JP5994776B2 - 半導体パッケージ、半導体装置、半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

半導体パッケージ、半導体装置、半導体パッケージの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体パッケージ、半導体装置、半導体パッケージの製造方法に関する。
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型化かつ多ピン化が進んできている。
半導体パッケージはその小型化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基板上にチップを実装したものとして、BGA(Ball Grid Array)や、CSP(Chip Scale Package)と言った、エリア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている。
BGAやCSP等の新しいパッケージに用いられるインターポーザは、一般に、繊維基材に樹脂組成物を含浸してなる基板に導体パターンや導体ポストが形成されてなる。
特開2002−270716号公報 特開2003−142617号公報 特開2004−311598号公報 特開2006−66693号公報
上述したようなインターポーザは、チップとの熱膨張係数差が大きく、熱変形しやすい。また、インターポーザは、通常、チップよりも大面積となるため、チップと接触していない部分の面積が大きい。このようなチップと接触していない部分は、剛性が極めて低く、インターポーザが熱変形し、チップ側に反り、電気的接続の信頼性を低下させるという問題があった。
発明によれば、基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、前記一方の面および前記他方の面のうちの、少なくとも1つの面に接合される補強部材とを有することを特徴とする半導体パッケージであって、前記補強部材は、板状の熱伝導 性の本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、前記本体と前記配線基板とを接合する接 着層とを有し、前記接着層は、熱伝導材料を含み、前記基板には、前記基板を貫通する伝 熱部が設けられ、前記基板の一方の面および他方の面側には、それぞれ前記補強部材が設 けられ、前記伝熱部には各補強部材の前記接着層が接続され、前記伝熱部を介して一対の 前記補強部材が接続されている半導体パッケージを提供することができる。
さらに、本発明によれば、基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板を用意するとともに、本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、熱伝導材料を含む接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の工程と、少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの少なくとも一つの面に接合する第2の工程と、前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することにより補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法であって、前記第2の工程では、前記配線基板の第1導体パターンまたは、第2導 体パターンに、前記接着層を直接接触させて、前記配線基板に前記板部材を接合し、前記 第3の工程では、前記本体に開口部を形成した後、前記本体の開口部に連通するとともに 、前記開口部よりも径が小さく、周縁部が前記本体の開口部の周縁部よりも内側に位置す る開口部を前記接着層に形成し、前記板部材の前記接着層および前記本体を貫通する貫通 孔を形成して、前記配線基板の第1導体パターンまたは第2導体パターンを露出させ 記第1導体パターンまたは、第2導体パターンをソルダーレジストとしての前記接着層で 保護し、前記貫通孔内に半田バンプを配置する工程を含み、前記貫通孔内に半田バンプを 配置する前記工程では、前記接着層の前記開口部内に前記半田バンプを配置する、半導体 パッケージの製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パター ンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第 2導体パターンとを備える配線基板を用意するとともに、本体と、前記本体の一方の面側 に設けられ、熱伝導材料を含む接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の 工程と、少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした 状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの少なくとも一つの面に接 合する第2の工程と、前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工すること により補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製 造方法であって、前記第1の工程では、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パター ンのうち、少なくともいずれか一方を被覆し、被覆した導体パターンを露出させる開口部 が形成されたソルダーレジストを有する前記配線基板を用意し、前記第2の工程では、前 記ソルダーレジストの前記開口部内部を前記接着層で埋め込むように、前記接着層を前記 ソルダーレジストに圧着し、前記ソルダーレジスト上に前記接着層を介して前記本体を固 定することで、前記配線基板に前記板部材を接合し、前記第3の工程では、前記本体に開 口部を形成した後、前記ソルダーレジストの開口部内面を被覆するように前記ソルダーレ ジストの前記開口部の内部の前記接着層を残しつつ、前記ソルダーレジストの前記開口部 の内部の前記接着層を選択的に除去し、前記本体の開口部に連通する開口部を前記接着層 に形成し、前記板部材の前記接着層および前記本体を貫通する貫通孔を形成して、前記配 線基板の第1導体パターンまたは第2導体パターンを露出させる半導体パッケージの製造 方法を提供することができる。
さらに本発明によれば、基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターン と、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2 導体パターンとを備える配線基板を用意するとともに、本体と、前記本体の一方の面側に 設けられ、熱伝導材料を含む接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の工 程と、少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状 態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの少なくとも一つの面に接合 する第2の工程と、前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することに より補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造 方法であって、前記第3の工程では、前記板部材の前記本体をウェットエッチングするこ とで開口部を形成し、前記板部材の前記本体の開口部を介して前記接着層にレーザーを照 射することにより、前記接着層の所望の位置に開口部を形成して、前記板部材の前記接着 層および前記本体を貫通する貫通孔を形成して、前記配線基板の第1導体パターンまたは 第2導体パターンを露出させる半導体パッケージの製造方法を提供することができる。
このような本発明の半導体パッケージの製造方法によれば、板部材に接着層が形成されているため、板部材の配線基板への接合を簡単に行うことができる。そして、接着層は熱伝導性材料を含むため、配線基板からの熱を本体に伝達させることができ、配線基板の熱変形を抑制することができる。そのため、反りが抑制された半導体パッケージを簡単に製造することができる。
さらには、配線基板に板部材を接合した後、板部材を加工しているため、配線基板の導体パターン等の形状にあわせて板部材を加工することができる。
さらに、本発明によれば、基板、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターン、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターン、を有する配線基板と、前記配線基板の前記第1導体パターンまたは第2導体パターンに電気的に接続された半導体素子と、前記配線基板の前記一方の面に接合された補強部材とを備える半導体パッケージであって、前記補強部材は、前記配線基板に接着し、熱伝導性材料を含む接着層と、この接着層に設けられた本体とを備え、前記本体には、本体を貫通する開口部が形成され、前記接着層には、前記本体の開口部に連通するとともに、前記第1導体パターンを露出する開口部が形成され、前記配線基板の前記一方の面側からの平面視において、前記接着層の前記開口部の周縁部は、前記本体の前記開口部の内側に位置し、前記接着層の開口部内に、前記第1導体パターンに接続される半田バンプが配置され、前記配線基板は、前記第1導体パターンを被覆し、被覆した前記第1導体パタ ーンを露出させる開口部を有するソルダーレジストを有し、前記ソルダーレジストの前記 第1導体パターンと反対側の表面および、前記ソルダーレジストの前記開口部内面が前記 接着層で被覆され、前記接着層のうち、前記ソルダーレジストの前記開口部内面を被覆す る部分が前記接着層の前記開口部の内面を構成する半導体パッケージも提供できる。
このような半導体パッケージは、上述した半導体パッケージの製造方法により製造できる。
本発明によれば、熱による不具合の発生を防止することができ、かつ配線基板に簡単に接合することのできる補強部材、この補強部材を備えた半導体パッケージ、半導体装置およびこの補強部材を使用した前記半導体パッケージの製造方法が提供される。
さらには、熱による不具合の発生を防止が抑制された半導体パッケージを製造することができる製造方法、この製造方法により製造された半導体パッケージが提供される。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
本発明の第1実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。 図1に示す半導体パッケージを示す上面図である。 図1に示す半導体パッケージを示す下面図である。 図1に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。 図1に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。 図1に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。 図1に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。 図1に示す半導体パッケージを備える半導体装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。 本発明の第3実施形態に係る第1、第2補強部材の断面図である。 図10に示す第1、第2補強部材を用いて製造された半導体パッケージの断面図である。 本発明の第4実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。 図1に示す半導体パッケージの製造工程を示す断面図である。 本発明の第5実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。 (a)(b)(c)は図14に示す半導体パッケージの製造工程を示す断面図である。 (a)〜(d)は図14に示す半導体パッケージの製造工程を示す断面図である。 図14に示す半導体パッケージを備える半導体装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第5実施形態に係る半導体パッケージの変形例を示す断面図である。 本発明の第6実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。 (a)(b)(c)は図19に示す半導体パッケージの製造工程を示す断面図である。 (a)〜(d)は図19に示す半導体パッケージの製造工程を示す断面図である。 図19に示す半導体パッケージを備える半導体装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第6実施形態に係る半導体パッケージの変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。
<第1実施形態>
(半導体パッケージ)
まず、本発明の半導体パッケージを説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図、図2は、図1に示す半導体パッケージを示す上面図、図3は、図1に示す半導体パッケージを示す下面図、図4ないし図7は、それぞれ、図1に示す半導体パッケージの製造方法の一例を示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図1ないし図7では、それぞれ、説明の便宜上、半導体パッケージの各部が誇張して描かれている。
図1に示すように、半導体パッケージ1は、配線基板2と、この配線基板2上に搭載された半導体素子3と、第1補強部材(本発明の補強部材)4と、第2補強部材(本発明の補強部材)5とを有する。
このような半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、本実施形態では、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2よりも小さいため、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
また、配線基板2自体の剛性を高める必要がなく、配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。これに加えて、接着層42,52は、熱伝導性材料を含んでいる。そのため、配線基板2の熱を第1補強部材4および第2補強部材5を介して放熱することができる。さらには半導体素子3からの熱を配線基板2および第2補強部材5を介して逃すことができる。したがって、半導体パッケージ1は、優れた放熱性を発揮することができる。
このようなことから、配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
以下、半導体パッケージ1の各部を順次詳細に説明する。
[配線基板]
配線基板2は、半導体素子3を支持する基板であり、例えば、その搭載した半導体素子3と後述するようなマザーボード200との電気的接続を中継する中継基板(インターポーザ)である。また、配線基板2は、その平面視形状は、通常、正方形、長方形等の四角形とされる。
配線基板2は、基板21と、導体パターン221、222、223、224と、導体ポスト231、232、233と、伝熱ポスト24と、ソルダーレジスト25、26とを有している。
なお、本実施形態では、導体パターン221は、基板21の一方の面側に設けられた第1導体パターンを構成し、導体パターン224は、基板21の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンを構成する。
基板21は、複数(本実施形態では3層)の絶縁層211、212、213で構成されている。より具体的には、基板21は、絶縁層211、絶縁層212、絶縁層213がこの順で積層されて構成されている。なお、基板21を構成する絶縁層の数は、これに限定されず、1または2層であってもよいし、4層以上であってもよい。
各絶縁層211、212、213は、絶縁性を有する材料で構成されている。具体的には、各絶縁層211、212、213は、基材(繊維基材)と、その基材に含浸された樹脂組成物とで構成されている。
基材は、各絶縁層211、212、213の芯材として用いられるものである。このような基材を有することにより、基板21の剛性を高めることができる。
基材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不織布等のガラス繊維で構成されたガラス繊維基材、ポリアミド樹脂繊維、芳香族ポリアミド樹脂繊維、全芳香族ポリアミド樹脂繊維等のポリアミド系樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、芳香族ポリエステル樹脂繊維、全芳香族ポリエステル樹脂繊維等のポリエステル系樹脂繊維、ポリイミド樹脂繊維、フッ素樹脂繊維等のいずれか1種以上を主成分とする織布または不織布で構成される合成繊維基材、あるいは、クラフト紙、コットンリンター紙、リンターとクラフトパルプの混抄紙等を主成分とする紙基材等が挙げられる。これらの中でも、かかる基材としては、ガラス繊維基材が好ましい。これにより、基板21の剛性を高めるとともに、基板21の薄型化を図ることができる。さらに、基板21の熱膨張係数も小さくすることができる。
このようなガラス繊維基材を構成するガラスとしては、例えば、Eガラス、Cガラス、Aガラス、Sガラス、Dガラス、NEガラス、Tガラス、Hガラス等のいずれか1種以上が挙げられる。これらの中でもTガラスが好ましい。これにより、ガラス繊維基材の熱膨張係数を小さくすることができ、それによって基板21の熱膨張係数を小さくすることができる。
また、絶縁層211、212、213が基材を含む場合、絶縁層211、212、213における基材の含有率は、それぞれ、30〜70wt%であることが好ましく、40〜60wt%であることがより好ましい。これにより、これらの絶縁層のひび割れ等の破損を確実に防ぎつつ、各絶縁層の電気絶縁性および熱膨張係数を十分に低いものとすることができる。なお、絶縁層211、212、213のうちの少なくとも1層は、基材を含まずに樹脂組成物のみで構成されていてもよい。
このような基材に含浸される樹脂組成物は、樹脂材料が含まれている。かかる樹脂材料としては、熱硬化性樹脂が好適に用いられる。
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油等で変性した油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ビスフェノールAエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、シアネート樹脂、ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等のいずれか1種以上が挙げられる。
これらの中でも、特に、シアネート樹脂が好ましい。これにより、基板21の熱膨張係数を十分に小さくすることができる。さらに、基板21の電気特性(低誘電率、低誘電正接等)を優れたものとすることができる。
また、前記樹脂組成物は、フィラーを含むのが好ましい。すなわち、絶縁層211、212、213は、それぞれ、フィラーを含むことが好ましい。これにより、絶縁層211、212、213の熱膨張係数を低くすることができる。
前記フィラーとしては、各種無機フィラーまたは有機フィラーが挙げられる。
無機フィラー(無機充填材)としては、例えば、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、金属フェライト等の酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物、炭酸カルシウム(軽質、重質)、炭酸マグネシウム、ドロマイト、ドーソナイト等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アンモニウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、タルク、マイカ、クレー、ガラス繊維、ケイ酸カルシウム、モンモリロナイト、ベントナイト等のケイ酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素、その他鉄粉、銅粉、アルミニウム粉、亜鉛華、硫化モリブデン、ボロン繊維、チタン酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛が挙げられる。
また、有機フィラーとしては、合成樹脂粉末が挙げられる。この合成樹脂粉末としては、例えば、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、アクリル樹脂、アセタール樹脂、ポリエチレン、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の各種熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の粉末、またはこれらの樹脂の共重合体の粉末が挙げられる。また、有機フィラーの他の例としては、芳香族または脂肪族ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等が挙げられる。
前述したようなフィラーの中でも、無機フィラーを用いるのが好ましい。これにより、絶縁層211、212、213の熱膨張係数を効果的に低めることができる。また、絶縁層211、212、213の伝熱性を高めることもできる。
特に、無機フィラーの中でも、シリカが好ましく、溶融シリカ(特に球状溶融シリカ)が低熱膨張性に優れる点で好ましい。
無機フィラーの平均粒子径は、特に限定されないが、0.05〜2.0μmが好ましく、特に0.1〜1.0μmが好ましい。これにより、絶縁層211、212、213中で、無機フィラーは、より均一に分散することができ、絶縁層211、212、213の物理的強度および絶縁性を特に優れたものとすることができる。
なお、上記無機フィラーの平均粒子径は、例えば、粒度分布計(HORIBA製、LA−500)により測定することができる。また、本明細書において、平均粒子径とは、体積基準での平均粒子径を指す。
絶縁層211、212、213における無機充填材の含有量は、それぞれ、特に限定されないが、基材を除く樹脂組成物を100wt%としたときに、30〜80wt%が好ましく、特に45〜75wt%が好ましい。含有量が前記範囲内であると、絶縁層211、212、213は、熱膨張係数が十分に低く、吸湿性が特に低いものとなる。
また、前記樹脂組成物は、前述した熱硬化性樹脂の他、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。
また、前記樹脂組成物は、必要に応じて、顔料、酸化防止剤等の上記成分以外の添加物を含んでいてもよい。
また、絶縁層211、212、213は、互いに同じ材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。
上述したような複数の層で構成された基板21の平均厚さは、特に限定されないが、30μm以上800μm以下であることが好ましく、30μm以上400μm以下であることがより好ましい。
このような基板21の絶縁層211の上面には、導体パターン221が形成されている。また、絶縁層211と絶縁層212との間には、導体パターン222が介挿されている。また、絶縁層212と絶縁層213との間には、導体パターン223が介挿されている。また、絶縁層213の下面には、導体パターン224が形成されている。
この導体パターン221、222、223、224は、それぞれ、複数の配線を有する回路として機能するものである。
導体パターン221、222、223、224の構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、銅、銅系合金、アルミ、アルミ系合金等の各種金属および各種合金が挙げられる。中でも、かかる構成材料としては、銅および銅系合金を用いるのが好ましい。銅および銅系合金は、電気伝導率が比較的高いものである。そのため、配線基板2の電気的特性を良好なものとすることができる。また、銅および銅系合金は熱伝導性にも優れるので、配線基板2の放熱性を向上させることもできる。
また、導体パターン221、222、223、224の平均厚さは、特に限定されないが、5μm以上30μm以下であることが好ましい。
また、絶縁層211には、その厚さ方向に貫通するビアホールが形成され、そのビアホール内に導体ポスト(ビアポスト)231が設けられている。この導体ポスト231は、絶縁層211をその厚さ方向に貫通しており、導体ポスト231を介して導体パターン221と導体パターン222とが導通している。
同様に、絶縁層212には、その厚さ方向に貫通する導体ポスト(ビアポスト)232が設けられている。
この導体ポスト232は、絶縁層212をその厚さ方向に貫通しており、導体ポスト232を介して導体パターン222と導体パターン223とが導通している。
また、絶縁層213には、その厚さ方向に貫通する導体ポスト(ビアポスト)233が設けられている。この導体ポスト233は、絶縁層213をその厚さ方向に貫通しており、導体ポスト233を介して導体パターン223と導体パターン224とが導通している。
また、絶縁層211の上面には、所定部位に貫通孔を有するソルダーレジスト25が形成されている。このソルダーレジスト25は、導体パターン221を被覆しており、前記貫通孔から導体パターン221の接続用電極部が露出している。この露出した部分には、金属バンプ(半田バンプ)31が接合されており、この金属バンプ31を介して半導体素子3と導体パターン221とが導通している。
ソルダーレジスト25は、絶縁性を有しており、導体パターン221の不要部への半田の付着を防止したり、埃、熱、湿気などから導体パターン221を保護したり、導体パターン221間の電気絶縁性を維持したりする目的で形成されている。このようなソルダーレジスト25の構成材料としては、絶縁性を有していれば、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂を主材料とする熱硬化性レジスト等を用いることができる。また、例えば、PSR4000/AUS308、AUS703(太陽インキ製造製)およびSR−7200G(日立化成工業製)の商品名で市販されているものを用いることもできる。
ソルダーレジスト25の形成方法は、特に限定されず、例えば、熱硬化性レジストを塗布して硬化させたのち、レーザー加工によって貫通孔を形成してもよいし、感光性液状レジストをスクリーン印刷し、露光硬化させる方法でもよい。
また、絶縁層213の下面には、所定部位に貫通孔を有するソルダーレジスト26が形成されている。このソルダーレジスト26は、導体パターン224を被覆しており、前記貫通孔からは導体パターン224の接続用電極部が露出している。この露出した部分には、金属バンプ(半田バンプ)71が接合されている。この金属バンプ71は、半導体パッケージ1を例えば後述するようなマザーボードに対して電気的に接続するためのものである。
本実施形態では、金属バンプ71は、略球状をなしている。なお、金属バンプ71の形状は、これに限定されない。
金属バンプ71の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン系、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀−銅系等の各種ろう材(半田)のいずれか1種以上を用いることができる。
また、基板21には、その厚さ方向に貫通する複数のビアホールが形成され、その各ビアホールに伝熱ポスト24が設けられている。
この各伝熱ポスト24は、基板21全体をその厚さ方向に貫通しており、上端が絶縁層211の上面から露出するとともに、下端が絶縁層213の下面から露出している。そして、伝熱ポスト24は、その上端が第1補強部材4に接触し、下端が第2補強部材5に接触している。
本実施形態では、伝熱ポスト24は、伝熱ポスト部241、242、243で構成されている。伝熱ポスト部241は、絶縁層211を貫通する中実の柱状の部材である。伝熱ポスト部242は、絶縁層212を貫通する中空の第一部分と、この中空部分242Aに接続されて、絶縁層212の表裏面に位置する第二部分とを備える。そして、第二部分に伝熱ポスト部241が接続されている。また、他方の第二部分には、伝熱ポスト部243が接続されている。伝熱ポスト部243は、絶縁層213を貫通する中実の柱状の部材である。
そして、第1補強部材4の接着層42は、ソルダーレジスト25に形成された開口部に入り込み、この開口部から露出した伝熱ポスト24の一方の端部(伝熱ポスト部241)に直接接触している。また、第2補強部材5の接着層52は、ソルダーレジスト26に形成された開口部に入り込み、この開口部から露出した伝熱ポスト24の他方の端部(伝熱ポスト部243)に直接接触している。
この各伝熱ポスト(熱伝導部)24は、前述した基板21(絶縁層)よりも高い伝熱性を有する。これにより、たとえば、第1補強部材4から伝熱ポスト24を介して第2補強部材5へ熱を効率的に伝達することができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
また、この各伝熱ポスト24は、基板21をその厚さ方向に貫通するものであるため、公知の導体ポストと同様に、簡単かつ高精度に形成することができる。
また、各伝熱ポスト24は、中空であってもよいし、中実であってもよい。また、各伝熱ポスト24の横断面形状としては、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形等が挙げられる。また、伝熱ポスト24の数は、特に限定されず、任意であるが、配線基板2の機械的強度を損ねない程度に、できるだけ多くするのが好ましい。
各伝熱ポスト24は、電気信号の伝送に寄与しないものである。これにより、第1補強部材4から伝熱ポスト24を介して第2補強部材5へ熱をより効率的に伝達することができる。
本実施形態では、複数の伝熱ポスト24は、配線基板2を平面視したときに、配線基板2の外周部に沿って互いに間隔を隔てて並設されている。特に、複数の伝熱ポスト24は、配線基板2を平面視したときに、配線基板2の外周部に沿って周方向に等間隔で並設されているのが好ましい。これにより、配線基板2の温度分布をより均一化することができる。
また、複数の伝熱ポスト24は、配線基板2を平面視したときに、前述した導体パターン221、222、223、224に重ならないように設けられている。これにより、伝熱ポスト24の形成が簡単となるとともに、伝熱ポスト24と導体パターン221、222、223、224との短絡を防止することができる。
このような各伝熱ポスト24の構成材料としては、前述した基板21(絶縁層)よりも高い伝熱性を有するものであれば、特に限定されないが、金属材料を用いるのが好ましい。
かかる金属材料としては、例えば、銅、銅系合金、アルミ、アルミ系合金等の各種金属および各種合金が挙げられる。中でも、かかる金属材料としては、伝熱性に優れる観点から銅、銅系合金、アルミ、アルミ系合金のいずれか1種以上を用いるのが好ましい。これにより、配線基板2の放熱性を向上させることもできる。
また、伝熱ポスト24の構成材料は、前述した導体ポスト231〜233の構成材料と異なっていてもよいが、導体ポスト231〜233の構成材料と同じであるのが好ましい。
[半導体素子]
半導体素子3は、例えば、集積回路素子(IC)であり、より具体的には、例えば、ロジックIC、メモリおよび受発光素子等である。
この半導体素子3は、前述した配線基板2の基板21の上面(一方の面)に接合され、第1導体パターンである導体パターン221に電気的に接続されている。
具体的には、半導体素子3は、その下面に、図示しない複数の端子が設けられており、その各端子が金属バンプ31を介して、配線基板2の導体パターン221の前記接続用電極部(端子)に電気的に接続されている。これにより、半導体素子3と配線基板2の導体パターン221とが電気的に接続されている。
金属バンプ31の構成材料としては、特に限定されないが、前述した金属バンプ71と同様、例えば、錫−鉛系、錫−銀系、錫−亜鉛系、錫−ビスマス系、錫−アンチモン系、錫−銀−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀−銅系等のいずれか1種以上の種ろう材(半田)を用いることができる。
また、半導体素子3は、接着層32を介して、配線基板2の上面に接着(接合)されている。この接着層32は、接着性および絶縁性を有する材料で構成され、例えば、アンダーフィル材の硬化物で構成されている。アンダーフィル材としては、特に限定されず、公知のアンダーフィル材を用いることができるが、後述する絶縁材81を形成するための半田接合用レジストと同様のものを用いることもできる。
ただし、半導体素子3の側面と、第1補強部材4の貫通孔4bの内面との間に熱伝導性の部材(たとえば、銀ペースト)を配置し、半導体素子3の熱を第1補強部材4に伝熱してもよい。
[第1補強部材]
第1補強部材(本発明の補強部材;スティフナー)4は、前述した配線基板2の基板21の上面(一方の面)の、半導体素子3が接合されていない部分に接合されている。
ここで、補強部材が基板21の面に接合されるとは、基板21の面に直接接触している場合のみならず、基板21の面上に形成された導体パターンやソルダーレジストを介して、間接的に基板21の面に接着している場合も含む。この第1補強部材4は、本体41と、本体41の下面(一方の面)に設けられ、本体41と配線基板2とを接合する接着層42とを有している。
本体41は、基板21、さらには配線基板2よりも熱膨張係数が小さい。これにより、補強部材を配線基板2に取り付けることで、基板21、さらには配線基板2の熱膨張を抑えることができる。なお、配線基板2の熱膨張係数は、5ppm/℃〜25ppm/℃であることが好ましい。
ここで、熱膨張係数は、50℃〜150℃における面方向の平均線膨張係数を意味する。
また、本体41は、板状をなしている。これにより、第1補強部材4の構成を簡単かつ小型なものとすることができる。
また、本体41の表裏面は、平坦である。本体41の表裏面には、たとえば、配線が形成されることで形成されるような凹凸(たとえば、5μm以上の凹凸)が形成されておらず、平坦であるため、本体41の表裏面に、容易に均一な厚みの平坦な接着層42を形成することができる。そのため、接着層42と配線基板2表面とを確実に接着することができる。
本体41の基板21と反対側の面(すなわち上面)は、半導体素子3の基板21と反対側の面(すなわち上面)と同一面上またはそれよりも基板21側(すなわち下側)に位置しているのが好ましい。これにより、半導体パッケージ1の製造に際し、第1補強部材4の設置後に半導体素子3を設置する場合、半導体素子3の設置が容易となる。
本実施形態では、本体41の上面と、半導体素子3の上面とが同一面上に位置している。これにより、半導体パッケージ1を薄型化しつつ、配線基板2の反りを効果的に抑制または防止することができる。また、本体41の上面上に他の構造体(例えば、基板、半導体素子、ヒートシンク等)を設ける場合、その構造体の設置を安定的に行うことができる。
なお、本体41および半導体素子3を封止樹脂でモールドしてもよい。
また、図2に示すように、本体41は、半導体素子3の周囲を囲むように設けられている。本実施形態では、本体41は、半導体素子3を囲むように環状(より具体的には四角環状)をなしている。これにより、第1補強部材4による配線基板2の剛性を高める効果を優れたものとすることができる。
また、本体41は、半導体素子3との間の距離(本体41の開口部412の内面と半導体素子3の外周面との間の距離)が半導体素子3の全周に亘って一定となるように形成されている。これにより、本体41および半導体素子3の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。
また、本体41は、半導体素子3との熱膨張係数差が7ppm/℃以下であるのが好ましい。これにより、半導体素子3および本体41が一体的に配線基板2を補強し、半導体パッケージ1全体の熱膨張を抑えることができる。
また、本体41の構成材料としては、前述したような熱膨張係数を有するものであれば、特に限定されず、例えば、金属材料、セラミックス材料等のいずれかを用いることができるが、本実施形態では、金属材料を用いている。本体41が金属材料で構成されていると、本体41の放熱性を高めることができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。
かかる金属材料としては、前述したような熱膨張係数を有するものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができるが、放熱性および低熱膨張を実現する観点から、Feを含む合金を用いるのが好ましい。
かかるFeを含む合金としては、例えば、Fe−Ni系合金、Fe−Co−Cr系合金、Fe−Co系合金、Fe−Pt系合金、Fe−Pd合金等のいずれか1種以上が挙げられ、特に、Fe−Ni系合金を用いるのが好ましい。
このような金属材料は、放熱性に優れるだけでなく、熱膨張係数が低く、かつ、一般的な半導体素子3の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する。そのため、半導体素子3および本体41が一体的に配線基板2を補強することができる。
Fe−Ni系合金としては、FeおよびNiを含むものであれは、特に限定されず、FeおよびNiの他に、残部(M)として、Co、Ti、Mo、Cr、Pd、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。
より具体的には、Fe−Ni系合金としては、例えば、Fe−36Ni合金(インバー)等のFe−Ni合金、Fe−32Ni−5Co合金(スーパーインバー)、Fe−29Ni−17Co合金(コバール)、Fe−36Ni−12Co合金(エリンバー)等のFe−Ni−Co合金、Fe−Ni−Cr−Ti合金、Ni−28Mo−2Fe合金等のNi−Mo−Fe合金等のいずれかが挙げられる。また、Fe−Ni−Co合金は、例えば、KV−2、KV−4、KV−6、KV−15、KV−25等のKVシリーズ(NEOMAXマテリアル社製)、Nivarox等の商品名で市販されている。また、Fe−Ni合金は、例えば、NS−5、D−1(NEOMAXマテリアル社製)等の商品名で市販されている。また、Fe−Ni−Cr−Ti合金は、例えば、Ni−Span C−902(大同スペシャルメタル社製)、EL−3(NEOMAXマテリアル社製)等の商品名で市販されている。
また、Fe−Co−Cr系合金としては、Fe、CoおよびCrを含むものであれば特に限定されないが、例えば、Fe−54Co−9.5Cr(ステンレスインバー)等のFe−Co−Cr合金が挙げられる。なお、Fe−Co−Cr系合金は、Fe、CoおよびCrの他に、Ni、Ti、Mo、Pd、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。
また、Fe−Co系合金としては、FeおよびCoを含むものであれば特に限定されず、FeおよびCoの他に、Ni、Ti、Mo、Cr、Pd、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。
また、Fe−Pt系合金としては、FeおよびPtを含むものであれば特に限定されず、FeおよびPtの他に、Co、Ni、Ti、Mo、Cr、Pd等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。
また、Fe−Pd系合金としては、FeおよびPdを含むものであれば、特に限定されず、FeおよびPdの他に、Co、Ni、Ti、Mo、Cr、Pt等の金属のうちの1種または2種以上の金属を含んでいてもよい。
特に、本体41の熱膨張係数は、0.5ppm/℃以上10ppm/℃以下であるのが好ましく、1ppm/℃以上7ppm/℃以下であるのがより好ましく、1ppm/℃以上5ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と本体41との熱膨張係数差を小さくし、これらが一体として配線基板2を補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
また、本体41と半導体素子3との熱膨張係数差の絶対値は、7ppm/℃以下であるのが好ましく、5ppm/℃以下であるのがより好ましく、2ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と本体41との熱膨張係数差を小さくし、これらが一体として配線基板2を補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
上述したような熱膨張係数の観点から、本体41を構成する金属材料がFe−Ni系合金である場合、前記Fe−Ni系合金は、Niの含有量が30wt%以上50wt%以下であるのが好ましく、Niの含有量が35wt%以上45wt%以下であるのがより好ましい。これにより、本体41の熱膨張係数を半導体素子3の熱膨張係数に近づけることができる。この場合、前記Fe−Ni系合金は、Feの含有量が50wt%以上70wt%以下であるのが好ましく、Feの含有量が55wt%以上65wt%以下であるのがより好ましい。
また、本体41を構成する金属材料がFe−Ni系合金である場合、前記Fe−Ni系合金は、FeおよびNiの合計含有量が85wt%以上100wt%以下であるのが好ましく、FeおよびNiの合計含有量が90wt%以上100wt%以下であるのがより好ましい。すなわち、前記Fe−Ni系合金は、残部(M)の含有量が0wt%以上15wt%以下であるのが好ましく、残部(M)の含有量が0wt%以上10wt%以下であるのがより好ましい。これにより、本体41の熱膨張係数を半導体素子3の熱膨張係数に近づけることができる。
また、本体41の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数や、配線基板2の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。
また、本体41は金属材料で構成されるため、その表面が導電性であり、かつ、熱伝導性を有している。
接着層42は、本体41の下面に設けられており、本体41の平面視にて、本体41の形状とほぼ同一の形状をなしている。すなわち、接着層42は、本体41の下面全域に設けられている。接着層42は、本体41を配線基板2に接合する機能を有している。
このような接着層42は、熱伝導性を有しており、樹脂材料と、熱伝導材料とを含む樹脂組成物で構成されている。これにより、接着層としての機能を充分に発揮しつつ、熱伝導性に優れる接着層42が得られる。そのため、配線基板2からの熱を効率的に本体41に伝達することができ、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。また、接着層42は、絶縁性を有している。これにより、導体パターン221と本体41との短絡を防止することができ、半導体パッケージ1の信頼性が向上する。
前記樹脂組成物に含まれる樹脂材料としては、各種熱可塑性樹脂、各種熱硬化性樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6−12、ナイロン6−66)、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル(不飽和ポリエステル)樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
中でも、接着層42に用いる樹脂材料としては、熱硬化性樹脂(特に硬化前に液状をなすもの)を用いるのが好ましく、フェノール樹脂、エポキシ樹脂を用いるのがより好ましく、フェノール樹脂を用いるのが特に好ましい。かかるフェノール樹脂としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油等で変性した油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂等が挙げられる。これにより、本体41と配線基板2とを強固に接着することができるとともに、接着層42の熱膨張係数を効果的に抑えることができる。
前記樹脂組成物に含まれる熱伝導性材料としては、特に限定されないが、無機フィラー(無機充填材)であるのが好ましい。これにより、接着層42の熱伝導性をより高めることができる。
このような無機フィラーとしては、例えば、Au、Ag、Pt等の金属、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、金属フェライト等の酸化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化チタン等の窒化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物、炭酸カルシウム(軽質、重質)、炭酸マグネシウム、ドロマイト、ドーソナイト等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アンモニウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、タルク、マイカ、クレー、ガラス繊維、ケイ酸カルシウム、モンモリロナイト、ベントナイト等のケイ酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素、その他鉄粉、銅粉、アルミニウム粉、亜鉛華、硫化モリブデン、ボロン繊維、チタン酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛のいずれか1種以上が挙げられる。なお、無機フィラーとして導電性を有するものを用いた場合、必要に応じて、接着層42の接する部位に絶縁処理を施す。
中でも、無機フィラーとしては、絶縁性および熱伝導性に優れるという観点から、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、金属フェライト等の酸化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化チタン等の窒化物のいずれか1種以上が好ましい。
また、無機フィラーの平均粒径(d50)は、熱伝導性を高める観点および分散性の観点から、0.05〜100μmであることが好ましく、1〜50μmであることが更に好ましい。
さらには、接着層42における無機フィラーの含有量は、熱伝導性の観点から20wt%以上であることが好ましく、30wt%以上であることが更に好ましく、接着層42の成形性の観点から95wt%以下であることが好ましく、90wt%以下であることが更に好ましい。
このように接着層42が熱伝導性材料を含む場合、本体41も熱伝導性部材で構成され、本体41表面に、接着層42は直接接触する。
また、接着層42の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、0.01mm以上0.2mm以下程度である。
このような第1補強部材4には、図2に示すように、貫通孔4bが形成されている。この貫通孔4bは、本体41および接着層42を貫通するものである。図1に示すように、貫通孔4bは、本体41を貫通する開口部412と、この開口部412に連通し、接着層42を貫通する開口部423とで構成されている。本実施形態では、本体41を貫通する前記開口部412の径と接着層42を貫通する開口部423の径とは等しい。貫通孔4bは、半導体素子3を配置するための孔であり、第1補強部材4の表面側から平面視した際に、第1補強部材4の中央部分に形成されている。
また、第1補強部材4には、導体パターン221の所定部位(接続用電極部)を露出させるための貫通孔4aが複数形成されている。貫通孔4aは、本体41および接着層42を貫通するものである。すなわち、貫通孔4aは、本体41を貫通する開口部411と、この開口部411に連通し、接着層42を貫通する開口部420とで構成されている。本実施形態では、本体41を貫通する前記開口部411の径と接着層42を貫通する開口部420の径とは等しい。複数の貫通孔4aは、第1補強部材4の内周部に沿って互いに間隔を隔てて並設されている。特に、複数の貫通孔4aは、第1補強部材4の内周部に沿って周方向に等間隔で並設されているのが好ましい。これにより、第1補強部材4の機械的強度を均一化することができる。本実施形態では、貫通孔4aは、貫通孔4bを取り囲むように配置されている。また、貫通孔4aには、後述する金属バンプ91が配置されるが、貫通孔4aの径は、金属バンプ91よりも大きく、金属バンプ91と貫通孔4aとの間に絶縁材82が充填される。より詳細に説明すると、開口部411の内面と金属バンプ91との間、および、開口部420内面と金属バンプ71との間に絶縁材82が充填されている。
各貫通孔4a内には、貫通孔4aから露出する導体パターン221に接続された金属バンプ91と、金属バンプ91の周囲に形成され金属バンプ(半田バンプ)91と本体41との接触(短絡)を防止する絶縁性の絶縁材82とが設けられている。金属バンプ91は、前述した金属バンプ71と同様の材料で構成される。第1補強部材4の上面から上方へ突出している。これにより、金属バンプ91を介して、半導体パッケージ1と、その上方に位置する他の半導体パッケージとを電気的に接続することができる。なお、絶縁材82は、後述する絶縁材81と同様の材料構成である。
絶縁材82は、金属バンプ91の導体パターン221側の基部側面を取り囲み、金属バンプ91に接触している。また、絶縁材82は、金属バンプ91の側面側から、導体パターン221側に向けて末広がりとなる形状となっている。すなわち、絶縁材82は、配線基板厚み方向から直交する方向からの側面視において、台形形状となっている。これにより、絶縁材82により、金属バンプ91が補強され、かつ、絶縁材82により、金属バンプ91と本体41との接触が防止される。なお、絶縁材82、81は半導体パッケージにおいて半硬化の状態であってもよく、完全硬化した状態であってもよい。
[第2補強部材]
第2補強部材(本願発明の補強部材;スティフナー)5は、配線基板2の基板21の下面(他方の面)に接合されている。この第2補強部材5は、前述した第1補強部材4と同様に、本体51と、本体51の上面に設けられた熱伝導性の接着層52とを有している。
本体51は、板状をなしている。これにより、第2補強部材5の構成を簡単かつ小型なものとすることができる。
本体51は、基板21、さらには配線基板2よりも熱膨張係数が小さい。また、図3に示すように、本体51は、配線基板2(基板21)の外周部(導体パターン224よりも外側)に沿って設けられた部分(枠部)511と、金属バンプ71同士の間に設けられた部分512とを有している。本体51の部分511と配線基板2(基板21)との接合により、本体51が配線基板2を効果的に補強することができる。また、本体51の部分512と配線基板2との接合により、本体51の剛性が高められる。
より具体的に説明すると、図1および3に示すように、本体51は、前述した各金属バンプ71に非接触で各金属バンプ71を囲むように形成された複数の開口部(貫通孔)513を有する。これにより、本体51が配線基板2の下面に占める面積の割合を大きくすることができる。その結果、本体51による配線基板2の剛性を高める効果を優れたものとすることができる。
ここで、本実施形態では、各開口部513は、平面視にて、円形をなしている。なお、各開口部513の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、多角形等であってもよい。
また、各開口部513は、各金属バンプ71に対応して(一対一で対応して)設けられている。これにより、本体51の剛性の均一化を図ることができる。また、本体51の放熱性も向上させることができる。
また、本体51は、各金属バンプ71との間の距離(すなわち、平面視における開口部513の壁面と金属バンプ71の外周面との間の距離)が金属バンプ71の全周に亘って一定となるように形成されている。これにより、本体51および各金属バンプ71の一体性が増し、これらによる配線基板2の補強効果が好適に発揮される。
また、前述した本体41と同様、本体51は、半導体素子3との熱膨張係数差が7ppm/℃以下であるのが好ましい。これにより、本体51が効果的に配線基板2を補強し、半導体パッケージ1全体の熱膨張を抑えることができる。
また、本体51の構成材料としては、前述したような熱膨張係数を有するものであれば、特に限定されず、前述した本体41の構成材料と同様のものを用いることができ、例えば、金属材料、あるいはセラミックス材料等を用いることができるが、本実施形態では、金属材料を用いる。本体51が金属材料で構成されていると、本体51の放熱性を高めることができる。その結果、半導体パッケージ1の放熱性を向上させることができる。また、本体51は金属材料で構成されるため、その表面が導電性であり、かつ、熱伝導性を有している。
かかる金属材料としては、特に限定されないが、放熱性および低熱膨張を実現する観点から、Fe−Ni系合金を用いるのが好ましい。Fe−Ni系合金としては、前述した本体41と同様のものを用いることができる。
特に、本体51の熱膨張係数は、0.5ppm/℃以上10ppm/℃以下であるのが好ましく、1ppm/℃以上7ppm/℃以下であるのがより好ましく、1ppm/℃以上5ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と本体51との熱膨張係数差を小さくし、本体51が配線基板2を効果的に補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
また、本体51と半導体素子3との熱膨張係数差の絶対値は、7ppm/℃以下であるのが好ましく、5ppm/℃以下であるのがより好ましく、2ppm/℃以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体素子3と本体51との熱膨張係数差を小さくし、本体51が配線基板2を効果的に補強することができる。そのため、配線基板2の反りを効果的に防止することができる。
また、本体51と本体41との熱膨張係数差の絶対値は、2ppm/℃以下であるのが好ましく、1ppm/℃以下であるのがより好ましく、0ppm/℃であるのがさらに好ましい。これにより、本体41と本体51との熱膨張係数差を小さくし、これらの熱膨張差に起因する配線基板2の反りを防止することができる。
このような観点から、本体51の構成材料は、本体41の構成材料と同種または同じであるのが好ましい。
また、本体51の平均厚さは、配線基板2の熱膨張係数や、配線基板2の形状、大きさ、構成材料等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、0.02mm以上0.8mm以下程度である。
接着層52は、本体51の上面に設けられており、本体51の平面視にて、本体51の形状とほぼ同一の形状をなしている。このような接着層52は、前述した接着層42と同様の構成であり、同じ樹脂組成物を使用できる。すなわち、接着層52は、前述した樹脂材料と、熱伝導性材料とを含む。そして、接着層52は、熱伝導性部材で構成される本体51の熱伝導性の表面に直接接触している。
接着層52は、本体51の上面全域に設けられている。換言すると、第2補強部材には、導体パターン224を露出させるとともに、この導電パターン224に接続される金属バンプ71が配置される貫通孔5aが形成されている。この貫通孔5aは前述した開口部513と、接着層52に形成された開口部521とで構成される。接着層52に形成された開口部521は開口部513に連通する。なお、本実施形態では、開口部513の径と、開口部521の径とは等しい。
貫通孔5aは、金属バンプ71よりも径が大きく、貫通孔5aの内面と、金属バンプ71との間には隙間が形成され、金属バンプ71と貫通孔5aとの間に絶縁材81が充填されている。より詳細に説明すると、開口部513の内面と金属バンプ71との間、および、開口部521内面と金属バンプ71との間に絶縁材81が充填されている。
第2補強部材5と各金属バンプ71との間には、絶縁材81が設けられている(充填されている)。これにより、第2補強部材5(本体51)と各金属バンプ71との接触を防止することができる。そのため、半導体パッケージ1の信頼性を優れたものとしつつ、第2補強部材5の剛性および放熱性を高めることができる。
また、絶縁材81は、金属バンプ71の周囲を囲むように形成され、かつ、各金属バンプ71に接合されている。これにより、絶縁材81は、金属バンプ71を補強している。
絶縁材81は、金属バンプ71の導体パターン224側の基部側面を取り囲み、金属バンプ71に接触している。また、絶縁材81は、金属バンプ71の側面側から、導体パターン224側に向けて末広がりとなる形状となっている。これにより、絶縁材81により、金属バンプ71が補強され、かつ、絶縁材82により、金属バンプ71と本体51との接触が防止される。
このような絶縁材81は、絶縁性を有し、樹脂材料を含んで構成されている。このような絶縁材81は、特に限定されないが、例えば、熱硬化性を有する半田接合用樹脂組成物により形成されるのが好ましい。
このような半田接合用樹脂組成物(以下、「硬化性フラックス」とも言う)は、半田接合時にフラックスとして作用し、次いで加熱することにより、硬化して半田接合部の補強材として作用する。また、かかる半田接合用樹脂組成物は、半田接合の際に、半田接合面および半田材料の酸化物などの有害物を除去し、半田接合面を保護するとともに、半田材料の精錬を行って、強度の大きい良好な接合を可能にする。さらに、半田接合用樹脂組成物は、半田接合後に洗浄などにより除去する必要がなく、そのまま加熱することにより、三次元架橋した樹脂となり、半田接合部の補強材として作用する。
かかる半田接合用樹脂組成物は、例えば、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)および該樹脂の硬化剤(B)を含んで構成することができる。
フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)としては、特に制限はないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、多価フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、ポリビニルフェノール樹脂などを挙げることができる。
また、硬化性フラックスにおいて、樹脂(A)の含有量は、硬化性フラックス全体の20〜80重量%であることが好ましく、25〜60重量%であることがより好ましい。樹脂(A)の含有量が20重量%未満であると、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合性が不良となるおそれがある。樹脂(A)の含有量が80重量%を超えると、十分な物性を有する硬化物が得られず、接合強度と信頼性が低下するおそれがある。
また、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)のフェノール性ヒドロキシル基は、その還元作用により、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去するので、半田接合のフラックスとして効果的に作用する。
また、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)の硬化剤(B)としては、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物などを挙げることができる。エポキシ化合物およびイソシアネート化合物としては、例えば、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系、レゾルシノール系などのフェノールベースのエポキシ化合物、イソシアネート化合物や、飽和脂肪族、環状脂肪族、不飽和脂肪族などの骨格をベースとして変性されたエポキシ化合物、イソシアネート化合物などを挙げることができる。
また、硬化剤(B)の配合量は、硬化剤のエポキシ基、イソシアネート基などの反応性の官能基が、樹脂(A)のフェノール性ヒドロキシル基の0.5〜1.5当量倍であることが好ましく、0.8〜1.2当量倍であることがより好ましい。硬化剤の反応性の官能基がヒドロキシル基の0.5当量倍未満であると、十分な物性を有する硬化物が得られず、補強効果が小さくなって、接合強度と信頼性が低下するおそれがある。硬化剤の反応性の官能基がヒドロキシル基の1.5当量倍を超えると、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合性が不良となるおそれがある。
このような半田接合用樹脂(硬化性フラックス)は、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)と該樹脂の硬化剤(B)の反応により、良好な物性を有する硬化物が形成されるために、半田接合後に洗浄によりフラックスを除去するが必要なく、硬化物により半田接合部が保護されて、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度と信頼性の高い半田接合が可能となる。
なお、前述したような半田接合用樹脂は、フェノール性ヒドロキシル基を有する樹脂(A)と該樹脂の硬化剤(B)の他に、硬化性酸化防止剤(C)、微結晶状態で分散するフェノール性ヒドロキシル基を有する化合物(D)および該化合物の硬化剤(E)、溶剤(F)、硬化触媒、密着性や耐湿性を向上させるためのシランカップリング剤、ボイドを防止するための消泡剤、あるいは液状または粉末の難燃剤等を含んでいてもよい。
また、硬化性フラックスとしては、たとえば、熱硬化性樹脂と、フラックス活性化合物と、イミダゾール等の硬化促進剤とを含むものであってもよい。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂、フェノール樹脂、(メタ)アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂(不飽和ポリエステル樹脂)、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂(ポリイミド前駆体樹脂)、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、シアネート樹脂などが挙げられる。特に、エポキシ樹脂、(メタ)アクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、マレイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、シアネート樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。中でも、硬化性と保存性、硬化物の耐湿性の観点からエポキシ樹脂を使用することが好ましい。
また、フラックス活性化合物としては、フェノール性水酸基および/またはカルボキシル基を有する化合物が好ましい。フェノール性水酸基を有する化合物としては、例えば、フェノール、o−クレゾール、2,6−キシレノール、p−クレゾール、m−クレゾール、o−エチルフェノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、m−エチルフェノール、2,3−キシレノール、メジトール、3,5−キシレノール、p−tert−ブチルフェノール、カテコール、p−tert−アミルフェノール、レゾルシノール、p−オクチルフェノール、p−フェニルフェノール、ビスフェノールF、ビスフェノールAF、ビフェノール、ジアリルビスフェノールF、ジアリルビスフェノールA、トリスフェノール、テトラキスフェノールなどのフェノール性水酸基を含有するモノマー類、フェノールノボラック樹脂、o−クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールFノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂などのフェノール性水酸基を含有する樹脂が挙げられる。
カルボキシル基を有する化合物としては、例えば、脂肪族酸無水物、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸などが挙げられる。前記脂肪族酸無水物としては、無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物などが挙げられる。前記脂環式酸無水物としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物などが挙げられる。前記芳香族酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテートなどが挙げられる。
さらには、カルボキシル基とフェノール性水酸基とを有する化合物としては、サリチル酸、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸(2,5−ジヒドロキシ安息香酸)、2,6−ジヒドロキシ安息香酸、3,4−ジヒドロキシ安息香酸、浸食子酸(3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸)などの安息香酸誘導体;1,4−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3,5−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸などのナフトエ酸誘導体;フェノールフタリン;ジフェノール酸などが挙げられる。中でも、フェノールフタリン、ゲンチジン酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、2,6−ジヒドロキシ安息香酸が好ましく、フェノールフタリン、ゲンチジン酸が特に好ましい。
以上説明したように構成された半導体パッケージ1によれば、半導体素子3と接合された部分以外の部分においても、配線基板2の両面が第1補強部材4および第2補強部材5により補強されるため、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。特に、第1補強部材4および第2補強部材5の熱膨張係数が配線基板2よりも小さいため、半導体素子3が配線基板2の全面に亘って設けられているのと同様に、半導体パッケージ1全体の剛性が増す。そのため、配線基板2と半導体素子3との熱膨張係数差に起因する配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
補強部材4,5を設けることで、配線基板2のそりの発生を抑制できるので、配線基板2の厚みを薄くすることが可能となる。配線基板2の厚さを薄くすることができるので、配線基板2の厚さ方向での熱伝導性を高めることができる。これに加えて、接着層42,52は、熱伝導性材料を含んでいる。そのため、配線基板2の熱を第1補強部材4および第2補強部材5を介して放熱することができる。さらには半導体素子3からの熱を配線基板2および第2補強部材5を介して逃すことができる。したがって、半導体パッケージ1は、優れた放熱性を発揮することができる。
このようなことから、配線基板2の昇温を抑えることができるので、この点でも、配線基板2の反りを抑制または防止することができる。
また、半導体パッケージ1によれば、第1補強部材4が絶縁性を有する接着層42を有しているため、本体41と導体パターン221との短絡を防止しつつ、第1補強部材4を配線基板2に簡単に接合することができる。第2補強部材5についても同様である。そのため、後述するように、半導体パッケージ1の製造が簡単となる。
さらに、本実施形態では、補強部材4,5は、熱伝導性の接着層42,52を有しており、この接着層42、52が、伝熱ポスト24に接続されている。半導体素子3で発生した熱を、接着層42、伝熱ポスト24を介して、接着層52、さらには、本体51に伝達して放熱させることができる。
また、配線基板2の熱を伝熱ポストを介して、補強部材4,5に伝達して放熱することもできる。
また、本実施形態では、絶縁材82が金属バンプ91と、第1補強部材4の貫通孔4aの内面との間に配置され、金属バンプ91と第1補強部材4の本体41との接触が抑制されている。本体41の表面は導電性であるが、絶縁材82により、第1補強部材4の本体41に金属バンプ91を介して電気が流れてしまうことを抑制でき、信頼性の高い半導体パッケージとすることができる。
同様に、絶縁材81が金属バンプ71と、第2補強部材の貫通孔5aの内面との間に配置され、金属バンプ71と第2補強部材5の本体51との接触が抑制されている。本体51の表面は導電性であるが、絶縁材81により、第2補強部材の本体51に金属バンプ71を介して電気が流れてしまうことを抑制でき、信頼性の高い半導体パッケージとすることができる。
さらには、絶縁材82(81)が金属バンプ91(71)を取り囲むように設けられているので、絶縁材82(81)により金属バンプ91(71)を補強することができる。
また、本実施形態では、補強部材4(5)の接着層42(52)は、ソルダーレジスト25(26)を被覆している。これにより、ソルダーレジストを接着層により保護することができる。
(半導体パッケージの製造方法)
以上説明したような半導体パッケージ1は、例えば、以下のようにして製造することができる。
以下、図4〜図7に基づいて、半導体パッケージ1の製造方法の一例を簡単に説明する。
半導体パッケージ1の製造方法は、[1]配線基板2を製造する工程と、[2]配線基板2に第1、第2補強部材4、5を接合する工程と、[3]配線基板2に半導体素子3を搭載する工程とを有している。なお、工程[2]、「3」は、順番が逆であってもよい。すなわち工程[3]の後に、工程[2]を行ってもよい。
[1−A]
まず、図4(a)に示すように、絶縁層212Aの両面に金属層222A、223Aが設けられてなる積層体(例えば銅張り積層板)を用意する。
ここで、絶縁層212Aは、前述した配線基板2の絶縁層212を形成するためのものである。また、金属層222Aは、前述した配線基板2の導体パターン222を形成するためのものである。また、金属層223Aは、前述した配線基板2の導体パターン223を形成するためのものである。
[1−B]
次に、図4(b)に示すように、絶縁層212Aおよび金属層222A、223Aからなる積層体に貫通孔(ビアホール、スルーホール)を形成する。これにより、絶縁層212が得られる。貫通孔の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、レーザーを照射することにより形成することができる。
[1−C]
次に、図4(c)に示すように、所定の貫通孔内に導体ポスト232を形成する。また、所定の貫通孔内に伝熱ポスト部242を形成する。導体ポスト232および伝熱ポスト部242の形成方法としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、導電性ペーストを充填する方法、無電解めっきにより埋め込む方法、電解めっきにより埋め込む方法等を用いることができる。特に、導体ポスト232および伝熱ポスト部242をそれぞれ中空状に形成する場合には、電解めっきが好適に用いられる。
[1−D]
次に、図4(d)に示すように、金属層222A、223Aをそれぞれ選択的に除去して、パターンニングすることにより、導体パターン222、223を形成する。かかるパターンニングの方法としては、特に限定されないが、エッチングが好適に用いられる。
以上のようにして、絶縁層212、導体パターン222、223、導体ポスト232および伝熱ポスト部242が形成される。
[1−E]
次に、図4(e)に示すように、導体パターン222上に、絶縁層211Aおよび金属層221Aからなる積層体を貼り付ける。このとき、導体パターン222に絶縁層211Aが接するように前記積層体を貼り付ける。同様に、導体パターン223上に、絶縁層213Aおよび金属層224Aからなる積層体を貼り付ける。このとき、絶縁層213Aが導体パターン223に接するように積層体を貼り付ける。
ここで、絶縁層211Aは、例えば、プリプレグであって、前述した配線基板2の絶縁層211を形成するためのものであり、前述した絶縁層211の樹脂組成物の未硬化物(半硬化物)が基材に含浸してなるものである。同様に、絶縁層213Aは、例えば、プリプレグであって、前述した配線基板2の絶縁層213を形成するためのものであり、前述した絶縁層213の樹脂組成物の未硬化物(半硬化物)が基材に含浸してなるものである。
[1−F]
次に、絶縁層211Aおよび金属層224Aからなる積層体に、図4(f)に示すように、貫通孔(ビアホール)Hを形成する。これにより、絶縁層211が得られる。同様に、絶縁層213Aおよび金属層224Aからなる積層体に、貫通孔(ビアホール)Hを形成する。これにより、絶縁層213が得られる。貫通孔Hの形成方法としては、それぞれ、特に限定されないが、前述した工程[1−B]と同様の方法を用いることができる。
[1−G]
次に、貫通孔H内に、図5(a)に示すように、導体ポスト231、233を形成する。また、貫通孔H内に伝熱ポスト部241、243を形成する。導体ポスト231、233および伝熱ポスト部241、243の形成方法としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、導電性ペーストを充填する方法、無電解めっきにより埋め込む方法、電解めっきにより埋め込む方法等を用いることができる。
[1−H]
次に、図5(b)に示すように、金属層221A、224Aをそれぞれパターンニングすることにより、導体パターン221、224を形成する。かかるパターンニングの方法としては、前述した工程[1−D]と同様の方法を用いることができる。
[1−I]
次に、図5(c)に示すように、開口部を有するソルダーレジスト25、26を形成する。このソルダーレジスト25、26は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、レジスト材料を塗布し露光・現像し、選択的に除去することにより形成することができる。
ソルダーレジスト25の開口部からは、導体パターン221が露出し、ソルダーレジスト26の開口部からは、導体パターン224が露出する。
以上より、配線基板2を得る。
[2−A]
前記工程[1]とは別に、第1補強部材4および第2補強部材5を用意する。第1補強部材4および第2補強部材5は、例えば、次のようにして製造することができ、予め用意しておくことができる。なお、第1、第2補強部材4、5の製造方法は、互いに同様であるため、以下では、第1補強部材4の製造方法について代表して説明し、第2補強部材5の製造方法については、その説明を省略する。
まず、図6(a)に示すように、板状の本体41Aと、本体41Aの一方の面(図7では上面)に形成された接着層42Aとを有する基材(板部材)4Aを用意する(第2補強部材5を製造する場合には、板状の本体51Aと、本体51Aの一方の面に形成された接着層52Aとを有する基材(板部材)5Aを用意すればよい。他の工程は、第1補強部材4の製造工程と同様である)。
本体41Aは、前述した第1補強部材4の本体41を形成するためのものであり、例えば金属材料で構成されている。また、接着層42Aは、第1補強部材4の接着層42を形成するためのものであり、例えば樹脂材料と無機フィラーとを含んだ前述した樹脂組成物で構成されている。なお、図示していないが、接着層42Aの上面(図7(a)で見ると下面)には、接着層42Aの乾燥や埃の付着等による接着力の低下を防止するための保護シートを設けてよい。
本体41Aの一方の面上に接着層42Aを設ける方法としては、たとえば、本体41Aの一方の面上に、接着層42Aとなるワニスを塗布し、乾燥させる方法がある。また、フィルム状の接着層42Aを本体41A上に貼り付ける方法を採用してもよい。
次いで、基材4Aを所望の形状に加工する。具体的には、基材4Aに貫通孔4a、4bを形成する。これにより、図6(b)に示すように、第1補強部材4が得られる。なお、基材4Aを所望の形状に加工する方法(貫通孔4a、4bを形成する方法)としては、特に限定されず、例えば、打ち抜き加工、ドライエッチング、ウェットエッチング等の各種エッチング加工、レーザー照射加工などを用いることができる。レーザーとしては、例えばCOレーザー、UV−YAGレーザー等を用いることができる。これらの方法の中でも、エッチングまたはレーザー照射加工が、より微細な加工を行うことができる点で好ましい。
[2−B]
次に、前記[2−A]の工程によって製造しておいた第1、第2補強部材4、5を用意し、図7(a)に示すように、第1補強部材4を、接着層42を配線基板2側にして配線基板2の上面のソルダーレジスト25に貼り付けるとともに、第2補強部材5を、接着層52を配線基板2側にして配線基板2の下面のソルダーレジスト26に貼り付ける。第1、第2補強部材4、5の貼り付けは、例えば、真空プレス、ラミネート等によって行うことができる。ソルダーレジスト25に形成された複数の開口部と、補強部材4に形成された貫通孔4a、4bとがそれぞれ連通するように、第1補強部材4を貼り付ける。
同様に、ソルダーレジスト26に形成された複数の開口部と、補強部材5に形成された貫通孔5aとがそれぞれ連通するように、第2補強部材5を貼り付ける。
[3−A]
次に、図7(b)に示すように、第1補強部材4内の貫通孔4b内であり、かつ、配線基板2の上面に、アンダーフィル材を塗布した後、半導体素子3を金属バンプ31を介して半田リフローにより接合する。なお、この場合、アンダーフィル材として前述した絶縁材81と同じようなフラックス活性のある樹脂を用いる。また、半導体素子3を搭載し、フラックスあるいは半田ペースト等を用いてリフローにより半導体素子3を配線基板2に接合させた後、通常のキャピラリーアンダーフィル材を配線基板2と半導体素子3との間に充填・硬化させることもできる。
[3−B]
次に、配線基板2の下面(第2補強部材の開口部513内)に、絶縁材81Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)71Aを半田リフローにより半田接合する。
具体的には、図13(a)に示すように、各貫通孔5aから露出する導体パターン224上に、それぞれ絶縁材81Aを塗布する。その後、金属バンプ71を絶縁材81A上に配置する。これにより、絶縁材81Aは金属パンプ71に押しつぶされて、第2導体パターン上に広がるとともに、金属バンプ71の周囲を取り囲む。その後、金属バンプ71を、例えば200〜280℃×10〜60秒間加熱することにより、金属バンプ71と第2導体パターンとを半田接合する(図7(c)参照)。
絶縁材81Aは、前述した絶縁材81を形成するためのものであり、例えば、加熱により硬化するものである。絶縁材81を形成するに際しては、例えば、絶縁材81Aを配線基板2の下面に塗布し、前述した半田接合の後、加熱により絶縁材81Aを硬化させることにより、絶縁材81を得る。
このようにして得られた絶縁材81は、前述したように金属バンプ71の周囲を囲むように形成される。このとき、絶縁材81Aは、半田接合時にフラックスとして機能し、且つ、金属バンプ71Aとの界面張力により半田接合部周辺をリング状に補強する形状で硬化する。
[3−C]
次に、貫通孔4a内に、絶縁材82Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)91Aを半田リフローにより半田接合する。
具体的には、図13(b)に示すように、各貫通孔4aから露出する導体パターン221上に、それぞれ絶縁材82Aを塗布する。その後、金属バンプ91を絶縁材82A上に配置する。これにより、絶縁材82Aは金属パンプ91に押しつぶされて、導体パターン221上に広がるとともに、金属バンプ91の周囲を取り囲む。その後、金属バンプ91を、例えば200〜280℃×10〜60秒間加熱することにより、金属バンプ91と第1導体パターンとを半田接合する(図7(d)参照)。これにより、図7(d)に示すように、金属バンプ91および絶縁材82が形成される。
絶縁材82Aは、前述した絶縁材82を形成するためのものであり、例えば、加熱により硬化するものである。絶縁材82を形成するに際しては、例えば、絶縁材82Aを配線基板2の下面に塗布し、前述した半田接合の後、加熱により絶縁材82Aを硬化させることにより、絶縁材82を得る。
このようにして得られた絶縁材82は、前述したように金属バンプ91の周囲を囲むように形成される。このとき、絶縁材82Aは、半田接合時にフラックスとして機能し、且つ、金属バンプ91Aとの界面張力により半田接合部周辺をリング状に補強する形状で硬化する。
以上のようにして、半導体パッケージ1が得られる。
このような本実施形態の製造方法では、貫通孔4a、4b(5a)があらかじめ形成された補強部材4(5)を配線基板2に取り付けている。配線基板2に取り付けた後は、補強部材に貫通孔を形成する加工を行なわないため、補強部材4(5)を加工する際に配線基板を損傷してしまうことを防止できる。
(半導体装置)
次に、半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。
図8は、図1に示す半導体パッケージを備える半導体装置を模式的に示す断面図である。
図8に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1であるボトムパッケージ300と、ボトムパッケージ300に搭載された他の半導体パッケージであるトップパッケージ400とを有している。
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1の金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されているとともに、半導体パッケージ1の金属バンプ91がトップパッケージ400の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1とトップパッケージ400とマザーボード200とがそれぞれ電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1を備えるので、信頼性に優れる。
なお、トップパッケージ400は、必要に応じて省略してもよい。
<第2実施形態>
(半導体パッケージ)
図9は、本発明の第2実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図9中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第2実施形態の半導体パッケージについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の半導体パッケージは、第1、第2補強部材の接着層がソルダーレジストを兼ねており、ソルダーレジスト25,26を有しない点以外は、前述した第1実施形態と同様である。
図9に示すように、半導体パッケージ1Aの配線基板2Aは、第1実施形態の配線基板2からソルダーレジスト25、26を省略した構成となっている。そして、配線基板2Aが有する絶縁層211の上面に第1補強部材4の接着層42が接合しており、接着層42と導体パターン221とが接触している。また、絶縁層213の下面に第2補強部材5の接着層52が接合しており、接着層52と導体パターン224とが接触している。これら接着層42、52は、配線基板2を保護するソルダーレジストとしても機能している。
なお、配線基板2の上面のうち、第1補強部材4と重ならない場所、すなわち、第1補強部材4の内側であって、半導体素子3が搭載される領域には、接着層42が形成されない。しかしながら、このような領域には、接着層32が形成されおり、この接着層32がソルダーレジストを兼ねている。
同様に、配線基板2の下面のうち、第2補強部材5と重ならない場所、すなわち、第2補強部材の内側であって、金属バンプ71が接合される領域には、接着層42が形成されない。しかしながら、このような領域には、絶縁材81が塗布されており、この絶縁材81がソルダーレジストを兼ねている。
このような構成とすることにより、第1実施形態と比較して、部品点数を削減することができるため、製造コストおよび製造工程の削減、装置の小型化(薄型化)を図ることができる。
<第3実施形態>
(半導体パッケージ)
図10は、本発明の第3実施形態に係る第1、第2補強部材の断面図、図11は、図10に示す第1、第2補強部材を用いて製造された半導体パッケージの断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図10、図11中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第3実施形態の半導体パッケージについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第3実施形態の半導体パッケージ1Bは、第1、第2補強部材の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、図10においては、配線基板2の形状を簡略化している。
図10に示すように、本実施形態の第1補強部材4Bは、板状の本体41と、本体41の下面に設けられた接着層42と、突起43Bとを有している。本体41および接着層42は、前記実施形態と同様の構造、形状であり、貫通孔4a、4bが形成されているが、ここでは、図示を簡略化している。
突起43Bは、本体41から突出し、接着層42を貫通する。この突起43Bは、第1補強部材4Bを配線基板2の上面に接合したときに伝熱ポスト24と接続(接触)する位置に形成されている。
第2補強部材5Bも、これと同様に、板状の本体51と、本体51の上面に設けられた接着層52と、突起53Bとを有している。本体51および接着層52は、前記実施形態と同様の構造、形状であり、貫通孔5aが形成されているが、ここでは、図示を簡略化している。
突起53Bは、本体51から突出し、接着層52を貫通する。この突起53Bは、第2補強部材5Bを配線基板2の下面に接合したときに伝熱ポスト24と接続する位置に形成されている。
このような突起43B、53Bの構成材料としては、特に限定されないが、熱伝導性に優れる観点、および後述するような伝熱ポスト24との接合性の観点から、本体41,51と同様、金属材料で構成されているのが好ましい。また、突起43B、53Bは、本体41、51と一体的に形成されていてもよいし、別体として形成されていてもよい。なお、本実施形態では、突起43B、53Bは、メッキによって、本体41、51とは別体で形成されている。
例えば、第1補強部材4Bを配線基板2の上面に貼り付けるとともに、第2補強部材5Bを配線基板2の下面に貼り付け、これらを真空プレス等により配線基板2に対して押圧すると、図11に示すように、その押圧力によって突起43B、53Bがそれぞれ変形するとともに伝熱ポスト24に圧着される。これにより、配線基板2の熱をより効率的に突起43B、53Bを介して本体41、51に伝達することができるため、より放熱性に優れる半導体パッケージ1Bとなる。また、接着層42、52の接着力に加えて突起43B53Bの圧着力により配線基板2と第1、第2補強部材4B、5Bを接合することができるため、機械的強度のより高い半導体パッケージ1Bとなる。
なお、接着層42,52は、突起43B、53Bや本体41,51を介して間接的に伝熱ポスト24に接触することとなる。
また、伝熱ポスト24表面にあらかじめ半田ペーストを印刷塗布し、突起43B、45Bを位置決め、加圧・加熱し半田と突起43B、45Bを合金化させてもよい。このように接合部を合金化することで、配線基板2と補強部材の一体性が増し機械的強度のより高い半導体パッケージ1Bとなる。
なお、第1、第2補強部材4B、5Bの配線基板2への接合は、別々に行ってもよい。すなわち、第1、第2補強部材4B、5Bの一方を先に配線基板2に接合し、次いで、他方を接合してもよい。
また、本実施形態においては、突起43Bとともに、接着層42が伝熱ポストに直接接触してもよい。同様に、突起45Bとともに、接着層52が伝熱ポストに直接接触してもよい。
<第4実施形態>
(半導体パッケージ)
図12は、本発明の第4実施形態に係る半導体パッケージの断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図12中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第4実施形態の半導体パッケージについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第4実施形態の半導体パッケージは、第1、第2補強部材にアライメントマークが形成されている以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、第1補強部材および第2補強部材は、互いに同様の構成であるため、以下では、第1補強部材について代表して説明し、第2補強部材についてはその説明を省略する。
図12に示すように、第1補強部材4Cの本体41の上面の所定の位置には、アライメントマーク44Cが形成されている。このアライメントマーク44Cは、1つであってもよいが、例えば、4隅のうちの少なくとも2隅といったように、異なる位置に2つ以上形成されているのが好ましい。これにより、配線基板2に対する第1補強部材4Cの位置決めをより精度よく行うことができる。このようなアライメントマーク44Cは、例えば、本体41の上面に、メッキ等を塗布することによって形成される凸部で構成することができる。このような第1補強部材4Cによれば、配線基板2との位置決めを容易に行うことができ、配線基板2への接合をより簡単かつ高精度に行うことができる。
第1補強部材4Cの配線基板2への接合は、例えば、次のようにして行われる。まず、配線基板2をステージ等に固定するとともに、第1補強部材4Cをステージに対して移動可能な移動ステージに固定する。次いで、第1補強部材4Cの各アライメントマーク44Cを例えばCCDカメラ等の撮像手段によって検知しながら、各アライメントマーク44Cが所定の位置となるように移動ステージを移動させる。そして、各アライメントマーク44Cが所定の位置となるように第1補強部材4Cの移動が完了したのち、移動ステージをステージ側へ移動させ、配線基板2に第1補強部材4Cを貼り合わせる。
同様に、第2補強部材5Cの本体51の下面の所定の位置には、アライメントマーク54Cが形成されている。このアライメントマーク54Cは、1つであってもよいが、例えば、4隅のうちの少なくとも2隅といったように、異なる位置に2つ以上形成されているのが好ましい。これにより、配線基板2に対する第2補強部材5Cの位置決めをより精度よく行うことができる。このようなアライメントマーク54Cは、例えば、本体51の下面に、メッキ等を塗布することによって形成される凸部で構成することができる。
このような第2補強部材5Cの配線基板2への接合は、第1補強部材4Cと同様の方法で行うことができる。
このような方法によれば、配線基板2に対する補強部材4C、5Cの接合を精度よく行うことができるため、信頼性の高い半導体パッケージを得ることができる。特に、第2補強部材5Cは、金属バンプ71の周囲を囲むようにして形成された部分512を有しているため、配線基板2に対する第2補強部材5の接合を精度よく行うことができれば、部分512と金属バンプ71との接触をより確実に防止することができる。これにより、金属バンプ71の配設密度を高めることができる。また、このように、配線基板2に対する第1、第2補強部材4C、5Cの位置決めを精度よく行うことができれば、半導体パッケージ1の小型化を図ることもできる。
なお、配線基板2にもアライメントマークが形成されていてもよい。この場合には、例えば、導体パターン221を形成する層を利用して第1補強部材4のアライメントマーク44Cに対応するアライメントマークを形成することができ、導体パターン224を形成する層を利用して第2補強部材5のアライメントマーク54Cに対応するアライメントマークを形成することができる。そして、CCDカメラ等を用いて第1補強部材4Cのアライメントマークと、配線基板2のアライメントマークとを検知しつつ、これらが所定の位置関係となるように第1補強部材4Cおよび配線基板2を相対的に移動させることにより、配線基板2に対する第1補強部材4Cの位置決めを行うことができる。
<第5実施形態>
図14〜図18を参照して、本実施形態について説明する。
本実施形態の半導体パッケージ1Dの配線基板2Aは、ソルダーレジスト25、26を有していない。他の点は前記第一実施形態と同様である。また、本実施形態の補強部材4D,5Dの接着層42D,52Dの形状が第一実施形態と異なっている。また、本実施形態の半導体パッケージの製造方法は、前記各実施形態とは異なる。その他の点については、第一実施形態と同様である。
以下に詳細に説明する。
図14に示すように、本実施形態の半導体パッケージ1Dは、ソルダーレジスト25、26を有しておらず、補強部材4D,5Dの接着層42D,52Dがソルダーレジストとしての機能を果たしている。
第1補強部材4Dは、第一実施形態と同様の本体41と、本体41の一方の面に設けられた接着層42Dを有している。接着層42Dには、本体41の開口部411に連通する開口部420が形成されており、本体41の開口部411とともに貫通孔4aを形成している。
また、接着層42Dには、本体41の開口部412に連通する複数の開口部423が形成されている。開口部423は接着層42Dを貫通するものであり、金属バンプ31に対応する箇所に設けられている。すなわち、本体41の開口部412の内側に、複数の開口部423が点在し、本体41の開口部412から接着層42Dの開口部423が露出した状態となる。開口部412の径は、開口部423よりも大きく、配線基板の一方の面側の側からの平面視において、開口部412の内側に開口部423の周縁が位置することとなる。そして、複数の開口部412と、開口部423とで、複数の貫通孔4bを形成することとなる。開口部412の内側に開口部423の周縁が位置することで、本体41が半田バンプに接触してしまうことを防止できる。
その他の点においては、接着層42Dは、第一実施形態の接着層42と同様である。
一方、第2補強部材5Dは、第一実施形態と同様の本体51と、本体51の一方の面に設けられた接着層52Dを有している。接着層52Dには、本体51の開口部513に連通する開口部521が形成されており、本体51の開口部513とともに貫通孔5aを形成している。
ただし、接着層52Dに形成された開口部521の径は、本体51の開口部513の径よりも小さく、本体51の開口部513から接着層52の開口部521の周縁部が露出することとなる。開口部513の内側に開口部521の周縁が位置することで、本体51が半田バンプに接触してしまうことを防止できる。
その他の点においては、接着層52Dは、第一実施形態の接着層52と同様である。
次に、本実施形態の半導体パッケージの製造方法について説明する。
[1]第1の工程
まず、第一実施形態と同様に、配線基板2Aを製造する。配線基板2Aの製造工程は、第一実施形態の図4、図5(a)、(b)の工程と同様である。なお、本実施形態では、ソルダーレジスト25,26は不要であるため、図5(c)の工程は実施しない。
次に、以下の工程を実施する。
(第1板部材4Aの製造)
図15(a)に示す第1板部材4Aは、第1補強部材4Dとなる部材である。
まず、第一実施形態と同様の方法で、図15(a)に示すように、金属材料で構成された板状の本体41Aを用意し、次いで、この本体41Aの上面(一方の面)に、前記実施形態と同様の接着層42Aを形成する。接着層42Aは、熱伝導性の無機フィラーと樹脂材料とを含む熱伝導性の接着層である。これにより、第1板部材4Aが得られる。接着層42Aの形成方法としては特に限定されず、例えば、接着性を有するシート材を本体41Aの上面にラミネートすることによって形成することができ、また、接着剤をスクリーン印刷等の各種印刷方法によって塗布することにより形成することができる。なお、接着層42Aの接着性の低下を抑制するために、接着層42Aの表面に保護シート(剥離シート)を積層しておくことが好ましい。
(第2板部材5Aの製造)
第2板部材5Aは、第2補強部材5Dとなる部材である。
まず、図15(b)に示すように、金属材料で構成された板状の本体51Aを用意し、次いで、この本体51Aの上面(一方の面)に前記実施形態と同様の接着層52Aを形成する。これにより、第2板部材5Aが得られる。接着層52Aは、熱伝導性の無機フィラーと樹脂材料とを含む熱伝導性の接着層である。接着層52Aの形成方法としては特に限定されず、例えば、接着性を有するシート材を本体51Aの上面にラミネートすることによって形成することができ、また、接着剤をスクリーン印刷等の各種印刷方法によって塗布することにより形成することができる。なお、接着層52Aの接着性の低下を抑制するために、接着層52Aの表面に保護シート(剥離シート)を積層しておくことが好ましい。
ここで、第1板部材4Aと第2板部材5Aとを同じ構成とすることができ、その場合には、第1板部材4Aと第2板部材5Aを区別する必要がない。すなわち、第1板部材4Aを2つ製造し、そのうちの一方を第2板部材5Aとして利用してもよいし、逆に、第2板部材5Aを2つ製造し、そのうちの一方を第1板部材4Aとして利用してもよい。
[2]第2の工程
図15(c)に示すように、第1板部材4Aを、接着層42Aを配線基板2A側にして配線基板2の上面に貼り付ける(接合する)とともに、第2板部材5Aを、接着層52Aを配線基板2側にして配線基板2Aの下面に貼り付ける(接合する)。第1、第2板部材4A、5Aの配線基板2への貼り付けは、例えば、真空プレス、ラミネート等によって行うことができる。
なお、第1、第2板部材4A、5Aの配線基板2Aへの貼り付けは、同時に行ってもよいし、第1、第2板部材4A、5Aの一方を配線基板2Aへ貼り付けた後に他方を貼り付けてもよいが、同時に行うことが好ましい。これにより半導体パッケージ1の製造工程を削減することができる。導体パターン221は、接着層42Aに直接接触するとともに、接着層42Aに食い込み、導体パターン224は、接着層52Aに直接接触するとともに、接着層52Aに食い込むこととなる。これにより、導体パターン221,224が、ソルダーレジストとしての接着層に保護されることとなる。
[3]第3の工程
まず、図16(a)に示すように、第1板部材4Aの本体41Aを所望の形状(平面視形状)に加工するとともに、第2板部材5Aの本体51Aを所望の形状に加工する。具体的には、本体41Aを貫通する開口部411,412、本体51Aを貫通する開口部513を形成する。
加工方法としては、特に限定されず、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング等の各種エッチング方法や、レーザーを照射する方法が挙げられるが、ウェットエッチングを用いることが好ましい。これにより、本体41A、51Aに対して精度の高い加工を行うことができる。なお、本体41A、51Aの加工は、同時に(同じ工程内にて)行ってもよいし、いずれか一方の加工を行った後に、他方の加工を行ってもよい。
次いで、第1板部材4Aの接着層42Aの所定箇所に導体パターン221を露出させるための開口部420,423を形成するとともに、第2板部材5Aの接着層52Aの所定箇所に導体パターン224を露出させるための開口部521を形成する。開口部の形成方法としては、特に限定されず、例えば、本体41A、51Aの除去された部分を介してレーザーを照射する方法が挙げられる。これにより、精度がよく、微細で、狭ピッチな開口を簡単に形成することができる。ここで、レーザーとしては、例えばCOレーザー、UV−YAGレーザー等を用いることができる。
すなわち、本体41A、本体51Aに開口部を形成する際には、ウェットエッチングを実施し、接着層42A,52Aに開口部を形成する際には、レーザを使用することが好ましい。
本体41A、本体51Aに開口部を形成する際にウェットエッチングすることで、接着層42A,52Aをエッチングし、除去してしまうことなく、金属製の本体41A,51Aに容易に開口部411,412、513を形成することができる。その後、接着層42A,52Aに開口部を形成する際に、レーザを使用することで、接着層42A,52Aに比較的径の小さい開口部を形成することができる。
以上により、配線基板2の両面に設けられた第1補強部材4Dおよび第2補強部材5Dが得られる。
[4]第4の工程
[4−A]
次に、図16(b)に示すように、配線基板2Aの上面に、アンダーフィル材を塗布した後、半導体素子3を金属バンプ31を介して半田リフローにより接合する。各金属バンプ31は、各開口部423内に配置される。なお、この場合、アンダーフィル材として前述した絶縁材81と同じようなフラックス活性のある樹脂を用いる。また、半導体素子3を搭載し、フラックスあるいは半田ペースト等を用いてリフローにより半導体素子3を配線基板2Aに接合させた後、通常のキャピラリーアンダーフィル材を配線基板2Aと半導体素子3との間に充填・硬化させることもできる。
[4−B]
次に、図16(c)に示すように、第一実施形態と同様の方法で、配線基板2Aの下面、すなわち、第2補強部材5の貫通孔5a内に、絶縁材81Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)71Aを半田リフローにより半田接合する。金属ボールは、開口部521および開口部513の内側に配置される。金属ボールを搭載する際に、第2補強部材5がボール搭載用のマスクとして機能するためマスクを準備する必要がなく、製造コストを低減することができる。その後、加熱により絶縁材81Aを硬化させることにより、金属バンプ71および絶縁材81が形成される。かかる半田接合は、特に限定されないが、配線基板2Aの下面に各金属バンプ71が当接するように配置し、その状態で、例えば200〜280℃×10〜60秒間加熱することにより行うことができる。
絶縁材81は、金属バンプ71の周囲を囲むように形成される。このとき、絶縁材81は、半田接合時にフラックスとして機能し、且つ、金属バンプ71Aとの界面張力により半田接合部周辺をリング状に補強する形状で硬化する。
絶縁材81は、開口部513と金属バンプ71との間に充填されるが、開口部521と金属バンプ71との間に充填されてもよい。絶縁材81の形状は前記実施形態と同様である。
[4−C]
次に、第一実施形態と同様の方法で、配線基板2Aの上面、すなわち、第1補強部材4の貫通孔4a内に、絶縁材82Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)91Aを半田リフローにより配線基板2Aに対して半田接合する。金属ボールは、開口部411および開口部420の内側に配置される。これにより、図7(d)に示すように、金属バンプ91および絶縁材82が形成される。かかる半田接合は、前述した金属バンプ71のときと同様に行うことができる。
絶縁材82は、開口部411と金属バンプ71との間に、開口部420と金属バンプ71との間に充填される。絶縁材82の形状は前記実施形態と同様である。
以上のようにして、半導体パッケージ1が得られる。
このような半導体パッケージの製造方法によれば、第1、第2板部材4A、5Aに接着層42A、52Aが形成されているため、これらの配線基板2Aへの接合を簡単に行うことができる。そのため、反りが抑制された半導体パッケージ1を簡単に製造することができる。また、接着層42D、52Dがソルダーレジストを兼ねているため、ソルダーレジストを別途形成する工程を省くことができる。そのため、半導体パッケージ1の製造工程を削減することができる。
また、本実施形態では、第1板部材4A(あるいは第2板部材5A)を配線基板2Aに取り付けた後、本体41A(51A)に開口部を形成し、接着層42A(52A)に開口部を形成している。
このようにすることで、配線基板2Aの導体パターンに合わせて、所望の位置に各開口部を形成することができる。あらかじめ、補強部材を作成し、配線基板2Aに貼り付ける場合には、配線基板と補強部材との位置あわせを正確に実施する必要があるが、本実施形態では、配線基板2Aに板部材を貼り付けた後、加工して補強部材を作製するため、配線基板2の導体パターンと、板部材との位置あわせに手間を要しない。
また、本実施形態では、本体41の開口部412よりも、接着層42Dの開口部423の径が小さくなっている。開口部423内に半田バンプ31が配置されるが、開口部423の径が、開口部412よりも小さいため、開口部423の径を開口部412と同じとする場合に比べ、半田バンプ31が開口部423により位置決めされやすくなり、半田バンプ31を所定の位置に配置することができる。
さらに、開口部412の径は、開口部423よりも大きいので、半田バンプ31を配置する際に、本体41がじゃまにならない。
第2補強部材においても、開口部521の径が開口部513よりも小さくなっているため、同様の効果を奏することができる。
(半導体装置)
次に、半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。
図17は、図14に示す半導体パッケージを備える半導体装置を模式的に示す断面図である。
図17に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1Dであるボトムパッケージ300と、ボトムパッケージ300に搭載された他の半導体パッケージであるトップパッケージ40とを有している。
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1Dの金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されているとともに、半導体パッケージ1Dの金属バンプ91がトップパッケージ400の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1Dとトップパッケージ400とマザーボード200とがそれぞれ電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1Dを備えるので、信頼性に優れる。
なお、トップパッケージ400は、必要に応じて省略してもよい。
なお、図18に示すように、第5実施形態において、第3実施形態と同様、本体41(51)に突起43(53)を設けてもよい。この突起43(53)は、接着層42D,52Dを貫通する熱伝導性の部材である。
さらには、第4実施形態と同様、本体41(51)に位置あわせマークを形成してもよい。
<第6実施形態>
図19に示す本実施形態の半導体パッケージ1Eは、第5実施形態の半導体パッケージにソルダーレジスト25、26を設けた構造となっている。
第5実施形態と同様の補強部材4Dを有しているが、接着層42Dは、ソルダーレジスト25を覆うように形成されている。これにより、ソルダーレジスト25の耐久性が向上し、より長期にわたって導体パターン221を保護することができる。その結果、半導体パッケージ1の信頼性が向上する。
このような接着層42Dには、複数の開口部423が形成されている。複数の開口部423は、ソルダーレジスト25に形成された開口部に対応して設けられており、この開口部423から、導体パターン221の所定部位(接続用電極部)が露出している。
ソルダーレジスト25の開口部からは、導体パターン221が露出しているため、接着層42の開口部423からも導体パターン221が露出する。接着層42Dの開口部423は、ソルダーレジストの開口部の内側に位置している。
また、接着層42Dは、ソルダーレジスト25の導体パターン221と反対側の表面およびソルダーレジスト25の開口部の内面を一体的に被覆している。
また、接着層42Dの開口部423の内側および本体41の開口部412の内側には半田バンプが配置され、この半田バンプ31は、導体パターン221に接続されている。他の点は、第五実施形態の補強部材4Dと同様である。
一方で、半導体パッケージ1Eは、第五実施形態と同様の補強部材5Dを有している。
接着層52Dは、本体51の上面に設けられており、所定箇所に複数の開口部521が形成されている。各開口部521は、本体51の開口部513に対応して設けられている。また、各開口部521は、開口部513と同心的に設けられ、開口部513よりも小さい径を有する略円形をなしている。また、接着層52は、ソルダーレジスト26を覆うように形成されている。これら各開口部521から導体パターン224の接続用電極部が露出しており、この部位に金属バンプ71が接合されている。すなわち、接着層52Dの開口部の内側および本体の開口部の内側には半田バンプ71が配置され、この半田バンプ71は、導体パターン224に接続されている。
ソルダーレジスト26の開口部からは、導体パターン224が露出しているため、接着層52Dの開口部521からも導体パターン224が露出する。接着層52Dの開口部521は、ソルダーレジスト26の開口部の内側に位置している。
また、接着層52Dは、ソルダーレジスト26の導体パターン224と反対側の表面およびソルダーレジスト26の開口部の内面を一体的に被覆している。
その他の点は、本実施形態の半導体パッケージは、第五実施形態の半導体パッケージと同様である。
次に、本実施形態の半導体パッケージの製造方法について説明する。
まず、第一実施形態と同様に、配線基板2を製造する。配線基板2の製造工程は、第一実施形態の図4、図5(a)、(b)(c)の工程と同様である。
次に、以下の工程を実施する。
[1]第1の工程
(第1板部材4Aの製造)
第1板部材4Aは、第1補強部材4Dとなる部材である。
まず、図20(a)に示すように、金属材料で構成された板状の本体41Aを用意し、次いで、この本体41Aの上面(一方の面)に、前記実施形態と同様の接着層42Aを形成する。接着層42Aは、熱伝導性の無機フィラーと樹脂材料とを含む熱伝導性の接着層である。これにより、第1板部材4Aが得られる。接着層42Aの形成方法としては特に限定されず、例えば、接着性を有するシート材を本体41Aの上面にラミネートすることによって形成することができ、また、接着剤をスクリーン印刷等の各種印刷方法によって塗布することにより形成することができる。なお、接着層42Aの接着性の低下を抑制するために、接着層42Aの表面に保護シート(剥離シート)を積層しておくことが好ましい。
(第2板部材5Aの製造)
第2板部材5Aは、第2補強部材5Dとなる部材である。
まず、図20(b)に示すように、金属材料で構成された板状の本体51Aを用意し、次いで、この本体51Aの上面(一方の面)に前記実施形態と同様の接着層52Aを形成する。これにより、第2板部材5Aが得られる。接着層52Aは、熱伝導性の無機フィラーと樹脂材料とを含む熱伝導性の接着層である。接着層52Aの形成方法としては特に限定されず、例えば、接着性を有するシート材を本体51Aの上面にラミネートすることによって形成することができ、また、接着剤をスクリーン印刷等の各種印刷方法によって塗布することにより形成することができる。なお、接着層52Aの接着性の低下を抑制するために、接着層52Aの表面に保護シート(剥離シート)を積層しておくことが好ましい。
ここで、第1板部材4Aと第2板部材5Aとを同じ構成とすることができ、その場合には、第1板部材4Aと第2板部材5Aを区別する必要がない。すなわち、第1板部材4Aを2つ製造し、そのうちの一方を第2板部材5Aとして利用してもよいし、逆に、第2板部材5Aを2つ製造し、そのうちの一方を第1板部材4Aとして利用してもよい。
[2]第2の工程
図20(c)に示すように、第1板部材4Aを、接着層42Aを配線基板2側にして配線基板2の上面に貼り付ける(接合する)とともに、第2板部材5Aを、接着層52Aを配線基板2側にして配線基板2の下面に貼り付ける(接合する)。第1、第2板部材4A、5Aの配線基板2への貼り付けは、例えば、真空プレス、ラミネート等によって行うことができる。
このとき、接着層42Aにソルダーレジスト25が食い込み、ソルダーレジスト25表面が接着層42Aで被覆されることとなる。また、ソルダーレジスト25の開口部内に接着層42Aが充填される。
同様に、接着層52Aにソルダーレジスト26が食い込み、ソルダーレジスト26表面が接着層52Aで被覆されることとなる。また、ソルダーレジスト26の開口部内に接着層52Aが充填される。
なお、第1、第2板部材4A、5Aの配線基板2への貼り付けは、同時に行ってもよいし、第1、第2板部材4A、5Aの一方を配線基板2へ貼り付けた後に他方を貼り付けてもよいが、同時に行うことが好ましい。これにより半導体パッケージ1の製造工程を削減することができる。
[3]第3の工程
まず、図21(a)に示すように、第1板部材4Aの本体41Aを所望の形状(平面視形状)に加工するとともに、第2板部材5Aの本体51Aを所望の形状に加工する(本体51Aを貫通する開口部を形成する)。加工方法としては、特に限定されず、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング等の各種エッチング方法や、レーザーを照射する方法が挙げられるが、ウェットエッチングを用いることが好ましい。これにより、本体41A、51Aに対して精度の高い加工を行うことができる。なお、本体41A、51Aの加工は、同時に(同じ工程内にて)行ってもよいし、いずれか一方の加工を行った後に、他方の加工を行ってもよい。
次いで、第1板部材4Aの接着層42Aの所定箇所に導体パターン221を露出させるための開口部を形成するとともに、第2板部材5Aの接着層52Aの所定箇所に導体パターン224を露出させるための開口部を形成する。開口部の形成方法としては、特に限定されず、例えば、本体41A、51Aの除去された部分を介してレーザーを照射する方法が挙げられる。これにより、精度がよく、微細で、狭ピッチな開口を簡単に形成することができる。ここで、レーザーとしては、例えばCOレーザー、UV−YAGレーザー等を用いることができる。
すなわち、本体41A、本体51Aに開口部を形成する際には、ウェットエッチングを実施し、接着層に開口部を形成する際には、レーザーを使用することが好ましい。
この工程では、ソルダーレジスト25の開口部の内側に充填された接着層42Aを選択的に除去し、ソルダーレジスト25の開口部の内側に、接着層42の開口部423を形成することとなる。このとき、ソルダーレジスト25の開口部の内側に充填された接着層42Aがソルダーレジスト25の開口部内面(側面)に沿って膜状に残るように、接着層42Aを選択的に除去する。
同様に、ソルダーレジスト26の開口部の内側に充填された接着層52Aを選択的に除去し、ソルダーレジスト26の開口部の内側に、接着層52の開口部521を形成することとなる。このとき、ソルダーレジスト26の開口部の内側に充填された接着層52Aがソルダーレジスト26の開口部内面(側面)に沿って膜状に残るように、接着層52Aを選択的に除去する。
以上の工程により、各接着層42、52に開口部が形成されるとともに、ソルダーレジスト25,26の導体パターンと反対側の表面および、ソルダーレジスト25、26の開口部内面が接着層42,52により被覆されることとなる。
以上により、配線基板2の両面に設けられた第1補強部材4および第2補強部材5が得られる。
[4]第4の工程
[4−A]
次に、図21(b)に示すように、配線基板2の上面に、アンダーフィル材を塗布した後、半導体素子3を金属バンプ31を介して半田リフローにより接合する。各金属バンプ31は、各開口部423内に配置される。なお、この場合、アンダーフィル材として前述した絶縁材81と同じようなフラックス活性のある樹脂を用いる。また、半導体素子3を搭載し、フラックスあるいは半田ペースト等を用いてリフローにより半導体素子3を配線基板2に接合させた後、通常のキャピラリーアンダーフィル材を配線基板2と半導体素子3との間に充填・硬化させることもできる。
[4−B]
次に、図21(c)に示すように、第一実施形態と同様の方法で、配線基板2の下面、すなわち、第2補強部材5の開口部513内に、絶縁材81Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)71Aを半田リフローにより半田接合する。金属ボールは、開口部521および開口部513の内側に配置される。金属ボールを搭載する際に、第2補強部材5がボール搭載用のマスクとして機能するためマスクを準備する必要がなく、製造コストを低減することができる。その後、加熱により絶縁材81Aを硬化させることにより、金属バンプ71および絶縁材81が形成される。かかる半田接合は、特に限定されないが、配線基板2の下面に各金属バンプ71が当接するように配置し、その状態で、例えば200〜280℃×10〜60秒間加熱することにより行うことができる。
得られた絶縁材81は、金属バンプ71の周囲を囲むように形成される。このとき、絶縁材81Aは、半田接合時にフラックスとして機能し、且つ、金属バンプ71Aとの界面張力により半田接合部周辺をリング状に補強する形状で硬化する。
絶縁材81は、開口部513と金属バンプ71との間に充填されるが、開口部521と金属バンプ71との間に充填されてもよい。絶縁材81の形状は前記実施形態と同様である。
[4−C]
次に、第一実施形態と同様の方法で、配線基板2の上面、すなわち、第1補強部材4の貫通孔4a内に、絶縁材82Aを塗布した後、金属ボール(半田ボール)91Aを半田リフローにより配線基板2に対して半田接合する。金属ボールは、開口部411および開口部420の内側に配置される。これにより、図21(d)に示すように、金属バンプ91および絶縁材82が形成される。かかる半田接合は、前述した金属バンプ71のときと同様に行うことができる。
絶縁材82は、開口部411と金属バンプ71との間に、開口部420と金属バンプ71との間に充填される。絶縁材82の形状は前記実施形態と同様である。
以上のようにして、半導体パッケージ1が得られる。
このような半導体パッケージの製造方法によれば、第1、第2板部材4A、5Aに接着層42A、52Aが形成されているため、これらの配線基板2への接合を簡単に行うことができる。そのため、反りが抑制された半導体パッケージ1を簡単に製造することができる。
(半導体装置)
次に、半導体装置について好適な実施形態に基づいて説明する。
図22は、図19に示す半導体パッケージを備える半導体装置を模式的に示す断面図である。
図22に示すように、半導体装置100は、マザーボード(基板)200と、このマザーボード200に搭載された半導体パッケージ1Eであるボトムパッケージ300と、ボトムパッケージ300に搭載された他の半導体パッケージであるトップパッケージ400とを有している。
このような半導体装置100においては、半導体パッケージ1Eの金属バンプ71がマザーボード200の端子(図示せず)に接合されているとともに、半導体パッケージ1Eの金属バンプ91がトップパッケージ400の端子(図示せず)に接合されている。これにより、半導体パッケージ1Eとトップパッケージ400とマザーボード200とがそれぞれ電気的に接続され、これらの間で電気的信号の伝送が行われる。
以上説明したような半導体装置100によれば、前述したような放熱性および信頼性に優れた半導体パッケージ1Eを備えるので、信頼性に優れる。なお、トップパッケージ400は、必要に応じて省略してもよい。
なお、図23に示すように、第五実施形態において、第三実施形態と同様、本体41(51)に突起43(53)を形成してもよい。
さらには、第四実施形態と同様、本体41(51)に位置あわせマークを形成してもよい。
以上、本発明の補強部材、半導体パッケージおよび半導体装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、接着体を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、半導体パッケージは、第1補強部材と第2補強部材とを有しているが、第1補強部材および第2補強部材のうちのいずれか一方を省略してもよい。
また、前述した実施形態では、第1補強部材が貫通孔を有し、この貫通孔内に金属バンプが形成されているが、貫通孔および金属バンプは、省略してもよい。
また、前述した実施形態では、配線基板に伝熱ポストが形成されているが、伝熱ポストはなくてもよい。
なお、本発明は、以下の態様を含むものである。
(1)基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板の前記一方の面および前記他方の面の少なくとも一方の面に接合される補強部材であって、前記基板よりも熱膨張係数の小さい板状の本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、前記本体と前記配線基板とを接合する接着層とを有することを特徴とする補強部材。
(2)前記接着層には、前記配線基板の熱を前記本体に伝達する熱伝導材料が含まれている(1)に記載の補強部材。
(3)前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成物で構成されている(2)に記載の補強部材。
(4)前記接着層は、絶縁性を有している(1)ないし(3)のいずれかに記載の補強部材。
(5)前記配線基板の前記一方の面に接合した状態で、前記第1導体パターンの所定部位を露出させる貫通孔が形成されている(1)ないし(4)のいずれかに記載の補強部材。(6)前記本体は、金属材料で構成されている(1)ないし(5)のいずれかに記載の補強部材。
(7)基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、前記基板の前記一方の面に接合され、前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、前記一方の面および前記他方の面の少なくとも一方の面に接合された(1)ないし(6)のいずれかに記載の補強部材とを有することを特徴とする半導体パッケージ。
(8)(7)に記載の半導体パッケージを備えることを特徴とする半導体装置。
(9)基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板を用意するとともに、前記基板よりも熱膨張係数の小さい板状の本体と、前記本体の一方の面側に設けられた絶縁性を有する接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の工程と、少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面の少なくとも一方の面に接合する第2の工程と、前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することにより補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
(10)前記接着層は、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのうちの少なくとも一方を保護するソルダーレジストとしても機能する(9)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(11)前記第1の工程では、前記板部材として、前記配線基板の前記一方の面に接合する第1板部材と、前記配線基板の前記他方の面に接合する第2板部材とを用意し、前記第2の工程では、前記第1板部材を前記配線基板の前記一方の面に接合するとともに、前記第2板部材を前記配線基板の前記他方の面に接合する(9)または(10)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(12)前記第3の工程では、前記板部材の前記本体をウェットエッチングにより所望の形状に加工するとともに、前記接着層にレーザーを照射することにより、前記接着層の所望の位置に開口を形成する(9)ないし(11)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(13)前記接着層には、前記配線基板の熱を前記本体に伝達する熱伝導材料が含まれている(9)ないし(12)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(14)前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成物で構成されている(13)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(15)前記補強部材の前記本体は、金属材料で構成されている(9)ないし(14)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(16)前記配線基板に半導体素子を搭載する第4の工程を有している(9)ないし(15)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(17)(9)ないし(16)のいずれかに記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体パッケージ。
(18)(17)に記載の半導体パッケージを備えることを特徴とする半導体装置。
(19)基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンと、前記基板の前記一方の面側に前記第1導体パターンを覆うように設けられ、前記第1導体パターンの所定部位を露出させる開口を有する膜状の第1ソルダーレジストと、前記基板の前記他方の面側に前記第2導体パターンを覆うように設けられ、前記第2導体パターンの所定部位を露出させる開口を有する膜状の第2ソルダーレジストとを備える配線基板を用意するとともに、前記基板よりも熱膨張係数の小さい板状の本体と、前記本体の一方の面側に設けられた接着層とを有する少なくとも1つの板部材とを用意する第1の工程と、少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面の少なくとも一方の面に接合する第2の工程と、前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することにより補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
(20)前記第1の工程では、前記板部材として、前記配線基板の前記一方の面に接合する第1板部材と、前記配線基板の前記他方の面に接合する第2板部材とを用意し、前記第2の工程では、前記第1板部材を前記配線基板の前記一方の面に接合するとともに、前記第2板部材を前記配線基板の前記他方の面に接合する(19)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(21)前記第3の工程では、前記板部材の前記本体をウェットエッチング処理により所望の形状に加工するとともに、前記接着層にレーザーを照射することにより、前記接着層の所望の位置に開口を形成する(19)または(20)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(22)前記配線基板に半導体素子を搭載する第4の工程を有している(19)ないし(21)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(25)基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンと、前記基板の前記一方の面側に前記第1導体パターンを覆うように設けられ、前記第1導体パターンの所定部位を露出させる開口を有する膜状の第1ソルダーレジストと、前記基板の前記他方の面側に前記第2導体パターンを覆うように設けられ、前記第2導体パターンの所定部位を露出させる開口を有する膜状の第2ソルダーレジストとを備える配線基板を用意するとともに、前記基板よりも熱膨張係数の小さい板状の本体と、前記本体の一方の面側に設けられた接着層とを有する板部材を所望形状に加工してなる少なくとも1つの補強部材を用意する第1の工程と、少なくとも1つの前記補強部材を、該補強部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面の少なくとも一方の面に接合する第2の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
(26)前記配線基板に半導体素子を搭載する第3の工程を有している(25)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(27)前記接着層には、前記配線基板の熱を前記本体に伝達する熱伝導材料が含まれている(19)ないし(26)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(28)前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成物で構成されている(27)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(29)前記接着層は、絶縁性を有している(19)ないし(28)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(30)前記本体は、金属材料で構成されている(19)ないし(29)のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
(31)(19)ないし(30)のいずれかに記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体パッケージ。
(32)(31)に記載の半導体パッケージを備えることを特徴とする半導体装置。
さらに以下に、本発明の参考形態の例を付記する。
1.基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の 面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備え る配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの、少なくとも1つの面に接合され る補強部材であって、
板状の本体と、
前記本体の一方の面側に設けられ、前記本体と前記配線基板とを接合するための接着層と を有し、
前記接着層は、熱伝導材料を含む補強部材。
2.前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成 物で構成されている1に記載の補強部材。
3.2に記載の補強部材において、前記無機フィラーの平均粒径は、0.05μm以上、 100μm以下である補強部材。
4.前記接着層は、絶縁性を有している1ないし3のいずれかに記載の補強部材。
5.前記配線基板の前記一方の面に接合した際に、前記第1導体パターンの所定部位を露 出させるための複数の貫通孔が形成されている1ないし4のいずれかに記載の補強部材。 6.1ないし5のいずれかに記載の補強部材において、前記本体は熱伝導性材料で構成さ れており、前記本体に接続されるとともに、前記接着層を貫通する熱伝導性の突起が形成 されている補強部材。
7.前記本体は、金属材料で構成されている1ないし6のいずれかに記載の補強部材。
8.基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の 面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備え る配線基板と、
前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
前記一方の面および前記他方の面のうちの、少なくとも1つの面に、前記接着層が接合さ れた1ないし7のいずれかに記載の補強部材とを有することを特徴とする半導体パッケー ジ。
9.8に記載の半導体パッケージにおいて、
前記補強部材の接着層は、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのうちのい ずれか一方の導体パターンを被覆し、
前記補強部材には、前記接着層および前記本体を貫通する貫通孔が形成され、
この貫通孔からは、前記一方の導体パターンが露出し、
当該半導体パッケージは、前記貫通孔から露出した前記導体パターンに接合された半田バ ンプを有し、
前記補強部材の前記貫通孔を構成する前記接着層の内面と前記半田バンプとの間、および 前記貫通孔を構成する前記本体の内面と前記半田バンプとの間に絶縁材が配置されている 半導体パッケージ。
10.9に記載の半導体パッケージにおいて、
前記絶縁材は、前記半田バンプの周囲を取り囲むとともに、前記半田バンプの側面から前 記一方の導体パターン側に向けて末広がりとなるように前記貫通孔に充填されている半導 体パッケージ。
11.9または10に記載の半導体パッケージにおいて、
前記絶縁材は、フラックス活性化合物および熱硬化性樹脂を含む半導体パッケージ。
12.8ないし11のいずれかに記載の半導体パッケージにおいて、
前記補強部材は、熱伝導性の前記本体と、熱伝導材料を含む前記接着層とを有し、
前記基板には、前記基板を貫通する伝熱部が設けられ、
前記基板の一方の面および他方の面側には、それぞれ前記補強部材が設けられ、
前記伝熱部には各補強部材の前記接着層が接続され、前記伝熱部を介して一対の前記補強 部材が接続されている半導体パッケージ。
13.8ないし12のいずれかに記載の半導体パッケージを備えることを特徴とする半導 体装置。
14.基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方 の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備 える配線基板を用意するとともに、本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、熱伝導材 料を含む接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の工程と、
少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前 記配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの少なくとも一つの面に接合する第 2の工程と、
前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することにより補強部材を得る 第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
15.14に記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記第3の工程では、前記板部材の前記接着層および前記本体を貫通する貫通孔を形成し て、前記配線基板の第1導体パターンまたは第2導体パターンを露出させる半導体パッケ ージの製造方法。
16.15に記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記第2の工程では、前記配線基板の第1導体パターンまたは、第2導体パターンに、前 記接着層を直接接触させて、前記配線基板に前記板部材を接合し、
前記第3の工程で、前記貫通孔を形成するとともに、前記第1導体パターンまたは、第2 導体パターンをソルダーレジストとしての前記接着層で保護し、
前記貫通孔内に半田バンプを配置する工程を含む半導体パッケージの製造方法。
17.16に記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記第3の工程では、前記本体に開口部を形成した後、前記本体の開口部に連通するとと もに、前記開口部よりも径が小さく、周縁部が前記本体の開口部の周縁部よりも内側に位 置する開口部を前記接着層に形成して、前記貫通孔を形成し、
前記貫通孔内に半田バンプを配置する前記工程では、前記接着層の前記開口部内に前記半 田バンプを配置する半導体パッケージの製造方法。
18.15に記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記第1の工程では、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのうち、少なく ともいずれか一方を被覆し、被覆した導体パターンを露出させる開口部が形成されたソル ダーレジストを有する前記配線基板を用意し、
前記第2の工程では、前記ソルダーレジスト上に前記接着層を介して前記本体を固定する ことで、前記配線基板に前記板部材を接合する半導体パッケージの製造方法。
19.18に記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記第2の工程では、前記ソルダーレジストの前記開口部内部を前記接着層で埋め込むよ うに、前記接着層を前記ソルダーレジストに圧着し、
前記第3の工程では、前記本体に開口部を形成した後、
前記ソルダーレジストの開口部内面を被覆するように前記ソルダーレジストの前記開口部 の内部の前記接着層を残しつつ、前記ソルダーレジストの前記開口部の内部の前記接着層 を選択的に除去し、前記本体の開口部に連通する開口部を前記接着層に形成することで、 前記貫通孔を形成する半導体パッケージの製造方法。
20.前記第1の工程では、前記板部材として、前記配線基板の前記一方の面に接合する 第1板部材と、前記配線基板の前記他方の面に接合する第2板部材とを用意し、
前記第2の工程では、前記第1板部材を前記配線基板の前記一方の面に接合するとともに 、前記第2板部材を前記配線基板の前記他方の面に接合する15ないし19のいずれかに 記載の半導体パッケージの製造方法。
21.前記第3の工程では、前記板部材の前記本体をウェットエッチングすることで開口 部を形成し、前記板部材の前記本体の開口部を介して前記接着層にレーザーを照射するこ とにより、前記接着層の所望の位置に開口部を形成して、前記貫通孔を形成する15ない し20のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
22.前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組 成物で構成されている15ないし21のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。 23.前記補強部材の前記本体は、金属材料で構成されている15ないし22のいずれか に記載の半導体パッケージの製造方法。
24.前記配線基板に半導体素子を搭載する第4の工程を有している15ないし23のい ずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
25.基板、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターン、前記基板の他方の面 側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターン、を有する 配線基板と、
前記配線基板の前記第1導体パターンまたは第2導体パターンに電気的に接続された半導 体素子と、
前記配線基板の前記一方の面に接合された補強部材とを備える半導体パッケージであって
前記補強部材は、前記配線基板に接着し、熱伝導性材料を含む接着層と、この接着層に設 けられた本体とを備え、
前記本体には、本体を貫通する開口部が形成され、
前記接着層には、前記本体の開口部に連通するとともに、前記第1導体パターンを露出す る開口部が形成され、
前記配線基板の前記一方の面側からの平面視において、前記接着層の前記開口部の周縁部 は、前記本体の前記開口部の内側に位置し、
前記接着層の開口部内に、前記第1導体パターンに接続される半田バンプが配置された半 導体パッケージ。
26.25に記載の半導体パッケージにおいて、
前記配線基板は、前記第1導体パターンを被覆し、被覆した前記第1導体パターンを露出 させる開口部を有するソルダーレジストを有し、
前記ソルダーレジストの前記第1導体パターンと反対側の表面および、前記ソルダーレジ ストの前記開口部内面が前記接着層で被覆され、
前記接着層のうち、前記ソルダーレジストの前記開口部内面を被覆する部分が前記接着層 の前記開口部の内面を構成する半導体パッケージ。
27.基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方 の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンと、前 記基板の前記一方の面側に前記第1導体パターンを覆うように設けられ、前記第1導体パ ターンの所定部位を露出させる開口部を有する膜状のソルダーレジストとを備える配線基 板を用意するとともに、板状の本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、熱伝導性材料 を含む接着層とを有し、前記本体および前記接着層を貫通する貫通孔が形成された補強部 材を用意する第1の工程と、
前記補強部材の前記接着層を前記ソルダーレジストに接着し、前記貫通孔と前記ソルダー レジストの前記開口部を連通させる第2の工程とを含む半導体パッケージの製造方法。
この出願は、2011年6月6日に出願された日本特許出願2011−126242、2011−126243、2011−126244を基礎とする優先権を主張し、その開示をすべてここに取り込む。

Claims (32)

  1. 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板と、
    前記第1導体パターンに電気的に接続される半導体素子と、
    前記一方の面および前記他方の面のうちの、少なくとも1つの面に接合される補強部材とを有することを特徴とする半導体パッケージであって、
    前記補強部材は、
    板状の熱伝導性の本体と、
    前記本体の一方の面側に設けられ、前記本体と前記配線基板とを接合する接着層とを 有し、
    前記接着層は、熱伝導材料を含み、
    前記基板には、前記基板を貫通する伝熱部が設けられ、
    前記基板の一方の面および他方の面側には、それぞれ前記補強部材が設けられ、
    前記伝熱部には各補強部材の前記接着層が接続され、前記伝熱部を介して一対の前記補 強部材が接続されている半導体パッケージ。
  2. 請求項に記載の半導体パッケージにおいて、
    前記補強部材の接着層は、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのうちのいずれか一方の導体パターンを被覆し、
    前記補強部材には、前記接着層および前記本体を貫通する貫通孔が形成され、
    この貫通孔からは、前記一方の導体パターンが露出し、
    当該半導体パッケージは、前記貫通孔から露出した前記導体パターンに接合された半田バンプを有し、
    前記補強部材の前記貫通孔を構成する前記接着層の内面と前記半田バンプとの間、および前記貫通孔を構成する前記本体の内面と前記半田バンプとの間に絶縁材が配置されている半導体パッケージ。
  3. 請求項に記載の半導体パッケージにおいて、
    前記絶縁材は、前記半田バンプの周囲を取り囲むとともに、前記半田バンプの側面から前記一方の導体パターン側に向けて末広がりとなるように前記貫通孔に充填されている半導体パッケージ。
  4. 請求項またはに記載の半導体パッケージにおいて、
    前記絶縁材は、フラックス活性化合物および熱硬化性樹脂を含む半導体パッケージ。
  5. 前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成物で構成されている請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体パッケージ
  6. 請求項に記載の補強部材において、
    前記無機フィラーの平均粒径は、0.05μm以上、100μm以下である半導体パッ ケージ
  7. 前記接着層は、絶縁性を有している請求項1ないしのいずれかに記載の半導体パッケ ージ
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の半導体パッケージにおいて、
    前記補強部材の前記本体は熱伝導性材料で構成されており、
    前記補強部材には、前記本体に接続されるとともに、前記接着層を貫通する熱伝導性の突起が形成されている、半導体パッケージ
  9. 前記補強部材の前記本体は、金属材料で構成されている請求項1ないしのいずれかに記載の半導体パッケージ
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載の半導体パッケージを備えることを特徴とする半導体装置。
  11. 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板を用意するとともに、本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、熱伝導材料を含む接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の工程と、
    少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの少なくとも一つの面に接合する第2の工程と、
    前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することにより補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法であって、
    前記第2の工程では、前記配線基板の第1導体パターンまたは、第2導体パターンに、 前記接着層を直接接触させて、前記配線基板に前記板部材を接合し、
    前記第3の工程では、前記本体に開口部を形成した後、前記本体の開口部に連通すると ともに、前記開口部よりも径が小さく、周縁部が前記本体の開口部の周縁部よりも内側に 位置する開口部を前記接着層に形成し、前記板部材の前記接着層および前記本体を貫通す る貫通孔を形成して、前記配線基板の第1導体パターンまたは第2導体パターンを露出さ
    前記第1導体パターンまたは、第2導体パターンをソルダーレジストとしての前記接着 層で保護し、
    前記貫通孔内に半田バンプを配置する工程を含み、
    前記貫通孔内に半田バンプを配置する前記工程では、前記接着層の前記開口部内に前記 半田バンプを配置する、半導体パッケージの製造方法。
  12. 前記第1の工程では、前記板部材として、前記配線基板の前記一方の面に接合する第1板部材と、前記配線基板の前記他方の面に接合する第2板部材とを用意し、
    前記第2の工程では、前記第1板部材を前記配線基板の前記一方の面に接合するとともに、前記第2板部材を前記配線基板の前記他方の面に接合する請求項11に記載の半導体パッケージの製造方法。
  13. 前記第3の工程では、前記板部材の前記本体をウェットエッチングすることで開口部を形成し、前記板部材の前記本体の開口部を介して前記接着層にレーザーを照射することにより、前記接着層の所望の位置に開口部を形成して、前記貫通孔を形成する請求項11ま たは12に記載の半導体パッケージの製造方法。
  14. 前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成物で構成されている請求項11ないし13のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  15. 前記補強部材の前記本体は、金属材料で構成されている請求項11ないし14のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  16. 前記配線基板に半導体素子を搭載する第4の工程を有している請求項11ないし15のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  17. 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板を用意するとともに、本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、熱伝導材料を含む接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の工程と、
    少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの少なくとも一つの面に接合する第2の工程と、
    前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することにより補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法であって、
    前記第1の工程では、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのうち、少な くともいずれか一方を被覆し、被覆した導体パターンを露出させる開口部が形成されたソ ルダーレジストを有する前記配線基板を用意し、
    前記第2の工程では、前記ソルダーレジストの前記開口部内部を前記接着層で埋め込む ように、前記接着層を前記ソルダーレジストに圧着し、前記ソルダーレジスト上に前記接 着層を介して前記本体を固定することで、前記配線基板に前記板部材を接合し、
    前記第3の工程では、前記本体に開口部を形成した後、
    前記ソルダーレジストの開口部内面を被覆するように前記ソルダーレジストの前記開口 部の内部の前記接着層を残しつつ、前記ソルダーレジストの前記開口部の内部の前記接着 層を選択的に除去し、前記本体の開口部に連通する開口部を前記接着層に形成し、前記板 部材の前記接着層および前記本体を貫通する貫通孔を形成して、前記配線基板の第1導体 パターンまたは第2導体パターンを露出させる半導体パッケージの製造方法。
  18. 前記第1の工程では、前記板部材として、前記配線基板の前記一方の面に接合する第1板部材と、前記配線基板の前記他方の面に接合する第2板部材とを用意し、
    前記第2の工程では、前記第1板部材を前記配線基板の前記一方の面に接合するとともに、前記第2板部材を前記配線基板の前記他方の面に接合する請求項17に記載の半導体パッケージの製造方法。
  19. 前記第3の工程では、前記板部材の前記本体をウェットエッチングすることで開口部を形成し、前記板部材の前記本体の開口部を介して前記接着層にレーザーを照射することにより、前記接着層の所望の位置に開口部を形成して、前記貫通孔を形成する請求項17ま たは18に記載の半導体パッケージの製造方法。
  20. 前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成物で構成されている請求項17ないし19のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  21. 前記補強部材の前記本体は、金属材料で構成されている請求項17ないし20のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  22. 前記配線基板に半導体素子を搭載する第4の工程を有している請求項17ないし21のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  23. 基板と、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターンと、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターンとを備える配線基板を用意するとともに、本体と、前記本体の一方の面側に設けられ、熱伝導材料を含む接着層とを有する板部材を少なくとも1つ用意する第1の工程と、
    少なくとも1つの前記板部材を、該板部材の前記接着層を前記配線基板側にした状態で前記配線基板の前記一方の面および前記他方の面のうちの少なくとも一つの面に接合する第2の工程と、
    前記配線基板に接合された前記板部材を所望の形状に加工することにより補強部材を得る第3の工程とを有していることを特徴とする半導体パッケージの製造方法であって、
    前記第3の工程では、前記板部材の前記本体をウェットエッチングすることで開口部を 形成し、前記板部材の前記本体の開口部を介して前記接着層にレーザーを照射することに より、前記接着層の所望の位置に開口部を形成して、前記板部材の前記接着層および前記 本体を貫通する貫通孔を形成して、前記配線基板の第1導体パターンまたは第2導体パタ ーンを露出させる半導体パッケージの製造方法。
  24. 請求項23に記載の半導体パッケージの製造方法において、
    前記第2の工程では、前記配線基板の第1導体パターンまたは、第2導体パターンに、前記接着層を直接接触させて、前記配線基板に前記板部材を接合し、
    前記第3の工程で、前記貫通孔を形成するとともに、前記第1導体パターンまたは、第2導体パターンをソルダーレジストとしての前記接着層で保護し、
    前記貫通孔内に半田バンプを配置する工程を含む半導体パッケージの製造方法。
  25. 請求項24に記載の半導体パッケージの製造方法において、
    前記第3の工程では、前記本体に開口部を形成した後、前記本体の開口部に連通するとともに、前記開口部よりも径が小さく、周縁部が前記本体の開口部の周縁部よりも内側に位置する開口部を前記接着層に形成して、前記貫通孔を形成し、
    前記貫通孔内に半田バンプを配置する前記工程では、前記接着層の前記開口部内に前記半田バンプを配置する半導体パッケージの製造方法。
  26. 請求項23に記載の半導体パッケージの製造方法において、
    前記第1の工程では、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのうち、少なくともいずれか一方を被覆し、被覆した導体パターンを露出させる開口部が形成されたソルダーレジストを有する前記配線基板を用意し、
    前記第2の工程では、前記ソルダーレジスト上に前記接着層を介して前記本体を固定することで、前記配線基板に前記板部材を接合する半導体パッケージの製造方法。
  27. 請求項26に記載の半導体パッケージの製造方法において、
    前記第2の工程では、前記ソルダーレジストの前記開口部内部を前記接着層で埋め込むように、前記接着層を前記ソルダーレジストに圧着し、
    前記第3の工程では、前記本体に開口部を形成した後、
    前記ソルダーレジストの開口部内面を被覆するように前記ソルダーレジストの前記開口部の内部の前記接着層を残しつつ、前記ソルダーレジストの前記開口部の内部の前記接着層を選択的に除去し、前記本体の開口部に連通する開口部を前記接着層に形成することで、前記貫通孔を形成する半導体パッケージの製造方法。
  28. 前記第1の工程では、前記板部材として、前記配線基板の前記一方の面に接合する第1板部材と、前記配線基板の前記他方の面に接合する第2板部材とを用意し、
    前記第2の工程では、前記第1板部材を前記配線基板の前記一方の面に接合するとともに、前記第2板部材を前記配線基板の前記他方の面に接合する請求項23ないし27のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  29. 前記接着層は、樹脂材料と、前記熱伝導材料としての無機フィラーとを含む樹脂組成物で構成されている請求項23ないし28のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  30. 前記補強部材の前記本体は、金属材料で構成されている請求項23ないし29のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  31. 前記配線基板に半導体素子を搭載する第4の工程を有している請求項23ないし30のいずれかに記載の半導体パッケージの製造方法。
  32. 基板、前記基板の一方の面側に設けられた第1導体パターン、前記基板の他方の面側に設けられ、前記第1導体パターンと電気的に接続された第2導体パターン、を有する配線基板と、
    前記配線基板の前記第1導体パターンまたは第2導体パターンに電気的に接続された半導体素子と、
    前記配線基板の前記一方の面に接合された補強部材とを備える半導体パッケージであって、
    前記補強部材は、前記配線基板に接着し、熱伝導性材料を含む接着層と、この接着層に設けられた本体とを備え、
    前記本体には、本体を貫通する開口部が形成され、
    前記接着層には、前記本体の開口部に連通するとともに、前記第1導体パターンを露出する開口部が形成され、
    前記配線基板の前記一方の面側からの平面視において、前記接着層の前記開口部の周縁部は、前記本体の前記開口部の内側に位置し、
    前記接着層の開口部内に、前記第1導体パターンに接続される半田バンプが配置され、
    前記配線基板は、前記第1導体パターンを被覆し、被覆した前記第1導体パターンを露 出させる開口部を有するソルダーレジストを有し、
    前記ソルダーレジストの前記第1導体パターンと反対側の表面および、前記ソルダーレ ジストの前記開口部内面が前記接着層で被覆され、
    前記接着層のうち、前記ソルダーレジストの前記開口部内面を被覆する部分が前記接着 層の前記開口部の内面を構成する半導体パッケージ
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