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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022177703
(43)【公開日】2022-12-01
(54)【発明の名称】配線基板及び配線基板の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H05K 3/46 20060101AFI20221124BHJP
【FI】
H05K3/46 T
H05K3/46 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021084134
(22)【出願日】2021-05-18
(71)【出願人】
【識別番号】000190688
【氏名又は名称】新光電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】坂口 勇太
【テーマコード(参考)】
5E316
【Fターム(参考)】
5E316AA02
5E316AA12
5E316AA22
5E316AA38
5E316CC04
5E316CC06
5E316CC32
5E316DD33
5E316EE31
5E316FF04
5E316FF07
5E316FF15
5E316HH11
5E316JJ02
(57)【要約】
【課題】接合不良を抑制することができる配線基板及び配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】配線基板は、第1面と、前記第1面とは反対側の第2面とを備えた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の前記第1面の上に設けられた再配線層と、前記絶縁樹脂層の前記第2面から露出する第1接続端子と、前記絶縁樹脂層内に設けられ、前記再配線層と前記第1接続端子とを電気的に接続する導電ビアと、を有し、前記絶縁樹脂層は、前記第2面を構成し、第1フィラーを含有する第1樹脂層と、前記第1樹脂層の前記第1面側に設けられた第2樹脂層と、前記第2樹脂層の前記第1面側に設けられ、第2フィラーを含有し、前記第1面を構成する第3樹脂層と、を有し、前記第1フィラーの平均粒径は、前記第2フィラーの平均粒径よりも大きい。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1面と、前記第1面とは反対側の第2面とを備えた絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の前記第1面の上に設けられた再配線層と、
前記絶縁樹脂層の前記第2面から露出する第1接続端子と、
前記絶縁樹脂層内に設けられ、前記再配線層と前記第1接続端子とを電気的に接続する導電ビアと、
を有し、
前記絶縁樹脂層は、
前記第2面を構成し、第1フィラーを含有する第1樹脂層と、
前記第1樹脂層の前記第1面側に設けられた第2樹脂層と、
前記第2樹脂層の前記第1面側に設けられ、第2フィラーを含有し、前記第1面を構成する第3樹脂層と、
を有し、
前記第1フィラーの平均粒径は、前記第2フィラーの平均粒径よりも大きいことを特徴とする配線基板。
【請求項2】
前記第1フィラーの平均粒径は、0.05μm~1.00μmであり、
前記第2フィラーの平均粒径は、0.01μm~0.50μmであることを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
【請求項3】
前記第1フィラーの平均粒径は、前記第2フィラーの平均粒径の3倍~100倍であることを特徴とする請求項1又は2に記載の配線基板。
【請求項4】
前記絶縁樹脂層の前記第1面に垂直な断面において、
前記第1樹脂層中で前記第1フィラーが占める割合は、40%~70%であり、
前記第3樹脂層中で前記第2フィラーが占める割合は、50%~80%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線基板。
【請求項5】
前記絶縁樹脂層の前記第1面に垂直な断面において、
前記第1樹脂層中の前記第1フィラーの個数密度は2個/μm~10個/μmであり、
前記第3樹脂層中の前記第2フィラーの個数密度は20個/μm~40個/μmであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の配線基板。
【請求項6】
前記第2樹脂層はガラス繊維を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の配線基板。
【請求項7】
前記第3樹脂層は、前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層に比べて厚さが薄いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の配線基板。
【請求項8】
前記第1接続端子が接合された第2接続端子を備えたビルドアップ基板を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配線基板。
【請求項9】
支持基板の上に接続端子を形成する工程と、
前記支持基板の上に前記接続端子を覆い、前記支持基板に対向する第2面と、前記第2面とは反対側の第1面とを備えた絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記絶縁樹脂層内に前記接続端子に接続される導電ビアを形成する工程と、
前記絶縁樹脂層の前記第1面の上に再配線層を形成する工程と、
を有し、
前記絶縁樹脂層を形成する工程は、
前記第2面を構成し、第1フィラーを含有する第1樹脂層を形成する工程と、
前記第1樹脂層の前記第1面側に第2樹脂層を形成する工程と、
前記第2樹脂層の前記第1面側に、第2フィラーを含有し、前記第1面を構成する第3樹脂層を形成する工程と、
を有し、
前記第1フィラーの平均粒径は、前記第2フィラーの平均粒径よりも大きいことを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、配線基板及び配線基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ビルドアップ基板の上にインターポーザを搭載した配線基板が開示されている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2020-205331号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の配線基板によれば、所期の目的は達成されるものの、インターポーザとビルドアップ基板との間に接合不良が生じるおそれがある。
【0005】
本開示は、接合不良を抑制することができる配線基板及び配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一形態によれば、第1面と、前記第1面とは反対側の第2面とを備えた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の前記第1面の上に設けられた再配線層と、前記絶縁樹脂層の前記第2面から露出する第1接続端子と、前記絶縁樹脂層内に設けられ、前記再配線層と前記第1接続端子とを電気的に接続する導電ビアと、を有し、前記絶縁樹脂層は、前記第2面を構成し、第1フィラーを含有する第1樹脂層と、前記第1樹脂層の前記第1面側に設けられた第2樹脂層と、前記第2樹脂層の前記第1面側に設けられ、第2フィラーを含有し、前記第1面を構成する第3樹脂層と、を有し、前記第1フィラーの平均粒径は、前記第2フィラーの平均粒径よりも大きい配線基板が提供される。
【発明の効果】
【0007】
開示の技術によれば、接合不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】第1実施形態に係る配線基板を示す断面図である。
図2】絶縁樹脂層を示す断面図である。
図3】第1実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図(その1)である。
図4】第1実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図(その2)である。
図5】第1実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図(その3)である。
図6】第1実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図(その4)である。
図7】第1実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図(その5)である。
図8】シミュレーションの結果を示す図である。
図9】第2実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【0010】
(第1実施形態)
第1実施形態は、配線基板及びその製造方法に関する。
【0011】
[配線基板の構造]
まず、第1実施形態に係る配線基板の構造について説明する。図1は、第1実施形態に係る配線基板を示す断面図である。
【0012】
第1実施形態に係る配線基板1は、ビルドアップ基板100と、インターポーザ200と、接合材300と、接着層400とを有する。本開示においては、便宜上、ビルドアップ基板100からみてインターポーザ200が位置する方向を上方とし、その反対方向を下方とする。また、平面視とは、ビルドアップ基板100の上面に垂直な方向から対象物を見ることをいう。但し、配線基板は天地逆の状態で用いることができ、また、任意の姿勢で用いることができる。
【0013】
ビルドアップ基板100は、例えば、コア層110と、コア層110の上面に設けられたビルドアップ層120と、コア層110の下面に設けられたビルドアップ層130とを有する。
【0014】
コア層110は、貫通孔111xが形成された絶縁性の基材111と、貫通孔111xの内壁面に形成された貫通導電ビア112と、貫通導電ビア112の内側に充填された充填材113とを有する。
【0015】
ビルドアップ層120は、絶縁層121と、配線層122と、ソルダレジスト層123とを有する。配線層122は、絶縁層121の最上面に電極パッド124を含む。配線層122の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド124は、ビルドアップ基板100がインターポーザ200に接合される際の接続端子として用いられる。電極パッド124は第2接続端子の一例である。
【0016】
ビルドアップ層130は、絶縁層131と、配線層132と、ソルダレジスト層133とを有する。配線層132は、絶縁層131の最下面に電極パッド134を含む。配線層132の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド134は、ビルドアップ基板100がマザーボード等の外部部品に接合される際の接続端子として用いられる。
【0017】
電極パッド124と電極パッド134とが、配線層122、貫通導電ビア112及び配線層132を介して電気的に接続されている。ビルドアップ層120に含まれる絶縁層121及び配線層122の数、ビルドアップ層130に含まれる絶縁層131及び配線層132の数は特に限定されない。
【0018】
インターポーザ200は、例えば、第1配線構造体210と、第1配線構造体210の上面に設けられた第2配線構造体220とを有する。
【0019】
第1配線構造体210は、電極パッド211と、絶縁樹脂層212と、導電ビア213とを有する。
【0020】
ここで、絶縁樹脂層212について説明する。図2は、絶縁樹脂層212を示す断面図である。
【0021】
絶縁樹脂層212は、第1樹脂層10と、第1樹脂層10上の第2樹脂層20と、第2樹脂層20上の第3樹脂層30とを含む。第3樹脂層30は、第1樹脂層10及び第2樹脂層20よりも薄くてよい。例えば、第1樹脂層10の厚さ及び第2樹脂層20の厚さは、それぞれ20μm程度であり、第3樹脂層30の厚さは18μm程度である。絶縁樹脂層212は、上面212Aと、上面212Aとは反対側の下面212Bとを備える。第3樹脂層30が上面212Aを構成し、第1樹脂層10が下面212Bを構成する。上面212Aは第1面の一例であり、下面212Bは第2面の一例である。
【0022】
第2樹脂層20は、ガラス繊維21に絶縁性樹脂を含浸させて形成されている。第2樹脂層20の補強部材に含浸される絶縁性樹脂は、例えば熱硬化により硬化する。第1樹脂層10及び第3樹脂層30は、熱硬化性の樹脂を含むが、ガラス繊維を含まない。第1樹脂層10は第1フィラー11を含み、第3樹脂層30は第2フィラー31を含む。第1フィラー11及び第2フィラー31は、例えばシリカフィラー又はアルミナフィラー等である。第1フィラー11の平均粒径は、第2フィラー31の平均粒径よりも大きい。
【0023】
電極パッド211は第1樹脂層10に埋め込まれている。第1樹脂層10の下面と、電極パッド211の下面とが面一になっており、電極パッド211は絶縁樹脂層212の下面212Bから露出している。電極パッド211の側面は第1樹脂層10により覆われている。
【0024】
絶縁樹脂層212に、上面212Aから電極パッド211の上面に到達するビアホール212xが形成されている。導電ビア213はビアホール212x内に設けられている。導電ビア213は電極パッド211に接触する。第3樹脂層30の上面と、導電ビア213の上面とが面一になっている。電極パッド211及び導電ビア213の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド211は、インターポーザ200がビルドアップ基板100に接合される際の接続端子として用いられる。電極パッド211は第1接続端子の一例である。
【0025】
第2配線構造体220は、絶縁層221と、配線層222とを有する。配線層222の一部は導電ビア213に接触している。配線層222は、絶縁層221の最上面に電極パッド224を含む。絶縁層221の材料は、例えば有機樹脂である。配線層222の材料は、例えば銅等の導電体である。電極パッド224は、半導体チップが実装される際の接続端子として用いられる。例えば、第2配線構造体220の厚さは20μm程度である。第2配線構造体220に含まれる絶縁層221及び配線層222の数は特に限定されない。第2配線構造体220は再配線層の一例である。
【0026】
接合材300は、ビルドアップ基板100の電極パッド124と、インターポーザ200の電極パッド211とを接合する。接合材300の材料は、例えば、錫(Sn)層又ははんだ層である。はんだ層の材料としては、例えば、Sn-銀(Ag)系、Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系の鉛(Pb)フリーはんだを用いることができる。
【0027】
接着層400は、ビルドアップ基板100とインターポーザ200との間に設けられており、ビルドアップ基板100とインターポーザ200とを互いに接着する。接着層400は、例えばエポキシを主剤とする。接着層400はインターポーザ200の側面の一部を覆っていてもよい。
【0028】
[配線基板の製造方法]
次に、第1実施形態に係る配線基板1の製造方法について説明する。図3図7は、第1実施形態に係る配線基板1の製造方法を示す断面図である。
【0029】
まず、図3(a)に示すように、支持基板50を準備する。支持基板50は支持体51と、剥離層52と、銅箔53とを有する。剥離層52及び銅箔53は支持体51の上面及び下面に形成されている。剥離層52は、支持体51と銅箔53との間にある。例えば、支持体51は樹脂を含み、剥離層52は無機物の層である。支持基板50としては、インターポーザ200が複数個取れる大判の基板が使用される。つまり、支持基板50は、インターポーザ200に対応する構造体が形成される複数の領域を有している。
【0030】
次いで、図3(b)に示すように、支持基板50の上側及び下側において、銅箔53の上に電極パッド211を形成する。電極パッド211は、例えばセミアディティブ法により形成することができる。すなわち、電極パッド211を形成する予定の部分に開口部を有するめっきレジスト層(図示せず)を銅箔53上に形成し、銅箔53をめっき給電経路に利用する電解めっき法により、開口部内に銅等からなる電極パッド211を形成する。その後、めっきレジスト層を除去する。
【0031】
次いで、図4(a)に示すように、支持基板50の上側及び下側において、電極パッド211、銅箔53及び支持体51を覆うように絶縁樹脂層212を形成する。絶縁樹脂層212の形成では、まず、第1樹脂層10を形成し、次いで、第1樹脂層10の上に第2樹脂層20を形成し、第2樹脂層20の上に第3樹脂層30を形成する。第1樹脂層10は第1フィラー11を含有し、第2樹脂層20はガラス繊維21を含有し、第3樹脂層30は第2フィラー31を含有する。例えば、第1樹脂層10の厚さ、第2樹脂層20の厚さ及び第3樹脂層30の厚さは、それぞれ20μm程度とする。
【0032】
次いで、図4(b)に示すように、支持基板50の上側及び下側において、絶縁樹脂層212に電極パッド211に到達するビアホール212xを形成する。ビアホール212xは、例えばレーザ加工により形成することができる。ビアホール212xの形成後に、デスミア処理を行い、ビアホール212xの底部に露出する電極パッド211の表面に付着した樹脂残渣を除去することが好ましい。
【0033】
次いで、支持基板50の上側及び下側において、絶縁樹脂層212の上に、ビアホール212xを通じて電極パッド211に接続される導電層213Aを形成する。導電層213Aは、例えばセミアディティブ法により形成することができる。ここで、導電層213Aの形成方法について詳しく説明する。まず、絶縁樹脂層212上及びビアホール212xの内面に無電解めっき法又はスパッタ法により、銅等からなるシード層(不図示)を形成する。次いで、シード層上に、導電層213Aを形成する部分に開口部が設けられためっきレジスト層(不図示)を形成する。続いて、シード層をめっき給電経路に利用する電解めっき法により、めっきレジスト層の開口部に銅等からなる金属めっき層を形成する。その後、めっきレジスト層を除去する。次いで、金属めっき層をマスクにしてシード層をウェットエッチングにより除去する。このようにして、シード層及び金属めっき層を含む導電層213Aを形成することができる。
【0034】
次いで、図5(a)に示すように、支持基板50の上側において、化学機械的研磨(chemical mechanical polishing:CMP)法により、導電層213Aと、絶縁樹脂層212の表層部とを研磨し、導電層213Aの上面と絶縁樹脂層212の上面212Aとを面一にする。この研磨の結果、ビアホール212x内に導電ビア213が形成される。また、この結果、第3樹脂層30の厚さは18μm程度となり、第1樹脂層10及び第2樹脂層20よりも薄くなる。
【0035】
このようにして、絶縁樹脂層212と、絶縁樹脂層212内の導電ビア213と、導電ビア213に接続された電極パッド211とを備えた第1配線構造体210が形成される。
【0036】
次いで、図5(b)に示すように、絶縁樹脂層212及び導電ビア213の上に、絶縁層221と、配線層222とを有する第2配線構造体220を形成する。第2配線構造体220は、例えばセミアディティブ法により形成することができる。配線層222の一部は導電ビア213に接触させ、配線層222は絶縁層221の最上面に電極パッド224を含む。
【0037】
次いで、図6(a)に示すように、第1配線構造体210及び第2配線構造体220を銅箔53とともに、剥離層52から剥離する。
【0038】
次いで、図6(b)に示すように、銅箔53を除去する。その後、電極パッド211の下面に接合材300を設け、絶縁樹脂層212の下面212Bに接合材300を被覆する接着層400を形成する。接着層400としては、例えばエポキシを主剤とするNCF(non-conductive film)を用いることができる。
【0039】
次いで、図6(c)に示すように、接着層400の形成までの処理を行った構造体を所定の切断線に沿ってスライサー等により切断する。これにより、インターポーザ200に対応する構造体が個片化され、大判の支持基板50から複数のインターポーザ200が得られる。
【0040】
また、図7に示すように、別途、ビルドアップ基板100を準備する。そして、電極パッド211を電極パッド124に対向させながら、接着層400が形成されたインターポーザ200をビルドアップ基板100にフリップチップ実装する。このとき、電極パッド211と電極パッド124とを接合材300により互いに接合する。
【0041】
このようにして第1実施形態に配線基板1を製造することができる。
【0042】
第1実施形態において、第1配線構造体210及び第2配線構造体220を含むインターポーザ200は、剥離層52から剥離される前までは支持基板50により拘束される。このため、インターポーザ200の内部にインターポーザ200が反るような応力が内在していたとしても、剥離層52から剥離される前までインターポーザ200は変形しない。ただし、インターポーザ200が反るような応力が内在している場合、インターポーザ200が剥離層52から剥離されると、支持基板50による拘束から解放されるため、インターポーザ200に反りが生じてしまう。例えば、第1樹脂層10に含まれる第1フィラー11の平均粒径と、第3樹脂層30に含まれる第2フィラー31の平均粒径とが同程度である場合、インターポーザ200は、下側(第1配線構造体210側)に凸となるように変形しやすい。このような反りが生じると、銅箔53の除去が不均一になったり、インターポーザ200の電極パッド211とビルドアップ基板100の電極パッド124との間の距離が不均一になったりし、接合不良が生じるおそれがある。
【0043】
これに対し、第1実施形態では、第1フィラー11の平均粒径が第2フィラー31の平均粒径よりも大きい。このため、インターポーザ200の内部の応力を低減することができる。従って、インターポーザ200が剥離層52から剥離された後でも、インターポーザ200に反りが生じにくく、インターポーザ200とビルドアップ基板100との間の接合不良を抑制することができる。
【0044】
第1フィラー11の平均粒径は、好ましくは0.05μm~1.00μmであり、より好ましくは0.10μm~0.80μmである。また、第2フィラー31の平均粒径は、好ましくは0.01μm~0.50μmであり、より好ましくは0.05μm~0.30μmである。
【0045】
第1フィラー11の平均粒径は、第2フィラー31の平均粒径の3倍~100倍であることが好ましく、3倍~40倍であることがより好ましい。
【0046】
第1フィラー11の最大粒径は、好ましくは0.05μm~5.00μmであり、より好ましくは0.50μm~5.00μmである。また、第2フィラー31の最大粒径は、好ましくは0.10μm~1.00μmであり、より好ましくは0.30μm~1.00μmである。
【0047】
第1フィラー11及び第2フィラー31の粒径は、走査型電子顕微鏡(scanning electron microscope:SEM)を用いた、絶縁樹脂層212の上面212Aに垂直な断面の断面観察により測定することができる。例えば、断面観察は30000倍の倍率で行われる。
【0048】
また、絶縁樹脂層212の上面212Aに垂直な断面において、第1樹脂層10中で第1フィラー11が占める割合は、第3樹脂層30中で第2フィラー31が占める割合より低くてもよい。上記断面において、第1樹脂層10中で第1フィラーが占める割合は、好ましくは40%~70%であり、より好ましくは50%~60%である。また、上記断面において、第3樹脂層30中で第2フィラー31が占める割合は、好ましくは50%~80%であり、より好ましくは60%~70%である。
【0049】
また、絶縁樹脂層212の上面212Aに垂直な断面において、第1樹脂層10中の第1フィラー11の個数密度は、第3樹脂層30中の第2フィラー31の個数密度より低くてもよい。上記断面において、第1樹脂層10中の第1フィラー11の個数密度は、好ましくは2個/μm~10個/μmであり、より好ましくは5個/μm~6個/μmである。また、上記断面において、第3樹脂層30中の第2フィラー31の個数密度は、好ましくは20個/μm~40個/μmであり、より好ましくは26個/μm~29個/μmである。
【0050】
ここで、本願発明者が行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、第1樹脂層、第2樹脂層に含まれるフィラーのサイズを異ならせた4種類の条件(条件No.1、条件No.2、条件No.3、条件No.4)について、支持基板を剥離した後のインターポーザの反り量を計算した。表1に、各条件とフィラーとの関係を示す。表1において、フィラーAは、最大粒径が1μmで、平均粒径が0.1μmのフィラーであり、フィラーBは、最大粒径が5μmで、平均粒径が0.5μmのフィラーである。反り量は、インターポーザの平面形状が、一辺の長さが300mmとしたときの中心を基準とした角部の変位量である。シミュレーションの結果を図8に示す。
【0051】
【表1】
【0052】
図8に示すように、第1樹脂層に含まれるフィラーの平均粒径が、第3樹脂層に含まれるフィラーの平均粒径よりも大きい条件No.2において、条件No.1、条件No.3及び条件No.4よりも反り量が著しく低くなるという結果が得られた。
【0053】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、半導体装置に関する。図9は、第2実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【0054】
第2実施形態に係る半導体装置2では、第1実施形態に係る配線基板1のインターポーザ200の上に半導体チップ60が実装されている。すなわち、半導体チップ60に設けられた接続端子(図示せず)が、はんだ等の接合材(図示せず)を介して電極パッド224に接続されている。
【0055】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0056】
1 配線基板
2 半導体装置
10 第1樹脂層
11 第1フィラー
20 第2樹脂層
21 ガラス繊維
30 第3樹脂層
31 第2フィラー
60 半導体チップ
100 ビルドアップ基板
200 インターポーザ
210 第1配線構造体
211 電極パッド
212 絶縁樹脂層
213 導電ビア
220 第2配線構造体
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9