JP6009844B2 - 中継基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を実装するための半導体素子実装領域が設定された中継基板及びその製造方法に関するものである。

近年、ＩＣチップが搭載された配線基板（ＩＣ搭載基板やＩＣパッケージなど）とマザーボート等のプリント基板とをじかに接続するのではなく、配線基板とマザーボートとの間にインターポーザと呼ばれる中継基板を介在させてそれらを互いに導通した構造体が各種知られている。かかるインターポーザの材料としてはセラミック等の無機材料が用いられる。また、最近では、上記のインターポーザとは異なるレベルでの接続を図るもの、具体的にはＩＣチップ−配線基板間の接続を図るインターポーザも提案されている。本明細書では便宜上前者を「マザーボード側インターポーザ」と呼び、後者を「ＩＣチップ側インターポーザ」と呼ぶことにする。なお、ＩＣチップ側インターポーザの一例としては、高分子材料によってコア基板を構成し、そのコア基板の表面及び裏面にビルドアップ層を形成したものなどが考えられる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−９３０８８号公報（図３等）

しかし、特許文献１に記載の従来技術には以下の問題がある。即ち、特許文献１に記載のコア基板は、クラック防止用の樹脂を充填するための切欠部を外縁部に有している。ところが、コア基板は、ガラスやセラミックなどのようなクラックが発生しやすい材料によって形成されている。よって、切欠部を形成しようとしても、コア基板が割れる可能性が高いために困難である。その結果、中継基板に必要とされる所定の信頼性を付与できないという問題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、中継基板本体の破損を防止することにより、高い信頼性を付与することができる中継基板を提供することにある。また、第２の目的は、上記の優れた中継基板を実現することが可能な中継基板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための手段（手段１）としては、基板主面、基板裏面及び基板側面を有し、絶縁材料、または、表面に絶縁処理が施された材料からなる略板形状の中継基板本体と、前記基板主面及び前記基板裏面間を貫通する複数の導体柱とを備え、前記基板主面に、半導体素子を実装するための複数の半導体素子接続用端子が存在する半導体素子実装領域が設定された中継基板であって、前記基板側面に、前記基板側面の少なくとも一部を覆う被覆材が密着形成され、前記被覆材は、前記基板主面側に加えて前記基板裏面側にも突出するとともに前記半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備え、前記基板裏面側に突出する前記凸部の高さは、前記基板主面側に突出する前記凸部の高さよりも低いことを特徴とする中継基板がある。

従って、手段１の中継基板によると、中継基板本体の基板側面の少なくとも一部が被覆材によって覆われているため、中継基板本体に直接大きな応力が作用しにくくなる。よって、たとえ強度が低い材料によって中継基板本体が形成されていたとしても、クラック等が発生しにくい。ゆえに、中継基板本体の破損が防止されるため、中継基板に高い信頼性を付与することができる。

しかも、被覆材は、基板主面側に突出するとともに半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備えている。このため、半導体素子の実装時において、中継基板本体と半導体素子との隙間を封止するアンダーフィル材の一部が基板主面上に流出したとしても、アンダーフィル材の流動が、半導体素子実装領域の周囲に配置された凸部に接触することによって停止する。その結果、凸部の外側領域へのアンダーフィル材のはみ出しが防止されるため、アンダーフィル材が中継基板を実装する基板に付着することに起因した不具合を防止することができる。なお、半導体素子としては、例えば、シリコンからなる半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）などを挙げることができる。

中継基板は、絶縁材料、または、表面に絶縁処理が施された材料からなる略板形状の中継基板本体を備えている。中継基板本体の形成材料については特に限定されず、コスト性、加工性、絶縁性、機械的強度などを考慮して適宜選択することができる。よって、中継基板本体としては、例えば、セラミックからなる中継基板本体、樹脂からなる中継基板本体、金属からなる中継基板本体、ガラスからなる中継基板本体、シリコンからなる中継基板本体などが挙げられる。セラミックからなる中継基板本体の形成材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、べリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等が好適に使用される。また、樹脂からなる中継基板本体の形成材料としては、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）などが好適に使用される。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料を使用してもよい。あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料等を使用してもよい。さらに、金属からなる中継基板本体の好適例としては、例えば、銅からなる基板、銅合金からなる基板、銅以外の金属単体からなる基板、銅以外の合金からなる基板などを挙げることができる。なお、中継基板本体が半導体であるシリコンからなる場合、表面に絶縁処理（例えば、ＳｉＯ_２膜の形成など）が施されることが好ましい。さらに、中継基板本体がコア基板である場合には、特許文献１に示されるようなビルドアップ層を形成してもよい。

中継基板本体の厚さは、特に限定されないが、強いて言えば５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。厚さが５０μｍ未満であると、中継基板本体の介在による効果、即ち、応力軽減効果が十分に得られない可能性がある。また、厚さが５００μｍを超えると、中継基板を実装する基板と中継基板と半導体素子とからなる構造体全体の厚さが増すばかりでなく、小径の導体柱の形成が困難になり製造コストが高くつくおそれがある。

中継基板は、基板主面及び基板裏面間を貫通する複数の導体柱を有している。また、中継基板の基板主面には複数の半導体素子接続用端子が配置されている。なお、導体柱や半導体素子接続用端子は、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、スズ、鉛、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブなどから選択される１種または２種以上の導電性金属を充填または印刷することにより形成される。２種以上の金属からなる導電性金属としては、例えば、スズ及び鉛の合金であるはんだ等を挙げることができる。２種以上の金属からなる導電性金属として、鉛フリーのはんだ（例えば、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ等）を用いても勿論よい。導電性金属を充填する具体的な手法としては、例えば、導電性金属を含む非固形状材料（例えば導電性金属ペースト）を作製し、それを中継基板本体に形成された複数の貫通孔内に印刷充填する手法があるほか、導電性金属めっきを施す手法などがある。また、固形状の材料、具体的には金属塊や金属柱などを貫通孔内に埋め込むという手法を採用してもよい。なお、導電性金属の充填によって導体柱を形成する場合、内部に空洞が生じないように貫通孔をほぼ完全に埋めることが好ましい。その理由は、導体柱の低抵抗化を図るとともに、導体柱自体の強度を高めるためである。もっとも、導体柱は、必ずしも貫通孔全体に導体を充填した中実状構造でなくてもよく、貫通孔の内壁面にのみ導体を設けた中空状構造（例えばめっきスルーホールのような構造）であってもよい。

また、中継基板本体の基板側面には被覆材が密着形成されている。被覆材は、絶縁性、耐熱性、耐湿性等を考慮して適宜選択することができる。被覆材が例えば高分子材料によって形成されている場合、被覆材を形成するための高分子材料の好適例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、エポキシアクリレート樹脂などの紫外線硬化樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂等が挙げられる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド等の有機繊維との混合材料、あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料等を使用してもよい。

ここで、被覆材の厚さは、例えば２μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。仮に、被覆材の厚さが２μｍ未満であると、被覆材が薄くなりすぎるため、中継基板に直接かかる応力を十分に緩和させることができない可能性がある。一方、被覆材の厚さが５０μｍよりも大きいと、被覆材を形成するための材料が大量に必要になるため、中継基板の製造コストが上昇する可能性がある。

なお、被覆材は、基板側面の少なくとも一部を覆うものである。ここで、中継基板本体が例えば平面視略矩形状である場合、即ち、基板側面が４つ存在する場合、被覆材は、１つの基板側面のみを覆っていてもよいし、２つ以上の基板側面を覆っていてもよい。また、被覆材は基板側面のみに密着していてもよいが、それに加えて、被覆材の一部が、基板主面の外縁部にも密着していていてもよい。さらに、被覆材の一部は、基板主面の外縁部及び基板裏面の外縁部の両方に密着していてもよい。仮に、被覆材が密着する面が基板側面のみであると、中継基板本体と半導体素子との隙間を封止するアンダーフィル材の一部が基板主面上に流出した場合に、流出したアンダーフィル材が基板主面の外側領域にはみ出すおそれがある。

さらに、被覆材は、基板主面側に突出するとともに半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備えている。ここで、凸部を半導体素子実装領域の周囲に配置する方法としては、半導体素子実装領域を完全に包囲する環状の凸部を配置することや、半導体素子実装領域を包囲するように複数の凸部を散点的に配置することなどが挙げられる。なお、凸部の高さは、複数の半導体素子接続用端子の高さよりも高いことが好ましく、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。仮に、凸部の高さが１０μｍ未満になると、中継基板本体と半導体素子との隙間を封止するアンダーフィル材の一部が基板主面上に流出した場合に、流出したアンダーフィル材が凸部を乗り越えて基板主面の外側領域にはみ出すおそれがある。一方、凸部の高さが５００μｍよりも大きくなると、樹脂が硬化して被覆材となる際に中継基板本体に掛かる応力が大きくなるため、中継基板本体が反るおそれがある。

なお、凸部は、基板主面側に加えて基板裏面側にも突出している。そして、基板裏面側に突出する凸部の高さは、基板主面側に突出する凸部の高さよりも低くなっている。仮に、基板裏面側に突出する凸部の高さが基板主面側に突出する凸部の高さよりも高くなると、基板裏面側に突出する凸部が中継基板を実装する基板に接触し、中継基板の基板への実装が妨げられるおそれがある。

上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、基板主面、基板裏面及び基板側面を有し、絶縁材料、または、表面に絶縁処理が施された材料からなる略板形状の中継基板本体と、前記基板主面及び前記基板裏面間を貫通する複数の導体柱とを備え、前記基板主面に、半導体素子を実装するための複数の半導体素子接続用端子が存在する半導体素子実装領域が設定された中継基板の製造方法において、前記中継基板本体を準備する中継基板本体準備工程と、前記中継基板本体に前記複数の導体柱を形成する導体柱形成工程と、前記基板主面側に突出するとともに前記半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備え、前記基板側面の少なくとも一部を覆う被覆材を密着形成する被覆材形成工程とを含み、前記被覆材形成工程は、感光性を有する樹脂フィルムを前記基板主面上に貼付する樹脂フィルム貼付工程と、前記樹脂フィルムを加熱及び加圧することによりその一部を溶融させて流動させることにより、その流動した前記樹脂フィルムの一部を前記基板側面に貼付するラミネート工程と、前記樹脂フィルムを露光することにより、前記基板主面において同基板主面の外周部を除く領域に貼付されている前記樹脂フィルムを除去する露光工程と、露光された前記樹脂フィルムを現像することにより、前記樹脂フィルムを前記被覆材とするとともに、前記基板主面の外周部に貼付されている前記樹脂フィルムを前記凸部とする現像工程とを含むことを特徴とする中継基板の製造方法がある。

従って、手段２の中継基板の製造方法によると、被覆材形成工程を行って中継基板本体の基板側面の少なくとも一部を被覆材で覆うことにより、中継基板本体に直接大きな応力が作用しにくくなる。よって、たとえ強度が低い材料によって中継基板本体を形成したとしても、クラック等が発生しにくい。ゆえに、中継基板本体の破損が防止されるため、高い信頼性を有する中継基板を得ることができる。

しかも、被覆材形成工程では、基板主面側に突出するとともに半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備えた被覆材を形成している。このため、半導体素子の実装時において、中継基板本体と半導体素子との隙間を封止するアンダーフィル材の一部が基板主面上に流出したとしても、アンダーフィル材の流動が、半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部に接触することによって停止する。その結果、凸部の外側領域へのアンダーフィル材のはみ出しが防止されるため、アンダーフィル材が中継基板を実装する基板に付着することに起因した不具合を防止することができる。

以下、中継基板の製造方法について説明する。

中継基板本体準備工程では、中継基板本体を従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。続く導体柱形成工程では、中継基板本体に複数の導体柱を形成する。なお、中継基板本体準備工程では、中継基板本体となるべき基板形成領域が平面方向に沿って複数配置された多数個取り用基板を準備し、導体柱形成工程後かつ被覆材形成工程前に、多数個取り用基板を、基板形成領域の外形線に沿って切断することにより、複数個の中継基板本体を得る分割工程を行うことが好ましい。このようにすれば、複数個の中継基板本体を同時に得ることができるため、中継基板を効率良く製造することができる。

続く被覆材形成工程では、基板主面側に突出するとともに半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備え、基板側面の少なくとも一部を覆う被覆材を密着形成する。その結果、中継基板が完成する。

ここで、被覆材形成工程としては、例えば、基板側面に液状の硬化性樹脂を塗布する樹脂塗布工程と、基板主面が下方を向くように中継基板本体を配置することにより、硬化性樹脂の自重によって基板主面から下方に垂れる液ダレを生じさせた後、硬化性樹脂を硬化させることにより、硬化性樹脂を被覆材とするとともに、液ダレを凸部とする硬化工程とを含むものなどが挙げられる。このようにした場合、硬化性樹脂の自重によって生じた液ダレを硬化させるだけで凸部を形成できるため、凸部の形成が容易になる。なお、硬化性樹脂が熱硬化性樹脂である場合、硬化工程としては、未硬化状態の硬化性樹脂を加熱することなどが挙げられる。また、硬化性樹脂が紫外線硬化樹脂である場合、硬化工程としては、未硬化状態の硬化性樹脂に紫外線を照射することなどが挙げられる。

なお、被覆材形成工程は、感光性を有する樹脂フィルムを基板主面上に貼付する樹脂フィルム貼付工程と、樹脂フィルムを加熱及び加圧することによりその一部を溶融させて流動させることにより、その流動した樹脂フィルムの一部を基板側面に貼付するラミネート工程と、樹脂フィルムを露光することにより、基板主面において同基板主面の外周部を除く領域に貼付されている樹脂フィルムを除去する露光工程と、露光された樹脂フィルムを現像することにより、樹脂フィルムを被覆材とするとともに、基板主面の外周部に貼付されている樹脂フィルムを凸部とする現像工程とを含んでいる。この場合、樹脂フィルムを露光及び現像するだけで凸部を形成できるため、凸部の形成が容易になる。

本発明を具体化した第１実施形態の半導体パッケージを示す概略断面図。 同じく、インターポーザを示す概略断面図。 同じく、インターポーザを示す概略平面図。 同じく、インターポーザの製造方法を示す説明図。 同じく、インターポーザの製造方法を示す説明図。 同じく、インターポーザの製造方法を示す説明図。 同じく、インターポーザの製造方法を示す説明図。 第２実施形態のインターポーザを示す概略断面図。 同じく、インターポーザの製造方法を示す説明図。 同じく、インターポーザの製造方法を示す説明図。 比較例１のインターポーザを示す概略断面図。 比較例２のインターポーザを示す概略断面図。 他の実施形態のインターポーザを示す概略断面図。 他の実施形態のインターポーザを示す概略断面図。 他の実施形態のインターポーザを示す要部断面図。 他の実施形態のインターポーザを示す要部断面図。

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の半導体パッケージ１１（構造体）は、ＩＣチップ２１（半導体素子）と、インターポーザ３１（中継基板）と、配線基板４１とからなるＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）である。なお、半導体パッケージ１１の形態は、ＬＧＡのみに限定されず、例えばＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）やＰＧＡ（ピングリッドアレイ）等であってもよい。ＭＰＵとしての機能を有するＩＣチップ２１は、縦１１．０ｍｍ×横１１．０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍの矩形平板状であって、熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃程度のシリコンからなる。かかるＩＣチップ２１の下面側表層には、図示しない回路素子が形成されている。また、ＩＣチップ２１の下面側には複数の面接続端子２２が格子状に設けられ、各面接続端子２２上にははんだバンプ２３が形成されている。

配線基板４１は、表面４２及び裏面４３を有する矩形平板状の部材からなり、樹脂絶縁層４４と導体層４５とを交互に積層した構造を有する、いわゆる多層配線基板である。本実施形態の場合、具体的には、エポキシ樹脂をガラスクロスに含浸させてなる絶縁基材により樹脂絶縁層４４が形成され、銅箔または銅めっき層により導体層４５が形成されている。かかる配線基板４１の熱膨張係数は、１３．０ｐｐｍ／℃以上１６．０ｐｐｍ／℃未満となっている。配線基板４１の表面４２には複数の面接続パッド４６が格子状に形成され、各面接続パッド４６上にははんだバンプ４９が形成されている。各面接続パッド４６及び各はんだバンプ４９は、インターポーザ３１側との電気的な接続を図るためのものである。配線基板４１の裏面４３には、図示しないマザーボード側との電気的な接続を図るための複数の面接続パッド４７が格子状に形成されている。なお、マザーボード接続用の面接続パッド４７は、インターポーザ接続用の面接続パッド４６よりも広いピッチとなっている。樹脂絶縁層４４にはビアホール導体４８が設けられており、これらのビアホール導体４８を介して、異なる層の導体層４５、面接続パッド４６，４７が相互に電気的に接続されている。また、配線基板４１の表面４２には、インターポーザ３１以外にも、半導体素子やその他の電子部品（いずれも図示略）が実装されている。

本実施形態のインターポーザ３１は、ＩＣチップ側インターポーザと呼ばれるべきものであって、１つの基板主面３２（図２では上面）、１つの基板裏面３３（図２では下面）、及び、４つの基板側面３４を有する略矩形板状のインターポーザ本体３９（中継基板本体）を有している。そして、このインターポーザ本体３９は、絶縁材料（本実施形態ではガラス）からなっている。インターポーザ本体３９の大きさは、接続するＩＣチップ２１よりも大きいことが好ましく、本実施形態では縦１５．０ｍｍ×横１５．０ｍｍに設定されている。また、インターポーザ本体３９の厚さは、５０μｍ以上５００μｍ以下（本実施形態では３００μｍ）に設定されている。本実施形態において、インターポーザ本体３９の熱膨張係数は、１５ｐｐｍ／℃未満、具体的には４〜５ｐｐｍ／℃程度となっている。なお、インターポーザ本体３９の熱膨張係数は、３０℃〜４００℃間の測定値の平均値をいう。

図２に示されるように、インターポーザ本体３９には、基板主面３２及び基板裏面３３間を貫通する複数の貫通孔３５が格子状に形成されている。これらの貫通孔３５は、配線基板４１が有する各面接続パッド４６の位置に対応している。そして、かかる貫通孔３５内には、銅からなる導体柱３６が設けられている。

基板主面３２上における複数箇所には、高さ（厚さ）１０μｍの半導体素子接続用端子３７が設けられている。半導体素子接続用端子３７は、銅を主体として構成され、各導体柱３６における基板主面３２側の端部に接続される。各半導体素子接続用端子３７は、ＩＣチップ２１を実装するためのものであり、ＩＣチップ２１側のはんだバンプ２３に電気的に接続されている。なお、各半導体素子接続用端子３７が存在する領域は、ＩＣチップ実装領域２４（半導体素子実装領域）となる。ＩＣチップ実装領域２４は、配線基板４１の基板主面３２に設定されている。また、基板裏面３３上における複数箇所には、高さ（厚さ）１０μｍの基板接続用端子３８が設けられている。基板接続用端子３８は、銅を主体として構成され、各導体柱３６における基板裏面３３側の端部に接続される。これらの基板接続用端子３８は、基板裏面３３から突出しており、配線基板４１側のはんだバンプ４９に接続されている。

従って、このような構造の半導体パッケージ１１では、インターポーザ３１の導体柱３６を介して、配線基板４１側とＩＣチップ２１側とが電気的に接続されている。ゆえに、インターポーザ３１を介して、配線基板４１−ＩＣチップ２１間で信号の入出力が行われるとともに、ＩＣチップ２１をＭＰＵとして動作させるための電源が供給されるようになっている。

図１〜図３に示されるように、インターポーザ本体３９の４つの基板側面３４には、各基板側面３４の全体を覆う被覆材６１が密着形成されている。被覆材６１は、基板主面３２上において、ＩＣチップ実装領域２４を包囲するように配置されている。即ち、インターポーザ本体３９を厚さ方向から見たときの被覆材６１は、矩形環状をなしている。また、本実施形態の被覆材６１は、熱硬化性樹脂であるポリイミド樹脂によって形成されている。被覆材６１の熱膨張係数は、具体的には、１０〜９０ｐｐｍ／℃程度（具体的には６０ｐｐｍ／℃程度）に設定されている。また、基板側面３４を覆う被覆材６１の厚さは、基板裏面３３側から基板主面３２側に行くに従って徐々に厚くなっている。そして、被覆材６１の厚さの最大値ｔ１は、２μｍ以上５０μｍ以下（本実施形態では２０μｍ）に設定されている。

さらに、被覆材６１の一部は、基板主面３２の外縁部にも密着している。詳述すると、被覆材６１の上端部は、基板主面３２の外縁部全体を覆っている。そして、基板主面３２に密着する被覆材６１と基板側面３４に密着する被覆材６１とが互いに繋がっている。また、被覆材６１は、基板主面３２側に突出するとともにＩＣチップ実装領域２４の周囲に配置される凸部６２を備えている。一方、被覆材６１は、基板裏面３３側に突出しないようになっている。図２に示されるように、凸部６２の高さｈ１は、各半導体素子接続用端子３７及び各基板接続用端子３８の高さ（１０μｍ）よりも高くなっており、具体的には、１０μｍ以上５００μｍ以下（本実施形態では１００μｍ）に設定されている。そして、凸部６２の頂点Ｐ１は、基板側面３４から延びて基板主面３２側に突出する仮想線Ｌ１上に位置している。

図１に示されるように、基板主面３２とＩＣチップ２１との隙間には、アンダーフィル材５１が充填されている。その結果、インターポーザ３１とＩＣチップ２１とが、隙間が封止された状態で互いに固定される。また、アンダーフィル材５１は、ＩＣチップ実装領域２４を包囲する被覆材６１の内側領域に充填されている。即ち、被覆材６１は、同被覆材６１の外側領域へのアンダーフィル材５１のはみ出しを防止するダムとしての機能を有している。なお、本実施形態では、インターポーザ３１とＩＣチップ２１との隙間の大きさが８０μｍとなっている。また、本実施形態のアンダーフィル材５１は、熱膨張係数が２０〜２００ｐｐｍ／℃程度（具体的には２５ｐｐｍ／℃）のエポキシ樹脂からなる。

ここで、上記構造の半導体パッケージ１１を製造する手順について説明する。

まず、中継基板本体準備工程を行ってインターポーザ本体３９を従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。なお、本実施形態の中継基板本体準備工程では、インターポーザ本体３９となるべき基板形成領域が平面方向に沿って縦横に複数配置された多数個取り用基板を準備する。

インターポーザ本体３９は以下のように作製される。まず、市販の薄ガラス基板を用意する。ガラス基板としては、日本電気硝子株式会社製のＯＡ−１０Ｇや、ＨＯＹＡ株式会社製のＰＥＧ−３Ｃなどが挙げられる。

続く導体柱形成工程では、レーザー照射やサンドブラストなどといった周知の手法によって薄ガラス基板に貫通孔３５を多数個貫通形成し、銅めっき等の周知の手法によって導体柱３６を形成する。なお、ガラスセラミックのグリーンシートを用いてインターポーザ本体３９を形成する場合には、貫通孔３５を形成した後に、図示しないペースト圧入充填装置を用いて、導体柱用銅ペーストを各貫通孔３５内に充填する。この後、グリーンシートの乾燥を行い、グリーンシートをある程度固化させる。次に、グリーンシートを脱脂し、さらに所定温度で所定時間焼成を行う。その結果、ガラスセラミック及びペースト中の銅が同時焼結し、複数の導体柱３６が形成されたインターポーザ本体３９としてもよい。

また、導体柱形成工程後であって、後述する被覆材形成工程前に接続端子形成工程を行い、各導体柱３６における基板主面３２側の端部に接続される半導体素子接続用端子３７を形成するとともに、各導体柱３６における基板裏面３３側の端部に接続される基板接続用端子３８を形成する。具体的には、半導体素子接続用端子３７及び基板接続用端子３８を、サブトラクティブ法やセミアディティブ法などといった周知の手法によって形成する。

さらに、導体柱形成工程後かつ被覆材形成工程前に分割工程を行う。具体的には、従来周知の切断装置（レーザー加工機やダイシング装置等）を用いて、多数個取り用基板を、基板形成領域の外形線に沿って切断する。その結果、クラックが発生しやすい材料（本実施形態ではガラス）が切断端面に露出したインターポーザ本体３９を、複数個同時に得ることができる。

続く被覆材形成工程では、インターポーザ本体３９の基板側面３４に被覆材６１を密着形成する。被覆材形成工程は、樹脂塗布工程及び硬化工程からなる。まず、樹脂塗布工程では、インターポーザ本体３９の基板裏面３３にマスキングテープ７１（図４参照）を貼付する。かかるマスキングテープ７１の粘着面には、インターポーザ本体３９が貼り付けられて仮固定されている。本実施形態では、耐熱性に優れたポリイミドテープがマスキングテープ７１として用いられている。次に、インターポーザ本体３９を構成する４つの基板側面３４のうち、いずれか１つの基板側面３４を下方に向けた状態でインターポーザ本体３９を配置し、下方を向いている基板側面３４に液状の硬化性樹脂６３を塗布する。具体的には、ディップコートを行い、下方を向いている基板側面３４を容器７２内の硬化性樹脂６３に浸してから引き上げる（図４，図５参照）。その結果、浸した基板側面３４に硬化性樹脂６３が付着する（図５参照）。また、他の３つの基板側面３４に対する硬化性樹脂６３の塗布についても、同様にして行われ、全ての基板側面３４に対して硬化性樹脂６３が塗布される。なお、被覆材形成工程中の硬化性樹脂６３のタレを防ぐために、基板側面３４に硬化性樹脂６３を付着させる度に熱処理（１００℃程度）を行い、硬化性樹脂６３をある程度硬化させるようにしてもよい。また、本実施形態の硬化性樹脂６３としては、粘度が１．８Ｐａ・ｓのポリイミド樹脂が用いられている。

続く硬化工程では、まず、基板主面３２が下方を向くようにインターポーザ本体３９を配置することにより、硬化性樹脂６３の自重によって基板主面３２から下方に垂れる液ダレ６４を生じさせる（図６参照）。その後、マスキングテープ７１を剥離する（図７参照）。このとき、硬化性樹脂６３においてマスキングテープ７１に付着している部分６５（図６参照）もマスキングテープ７１とともに除去されるため、硬化性樹脂６３は、各基板側面３４全体と基板主面３２の外縁部に付着するようになる。そして、硬化性樹脂６３を硬化させる。具体的には、大気中において１４０℃での熱処理を３分間行った後、窒素中において３２０℃での熱硬化を６０分間行う。その結果、硬化性樹脂６３が被覆材６１となり、液ダレ６４の部分が凸部６２となる。この時点で、図２に示すインターポーザ３１が完成する。

その後、完成したインターポーザ３１の基板裏面３３にある基板接続用端子３８と、配線基板４１側のはんだバンプ４９とを位置合わせして、配線基板４１上にインターポーザ３１を載置する。そして、加熱して各はんだバンプ４９をリフローすることにより、基板接続用端子３８とはんだバンプ４９とを接合する。

次に、インターポーザ３１の基板主面３２にＩＣチップ２１を載置する。このとき、ＩＣチップ２１側のはんだバンプ２３と、インターポーザ３１側の半導体素子接続用端子３７とを位置合わせするようにする。そして、加熱して各はんだバンプ２３をリフローすることにより、半導体素子接続用端子３７とはんだバンプ２３とを接合する。その後、アンダーフィル材５１を用いてインターポーザ３１とＩＣチップ２１との隙間を封止すれば、図１に示す半導体パッケージ１１が完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のインターポーザ３１は、インターポーザ本体３９の基板側面３４全体が被覆材６１によって覆われているため、インターポーザ本体３９に直接大きな応力が作用しにくくなる。よって、たとえ強度が低い材料（ガラスやガラスセラミックなど）によってインターポーザ本体３９が形成されていたとしても、クラック等が発生しにくい。ゆえに、インターポーザ本体３９の破損が防止されるため、インターポーザ３１に高い信頼性を付与することができる。

しかも、被覆材６１は、基板主面３２側に突出するとともにＩＣチップ実装領域２４の周囲に配置される凸部６２を備えている。このため、ＩＣチップ２１の実装時において、インターポーザ本体３９とＩＣチップ２１との隙間を封止するアンダーフィル材５１の一部が基板主面３２上に流出したとしても、アンダーフィル材５１の流動が、ＩＣチップ実装領域２４を包囲する凸部６２に接触することによって停止する。つまり、凸部６２の外側領域へのアンダーフィル材５１のはみ出しが防止される。よって、絶縁物であるアンダーフィル材５１が配線基板４１の面接続パッド４６を覆うことなどに起因した不具合を防止することができる。

（２）本実施形態では、硬化性樹脂６３の自重によって基板主面３２から下方に垂れる液ダレ６４を生じさせた後、液ダレ６４を硬化させるだけで凸部６２を形成している。つまり、硬化性樹脂６３からなる被覆材６１とは別々に凸部６２を形成しなくても済むため、凸部６２の形成が容易になる。

（３）本実施形態では、被覆材６１の一部が基板主面３２の外縁部に密着しているため、被覆材６１を形成したとしても、基板主面３２に広面積のＩＣチップ実装領域２４を確保しやすくなる。ゆえに、ＩＣチップ実装領域２４に複数のＩＣチップ２１を実装することも可能となる。

（４）本実施形態のＩＣチップ２１はインターポーザ本体３９の真上に配置される。その結果、ＩＣチップ２１とインターポーザ本体３９とを電気的に接続する導通経路が最短となる。ゆえに、ＩＣチップ２１に対する電源供給をスムーズに行うことができる。また、ＩＣチップ２１とインターポーザ本体３９との間で侵入するノイズを極めて小さく抑えることができるため、誤動作等の不具合を生じることもなく高い信頼性を得ることができる。

また、本実施形態では、ＩＣチップ実装領域２４がインターポーザ本体３９の基板主面３２に設定されているため、ＩＣチップ実装領域２４に実装されるＩＣチップ２１は高剛性で熱膨張率が小さいインターポーザ本体３９によって支持される。よって、上記ＩＣチップ実装領域２４においては、インターポーザ本体３９が変形しにくくなるため、ＩＣチップ実装領域２４に実装されるＩＣチップ２１をより安定的に支持できる。従って、大きな熱応力に起因するＩＣチップ２１のクラックや接続不良を防止することができる。ゆえに、ＩＣチップ２１として、熱膨張差による応力（歪）が大きくなり熱応力の影響が大きく、かつ発熱量が大きく使用時の熱衝撃が厳しい１０ｍｍ角以上の大型のＩＣチップや、脆いとされるＬｏｗ−ｋ（低誘電率）のＩＣチップを用いることができる。

［第２実施形態］
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に基づき説明する。ここでは、前記第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付す代わりに説明を省略する。

本実施形態では、インターポーザの被覆材の構造などが前記第１実施形態とは異なっている。詳述すると、図８に示されるように、本実施形態のインターポーザ１３１（中継基板）はインターポーザ本体１３９（中継基板本体）を備え、インターポーザ本体１３９が有する４つの基板側面１３４には、各基板側面１３４の全体を覆うとともに基板主面１３２の外縁部全体を覆う被覆材１６１が密着形成されている。また、被覆材１６１は、基板主面１３２側に突出する凸部１６２を備えている。なお、本実施形態の被覆材１６１は、感光性を有するポリイミド樹脂によって形成されている。被覆材１６１の厚さｔ２は、１０μｍ以上５０μｍ以下（本実施形態では５０μｍ）に設定されている。さらに、凸部１６２の高さｈ２は、１０μｍ以上５０μｍ以下（本実施形態では５０μｍ）に設定されている。

次に、上記構造のインターポーザ１３１を製造する手順について説明する。

本実施形態では、被覆材形成工程が前記第１実施形態とは異なっている。詳述すると、被覆材形成工程は、樹脂フィルム貼付工程、ラミネート工程、露光工程及び現像工程からなる。まず、樹脂フィルム貼付工程では、未硬化状態の被覆材１６１である樹脂フィルム１６３（厚さ５０μｍ）をインターポーザ本体１３９の基板主面１３２上に貼付する（図９参照）。なお、本実施形態の樹脂フィルム１６３の形成材料としては、感光性を有するポリイミド樹脂が用いられている。また、樹脂フィルム１６３は、基板主面１３２よりも大きいもの、具体的には、基板主面１３２に加えて各基板側面１３４の全体を覆うことが可能な大きさのものが用いられている。

続くラミネート工程では、樹脂フィルム１６３を加熱及び加圧することによりその一部を溶融させて流動させることにより、その流動した樹脂フィルム１６３の一部を基板側面１３４に貼付する（図１０参照）。なお、樹脂フィルム１６３の一部が基板裏面１３３に回り込むことを防止するために、あらかじめ基板裏面１３３を粘着テープなどで保護しておいてもよい。

続く露光工程では、樹脂フィルム１６３がラミネートされたインターポーザ本体１３９を、従来周知の露光機（図示略）の上に固定する。次に、樹脂フィルム１６３の表面全体にフォトマスクを配置する（図示略）。そして、樹脂フィルム１６３の表面に対して、フォトマスクを介して紫外光を照射し、樹脂フィルム１６３を露光する。その結果、基板主面１３２において同基板主面１３２の外周部を除く領域に貼付されている樹脂フィルム１６３が除去され、ＩＣチップ実装領域１２４（半導体素子実装領域）を露出させる開口部１６４（図８参照）が樹脂フィルム１６３に形成される。その後、樹脂フィルム１６３を剥離する。

続く現像工程では、露光された樹脂フィルム１６３を現像する。その結果、樹脂フィルム１６３が被覆材１６１となるとともに、基板主面１３２の外周部に貼付されている樹脂フィルム１６３が凸部１６２となる。この時点で、図８に示すインターポーザ１３１が完成する。

従って、本実施形態では、樹脂フィルム１６３を露光及び現像するだけで凸部１６２を形成できるため、凸部１６２の形成が容易になる。

次に、インターポーザの評価方法及びその結果を説明する。

まず、測定用サンプルを次のように準備した。上記第１実施形態と同じインターポーザ３１を準備し、これを実施例１とした。また、上記第２実施形態と同じインターポーザ１３１を準備し、これを実施例２とした。さらに、基板側面２３４のみに被覆材２６１が密着形成されたインターポーザ２３１（図１１参照）を準備し、これを比較例１とした。なお、インターポーザ２３１は、基板主面２３２及び基板裏面２３３の両方にマスキングテープを貼付し、基板側面２３４に硬化性樹脂を塗布した後で両マスキングテープを剥離することにより得られるものである。また、被覆材を形成することなく得られたインターポーザ３３１（図１２参照）を準備し、これを比較例２とした。なお、測定用サンプルは、それぞれ２０個ずつ準備した。

次に、各測定用サンプル（実施例１，２、比較例１，２）に対してダミーチップを実装し、外観歩留まり及び実装歩留まりを評価した。なお、「外観歩留まり」の評価では、インターポーザ本体の基板側面の状態を観察し、クラックの発生を目視で確認できるものを“不合格”と判定し、クラックの発生を目視で確認できないものを“合格”と判定した。「実装歩留まり」の評価では、配線基板に対するインターポーザの実装状態、及び、インターポーザに対するＩＣチップの実装状態を観察した。そして、インターポーザと配線基板との間で接続不良が発生したもの、及び、ＩＣチップの実装時にアンダーフィル材がインターポーザ外に流出したものを“不合格”と判定し、それ以外を“合格”と判定した。そして、各測定用サンプルにおいて、“合格”と判定された測定用サンプルの割合（％）を評価ごとに算出した。その結果を表１に示す。

その結果、比較例１では、外観歩留まりが９５％、実装歩留まりが６０％となった。即ち、比較例１では、外観歩留まりは比較的高いものの、実装歩留まりが低くなることが確認された。また、比較例２では、外観歩留まりが７０％、実装歩留まりが５５％となった。即ち、比較例２では、外観歩留まりも実装歩留まりも低くなることが確認された。

一方、実施例１では、外観歩留まりが１００％、実装歩留まりが９０％となった。また、実施例２では、外観歩留まり及び実装歩留まりがともに９５％となった。つまり、実施例１，２では、各評価の歩留まりが比較的高く、９０％以上になることが確認された。

以上のことから、インターポーザ本体の基板側面に被覆材を形成すれば、インターポーザ本体でのクラックの発生を防止できること、即ち、外観歩留まりの改善が期待できることが確認された。さらに、被覆材に対して、基板主面側に突出する凸部を形成すれば、インターポーザからのアンダーフィル材の流出などを防止できること、即ち、実装歩留まりの改善が期待できることが確認された。

なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。

・図１３のインターポーザ４３１に示されるように、凸部は、基板主面４３２側に加えて基板裏面４３３側に突出していてもよい。なお、この場合、基板裏面４３３側に突出する凸部４６３の高さｈ４は、基板主面４３２側に突出する凸部４６２の高さｈ３よりも低いことが好ましい。仮に、凸部４６３の高さｈ４が凸部４６２の高さｈ３よりも高くなると、凸部４６３がインターポーザ４３１を実装する配線基板に接触し、インターポーザ４３１の配線基板への実装が妨げられるおそれがある。また、図１３に示されるように、被覆材４６１の一部は、基板主面４３２の外縁部及び基板裏面４３３の外縁部の両方に密着していてもよい。

・上記各実施形態のインターポーザ３１，１３１では、基板主面３２，１３２に密着する被覆材６１，１６１と基板側面３４，１３４に密着する被覆材６１，１６１とが互いに繋がっていた。しかし、図１４のインターポーザ５３１に示されるように、基板主面５３２に密着する被覆材５６１と、基板側面５３４に密着する被覆材５６１とが互いに離間していてもよい。

・上記第１実施形態のインターポーザ３１では、被覆材６１が基板主面３２側に突出する凸部６２を備えるとともに、被覆材６１の一部が基板主面３２の外縁部に密着していた。しかし、図１５のインターポーザ６３１に示されるように、被覆材６６１が凸部６６２を備える場合であっても、被覆材６６１は、基板主面６３２に密着せずに、基板側面６３４のみに密着するものであってもよい。

・上記第１実施形態のインターポーザ３１では、被覆材６１の凸部６２の頂点Ｐ１が、基板側面３４から延びる仮想線Ｌ１上に位置していた。しかし、図１６のインターポーザ７３１に示されるように、被覆材７６１は、凸部７６２の頂点Ｐ２が、基板側面７３４から延びる仮想線Ｌ２よりも基板主面７３２の中央側に位置するものであってもよい。

・上記各実施形態のインターポーザ３１，１３１では、４つの基板側面３４，１３４が被覆材６１，１６１によって覆われていたが、１つの基板側面３４，１３４のみが被覆材６１，１６１によって覆われていてもよいし、２つまたは３つの基板側面３４，１３４が被覆材６１，１６１によって覆われていてもよい。また、被覆材６１，１６１は、同被覆材６１，１６１が覆う面（基板側面３４，１３４）を完全に覆っていてもよいし、被覆材６１，１６１が覆う面（基板側面３４，１３４）の一部のみを覆っていてもよい。

・上記各実施形態では、インターポーザ３１，１３１が中継基板として用いられていたが、他の構造物を中継基板として用いることも許容される。例えば、中継基板として、層間絶縁層と導体層とを交互に積層してなるビルドアップ層をコア基板の片面または両面に有するビルドアップ多層配線基板を用いてもよい。このようにすれば、中継基板の高密度化を図りやすくなる。なお、層間絶縁層の形成材料としては、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等を挙げることができる。また、導体層の形成材料としては銅などを挙げることができる。

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）上記手段１において、前記被覆材の一部は、前記基板主面の外縁部にも密着しており、前記基板主面に密着する前記被覆材と、前記基板側面に密着する前記被覆材とが互いに繋がっていることを特徴とする中継基板。

（２）上記手段１において、前記被覆材の一部は、前記基板主面の外縁部にも密着しており、前記基板主面に密着する前記被覆材と、前記基板側面に密着する前記被覆材とが互いに離間していることを特徴とする中継基板。

（３）上記手段１において、前記凸部の高さが１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする中継基板。

（４）上記手段１において、前記被覆材は、前記基板裏面側に突出していないことを特徴とする中継基板。

（５）上記手段１において、前記中継基板本体は、ガラス、セラミック及びガラスセラミックのいずれか１つからなることを特徴とする中継基板。

（６）上記手段１において、前記複数の導体柱における前記基板主面側の端部、及び、前記複数の導体柱における前記基板裏面側の端部の少なくとも一方に、配線層が接続されることを特徴とする中継基板。

（７）上記手段１において、前記基板側面を覆う前記被覆材の厚さが、前記基板裏面側から前記基板主面側に行くに従って徐々に厚くなっていることを特徴とする中継基板。

（８）上記手段１において、前記凸部の頂点が、前記基板側面から延びる仮想線上に位置していることを特徴とする中継基板。

（９）上記手段２において、前記導体柱形成工程後かつ前記被覆材形成工程前に、前記複数の導体柱における前記基板主面側の端部、及び、前記複数の導体柱における前記基板裏面側の端部の少なくとも一方に接続される配線層を形成する接続端子形成工程を行うことを特徴とする中継基板の製造方法。

（１０）上記手段１の中継基板と面接続端子を有する半導体素子とを備えることを特徴とする半導体素子付き中継基板。

（１１）上記手段１の中継基板と面接続端子を有する半導体素子とを備え、さらに面接続パッドを有する基板を備えることを特徴とする、半導体素子と中継基板と基板とからなる構造体。

２１…半導体素子としてのＩＣチップ
２４，１２４…半導体素子実装領域としてのＩＣチップ実装領域
３１，１３１，４３１，５３１，６３１，７３１…中継基板としてのインターポーザ
３２，１３２，４３２，５３２，６３２，７３２…基板主面
３３，１３３，４３３…基板裏面
３４，１３４，５３４，６３４，７３４…基板側面
３６…導体柱
３７…半導体素子接続用端子
３９，１３９…中継基板本体としてのインターポーザ本体
６１，１６１，４６１，５６１，６６１，７６１…被覆材
６２，１６２，４６２，７６２…基板主面側に突出する凸部
４６３…基板裏面側に突出する凸部
６３…硬化性樹脂
６４…液ダレ
１６３…樹脂フィルム
ｈ１，ｈ２，ｈ３…基板主面側に突出する凸部の高さ
ｈ４…基板裏面側に突出する凸部の高さ

Claims (6)

1. 基板主面、基板裏面及び基板側面を有し、絶縁材料、または、表面に絶縁処理が施された材料からなる略板形状の中継基板本体と、前記基板主面及び前記基板裏面間を貫通する複数の導体柱とを備え、前記基板主面に、半導体素子を実装するための複数の半導体素子接続用端子が存在する半導体素子実装領域が設定された中継基板であって、
   前記基板側面に、前記基板側面の少なくとも一部を覆う被覆材が密着形成され、
   前記被覆材は、前記基板主面側に加えて前記基板裏面側にも突出するとともに前記半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備え、
   前記基板裏面側に突出する前記凸部の高さは、前記基板主面側に突出する前記凸部の高さよりも低い
   ことを特徴とする中継基板。
2. 前記被覆材の一部は、前記基板主面の外縁部にも密着していることを特徴とする請求項１に記載の中継基板。
3. 前記凸部の高さが前記複数の半導体素子接続用端子の高さよりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載の中継基板。
4. 前記被覆材の一部は、前記基板主面の外縁部及び前記基板裏面の外縁部の両方に密着していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の中継基板。
5. 基板主面、基板裏面及び基板側面を有し、絶縁材料、または、表面に絶縁処理が施された材料からなる略板形状の中継基板本体と、前記基板主面及び前記基板裏面間を貫通する複数の導体柱とを備え、前記基板主面に、半導体素子を実装するための複数の半導体素子接続用端子が存在する半導体素子実装領域が設定された中継基板の製造方法において、
   前記中継基板本体を準備する中継基板本体準備工程と、
   前記中継基板本体に前記複数の導体柱を形成する導体柱形成工程と、
   前記基板主面側に突出するとともに前記半導体素子実装領域の周囲に配置される凸部を備え、前記基板側面の少なくとも一部を覆う被覆材を密着形成する被覆材形成工程と
   を含み、
   前記被覆材形成工程は、
   感光性を有する樹脂フィルムを前記基板主面上に貼付する樹脂フィルム貼付工程と、
   前記樹脂フィルムを加熱及び加圧することによりその一部を溶融させて流動させることにより、その流動した前記樹脂フィルムの一部を前記基板側面に貼付するラミネート工程と、
   前記樹脂フィルムを露光することにより、前記基板主面において同基板主面の外周部を除く領域に貼付されている前記樹脂フィルムを除去する露光工程と、
   露光された前記樹脂フィルムを現像することにより、前記樹脂フィルムを前記被覆材とするとともに、前記基板主面の外周部に貼付されている前記樹脂フィルムを前記凸部とする現像工程と
   を含むことを特徴とする中継基板の製造方法。
6. 前記中継基板本体準備工程では、前記中継基板本体となるべき基板形成領域が平面方向に沿って複数配置された多数個取り用基板を準備し、
   前記導体柱形成工程後かつ前記被覆材形成工程前に、前記多数個取り用基板を、前記基板形成領域の外形線に沿って切断することにより、複数個の前記中継基板本体を得る分割工程を行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の中継基板の製造方法。

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