特許 7236269 配線基板、半導体装置、及び配線基板の製造方法

(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】2023-03-01

(45)【発行日】2023-03-09

(54)【発明の名称】配線基板、半導体装置、及び配線基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/14 20060101AFI20230302BHJP

   H01L 25/04 20230101ALI20230302BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20230302BHJP

   H05K 3/28 20060101ALI20230302BHJP

【ＦＩ】

H05K1/14 G

H01L25/04 Z

H05K3/28 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018243631

(22)【出願日】2018-12-26

(65)【公開番号】P2020107681

(43)【公開日】2020-07-09

【審査請求日】2021-10-27

(73)【特許権者】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三木 翔太

(72)【発明者】

【氏名】小林 直生

【審査官】柴垣 宙央

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１７５０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２２３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３３３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６０７０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／１４

Ｈ０１Ｌ ２５／０４

Ｈ０５Ｋ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板と、
前記第１の基板よりも外形が小さく、前記第１の基板上に搭載された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを接着するとともに、前記第２の基板の側面と接するフィレットを有する接着層と、
を有し、
前記第１の基板は、前記第２の基板と対向する面に第１の電極を有し、
前記第２の基板は、前記第１の基板と対向する第１の面に第２の電極を有し、前記第１の面とは反対側に位置する第２の面に第３の電極を有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とは、半田を介して接合され、
前記フィレットは、前記第２の基板の前記第２の面と同じ高さから前記第２の基板の前記第２の面よりも高い位置まで隆起し且つ前記第３の電極を覆わない隆起部を有し、
前記隆起部は、前記第２の面の外周に隣接する側面であって、前記第２の面と同一平面に対して斜め上向きに傾斜する側面を有することを特徴とする配線基板。

【請求項2】

前記接着層は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、前記第２の基板の前記第１の面及び前記半田を被覆す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】

前記隆起部の頂部は、前記第２の基板の外周よりも外側に位置す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】

前記隆起部は、前記第２の基板の外周に沿って枠状に形成され、且つ前記第２の基板の上面とともに有底状の空間を形成すること、を特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の配線基板。

【請求項5】

請求項４に記載の配線基板と、
前記第２の基板の上面に搭載された電子部品と、
前記有底状の空間内に配置されたアンダーフィル樹脂と、
を有する半導体装置。

【請求項6】

第１の基板と第２の基板とを接着する接着層が形成された前記第２の基板を、前記接着層を介して前記第１の基板上に配置する工程と、
前記接着層が前記第２の基板の側面と接触するフィレットを形成し、且つ前記フィレットに前記第２の基板の上面と同じ高さから前記第２の基板の上面よりも高い位置まで隆起する隆起部が形成されるまで、ボンディングツールで前記第２の基板を前記第１の基板に向かって押し付ける工程と、
前記ボンディングツールを加熱することで、前記接着層を硬化させつつ前記第２の基板の電極と前記第１の基板の電極とを半田付けする工程と、
を含む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】

本発明は、配線基板、半導体装置、及び配線基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ビルドアップ基板等の下側基板上にインタポーザとなる上側基板を搭載した配線基板がある。このような配線基板では、下側基板と上側基板とが接着されるのが一般的である。すなわち、例えば熱硬化性樹脂を用いて形成された接着層によって、下側基板と上側基板とが接着される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－７９６５８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、接着層によって下側基板と上側基板とが接着される場合、接着層が形成された上側基板が、接着層を介して下側基板上に配置され、ボンディングツールで上側基板が下側基板に向かって押し付けられる。このとき、上側基板と下側基板との間に配置された接着層の外縁部分が接着層の厚さ方向と直交する方向（つまり、水平方向）に延伸し、延伸した外縁部分が上側基板の側面よりも外側に張り出して、上側基板の側面に接触するフィレットと呼ばれる領域が形成される。

【0005】

接着層に形成されるフィレットは、下側基板の上面に沿って、水平方向に拡大するため、下側基板の上面におけるスペースがフィレットによって削減されてしまう。結果として、フィレットの周囲に部品の実装領域を確保することが困難となる。

【0006】

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、フィレットの周囲に部品の実装領域を十分に確保することができる配線基板、半導体装置、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】

【0007】

本願の開示する配線基板は、一つの態様において、第１の基板と、前記第１の基板よりも外形が小さく、前記第１の基板上に搭載された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着するとともに、前記第２の基板の側面と接するフィレットを有する接着層と、を有し、前記フィレットは、前記第２の基板の上面と同じ高さから前記第２の基板の上面よりも高い位置まで隆起する隆起部を有する。

【発明の効果】

【0008】

本願の開示する配線基板の一つの態様によれば、フィレットの周囲に部品の実装領域を十分に確保することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施例に係る配線基板の構成の一例を示す概略断面図である。

【図2】図２は、実施例に係る配線基板を用いて作製された半導体装置の構成の一例を示す概略断面図である。

【図3A】図３Ａは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3B】図３Ｂは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3C】図３Ｃは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3D】図３Ｄは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3E】図３Ｅは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3F】図３Ｆは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3G】図３Ｇは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3H】図３Ｈは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図3I】図３Ｉは、実施例に係る配線基板の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図4A】図４Ａは、実施例に係る半導体装置の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図4B】図４Ｂは、実施例に係る半導体装置の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【図4C】図４Ｃは、実施例に係る半導体装置の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本願の開示する配線基板、半導体装置、及び配線基板の製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。

【0011】

［実施例］
［配線基板の構成］
図１は、実施例に係る配線基板１の構成の一例を示す概略断面図である。以下では、図１の上側の面を「上面」と呼び、図１の下側の面を「下面」と呼ぶ。図１に示すように、配線基板１は、下側基板１０と、上側基板２０とを有する。下側基板１０と上側基板２０とは、接着層３０によって接着されている。

【0012】

下側基板１０は、例えば、多層構造のビルドアップ基板等である。下側基板１０の上面には、複数の電極１１が形成されており、下側基板１０の下面には、複数の電極１２が形成されている。以下、複数の電極１１を区別しない場合にこれらをまとめて「電極１１」と適宜表記する。同様に、複数の電極１２を区別しない場合にこれらをまとめて「電極１２」と適宜表記する。下側基板１０の内部には、電極１１と電極１２とを電気的に接続する配線層が形成されている。また、下側基板１０の上面及び下面には、ソルダーレジストが電極１１や電極１２を避けるように選択的に形成されている。下側基板１０は、第１の基板の一例である。

【0013】

上側基板２０は、例えば、下側基板１０と半導体チップとの接続を中継するインタポーザ基板であり、下側基板１０よりも外径が小さく、下側基板１０上に搭載されている。上側基板２０の上面には、複数のチップ用電極２１が形成されており、上側基板２０の下面には、複数の電極２２が形成されている。以下、複数のチップ用電極２１を区別しない場合にこれらをまとめて「チップ用電極２１」と適宜表記する。同様に、複数の電極２２を区別しない場合にこれらをまとめて「電極２２」と適宜表記する。上側基板２０の内部には、チップ用電極２１と電極２２とを電気的に接続する配線層が形成されている。電極２２は、半田ボールや半田バンプ等の半田２３によって、下側基板１０の上面の電極１１に接合されている。これにより、上側基板２０は、下側基板１０に電気的に接続されている。上側基板２０は、第２の基板の一例である。

【0014】

接着層３０は、例えば非導電性フィルム等の熱硬化性樹脂を用いて形成されている。接着層３０は、下側基板１０と上側基板２０との間の応力緩和の機能を果たすとともに、下側基板１０と上側基板２０とを接着する。接着層３０の外縁部分は、上側基板２０の側面よりも外側に張り出して、上側基板２０の側面と接触するフィレットを形成している。以下では、接着層３０の外縁部分を適宜「フィレット」と呼ぶ。

【0015】

また、接着層３０のフィレットは、上側基板２０の上面と同じ高さから上側基板２０の上面よりも高い位置まで隆起する隆起部３１を有する。隆起部３１は、上側基板２０の外周に沿って枠状に形成されており、且つ上側基板２０の上面とともに有底状の空間を形成している。隆起部３１は、上側基板２０の上面と上側基板２０の上面に搭載される半導体チップとの間隙に充填されるアンダーフィル樹脂の流れを堰き止める高さを有する。すなわち、隆起部３１は、上側基板２０の上面において、アンダーフィル樹脂を貯留する有底状の空間を形成している。

【0016】

ところで、接着層３０によって下側基板１０と上側基板２０とが接着される場合、接着層３０が形成された上側基板２０が、接着層３０を介して下側基板１０上に配置され、ボンディングツールで上側基板２０が下側基板１０に向かって押し付けられる。このとき、下側基板１０と上側基板２０との間に配置された接着層３０が接着層３０の厚さ方向と直交する方向（つまり、水平方向）に延伸し、延伸した外縁部分が上側基板２０の側面よりも外側に張り出して、フィレットが形成される。

【0017】

接着層３０に形成されるフィレットは、下側基板１０の上面に沿って、水平方向に拡大するため、下側基板１０の上面におけるスペースがフィレットによって削減されてしまう。結果として、フィレットの周囲に部品の実装領域を確保することが困難となる。

【0018】

そこで、本実施例の配線基板１では、図１に示したように、接着層３０の、上側基板２０の側面よりも外側に張り出したフィレットに、上側基板２０の上面よりも高い位置まで隆起する隆起部３１を形成している。これにより、フィレットが接着層３０の厚さ方向に拡大するので、フィレットの水平方向のサイズを低減することができる。このため、下側基板１０の上面においてフィレットによって占有されるスペースが抑制される。結果として、フィレットの周囲に部品の実装領域を十分に確保することができる。

【0019】

また、本実施例の配線基板１では、隆起部３１は、上側基板２０の外周に沿って枠状に形成されており、且つ上側基板２０の上面とともに有底状の空間を形成している。これにより、有底状の空間に充填されるアンダーフィル樹脂が隆起部３１によって堰き止められるので、アンダーフィル樹脂が下側基板１０に向かって漏れ出すことが阻止される。したがって、下側基板１０の上面のうち、上側基板２０及び接着層３０を囲む範囲に存在する、部品の実装領域がアンダーフィル樹脂によって無効化される事態が回避される。

【0020】

［半導体装置の構成］
次に、図２を参照して、実施例に係る配線基板１を用いて作製された半導体装置２について説明する。図２は、実施例に係る配線基板１を用いて作製された半導体装置２の構成の一例を示す概略断面図である。図２に示すように、半導体装置２は、下側基板１０と、上側基板２０と、下側基板１０と上側基板２０とを接着する接着層３０とを有する。また、半導体装置２は、半導体チップ４０と、アンダーフィル樹脂５０と、チップ部品６１と、補強部材６２とを有する。下側基板１０、上側基板２０及び接着層３０は、それぞれ、図１に示した下側基板１０、上側基板２０及び接着層３０に相当する。

【0021】

半導体チップ４０は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路である。半導体チップ４０は、上側基板２０の上面において、例えばフリップチップ実装によりチップ用電極２１に搭載されている。すなわち、半導体チップ４０は、半田バンプを介して、上側基板２０のチップ用電極２１に接続されている。半導体チップ４０は、半導体部品の一例である。

【0022】

アンダーフィル樹脂５０は、接着層３０のフィレットの隆起部３１及び上側基板２０の上面によって形成される有底状の空間内に配置され、上側基板２０と半導体チップ４０とを接着する。

【0023】

チップ部品６１は、例えば抵抗やキャパシタ等であり、下側基板１０の上面のうち、上側基板２０及び接着層３０を囲む領域に実装されている。補強部材６２は、半導体装置２を補強するための部材であり、下側基板１０の上面のうち、上側基板２０及び接着層３０を囲む領域に実装されている。補強部材６２により半導体装置２は例えば反りが抑制される。

【0024】

［配線基板の製造方法］
次に、図３Ａ～図３Ｉを参照して、実施例に係る配線基板１の製造方法について説明する。図３Ａ～図３Ｉは、実施例に係る配線基板１の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【0025】

まず、図３Ａに示すように、上面にチップ用電極２１が形成され、下面に電極２２が形成された上側基板２０を作製する。上側基板２０は、例えば、ビルドアップ法を用いて作製される。次に、図３Ｂに示すように、上側基板２０の下面の電極２２に半田２３を形成する。

【0026】

次に、図３Ｃに示すように、上側基板２０の下面に接着層３０を形成する。例えば、接着層３０が非導電性フィルム等の熱硬化性樹脂である場合、上側基板２０の下面に接着層３０が貼り付けられる。

【0027】

次に、図３Ｄに示すように、上側基板２０をブレード７０により切断することで、上側基板２０を個片化する。これにより、接着層３０が形成された上側基板２０が作製される。

【0028】

次に、図３Ｅに示すように、接着層３０が形成された上側基板２０を、接着層３０を介して下側基板１０上に配置する。このとき、上側基板２０の下面の電極２２に形成された半田２３と、下側基板１０の上面の電極１１とが対向するように位置合わせが行われる。

【0029】

次に、図３Ｆに示すように、離型シート８１を介してボンディングツール８０を上側基板２０に当接させる。このとき、ボンディングツール８０は、半田２３の融点よりも低い温度に維持される。また、ボンディングツール８０は、上側基板２０の上面に対する当接面のサイズと上側基板２０の上面のサイズとが略同一となる形状を有している。また、離型シート８１の、ボンディングツール８０の当接面に接触しない部分が、上側基板２０の上面と同一平面に対して斜め上向きに折り曲げられる。これにより、上側基板２０の側面よりも外側において、離型シート８１と下側基板１０の上面との間隙が接着層３０の厚さ方向に拡大される。

【0030】

次に、図３Ｇに示すように、ボンディングツール８０で上側基板２０を下側基板１０に向かって押し付ける。すなわち、接着層３０がフィレットを形成し、且つフィレットに上側基板２０の上面と同じ高さから上側基板２０の上面よりも高い位置まで隆起する隆起部３１が形成されるまで、ボンディングツール８０で上側基板２０を下側基板１０に向かって押し付ける。隆起部３１は、接着層３０の、上側基板２０の側面よりも外側に張り出したフィレットが、離型シート８１と下側基板１０の上面との間隙を通過して接着層３０の厚さ方向に拡大することで、形成される。ここで、フィレットが接着層３０の厚さ方向に拡大するので、フィレットの水平方向への拡大が抑制される。このため、下側基板１０の上面においてフィレットによって占有されるスペースが抑制される。結果として、フィレットの周囲に部品の実装領域が十分に確保される。さらに、隆起部３１が上側基板２０の上面と上側基板２０の上面に搭載される半導体チップ４０との間隙に充填されるアンダーフィル樹脂５０（図２参照）の流れを堰き止める高さとなるまで、ボンディングツール８０で上側基板２０を押し付ける。これにより、上側基板２０の上面において、アンダーフィル樹脂５０を貯留する有底状の空間が隆起部３１によって形成される。

【0031】

次に、図３Ｈに示すように、ボンディングツール８０を加熱することで、接着層３０を硬化させつつ上側基板２０の電極２２と下側基板１０の電極１１とを半田付けする。このとき、ボンディングツール８０は、上側基板２０の下面の電極２２に形成された半田２３の融点以上の温度まで加熱される。これにより、下側基板１０と上側基板２０とが接着層３０によって接着されるとともに、半田２３が溶融し、上側基板２０の電極２２と下側基板１０の電極１１とが半田２３によって接合される。

【0032】

次に、図３Ｉに示すように、ボンディングツール８０及び離型シート８１を上側基板２０から離反させる。これにより、配線基板１が完成する。

【0033】

なお、上述の説明では、図３Ｇの工程の後に、図３Ｈの工程が行われたが、これら２つの工程は同時に行われてもよい。すなわち、上側基板２０を下側基板１０に向かって押し付ける工程と、接着層３０を硬化させつつ上側基板２０の電極２２と下側基板１０の電極１１とを半田付けする工程とは、同時に行われてもよい。

【0034】

［半導体装置の製造方法］
次に、図４Ａ～図４Ｃを参照して、実施例に係る半導体装置２の製造方法について説明する。図４Ａ～図４Ｃは、実施例に係る半導体装置２の製造方法の流れの一例を示す説明図である。

【0035】

まず、図３Ａ～図３Ｉの工程により配線基板１を作製する。次に、図４Ａに示すように、上側基板２０のチップ用電極２１にフリップチップ実装により半導体チップ４０を搭載する。すなわち、半田バンプを介して、上側基板２０のチップ用電極２１に半導体チップ４０を接続する。

【0036】

次に、図４Ｂに示すように、上側基板２０の上面と半導体チップ４０との間隙にアンダーフィル樹脂５０を充填する。ここで、上側基板２０の上面において、アンダーフィル樹脂５０を貯留する有底状の空間が接着層３０の隆起部３１によって形成されているため、アンダーフィル樹脂５０が下側基板１０に向かって漏れ出すことが阻止される。したがって、下側基板１０の上面のうち、上側基板２０及び接着層３０を囲む範囲に存在する、部品の実装領域がアンダーフィル樹脂５０によって無効化される事態が回避される。

【0037】

次に、図４Ｃに示すように、下側基板１０の上面のうち、上側基板２０及び接着層３０を囲む実装領域に、チップ部品６１及び補強部材６２等の部品を実装する。これにより、半導体装置２が完成する。

【0038】

以上のように、実施例に係る配線基板１は、下側基板１０と、下側基板１０上に搭載された上側基板２０と、下側基板１０と上側基板２０とを接着するとともに、上側基板２０の側面と接するフィレットを有する接着層３０とを有する。接着層３０のフィレットは、上側基板２０の上面と同じ高さから上側基板２０の上面よりも高い位置まで隆起する隆起部３１を有する。これにより、フィレットが接着層３０の厚さ方向に拡大するので、フィレットの水平方向のサイズを低減することができる。このため、下側基板１０の上面においてフィレットによって占有されるスペースが抑制される。結果として、フィレットの周囲に部品（例えば、チップ部品６１及び補強部材６２）の実装領域を十分に確保することができる。

【0039】

また、実施例に係る配線基板１において、隆起部３１は、上側基板２０の外周に沿って枠状に形成されており、且つ上側基板２０の上面とともに有底状の空間を形成している。これにより、有底状の空間に充填されるアンダーフィル樹脂５０が隆起部３１によって堰き止められるので、アンダーフィル樹脂５０が下側基板１０に向かって漏れ出すことが阻止される。したがって、下側基板１０の上面のうち、上側基板２０及び接着層３０を囲む範囲に存在する、部品の実装領域がアンダーフィル樹脂５０によって無効化される事態が回避される。

【符号の説明】

【0040】

１ 配線基板
２ 半導体装置
１０ 下側基板
１１ 電極
２０ 上側基板
２２ 電極
３０ 接着層
３１ 隆起部
４０ 半導体チップ
８０ ボンディングツール

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図3I】

【図4A】

【図4B】

【図4C】