JP5851878B2 - 半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体モジュールの製造技術に関し、特に、配線基板上に複数の電子部品を搭載するマルチチップモジュール (Multi Chip Module：以下、ＭＣＭという)の製造に適用して有効な技術に関する。

特許文献１（特開２０００−１０５２６７号公報）は、互いに厚さの異なる複数の半導体チップをフリップチップ実装したチップサイズパッケージのような、表面に凹凸や段差のある半導体部品の検査を確実に行うための検査装置を開示している。

上記文献に記載された検査装置のソケットは、検査対象となる半導体部品を搭載する本体と、この本体の上面に設置された蓋部とを備えている。蓋部の裏側には柔軟で、かつ丈夫な材質からなる袋が取り付けられており、袋の内部には液体が充填されている。半導体部品は、下面に複数の電極端子がマトリクス状に形成されたキャリアを備えており、キャリアの上面には互いに厚さの異なる複数の半導体チップが搭載されている。また、ソケット本体には、キャリアの電極端子に対応する複数の測定端子が設けられており、測定端子のそれぞれは、スプリングを介してソケット本体に固定され、弾力的に可動となっている。

検査時には、半導体部品がソケット本体の所定位置に搭載され、蓋部の裏面に設置された袋が半導体部品の上面を押圧する。半導体部品を押圧する袋は、その材質と内部の液体のために柔軟であり、互いに厚さの異なる複数の半導体チップのそれぞれの表面に確実に接触する。また、袋の内部に充填された液体の静水圧により、互いに厚さの異なる複数の半導体チップのそれぞれの表面には、均等に、かつ同じ大きさの圧力が掛かる。そのため、半導体部品は、傾くことなく均一に下方に押圧され、キャリアの下面の電極端子がソケット本体の測定端子に確実に接触するので、安定した測定が可能となる。

特開２０００−１０５２６７号公報

電子装置（電子機器）の小型化を実現するためには、例えばマザーボード（実装基板）上に点在する複数の電子部品（半導体装置、チップ部品など）を、インタポーザ基板（マザーボード上に実装され、電子部品とマザーボードとを電気的に接続するための中継用配線基板）上に一括して搭載するＭＣＭ型の半導体装置が有効とされている。

しかしながら、インタポーザ基板上に各種電子部品を搭載するＭＣＭにおいては、定格や仕様が互いに異なる電子部品が混載されることがあり、それらの中には予め定められた温度範囲内でなければ正常に動作しないものもある。

本発明の目的は、複数種類の電子部品を搭載したインタポーザ基板を有する半導体モジュールの電気特性試験（テスト工程）時に電子部品の一部が適正な動作温度の範囲外に晒されないようにする技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、複数種類の電子部品を搭載したインタポーザ基板を有する半導体モジュールの電気特性試験を精度良く行うことのできる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、複数種類の電子部品を搭載したインタポーザ基板を有する半導体モジュールの信頼性を向上させる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本願発明の一態様である半導体モジュールの製造方法は、
（ａ）インタポーザ基板の前記上面に搭載された第１および第２電子部品と、前記インタポーザ基板の前記下面に設けられた複数の半田材とを備えた組立体を準備する工程と、
（ｂ）凹部を有する第１部分と、第１および第２面を有する第２部分とを備えたテストソケットを準備する工程と、
（ｃ）前記（ａ）および（ｂ）工程の後、前記インタポーザ基板の前記下面が前記テストソケットの前記凹部の底面と対向するように、前記組立体を前記テストソケットの前記凹部内に収納し、前記テストソケットの前記第２部分を用いて前記インタポーザ基板の前記上面側から前記組立体に荷重を加えながら、前記組立体の電気特性試験を行う工程とを含み、
前記第２電子部品の適正な動作温度帯域幅は、前記第１電子部品の適正な動作温度帯域幅よりも狭く、
前記（ｃ）工程では、前記第１および第２電子部品上に前記第２部分の前記第１および第２面をそれぞれ配置した後、前記第１面と前記第１電子部品との間に介在させた第１部材および前記第２面と前記第２電子部品との間に介在させた第２部材を介して、前記第１および第２電子部品にそれぞれ荷重を加える。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

上記した本願発明の一態様によれば、複数種類の電子部品を搭載したインタポーザ基板を有する半導体モジュールの電気特性試験時に電子部品の一部が適正な動作温度の範囲外に晒されないようにすることができる。

本発明の実施の形態であるＭＣＭを示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は左側短辺側面図、（ｃ）は長辺側面図、（ｄ）は右側短辺側面図、（ｅ）は下面図である。 本発明の実施の形態であるＭＣＭの回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態であるＭＣＭの製造に用いるインタポーザ基板を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態であるＭＣＭの製造方法を示す断面図である。 図４に続くＭＣＭの製造方法を示す断面図である。 図５に続くＭＣＭの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態であるＭＣＭの製造に用いるテストソケットの主要部を示す断面図である。 図６に続くＭＣＭの製造方法を示す断面図である。 図８に続くＭＣＭの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態であるＭＣＭをマザーボードに実装した状態を示す断面図である。 本発明の変形例であるＭＣＭを示す断面図である。 本発明の変形例であるＭＣＭの製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。さらに、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、断面図であってもハッチングの一部を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態のＭＣＭを示しており、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は左側短辺側面図、同図（ｃ）は長辺側面図、同図（ｄ）は右側短辺側面図、同図（ｅ）は下面図である。

本実施の形態のＭＣＭ（半導体モジュール）１０は、長方形の平面形状を有するインタポーザ基板１１と、このインタポーザ基板１１の上面に搭載された複数の電子部品とを備えている。

インタポーザ基板１１は、例えばコア層の両面（上面および下面）に配線層（図１には示さない）を設けた２層配線基板であり、下面の配線層にはＭＣＭ１０をマザーボード（実装基板）に搭載するための複数の半田ボール（半田材）１２が接続されている。コア層は、例えばガラス繊維あるいは炭素繊維にエポキシ樹脂などを含浸させた絶縁材からなり、配線層は、例えば銅（Ｃｕ）系の導電材からなる。

インタポーザ基板１１の上面に搭載された複数の電子部品は、１個の半導体チップ（第１電子部品）１３と、１個のＢＧＡ（Ball Grid Array：第２電子部品）１４とを含んでいる。半導体チップ１３は、その主面（デバイス面）に形成された複数のバンプ電極１５を介してインタポーザ基板１１の上面にフリップチップ方式で搭載されている。一方、ＢＧＡ１４は、その下面に形成された複数の半田ボール１６を介してインタポーザ基板１１の上面に搭載されている。バンプ電極１５は金（Ａｕ）からなり、半田ボール１６は錫（Ｓｎ）合金系の半田材からなる。図示は省略するが、ＢＧＡ１４は、配線基板と、その上面に搭載された半導体チップと、この半導体チップを封止する樹脂封止体とを備えたパッケージ構造を有しており、ＢＧＡ１４の半田ボール１６は、配線基板の下面の配線層（バンプランド）に接続されている。

図２に示すように、半導体チップ１３には、ＤＣ−ＡＣコンバータ（ＤＡＣ）回路が形成されている。一方、ＢＧＡ１４に内蔵された半導体チップには、マルチプレクサ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）、バッファ（Ｂｕｆｆｅｒ）、スイッチ（Ｓｗｉｔｃｈ）、コンパレータ（ＨＣＰ、ＬＣＰ）などで構成されたドライバ・コンパレータ（ＤｒＣＭＰ）回路が形成されている。そして、半導体チップ１３とＢＧＡ１４とは、インタポーザ基板１１の配線層を介して互いに電気的に接続されている。

上記ＢＧＡ１４の半導体チップに形成されたドライバ・コンパレータ回路は、消費電力が少ないＣＭＯＳトランジスタで構成されており、動作時の発熱量が少ないという特徴がある。一方、半導体チップ１３に形成されたＤＣ−ＡＣコンバータ回路は、バイポーラトランジスタとＣＭＯＳトランジスタとで構成されており、消費電力が多く、動作時の発熱量が多いという特徴がある。そのため、半導体チップ１３は、放熱性を考慮し、ベアチップ状態でインタポーザ基板１１に搭載されている。

インタポーザ基板１１の上面には、上記した２個の電子部品（半導体チップ１３、ＢＧＡ１４）と共に他の電子部品が搭載されることもある。例えば本実施の形態では、図１に示すように、半導体チップ１３およびＢＧＡ１４のそれぞれの周囲に小型のチップ部品（受動部品）であるコンデンサ１７が複数個搭載されている。これらのコンデンサ１７は、半田材を介してインタポーザ基板１１の上面の配線層に電気的に接続されている。

図３は、上記ＭＣＭ１０の製造に用いるインタポーザ基板１１を示しており、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

前述したように、インタポーザ基板１１は、ガラスエポキシ系樹脂からなる絶縁材（コア層）の両面に配線層を設けたものである。図３（ａ）に示すように、インタポーザ基板１１の上面の配線層は、第１電子部品搭載領域ＣＡ内に配置された複数の第１電極端子（バンプランド）２１と、第２電子部品搭載領域ＢＡ内に配置された複数の第２電極端子（バンプランド）２２と、第１電子部品搭載領域ＣＡおよび第２電子部品搭載領域ＢＡのそれぞれの周囲に配置された複数の第３電極端子２３とを含んでいる。第１電極端子２１、第２電極端子２２および第３電極端子２３のそれぞれは、例えば銅（Ｃｕ）配線の表面にニッケル（Ｎｉ）メッキ層と金（Ａｕ）メッキ層とを被着した構成になっている。

一方、図３（ｂ）に示すように、インタポーザ基板１１の下面の配線層は、複数の外部電極端子（バンプランド）２４を含んでいる。外部電極端子２４は、インタポーザ基板１１の上面側の電極端子（２１、２２、２３）と同じく、銅（Ｃｕ）配線の表面にニッケル（Ｎｉ）メッキ層と金（Ａｕ）メッキ層とを被着した構成になっている。

図には示さないが、実際のインタポーザ基板１１の両面には、上記電極端子（２１、２２、２３、２４）の表面を除き、絶縁層（ソルダレジスト）が形成されている。また、インタポーザ基板１１の両面の電極端子（２１、２２、２３、２４）は、コア層を貫通するビアホール（貫通孔）内の導体を介して互いに電気的に接続されている。

上記インタポーザ基板１１を使用してＭＣＭ１０を組み立てるには、まず、図４に示すように、インタポーザ基板１１の上面に形成された第１電極端子２１と、半導体チップ１３の主面に形成されたバンプ電極１５とを対向させ、熱圧着によるフリップチップボンディング法で両者を電気的に接続する。

次に、図５に示すように、インタポーザ基板１１の上面に形成された第２電極端子２２と、ＢＧＡ１４の下面に形成された半田ボール１６とを対向させ、かつ、第３電極端子２３とコンデンサ１７とを対向させる。第３電極端子２３の表面には、あらかじめ印刷法などを用いて半田材（半田ペースト）を供給しておく。続いて、リフロー炉内でインタポーザ基板１１を加熱し、上記半田材（半田ボール１６および半田ペースト）をリフローさせることにより、インタポーザ基板１１の第２電極端子２２とＢＧＡ１４の半田ボール１６とを電気的に接続し、第３電極端子２３とコンデンサ１７とを電気的に接続する。

上記した熱圧着によるフリップチップボンディング法を用いて、インタポーザ基板１１の第１電極端子２１と半導体チップ１３のバンプ電極１５とを接合する場には合、実用上必要な接合強度を得るために、接合温度３００℃〜３５０℃が必要となる。一方、錫（Ｓｎ）合金系半田材のリフロー温度は、２１７℃〜２２０℃程度である。

従って、インタポーザ基板１１上に半導体チップ１３、ＢＧＡ１４およびコンデンサ１７を搭載する場合には、まず、高い接合温度（３００℃〜３５０℃）を必要とするフリップチップボンディング法で半導体チップ１３を搭載し、その後、より低い温度（２１７℃〜２２０℃程度）で半田材を溶融させる半田リフロー法でＢＧＡ１４およびコンデンサ１７を搭載することが望ましい。

なお、上述したフリップチップボンディング法に代えて、超音波を併用した熱圧着フリップチップボンディング法を採用する場合には、第１電極端子２１とバンプ電極１５との接合温度を２００℃前後まで下げられる。従って、この場合には、ＢＧＡ１４およびコンデンサ１７を搭載してから半導体チップ１３を搭載することもできる。

次に、図６に示すように、半田リフロー法を用いてインタポーザ基板１１の下面の外部電極端子２４に半田ボール１２を接続する。外部電極端子２４に半田ボール１２を接続するには、例えば外部電極端子２４の表面に印刷法などを用いて半田材（半田ペースト）を供給し、次に、ボール状に成形した半田材を外部電極端子２４の表面に配置した後、インタポーザ基板１１を加熱して半田材をリフローさせる。

ここまでの工程により、ＭＣＭ１０の組み立てが完了する。なお、以下では、組み立て工程完了後から最終製造工程までのＭＣＭ１０を、ＭＣＭ組み立て体１０Ａと呼ぶことにする。

次に、ＭＣＭ組み立て体１０Ａの動作を確認するための電気特性試験（プローブテスト）工程について説明する。

前述したように、ＭＣＭ組み立て体１０Ａのインタポーザ基板１１に搭載された半導体チップ１３には、動作時に多量の熱を発生する回路が形成されている。そのため、図１０に示すように、完成したＭＣＭ１０をマザーボード２５に実装して動作させる際には、半導体チップ１３の過熱による回路の異常動作を防ぐために、半導体チップ１３にヒートシンク２６などの放熱部材を取り付けて、適正な動作温度範囲（例えば６０℃以下）に保つ必要がある。従って、ＭＣＭ組み立て体１０Ａの電気特性試験を精度良く行うためには、実動作時と同じように放熱部材を使って半導体チップ１３を冷却し、上記した適正な動作温度範囲に保った状態で試験を行う必要がある。

一方、ＢＧＡ１４の半導体チップに形成された回路は、動作時の発熱量が少ないことから、その適正な動作温度範囲は常温付近である。すなわち、ＢＧＡ１４の半導体チップに形成された回路を安定に動作させるためには、ＢＧＡ１４の温度を常温付近に保つ必要がある。従って、ＭＣＭ組み立て体１０Ａの電気特性試験を精度良く行うためには、ＢＧＡ１４の温度を常温付近に保った状態で試験を行う必要がある。

ところが、既存のテストソケットに上記ＭＣＭ組み立て体１０Ａを装着して電気特性試験を行うと、半導体チップ１３から発生した熱の一部が放熱部材を通じてＢＧＡ１４に伝達され、ＢＧＡ１４の温度が上昇する。そして、ＢＧＡ１４の温度が適正な動作温度範囲を超えてしまうと、ＢＧＡ１４の半導体チップに形成された回路の動作が不安定となるために、電気特性試験の精度が低下してしまう。

従って、本実施の形態のＭＣＭ組み立て体１０Ａのように、適正な動作温度範囲が互いに異なる複数種類の電子部品を単一のインタポーザ基板に搭載した半導体組み立て体の電気特性試験を行う際には、複数種類の電子部品のそれぞれを適正な動作温度範囲に保つ工夫、言い換えると複数種類の電子部品の一部が適正な動作温度の範囲外に晒されないようにする工夫が必要となる。

そこで、本実施の形態では、図７に示すようなテストソケットを使用してＭＣＭ組み立て体１０Ａの電気特性試験を行う。

図７に示すように、本実施の形態で使用するテストソケット３０は、本体（第１部分、下部）３１と、その上方に配置された蓋部（第２部分、上部）３２とを備えている。図示は省略するが、本体３１には、その下部に配置されたテストボードが電気的に接続されており、テストボードにはテスタ本体が電気的に接続されている。

テストソケット３０の本体３１は、図６に示したＭＣＭ組み立て体１０Ａを収納するための凹状の収納部（凹部）３１ａを備えており、収納部３１ａの底面には、ＭＣＭ組み立て体１０Ａの外部電極端子２４に対応する複数のコンタクトプローブ（プローブピン）３３が配置されている。コンタクトプローブ３３のそれぞれは、収納部３１ａの底面に固定され、スプリングの弾性力によって上下方向に可動となっている。

上記本体３１の上方に配置された蓋部３２は、本体３１の収納部３１ａを覆う蓋としての機能を有している。また、蓋部３２には、電気特性試験の対象となる電子部品を冷却するためのヒートシンク３４が内蔵されている。ヒートシンク３４は、アルミニウム（Ａｌ）のような熱伝導率の高い材料からなり、蓋部３２に対して着脱可能に取り付けられている。

ヒートシンク３４の底面の一部（第１面）には、放熱シート（第１部材）３５が貼付されており、他の一部（第２面）には、断熱シート（第２部材）３６が貼付されている。放熱シート３５および断熱シート３６は、電気特性試験の対象となる電子部品がヒートシンク３４の底面と直接接触することに起因する損傷やダメージを防ぐための緩衝部材である。

ヒートシンク３４の底面に貼付された上記２種類のシート（３５、３６）のうち、放熱シート３５は、断熱シート３６よりも熱伝導率が高く（換言すると熱抵抗が小さく）、かつ硬度の高い材料で構成されており、動作時に電子部品から発生した熱を良好にヒートシンク３４に伝達することができる。このような熱伝導率の高い緩衝部材としては、例えばグラファイトを挙げることができる。また、電子部品から発生した熱を良好にヒートシンク３４に伝達させるためには、緩衝部材としての機能が損なわれない範囲で放熱シート３５の厚さを薄くすることが望ましい。そこで、本実施の形態では、放熱シート３５として、熱伝導率＝７００Ｗ／ｍＫ〜１６００Ｗ／ｍＫ、厚さ＝０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍのグラファイトシートを使用している。

一方、断熱シート３６は、発熱量の多い電子部品（本実施の形態では半導体チップ１３）から発生した熱がヒートシンク３４を介して他の電子部品（本実施の形態ではＢＧＡ１４）に伝達されるのを抑制するための部材である。従って、断熱シート３６は、放熱シート３５よりも熱伝導率が低い（換言すると熱抵抗が大きい）軟質の材料で構成し、かつ、その厚さを放熱シート３５より厚くすることが望ましい。このような熱伝導率の低い緩衝部材としては、例えば合成ゴム、より好ましくは発泡性のゴムなどを挙げることができる。本実施の形態では、断熱シート３６として、熱伝導率＝１Ｗ／ｍＫ未満、厚さ＝１．５ｍｍ〜１２ｍｍの低発泡シリコーンゴム製スポンジシートを使用している。

上記断熱シート３６およびヒートシンク３４のそれぞれの一部には、テストソケット３０の外部の真空ポンプ（図示せず）に接続された吸着孔３７が設けられている。この吸着孔３７を備えたヒートシンク３４は、ＭＣＭ組み立て体１０Ａを本体３１の収納部３１ａに収納する際の搬送ツールとして使用される。

上記吸着孔３７は、放熱シート３５側よりも断熱シート３６側に設けることが望ましい。これは、放熱シート３５に接触する半導体チップ１３よりも、断熱シート３６に接触するＢＧＡ１４の方が表面積が大きいこと、および放熱シート３５に吸着孔３７を設けると、放熱シート３５の実質的な表面積が小さくなって放熱性が低下することによる。なお、放熱シート３５の面積が断熱シート３６の面積に比べて十分に大きい場合は、放熱シート３５側に吸着孔３７を設けたり、放熱シート３５側と断熱シート３６側の双方に吸着孔３７を設けたりしてもよい。

図７に示すように、上記２種類のシート（３５、３６）が貼付されたヒートシンク３４の底面には、段差が設けられている。すなわち、ヒートシンク３４の放熱シート３５が貼付された面（第１面）は、断熱シート３６が貼付された面（第２面）よりも下方（本体３１側）に突出している。

本実施の形態のＭＣＭ組み立て体１０Ａは、インタポーザ基板１１の上面に半導体チップ１３とＢＧＡ１４とを並べて搭載しているので、ベアチップ状態の半導体チップ１３は、樹脂封止体で半導体チップを封止したＢＧＡ１４に比べて実装高さ（インタポーザ基板１１の上面から電子部品の上面までの垂直距離）が低い。

そのため、ヒートシンク３４の底面が平坦になっていると、ヒートシンク３４の底面が実装高さの低い半導体チップ１３と接触できなかったり、インタポーザ基板１１が収納部３１ａの底面に対して斜めに傾いたりする。その結果、半導体チップ１３の上面とＢＧＡ１４の上面とに、上方から均等な荷重を印加することが困難となり、インタポーザ基板１１の下面に形成された複数の半田ボール１２の一部がテストソケット３０のコンタクトプローブ３３と非接触になる恐れがある。そこで、本実施の形態では、ヒートシンク３４の底面に、半導体チップ１３とＢＧＡ１４の実装高さの差に相当する段差を設けることによって、半導体チップ１３の上面とＢＧＡ１４の上面とに、上方から均等な荷重を印加できるようにしている。

上記のように構成されたテストソケット３０を使用してＭＣＭ組み立て体１０Ａの電気特性試験を行う際は、まず、図８に示すように、ＭＣＭ組み立て体１０Ａをテストソケット３０のヒートシンク３４で吸着・保持しながら、本体３１の収納部３１ａに搬送し、インタポーザ基板１１の下面に形成された複数の半田ボール１２のそれぞれを、対応するコンタクトプローブ３３と対向させる。

次に、図９に示すように、ヒートシンク３４を下降させ、インタポーザ基板１１の下面に形成された複数の半田ボール１２のそれぞれを、対応するコンタクトプローブ３３に押し付ける。このとき、ヒートシンク３４の底面には、半導体チップ１３とＢＧＡ１４の実装高さの差に相当する段差が設けられているので、半導体チップ１３の上面とＢＧＡ１４の上面とに、ほぼ同時に均等な荷重が印加される。これにより、ヒートシンク３４の底面に貼付された放熱シート３５が半導体チップ１３の上面に密着し、断熱シート３６がＢＧＡ１４の上面に密着すると共に、インタポーザ基板１１の下面に形成された複数の半田ボール１２のそれぞれが、対応するコンタクトプローブ３３と確実に接触する。

次に、この状態で半導体チップ１３とＢＧＡ１４とにコンタクトプローブ３３を通じて給電し、図２に示した回路を動作させることによって、ＭＣＭ組み立て体１０Ａが良品であるか不良品であるかを判定するための電気特性試験を行う。

このとき、半導体チップ１３からは多量の熱が発生するが、この熱は、熱伝導率が高い放熱シート３５を介して良好にヒートシンク３４に伝達されるので、半導体チップ１３の温度は、適正な動作温度範囲に保たれる。一方、半導体チップ１３の熱を吸収して温度が高くなったヒートシンク３４とＢＧＡ１４との間には断熱シート３６が介在しているため、ヒートシンク３４のの熱はＢＧＡ１４に伝わり難い。従って、ＢＧＡ１４の温度は、適正な動作温度範囲である常温付近に保たれる。

このように、本実施の形態によれば、ＭＣＭ組み立て体１０Ａの電気特性試験を行う際、インタポーザ基板１１に搭載された複数種類の電子部品（半導体チップ１３およびＢＧＡ１４）のそれぞれの温度を適正な動作温度範囲に保つことができるので、ＭＣＭ組み立て体１０Ａの電気特性試験を高い精度で行うことができる。

その後、上記の電気特性試験工程で良品と判定されたＭＣＭ組み立て体１０Ａに対して外観検査を行い、良品を選別することにより、図１に示した本実施の形態のＭＣＭ１０が完成する。

（変形例１）
図１１に示すＭＣＭ４０は、インタポーザ基板１１の上面に２個の半導体チップ１３、１８を搭載した半導体モジュールである。

第１の半導体チップ１３は、その主面に形成された金（Ａｕ）のバンプ電極１５を介してインタポーザ基板１１の上面にフリップチップ方式で搭載されている。また、第２の第２の半導体チップ１８は、その主面に形成された金（Ａｕ）のバンプ電極１９を介してインタポーザ基板１１の上面にフリップチップ方式で搭載されている。また、第１の半導体チップ１３には、動作時に多量の熱を発生する回路が形成されており、第２の半導体チップ１８には、動作時の発熱量が少ない回路が形成されている。

上記２個の半導体チップ１３、１８は、いずれもフリップチップ方式でインタポーザ基板１１上に搭載されているので、２個の半導体チップ１３、１８の実装高さ（インタポーザ基板１１の上面から半導体チップの上面までの垂直距離）は、実質的に同じである。

図１２は、前述のテストソケット３０を使用したＭＣＭ組み立て体４０Ａ（製造工程中のＭＣＭ４０）の電気特性試験方法を示している。

図１２に示すように、ヒートシンク３４の底面のうち、発熱量の多い第１の半導体チップ１３と対向する面（第１面）には、熱伝導率の高い放熱シート３５（例えば熱伝導率＝７００Ｗ／ｍＫ〜１６００Ｗ／ｍＫのグラファイトシート）が貼付されており、発熱量の少ない第２の半導体チップ１８と対向する面（第２面）には、熱伝導率の低い断熱シート３６（例えば熱伝導率＝１Ｗ／ｍＫ未満の低発泡シリコーンゴム製スポンジシート）が貼付されている。

上記放熱シート３５は、熱伝導率の高い材料で構成されているが、ヒートシンク３４を構成する材料（例えばアルミニウム）に比べると熱伝導率が低い。従って、発熱量の多い半導体チップ１３から発生した熱を良好にヒートシンク３４に伝達させるためには、緩衝部材としての機能が損なわれない範囲でその厚さを薄くすることが望ましい。

一方、断熱シート３６は、放熱シート３５よりも熱伝導率の低い材料で構成されているが、ヒートシンク３４から発熱量の少ない半導体チップ１８への熱の伝達をより有効に抑制するためには、その厚さを厚くし、ヒートシンク３４の底面から半導体チップ１８までの距離を出来るだけ離しておくことが望ましい。従って、断熱シート３６は、放熱シート３５よりも厚い膜厚で構成されている。

インタポーザ基板１１上に搭載された２個の半導体チップ１３、１８の実装高さが同じである場合において、上記のように、ヒートシンク３４の下面に貼付する２枚のシート（放熱シート３５および断熱シート３６）の膜厚を異ならせると、ヒートシンク３４を使用して２個の半導体チップ１３、１８の上面均等な荷重を印加することが困難となる。

その対策としては、図１２に示すように、ヒートシンク３４の底面に、放熱シート３５の厚さと断熱シート３６の厚さの差に相当する段差を設け、ヒートシンク３４の放熱シート３５が貼付された面（第１面）を、断熱シート３６が貼付された面（第２面）より下方（本体３１側）に突出させることが有効である。

このように、インタポーザ基板１１上に搭載された２個の電子部品（半導体チップ１３、１８）の実装高さが同じである場合においても、これらの電子部品の適正な動作温度が異なる場合には、本発明のテストソケット３０を使用して電気特性試験を行うことにより、一方の電子部品（半導体チップ１３）から発生した熱の影響によって、もう一方の電子部品（半導体チップ１８）の温度が上昇し、適正な動作温度範囲を超えてしまう不具合を防ぐことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

前記実施の形態では、インタポーザ基板としてガラスエポキシ系樹脂を絶縁材に用いた配線基板を例示したが、半導体チップの発熱量が多い場合などには、樹脂に比べて耐熱性が高く、かつ熱膨張係数がシリコンに近い窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミック材料を絶縁材に用いたセラミック配線基板を使用してもよい。インタポーザ基板の配線層も２層に限定されるものではなく、４層以上であってもよい。

前記実施の形態では、インタポーザ基板上に発熱量が大きく、かつ実装高さの低い電子部品（半導体チップ）と、発熱量が少なく、かつ実装高さの高い電子部品（ＢＧＡ）とを搭載したＭＣＭについて説明したが、これとは逆に、実装高さの低い電子部品に比べて実装高さの高い電子部品の方が発熱量が多い場合にも本発明を適用することができる。

前記実施の形態では、インタポーザ基板上に発熱量の異なる２種類の電子部品を搭載したＭＣＭについて説明したが、本発明は、インタポーザ基板上に発熱量の異なる３種類以上の電子部品を搭載するＭＣＭにも適用することができる。インタポーザ基板上に搭載する電子部品もベアチップ状態の半導体チップやＢＧＡに限定されるものではなく、他のパッケージ形態を有する半導体装置であってもよい。

前記実施の形態では、テストソケットの蓋の一部に設けた吸着孔を利用してＭＣＭ組み立て体を吸着・搬送したが、ＭＣＭ組み立て体の搬送手段は適宜変更することができる。すなわち、テストソケットの蓋以外の搬送治具を使ってＭＣＭ組み立て体をテストソケットの収納部まで搬送することもできる。

前記実施の形態では、２個の電子部品のそれぞれにロジック回路が形成されていたが、これに限定されるものではなく、例えば電子部品のいずれか一方にメモリ回路が形成されていてもよい。

前記実施の形態では、ＭＣＭ組み立て体の電気特性試験工程に本発明を適用したが、初期不良を事前に低減させるためのバーンインテスト（加熱・加速試験）工程を有するＭＣＭの製造に本発明を適用することもできる。すなわち、適正な動作温度が異なる数種類の電子部品を搭載したインタポーザ基板を有するＭＣＭ組み立て体のバーンインテストを行う際、ＭＣＭ組み立て体を収納するバーンインソケットに本発明のテストソケット構造を適用することにより、バーンインテスト時に電子部品の一部が適正な動作温度の範囲外に晒されないようにすることができる。

本発明は、インタポーザ基板上に複数の電子部品を搭載するＭＣＭ(Multi Chip Module)に適用することができる。

１０ ＭＣＭ
１０Ａ ＭＣＭ組み立て体
１１ インタポーザ基板
１２ 半田ボール（半田材）
１３ 半導体チップ（第１電子部品）
１４ ＢＧＡ（第２電子部品）
１５ バンプ電極
１６ 半田ボール
１７ コンデンサ
１８ 半導体チップ
１９ バンプ電極
２１ 第１電極端子（バンプランド）
２２ 第２電極端子（バンプランド）
２３ 第３電極端子
２４ 外部電極端子（バンプランド）
２５ マザーボード
２６ ヒートシンク
３０ テストソケット
３１ 本体（第１部分、下部）
３１ａ 収納部（凹部）
３２ 蓋部（第２部分、上部）
３３ コンタクトプローブ（プローブピン）
３４ ヒートシンク
３５ 放熱シート（第１部材）
３６ 断熱シート（第２部材）
３７ 吸着孔
４０ ＭＣＭ
４０Ａ ＭＣＭ組み立て体

Claims (11)

1. 以下の工程を含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法：
   （ａ）上面および下面を有するインタポーザ基板と、前記インタポーザ基板の前記上面に搭載された第１および第２電子部品と、前記インタポーザ基板の前記下面に設けられた複数の半田材と、を備えた組立体を準備する工程；
   （ｂ）凹部を有する第１部分と、第１および第２面を有する第２部分とを備えたテストソケットを準備する工程；
   （ｃ）前記（ａ）および（ｂ）工程の後、前記インタポーザ基板の前記下面が前記テストソケットの前記凹部の底面と対向するように、前記組立体を前記テストソケットの前記凹部内に収納し、前記テストソケットの前記第２部分を用いて前記インタポーザ基板の前記上面側から前記組立体に荷重を加えながら、前記組立体の電気特性試験を行う工程；
   ここで、
   前記インタポーザ基板の前記上面に搭載された前記第２電子部品の適正な動作温度帯域幅は、前記第１電子部品の適正な動作温度帯域幅よりも狭く、
   前記（ｃ）工程では、前記第１および第２電子部品上に前記第２部分の前記第１および第２面をそれぞれ配置した後、前記第１面と前記第１電子部品との間に介在させた第１部材および前記第２面と前記第２電子部品との間に介在させた第２部材を介して、前記第１および第２電子部品にそれぞれ荷重を加えており、
   前記第２部材の熱伝導率は、前記第１部材の熱伝導率よりも低く、
   前記第２部材は、前記第２電子部品の一部を露出する第１吸着孔を備え、
   前記第２部材の前記第１吸着孔を介して、前記第２電子部品を吸着保持した状態で、前記組立体を前記テストソケットの前記凹部に収納し、
   前記組立体への荷重時に、前記第１および第２部材のそれぞれは、前記インタポーザ基板の前記上面とは接触しない。
2. 前記第１部材は、吸着孔を備えていないことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
3. 前記（ｃ）工程では、放熱部材を使用して前記第１電子部品を冷却することを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
4. 前記第２部材の厚さは、前記第１部材の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
5. 前記第２電子部品の実装高さは、前記第１電子部品の実装高さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
6. 前記第２電子部品の実装高さと、前記第１電子部品の実装高さは、同一であることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
7. 前記テストソケットの前記第１面は、断面視において、前記テストソケットの前記第２面よりも前記テストソケットの前記第１部分側に突出していることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
8. 前記第２部材の硬度は、前記第１部材の硬度よりも低いことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
9. 前記第１部材は、前記テストソケットの前記第１面に貼付され、前記第２部材は、前記テストソケットの前記第２面に貼付されることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
10. 前記第１電子部品は、前記インタポーザ基板の前記上面にベアチップ状態で搭載された半導体チップであり、前記第２電子部品は、半導体パッケージであることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュールの製造方法。
11. 前記テストソケットの前記第２部分は、第２吸着孔を備え、前記第２吸着孔の一端は、前記第２部材の前記第１吸着孔に接続され、前記第２吸着孔の他端は真空ポンプに接続され、前記組立体を吸着搬送することを特徴とする請求項２乃至請求項３記載の半導体モジュールの製造方法。

Images