JP5125531B2 - 配線基板及び半導体装置 - Google Patents
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Description
図19参照
図19は、従来のフリップチップパッケージの構成説明図であり、図19(a)は概略的平面図であり、図19(b)は平面図におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。
従来のフリップチップパッケージは、半導体素子201と、半導体素子201の表面電極(図示は省略)上に半田等で形成されたバンプ202、表面に配線が施され、半導体素子201のバンプ202と対になる部位に電極開口部が設けられ、開口部以外の箇所はソルダーレジスト215で被覆された多層ビルドアップ基板210と、半導体素子201を保護するために、半導体素子201と多層ビルドアップ基板210の間隙に充填されるアンダーフィル樹脂203と、フリップチップパッケージをマザーボードに実装する際、接続端子となる半田ボール216から構成される。
なお、符号204は、ポリイミド樹脂コート層である。
図20は、フィルドスタックビア構造を表す拡大図であり、多層ビルドアップ基板210としては6層〜8層のビルドアップ多層基板が一般的に用いられている。
このビルドアップ多層基板210は、貫通スルーホール212を有するとともに表裏に配線が予めなされたコア基板211上に、ビルドアップ樹脂213を積層し、レーザ等でビルドアップ樹脂213に穿孔した後、Cuメッキで各層間をフィルドビアで接続している。
しかし、近年の半導体の高集積化、高密度化に伴い、基板の配線密度が上がった結果、スパイラルビアでは配線引き回しが困難な状況にあり、より配線密度が高くできる、各層間のビアを直線上に接続するフィルドスタックビア218が主流になってきている。
特に、全層フィルドスタックビアの場合は、基板コア層との接続部に応力が集中し、温度サイクル等でビア接合部が破断する問題が発生しているので、この事情を図21を参照して説明する。
図21(a)に示すように、半導体素子と基板の熱膨張係数差により応力が印加された場合には、全層フィルドスタックビアは全体が一個の剛体として作用するために、テコの原理で、作用点となるコア基板211と接する最下層のフィルドスタックビア218に応力が集中するため、図21(b)に示すように、最下層のフィルドスタックビア218でビア破断部219が発生しやすくなる。
一方、上層のフィルドスタックビアのサイズを従来通りにすると、最下層のフィルドスタックビアのサイズはそれより大きくする必要があるため、高集積化の妨げになる。
また、メッキで充填するビアホールの断面形状が中間部に括れを有する鼓状となるため空気等を巻き込み、メッキ不良になって下層側にボイドが発生しやすく、製造歩留りが低下する虞がある。
図1(a)参照
内壁面にCuメッキ層12が形成された貫通スルーホールに貫通スルーホールの中心位置において凹部を形成するように樹脂13を充填するとともに、表裏に所定の配線パターン14が形成されたコア基板11にフィルドスタックビア15を形成する際に、少なくとも、最下層のフィルドスタックビア151の底部を、それと接する配線パターン14に設けた凹部に埋め込むように形成する。
この場合の埋め込み深さdは、5μm以上、或いは、最下層のフィルドスタックビア151底部が埋め込まれる配線パターン14の厚さtの1/3以上のいずれかの条件を満たすようにする。
因に、配線パターン14の厚さtは、15〜20μm程度である。
この場合、順次積層するフィルドスタックビア152,153も図に示すように埋込ビア構造にしても良いし、或いは、従来通りの非埋込ビア構造にしても良い。
なお、この場合、各フィルドスタックビアの断面形状は、レーザ照射による開口形成に伴って、フィルドスタックビアの厚さが30〜40μmの場合、底部の幅が、頂部の幅、即ち、径a1,a2,a3の80〜90%の逆テーパ状となる。
また、埋め込み深さも、基本的に各フィルドスタックビアで同一深さを基本とするが、各フィルドスタックビアで異なっていても良い。
なお、図における符号16、17、24は、それぞれドライフィルムによる層間絶縁膜、ソルダーレジスト、及び、ポリイミド樹脂コート層である。
図2(a)参照
まず、貫通ビア31を設けるとともに、貫通ビア31の内壁面及び主表面にCuパターン32を形成したコア基板30を用意する。
次いで、貫通ビア31に例えば、エポキシ樹脂を埋め込んでビア充填樹脂層33を形成する。
この時、ビア充填樹脂層33の表面がコア基板30の主面に対して凹まないように複数回エポキシ樹脂を塗布する。
次いで、全面に無電解メッキでCuメッキシード層(図示は省略)を形成したのち、電解メッキを施すことによって厚さが、例えば、10〜20μmのCuメッキ層34を形成する。
なお、この時の厚さはCuメッキシード層を含んだ厚さである。
なお、以後の工程及び他の実施例においては、メッキシード層については説明を省略する。
次いで、貫通ビア31の位置に対応するとともに、中央部に開口部36を有するレジストパターン35を設け、このレジストパターン35をマスクとしてCuメッキ層34をエッチングして配線パターン37を形成する。
なお、この時の開口部36の径は、以降に層間絶縁膜に形成するビアホールのテーパ形状に整合するサイズとし、また、配線パターン37に形成された凹部38の底部はビア充填樹脂33に達する。
次いで、レジストパターン35を除去したのち、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜39とする。
なお、この工程はコア基板30の表裏に行うものであるが、図示及び説明を簡単にするために、一方の面についてのみ説明する。
次いで、レーザ光40を照射することによって、層間絶縁膜39にビアホール41を形成する。
図3(g)参照
次いで、全面にCuメッキ層42を形成する。
この時、表面が平坦になるように研磨する。
なお、以降の工程及び他の実施例においても、凹部をCuメッキ層で埋め込む場合には平坦化処理を行うが、以降は説明を省略する。
次いで、レジストパターン43を設け、このレジストパターン43をマスクとしてエッチングを施すことによって、配線パターン45と一体になったフィルドスタックビア44が形成される。
この時、フィルドスタックビア44の底部は、配線パターン37の厚さ分だけ埋め込まれた埋込ビア構造になるため、接合面積が増大して強度が高まる。
次いで、レジストパターン43を除去したのち、再び、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜46とする。
図4(j)参照
次いで、レーザ光47を照射することによって、層間絶縁膜46にビアホール48を形成する。
以降は、図3(g)及び図4(i)の工程を行うことによって2層目の配線パターン50と一体になったフィルドスタックビア49を形成する。
この、層間絶縁膜の形成工程、レーザ照射によるビアホールの形成工程、Cuメッキ工程、及び、エッチング工程を必要とする層数だけ繰り返すことによって本発明の参考例1の多層ビルドアップ基板が完成する。
なお、図4(k)は、3層構造として示しており、符号51,52,53は、それぞれ、層間絶縁膜、フィルドスタックビア、及び、フィルドスタックビア52と一体に形成された配線パターンである。
図5(a)参照
まず、上記の参考例1と同様に、貫通ビア31を設けるとともに、貫通ビア31の内壁面及び主表面にCuパターン32を形成したコア基板30を用意する。
次いで、貫通ビア31に例えば、エポキシ樹脂を埋め込んでビア充填樹脂層33を形成する。
この時、ビア充填樹脂層33の表面がコア基板30の主面に対して凹まないように複数回エポキシ樹脂を塗布する。
次いで、例えば、10〜20μmのCuメッキ層34を形成する。
図5(d)参照
次いで、貫通ビア31の位置に対応するとともに、中央部に開口部36を有するレジストパターン35を設け、このレジストパターン35をマスクとしてCuメッキ層34をエッチングして配線パターン37を形成する。
なお、この時の開口部36の径は、以降に層間絶縁膜に形成するビアホールのテーパ形状に整合するサイズとし、また、配線パターン37に形成された凹部38の底部はビア充填樹脂33に達する。
次いで、レジストパターン35を除去したのち、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜39とする。
なお、この工程はコア基板30の表裏に行うものであるが、図示及び説明を簡単にするために、一方の面についてのみ説明する。
次いで、レーザ光40を照射することによって、層間絶縁膜39にビアホール41を形成する。
図6(g)参照
次いで、全面にCuメッキ層42を形成する。
次いで、中央に開口部55を有するレジストパターン54を設け、このレジストパターン54をマスクとしてエッチングを施すことによって、配線パターン57と一体になったフィルドスタックビア56が形成される。
また、同時に、フィルドスタックビア56と一体に形成された配線パターン57の表面にも凹部58が形成される。
この凹部58の深さは、配線パターン57の厚さと同じかそれより深くなる。
因に、配線パターン57の厚さは12μm程度である。
次いで、レジストパターン54を除去したのち、再び、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜46とする。
図7(j)参照
次いで、レーザ光47を照射することによって、層間絶縁膜46にビアホール48を形成する。
以降は、図6(g)及び図7(i)の工程を行うことによって2層目の配線パターン60と一体になったフィルドスタックビア59を形成する。
この時、フィルドスタックビア59の底部は、配線パターン57に形成された凹部58埋め込まれた埋込ビア構造になるため、接合面積が増大して強度が高まる。
また、同時に、フィルドスタックビア59と一体に形成された配線パターン60の表面にも凹部61が形成される。
なお、図7(k)は、3層構造として示しており、符号62,63は、フィルドスタックビア、及び、フィルドスタックビア62と一体に形成された配線パターンである。
図8(a)参照
まず、上記の参考例1と同様に、貫通ビア31を設けるとともに、貫通ビア31の内壁面及び主表面にCuパターン32を形成したコア基板30を用意する。
次いで、貫通ビア31に例えば、エポキシ樹脂を埋め込んでビア充填樹脂層33を形成する。
この時、エポキシ樹脂の塗布工程を一回にすることによって、ビア充填樹脂層33に凹部64を形成することができる。
次いで、平坦部における厚さが例えば、10〜20μmになるようにCuメッキ層65を形成する。
図8(d)参照
次いで、貫通ビア31の位置に対応するとともに、中央部に開口部36を有するレジストパターン35を設け、このレジストパターン35をマスクとしてCuメッキ層65をエッチングして配線パターン66を形成するとともに、配線パターン66に凹部67を形成する。
また、この凹部67の深さは、配線パターン66の厚さと同じかそれより深くなる。
因に、配線パターン66の厚さは12μm程度である。
次いで、レジストパターン35を除去したのち、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜39とする。
なお、この工程はコア基板30の表裏に行うものであるが、図示及び説明を簡単にするために、一方の面についてのみ説明する。
次いで、レーザ光40を照射することによって、層間絶縁膜39にビアホール41を形成する。
図9(g)参照
次いで、全面にCuメッキ層68を形成する。
次いで、レジストパターン43を設け、このレジストパターン43をマスクとしてエッチングを施すことによって、配線パターン70と一体になったフィルドスタックビア69が形成される。
この時、フィルドスタックビア69の底部は、配線パターン66に形成された凹部67に埋め込まれた埋込ビア構造になるため、接合面積が増大して強度が高まる。
次いで、レジストパターン43を除去したのち、再び、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜46とする。
図10(j)参照
次いで、レーザ光47を照射することによって、層間絶縁膜46にビアホール48を形成する。
以降は、図9(g)及び図10(i)の工程を行うことによって2層目の配線パターン72と一体になったフィルドスタックビア71を形成する。
この、層間絶縁膜の形成工程、レーザ照射によるビアホールの形成工程、Cuメッキ工程、及び、エッチング工程を必要とする層数だけ繰り返すことによって本発明の実施例1の多層ビルドアップ基板が完成する。
なお、図10(k)は、3層構造として示しており、符号73,74は、フィルドスタックビア、及び、フィルドスタックビア73と一体に形成された配線パターンである。
図11(a)参照
まず、上記の実施例1と同様に、貫通ビア31を設けるとともに、貫通ビア31の内壁面及び主表面にCuパターン32を形成したコア基板30を用意する。
次いで、貫通ビア31に例えば、エポキシ樹脂を埋め込んでビア充填樹脂層33を形成する。
この時、エポキシ樹脂の塗布工程を一回にすることによって、ビア充填樹脂層33に凹部64を形成することができる。
次いで、全面に厚さが、例えば、10〜20μmのCuメッキ層75を形成する。
この時、Cuメッキ層75は凹部64に沿って湾曲するので凹部76が形成される。
図11(d)参照
次いで、貫通ビア31の位置に対応するとともに、レジストパターン77を設け、このレジストパターン77をマスクとしてCuメッキ層75をエッチングして配線パターン78を形成する。
次いで、レジストパターン77を除去したのち、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜39とする。
なお、この工程はコア基板30の表裏に行うものであるが、図示及び説明を簡単にするために、一方の面についてのみ説明する。
次いで、レーザ光40を照射することによって、層間絶縁膜39にビアホール41を形成する。
図12(g)参照
次いで、全面にCuメッキ層68を形成する。
図12(h)参照
以降は実施例1における図9(h)乃至図10(k)の工程を順次行うことによって3層構造のフィルドスタックビアを備えた多層ビルドアップ基板が完成する。
図13(a)参照
まず、上記の実施例1と同様に、貫通ビア31を設けるとともに、貫通ビア31の内壁面及び主表面にCuパターン32を形成したコア基板30を用意する。
次いで、貫通ビア31に例えば、エポキシ樹脂を埋め込んでビア充填樹脂層33を形成する。
この時、エポキシ樹脂の塗布工程を一回にすることによって、ビア充填樹脂層33に凹部64を形成することができる。
次いで、平坦部における厚さが例えば、10〜20μmになるようにCuメッキ層65を形成する。
図13(d)参照
次いで、貫通ビア31の位置に対応するとともに、中央部に開口部36を有するレジストパターン35を設け、このレジストパターン35をマスクとしてCuメッキ層65をエッチングして配線パターン66を形成するとともに、配線パターン66に凹部67を形成する。
また、この凹部67の深さは、配線パターン66の厚さと同じかそれより深くなる。
因に、配線パターン66の厚さは12μm程度である。
次いで、レジストパターン35を除去したのち、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜39とする。
なお、この工程はコア基板30の表裏に行うものであるが、図示及び説明を簡単にするために、一方の面についてのみ説明する。
次いで、レーザ光40を照射することによって、層間絶縁膜39にビアホール41を形成する。
図14(g)参照
次いで、全面にCuメッキ層68を形成する。
次いで、参考例2と同様に、中央に開口部80を有するレジストパターン79を設け、このレジストパターン79をマスクとしてエッチングを施すことによって、配線パターン82と一体になったフィルドスタックビア81が形成される。
また、同時に、フィルドスタックビア81と一体に形成された配線パターン82の表面にも凹部83が形成される。
この凹部83の深さは、配線パターン82の厚さと同じかそれより深くなる。
次いで、レジストパターン79を除去したのち、再び、例えば、厚さが30〜40μmのドライフィルムを貼り付けて層間絶縁膜46とする。
図15(j)参照
次いで、レーザ光47を照射することによって、層間絶縁膜46にビアホール48を形成する。
以降は、図6(g)及び図7(i)の工程を行うことによって2層目の配線パターン85と一体になったフィルドスタックビア84を形成する。
この時、フィルドスタックビア84の底部は、配線パターン82に形成された凹部83が埋め込まれた埋込ビア構造になるため、接合面積が増大して強度が高まる。
また、同時に、フィルドスタックビア84と一体に形成された配線パターン85の表面にも凹部が形成される。
なお、図15(k)は、3層構造として示しており、符号86,87は、フィルドスタックビア、及び、フィルドスタックビア86と一体に形成された配線パターンである。
また、実施例1と同様に、ビア充填樹脂に形成される凹部を利用して、最下層のフィルドスタックビアを埋込ビア構造としており、フィルドスタックビアの底面との接合面全面がCu層となるため、接合強度が高まり、ビア破断の発生を防止することができる。
図16参照
図16(a)は、本発明の実施例4のフリップチップパッケージの概略的断面図であり、また、図16(b)は要部拡大図であり、上記の実施例1の多層ビルドアップ基板に半導体素子を搭載したものである。
半導体素子110は、半導体素子110の表面電極(図示は省略)上に形成された半田バンプ111を介して、多層ビルドアップ基板29の最上層に形成されたCu配線層、即ち、パッドに接続されている。
なお、上記の実施例2の多層ビルドアップ基板を用いても同様の構造が得られる。
図17参照
図17は、本発明の実施例5のフリップチップパッケージの要部拡大図であり、上記の実施例3の多層ビルドアップ基板に半導体素子を搭載したものである。
図18参照
図18(a)は、本発明の実施例6の多層ビルドアップ基板の概念的平面図であり、図18(b)は、平面図におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った要部断面図であるが、ここでは説明の便宜上、参考例1のフィルドスタックビアを図示して説明する。
図に示すように、この実施例6の多層ビルドアップ基板は、応力のかかる周辺部のフィルドスタックビアを埋込ビア構造116とし、内部のフィルドスタックビアを従来の平坦なフィルドスタックビア構造117にしたものである。
なお、2000ピンクラスの多層ビルドアップ基板の場合には、外側の3列乃至5列を埋込ビア構造116とすることが望ましい。
このようなビア構造の選択的配置は、上記の実施例1乃至実施例3に対して適用されるものである。
例えば、上記の各実施例においては、積層数を片側3層の計6層の多層ビルドアップ基板としているが、積層数を片側を4層以上とし、計8層以上の多層ビルドアップ基板にしても良い。
11 コア基板
12 Cuメッキ層
13 樹脂
14 配線パターン
15,151,152,153 フィルドスタックビア
16 層間絶縁膜
17 ソルダーレジスト
21 半導体チップ
22 半田バンプ
23 アンダーフィル樹脂
24 ポリイミド樹脂コート層
29 多層ビルドアップ基板
30 コア基板
31 貫通ビア
32 Cuパターン
33 ビア充填樹脂層
34 Cuメッキ層
35 レジストパターン
36 開口部
37 配線パターン
38 凹部
39,46,51 層間絶縁膜
40,47 レーザ光
41,48 ビアホール
42 Cuメッキ層
43 レジストパターン
44,49,52 フィルドスタックビア
45,50,53 配線パターン
54 レジストパターン
55 開口部
56,59,62 フィルドスタックビア
57,60,63 配線パターン
58,61 凹部
64 凹部
65 Cuメッキ層
66 配線パターン
67 凹部
68 Cuメッキ層
69,71,73 フィルドスタックビア
70,72,74 配線パターン
75 Cuメッキ層
76 凹部
77 レジストパターン
78 配線パターン
79 レジストパターン
80 開口部
81,84,86 フィルドスタックビア
82,85,87 配線パターン
83 凹部
110 半導体素子
111 半田バンプ
112 ポリイミド樹脂コート層
113 アンダーフィル樹脂
114 半田ボール
115 ソルダーレジスト
116 埋込ビア構造
117 平坦なフィルドスタックビア構造
201 半導体素子
202 バンプ
203 アンダーフィル樹脂
204 ポリイミド樹脂コート層
210 多層ビルドアップ基板
211 コア基板
212 貫通スルーホール
213 ビルドアップ樹脂
214 フィルドビア
215 ソルダーレジスト
216 半田ボール
217 スパイラルビア
218 フィルドスタックビア
219 ビア破断部
Claims (3)
- 基板と、
前記基板に形成されたスルーホールと
前記スルーホールの近傍の前記基板の表面と前記スルーホールの側壁を覆う第1の導体層と、
前記スルーホール内に、該スルーホールの中心位置において前記第1の導体層の平坦部の表面より低い位置まで充填されて第1の凹部を形成する樹脂と、
前記第1の導体層と前記第1の凹部を覆うとともに、前記第1の凹部に対応する部分に形成された第2の凹部を有する第2の導体層と、
前記第2の導体層上に形成される第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層に形成され、前記第2の凹部を露出させる第1の開口部と、
前記第1の開口部内に配置され、少なくとも一部が前記第2の凹部内に埋め込まれる第1のフィルドビアと、
前記第1の絶縁膜及び前記第1のフィルドビア上に形成される第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層に形成され、前記第1のフィルドビアを露出させる第2の開口部と、
前記第2の開口部内に配置され、前記第1のフィルドビアに接続される第2のフィルドビアと、
を備えることを特徴とする配線基板。 - 請求項1に記載の配線基板において、
前記第1のフィルドビアの表面に形成され、前記第2のフィルドビアの少なくとも一部が埋め込まれる第3の凹部をさらに備えることを特徴とする配線基板。 - 請求項1または請求項2に記載の配線基板に半導体素子を実装してなる半導体装置。
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