JP7497576B2 - 配線基板及び配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の配線基板の一態様は、上記配線基板において、上記半導体素子の実装面側から見て上記第2絶縁樹脂、上記配線用絶縁樹脂、上記第1絶縁樹脂の順に積層されており、上記第1絶縁樹脂の貯蔵弾性率をAとし、上記配線用絶縁樹脂の貯蔵弾性率をBとし、上記第2絶縁樹脂の貯蔵弾性率をCとしたとき、B<C<Aの関係である。
また、本発明の配線基板の一態様は、上記配線基板において、上記第1配線基板と上記第2配線基板との接続ピッチが上記半導体素子の接続ピッチよりも大きい。
また、本発明の配線基板の一態様は、上記配線基板において、上記第2配線基板のCu電極形状が、上記第1配線基板との接続側は凹み形状であり、上記半導体素子との接続側が平坦形状である。
また、本発明の配線基板の一態様は、上記配線基板において、上記第2配線基板のCu電極形状が、上記第1配線基板との接続側、および上記半導体素子との接続側が共に凹み形状である。
また、本発明の配線基板の製造方法の一態様は、上記配線基板の製造方法において、上記第2配線基板と上記第1配線基板との接合部、半導体素子の接合部共にキャピラリーフローアンダーフィルで封止する。
また、本発明の配線基板の製造方法の一態様は、上記配線基板の製造方法において、上記第2配線基板と上記第1配線基板との接合部はキャピラリーフローアンダーフィルで封止され、半導体素子の接合部はフィルム状接続材料(NCF)で封止される。
図1は、本発明に係る配線基板に半導体チップを実装した半導体パッケージの一例を示す断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体パッケージは、FC-BGA用配線基板(第1配線基板)1の一方の面に、樹脂と配線とが積層されてなる微細配線層22を備えた薄いインターポーザ(第2配線基板)3が、はんだバンプまたは銅ポスト(銅ピラー)などで接合(接合部19)されている。インターポーザ3には、微細配線層22形成用の絶縁樹脂層Bとチップ側の接続パッドを形成する絶縁樹脂層C、第一配線基板と接合する面に絶縁樹脂層Aの3種類の絶縁樹脂が用いられている。また、FC-BGA用配線基板1とインターポーザ3との間隙が絶縁性の接着部材としてのアンダーフィル2で埋め込まれている。さらにインターポーザ3の、FC-BGA用配線基板1とは逆側の面に半導体素子4が銅ピラー20a及びその先端の半田20bで接合(接合部20)され、半導体素子4とインターポーザ3との間隙がアンダーフィル21で埋め込まれている。
アンダーフィル21は半導体チップ4とインターポーザ3とを固定及び接合部20を封止するために用いられる接着剤であり、アンダーフィル2と同様の材料で構成される。
まず、図3(a)に示すように、支持体5の一方の面に、後の工程で支持体5を剥離するために必要な剥離層6を形成する。
次に、図3(f)に示すように、フォトリソグラフィーにより、導体層10上に開口部を設ける。開口部に対して、現像時の残渣除去を目的として、プラズマ処理を行ってもよい。
次に、図4(h)に示すように、シード層12上にレジストパターン13を形成し、その開口部に電解めっきにより導体層(配線層)14を形成する。導体層14は、インターポーザ3の内部の配線層となる。本発明の一実施形態では導体層14として銅を形成した。その後、図4(i)に示すようにレジストパターン13を除去する。その後、不要なシード層12をエッチング除去する。
次に、図4(l)に示すように、開口部の表面上にシード層15を設ける。シード層15の構成については前述したシード層8と同様で、適宜構成、厚みを変更可能である。本発明の一実施形態ではTi:50nm、Cu:300nmをスパッタリング法で形成した。
次に、図4(j)から図5(n)の工程を繰り返し、図5(o)に示すような、導体層(配線層)17が多層化された基板を得る。導体層17の内、最表面に配置される導体層(第2電極)18は、FC-BGA用配線基板1との接合用の電極となる。
次に、図5(q)に示すように導体層17の表面の酸化防止とはんだバンプの濡れ性をよくするため、表面処理層24を設ける。本発明の実施形態では、表面処理層24として無電解Ni/Pd/Auめっきを成膜する。なお、表面処理層24には、OSP(Organic Soiderability Preservative 水溶性プレフラックスによる表面処理)膜を形成してもよい。また、無電解スズめっき、無電解Ni/Auめっきなどから適宜用途に応じて選択しても良い。
図6Aに示すように、支持体5上に形成されたインターポーザ3の接合部19aに合わせてFC-BGA用配線基板1の接合部19bを設計、製造したFC-BGA用配線基板1に対して支持体5上に形成されたインターポーザ3を配置する。
次に図6Cに示すように、支持体5を剥離する。剥離層6は、UV光をレーザ光23で照射して剥離する。支持体5の背面より、すなわち、支持体5のFC-BGA用配線基板1とは逆側の面からレーザ光23を支持体5との界面に形成された剥離層6に照射し剥離可能な状態とすることで、図6Dに示すように支持体5を取り外すことが可能となる。
次に、シード層8を除去し、図6Fに示すような基板を得る。本発明の実施形態では、シード層8は、チタンと銅を用いており、それぞれアルカリ系のエッチング剤と、酸系のエッチング剤にて溶解除去することができる。このようにして、インターポーザ(第2配線基板)3とFC-BGA用配線基板(第1配線基板)1が接合された配線基板40を得る。
図8Aに示すように、配線基板40のインターポーザ3の接合部20bに対して、半導体素子4の接合部20aを配置する。
次に図8Bに示すように、配線基板40のインターポーザ3と半導体素子4を接合する。接合部20を形成する方式としては、例えば、リフロー炉を用いた一括リフロー(マスリフロー)方式や、加熱加圧機能を有するフリップチップ実装機を用いたローカルリフロー方式が可能である。
キャピラリーフロー方式でアンダーフィル21を充填することで、低コストで半導体素子4を封止できる。
次いで、必要に応じて図8Aから図8Cの工程を繰り返し、複数個の半導体素子4を配線基板40のインターポーザ3に実装することによって、図1に示す半導体素子を実装した半導体パッケージが完成する。
次に、上述したような配線基板40の構成とその製造方法を用いた場合の作用効果について説明する。本発明の一態様によれば、FC-BGA用配線基板1に搭載した後に支持体5を剥離する方式において、支持体5を剥離した後も変形せず、形状安定性に優れた微細な配線層を形成することができる。また、信頼性の観点ではクラックを抑制することができる。そのため、実装性、信頼性に優れた配線基板を提供することが可能となる。
次に、第2の実施形態に係る配線基板ついて説明する。
第2の実施形態に係る配線基板と、第1の実施形態に係る配線基板とは類似であるが、第2電極に関して異なることを特徴としている。そのため、図9(a)~図9(c)を参照して第2電極について説明し、その他については説明を省略する。
ピラー31を有する凸形状の電極によって、インターポーザ3と半導体素子4との間を広くすることができる。このため、液状のアンダーフィル21が流れやすくなり、インターポーザ3と半導体素子4との間にボイド(空隙)が発生しにくくなる。つまり、キャピラリーフロー方式によるアンダーフィル21の形成が容易となる。
次に、第3の実施形態に係る配線基板ついて説明する。
第3の実施形態に係る配線基板と、第1の実施形態に係る配線基板とは類似であるが、第2電極に関して異なることを特徴としている。そのため、図12(a)~図12(b)を参照して第2電極について説明し、その他については説明を省略する。
図12(a)に示す表面に露出した導体層10の表面を、エッチングすることによって、図12(b)に示すように凹み形状の電極を形成することができる。エッチング方法は、ウェット、ドライのいずれも可能である。さらに、酸化防止と半田バンプの濡れ性をよくするため、無電解Ni/Pd/Auめっき、OSP、無電解スズめっき、無電解Ni/Auめっきなどの表面処理を施してもよい。
凹み形状の電極によって、半導体素子4を実装するとき、半導体素子4の接合部20aがインターポーザ3側に接触した後、絶縁樹脂Cの側面があることによってはんだが濡れ広がる領域は導体層10上のみとなり、はんだが導体層10の周囲に流れ出ることを抑制できる。導体層10の形状が矩形、長円形など、円形ではない場合により効果的である。
次に、第4の実施形態に係る配線基板ついて説明する。
第4の実施形態に係る配線基板の製造方法と、第1の実施形態に係る配線基板の製造方法とは類似であるが、アンダーフィルの形成に関して異なることを特徴としている。そのため、図13A~図13Bを参照してアンダーフィルの形成について説明し、その他については説明を省略する。
図13Aに示すように、配線基板40のインターポーザ3の接合部20bに対して、半導体素子4の接合部20aを配置する。半導体素子4には、フィルム状接続材料(NCF)33が仮接着されている。
次に図13Bに示すように、配線基板40のインターポーザ3と半導体素子4を接合する。接合部20を形成する方式としては、例えば、加熱加圧機能を有するフリップチップ実装機を用いたローカルリフロー方式が可能である。
次いで、必要に応じて図13A~図13Bの工程を繰り返し、複数個の半導体素子4を配線基板40のインターポーザ3に実装することによって、図1に示す半導体素子を実装した半導体パッケージが完成する。
膜厚が均一なフィルム状接続材料(NCF)を用いることによって、半導体素子4を実装するときのギャップが均一に制御され、またボイドの抑制ができるため信頼性に優れた半導体パッケージが得られる。
上述の実施形態は一例であって、その他、具体的な細部構造などについては適宜に変更可能であることは勿論である。
2、21…アンダーフィル
3…インターポーザ(第2配線基板)
4…半導体素子(半導体チップ)
5…支持体
6…剥離層
8、12、15…シード層
9、13、16、30、32…レジストパターン
10…導体層(第1電極)
A…絶縁樹脂層(第1絶縁樹脂)
B…絶縁樹脂層(配線用絶縁樹脂)
C…絶縁樹脂層(第2絶縁樹脂)
17…導体層(配線層)
18…導体層(第2電極)
19…FC-BGA用配線基板‐インターポーザ接合部
19a…インターポーザ側バンプ
19b…FC-BGA用配線基板側バンプ
20…半導体素子‐インターポーザ接合部
20a…半導体素子側銅-はんだバンプ
20b…インターポーザ側パッド電極
22…微細配線層
23…レーザ光
24…表面処理層
31…ピラー
33…フィルム状接続材料(NCF)
40…配線基板
Claims (15)
- 第1配線基板と、
前記第1配線基板に接合され、前記第1配線基板より微細な配線が形成された第2配線基板を備え、
前記第1配線基板との接合面に対向する前記第2配線基板の対向面に半導体素子が実装される配線基板であって、
前記第2配線基板に用いる微細な配線を形成する為の配線用絶縁樹脂の表裏に、貯蔵弾性率が前記配線用絶縁樹脂よりも大きな絶縁樹脂が形成され、
前記配線用絶縁樹脂の表裏に形成する前記絶縁樹脂は、貯蔵弾性率の異なる第1絶縁樹脂と第2絶縁樹脂を含み、
前記半導体素子の実装面側から見て前記第2絶縁樹脂、前記配線用絶縁樹脂、前記第1絶縁樹脂の順に積層されており、
前記第2配線基板の前記半導体素子が実装される電極パッドの厚さは、前記第2絶縁樹脂の厚さよりも薄いことを特徴とする配線基板。 - 前記第1絶縁樹脂の貯蔵弾性率をAとし、前記配線用絶縁樹脂の貯蔵弾性率をBとし、前記第2絶縁樹脂の貯蔵弾性率をCとしたとき、B<C<Aの関係である請求項1に記載の配線基板。
- 前記配線用絶縁樹脂が感光性樹脂である請求項1または2に記載の配線基板。
- 前記第1配線基板と前記第2配線基板との接続ピッチが前記半導体素子の接続ピッチよりも大きい請求項1から3のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記第2配線基板のCu電極形状が、前記第1配線基板との接続側は凹み形状であり、前記半導体素子との接続側が平坦形状である請求項1から4のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記第2配線基板のCu電極形状が、前記第1配線基板との接続側は凹み形状であり、前記半導体素子との接続側が凸形状である請求項1から4のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記第2配線基板のCu電極形状が、前記第1配線基板との接続側、および前記半導体素子との接続側が共に凹み形状である請求項1から4のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記第2配線基板に形成された前記微細な配線の一部は、前記第2絶縁樹脂に埋め込まれている請求項1から7のいずれか1項に記載の配線基板。
- 前記第2絶縁樹脂と前記第1絶縁樹脂は、それぞれ感光性樹脂のみを含む請求項1から8のいずれか1項に記載の配線基板。
- 第1配線基板と、
前記第1配線基板と、前記第1配線基板に接合された前記第1配線基板より微細な配線が形成された第2配線基板とを備え、前記第2配線基板の前記第1配線基板との接合面の対向面に半導体素子が実装される配線基板の製造方法であって、
支持体の一面上に剥離層を形成する工程と、
前記剥離層の上部に前記半導体素子と接合する第2電極を形成する工程と、
第2絶縁樹脂を形成する工程と、
配線用絶縁樹脂と配線層からなる微細配線層を形成する工程と、
前記微細配線層の前記支持体と対向する側に前記第1配線基板と接合する第1電極を形成する工程と、第1絶縁樹脂を形成する工程を有する前記第2配線基板を形成する工程と、
前記第1配線基板の一方の面に前記第2配線基板と接合する第3電極を形成し、前記第2配線基板と前記第1配線基板を、前記第1電極と前記第3電極とで接合する工程と、
前記支持体を前記剥離層により前記第2配線基板から剥離し、前記第2電極と前記第2絶縁樹脂を表面に露出させる工程と、
前記第1配線基板と前記第2配線基板との間に第1封止樹脂を形成する工程と、
前記第1封止樹脂を硬化させる工程と、
前記第2配線基板と前記半導体素子を、前記第2電極と前記半導体素子の第4電極とで接合する工程と、
前記第2配線基板と前記半導体素子との間に第2封止樹脂を形成する工程と、
前記第2封止樹脂を硬化させる工程と、
を含み、
前記第2電極の厚さは、前記第2絶縁樹脂の厚さよりも薄いことを特徴とする配線基板の製造方法。 - 前記第2配線基板と前記第1配線基板とはマスリフロー方式で接合する請求項10に記載の配線基板の製造方法。
- 前記第2配線基板と前記第1配線基板との接合部、半導体素子の接合部共にキャピラリーフローアンダーフィルで封止する請求項10に記載の配線基板の製造方法。
- 前記第2配線基板と前記第1配線基板との接合部はキャピラリーフローアンダーフィルで封止され、
半導体素子の接合部はフィルム状接続材料(NCF)で封止される請求項10に記載の配線基板の製造方法。 - 前記配線層の一部は、前記第2絶縁樹脂に埋め込まれている請求項10から13のいずれか1項に記載の配線基板の製造方法。
- 前記第2絶縁樹脂と前記第1絶縁樹脂は、それぞれ感光性樹脂のみを含む請求項10から14のいずれか1項に記載の配線基板の製造方法。
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