特許 7441820 半導体基板および半導体モジュール

(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】2024-02-21

(45)【発行日】2024-03-01

(54)【発明の名称】半導体基板および半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   C03C 17/32 20060101AFI20240222BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

C03C17/32 A

H01L23/14 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021501579

(86)(22)【出願日】2019-11-25

(86)【国際出願番号】 JP2019046006

(87)【国際公開番号】W WO2020170535

(87)【国際公開日】2020-08-27

【審査請求日】2022-09-29

(31)【優先権主張番号】P 2019029026

(32)【優先日】2019-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112955

【弁理士】

【氏名又は名称】丸島 敏一

(72)【発明者】

【氏名】大鳥居 英

(72)【発明者】

【氏名】足立 研

(72)【発明者】

【氏名】栫山 直樹

【審査官】富永 泰規

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１３１７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０２９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５２７３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７００４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｃ １７／３２

Ｈ０１Ｌ ２３／１５

Ｈ０１Ｌ ２７／１４

Ｈ０５Ｋ １／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の直線部と前記直線部に挟まれたコーナー部とを側面に備えるガラス基板と、
前記ガラス基板の側面の少なくとも一部に形成された保護材とを具備し、
前記コーナー部は、前記直線部に形成された前記保護材の稜線同士を結ぶ直線よりも内側にあり、
前記保護材は、前記コーナー部において不連続である
半導体基板。

【請求項2】

前記保護材は、チクソ比が１乃至６のチクソ性を有する材料からなる
請求項１記載の半導体基板。

【請求項3】

前記保護材は、リフロー工程に対する耐熱性を有する材料からなる
請求項１記載の半導体基板。

【請求項4】

前記保護材は、耐熱温度が２００度以上の材料からなる
請求項１記載の半導体基板。

【請求項5】

前記保護材は、エポキシまたはシリコーンを主成分とする材料からなる
請求項１記載の半導体基板。

【請求項6】

前記保護材は、可視光に対して遮光性を有する
請求項１記載の半導体基板。

【請求項7】

前記ガラス基板の上面および下面の少なくとも一方に積層される配線層をさらに具備する請求項１記載の半導体基板。

【請求項8】

前記保護材は、前記配線層の厚みよりも厚さ方向に低く形成される
請求項７記載の半導体基板。

【請求項9】

複数の直線部と前記直線部に挟まれたコーナー部とを側面に備えるガラス基板と、
前記ガラス基板の側面の少なくとも一部に形成された保護材とを具備し、
前記コーナー部は、前記直線部に形成された前記保護材の稜線同士を結ぶ直線よりも前記ガラス基板の内側にあり、
前記保護材は、前記コーナー部において不連続である
半導体モジュール。

【請求項10】

前記不連続部において前記保護材とは材質の異なる材料をさらに具備する
請求項９記載の半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、半導体基板に関する。詳しくは、ガラス基板を利用した半導体基板および半導体モジュールの保護構造に関する。

【背景技術】

【0002】

撮像素子の高機能化および大判化に伴い、従来のように有機基板やセラミック基板を用いて実装した場合には、反りに起因して撮像素子が浮き上がってしまったり、熱膨張率の差から接続信頼性を維持できなくなったりするおそれが生じ得る。そのため、より平坦性が担保されるガラス基板の採用が求められている。一方、ガラス基板は脆弱であり、搬送に伴う衝撃などで破損し易いため、基板外周部を樹脂などによって保護する必要がある。このガラス基板においては、特に端面が脆弱であり、例えば、端面において保護層を厚く形成するための製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１３１７４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の従来技術では、耐エッチング層を設けて、耐エッチング層とガラス基板の側面とに囲まれる空間に端面保護用ポリマー剤を充填することにより、ガラス基板の側面の外側の方向に保護層を形成している。しかしながら、この従来技術では、耐エッチング層を形成した後に剥離する工程が必要になり、また、保護層が収縮することにより基板に反りが生じるおそれがある。

【0005】

本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、ガラス基板の側面を適切に保護する保護構造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】

本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、複数の直線部と上記直線部に挟まれたコーナー部とを側面に備えるガラス基板と、上記ガラス基板の側面の少なくとも一部に形成された保護材とを具備し、上記コーナー部は、上記直線部に形成された上記保護材の稜線同士を結ぶ直線よりも内側にある半導体基板および半導体モジュールである。これにより、ガラス基板の直線部に形成された保護材によってガラス基板のコーナー部を保護するという作用をもたらす。

【0007】

また、この第１の側面において、上記保護材は、上記コーナー部において不連続であってもよい。すなわち、コーナー部の保護という作用をもたらすのは、直線部に形成された保護材である。

【0008】

また、この第１の側面において、上記保護材は、チクソ比が１乃至６のチクソ性を有する材料からなるものであってもよい。これにより、粘性が高く外側に膨らんだ状態でガラス基板の側面に保護材を塗布するという作用をもたらす。

【0009】

また、この第１の側面において、上記保護材は、リフロー工程に対する耐熱性を有する材料からなるものであってもよい。これにより、保護材を塗布した後のリフロー工程における数回に亘る高温下の処理に対応するという作用をもたらす。具体的には、耐熱温度が２００度以上の材料からなるものであってもよい。

【0010】

また、この第１の側面において、上記保護材は、エポキシまたはシリコーンを主成分とする材料からなるものであってもよい。

【0011】

また、この第１の側面において、上記保護材は、可視光に対して遮光性を有するものであってもよい。これにより、ガラス基板に撮像素子を搭載した場合に、ガラス基板における外光による撮像素子への影響を回避するという作用をもたらす。

【0012】

また、この第１の側面において、上記ガラス基板の上面および下面の少なくとも一方に積層される配線層をさらに具備してもよい。この場合、上記保護材は、上記配線層の厚みよりも厚さ方向に低く形成されることが望ましい。これにより、保護材による周囲への影響を回避するという作用をもたらす。

【0013】

また、この第１の側面において、上記保護材は、上記コーナー部において不連続部を有し、上記不連続部において上記保護材とは材質の異なる材料をさらに具備してもよい。これにより、半導体モジュールにおいてガラス基板を固定する際に、コーナー部を有効に利用するという作用をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本技術の第１の実施の形態における半導体基板の一例を示す上面図である。

【図2】本技術の第１の実施の形態における保護材２００の形成例を示す上面図である。

【図3】保護材２００の他の形成例を示す上面図である。

【図4】本技術の第１の実施の形態におけるガラス基板１００の直線部１０１の保護材２００の形成例を示す断面図である。

【図5】本技術の第２の実施の形態における半導体モジュールの一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（ガラス基板の側面に保護材を形成する例）
２．第２の実施の形態（半導体モジュールへの実装例）

【0016】

＜１．第１の実施の形態＞
［半導体基板］
図１は、本技術の第１の実施の形態における半導体基板の一例を示す上面図である。

【0017】

この半導体基板は、八角形の平面形状を有するガラス基板１００を備える。すなわち、ガラス基板１００は、８つの直線部１０１と、これら直線部１０１に挟まれたコーナー部１０２とを側面に備える。なお、この例では八角形の平面形状を示したが、これは一例であり、四角形、六角形など任意の形状であってもよい。

【0018】

ガラス基板１００の周囲の側面には、少なくともその一部に保護材２００が形成される。この保護材２００は、チクソ性（thixotropy：擬塑性）を有する材料からなる。チクソ性とは、粘度が時間経過とともに変化する性質である。チクソ性を有する材料は、力を加えると粘度が次第に低くなり、力を停止すると粘度が次第に高くなる。

【0019】

この実施の形態における保護材２００としては、チクソ比が１乃至６のチクソ性を有する材料からなることが望ましい。このようなチクソ性を有することにより、保護材２００は、粘性が高く外側に膨らんだ状態でガラス基板１００の側面に形成される。この保護材２００は、ディスペンサ（液体定量吐出装置）によって、ガラス基板１００に対して塗布することにより形成される。

【0020】

また、ガラス基板１００においては、はんだ接合を行うために、保護材２００を形成した後工程として、はんだリフローが行われる。このはんだリフロー工程においては、数回に亘り高温下の処理が行われる。例えば、２６０度の温度が３０秒間継続される。そのため、はんだリフロー工程において保護材２００が収縮して、その収縮に伴う編応力によりガラス基板１００が変形することを回避する必要がある。

【0021】

したがって、保護材２００の材料としては、はんだリフロー工程に対する耐熱性を有することが望ましい。より具体的には、保護材２００の材料としては、耐熱温度（熱変形温度）が２００度以上の材料からなることが望ましい。そのような材料として、例えば、エポキシ（epoxy）またはシリコーン（silicone）を主成分とする樹脂が想定される。

【0022】

なお、ガラス基板１００としては、ガラスを材料として用いたものの他、例えば、ガラス、絶縁材、導電材料を積層した構造であってもよい。その場合、積層されたこれらの材料が基板の端面に露出するが、その場合であっても保護材２００による保護は適用可能である。

【0023】

［保護材の形成］
図２は、本技術の第１の実施の形態における保護材２００の形成例を示す上面図である。

【0024】

コーナー部１０２は、保護材２００を塗布したとしても、表面張力により薄くなり易く、また、膜厚や形状が不安定になり易い。また、基板分離の際に用いられるウエットエッチングの影響により端面が凸型になり、さらに保護材２００が薄くなるおそれがある。そこで、この例では、保護材２００は、ガラス基板１００の側面の直線部１０１に形成され、コーナー部１０２は形成されない。すなわち、コーナー部１０２において保護材２００は不連続となっている。そして、コーナー部１０２に保護材２００を敢えて形成せずに、直線部１０１に形成された保護材２００によってコーナー部１０２の保護を図る。ただし、後述するように、コーナー部１０２に保護材２００が形成されていてもよい場合がある。

【0025】

ここで、ガラス基板１００の直線部１０１に形成された保護材２００の稜線同士を結ぶ直線５０１を仮想する。稜線とは、隣り合う直線部１０１にそれぞれ形成された保護材２００の山に対して、それぞれ接する直線である。このとき、ガラス基板１００のコーナー部１０２は、直線５０１よりも内側（ガラス基板１００の中心側）にある。したがって、ガラス基板１００に対して直線上の物体から衝撃が加えられても、コーナー部１０２についてはその衝撃から保護されるようになっている。

【0026】

図３は、保護材２００の他の形成例を示す上面図である。

【0027】

上述の例では、コーナー部１０２における保護材２００が不連続となっていたが、同図におけるａでは、コーナー部１０２にも保護材２００が形成されている。この場合においても、ガラス基板１００のコーナー部１０２の保護材２００は、直線５０１よりも内側にある。したがって、この場合も、ガラス基板１００に対して直線上の物体から衝撃が加えられても、コーナー部１０２の保護材２００にも衝撃が届かず、その衝撃から保護されるようになっている。

【0028】

同図におけるｂでは、ガラス基板１００の直線部１０１に形成された保護材２００同士が互いに接している。また、同図におけるｃでは、ガラス基板１００の直線部１０１に形成された保護材２００同士がさらに近くなり、互いに一体化している。これらの場合においても、ガラス基板１００に対して直線上の物体から衝撃が加えられても、コーナー部１０２についてはその衝撃から保護されるようになっている。

【0029】

一方、同図におけるｄの場合には、ガラス基板１００のコーナー部１０２は、直線５０１よりも外側（ガラス基板１００の中心から反対側）にある。この場合、ガラス基板１００のコーナー部１０２に対して直線上の物体から衝撃が加えられると、直線部１０１に形成された保護材２００では保護しきれずに、コーナー部１０２に衝撃を及ぼすことになる。

【0030】

したがって、同図におけるａ乃至ｃの形成例であれば、コーナー部１０２を保護するという本実施の形態としての作用を奏することがわかる。例えば、製造時のばらつきなどにより、直線部１０１の保護材２００の位置がずれ、または、コーナー部１０２に保護材２００が塗布されたとしても、同図におけるａ乃至ｃの形成例であれば、この実施の形態の保護材２００として機能する。

【0031】

［保護材の寸法］
図４は、本技術の第１の実施の形態におけるガラス基板１００の直線部１０１の保護材２００の形成例を示す断面図である。

【0032】

ガラス基板１００を半導体基板として用いる際には、ガラス基板１００の上面および下面の少なくとも一方に配線層３００が設けられ、配線基板として利用されることになる。この配線層３００は、ポリイミド系の絶縁材および金属の導電材料が積層されることにより形成される。したがって、配線基板として利用される際の基板総厚さは、ガラス基板１００の厚さに配線層３００の厚さを加えたものとなる。例えば、ガラス基板１００の厚さとしては、８００μｍ程度が想定される。また、配線層３００の厚さとしては、２０乃至４０μｍ程度が想定される。

【0033】

上述のように、保護材２００としてチクソ性を有する材料を想定しているため、保護材２００の断面形状は、ガラス基板１００の側面に沿って外側に膨らんだ形状になる。このとき、高さ方向（厚さ方向）に着目すると、ガラス基板１００の上端稜部１０４および下端稜部１０５が最も広がりのある部分である。したがって、上端稜部１０４および下端稜部１０５の保護材２００が配線層３００の高さよりも低く形成されていれば、配線基板としての実用上の問題は生じない。

【0034】

一方、長さ方向（側面方向）に着目すると、ガラス基板１００の先端部１０３における保護材２００の先端部２０３の厚さ（同図におけるＣ）は他の部分よりも厚く形成されることが望ましい。これは、端面における破損を避けるためである。上述のように、保護材２００としてチクソ性を有する材料を想定しているため、このような形状を得ることに適している。

【0035】

寸法の一例として、配線層３００の端からガラス基板１００の上端稜部１０４または下端稜部１０５までの距離（同図におけるＡ）は、例えば、４５０乃至５００μｍ程度が想定される。また、ガラス基板１００の上端稜部１０４または下端稜部１０５からガラス基板１００の先端部１０３までの距離（同図におけるＢ）は、例えば、２００乃至２５０μｍ程度が想定される。また、ガラス基板１００の先端部１０３における保護材２００の先端部２０３の厚さ（同図におけるＣ）は、例えば、２００μｍ程度が想定される。

【0036】

なお、この例では、ガラス基板１００の端面が外側に突出している形状を示したが、例えば、厚さ方向の中心部が厚さ方向の両端部より基板側に入り込んだ形状を有していてもよい。

【0037】

このように、本技術の第１の実施の形態では、ガラス基板１００のコーナー部１０２またはコーナー部１０２の保護材２００が、ガラス基板１００の直線部１０１に形成された保護材２００の稜線同士を結ぶ直線５０１よりも内側に形成される。これにより、ガラス基板１００に対して直線上の物体から衝撃が加えられても、その衝撃からコーナー部１０２を保護することができる。

【0038】

＜２．第２の実施の形態＞
［半導体モジュール］
図５は、本技術の第２の実施の形態における半導体モジュールの一例を示す断面図である。

【0039】

この半導体モジュールは、上述の第１の実施の形態における半導体基板を含んで形成される。すなわち、ガラス基板１００の上面には、半導体チップ４２０が搭載される。この例では、半導体チップ４２０として撮像素子（イメージセンサ）を搭載する撮像装置のための半導体モジュールを想定する。半導体チップ４２０の各電極は、ボンディングワイヤ４２１によって配線層３００に接続される。

【0040】

ガラス基板１００の上側、すなわち入射光側には、カバーガラス４５０が配置される。このカバーガラス４５０を固定するために、ガラス基板１００の周囲にはモールドフレーム４３０が形成される。このモールドフレーム４３０は、ガラス基板１００のコーナー部１０２において固定材４４０によって固定される。すなわち、上述の保護材２００が不連続となっている部分に、後工程において保護材２００とは異なる材料が充填される。なお、固定材４４０は、特許請求の範囲に記載の「保護材とは材質の異なる材料」の一例である。

【0041】

ガラス基板１００の下側には、はんだバンプ等が設けられ、マザーボード４１０に搭載される。マザーボード４１０にはさらに他の半導体チップが搭載され得る。このようにして、半導体モジュールが形成される。

【0042】

この半導体モジュールは、半導体チップ４２０として撮像素子を搭載することを想定しているため、ガラス基板１００の保護材２００としては、可視光に対して遮光性を有することが望ましい。これにより、ガラス基板１００における外光による半導体チップ４２０への影響を回避することができる。

【0043】

このように、本技術の第２の実施の形態では、半導体チップ４２０を搭載するガラス基板１００のコーナー部１０２またはその保護材２００が、ガラス基板１００の直線部１０１に形成された保護材２００の稜線同士を結ぶ直線５０１よりも内側に形成される。これにより、半導体モジュールのガラス基板１００に対して直線上の物体から衝撃が加えられても、その衝撃からガラス基板１００のコーナー部１０２を保護することができる。

【0044】

なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。

【0045】

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。

【0046】

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）複数の直線部と前記直線部に挟まれたコーナー部とを側面に備えるガラス基板と、
前記ガラス基板の側面の少なくとも一部に形成された保護材とを具備し、
前記コーナー部は、前記直線部に形成された前記保護材の稜線同士を結ぶ直線よりも内側にある
半導体基板。
（２）前記保護材は、前記コーナー部において不連続である
前記（１）に記載の半導体基板。
（３）前記保護材は、チクソ比が１乃至６のチクソ性を有する材料からなる
前記（１）または（２）に記載の半導体基板。
（４）前記保護材は、リフロー工程に対する耐熱性を有する材料からなる
前記（１）から（３）のいずれかに記載の半導体基板。
（５）前記保護材は、耐熱温度が２００度以上の材料からなる
前記（１）から（４）のいずれかに記載の半導体基板。
（６）前記保護材は、エポキシまたはシリコーンを主成分とする材料からなる
前記（１）から（５）のいずれかに記載の半導体基板。
（７）前記保護材は、可視光に対して遮光性を有する
前記（１）から（６）のいずれかに記載の半導体基板。
（８）前記ガラス基板の上面および下面の少なくとも一方に積層される配線層をさらに具備する前記（１）から（７）のいずれかに記載の半導体基板。
（９）前記保護材は、前記配線層の厚みよりも厚さ方向に低く形成される
前記（８）に記載の半導体基板。
（１０）複数の直線部と前記直線部に挟まれたコーナー部とを側面に備えるガラス基板と、
前記ガラス基板の側面の少なくとも一部に形成された保護材とを具備し、
前記コーナー部は、前記直線部に形成された前記保護材の稜線同士を結ぶ直線よりも前記ガラス基板の内側にある
半導体モジュール。
（１１）前記保護材は、前記コーナー部において不連続部を有し、
前記不連続部において前記保護材とは材質の異なる材料をさらに具備する
前記（１０）に記載の半導体モジュール。

【符号の説明】

【0047】

１００ ガラス基板
１０１ ガラス基板の直線部
１０２ ガラス基板のコーナー部
１０３ ガラス基板の先端部
１０４ ガラス基板の上端稜部
１０５ ガラス基板の下端稜部
２００ 保護材
２０３ 保護材の先端部
３００ 配線層
４１０ マザーボード
４２０ 半導体チップ
４２１ ボンディングワイヤ
４３０ モールドフレーム
４４０ 固定材
４５０ カバーガラス
５０１ 保護材の稜線同士を結ぶ直線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】