリイソシアネート=20/30/40/10/1/1/0.6/0.5(単位:質量部)の配合物を、片面に剥離処理を行ったポリエチレンテレフタレートフィルム(リンテック(株)社製、SP−PET3811、厚さ38μm)に塗布した後、90℃2分間乾燥して接着剤層δを得た。体積抵抗率は、7×1013Ω・cmであった。
ここで、接着剤層δの配合物に用いた各材料は以下の通りである。
* アクリル共重合体:日本合成化学工業(株)社製、コーポニールN−2359−6
* 液状エポキシ樹脂A:アクリルゴム微粒子分散ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂((株)日本触媒社製、エポセットBPA328、エポキシ当量230)
* 固形エポキシ樹脂B:ビスフェノールA型固形エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)社製、エピコート1055、エポキシ当量875〜975)
* 固形エポキシ樹脂C:o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)社製、EOCN−104S、エポキシ当量213〜223)
* 硬化剤:ジシアンジアミド(旭電化工業(株)製、アデカハードナー3636AS)
* 硬化促進剤:2−フェニル−4,5−ヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業(株)社製、キュアゾール2PHZ)
* シランカップリング剤:三菱化学(株)社製、MKCシリケートMSEP2
* ポリイソシアネート:東洋インキ製造(株)製、オリバインBHS8515
基材層として、以下の材料を用いた。
(1)基材層α:ポリイミドフィルム(東レ・デュポン(株)社製、カプトン50EN)。体積抵抗率:1×1015Ω・cm。
(2)基材層β:ポリイミドフィルム(宇部興産(株)社製、ユーピレックスS−125)。体積抵抗率:1×1017Ω・cm。
剥離フィルムとして、以下の材料を用いた。
(1)剥離フィルムα:リンテック(株)社製、SP−PET3811、厚さ38μm。
(2)剥離フィルムβ:藤森工業(株)社製、フィルムバイナ38E−0010YC、厚さ38μm。
(3)剥離フィルムγ:リンテック(株)社製、SP−PET38AL−5、厚さ38μm。
4.はんだボール
接続端子用のはんだボールとして、以下の材料を用いた。
鉛フリーはんだ(錫−銀−銅):千住金属工業(株)製、エコソルダーボールM705、直径250μm、300μm、450μm。
5.下部BGA半導体パッケージ
下部BGA半導体パッケージとして、以下のパッケージを用いた。
サイズ:14×14mm、ランド数:152、ランドピッチ:0.65mm、ランド径:300μm、ランド端からパッケージ端までの長さ:350μm、サブストレイト厚さ:310μm、モールド高さ:約450μm。
6.上部BGA半導体パッケージ
上部BGA半導体パッケージとして、以下のパッケージを用いた。
サイズ:14×14mm、ランド数:152、ランドピッチ:0.65mm、ランド径:300μm、ランド端からパッケージ端までの長さ:350μm、サブストレイト厚さ:310μm、モールド高さ:約450μm。
a)基材層α(50μm)の片面に接着剤層δを乾燥後の厚みが40μmとなるように塗布した後、90℃、2分間乾燥した。その後、接着剤層の露出面に剥離フィルムαを貼り合わせ、基材層α/接着剤層δ/剥離フィルムαが積層されたシートを作成した。
さらに、別の基材層αの片面に接着剤層δを乾燥後の厚みが40μmとなるように塗布し、90℃、2分間乾燥した後、乾燥直後の接着剤層露出面に上記シートの基材層面を貼り合わせスペーサーシート用のシート材[A]を得た。シート材[A]は、図6のように下記5層構造であり、厚さは剥離フィルムαを除き180μmであった。
層構成:基材層α(50μm)/接着剤層δ(40μm)/基材層α(50μm)/接着剤層δ(40μm)/剥離フィルムα(38μm)
b)次に、シート材[A]に炭酸ガスレーザー照射機(住友機械工業(株)製、Lavia1000TW)を用いて基板の電極に対応する配列で接続端子を通すための貫通孔を穿設した。なお、この貫通孔は図6に示すようにすり鉢状(貫通孔最大径380μm、貫通孔最小径310μm)の形状であった。この貫通孔の穿設により、図7に示すスペーサーシートが得られた。
c)その後、抜き加工により外周と空隙部のパターン(外周14×14mm、空隙部(内周)11×11mm)を穿設して、図8に示すスペーサーシート[A]を得た。
d)別途、下部BGA半導体パッケージの基板上面に形成された電極へスクリーン印刷法でフラックス塗布後、鉛フリーはんだ(直径250μm)を設置し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)へ投入、パッケージの電極上に接続端子を形成した。
e)上記d)で作成したパッケージ上部へ、予めc)で作成したスペーサーシート[A]からの剥離フィルムを剥離して、下部BGA半導体パッケージの基板に対面させ、スペーサーシート[A]の各貫通孔及び空隙部を、電極の位置及び基板上に搭載される下部半導体パッケージの主部の位置に一致させて嵌め込み貼着した(大成ラミネーター(株)社製、ファーストラミネーターUA−400III、条件:圧力0.3MPa、スピード:0.1m/min、温度23℃)。
f)次に、e)の接着剤層を硬化させるため、160℃、1時間乾燥機へ投入した。
g)また、別途、f)の上部へ実装するべき上部BGA半導体パッケージの基板下面に形成された電極にスクリーン印刷法でフラックス塗布後、鉛フリーはんだ(直径450μm)を設置し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)へ投入した。
h)g)で形成された接続端子に、スクリーン印刷法でフラックス塗布後,g)の上部BGA半導体パッケージをd)のスペーサーシート付き下部BGA半導体パッケージの上部に積載し、IRリフロー(千住金属工業(株)製、最大温度260℃)へ投入し、上部BGA半導体パッケージと下部BGA半導体パッケージとを接続し、外部電極用の接続端子が形成される前の状態の複合型半導体装置を得た。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
実施例1における上部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例1の直径450μmから直径300μmに変更し、下部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例1の直径250μmから直径450μmに変更した。また、e)の前にg)を予め行い、その後、e)において、スペーサーシート[A]の各貫通孔及び空隙部を上部BGA半導体パッケージの基板に対面させ、該基板の電極の位置及び下部半導体パッケージの主部の位置に一致させて、該各貫通孔を上部BGA半導体パッケージの基板の接続端子に嵌め込み貼着した以外は実施例1と同様に実施した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
基材層βの片面に接着剤層βを乾燥後の厚みが55μmとなるように塗布した後、130℃、3分間乾燥した。その後、接着剤層の露出面に剥離フィルムβを貼り合わせ、層構成が、図5のように基材層β(125μm)/接着剤層β(55μm)/剥離フィルムβ(38μm)であるシート材[B](厚さは剥離フィルムβを除き180μm)を作成した。それ以降の工程は実施例1と同様とした。ただし実施例1のf)工程は除いた。シート材[B]からスペーサーシート[B]を作成した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
実施例3における上部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例3の直径450μmから直径300μmに変更し、下部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例3の直径250μmから直径450μmに変更した。また、e)の前にg)を予め行い、その後、e)において、スペーサーシート[B]の各貫通孔及び空隙部を上部BGA半導体パッケージの基板に対面させ、該基板の電極の位置及び下部半導体パッケージの主部の位置に一致させて、該各貫通孔を上部BGA半導体パッケージの基板の接続端子に嵌め込み貼着した以外は実施例3と同様に実施した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
剥離フィルムα(38μm)の片面に接着剤層δ(熱硬化性接着剤)を乾燥後の厚みが90μmとなるように塗布した後、90℃、3分間、乾燥し、剥離フィルムα上に接着剤層δが積層されたシートを作成した。
次に、別の剥離フィルムαの片面に接着剤層δを乾燥後の厚みが90μmとなるように塗布した後、90℃、2分間、乾燥した。乾燥直後の接着剤層露出面に上記シートの接着剤層面を貼り合わせ、剥離フィルムα(38μm)/接着剤層δ(180μm)/剥離フィルムα(180μm)が積層されたシート材[C]を得た。それ以降の工程は実施例1と同様とした。シート材[C]からスペーサーシート[C]を作成した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
実施例5における上部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例5の直径450μmから直径300μmに変更し、下部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例5の直径250μmから直径450μmに変更した。また、e)の前にg)を予め行い、その後、e)において、スペーサーシート[C]の各貫通孔及び空隙部を上部BGA半導体パッケージの基板に対面させ、該基板の電極の位置及び下部半導体パッケージの主部の位置に一致させて、該各貫通孔を上部BGA半導体パッケージの基板の接続端子に嵌め込み貼着した以外は実施例5と同様に実施した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
基材層βの片面に接着剤層αを乾燥後の厚みが55μmとなるように塗布した後、90℃、2分間乾燥した。その後、接着剤層の露出面に剥離フィルムαを貼り合わせ、層構成が図5のように、基材層β(125μm)/接着剤層α(55μm)/剥離フィルムα(38μm)が積層されたシート材[D](厚さは剥離フィルムαを除き180μm)を作成した。それ以降の工程は実施例1と同様とした。ただし、シート材[D]の貫通孔あけをドリル法で実施し、スペーサーシート[D]を得た。また、実施例1のf)工程を除いた。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
実施例7における上部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例7の直径450μmから直径300μmに変更し、下部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例7の直径250μmから直径450μmに変更した。また、e)の前にg)を予め行い、その後、e)において、スペーサーシート[D]の各貫通孔及び空隙部を上部BGA半導体パッケージの基板に対面させ、該基板の電極の位置及び下部半導体パッケージの主部の位置に一致させて、該各貫通孔を上部BGA半導体パッケージの基板の接続端子に嵌め込み貼着した以外は実施例7と同様に実施した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
基材層βの片面に接着剤層γを乾燥後の厚みが55μmとなるように塗布した後、130℃、3分間乾燥した。その後、接着剤層の露出面に剥離フィルムγを貼り合わせ、層構成として図5のように、基材層β(125μm)/接着剤層γ(55μm)/剥離フィルムγ(38μm)と、積層されたシート材[E](厚さは剥離フィルムγを除き180μm)を作成した。それ以降の工程は実施例1と同様とした。シート材[E]からスペーサーシート[E]を作成した。ただし、スペーサーシート[E]の下部半導体パッケージの基板への貼着は、130℃での加熱下で行った。また、実施例1のf)工程を除いた。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
実施例9における上部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例9の直径450μmから直径300μmに変更し、下部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、実施例9の直径250μmから直径450μmに変更した。また、e)の前にg)を予め行い、その後、e)において、スペーサーシート[E]の各貫通孔及び空隙部を上部BGA半導体パッケージの基板に対面させ、該基板の電極の位置及び下部半導体パッケージの主部の位置に一致させて、該各貫通孔を上部BGA半導体パッケージの基板の接続端子に嵌め込み貼着した以外は実施例9と同様に実施した。スペーサーシート[E]の上部半導体パッケージの基板への貼着は、130℃での加熱下で行った。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
スペーサーシートを用いず、実施例1と同様の工程を行った。従って、実施例1のa)、b)、c)、e)、f)の工程は除いて実施した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
比較例2
比較例1のd)における下部BGA半導体パッケージ用の鉛フリーはんだ径を、直径250μmから直径300μmに変更した以外は比較例1と同様に実施した。得られた複合型半導体装置の電気的接続可否及び上下基板間隔の測定を行った。結果を表1に示す。
さらに主部に接触することのない基板間距離(450μm以上)が確保されていた。
一方、比較例1及び2においては、いずれも、主部の高さに比較し,接続端子高さが不足し上下半導体パッケージの接続端子同士が接触できなかった。
さらに、比較例2においては、リフロー後のはんだ融合における接続端子径の増大によって、隣接する接続端子同士の短絡が発生した。
10 本発明のPOP型の複合型半導体装置
11 実装密度の低い下部半導体パッケージ
12 上部半導体パッケージ
13 実装密度の高い下部半導体パッケージ
14 配線接続部(従来)
15 配線接続部(本発明)
21 フリップチップ
100 スペーサーシート
101、101a、101b 接着剤層
102、102a、102b 基材層
103 貫通孔
104 剥離フィルム
105 空隙部
111 基板
116 実装密度の低い下部半導体パッケージの主部
121 基板
122 電極
123 半導体チップaa
124 半導体チップab
125 ボンド・ワイヤ
126、126a、126b 上部半導体パッケージの主部
131 基板
132 電極
133 半導体チップba
134 半導体チップbb
135 ボンド・ワイヤ
136 実装密度の高い下部半導体パッケージの主部
140、141、142 接続端子
Claims (5)
- 複数の半導体パッケージが積層して形成される複合型半導体装置の製造方法であって、
一方の半導体パッケージの基板の電極であり、他方の半導体パッケージと導通させるための電極に接続端子を形成する工程と、
該基板に接着可能なシート材に、該電極に対応する配列で貫通孔、及び該基板上に搭載される該一方の半導体パッケージの主部又は該基板に対向する該他方の半導体パッケージの主部に対応する空隙部を穿設してスペーサーシートとする工程と、
該スペーサーシートを該基板に対面させ、該スペーサーシートの各貫通孔及び空隙部を、該電極の位置及び該基板上に搭載される該一方の半導体パッケージの主部又は該基板に対向する該他方の半導体パッケージの主部の位置に一致させて、該スペーサーシートを該基板に貼着する工程と、
該他方の半導体パッケージの基板の電極に接続端子を形成する工程と、
該一方の半導体パッケージの基板の接続端子と該他方の半導体パッケージの基板の接続端子とを融着する工程と
を含む複合型半導体装置の製造方法。 - 前記一方の半導体パッケージの基板の接続端子を前記スペーサーシートの貫通孔に嵌め込み、前記他方の半導体パッケージの基板の接続端子を前記スペーサーシートの貫通孔に嵌め込まずに露出した状態で、前記融着工程を行う、請求項1に記載の方法。
- 貫通孔をすり鉢形状に穿設する請求項1又は2に記載の方法。
- 請求項1から3の何れかに記載の方法により製造されてなる複合型半導体装置。
- 請求項2に記載の方法により製造されてなり、前記スペーサーシートの一方の半導体パッケージの基板に貼着されている側の面とは反対側の面と、前記他方の半導体パッケージの基板とが離間している、複合型半導体装置。
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