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JP6072332B2 - 半導体パッケージ基板 - Google Patents
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本発明は、例えば半導体素子搭載用のキャビティが形成された半導体パッケージ基板に関する。
半導体パッケージ基板に半導体素子搭載用のキャビティを形成する方法として以下の技術が知られている。
第1の方法は、樹脂基板の両面に配線パターンが形成された基板両面に、プリプレグを介して銅パンプ付銅箔を位置合わせして貼り合わせる。このとき、樹脂基板の配線パターンと銅バンプとが、電気的に接続するように位置合わせして積層される。次いで、エッチングにより基板外面の銅箔層に銅バンプと接続する配線パターンが形成される。そして、銅バンプと接続する配線パターンとは反対面からザグリ加工を行ってプリプレグ、樹脂基板などをルーターにより切削して底部に銅バンプを露出させてキャビティを形成する。このキャビティに半導体素子をフリップチップ接続した後、アンダーフィルモールドを行って半導体素子が樹脂封止される(特許文献1参照)。
第2の方法は、銅箔を積層した基板に半導体素子を搭載する箇所にキャビティを形成する開口部を形成し、キャビティ底部に半導体素子と接続する内部接続端子を備えた基板を積層して接着することでキャビティを形成した半導体パッケージ基板を製造する方法である(特許文献2参照)。
特開2004−319848号公報 特開2002−43454号公報
上述した特許文献1に示すルーターによるザグリ加工でキャビティを形成する場合、加工時間がかかるうえに、コーナー部のRを小さくすることができない。また、加工深さの精度が悪い、キャビティの位置精度が悪いなどの問題がある。
また、特許文献2に示すように銅箔を積層した基板に開口部を形成する場合、金型でくり抜くには、高価な金型が必要になる。開口部を形成した基板と開口部がない基板とを貼り合わせる際に精度が求められる。
更には、キャビティを形成したキャビティ底部は他の基板部分より板厚が薄く剛性が低いことから、反り、歪み、うねりなどの変形が生じ易いという課題もあった。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、キャビティが形成された基板のキャビティ底部の板厚が薄くても強度が維持できる変形し難い半導体パッケージ基板を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体パッケージ基板は以下の構成を備える。即ち、絶縁樹脂層を介して導体層が形成され、層間接続された導体パターンが形成された半導体パッケージ基板であって、
一方の基板面側に前記絶縁樹脂層の一部を周回して除去されたスリットに囲まれた前記絶縁樹脂層に積層するキャリヤ付銅箔の一方の銅箔層から他方の銅箔層を当該絶縁樹脂層とともに剥離除去して形成されたキャビティを有し、残存する前記一方の銅箔層に銅層が厚肉に積層されると共に前記銅箔層の周囲に前記銅層が延設された導体層である銅パターンがキャビティ底部に露出して形成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、絶縁樹脂層に積層するキャリヤ付銅箔の一方の銅箔層から他方の銅箔層を当該絶縁樹脂層とともに剥離除去されて形成されたキャビティのキャビティ底部に、残存する一方の銅箔層に銅層を厚肉に積層した銅パターンが露出して形成されているので、キャビティ底部の板厚が薄くても剛性が高まることから、反り、歪み、うねりなどの変形が生じ難くなる。
また、キャビティ底部は、キャリヤ付銅箔を一方の銅箔層から他方の銅箔層を剥離した剥離面であるので、半導体チップ等の電子部品をダイボンディングする平滑面を形成することができる。
更には、キャビティ底部の銅パターンのうち、銅箔層に銅層を重ねて厚付けされた厚肉銅層により、キャビティ底部の板厚が薄くても反り、歪み、うねりなどの変形を防止できる。
前記キャビティ底部には、前記キャリヤ付銅箔のキャリヤ銅箔層より銅箔層を前記絶縁樹脂層とともに剥離させて前記キャリヤ銅箔層が前記キャビティ底部に残存しているようにしてもよい。
これにより、キャビティ底部の銅パターンの厚さはキャリヤ銅箔層の厚さ分だけ銅層の厚さが増加しているので強度が高いうえに、キャビティ底部を平滑面とすることができる。よって、半導体素子等をダイボンディングする際に、キャビティ底部に傾くことなく搭載することができる。また、不要な絶縁樹脂層を銅箔層とともにキャリヤ銅箔層よりはがすだけで除去することができるため、キャビティ形成のための製造コストを削減することも可能である。
キャビティが形成された基板のキャビティ底部の板厚が薄くても強度が維持できる変形し難い半導体パッケージ基板を提供することができる。
第1実施例に係る半導体パッケージ基板の製造方法の加工工程を示す断面図である。 図1に続く半導体パッケージ基板の製造方法の加工工程を示す断面図である。 第2実施例に係る半導体パッケージ基板の製造方法の加工工程を示す断面図である。 図3に続く半導体パッケージ基板の製造方法の加工工程を示す断面図である。 図2の変形例を示す半導体パッケージ基板の断面図である。 図4の変形例を示す半導体パッケージ基板の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図1(A)〜(I)及び図2(J)(K)を参照して半導体パッケージ基板の製造方法について半導体パッケージ基板の構成と共に説明する。尚、以下の説明では、剥離可能な二層の銅箔の一例としてキャリヤ付銅箔を使用するものとする。キャリヤ付銅箔は、例えば極薄銅箔(銅箔;厚さ2〜5μm)に剥離可能な弱い接着力の接着層を介してキャリヤ銅箔(厚さ18μm;キャリヤ箔)が積層されたもの(例えばF-HP;Heat-Resistant Peelable Copper Foil)が用いられるものとする。
[第1実施例]
先ず、図1(A)において、絶縁樹脂基材1(例えば、ガラスエポキシ基板;FR‐4)の両面(片面でもよい)にキャリヤ付銅箔2が積層されたベース基板3を用意する。キャリヤ付銅箔2は、銅箔層2a(第一の銅箔層)とキャリヤ箔といわれるキャリヤ銅箔層2b(第二の銅箔層)が剥離可能な弱い接着力で貼り合わせたものが用いられる。ベース基板3において、キャリヤ付銅箔2は絶縁樹脂基材1に接着している銅箔層2a(第一の銅箔層)にキャリヤ銅箔層2b(第二の銅箔層)が貼り合わせてある。キャリヤ銅箔層2bは銅箔層2aから容易に剥離させることができる。
図1(B)に示すように、ベース基板3にエッチングを行って、キャリヤ付銅箔2にキャビティ底部導体パターン4が一方の面(図1(B)では下面)に形成されたコア基板5を形成する。エッチングは、ベース基板3のキャリヤ付銅箔2にパターンが形成されたエッチングレジストを積層して行われる。
図1(C)において、コア基板5の両面に半硬化樹脂基材6(例えばプリプレグ)を介して銅箔7(導体層;厚さ2〜5μm)を各々重ねて加熱加圧して多層基板8を形成する(積層プレス)。このとき、半硬化樹脂基材6は、加熱加圧されて硬化し硬化樹脂基材6(例えば厚さ60μm)となる。
図1(D)において、多層基板8にエッチングを行って、絶縁樹脂基材1を中心としてキャビティ底部導体パターン4が形成された一方側(図1(D)では下面)の基板面に導体パターン10bを形成し、キャビティ底部導体パターン4とは反対側の基板面(図1(D)では上面)に積層する銅箔7に、キャビティ底部導体パターン4の外縁部の上方に開口9を有する導体パターン10aを各々形成する。この開口9は、後にレーザー加工を行う位置に形成されていればよいため、開口9内に導体パターン10aが残っていてもよい。
次に図1(E)に示すように、多層基板8の開口9より露出する硬化樹脂基材6の上方からキャビティ底部導体パターン4の外縁部に沿ってレーザー光11を照射する。具体的には、コア基板5のキャビティ底部導体パターン4と同じ面の適当な位置にアライメントマークを形成し、積層プレスで多層基板8を形成した後X線穴明け機でコア基板5のアライメントマークを認識して穴あけをする。レーザー加工装置がこの穴をアライメントマークとして認識して硬化樹脂基材6の上方からキャビティ底部導体パターン4の外縁部に沿ってレーザー光11を照射する。レーザー光11は、エネルギーレベルが高い炭酸ガスレーザーが好適に用いられる。
これにより、図1(F)に示すように、レーザー光照射位置の硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1を除去して底部にキャビティ底部導体パターン4の外縁部が露出したスリット12を周回して形成することができる。
このとき、多層基板8に対してスリット12を周回して形成するレーザー加工に要する加工時間は短く、またコーナー部のRを小さく加工することができる。また、多層基板8に対してレーザー光11を照射しても、キャビティ底部導体パターン4を含む第一導体パターンによりレーザー加工が止まるため、最終的に形成されるキャビティ13(図1(I)参照)の加工深さ精度は高くなる。
ここで、図1(G)において、多層基板8のスリット12に囲まれた硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1を除去するため、スリット12の底部に露出するキャビティ底部導体パターン4(銅箔層2a及びキャリヤ銅箔層2b)をエッチングにより除去して硬化樹脂基材6を露出させる。
図1(H)において、多層基板8からスリット12に囲まれた硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1を剥離させて除去する。具体的には、粘着性のあるテープを基板に貼りつけて剥がすことによりキャビティ底部導体パターン4を形成する銅箔層2aをキャリヤ銅箔層2bより剥離させて硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1を粘着テープに転写させる。
これにより、多層基板8にキャビティ底部導体パターン4のうちキャリヤ銅箔層2bが残存したキャビティ13が形成される。
次に図2(J)に示すように、キャビティ13を除く、多層基板8の両面にソルダーレジストをコーティング(例えばドライフィルムレジストを積層しフォトリソグラフィによりパターン形成)する。具体的には、一方の基板面に形成された導体パターン10aをソルダーレジスト14aでコーティングし、他方の基板面に形成された導体パターン10bをソルダーレジスト14bでコーティングする。
最後に図2(K)に示すように、基板両面に表面処理を行う。具体的には、ソルダーレジスト14a,14bから露出している導体パターン10a,10b上及びキャビティ底部の導体パターン2bに、ニッケルめっき、金めっきを行ってめっき層17が形成された半導体パッケージ基板15が製造される(表面処理)。この半導体パッケージ基板15に形成されたキャビティ13には、半導体素子や各種センサ等の電子部品などが配置される。
上述した半導体パッケージ基板15の製造方法を用いれば、多層基板8に対して硬化樹脂基材6の上方からキャビティ底部導体パターン4の外縁部に沿ってレーザー光11を照射してスリット12を周回して形成することで、レーザー加工に要する加工時間を短くすることができる。また、レーザー光11のビーム径を小さくすることによりコーナー部のRを小さくすることができ更にレーザー光11はキャビティ底部導体パターン4によりレーザー加工が止まるため、キャビティ13の加工深さ精度も高くなる。
また、キャビティ底部導体パターン4が露出したスリット12に囲まれた硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1は、粘着テープに転写するなどすることにより銅箔層2aと共にキャリヤ銅箔層2bから容易に剥離させて除去することができ、キャビティ13の形成が容易に行える。
[第2実施例]
次に半導体パッケージ基板の製造方法の他例について図3(A)〜(N)及び図4(O)〜(Q)を参照して説明する。尚、第1実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
先ず、図3(A)において、絶縁樹脂基材1(例えばFR‐4)の両面に、銅箔層2aにキャリヤ銅箔層2bを剥離可能な接着力で接着させたキャリヤ付銅箔2が各々積層されたベース基板3を用意する。ベース基板3において、キャリヤ付銅箔2は、絶縁樹脂基材1に接着している銅箔層2a(第一の銅箔層)にキャリヤ箔といわれるキャリヤ銅箔層2b(第二の銅箔層)が貼り合わせてある。キャリヤ銅箔層2bは、銅箔層2aより容易に剥離させることができる。
次いで、図3(B)に示すように、ベース基板3にエッチングを行って、キャリヤ付銅箔2にキャビティ底部導体パターン4が一方の基板面(図3(B)では下面)にスリット2cに囲まれたアイランド状に形成される。この状態で、ベース基板3の両面において、キャリヤ銅箔層2bを銅箔層2aから剥離させると、図3(C)に示すように、キャビティ底部導体パターン4のみにキャリヤ銅箔2bが残り、スリット2cを除く他の部分には銅箔層2aのみとなったコア基板5が形成される。即ち、コア基板5は、一方の基板面(図3(C)では下面)にキャビティ底部導体パターン4がキャリヤ銅箔層2bの厚さ分だけ厚く形成される。
次に図3(D)に示すように、コア基板5の絶縁樹脂基材1に貫通孔2dを形成する。貫通孔2dは、炭酸ガスレーザー等によって孔開け加工される。尚、コア基板5を製造する際に、絶縁樹脂基材1に予め貫通孔2d(若しくは袋穴)を形成しておいてもよい。次いで図3(E)に示すように、コア基板5の両面に無電解銅めっき及び電解銅めっきを行って、銅箔層2a、スリット2c及びキャビティ底部導体パターン4上に銅層2eを形成し、貫通孔2dに銅層を充填する(めっき工程)。これにより、コア基板5の両面に形成された銅箔層2aと銅層2eからなる導体層どうしの電気的導通を取ることができるうえに、コア基板5の一方の基板面(図3(E)では下面)に形成されたキャビティ底部導体パターン4の部分が、周囲の銅箔層2aの部分よりキャリヤ銅箔層2bの厚さ分だけ銅層の厚みが増した状態となる。
図3(F)において、コア基板5の両面にエッチングを行って、キャビティ底部導体パターン4が形成された一方の基板面に(図3(F)では下面)に、第一導体パターン10d(内層導体パターン)を形成し、他方の基板面(図3(F)では上面)に第一の開口9aを有する第一導体パターン10c(内層導体パターン)を各々形成する。尚、このとき、キャビティ底部導体パターン4上には、銅層2e(導体層)が厚付けされている。
次いで、図3(G)に示すように、コア基板5の両面に半硬化樹脂基材6(例えばプリプレグ)を介して銅箔7(導体層)を各々重ねて加熱加圧して多層基板8を形成する(積層プレス)。このとき、半硬化樹脂基材6は、積層プレスにより硬化樹脂基材6となる。
次に、図3(H)に示すように、多層基板8の両側に積層された硬化樹脂基材6に第一導体パターン10cを底部とするビア孔10e若しくは第一導体パターン10dを底部とするビア孔10fを各々形成する。ビア孔10e,10fは、炭酸ガスレーザー等によって孔開け加工される。レーザー光11は第一導体パターン10c若しくは第一導体パターン10dによりレーザー加工が止まる。次いで、図3(I)に示すように、多層基板8の両面に無電解銅めっき及び電解銅めっきを連続して行って、銅箔7に銅層2e(導体層)を厚付けする。
次に、図3(J)において、多層基板8にエッチングを行って、一方の基板面(図3(J)では下面)に第二導体パターン10h(外層導体パターン)を形成し、他方の基板面(図3(J)では上面)に第一の開口9aの直上に第二の開口9cを有する第二導体パターン10g(外層導体パターン)を各々形成する。尚、第二の開口9c内には、第二導体パターン10g(外層導体パターン)が形成されていてもよい。
次に、図3(K)において、多層基板8の第二の開口9cより露出する硬化樹脂基材6の上方からキャビティ底部導体パターン4の外縁部に沿ってレーザー光11を照射する。具体的には、コア基板3のキャビティ底部導体パターン4と同じ面の適当な位置にアライメントマークを形成し、積層プレスで多層基板8を形成した後X線穴明け機でコア基板3のアライメントマークを認識して穴あけをする。レーザー加工装置がこの穴をアライメントマークとして認識して硬化樹脂基材6の上方からキャビティ底部導体パターン4の外縁部に沿ってレーザー光11を照射する。レーザー光11は、エネルギーレベルが高い炭酸ガスレーザーが好適に用いられる。
これにより、図3(L)に示すように、レーザー光照射位置における硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1を除去して底部にキャビティ底部導体パターン4及びこれを囲む第一導体パターン10d(内層導体パターン)が露出したスリット12を周回して形成することができる。
このとき、多層基板8に対してスリット12を周回して形成するレーザー加工に要する加工時間は短く、またコーナー部のRを小さく加工することができる。また、多層基板8に対してレーザー光11を照射しても、キャビティ底部導体パターン4及び第一導体パターン10d(内層導体パターン)によりレーザー加工が止まるため、最終的に形成されるキャビティ13(図4(O)参照)の加工深さ精度は高くなる。
次いで、図3(M)に示すように、スリット12内に露出したキャビティ底部同導体パターン4のうち少なくとも銅箔層2aをソフトエッチング(例えば硫酸−過酸化水素系のエッチング液)により除去する。
次に、図3(N)において、多層基板8からスリット12に囲まれた硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1を剥離させて除去する。具体的には、粘着性のあるテープを基板に貼りつけて剥がすことによりキャビティ底部導体パターン4を形成する銅箔層2aをキャリヤ銅箔層2bより剥離させて硬化樹脂基材6及び絶縁樹脂基材1を粘着テープに転写させる。
これにより、図4(O)に示すように、多層基板8にキャビティ底部導体パターン4としてキャリヤ銅箔層2b及びこれを囲む第一導体パターン10d(銅層2e)が露出したキャビティ13が形成される。
次に図4(P)に示すように、キャビティ13を除く、多層基板8の両面にソルダーレジストをコーティング(例えばドライフィルムレジストを積層しフォトリソグラフィによりパターン形成)する。具体的には、一方の基板面(図4(P)下面)に形成された第二導体パターン10hをソルダーレジスト14bでコーティングし、他方の基板面(図4(P)上面)に形成された第二導体パターン10gをソルダーレジスト14aでコーティングする。
最後に図4(Q)に示すように、基板両面に表面処理を行う。具体的には、ソルダーレジスト14a,14bから各々露出している第二導体パターン10g,10h及びキャビティ底部の導体パターン10d上に、ニッケルめっき、金めっきを行ってめっき層17が形成された半導体パッケージ基板18が製造される。
この半導体パッケージ基板18に形成されたキャビティ13には、半導体素子や各種センサ等の電子部品などが配置される。
上記半導体パッケージ基板18は、キャビティ13の底部を形成する硬化樹脂基材6の最表層にキャリヤ銅箔層2b及び銅層2eが厚付けされた導体層が形成されているので、キャビティ底部の板厚が薄くても剛性が高まることから、反り、歪み、うねりなどの変形が生じ難くなる。
尚、上記半導体パッケージ基板18は4層板について例示したが、更に多層に形成されていれもよい。
具体的には、図3(J)の後に図3(G)に戻って、第二導体パターン10g,10h上に多層基板8の両面に半硬化樹脂基材6を介して銅箔7を重ねて加熱加圧して積層プレスし、図3(H)に示す多層基板8の両面に積層された硬化樹脂基材6に第二導体パターン10g,10hを底部とするビア孔を形成し、図3(I)に示す多層基板8の両面に無電解銅めっき及び電解銅めっきを連続して行って、銅箔7に銅層2e(導体層)を厚付けした後、図3(J)に示すように基板両面にエッチングを行って、第二の開口9cの直上の基板面に第三の開口を有する第三導体パターンを形成する工程を更に有することで6層板を形成してもよいし、図3(G)〜図3(J)の工程を更に繰り返すことで更に多層(8層以上)に積層することも可能となる。
尚、上記半導パッケージ基板は、ベース基板3を2層板とした場合について例示したが、更に多層の基板にすることもできる。ベース基板3を4層板とした場合の構造を図5及び図6に示す。
図5は、図2(K)のベース基板3を4層構造とし、6層構造の半導体パッケージ基板15´を例示する。この半導体パッケージ基板15´には、キャビティ19が形成されている。半導体パッケージ基板15´の層間接続は貫通孔の内壁にスルーホールめっき20を形成して行われ、貫通孔内には穴埋め樹脂21、例えばフィラーが高密度充填されたエポキシ系樹脂を充填することによって行われる。最外層の導体パターン10a´,10b´は、ソルダーレジスト14a,14bによって被覆され、ソルダーレジスト14a,14bから露出している導体パターン10a´,10b´上及びキャビティ底部の導体パターン2bに、ニッケルめっき、金めっきを行ってめっき層17が形成されている。
図6は、図4(Q)のベース基板3を4層構造とし、6層構造の半導体パッケージ基板18´を例示する。この半導体パッケージ基板18´には、深さの深いキャビティ22が形成されている。半導体パッケージ基板18´の層間接続はビア孔に銅めっきを充填することにより行われる。最外層の導体パターン10g´,10h´は、ソルダーレジスト14a,14bによって被覆され、ソルダーレジスト14a,14bから露出している導体パターン10g´,10h´上及びキャビティ底部の導体パターン2bに、ニッケルめっき、金めっきを行ってめっき層17が形成されている。
以上のように、キャビティ底部導体パターンが形成されるベース基板3を二層以上の多層板とすることにより、任意の層をキャビティの底部とすることができ、半導体パッケージ基板に所望の深さのキャビティを形成することができる。
尚、本実施形態では樹脂基材層の孔開け加工は炭酸ガスレーザーで行っているが、UV−YAGレーザー等の他のレーザーを使用しても同じ加工ができる。
また、めっき工程は銅めっきを行う場合について説明したが、銅に限らず銅合金などの他の導電性金属めっきであってもよい。
また、キャビティ13の底部に形成された導体パターンは、半導体チップが搭載され電気的に接続される端子として用いてもよいし、放熱用のヒートシンクとして用いてもよい。
また、絶縁樹脂基材1に積層される2層の銅箔(キャリヤ付銅箔2)は、銅箔層2aを接着してキャリヤ銅箔層2bが貼り合わされたものを用いたが、接着する層を反転させて絶縁樹脂基材1にキャリヤ銅箔層2bを接着したものを用いてもよい。
また、キャビティ22の深さは、多層基板において導体層の積層位置に応じて任意の深さに形成してもよく、キャビティ底部導体パターン4に厚肉に積層する銅層2e側が基板最外層としてソルダーレジスト層より露出形成されていてもよく、更にはキャビティ底部導体パターン4及び銅層2eをエッチングにより一部を除去して貫通孔を設けてもよい。この場合には、ダイボンディングされた電子部品の熱放散性を高めることができる。
1 絶縁樹脂基材 2 キャリヤ付銅箔 2a 銅箔層 2b キャリヤ銅箔層 2c,12 スリット 2d 貫通孔 2e 銅層 3 ベース基板 4 キャビティ底部導体パターン 5 コア基板 6 半硬化樹脂基材(硬化樹脂基材) 7 銅箔 8 多層基板 9 開口 9a 第一の開口 9c 第二の開口 10a,10b,10a´,10b´,10g´,10h´ 導体パターン 10c,10d 第一導体パターン(内層導体パターン) 10e,10f ビア孔 10g,10h 第二導体パターン(外層導体パターン) 11 レーザー光 13,19,22 キャビティ 14a,14b ソルダーレジスト 17 めっき層 15,15´,18,18´ 半導体パッケージ基板 20 スルーホールめっき 21 穴埋め樹脂

Claims (2)

  1. 絶縁樹脂層を介して導体層が形成され、層間接続された導体パターンが形成された半導体パッケージ基板であって、
    一方の基板面側に前記絶縁樹脂層の一部を周回して除去されたスリットに囲まれた前記絶縁樹脂層に積層するキャリヤ付銅箔の一方の銅箔層から他方の銅箔層を当該絶縁樹脂層とともに剥離除去して形成されたキャビティを有し、残存する前記一方の銅箔層に銅層が厚肉に積層されると共に前記銅箔層の周囲に前記銅層が延設された導体層である銅パターンがキャビティ底部に露出して形成されていることを特徴とする半導体パッケージ基板。
  2. 前記キャビティ底部には、前記キャリヤ付銅箔のキャリヤ銅箔層より銅箔層を前記絶縁樹脂層とともに剥離させて前記キャリヤ銅箔層が残存している請求項1記載の半導体パッケージ基板。
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