JP7508879B2 - Support-attached wiring board, wiring board, and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、支持体付き配線基板、配線基板、及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a wiring board with a support, a wiring board, and a semiconductor device.
近年半導体装置の高速化、高集積化が進む中で、FC-BGA(Flip Chip-Ball Grid Array)用配線基板に対しても、半導体素子との接続端子の狭ピッチ化、基板配線の微細化が求められている。
一方、FC-BGA用配線基板とマザーボードとの接続は、従来とほぼ変わらないピッチの接続端子での接続が要求されている。この半導体素子との接続端子の狭ピッチ化、基板配線の微細化のため、シリコン上に配線を形成して半導体素子接続用の基板(シリコンインターポーザ)として、それぞれFC-BGA用配線基板に接続する方式が知られている。
As semiconductor devices have become faster and more highly integrated in recent years, there is a demand for narrower pitches for connection terminals with semiconductor elements and finer board wiring for FC-BGA (Flip Chip-Ball Grid Array) wiring boards.
On the other hand, the connection between the FC-BGA wiring board and the motherboard requires connection terminals with a pitch that is almost the same as before. In order to narrow the pitch of the connection terminals with the semiconductor elements and to miniaturize the board wiring, a method is known in which wiring is formed on silicon to serve as a board for connecting semiconductor elements (silicon interposer), and these are then connected to the FC-BGA wiring board.
また、FC-BGA用配線基板の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing、化学機械研磨)等で平坦化してから微細配線を形成する方式が特許文献1に開示されている。また、支持基板の上に微細な配線層を形成する方式が特許文献2及び特許文献3に開示されている。特許文献2には、支持基板の上に微細な配線層を形成しFC-BGA用配線基板に搭載した後、支持基板を剥離することで狭ピッチな配線基板を形成する方式が開示されている。特許文献3には、支持基板の上に微細な配線層を形成した後に、半導体素子と一体化し、支持体を剥離した後に個片化することで配線層が形成された半導体装置の製造方法が開示されている。
シリコンインターポーザは、シリコンウェハを利用して、半導体前工程用の設備を用いて製作されている。シリコンウェハは形状、サイズに制限があり、1枚のウェハから製作できるインターポーザの数が少なく、製造設備も高価である。そのため、インターポーザも高価となる。また、シリコンウェハが半導体であることから、伝送特性も劣化するという問題がある。 Silicon interposers are manufactured using silicon wafers with equipment for semiconductor front-end processing. Silicon wafers are limited in shape and size, so only a small number of interposers can be manufactured from a single wafer, and the manufacturing equipment is expensive. As a result, interposers are also expensive. In addition, because silicon wafers are semiconductors, there is the problem that their transmission characteristics deteriorate.
また、FC-BGA用配線基板の表面の平坦化を行いその上に微細配線層を形成する方式においては、シリコンインターポーザに見られる伝送特性劣化は小さいが、FC-BGA用配線基板の製造不良と、難易度の高い微細配線形成時の不良との通算で同一基板面内収率が低下する問題や、FC-BGA用配線基板の反り、歪みに起因した半導体素子の実装における問題がある。 In addition, in the method of flattening the surface of the FC-BGA wiring board and forming a fine wiring layer on top of it, the deterioration of transmission characteristics seen in silicon interposers is small, but there are problems with the combined yield within the same board due to manufacturing defects in the FC-BGA wiring board and defects during the highly difficult formation of the fine wiring, as well as problems with mounting semiconductor elements due to warping and distortion of the FC-BGA wiring board.
一方、支持基板の上に微細な配線層を形成し、これをFC-BGA用配線基板に搭載した後、若しくは、支持基板の上に微細な配線層を形成し、半導体素子と一体化した後、支持体を剥離する方式においては、次のような問題があった。すなわち、支持体を剥離した後に露出した半導体実装用パッドは、平滑な支持体と接していたことから、パッド表面が平坦なため、はんだの濡れ性が悪く、信頼性試験において、はんだクラックを生じやすいという問題があった。 On the other hand, the method of forming a fine wiring layer on a support substrate, mounting this on an FC-BGA wiring board, or forming a fine wiring layer on a support substrate and integrating it with a semiconductor element, and then peeling off the support, had the following problem. That is, the semiconductor mounting pads exposed after peeling off the support were in contact with the smooth support, and the flat pad surface had poor solder wettability, which made it prone to solder cracks during reliability tests.
そこで本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、はんだの濡れ性が良く、信頼性試験において、はんだクラックが生じにくい支持体付き配線基板、配線基板、及び半導体装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a wiring board with a support, a wiring board, and a semiconductor device that have good solder wettability and are less likely to develop solder cracks in reliability tests.
上記目的を達成するべく、本発明の一態様によれば、支持体と、支持体の一方の面に形成された剥離層と、剥離層の支持体とは逆側の面に形成され、剥離層側の面に露出した導体層を含む第2配線基板と、を備え、剥離層の第2配線基板が形成される側の面は粗面である支持体付き配線基板が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、上記態様の支持体付き配線基板を用いて製造される配線基板であって、支持体及び剥離層を除去した第2配線基板の、剥離層が除去された側の面に、はんだを含む接合部を介して第1配線基板が接合されている配線基板が提供される。
In order to achieve the above-mentioned object, according to one aspect of the present invention, there is provided a wiring board with a support, comprising a support, a release layer formed on one side of the support, and a second wiring board formed on the side of the release layer opposite the support and including a conductor layer exposed on the side of the release layer, wherein the side of the release layer on which the second wiring board is formed is a rough surface.
According to another aspect of the present invention, there is provided a wiring board manufactured using the wiring board with support of the above aspect, in which a first wiring board is joined to a surface of a second wiring board from which the support and release layer have been removed, the surface being on the side from which the release layer has been removed, via a joint including solder.
また、本発明の他の態様によれば、上記態様の配線基板を用いて製造される半導体装置であって、第2配線基板の、第1配線基板とは逆側の面に、半導体素子がはんだを含む接合部を介して接合されている半導体装置が提供される。
さらに、本発明の他の態様によれば、上記態様の支持体付き配線基板を用いて製造される半導体装置であって、支持体及び剥離層を除去した第2配線基板の、剥離層が除去された側の面に、はんだを含む接合部を介して半導体素子が接合されている半導体装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufactured using the wiring board of the above aspect, in which a semiconductor element is joined to a surface of the second wiring board opposite the first wiring board via a joint including solder.
Furthermore, according to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufactured using the wiring board with support of the above aspect, in which a semiconductor element is joined via a joint including solder to the surface of the second wiring board from which the support and the release layer have been removed, the surface being on the side from which the release layer has been removed.
本発明によれば、はんだの濡れ性を向上させ、はんだのクラックの発生を防止することができ、配線基板の信頼性を向上させることができる。 The present invention improves the wettability of the solder, prevents the occurrence of solder cracks, and improves the reliability of the wiring board.
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between thickness and planar dimensions, the thickness ratio of each layer, etc., differ from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined by taking into consideration the following explanation. In addition, there are parts in which the dimensional relationships and ratios differ between the drawings.
In addition, the embodiments shown below are merely examples of devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention does not specify the materials, shapes, structures, arrangements, etc. of the components to those described below. The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.
<第一の実施形態>
図1は、本発明の第一の実施形態に係る配線基板(FC-BGA配線用基板)に半導体素子を実装した半導体装置の一例を示す断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置24は、FC-BGA用配線基板(第1配線基板)1の一方の面に、樹脂と配線とが積層されてなるビルドアップ配線層のみで形成された微細配線層を備えた薄いインターポーザ(第2配線基板)3が、はんだバンプ、銅ポスト(銅ピラー)若しくは、金バンプ等からなるインターポーザ-FC-BGA接合部18で接合されている。また、FC-BGA用配線基板1とインターポーザ3との間隙が絶縁性の接着部材としてのアンダーフィル2で埋め込まれている。さらにインターポーザ3の、FC-BGA用配線基板1とは逆側の面に半導体素子4が銅ピラーやはんだ等からなる半導体素子-インターポーザ接合部20で接合され、半導体素子4とインターポーザ3との間隙がアンダーフィル21で埋め込まれている。
First Embodiment
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a wiring board (FC-BGA wiring board) according to a first embodiment of the present invention.
In a
インターポーザ3の配線幅は、一例としてLine/Space=1/1μm以上5/5μm以下であり、FC-BGA用配線基板1の線幅は、一例としてLine/Space=8/8μm以上25/25μm以下である。インターポーザ3では、少なくとも一つ以上搭載されている半導体素子4の信号線を引き回すことが可能であれば、適宜配線幅を変更して構わない。
また、インターポーザ3に使用される、後述の有機絶縁樹脂層11は、感光性樹脂であり、感光性のエポキシ系樹脂、ポリイミド、ポリアミド系が少なくとも一つ以上が使用されており、所望の配線幅を得ることが可能であれば、配線形成方法は、Damascene:ダマシン、SAP: Semi Additive Process等の方式から適宜プロセスを選択してよい。
The wiring width of the
In addition, the organic
アンダーフィル2は、FC-BGA用配線基板1とインターポーザ3とを固定するため及びインターポーザ-FC-BGA接合部18を封止するために用いられる接着材料である。アンダーフィル2としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、及びマレイミド樹脂の1種又はこれらの樹脂の2種類以上が混合された樹脂に、フィラーとしてのシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は酸化亜鉛等が加えられた材料が用いられる。アンダーフィル2は、液状の樹脂を充填させることで形成される。
The
アンダーフィル21は半導体素子4とインターポーザ3とを固定するため及び半導体素子-インターポーザ接合部20を封止するために用いられる接着材料であり、アンダーフィル2と同様の材料で構成される。またこれら毛細管現象を利用して、接合後に液状の樹脂を充填させるアンダーフィル2及び/またはアンダーフィル21の代わりに、接合前にシート状のフィルムを予め配置し、接合時に空間を充填する異方性導電フィルム(ACF)または、フィルム状接続材料(NCF)や、接合前に液状の樹脂を予め配置し、接合時に空間を充填する非導電ペースト(NCP)等を用いてもよい。
The
インターポーザ3の側面まで封止する封止樹脂5は、アンダーフィル2、21とは異なる材料であり、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂の1種又はこれらの樹脂の2種類以上が混合された樹脂に、フィラーとしてのシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は酸化亜鉛等が加えられた材料が使用され、コンプレッションモールド、トランスファーモールド等によって形成される。図1では封止樹脂5によりインターポーザ3の側面まで封止しているが、半導体素子4が封止されていれば適宜設計変更可能である。例えば、半導体素子4の側面は封止されているが、インターポーザ3の側面は封止されていない形態としてもよい。
The
インターポーザ3と半導体素子4との半導体素子-インターポーザ接合部20の個々の間隔は、インターポーザ-FC-BGA接合部18の個々の間隔よりも狭いことが一般的である。そのため、インターポーザ3において、半導体素子4を接合する側の方が、FC-BGA用配線基板1と接合する側よりも微細な配線が必要となる。例えば、現在のハイバンドメモリ(HBM)の使用に対応するためには、インターポーザ3では配線幅を1μm以上5μm以下程度にする必要がある。例えば、配線幅が2μm、配線高さ2μmの場合に、配線間の絶縁層の膜厚を2μmとすると、配線も含めた1層の厚さは4μmとなる。この4μmの厚さで2層の配線層を形成し、FC-BGA用配線基板1、及び、半導体素子4との接合部の電極厚を10μmとすると、総厚28μm程度のインターポーザ3となる。
The individual intervals between the semiconductor element-
前記の通り、インターポーザ3の厚みは総厚28μm程度と薄く、そのままの状態ではFC-BGA用配線基板1との接合が困難であるため、後述の支持体6を用いて剛直性を担保することが有効である。また、2μm程度の幅と高さを有する配線の形成のためにも、変形が少ない剛直な支持体6が有利である。上記理由により、図2に示すように、インターポーザ3は、剛直な支持体6上に剥離層7とシード層8を介して形成される。なお、支持体6上には剥離層7、シード層8以外の層を設けてもよい。
As mentioned above, the
次に図3A~図3Cを用いて、本発明の第一の実施形態に係る支持体6上へのインターポーザ(第2配線基板)3の製造工程の一例を説明する。
まず、図3A(a)に示すように、支持体6を準備する。支持体6は、後述の剥離層7にUV光等の光によって剥離可能となる材料を用いる場合、透明性を有する必要があり、例えばガラスを用いることができる。ガラスは剛直性に優れており、インターポーザ3の微細なパターン形成に適している。また、ガラスはCTE(coefficient of thermal expansion、熱膨張率)が小さく歪みにくいことから、パターン配置精度及び平坦性の確保に優れている。
Next, an example of a process for manufacturing the interposer (second wiring substrate) 3 on the
First, as shown in Fig. 3A(a), a
支持体6としてガラスを用いる場合、ガラスの厚さは、製造プロセスにおける反りの発生を抑制する観点から厚い方が望ましく、例えば0.7mm以上、好ましくは1.1mm以上の厚みである。また、ガラスのCTEは3ppm以上15ppm以下が好ましく、FC-BGA用配線基板1、半導体素子4のCTEの観点から9ppm程度がより好ましい。
一方、剥離層7に熱によって発泡する樹脂を用いた場合は、加熱する事で支持体6を取り去る。この場合、支持体6には、ガラスの他、歪みの少ない例えばメタルやセラミックス等を用いることができる。本発明の第一の実施形態では支持体6としてガラスを用いる。
When glass is used as the
On the other hand, when a resin that foams when heated is used for the
次いで、図3A(b)に示すように、支持体6の一方の面に、後の工程で支持体6を剥離するために必要な剥離層7を形成する。
剥離層7はIR光やUV光等の光を吸収して発熱、もしくは、変質によって剥離可能となる樹脂でもよく、熱によって発泡することにより剥離可能となる樹脂でもよい。UV光等の光、例えばレーザー光によって剥離可能となる樹脂を用いる場合、支持体6の、剥離層7を設けた側とは反対側の面から支持体6にレーザー光を照射して、支持体6を取り去る。
Next, as shown in FIG. 3A(b), a
The
剥離層7は、特にカーボンブラックとシリカフィラーとアクリル樹脂を含有するインクをガラス基板に塗布・乾燥したものが望ましい。
剥離層7の表面粗さは、インクの分散処理とフィルタリングにより制御するが、特にペイントシェーカによる分散処理時間と、ガラス繊維フィルタのフィルタ径により、剥離層7の表面粗さを制御することができる。剥離層7の表面粗さ(算術平均粗さRa)は15nm以上400nm以下の粗さになるようにする。また、形成済みの剥離層7に対して、ドライエッチングやウエットエッチング、サンドブラスト、ウエットブラストを行い、表面粗さを制御することもできる。
The
The surface roughness of the
剥離層7は、他にもエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、及び、アクリル樹脂等の有機樹脂や、アモルファスシリコン、ガリウムナイトライド、金属酸化物層等の無機層から選ぶことが出来る。さらに剥離層7は光分解促進剤や光吸収剤、増感剤、フィラー等の添加剤を含有してもよい。
さらに剥離層7は複数層で構成されていてもよく、例えば支持体6上に形成される多層配線層の保護を目的として、剥離層7上にさらに保護層を設けてもよい。さらに剥離層7と多層配線層との間にレーザー光反射層や金属層を設けてもよく、その構成は本実施形態により限定されない。
The
Furthermore, the
剥離層7の形成方法としては、液状の有機樹脂を用いる場合は、スリットコート、カーテンコート、ダイコート、スプレーコート、静電塗布法、インクジェットコート、グラビアコート、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、スピンコート、ドクターコートより選定できる。フィルム状の有機樹脂で用いる場合は、ラミネート、真空ラミネート、真空プレス等が適用できる。また、無機層を用いる場合は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法、レーザーアブレーション法、CVD法等が適用できる。
When a liquid organic resin is used, the method of forming the
これら剥離層7の厚みは有機樹脂の場合は100nm以上100μm以下であることが望ましい。100nm以下である場合、有機樹脂の形成が困難である。100μm以上である場合、後で取り除く層であることを考慮すると生産性に欠ける。また、無機層を用いる場合の厚みは、10nm以上1μm以下であることが望ましい。10nm以下である場合、連続膜として成り立たず層としての機能が発現しない。10μm以上の場合、成膜時間がかかりすぎて量産性に欠ける。本発明の一実施形態では、剥離層7としてUVレーザー光を吸収して剥離可能となる樹脂を用い、支持体6にはガラスを用いる。
In the case of organic resin, the thickness of these peeling
次いで、図3A(c)に示すように、真空中で、剥離層7上にシード層8を形成する。シード層8は配線形成において、電解めっきの給電層として作用する。
シード層8は、例えば、スパッタリング法、またはCVD法等により形成され、例えば、Cu、Ni、Al、Ti、Cr、Mo、W、Ta、Au、Ir、Ru、Pd、Pt、AlSi、AlSiCu、AlCu、NiFe、ITO、IZO、AZO、ZnO、PZT、TiN、Cu3N4、Cu合金等を単体でもしくは複数組み合わせて適用することができる。本発明では、電気特性、製造の容易性の観点およびコスト面を考慮して、チタン層、続いて銅層を順次スパッタリング法で形成する。
チタンと銅層の合計の膜厚は、電解めっきの給電層として1μm以下とするのが好ましい。本発明の一実施形態ではCu:300nmを形成した。
3A(c), a
The
The total thickness of the titanium and copper layers is preferably 1 μm or less as a power supply layer for electrolytic plating. In one embodiment of the present invention, Cu: 300 nm was formed.
次に図3A(d)に示すようにシード層8上にレジストパターン9を形成する。レジストパターン9は公知のフォトリソグラフィー法によって形成が可能である。
その後、図3A(e)のように、電解めっきにより導体層10を形成した後、レジストパターン9を除去する。導体層10は半導体素子4と接合するための電極となる。電解めっき法は電解ニッケルめっき、電解銅めっき、電解クロムめっき、電解Pdめっき、電解金めっき、電解ロジウムめっき、電解イリジウムめっき等が挙げられるが、電解銅めっきであることが簡便で安価で、電気伝導性が良好であることから望ましい。
電解銅めっきの厚みは、回路の接続信頼性、及び、製造コストの観点から、1μm以上30μm以下であることが望ましい。レジストパターン9は例えばアルカリ系溶剤等の公知の剥離液によって除去が可能である。
3D, a resist
3A(e), a
The thickness of the electrolytic copper plating is desirably 1 μm or more and 30 μm or less from the viewpoints of circuit connection reliability and manufacturing costs. The resist
次に、図3B(f)に示すように、シード層8及び導体層10の上に絶縁樹脂層11を形成する。絶縁樹脂層11は導体層10が絶縁樹脂層11の層内に埋め込まれるように形成する。本実施形態では、絶縁樹脂層11として例えば、感光性のエポキシ系樹脂をスピンコート法により形成する。感光性のエポキシ樹脂は比較的低温で硬化することができ、形成後の硬化による収縮が少ないため、その後の微細パターン形成に優れる。絶縁樹脂層11としては、感光性のエポキシ系樹脂を用いてスピンコート法により形成する他、絶縁樹脂フィルムを真空ラミネータで圧縮キュアを行って形成することも可能であり、この場合は平坦性の良い絶縁膜を形成することができる。その他、例えばポリイミドを絶縁樹脂として用いることも可能である。
Next, as shown in FIG. 3B(f), an insulating
次に、図3B(g)に示すように、フォトリソグラフィー法により、絶縁樹脂層11に開口部11aを形成する。開口部11aは、導体層10の一部を露出するように形成する。開口部11aに対して、現像時の残渣除去を目的として、プラズマ処理を行ってもよい。
次に、図3B(h)に示すように、絶縁樹脂層11に開口部11aを形成することにより露出した導体層10上と、絶縁樹脂層11上の少なくともその上層に導体層14が形成される領域とにシード層12を設ける。シード層12の構成については前述したシード層8と同様で、適宜構成、厚みを変更可能である。本発明の一実施形態ではシード層12として、Ti:50nm、Cu:300nmをスパッタリング法で形成する。
3G, an
3B(h), a
次に、図3B(i)に示すように、シード層12上にレジストパターン13を形成し、その開口部13aに電解めっきにより導体層(配線層)14を形成する。導体層14は、インターポーザ3の内部の配線層となる。本発明の一実施形態では導体層14を銅により形成した。その後、図3B(j)に示すようにレジストパターン13を除去する。その後、不要なシード層12をエッチング除去する。
次に、図3B(f)から図3B(j)の工程を繰り返し、図3B(k)に示すような、導体層(配線層)14が多層化された基板を得る。最表面に形成される導体層15は、FC-BGA用配線基板1との接合用の電極となる。
Next, as shown in Fig. 3B(i), a resist
3B(f) to 3B(j) are then repeated to obtain a substrate having multiple conductor layers (wiring layers) 14 as shown in FIG. 3B(k). The
次に、図3C(l)に示すように、インターポーザ3に最表面絶縁樹脂層16を形成し、最表面絶縁樹脂層16には、フォトリソグラフィー法により、導体層15の少なくとも一部を露出させる開口部16aを形成する。本発明の実施形態では、感光性エポキシ樹脂を使用して最表面絶縁樹脂層16を形成する。なお、最表面絶縁樹脂層16は絶縁樹脂層11と同一材料でも構わない。
Next, as shown in FIG. 3C(l), a top surface insulating
次に、図3C(m)に示すように導体層15の表面の酸化防止と、はんだバンプの濡れ性をよくするため、表面処理層17を設けてもよい。本発明の実施形態では、表面処理層17として無電解Ni/Pd/Auめっきを成膜する。なお、表面処理層17には、OSP(Organic Soiderability Preservative 水溶性プレフラックスによる表面処理)膜を形成してもよい。また、無電解スズめっき、無電解Ni/Auめっき等から適宜用途に応じて選択しても良い。
次に、図3C(n)に示すように、表面処理層17上に、はんだ材料を搭載した後、一度溶融冷却して固着させることで、はんだバンプ等からなるインターポーザ3側の接合部18aを得る。これにより、支持体6上に形成されたインターポーザ(第2配線基板)3である支持体付き配線基板22が完成する。
Next, as shown in Fig. 3C(m), a
3C(n), a solder material is mounted on the
次に、図4Aから図4Eを用いて、支持体6上に形成されたインターポーザ(第2配線基板)3とFC-BGA用配線基板(第1配線基板)1の第一の実施形態に係る接合工程の一例を説明する。
図4Aに示すように、インターポーザ3側の接合部18aに合わせてはんだバンプ等からなるFC-BGA用配線基板1側の接合部18bを設計し、製造したFC-BGA用配線基板1に対して、支持体6上に形成されたインターポーザ3を配置する。そして、図4Bに示すように、支持体6上に形成されたインターポーザ3とFC-BGA用配線基板1を接合した後、アンダーフィル2を充填し、インターポーザ3とFC-BGA用配線基板1の固定及び接合部の封止を行う。
Next, an example of a bonding process according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 4A to 4E. The bonding process is performed for an interposer (second wiring board) 3 formed on a
As shown in Fig. 4A, joints 18b on the FC-
次に、支持体6を剥離する。剥離層7は、図4Cに示すように、UVのレーザー光19を照射して剥離する。支持体6の背面、すなわち、支持体6のFC-BGA用配線基板1とは逆側の面から、レーザー光19を支持体6との界面に形成された剥離層7に照射し、剥離可能な状態とすることで、図4Dに示すように支持体6を取り外すことが可能となる。
次に、シード層8を除去し、図4Eに示すような基板を得る。本発明の実施形態では、シード層8は、チタンと銅を用いており、それぞれアルカリ系のエッチング剤と、酸系のエッチング剤にて溶解除去することができる。このようにして、インターポーザ(第2配線基板)3とFC-BGA用配線基板(第1配線基板)1が接合される。
Next, the
Next, the
この後、表面に露出した導体層10上に、酸化防止及びはんだバンプの濡れ性をよくするため、無電解Ni/Pd/Auめっき、OSP、無電解スズめっき、無電解Ni/Auめっき等の表面処理を施してもよい。以上により配線基板23が完成する。
この後、半導体素子4を配線基板23に接合し、アンダーフィル21を充填し、半導体素子4とインターポーザ3の固定及び接合部の封止を行い、封止樹脂5によって半導体素子4を封止することで図1に示す半導体装置24が完成する。
なお、図1中の導体層10及び絶縁樹脂層11、図2及び図4A~図4E中の、シード層8と接する導体層10の表面は、実際には、図3Bに示すように、シード層8の表面の粗面形状と同様の粗面形状となっている。
Thereafter, in order to prevent oxidation and improve the wettability of the solder bumps, the
Thereafter, the
In addition, the surfaces of the
<第二の実施形態>
次に、第二の実施形態に係るFC-BGA用配線基板1とインターポーザ3と半導体素子4を実装した半導体装置の製造方法について説明する。
第二の実施形態に係る支持体6上のインターポーザ3の製造方法と、第一の実施形態に係る支持体6上のインターポーザ3の製造方法とは類似であるが、半導体素子4及びFC-BGA用配線基板1との接合の順番が異なる。具体的には、先立ってインターポーザ3と半導体素子4を接合し支持体6を除去した後に、インターポーザ3をFC-BGA用配線基板1と接合する。
次に図5Aから図5Cを用いて、本発明の第二の実施形態に係る半導体装置25の製造工程の一例を説明する。
Second Embodiment
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in which the FC-
The manufacturing method of the
Next, an example of a manufacturing process for the
図5A(a)に示すように、支持体6上に形成されたインターポーザ3の、支持体6とは逆側の面に半導体素子4を銅ピラーやはんだで接合(半導体素子-インターポーザ接合部20)する。その後、図5A(b)に示すように、アンダーフィル21を充填し、半導体素子4とインターポーザ3とを固定すると共に、半導体素子-インターポーザ接合部20の封止を行う。
次に図5A(c)に示すように、半導体素子4を封止する封止樹脂5を形成する。封止樹脂5は、アンダーフィル2、21とは異なる材料であり、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂の1種又はこれらの樹脂の2種類以上が混合された樹脂に、フィラーとしてのシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は酸化亜鉛等が加えられた材料が使用され、コンプレッションモールド、トランスファーモールド等によって形成される。
5A(a), the
5A(c), a sealing
次に支持体6を剥離する。図5B(d)に示すように、剥離層7にUVのレーザー光19を照射して剥離する。支持体6の背面、すなわち、支持体6の半導体素子4とは逆側の面からレーザー光19を支持体6との界面に形成された剥離層7に照射し、剥離層7を剥離可能な状態とすることで、図5B(e)に示すように支持体6を取り外すことが可能となる。
Next, the
次に、シード層8を除去し、図5C(f)に示すような基板を得る。本発明の実施形態では、シード層8は、チタンと銅を用いており、それぞれアルカリ系のエッチング剤と、酸系のエッチング剤にて溶解除去することができる。このようにして、インターポーザ(第2配線基板)3と半導体素子4とが接合された半導体装置25を得る。
この後、表面に露出した導体層10上に、酸化防止とはんだバンプの濡れ性をよくするため、無電解Ni/Pd/Auめっき、OSP、無電解スズめっき、無電解Ni/Auめっきなどの表面処理を施してもよい。以上により半導体装置25が完成する。
Next, the
Thereafter, in order to prevent oxidation and improve the wettability of the solder bumps, the
この後、半導体装置25をFC-BGA用配線基板(第1配線基板)1に、はんだバンプ、銅ポスト(銅ピラー)若しくは、金バンプ等からなるインターポーザ-FC-BGA接合部18で接合し、アンダーフィル2を充填し、FC-BGA用配線基板1の固定及びインターポーザ-FC-BGA接合部18の封止を行いFC-BGA用配線基板(第1配線基板)1と接合された半導体装置25が完成する。
Then, the
表1に、本実施形態における効果確認として、剥離層7の表面粗さを変更した比較評価結果を示す。信頼性試験におけるはんだクラックを評価対象として比較を行った。
Table 1 shows the results of a comparative evaluation in which the surface roughness of the
<評価用基板作製>
評価用基板は、第一実施形態に係る配線基板23を用いて作製した。
支持体6として、ガラス基板(1.1mm厚)を使用した。剥離層7には、Light-To-Heat-Conversion(LTHC:住友スリーエム株式会社製)を用い、所望の表面粗さとなるように分散処理とフィルタリング処理を実施し、また所望の膜厚となるようにスピンコート塗布条件を調整した。
実施例および比較例では、剥離層7を形成した後、光学式表面形状測定機(走査型白色干渉計)で算術平均粗さ(Ra)を測定した。
<Preparation of evaluation board>
The evaluation board was fabricated using the
A glass substrate (1.1 mm thick) was used as the
In the examples and comparative examples, after the
次いで、シード層8として、Ti:50nm、Cu:300nmをスパッタリング法で形成した。次いで、シード層8上に、フォトリソグラフィー法によりレジストパターン9を形成し、電解銅めっきにより導体層10を形成した。その後レジストパターン9を除去した。
次いで、導体層10が層内に埋め込まれるように絶縁樹脂層11を形成した。絶縁樹脂層11は感光性のエポキシ系樹脂をスピンコート法により形成した。
Next, Ti: 50 nm and Cu: 300 nm were formed by sputtering as a
Next, an insulating
次に、フォトリソグラフィー法により、絶縁樹脂層11に開口部11aを形成し、現像時の残渣除去を目的として、プラズマ処理を行った。
次に、絶縁樹脂層11の開口部11aに露出した導体層10上にシード層12を設けた。シード層12はTi:50nm、Cu:300nmをスパッタリング法で形成した。
次にシード層12上にレジストパターン13を形成し、その開口部13aに電解銅めっきにより導体層(配線層)14を形成した。その後、レジストパターン13を除去した後、不要なシード層12をエッチング除去した。
以上の工程を繰り返し、導体層(配線層)14が多層化されたインターポーザ3を得た。
Next, an
Next, a
Next, a resist
The above steps were repeated to obtain an
次に、インターポーザ3に最表面絶縁樹脂層16を形成し、最表面絶縁樹脂層16に、フォトリソグラフィー法により、多層化された導体層14のうち最上層の導体層15の一部を露出させる開口部16aを形成した。開口部16aに露出した導体層15の表面に表面処理層17として、無電解Ni/Pd/Auめっきを成膜した。
次に、表面処理層17上に、はんだ材料を搭載した後、一度溶融冷却して固着させることで、はんだバンプからなるインターポーザ3側の接合部18aを得た。これにより、支持体6上に形成されたインターポーザ(第2配線基板)3である支持体付き配線基板22を得た。
Next, an outermost insulating
Next, a solder material was mounted on the
続けて図4Aに示すように、インターポーザ3側の接合部18aに合わせてはんだバンプ等からなるFC-BGA用配線基板1側の接合部18bを設計し、製造したFC-BGA用配線基板1に対して、支持体6上に形成されたインターポーザ3を配置し、図4Bに示すように、支持体6上に形成されたインターポーザ3とFC-BGA用配線基板1を接合した後、アンダーフィル2を充填し、インターポーザ3とFC-BGA用配線基板1の固定及びインターポーザ-FC-BGA接合部18の封止を行う。
次に図4Cに示すように、支持体6を剥離した。剥離層7は、レーザー光19で照射して剥離した。支持体6の背面、すなわち、支持体6のFC-BGA用配線基板1とは逆側の面からレーザー光19を支持体6との界面に形成された剥離層7に照射し剥離可能な状態とすることで、図4Dに示すように支持体6を取り外した。
Next, as shown in FIG. 4A, joint 18b on the FC-
Next, as shown in Fig. 4C, the
次に、シード層8を除去した。シード層8は、チタンと銅を用いており、それぞれアルカリ系のエッチング剤と、酸系のエッチング剤にて溶解除去した。これにより、インターポーザ(第2配線基板)3とFC-BGA用配線基板(第1配線基板)1とが接合された。
この後、表面に露出した導体層10上に、酸化防止とはんだバンプの濡れ性をよくするため、無電解Ni/Pd/Auめっき、OSP、無電解スズめっき、無電解Ni/Auめっき等の表面処理を施し配線基板23を作製した。
この後、半導体素子4を配線基板23に接合し、アンダーフィル21を充填し、半導体素子4とインターポーザ3との固定及び半導体素子-インターポーザ接合部20の封止を行い、封止樹脂5によって半導体素子4を封止することで半導体装置24を作製した。
Next, the
Thereafter, in order to prevent oxidation and improve the wettability of the solder bumps, the
Thereafter, the
封止樹脂5によって半導体素子4を封止し半導体装置24を作製した後に、半導体装置24を信頼性試験に投入した。信頼性試験は冷熱衝撃試験(JIS C5012,9.2)を実施した。
その後1000サイクル後に抵抗値および断面観察によりはんだクラック数を測定した。
信頼性試験により発生したクラック数を比較するため、信頼性試験前に導通しているはんだ数のうち、信頼性試験後のはんだクラックが発生した数を、計算することで「はんだクラック発生率」を算出した。
After the
After 1000 cycles, the resistance value and the number of solder cracks were measured by observing the cross section.
In order to compare the number of cracks that occurred as a result of the reliability test, the "solder crack occurrence rate" was calculated by counting the number of solder pieces that had solder cracks after the reliability test out of the number of solder pieces that were conductive before the reliability test.
実施例1~3においては、剥離層7の表面粗さを20nm、50nm、400nmに調整したもの、比較例1~3においては、剥離層7の表面粗さを5nm、10nm、500nmに調整したものを作製し、支持体の除去の可否とはんだクラック発生率とを評価した。
In Examples 1 to 3, the surface roughness of the
実施例1~3および、比較例1~3において、はんだクラックについて考察する。実施例および比較例では、剥離層表面粗さを制御し、5nm以上500nm以下の範囲とした。剥離層7の厚みは500nm一定とした。また剥離層7からの支持体の除去の可否についても評価した。
この実験では、支持体の除去が可能でかつ、はんだクラックの発生率が低いことが好ましい。実験の結果、剥離層の表面粗さが20nm以上の場合ははんだクラック発生率が1%以下になることが確認された。また、比較例3は支持体6を剥離することができず、半導体素子4を接合することができず、はんだクラックの発生率を評価することができなかった。表1から剥離層7の表面粗さは、15nm以上400nm以下の範囲内であることが好ましいことがわかる。
Solder cracks will be considered in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. In the Examples and Comparative Examples, the surface roughness of the release layer was controlled to be in the range of 5 nm to 500 nm. The thickness of the
In this experiment, it is preferable that the support can be removed and the incidence of solder cracks is low. As a result of the experiment, it was confirmed that when the surface roughness of the release layer is 20 nm or more, the incidence of solder cracks is 1% or less. In addition, in Comparative Example 3, the
実施例1~3および比較例1~3において、はんだクラック発生率について考察する。比較例1、2、3及び実施例1、2、3のように剥離層7の表面粗さを大きくすることで、剥離層7の凹凸に変化が起きる。剥離層7の凹凸は、インターポーザ3(第2配線基板)の半導体素子搭載面の導体層10に転写されるため、図6のように導体層10の表面に微小な凹凸が形成される。この導体層10の表面凹凸により、半導体素子-インターポーザ接合部20における、はんだと導体層10との界面強度が向上し、信頼性試験でのはんだクラックが生じにくくなると考えられる。また、このように、はんだと導体層10との界面強度が向上するため、支持体6上に配線層を形成する際の熱履歴や、蓄積される応力に対しても耐性を有することができる。
The solder crack occurrence rate is considered in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. By increasing the surface roughness of the
実施例1~3では、第一の実施形態に係る配線基板23を用い、インターポーザ3の凹凸を有する導体層10と半導体素子4とを接合しているが、第二の実施形態に係る半導体装置25を用い、インターポーザ3の凹凸を有する導体層10とFC-BGA用配線基板1とを接合する場合も同様に、導体層10とインターポーザ-FC-BGA接合部18との界面強度を向上させることができ、はんだクラックの発生を抑制することができる。
In Examples 1 to 3, the
上述の実施形態は、本発明の一例であって、その他、具体的な細部構造などについては適宜に変更可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is one example of the present invention, and other specific details of the structure can of course be modified as appropriate.
1 FC-BGA用配線基板(第1配線基板)
2、21 アンダーフィル
3 インターポーザ(第2配線基板)
4 半導体素子
5 封止樹脂
6 支持体
7 剥離層
8、12 シード層
9、13 レジストパターン
10、14、15 導体層
11 絶縁樹脂層
16 最表面絶縁樹脂層
17 表面処理層
18 インターポーザ-FC-BGA接合部
18a インターポーザ側の接合部
18b FC-BGA用配線基板の接合部
19 レーザー光
20 半導体素子-インターポーザ接合部
22 支持体付き配線基板
23 配線基板
24、25 半導体装置
1. FC-BGA wiring board (first wiring board)
2, 21
Claims (9)
当該支持体の一方の面に形成された剥離層と、
当該剥離層の前記支持体とは逆側の面に形成され、前記剥離層側の面に露出した導体層を含む第2配線基板と、を備え、
前記剥離層の前記第2配線基板が形成される側の面は粗面であることを特徴とする支持体付き配線基板。 A support;
A release layer formed on one surface of the support;
a second wiring substrate formed on a surface of the release layer opposite to the support body and including a conductor layer exposed on the surface of the release layer;
2. The wiring board with a support, wherein the surface of the release layer on the side on which the second wiring board is formed is a rough surface.
前記支持体及び前記剥離層を除去した前記第2配線基板の、前記剥離層が除去された側の面に、はんだを含む接合部を介して第1配線基板が接合されていることを特徴とする配線基板。 A wiring board manufactured by using the support-attached wiring board according to any one of claims 1 to 6,
A wiring board characterized in that a first wiring board is joined to the surface of the second wiring board from which the support and the release layer have been removed via a joint including solder.
前記第2配線基板の、前記第1配線基板とは逆側の面に、半導体素子がはんだを含む接合部を介して接合されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device manufactured by using the wiring board according to claim 7,
a semiconductor element is bonded to a surface of said second wiring board opposite to said first wiring board via a bonding portion including solder;
前記支持体及び前記剥離層を除去した前記第2配線基板の、前記剥離層が除去された側の面に、はんだを含む接合部を介して半導体素子が接合されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device manufactured by using the wiring substrate with a support according to any one of claims 1 to 6,
A semiconductor device, characterized in that a semiconductor element is bonded to the surface of the second wiring substrate from which the support and the release layer have been removed, via a joint containing solder.
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