JP5128180B2 - Chip built-in substrate - Google Patents
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Description
本発明はチップ内蔵基板に係り、特に配線が形成された一対の基板間にチップが内蔵されたチップ内蔵基板に関する。 The present invention relates to a chip built-in substrate, and more particularly to a chip built-in substrate in which a chip is built between a pair of substrates on which wiring is formed.
現在、半導体チップが内設された半導体装置を用いた電子機器の高性能化が進められており、基板へ半導体チップを実装する場合の高密度化や、また半導体チップを搭載した基板の小型化、省スペース化などが求められている。このため、半導体チップ等のチップ部品が埋め込まれた基板、いわゆるチップ内蔵型の配線基板(以下、チップ内蔵基板という)が提案されており、チップ部品を基板に内蔵するための様々な構造が提案されている。 Currently, the performance of electronic equipment using a semiconductor device in which a semiconductor chip is embedded is being improved, and the density of the semiconductor chip mounted on the substrate is increased, and the size of the substrate on which the semiconductor chip is mounted is reduced. There is a need for space saving. For this reason, a substrate in which a chip component such as a semiconductor chip is embedded, a so-called chip-embedded wiring substrate (hereinafter referred to as a chip-embedded substrate) has been proposed, and various structures for incorporating the chip component in the substrate have been proposed. Has been.
このチップ内蔵基板の一例として、例えば特許文献1に開示されたものがある。この特許文献1に開示されたチップ内蔵基板は、第1の基板上にチップ部品及びスペーサとして機能するバンプが配設されている。更に、第1の基板には、チップ及びバンプを封止するよう封止樹脂が配設されている。第2の基板は、この第1の基板上にバンプと電気的に接続するよう配設され、これによりチップは第1及び第2の基板の間に内蔵される構成とされていた。
しかしながら、従来のチップ内蔵基板はそれぞれ平板状の第1基板と第2の基板との間にチップ部品を内蔵する構成であったため、チップ部品が必然的に第1の基板の上面(チップが搭載される面)と、第2の基板の下面(第1の基板と対向する面)との間に位置することとなる。 However, since the conventional chip-embedded substrate has a configuration in which the chip component is embedded between the flat first substrate and the second substrate, the chip component inevitably becomes the upper surface of the first substrate (the chip is mounted). And the lower surface of the second substrate (the surface facing the first substrate).
このため、第1の基板と第2の基板との離間距離はチップ部品の厚さにより決まってしまい、厚いチップ部品を用いた場合には、第1の基板と第2の基板との離間距離が大きくなり、チップ内蔵基板が大型化してしまうという問題点があった。 For this reason, the separation distance between the first substrate and the second substrate is determined by the thickness of the chip component, and when a thick chip component is used, the separation distance between the first substrate and the second substrate. As a result, the problem arises that the chip-embedded substrate becomes larger.
また、従来のチップ内蔵基板は、半導体チップの上下面に対向するように第1の基板,第2の基板が形成されており、更に第1の基板と第2の基板との間には上下の基板同士の電気的接続のための接続部材が設けられているため、半導体チップ以外の電子部品の内蔵スペースの確保や、チップを積層することによる実装密度の向上が難しいという問題点もある。 In addition, the conventional chip-embedded substrate has a first substrate and a second substrate formed so as to face the upper and lower surfaces of the semiconductor chip. Further, the upper and lower surfaces are arranged between the first substrate and the second substrate. Since a connecting member for electrical connection between the substrates is provided, there is a problem that it is difficult to secure a built-in space for electronic components other than the semiconductor chip and to improve the mounting density by stacking the chips.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、薄型化を図りつつ実装密度の向上を図りうるチップ内蔵基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a chip-embedded substrate capable of improving the mounting density while reducing the thickness.
上記の課題は、本発明の一観点によれば、
第1の半導体チップと、
第1の配線が形成されると共に前記第1の半導体チップが搭載される第1の基板と、
第2の配線が形成されると共に前記第1の基板に積層される第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板を電気的に接続する接続部材と
前記第1の基板と前記第2の基板の間に配設される封止樹脂とを有し、
前記第2の基板に開口部を形成したチップ内蔵基板であって、
前記第1の基板に前記第1の半導体チップより形状の大きい第2の半導体チップをフリップチップ接合し、該第2の半導体チップの少なくとも一部及び前記第1の半導体チップの少なくとも一部が前記開口部内に位置し、かつ前記第2の半導体チップが前記第1の半導体チップの上部に位置するよう構成され、
前記封止樹脂は、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとの間、前記第2の半導体チップと前記第2の基板との間、及び、前記開口部内に充填され、
前記第2の半導体チップの前記開口部内における背面と、前記第2の基板の表面とが面一となるよう構成されているチップ内蔵基板により解決することができる。
According to one aspect of the present invention, the above problem is
A first semiconductor chip ;
A first substrate on which the first wiring is formed and the first semiconductor chip is mounted;
A second substrate on which a second wiring is formed and stacked on the first substrate;
A connection member that electrically connects the first substrate and the second substrate; and a sealing resin disposed between the first substrate and the second substrate;
A chip-embedded substrate in which an opening is formed in the second substrate,
The first of the second semiconductor chip larger shape than the first semiconductor chip to a substrate by flip-chip bonding, at least a portion the of the second semiconductor chip and at least part of the first semiconductor chip The second semiconductor chip is located in the opening and the upper part of the first semiconductor chip is configured,
The sealing resin is filled between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip , between the second semiconductor chip and the second substrate, and in the opening ,
This can be solved by a chip built-in substrate configured such that the back surface of the second semiconductor chip in the opening and the surface of the second substrate are flush with each other.
本発明によれば、第2の基板に開口部を形成し、第1の基板に第2の基板が積層された際、チップ部品の少なくとも一部がこの開口部内に位置するよう構成したことにより、第1の基板と第2の基板との離間距離をチップ部品の厚さ以上とする必要がなくなり、よってチップ内蔵基板の薄型化、小型化を図ることができる。また、この開口部内に、チップ部品以外の内蔵部品を搭載することが可能となり、チップ内蔵基板の高密度化及び多機能化を図ることができる。 According to the present invention, an opening is formed in the second substrate, and when the second substrate is stacked on the first substrate, at least a part of the chip component is positioned in the opening. The distance between the first substrate and the second substrate need not be greater than the thickness of the chip component, so that the chip-embedded substrate can be made thinner and smaller. In addition, it is possible to mount a built-in component other than the chip component in the opening, so that the chip-embedded substrate can be increased in density and multifunction.
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
説明の便宜上、本発明に係るチップ内蔵基板の説明に先立ち本発明の前提となる参考例について説明する。図1は、本発明の前提となる参考例に係るチップ内蔵基板300Aを示している。尚、以下の説明においては、図1に矢印Z1で示す側を上方とし、矢印Z2で示す側を下方とする。また、図2以降の各図においても同様とする。
For convenience of explanation, a reference example which is a premise of the present invention will be described prior to description of the chip-embedded substrate according to the present invention. FIG. 1 shows a chip built-in
チップ内蔵基板300Aは、大略すると第1の基板100,第2の基板200,半導体チップ110A(請求項に記載のチップ部品に相当する),電極112,及び封止樹脂115等により構成されている。
The chip built-in
第1の基板100は、コア基板101、ビルドアップ層101A,101B、配線パターン103A,103B、内層配線103C、及びソルダーレジスト層104A,104B等により構成されている。
The
コア基板101は、プリプレグ材(ガラス繊維にエポキシ樹脂などを含浸させた材料)よりなり、その両面には例えばCuよりなる内層配線103Cが形成されている。また、コア基板101の両面に形成された内層配線103Cは、コア基板101を貫通して形成されたビアプラグ102により電気的に接続されている。
The
このコア基板101の図中上面にはビルドアップ層101Aが形成され、また下面にはビルドアップ層101Bが形成される。このビルドアップ層101Aの上面には例えばCuからなる配線パターン103Aが形成されると共に、ビルドアップ層101Bの下面には例えばCuからなる配線パターン103Bが形成されている。配線パターン103Aは、層間ビア105Aを介して内層配線103Cに接続され、配線パターン103Bは層間ビア105Bを介して内層配線103Cに接続されている。
A
また、ビルドアップ層101Aの図中上面には、ソルダーレジスト層104Aが形成されている。このソルダーレジスト層104Aは、後述する半導体チップ110A及び電極112の接合位置が除去されて接続孔117A(図3(D)参照)が形成されている。配線パターン103Aは、この接続孔117Aから露出した状態となっている。
A
また、ビルドアップ層101Bの図中下面には、ソルダーレジスト層104Bが形成されている。このソルダーレジスト層104Bは、後述するはんだボール111が接続される位置に接続孔117Bが形成されている。配線パターン103Bは、この接続孔117Bから露出した状態となっている。
Further, a
この接続孔117A,117Bから露出した配線パターン103A,103Bの内、後述する電極112或いははんだボール111がはんだ接合される位置には、はんだ付け性を高めるために例えばNi/Au(配線パターン103A上にNi層、Au層の順に積層された層)等よりなる接続層が形成されていても良い(接続層の図示は省略している)。また、接続孔117A,117Bから露出した配線パターン103A,103Bの内、半導体チップ110Aがフリップチップ接合される位置には、例えばはんだ等よりなる接続層107が印刷法,電解メッキ法等により形成されている。
Of the
半導体チップ110Aは、フリップチップ接合により第1の基板100に搭載される。この半導体チップ110Aは、その主面にバンプ108が形成されている。そして、このバンプ108を前記した接続層107に接合することにより、半導体チップ110Aは第1の基板100にフェイスダウンで接合される。また、半導体チップ110Aと第1の基板100の上面100aとの間には、接合信頼性を高めるためにアンダーフィル109が配設される。
The
尚、本参考例ではチップ部品として半導体チップ110Aを用いた例を示しているが、チップ部品として半導体チップに限定されるものではなく、他のチップ部品(例えば、半導体チップ、キャパシタ、レジスタ、インダクタ等)を組み合わせて用いることも可能である。
In this reference example, the
はんだボール111は外部接続端子として機能するものであり、第1の基板100の下面100bに配設されている。具体的には、前記のようにソルダーレジスト層104Bには配線パターン103Bが露出した接続孔117Bが形成されており、はんだボール111はこの接続孔117Bから露出した配線パターン103Bに接合されている。
The
一方、第2の基板200は、コア基板201,配線パターン203A,203B、及びソルダーレジスト層204A,204B等により構成されている。
On the other hand, the
コア基板201は、前記した第1の基板100のコア基板101と同様に、プリプレグ材よりなり、その上面及び下面に例えばCuよりなる配線パターン203A,203Bが形成されている。この配線パターン203A,203Bは、コア基板201を貫通して形成されたビアプラグ202により電気的に接続されている。
Similar to the
また、配線パターン203A,203Bが形成されたコア基板201の図中上面にはソルダーレジスト層204Aが形成され、また下面にはソルダーレジスト層204Bが形成されている。下側に位置するソルダーレジスト層204Bは、後述する電極112の接合位置に接続孔116B(図3(A)参照)が形成されている。また配線パターン203Bは、この接続孔116Bから露出した状態となっている。尚、上側のソルダーレジスト層204Aに形成された接続孔116Aは、表面実装部品,チップ部品を実装するためや、複数のチップ内蔵基板300Aを積層(スタック)するために設けるものであるが、この積層を行わない場合には必ずしも設ける必要はない。
In addition, a solder resist
上記構成とされた第1の基板100と第2の基板200は、封止接続層により接合される。この封止接続層は、電極112と封止樹脂115とにより構成される。
The
電極112は、球形状の銅コア113の表面にはんだ被膜114を形成した構成とされている。この電極112は、その下部が第1の基板100の接続孔117Aから露出した配線パターン103Aにはんだ付けされ、その上部が第2の基板200の接続孔116Bから露出した配線パターン203Bに接合される。
The
これにより、第1の基板100の配線パターン103Aと、第2の基板200の配線パターン203Bは、電極112を介して電気的かつ機械的に接合される。また、銅コア113は、第1の基板100と第2の基板200の離間距離を一定距離に保つスペーサとして機能する。
As a result, the wiring pattern 103 </ b> A of the
封止樹脂115は、第1の基板100と第2の基板200との離間部分、及び後述する第2の基板200に形成された開口部206内に形成される。この封止樹脂115は接着剤としても機能するため、よって第1の基板100と第2の基板200は封止樹脂115により強固に接合される。
The sealing
このように、チップ内蔵基板300Aは、第1の基板100と第2の基板200を接合するのに、電極112による接合に加えて封止樹脂115により接合を行っているため、チップ内蔵基板300Aの薄型化を図っても、第1の基板100と第2の基板200が剥離するようなことはなく、高い信頼性を実現することができる。
As described above, since the chip-embedded
次に、開口部206について説明する。開口部206は、第2の基板200に形成されている。この開口部206は第2の基板200を貫通して形成されており、またその形成位置は半導体チップ110Aの搭載位置と対応するよう設定されている。
Next, the
また、開口部206の形状は、半導体チップ110Aの形状よりも大きく設定されている。具体的には、平面視したときの開口部206の面積は、半導体チップ110Aの面積よりも大きく設定されている。そして、第2の基板200が第1の基板100に接合された状態(以下、接合状態という)において、半導体チップ110Aが開口部206の内部に位置するよう構成されている。
The shape of the
また、接合状態において、開口部206の内部には前記の封止樹脂115が充填され、よって半導体チップ110Aは開口部206内において封止樹脂115により封止された状態となる。これにより、半導体チップ110Aは、第1の基板100と第2の基板200との間に内蔵された状態となる。また、第2の基板200に開口部206を形成しても、半導体チップ110Aは開口部206に充填された封止樹脂115により確実に保護される。
In the bonded state, the inside of the
また、開口部206に充填された封止樹脂115の上面は、第2の基板200の上面200aと面一となるよう構成されている。このように、封止樹脂115の上面を第2の基板200の上面200aと面一とすることにより、チップ内蔵基板300Aを実装基板等(図示せず)に実装する際のハンドリング性を向上させることができ、実装効率の向上を望むことができる。具体的には、チップ内蔵基板300Aの上面をコレット等を用いて吸引することにより、チップ内蔵基板300Aを搬送(ハンドリング)することが可能となる。
In addition, the upper surface of the sealing
ここで、第1の基板100と第2の基板200との離間距離、具体的には第1の基板100の上面100aと第2の基板200の下面200bとの離間距離(図中、矢印H1で示す)と、半導体チップ110Aの第1の基板100の上面100aからの高さ(図中、矢印H2で示す)に注目し、以下説明する。
Here, the separation distance between the
本参考例に係るチップ内蔵基板300Aでは、第2の基板200に開口部206を形成し、この開口部206に半導体チップ110Aが挿入され、少なくとも半導体チップ110Aの一部が開口部206内に位置するよう構成されている。これにより、本参考例に係るチップ内蔵基板300Aは、半導体チップ110Aの第1の基板100からの高さH2を、第1の基板100と第2の基板200との離間距離H1に比べて大きくすることができる(H2>H1)。
In the chip-embedded
開口部206が設けられていない従来のチップ内蔵基板は、第1の基板と第2の基板との離間距離H1を、必然的に半導体チップの第1の基板からの高さH2よりも大きくしなければならなかった(H1>H2とする必要があった)。このため、従来のチップ内蔵基板では大型化してしまうことは前述した通りである。
In the conventional chip-embedded substrate in which the
これに対して本参考例に係るチップ内蔵基板300Aは、上記のように半導体チップ110Aの一部が少なくとも開口部206内に位置するよう構成したことにより、高さ方向(図中、矢印Z1,Z2方向)に対し、半導体チップ110Aと第2の基板200を図中矢印ΔHで示す寸法だけ重ね合わせることができる。従って、従来構成に比べ、この重ね合わせ量ΔH分だけチップ内蔵基板300Aの薄型化、小型化を図ることができる。
On the other hand, the chip-embedded
図2は、図1に示したチップ内蔵基板300Aの変形例であるチップ内蔵基板300Bを示している。尚、図2において、図1に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略するものとする。
FIG. 2 shows a chip built-in
本参考例に係るチップ内蔵基板300Aは、内蔵される半導体チップ110Aの第1の基板100からの高さH1が比較的小さいものであった。これに対し、本変形例に係るチップ内蔵基板300Bに内蔵される半導体チップ110Bは、その高さ(矢印H3で示す)が本参考例の半導体チップ110Aに比べて高いもの(H3>H2)を用いた例である。
In the chip-embedded
本変形例に係るチップ内蔵基板300Bは、半導体チップ110Bの高さH3が高いため、電極112の直径を適宜選定することにより、半導体チップ110Bの背面127(半導体チップ110Bの主面に対する反対側面)が、第2の基板200の上面200aと面一となるよう構成したものである。
Since the chip-embedded
この構成とすることにより、半導体チップ110Bの背面127が外部に露出するため、半導体チップ110Bで発生する熱を効率よく放熱することができる。また、半導体チップ110Bの背面127と第2の基板200の上面200aが面一であることにより、前記のようにチップ内蔵基板300Bを実装基板等に実装するときのハンドリング性を高めることができる。
With this configuration, the
次に、図1に示したチップ内蔵基板300Aの製造方法について説明する。
Next, a manufacturing method of the chip built-in
図3乃至図5は、チップ内蔵基板300Aの製造方法を製造手順に沿って示す図である。尚、図3乃至図5において、図1に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、一部その説明を省略するものとする。
3 to 5 are diagrams showing a manufacturing method of the chip-embedded
チップ内蔵基板300Aを製造するには、先ず図3(A)に示す第2の基板200を製造する。この第2の基板200を製造する為には、例えばプリプレグ材よりなるコア基板201に対し、このコア基板201を貫通するビアプラグ202を形成する。
In order to manufacture the chip built-in
また、コア基板201の上面(半導体チップとの対向面と反対側の面)に配線パターン203Aを形成すると共に、前記コア基板201の下面(半導体チップと対向する面)に配線パターン203Bを形成する。また、コア基板201の各面に形成された配線パターン203Aと配線パターン203Bは、ビアプラグ202により電気的に接続される。尚、この配線パターン203A,203B及びビアプラグ202は、例えばCuにより形成することができる。
A
また、コア基板201の上面には、所定位置に接続孔116Aを有したソルダーレジスト層204Aを形成する。このソルダーレジスト層204Aの接続孔116Aから露出した配線パターン203Aには、例えばNi/Au等よりなる接続層を形成しても良い。
Also, a solder resist
また同様に、コア基板201の下面に、所定位置に接続孔116Bを有したソルダーレジスト層204Bを形成する。このソルダーレジスト層204Bの接続孔116Bから露出する配線パターン203Bには、例えばNi/Au等よりなる接続層を形成しても良い。
Similarly, a solder resist
図3(A)に示す第2の基板200が製造されると、続いてこの第2の基板200に対して開口部206を形成する。この開口部206の形成方法としては、例えばルータ加工を用いることができる。この開口部206は、前記したように半導体チップ110Aを内部に挿入することができる形状に形成される。このルータ加工は穴あけ加工として周知であり、よって開口部206の形成を容易に行うことができる。図3(B)は、開口部206が形成された第2の基板200を示している。
When the
開口部206の形成工程が終了すると、続いて第2の基板200に電極112を接合する。この電極112は、前記のように球状の銅コア113の外周にはんだ被膜114が設けられた構成とされている。
When the formation process of the
この電極112を第2の基板200に接合するには、電極112にフラックスを塗布し、その上でこの電極112を接続孔116Bから露出した配線パターン203Bに仮止めする。続いて、この電極112が仮止めされた第2の基板200をリフロー処理することにより、電極112は配線パターン203Bにはんだ付けされる。このはんだ付け工程が終了すると、フラックス洗浄を行いフラックス残渣を除去する。図3(C)は、電極112がはんだ付けされた第2の基板200を示している。
In order to bond the
一方、チップ内蔵基板300Aを製造するには、図3(D)に示す第1の基板100を製造する。このチップ内蔵基板300Aを製造するには、例えばプリプレグ材よりなるコア基板101を用意し、このコア基板101を貫通するビアプラグ102を形成すると共に、このコア基板101の上面及び下面に内層配線103Cを形成する。このコア基板101の上面及び下面に形成された内層配線103Cは、ビアプラグ102により電気的に接続される。尚、このビアプラグ102及び内層配線103Cは、例えばCuにより形成することができる。
On the other hand, in order to manufacture the chip built-in
続いて、内層配線103Cが形成されたコア基板101の上面に、ビルドアップ層101Aを形成し、更にコア基板101の下面にビルドアップ層101Bを形成する。このビルドアップ層101A,101Bとしては、例えばエポキシ樹脂,ポリイミド樹脂等からなる絶縁フィルムを用いることができる。
Subsequently, the
次に、このビルドアップ層101Aの上面に、配線パターン103Aを形成する。この配線パターン103Aと内層配線103Cは、ビルドアップ層101Aを貫通して形成された層間ビア105Aにより電気的に接続される。また、ビルドアップ層101Aの下面には、配線パターン103Bを形成する。この配線パターン103Bと内層配線103Cは、ビルドアップ層101Bを貫通して形成された層間ビア105Bにより電気的に接続される。
Next, a
続いて、配線パターン103Aが形成されたビルドアップ層101Aの上面に、ソルダーレジスト層104Aを形成する。このソルダーレジスト層104Aを形成する際、後述する半導体チップ110Aが接合する位置、及び電極112が接合する位置には接続孔117Aが形成される。また、この接続孔117Aから露出する配線パターン103Aには、例えばNi/Au等よりなる接続層を形成しても良い。
Subsequently, a solder resist
また、複数形成される接続孔117Aの内、後の工程で半導体チップ110Aが接合される接続孔117Aから露出した配線パターン103Aには、例えばはんだ等よりなる接続層107を印刷法,電解メッキ法等により形成する。
In addition, among the plurality of
一方、配線パターン103Bが形成されたビルドアップ層101Bの下面には、ソルダーレジスト層104Bが形成される。このソルダーレジスト層104Bを形成する際、後述するはんだボール111が接合する位置に接続孔117Bを形成する。また、この接続孔117Bから露出する配線パターン103Bには、例えばNi/Au等よりなる接続層を形成してもよい。
On the other hand, a solder resist
上記のようにして製造された第1の基板100には、続いて半導体チップ110Aが搭載される。第1の基板100に半導体チップ110Aを搭載するには、予め半導体チップ110Aの主面にバンプ108を設けておき、この半導体チップ110Aをフェイスダウンとし、主面に形成されたバンプ108を接続層107に接合する。
Subsequently, the
半導体チップ110Aが第1の基板100にフリップチップ接合されると、続いて半導体チップ110Aと第1の基板100(上面100a)との間に、アンダーフィル109を充填する。これにより、半導体チップ110Aは第1の基板100に高い信頼性を持って接合される。図3(E)は、半導体チップ110Aが第1の基板100にフリップチップ接合された状態を示している。
When the
尚、上記した図3(A)〜(C)を用いて説明した第2の基板200に対する製造工程と、図3(D),(E)を用いて説明した第1の基板100に対する製造工程は、いずれを先に実施してもよく、また並行に実施することも可能である。
In addition, the manufacturing process with respect to the 2nd board |
上記のように第1の基板100及び第2の基板200が製造されると、続いて第2の基板200を第1の基板100に接合する工程を行う。
When the
第2の基板200を第1の基板100に接合するには、先ず電極112にフラックス118を塗布した上で、開口部206と半導体チップ110Aが対向するように、また電極112と接続孔117Aとが対向するよう、第1の基板100の上方で第2の基板200の位置決めを行う。図4(A)は、この位置決めが行われた状態を示している。
In order to join the
続いて、第2の基板200を第1の基板100に当接させる。これにより、電極112は配線パターン103Aにフラックス118を用いて仮止めされた状態となる。またこれと同時に、半導体チップ110Aは開口部206の内部に少なくともその一部が位置した状態となる。
Subsequently, the
このように、第2の基板200が第1の基板100に仮止めされると、この第1及び第2の基板100,200は、仮止めされた状態を維持しつつリフロー炉に装着されて加熱工程を実施する。これにより、電極112のはんだ被膜114は溶けて配線パターン103Aにはんだ付けされ、第1の基板100と第2の基板200は電極112により接合されて積層された状態となる。図4(B)は、第1の基板100と第2の基板200が、電極112により接合された状態を示している。
As described above, when the
続いて、電極112のはんだ付け位置に残留しているフラックス残渣を除去する洗浄工程を行う。図4(C)は、洗浄工程が行われ、フラックス残渣が除去された状態を示している。
Subsequently, a cleaning process for removing the flux residue remaining at the soldering position of the
続いて、洗浄工程が終了した第1及び第2の基板100,200は、金型(図示せず)内に装着され、封止樹脂115を成型するトランスファーモールド工程が実施される。この封止樹脂115を成型時に金型に樹脂を注入する際、本参考例では吸引することにより金型内を負圧にして樹脂注入を行っている。これにより、第1の基板100と第2の基板200との離間距離が狭い部分においても、確実に封止樹脂115充填することができる。
Subsequently, the first and
また樹脂充填の際、封止樹脂115は開口部206内にも充填されるため、開口部206内に位置している半導体チップ110Aは封止樹脂115により封止される。よって、半導体チップ110Aは、第2の基板200に開口部206を設けた構成としても、封止樹脂115により確実に保護される。この封止樹脂115のトランスファーモールドが終了すると、封止樹脂115が形成された第1及び第2の基板100,200は金型から取り出される。図5(A)は、封止樹脂115が形成された第1及び第2の基板100,200を示している。
In addition, since the sealing
上記のように封止樹脂115を形成した後、個片化すると共に不要部分を除去することで、図5(B)に示すチップ内蔵基板300Aが製造される。この個片化処理の際、図5(A)に示すように本参考例では、第2の基板200を個片の基板とし、第1の基板100がいわゆる多数個取りを行う基板としている。
After forming the sealing
よって、図5(A)には図示の便宜上、第1の基板100の上部に1個の第2の基板200のみが接合された状態を図示しているが、実際は第1の基板100の上部には複数個の第2の基板200が接合され、これを個々のチップ内蔵基板300A毎に切断する処理が行われる。しかしながら、各基板100,200の個片化に関する構成は本参考例に限定されるものではなく、上側に位置する第1の基板100を多数個取り用の基板とし、下側に位置する第2の基板200を個片化基板としてもよく、また上下に位置する各基板100,200を共に多数個取り用の基板としてもよい。
Therefore, FIG. 5A illustrates a state in which only one
上記の個片化処理が終了すると、必要に応じてソルダーレジスト層104Bに形成された接続孔117Bから露出した配線パターン103Bにはんだボール111をはんだ付けすることにより、図1に示すチップ内蔵基板300Aが製造される。
When the singulation process is completed, the
上記のように本参考例に係る製造方法によれば、薄型化を図りうるチップ内蔵基板300Aを簡単に、かつ効率より製造することができる。また、第2の基板200に開口部206を形成する工程も、汎用されている機械加工(ルータ加工)を用いることができるため、短時間で生産性よく製造することができる。
As described above, according to the manufacturing method according to this reference example, the chip-embedded
また、封止樹脂115を充填する工程においては、開口部206の形成位置は封止樹脂115の流れ抵抗が小さくなるため封止樹脂115の充填性が向上し、またボイドの発生を抑制することもできる。
Further, in the process of filling the sealing
次に、本発明の第1実施例であるチップ内蔵基板について説明する。 Next, the chip built-in substrate according to the first embodiment of the present invention will be described.
図6は、第1実施例であるチップ内蔵基板300Cを示している。尚、図6において、図1に示した参考例に係るチップ内蔵基板300Aと対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略する。
FIG. 6 shows a chip built-in
前記した参考例に係るチップ内蔵基板300Aは、開口部206の内部に1個の半導体チップ110Aが位置するよう構成されていた。これに対して本実施例に係るチップ内蔵基板300Cは、開口部206内に第1の半導体チップ120Aに加え、他の内蔵部品も位置するよう搭載したことを特徴としている。特に本実施例では、この他の内蔵部品として第2の半導体チップ120Bを搭載した例を示している。
The chip-embedded
図6に示されるように、本実施例に係るチップ内蔵基板300Cは、第1の半導体チップ120Aは比較的薄いものである。よって、このように薄い第1の半導体チップ120Aが第1の基板100に搭載されたものにおいて、第2の基板200に開口部206を形成すると、開口部206内に広い空間が形成される。本実施例では、このようにして開口部206内に形成される空間内に第1の半導体チップ120A以外の第2の半導体チップ120B(内蔵部品)を搭載するように構成したことを特徴とするものである。
As shown in FIG. 6, in the chip-embedded
第2の半導体チップ120Bは、第1の半導体チップ120Aよりも形状が大きく、その形状差は第1の半導体チップ120Aの上部に第2の半導体チップ120Bが位置することができる程度となっている。この第2の半導体チップ120Bは、はんだボール121を用いて第1の基板100の配線パターン103Aにフリップチップ接合されている。よって、第2の半導体チップ120Bは、第1の半導体チップ120Aを跨いだ状態で開口部206内に配置された構成となっている。
The
このように、本実施例に係るチップ内蔵基板300Cは、開口部206内に複数の半導体チップ120A,120Bが位置した構成とされているため、薄型化を図りうるチップ内蔵基板300Cにおいて、更に高密度化を図ることが可能となる。
As described above, the chip-embedded
更に本実施例では、第2の半導体チップ120Bの背面が第2の基板200の上面200aと面一となるようはんだボール121及び電極112の直径が設定されている。これにより、本実施例に係るチップ内蔵基板300Cにおいても、実装時におけるハンドリング性の向上が図られている。
Furthermore, in this embodiment, the diameters of the
次に、図6に示したチップ内蔵基板300Cの製造方法について説明する。
Next, a manufacturing method of the chip built-in
図7及び図8は、チップ内蔵基板300Cの製造方法を製造手順に沿って示す図である。尚、図7及び図8において、図1乃至図6に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、一部その説明を省略するものとする。
7 and 8 are diagrams showing a manufacturing method of the chip-embedded
チップ内蔵基板300Cの製造工程において、図3(A)〜(C)に示す第2の基板200の製造方法は、チップ内蔵基板300Cの製造工程においても同様に行われる。そのため、第2の基板200の製造方法の説明は省略し、第1の基板100に第1及び第2の半導体チップ120A,120Bを搭載する工程から説明するものとする。
In the manufacturing process of the chip-embedded
図7(A)は、半導体チップ120A,120Bが搭載される前の第1の基板100を示している。同図に示す第1の基板100は、ソルダーレジスト層104Aに第2の半導体チップ120Bを搭載するための接続孔117Aが形成されていることを除き、図3(D)に示した第1の基板100と同一構成とされている。
FIG. 7A shows the
この第1の基板100には、先ず第1の半導体チップ120Aを搭載する。第1の基板100に第1の半導体チップ120Aを搭載するには、予め第1の半導体チップ120Aの主面にバンプ108を設けておき、この第1の半導体チップ120Aをフェイスダウンとし、主面に形成されたバンプ108を接続層107に接合する。
The
第1の半導体チップ120Aが第1の基板100にフリップチップ接合されると、続いて第1の半導体チップ120Aと第1の基板100との間に、アンダーフィル109を充填する。これにより、第1の半導体チップ120Aは第1の基板100に高い信頼性を持って接合される。図7(B)は、第1の半導体チップ120Aが第1の基板100にフリップチップ接合された状態を示している。
When the
第1の半導体チップ120Aが第1の基板100に搭載されると、続いて第2の半導体チップ120Bを第1の基板100に搭載する工程を実施する。第2の半導体チップ120Bは、その主面に予めはんだボール121が形成されている。第2の半導体チップ120Bを第1の基板100に搭載するには、このはんだボール121にフラックス119を塗布する。図7(C)は、第2の半導体チップ120Bのはんだボール121にフラックス119が塗布された状態を示している。
When the
続いて、はんだボール121が第1の基板100上のはんだ付け位置(所定の接続孔117Aの形成位置)と対向するよう、第1の基板100に対して第2の半導体チップ120Bの位置決めを行う。続いて、第2の半導体チップ120Bを第1の基板100に当接させる。これにより、はんだボール121は接続孔117Aから露出した配線パターン103Aにフラックス119により仮止めされる。
Subsequently, the
このように、第2の半導体チップ120Bが第1の基板100に仮止めされると、この第1の基板100はリフロー炉に装着されて加熱工程を実施する。これにより、はんだボール121は配線パターン103Aにはんだ付けされ、よって第2の半導体チップ120Bは第1の基板100に接合された状態となる。図7(D)は、第2の半導体チップ120Bが第1の基板100に接合された状態を示している。
As described above, when the
続いて、はんだボール121のはんだ付け位置に残留しているフラックス残渣を除去する洗浄工程を行う。図8(A)は、洗浄工程が行われ、フラックス残渣が除去された状態を示している。
Subsequently, a cleaning process for removing the flux residue remaining at the soldering position of the
上記のように第1の基板100に第1及び第2の半導体チップ120A,120Bが搭載されると、続いて第2の基板200を第1の基板100に接合する工程を行う。
As described above, when the first and
第2の基板200を第1の基板100に接合するには、先ず電極112にフラックス118を塗布した上で、開口部206と第2の半導体チップ120Bが対向するように、また電極112が接続孔117Aに対向するよう、第1の基板100の上方で第2の基板200の位置決めを行う。図8(B)は、この位置決めが行われた状態を示している。
In order to join the
続いて、第2の基板200を第1の基板100に当接させる。これにより、電極112は接続孔117Aから露出した配線パターン103Aにフラックス118により仮止めされる。またこれと同時に、第1及び第2の半導体チップ120A,120Bは開口部206の内部に少なくともその一部が位置した状態となる。特に本実施例では、第2の半導体チップ120Bの背面が、第2の基板200の上面200aと面一となるよう構成されている。
Subsequently, the
このように、第2の基板200が第1の基板100に仮止めされると、この第1及び第2の基板100,200は、仮止めされた状態を維持しつつリフロー炉に装着されて加熱工程を実施する。これにより、電極112のはんだ被膜114は溶けて配線パターン103Aにはんだ付けされ、第1の基板100と第2の基板200は電極112により接合され積層された状態となる。
As described above, when the
この際、はんだ被膜114を構成するはんだ合金は、はんだボール121を構成するはんだ合金の融点よりも低い融点を有した材料を選定しておくことが望ましい。図8(C)は、第1の基板100と第2の基板200が、電極112により接合された状態を示している。
At this time, as the solder alloy constituting the solder coating 114, it is desirable to select a material having a melting point lower than that of the solder alloy constituting the
続いて、電極112のはんだ付け位置に残留しているフラックス残渣を除去する洗浄工程を行う。図8(D)は、洗浄工程が行われ、フラックス残渣が除去された状態を示している。
Subsequently, a cleaning process for removing the flux residue remaining at the soldering position of the
上記のように第2の基板200が第1の基板100に搭載されると、洗浄工程が終了した第1及び第2の基板100,200は、金型(図示せず)内に装着され、封止樹脂115を成型するトランスファーモールド工程が実施される。尚、封止樹脂115の形成工程では、図5(A),(B)を用いて説明した工程と同一処理を実施するため、その説明は省略する。
When the
上記のように本実施例に係る製造方法によれば、薄型化を図りつつ高密度化を図ることができるチップ内蔵基板300Cを簡単に、かつ効率よく製造することができる。
As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, it is possible to easily and efficiently manufacture the chip-embedded
尚、上記した製造方法では、はんだボール121を第1の基板100にはんだ付けした後、電極112を第1の基板100にはんだ付けする工程例について説明したが、第2の半導体チップ120Bのはんだボール121を第1の基板100に仮止めした後にリフロー処理を直ちに実施するのではなく、電極112が第1の基板100に仮止めされた後にリフロー処理を行うこととしてもよい。これにより、はんだボール121と電極112のはんだ付け処理を同時に行うことができるため、製造効率の向上を図ることができると共に、各半導体チップ120A,120Bに加熱による影響が及ぶことを防止できる。更に、はんだボール121及びはんだ被膜114の材質を同一のはんだ合金(融点が同一の材料)とすることが可能となる。
In the above-described manufacturing method, the example of the process of soldering the
次に、図9乃至図12を参照し、本発明の第2乃至第5実施例に係るチップ内蔵基板300D〜300Gについて説明する。尚、図9乃至図12において、図1及び図6に示した参考例及び第1実施例に係るチップ内蔵基板300A,300Cと対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略する。
Next, chip built-in
図9は、第2実施例に係るチップ内蔵基板300Dを示している。前記した参考例及び実施例に係るチップ内蔵基板300A〜300Cは、半導体チップ110A,110B,120A,120Bが第1の基板100にフリップチップ接合されていた。これに対して本実施例に係るチップ内蔵基板300Dは、半導体チップ110Cを第1の基板100にフェイスアップで搭載し、この半導体チップ110Cと第1の基板100とをワイヤ125を用いてワイヤボンディング接続したことを特徴としている。
FIG. 9 shows a chip built-in
ワイヤボンディング法は、フリップチップ法に比べて低コスト化が図れるが、ワイヤーループが半導体チップの上部にも形成されるため、薄型化の点からは不利である。しかしながら本実施例では、半導体チップ110Cが第2の基板200に形成された開口部206の内部のその一部が位置した構成であるため、半導体チップ110Cの上部に空間部が形成される。
The wire bonding method can reduce the cost as compared with the flip chip method, but is disadvantageous in terms of thinning because the wire loop is also formed on the semiconductor chip. However, in this embodiment, since the semiconductor chip 110C has a configuration in which a part of the
このため、本実施例ではこの半導体チップ110Cの上部に空間部を利用し、この空間部内でワイヤ125のワイヤーループが形成されるよう構成したものである。よって、本実施例に係るチップ内蔵基板300Dによれば、半導体チップ110Cと第1の基板100とをワイヤ125を用いても薄型化を図ることができ、かつ低コスト化を図ることができる。
For this reason, in this embodiment, a space is used above the semiconductor chip 110C, and a wire loop of the
図10は、第3実施例に係るチップ内蔵基板300Eを示している。前記した各実施例に係るチップ内蔵基板300A〜300Dは、第2の基板200に開口部206を形成し、この開口部206の内部に半導体チップ110A,110B,110C,120A,120Bの一部が位置するよう構成することにより、チップ内蔵基板300A〜300Dの薄型化を図る構成とされていた。
FIG. 10 shows a chip built-in
これに対して本実施例に係るチップ内蔵基板300Eは、第1の基板100に上面100aよりも窪んだ凹状の段差部126を形成し、この段差部126の内部に半導体チップ110Aを搭載したことを特徴とするものである。
In contrast, in the chip-embedded
本実施例に係るチップ内蔵基板300Eによれば、半導体チップ110Aの一部が少なくとも段差部126内に位置するよう構成したことにより、高さ方向(図中、矢印Z1,Z2方向)に対し、半導体チップ110Aと第1の基板100を重ね合わせることができるため、チップ内蔵基板300Eの薄型化及び小型化を図ることができる。
According to the chip-embedded
図11は、第4実施例に係るチップ内蔵基板300Fを示している。先に、図6を用いて説明した第1実施例に係るチップ内蔵基板300Cは、開口部206内に第1の半導体チップ120Aに加えて内蔵部品として第2の半導体チップ120Bが位置するよう構成することにより、チップ内蔵基板300Cの高密度化及び薄型化を図る構成としていた。
FIG. 11 shows a chip built-in
これに対して本実施例に係るチップ内蔵基板300Fは、第1実施例における第2の半導体チップ120Bに代えて、開口部206内にシリコンインターポーザ130が位置するよう構成したことを特徴とするものである(このシリコンインターポーザ130は、請求項に記載の内蔵部品に相当する。
In contrast, the chip-embedded
シリコンインターポーザ130は、シリコン製の基板本体131の下面に配線パターン132が形成されると共に、その中央位置に基板本体131を貫通する複数の貫通ビア133を形成した構成とされている。配線パターン132の一端部は貫通ビア133の下端と接続しており、また配線パターン132の他端部にははんだボール121が接続されている。
The
貫通ビア133はシリコン製の基板本体131に形成されるために微細加工が可能であり、よって隣接する貫通ビア133のピッチを狭ピッチ化することができる。このため、シリコンインターポーザ130の上部に、半導体チップ110A以上に高密度化された半導体装置や電子機器(以下、これらを高密度部品という)を実装することが可能となる。
Since the through via 133 is formed in the
よって、本実施例に係るチップ内蔵基板300Fによれば、高密度部品を実装する場合、第1の基板100及び第2の基板200を全て高密度部品の精度に合わせる必要はなく、シリコンインターポーザ130のみを高密度部品の精度に合わせた構成とし、第1及び第2の基板100,200の精度は高密度部品の精度以下とすることができる。これにより、低コスト化を図りつつ、高密度部品の実装を可能とすることができる。
Therefore, according to the chip-embedded
図12は、第5実施例に係るチップ内蔵基板300Gを示している。本実施例に係るチップ内蔵基板300Gは、第1実施例における第2の半導体チップ120Bに代えて、開口部206内にヒートシンク140が位置するよう構成したことを特徴とするものである。
FIG. 12 shows a chip built-in
このヒートシンク140は、例えばアルミニウム等の熱伝導性が高い金属を用いることができる。このヒートシンク140は、半導体チップ110Aの背面に熱伝導性接着シート141を用いて固定されている。また、ヒートシンク140の上面は、第2の基板200(封止樹脂115)から露出するよう設定されている。
The
この構成とすることにより、半導体チップ110Aで発生した熱は熱伝導性接着シート141を介してヒートシンク140に熱伝導し、このヒートシンク140において装置外部に放熱される。よって、本実施例に係るチップ内蔵基板300Gによれば、半導体チップ110Aで発生する熱の放熱特性を高めることができる。これにより、半導体チップ110Aの熱による不良発生を抑制でき、チップ内蔵基板300Gの信頼性の向上を図ることができる。
With this configuration, the heat generated in the semiconductor chip 110 </ b> A is conducted to the
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims. It can be modified and changed.
例えば、上記した各実施例では内蔵部品となる半導体チップ120B及びシリコンインターポーザ130を第1の基板100にフリップチップ接合するのにはんだボール121を用いたが、このはんだボール121に代えてコア(例えば、銅ボール)の外周にはんだを塗布したものを用いることも可能である。
For example, in each of the above-described embodiments, the
100 第1の基板
101 コア基板
102,202 ビアプラグ
103A,103B,203A,203B 配線パターン
103C,203C 内層配線
104A,104B,204A,204B ソルダーレジスト層
109 アンダーフィル
110A〜110C 半導体チップ
111,121 はんだボール
112 電極
113 銅コア
114 はんだ被膜
115 封止樹脂
120A 第1の半導体チップ
120B 第2の半導体チップ
125 ワイヤ
126 段差部
130 シリコンインターポーザ
140 ヒートシンク
141 熱伝導性接着シート
200,200A 第2の基板
201 コア基板
206 開口部
300A〜300G チップ内蔵基板
100
Claims (2)
第1の配線が形成されると共に前記第1の半導体チップが搭載される第1の基板と、
第2の配線が形成されると共に前記第1の基板に積層される第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板を電気的に接続する接続部材と
前記第1の基板と前記第2の基板の間に配設される封止樹脂とを有し、
前記第2の基板に開口部を形成したチップ内蔵基板であって、
前記第1の基板に前記第1の半導体チップより形状の大きい第2の半導体チップをフリップチップ接合し、該第2の半導体チップの少なくとも一部及び前記第1の半導体チップの少なくとも一部が前記開口部内に位置し、かつ前記第2の半導体チップが前記第1の半導体チップの上部に位置するよう構成され、
前記封止樹脂は、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとの間、前記第2の半導体チップと前記第2の基板との間、及び、前記開口部内に充填され、
前記第2の半導体チップの前記開口部内における背面と、前記第2の基板の表面とが面一となるよう構成されているチップ内蔵基板。 A first semiconductor chip ;
A first substrate on which the first wiring is formed and the first semiconductor chip is mounted;
A second substrate on which a second wiring is formed and stacked on the first substrate;
A connection member that electrically connects the first substrate and the second substrate; and a sealing resin disposed between the first substrate and the second substrate;
A chip-embedded substrate in which an opening is formed in the second substrate,
The first of the second semiconductor chip larger shape than the first semiconductor chip to a substrate by flip-chip bonding, at least a portion the of the second semiconductor chip and at least part of the first semiconductor chip The second semiconductor chip is located in the opening and the upper part of the first semiconductor chip is configured,
The sealing resin is filled between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip , between the second semiconductor chip and the second substrate, and in the opening ,
A chip-embedded substrate configured such that a back surface of the second semiconductor chip in the opening and a surface of the second substrate are flush with each other.
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