(57)【要約】【課題】半導体素子と実装基板の線膨張率の差によって生じる熱応力を従来よりも低減し、実装信頼性を向上させることができる半導体パッケージ基板及びそれを用いた半導体パッケージを提供すること。【解決手段】半導体パッケージ基板１０は、絶縁性樹脂層２と、絶縁性樹脂層２の第１の面２ａ上に形成され、絶縁性樹脂層２の第１の面２ａとは反対の第２の面２ｂから露出して外部端子と接合するための突起状電極部５を有する回路導体層４とを備え、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側に、回路導体層４に達しない深さを有する少なくとも１つの凹部９が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性樹脂層と、
前記絶縁性樹脂層の第１の面上に形成され、前記絶縁性樹脂層の該第１の面とは反対の第２の面から露出して外部端子と接合するための突起状電極部を有する回路導体層と
を備えた半導体パッケージ基板であって、
前記絶縁性樹脂層の第２の面側に、前記回路導体層に達しない深さを有する少なくとも１つの凹部が設けられていることを特徴とする半導体パッケージ基板。
【請求項２】
前記少なくとも１つの凹部は、半導体パッケージ基板の外縁部近傍に位置する前記絶縁性樹脂層に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ基板。
【請求項３】
前記突起状電極部は、内部に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体パッケージ基板。
【請求項４】
前記回路導体層の、前記絶縁性樹脂層が形成された面とは反対の面上に形成された接着剤層をさらに有し、
前記突起状電極部の内部に充填された樹脂は、前記接着剤層を構成する樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなることを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ基板。
【請求項５】
前記突起状電極部の内部に充填された樹脂は、前記絶縁性樹脂層を構成する樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなることを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ基板。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体パッケージ基板を用いた半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突起状電極部を有する半導体パッケージ基板及びそれを用いた半導体パッケージに関し、特に、半導体素子と実装基板の線膨張率の差によって生じる熱応力を従来よりも低減し、実装信頼性を向上させることができる半導体パッケージ基板及びそれを用いた半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路等の半導体素子の実装技術として、ダイシング前のウエハ状態のまま再配線、電極形成、樹脂封止などの実装を行うＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）の実用化が進んでいる。ＷＬ−ＣＳＰは、ベアチップとほぼ同サイズで配線長が短いことから、小型・薄型・高速という特徴を有しており、例えば携帯電話向けのＣＳＰとして採用されている。
【０００３】
ＷＬ−ＣＳＰとしては、テープ基板を半導体パッケージ基板（再配線、あるいはＩｎｔｅｒｐｏｓｅｒともいう）として用い、半導体ウエハ側の外部接続端子と、半導体パッケージ基板に形成された電極とを接続するフリップチップ接続方式のＣＳＰが知られている。このＣＳＰにおいては、半導体ウエハは半導体パッケージ基板上に接着固定された後に、パッケージ基板とともにチップ単位にダイシングされ、半導体パッケージ基板の接合電極に設けられた半田ボールを介して、実装基板であるマザーボードに接続され、実装される。
【０００４】
しかしながら、このような半導体パッケージ基板を用いた場合、半導体ウエハと実装基板の線膨張率の差が大きいことから、半田接合部に熱応力が加わり、半田クラックや断線不良が発生しやすいという問題があった。
【０００５】
上記問題の対策として、半導体パッケージ基板の実装基板との接続電極を、突起状電極とすることによって、半田接合部に生じる応力を緩和することが行われている。突起状電極としては、例えば１００μｍ程度の高さを有するＣｕ等の金属ポストで構成されたものや、表面の金属メッキ層内部に樹脂が充填されたものが提案されている（特許文献１及び２）。これら突起状電極においては、熱応力が加わった際に突起部が撓むことにより、半田接合部に加わる応力を軽減することができる。
近時では、製造コスト及び熱応力に対する耐久性の面から、金属ポストよりも内部に樹脂が充填された構成が主流となっている。
【０００６】
図７に、内部に樹脂が充填された突起状電極を有する従来の半導体パッケージ基板の構成を示す。この半導体パッケージ基板９０は、絶縁性樹脂層２と、前記絶縁性樹脂層の第１の面２ａ上に形成された回路導体層４とを備えている。回路導体層４は、絶縁性樹脂層２の第１の面２ａとは反対の第２の面２ｂから露出し、内部に樹脂が充填された突起状電極部５を有している。また、絶縁性樹脂層２及び回路導体層４上には、半導体ウエハＷを接着するための絶縁性接着剤層８が形成されている。この半導体パッケージ基板９０においては、回路導体層４上に形成されたバンプ７と、半導体ウエハＷに形成されたスタッドバンプ１１とが接合（フリップチップ接合）するように、半導体ウエハＷが絶縁性接着剤層８に加熱押圧される。これにより、図示のように、半導体ウエハＷが半導体パッケージ９０に接着固定される。その後、半導体パッケージ基板９０は、半導体ウエハＷとともにチップ単位にダイシングされ、突起状電極部５の露出面に形成された半田ボール２０を介してマザーボード３０の外部端子に接続される。
【０００７】
マザーボード３０に実装された半導体パッケージ基板９０は、その後、必要に応じて、半導体パッケージ基板９０とマザーボード３０との間隙に封止樹脂（アンダーフィル材）が充填され、熱応力の緩和及び脱落防止の補強がなされる。
【特許文献１】特許第３４４５４４１号公報
【特許文献２】特許第３６５１５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような半導体パッケージ基板においては、内部に樹脂が充填された突起状電極部が撓むことで、半導体ウエハと実装基板の線膨張率の差に起因する歪みを吸収し、半田接合部に加わる熱応力を一定以上低減することができる。
【０００９】
しかしながら、このような半導体パッケージ基板によっても、半導体ウエハと実装基板の線膨張率の差によって生じる熱応力を十分に低減することができない場合があり、さらなる改善が望まれている。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、半導体素子と実装基板の線膨張率の差によって生じる熱応力を従来よりも低減し、実装信頼性を向上させることができる半導体パッケージ基板及びそれを用いた半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための本発明の第１の態様は、絶縁性樹脂層と、前記絶縁性樹脂層の第１の面上に形成され、前記絶縁性樹脂層の該第１の面とは反対の第２の面から露出して外部端子と接合するための突起状電極部を有する回路導体層とを備えた半導体パッケージ基板であって、前記絶縁性樹脂層の第２の面側に、前記回路導体層に達しない深さを有する少なくとも１つの凹部が設けられていることを特徴とする半導体パッケージ基板である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に係る半導体パッケージ基板において、前記少なくとも１つの凹部は、半導体パッケージ基板の外縁部近傍に位置する前記絶縁性樹脂層に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様に係る半導体パッケージ基板において、前記突起状電極部は、内部に樹脂が充填されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の態様は、前記第３の態様に係る半導体パッケージ基板において、前記回路導体層の、前記絶縁性樹脂層が形成された面とは反対の面上に形成された接着剤層をさらに有し、前記突起状電極部の内部に充填された樹脂は、前記接着剤層を構成する樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第５の態様は、前記第３の態様に係る半導体パッケージ基板において、前記突起状電極部の内部に充填された樹脂は、前記絶縁性樹脂層を構成する樹脂組成物と同一の樹脂組成物からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第６の態様は、前記第１から第５のいずれかの態様にかかる半導体パッケージ基板を用いた半導体パッケージである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、絶縁性樹脂層の第２の面側に凹部を設けることで、絶縁性樹脂層による突起状電極部の動きの制限を軽減することができ、突起状電極部を従来よりも撓み易くすることができる。これにより、半導体素子と実装基板の線膨張率の差によって生じる熱応力を緩和することができ、実装信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、絶縁性樹脂層の第２の面側に凹部を設けることで、実装基板への実装後に半導体パッケージ基板と実装基板との間隙に封止樹脂を充填する場合に、封止樹脂の流動を促進させ、良好な充填性を得ることができる。さらに、封止樹脂が凹部内にも充填されることで、封止樹脂と半導体パッケージとの接合強度が高まり、熱応力及び機械的応力に対する耐性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の半導体パッケージ基板に、半導体ウエハＷがフリップチップ接続された半導体パッケージを示す断面図である。
【００２０】
半導体パッケージ基板１０は、絶縁性樹脂層２と、絶縁性樹脂層２の第１の面２ａ上に形成された回路導体層４とを備えている。回路導体層４は、絶縁性樹脂層２の第１の面２ａとは反対の第２の面２ｂから露出し、内部に樹脂が充填された突起状電極部５を有している。また、回路導電層４には、例えばＳｎＡｇからなるバンプ７が形成されている。さらに、絶縁性樹脂層２及び回路導体層４上には、半導体ウエハＷを接着するための絶縁性接着剤層８が形成されている。
【００２１】
一方、半導体パッケージ基板１０に接着・固定される半導体ウエハＷには、例えばＡｌからなる外部接続用の電極パッド１１が設けられており、電極パッド１１には、例えばＡｕからなるスタッドバンプ１２が形成されている。半導体パッケージ基板側のバンプ７と、半導体ウエハＷ側のスタッドバンプ１２の接合（フリップチップ接合）により、半導体ウエハＷと回路導体層４とが電気的に接続される。なお、図１中、符号１３は半導体ウエハ保護用のパッシベーション層を示す。
【００２２】
そして、本発明の絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側には、図１に示すように、回路導体層４に達しない深さを有する複数の凹部９が設けられている。これら凹部９は、例えばダイサーやルーター等の切削ツールを用いて、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側から、絶縁性樹脂層２を機械的に切削することで形成することができる。このような凹部９を設けることで、絶縁性樹脂層２による突起状電極部５の動きの制限を軽減することができ、突起状電極部５を従来よりも撓み易くすることができる。
【００２３】
凹部９は、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側のどの位置に形成してもよいが、突起状電極部５の動きの制限を効果的に軽減する観点からは、突起状電極部５を囲むように形成されることが好ましい。具体的には、平面図上から見た場合に、突起状電極部５の側面部を覆う絶縁性樹脂層２を残して、その周囲を囲むように形成されることが好ましい。図２に、半導体パッケージ基板１０の、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側から見た平面図を示す。なお、図示の例では、突起状電極部５が円柱形状である場合を示している。
【００２４】
図２においては、便宜上、絶縁性樹脂層２のうち、突起状電極部５の側面部を覆う部分を黒色で示し、凹部９の部分を斜線で示す。このように、突起状電極部５の側面を覆う部分（黒色領域）を残して、その周囲を囲むように凹部９（斜線領域）を形成することで、より効果的に突起状電極部５を撓みやすくすることができる。なお、図示の例では、突起状電極部の側面を覆う部分（黒色領域）の平面図上の形状が、四角形状又は円形状をなす場合を示したが、これに限定されるものではない。
【００２５】
また、凹部９は、半導体パッケージ基板１０の全域にわたって、絶縁性樹脂層２に設けることができるが、半導体パッケージ基板１０の外縁部近傍に位置する絶縁性樹脂層２に設けることが好ましい。半導体パッケージ基板１０の平面図上の中心からの距離が遠くなるほど、半導体ウエハと実装基板との線膨張率の差によって生じる熱応力が大きくなるため、凹部９を半導体パッケージ基板１０の外縁部近傍に設ける場合に、熱応力緩和の効果が大きい。
また特に、図３に示すように、半導体パッケージ基板１０の平面図上において、中心とその四隅を結んだ部分について、突起状電極部５の側面を覆う部分の形状を円形状とするが好ましい。これにより、突起状電極部５をより撓み易くし、半導体パッケージ基板の信頼性を高めることができる。
なお、突起状電極部５の内部を樹脂で充填した場合や、突起状電極部５を金属で形成した場合についても、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
次に、本発明の半導体パッケージ基板及び半導体パッケージの製造方法について説明する。
図４及び図５は、本発明の実施形態に係る半導体パッケージ基板及び半導体パッケージの製造工程を示す断面図である。
【００２７】
まず、図４（ａ）に示すように、キャリア材料としてのＣｕ箔１上に、絶縁性樹脂層（感光性樹脂層）２を形成する。絶縁性樹脂層２を構成する樹脂組成物としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、アラミド系樹脂、ＬＣＰ系樹脂から選択される少なくとも一種からなる樹脂を用いることができる。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えば炭酸ガスレーザーによる穴あけ加工により、絶縁性樹脂層２の突起状電極部となる部分の樹脂を除去して孔３を形成する。
【００２９】
次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁性樹脂層２表面と孔３内に、乾式メッキ法によりＣｕを主体とする金属導体層を形成し、パターニングする。これにより、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂから露出した突起状電極部５を有する回路導体層４が形成される。次いで、回路導体層４上に、半導体ウエハ側のスタッドバンプと接合するための例えばＳｎＡｇからなるバンプ７を形成する。
【００３０】
次に、図５（ａ）に示すように、絶縁性接着剤樹脂を用いて、突起状電極部５の内部への樹脂の充填と、半導体ウエハを接着するための接着剤層８の形成を行う。接着剤としては、例えば、エポキシ系樹脂接着剤、アクリル系樹脂接着剤、及びこれらの混合物など、公知の有機系樹脂接着剤を用いることができる。このように、突起状電極部５の内部を、接着剤層８と同一の樹脂組成物で充填することで、突起状電極５内部への樹脂の充填と、接着剤層８の形成とを同時に行うことができるので、製造プロセスを簡略化し、製造コストを低減することができる。
【００３１】
また、突起状電極部５の内部を、接着剤層８と同一の樹脂組成物で充填する代わりに、絶縁性樹脂層２と同一の樹脂組成物で充填し、その後、接着剤層８を別途形成してもよい。これにより、突起状電極部５の内部の樹脂と絶縁性樹脂層２の熱膨張差に起因する突起状電極部５の屈曲部にかかる応力を減少させることができるので、回路導体層４のクラックの発生を抑制することができ、実装信頼性をより向上させることができる。
【００３２】
次に、図５（ｂ）に示すように、キャリア材料であるＣｕ箔１をエッチング除去した後、ダイサー又はルーターの切削ツールを用いて、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側から、回路導体層４に達しない深さまで、絶縁性樹脂層２の所定部分を切削する。これにより、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側に、少なくとも１つの凹部９が形成される。
以上の工程により、本実施形態の半導体パッケージ基板１０を得ることができる。
【００３３】
次いで、図６に示すように、半導体パッケージ基板１０のバンプ７と、半導体ウエハＷに形成された例えばＡｕからなるスタッドバンプ１１とが接合（フリップチップ接合）するように、半導体ウエハＷを半導体パッケージ基板の接着剤層８に加熱押圧し、接着固定する。次いで、半導体パッケージ基板１０は、半導体ウエハとともにチップ単位にダイシングされる。
以上の工程により、本発明の半導体パッケージ基板を用いた半導体パッケージを得ることができる。
【００３４】
その後、半導体パッケージは、半導体パッケージ基板１０の突起状電極部５の露出面に形成された半田ボール２０を介してマザーボード等の実装基板３０に接続される。
【００３５】
さらに、図６に示すように、半導体パッケージ基板１０とマザーボード３０との間隙に封止樹脂４０を充填し、熱応力の緩和及び脱落防止の補強を行う。このとき、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側に凹部９が形成されているので、封止樹脂４０の流動が毛細管現象により促進され、良好な充填性を実現できる。さらに、封止樹脂４０が凹部９内にも充填されることで、封止樹脂４０と半導体パッケージと１０の接合強度が高まり、熱応力及び機械的応力に対する耐性の向上に貢献できる。
【００３６】
以上のように形成された本実施形態の半導体パッケージ基板１０は、図６に示すように、絶縁性樹脂層２の第２の面２ｂ側に、少なくとも１つの凹部９が設けられているので、突起状電極部を従来よりも撓み易くすることができ、半導体素子と実装基板の線膨張率の差によって生じる熱応力を緩和することができる。これにより、実装信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体パッケージ基板を用いた半導体パッケージを示す断面図である。
【図２】図１の半導体パッケージ基板の、絶縁性樹脂層側からみた平面図である。
【図３】半導体パッケージ基板の変形例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造工程（その１）を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体パッケージ基板の製造工程（その２）を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体パッケージが、実装基板に実装された状態を示す断面図である。
【図７】従来の半導体パッケージ基板が、実装基板に実装された状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：キャリア材料（Ｃｕ箔）
２：絶縁性樹脂層
２ａ：絶縁性樹脂層の第１の面
２ｂ：絶縁性樹脂層の第２の面
３：孔
４：回路導体層
５：突起状電極部
７：バンプ
８：接着剤層
９：凹部
１０：半導体パッケージ基板
１１：電極パッド
１２：スタッドバンプ
２０：半田ボール
３０：マザーボード（実装基板）
４０：封止樹脂
【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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【図７】
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