JP2008021711A - 半導体モジュールならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた信頼性を持ってＩＣチップを実装でき、インターポーザー上の省スペース化及び半導体モジュールの小型化を可能にするとともに生産性の向上を実現する半導体モジュールの実装方法ならびにその製造方法を提供する。
【解決手段】インターポーザー１０上に、能動面１２ａをインターポーザー１０側に向けて実装されたＩＣチップ１２を搭載した半導体モジュール１において、裏面１２ｂ側に受動部品１４’を搭載したＩＣチップ１２と、主面１０ａ側にボンディングパッド２１が形成されたインターポーザー１０と、ＩＣチップ１２の裏面１２ｂ全体に形成され、受動部品１４’を封止する樹脂封止材６とを有して構成され、樹脂封止材６は、受動部品１４’の電極１４ａ，１４ａを露出させて設けられ、露出した受動部品１４’の電極１４ａ，１４ａとボンディングパッド２１とがボンディングワイヤ２５によって電気的に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体モジュールならびにその製造方法に関するものである。

従来の半導体モジュールは、インターポーザー上にＩＣチップ、抵抗、コンデンサ及びコイル等の受動部品を平面的に配置した構成となっている。また、ＩＣチップに至っては、複数のＩＣチップを積層構造とすることにより小型化が図られており、ＩＣチップとインターポーザーとの電気的な接続方法として、ワイヤーボンディングもしくは貫通電極により行なうことが一般的に用いられる方法であった。

特許文献１には、モジュール基材上にベアチップ半導体とボンディング対応の電極を有する受動部品を実装し、これらのチップの電極上に設けたバンプによってマザーボー
ドに接続する方法が開示されている。

特許文献２には、ハンダバンプをキャリア上に設けることで各ＩＣチップを各接続パッドでキャリアに接合できるような構成が開示されている。

特許文献３には、半導体装置と該半導体装置を実装する配線基板との電気的な接続を、配線基板に形成された貫通電極により行なうことが開示されている。
特開平１１−２２００８９号公報 特開平５−２０６３７９号公報 特開２００２−３５９３４１号公報

しかしながら、上述した従来技術には、以下のような問題が存在する。
近年、ＩＣチップ及び受動部品の高集積化に伴いＩＣチップ等の外部接続端子が狭小化、狭ピッチ化される傾向にあり、それに従いインターポーザー上に形成される配線パターンも狭ピッチ化される傾向にある。このような構成では、半導体モジュールとしての小型化を図ることは困難であるとともに、配線間の短絡の虞もあることから品質信頼性の問題があった。

ＩＣチップを高密度実装することを目的として、複数のＩＣチップを一つのＩＣパッケージに３次元的に納めるシステムインパッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ；ＳｉＰ）の実用化が進められてきている。このＳＩＰ技術は、超小型化を必須とする携帯電話やデジタルカメラなどのモバイル製品を中心に急速に広まってきており、異機種チップの混載や大容量メモリの搭載等を可能とすることにより、機器の小型軽量化を図ることができるというものである。

最近においては、ＳＩＰ技術を応用してＩＣチップ上に複数の受動部品を搭載した形態が提案され始めている。この構成では、搭載した受動部品の電極とインターポーザーの電極とがワイヤーボンディングにより接続されている。ＩＣチップは、ウェハの状態において配線等を一括形成した後に分割することによって形成されるが、個々のＩＣチップに個片化する前にウェハ上に受動部品を搭載しておく。ウェハ上に一括して受動部品を搭載しておくことによって、受動部品の実装が容易であり、実装精度も良好となる。しかしながら、ＩＣチップをインターポーザー上へ搭載した後に受動部品を搭載しようとすると、インターポーザー上に搭載されたＩＣチップの受動部品搭載箇所に受動部品を位置合わせしなければならないため、位置精度を向上させることが困難となる。そのため、受動部品を搭載したＩＣチップを予め形成しておくことが好ましい。

受動部品を搭載したＩＣチップは、搭載された受動部品がパッケージ化されていない剥き出しの状態、所謂、ベアチップ状態となっている。このようなベアチップの状態でインターポーザー上へ直接実装すれば、製造工程が簡略化されるので低コスト化を図ることができる。

ベアチップ状態のＩＣチップをインターポーザーへとフリップチップ実装する際には、実装装置等の吸引ノズルで吸引しながらインターポーザー上へと配置される方法がとられる。しかしながら、ＩＣチップがベアチップ状態だと受動部品間の隙間によってうまく吸引することができない。そのため、強力な吸引力を必要とし、実装精度の向上も困難となる場合があった。
このようなことから、品質の信頼性を確保しつつ半導体モジュールの製造容易性を図ることが課題となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた信頼性を持ってＩＣチップを実装でき、インターポーザー上の省スペース化及び半導体モジュールの小型化を可能にするとともに生産性の向上を実現する半導体モジュールの実装方法ならびにその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体モジュールは、上記課題を解決するために、インターポーザー上に、能動面がインターポーザー側を向くように実装されたＩＣチップを搭載してなる半導体モジュールにおいて、ＩＣチップと、ＩＣチップの裏面に搭載された受動部品と、表面側に導電接続部が形成されたインターポーザーと、ＩＣチップの裏面に形成され、受動部品を封止する封止材と、を有して構成され、封止材は、受動部品の電極を露出させて設けられ、封止材より露出している受動部品の電極と導電接続部とがボンディングワイヤによって電気的に接続されていることを特徴とする。

このような構造によれば、ＩＣチップ上に搭載される受動部品が封止材によって封止されているので、ＩＣチップをインターポーザーへとフリップチップ実装する際に、吸引ノズルで吸引しやすくなり、ＩＣチップをインターポーザーの所定の位置へと迅速且つ正確に配置させることができる。これにより、吸引ノズルの強力な吸引力を必要とせず取り扱いも容易となることから、コスト削減が図れるとともに作業精度が向上する。
また、ＩＣチップ上に受動部品を搭載した構成となっているので、インターポーザー上の省スペース化に伴う半導体モジュールの小型化を図ることができる。

さらに、受動部品とインターポーザーとはワイヤーボンディングによる接続であることから、貫通電極を用いることなく電気的に接続することができる。よって、貫通電極用の孔をＩＣチップに形成する必要がなく、作業工程数が削減されるとともに低コスト化を図ることができる。以上のことから、インターポーザーの配線設計の自由度が増すのでデザイン対応力を向上させることが可能となる。

また、受動部品は、その電極の表面に金めっきが施されていることも好ましい。
このような構成によれば、受動部品の表面に金めっきが施されていることから、金、アルミからなるワイヤーボンディングの接合を良好にすることができる。これにより、安定した電気的接続を確保することができる。

また、ＩＣチップ上に搭載される受動部品は、絶縁性を有する第１接着材を介してＩＣチップ上に搭載されることも好ましい。
このような構造によれば、受動部品が絶縁性を有する第１接着材を介してＩＣチップ上に搭載されることから、受動部品とＩＣチップとを機械的に固定することができる。

また、封止材は、樹脂またはドライフィルムからなることも好ましい。
このような構造によれば、封止材の形成に樹脂又はドライフィルムを用いることによって、簡単且つ確実に受動部品を封止することができる。

また、ＩＣチップは、能動面に電極端子が設けられ、該電極端子は金バンプ或いははんだバンプにより構成され、電極端子がインターポーザー側のＩＣチップ接続用電極に対して接続されるように、インターポーザー上にＩＣチップをフリップチップ実装することも好ましい。
このような構造によれば、フリップチップ実装技術により、小型化が図れるとともに実装容易性が向上する。また、ベアチップ（ＩＣチップ）をそのまま実装するため、短時間で生産でき、ローコスト化への対応力に優れたものとすることができる。

また、ＩＣチップとインターポーザーとが、異方性導電性フィルム、異方性導電性ペースト、非導電性ペースト、のうちのいずれかからなる接合材により接合されたことも好ましい。
このような構造によれば、ＩＣチップがインターポーザーにフリップチップ実装されているため、これら樹脂系接合材（ＡＣＦ、ＡＣＰ、ＮＣＰ）からなる第１接合材を介してＩＣチップがインターポーザー上に密着固定される。したがって、ＩＣチップのインターポーザーに対する接合強度を向上させることができる。導電性粒子を含むＡＣＦ、ＡＣＰにより、フリップチップ実装時に熱圧着することで、圧着部分、つまり、ＩＣチップとインターポーザーとの接続部分における接続方向に対しては導電性を示す一方、接続部分に直交する方向に対しては絶縁性という電気的異方性を示すことになる。電気的異方性は、ＩＣチップ及びインターポーザーの電極端子間に少なくとも一つの導電性粒子が存在することによって可能となる。これらのことから、対向するＩＣチップ及びインターポーザーの電極端子同士を電気的に導通させるだけでなく、接続部分を機械的に固定することができる。一方、ＮＣＰは非導電性であるので、接続してはいけないインターポーザーの電極とＩＣチップの電極端子との絶縁保護を図ることができる。

また、ＩＣチップとインターポーザーとの間に、アンダーフィル材からなる第１接合材が充填されたことも好ましい。
このような構造によれば、ＩＣチップとインターポーザーとの接合にアンダーフィル材からなる第１接合材を用いることにより、ＩＣチップ及びインターポーザー間に生じる熱膨張係数の相違により生じる応力を吸収することができる。これにより、ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信頼性の向上、及び衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性の向上を図ることができる。

また、ボンディングワイヤは、金又はアルミからなることも好ましい。
このような構造によれば、電気抵抗が非常に小さく、加工も施し易い。

また、インターポーザーには、その表面に接続パッドが形成され、該接続パッド上に供給されるはんだ或いは導通性接着剤からなる第２接着材を介して受動部品が搭載されていることも好ましい。
このような構造によれば、受動部品がはんだ或いは導通性接着剤からなる第２接着材を介して電極パッド上に搭載されることから、受動部品と電極パッドとを電気的に接続することができるとともに、受動部品をインターポーザー上へと機械的に固定することができる。

また、受動部品を搭載したＩＣチップは、モールド材により封止された形態であることも好ましい。
このような構造によれば、受動部品を搭載したＩＣチップをモールド材によって封止することでパッケージ化されることから、ＩＣチップに対する機械的又は化学的な保護が得られるとともに、取り扱いも容易となる。

本発明によれば、インターポーザー上にＩＣチップを搭載してなる半導体モジュールの製造方法において、ＩＣウェハに受動部品を搭載する工程と、受動部品をＩＣウェハの表面に形成される封止材によって封止する工程と、受動部品の電極上に付着した封止材を除去して電極を露出させる工程と、ＩＣウェハをダイシングして複数のＩＣチップを形成する工程と、受動部品を搭載したＩＣチップをインターポーザーシート上に搭載する工程と、ＩＣチップに設けられた受動部品の電極とインターポーザーシートの導電接続部とをワイヤーボンディングする工程と、ＩＣチップ及び受動部品をモールド材によって封止する工程と、インターポーザーシートをダイシングしてＩＣチップが搭載された複数のインターポーザーを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
このような製造方法によれば、ＩＣチップの実装が容易となるので半導体モジュールの製造効率を向上させることができる。

また、受動部品を封止材によって封止する工程において、樹脂をスピンコートにより成膜することで封止材を形成することも好ましい。
このような製造方法によれば、受動部品を容易に封止することができる。

また、ＩＣチップ上に搭載される受動部品をＩＣウェハの表面に形成される封止材によって封止する工程において、ドライフィルムを用いて封止材を形成することも好ましい。
このような製造方法によれば、スピンコート法によって封止することのできない大きさの受動部品であっても確実に封止することができる。

また、ＩＣウェハに受動部品を搭載する工程において、受動部品を、印刷法、若しくは定量吐出法を用いて供給される導電性を有する第２接着材上に搭載させることも好ましい。
このような製造方法によれば、受動部品の搭載箇所に確実に導電性を有する第２接着剤を供給することができる。また、受動部品とＩＣチップとは、電気的且つ、強度的にも安定した接続を得ることができる。

また、インターポーザー上にＩＣチップ及び受動部品を搭載する工程において、受動部品を、インターポーザー上に予め設けられたはんだ或いは導電性樹脂上に搭載することも好ましい。
このような製造方法によれば、受動部品の搭載箇所に確実にはんだ或いは導電性樹脂を供給することができるので、実装精度を向上させることができる。また、受動部品とＩＣチップとは、電気的且つ、強度的にも安定した接続を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
図１は、本実施の形態における半導体モジュールの構成を示す斜視図であって、図２は、半導体モジュールの概略構成を示す側断面図である。また、図３は、ワイヤーボンディングの態様を示す拡大平面図である。

本実施形態の半導体モジュール１は、図１に示すように、インターポーザー１０と、インターポーザー１０に搭載されるＩＣチップ１２及び受動部品１４と、ＩＣチップ１２上に搭載される受動部品１４’と、該受動部品１４’を封止する樹脂封止材６と、ＩＣチップ１２、受動部品１４、樹脂封止材６をモールドするモールド材１６とからなるシステムインパッケージ（ＳｉＰ）の構成をなすものである。

このとき、ＩＣチップ１２は、能動面１２ａをインターポーザー１０の主面１０ａに対向させた状態で搭載されている。樹脂封止材６は、ＩＣチップ１２上に搭載される受動部品１４’を埋め込むようにしてＩＣチップ１２の裏面１２ｂ全体に形成されている。また、モールド材１６は、ＩＣチップ１２、受動部品１４、樹脂封止材６を埋め込むようにして、インターポーザー１０の主面１０ａ全体に形成されたものである。そして、ＩＣチップ１２上に搭載される受動部品１４’とインターポーザー１０とは、ワイヤーボンディング方式により電気的に接続されている。

平面視矩形状を呈するインターポーザー１０には、主面１０ａの略中央に、インターポーザー１０の長辺より短い長辺を有する平面視矩形状のＩＣチップ１２が搭載されている。ＩＣチップ１２は、その長辺をインターポーザー１０の長辺に沿わせた方向で搭載されている。また、上述したように、ＩＣチップ１２はその能動面１２ａをインターポーザー１０の主面１０ａと対向させた状態でフリップチップ実装されており、能動面１２ａ及び主面１０ａ間に介在する接合材１５によってインターポーザー１０上へと固定されている。

ここで、受動部品１４，１４’は、例えば、プルダウン抵抗やプルアップ抵抗等の抵抗、カップリングコンデンサ等のコンデンサ、コイル、インダクタであって、これら受動部品１４，１４’は、図１に示すように一対の電極１４ａ，１４ａを有したものである。特に、受動部品１４’における各電極１４ａの表面には、Ａｕめっきが施されており、これによって後述するボンディングワイヤ２５との接合性を向上させている。

インターポーザー１０の主面１０ａには、ＩＣチップ１２の他にも上記した受動部品１４が複数搭載されている。これら受動部品１４は、ＩＣチップ１２の周辺部に配置されるとともにインターポーザー１０の各辺に沿って配列されている。さらに、ＩＣチップ１２及び受動部品１４とは干渉しない位置に、水晶振動子等の発振素子２４が搭載されている。このような発振素子２４を用いた発振回路を形成することで、半導体モジュール１の発振動作が安定化される。

また、ＩＣチップ１２の裏面１２ｂ上には、複数の受動部品１４’が搭載されている。この受動部品１４’は、ＩＣチップ１２の二つの長辺に沿って配置され、裏面１２ｂ全体に形成される樹脂封止材６によって略全体が覆われた状態となっている。しかしながら、受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａの上部は樹脂封止材６の上面６ａから露出している。受動部品１４’は、露出した各電極１４ａ，１４ａそれぞれに接合されるボンディングワイヤ２５を介してインターポーザー１０側と電気的な接続が得られる構成となっている。

次に、図１〜３に基づいて半導体モジュールの構成についてより詳しく説明する。
インターポーザー１０は、例えばガラス繊維を含んだエポキシ樹脂（ガラス・エポキシ樹脂）のような汎用樹脂を主体として構成された配線基板であって、各種電子機器のマザーボードに実装する際の中継基板として機能するものである。

図２に示すように、インターポーザー１０の裏面１０ｂ側には、後述の主面１０ａ側に設けられる所定の接続パッド部１９及びボンディングパッド２１に接続された電極２７が形成されている。インターポーザー１０は、このような電極２７上にバンプボール等を接続することで構成される電極端子２６を複数有したものとなっている。このインターポーザー１０の電極端子２６が、半導体モジュール１の外部接続端子として機能することになる。

インターポーザー１０の主面１０ａ（上面）には、配線（図示略）及びＩＣチップ接続用電極２２が形成されている。さらに、このＩＣチップ接続用電極２２を避けるようにして、受動部品１４を搭載するための接続パッド部１９（接続パッド）と、ワイヤーボンディングによりＩＣチップ１２との電気的な接続を得るためのボンディングパッド２１（導電接続部）とが形成されている。

接続パッド部１９は、図１に示すように、搭載すべき受動部品１４の数に応じて主面１０ａの周縁に配列されている。接続パッド部１９は、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等より平面視矩形状に形成される一対の電極パッド１９ａ，１９ａにより構成されている。そして、各電極パッド１９ａ，１９ａは、互いの配置方向をインターポーザー１０の各辺に沿わせた状態で所定間隔をおいて配置されている。この接続パッド部１９の構成材料については、接続パッド部１９に必要とされる電気的特性及び物理的特性に応じて適宜変更が可能である。さらに、ボンディングワイヤ２５の材質によっても適宜変更可能となっている。

このような接続パッド部１９上に受動部品１４が搭載されるのであるが、このとき、受動部品１４は、その各電極１４ａ，１４ａが一対の電極パッド１９ａ，１９ａにそれぞれ接続するような方向で配置される。そのため、電極パッド１９ａ，１９ａの配置間隔を受動部品１４の電極１４ａ，１４ａの位置に合わせて適宜設定されるようにする。

図２に示すように、受動部品１４はＩＣチップ側接続パッド部１９上に供給される接着材５（第２接着材）を介して搭載されている。接着材５としては、無鉛はんだや導電性を有する樹脂等が用いられ、印刷法、ディスペンス法（定量吐出法）及びインクジェット法のいずれかにてＩＣチップ側接続パッド部１９上に供給される。このような材料を用いることにより、受動部品１４の各電極１４ａ，１４ａが、各ＩＣチップ側接続パッド部１９の電極パッド１９ａ，１９ａとそれぞれ電気的に接続されるとともに、ＩＣチップ１２に対して受動部品１４が機械的に固定されることになる。なお、接着材５に関して、環境に配慮する意味では無鉛はんだが好ましい。

ボンディングパッド２１は、図１，２に示すように、Ａｌ又はＡｕ等から例えば平面視矩形状に形成されている。そして、インターポーザー１０の主面１０ａの二つの長辺に沿うとともに少なくとも接続パッド部１９よりも内方側（ＩＣチップ１２の近傍）に配置されている。本実施形態におけるボンディングパッド２１は、後述のボンディングワイヤ２５と同様の材料（Ａｕ、Ａｌ等）であることが好ましい。

そして、インターポーザー１０には、これらＩＣチップ接続用電極２２、接続パッド部１９及びボンディングパッド２１を露出させるようにして主面１０ａ全体を覆う絶縁層２が設けられている。本実施形態における絶縁層２は、ＳｉＯ２等により０．１μｍ〜１．０μｍ程度の厚さで形成されている。
このような構成をなすインターポーザー１０の主面１０ａ上にＩＣチップ１２が搭載される。

ＩＣチップ１２は、図１、２に示すように、シリコンにより所定の厚さを有して平面視矩形状に形成され、その能動面１２ａ側にトランジスタやメモリ部、その他の電子部品からなる集積回路（不図示）が形成されてなるものである。また、能動面１２ａには複数の電極端子１３が形成されている。電極端子１３は、能動面１２ａに形成された不図示の電極上の所定箇所に、金バンプ若しくはハンダバンプ等が形成されることにより構成され、断面視において円形状又は正方形状を呈している。そして、これら電極端子１３の下方には集積回路が形成されないようになっている。

一方、ＩＣチップ１２の能動面１２ａとは反対側の面（裏面１２ｂ）には、受動部品搭載箇所に供給される絶縁性接着材３５（第１接着材）を介して受動部品１４’が搭載されている。このとき、受動部品１４の各電極１４ａ，１４ａの配置方向がＩＣチップ１２の長辺に沿った状態で配置されている。絶縁性接着材３５は、印刷法、ディスペンス法（定量吐出法）等にて裏面１２ｂ上に供給される。絶縁性を有する接着材を用いることにより、図３に示すような受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａと、ＩＣチップ１２との絶縁性が確保されるとともに、ＩＣチップ１２に対して受動部品１４’が機械的に固定されることになる。

また、図１，２に示すように、ＩＣチップ１２の裏面１２ｂ上には、受動部品１４’を埋め込むようにして樹脂封止材６が設けられている。樹脂封止材６は、所定の粒径のシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系のモールド樹脂からなるもので、裏面１２ｂ上にスピンコート法によって成膜させてもよいし、既存のドライフィルム等を用いるとしてもよい。このように、樹脂封止材６によって受動部品１４’を封止することによって受動部品１４’間の隙間をなくすことができる。ここで、受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａが樹脂封止材６の上面６ａから露出するように構成されている。そして、樹脂封止材６から露出する受動部品１４の各電極１４ａ，１４ａ上にワイヤーボンディングが施されることになる。また、樹脂封止材６の上面６ａが平坦化されていることが好ましい。これにより、ＩＣチップ１２が吸引ノズルに吸着し易くなる。しかしながら、吸引ノズルの吸引方法によっては、樹脂封止材６の上面６ａが必ずしも平坦となっていなくても良い。

このようなＩＣチップ１２は、電極端子１３がインターポーザー側のＩＣチップ接続用電極２２に対して接続されるようにインターポーザー１０上に実装されている。ＩＣチップ１２は、能動面１２ａ側に形成された電極端子１３とインターポーザー１０側のＩＣチップ接続用電極２２とが接続することによって、インターポーザー１０側との電気的な導通を得ている。そして、ＩＣチップ１２は、ＩＣチップ１２の能動面１２ａとインターポーザー１０の主面１０ａとの隙間に充填される接合材１５（接合材）を介してインターポーザー１０へと固定された構成となっている。

接合材１５には、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）及び非導電性ペースト（ＮＣＰ：Non-Conductive Paste）、アンダーフィル材のうちのいずれかが用いられている。

ここで、ＡＣＦ、ＡＣＰを用いる場合には、含まれる導電性粒子により、ＩＣチップ１２の電極端子１３とインターポーザー１０のＩＣチップ接続用電極２２との接続部分における接続方向に対しては導電性を示す一方、接続部分に直交する方向に対しては絶縁性という電気的異方性を示すことになる。電気的異方性は、ＩＣチップ１２の電極端子１３とインターポーザー１０のＩＣチップ接続用電極２２との間に少なくとも一つの導電性粒子が存在することによって可能となることから、対向する電極端子１３及びＩＣチップ接続用電極２２同士を電気的に導通させるだけでなく、接続部分が機械的に固定される。

接合材１５としてＮＣＰ及びアンダーフィル材を用いる場合には、電極端子１３及びＩＣチップ接続用電極２２との接続を保持した状態で、ＩＣチップ１２及びインターポーザー１０を固定させることができる。また、ＮＣＰ及びアンダーフィル材は非導電性であるので、接続されてはならないインターポーザー１０側の電極とＩＣチップ１２側の電極との絶縁保護を図ることができる。

このようにして、ＩＣチップ１２がインターポーザー１０に対してフリップチップ実装されることによって、ＩＣチップ１２の能動面１２ａがインターポーザー１０側と電気的に接続されている。

そして、図２，３に示すように、受動部品１４’とインターポーザー１０とは、受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａと、これら電極１４ａ，１４ａにそれぞれ対応するボンディングパッド２１との間を繋ぐボンディングワイヤ２５によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤ２５としては、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等の金属材料を用いて、例えば、５．０μｍ程度で構成されたものを使用する。ＡｌやＡｕは、電気抵抗が非常に小さく、加工も施し易い。上述したように、受動部品１４’の電極１４ａ，１４ａの表面には金めっきが施されていることから、上記材料からなるボンディングワイヤ２５との接合性が良い。さらに、ボンディングパッド２１においても、ボンディングワイヤ２５を構成する材料（Ａｌ又はＡｕ等）と同じ材料により形成されていることから、ボンディングパッド２１とボンディングワイヤ２５と接合性が良い。これにより、安定した接続を確保することができる。

このように、受動部品１４’の電極１４ａ，１４ａに金めっきを施すとともにボンディングパッド２１をボンディングワイヤ２５と同じ材料により構成することによって、電極１４ａ，１４ａ及びボンディングパッド２１に対するボンディングワイヤ２５の接合性が良好なものとなる。そのため、ワイヤーボンディングの接続信頼性を向上させることができる。

モールド材１６は、ＩＣチップ１２、樹脂封止材６、受動部品１４及び発振素子２４の全てを埋め込むようにしてインターポーザー１０の主面１０ａ上に形成されている。モールド材１６としては、所定の粒径のシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系樹脂からなるものを使用する。このように、モールド材１６によって、ＩＣチップ１２、樹脂封止材６、受動部品１４及び発振素子２４を封止することにより、これらＩＣチップ１２、樹脂封止材６、受動部品１４及び発振素子２４を機械的又は化学的に保護することができる。

このような構成の半導体モジュール１は、インターポーザー１０に接続される電極端子２６を介して各種電子機器のマザーボードに実装されることになる。

なお、ＩＣチップ接続用電極２２及び電極２７は、主面１０ａ及び裏面１０ｂの周辺部にそれぞれ形成される電極素子から引き廻された再配置配線の一部が電極として機能するものである。本実施形態においては、電極素子及び再配置配線についての説明は省略してあるがこれは従来公知の構成である。

次に、本実施形態の半導体モジュールの製造方法について説明する。
図４は、ＩＣチップの基体となるシリコンＩＣウェハ及びインターポーザーの基体となる配線基板を示す斜視図である。また、図５は、本実施の形態におけるＩＣチップの製造手順を示す工程図であって、図６は、本実施の形態における半導体モジュールの製造手順を示す工程図である。
半導体モジュール１を製造するには、まず、ＩＣチップ１２を製造する必要がある。そのため、まず最初にＩＣチップ１２の製造方法について、図４，５に基づいて説明し、適宜図２を参照する。

ＩＣチップ１２は、ウェハの状態において一括して配線、バンプ等の形成を行ってから個々のＩＣチップに分離する、Ｗ−ＣＳＰ（Wafer level Chip Scale Package）技術を利用して形成される。

ＩＣチップ１２を製造するにあたっては、まず、図４に示すような単結晶シリコンからなるシリコンＩＣウェハ４（ＩＣチップ１２に対応）を用意する。そして、その主面４ａ（ＩＣチップ１２の能動面１２ａに対応）に集積回路及び電極を形成し、その後、集積回路、電極を覆うようにしてシリコンＩＣウェハ４上にパッシベーション膜を一面に形成する。このシリコンＩＣウェハ４は、ダイシングラインＬによって区画される複数のＩＣチップ形成領域３を有してなるもので、図５（ａ）に示すように、裏面４ｂにおけるＩＣチップ形成領域３毎に所定数の電極端子１３が存在するように構成される。なお、図４において、集積回路、電極、パッシベーション膜の図示は省略するものとする。

そして、図２，４に示すように、電極端子１３は、主面４ａの各ＩＣチップ形成領域３の周辺部に位置する不図示の電極上に、金バンプ若しくはハンダバンプ等を公知の方法で所定高さに一括形成されることで構成される。また、その高さは適宜設定されるものとするが、全てのバンプの高さを均一として所定パターンで形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、シリコンＩＣウェハ４の裏面４ｂ（ＩＣチップ１２の裏面１２ｂに対応）側における受動部品搭載箇所に、印刷法若しくは定量吐出法（ディスペンス法）により絶縁性接着材３５を供給し、続いて、絶縁性接着材３５の上に受動部品１４を搭載する。そして、絶縁性接着材３５を加熱硬化させることによって裏面４ｂ上に受動部品１４を固定させる。

その後、図５（ｃ）に示すように、複数の受動部品１４’を搭載した裏面４ｂ全体に、これら受動部品１４’を埋め込むようにして、モールド樹脂をスピンコート法によって成膜する。その後、モールド樹脂によって覆われた受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａをモールド樹脂から露出させるべく、各電極１４ａ，１４ａ上に付着したモールド樹脂を除去する作業を行なうことによって樹脂封止材６を形成する。除去作業には、プラズマ処理や研磨処理等が用いられ、受動部品１４の各電極１４ａ，１４ａの上部を露出させるのと同時に、樹脂封止材６の上面６ａを平坦化させる。

なお、樹脂封止材６の形成は、ドライフィルムを用いることによっても可能である。例えば、ドライフィルムをＩＣチップ１２の裏面１２ｂを覆うようにして、受動部品１４’上に貼り付けた後、加熱硬化させることによってドライフィルムが受動部品１４’を封止することになる。ドライフィルムは、スピンコート法による成膜では覆うことができない大きさの受動部品１４’を封止する場合に特に有効である。ドライフィルムを用いれば、簡単且つ確実に受動部品１４’を封止することができる。

次に、図５（ｄ）に示すように、受動部品’１４の各電極１４ａ，１４ａを樹脂封止材６の上面から露出させた後、シリコンＩＣウェハ４をダイシングラインＬ（図４も参照）に沿ってダイシング（切断）する。すると、図５（ｅ）に示すようなＩＣチップ１２が複数形成される。

次に、半導体モジュール１を製造するには、上記したＩＣチップ１２、複数の受動部品１４を揃え、図４に示すような複数のインターポーザー１０を多面取り可能な配線基板３０（インターポーザーシート）を用意する。

配線基板３０は、ダイシングラインＬによって区画される複数のインターポーザー領域３１を有してなるもので、その主面３０ａには、インターポーザー領域３１毎に所定数のボンディングパッド、インターポーザー側接続パッド部が形成されている。一方、裏面３０ｂにはインターポーザー領域３１毎に所定数の電極端子が既に形成されているものとする。図４において、電極端子、ボンディングパッド、インターポーザー側接続パッド部の図示は省略する。

以下の説明において、半導体モジュール１の製造工程の説明をより分かり易くするために、図４とともに図６，７を参照し、配線基板３０上における１つのインターポーザー領域３１における構成に着目して述べることにする。

まず、図４及び図６（ａ）に示すように、配線基板３０の主面３０ａにおける各インターポーザー領域３１の所定箇所にフリップチップ方式でＩＣチップ１２を実装して、ＩＣチップ１２の電極端子１３と配線基板３０のＩＣチップ接続用電極２２とを接合する。このようにして、電極端子１３とＩＣチップ接続用電極２２とを直接接続することで導通を得ている。その後、図６（ｂ）に示すように、本実施形態においてはＩＣチップ１２と配線基板３０との隙間に、アンダーフィル樹脂（アンダーフィル材）からなる接合材１５を充填する。そして、接合材１５を加熱及び硬化させることでＩＣチップ１２と配線基板３０とが平行姿勢で固定される。このようにして、ＩＣチップ１２の電極端子１３と配線基板３０のＩＣチップ接続用電極２２との接合状態を保持する。接合材１５としてアンダーフィル樹脂を用いることにより、熱的応力、物理的応力に対して接続信頼性を保持することができる。また、低温且つ短時間で硬化させることができるので、他の電子部品へ与える影響を低く抑えることが可能となる。

また、電極端子１３とＩＣチップ接続用電極２２との接続は、配線基板３０上に異方性導電性樹脂又は非導電性樹脂等からなる接合材を予め塗布しておき、この接合材を加熱或いは溶融させることによっても可能となる。このとき、加熱加圧及び超音波振動を印加することにより、ＩＣチップ１２の電極端子１３が配線基板３０の所定のＩＣチップ接続用電極２２上にある接合材を排除し、電極端子１３がＩＣチップ接続用電極２２と接合または接触することにより導通が得られる。
この場合は、アンダーフィル樹脂による接合材１５を充填する工程が不要となる。

次に、図６（ｃ）に示すように、配線基板３０の接続パッド部１９上に接着材５を供給する。接着材５の供給方法としては、上記した印刷法、ディスペンス法（定量吐出法）及びインクジェット法のいずれかにて接続パッド部１９上に供給するものとする。そして、図７（ａ）に示すように、前工程において塗布された接着材５の上に受動部品１４，１４’をそれぞれ搭載し固定することによって、受動部品１４及び接続パッド部１９を接着材５を介して電気的に接続させる。

なお、受動部品１４，１４’の搭載には、既存のＳＭＴ(Surface Mounting Technology)マウンターやダイボンダーを用いることができる。

その後、図７（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１２に搭載された受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａと配線基板３０のボンディングパッド２１とをボンディングワイヤ２５により結線する。ボンディングワイヤ２５のボンディングは、例えば超音波振動と熱圧着とを併用したワイヤボンダを使用して行うものとする。

また、ボンディングワイヤ２５を形成する前に、プラズマ処理を行ってもよい。これにより、ＩＣチップ１２に搭載された受動部品１４’の各電極１４ａ，１４ａ及び配線基板３０のボンディングパッド２１が清浄化される。なお、ここでは図示していないが、受動部品１４’と他の受動部品１４’とをボンディングワイヤ２５を介して接続する構成とすることもできる。

次に、配線基板３０をモールド金型（図示略）に装着して、図７（ｃ）に示すように、ＩＣチップ１２、受動部品１４及び発振素子２４を埋め込むようにして、配線基板３０の主面３０ａ上をモールド材１６で封止する。モールド金型へモールド材１６を注入させる方法は、サイドゲートとよばれる通路から溶融しながら流し込むトランスファモールド方式が一般的である。本実施形態においては、このような方式を用いてＩＣチップ１２、受動部品１４及び発振素子２４をモールド材１６で封止してパッケージ化する。モールド材１６としては、所定の粒径のシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系樹脂からなるものを使用する。

モールド材１６の形成方法としては、上記したモールド金型によるものではなく、スピンコートによる成膜やドライフィルム等を貼着することによっても可能である。

その後、配線基板３０をダイシングラインＬに沿ってダイシングする。具体的には、ダイヤモンドブレード４０を用いて切断するものとしており、ダイシングにより配線基板３０を個片化することによって、図１，２に示すような半導体モジュール１が複数得られる。

なお、配線基板３０をダイシングした後にモールド材１６による封止を行っても良い。

これにより、ＩＣチップ１２上に搭載される受動部品１４’が樹脂封止材６によって封止されているので、ＩＣチップ１２をインターポーザー１０へとフリップチップ実装する際に、吸引ノズルで吸引しやすくなり、ＩＣチップ１２をインターポーザー１０の所定の位置へと迅速且つ正確に配置させることができる。これにより、吸引ノズルの強力な吸引力を必要とせず、取り扱いも容易となることから、コスト削減が図れるとともに作業精度が向上する。また、ＩＣチップ１２上に受動部品１４’を搭載した構成となっているので、インターポーザー１０上の省スペース化に伴う半導体モジュール１の小型化を図ることができる。

さらに、ＩＣチップ１２とインターポーザー１０とはワイヤーボンディングによる接続であることから、貫通電極を用いることなく電気的に接続することができる。よって、貫通電極用の孔をＩＣチップ１２に形成する必要がなく、作業工程数が削減されるとともに低コスト化を図ることができる。以上のことから、インターポーザー１０の配線設計の自由度が増すのでデザイン対応力を向上させることが可能となる。

なお、受動部品１４は、ＩＣチップ１２の動作および電気的接続の妨げにならない限り、インターポーザー１０のどの位置に配置してもよい。また、図８に示すように、受動部品１４の底面に接着層５０を予め形成しておいてもよく、この場合には、受動部品１４の底面全体に接着層５０が形成されている。これは受動部品１４’にも応用することができる。接着層５０の形成は、受動部品１４が個片化される前に、複数の受動部品１４の集合体の裏面に導電性を有する接着材を塗布するか、或いはフィルム状の接着テープ等を貼着することにより行なわれ、これらをダイシングすることにより接着層５０を有した受動部品１４が複数得られる。また、接着層５０は受動部品１４の裏面の大きさと略同一の大きさに形成されるので、ＩＣチップ１２上で、受動部品１４が搭載される領域以外には接着層５０が設けられないことから作業性が良い。

また、図８に示すように、受動部品１４’の電極１４ａ，１４ａのトップのみにＡｕめっきを施してＡｕめっき層５１を形成することとしてもよい。樹脂封止材６から露出する部分のみにＡｕめっきを施すことによって、製造効率が向上するとともにコスト削減を図ることができる。

さらに、受動部品１４’の電極１４ａ，１４ａのトップ部分が樹脂封止材６から露出させた例を述べたがこれに限ったことではなく、ボンディングワイヤー２５を良好に接合できる箇所であれば電極１４ａ，１４ａの他の部分を露出させるようにしても良い。

本実施形態に係る半導体モジュールの概略構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 本実施形態に係る半導体モジュールのワイヤボンディングを示す要部拡大図である。 本実施形態に係るシリコンＩＣウェハ及び配線基板を示す斜視図である。 本実施形態に係るＩＣチップの製造工程図である。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造工程図である。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造工程図である。 本実施形態に係る受動部品の他の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１…半導体モジュール、２…絶縁層、３…ＩＣチップ形成領域、４…シリコンＩＣウェハ、４ａ…主面、４ｂ…裏面、５…接着材（第２接着材）、６…樹脂封止材、６ａ…上面、Ｌ…ダイシングライン、１０…インターポーザー、１０ａ…主面、１０ｂ…裏面、１２…ＩＣチップ、１２ａ…能動面、１２ｂ…裏面、１３…電極端子、１４…受動部品、１４ａ…電極、１５…接合材（接合材）、１６…モールド材、１９…接続パッド部（接続パッド）、１９ａ…電極パッド、２１…ボンディングパッド（導電接続部）、２２…ＩＣチップ接続用電極、２４…発振素子、２５…ボンディングワイヤ、２６…電極端子、２７…電極、３０…配線基板、３０ａ…主面、３０ｂ…裏面、３１…インターポーザー領域、３５…絶縁性接着材（第１接着材）、４０…ダイヤモンドブレード、５０…接着層、５１…めっき層

Claims (15)

1. インターポーザー上に、能動面が前記インターポーザー側を向くように実装されたＩＣチップを搭載してなる半導体モジュールにおいて、
   前記ＩＣチップと、
   前記ＩＣチップの裏面に搭載された受動部品と、
   表面側に導電接続部が形成された前記インターポーザーと、
   前記ＩＣチップの前記裏面に形成され、前記受動部品を封止する封止材と、を有して構成され、
   前記封止材は、前記受動部品の電極を露出させて設けられ、
   前記封止材より露出している前記受動部品の前記電極と前記導電接続部とがボンディングワイヤによって電気的に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記受動部品は、前記電極の表面に金めっきが施されていることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
3. 前記受動部品は、絶縁性を有する第１接着材を介して前記ＩＣチップの前記裏面上に搭載されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体モジュール。
4. 前記封止材は、樹脂またはドライフィルムからなることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
5. 前記ＩＣチップは、能動面に電極端子が設けられ、該電極端子は金バンプ或いははんだバンプにより構成され、前記電極端子が前記インターポーザー側のＩＣチップ接続用電極に対して接続されるように、前記インターポーザー上に前記ＩＣチップをフリップチップ実装することを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
6. 前記ＩＣチップ及び前記インターポーザーとが、導電性フィルム、導電性ペースト、非導電性ペーストのいずれかからなる接合材により接合されることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
7. 前記ＩＣチップと前記インターポーザーとの間に、アンダーフィル材からなる接合材が充填されたことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
8. 前記ボンディングワイヤは、金又はアルミからなることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
9. 前記インターポーザーには、その表面に接続パッドが形成され、
   該接続パッド上に供給されるはんだ或いは導通性接着剤からなる第２接着材を介して前記受動部品が搭載されていることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
10. 前記受動部品を搭載した前記ＩＣチップは、モールド材により封止された形態であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
11. インターポーザー上にＩＣチップを搭載してなる半導体モジュールの製造方法において、
    ＩＣウェハに受動部品を搭載する工程と、
    前記受動部品を前記ＩＣウェハの表面に形成される封止材によって封止する工程と、
    前記受動部品の電極上に付着した前記封止材を除去して前記電極を露出させる工程と、
    前記ＩＣウェハをダイシングして複数のＩＣチップを形成する工程と、
    前記受動部品を搭載した前記ＩＣチップを前記インターポーザーシート上に搭載する工程と、
    前記ＩＣチップに設けられた前記受動部品の前記電極と前記インターポーザーシートの導電接続部とをワイヤーボンディングする工程と、
    前記ＩＣチップ及び前記受動部品をモールド材によって封止する工程と、
    前記インターポーザーシートをダイシングして前記ＩＣチップが搭載された複数のインターポーザーを形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
12. 受動部品を封止材によって封止する工程において、
    樹脂をスピンコートにより成膜することで前記封止材を形成することを特徴とする請求項１１記載の半導体モジュールの製造方法。
13. 前記ＩＣチップ上に搭載される前記受動部品を前記ＩＣウェハの表面に形成される封止材によって封止する工程において、
    ドライフィルムを用いて前記封止材を形成することを特徴とする請求項１１記載の半導体モジュールの製造方法。
14. 前記ＩＣウェハに受動部品を搭載する工程において、
    前記受動部品を、印刷法、若しくは定量吐出法を用いて供給される絶縁性を有する第１接着材上に搭載することを特徴とする請求項１１記載の半導体モジュールの製造方法。
15. 前記インターポーザー上に前記ＩＣチップ及び前記受動部品を搭載する工程において、
    前記受動部品を、前記インターポーザー上に予め設けられた第２接着材上に搭載することを特徴とする請求項１１記載の半導体モジュールの製造方法。
    
    

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