JP6394136B2 - Package substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は半導体チップを搭載するためのパッケージ基板およびその製造方法に関し、特にパッケージ基板の回路の微細化、寸法安定性の向上、接続信頼性の向上とコストダウンに関する。   The present invention relates to a package substrate for mounting a semiconductor chip and a manufacturing method thereof, and more particularly to miniaturization of a circuit of the package substrate, improvement of dimensional stability, improvement of connection reliability, and cost reduction.

近年における電子機器の小型化・高機能化の要求に対応するため、半導体装置において複数の半導体チップを積層した積層マルチチップパッケージが開発されている。積層マルチチップパッケージは複数の半導体チップを積み重ねてひとつのパッケージとするため小型化、高集積化に適しており、DRAMなどのメモリ製品を中心に商品化されている。しかし従来の積層マルチチップパッケージは積層する各チップとパッケージ基板をワイヤボンディングで接続していたため各チップから引き出せる端子の数が少なく、また積層するチップが増えるとワイヤループのためのスペース確保やパッケージ基板のワイヤボンディングパッドの確保が難しくなり、多数のチップを積層することが困難になるという問題があった。   In order to meet the recent demand for downsizing and higher functionality of electronic devices, a stacked multichip package in which a plurality of semiconductor chips are stacked in a semiconductor device has been developed. A stacked multichip package is suitable for miniaturization and high integration because a plurality of semiconductor chips are stacked to form a single package, and is mainly commercialized for memory products such as DRAM. However, in the conventional multi-chip package, each chip to be stacked and the package substrate are connected by wire bonding, so that the number of terminals that can be drawn from each chip is small. It is difficult to secure the wire bonding pads, and it is difficult to stack a large number of chips.

それに対し最近では図2の(a)に示すような、シリコン貫通ビア(TSV;Through Silicon Via)を使ったチップ積層技術が開発されている。TSVはシリコン基板に設けた貫通電極であり、積層したチップ間及びチップとパッケージ基板間の電気的接続に対して、TSVを用いて接続することができる。図2の(a)はロジックチップとメモリチップをTSVにより3次元積層した積層マルチチップパッケージ(3Dパッケージとも呼ばれる)の例である。符号101はメモリチップを示しており、ここでは4枚のメモリチップを積層した場合を示している。符号105はメモリコントローラ用のロジックチップを示している。各チップ間及びロジックチップとパッケージ基板104の間はTSV102を介して導通されており、バンプ103により接続されている。バンプ103は、はんだまたは銅などの金属で形成される。このようなTSVを使ったチップ積層技術により、従来使用していたワイヤが必要なくなることから積層するチップの枚数を容易に増やすことが可能となり、さらにチップ間及びチップとパッケージ基板間の接続距離が短縮され高速信号の伝達にも有利となる。さらに従来のワイヤボンディング用のワイヤは直径が20〜30μmであったのに対し、TSVは直径10μm以下で形成することが可能であることからより多くの端子を引き出すことが可能となり、大容量通信も可能となるなど多くのメリットがある。   On the other hand, recently, a chip stacking technique using a through silicon via (TSV; Through Silicon Via) as shown in FIG. TSV is a through electrode provided on a silicon substrate, and can be connected using TSV for electrical connection between stacked chips and between a chip and a package substrate. FIG. 2A shows an example of a stacked multichip package (also called a 3D package) in which a logic chip and a memory chip are three-dimensionally stacked by TSV. Reference numeral 101 denotes a memory chip. Here, a case where four memory chips are stacked is shown. Reference numeral 105 denotes a logic chip for the memory controller. The chips and the logic chip and the package substrate 104 are electrically connected via the TSV 102 and are connected by the bumps 103. The bump 103 is made of a metal such as solder or copper. With such chip stacking technology using TSV, it is possible to easily increase the number of chips to be stacked since wires that have been used conventionally are no longer necessary, and the connection distance between chips and between the chip and the package substrate can be increased. It is shortened and is advantageous for high-speed signal transmission. Furthermore, while conventional wire bonding wires have a diameter of 20-30 μm, TSVs can be formed with a diameter of 10 μm or less, so that more terminals can be drawn out and high capacity communication is possible. There are many advantages such as being possible.

しかしTSV付き半導体チップの製造には多くの工程が必要とされ、そのため製造に時間およびコストがかかることが問題となっている。さらにロジックチップにTSVを形成する図2の(a)記載の3Dパッケージの場合、メモリとロジックとを同ピッチのTSVで接続するので、ロジック、メモリの各メーカー間でのTSVバンプピッチの統一規格を設ける必要がある。この場合ロジックICの設計的制約が生じ、設計コストがかかる問題が生じる。さらに3Dパッケージの場合、ロジックチップ、メモリーチップメーカーでそれぞれ製造されたチップを組み立てメーカーで接合し、さらに半導体パッケージ基板に搭載する必要がある。半導体パッケージまで組み立てた後に不具合発生が判明した場合、組み立てメーカーでの不具合か、あるいは何れかのチップメーカーの製造上の不具合かが明確化できないという品質保証や製造責任等の問題も多く、普及の障害になっている。   However, many processes are required for manufacturing a semiconductor chip with TSV, and therefore, it takes time and cost to manufacture. Further, in the case of the 3D package shown in FIG. 2A in which TSVs are formed on the logic chip, the memory and logic are connected with the TSV having the same pitch, so that the TSV bump pitch is unified between the logic and memory manufacturers. It is necessary to provide. In this case, the design restriction of the logic IC occurs, and there is a problem that the design cost is high. Further, in the case of a 3D package, it is necessary to join chips manufactured by a logic chip and a memory chip manufacturer, and then mount them on a semiconductor package substrate. If a failure occurs after assembling the semiconductor package, there are many problems such as quality assurance and manufacturing responsibility that it is not possible to clarify whether it is a failure at the assembly manufacturer or a manufacturing failure of any chip manufacturer. It has become.

以上のことから、比較的TSV積層が容易なDRAMメモリの3次元チップと、ロジックチップとを半導体パッケージ基板104上で横置きして実装したマルチチップパッケージ(図2の(b))が最も現実的と考えられている(いわゆる2.5Dパッケージ)。3Dパッケージにおいてはメモリとロジック間の信号配線は、微小なTSVにより接続されるが、2.5Dパッケージの場合、複数の半導体チップ間の信号線接続を半導体パッケージ基板104上で平面接続することが必要となる。よって半導体パッケージ基板104側には必然的に配線本数が著しく多く必要となることから、微細・多層化の要求が一段と厳しくなってきている。そこで、2.5Dパッケージでは、3次元積層メモリとロジックチップとを微細接続することが可能な、半導体プロセスで製造されたシリコンインターポーザー(図2の(b)中106)上に実装し、さらに半導体チップが搭載されたシリコンインターポーザーを半導体パッケージ基板104上に実装する方法が提案されている(図2の(b))。   From the above, the multi-chip package (FIG. 2B) in which the three-dimensional chip of the DRAM memory and the logic chip that are relatively easy to stack with the TSV are mounted on the semiconductor package substrate 104 is most realistic. (So-called 2.5D package). In the 3D package, the signal wiring between the memory and the logic is connected by a minute TSV. However, in the case of the 2.5D package, the signal line connection between a plurality of semiconductor chips may be planarly connected on the semiconductor package substrate 104. Necessary. Therefore, since the number of wirings inevitably needs to be significantly increased on the semiconductor package substrate 104 side, the demand for fineness and multilayering has become more severe. Therefore, in the 2.5D package, it is mounted on a silicon interposer (106 in FIG. 2B) that can be finely connected to the three-dimensional stacked memory and the logic chip, A method of mounting a silicon interposer on which a semiconductor chip is mounted on a semiconductor package substrate 104 has been proposed ((b) of FIG. 2).

しかしながら、図2の(b)記載の2.5Dパッケージにおいて、半導体パッケージ基板104と半導体チップとの間にさらにシリコンインターポーザー106を介在させることになるので、効率が悪く低背化が困難になるという問題を生じる。シリコンインターポーザーはウエハープロセスで製造されるので、ウエハーよりも大型のパネルサイズで製造されている半導体パッケージ基板の価格と比較するとコストが著しく高くなる問題を生じる。シリコンは半導体であるため、配線回路を形成するためには、一旦酸化膜を形成して絶縁化し、その上に回路配線を形成することが必要になる。よってシリコンインターポーザー上に形成された配線回路の伝送特性は、絶縁体であるガラス繊維強化樹脂基板あるいは、ガラス基板上に形成された回路と比較すると悪くなるという問題があった。そこでシリコン以外の半導体パッケージ基板すなわち、図3の(c)に記載されるガラスインターポーザーあるいはガラス繊維強化樹脂基板をコアに持つ半導体パッケージ基板(いわゆる有機インターポーザー)がより効率的かつ安価であり望ましい形態であるといわれており、シリコンインターポーザーの代替技術として、ガラスインターポーザー、有機インターポーザーの研究開発が活発化してきている。   However, in the 2.5D package shown in FIG. 2B, since the silicon interposer 106 is further interposed between the semiconductor package substrate 104 and the semiconductor chip, the efficiency is low and it is difficult to reduce the height. This causes a problem. Since the silicon interposer is manufactured by a wafer process, there is a problem that the cost is significantly higher than the price of a semiconductor package substrate manufactured with a panel size larger than that of the wafer. Since silicon is a semiconductor, in order to form a wiring circuit, it is necessary to form an oxide film once to insulate it, and to form a circuit wiring thereon. Therefore, there is a problem that the transmission characteristic of the wiring circuit formed on the silicon interposer is worse than the glass fiber reinforced resin substrate which is an insulator or a circuit formed on the glass substrate. Therefore, a semiconductor package substrate other than silicon, that is, a semiconductor package substrate (so-called organic interposer) having a glass interposer or a glass fiber reinforced resin substrate described in FIG. 3C as a core is desirable because it is more efficient and inexpensive. Research and development of glass interposers and organic interposers are becoming active as alternative technologies for silicon interposers.

ここで半導体パッケージ基板の主な製造方法について有機インターポーザーの例で簡単に説明する。半導体パッケージ基板はビルトアップ工法によって製造される。先ずは公知の印刷配線板の製造方法を用いて、配線回路が2層以上形成されたコア基板である多層配線板を準備する。本配線基板上表裏に層間絶縁樹脂を真空プレスによりラミネート、熱硬化・形成する。続いてレーザー加工機を用いて層間回路導通用のビアホールを表裏に形成する。熱アルカリ性過マンガン酸溶液で処理することによりレーザースミアを除去後、無電解めっき処理し樹脂表面を導電化する。さらに基板表裏にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィーによりレジストを用いて回路パターンを形成する。その後に無電解めっき層をシード層として利用し電解銅めっき処理することによって、レジストパターンを型として配線および層間導通用の縦穴であるビア形成を同時に行う。レジストを剥離処理し、不要な無電解めっき層をエッチング除去することで配線回路を形成する。層間絶縁樹脂のラミネートから無電解めっき層のエッチング除去を複数回繰り返すことによってビルトアップ多層配線層が形成される。   Here, a main manufacturing method of the semiconductor package substrate will be briefly described with an example of an organic interposer. The semiconductor package substrate is manufactured by a built-up method. First, a multilayer printed circuit board, which is a core substrate on which two or more layers of wiring circuits are formed, is prepared using a known printed wiring board manufacturing method. An interlayer insulating resin is laminated on the front and back surfaces of this wiring board by vacuum pressing, thermosetting and forming. Subsequently, via holes for conducting an interlayer circuit are formed on the front and back surfaces using a laser processing machine. After removing the laser smear by treating with a hot alkaline permanganate solution, the resin surface is made conductive by electroless plating. Further, a resist layer is formed on the front and back of the substrate, and a circuit pattern is formed using the resist by photolithography. Thereafter, electrolytic copper plating is performed using the electroless plating layer as a seed layer, thereby simultaneously forming vias as vertical holes for wiring and interlayer conduction using a resist pattern as a mold. A wiring circuit is formed by removing the resist and etching away unnecessary electroless plating layers. The built-up multilayer wiring layer is formed by repeating the etching removal of the electroless plating layer from the laminate of the interlayer insulating resin a plurality of times.

2.5D用半導体パッケージ基板を作成する技術的課題として、半導体パッケージ基板上複数の半導体チップが搭載される面(第1主面とする)であって、かつコア基板上に形成されるビルトアップ層の配線層を微細かつ多層形成する必要がある。その理由は、2.5D用半導体パッケージ基板の場合、搭載される半導体チップの数が増加するので、先も述べたとおり半導体素子同士を電気的に接続する信号線本数が従来のパッケージ基板と比較すると著しく多くなることに起因している。具体的には従来の半導体パッケージ基板ではライン&スペース(L/S)=10/10μmまでが限界であったが、2.5D用半導体パッケージ基板ではL/S=5μm/5μm以下の微細多層配線層を形成する必要が高まっている。一方で半導体パッケージ基板とマザーボートとの接続端子であるBGA側(第2主面とする)のビルトアップ層の配線密度は必ずしも高密度にならずに、従来技術である半導体パッケージ基板の配線密度、製造方法で対応できる。以上より2.5D用半導体パッケージ基板を製造する場合、L/S=10μm/10μm以上の従来の半導体パッケージ基板の製造方法で対応可能な第2主面側のビルドアップ層と比較して、第1主面側のビルトアップ層の配線密度をL/S=5μm/5μm以下でかつ第2主面よりも多層形成する必要性がある。   As a technical problem to create a 2.5D semiconductor package substrate, a built-up formed on a core substrate that is a surface (first main surface) on which a plurality of semiconductor chips are mounted on the semiconductor package substrate. It is necessary to form fine and multilayer wiring layers. The reason is that, in the case of a 2.5D semiconductor package substrate, the number of semiconductor chips to be mounted increases, so that the number of signal lines for electrically connecting semiconductor elements to each other as compared with the conventional package substrate as described above. This is due to the significant increase. Specifically, in the conventional semiconductor package substrate, the line and space (L / S) = 10/10 μm was the limit, but in the 2.5D semiconductor package substrate, L / S = 5 μm / 5 μm or less fine multilayer wiring There is an increasing need to form layers. On the other hand, the wiring density of the built-up layer on the BGA side (second main surface) that is a connection terminal between the semiconductor package substrate and the mother board is not necessarily high, but the wiring density of the conventional semiconductor package substrate Can be handled by the manufacturing method. From the above, when manufacturing a 2.5D semiconductor package substrate, the second main surface side buildup layer that can be handled by a conventional method of manufacturing a semiconductor package substrate of L / S = 10 μm / 10 μm or more is It is necessary to form the wiring density of the built-up layer on the first main surface side to L / S = 5 μm / 5 μm or less and to form a multilayer than the second main surface.

しかしながら同層厚のビルトアップ樹脂を反対側面よりも多層高密度形成し、コア基板を中心として非対称なラミネート層構造とする問題点として、パッケージ基板の反り問題がある。反りの主要因は、熱硬化性樹脂であるビルトアップ樹脂をラミネートした後に熱硬化するが、同一の厚みの絶縁樹脂を表裏非対称の層数で積層形成する場合、ラミネート層数が多い面程、硬化収縮による残留応力が樹脂層に蓄積されてしまう。その結果、ラミネート層数が多い側を上面、ラミネート層数が少ない側を下面に配置したときに、下に凸の曲線状反りを生じてしまう。半導体パッケージ基板における反りは、半導体チップとの接続不良を起こす大きな要因である。特に2.5D用半導体パッケージ基板である場合、半導体チップとの端子ピッチが著しく狭ピッチであることが要求されるため、反り問題は実装時の歩留まりを決定する大きな問題となるので、極力抑制する必要がある。   However, there is a problem of warping of the package substrate as a problem in that the build-up resin having the same layer thickness is formed in a multilayer and denser than the opposite side surface to make an asymmetric laminate layer structure centering on the core substrate. The main cause of warpage is thermosetting after laminating the built-up resin, which is a thermosetting resin, but when the insulating resin of the same thickness is laminated with the number of asymmetric layers on the front and back, the surface with the larger number of laminated layers, Residual stress due to curing shrinkage is accumulated in the resin layer. As a result, when a side having a larger number of laminate layers is arranged on the upper surface and a side having a smaller number of laminate layers is arranged on the lower surface, a downward curved curved warp is generated. The warpage in the semiconductor package substrate is a major factor causing poor connection with the semiconductor chip. In particular, in the case of a 2.5D semiconductor package substrate, since the terminal pitch with the semiconductor chip is required to be extremely narrow, the warpage problem is a major problem that determines the yield at the time of mounting. There is a need.

さらにコア基板を中心として表裏非対称なラミネート層数をとる不具合として、製造上の問題がある。たとえば表裏いずれかの面に1層多く積層する場合、必然的に表裏に回路パターンが形成された基板の一方片面にビルトアップ樹脂層をラミネートし、この反対側面はラミネートせずに回路パターンが露出した状態にしておく。ラミネートした片面樹脂はレーザー工程でビアを形成した後、熱アルカリ性過マンガン酸塩によりレーザースミアを除去する工程に入る。この場合、樹脂ラミネートしていない側の露出した片面回路側は過マンガン酸溶液にさらされるため、樹脂にダメージが加わる。樹脂へのダメージは形成されている回路の密着性悪化および樹脂劣化を生じ、歩留まりおよび電気的信頼性を悪化させる原因となる。片面回路に保護フィルムを形成する方法もあるが、熱アルカリ性過マンガン酸耐性があるフィルムの選定と、形成されている回路にダメージを与えることなく、剥離可能な保護フィルムを準備する必要がある。よって非対称構造を実現する上で保護フィルムを用いて片面回路を保護する方法は、コスト的にも工程的にも現実的とは言い難い。以上の反りと工程上の理由から、片面に多層配線を有する基板を反りの問題を回避しつつ、歩留まり良く安価に製造できるパッケージ基板構造およびその製造方法が望まれている。   Furthermore, there is a manufacturing problem as a problem of taking the number of laminate layers asymmetrical with the core substrate as the center. For example, when one layer is laminated on either the front or back side, a built-up resin layer is inevitably laminated on one side of the circuit board formed on the front and back sides, and the circuit pattern is exposed without laminating the opposite side. Leave it in the state. The laminated single-sided resin forms a via in a laser process and then enters a process of removing laser smear with a hot alkaline permanganate. In this case, the exposed single-sided circuit side on the non-resin laminated side is exposed to the permanganic acid solution, so that the resin is damaged. Damage to the resin causes deterioration of the adhesion of the formed circuit and resin deterioration, and causes deterioration in yield and electrical reliability. Although there is a method of forming a protective film on a single-sided circuit, it is necessary to select a film having heat alkaline permanganate resistance and to prepare a protective film that can be peeled without damaging the formed circuit. Therefore, it is difficult to say that a method for protecting a single-sided circuit using a protective film in realizing an asymmetric structure is practical in terms of cost and process. Due to the above-described warpage and process reasons, there is a demand for a package substrate structure and a method for manufacturing the same that can manufacture a substrate having a multilayer wiring on one side while avoiding the problem of warpage and with good yield and low cost.

近年の半導体パッケージ基板への要求特性は微細化のみならず、高い接続信頼性が求められる。接続信頼性悪化の大きな要因として半導体パッケージ基板と半導体チップとの熱膨張係数の差があげられる。半導体パッケージの熱膨張係数は、組み立て、実装工程での熱履歴(最大260℃)あるいは、パッケージング後半導体装置として組み立てたときの動作熱サイクルにおいても製品ライフ内で良好に接続を維持できる必要がある。本課題においては、半導体パッケージ基板の熱膨張係数を半導体チップの3ppmに近づけるような材料設計になってきている。特に近年半導体チップの接続端子の狭ピッチ化に伴い半導体パッケージ基板の熱膨張係数は3〜15ppm以内に調整できることが望まれている。その一方で、半導体パッケージ基板と印刷配線板との接続(BGA側)において、印刷配線板の熱膨張係数が20ppm以上と依然として大きい。半導体パッケージ基板の熱膨張係数をシリコンに近づけて、半導体チップとの接続信頼性を確保する場合(1次実装の信頼性)、その半面、印刷配線板との接続信頼性(2次実装の信頼性)を保つことが困難となる問題がある。この点でも半導体パッケージのBGA側の配線回路、およびビアホールは今までの半導体パッケージ基板の配線ルールであるL/S=10μm/10μm以上であることが接続信頼性の観点からも望ましい。以上の観点からも半導体チップが搭載される第1主面の回路は微細多層回路であり、第2主面のBGA側回路は従来の配線ルールで粗いほうが2次実装の信頼性の観点から望ましい。   In recent years, the required characteristics of semiconductor package substrates are required not only for miniaturization but also for high connection reliability. A major factor of deterioration in connection reliability is a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor package substrate and the semiconductor chip. The thermal expansion coefficient of the semiconductor package must be able to maintain a good connection within the product life even in the thermal history during assembly and mounting processes (maximum 260 ° C) or in the operating thermal cycle when assembled as a semiconductor device after packaging. is there. In this problem, the material design is such that the thermal expansion coefficient of the semiconductor package substrate approaches 3 ppm of the semiconductor chip. Particularly in recent years, it has been desired that the thermal expansion coefficient of the semiconductor package substrate can be adjusted within 3 to 15 ppm with the narrowing of the pitch of the connection terminals of the semiconductor chip. On the other hand, in the connection (BGA side) between the semiconductor package substrate and the printed wiring board, the thermal expansion coefficient of the printed wiring board is still as high as 20 ppm or more. When the thermal expansion coefficient of the semiconductor package substrate is close to that of silicon to ensure connection reliability with the semiconductor chip (primary mounting reliability), on the other hand, connection reliability with the printed wiring board (secondary mounting reliability) There is a problem that it is difficult to maintain the property. Also in this respect, it is desirable from the viewpoint of connection reliability that the wiring circuit on the BGA side of the semiconductor package and the via hole should be L / S = 10 μm / 10 μm or more which is the wiring rule of the semiconductor package substrate so far. Also from the above viewpoint, the circuit on the first main surface on which the semiconductor chip is mounted is a fine multilayer circuit, and the BGA side circuit on the second main surface is preferably rough according to the conventional wiring rule from the viewpoint of reliability of secondary mounting. .

ところで半導体チップは高機能化・高集積化が進み、ピン数も増加の一途を辿っており、半導体チップと半導体パッケージ基板との接続はフリップチップ接続が主流である。フリップチップ接続とは、半導体チップ上に形成された接続端子と半導体パッケージ基板上に半田バンプが形成された接続端子とを対向して保持し、熱リフローすることによって半田接続する方法を言う。半導体パッケージ基板においてもいうまでもなく多ピン化が進められており、多ピン化、微細化及び狭ピッチ化も進められており、新たな製造方法が開発されている。   By the way, semiconductor chips are becoming more highly functional and highly integrated, and the number of pins is steadily increasing. Flip chip connection is the mainstream for connecting semiconductor chips and semiconductor package substrates. Flip chip connection refers to a method in which a connection terminal formed on a semiconductor chip and a connection terminal on which a solder bump is formed on a semiconductor package substrate are held facing each other and thermally connected to perform solder connection. Needless to say, the number of pins in a semiconductor package substrate is increasing, and the number of pins, miniaturization, and narrowing of the pitch are also increasing, and new manufacturing methods are being developed.

従来から行われている半導体パッケージ基板の半導体チップとの接続端子である半田バンプはスクリーン印刷法によって形成される。スクリーン印刷法は、半導体パッケージ基板の表層にソルダーレジストを塗布することにより形成された開口部である外部接続端子上にスクリーン版の開口部を位置あわせの上配置し、半田ペーストをスキージーにて印刷形成し、さらに熱リフローにより半田ペーストを溶融させて半田バンプを形成する方法である。半田ペースト印刷は、マスク開口内へのはんだペースト供給量のバラツキや、マスクを引き離す際にマスク側に残るペースト量と、基板側に残るペースト量の比率のバラツキなどから、各バンプのはんだペーストの体積バラツキが大きく、それがバンプ高さのバラツキにつながっており、微細・狭ピッチバンプ形成には適さないという問題がある。   Conventionally, solder bumps, which are connection terminals with a semiconductor chip of a semiconductor package substrate, are formed by screen printing. In the screen printing method, the openings of the screen plate are aligned and placed on the external connection terminals, which are openings formed by applying a solder resist on the surface of the semiconductor package substrate, and the solder paste is printed with a squeegee. In this method, solder bumps are formed by melting the solder paste by thermal reflow. Solder paste printing is based on variations in the amount of solder paste supplied into the mask opening, variations in the ratio of the amount of paste remaining on the mask side when the mask is pulled away, and the amount of paste remaining on the substrate side, etc. There is a problem that volume variation is large, which leads to variation in bump height, and is not suitable for forming fine and narrow pitch bumps.

半田印刷バンプの体積ばらつきが大きく、半田体積が少なくなる箇所が部分的に生じる場合、接続端子高さが低くなってしまうので半導体チップ上の端子と接触できず接続できないという不具合を生じる。半田体積が多いバンプが部分的に発生する場合、溶融時に隣接するバンプと結合しショートを生じる不具合が発生する。よって従来のスクリーン印刷法では近年のバンプピッチの狭ピッチ化への対応が厳しく、150μmピッチ前後で限界を向かえ、更なる狭ピッチ化に対応できない。   When the volume variation of the solder printed bumps is large and a portion where the solder volume is reduced occurs partially, the height of the connection terminal is lowered, so that there is a problem that the connection cannot be made with the terminal on the semiconductor chip. When a bump having a large solder volume is partially generated, there is a problem that a short circuit occurs due to a combination with an adjacent bump at the time of melting. Therefore, the conventional screen printing method has a strict response to the recent narrowing of the bump pitch, and approaches the limit around 150 μm pitch and cannot cope with the further narrowing of the pitch.

さらに近年ではこの問題を解決すべく、ボール搭載工法が提案されている。本方法はスクリーン印刷法によってソルダーレジスト開口が形成され接続端子であるパッド上にフラックスを印刷し、さらにメタルマスクの開口とソルダーレジスト開口とを位置あわせの上配し、半田ボールをソルダーレジスト開口内に振り込み搭載、形成する方法である。本方式においても、半導体チップの狭ピッチ化への対応は90μmピッチ付近で限界とされており、2.5D用パッケージ基板で要求される50μmピッチへは対応が困難となっている。   In recent years, a ball mounting method has been proposed to solve this problem. In this method, solder resist openings are formed by screen printing and flux is printed on the pads, which are connection terminals, and the metal mask openings and solder resist openings are aligned and solder balls are placed in the solder resist openings. It is a method of loading and forming on. Also in this method, the response to the narrowing of the pitch of the semiconductor chip is limited near the 90 μm pitch, and it is difficult to cope with the 50 μm pitch required for the 2.5D package substrate.

そこで最近では150μm以下の接続端子形成方法として、フォトリソグラフィー法を利用して電解パターンめっきによる突起電極の形成法が提案されている。本方法では電解めっき法によって半田のように溶融しない金属、主には電解銅めっきによって円柱状の突起電極を形成し、さらにその柱状電極上に少量の半田形成を行い本電極上の少量半田で半導体チップと半導体パッケージ基板を接続する方法が開発されている。   Therefore, recently, as a method for forming a connection terminal of 150 μm or less, a method of forming a protruding electrode by electrolytic pattern plating using a photolithography method has been proposed. In this method, a metal that does not melt like electrolytic solder is formed by electrolytic plating, mainly a cylindrical protruding electrode is formed by electrolytic copper plating, and a small amount of solder is formed on the columnar electrode. A method of connecting a semiconductor chip and a semiconductor package substrate has been developed.

電解めっきによる突起電極形成法について説明する。図3はパッケージ基板の半導体チップ接続用突起状電極を拡大した断面図である。図3の(a)は突起電極形成前の状態を示しており、絶縁層201の上に金属の電極パッド203がパターニングされ、さらにソルダーレジスト層、あるいは絶縁樹脂層202が形成されている。金属配線は銅などで形成され、ソルダーレジストあるいは絶縁樹脂層202には電極パッド203の一部を露出するよう開口204が設けられている。次に図3の(b)に示すように、電解めっきの給電層となる金属層205を無電解銅めっき等の方法で形成する。次に図2の(c)に示すようにめっきレジスト層206を形成し、図3の(d)に示すようにフォトリソ等の方法によりレジスト開口207を形成する。レジスト開口207はソルダーレジストの開口204に位置を合わせるように形成する。次に給電層205に給電し電解めっきを行い、図3の(e)に示すように突起電極となる金属バンプ209を形成する。電解めっきには銅めっきなどが用いられる。さらに、その後銅めっき後に種々一般的な表面処理を施した後に、半田層208を電解めっきあるいはその他方法によって形成する。さらに図3の(f)に示すようにめっきレジスト層206を除去し、金属バンプ209の下部以外の給電層205を除去することで突起電極が完成する。   A method for forming a bump electrode by electrolytic plating will be described. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the semiconductor chip connecting protruding electrode of the package substrate. FIG. 3A shows a state before the protruding electrode is formed. A metal electrode pad 203 is patterned on the insulating layer 201, and a solder resist layer or an insulating resin layer 202 is further formed. The metal wiring is formed of copper or the like, and an opening 204 is provided in the solder resist or insulating resin layer 202 so as to expose a part of the electrode pad 203. Next, as shown in FIG. 3B, a metal layer 205 to be a feeding layer for electrolytic plating is formed by a method such as electroless copper plating. Next, a plating resist layer 206 is formed as shown in FIG. 2C, and a resist opening 207 is formed by a method such as photolithography as shown in FIG. The resist opening 207 is formed so as to be aligned with the solder resist opening 204. Next, power is supplied to the power supply layer 205 and electroplating is performed to form metal bumps 209 to be projecting electrodes as shown in FIG. Copper plating or the like is used for electrolytic plating. Further, after various general surface treatments are performed after copper plating, the solder layer 208 is formed by electrolytic plating or other methods. Further, as shown in FIG. 3F, the plating resist layer 206 is removed, and the power supply layer 205 other than the lower portion of the metal bump 209 is removed, thereby completing the protruding electrode.

この方法によれば、はんだペーストのスクリーン印刷法で問題となったような金属バンプの高さバラツキは解決される。なおかつ溶融する半田体積が少なくなるので、隣接するバンプ同士が溶融して結合し、ショートすることがなくなる。よって微細化及び狭ピッチ化に対応した接続端子形成が可能となる。よって半導体パッケージ基板における半導体チップとの接続端子は突起状電極であることが望ましい。このような方法により金属バンプ電極を形成する方法として、特許文献1に示すような方法も提案されている。   According to this method, the height variation of the metal bump, which is a problem in the screen printing method of the solder paste, is solved. In addition, since the volume of solder to be melted is reduced, adjacent bumps are melted and bonded to each other, thereby preventing a short circuit. Therefore, connection terminals corresponding to miniaturization and narrow pitch can be formed. Therefore, it is desirable that the connection terminal with the semiconductor chip in the semiconductor package substrate is a protruding electrode. As a method for forming metal bump electrodes by such a method, a method as shown in Patent Document 1 has also been proposed.

以上より、2.5D用半導体パッケージ基板では、半導体チップが搭載される第1主面のビルトアップ層の配線密度が、印刷配線板と接続される第2主面側に形成されるビルトアップ層の配線密度側よりも高く、配線層数が多いという非対称な多層配線構造が望まれている。非対称層構造を採用したとしても反りが少なく、安価で歩留まりのよい製造方法の開発が望まれている。さらに半導体チップとの接続端子には突起状電極が形成されおり、接続端子数の増加に伴う狭ピッチ化に対応できるパッケージ基板の製造方法が望まれていた。   As described above, in the 2.5D semiconductor package substrate, the built-up layer formed on the second main surface side where the wiring density of the built-up layer on the first main surface on which the semiconductor chip is mounted is connected to the printed wiring board. Therefore, an asymmetric multilayer wiring structure in which the wiring density is higher and the number of wiring layers is larger is desired. Even if an asymmetric layer structure is adopted, the development of a manufacturing method with low warpage, low cost and good yield is desired. Furthermore, a protruding electrode is formed on the connection terminal with the semiconductor chip, and a method for manufacturing a package substrate that can cope with a narrow pitch accompanying an increase in the number of connection terminals has been desired.

特開2009−295924号公報JP 2009-295924 A

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、コア基板を中心として表裏にビルトアップ形成される半導体のパッケージ基板であって、半導体チップが搭載される側片面のビルトアップ配線密度が著しく高く、かつ高密度配線側片面に有するビルトアップ層数がもう一方の面側よりも多くなる非対称な構造であっても、反りが少なくかつ搭載する半導体チップの狭ピッチ化に対応しながらも歩留まり良く、安価に効率よく製造できるパッケージ基板とその製造方法を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is a semiconductor package substrate that is built up on both sides with a core substrate as a center, on which a semiconductor chip is mounted. The semiconductor chip to be mounted with less warping even if it has an asymmetric structure in which the density of the built-up wiring on one side is significantly higher and the number of built-up layers on one side of the high-density wiring is larger than that on the other side The present invention provides a package substrate and a method for manufacturing the same that can be efficiently manufactured at a low cost while being compatible with a narrow pitch.

上記課題を解決するための本発明の一局面は、第1主面と、第1主面の反対側の面である第2主面と、貫通孔とを有する基板と、第1主面に積層された、1層以上の第1主面の絶縁樹脂層と、第1主面の絶縁樹脂層に積層された1層以上の第1主面の配線回路層と、第2主面に積層された、1層以上の第2主面の絶縁樹脂層と、第2主面の絶縁樹脂層のいずれかに積層された1層以上の第2主面の配線回路層とを備え、第1主面の配線回路層の層数は、第2主面の配線回路層の層数よりも多く、第1主面の配線回路層の厚さは、第2主面の配線回路層の厚さよりも薄く、第1主面の絶縁樹脂層の層数は、第2主面の絶縁樹脂層の層数と等しい、パッケージ基板である。   One aspect of the present invention for solving the above problems includes a first main surface, a substrate having a second main surface opposite to the first main surface, a substrate having a through hole, and a first main surface. Laminated one or more insulating resin layers on the first main surface, one or more first main circuit wiring circuit layers laminated on the first main insulating resin layer, and laminated on the second main surface And one or more second main surface insulating resin layers, and one or more second main surface wiring circuit layers laminated on one of the second main surface insulating resin layers, The number of wiring circuit layers on the main surface is greater than the number of wiring circuit layers on the second main surface, and the thickness of the wiring circuit layer on the first main surface is greater than the thickness of the wiring circuit layer on the second main surface. In other words, the number of the insulating resin layers on the first main surface is the same as the number of the insulating resin layers on the second main surface.

また、第1主面の絶縁樹脂層および第2主面の絶縁樹脂層は、さらに、ビアホールを有し、第1主面の絶縁樹脂層のビアホール径は、第2主面の絶縁樹脂層のビアホール径よりも小さくてもよい。   The insulating resin layer on the first main surface and the insulating resin layer on the second main surface further have via holes, and the via hole diameter of the insulating resin layer on the first main surface is equal to that of the insulating resin layer on the second main surface. It may be smaller than the via hole diameter.

また、基板は、2層以上の配線回路層が形成されたガラス基板あるいは、ガラス繊維強化樹脂基板を含んでもよい。   Further, the substrate may include a glass substrate on which two or more wiring circuit layers are formed, or a glass fiber reinforced resin substrate.

また、第1および第2主面の絶縁樹脂層の最外層に積層される接続端子である金属層の厚みは、第1主面側の配線回路層よりも厚く、第1主面側の金属層は、第1主面の最表面から突出する突起状電極であってもよい。   The thickness of the metal layer, which is the connection terminal laminated on the outermost layer of the insulating resin layers on the first and second main surfaces, is thicker than the wiring circuit layer on the first main surface side, and the metal on the first main surface side. The layer may be a protruding electrode protruding from the outermost surface of the first main surface.

また、本発明の他の局面は、基板の第1主面と、第1主面の反対側の面である第2主面とに絶縁樹脂層を積層形成する第1の絶縁樹脂層積層工程と、第1主面に形成した絶縁樹脂層に第1主面の配線回路を積層形成する配線回路積層工程と、第1主面に形成した第1主面の配線回路および第2主面に形成した絶縁樹脂層に、さらに絶縁樹脂層を積層形成する第2の絶縁樹脂層積層工程と、セミアディティブ工法を用いて、第1主面の絶縁樹脂層上に突起電極を形成するとともに第2主面の絶縁樹脂層上に第2主面の配線回路層を形成する工程とを含み、第1主面の配線回路層の厚さは、第2主面の配線回路層の厚さよりも薄い、パッケージ基板の製造方法である。 Another aspect of the present invention is a first insulating resin layer laminating step of laminating and forming an insulating resin layer on a first main surface of a substrate and a second main surface that is a surface opposite to the first main surface. When, a first wiring circuit laminating step the wiring circuit layer formed by lamination of the main surface, the wiring circuit layer of the first main surface which is formed on the first main surface and a second main insulating resin layer formed on the first main surface A protruding electrode is formed on the insulating resin layer on the first main surface by using a second insulating resin layer laminating step for further laminating an insulating resin layer on the insulating resin layer formed on the surface, and a semi-additive method. Forming a wiring circuit layer on the second main surface on the insulating resin layer on the second main surface, wherein the thickness of the wiring circuit layer on the first main surface is greater than the thickness of the wiring circuit layer on the second main surface. This is a thin manufacturing method for a package substrate.

また、第1の絶縁樹脂層積層工程の後に、配線回路積層工程と、第2の絶縁樹脂層積層工程とを複数回繰り返してもよい。   Further, after the first insulating resin layer laminating step, the wiring circuit laminating step and the second insulating resin layer laminating step may be repeated a plurality of times.

本発明によれば、コア基板を中心として表裏にビルトアップ形成される半導体のパッケージ基板であって、半導体チップが搭載される側片面のビルトアップ配線密度が著しく高く、かつ高密度配線側片面に有するビルトアップ層数がもう一方の面側よりも多くなる非対称な配線層構造であっても、反りが少なくかつ搭載する半導体チップの狭ピッチ化に対応しながらも歩留まり良く、安価に効率よく製造できるパッケージ基板とその製造方法を提供できる。   According to the present invention, a semiconductor package substrate is built-up on both sides with a core substrate as a center, and the built-up wiring density on the side surface on which the semiconductor chip is mounted is remarkably high, and the high-density wiring side surface is on one side. Even with an asymmetrical wiring layer structure that has more built-up layers than the other side, it can be manufactured efficiently and at low cost with low warpage and a reduced pitch of the mounted semiconductor chip. Package substrate and manufacturing method thereof.

本発明の実施形態に係るパッケージ基板の製造工程模式図((a)コア基板の模式図、(b)絶縁樹脂層、ビアホール形成後の基板の模式図、(c)電解めっき後の基板の模式図(d)レジスト層剥離、シード層除去後の基板の模式図)Manufacturing process schematic diagram of package substrate according to embodiment of the present invention ((a) schematic diagram of core substrate, (b) schematic diagram of substrate after formation of insulating resin layer and via hole, (c) schematic diagram of substrate after electrolytic plating (D) Schematic diagram of substrate after resist layer removal and seed layer removal) 本発明の実施形態に係るパッケージ基板の製造工程模式図((e)3回ビルトアッププロセス後に絶縁樹脂層形成した基板の模式図、(f)第1、第2主面にビアホール形成後の基板の模式図、(g)レジスト形成、電解めっき後の基板の模式図)Schematic diagram of manufacturing process of package substrate according to an embodiment of the present invention ((e) Schematic diagram of a substrate in which an insulating resin layer is formed after a third build-up process, (f) Substrate after formation of via holes on the first and second main surfaces (G) Schematic diagram of substrate after resist formation and electrolytic plating) 本発明の実施形態に係るパッケージ基板の製造工程模式図((h)ソルダーレジスト形成後のパッケージ基板の模式図、(i)半導体パッケージ基板の模式図)Manufacturing process schematic diagram of package substrate according to an embodiment of the present invention ((h) schematic diagram of package substrate after formation of solder resist, (i) schematic diagram of semiconductor package substrate) 積層マルチチップパッケージの模式図((a)3Dパッケージ、(b)シリコンインターポーザーを介した2.5Dパッケージ、(c)シリコンインターポーザーを介さない2.5Dパッケージ)Schematic diagram of stacked multichip package ((a) 3D package, (b) 2.5D package via silicon interposer, (c) 2.5D package without silicon interposer) 半導体チップ接続用突起状電極形成の模式図((a)突起電極形成前の模式図、(b)給電層を形成した模式図、(c)めっきレジスト形成後の模式図、(d)レジスト開口形成後の模式図、(e)突起電極、半田層形成後の模式図、(f)突起電極の模式図)Schematic diagram of projecting electrode connection for semiconductor chip connection ((a) Schematic diagram before projecting electrode formation, (b) Schematic diagram with power feeding layer formed, (c) Schematic diagram after plating resist formation, (d) Resist opening Schematic diagram after formation, (e) Schematic diagram after bump electrode and solder layer formation, (f) Schematic diagram of bump electrode)

以下、本発明に係るパッケージ基板およびその製造方法の実施形態について、図1A〜1Cを参照して詳細説明する。本実施形態では、半導体チップが搭載される第1主面側のビルトアップ層が4層、コア基板は4層、プリント配線板との接続端子側である第2主面(BGA側)のビルトアップ層は1層の4−4−1の層構造を有するパッケージ基板を用いて説明する。本実施形態は本発明の1例であって、本実施形態が本発明のパッケージ基板の層構造を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of a package substrate and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the present embodiment, the build-up layer on the first main surface side on which the semiconductor chip is mounted is four layers, the core substrate is four layers, and the second main surface (BGA side) is the connection terminal side with the printed wiring board. The up layer will be described using a package substrate having a one-layer 4-4-1 layer structure. This embodiment is an example of the present invention, and this embodiment does not limit the layer structure of the package substrate of the present invention.

先ずは図1Aの(a)記載のコア基板301を準備する。コア基板301は従来の公知技術であるプリント配線板の製造方法で作成される基板すなわち、貫通孔であるスルーホール302、層間導通用ビア303および配線回路304が形成されているガラス繊維強化エポキシ樹脂基板をもちいても良い。あるいはガラス基板にスルーホールと回路を形成した基板を用いても良い。コア基板は基板表裏に配線回路層である回路パターンが形成された基板を用いても良いし、複数層の配線回路層が形成された多層回路が形成されたものでも良く、コア基板は本実施形態によって限定されるものではない。コア基板の総厚は0.05mm以上3mm以下であることが望ましい。0.05mmより薄い場合、搬送が難しくなるので歩留まり良く製造できない場合がある。さらにパッケージ基板としたときに剛性がなくなるので反りの問題が発生しやすい。3mmを超える厚さである場合、パッケージ基板が厚すぎて電子機器の小型化に不向きになる。より好ましくは0.1mm以上2mm以下であることが望ましい。コア基材の回路金属は本実施形態で限定されるものではないが、導電性および形成が容易であることから銅およびその合金であることが望ましい。   First, a core substrate 301 shown in FIG. 1A is prepared. The core substrate 301 is a substrate produced by a conventional method for manufacturing a printed wiring board, that is, a glass fiber reinforced epoxy resin in which a through hole 302 as a through hole, an interlayer conduction via 303 and a wiring circuit 304 are formed. A substrate may be used. Alternatively, a substrate in which through holes and circuits are formed on a glass substrate may be used. As the core substrate, a substrate having a circuit pattern as a wiring circuit layer formed on the front and back of the substrate may be used, or a multilayer circuit in which a plurality of wiring circuit layers are formed may be formed. It is not limited by the form. The total thickness of the core substrate is preferably 0.05 mm or more and 3 mm or less. If the thickness is less than 0.05 mm, it may be difficult to manufacture because the conveyance becomes difficult. Further, since the rigidity is lost when the package substrate is used, a problem of warpage is likely to occur. When the thickness exceeds 3 mm, the package substrate is too thick and is not suitable for downsizing of electronic devices. More preferably, the thickness is 0.1 mm or more and 2 mm or less. The circuit metal of the core substrate is not limited in the present embodiment, but copper and its alloys are desirable because of its conductivity and easy formation.

続いて図1Aの(b)に記載するように、コア基板301上表裏に絶縁樹脂層数3115を積層形成する。絶縁樹脂層305にはエポキシ−フェノール樹脂、感光性ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、シクロオレフィン樹脂およびその変性物を用いることができる。さらには感光性であっても非感光性樹脂であっても良く、必要に応じてガラス繊維、エンジニアリングプラスチック繊維による強化樹脂構造であっても良いし、適宜無機あるいは有機のフィラーを充填していても良い。絶縁樹脂の種類は本実施形態によって限定されるものではない。   Subsequently, as described in FIG. 1A (b), the number of insulating resin layers 3115 is laminated on the upper and lower surfaces of the core substrate 301. For the insulating resin layer 305, an epoxy-phenol resin, a photosensitive polyimide resin, a benzocyclobutene resin, a polybenzoxazole resin, a cycloolefin resin, or a modified product thereof can be used. Furthermore, it may be a photosensitive or non-photosensitive resin, and may have a reinforced resin structure made of glass fiber or engineering plastic fiber as necessary, and is appropriately filled with an inorganic or organic filler. Also good. The kind of insulating resin is not limited by this embodiment.

本実施形態に係るパッケージ基板では、図1Aの(b)に記載するようにコア基板301表裏に同じ厚みとなるように絶縁樹脂層305を形成する。形成する樹脂層の厚さであるが、コア基材301上の金属配線回路表面から3μm以上40μm以下で形成されることが望ましい。3μmより薄い場合、層間の絶縁信頼性が確保できなくなる可能性がある。絶縁樹脂層305が40μmより厚いある場合、厚すぎて微細なビアホールが形成できなくなるため、微細配線層を形成できない問題が生じる。より好ましくは5μm以上15μm以下で絶縁樹脂層305を形成することが望ましい。本実施形態によると、第1主面および第2主面に同じ厚みになるように絶縁樹脂層305を形成する。パッケージ基板の反りは表裏樹脂の硬化時の残留応力によることが本発明者の実験によって判明している。よって少なくとも絶縁樹脂層305形成工程では表裏に同厚の樹脂層を形成しかつ、表裏同時に硬化処理を行う必要がある。硬化処理は熱処理であってもUV硬化であっても良く樹脂によって適宜、適切な段階で処理を行う。   In the package substrate according to the present embodiment, the insulating resin layer 305 is formed on the front and back surfaces of the core substrate 301 so as to have the same thickness as shown in FIG. 1A (b). The thickness of the resin layer to be formed is preferably 3 μm to 40 μm from the surface of the metal wiring circuit on the core substrate 301. If it is thinner than 3 μm, there is a possibility that insulation reliability between layers cannot be secured. If the insulating resin layer 305 is thicker than 40 μm, a fine via hole cannot be formed because it is too thick, causing a problem that a fine wiring layer cannot be formed. More preferably, the insulating resin layer 305 is formed with a thickness of 5 μm to 15 μm. According to the present embodiment, the insulating resin layer 305 is formed on the first main surface and the second main surface so as to have the same thickness. It has been found by experiments of the present inventors that the warpage of the package substrate is due to the residual stress when the front and back resins are cured. Therefore, at least in the step of forming the insulating resin layer 305, it is necessary to form a resin layer having the same thickness on the front and back and perform a curing process simultaneously on the front and back. The curing treatment may be heat treatment or UV curing, and the treatment is appropriately performed at an appropriate stage depending on the resin.

絶縁樹脂層305の形成方法は、フィルム状の樹脂であれば、ラミネート、真空ラミネート法、真空プレス法が適用できる。液状であれば、スリットコート、カーテンコート、ダイコート、スプレーコート、静電塗装、インクジェットコート、グラビアコート、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、スピンコート、ドクターコートより選定できる。絶縁樹脂層305形成方法は本実施形態により限定されない。   As a method for forming the insulating resin layer 305, laminating, vacuum laminating, and vacuum pressing can be applied as long as they are film-like resins. If it is liquid, it can be selected from slit coating, curtain coating, die coating, spray coating, electrostatic coating, inkjet coating, gravure coating, screen printing, gravure offset printing, spin coating and doctor coating. The method for forming the insulating resin layer 305 is not limited by this embodiment.

本実施形態によるパッケージ基板に絶縁樹脂層305を表裏形成した後に第1主面のみにビア306を形成した状態を図1Aの(b)に記載する。ビア306の形成方法であるが、レーザー加工であっても良いし、感光性絶縁樹脂の場合、フォトリソグラフィー法によって形成しても良い。レーザー加工はUVレーザー、エキシマーレーザーであることが小径ビア形成可能なため望ましい。本実施形態のパッケージ基板は第1主面のビルトアップ層の配線密度が高く多層となる。第1主面の配線層を高多層にするために先ずは第1主面のみのビア形成にする必要がある。本実施形態による半導体パッケージ基板の製造方法では、ビルトアップ工程で少なくとも1回以上、片面のみにビア306および配線を形成する工程を経る。本実施形態によるビア径は5μm以上40μm以下であることが望ましい。5μmより小さい場合は形成することが困難であるばかりでなく、熱サイクルによってビア接続信頼性を保障することが困難となる。ビア径が40μmより大きい場合、第1主面のビルトアップ配線層の配線密度を微細・高密度化できなくなる。より好ましいビア径は10μm以上20μm以下であることが望ましい。ビア306形成後に過マンガン酸溶液への浸漬処理によるデスミア、あるいはプラズマ処理によりビア306内部のクリーニング工程を経る。   A state in which the via 306 is formed only on the first main surface after the insulating resin layer 305 is formed on the front and back surfaces of the package substrate according to the present embodiment is shown in FIG. The via 306 is formed by laser processing, or may be formed by photolithography in the case of a photosensitive insulating resin. Laser processing is preferably a UV laser or excimer laser because a small diameter via can be formed. The package substrate of the present embodiment has a multi-layered structure in which the wiring density of the built-up layer on the first main surface is high. In order to make the wiring layer of the first main surface high-layered, it is first necessary to form vias only on the first main surface. In the manufacturing method of the semiconductor package substrate according to the present embodiment, the process of forming the via 306 and the wiring only on one side is performed at least once in the build-up process. The via diameter according to the present embodiment is desirably 5 μm or more and 40 μm or less. If the thickness is smaller than 5 μm, it is difficult to form, and it is difficult to ensure via connection reliability by thermal cycling. When the via diameter is larger than 40 μm, the wiring density of the built-up wiring layer on the first main surface cannot be made fine and high. A more preferable via diameter is 10 μm or more and 20 μm or less. After the via 306 is formed, a cleaning process inside the via 306 is performed by desmearing by immersion in a permanganate solution or by plasma treatment.

続いて図1Aの(c)に記載するように、絶縁樹脂層305上に金属よりなるシード層を少なくとも第1主面側のみ、あるいは両面に形成した後に、両面にレジスト層307を形成する。さらにフォトリソグラフィー法により、第1主面のみレジスト層307に回路パターン形成を行う。一方の第2主面側には回路パターンを形成せずにレジスト層307を全面形成する。続いてシード層を利用して電解めっき法(セミアディティブ工法)で配線回路308を第1主面側のみに形成する。本実施形態でのシード層の厚みは好ましくは0.05μm以上1μm以下であることが望ましい。0.05μmより薄い場合、シード層の抵抗が高くなるので電解めっき工程において、基板面内に均一に通電ができなくなり、基板面内で均一な高さの配線回路308を形成できなくなる。さらには電解めっき液に浸漬し通電する前にシード層が溶解してしまい、回路形成できなくなる不具合を生じる場合がある。一方でシード層が厚くなる場合の不具合として、後のシード層除去工程で回路パターンも同時にエッチングされるので回路細りを生じることがある。厚すぎると配線回路自体が消失あるいははがれを生じることとなり配線形成不能となる不具合を生じる。本発明者が検討した結果、シード層厚みが1μmより厚い場合、L/S=5μm/5μm以下の微細な配線形成が不可能となる。よって0.05μm以上1μm以下であることが望ましい。シード金属は銅、ニッケル、チタン、金、クロムより選ばれるが本実施形態により限定されない。シード層の形成方法であるが、蒸着、スパッタ、無電解めっき法より選択することができる。こうして形成したシード上にレジスト層307を形成する。レジスト層307の形成は液状レジスト、ドライフィルムレジスト何れであっても良い。レジスト層307の形成方法も適宜公知方法を用いる。第1主面側の内装回路形成用のレジスト層307の厚みであるが、好ましくは15μm以下であることが望ましい。15μmより厚い場合、L/S=5μm/5μm以下の微細な配線形成が不可能になる。レジストパターン形成方法は公知のフォトリソグラフィーによって形成できる。さらに電解めっきによって形成する第1主面側の配線回路308の厚みは10μm以下であることが望ましい。10μmより厚い場合、少なくともレジストパターンの厚みが10μm以上必要となるのでレジストの解像性が確保できなくなり、L/S=5μm/5μm以下の微細回路が形成不能になってしまう。よって回路厚みは10μm以下であることが望ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 1A (c), after forming a seed layer made of metal on at least the first main surface side or both surfaces on the insulating resin layer 305, a resist layer 307 is formed on both surfaces. Further, a circuit pattern is formed on the resist layer 307 only on the first main surface by photolithography. A resist layer 307 is formed on the entire surface of the second main surface without forming a circuit pattern. Subsequently, the wiring circuit 308 is formed only on the first main surface side by electrolytic plating (semi-additive method) using the seed layer. The thickness of the seed layer in this embodiment is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less. If the thickness is less than 0.05 μm, the resistance of the seed layer becomes high, so that it is impossible to uniformly energize the substrate surface in the electrolytic plating process, and the wiring circuit 308 having a uniform height cannot be formed in the substrate surface. In addition, the seed layer may be dissolved before being immersed in the electrolytic plating solution and energized, resulting in a problem that a circuit cannot be formed. On the other hand, as a problem when the seed layer becomes thick, the circuit pattern may be etched at the same time in the subsequent seed layer removal process, and thus the circuit may be thinned. If it is too thick, the wiring circuit itself is lost or peeled off, resulting in a problem that the wiring cannot be formed. As a result of investigation by the present inventors, when the seed layer thickness is larger than 1 μm, it is impossible to form a fine wiring with L / S = 5 μm / 5 μm or less. Therefore, it is desirable that it is 0.05 μm or more and 1 μm or less. The seed metal is selected from copper, nickel, titanium, gold, and chrome, but is not limited by this embodiment. The seed layer forming method can be selected from vapor deposition, sputtering, and electroless plating. A resist layer 307 is formed on the seed thus formed. The formation of the resist layer 307 may be either a liquid resist or a dry film resist. As a method for forming the resist layer 307, a known method is appropriately used. The thickness of the resist layer 307 for forming the internal circuit on the first main surface side is preferably 15 μm or less. When it is thicker than 15 μm, it becomes impossible to form fine wiring with L / S = 5 μm / 5 μm or less. The resist pattern forming method can be formed by known photolithography. Further, the thickness of the wiring circuit 308 on the first main surface side formed by electrolytic plating is desirably 10 μm or less. If it is thicker than 10 μm, at least the thickness of the resist pattern is required to be 10 μm or more, so that the resolution of the resist cannot be secured, and it becomes impossible to form a fine circuit of L / S = 5 μm / 5 μm or less. Therefore, the circuit thickness is desirably 10 μm or less.

続いて第1主面のみに回路パターンが形成された図1Aの(c)に示す基板表裏のレジスト層307を剥離し、続いて表裏の不要となるシード層をエッチング処理によって除去し、第1主面のみにビルトアップ配線層が形成された基板(図1Aの(d))を得る。基板には第1主面上のみに配線回路308が形成されている。   Subsequently, the resist layer 307 on the front and back sides of the substrate shown in FIG. 1A in which the circuit pattern is formed only on the first main surface is peeled off, and then the unnecessary seed layer on the front and back sides is removed by an etching process. A substrate ((d) in FIG. 1A) having a built-up wiring layer formed only on the main surface is obtained. A wiring circuit 308 is formed only on the first main surface of the substrate.

以上のように、基板両面への絶縁樹脂層305の形成と第一主面のみへの回路形成とを同様に3回繰り返し、絶縁樹脂層305をさらに積層することによって図1Bの(e)記載の3−4−0の非対称層構造のビルトアップ多層配線板を作成する。これにより、第1主面の絶縁樹脂層の層数は、第2主面の絶縁樹脂層の層数と等しくなる。本実施形態による方法によれば、ビルトアップ層数が著しく偏った非対称層構造であっても、多層配線板の第1主面側のビルトアップ配線層の総厚および第2主面のビルトアップ配線層の層厚はほぼ等しいので、硬化収縮量が等しくなりつりあうためにパッケージ反りを最小限に抑制することが可能である。さらにデスミアあるいはプラズマ処理等による樹脂エッチング処理は各絶縁樹脂層ですべて1回のみなので絶縁樹脂層表面の樹脂劣化をきたすことがない。よって絶縁信頼性に優れたパッケージ基板を作成することができる。   As described above, the formation of the insulating resin layer 305 on both surfaces of the substrate and the circuit formation only on the first main surface are repeated three times in the same manner, and the insulating resin layer 305 is further laminated to describe (e) in FIG. 1B. A built-up multilayer wiring board having an asymmetric layer structure of 3-4-0 is prepared. As a result, the number of insulating resin layers on the first main surface is equal to the number of insulating resin layers on the second main surface. According to the method according to the present embodiment, the total thickness of the built-up wiring layer on the first main surface side of the multilayer wiring board and the built-up of the second main surface even in an asymmetric layer structure in which the number of built-up layers is significantly biased. Since the thickness of the wiring layer is substantially equal, the amount of cure shrinkage is balanced, so that package warpage can be minimized. Furthermore, since the resin etching process such as desmear or plasma process is performed only once for each insulating resin layer, the resin on the surface of the insulating resin layer is not deteriorated. Therefore, a package substrate having excellent insulation reliability can be created.

続いて図1Bの(f)に示すように、第1主面側には5μm以上40μm以下の小径ビア306を形成し、第2主面側には第1主面に形成されるビアよりも径の大きいビア309を形成する。本実施形態によるパッケージ基板の構造では、第2主面上に形成されるビア309は、絶縁樹脂層複数層分を貫通して所定のビア受けパッド表面まで形成することになる。図1Bの(f)では、4層分を1例として記載するが、本実施形態によると複数層を貫通することを特徴としており、総数は本例によって限定されるものではない。第2主面側のビア309の径は第1主面側ビア306の径よりも大きくかつ20μm以上100μm以下のビア径で形成することが望ましい。20μmより小さい場合、第2主面に積層する絶縁樹脂層厚にもよるが、ビア受けパッドまで貫通できなくなる可能性がある。100μmより大きいビア径である場合、後の電解銅めっき工程において径が大きすぎてビア内に金属めっきを充填できない可能性がある。よって20μm以上100μm以下であることが望ましい。第2主面のビア形成方法であるが、レーザー加工であることが望ましい。レーザーは炭酸ガスレーザー、紫外線レーザーより選ぶことができる。本実施形態による半導体パッケージ基板によれば、L/S=5μm/5μm以下の微細回路を片面のみに形成すればよく、工程を簡略化することが可能となる。特に数回の裏面のパターン露光工程をなくすことが可能となるので微細回路を効率的に歩留まり良く製造することができる。続いてビア形成後に過マンガン酸溶液への浸漬処理によるデスミア、あるいはプラズマ処理によりビア内部のクリーニング工程を経る。続いて絶縁樹脂層305表面に無電解めっき、あるいはスパッタ成膜法によってシード金属層を形成する。シード金属層の厚みは本実施形態により規定されないが、先と同様に好ましくは0.05μm以上1μm以下であることが望ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 1B (f), a small diameter via 306 having a diameter of 5 μm or more and 40 μm or less is formed on the first main surface side, and the second main surface side is more than the via formed on the first main surface. A via 309 having a large diameter is formed. In the structure of the package substrate according to the present embodiment, the via 309 formed on the second main surface is formed to penetrate to a predetermined via receiving pad surface through a plurality of insulating resin layers. In FIG. 1B, (f) describes four layers as an example, but according to the present embodiment, it is characterized by penetrating a plurality of layers, and the total number is not limited by this example. The diameter of the via 309 on the second main surface side is desirably larger than the diameter of the first main surface side via 306 and has a via diameter of 20 μm or more and 100 μm or less. When the thickness is smaller than 20 μm, there is a possibility that the via receiving pad cannot be penetrated depending on the thickness of the insulating resin layer laminated on the second main surface. When the via diameter is larger than 100 μm, the metal plating may not be filled in the via because the diameter is too large in the subsequent electrolytic copper plating process. Therefore, it is desirable to be 20 μm or more and 100 μm or less. Although it is a via formation method of the 2nd principal surface, it is desirable that it is laser processing. The laser can be selected from a carbon dioxide laser and an ultraviolet laser. According to the semiconductor package substrate according to the present embodiment, a fine circuit having L / S = 5 μm / 5 μm or less may be formed only on one side, and the process can be simplified. In particular, it is possible to eliminate the pattern exposure process on the back surface several times, so that a fine circuit can be efficiently manufactured with a high yield. Subsequently, after the via is formed, a cleaning process inside the via is performed by desmearing by immersion in a permanganic acid solution or by plasma processing. Subsequently, a seed metal layer is formed on the surface of the insulating resin layer 305 by electroless plating or sputtering film formation. Although the thickness of the seed metal layer is not defined by the present embodiment, it is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less as in the above.

続いて図1Bの(g)には、シード金属層上にレジスト層307を形成し、フォトリソグラフィーによってパターン形成した後にさらに電解めっきにより、第1主面には半導体チップとの接続端子である突起電極310、第2主面であれば、プリント配線板との接続端子となるBGAパッドおよび/あるいは配線回路311(以下配線回路311という)を形成した基板を記載する。図1Bの(g)に示すように本実施形態による製造方法によれば、第2主面に形成される配線回路311は第1主面側に形成される配線回路308よりも粗く、第1主面の配線回路308層の厚さは、第2主面の配線回路311層の厚さよりも薄い。また、第1主面の配線回路308の層数は、第2主面の配線回路311層の層数よりも多い。ビア309の径も大きいため、ビア内部にめっき皮膜で充填するためにはめっき厚も必然的に厚くせざるを得ない。ビア309の径にもよるが、ビア径が20μm以上100μm以下である場合、第2主面の配線回路311の厚さは好ましくは10μm以上40μm以下であることが望ましい。より好ましくは10μm以上25μm以下であることが望ましい。一方で半導体チップとの接続端子である突起電極310は突起高さが高い程、基板の冷熱衝撃による伸縮を吸収することができることから、現実的な高さの範囲でなるべく高く形成できることが望ましい。突起電極310の厚みは、第1主面側に形成される配線回路308よりも厚いことが望ましく、より好ましくは、第2主面との回路高さと同様な厚みであることが工程的にも同時に形成できることから好適である。すなわち第1主面に形成される突起電極310は10μm以上40μm以下であることが望ましい。本実施形態によると、厚いめっき厚が必要な第1主面の突起電極310と、第2主面の回路とを同時に形成するために効率が良い。さらに図1Bの(g)に示す電解めっき後の状態で突起電極310上あるいはBGAパッド上に表面処理層を形成しても良い。表面処理の種類としてはNi−Auめっき、Ni−Pd−Auめっき、OSP、錫めっき、Sn−Agめっき、溶融半田めっき等を行っても良い。さらに表面処理後に半田層を形成しても良く。表面処理および半田形成方法は従来の公知技術を用いることができる。   Subsequently, in (g) of FIG. 1B, a resist layer 307 is formed on the seed metal layer, a pattern is formed by photolithography, and then electroplating is performed, and the first main surface has protrusions that are connection terminals to the semiconductor chip. In the case of the electrode 310, the second main surface, a substrate on which a BGA pad and / or a wiring circuit 311 (hereinafter referred to as a wiring circuit 311) serving as a connection terminal with a printed wiring board is described. As shown in FIG. 1B (g), according to the manufacturing method according to the present embodiment, the wiring circuit 311 formed on the second main surface is rougher than the wiring circuit 308 formed on the first main surface side. The thickness of the wiring circuit 308 layer on the main surface is thinner than the thickness of the wiring circuit 311 layer on the second main surface. Also, the number of layers of the wiring circuit 308 on the first main surface is larger than the number of layers of the wiring circuit 311 layer on the second main surface. Since the diameter of the via 309 is also large, the plating thickness must be increased in order to fill the via with a plating film. Although depending on the diameter of the via 309, when the via diameter is 20 μm or more and 100 μm or less, the thickness of the wiring circuit 311 on the second main surface is preferably 10 μm or more and 40 μm or less. More preferably, it is 10 μm or more and 25 μm or less. On the other hand, the protruding electrode 310 that is a connection terminal to the semiconductor chip can absorb the expansion and contraction due to the thermal shock of the substrate as the protruding height is higher. The thickness of the protruding electrode 310 is preferably thicker than the wiring circuit 308 formed on the first main surface side, and more preferably, the thickness is the same as the circuit height with the second main surface. Since it can form simultaneously, it is suitable. That is, the protruding electrode 310 formed on the first main surface is desirably 10 μm or more and 40 μm or less. According to the present embodiment, the projecting electrode 310 on the first main surface that requires a thick plating thickness and the circuit on the second main surface are formed at the same time, which is efficient. Further, a surface treatment layer may be formed on the bump electrode 310 or the BGA pad in the state after the electrolytic plating shown in FIG. As the type of surface treatment, Ni—Au plating, Ni—Pd—Au plating, OSP, tin plating, Sn—Ag plating, molten solder plating, or the like may be performed. Further, a solder layer may be formed after the surface treatment. Conventionally known techniques can be used for the surface treatment and the solder forming method.

続いて図1Bの(g)に示すレジストパターン307を剥離後、不要となった金属シード層をエッチングによって除去する。さらに図1Cの(h)の工程で基板表裏にソルダーレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー法によってソルダーレジストパターン314を形成し、本実施形態に係るパッケージ基板が製造される。   Subsequently, after removing the resist pattern 307 shown in FIG. 1B (g), the unnecessary metal seed layer is removed by etching. Further, a solder resist layer is formed on the front and back of the substrate in the step (h) of FIG. 1C, and a solder resist pattern 314 is formed by photolithography, whereby the package substrate according to this embodiment is manufactured.

半導体チップ312を突起電極310上に形成し、半田ボール313をBGAパッド上に形成した半導体パッケージ基板の模式図を図1Cの(i)に記載する。   A schematic diagram of the semiconductor package substrate in which the semiconductor chip 312 is formed on the bump electrode 310 and the solder ball 313 is formed on the BGA pad is shown in FIG.

(実施例1)
本発明の実施例を以下に示す。実施例1は図1Cの(h)に示す4−4−1の層構造のパッケージ基板を製造した。実施例1を図1Aの(a)〜(d)までの工程に基づいて説明する。初めに、従来のプリント配線板製造方法により製造される4層の配線回路が形成されているコア基板301上両面に15μmtの絶縁樹脂を真空ラミネート法にてラミネートし、熱硬化することによって絶縁樹脂層305を形成した。続いてパッケージ基板の第1主面側のみにUV−YAGレーザーによって、ビア径20μmでビア306を形成した。このとき第2主面側の樹脂には層間接続用ビアホールは形成しない。続いて本基板をアルカリ性過マンガン酸浴に浸漬してレーザースミア除去後、無電解めっき層を0.5μmで形成した。続いて厚さ10μmのドライフィルムレジストを第1および第2主面にラミネート法で形成した。続いて第1主面のみに最小回路パターンがL/S=5μm/5μmとなるフォトマスクを用いてステッパー露光機で露光した。第2主面のドライフィルムレジストは全面露光を行い、第2主面全面にレジスト層307を形成した。続いて、1%炭酸ソーダ溶液でスプレー現像を発生させた。さらに電解めっきによって回路厚を7μmにて回路配線を作成した。
Example 1
Examples of the present invention are shown below. In Example 1, a package substrate having a 4-4-1 layer structure shown in FIG. 1C (h) was manufactured. Example 1 will be described based on the steps (a) to (d) in FIG. 1A. First, an insulating resin of 15 μmt is laminated by vacuum lamination on both surfaces of the core substrate 301 on which a four-layer wiring circuit manufactured by a conventional printed wiring board manufacturing method is formed, and is then thermally cured. Layer 305 was formed. Subsequently, a via 306 with a via diameter of 20 μm was formed only on the first main surface side of the package substrate by a UV-YAG laser. At this time, no via hole for interlayer connection is formed in the resin on the second main surface side. Subsequently, the substrate was immersed in an alkaline permanganate bath to remove laser smear, and an electroless plating layer was formed at 0.5 μm. Subsequently, a dry film resist having a thickness of 10 μm was formed on the first and second main surfaces by a laminating method. Subsequently, only the first main surface was exposed with a stepper exposure machine using a photomask having a minimum circuit pattern of L / S = 5 μm / 5 μm. The entire surface of the dry film resist on the second main surface was exposed to form a resist layer 307 on the entire surface of the second main surface. Subsequently, spray development was generated with a 1% sodium carbonate solution. Furthermore, circuit wiring was prepared with a circuit thickness of 7 μm by electrolytic plating.

続いて図1Bの(e)〜(g)及び1Cの(h)の工程に基づいて実施例1のパッケージ基板の作成を説明する。図1Bの(e)に示すようにビルトアップ工程を3回繰り返し、4層目の樹脂ラミネートまで完成させた。続いて図1Bの(f)に記載するように第1主面にはUV−YAGレーザーを用いて20μmのビア306を形成し、第2主面には同レーザー加工機を用いて、60μmのビア径でビア309を形成した。続いて過マンガン酸溶液に浸漬し、スミア除去後に無電解めっきを1μmの厚みで形成した。さらに図1Bの(g)に示すように両面にドライフィルムレジストを25μmで形成した。第1主面側は直径30μm、ピッチ50μmで突起電極パターンを形成し、第2主面はBGAパッドおよび回路パターンを形成した。続いて表裏に電解銅めっきを表裏20μmで形成した。続いて両面に電解Ni−Agめっき後にSn−Ag半田めっきを3μmの高さで行った。レジスト剥離後にシード層をエッチング除去した。続いて図1Cの(h)に記載するようにソルダーレジストを形成後、フォトリソグラフィーにより開口を形成した。   Next, the production of the package substrate of Example 1 will be described based on the steps (e) to (g) of FIG. 1B and the step (h) of 1C. As shown in FIG. 1B (e), the build-up process was repeated three times until the fourth resin laminate was completed. Subsequently, as described in FIG. 1B (f), a 20 μm via 306 is formed on the first main surface using a UV-YAG laser, and the second main surface is formed on the first main surface using a laser processing machine. A via 309 was formed with a via diameter. Subsequently, it was immersed in a permanganic acid solution, and after removing smear, electroless plating was formed to a thickness of 1 μm. Further, as shown in FIG. 1B (g), a dry film resist was formed at 25 μm on both sides. A protruding electrode pattern was formed on the first main surface side with a diameter of 30 μm and a pitch of 50 μm, and a BGA pad and a circuit pattern were formed on the second main surface. Subsequently, electrolytic copper plating was formed on the front and back surfaces with a thickness of 20 μm. Subsequently, Sn—Ag solder plating was performed at a height of 3 μm after electrolytic Ni—Ag plating on both surfaces. After removing the resist, the seed layer was removed by etching. Subsequently, after forming a solder resist as described in FIG. 1C (h), an opening was formed by photolithography.

(比較例1)
比較例1は第2主面に4層樹脂をラミネートせずに1層のみ形成した場合の例である。コア基板上両面に15μmの絶縁樹脂をラミネートした後に、第1主面のみにビアを20μmで形成し、デスミア処理、無電解めっき、フォトレジストパターニングを行う。第1主面は回路形成し、第2主面はレジストを全面露光することでレジスト層を形成する。レジスト剥離、電解めっき後、シード層除去を行う。さらに第1主面のみに樹脂層を形成し、第2主面には樹脂を形成せずに実施例1と同様に行い、最外層の形成方法は実施例1と同方法で行った。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is an example in which only one layer is formed without laminating the four-layer resin on the second main surface. After laminating an insulating resin of 15 μm on both surfaces of the core substrate, vias are formed with a thickness of 20 μm only on the first main surface, and desmear treatment, electroless plating, and photoresist patterning are performed. A circuit is formed on the first main surface, and a resist layer is formed on the second main surface by exposing the resist entirely. After removing the resist and electrolytic plating, the seed layer is removed. Further, a resin layer was formed only on the first main surface, and no resin was formed on the second main surface, and the same procedure as in Example 1 was performed. The outermost layer was formed in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
比較例2は第1主面に突起電極を形成せずに従来のボール搭載工法により半田バンプを形成した例である。半田バンプはピッチ50μm、直径30μmの半田ボールをボール搭載工法により搭載しバンプ形成した。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 is an example in which solder bumps are formed by a conventional ball mounting method without forming protruding electrodes on the first main surface. The solder bumps were formed by mounting solder balls having a pitch of 50 μm and a diameter of 30 μm by a ball mounting method.

(比較例3)
比較例3は第2主面にも最小パターン幅がL/S=5μm/5μmの配線形成をした半導体パッケージ基板の例である。層構造は2−4−2の対照な層構造を有する。第2主面に形成される配線は第1主面と同じ工法・配線幅で作成した以外は実施例1と同工程で作成した。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 is an example of a semiconductor package substrate in which a wiring having a minimum pattern width of L / S = 5 μm / 5 μm is also formed on the second main surface. The layer structure has a contrasting layer structure of 2-4-2. The wiring formed on the second main surface was prepared in the same process as in Example 1 except that the wiring was formed with the same construction method and wiring width as the first main surface.

実施例1および比較例による半導体パッケージ基板の結果を表1に記載する。   Table 1 shows the results of the semiconductor package substrates according to Example 1 and the comparative example.

Figure 0006394136
Figure 0006394136

実施例1では、製造の収率も良く作成可能である。比較例2は、第1主面に突起電極を形成しない以外は実施例1と同じ工程であるため、収率が良好であった。比較例1では第2主面の樹脂層1層に対してデスミア処理が4回分多く入ることから、配線回路およびBGAパットの剥離が観測され、収率が低い結果となった。比較例3は第1および第2主面のビルトアップ層構成が対称な構造であり、両面共に微細配線が形成される構成となっているが、比較例3は装置搬送コンベアの接触起因での配線剥離が観測されることが原因で低い収率となっている。   In Example 1, the production yield can be improved. Since Comparative Example 2 was the same process as Example 1 except that no protruding electrode was formed on the first main surface, the yield was good. In Comparative Example 1, since desmear treatment was performed four times for one resin layer on the second main surface, peeling of the wiring circuit and the BGA pad was observed, resulting in a low yield. Comparative Example 3 is a structure in which the built-up layer configuration of the first and second main surfaces is symmetric, and has a configuration in which fine wiring is formed on both sides. Comparative Example 3 is due to the contact of the apparatus transport conveyor. The yield is low due to the observation of wiring peeling.

パッケージ反り量評価の結果、実施例1、比較例2および3は表裏形成される樹脂層厚の総厚が対称になることから良好な結果を示すが、比較例1の基板では、表裏の樹脂層総厚が非対称になるものは反りが大きく320.1μmと大きくなった。なお、マイナスの符号は第1主面を上面に配置したときに上に凸、プラスの符号は下に凸になる反り方向を示している。   As a result of evaluation of the amount of warpage of the package, Example 1 and Comparative Examples 2 and 3 show good results because the total thickness of the resin layer formed on the front and back sides is symmetric. When the total layer thickness was asymmetrical, the warpage was large and was as large as 320.1 μm. Note that a minus sign indicates a warping direction that protrudes upward when the first main surface is disposed on the upper surface, and a plus sign indicates a warping direction that protrudes downward.

1次実装評価はテグチップを実装後に温度サイクルテストを行ったときの合格率を示すが、実施例1は良好な結果を示したが、比較例1はパッケージ反りによる搭載不能であった。比較例2においては第1主面の半田バンプ径製方法がボール搭載工法であることから、テグチップ搭載直後にショートが多発してNGとなった。故障解析の結果、半田同士がブリッチしてショートすることに起因することが判明した。   Although the primary mounting evaluation shows a pass rate when the temperature cycle test is performed after mounting the Teg chip, Example 1 showed a good result, but Comparative Example 1 could not be mounted due to package warpage. In Comparative Example 2, since the solder bump diameter manufacturing method on the first main surface was the ball mounting method, shorts occurred frequently immediately after mounting the Teg chip, resulting in NG. As a result of failure analysis, it has been found that this is caused by the soldering between the solders causing a short circuit.

2次実装評価は、印刷配線板上に半導体パッケージ基板を搭載し、温度サイクルテスト実施後の合格率を示す。実施例1および類似構造を持つ比較例2は良好な結果を示した。
比較例1はパッケージ反りが大きく、温度サイクルの変形も大きくなることに起因して合格率は低い結果となっている。比較例3に関しては、2次実装のBGA接続部は問題なかったが、印刷配線板と半導体パッケージ基板との熱膨張係数差異に起因するストレスが微細な20μmの微細なビア底部への応力集中が起きたことに起因して悪化する結果となった。
The secondary mounting evaluation indicates a pass rate after a semiconductor package substrate is mounted on a printed wiring board and a temperature cycle test is performed. Example 1 and Comparative Example 2 having a similar structure showed good results.
Comparative Example 1 has a low pass rate due to large package warpage and large deformation of the temperature cycle. Regarding Comparative Example 3, there was no problem with the BGA connection part of the secondary mounting, but the stress concentration due to the difference in thermal expansion coefficient between the printed wiring board and the semiconductor package substrate was 20 μm, and the stress concentration on the fine via bottom was small The result was aggravated due to what happened.

実施例1および比較例の結果、本発明による半導体パッケージ基板によれば、半導体チップの微細化、高信頼化に寄与することが可能となる。すなわち第1主面のみに必要となる微細多層配線を効率よくかつ歩留まり良く形成することができる。さらには第2主面には今までどおりの比較的太い配線を形成することによって、2次実装信頼性を確保することが可能となる。表裏の配線総数が非対称であるのにもかかわらず、積層樹脂総厚が対称になることから、反りを効果的に抑制することができる。よって反りに起因する実装性の低下による歩留まり低下、さらには信頼性の低下を阻止することが可能となる。   As a result of Example 1 and the comparative example, the semiconductor package substrate according to the present invention can contribute to miniaturization and high reliability of the semiconductor chip. That is, it is possible to efficiently form a fine multilayer wiring required only on the first main surface with a high yield. Further, by forming the relatively thick wiring as before on the second main surface, it is possible to ensure the secondary mounting reliability. Although the total number of wirings on the front and back sides is asymmetric, the total thickness of the laminated resin is symmetric, so that warpage can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to prevent a decrease in yield due to a decrease in mountability due to warpage, and further a decrease in reliability.

以上で説明したように、本発明によれば、コア基板を中心として表裏にビルトアップ形成される半導体のパッケージ基板であって、半導体チップが搭載される側片面のビルトアップ配線密度が著しく高く、かつ高密度配線側片面に有するビルトアップ層数がもう一方の面側よりも多くなる非対称な配線層構造であっても、反りが少なくかつ搭載する半導体チップの狭ピッチ化に対応しながらも歩留まり良く、安価に効率よく製造できるパッケージ基板とその製造方法を提供できる。   As described above, according to the present invention, it is a semiconductor package substrate that is built up on the front and back with the core substrate as the center, and the built-up wiring density on the side surface on which the semiconductor chip is mounted is remarkably high, Even with an asymmetrical wiring layer structure where the number of built-up layers on one side of the high-density wiring side is greater than that on the other side, the yield is low while warping and narrowing the pitch of the mounted semiconductor chip. It is possible to provide a package substrate that can be efficiently manufactured at low cost and a manufacturing method thereof.

本発明は、さまざまな半導体チップを搭載するためのパッケージ基板に適用可能である。   The present invention is applicable to package substrates for mounting various semiconductor chips.

101 メモリチップ
102 TSV;Through Silicon Via
103 バンプ
104 パッケージ基板
105 ロジックチップ
106 シリコンインターポーザー
201 絶縁樹脂層
202 絶縁樹脂層あるいはソルダーレジスト
203 電極パッド
204 ソルダーレジストあるいは絶縁樹脂開口
205 金属層
206 レジスト層
207 レジスト開口
208 半田層
209 金属バンプ
301 コア基板
302 スルーホール
303 コア基板のビア
304 コア基板の配線回路
305 絶縁樹脂層
306 第1主面に形成されるビアホール
307 レジスト層
308 第1主面に形成される配線回路
309 第2主面に形成されるビアホール
310 突起電極
311 BGAパッドおよび/あるいは第2主面の配線回路
312 半導体チップ
313 半田ボール
314 ソルダーレジストパターン
101 Memory chip 102 TSV; Through Silicon Via
103 Bump 104 Package substrate 105 Logic chip 106 Silicon interposer 201 Insulating resin layer 202 Insulating resin layer or solder resist 203 Electrode pad 204 Solder resist or insulating resin opening 205 Metal layer 206 Resist layer 207 Resist opening 208 Solder layer 209 Metal bump 301 Core Substrate 302 Through-hole 303 Via of core substrate 304 Wiring circuit of core substrate 305 Insulating resin layer 306 Via hole formed on first main surface 307 Resist layer 308 Wiring circuit formed on first main surface 309 formed on second main surface Via hole 310 Protruding electrode 311 BGA pad and / or wiring circuit on second main surface 312 Semiconductor chip 313 Solder ball 314 Solder resist pattern

Claims (6)

第1主面と、前記第1主面の反対側の面である第2主面と、貫通孔とを有する基板と、
前記第1主面に積層された、1層以上の第1主面の絶縁樹脂層と、
前記第1主面の絶縁樹脂層に積層された1層以上の第1主面の配線回路層と、
前記第2主面に積層された、1層以上の第2主面の絶縁樹脂層と、
前記第2主面の絶縁樹脂層のいずれかに積層された1層以上の第2主面の配線回路層とを備え、
前記第1主面の配線回路層の層数は、前記第2主面の配線回路層の層数よりも多く、
前記第1主面の配線回路層の厚さは、前記第2主面の配線回路層の厚さよりも薄く、
前記第1主面の絶縁樹脂層の層数は、前記第2主面の絶縁樹脂層の層数と等しい、
パッケージ基板。
A substrate having a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a through hole;
One or more insulating resin layers on the first main surface laminated on the first main surface;
One or more first main surface wiring circuit layers laminated on the first main surface insulating resin layer;
One or more second main surface insulating resin layers laminated on the second main surface;
One or more second main surface wiring circuit layers laminated on any of the second main surface insulating resin layers,
The number of wiring circuit layers on the first main surface is greater than the number of wiring circuit layers on the second main surface,
The thickness of the wiring circuit layer on the first main surface is smaller than the thickness of the wiring circuit layer on the second main surface,
The number of insulating resin layers on the first main surface is equal to the number of insulating resin layers on the second main surface,
Package substrate.
前記第1主面の絶縁樹脂層および前記第2主面の絶縁樹脂層は、さらに、ビアホールを有し、前記第1主面の絶縁樹脂層のビアホール径は、前記第2主面の絶縁樹脂層のビアホール径よりも小さい、請求項1に記載のパッケージ基板。   The insulating resin layer on the first main surface and the insulating resin layer on the second main surface further have via holes, and the via hole diameter of the insulating resin layer on the first main surface is the insulating resin on the second main surface. The package substrate according to claim 1, wherein the package substrate is smaller than a via hole diameter of the layer. 前記基板は、2層以上の配線回路層が形成されたガラス基板あるいは、ガラス繊維強化樹脂基板を含む、請求項1または2に記載のパッケージ基板。   The package substrate according to claim 1, wherein the substrate includes a glass substrate on which two or more wiring circuit layers are formed, or a glass fiber reinforced resin substrate. 前記第1および前記第2主面の絶縁樹脂層の最外層に積層される接続端子である金属層の厚みは、前記第1主面側の配線回路層よりも厚く、
前記第1主面側の金属層は、前記第1主面の最表面から突出する突起状電極である、請求項1から3のいずれかに記載のパッケージ基板。
The thickness of the metal layer which is a connection terminal laminated on the outermost layer of the insulating resin layer on the first and second main surfaces is thicker than the wiring circuit layer on the first main surface side,
4. The package substrate according to claim 1, wherein the metal layer on the first main surface side is a protruding electrode protruding from the outermost surface of the first main surface.
基板の第1主面と、前記第1主面の反対側の面である第2主面とに絶縁樹脂層を積層形成する第1の絶縁樹脂層積層工程と、
前記第1主面に形成した絶縁樹脂層に第1主面の配線回路を積層形成する配線回路積層工程と、
前記第1主面に形成した第1主面の配線回路および前記第2主面に形成した絶縁樹脂層に、さらに絶縁樹脂層を積層形成する第2の絶縁樹脂層積層工程と
セミアディティブ工法を用いて、前記第1主面の絶縁樹脂層上に突起電極を形成するとともに前記第2主面の絶縁樹脂層上に第2主面の配線回路層を形成する工程とを含み、
前記第1主面の配線回路層の厚さは、前記第2主面の配線回路層の厚さよりも薄い、パッケージ基板の製造方法。
A first insulating resin layer laminating step of laminating and forming an insulating resin layer on a first main surface of the substrate and a second main surface opposite to the first main surface;
A wiring circuit laminating step of laminating forming the wiring circuit layer of the first main surface in the insulating resin layer formed on the first main surface,
A second insulating resin layer laminating step of further laminating an insulating resin layer on the wiring circuit layer of the first main surface formed on the first main surface and the insulating resin layer formed on the second main surface ;
Forming a protruding electrode on the insulating resin layer on the first main surface and forming a wiring circuit layer on the second main surface on the insulating resin layer on the second main surface using a semi-additive method. ,
The method of manufacturing a package substrate , wherein a thickness of the wiring circuit layer on the first main surface is thinner than a thickness of the wiring circuit layer on the second main surface .
前記第1の絶縁樹脂層積層工程の後に、前記配線回路積層工程と、前記第2の絶縁樹脂層積層工程とを複数回繰り返す、請求項5に記載の、パッケージ基板の製造方法。   6. The method for manufacturing a package substrate according to claim 5, wherein the wiring circuit laminating step and the second insulating resin layer laminating step are repeated a plurality of times after the first insulating resin layer laminating step.
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