特開 2024-174387 半導体パッケージ、半導体モジュール、及び半導体パッケージの製造方法

(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】P2024174387

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】半導体パッケージ、半導体モジュール、及び半導体パッケージの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 501S

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092196

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】井上 仁

(72)【発明者】

【氏名】野尻 智之

(57)【要約】

【課題】小型化することが可能な、半導体パッケージ、半導体モジュール、及び半導体パッケージの製造方法を提供する。
【解決手段】第１面１００ａを有するインターポーザ基板１００と、第１面１００ａと向かい合う第２面２００ａと、第２面２００ａと表裏関係にある第３面２００ｂと、を有し、第１面１００ａ及び第２面２００ａを介してインターポーザ基板１００に実装された半導体チップ２００と、インターポーザ基板１００の第１面１００ａに実装された半田ボール３００と、を備え、半田ボール３００は、インターポーザ基板１００とは反対側に平坦面３１０を有し、第１面１００ａから平坦面３１０までの第１高さは、第１面１００ａから第３面２００ｂまでの第２高さと同じ、又は、第２高さよりも高い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面を有するインターポーザ基板と、
前記第１面と向かい合う第２面と、前記第２面と表裏関係にある第３面と、を有し、前記第１面及び前記第２面を介して前記インターポーザ基板に実装された半導体チップと、
前記インターポーザ基板の前記第１面に実装された半田ボールと、
を備え、
前記半田ボールは、前記インターポーザ基板とは反対側に平坦面を有し、
前記第１面から前記平坦面までの第１高さは、前記第１面から前記第３面までの第２高さと同じ、又は、前記第２高さよりも高い、半導体パッケージ。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体パッケージであって、
前記第１高さは、前記第２高さと同じである、半導体パッケージ。

【請求項3】

請求項１に記載の半導体パッケージであって、
前記第１高さは、前記第２高さよりも高い、半導体パッケージ。

【請求項4】

請求項１に記載の半導体パッケージと、
前記半導体パッケージが実装される実装基板と、
を備える、半導体モジュール。

【請求項5】

第１面を有するインターポーザ基板と、
前記第１面に配置された半田ボールと、
前記第１面に配置された半導体チップと、
を有する半導体パッケージの製造方法であって、
前記インターポーザ基板の前記第１面に、前記半導体チップの高さよりも高い球状の前記半田ボールを配置する工程と、
前記インターポーザ基板の前記第１面に前記半導体チップを配置する工程と、
前記半田ボール及び前記半導体チップを、ツールを用いて前記半導体チップが前記インターポーザ基板に実装されるまで同時に押圧し、前記半田ボールの前記ツール側に平坦面を形成する工程と、
を有する半導体パッケージの製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載の半導体パッケージの製造方法であって、
前記インターポーザ基板は、大型インターポーザ基板であり、
前記平坦面を形成した後、前記大型インターポーザ基板を個片化して前記半導体パッケージを形成する工程を含む、半導体パッケージの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体パッケージ、半導体モジュール、及び半導体パッケージの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、回路基板の一方の面（上側）に半導体チップが実装され、回路基板の他方の面（下側）に半田ボールが実装された、半導体パッケージの構成が開示されている。回路基板は、半田ボールを介して別の実装基板と電気的に接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－０１５６３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の構成によれば、半導体チップと半田ボールとが異なる面に配置されているため、半導体パッケージの高さ方向の寸法が大きくなり、大型化するという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

半導体パッケージは、第１面を有するインターポーザ基板と、前記第１面と向かい合う第２面と、前記第２面と表裏関係にある第３面と、を有し、前記第１面及び前記第２面を介して前記インターポーザ基板に実装された半導体チップと、前記インターポーザ基板の前記第１面に実装された半田ボールと、を備え、前記半田ボールは、前記インターポーザ基板とは反対側に平坦面を有し、前記第１面から前記平坦面までの第１高さは、前記第１面から前記第３面までの第２高さと同じ、又は、前記第２高さよりも高い。

【0006】

半導体モジュールは、上記に記載の半導体パッケージと、前記半導体パッケージが実装される実装基板と、を備える。

【0007】

半導体パッケージの製造方法は、第１面を有するインターポーザ基板と、前記第１面に配置された半田ボールと、前記第１面に配置された半導体チップと、を有する半導体パッケージの製造方法であって、前記インターポーザ基板の前記第１面に、前記半導体チップの高さよりも高い球状の前記半田ボールを配置する工程と、前記インターポーザ基板の前記第１面に前記半導体チップを配置する工程と、前記半田ボール及び前記半導体チップを、ツールを用いて前記半導体チップが前記インターポーザ基板に実装されるまで同時に押圧し、前記半田ボールの前記ツール側に平坦面を形成する工程と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】半導体モジュールの構成を示す断面図。

【図2】半導体モジュールの具体的な構成を示す断面図。

【図3】半導体パッケージの構成を示す断面図。

【図4】半導体パッケージの構成を示す断面図。

【図5】半導体パッケージの製造方法を示す断面図。

【図6】半導体パッケージの製造方法を示す断面図。

【図7】半導体パッケージの製造方法を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

まず、図１を参照しながら、半導体モジュール１０００の構成を説明する。

【0010】

図１に示すように、半導体モジュール１０００は、インターポーザ基板１００と、半導体チップ２００と、半田ボール３００と、実装基板４００と、を備えている。

【0011】

インターポーザ基板１００は、第１面１００ａを有する。半導体チップ２００は、第１面１００ａと向かい合って配置される第２面２００ａと、第２面２００ａと表裏関係にある第３面２００ｂと、を有する。即ち、半導体チップ２００は、第１面１００ａ及び第２面２００ａを介して、インターポーザ基板１００に実装されている。

【0012】

半田ボール３００は、図示しないが、平面視で半導体チップ２００の周囲に複数配置されている。半田ボール３００は、第１面１００ａに実装されている。また、半田ボール３００は、実装基板４００に実装されている。即ち、半田ボール３００を介して、インターポーザ基板１００と実装基板４００とが電気的に接続されている。なお、半田ボール３００は、インターポーザ基板１００と反対側、即ち、実装基板４００の側に平坦面３１０を有する。

【0013】

次に、図２を参照しながら、半導体モジュール１０００の具体的な構成を説明する。

【0014】

図２に示すように、インターポーザ基板１００は、例えば、シリコンウエハの上に、微細な配線を各々の層が含んだ多層配線構造を、半導体回路の製造技術を用いて形成したものである。なお、インターポーザ基板１００は、シリコンに限定されず、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）、ポリイミドやガラスエポキシなどの有機材料、ポリイミドテープなどのフレキシブルな基板であってもよい。

【0015】

半導体チップ２００は、集積回路を備えている。半導体チップ２００の第２面２００ａには、半導体端子２１１ａ，２１１ｂが配置されている。半導体チップ２００は、半導体端子２１１ａ，２１１ｂを介して、インターポーザ基板１００と電気的に接続されて実装されている。

【0016】

半導体チップ２００とインターポーザ基板１００との間には、アンダーフィル５１０が配置されている。また、半導体チップ２００の外縁２１０からインターポーザ基板１００の第１面１００ａに亘って、アンダーフィル５２０で覆われている。

【0017】

アンダーフィル５１０は、例えば、エポキシ系の樹脂である。つまり、半導体チップ２００とインターポーザ基板１００との間の隙間は、アンダーフィル５１０によって埋められている。これにより、半導体チップ２００の機械的強度の確保や、各部材の絶縁性の確保、また耐湿性を向上させることができる。

【0018】

半田ボール３００は、例えば、電気抵抗の低いはんだであり、金属などの接合に用いられ、錫（スズ）を主成分とした合金である。なお、半田ボール３００は、錫に限定されず、例えば、Ａｕ（金）などを用いてもよい。

【0019】

半田ボール３００とインターポーザ基板１００との間、具体的には、半田ボール３００のインターポーザ基板１００側の外周には、オーバーコート５３０が配置されている。オーバーコート５３０は、例えば、絶縁材料であり、半田ボール３００の位置をその場所に留める機能を有すると共に、半田ボール３００と半導体チップ２００との絶縁性を確保している。

【0020】

なお、インターポーザ基板１００と、半導体チップ２００と、半田ボール３００と、を含む構成を、半導体パッケージ９００と称する。半導体モジュール１０００は、半導体パッケージ９００に、実装基板４００を含む構成である。

【0021】

実装基板４００は、例えば、一方の面である表面に、配線パターン４１０，４４０ａ，４４０ｂが形成されている。また、他方の面である裏面に、例えば、配線パターン４２０，４５０ａ，４５０ｂが形成されている。配線パターン４１０，４２０は、例えば、接続電極４３０を介して電気的に接続されている。配線パターン４４０ａ，４５０ａは、例えば、接続電極４６０ａを介して電気的に接続されている。配線パターン４４０ｂ，４５０ｂは、例えば、接続電極４６０ｂを介して電気的に接続されている。

【0022】

配線パターン４１０，４２０，４４０ａ，４４０ｂ，４５０ａ，４５０ｂは、例えば、Ｃｕ（銅）である。なお、Ｃｕに限定されず、例えば、パラジウムニッケル（Ｐｂ／Ｎｉ）合金めっき、スズめっき（Ｓｎ）、半田めっき、などであってもよい。

【0023】

半導体パッケージ９００と実装基板４００とは、半田ペースト３２１，３２２，３２３を介して接続されている。なお、半導体チップ２００の実装基板４００側の面、即ち、第３面２００ｂ側には、熱伝導膜２２０が配置されている。熱伝導膜２２０は、例えば、銅（Ｃｕ）箔、又は、メタライゼーション（金属薄膜）である。

【0024】

このように、半導体チップ２００と実装基板４００とが、半田ペースト３２１を介して繋がっていることにより、半導体チップ２００で熱が発生した場合でも、熱伝導膜２２０、半田ペースト３２１、配線パターン４１０の順に熱を伝わらせることが可能となり、実装基板４００に放熱させることができる。

【0025】

また、半田ボール３００ａ，３００ｂと実装基板４００とが、半田ペースト３２２，３２３を介して接続されていることにより、インターポーザ基板１００と実装基板４００との間で、電気信号を送受することができる。

【0026】

次に、図３及び図４を参照しながら、半導体パッケージ９００Ａ，９００Ｂの構成を説明する。

【0027】

図３に示すように、半導体パッケージ９００Ａは、インターポーザ基板１００と、半導体チップ２００と、半田ボール３００と、を備えている。上記したように、半田ボール３００において、インターポーザ基板１００側とは反対側には、平坦面３１０を有する。

【0028】

本実施形態の半導体パッケージ９００Ａは、半田ボール３００の高さ、即ち、第１面１００ａから平坦面３１０までの第１高さをＨ１とし、半導体チップ２００の高さ、即ち、第１面１００ａから第３面２００ｂまでの第２高さをＨ２とすると、第１高さＨ１と第２高さＨ２が同じ高さ、即ち、Ｈ１＝Ｈ２となっている。

【0029】

このように、第１高さＨ１と第２高さＨ２とが同じ高さであるので、半導体パッケージ９００Ａを別の実装基板４００に実装した際、半田ボール３００と実装基板４００とを電気的に接続させることができる。更に、半導体チップ２００の第３面２００ｂを実装基板４００に接触させることができる。よって、半導体チップ２００で発生した熱を、実装基板４００に放熱させることができる。

【0030】

更に、インターポーザ基板１００の同じ面である第１面１００ａに、半導体チップ２００と半田ボール３００とが配置されているので、半導体パッケージ９００の高さ方向の寸法を小さくすることが可能となり、小型化することができる。

【0031】

図４に示すように、半導体パッケージ９００Ｂは、インターポーザ基板１００と、半導体チップ２００と、半田ボール３００と、を備えている。上記したように、半田ボール３００において、インターポーザ基板１００側とは反対側には、平坦面３１０を有する。

【0032】

本実施形態の半導体パッケージ９００Ｂは、半田ボール３００の高さ、即ち、第１面１００ａから平坦面３１０までの第１高さをＨ１とし、半導体チップ２００の高さ、即ち、第１面１００ａから第３面２００ｂまでの第２高さをＨ３とすると、第１高さＨ１は、第２高さＨ３よりも高くなっている、即ち、Ｈ１＞Ｈ３となっている。

【0033】

このように、第２高さＨ２よりも第１高さＨ１の方が高いので、確実に半田ボール３００と実装基板４００とを電気的に接続させることができる。加えて、半導体チップ２００と実装基板４００との間の隙間Ｈ４に熱伝導性のよい材料、例えば、上記したように、熱伝導膜２２０を配置することにより、半導体チップ２００の熱を実装基板４００に放熱させることができる。

【0034】

次に、図５～図７を参照しながら、半導体パッケージ９００の製造方法を説明する。なお、図５～図７に示す図は、簡略化して示している。

【0035】

図５に示す工程では、まず、大型インターポーザ基板１００Ａの第１面１００ａに、複数の半導体チップ２００と、複数の半田ボール３００とを、所定の位置に配置する。なお、半田ボール３００の形状は、略球状である。よって、半田ボール３００の第１高さＨ１１は、半導体チップ２００の高さＨ１２よりも高くなっている。

【0036】

また、大型インターポーザ基板１００Ａを用いることにより、同時に多くの半導体パッケージ９００を製造することができる。

【0037】

図６に示す工程では、複数の半導体チップ２００、複数の半田ボール３００を、ツール６００を用いて、大型インターポーザ基板１００Ａの側に同時に押圧する。このとき、半導体チップ２００が大型インターポーザ基板１００Ａに電気的に接続されて実装されるまで押圧する。

【0038】

以上により、半導体チップ２００と半田ボール３００との高さＨ１３が同じ高さになる。更に、球状の半田ボール３００において、ツール６００側に平坦面３１０が形成される。

【0039】

図７に示す工程では、大型インターポーザ基板１００Ａを個片化して、複数の半導体パッケージ９００を同時に完成させる。具体的には、例えば、ダイシングブレード７００を用いて大型インターポーザ基板１００Ａを半導体パッケージ９００の大きさに切断する。なお、個片化する方法は、ダイシングブレード７００に限定されず、レーザー光を用いて切断するようにしてもよい。

【0040】

なお、この後、半導体パッケージ９００と、別に準備した実装基板４００とを、半田ペースト３２１，３２２，３２３を用いて実装し、半導体モジュール１０００を形成するようにしてもよい。

【0041】

このように、半導体チップ２００をインターポーザ基板１００に実装する工程と半田ボール３００に平坦面を形成する工程とを同じ工程で押圧して行うので、製造工程を少なくすることができる。また、大型インターポーザ基板１００Ａから複数の半導体パッケージ９００を同時に形成することが可能なため、量産性を向上させることができる。

【0042】

以上述べたように、本実施形態の半導体パッケージ９００は、第１面１００ａを有するインターポーザ基板１００と、第１面１００ａと向かい合う第２面２００ａと、第２面２００ａと表裏関係にある第３面２００ｂと、を有し、第１面１００ａ及び第２面２００ａを介してインターポーザ基板１００に実装された半導体チップ２００と、インターポーザ基板１００の第１面１００ａに実装された半田ボール３００と、を備え、半田ボール３００は、インターポーザ基板１００とは反対側に平坦面３１０を有し、第１面１００ａから平坦面３１０までの第１高さＨ１は、第１面１００ａから第３面２００ｂまでの第２高さＨ２と同じ、又は、第２高さＨ２よりも高い。

【0043】

この構成によれば、インターポーザ基板１００の同じ面である第１面１００ａに、半導体チップ２００と半田ボール３００とが配置されているので、半導体パッケージ９００の高さ方向の寸法を小さくすることが可能となり、小型化することができる。

【0044】

また、半田ボール３００に平坦面３１０を設けることにより、半田ボール３００と実装基板４００との接触面積を増やすことが可能となり、実装不良を減らすことができる。更に、半導体チップ２００の背面、即ち、第３面２００ｂと半田ボール３００の平坦面３１０とを揃えることにより、高さ制御が可能になる。

【0045】

また、本実施形態の半導体パッケージ９００において、第１高さＨ１は、第２高さＨ２と同じであることが好ましい。この構成によれば、第１高さＨ１と第２高さＨ２とが同じ高さである、即ち、半導体パッケージ９００を別の実装基板４００に実装した際、半田ボール３００と実装基板４００とを電気的に接続させることができると共に、半導体チップ２００の第３面２００ｂを実装基板４００に接触させることができる。よって、半導体チップ２００で発生した熱を、実装基板４００に放熱させることができる。

【0046】

また、本実施形態の半導体パッケージ９００において、第１高さＨ１は、第２高さＨ２よりも高いことが好ましい。この構成によれば、半導体チップ２００の高さよりも半田ボール３００の高さの方が高いので、確実に半田ボール３００と実装基板４００とを電気的に接続させることができる。加えて、半導体チップ２００と実装基板４００との間に熱伝導性のよい材料、即ち、熱伝導膜２２０を配置することにより、半導体チップ２００の熱を実装基板４００に放熱させることができる。

【0047】

また、本実施形態の半導体モジュール１０００は、上記に記載の半導体パッケージ９００と、半導体パッケージ９００が実装される実装基板４００と、を備える。この構成によれば、インターポーザ基板１００の同じ面である第１面１００ａに、半導体チップ２００と半田ボール３００とが配置されているので、半導体パッケージ９００の高さ方向の寸法を小さくすることが可能となり、半導体モジュール１０００を小型化することができる。加えて、半導体パッケージ９００を実装基板４００に実装することにより、半導体チップ２００で発生した熱を、実装基板４００に放熱させることができる。

【0048】

また、本実施形態の半導体パッケージ９００の製造方法は、第１面１００ａを有するインターポーザ基板１００と、第１面１００ａに配置された半田ボール３００と、第１面１００ａに配置された半導体チップ２００と、を有する半導体パッケージ９００の製造方法であって、インターポーザ基板１００の第１面１００ａに、半導体チップ２００の高さよりも高い球状の半田ボール３００を配置する工程と、インターポーザ基板１００の第１面１００ａに半導体チップ２００を配置する工程と、半田ボール３００及び半導体チップ２００を、ツール６００を用いて半導体チップ２００がインターポーザ基板１００に実装されるまで同時に押圧し、半田ボール３００のツール６００側に平坦面３１０を形成する工程と、を有する。

【0049】

この方法によれば、インターポーザ基板１００の同じ面である第１面１００ａに、半導体チップ２００と半田ボール３００とが実装されているので、半導体パッケージ９００の高さ方向の寸法を小さくすることが可能となり、小型化することができる。更に、半導体チップ２００をインターポーザ基板１００に実装する工程と半田ボール３００に平坦面を形成する工程とを同じ工程で押圧して行うので、製造工程を少なくすることができる。

【0050】

また、本実施形態の半導体パッケージ９００の製造方法において、インターポーザ基板１００は、大型インターポーザ基板１００Ａであり、平坦面３１０を形成した後、大型インターポーザ基板１００Ａを個片化して半導体パッケージ９００を形成する工程を含むことが好ましい。この方法によれば、大型インターポーザ基板１００Ａから複数の半導体パッケージ９００を同時に形成することが可能なため、量産性を向上させることができる。

【0051】

以下、上記した実施形態の変形例を説明する。

【0052】

上記したように、熱伝導膜２２０は、第１高さＨ１と第２高さＨ２とが同じ高さの場合に配置するようにしてもよいし、第１高さＨ１よりも第２高さＨ２の方が小さい場合に配置するようにしてもよい。

【0053】

上記したように、大型インターポーザ基板１００Ａから個片化して半導体パッケージ９００を形成する方法に限定されず、個片化したインターポーザ基板１００から半導体パッケージ９００を形成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１００…インターポーザ基板、１００ａ…第１面、１００Ａ…大型インターポーザ基板、２００…半導体チップ、２００ａ…第２面、２００ｂ…第３面、２１０…外縁、２１１ａ…半導体端子、２１１ｂ…半導体端子、２２０…熱伝導膜、３００，３００ａ，３００ｂ…半田ボール、３１０…平坦面、３２１，３２２，３２３…半田ペースト、４００…実装基板、４１０，４２０，４４０ａ，４４０ｂ，４５０ａ，４５０ｂ…配線パターン、４３０，４６０ａ，４６０ｂ…接続電極、５１０，５２０…アンダーフィル、５３０…オーバーコート、６００…ツール、７００…ダイシングブレード、９００…半導体パッケージ、９００Ａ…半導体パッケージ、９００Ｂ…半導体パッケージ、１０００…半導体モジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】