(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】半導体パッケージ及び電子装置
(51)【国際特許分類】
H01L 25/00 20060101AFI20221213BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
H01L25/00 B
H01L23/12 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019009663
(22)【出願日】2019-01-23
(65)【公開番号】P2020119987
(43)【公開日】2020-08-06
【審査請求日】2021-10-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 伸也
【審査官】正山 旭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２２８６２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０７３６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０６００５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１９７８４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０１３０４７４２（ＥＰ，Ａ２）
【文献】中国特許出願公開第１４１８０４８（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２１９４８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２１３５９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１２９３５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１５３４４８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２５／００
Ｈ０１Ｌ ２３／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属板に積層されるとともに、周囲をモールド樹脂で囲まれたデバイスと、前記デバイスの前記金属板が積層された側の反対側に積層され、前記デバイスと接続された再配線層と、
前記モールド樹脂内において、前記デバイスの側方に配置されるとともに前記金属板に接触させて設けられた絶縁膜と、
前記モールド樹脂内において、前記金属板との間に前記絶縁膜を介在させて前記デバイスの側方に配置された金属板側チップ部品と、
前記モールド樹脂内に設けられ、一端が前記金属板側チップ部品の電極と接続され、他端が前記再配線層と接続されたビアと、
前記モールド樹脂内において、前記金属板側チップ部品よりも前記再配線層に近い側に配置された再配線層側チップ部品と、を備え、
前記金属板側チップ部品と前記再配線層側チップ部品とは、厚み方向にずらして配置された、半導体パッケージ。
【請求項2】
前記金属板側チップ部品と前記デバイス間の平面視における距離と、前記再配線層側チップ部品と前記デバイス間の平面視における距離とが異なる請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項3】
前記再配線層側チップ部品の前記デバイスに近い側の端部は、前記金属板側チップ部品の前記デバイスから遠い側の端部よりも、前記デバイスに近い位置に配置された、請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項4】
プリント基板に実装された半導体パッケージを有する電子装置であって、前記半導体パッケージは、
金属板に積層されるとともに、周囲をモールド樹脂で囲まれたデバイスと、
前記デバイスの前記金属板が積層された側の反対側に積層され、前記デバイスと接続された再配線層と、
前記モールド樹脂内において、前記デバイスの側方に配置されるとともに前記金属板に接触させて設けられた絶縁膜と、
前記モールド樹脂内において、前記金属板との間に前記絶縁膜を介在させて前記デバイスの側方に配置された金属板側チップ部品と、
前記モールド樹脂内に設けられ、一端が前記金属板側チップ部品の電極と接続され、他端が前記再配線層と接続されたビアと、を備え、
前記モールド樹脂内において、前記金属板側チップ部品よりも前記再配線層に近い側に配置された再配線層側チップ部品と、を備え、
前記金属板側チップ部品と前記再配線層側チップ部品とは、厚み方向にずらして配置された、
電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体パッケージ及び電子装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電子部品、回路素子等を電極面が露出する様、成形樹脂に埋設し、その成形樹脂に成形した配線パターンで回路構成した電子回路パッケージが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平７－６６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、デバイスをモールド樹脂で封止し、再配線で接続するパッケージを形成するＦＯ－ＷＬＰ(Fan-out wafer level package)が知られている。ＦＯ－ＷＬＰは半田を用いない高速伝送が可能であり、近年、高周波回路に適用することが検討されている。この場合、デバイスだけでなくチップコンデンサなどの多数のチップ部品を混載して再配線で接続する必要がある。しかしながら、多数のチップ部品を搭載する場合、半導体チップとチップ部品間の再配線距離が長くなり、高周波での特性向上が制限されたり、パッケージサイズが大きくなったりすることが考えられる。特許文献１は、多くの電子部品、回路素子等を含むことができるが、これらを接続する配線の短縮化については、何ら考慮されていない。
【0005】
１つの側面では、本明細書開示の発明は、半導体パッケージにおけるデバイスとチップ部品との間の配線長さを短くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
１つの態様では、半導体パッケージは、金属板に積層されるとともに、周囲をモールド樹脂で囲まれたデバイスと、前記デバイスの前記金属板が積層された側の反対側に積層され、前記デバイスと接続された再配線層と、前記モールド樹脂内において、前記デバイスの側方に配置されるとともに前記金属板に接触させて設けられた絶縁膜と、前記モールド樹脂内において、前記金属板との間に前記絶縁膜を介在させて前記デバイスの側方に配置された金属板側チップ部品と、前記モールド樹脂内に設けられ、一端が前記金属板側チップ部品の電極と接続され、他端が前記再配線層と接続されたビアと、を備えている。
【0007】
他の態様では、電子装置は、プリント基板に実装された半導体パッケージを有する電子装置であって、前記半導体パッケージは、金属板に積層されるとともに、周囲をモールド樹脂で囲まれたデバイスと、前記デバイスの前記金属板が積層された側の反対側に積層され、前記デバイスと接続された再配線層と、前記モールド樹脂内において、前記デバイスの側方に配置されるとともに前記金属板に接触させて設けられた絶縁膜と、前記モールド樹脂内において、前記金属板との間に前記絶縁膜を介在させて前記デバイスの側方に配置された金属板側チップ部品と、前記モールド樹脂内に設けられ、一端が前記金属板側チップ部品の電極と接続され、他端が前記再配線層と接続されたビアと、を備えている。
【発明の効果】
【0008】
本発明は、半導体パッケージにおけるデバイスとチップ部品との間の配線長さを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。この際、半導体パッケージの幅方向、奥行方向及び厚み方向を図１や図２等に示す方向に設定して説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。例えば、各図において厚み方向の寸法は、幅方向や奥行方向の寸法と比較して拡大されて描かれている。
【0011】
図１を参照すると、実施形態の半導体パッケージ１０は、デバイス１１、金属板１２、第１絶縁膜１４ａ、第２絶縁膜１４ｂ、第１チップ部品１５、第２チップ部品１６、第３チップ部品１７、第４チップ部品１８、モールド樹脂１９及び再配線層２１を備えている。モールド樹脂１９内には、第１ビア２３ａ、第２ビア２３ｂ、第３ビア２３ｃ及び第４ビア２３ｄが形成されている。再配線層２１内には、第１配線２４ａから第８配線２４ｈが設けられている。半導体パッケージ１０は、再配線層２１を備えたＦＯ－ＷＬＰである。半導体パッケージは、半導体装置と称されることもある。
【0012】
デバイス１１は、一般的に能動部品であり、例えば、ＣＭＯＳ ＬＳＩ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor Large-Scale Integration）、メモリ、パワーアンプ、パワーデバイスである。また、デバイス１１は、ＡＤコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、コンデンサー、インダクター、センサなどであってもよい。本実施形態のデバイス１１は、Ｓｉ（シリコン）デバイスであり、回路形成面である第１面１１ａと、この第１面１１ａの裏面となる第２面１１ｂとを有している。なお、デバイス１１は、半導体チップや半導体素子と称されることもある。デバイス１１の第１面１１ａには、第１パッド２０ａから第４パッド２０ｄが設けられている。
【0013】
金属板１２は、デバイス１１の第２面１１ｂから放熱させるために設けられる。金属板１２は、金属ペーストを用いた接着層１３を介してデバイス１１の第２面１１ｂに接着され、デバイス１１に積層されている。金属板１２は、デバイス１１の側方へ熱を逃がすヒートスプレッダとして機能させるため、図１や図２に示すように、金属板１２の幅方向の寸法は、デバイス１１の幅方向の寸法よりも大きくなっている。また、図２に示すように、金属板１２の奥行方向の寸法もデバイス１１の奥行方向の寸法よりも大きくなっている。本実施形態の金属板１２は、Ｃｕ（銅）製であるが、その材質は、放熱性を考慮して適宜選択することができる。例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｐｄ（パラジウム）から選ばれた単一金属、これらの金属を含む合金は、金属板１２の素材として選択可能である。接着層１３は、ＡｕＳｎ（金錫）ペーストを用いているが、Ａｇ（銀）ペースト等、熱伝導性が良好な材料を用いることができる。
【0014】
積層されたデバイス１１と金属板１２の周囲は、モールド樹脂１９で囲まれている。モールド樹脂１９内には、第１絶縁膜１４ａ及び第２絶縁膜１４ｂが設けられている。第１絶縁膜１４ａ及び第２絶縁膜１４ｂは、エポキシ樹脂によって形成されているが、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）やＳｉＮ（窒化ケイ素）を用いた膜としてもよい。第１絶縁膜１４ａ及び第２絶縁膜１４ｂは、いずれも、デバイス１１の側方に配置されるとともに金属板１２に接触させて設けられている。また、モールド樹脂１９内には、金属板１２との間に第１絶縁膜１４ａを介在させてデバイス１１の側方に第１チップ部品１５が配置されている。また、金属板１２との間に第２絶縁膜１４ｂを介在させてデバイス１１の側方に第２チップ部品１６が配置されている。第１チップ部品１５及び第２チップ部品１６は、いずれも金属板側チップ部品の一例である。第１絶縁膜１４ａや第２絶縁膜１４ｂを設けるのは、金属板１２を介して第１チップ部品１５と第２チップ部品１６とが電気的に接続されてしまうことを回避するためである。金属板側チップ部品は、デバイス１１の手前側や奥側に設けられてもよい。
【0015】
第１チップ部品１５は、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂを備えている。第２チップ部品１６も同様に第１電極１６ａと第２電極１６ｂを備えている。モールド樹脂１９内には、第１ビア２３ａ、第２ビア２３ｂ、第３ビア２３ｃ及び第４ビア２３ｄが形成されている。第１ビア２３ａの一端は第１チップ部品１５の第１電極１５ａに接続されている。第２ビア２３ｂの一端は、第１チップ部品１５の第２電極１５ｂに接続されている。第３ビア２３ｃの一端は第２チップ部品１６の第１電極１６ａに接続されている。第４ビア２３ｄの一端は、第２チップ部品１６の第２電極１６ｂに接続されている。
【0016】
また、デバイス１１の金属板１２が積層された側の反対側、すなわち、第１面１１ａ側には、再配線層２１が積層されている。再配線層２１には、その一部として、モールド樹脂１９との間に絶縁層２１ａが設けられている。再配線層２１の表面には、第５パッド２２ａから第８パッド２２ｄが設けられている。
【0017】
モールド樹脂１９内には、再配線層２１との境界部分に第３チップ部品１７と第４チップ部品１８が設けられている。第３チップ部品１７及び第４チップ部品１４は、いずれも再配線層側チップ部品の一例である。再配線層側チップ部品は、デバイス１１の手前側や奥側に設けられてもよい。第１チップ部品１５から第４チップ部品１８は、一般的に受動部品であり、例えば、チップコンデンサ等である。第３チップ部品１７は、第１電極１７ａ及び第２電極１７ｂを備えている。第４チップ部品１８も同様に第１電極１８ａと第２電極１８ｂを備えている。
【0018】
再配線層２１内に設けられた第１配線２４ａから第８配線２４ｈは、それぞれ、ビア、電極及びパッドを適宜接続している。具体的に、図１、図２及び図３を参照すると、第１配線２４ａは、第１ビア２３ａと第１パッド２０ａとを接続している。第２配線２４ｂは、第２ビア２３ｂと第５パッド２２ａとを接続している。第３配線２４ｃは、第３ビア２３ｃと第２パッド２０ｂとを接続している。第４配線２４ｄは、第４ビア２３ｄと第６パッド２２ｂとを接続している。
【0019】
図１、図２及び図４を参照すると、第５配線２４ｅは、第３チップ部品１７の第１電極１７ａと第３パッド２０ｃとを接続している。第６配線２４ｆは、第３チップ部品１７の第２電極１７ｂと第７パッド２２ｃとを接続している。第７配線２４ｇは、第４チップ部品１８の第１電極１８ａと第４パッド２０ｄとを接続している。第８配線２４ｈは、第４チップ部品１８の第２電極１８ｂと第８パッド２２ｄとを接続している。
【0020】
ここで、第１チップ部品１５から第４チップ部品１８の位置関係について、図９に示す比較例の半導体パッケージ５０と比較しつつ、説明する。まず、本実施形態の半導体パッケージ１０に関し、図１や半導体パッケージ１０を上方から観た様子、すなわち、平面視を示す図２を参照すると、第３チップ部品１７及び第４チップ部品１４は、厚み方向の配置において、第１チップ部品１５及び第２チップ部品１６よりも再配線層２１に近い側に配置されている。また、第３チップ部品１７は、幅方向において、第１チップ部品１５よりも、僅かに外側、すなわち、デバイス１１から離れた側に配置されている。同様に、第４チップ部品１８は、幅方向において、第２チップ部品１６よりも、僅かに外側、すなわち、デバイス１１から離れた側に配置されている。
【0021】
つぎに、図９を参照すると、比較例の半導体パッケージ５０は、半導体パッケージ１０と同様に、第１チップ部品５１から第４チップ部品５４を備える。第１チップ部品５１は第１チップ部品１５に相当する。第２チップ部品５２は第２チップ部品１６に相当する。第３チップ部品５３は第３チップ部品１７に相当する。第４チップ部品５４は第４チップ部品１８に相当する。また、半導体パッケージ５０は、半導体パッケージ１０と同様に、モールド樹脂１９と再配線層２１を備えている。
【0022】
しかしながら、半導体パッケージ５０における第１チップ部品５１から第４チップ部品５４の配置は、半導体パッケージ１０における第１チップ部品１５から第４チップ部品１８の配置と異なっている。すなわち、半導体パッケージ５０では、モールド樹脂１９と再配線層２１との境界部分に第１チップ部品５１から第４チップ部品５４が直列状態で配置されている。第１チップ部品５１から第４チップ部品５４は、厚み方向の位置が同じである。このため、図９において、デバイス１１の右側では、第１チップ部品５１と第３チップ部品５３とが、間隔を空けて配置されている。同様に、図９において、デバイスの左側では、第２チップ部品５２と第４チップ部品５４とが間隔を空けて配置されている。第１チップ部品５１から第４チップ部品５４の各電極は、それぞれ、再配線層２１内に設けられた配線によって、パッド等と接続されている。
【0023】
このように、モールド樹脂１９と再配線層２１との境界部分にチップ部品を配置した場合、それぞれのチップ部品同士が接触しないように一のチップ部品を他のチップ部品よりもデバイス１１から離れた位置に配置することが必要となる。このため、図９に示すように第１チップ部品５１よりもデバイス１１から離れた位置に配置されている第３チップ部品５３とデバイス１１との距離はＳ５０となっている。距離Ｓ５０は、図１に示す第３チップ部品１７とデバイス１１との距離Ｓ１０と比較して長い。
【0024】
半導体パッケージ１０における配線距離の短縮は、金属板１２との間に絶縁膜を介在させてチップ部品をモールド樹脂１９内に配置したことで、チップ部品同士の干渉を回避したことによって達成された。換言すると、チップ部品同士を厚み方向にずらすことで、幅方向や、奥行方向においてチップ部品をデバイス１１に近づけることができ、配線距離を短くすることができる。なお、図１では、図９と比較して厚み方向の配線距離が長くなっているように描かれているが、これは、作図上の理由によるものであり、実際の総配線距離は、本実施形態の半導体パッケージ１０の方が比較例の半導体パッケージ５０と比較して短い。
【0025】
このように、本実施形態の半導体パッケージ１０は、半導体パッケージにおけるデバイスとチップ部品との間の配線長さを短くすることができる。このような半導体パッケージ１０は、図５に示すように、半田ボール４２を介してプリント基板４０に実装されることで、電子装置１００を形成する。このような半導体パッケージ１０は、配線を短くすることができることで、例えば、ミリ波以上の高周波領域において好適に用いることができる。また、パッケージ自体も小型化することができる。
【0026】
つぎに、図６（Ａ）から図８（Ｂ）を参照して、半導体パッケージ１０の製造方法について説明する。まず、図６（Ａ）を参照すると、銅製の金属板１２の中心部に、金属板１２にデバイス１１を密着させるための接着層１３を形成する。接着層１３は、ＡｕＳｎペーストによって形成する。また、接着層１３の側方に、エポキシ樹脂により、第１絶縁膜１４ａ及び第２絶縁膜１４ｂを形成する。第１絶縁膜１４ａと第２絶縁膜１４ｂは、いずれも、接着層１３との間に隙間が形成されるように設ける。第１絶縁膜１４ａ及び第２絶縁膜１４ｂは、感光性エポキシ樹脂をスピンコートで形成し、露光、現像することで形成する。
【0027】
つぎに、図６（Ｂ）を参照すると、接着層１３上にデバイス１１を実装し、第１絶縁膜１４ａ上に第１チップ部品１５を実装し、第２絶縁膜１４ｂ上に第２チップ部品１６を実装する。具体的には、接着層１３上にデバイス１１を第１絶縁膜１４ａ上に第１チップ部品１５を、また、第２絶縁膜１４ｂ上に第２チップ部品１６をそれぞれフリップチップボンダによって実装する。これにより、擬似チップ４５が形成される。
【0028】
つぎに、図７（Ａ）を参照すると、支持基板７０に設けた粘着層７１上に、擬似チップ４５と、第３チップ部品１７及び第４チップ部品１８を仮固定する。支持基板７０は、ＳＵＳ（ステンレス）基板であり、粘着層７１は、支持基板７０上に両面粘着層を有する樹脂フィルムを室温でラミネートすることで形成した。第１チップ部品１５を第１絶縁膜１４ａ上に配置し、一方の第３チップ部品１７を粘着層７１上に配置することで、第１チップ部品１５と第３チップ部品１７とを厚み方向に離して配置することができる。同様に、第２チップ部品１６を第２絶縁膜１４ｂ上に配置し、一方の第４チップ部品１８を粘着層７１上に配置することで、第２チップ部品１６と第４チップ部品１８とを厚み方向に離して配置することができる。第１チップ部品１５は、第１絶縁膜１４ａ上に設けられ、第２チップ部品１６は、第２絶縁膜１４ｂ上に設けられることで、モールド樹脂１９内に封止される以前の段階で、厚み方向の位置を保つことができる。
【0029】
そして、図７（Ｂ）に示すように、擬似チップ４５、第３チップ部品１７及び第４チップ部品１８をモールド樹脂１９で被覆する。モールド樹脂１９は、１２０℃環境下で擬似ウェハ形状の成形体とされる。そして、その成形体を粘着層７１から剥離し、１５０℃の環境下で１時間キュアすることで、擬似ウェハ４６が得られる。
【0030】
つぎに、図８（Ａ）を参照すると、擬似ウェハ４６のモールド樹脂１９内に内蔵されている第１チップ部品１５と第２チップ部品１６の電極に向けて、レーザにより第１ビア穴１９ａから第４ビア穴１９ｄを形成する。ここで、モールド樹脂１９は、フィラーを含んでいることを考慮して炭酸ガスレーザを用いる。
【0031】
第１ビア穴１９ａから第４ビア穴１９ｄを形成した後は、従来公知の再配線プロセスを用いることで、図８（Ｂ）に示すように再配線層２１を形成する。具体的に、スパッタによってＴｉ（チタン）及びＣｕからなるシード層を形成した後、ポジ型レジストをスピンコートで塗布し、露光する。これにより、ビア穴部分や配線部分を開口し、電気めっき、レジスト剥離工程によって第１チップ部品１５及び第２チップ部品１６との接続部分を完成させた。
【0032】
その後、感光性ポジ型レジスト形成、電気めっき、レジスト剥離と繰り返すことで再配線層２１を形成した。
【0033】
そして、半導体パッケージ１０は、図５に示すように再配線層２１の下部に形成された第５パッド２２ａから第８パッド２２ｄに半田ボール４２を形成することで、プリント基板４０が備える電極４１ａに電気的に接続される。これにより、電子装置１００が形成される。
【0034】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【0035】
１０ 半導体パッケージ
１１ デバイス
１２ 金属板
１３ 接着層
１５ 第１チップ部品
１６ 第２チップ部品
１７ 第３チップ部品
１８ 第４チップ部品
１９ モールド樹脂
２１ 再配線層
２３ａ 第１ビア
２３ｂ 第２ビア
２３ｃ 第３ビア
２３ｄ 第４ビア
４０ プリント基板
４２ 半田ボール
１００ 電子装置
１１ デバイス
１２ 金属板
１３ 接着層
１５ 第１チップ部品
１６ 第２チップ部品
１７ 第３チップ部品
１８ 第４チップ部品
１９ モールド樹脂
２１ 再配線層
２３ａ 第１ビア
２３ｂ 第２ビア
２３ｃ 第３ビア
２３ｄ 第４ビア
４０ プリント基板
４２ 半田ボール
１００ 電子装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】