特開 2024-134789 半導体装置及び配線基板

(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】P2024134789

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】半導体装置及び配線基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20240927BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 J

H01L23/12 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045152

(22)【出願日】2023-03-22

(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】関島 信一朗

(72)【発明者】

【氏名】穗坂 岬

【テーマコード（参考）】

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E338AA02

5E338BB25

5E338BB75

5E338CD33

5E338EE24

(57)【要約】      （修正有）

【課題】短絡を抑制しながら薄型化しやすい半導体装置及び配線基板を提供する。
【解決手段】半導体装置は、一方の面に複数の電極パッド６３を有する配線基板と、配線基板に対向する面に複数の導電性ピラーと、配線基板に実装された半導体チップと、夫々が電極パッドと導電性ピラーと接合する複数の導電性接合材と、を有し、電極パッドは、電極パッドを貫通する貫通孔４１と、貫通孔につながる切欠き部４２と、が形成されている。配線基板はまた、電極パッドと同一平面に形成され、電極パッドと電気的に接続するビアランド６４を備え、切欠き部は、一方の面に垂直な平面視で電極パッドに隣接する電極パッド及びビアランドのうち、互いに隣接する、２つの電極パッドの間に向けて延びるか、２つのビアランドの間に向けて延びるか又は１つの電極パッドと１つのビアランドとの間に向けて延び、導電性接合材の一部は、貫通孔の領域内又は切欠き部を含む領域内にある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の面に複数の電極パッドを有する配線基板と、
前記配線基板に対向する面に複数の導電性ピラーを有し、前記配線基板に実装された半導体チップと、
それぞれが前記電極パッドと前記導電性ピラーと接合する複数の導電性接合材と、
を有し、
前記電極パッドに、
当該電極パッドを貫通する貫通孔と、
前記貫通孔につながる切欠き部と、
が形成されており、
前記配線基板は、前記電極パッドと同一平面に形成され、当該電極パッドと電気的に接続するビアランドを備え、
前記切欠き部は、前記一方の面に垂直な平面視で、当該電極パッドに隣接する電極パッド及びビアランドのうち、互いに隣接する２つの電極パッドの間に向けて延びるか、互いに隣接する２つのビアランドの間に向けて延びるか、又は、互いに隣接する１つの電極パッドと１つのビアランドとの間に向けて延び、
前記導電性接合材の一部は、前記貫通孔の領域内又は前記切欠き部を含む領域内にある半導体装置。

【請求項2】

前記導電性ピラーの直径は、前記貫通孔の内径よりも小さい請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記一方の面の中心から見て、前記切欠き部は前記貫通孔の外側に延びる請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記切欠き部は、前記一方の面の中心を基準として放射状に延びる請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記一方の面は矩形の平面形状を有し、
前記矩形を前記矩形の各辺に平行な辺を有する４つの矩形領域に等分したとき、前記４つの矩形領域の各々において、前記切欠き部は、前記一方の面の中心と前記矩形の４つの頂点のうちで当該矩形領域に含まれる頂点とを結ぶ線分に平行に延びる請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項6】

一方の面に複数の電極パッドを有し、
前記電極パッドに、
当該電極パッドを貫通する貫通孔と、
前記貫通孔につながる切欠き部と、
が形成されており、
前記電極パッドと同一平面に形成され、当該電極パッドと電気的に接続するビアランドを備え、
前記切欠き部は、前記一方の面に垂直な平面視で、当該電極パッドに隣接する電極パッド及びビアランドのうち、互いに隣接する２つの電極パッドの間に向けて延びるか、互いに隣接する２つのビアランドの間に向けて延びるか、又は、互いに隣接する１つの電極パッドと１つのビアランドとの間に向けて延びる配線基板。

【請求項7】

前記一方の面の中心から見て、前記切欠き部は前記貫通孔の外側に延びる請求項６に記載の配線基板。

【請求項8】

前記切欠き部は、前記一方の面の中心を基準として放射状に延びる請求項６又は７に記載の配線基板。

【請求項9】

前記一方の面は矩形の平面形状を有し、
前記矩形を前記矩形の各辺に平行な辺を有する４つの矩形領域に等分したとき、前記４つの矩形領域の各々において、前記切欠き部は、前記一方の面の中心と前記矩形の４つの頂点のうちで当該矩形領域に含まれる頂点とを結ぶ線分に平行に延びる請求項６又は７に記載の配線基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置及び配線基板に関する。

【背景技術】

【0002】

導電性ピラーを備えた半導体チップが配線基板にフリップチップ実装された半導体装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１４９９９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、半導体装置の薄型化の要請が高まっている。半導体装置の薄型化のためには、配線基板と半導体チップとの間の距離の短縮が考えられる。しかしながら、導電性ピラーを低くすると、配線基板と半導体チップとの接続に用いられるはんだ等の導電性接合材が導電性ピラーの側面及び半導体チップの表面に沿って広がり、導電性接合材同士の接触に伴う短絡が生じるおそれがある。

【0005】

本開示は、短絡を抑制しながら薄型化しやすくできる半導体装置及び配線基板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、一方の面に複数の電極パッドを有する配線基板と、前記配線基板に対向する面に複数の導電性ピラーを有し、前記配線基板に実装された半導体チップと、それぞれが前記電極パッドと前記導電性ピラーと接合する複数の導電性接合材と、を有し、前記電極パッドに、当該電極パッドを貫通する貫通孔と、前記貫通孔につながる切欠き部と、が形成されており、前記配線基板は、前記電極パッドと同一平面に形成され、当該電極パッドと電気的に接続するビアランドを備え、前記切欠き部は、前記一方の面に垂直な平面視で、当該電極パッドに隣接する電極パッド及びビアランドのうち、互いに隣接する２つの電極パッドの間に向けて延びるか、互いに隣接する２つのビアランドの間に向けて延びるか、又は、互いに隣接する１つの電極パッドと１つのビアランドとの間に向けて延び、前記導電性接合材の一部は、前記貫通孔の領域内又は前記切欠き部を含む領域内にある半導体装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、短絡を抑制しながら薄型化しやすくできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る半導体装置に含まれる配線基板を示す上面図である。

【図2】実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図3】実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【図4】参考例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。また、本開示においては、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ１－Ｙ２方向及びＺ１－Ｚ２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ１－Ｚ２方向及びＸ１－Ｘ２方向を含む面をＺＸ面と記載する。なお、便宜上、Ｚ１－Ｚ２方向を上下方向とし、Ｚ１側を上側、Ｚ２側を下側とする。また、平面視とは、Ｚ１側から対象物を視ることをいい、平面形状とは、対象物をＺ１側から視た形状のことをいう。但し、半導体装置及び配線基板は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。

【0010】

［半導体装置の構造］
まず、実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。図１は、実施形態に係る半導体装置に含まれる配線基板を示す上面図である。図２は、実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、図１中のII-II線に沿った断面図に相当する。

【0011】

図１及び図２に示すように、実施形態に係る半導体装置１は、配線基板１０と、半導体チップ２０と、導電性接合材３０と、アンダーフィル材９０とを有する。配線基板１０はＸＹ面に略平行な一方の面１１を有する。

【0012】

配線基板１０は、例えば、コア層５０と、コア層５０の上面に設けられたビルドアップ層６０と、コア層５０の下面に設けられたビルドアップ層７０とを有する。配線基板１０が、コア層を含まないコアレス基板であってもよい。

【0013】

コア層５０は、貫通孔５２が形成された絶縁性の基材５１と、貫通孔５２の内壁面に形成された貫通電極５３と、貫通電極５３の内側に充填された充填材５４とを有する。例えば、コア層５０の材料はガラスエポキシ等であり、貫通電極５３の材料は銅（Ｃｕ）等である。また、充填材５４が存在せず、貫通孔５２の内部が全て金属で充填された貫通電極５３が用いられてもよい。

【0014】

ビルドアップ層６０は、複数の絶縁層６１と、複数の配線層６２とを有する。配線層６２は、絶縁層６１の最上面に、半導体チップ２０との接続用の複数の電極パッド６３と、複数のビアランド６４とを含む。電極パッド６３の数とビアランド６４との数は等しく、各電極パッド６３に１つのビアランド６４が電気的に接続されている。配線層６２の材料は、例えば銅等の導電体である。絶縁層６１の材料は、例えばプリプレグである。

【0015】

ビアランド６４は、電極パッド６３及びビアランド６４を含む配線層６２（コア層５０から最も離れた配線層６２）よりもコア層５０に近い他の配線層６２に、これら配線層６２の間の絶縁層６１に形成されたビアホール６５内のビア導体６６を介して直接接している。すなわち、ビアランド６４は電極パッド６３と同一平面に形成されている。ビアランド６４の平面形状は、例えば円形状である。

【0016】

電極パッド６３の平面形状は、例えば円弧状である。電極パッド６３の平面形状はアルファベットのＣの字状であってもよい。電極パッド６３には、当該電極パッド６３を貫通する貫通孔４１と、貫通孔４１につながる切欠き部４２とが形成されている。貫通孔４１は、例えば、電極パッド６３の中央部に形成された略円筒状の空間である。切欠き部４２は、貫通孔４１から電極パッド６３の外部に向かって直線状に延びる。貫通孔４１及び切欠き部４２から絶縁層６１の最上面が露出する。

【0017】

例えば、電極パッド６３の外径とビアランド６４の直径とが等しくてもよい。平面視で、複数の電極パッド６３と複数のビアランド６４とが略四角格子状に配列していてもよい。平面視で、複数の電極パッド６３と複数のビアランド６４とが略千鳥格子状に配列していてもよい。切欠き部４２は、平面視で、当該電極パッド６３及びビアランド６４のうち、互いに隣接する２つの電極パッド６３の間に向けて延びるか、互いに隣接する２つのビアランド６４の間に向けて延びるか、又は、互いに隣接する１つの電極パッド６３と１つのビアランド６４との間に向けて延びる。

【0018】

例えば、配線基板１０の面１１は矩形の平面形状を有し、面１１は４つの矩形領域１３を有する。矩形領域１３は面１１の各辺に平行な辺を有し、４つの矩形領域１３の平面形状は合同であり、４つの矩形領域１３から面１１が構成される。つまり、矩形領域１３は面１１を４等分して得られる領域である。４つの矩形領域１３の各々において、電極パッド６３の切欠き部４２は、面１１の中心１２と４つの頂点１４のうちで当該矩形領域１３に含まれる頂点１４とを結ぶ線分に平行に延びる。別の見方をすると、切欠き部４２は、面１１の中心１２を基準として放射状に延びる。また、切欠き部４２は面１１の中心１２から見て外側に向けて延びる。

【0019】

ビルドアップ層７０は、複数の絶縁層７１と、複数の配線層７２とを有する。配線層７２は、絶縁層７１の最下面に、外部装置との接続用の複数の電極パッド７３を含む。配線層７２の材料は、例えば銅等の導電体である。絶縁層７１の材料は、例えばプリプレグである。電極パッド７３の上にはんだボールが設けられてもよい。

【0020】

電極パッド６３と電極パッド７３とが、配線層６２、貫通電極５３及び配線層７２を介して互いに電気的に接続されている。ビルドアップ層６０に含まれる絶縁層６１及び配線層６２の数、ビルドアップ層７０に含まれる絶縁層７１及び配線層７２の数は特に限定されない。

【0021】

半導体チップ２０は複数の導電性ピラー２１を有する。導電性ピラー２１の数は電極パッド６３の数と等しい。導電性ピラー２１の材料は、例えば銅等の導電体である。半導体チップ２０は配線基板１０の面１１にフリップチップ実装されている。導電性ピラー２１の直径は貫通孔４１の内径よりも小さい。導電性ピラー２１の各々の一部が貫通孔４１の内側にある。アンダーフィル材９０が半導体チップ２０と配線基板１０との間に充填されている。

【0022】

導電性接合材３０は、電極パッド６３及び導電性ピラー２１と同数設けられている。導電性接合材３０の各々が１つの電極パッド６３と１つの導電性ピラー２１と接合する。電極パッド６３と導電性ピラー２１とが導電性接合材３０により電気的に接続されている。導電性接合材３０の一部が貫通孔４１の領域内又は切欠き部４２を含む領域内にある。貫通孔４１の内側が導電性ピラー２１及び導電性接合材３０により充填されていてもよい。切欠き部４２が導電性接合材３０により充填されていてもよい。切欠き部４２に導電性接合材３０により充填されていない部分があってもよい。導電性接合材３０の材料は、例えば、Ｓｎ（錫）、Ｓｎ－Ａｇ（銀）系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のＰｂ（鉛）フリーはんだである。

【0023】

［半導体装置の製造方法］
次に、実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図３は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図３には、主として、１組の電極パッド６３、ビアランド６４、導電性ピラー２１及び導電性接合材３０の周辺を拡大して示す。

【0024】

まず、図３（ａ）に示すように、配線基板１０及び半導体チップ２０を準備する。

【0025】

配線基板１０に含まれる配線層６２及び７２は、例えばセミアディティブ法又はサブトラクティブ法により形成できる。例えば、電極パッド６３及びビアランド６４を含む配線層６２を形成する際には、めっきシード層を形成し、次に、当該配線層６２を形成する領域を露出するマスクをめっきシード層の上に形成し、次に、めっきシード層を給電経路として用いた電解めっきを行う。その後、マスクを除去し、次に、めっきシード層のうちマスクに覆われていた部分を除去する。このようにして、電極パッド６３及びビアランド６４を含む配線層６２を形成することができる。

【0026】

半導体チップ２０の準備においては、導電性ピラー２１の配線基板１０に対向する面に導電性接合材３０をめっき等により形成する。

【0027】

配線基板１０及び半導体チップ２０を準備した後、導電性接合材３０の表面にフラックスを塗布し、次に、半導体チップ２０を配線基板１０の上に載置してリフローを行う。この結果、導電性接合材３０が溶融した後に凝固し、図３（ｂ）に示すように、電極パッド６３と導電性ピラー２１とが導電性接合材３０により互いに接合される。

【0028】

その後、配線基板１０と半導体チップ２０との間の空間にアンダーフィル材９０を充填する（図２参照）。

【0029】

このようにして、実施形態に係る半導体装置１を製造することができる。

【0030】

本実施形態に係る半導体装置１においては、電極パッド６３に貫通孔４１が形成され、導電性ピラー２１の各々の一部が貫通孔４１の内側にある。このため、導電性ピラー２１を低くせずとも、配線基板１０と半導体チップ２０との間の距離を短くできる。

【0031】

また、電極パッド６３に切欠き部４２が形成されている。このため、溶融した導電性接合材３０は導電性ピラー２１の側面に沿って半導体チップ２０に向けて流動するよりも面１１に沿って流動しやすい。従って、導電性接合材３０の半導体チップ２０の面上での流動に伴う短絡を抑制することができる。

【0032】

ここで、参考例について説明する。参考例は、主として、電極パッドの形状及び導電性ピラーの点で実施形態と相違する。図４は、参考例に係る半導体装置を示す断面図である。図４には、主として、１組の電極パッド、ビアランド、導電性ピラー及び導電性接合材の周辺を拡大して示す。

【0033】

参考例に係る半導体装置では、配線基板１０が電極パッド６３に代えて電極パッド６３Ｘを有し、半導体チップ２０が導電性ピラー２１に代えて導電性ピラー２１Ｘを有する。

【0034】

電極パッド６３Ｘの材料及び厚さは電極パッド６３の材料及び厚さと同じである。電極パッド６３Ｘの平面形状は円形状であり、電極パッド６３Ｘに貫通孔及び切欠き部は形成されていない。また、導電性ピラー２１Ｘは電極パッド６３Ｘの厚さだけ導電性ピラー２１よりも低い。参考例の他の構成は実施形態と同様である。

【0035】

参考例における配線基板１０と半導体チップ２０との間の距離は、実施形態における配線基板１０と半導体チップ２０との間の距離と等しい。従って、参考例によっても薄型化が可能である。しかしながら、電極パッド６３Ｘに貫通孔及び切欠き部は形成されていないため、図４に示すように、溶融した導電性接合材３０が導電性ピラー２１の側面に沿って半導体チップ２０に向けて流動し、半導体チップ２０の配線基板１０に対向する面に到達しやすい。そして、溶融した導電性接合材３０が半導体チップ２０の配線基板１０に対向する面に到達すると、この面上でも広がり得る。そうすると、導電性接合材３０同士の接触に伴う短絡が生じるおそれがある。

【0036】

これに対し、本実施形態によれば、上述のように、溶融した導電性接合材３０は導電性ピラー２１の側面に沿って半導体チップ２０に向けて流動しにくく、導電性接合材３０の半導体チップ２０の面上での流動に伴う短絡を抑制することができる。

【0037】

更に、切欠き部４２は、平面視で、当該電極パッド６３に隣接する２つの電極パッド６３の間に向けて延びる。このため、各電極パッド６３において流動した導電性接合材３０同士の接触を抑制し、導電性接合材３０同士の接触に伴う短絡を抑制することができる。

【0038】

特に、切欠き部４２が面１１の中心１２を基準として放射状に延びることで、流動した導電性接合材３０同士の接触に伴う短絡を抑制しやすい。また、電極パッド６３の熱膨張の量は切欠き部４２が延びる方向では他の方向よりも小さいため、中心１２を基準とした径方向での電極パッド６３の熱膨張を抑制することができる。一方、半導体チップ２０の熱膨張率は電極パッド６３を構成する金属材料の熱膨張率よりも小さい。このため、切欠き部４２が延びる方向において、半導体チップ２０の熱膨張の量と電極パッド６３の熱膨張の量との差を小さく抑制することができる。更に、複数の電極パッド６３の集合体を一つの物体とみなすと、平面視で、導電性接合材３０が流動する方向及び当該物体が熱膨張しやすい方向の異方性が低いため、熱応力の偏りを抑制し、熱応力の過度の集中に伴う破断等を抑制しやすい。

【0039】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、本開示は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】

【0040】

１ 半導体装置
１０ 配線基板
１１ 面
１２ 中心
１３ 矩形領域
１４ 頂点
２０ 半導体チップ
２１ 導電性ピラー
３０ 導電性接合材
４１ 貫通孔
４２ 切欠き部
６３ 電極パッド
６４ ビアランド
６５ ビアホール
６６ ビア導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】