半導体装置の製造方法
【課題】実装効率を維持しながら、信頼性を向上させることを目的とする。
【解決手段】金型内で金属板２に搭載された電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂６を圧縮しながら充填し、その後絶縁樹脂６を硬化させることにより、電子部品の損傷や金属線の変形や短絡を防ぎ、配線基板の反りや歪、クラック等の発生を防止して信頼性を向上させながら、高密度に電子部品を配線基板の内部に内蔵することができる。
【解決手段】金型内で金属板２に搭載された電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂６を圧縮しながら充填し、その後絶縁樹脂６を硬化させることにより、電子部品の損傷や金属線の変形や短絡を防ぎ、配線基板の反りや歪、クラック等の発生を防止して信頼性を向上させながら、高密度に電子部品を配線基板の内部に内蔵することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品等を配線基板の内部に内蔵する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路技術の発達により電子機器の小型化、薄型化、高性能化が進められており、電子機器に搭載される半導体チップ等の電子部品も同様に小型、薄型化が進んでいる。これに伴い、配線基板内部の配線の高密度化と相まって、１つの配線基板の表面に複数の電子部品が高密度に搭載された半導体装置が実現されている。特にＰＨＳ等の電子情報携帯機器では、画像伝送や動画伝送等の高速通信システム開発により、今後さらなる高速化が望まれており、大規模・複雑化・高速化する電子部品を小型の配線基板に収めることが要求されている。また、更なる競争力の向上のために材料原価と製造原価を下げながら、電子部品を、容易に、信頼性を維持しつつ、これまで以上の高密度実装することが要求されている。
【０００３】
一方、受動・能動部品、半導体チップ等の電子部品を配線基板の表層に実装する方法では、高密度化を進めていくうえで限界が見えてきたため、このような要求に応えるために、１つの配線基板の内部に複数の電子部品を内蔵する半導体装置が用いられている。
【０００４】
以下、従来の電子部品を内蔵した半導体装置及びその製造方法を説明する。
従来の配線基板内部に電子部品を形成する方法として、配線基板に凹部を設けてその内部に半導体チップ等の電子部品を収納する方法があった。具体的には、配線基板に電子部品を挿入できる窓を形成していわゆるザグリ構造とし、このザグリエリアに電子部品を水平挿入して露出している内層配線と接続していた。これら電子部品と配線基板とは、半田、半田ペースト、半田ボール、ワイヤボンディング方式などで接続され、電子部品の構造で使い分けられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
他に、電子部品を配線基板上に載置し、電子部品を加圧して配線基板に埋没させて電子部品を内蔵した半導体装置を製造していた。更に、この上に絶縁樹脂を充填し、更に多層化して最外層配線上に電子部品を更に実装する場合もあった（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−１６３７３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の製造方法では、ザグリによって窓を形成すると、応力が加わったときに凹部に応力が集中し、多層プリント配線基板にクラックが発生しやすい障害がある。また電子部品の実装時の半田付けの熱によって配線基板に歪み、反りが生じ、電気接続が不良となる問題点もあった。更に、実装領域としてザグリ窓が必要となるために、実装時のスペース効率が悪化し、小型化が困難となるという問題点もあった。特に、電子部品が埋め込まれたザグリの空きスペースを穴埋めするために高価な液体絶縁樹脂が使用されている。そのため、配線基板の絶縁樹脂と埋め込みの液体絶縁樹脂の熱膨張係数の違いにより、応力が生じて配線基板が変形することとなり、絶縁樹脂の境界部からクラック、剥れが発生する場合があった。
【０００８】
また、パッケージ化された半導体素子が埋設されて配線基板の中に内蔵される製造方法において、配線基板の樹脂材料とパッケージ化される半導体素子の絶縁樹脂材料の特性とが異なる場合に、加熱時に樹脂の熱膨張係数の差により反りが生じて絶縁樹脂の間に接着信頼性が低くなるという問題点があった。
【０００９】
また、金属細線で電気接続された半導体素子をガラスあるいはエポキシを含む樹脂からなる配線基板に埋設させて内蔵する場合、半導体素子や柔らかい金属線が樹脂から強い圧力を受けて、金属細線の変形や半導体素子の割れが発生するという問題点があった。
【００１０】
上記問題点を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法及び半導体装置は、実装効率を維持しながら、信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、１または複数の電子部品を実装した第１の金属板を上金型内に載置する工程と、下金型の内底面に載置した第２の金属板上に絶縁樹脂を注入する工程と、前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記電子部品の周囲を含む前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に前記絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、前記絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、前記第１の金属板と前記第２の金属板との間の前記絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、前記第１の金属板及び前記第２の金属板を選択的に除去して表面配線を形成して、配線基板を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記配線基板を上金型内に載置する工程と、下金型の内底面に電子部品を実装した金属板を載置する工程と、下金型の内の前記金属板上に積層用絶縁樹脂を注入する工程と、前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記配線基板と前記金属板との間に前記積層用絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、前記積層用絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、前記配線基板と前記金属板との間の前記積層用絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、前記金属板を選択的に除去して表面配線を形成する工程とを有し、前記絶縁樹脂と前記積層用絶縁樹脂が同一の材料であっても良い。
【００１３】
また、露出した前記表面配線に接続してさらに電子部品を実装しても良い。
また、複数の前記電子部品が、半導体チップ、パッケージされたデバイス、能動部品、受動部品のうちの少なくとも１つを含んでも良い。
【００１４】
さらに、本発明の半導体装置は、単一の材料で形成される絶縁樹脂と、前記絶縁樹脂の表裏面に形成される表面配線と、前記絶縁樹脂の内部に内蔵される１または複数の電子部品とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体装置は、単一の材料で形成されて複数層に形成される絶縁樹脂と、前記絶縁樹脂の表層面の対向する２面に形成される表面配線と、前記絶縁樹脂の層毎の内部に内蔵される１または複数の電子部品とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、金型内で金属板に搭載された電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂を圧縮しながら充填し、その後絶縁樹脂を硬化させることにより、電子部品の損傷や金属線の変形や短絡を防ぎ、配線基板の反りや歪、クラック等の発生を防止して信頼性を向上させながら、高密度に電子部品を配線基板の内部に内蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法における電子部品搭載工程を説明する工程断面図
【図２】本発明の半導体装置の製造方法におけるボンディング工程を説明する工程断面図
【図３】本発明の半導体装置の製造方法における上下金型への搭載工程を説明する工程断面図
【図４】本発明の半導体装置の製造方法における金型を合わせる工程を説明する工程断面図
【図５】本発明の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図
【図６】本発明の半導体装置の製造方法における離型工程を説明する工程断面図
【図７】本発明の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図
【図８】本発明の単層の半導体装置の構造を示す図
【図９】本発明の積層型の半導体装置の製造方法における金型への搭載工程を説明する工程断面図
【図１０】本発明の積層型の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図
【図１１】本発明の積層型の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図
【図１２】本発明の積層型の半導体装置の構造を示す図
【図１３】本発明の半導体パッケージを搭載する積層型の半導体装置の構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、本発明の半導体装置の製造方法及び半導体装置について、図１〜図８を用いて説明する。
図１は本発明の半導体装置の製造方法における電子部品搭載工程を説明する工程断面図、図２は本発明の半導体装置の製造方法におけるボンディング工程を説明する工程断面図、図３は本発明の半導体装置の製造方法における上下金型への搭載工程を説明する工程断面図、図４は本発明の半導体装置の製造方法における金型を合わせる工程を説明する工程断面図、図５は本発明の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図、図６は本発明の半導体装置の製造方法における離型工程を説明する工程断面図、図７は本発明の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図、図８は本発明の単層の半導体装置の構造を示す図である。
【００１９】
配線基板に内蔵する電子部品は半導体チップやパッケージングされた半導体素子等のデバイスあるいは能動・受動部品等さまざまな部品を内蔵できるが、以下の説明では電子部品として半導体素子、コンデンサ及び抵抗を内蔵する場合を例として説明する。
【００２０】
図１に示しているように、まず、内蔵対象となる電子部品を金属板２上に実装する。金属板２に一般市販の半田ペースト、或は導電性有機基材のペーストを塗付し、高熱でペーストを溶融させた状態で、電子部品の例として半導体素子１、コンデンサ３及び抵抗４を搭載し、その後室温で放置することによりペーストが硬化し、金属板２の上に半導体素子１及び抵抗４が固定される。この時、電子部品を搭載する前に、金属板の表面にソフトエッチングで粗化することが好ましい。粗化方法としては、物理的な粗化、或は化学的な粗化の方法がある。物理的な方法では、ブラストウエストの粗化方法を用いてもよいし、或は、低濃度の酸性硫酸液と過マンガン酸の混合液で実施しても良い。
【００２１】
また、金属板２は、微細回路の成形と電気信号伝送の伝送速度、エネルギー損失を低減するために、高純度の薄型金属板箔が望ましい。例えば、高純度の薄型銅板が適用でき、５０ｕｍ〜５００ｕｍの厚みの銅板が望ましい。また、ペーストは、日本エイブルスティック社製のＡＢＬＥＢＯＮＤ２０２５Ｊを使用しても良く、この場合、ペースト後の硬化条件は、温度１５５℃〜１７５℃、時間１．０ｈ〜２．０ｈが望ましい。
【００２２】
次に、図２に示すように、金属板２上に半導体素子１、コンデンサ３及び抵抗４を実装した後、半導体素子１の端子と配線基板の端子とを電気的に接続するために、高温条件下で物理的な外力により金属線５を用いて半導体素子１のパッドと金属板２の対応する位置とにワイヤボンディングを行う。そうすると、半導体素子１の信号がこの金属線５を経由して金属板２側に伝送できる。
【００２３】
また、金属線５の材質としては、銅線、アルミニウム線、銀線、金線が望ましい。金属線５のループの半導体素子１からの高さを半導体素子１から４０μｍ〜３００μｍの範囲とすることが好ましく、１２０μｍ程度とすることがより好ましい。また、金属線５の径は、１２μｍ〜３０μｍの範囲とすることが好ましく、１８μｍ〜２５μｍ程度とすることがより好ましい。金属線５の数は基本的には制約がなく、安定性を考慮すると、好ましくは、４本までである。
【００２４】
なお、金属線５と金属板２とを結合する前には、ＰＣ３２Ｐ−ＭＳでプラズマ処理することが望ましい。また、金属線５として、田中金属のＧＦＤシリーズ、或は大口電子ＮＬ３を使用しても良い。
【００２５】
次に、図３に示すように、半導体装置の樹脂形成用の下金型９の底面に金属板２１を載置し、下金型９内の金属板２１上に流動性の高い絶縁樹脂６を充填する。同時に半導体装置の樹脂形成用の上金型８内に半導体素子１等を搭載した金属板２を載置する。金属板２は半導体素子１等の搭載面が下になるように載置し、半導体素子１等の電子部品と絶縁樹脂６とが金型内で対向するようにする。ここで、下金型９は下面を可変とする構造とし、充填された絶縁樹脂６を金型内で上下に移動させることができる構造である。
【００２６】
絶縁樹脂６は、ベース樹脂に大量のフィラ、ベース樹脂、硬化剤、硬化促進剤、離型剤（ワークス）、イオントラッパー、密着剤、応力緩和剤、難燃剤、カーボン、顔料などの成分が添加される構成である。また、後述のように電子部品を絶縁樹脂６内に挿入するが、電子部品や金属線５の損傷を防止するため、絶縁樹脂６は高強度のガラス不織布を含まないことが望ましい。
【００２７】
また、絶縁樹脂６に用いるベース樹脂としては、一般に半導体封止用のエポキシ樹脂、或は一般の多層配線基板に使用されているエポキシ樹脂が使用可能である。絶縁樹脂６としては、熱で硬化する硬化性樹脂類、紫外線で硬化する硬化性樹脂類のような熱硬化性絶縁樹脂や紫外線硬化性絶縁樹脂が適用できる。例えば、ビフェニル系、フェノール系、ナフタレン系、アントラセン系樹脂、ポリイミド樹脂などの公知のものから選択された少なくとも一つを含めることができる。また、紫外線硬化性樹脂としては、カチオン重合系のエポキシ樹脂、ラジカル重合系のアクリル酸やメタクリル酸などの感光基を付加した感光性エポキシ樹脂や、感光性ポリイミド樹脂など公知のものが使用できる。
【００２８】
そして、本発明では、これらの樹脂を熱硬化剤や、光重合開始剤などと共に溶剤に溶解し、必要に応じて微細フィラを配合してチキソトロピック性と流動性を付与して絶縁樹脂６として使用する。
【００２９】
このような、流動性がある硬化性の絶縁樹脂６を下金型９に直接塗布した後に、圧縮成形することにより配線基板のコア絶縁樹脂層が形成される。その後に、溶剤を含む場合には加熱乾燥して硬化を行う。紫外線硬化性樹脂を用いた場合には、一般的な方法としては、赤外線，電子線，紫外線の照射により、紫外線型の硬化樹脂が硬化できる。もし、加速硬化の場合には、電気高温加熱の併用を行なって硬化が加速できる。
【００３０】
他にも、絶縁性樹脂６に、樹脂材料の特性、生産性、品質性を制御する添加物を添加してよい。例えば、硬化剤として、フェノール系硬化剤、酸無水物類、塩基性などを添加しても良い。硬化促進剤としては、リン系有機高分子物などを用いることができる。フィラとしては、溶融シリカ、結晶シリカなどを用いることができる。また、封止樹脂としては、主原料の熱硬化性樹脂、硬化剤、硬化促進剤、フィラ、及び応力緩和剤、カーボン、ワークスなどの添加物を含まれる。それで、熱硬化樹脂は、ビフェニル系のエポキシ系の樹脂が望ましい。この系統のエポキシ樹脂では、官能基が少なく、更に官能基間の距離が長く、注入時に流動性が非常に優れる。その製法では、各添加物の該当量を計り、事前にブレンドされて混練設備に投入し、１００〜１５０℃の高温下、高圧力で押し出す。この段階の樹脂は、未完全硬化状態であり、即ちＢステージ状態である。次に、用途により、タブレット打錠か、或は顆粒粉砕か、或は薄いシート作る。
【００３１】
また、絶縁樹脂としては、用途、性能により樹脂系統を選ぶ。樹脂系統では、上記の封止樹脂以外で、ポリイミド系樹脂とか、シリコンゲルとか、或はかそう性樹脂のＰＰＳにも使用できる。この発明では、幅広く熱硬化性樹脂が使用可能である。また、固形状（円筒状、板状）、顆粒状、粉末状のものを添加することができる。硬化性の封止樹脂の厚みは、１００μｍ〜８００μｍ範囲であり、好ましくは、２００μｍ〜６５０μｍ程度である。
【００３２】
また、硬化性の封止樹脂が固化する前に、粉末状、顆粒状、タブレット状、液体状から選択された少なくとも一つを含んでよい。好ましくは、顆粒状である。この顆粒状の樹脂では、前記された熱硬化性の封止樹脂が望ましい。発明工法において、顆粒状の樹脂、或はシート状樹脂で金型に搭載、形成しやすいために、このような樹脂形状が望ましい。または、硬化後に顆粒封止樹脂に熱が掛けられて、溶融して硬化剤との化学反応が始まり、官能基の水素間に硬化剤を介して、架橋構造を生じ、封止樹脂間がつながる。更なる架橋構造密度が上がればあがるほど、封止樹脂が硬くなる。従って、初期状態の顆粒樹脂から段々硬くなり、半導体製品と一緒に一体となる。
【００３３】
このように、配線基板の物性を制御できるため、半導体装置全体のバランスが良くなり、製作プロセスの短縮が可能となる。
次に、図４に示すように、上金型８と下金型９とを合わせる。
【００３４】
次に、図５に示すように、下金型９の下面を上金型８の方向に移動させ、金型内の半導体素子１、コンデンサ３及び抵抗４の周囲を含み、金属板２と金属板２１の間に絶縁樹脂６を充填させ、圧縮プレスする。その後、絶縁樹脂６に加熱、あるいは紫外線を照射することにより絶縁樹脂６を硬化させる。
【００３５】
圧縮プレス機となる金型では、金型離型後クリーニングを不要とするために、上、下金型の内面にリリースフィルム７を設けても良い。下金型９の下面であるプレートを移動することで、低圧力で絶縁樹脂６を圧縮する。この層間絶縁層となる絶縁樹脂６の厚さは１００μｍ〜１．５ｍｍとする。
【００３６】
次に、図６に示すように、硬化した樹脂基板を金型から離型する。
次に、図７に示すように、硬化後の絶縁樹脂６の表裏層間の電気的な導通経路を形成するために、貫通、或は非貫通ビアホール１３を形成する。絶縁樹脂６が熱硬化型の場合は、レーザやドリルなどでビアホール１３を形成する。紫外線硬化型の場合には、例えば、２インビームのレーザ機でビアホール１３を形成する。ビアホール１３の径は３０〜１５０μｍφが一般的である。
【００３７】
露光、現像してビアホール１３を形成することもでき、露光後にアルコール系溶剤を水で希釈した水溶液で現像して形成し、この場合のビアホール１３の径は５０〜１５０μｍφである。
【００３８】
最後に、図８に示すように、ビアホール１３を形成した後、ビアホール１３の内壁に、めっきで内層配線を形成する。ビアホール１３内部の内層配線のめっきの厚さは１０〜３０μｍである。さらに、金属板２、２１を選択的に除去することにより、配線基板の表層配線２３を形成して内部に電子部品を内蔵する半導体装置が完成する。このように形成された半導体装置では、配線基板内の絶縁樹脂が均一の材料で形成されており、配線基板内の樹脂材料の熱膨張係数差による反りや歪、はがれが発生せず、信頼性が確保される。
【００３９】
このように、あらかじめ金属板２に電子部品を実装しておき、金型内で電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂を圧縮しながら充填し、その後絶縁樹脂を硬化させて離型することにより、硬化或いは仮硬化された絶縁樹脂に電子部品を加圧して埋設させることがないので電子部品の損傷や金属線の変形や短絡を防ぐことができる。また、配線基板内の絶縁樹脂が均一の材料で形成されるため配線基板内の樹脂材料の熱膨張係数差による反りや歪、クラック等の発生を防止して信頼性を向上させることができる。また、電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂を充填するため電子部品の内蔵をスペースの制限がなく実施でき、高密度に電子部品を配線基板の内部に内蔵することができる。更に、電子部品が絶縁樹脂で封止され、層間絶縁層による密閉構造となるため電子部品の耐湿信頼性が向上する。このため、防湿構造を必要とした家庭電化機器、例えば、空調機、冷蔵庫、冷凍機、洗濯機、ポンプ等に適用でき、液晶表示装置、テレビジョン、電話機、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等の水が障害となる電子機器にも適用できる。特に屋外カメラ、ビテオ、無線電話機など雨天時にも使用する電子機器に好適である。また、内蔵される電子部品として半導体パッケージが含まれる場合、半導体パッケージの樹脂材料と配線基板の樹脂材料を同一のものとすることにより、半導体パッケージと樹脂材料のはがれを防止することができ好ましい。
【００４０】
一方、従来の配線基板は、配線基板の材料となる絶縁樹脂と封止樹脂とから構成され、絶縁樹脂と封止樹脂との熱膨張係数差による反りや両者の接着性不足によるはがれが生じる。以下、多層配線基板の場合について説明する。
【００４１】
従来の配線基板からなる半導体装置では、熱膨張係数が絶縁樹脂の方が圧倒的に大きいため、高温環境で生じた応力により半導体装置の反りが発生している。例えば、エポキシ系、ＢＴ系の絶縁樹脂の熱膨張係数は、α１（ｘｙ）が９〜１５ｐｐｍ／℃、α２（ｘｙ）が４〜８ｐｐｍ／℃である。熱硬化性封止樹脂では、熱で固体から液体となる中に、二相の境界があり、２つの境界間がガラス状態であって、このガラス状態時の温度がＴｇといえる。α１は、Ｔｇ温度以下の熱時で封止樹脂が反応するために、熱収縮となる量を指す。α２は、Ｔｇ温度以上の熱時での熱収縮の量を指す。一方、エポキシ系の封止樹脂の熱膨張係数は、α１（ｘｙ）が８〜１３ｐｐｍ／℃、α２（ｘｙ）が２５〜４０ｐｐｍ／℃である。従って、この熱膨張係数の差により配線基板に反りが生じる。
【００４２】
また、加熱状態での絶対応力値σは次の式で表される。
絶対応力値σ＝Ｅ×α×△Ｔ×ｍｏｌ
ここで、Ｅ：弾性率、α：熱膨張係数、△Ｔ：温度差、ｍｏｌ：物質量である。
【００４３】
従来の半導体装置を構成する配線基板の絶縁樹脂と封止樹脂は、同一条件下で成型しても、Ｅ、α、△Ｔなどの物性が異なるので、配線基板の内部に応力歪みが発生し、外在的には配線基板の変形（反り）が発生する。そこで、従来の半導体装置では、配線基板の反りを抑制するために、様々な方法で応力又は反りを相殺させている。
【００４４】
例えば、成型後の配線基板が谷反りする場合、絶縁樹脂の硬化反応で生じた応力が封止樹脂の硬化応力より大きいという原因がわかるので、絶縁樹脂側に設ける放熱板を極力大きな体積とすることで、絶縁樹脂の反り量を減らすことができる。ここで放熱板の体積は、放熱板厚さと面積の増減を併用することで全体の体積を調整することができる。若しくは放熱板の弾性率を上げることで、配線基板の全体反り量の抑制もできる。いずれにも効果があるが、組み合わせて最適的に設計することが望ましい。
【００４５】
本発明の半導体装置においても、反り量を調整するために放熱板の体積を調整することができる。
次に、本発明の半導体装置に用いる配線基板が多層配線基板である場合の製造方法を、図９〜図１３を用いて説明する。
【００４６】
図９は本発明の積層型の半導体装置の製造方法における金型への搭載工程を説明する工程断面図、図１０は本発明の積層型の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図、図１１は本発明の積層型の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図、図１２は本発明の積層型の半導体装置の構造を示す図、図１３は本発明の半導体パッケージを搭載する積層型の半導体装置の構造を示す図である。
【００４７】
まず、図９に示すように、図８の説明で形成した単層の配線基板を上金型８に設けたフィルム７上に載置する。同時に、下金型９の底面に設けたフィルム７上に、表面に１または複数の電子部品の例として半田実装の半導体素子１０を実装した金属板２２載置し、下金型９内に単層の配線基板に用いたものと同じ材料からなる絶縁樹脂６を充填する。
【００４８】
次に、図１０に示すように、上金型８と下金型９とを合わせ、下金型９の下面を上金型８の方向に移動させて、下金型９に充填された絶縁樹脂６を単層の配線基板に圧縮して接合する。
【００４９】
次に、図１１に示すように、絶縁樹脂６を硬化させた後、積層配線基板を金型から離型する。硬化後の絶縁樹脂６の表裏層間の電気的な導通経路、或いは内部配線の引き出しのための導通経路を形成するために、貫通、或は非貫通ビアホール１１を形成する。
【００５０】
最後に、図１２に示すように、金属板２２を選択的に除去して表面配線を形成した後、ビアホール１１の内壁に、めっきで内層配線を形成する。以下同様に、更なる積層構造を形成することができる。
【００５１】
更に、図１３に示すように、多層化された配線基板は、その上の所定の位置に外付け半導体パッケージ１２を搭載することもできる。
以上のように、多層構造の配線基板からなる半導体装置において、容易に各層の絶縁樹脂を同一の材料で形成することができるため、層間に熱膨張係数差が生じず、配線基板の反りやクラックを防止できる。また、各層の絶縁樹脂が同一の材料であるので層間の接着性が確保でき、層間のはがれを防止することができる。このため、実装効率を維持しながら、信頼性を向上させることができる。
【００５２】
以上の説明では、半導体装置として、電子部品を内蔵し、実装基板に実装される配線基板を例に説明したが、デバイスを実装基板に実装する際に用いるインターポーザ基板であっても良く、また、複数のデバイスを実装する配線基板等に用いることもでき、配線基板の用途、機能には限定されず、様々な配線基板に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、実装効率を維持しながら、信頼性を向上させることができ、電子部品等を配線基板の内部に内蔵する半導体装置及びその製造方法等に有効である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 半導体素子
２ 金属板
３ コンデンサ
４ 抵抗
５ 金属線
６ 絶縁樹脂
７ フィルム
８ 上金型
９ 下金型
１０ 半田実装の半導体素子
１１ ビアホール
１２ 外付の半導体パッケージ
１３ ビアホール
２１ 金属板
２２ 金属板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品等を配線基板の内部に内蔵する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路技術の発達により電子機器の小型化、薄型化、高性能化が進められており、電子機器に搭載される半導体チップ等の電子部品も同様に小型、薄型化が進んでいる。これに伴い、配線基板内部の配線の高密度化と相まって、１つの配線基板の表面に複数の電子部品が高密度に搭載された半導体装置が実現されている。特にＰＨＳ等の電子情報携帯機器では、画像伝送や動画伝送等の高速通信システム開発により、今後さらなる高速化が望まれており、大規模・複雑化・高速化する電子部品を小型の配線基板に収めることが要求されている。また、更なる競争力の向上のために材料原価と製造原価を下げながら、電子部品を、容易に、信頼性を維持しつつ、これまで以上の高密度実装することが要求されている。
【０００３】
一方、受動・能動部品、半導体チップ等の電子部品を配線基板の表層に実装する方法では、高密度化を進めていくうえで限界が見えてきたため、このような要求に応えるために、１つの配線基板の内部に複数の電子部品を内蔵する半導体装置が用いられている。
【０００４】
以下、従来の電子部品を内蔵した半導体装置及びその製造方法を説明する。
従来の配線基板内部に電子部品を形成する方法として、配線基板に凹部を設けてその内部に半導体チップ等の電子部品を収納する方法があった。具体的には、配線基板に電子部品を挿入できる窓を形成していわゆるザグリ構造とし、このザグリエリアに電子部品を水平挿入して露出している内層配線と接続していた。これら電子部品と配線基板とは、半田、半田ペースト、半田ボール、ワイヤボンディング方式などで接続され、電子部品の構造で使い分けられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
他に、電子部品を配線基板上に載置し、電子部品を加圧して配線基板に埋没させて電子部品を内蔵した半導体装置を製造していた。更に、この上に絶縁樹脂を充填し、更に多層化して最外層配線上に電子部品を更に実装する場合もあった（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−１６３７３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の製造方法では、ザグリによって窓を形成すると、応力が加わったときに凹部に応力が集中し、多層プリント配線基板にクラックが発生しやすい障害がある。また電子部品の実装時の半田付けの熱によって配線基板に歪み、反りが生じ、電気接続が不良となる問題点もあった。更に、実装領域としてザグリ窓が必要となるために、実装時のスペース効率が悪化し、小型化が困難となるという問題点もあった。特に、電子部品が埋め込まれたザグリの空きスペースを穴埋めするために高価な液体絶縁樹脂が使用されている。そのため、配線基板の絶縁樹脂と埋め込みの液体絶縁樹脂の熱膨張係数の違いにより、応力が生じて配線基板が変形することとなり、絶縁樹脂の境界部からクラック、剥れが発生する場合があった。
【０００８】
また、パッケージ化された半導体素子が埋設されて配線基板の中に内蔵される製造方法において、配線基板の樹脂材料とパッケージ化される半導体素子の絶縁樹脂材料の特性とが異なる場合に、加熱時に樹脂の熱膨張係数の差により反りが生じて絶縁樹脂の間に接着信頼性が低くなるという問題点があった。
【０００９】
また、金属細線で電気接続された半導体素子をガラスあるいはエポキシを含む樹脂からなる配線基板に埋設させて内蔵する場合、半導体素子や柔らかい金属線が樹脂から強い圧力を受けて、金属細線の変形や半導体素子の割れが発生するという問題点があった。
【００１０】
上記問題点を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法及び半導体装置は、実装効率を維持しながら、信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、１または複数の電子部品を実装した第１の金属板を上金型内に載置する工程と、下金型の内底面に載置した第２の金属板上に絶縁樹脂を注入する工程と、前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記電子部品の周囲を含む前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に前記絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、前記絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、前記第１の金属板と前記第２の金属板との間の前記絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、前記第１の金属板及び前記第２の金属板を選択的に除去して表面配線を形成して、配線基板を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記配線基板を上金型内に載置する工程と、下金型の内底面に電子部品を実装した金属板を載置する工程と、下金型の内の前記金属板上に積層用絶縁樹脂を注入する工程と、前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記配線基板と前記金属板との間に前記積層用絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、前記積層用絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、前記配線基板と前記金属板との間の前記積層用絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、前記金属板を選択的に除去して表面配線を形成する工程とを有し、前記絶縁樹脂と前記積層用絶縁樹脂が同一の材料であっても良い。
【００１３】
また、露出した前記表面配線に接続してさらに電子部品を実装しても良い。
また、複数の前記電子部品が、半導体チップ、パッケージされたデバイス、能動部品、受動部品のうちの少なくとも１つを含んでも良い。
【００１４】
さらに、本発明の半導体装置は、単一の材料で形成される絶縁樹脂と、前記絶縁樹脂の表裏面に形成される表面配線と、前記絶縁樹脂の内部に内蔵される１または複数の電子部品とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体装置は、単一の材料で形成されて複数層に形成される絶縁樹脂と、前記絶縁樹脂の表層面の対向する２面に形成される表面配線と、前記絶縁樹脂の層毎の内部に内蔵される１または複数の電子部品とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、金型内で金属板に搭載された電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂を圧縮しながら充填し、その後絶縁樹脂を硬化させることにより、電子部品の損傷や金属線の変形や短絡を防ぎ、配線基板の反りや歪、クラック等の発生を防止して信頼性を向上させながら、高密度に電子部品を配線基板の内部に内蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法における電子部品搭載工程を説明する工程断面図
【図２】本発明の半導体装置の製造方法におけるボンディング工程を説明する工程断面図
【図３】本発明の半導体装置の製造方法における上下金型への搭載工程を説明する工程断面図
【図４】本発明の半導体装置の製造方法における金型を合わせる工程を説明する工程断面図
【図５】本発明の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図
【図６】本発明の半導体装置の製造方法における離型工程を説明する工程断面図
【図７】本発明の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図
【図８】本発明の単層の半導体装置の構造を示す図
【図９】本発明の積層型の半導体装置の製造方法における金型への搭載工程を説明する工程断面図
【図１０】本発明の積層型の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図
【図１１】本発明の積層型の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図
【図１２】本発明の積層型の半導体装置の構造を示す図
【図１３】本発明の半導体パッケージを搭載する積層型の半導体装置の構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、本発明の半導体装置の製造方法及び半導体装置について、図１〜図８を用いて説明する。
図１は本発明の半導体装置の製造方法における電子部品搭載工程を説明する工程断面図、図２は本発明の半導体装置の製造方法におけるボンディング工程を説明する工程断面図、図３は本発明の半導体装置の製造方法における上下金型への搭載工程を説明する工程断面図、図４は本発明の半導体装置の製造方法における金型を合わせる工程を説明する工程断面図、図５は本発明の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図、図６は本発明の半導体装置の製造方法における離型工程を説明する工程断面図、図７は本発明の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図、図８は本発明の単層の半導体装置の構造を示す図である。
【００１９】
配線基板に内蔵する電子部品は半導体チップやパッケージングされた半導体素子等のデバイスあるいは能動・受動部品等さまざまな部品を内蔵できるが、以下の説明では電子部品として半導体素子、コンデンサ及び抵抗を内蔵する場合を例として説明する。
【００２０】
図１に示しているように、まず、内蔵対象となる電子部品を金属板２上に実装する。金属板２に一般市販の半田ペースト、或は導電性有機基材のペーストを塗付し、高熱でペーストを溶融させた状態で、電子部品の例として半導体素子１、コンデンサ３及び抵抗４を搭載し、その後室温で放置することによりペーストが硬化し、金属板２の上に半導体素子１及び抵抗４が固定される。この時、電子部品を搭載する前に、金属板の表面にソフトエッチングで粗化することが好ましい。粗化方法としては、物理的な粗化、或は化学的な粗化の方法がある。物理的な方法では、ブラストウエストの粗化方法を用いてもよいし、或は、低濃度の酸性硫酸液と過マンガン酸の混合液で実施しても良い。
【００２１】
また、金属板２は、微細回路の成形と電気信号伝送の伝送速度、エネルギー損失を低減するために、高純度の薄型金属板箔が望ましい。例えば、高純度の薄型銅板が適用でき、５０ｕｍ〜５００ｕｍの厚みの銅板が望ましい。また、ペーストは、日本エイブルスティック社製のＡＢＬＥＢＯＮＤ２０２５Ｊを使用しても良く、この場合、ペースト後の硬化条件は、温度１５５℃〜１７５℃、時間１．０ｈ〜２．０ｈが望ましい。
【００２２】
次に、図２に示すように、金属板２上に半導体素子１、コンデンサ３及び抵抗４を実装した後、半導体素子１の端子と配線基板の端子とを電気的に接続するために、高温条件下で物理的な外力により金属線５を用いて半導体素子１のパッドと金属板２の対応する位置とにワイヤボンディングを行う。そうすると、半導体素子１の信号がこの金属線５を経由して金属板２側に伝送できる。
【００２３】
また、金属線５の材質としては、銅線、アルミニウム線、銀線、金線が望ましい。金属線５のループの半導体素子１からの高さを半導体素子１から４０μｍ〜３００μｍの範囲とすることが好ましく、１２０μｍ程度とすることがより好ましい。また、金属線５の径は、１２μｍ〜３０μｍの範囲とすることが好ましく、１８μｍ〜２５μｍ程度とすることがより好ましい。金属線５の数は基本的には制約がなく、安定性を考慮すると、好ましくは、４本までである。
【００２４】
なお、金属線５と金属板２とを結合する前には、ＰＣ３２Ｐ−ＭＳでプラズマ処理することが望ましい。また、金属線５として、田中金属のＧＦＤシリーズ、或は大口電子ＮＬ３を使用しても良い。
【００２５】
次に、図３に示すように、半導体装置の樹脂形成用の下金型９の底面に金属板２１を載置し、下金型９内の金属板２１上に流動性の高い絶縁樹脂６を充填する。同時に半導体装置の樹脂形成用の上金型８内に半導体素子１等を搭載した金属板２を載置する。金属板２は半導体素子１等の搭載面が下になるように載置し、半導体素子１等の電子部品と絶縁樹脂６とが金型内で対向するようにする。ここで、下金型９は下面を可変とする構造とし、充填された絶縁樹脂６を金型内で上下に移動させることができる構造である。
【００２６】
絶縁樹脂６は、ベース樹脂に大量のフィラ、ベース樹脂、硬化剤、硬化促進剤、離型剤（ワークス）、イオントラッパー、密着剤、応力緩和剤、難燃剤、カーボン、顔料などの成分が添加される構成である。また、後述のように電子部品を絶縁樹脂６内に挿入するが、電子部品や金属線５の損傷を防止するため、絶縁樹脂６は高強度のガラス不織布を含まないことが望ましい。
【００２７】
また、絶縁樹脂６に用いるベース樹脂としては、一般に半導体封止用のエポキシ樹脂、或は一般の多層配線基板に使用されているエポキシ樹脂が使用可能である。絶縁樹脂６としては、熱で硬化する硬化性樹脂類、紫外線で硬化する硬化性樹脂類のような熱硬化性絶縁樹脂や紫外線硬化性絶縁樹脂が適用できる。例えば、ビフェニル系、フェノール系、ナフタレン系、アントラセン系樹脂、ポリイミド樹脂などの公知のものから選択された少なくとも一つを含めることができる。また、紫外線硬化性樹脂としては、カチオン重合系のエポキシ樹脂、ラジカル重合系のアクリル酸やメタクリル酸などの感光基を付加した感光性エポキシ樹脂や、感光性ポリイミド樹脂など公知のものが使用できる。
【００２８】
そして、本発明では、これらの樹脂を熱硬化剤や、光重合開始剤などと共に溶剤に溶解し、必要に応じて微細フィラを配合してチキソトロピック性と流動性を付与して絶縁樹脂６として使用する。
【００２９】
このような、流動性がある硬化性の絶縁樹脂６を下金型９に直接塗布した後に、圧縮成形することにより配線基板のコア絶縁樹脂層が形成される。その後に、溶剤を含む場合には加熱乾燥して硬化を行う。紫外線硬化性樹脂を用いた場合には、一般的な方法としては、赤外線，電子線，紫外線の照射により、紫外線型の硬化樹脂が硬化できる。もし、加速硬化の場合には、電気高温加熱の併用を行なって硬化が加速できる。
【００３０】
他にも、絶縁性樹脂６に、樹脂材料の特性、生産性、品質性を制御する添加物を添加してよい。例えば、硬化剤として、フェノール系硬化剤、酸無水物類、塩基性などを添加しても良い。硬化促進剤としては、リン系有機高分子物などを用いることができる。フィラとしては、溶融シリカ、結晶シリカなどを用いることができる。また、封止樹脂としては、主原料の熱硬化性樹脂、硬化剤、硬化促進剤、フィラ、及び応力緩和剤、カーボン、ワークスなどの添加物を含まれる。それで、熱硬化樹脂は、ビフェニル系のエポキシ系の樹脂が望ましい。この系統のエポキシ樹脂では、官能基が少なく、更に官能基間の距離が長く、注入時に流動性が非常に優れる。その製法では、各添加物の該当量を計り、事前にブレンドされて混練設備に投入し、１００〜１５０℃の高温下、高圧力で押し出す。この段階の樹脂は、未完全硬化状態であり、即ちＢステージ状態である。次に、用途により、タブレット打錠か、或は顆粒粉砕か、或は薄いシート作る。
【００３１】
また、絶縁樹脂としては、用途、性能により樹脂系統を選ぶ。樹脂系統では、上記の封止樹脂以外で、ポリイミド系樹脂とか、シリコンゲルとか、或はかそう性樹脂のＰＰＳにも使用できる。この発明では、幅広く熱硬化性樹脂が使用可能である。また、固形状（円筒状、板状）、顆粒状、粉末状のものを添加することができる。硬化性の封止樹脂の厚みは、１００μｍ〜８００μｍ範囲であり、好ましくは、２００μｍ〜６５０μｍ程度である。
【００３２】
また、硬化性の封止樹脂が固化する前に、粉末状、顆粒状、タブレット状、液体状から選択された少なくとも一つを含んでよい。好ましくは、顆粒状である。この顆粒状の樹脂では、前記された熱硬化性の封止樹脂が望ましい。発明工法において、顆粒状の樹脂、或はシート状樹脂で金型に搭載、形成しやすいために、このような樹脂形状が望ましい。または、硬化後に顆粒封止樹脂に熱が掛けられて、溶融して硬化剤との化学反応が始まり、官能基の水素間に硬化剤を介して、架橋構造を生じ、封止樹脂間がつながる。更なる架橋構造密度が上がればあがるほど、封止樹脂が硬くなる。従って、初期状態の顆粒樹脂から段々硬くなり、半導体製品と一緒に一体となる。
【００３３】
このように、配線基板の物性を制御できるため、半導体装置全体のバランスが良くなり、製作プロセスの短縮が可能となる。
次に、図４に示すように、上金型８と下金型９とを合わせる。
【００３４】
次に、図５に示すように、下金型９の下面を上金型８の方向に移動させ、金型内の半導体素子１、コンデンサ３及び抵抗４の周囲を含み、金属板２と金属板２１の間に絶縁樹脂６を充填させ、圧縮プレスする。その後、絶縁樹脂６に加熱、あるいは紫外線を照射することにより絶縁樹脂６を硬化させる。
【００３５】
圧縮プレス機となる金型では、金型離型後クリーニングを不要とするために、上、下金型の内面にリリースフィルム７を設けても良い。下金型９の下面であるプレートを移動することで、低圧力で絶縁樹脂６を圧縮する。この層間絶縁層となる絶縁樹脂６の厚さは１００μｍ〜１．５ｍｍとする。
【００３６】
次に、図６に示すように、硬化した樹脂基板を金型から離型する。
次に、図７に示すように、硬化後の絶縁樹脂６の表裏層間の電気的な導通経路を形成するために、貫通、或は非貫通ビアホール１３を形成する。絶縁樹脂６が熱硬化型の場合は、レーザやドリルなどでビアホール１３を形成する。紫外線硬化型の場合には、例えば、２インビームのレーザ機でビアホール１３を形成する。ビアホール１３の径は３０〜１５０μｍφが一般的である。
【００３７】
露光、現像してビアホール１３を形成することもでき、露光後にアルコール系溶剤を水で希釈した水溶液で現像して形成し、この場合のビアホール１３の径は５０〜１５０μｍφである。
【００３８】
最後に、図８に示すように、ビアホール１３を形成した後、ビアホール１３の内壁に、めっきで内層配線を形成する。ビアホール１３内部の内層配線のめっきの厚さは１０〜３０μｍである。さらに、金属板２、２１を選択的に除去することにより、配線基板の表層配線２３を形成して内部に電子部品を内蔵する半導体装置が完成する。このように形成された半導体装置では、配線基板内の絶縁樹脂が均一の材料で形成されており、配線基板内の樹脂材料の熱膨張係数差による反りや歪、はがれが発生せず、信頼性が確保される。
【００３９】
このように、あらかじめ金属板２に電子部品を実装しておき、金型内で電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂を圧縮しながら充填し、その後絶縁樹脂を硬化させて離型することにより、硬化或いは仮硬化された絶縁樹脂に電子部品を加圧して埋設させることがないので電子部品の損傷や金属線の変形や短絡を防ぐことができる。また、配線基板内の絶縁樹脂が均一の材料で形成されるため配線基板内の樹脂材料の熱膨張係数差による反りや歪、クラック等の発生を防止して信頼性を向上させることができる。また、電子部品の周囲に流動性の高い絶縁樹脂を充填するため電子部品の内蔵をスペースの制限がなく実施でき、高密度に電子部品を配線基板の内部に内蔵することができる。更に、電子部品が絶縁樹脂で封止され、層間絶縁層による密閉構造となるため電子部品の耐湿信頼性が向上する。このため、防湿構造を必要とした家庭電化機器、例えば、空調機、冷蔵庫、冷凍機、洗濯機、ポンプ等に適用でき、液晶表示装置、テレビジョン、電話機、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等の水が障害となる電子機器にも適用できる。特に屋外カメラ、ビテオ、無線電話機など雨天時にも使用する電子機器に好適である。また、内蔵される電子部品として半導体パッケージが含まれる場合、半導体パッケージの樹脂材料と配線基板の樹脂材料を同一のものとすることにより、半導体パッケージと樹脂材料のはがれを防止することができ好ましい。
【００４０】
一方、従来の配線基板は、配線基板の材料となる絶縁樹脂と封止樹脂とから構成され、絶縁樹脂と封止樹脂との熱膨張係数差による反りや両者の接着性不足によるはがれが生じる。以下、多層配線基板の場合について説明する。
【００４１】
従来の配線基板からなる半導体装置では、熱膨張係数が絶縁樹脂の方が圧倒的に大きいため、高温環境で生じた応力により半導体装置の反りが発生している。例えば、エポキシ系、ＢＴ系の絶縁樹脂の熱膨張係数は、α１（ｘｙ）が９〜１５ｐｐｍ／℃、α２（ｘｙ）が４〜８ｐｐｍ／℃である。熱硬化性封止樹脂では、熱で固体から液体となる中に、二相の境界があり、２つの境界間がガラス状態であって、このガラス状態時の温度がＴｇといえる。α１は、Ｔｇ温度以下の熱時で封止樹脂が反応するために、熱収縮となる量を指す。α２は、Ｔｇ温度以上の熱時での熱収縮の量を指す。一方、エポキシ系の封止樹脂の熱膨張係数は、α１（ｘｙ）が８〜１３ｐｐｍ／℃、α２（ｘｙ）が２５〜４０ｐｐｍ／℃である。従って、この熱膨張係数の差により配線基板に反りが生じる。
【００４２】
また、加熱状態での絶対応力値σは次の式で表される。
絶対応力値σ＝Ｅ×α×△Ｔ×ｍｏｌ
ここで、Ｅ：弾性率、α：熱膨張係数、△Ｔ：温度差、ｍｏｌ：物質量である。
【００４３】
従来の半導体装置を構成する配線基板の絶縁樹脂と封止樹脂は、同一条件下で成型しても、Ｅ、α、△Ｔなどの物性が異なるので、配線基板の内部に応力歪みが発生し、外在的には配線基板の変形（反り）が発生する。そこで、従来の半導体装置では、配線基板の反りを抑制するために、様々な方法で応力又は反りを相殺させている。
【００４４】
例えば、成型後の配線基板が谷反りする場合、絶縁樹脂の硬化反応で生じた応力が封止樹脂の硬化応力より大きいという原因がわかるので、絶縁樹脂側に設ける放熱板を極力大きな体積とすることで、絶縁樹脂の反り量を減らすことができる。ここで放熱板の体積は、放熱板厚さと面積の増減を併用することで全体の体積を調整することができる。若しくは放熱板の弾性率を上げることで、配線基板の全体反り量の抑制もできる。いずれにも効果があるが、組み合わせて最適的に設計することが望ましい。
【００４５】
本発明の半導体装置においても、反り量を調整するために放熱板の体積を調整することができる。
次に、本発明の半導体装置に用いる配線基板が多層配線基板である場合の製造方法を、図９〜図１３を用いて説明する。
【００４６】
図９は本発明の積層型の半導体装置の製造方法における金型への搭載工程を説明する工程断面図、図１０は本発明の積層型の半導体装置の製造方法における絶縁樹脂の圧縮工程を説明する工程断面図、図１１は本発明の積層型の半導体装置の製造方法におけるビアホール形成工程を説明する工程断面図、図１２は本発明の積層型の半導体装置の構造を示す図、図１３は本発明の半導体パッケージを搭載する積層型の半導体装置の構造を示す図である。
【００４７】
まず、図９に示すように、図８の説明で形成した単層の配線基板を上金型８に設けたフィルム７上に載置する。同時に、下金型９の底面に設けたフィルム７上に、表面に１または複数の電子部品の例として半田実装の半導体素子１０を実装した金属板２２載置し、下金型９内に単層の配線基板に用いたものと同じ材料からなる絶縁樹脂６を充填する。
【００４８】
次に、図１０に示すように、上金型８と下金型９とを合わせ、下金型９の下面を上金型８の方向に移動させて、下金型９に充填された絶縁樹脂６を単層の配線基板に圧縮して接合する。
【００４９】
次に、図１１に示すように、絶縁樹脂６を硬化させた後、積層配線基板を金型から離型する。硬化後の絶縁樹脂６の表裏層間の電気的な導通経路、或いは内部配線の引き出しのための導通経路を形成するために、貫通、或は非貫通ビアホール１１を形成する。
【００５０】
最後に、図１２に示すように、金属板２２を選択的に除去して表面配線を形成した後、ビアホール１１の内壁に、めっきで内層配線を形成する。以下同様に、更なる積層構造を形成することができる。
【００５１】
更に、図１３に示すように、多層化された配線基板は、その上の所定の位置に外付け半導体パッケージ１２を搭載することもできる。
以上のように、多層構造の配線基板からなる半導体装置において、容易に各層の絶縁樹脂を同一の材料で形成することができるため、層間に熱膨張係数差が生じず、配線基板の反りやクラックを防止できる。また、各層の絶縁樹脂が同一の材料であるので層間の接着性が確保でき、層間のはがれを防止することができる。このため、実装効率を維持しながら、信頼性を向上させることができる。
【００５２】
以上の説明では、半導体装置として、電子部品を内蔵し、実装基板に実装される配線基板を例に説明したが、デバイスを実装基板に実装する際に用いるインターポーザ基板であっても良く、また、複数のデバイスを実装する配線基板等に用いることもでき、配線基板の用途、機能には限定されず、様々な配線基板に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、実装効率を維持しながら、信頼性を向上させることができ、電子部品等を配線基板の内部に内蔵する半導体装置及びその製造方法等に有効である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 半導体素子
２ 金属板
３ コンデンサ
４ 抵抗
５ 金属線
６ 絶縁樹脂
７ フィルム
８ 上金型
９ 下金型
１０ 半田実装の半導体素子
１１ ビアホール
１２ 外付の半導体パッケージ
１３ ビアホール
２１ 金属板
２２ 金属板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または複数の電子部品を実装した第１の金属板を上金型内に載置する工程と、
下金型の内底面に載置した第２の金属板上に絶縁樹脂を注入する工程と、
前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、
前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記電子部品の周囲を含む前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に前記絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、
前記絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、
前記第１の金属板と前記第２の金属板との間の前記絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、
前記第１の金属板及び前記第２の金属板を選択的に除去して表面配線を形成して、配線基板を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記配線基板を上金型内に載置する工程と、
下金型の内底面に電子部品を実装した金属板を載置する工程と、
下金型の内の前記金属板上に積層用絶縁樹脂を注入する工程と、
前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、
前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記配線基板と前記金属板との間に前記積層用絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、
前記積層用絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、
前記配線基板と前記金属板との間の前記積層用絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、
前記金属板を選択的に除去して表面配線を形成する工程と
を有し、前記絶縁樹脂と前記積層用絶縁樹脂が同一の材料であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
露出した前記表面配線に接続してさらに電子部品を実装することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
複数の前記電子部品が、半導体チップ、パッケージされたデバイス、能動部品、受動部品のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
１または複数の電子部品を実装した第１の金属板を上金型内に載置する工程と、
下金型の内底面に載置した第２の金属板上に絶縁樹脂を注入する工程と、
前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、
前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記電子部品の周囲を含む前記第１の金属板と前記第２の金属板との間に前記絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、
前記絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、
前記第１の金属板と前記第２の金属板との間の前記絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、
前記第１の金属板及び前記第２の金属板を選択的に除去して表面配線を形成して、配線基板を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記配線基板を上金型内に載置する工程と、
下金型の内底面に電子部品を実装した金属板を載置する工程と、
下金型の内の前記金属板上に積層用絶縁樹脂を注入する工程と、
前記上金型と前記下金型とを合わせる工程と、
前記下金型の下面を前記上金型の方向に押し上げて前記配線基板と前記金属板との間に前記積層用絶縁樹脂を圧縮充填する工程と、
前記積層用絶縁樹脂を硬化させた後前記上金型と前記下金型とを離型する工程と、
前記配線基板と前記金属板との間の前記積層用絶縁樹脂にビアホールを形成する工程と、
前記金属板を選択的に除去して表面配線を形成する工程と
を有し、前記絶縁樹脂と前記積層用絶縁樹脂が同一の材料であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
露出した前記表面配線に接続してさらに電子部品を実装することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
複数の前記電子部品が、半導体チップ、パッケージされたデバイス、能動部品、受動部品のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４８２３（Ｐ２０１３−４８２３Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５８５０（Ｐ２０１１−１３５８５０）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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