(57)【要約】      （修正有）【課題】貫通孔同士のピッチが狭くなっても、基材の貫通孔にボイドレスな導電体を形成することのできる半導体用基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体用基板１０は、貫通孔１ａを有する基材１と、貫通孔１ａを貫通する金属ワイヤ２と、その金属ワイヤ２が配置された貫通孔１ａに充填されたはんだ３と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する基材と、
前記貫通孔を貫通する金属ワイヤと、前記金属ワイヤが配置された貫通孔に充填されたはんだと、を備えることを特徴とする半導体用基板。
【請求項２】
前記金属ワイヤは、金、銅、又はアルミ、若しくはそれらの合金からなることを特徴とする請求項１に記載した半導体用基板。
【請求項３】
前記はんだの融点は、２６０℃以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した半導体用基板。
【請求項４】
第１の板上に金属ワイヤを立設させて、金属ワイヤバンプを形成するワイヤバンプ形成工程と、
前記金属ワイヤバンプの前記金属ワイヤを、基材に形成した貫通孔に挿入するワイヤバンプ挿入工程と、
前記立設させた金属ワイヤの先端に、はんだを形成するはんだ形成工程と、
前記貫通孔と前記金属ワイヤバンプの隙間に、前記はんだを充填する貫通孔フィリング工程と、
を含むことを特徴とする半導体用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に貫通電極が形成された半導体用基板を使用する半導体パッケージの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の集積密度を向上させ高速で信号処理をすることが、市場から要求されている。この為には、半導体能動素子を微細化し高速で動作するようにするとともに、半導体能動素子や受動素子を高密度で内蔵する技術の開発も必要である。
高密度実装技術の一つとして、プラスチック基板あるいはセラミック基板上に、複数の半導体能動素子を薄い絶縁性基板を介して複数段積層する方式が知られている。積み重ねられた半導体能動素子間の電気接続は、一般には半導体能動素子の外周部に形成された接続用パッド同士をワイヤーボンディングすることで図られ、更に全体を樹脂でモールド成形することで半導体装置製品となる。ワイヤーボンディング法では、接続用パッドが半導体チップの周辺部にしか配設できずその数が制限されることや、ワイヤ線のインダクタンスなどの問題から高速信号を高密度で伝送することにはあまり向いていない。
【０００３】
また、半導体能動素子を積層する点で上記と類似する方法として、絶縁性の中間基板であるシリコンやガラス製の半導体用基板を用い、該基板の表面から裏面に貫通する電極を形成しこれを上下の半導体能動素子の接続用電極とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、進んだ技術として、上記の半導体用基板を省いて半導体能動素子自体に直接貫通電極を形成して、この貫通電極同士を上下に接続する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１４４９７８号公報
【特許文献２】特許第４４０８００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体用基板に貫通電極を形成する場合、基板に形成した貫通孔に対し、無電解めっき法によりシード金属層を形成し、このシード金属層を陰極として内側壁に電解銅めっきをする。
しかし、半導体用基板の貫通孔同士のピッチが狭くなるにつれて、また貫通孔の径が小さくなる傾向にある。この場合、貫通孔の両端開口部に電荷が集中し、開口部の電解めっき厚が厚くなりやすくなる。この結果、貫通孔の中央部に空隙ボイドが発生する、または電解めっきの結晶粒と結晶粒との間でのシームが発生するなど、貫通孔での接続信頼性に問題があった。
【０００６】
この対策の一つとして、単位面積当たりの給電量を少なくして、時間をかけて電解銅めっきを行うという対策があるが、生産性が著しく劣るという問題がある。
本発明の目的は、基材の貫通孔にボイドレスな導電体を形成した半導体用基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の一態様である半導体用基板は、基材に貫通孔を有する半導体パッケージであって、前記貫通孔を貫通する金属ワイヤと、その金属ワイヤが配置された貫通孔に充填されたはんだと、を備えることを特徴とする。
このとき、前記金属ワイヤは、金、銅、又はアルミ、若しくはそれらの合金とすると良い。
【０００８】
また、前記はんだの融点は、２６０℃以上であると良い。
また、本発明の一態様である半導体用基板の製造方法は、第１の板上に金属ワイヤを立設させて、金属ワイヤバンプを形成するワイヤバンプ形成工程と、前記金属ワイヤバンプの前記金属ワイヤを、基材に形成した貫通孔に挿入するワイヤバンプ挿入工程と、前記立設させた金属ワイヤの先端に、はんだを形成するはんだ形成工程と、前記貫通孔と前記金属ワイヤバンプの隙間に、前記はんだを充填する貫通孔フィリング工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属ワイヤを使用することで、貫通孔にボイドレス、シームレスな貫通電極を形成した基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の工程の模式図である。
【図２】本実施形態の工程の模式図である。
【図３】本実施形態の工程の模式図である。
【図４】本実施形態の工程の模式図である。
【図５】本実施形態の工程の模式図及び半導体用基板を示す図である。
【図６】本実施形態の工程の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の半導体用基板１０は、半導体パッケージを構成し、図５に示すように、貫通孔１ａを有する板状の基材１と、前記貫通孔１ａを貫通する金属ワイヤ２と、その金属ワイヤ２が配置された貫通孔１ａに充填されたはんだ３と、を備える。
基材１の材料はシリコンやガラスが適している。
【００１２】
前記金属ワイヤ２は、金、銅、又はアルミ、若しくはそれらの合金からなる。ここで、半導体用の配線層は、銅配線で形成することが多い。このため、異種金属での接触抵抗が高くなることや、安価な材料であることを考えると、銅製のワイヤを用いることが好ましい。
また、金属ワイヤ２の太さは、貫通孔１ａの孔径の５０％以上８０％以下が好ましい。また基材１の板厚より長い金属ワイヤ２を用いる。その後、高融点はんだ３を、めっきやはんだ印刷、はんだボール搭載法等により、金属ワイヤ２の先端に形成する。
【００１３】
また、前記はんだ３の融点は、２６０℃以上であることが好ましい。
半導体パッケージは、半導体チップやマザーボード基板との接続に鉛フリーはんだが多用されている。そして、鉛フリーはんだとしてＳＡＣ３０５はんだが用いられ、リフロー炉の温度設定が２６０℃近辺で多用されている状況がある。その為、半導体チップやマザーボード基板への実装時のリフロー温度である２６０℃より高融点であるはんだを用いて貫通孔１ａを満たすことが好ましい。
【００１４】
２６０℃以上の高融点はんだとして、融点が高過ぎると半導体パッケージ材料の反りやねじれ、又基材１であるシリコンやガラスとはんだ３との膨張率差による応力で割れやクラックが発生する。その為、はんだ３は融点が比較的低温の２８０℃であるＡｕ／２０Ｓｎはんだが好ましい。
半導体用基板１０の製造方法は、例えば、ワイヤバンプ形成工程、ワイヤバンプ挿入工程、はんだ形成工程、貫通孔フィリング工程によって貫通電極を形成する。
【００１５】
ワイヤバンプ形成工程では、第１の板上を構成する仮ボンディング盤の上に金属ワイヤ２を立設させて、金属ワイヤバンプを形成する。
ワイヤバンプ挿入工程では、前記金属ワイヤバンプの前記金属ワイヤ２を、基材１に形成した貫通孔１ａに挿入する。
はんだ形成工程では、前記立設させた金属ワイヤ２の先端に、はんだ３を形成する。
【００１６】
貫通孔フィリング工程では、貫通孔１ａと前記金属ワイヤバンプ１１の隙間に、前記はんだ３を溶かして充填する。
貫通電極形成後、仮ボンディング盤から基板１０を機械的に剥離させ、基板１０から突出した高融点はんだ３と金属ワイヤ２の部分を研磨し、基板１０を平坦にする。
更に、前記半導体用基板１０を半導体用基板として、半導体用基板の両面に所望する配線パターンと絶縁層の順次ビルドアップさせ、半導体用基板を完成させる。最外層にはソルダーレジストを形成し、端子金属露出部に、金めっき、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ  Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）などの防錆処理を実施しても良い。
【００１７】
本実施形態の半導体用基板１０では、貫通孔１ａを金属ワイヤ２が貫通しているので、貫通電極を導通可能とすることが出来る。
【実施例】
【００１８】
以下本発明に基づく実施例について説明する。ここでは、板状のガラスを基材１に使用した例にて説明する。
〔貫通孔形成工程〕
ここで、ガラス基材１に微細でアスペクト比の高い孔を形成する技術の一つにドライエッチング方式がある。所望するパターンの開口部が形成されたＡｌのマスク３３を用意し、ガラス基材１に密着させる。そして、ＣＦ４ガスをドライエッチングガスとして用いて、ガラス基材１に貫通孔１ａを形成する。ついで、Ａｌマスク３３を剥離し、貫通孔１ａが形成されたガラス基材１を得る。ただし、貫通孔の形成は、特に限定はない。
【００１９】
〔ワイヤバンプ形成工程〕
図１に示すように、上記とは別工程にて、第一の板として、タングステン等の高融点金属製の仮ボンディング定盤１２に、所望する位置に銅ワイヤ２をフリーエアボール１４を介してボンディングして立設させ、所望する高さでワイヤ２を切断する。これにより、銅ワイヤバンプ１１を形成する。符号１３は、ワイヤ２を立たせる際の治具であるワイヤ設置装置である。
【００２０】
〔ワイヤバンプ挿入工程〕
ついで、貫通孔１ａが形成されたガラス基材１を、銅ワイヤバンプ１１の真上でアライメント調整をする。その後、図２に示すように、ワイヤ２がガラス基材１に接触しないように、銅ワイヤバンプ１１をガラス基材１の貫通孔１ａに挿入する。
〔はんだ形成工程〕
ついで、図３に示すように、ガラス基材１の貫通孔１ａから露出している銅ワイヤバンプ１１の先端に高粘度のフラックス３２を塗布する。その後、この銅ワイヤバンプ１１の真上へ、はんだボール設置用マスク３３をアライメント調整して載せる。はんだボール設置用マスク３３の開口部は、銅ワイヤバンプ１１と一対一に対応している。その後、はんだボール設置用マスク３３の開口部へ高融点はんだ３のボールを設置する。
【００２１】
〔貫通孔フィリング工程〕
ついで、銅ワイヤバンプ１１が挿入されたガラス基材１を、高融点金属製の定盤ごとリフロー炉に投入し、高融点はんだ３のボールを溶解する。溶融したはんだ３のボールは、図４に示すように、その表面張力に因ってガラス基材１の貫通孔１ａと銅ワイヤバンプ１１の銅ワイヤ２との隙間に流れ込み、隙間に充填される。
【００２２】
ガラス基材１をリフロー炉から取り出すと、ガラス基材１と高融点金属製の定盤が冷却され、線膨張差による内部応力が発生する。これにより、銅ワイヤバンプ１１と高融点金属製の定盤が機械的に剥がれ易くなり、容易に剥離できる。
ついで、図５に示すように、ガラス基材１の両面の表面から露出した銅ワイヤバンプ１１のワイヤ２と高融点はんだ３の突出部分を研磨する。
【００２３】
ガラス基材１の表面と段差が無くなるまで、銅ワイヤバンプ１１と高融点はんだ３を研磨しても構わない。しかし、多層配線形成時の層間剥離を低減させる為であれば、銅ワイヤバンプ１１と高融点はんだ３は、ガラス基材１の表面に形成される配線層の厚み以下になるまでで充分である。
このようにして形成した半導体用基板１０は、例えば、図６に示すように、一般的なセミアディティブ（ＳＡＰ：Ｓｅｍｉ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）法にて、半導体用基板の両面に配線パターンを順次形成し、多層ビルドアップ半導体用基板を完成させる。
【００２４】
図６中、符号１５はバンプである。
このようにして、貫通孔１ａが金属ワイヤ２とはんだ３で満たされボイドレスである半導体基板を使用した半導体パッケージを得る。
【符号の説明】
【００２５】
１     基材
２     金属ワイヤ
３      はんだ
１０   半導体用基板
１１   金属ワイヤバンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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