JP4312631B2 - ウエハレベルパッケージ構造体とその製造方法、及びそのウエハレベルパッケージ構造体から分割された素子 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、半導体素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサー、高周波用回路、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）などの素子が、ウエハレベルでパッケージされたウエハレベルパッケージ構造体に関する。

半導体素子やＭＥＭＳ素子を一つのモジュールとするために必要となるパッケージ構造は、素子の性能に影響するだけではなく、製品のサイズ、製品価格を大きく左右する重要な技術である。従来は、素子をウエハから切り出した後、個々にパッケージするのが一般的であったが、近年、製造コストを下げるために、ウエハレベルでのパッケージ技術が盛んに研究開発されている。また、ＭＥＭＳ素子などでは可動部を有しており、空気中の水分を嫌うことから、不活性ガスによる充填や真空封止が必要になるなど、分離した後の取り扱いには困難が伴うので、ウエハレベルでのパッケージが有利である。

このウエハレベルでパッケージする際の課題の１つは、素子からの信号端子の取り出し方にある。この信号取り出し構造は、モジュールやセンサーの大きさに決定する要素であり、製品価格にも直結する。また、高周波用途では、動作周波数が高くなるに伴い、取り出し構造によりその高周波特性が影響を受け、扱う電波の波長が短くなるにつれて、送受信機モジュールの小型化が必要となる。

このようなウエハレベルパッケージ構造として、特許文献１には、フリットガラスを用いてウエハを接合したものが開示されている。この特許に開示されたフリットガラスは、４００℃程度の温度で溶融する低融点ガラスである。

図９Ａ,Ｂに、特許第３３０３１４６号の開示内容に基づいた構造を簡略化して示す。この構造では、基板５１には機能素子５２とその引き出し電極５３ａが形成されている。また、基板５４には凹部５４ａが形成されており、基板５１と基板５４とは、機能素子52と凹部５４ａとが対向するように、フリットガラス５５によって貼り合される。半導体素子５２は、基板５４によって不活性ガス充填あるいは真空封止される。また、その信号は配線５３によって外部に取り出され、電極パッド５３ａからワイヤボンドすることで他の信号処理回路などに接続される。このような信号端子の取り出し方式をフィードスルー配線と呼ぶ。

この従来例において、フリットガラスの封止パターン５５は、通常、スクリーン印刷法で作製されるため、一般的にそのパターン幅は５００μｍ〜１ｍｍ程度と広くなり、封止部が大きな面積を占めることになる。更に、その封止パターンを横切って外部に電極パッド５３ｂが必要であることも面積を取る要因となる。

また、ＭＥＭＳ技術などを用いてシリコン基板に作り込んだ受動回路に、ＭＭＩＣなどの能動素子をフリップチップ実装する一体型高周波モジュールにおいて、そのフリップチップ素子への悪影響を避けるため、３００℃以下で処理可能なパッケージ技術が望まれる。また、センサーなどのパッケージでは、小型化を目的に信号端子の効率的な取り出し方法が望まれる。
特許第３３０３１４６号

しかしながら、従来例のフィードスルー配線を利用したウエハレベルパッケージでは、フリットガラスの形成方法に起因して封止面積が大きくなったり、入出力端子を機能素子と同一平面上に形成する必要性などに起因して、モジュールあるいはセンサーの小型化に限界があった。また、フリットガラス接合では４００℃以上の高温プロセスを必要とするという問題があった。

そこで、本発明は、各個別パッケージ部を小型にでき、比較的低い温度で基板貼り合わせが可能なウエハレベルパッケージ構造体とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るウエハレベルパッケージ構造体は、それぞれ入出力電極を有する複数の機能素子が設けられた第一基板と、上記各機能素子をそれぞれ封止するように貼り合わされた第二基板とを備えたウエハレベルパッケージ構造体であって、上記第二基板は、上記入出力電極にそれぞれ対向する貫通孔と、その貫通孔に充填された第一導体とを有し、上記各機能素子の入出力端子が、上記貫通孔と上記第一導体とを含んで構成されており、上記第一導体が半田であり該半田が上記貫通孔の内部に絶縁膜を介して充填され、かつ上記第一導体と上記絶縁膜の間に半田と濡れ性のよい導体膜を有することを特徴とする。

本発明に係るウエハレベルパッケージ構造体は、入出力端子を機能素子と同一平面上に形成する必要がないので、小型にできる。
また、上記第一導体と上記入出力電極とを上記第一導体より融点の低い第二導体によって接合し、上記各機能素子の周りをそれぞれ取り囲む第一封止用下地金属膜とその第一封止用下地金属膜に対向する第二封止用下地金属膜とを上記第一導体より融点の低い第三導体で接合することにより比較的低い温度で第一基板と第二基板とを接合することが可能となる。また、本発明によれば、貫通孔において良好な気密性が得られる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体は、半導体製造技術を用いて複数の素子２が形成された第一基板（ウエハ）１に、第二基板１１を貼り合わせることにより、各素子に分離する前にウエハ状態で各素子２をそれぞれに封止したウエハレベルパッケージ構造体であって、その個別パッケージ部においてそれぞれ各素子の入出力端子２１，２２が、第二基板１１に形成された貫通孔を用いて構成されたことを特徴としている。
ここで、本発明に係る構造体は、代表的な例としてシリコン等の半導体ウエハが挙げられるため、ウエハレベルパッケージ構造体と呼ぶが、本発明に係るウエハレベルパッケージ構造体は半導体ウエハを用いたものに限られるものではなく、ガラスなど他の基板を用いた構造体も含まれる。

詳細に説明すると、本実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体において、第一基板１の一方の面には、素子２と、素子２に接続された引き出し電極３ａ，３ｂと、引き出し電極３ａ，３ｂの一端に接続された接続用電極４ａ，４ｂが形成され、さらに素子２、引き出し電極３ａ，３ｂ及び接続用電極４ａ，４ｂを内部に含むように取り囲む封止用下地金属膜５が形成されている（図１Ａ，図１Ｂ）。尚、接続用電極４ａ，４ｂは、後述の貫通孔１１ａ，１１ｂに形成される第二導体との濡れ性が良い導体材料で形成され、その接続用電極４ａ，４ｂにより素子２の入出力電極が構成される。また、封止用下地金属膜５の材料として、後述の第三導体に対して半田ぬれ性のよい材料が選択される。

尚、図１Ａ，図１Ｂには、１つの素子２と、その１つの素子２の引き出し電極３ａ，３ｂ、接続用電極４ａ，４ｂ及び封止用下地金属膜５からなる１つの個別パッケージ部に対応する部分のみが示されているが、第一基板１の上には、数十から数百の素子２が形成され、それぞれの素子２に対して引き出し電極３ａ，３ｂ、接続用電極４ａ，４ｂ及び封止用下地金属膜５が形成されている。

また、本実施の形態１において、第二基板１１は、例えばシリコンウエハ等からなり、素子２を気密封止する空間を形成するための凹部１１ｃ、接続用電極４ａ，４ｂに対向するように形成された貫通孔１１ａ、１１ｂ、その貫通孔を利用してそれぞれ構成された入出力端子２１，２２、封止用下地金属膜５に対向するように形成された封止用下地金属膜１４が、各素子２にそれぞれ対応するように設けられている（図２Ａ，図２Ａ）。

ここで、入出力端子２１は、貫通孔１１ａと、その内部に絶縁膜１２ａ及び導体膜１３ａを介して充填された第一導体２１ａにより構成され、素子２の一方の入出力電極である接続用電極４ａと対向するようにバンプ状に第二導体２１ｂが形成されている。本実施の形態１では、導体膜１３ａの材料として、貫通孔１１ａに充填される第一導体２１ａに対して半田ぬれ性の良好な材料を選択し、入出力端子２１における気密性及びその信頼性を確保している。
入出力端子２２も、貫通孔１１ｂと、その内部に絶縁膜１２ｂ及び導体膜１３ｂを介して充填された第一導体２２ａにより構成され、素子２の他方の入出力電極である接続用電極４ｂと対向するようにバンプ状に第二導体２２ｂが形成され、導体膜１３ｂの材料として、気密性及びその信頼性を確保するために、貫通孔１１ｂに充填される第一導体２２ａに対して半田ぬれ性の良好な材料が選択される。
また、封止用下地金属膜１４の材料として、第三導体２３に対して半田ぬれ性のよい材料が選択され、封止用下地金属膜１４上には、封止材となる第三導体２３が形成されている。

本実施の形態１において、第二導体と第三導体の融点は、第一導体の融点以下になるように選択されることが好ましい。例えば、第一導体として金錫共晶半田（Ａｕ−Ｓｎ、融点２８０℃）を選んだ場合、第二及び第三導体としては錫銅共晶半田（Ｓｎ−Ｃｕ、融点２２６℃）などを選ぶ。このような組み合せは、上述した融点の関係が整えば他の導体でも構わない。このように、第二導体及び第三導体の材料として、第一導体の融点以下のものを選択すると、第一基板１と第二基板１１の接合工程において、入出力端子２１，２２の部分の気密性を悪化させることなく、第一基板１と第二基板１１を接合できる。
また、封止材となる第三導体に代えて、第一導体の融点以下の温度で硬化する熱硬化性樹脂を用いてもよい。この熱硬化性樹脂として、例えば、２００℃〜２５０℃で硬化するＢＣＢ（benzocyclobutene）などが挙げられる。

以上のように構成された第一基板１と第二基板１１とが、接続用電極４ａ，４ｂと入出力端子２１，２２がそれぞれ対向しかつ封止用下地金属膜５と封止用下地金属膜１４が対向するように接合されて実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体は構成される。
ここで、素子２は、通常の半導体回路が形成された半導体からなる機能素子の他に、マイクロマシニングで作製したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子などの機能素子も含み、具体的なＭＥＭＳ素子としては、慣性力センサー、高周波用制御回路（ＲＦ・ＭＥＭＳ素子）、赤外線センサーなどが挙げられる。

以上のように構成された実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体の各個別パッケージ部において、入出力端子２１に入力された電気信号は、第一導体２１ａ、第二導体２１ｂ、接続用電極４ａ、引き出し電極３ａを介して素子２に入力され、例えば、そこで信号処理された後、引き出し電極３ｂ、接続用電極４ｂ、第二導体２２ｂ、第一導体２２ａを介して入出力端子２２から出力される。尚、例えば、半導体素子である素子２は、第三導体２３によって気密封止されている。

以下、本実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体の製造方法について図３Ａ〜図３Ｈを参照しながら説明する。尚、以下の例では、第一基板１及び第二基板１１としてシリコン基板を用いた例により説明する。

第１工程．
第１工程では、第二基板であるシリコン基板１１に、凹部１１ｃを形成するためのマスク３１を写真製版で形成する（図３Ａ）。
第２工程．
第２工程では、アルカリエッチングなどによって凹部１１ｃを形成する（図３Ｂ）。

第３工程．
第３工程では、前記マスク３１を除去して、貫通孔１１ａ，１１ｂを形成するためのマスク３２を形成し、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma））エッチングなどによって貫通孔１１ａと１１ｂを形成する（図３Ｃ）。
第４工程．
第４工程では、マスク３２を除去し、その後熱酸化と写真製版などによって、絶縁膜１２ａと１２ｂを形成する（図３Ｄ）。

第５工程．
第５工程では、第一導体及び第三導体と濡れ性が良い導体膜１３ａ，１３ｂ及び封止用下地金属膜１４をスパッタ成膜と写真製版を用いて形成する。導体膜１３ａ，１３ｂ及び封止用下地金属膜１４は共通の導体で形成することができ、その導体膜としては、例えばクロム／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ）で形成することができる（図３Ｅ）。尚、導体膜１３ａ，１３ｂとして第一導体と半田ぬれ性のよい材料を選択し、封止用下地金属膜１４として第三導体と濡れ性が良い材料を選択すれば、導体膜１３ａ，１３ｂと封止用下地金属膜１４の材料は異なっていてもよい。

第６工程．
第６工程では、ソルダーシュート法によって第一導体２１ａ，２２ａを貫通孔１１ａ，１１ｂに埋め込む。この第一導体として、例えば、融点が２８０℃のＡｕ−Ｓｎを選択することができる。尚、ソルダーシュート法とは、インクジェット方式を用いて、半田などの低融点の導体（ここでは、第一導体）を数十μｍ径の微小粒子（微小滴）にしてノズルヘッド３３から吐出させる方法をいう（図３Ｆ）。この埋め込みの際、本実施の形態１では、第５工程において貫通孔１１ａ，１１ｂ内部にそれぞれ第一導体と半田ぬれ性のよい導体膜１３ａ，１３ｂを形成しているので、第一導体２１ａ，２２ａを貫通孔１１ａ，１１ｂに緻密に埋め込むことが可能となり、貫通孔１１ａ，１１ｂにおいて良好な気密性が得られる。

第７工程．
第７工程では、第６工程で埋め込んだ第一導体２１ａ，２２ａの上に、第二導体２１ｂ，２２ｂをソルダーシュート法でバンプ状に形成する。第二導体としては、例えば融点が２２６℃のＳｎ−Ｃｕを選択することができる（図３Ｇ）。
第８工程．
第８工程では、封止領域である封止用下地金属膜１４の上に、第三導体２３をソルダーシュート法でバンプ状に形成する。第三導体としては、例えば第二導体と同じＳｎ−Ｃｕを選択することができる。また、このバンプ状の第３導体は、封止用下地金属膜５と封止用下地金属膜１４とを隙間なく接合するために必要な数だけ並べて、封止用下地金属膜１４上に形成される（図３Ｈ）。

第９工程．
第９工程では、素子２、引き出し電極３ａ，３ｂ、第二導体２１ｂ，２２ｂに対する半田濡れ性を良くするための接続用電極４ａ，４ｂ、封止用導体膜５が形成された基板１上に、第８工程までを終えたシリコン基板１１を凹部１１ｃが素子２に対向するようにフェースダウンに配置し、アライメント装置を用いて、それぞれ半田バンプからなる第二導体２１ｂ，２２ｂ及び第三導体２３がそれぞれ、接続用電極４ａ，４ｂ及び封止用下地金属膜５に対向するように調整してウエハ接合装置に設置する（図２Ａ）。

第１０工程．
第１０工程では、位置合わせして重ねられた第一基板１と第二基板１１とをウエハ接合装置内において、真空状態あるいは窒素雰囲気状態で、二枚の基板に圧力と温度をかける。温度は、第二導体及び第三導体の融点近傍であってかつ第一導体２１ａ，２２ａの融点以下とする。これにより、入出力端子２１，２２部分の気密性を悪化させることなく、第二導体２１ｂ、２２ｂは接続用電極４ａ，４ｂの上でリフローして引き出し電極３ａ，３ｂと電気的に接続され、同様に第三導体２３は導体膜５の上でリフローして接着され、第三導体２３に囲われた内部を気密封止する（図２Ｂ）。

なお、封止材として第三導体２３の代わりに前述した感光性のＢＣＢ樹脂を用いる場合は、第８工程において、ソルダーシュート法ではなく、写真製版によってＢＣＢ封止パターンを形成して、第９工程及び第１０工程を実行すればよい。尚、この場合には、封止用下地金属膜１４と封止用下地金属膜５は不要である。

以上のように構成された実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体では、第二基板に形成された貫通孔を利用して各入出力端子を構成しているので、機能素子２と同一平面上に入出力端子を構成することがないので、各個別パッケージ部分を小型にできる。

また、第一導体と入出力電極とが第一導体より融点の低い第二導体によって接合されているので、入出力端子部の気密性を悪化させることなく、第一導体と入出力電極とを接合することが可能である。

さらに、実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体では、第一基板は各機能素子の周りをそれぞれ取り囲む封止用下地金属膜５と封止用下地金属膜１４とを第一導体より融点の低い第三導体で接合されているので、入出力端子部の気密性を悪化させることなく、第一基板と第二基板とを接合することができる。

また、本実施の形態１では、第二導体と第三導体とが同一の材料からなるので、工程を簡略化できる。

また、本実施の形態１では、封止用樹脂によって第一基板と第二基板とを接合することもでき、その際、該封止用樹脂を第二導体による第一導体と入出力電極の接合温度で、機能素子を封止することが可能な樹脂を用いることにより、入出力端子部の気密性を悪化させることなく、しかも工程を簡略化できる。

実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２のウエハレベルパッケージ構造体は、図４に示すように、第二導体２１ｂ、２２ｂをそれぞれ基板１に形成した接続用電極４ａ、４ｂの上に形成し、第三導体２３を基板１に形成した封止用下地金属膜５の上に形成して、第一基板１と第二基板１１とを接合した以外は、実施の形態１と同様に構成される。
以上のようにしても、図２Ｂに示す実施の形態１と同様のウエハレベルパッケージ構造体とでき、実施の形態１と同様の作用効果を有する。

実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３のウエハレベルパッケージ構造体は、図５に示すように、第一基板１上に一体で構成された素子２に代えて、第一基板１とは別体で構成された機能素子であるチップ素子６を第一基板１の引き出し電極３ａ，３ｂ上にフリップチップボンディングした以外は、実施の形態１のウエハレベルパッケージと同様に構成される。尚、実施の形態３では、チップ状の半導体チップ素子６を、基板１にＡｕバンプ７によりフリップチップ実装している。本実施の形態３は、第一基板１がシリコンで、半導体チップ素子６がガリウム砒素基板を用いて構成されたモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）やアルミナなどの基板を用いて構成されたマイクロ波集積回路である場合に、特に有効である。

尚、実施の形態３では、図６に示すように、第二基板１１の凹部１１ｃに代えて、第一基板１に凹部１ｃを形成して、その凹部１ｃに半導体チップ素子６をフリップチップボンディングするようにしてもよい。

実施の形態４
本発明に係る実施の形態４のウエハレベルパッケージ構造体は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、各素子２にそれぞれ半導体チップ素子６を接続して、素子２と半導体チップ素子６を含んで機能素子を構成し、その機能回路を一括して封止した以外は、実施の形態１と同様に構成される。
具体的には、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、素子２の一方の引き出し電極３ｂを２つに分離し、その間に半導体チップ素子６をフリップチップボンディングしている。図７Ａでは、素子２に接続された部分を引き出し電極３ｄとして表示している。
そして、素子２と半導体チップ素子６を収納できる空間が構成されるように形成された凹部１１ｃにより気密空間が第一基板１と第二基板１１の間に形成される。
このようにして、シリコン基板１の同一平面上に素子２とフリップチップ実装された半導体チップ素子６を有し、それらを一括して封止した実施の形態４のウエハレベルパッケージ構造体が構成される。

以上のように構成された実施の形態４のウエハレベルパッケージ構造体の個別パッケージ部において、入出力端子２１に入力された電気信号は、第一導体２１ａ、第二導体２１ｂ、接続用電極４ａ、引き出し電極３ａを介して素子２に入力され、例えば、そこで信号処理された後、引き出し電極３ｄと導体バンプ7を介して、フリップチップ実装された半導体チップ素子６に入力され、そこでさらに信号処理等された後、引き出し電極３ｂ、接続用電極４ｂ、第二導体２２ｂ、第一導体２２ａを介して入出力端子２２から出力される。

実施の形態５．
本発明に係る実施の形態５のウエハレベルパッケージ構造体は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第一基板１と第二基板１１にさらに第三基板４１を張り合わせることにより、複数の素子をウエハレベルでパッケージしたウエハレベルパッケージ構造体であり、機能素子を構成する素子２とチップ素子６とは異なる基板に形成又は実装される。

具体的には、第二基板１１と第三基板４１に挟まれた第一基板１には、素子２、その素子２に接続された引き出し電極３ａ，３ｂ、引き出し配線３ｂに接続された貫通配線２４、第二基板１１と第三基板４１とを接続するための貫通配線２５が形成されている。
また、第一基板１の上面には、素子２、引き出し電極３ａ，３ｂ、貫通配線２４及び貫通配線２５を内部に含み個別のパッケージ部を画する封止用下地金属膜５ａが形成され、第一基板１の下面には、その封止用下地金属膜５ａに対向するように、封止用下地金属膜５ｂが形成される。

また、素子２に接続された引き出し電極３ａの一端には接続用電極４ａが形成され、その接続用電極４ａには第二基板１１の入出力端子２１が接続される。
貫通配線２４は、貫通孔１ｂと、その内部に絶縁膜１２ｃ及び導体膜１３ｃを介して充填された第一導体２４ａにより構成されている。
貫通配線２５は、接続用電極４ａの外側に形成され、貫通孔１ｃと、その内部に絶縁膜１２ｄ及び導体膜１３ｄを介して充填された第一導体２５ａにより構成されている。
また、貫通配線２５上には、接続用電極４ａとは電気的に分離された接続用電極４ｂが形成されている。

実施の形態５において、第二基板１１は、実施の形態１等と同様に構成された凹部１１ｃ、入出力端子２１，２２及び封止用下地金属膜１４が形成されている。尚、本実施の形態５では、入出力端子２１，２２は、凹部１１ｃの片側に配置されている。また、封止用下地金属膜１４の上には第三導体２３が形成されている。

また、第三基板４１は、凹部４１ａを有し、凹部４１ａの底面で分離された引き出し電極４２ａ，４２ｂ及びそれらの周りに封止用下地金属膜４４が形成されている。そして、その凹部４１ａの底面の引き出し電極４２ａ，４２ｂが分離された部分に、例えば、半導体チップ素子６がフリップチップ実装されている。また、引き出し電極４２ａ，４２ｂの一端にはそれぞれ、接続用電極４３ａ，４３ｂを介して第二導体２５ｂ，２４ｂが形成され、封止用下地金属膜４４の上には、第三導体２６が形成されている。

実施の形態５では、第１基板１の下に、第三基板４１を封止用下地金属膜４４と封止用下地金属膜５ｂが対向し、接続用電極４３ａ，４３ｂがそれぞれ貫通配線２５，２４と対向するように配置し、第１基板１の上に、第二基板１１を、封止用下地金属膜５ａと封止用下地金属膜１４が対向し、貫通配線２５と入出力端子２２が対向し、接続用電極４ａと入出力端子２１が対向するように配置されて、図８Ｂに示すように互いに接合される。
以上のように、一番上の第二基板１１に入出力端子２１，２２を有し、中間に位置する第一基板１に素子２が一体で形成され、一番下の第三基板４１（の凹部４１ａ）にフリップチップ実装素子が配置されてなる実施の形態５のウエハレベルパッケージ構造体は構成される。

以上のように構成された実施の形態５のウエハレベルパッケージ構造体は、例えば、素子２はシリコン基板内に作り込まれた受動回路であり、フリップチップ実装されるチップ素子６はガリウム砒素やアルミナなどを基板とする能動素子により構成することができ、例えば、高周波信号の制御回路などに適している。

この実施の形態５のウエハレベルパッケージ構造体において、第二基板１１の入出力端子２１に入力された電気信号は、第一導体２１ａ、第二導体２１ｂ、接続用電極４ａ、引き出し電極３ａを介して第一基板１の素子２に入力され、そこで信号処理された後、引き出し電極３ｂ、貫通配線２４を構成する第一導体２４ａ、第二導体２４ｂ、引き出し電極４２ｂを介してフリップチップ実装チップ素子６に入力され、そこで信号処理された後、引き出し電極４２ａ、貫通配線２５を構成する第二導体２５ｂ、第一導体２５ａを介して入出力端子２２から出力される。

以上の実施の形態５のウエハレベルパッケージ構造体は、実施の形態１等と同様の作用効果を有し、かつモジュールのさらなる積層化が図れるので、より小型化が可能である。

以上詳細に説明したように、本発明に係る実施の形態１〜５によれば、機能素子の入出力端子が貫通配線技術を用いて基板の垂直方向に取り出せるため、パッケージの小型化とモジュールの積層化が図れる。また、基板（ウエハ）の接合と貫通配線（入出力端子も含む）の端子接続を半田金属あるいは樹脂材を用いて行うため、これらに係るプロセス温度を３００℃以下に低減でき、フリップチップ実装素子などを内臓したウエハを接合しても、気密性及びフリップチップ・バンプに悪影響を及ぼさないという利点がある。
さらに、貫通配線を構成する導体を融点の異なる二種類の半田で構成し、融点の低い方の半田を貫通配線の接続、および基板間の接合に用いるため、貫通配線内に埋め込まれた融点の高い方の半田がリフローして溶け出すことがなく、かつ基板内の半導体素子を不活性ガス充填あるいは真空封止することができる。

本発明に係る実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体における第一基板の平面図である。 図１のＡ−Ａ’線についての断面図である。 実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体における第一基板と第二基板の接合前の断面図である。 実施の形態１のウエハレベルパッケージ構造体の断面図（接合後）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（１）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（２）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（３）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（４）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（５）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（６）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（７）である。 実施の形態１の第二基板の製造過程を説明するための断面図（８）である。 本発明に係る実施の形態２のウエハレベルパッケージ構造体の断面図である。 本発明に係る実施の形態３のウエハレベルパッケージ構造体の断面図である。 本発明に係る実施の形態３の変形例のウエハレベルパッケージ構造体の断面図である。 実施の形態４のウエハレベルパッケージ構造体における第一基板と第二基板の接合前の断面図である。 実施の形態４のウエハレベルパッケージ構造体の断面図（接合後）である。 実施の形態５のウエハレベルパッケージ構造体における第一基板、第二基板及び第三基板の接合前の断面図である。 実施の形態５のウエハレベルパッケージ構造体の断面図（接合後）である。 従来例のウエハレベルパッケージの平面図である。 図９ＡのＢ−Ｂ’線についての断面図である。

符号の説明

１ 第一基板、
２ 素子、
３ａ，３ｂ，３ｄ，４２ａ，４２ｂ 引き出し電極、
４ａ，４ｂ，４３ａ，４３ｂ 接続用電極、
５，１４，４４ 封止用下地金属膜、
６ チップ素子、
７ Ａｕバンプ、
１１ 第二基板、
１１ａ，１１ｂ 貫通孔、
１ｃ，１１ｃ，４１ａ 凹部、
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 絶縁膜、
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 導体膜、
２１，２２ 入出力端子、
２１ａ，２２ａ，２４ａ，２５ａ 第一導体、
２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２４ｂ 第二導体、
２３，２６ 第三導体、
３１，３２ マスク、
４１ 第三基板、
２４，２５ 貫通配線、
１ｂ，１ｃ 貫通孔、

Claims (14)

1. それぞれ入出力電極を有する複数の機能素子が設けられた第一基板と、上記各機能素子をそれぞれ封止するように貼り合わされた第二基板とを備えたウエハレベルパッケージ構造体であって、
   上記第二基板は、上記入出力電極にそれぞれ対向する貫通孔と、その貫通孔に充填された第一導体とを有し、上記各機能素子の入出力端子が、上記貫通孔と上記第一導体とを含んで構成されており、
   上記第一導体が半田であり該半田が上記貫通孔の内部に絶縁膜を介して充填され、かつ上記第一導体と上記絶縁膜の間に半田と濡れ性のよい導体膜を有することを特徴とするウエハレベルパッケージ構造体。
2. 上記第一導体と上記入出力電極とが上記第一導体より融点の低い第二導体によって接合された請求項１記載のウエハレベルパッケージ構造体。
3. 上記第一基板は上記各機能素子の周りをそれぞれ取り囲む第一封止用下地金属膜を有し、かつ上記第二基板は上記第一封止用下地金属膜に対向する第二封止用下地金属膜を有しており、
   上記第一封止用下地金属膜と上記第二封止用下地金属膜が第三導体で接合されることにより上記各機能素子が気密封止される請求項１又は２記載のウエハレベルパッケージ構造体。
4. 上記第三導体は、上記第二導体による上記第一導体と上記入出力電極の接合温度で、上記第一封止用下地金属膜と上記第二封止用下地金属膜とを接合することができる導体からなる請求項３記載のウエハレベルパッケージ構造体。
5. 上記第二導体と上記第三導体とが同一の材料からなる請求項４記載のウエハレベルパッケージ構造体。
6. 上記第一基板と上記第二基板とは、上記各機能素子の周りをそれぞれ取り囲むように設けられた封止用樹脂によって接合されており、該封止用樹脂は、上記第二導体による上記第一導体と上記入出力電極の接合温度で、上記各素子を封止することが可能な樹脂からなる請求項２記載のウエハレベルパッケージ構造体。
7. 上記各機能素子がそれぞれ不活性ガスによる封止又は真空封止された請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載のウエハレベルパッケージ構造体。
8. 上記第二基板は、上記各機能素子とそれぞれ対向する領域に第二凹部を有する請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載のウエハレベルパッケージ構造体。
9. 上記各機能素子は、上記第一基板上にフリップチップ実装されたチップ素子を含む請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のウエハレベルパッケージ構造体。
10. 上記第一基板は第一凹部を含み、上記各機能素子は上記第一凹部の底面にフリップチップ実装されたチップ素子を含む請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のウエハレベルパッケージ構造体。
11. 上記各機能素子はそれぞれ、上記第一基板と一体で構成された第一の素子と、フリップチップ実装された第二の素子を含んでなる請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載のウエハレベルパッケージ構造体。
12. 上記機能素子の一部を構成する素子が形成された第三基板をさらに含み、上記第三基板がその第三基板に形成された上記素子を封止するように上記第一基板の上記第二基板とは反対側の面に接合された請求項１〜１１のうちのいずれか１つに記載のウエハレベルパッケージ構造体。
13. 請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載のウエハレベルパッケージ構造体から分割されてなる素子。
14. それぞれ入出力電極を有する複数の機能素子が設けられた第一基板と、上記各機能素子をそれぞれ封止するように貼り合わされた第二基板とを備えたウエハレベルパッケージ構造体の製造方法であって、
    上記第二基板において上記入出力電極に対向する位置にそれぞれ貫通孔を形成することと、
    上記貫通孔にそれぞれ第一導体を充填することと、
    上記第一基板において、上記機能素子と上記入出力電極を内部に含むようにそれぞれ第一接合用電極を形成することと、
    上記第二基板において、上記第一接合用電極にそれぞれ対向する位置に第二接合用電極を形成することと、
    上記第一接合用電極と上記第二接合用電極、及び上記第一導体と上記入出力電極を上記第一導体より低い融点を有する金属により接合することとを含み、
    上記貫通孔にそれぞれ第一導体を充填する工程は、
    上記貫通孔に絶縁膜を形成することと、
    上記絶縁膜の上に、溶解した半田と濡れ性のよい導体膜を形成することと、
    上記導体膜が形成された貫通孔に、上記第一導体の材料として半田を溶融させた粒子を滴下することを含むことを特徴とするウエハレベルパッケージ構造体の製造方法。

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