JP5649771B2 - Component built-in wiring board - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁板中に部品が埋設、実装された部品内蔵配線板に係り、特に、半導体素子が埋設、実装された部品内蔵配線板に関する。 The present invention relates to a component built-in wiring board in which components are embedded and mounted in an insulating plate, and more particularly to a component built-in wiring board in which semiconductor elements are embedded and mounted.
半導体素子としての半導体チップがフリップ接続により埋設、実装された部品内蔵配線板の例として、下記特開2003−197849号公報に記載のものがある。半導体チップ(ベアチップ)をフリップ接続すればその実装で生じる厚さは最小限近くに節約されるので、半導体素子を配線板中に内蔵する場合の有力な方法になる。 An example of a component built-in wiring board in which a semiconductor chip as a semiconductor element is embedded and mounted by flip connection is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-197849. If a semiconductor chip (bare chip) is flip-connected, the thickness generated by the mounting is saved to a minimum, which is an effective method for incorporating a semiconductor element in a wiring board.
フリップ接続は、例えば、半導体チップ上に形成された端子パッド上にさらにAuバンプを形成し、これを接着剤(アンダーフィル樹脂)を介して配線板上に形成された配線パターンに圧接することでなすことができる(ACF[異方性導電性フィルム:anisotropic conductive film]やACP[異方性導電性ペースト:anisotropic conductive paste]を間に挟む場合もある)。ここで考慮点は、Auバンプと配線パターンとの低抵抗接続およびその接続信頼性の確保である。このため配線パターン表面には高い洗浄度が求められ、よく行われる方法として、配線パターンの表層にもAuめっき層を形成しておく。 In the flip connection, for example, an Au bump is further formed on a terminal pad formed on a semiconductor chip, and this is press-contacted to a wiring pattern formed on a wiring board via an adhesive (underfill resin). (ACF [anisotropic conductive film] or ACP [anisotropic conductive paste] may be sandwiched between them). The consideration here is the low resistance connection between the Au bump and the wiring pattern and the securing of the connection reliability. Therefore, a high degree of cleaning is required on the surface of the wiring pattern, and as a common method, an Au plating layer is also formed on the surface layer of the wiring pattern.
一般には、配線板の主面上に半導体チップをフリップ接続する場合には、配線パターンのうち接続に供する部位のみを残してはんだレジストのような保護層を形成し、そのあと、接続に供する部位にAuめっき層を形成している。これにより、安価とは言えないAuめっきを最小限の面積に留めて施すことができる。 Generally, when flip-connecting a semiconductor chip on the main surface of a wiring board, a protective layer such as a solder resist is formed, leaving only a portion of the wiring pattern to be connected, and then a portion to be connected An Au plating layer is formed on the substrate. As a result, Au plating, which is not inexpensive, can be applied with a minimum area.
半導体チップを配線板中に埋設する場合であって、これをフリップ接続する場合には、上記のような主面上への半導体チップのフリップ接続とはいくつか事情が異なってくる。まず、はんだレジストが内層の絶縁層の一部になってしまうことの影響である。一般的に、はんだレジストと配線板で使用される絶縁板材料との密着性は、絶縁板材料同士のそれほどには強くない。そこで、内層としてのはんだレジストを省略した構成を採用すると、Auめっきを広い面積に施すことになり製造コストに影響する。Auめっき層と絶縁板材料との接着性も強いとは言えず、この点でも課題が残る。また、Auめっき層を限定的領域に形成するとしても、マスク形成、除去等の工程が増加しコスト高となる。 In the case of embedding a semiconductor chip in a wiring board and flip-connecting it, there are some differences from the flip-connection of the semiconductor chip on the main surface as described above. First, there is an influence of the solder resist becoming a part of the inner insulating layer. Generally, the adhesion between the solder resist and the insulating plate material used in the wiring board is not so strong between the insulating plate materials. Therefore, if a configuration in which the solder resist as the inner layer is omitted is adopted, Au plating is performed over a large area, which affects the manufacturing cost. It cannot be said that the adhesion between the Au plating layer and the insulating plate material is strong, and a problem remains in this respect. Further, even if the Au plating layer is formed in a limited region, the steps such as mask formation and removal increase and the cost increases.
加えて、フリップ接続は、配線パターンで作られたランドに対して、半導体チップ上に形成された、微細ピッチの接続パッドを位置合わせする技術を含んでおり、位置精度の確保上、配線パターンを有するワークのサイズをあまり大きくすることはできない。したがって、生産性の点で不利な分コスト高となる。フリップ接続用の装置を準備しなければならない点でもコスト高になる。
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、絶縁板中に半導体素子が埋設、実装された部品内蔵配線板において、配線板としての健全性および部品内蔵の電気的信頼性を維持した上で、低コストで製造が可能な部品内蔵配線板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and in a component built-in wiring board in which a semiconductor element is embedded and mounted in an insulating plate, the soundness as the wiring board and the electrical reliability built in the component are maintained. Then, it aims at providing the component built-in wiring board which can be manufactured at low cost.
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る部品内蔵配線板は、第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に対して積層状に位置する第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層に埋設され、かつ、端子パッドを有する半導体チップと、該端子パッドに電気的接続された、グリッド状配列の表面実装用端子とを備えた半導体素子と、前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層とに挟まれて設けられ、かつ、前記半導体素子の前記表面実装用端子それぞれに向かい合いかつおのおのが該表面実装用端子それぞれの平面形状と相似または合同図形であるパターンを該半導体素子の実装用ランドとして有する第1の配線パターンと、前記半導体素子の前記表面実装用端子のそれぞれと前記第1の配線パターンの前記実装用ランドのおのおのとを相互接続するように、該表面実装用端子に接触してかつ該実装用ランドにも接触して設けられている、リフローされたはんだ部と、を具備し、前記第1の配線パターンの前記実装用ランドのうちの少なくも一部が、島状パターンであってパターンとしての配線引き出しがなく、前記第1の絶縁層の前記第1の配線パターンがある側とは反対の側に設けられた第2の配線パターンと、前記第1の絶縁層を貫通して前記少なくとも一部の前記実装用ランドの面と前記第2の配線パターンの面との間に挟設された、導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状の層間接続体と、をさらに具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a component built-in wiring board according to one aspect of the present invention includes a first insulating layer, a second insulating layer positioned in a stacked manner with respect to the first insulating layer, A semiconductor element including a semiconductor chip embedded in a second insulating layer and having a terminal pad; and a grid-arranged surface mounting terminal electrically connected to the terminal pad; and the first insulation A pattern which is sandwiched between a layer and the second insulating layer and faces each of the surface mounting terminals of the semiconductor element, and each has a similar or congruent shape to the planar shape of each of the surface mounting terminals Are interconnected with each of the surface mounting terminals of the semiconductor element and each of the mounting lands of the first wiring pattern. , Comprises is provided in contact to contact with and said actual wear land terminal surface mounting, a solder portion which is reflowed, the, of said mounting lands of said first wiring pattern A second wiring pattern provided on the opposite side of the first insulating layer from the side where the first wiring pattern is present, at least a part of which is an island-shaped pattern without wiring drawing as a pattern. And a conductive composition sandwiched between the surface of the at least part of the mounting land and the surface of the second wiring pattern through the first insulating layer, and laminated And an interlayer connector having a shape that has an axis that coincides with the direction and has a diameter that changes in the direction of the axis.
すなわち、この部品内蔵配線板が内蔵する半導体素子は、半導体チップとグリッド状配列の表面実装用端子とを有しており、半導体チップは端子パッドを有している。半導体チップの端子パッドと表面実装用端子とは電気的に接続されている。つまり、この半導体素子は、グリッド状配列の表面実装用端子により配線板に内蔵実装されている。さらに、ここで、この内蔵実装のため、実装用ランドとして、半導体素子の表面実装用端子それぞれの平面形状と相似または合同図形であるパターンを含む配線パターンが設けられている。 That is, the semiconductor element incorporated in the component built-in wiring board has a semiconductor chip and a grid-mounted surface mounting terminal, and the semiconductor chip has a terminal pad. The terminal pads of the semiconductor chip and the surface mounting terminals are electrically connected. In other words, the semiconductor element is built in and mounted on the wiring board by the surface mounting terminals arranged in a grid pattern. Further, here, for this built-in mounting, a wiring pattern including a pattern that is similar or congruent to the planar shape of each of the surface mounting terminals of the semiconductor element is provided as a mounting land.
半導体素子が表面実装用端子を有することにより、これを配線板へ内蔵実装するには表面実装技術を用い得る。よって、フリップ接続用の装置を用意する必要がない。また、フリップ接続の場合のように、ランドに対する半導体チップの位置合わせ精度確保のため、配線パターンを有するワークのサイズをあまり大きくできない、ということもない。さらに、表面実装用端子が特にグリッド状配列であること、すなわち面配置であることにより、半導体素子としての平面面積を極力狭くすることが可能になっていて、半導体チップと同様に面積的な内蔵のしやすさが確保されている。内蔵部品のための配線パターンには、特段、Auめっきの形成や、はんだレジストの形成が必要ない。 Since the semiconductor element has a surface mounting terminal, surface mounting technology can be used to mount the semiconductor element in the wiring board. Therefore, it is not necessary to prepare a device for flip connection. Further, unlike the case of flip connection, the size of the work having the wiring pattern cannot be increased so much in order to ensure the alignment accuracy of the semiconductor chip with respect to the land. Furthermore, since the surface mounting terminals are arranged in a grid pattern, that is, in a plane arrangement, it is possible to reduce the plane area as a semiconductor element as much as possible, and the built-in area is the same as that of a semiconductor chip. Easy to manage. The wiring pattern for the built-in component does not require special formation of Au plating or solder resist.
特に、半導体素子の実装に接続部材としてはんだが利用されており、さらに、その実装用ランドが半導体素子の表面実装用端子それぞれの平面形状と相似または合同図形のパターンであるため、実装用ランドと表面実装用端子とを相互接続する接続部材の形状の制御性が非常に高い。すなわち、接続部材の広がりを抑制的にすることが可能であり、しかも接続部材を端子同士において揃った形状にすることができるので、電気的接続の信頼性をより向上することができる。そして、パターン配線として引き出しがない実装用ランドの電気的な接続には、そのランドの半導体素子が実装された側とは反対側に設けられた層間接続体を利用している。ランドを島状パターンとすることで、ランドと表面実装用端子とを相互接続する接続部材の形状の制御性をさらに高めることができる。すなわち、パターン配線の引き出し部がないため、これに接続部材が広がらない。なお、層間接続体は、例えば導電性組成物のスクリーン印刷により形成された導電性バンプを由来とする層間接続体である。 In particular, solder is used as a connecting member for mounting a semiconductor element, and furthermore, the mounting land is a pattern similar to or congruent with the planar shape of each surface mounting terminal of the semiconductor element. The controllability of the shape of the connecting member that interconnects the surface mounting terminals is very high. That is, it is possible to suppress the spreading of the connection member, and furthermore, since the connection member can be formed in a uniform shape between the terminals, the reliability of electrical connection can be further improved. For electrical connection of the mounting lands that are not drawn out as pattern wiring, an interlayer connection body provided on the side opposite to the side where the semiconductor elements are mounted is used. By making the land into an island pattern, it is possible to further improve the controllability of the shape of the connecting member that interconnects the land and the surface mounting terminal. That is, since there is no lead portion for the pattern wiring, the connection member does not spread over this. The interlayer connection body is an interlayer connection body derived from conductive bumps formed by screen printing of a conductive composition, for example.
以上により、絶縁材料の密着性劣化の要因を取り除き配線板としての健全性および部品内蔵の電気的信頼性を維持した上で、低コストで製造が可能な部品内蔵配線板となっている。 As described above, the component built-in wiring board that can be manufactured at low cost while removing the cause of the deterioration of the adhesion of the insulating material and maintaining the soundness as the wiring board and the electrical reliability of the built-in component.
本発明によれば、絶縁板中に半導体素子が埋設、実装された部品内蔵配線板において、配線板としての健全性および部品内蔵の電気的信頼性を維持した上で、低コストで製造が可能になる。 According to the present invention, a component built-in wiring board in which a semiconductor element is embedded and mounted in an insulating plate can be manufactured at low cost while maintaining soundness as the wiring board and electrical reliability of the built-in component. become.
本発明の実施態様として、前記第2の絶縁層が、少なくとも2つの絶縁層の積層であり、前記少なくとも2つの絶縁層の間に挟まれて設けられた第3の配線パターンと、前記第2の絶縁層の積層方向一部を貫通して前記第1の配線パターンの面と前記第3の配線パターンの面との間に挟設された、導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状の第2の層間接続体とをさらに具備する、とすることができる。この層間接続体は、半導体素子を埋め込んでいる第2の絶縁層の積層方向一部を貫通する層間接続体の一例であり、例えば導電性組成物のスクリーン印刷により形成された導電性バンプを由来とする層間接続体である。 As an embodiment of the present invention, the second insulating layer is a laminate of at least two insulating layers, and a third wiring pattern provided between the at least two insulating layers, and the second The insulating layer is formed of a conductive composition that penetrates a part of the insulating layer in the stacking direction and is sandwiched between the surface of the first wiring pattern and the surface of the third wiring pattern, and in the stacking direction. further comprising radial direction of the shaft has a matching shaft and a second interlayer connector having a shape has changed, it is possible to. This interlayer connection body is an example of an interlayer connection body that penetrates a part in the stacking direction of the second insulating layer in which the semiconductor element is embedded. For example, the interlayer connection body is derived from conductive bumps formed by screen printing of a conductive composition. It is an interlayer connection body.
また、実施態様として、前記半導体素子の前記表面実装用端子がLGAの端子である、とすることができる。LGAを利用した表面実装では、はんだボールなどのバンプを使用せずに配線板に実装することが可能であり、高さ方向のサイズを抑えることができるので、より内蔵することに適性がある。 As an embodiment, the surface mounting terminal of the semiconductor element can be an LGA terminal. In surface mounting using LGA, it is possible to mount on a wiring board without using bumps such as solder balls, and the size in the height direction can be suppressed.
以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る部品内蔵配線板の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、この部品内蔵配線板は、絶縁層11(第1の絶縁層)、同12、同13、同14、同15(12、13、14、15で第2の絶縁層)、配線層21(第2の配線パターン)、同22(配線パターン)、同23(第3の配線パターン)、同24、同25、同26(=合計6層配線)、層間接続体31、同31a、同32、同34、同35、スルーホール導電体33、半導体素子(ウエハレベル・チップスケールパッケージによる)41、はんだ(接続部材)51、はんだレジスト61、62を有する。配線層22は、実装用ランド22aを含む。
Based on the above, embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a component built-in wiring board according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this component built-in wiring board includes an insulating layer 11 (first insulating layer), 12, 12, 13, 14, and 15 (12, 13, 14, 15 second insulating layer). ), Wiring layer 21 (second wiring pattern), 22 (wiring pattern), 23 (third wiring pattern), 24, 25, and 26 (= 6 wirings in total),
この配線板は内蔵部品として半導体素子41を有する。半導体素子41は、ウエハレベル・チップスケールパッケージによる素子であり、半導体チップと、該半導体チップ上に形成されたグリッド状配列の表面実装用端子41aとを少なくとも備えている。その構造例および製造工程例については詳細を後述する(図2、図4)。表面実装用端子41aは、半導体チップがもともと有する端子パッドから再配線層を介して電気的に導通しつつその位置を再配置して設けられた端子であり、このような再配置により端子としての配置密度が半導体チップ上の端子パッドのそれより粗くなっている。これにより、半導体素子41は、表面実装技術により配線層22による実装用ランド22aにはんだ51を介して実装され得る。
This wiring board has a
また、半導体素子41をはんだ51を介して実装するための実装用ランド22aは、後述するように(図3)、半導体素子41の表面実装用端子41aそれぞれに対応して設けられており、その平面形状としておのおのが表面実装用端子41aと相似または合同図形のパターンになっている。このため、実装用ランド22aと表面実装用端子41aとを相互接続するはんだ51の形状の制御性が非常に高くなっている。つまり、接続部材51の広がりを抑制的にすることが可能になっており、しかもはんだ51を端子41a同士において揃った形状にすることができるので応力発生が偏らず、電気的接続の信頼性をより向上することができる。
Further, the mounting lands 22a for mounting the
部品内蔵配線板としてのほかの構造について述べると、配線層21、26は、配線板としての両主面上の配線層であり、その上に各種の部品(不図示)が実装され得る。実装ではんだ(不図示)が載るべき配線層21、26のランド部分を除いて両主面上には、はんだ接続時に溶融したはんだをランド部分に留めかつその後は保護層として機能するはんだレジスト61、62が形成されている(厚さはそれぞれ例えば20μm程度)。ランド部分の表層には、耐腐食性の高いNi/Auのめっき層(不図示)を形成するようにしてもよい。 Describing another structure as a component built-in wiring board, the wiring layers 21 and 26 are wiring layers on both main surfaces as a wiring board, and various components (not shown) can be mounted thereon. Solder resist 61 is provided on both main surfaces except for the land portions of the wiring layers 21 and 26 on which solder (not shown) is to be mounted in mounting, so that the solder melted at the time of solder connection is held on the land portions and thereafter functions as a protective layer. , 62 (thickness is about 20 μm, for example). An Ni / Au plating layer (not shown) with high corrosion resistance may be formed on the surface layer of the land portion.
また、配線層22、23、24、25は、それぞれ、内層の配線層であり、順に、配線層21と配線層22の間に絶縁層11が、配線層22と配線層23の間に絶縁層12が、配線層23と配線層24との間に絶縁層13が、配線層24と配線層25との間に絶縁層14が、配線層25と配線層26との間に絶縁層15が、それぞれ位置しこれらの配線層21〜26を隔てている。各配線層21〜26は、例えばそれぞれ厚さ18μmの金属(銅)箔からなっている。
The wiring layers 22, 23, 24, and 25 are inner wiring layers, and the insulating
各絶縁層11〜15は、絶縁層13を除き例えばそれぞれ厚さ100μm、絶縁層13のみ例えば厚さ300μmで、それぞれ例えばガラスエポキシ樹脂からなるリジッドな素材である。特に絶縁層13は、内蔵された半導体素子41に相当する位置部分が開口部となっており、半導体素子41を埋設するための空間を提供する。絶縁層12、14は、内蔵された半導体素子41のための絶縁層13の上記開口部および絶縁層13のスルーホール導電体33内部の空間を埋めるように変形進入しており内部に空隙となる空間は存在しない。
Each of the insulating
配線層21と配線層22とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層11を貫通する層間接続体31、31aにより導通し得る。同様に、配線層22と配線層23とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層12を貫通する層間接続体32により導通し得る。配線層23と配線層24とは、絶縁層13を貫通して設けられたスルーホール導電体33により導通し得る。配線層24と配線層25とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層14を貫通する層間絶縁体34により導通し得る。配線層25と配線層26とは、それらのパターンの面の間に挟設されかつ絶縁層15を貫通する層間接続体35により導通し得る。
The
層間接続体31、31a、32、34、35は、それぞれ、導電性組成物のスクリーン印刷により形成される導電性バンプを由来とするものであり、その製造工程に依拠して軸方向(図1の図示で上下の積層方向)に径が変化している。その直径は、太い側で例えば200μmである。このうち特に層間接続体31aは、実装用ランド22aのうちの配線引き出しのないパターン(すなわち島状のパターン)の直下に設けられたものであり、これにより、当該実装用ランド22aは配線層21に対して電気的導通が可能になっている。
The
実装用ランド22aを島状パターンとすることで、ランド22aと表面実装用端子41aとを相互接続するはんだ51の形状の制御性をさらに高めることができる。すなわち、パターン配線の引き出し部がないため、これにはんだ51が広がらないためである。
By making the mounting land 22a into an island pattern, the controllability of the shape of the
以上、本実施形態に係る部品内蔵配線板の構造をひと通り述べた。次に、この部品内蔵配線板に使用の半導体素子41についてその構成を、図2を参照してやや詳細に説明する。図2は、図1に示した部品内蔵配線板に使用の半導体素子41を模式的に、やや詳細に示す下面図(図2(a))および断面図(図2(b))である。図2(a)におけるA−Aa位置における矢視方向断面が、図2(b)である。図2において、図1中に示した構成要素と同一のものには同一符号を付している。なお、図1中に示した半導体素子41とは端子41aの配置構成が異なるが、これは図1が説明の便宜上の省略を含むものであるためである。
The structure of the component built-in wiring board according to this embodiment has been described above. Next, the configuration of the
図2(a)に示すように、この半導体素子41は、表面実装用端子41aがグリッド状に配置されている。端子41aの配置ピッチは、例えば0.3mmないし1.0mmである。端子41aが配置された面の中央付近は、半導体素子41として必要な端子数が少ない場合は、端子41aが配置されない態様とすることもできる。
As shown in FIG. 2A, the
この半導体素子41は、配線板中に内蔵のため実装される前の形態として、端子41a上にはんだボールのない、いわゆるLGA(land grid array)の形態である。このようなはんだボールのない構成とすることで高さ方向の実装サイズを抑制し、より内蔵への適性を向上させている。内蔵される配線板の厚さが許せば、端子41a上にはんだボールが搭載されたいわゆるBGA(ball grid array)の形態も利用できる。
This
半導体素子41の断面方向には、図2(b)に示すように、表面実装用端子41aが、絶縁層41e上に、かつ、絶縁層41eを貫通する部分を介して再配線層41bに接触するように形成されている。さらに、再配線層41bは、絶縁層41eと半導体チップとの間に設けられた絶縁層41d上に、かつ、絶縁層41dを貫通する部分を介して半導体チップ上の端子パッド41cに接触するように形成されている。
In the cross-sectional direction of the
端子パッド41cは、通常、半導体チップの各辺に沿って一列に列設されているので、その配置ピッチは比較上狭い。すなわち、その配置ピッチと、グリッド状に配置され、配置ピッチが比較上広くなっている表面実装用端子41aの配置ピッチとの導通を仲介するために、再配線層41bが設けられる。このような構成により、この半導体素子41は表面実装可能な形態であるにもかかわらず、平面的には半導体チップと同じ面積であり、厚さ方向にも半導体チップそのものよりわずかに厚い程度の大きさとなっている。なお、半導体素子41としてより薄くするために、半導体チップの裏面を、研削工程を設けて研削しておくようにしてもよい。例えば、総厚を0.3mm程度以下としておくことができる。
Since the
次に、図3は、図1中に示した配線層22の一部構成を模式的に示す平面図である。より具体的には、上記で説明した半導体素子41を実装するためのランド22aを含む配線層22のパターンを平面的に示すものである。図3において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付してある。
Next, FIG. 3 is a plan view schematically showing a partial configuration of the
図3に示すように、配線層22が含む実装用ランド22aは、上記説明した半導体素子41の表面実装用端子41aそれぞれに対応して設けられており、その平面形状としておのおのが表面実装用端子41aと相似または合同図形(この例では円形)のパターンになっている。このため、すでに述べたように、実装用ランド22aと表面実装用端子41aとを相互接続するはんだ51の形状の制御性を高く保てる。このような制御性を得るために、通常用いられるようなはんだレジストの形成は必要ない。したがって、積層する材料同士の密着性の問題が生じない。
As shown in FIG. 3, the mounting land 22a included in the
実装用ランド22aから引き出される配線パターンはなるべく細い方が好ましい。このような引き出し部は、はんだ51の形状に制御性を持たせる目的においては外乱要因であって、はんだ51の広がりに影響を与える。また、引き出し部の太さの差によっては、端子41a同士においてはんだ51の形状を揃ったものにする効果が薄れてしまう。ランド22aがなるべく島状のパターンとなるように、パターン直下の層間接続体31aを活用するのがよりよい形態である。
The wiring pattern drawn out from the mounting land 22a is preferably as thin as possible. Such a lead-out portion is a disturbance factor for the purpose of giving controllability to the shape of the
次に、上記説明した半導体素子41の製造工程例について図4を参照して説明する。図4は、図1に示した部品内蔵配線板に使用の半導体素子41についてその製造過程例を模式的断面で示す工程図である。図4において、すでに説明の図中に示した構成要素と同一のものには同一符号を付している。
Next, an example of a manufacturing process of the
まず、図4(a)に示すように、半導体ウエハ41wであってその面上に複数の半導体デバイスがすでに形成されたものを用意する。半導体ウエハ41wの面上には、それぞれの半導体デバイスの外部接続部として端子パッド41cが形成されている。端子パッド41cは、通常、ワイヤボンディングを行なうのに必要な面積を有しており、かつワイヤボンディングを行うのに支障のない程度の配置ピッチを有して各半導体デバイスの四辺に沿って設けられている。この配置ピッチは、一般的な表面実装を行う端子の配置ピッチより狭い。
First, as shown in FIG. 4A, a semiconductor wafer 41w having a plurality of semiconductor devices already formed on its surface is prepared. On the surface of the semiconductor wafer 41w,
次に、図4(b)に示すように、パッド41cを覆うように半導体ウエハ41w上全面に絶縁層41dを形成する。形成方法は、周知の方法を用いてよいが、例えば、半導体ウエハ41w上に絶縁材料であるポリイミドを滴下してスピンコートし厚さ例えば1μm程度に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4B, an insulating layer 41d is formed on the entire surface of the semiconductor wafer 41w so as to cover the
次に、図4(c)に示すように、パッド41c上の絶縁層41dを選択的にエッチング除去し絶縁層41dに、パッド41cに通じる開口部71を形成する。選択的にエッチングするには、フォトリソグラフィなどの周知の方法を適用することができる。なお、図4(b)および図4(c)に示す方法に代えて、パッド41c上を除き選択的に絶縁層41dを形成する方法を用いてもよい。選択的に絶縁層41dを形成するのも同様に周知の方法により行なうことができる。
Next, as shown in FIG. 4C, the insulating layer 41d on the
開口部71を形成したら、次に、図4(d)に示すように、開口部71内を充填しかつ必要なパターンを有するように導電材料で再配線層41bを絶縁層41d上に形成する。再配線層41bは、材料として例えばAlやAu、Cuなどを用いることができる。形成方法としては、スパッタ、蒸着、めっきなどの中から使用する材料を考慮して適当なものを選択することができる。パターン化のためには、使用する材料を考慮の上、絶縁層41d上に全面的に形成したあと不要部分をエッチング除去するか、または絶縁層41d上に所定パターンのレジストマスクを形成しさらに再配線層41bとなる層を形成することによりこれを行うことができる。再配線層41bの厚さは例えば1μm程度とすることができる。
After the opening 71 is formed, next, as shown in FIG. 4D, a
再配線層41bを形成したら、次に、図4(e)に示すように、再配線層41b上を覆って絶縁層41eを形成し、さらに絶縁層41eを選択的にエッチング除去して絶縁層41eに再配線層41bに通じる開口部72を形成する。この図4(e)に示す工程は、絶縁層41dの形成およびその加工の工程である図4(b)、図4(c)と同様の要領により行うことができる。絶縁層41eを選択的に形成する方法を選択した場合も同様である。
After the
開口部72を形成したら、次に、図4(f)に示すように、開口部72内を充填しかつ絶縁層41e上の所定の配置位置を占めるように表面実装用端子41aを導電材料で形成する。この導電材料には、例えばAlやAu、Cuなどを用いることができる。形成方法としては、スパッタ、蒸着、めっきなどの中から使用する材料を考慮して適当なものを選択することができる。選択的に形成するには、使用する材料を考慮の上、絶縁層41e上に全面的に形成したあと不要部分をエッチング除去するか、または絶縁層41d上に所定パターンのレジストマスクを形成しさらに表面実装用端子41aとなる層を形成するかによりこれを行なうことができる。表面実装用端子41aの層は、その厚さを例えば1μm程度とすることができる。
After the
表面実装用端子41aは、さらに、その導電材料がCuやAlであればその表層をNi/Auのめっき層、またはSn(すず)のめっき層で覆うように処理を加えてもよい。このようなめっきを施すには例えば無電解めっき工程を用いることができる。所定材料のめっき層を有することにより、配線板内への内蔵のための表面実装において良好なはんだ付けとその接続信頼性を得ることができる。 If the conductive material is Cu or Al, the surface mounting terminal 41a may be further processed so that its surface layer is covered with a Ni / Au plating layer or a Sn (tin) plating layer. For example, an electroless plating process can be used to perform such plating. By having a plating layer of a predetermined material, it is possible to obtain good soldering and connection reliability in surface mounting for incorporation in a wiring board.
表面実装用端子41aが形成されたら、最後に、図4(g)に示すように、半導体ウエハ41wをダイシングし個々の半導体素子41を得る。このようにして得られた半導体素子41は、表面実装用端子41aにより、チップ部品と同様の表面実装工程に供することができる。
When the surface mounting terminals 41a are formed, finally, as shown in FIG. 4G, the semiconductor wafer 41w is diced to obtain
なお、図4においては、ダイシングする前のウエハ41wを用いて表面実装用端子41aを形成する方法を説明したが、これは、より生産性を上げて形成する例を示したものであり、当然ながらダイシングしたあとの個々の半導体チップに対して同様の方法で表面実装用端子41aを形成することもできる。 In FIG. 4, the method of forming the surface mounting terminals 41a using the wafer 41w before dicing has been described. However, this shows an example of forming with higher productivity. However, the surface mounting terminals 41a can be formed by the same method on the individual semiconductor chips after dicing.
図4に示した半導体素子41の変形例としては、再配線層41bと表面実装用端子41aとを同一層として形成する例を挙げることができる。この場合には、再配線として必要なパターンを有するように、かつこのパターンに連絡して表面実装用端子41aのパターンを有するように導電材料の層を絶縁層41d上に形成する。この導電材料の層は、絶縁層41dに形成された開口部71内を充填している。そして、この導電材料の層のうちの表面実装用端子41aの部分を除いて全面を絶縁層41eで覆うように形成する。これによっても、半導体デバイスの端子パッド41cを再配置した表面実装用端子41aを有する半導体素子を得ることができる。
As a modification of the
以上ひと通り説明のように、この実施形態に係る部品内蔵配線板は、内蔵・埋設された半導体素子41が、半導体チップとグリッド状配列の表面実装用端子41aとを有しており、半導体チップは端子パッドを有している。半導体チップの端子パッドと表面実装用端子41aとは電気的に接続されている。つまり、この半導体素子41は、グリッド状配列の表面実装用端子41aにより配線板に内蔵実装されている。さらに、ここで、この内蔵実装のため、配線層22には、実装用ランド22aとして、半導体素子41の表面実装用端子41aそれぞれの平面形状と相似または合同図形であるパターンが設けられている。
As described above, in the component built-in wiring board according to this embodiment, the built-in / embedded
半導体素子41が表面実装用端子41aを有することにより、これを配線板へ内蔵実装するには表面実装技術を用い得る。よって、フリップ接続用の装置を用意する必要がない。また、フリップ接続の場合のように、ランドに対する半導体チップの位置合わせ精度確保のため、配線パターンを有するワークのサイズをあまり大きくできない、ということもない。さらに、表面実装用端子41aが特にグリッド状配列であること、すなわち面配置であることにより、半導体素子41としての平面面積を極力狭くすることが可能になっていて、半導体チップと同様に面積的な内蔵のしやすさが確保されている。内蔵部品のためのランド22aには、特段、Auめっきの形成は必要なく、その周りにはんだレジストの形成も必要ない。
Since the
特に、実装用ランド22aが半導体素子41の表面実装用端子41aそれぞれの平面形状と相似または合同図形のパターンであるため、実装用ランド22aと表面実装用端子41aとを相互接続するはんだ51の形状の制御性が非常に高い。すなわち、はんだ51の広がりを抑制的にすることが可能であり、しかもはんだ51を端子41a同士において揃った形状にすることができるので、電気的接続の信頼性をより向上することができる。
In particular, since the mounting land 22a has a similar or congruent pattern to the planar shape of each of the surface mounting terminals 41a of the
なお、実装用ランド22aと表面実装用端子41aとの平面形状の大きさの関係は、いずれの方を大とするか適宜決めてよい。ランド22aの方を小さくする場合は、ランド22a間に配線パターンをより多く通せる可能性が生じる。端子41aの方を小さくする場合には、再配線層41bのパターン形成の自由度がより増す可能性がある。
It should be noted that the relationship between the size of the planar shape of the mounting land 22a and the surface mounting terminal 41a may be appropriately determined as to which is larger. When the lands 22a are made smaller, there is a possibility that more wiring patterns can be passed between the lands 22a. When the terminal 41a is made smaller, the degree of freedom in pattern formation of the
本実施形態では、絶縁材料の密着性劣化の要因を取り除き配線板としての健全性および部品内蔵の電気的信頼性を維持した上で、低コストで製造が可能な部品内蔵配線板が得られる。 In the present embodiment, a component built-in wiring board that can be manufactured at a low cost can be obtained while removing the cause of the deterioration of the adhesion of the insulating material and maintaining the soundness as the wiring board and the electrical reliability of the built-in component.
なお、内蔵、埋設する半導体素子41として、上記説明のようなウエハレベル・チップスケールパッケージのものでなく、ほかのパッケージ品(例えば半導体チップと表面実装用素子41aとの間にインターポーズ基板を有する形態)とすることも可能である。この場合は、素子としての面積および厚みが、ウエハレベル・チップスケールパッケージのものより必然的に大きくなるが、部品内蔵に供する基板側の仕様次第では対応できる。この場合も、チップ部品に適用するのと同様の表面実装技術を、半導体素子41に適用し得る利点は維持される。
The
次に、図1に示した部品内蔵配線板の製造工程を図5ないし図7を参照して説明する。図5ないし図7は、それぞれ、図1に示した部品内蔵配線板の製造過程の一部を模式的断面で示す工程図である。これらの図において図1中に示した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。 Next, the manufacturing process of the component built-in wiring board shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 5 to 7 are process diagrams schematically showing a part of a manufacturing process of the component built-in wiring board shown in FIG. In these figures, the same or equivalent components as those shown in FIG.
図5から説明する。図5は、図1中に示した各構成のうち絶縁層11を中心とした部分の製造工程を示している。まず、図5(a)に示すように、厚さ例えば18μmの金属箔(電解銅箔)22A上に例えばスクリーン印刷により、層間接続体31、31aとなるペースト状の導電性組成物をほぼ円錐形のバンプ状(底面径例えば200μm、高さ例えば160μm)に形成する。この導電性組成物は、ペースト状の樹脂中に銀、金、銅などの金属微細粒または炭素微細粒を分散させたものである。説明の都合で金属箔22Aの下面に印刷しているが上面でもよい(以下の各図も同じである)。層間接続体31、31aの印刷後これを乾燥させて硬化させる。
It demonstrates from FIG. FIG. 5 shows a manufacturing process of a portion centering on the insulating
次に、図5(b)に示すように、金属箔22A上に厚さ例えば公称100μmのFR−4のプリプレグ11Aを積層して層間接続体31、31aを貫通させ、その頭部が露出するようにする。露出に際してあるいはその後その先端を塑性変形でつぶしてもよい(いずれにしても層間接続体31、31aの形状は、積層方向に一致する軸を有しその軸方向に径が変化している。)。続いて、図5(c)に示すように、プリプレグ11A上に金属箔(電解銅箔)21Aを積層配置して加圧・加熱し全体を一体化する。このとき、金属箔21Aは層間接続体31、31aと電気的導通状態となり、プリプレグ11Aは完全に硬化して絶縁層11になる。
Next, as shown in FIG. 5B, an FR-4
次に、図5(d)に示すように、片側の金属箔22Aに例えば周知のフォトリソグラフィによるパターニングを施し、これを、実装用ランド22aを含む配線層22に加工する。そして、加工により得られた実装用ランド22a上に、図5(e)に示すように、例えばスクリーン印刷によりクリームはんだ51Aを印刷・適用する。クリームはんだ51Aは、スクリーン印刷を用いれば容易に所定パターンに印刷できる。スクリーン印刷に代えてディスペンサを使用することもできる。
Next, as shown in FIG. 5D, patterning by, for example, well-known photolithography is performed on the
クリームはんだ51Aは、これらに代えて硬化前の導電性組成物を使用するようにしてもよい。導電性組成物とすると硬化後の耐熱性が高く、完成された後の配線板としての部品実装時に加わる熱で接続不良が発生するのを効果的に防止できる。 For the cream solder 51A, a conductive composition before curing may be used instead. When the conductive composition is used, heat resistance after curing is high, and it is possible to effectively prevent poor connection due to heat applied during component mounting as a wiring board after completion.
次に、半導体素子41をクリームはんだ51Aを介して実装用ランド上に例えばマウンタで載置し、さらにその後クリームはんだ51Aをリフローさせるべく加熱を行う。以上により、図5(f)に示すように、はんだ51を介して半導体素子41が配線層22の実装用ランド22a上に接続された状態の配線板素材1が得られる。この配線板素材1を用いる後の工程については図7で述べる。
Next, the
次に、図6を参照して説明する。図6は、図1中に示した各構成のうち絶縁層13および同12を中心とした部分の製造工程を示している。まず、図6(a)に示すように、両面に例えば厚さ18μmの金属箔(電解銅箔)23A、24Aが積層された例えば厚さ300μmのFR−4の絶縁層13を用意し、その所定位置にスルーホール導電体を形成するための貫通孔82をあけ、かつ内蔵する半導体素子41に相当する部分に部品用開口部81を形成する。
Next, a description will be given with reference to FIG. FIG. 6 shows a manufacturing process of a portion centering on the insulating
次に、無電解めっきおよび電解めっきを行い、図6(b)に示すように、貫通孔82の内壁にスルーホール導電体33を形成する。このとき開口部81の内壁にも導電体が形成される。さらに、図6(c)に示すように、金属箔23A、24Aを周知のフォトリソグラフィを利用して所定にパターニングして配線層23、24を形成する。配線層23、24のパターニング形成により、開口部81の内壁に形成された導電体も除去される。
Next, electroless plating and electrolytic plating are performed to form the through-
次に、図6(d)に示すように、配線層23上の所定の位置に層間接続体32となる導電性バンプ(底面径例えば200μm、高さ例えば160μm)をペースト状導電性組成物のスクリーン印刷により形成する。続いて、図6(e)に示すように、絶縁層12とすべきFR−4のプリプレグ12A(公称厚さ例えば100μm)を配線層23側にプレス機を用い積層する。プリプレグ12Aには、絶縁層13と同様の、内蔵する半導体素子41に相当する部分の開口部をあらかじめ設けておく。
Next, as shown in FIG. 6 (d), conductive bumps (bottom diameter: 200 μm, height: 160 μm, for example) that will become the
図6(e)の積層工程では、層間接続体32の頭部をプリプレグ12Aに貫通させる。なお、図6(e)における層間接続体32の頭部の破線は、この段階でその頭部を塑性変形させてつぶしておく場合と塑性変形させない場合の両者あり得ることを示す。以上により得られた配線板素材を配線板素材2とする。
In the stacking step of FIG. 6E, the head of the
以上の図6に示した工程は、以下のような手順とすることも可能である。図6(a)の段階では、貫通孔82のみ形成し内蔵部品用の開口部81を形成せずに続く図6(b)から図6(d)までの工程を行う。次に、図6(e)に相当する工程として、プリプレグ12A(開口のないもの)の積層を行う。そして、絶縁層13およびプリプレグ12Aに部品内蔵用の開口部を同時に形成する、という工程である。
The steps shown in FIG. 6 can be performed as follows. In the stage of FIG. 6A, only the through
次に、図7を参照して説明する。図7は、上記で得られた配線板素材1、2などを積層する配置関係を示す図である。ここで、図示上側の配線板素材3は、下側の配線板素材1と同様な工程を適用し、かつそのあと層間接続体34およびプリプレグ14Aを、図示中間の配線板素材2における層間接続体32およびプリプレグ12Aと同様にして形成し得られたものである。
Next, a description will be given with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing an arrangement relationship in which the
ただし、配線板素材3は、部品(半導体素子41)およびこれを接続するための部位(実装用ランド)のない構成であり、さらにプリプレグ14Aには開口部を設けない。そのほかは、金属箔(電解銅箔)26A、絶縁層15、層間接続体35、配線層25、プリプレグ14A、層間接続体34とも、それぞれ配線板素材1の金属箔21A、絶縁層11、層間接続体31、配線層22、配線板素材2のプリプレグ12A、層間接続体32と同じである。
However, the wiring board material 3 is configured without a component (semiconductor element 41) and a portion (mounting land) for connecting the component (semiconductor element 41), and further, no opening is provided in the prepreg 14A. Other than that, the metal foil (electrolytic copper foil) 26A, the insulating
図7に示すような配置で各配線板素材1、2、3を積層配置してプレス機で加圧・加熱する。プレス機での加圧・加熱により、プリプレグ12A、14Aが完全に硬化し全体が積層・一体化する。このとき、加熱により得られるプリプレグ12A、14Aの流動性により、半導体素子41の周りの空間およびスルーホール導電体33内部の空間にはプリプレグ12A、14Aが変形進入し空隙は発生しない。また、配線層22、24は、層間接続体32、34にそれぞれ電気的に接続される。
The respective
図7に示す積層工程の後、上下両面の金属箔26A、21Aを周知のフォトリソグラフィを利用して所定にパターニングし、さらにはんだレジスト61、62の層を形成することにより、図1に示したような部品内蔵配線板を得ることができる。 After the laminating process shown in FIG. 7, the upper and lower metal foils 26A and 21A are patterned in a predetermined manner using well-known photolithography, and further, layers of solder resists 61 and 62 are formed, as shown in FIG. Such a component built-in wiring board can be obtained.
変形例として、中間の絶縁層13に設けられたスルーホール導電体33については、層間接続体31や同32と同様なものとする構成も当然ながらあり得る。また、層間接続体31、31a、32、34、35について、説明した導電性組成物印刷による導電性バンプを由来とするもの以外に、例えば、金属板エッチングにより形成された金属バンプ、導電性組成物充填による接続体、めっきにより形成された導体バンプなどを由来とするものなどのうちから適宜選択、採用することもできる。また、外側の配線層21、26は、最後の積層工程のあとにパターニングして得る以外に、各配線板素材1、3の段階で(例えば図5(d)の段階で)形成するようにしてもよい。
As a modification, the through-
また、図7に示した積層工程において、配線板素材1、2については、プリプレグ12Aおよび層間接続体32の部分を配線板素材2の側ではなく配線板素材1の側に設けておくようにしてもよい。すなわち、層間接続体32の形成およびプリプレグ12Aの積層を、配線板素材1の配線層22上(絶縁層11上)であらかじめ行うようにする。この場合、実装された半導体素子41が、一見、層間接続体32をスクリーン印刷で形成するときに干渉要因となるように見えるが、半導体素子41として十分薄い部品の場合は実際上干渉要因とはならない。プリプレグ12Aの積層工程のときには、半導体素子41の厚さを吸収できるクッション材を介在させて加圧・加熱すれば面内方向均一にプリプレグ12Aを積層できる。
Further, in the laminating process shown in FIG. 7, for the
1…配線板素材、2…配線板素材、3…配線板素材、11…絶縁層、11A…プリプレグ、12…絶縁層、12A…プリプレグ、13…絶縁層、13A…プリプレグ、14…絶縁層、14A…プリプレグ、15…絶縁層、21…配線層(配線パターン)、21A…金属箔(銅箔)、22…配線層(配線パターン)、22a…実装用ランド、22A…金属箔(銅箔)、23…配線層(配線パターン)、23A…金属箔(銅箔)、24…配線層(配線パターン)、24A…金属箔(銅箔)、25…配線層(配線パターン)、26…配線層(配線パターン)、26A…金属箔(銅箔)、31,31a,32,34,35…層間接続体(導電性組成物印刷による導電性バンプ)、33…スルーホール導電体、41…半導体素子(ウエハレベル・チップスケールパッケージによる)、41a…表面実装用端子、41b…再配線層、41c…端子パッド、41d,41e…絶縁層、41w…半導体ウエハ、51…接続部材(はんだまたは導電性組成物)、51A…クリームはんだまたは硬化前導電性組成物、61,62…はんだレジスト、71,72…開口部、81…部品用開口部、82…貫通孔。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の絶縁層に対して積層状に位置する第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層に埋設され、かつ、端子パッドを有する半導体チップと、該端子パッドに電気的接続された、グリッド状配列の表面実装用端子とを備えた半導体素子と、
前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層とに挟まれて設けられ、かつ、前記半導体素子の前記表面実装用端子それぞれに向かい合いかつおのおのが該表面実装用端子それぞれの平面形状と相似または合同図形であるパターンを該半導体素子の実装用ランドとして有する第1の配線パターンと、
前記半導体素子の前記表面実装用端子のそれぞれと前記第1の配線パターンの前記実装用ランドのおのおのとを相互接続するように、該表面実装用端子に接触してかつ該実装用ランドにも接触して設けられている、リフローされたはんだ部と、を具備し、
前記第1の配線パターンの前記実装用ランドのうちの少なくも一部が、島状パターンであってパターンとしての配線引き出しがなく、
前記第1の絶縁層の前記第1の配線パターンがある側とは反対の側に設けられた第2の配線パターンと、
前記第1の絶縁層を貫通して前記少なくとも一部の前記実装用ランドの面と前記第2の配線パターンの面との間に挟設された、導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状の層間接続体と、をさらに具備すること
を特徴とする部品内蔵配線板。 A first insulating layer;
A second insulating layer positioned in a stack with respect to the first insulating layer;
A semiconductor element comprising a semiconductor chip embedded in the second insulating layer and having a terminal pad; and a grid-arranged surface mounting terminal electrically connected to the terminal pad;
It is provided between the first insulating layer and the second insulating layer, and faces each of the surface mounting terminals of the semiconductor element, and each is similar to the planar shape of each of the surface mounting terminals, or A first wiring pattern having a pattern of a congruent figure as a mounting land for the semiconductor element;
Contact the surface mounting terminals and contact the mounting lands so as to interconnect each of the surface mounting terminals of the semiconductor element and each of the mounting lands of the first wiring pattern. Provided with a reflowed solder part,
At least a part of the mounting lands of the first wiring pattern is an island pattern, and there is no wiring drawing as a pattern,
A second wiring pattern provided on the side of the first insulating layer opposite to the side on which the first wiring pattern is located;
The conductive composition is interposed between the surface of the mounting land and the surface of the second wiring pattern through the first insulating layer and in the stacking direction. A component built-in wiring board, further comprising: an interlayer connector having a shape having a matching axis and a diameter changing in the direction of the axis.
前記少なくとも2つの絶縁層の間に挟まれて設けられた第3の配線パターンと、
前記第2の絶縁層の積層方向一部を貫通して前記第1の配線パターンの面と前記第3の配線パターンの面との間に挟設された、導電性組成物からなり、かつ積層方向に一致する軸を有し該軸の方向に径が変化している形状の第2の層間接続体と
をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の部品内蔵配線板。 The second insulating layer is a stack of at least two insulating layers;
A third wiring pattern provided between the at least two insulating layers;
A conductive composition comprising a portion of the second insulating layer in the stacking direction and sandwiched between the surface of the first wiring pattern and the surface of the third wiring pattern; 2. The component built-in wiring board according to claim 1, further comprising: a second interlayer connection body having an axis that coincides with the direction and having a shape that changes in diameter in the direction of the axis.
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