半導体素子搭載用パッケージ及びその製造方法
【課題】 貫通電極を有する基板を作成する際に有底状態で貫通穴にペーストを充填するため大掛かりで高価な装置が必要となる。
【解決手段】 貫通穴に導電ペーストを充填する際に貫通穴状態でペーストを充填する。基板厚みを目的厚みよりあらかじめ厚く成型しておき、ペースト硬化後に目的の厚みまで研磨することでペーストの硬化収縮による凹みをなくすことができる。
【解決手段】 貫通穴に導電ペーストを充填する際に貫通穴状態でペーストを充填する。基板厚みを目的厚みよりあらかじめ厚く成型しておき、ペースト硬化後に目的の厚みまで研磨することでペーストの硬化収縮による凹みをなくすことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化軽量化が図られており、電子機器に内蔵する電子部品についても小型軽量であることがもとめられている。貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージは小型化が可能であり、電子機器の電子部品を高密度に実装することで電子機器を小型軽量化できるため広く使われている。貫通電極は電極内部に導電ペーストを充填する場合（たとえば特許文献１）や電気めっきによって金属を充填する場合（たとえば特許文献２）がある。
【０００３】
ここで、図３をもとに有底状態で電極内部に導電ペーストを充填する貫通電極の例について説明する。上基板２１と下基板２２からなるパッケージ基板において、上基板２１には貫通穴２３がある。上基板２１と下基板２２が貼り合わされていることで、貫通穴２３は有底穴状態になっている（図３（ａ））。この上基板２１にメッキレジスト２４を貼り付け、導電性金属２５（主に銅など）をメッキで表面に析出させる（図３（ｂ）、（ｃ））。有底状態の貫通穴の内部に真空印刷法を用いて導電ペースト２６を充填する（図３（ｄ））。再びメッキレジスト２７を貼り付け、フタメッキ２８を析出させる（図３（ｅ）（ｆ））。フタメッキを含めた表面のメッキ膜をフォトパターニング等の方法で所定のパターンにしてパッケージ基板とする（図３（ｇ））。
【０００４】
特許文献１では貫通電極が有底状態で導電ペーストを充填するため、通常の印刷装置より大掛かりな装置である真空印刷装置が必要となっている。特許文献２では電気メッキで貫通電極に金属層を析出して充填するため、電気メッキのためのめっきリードが必要となり高密度化や設計上の制約がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３５１８号公報（第１０頁、第５図）
【特許文献２】特開２００８−０１６８１９号公報（第９頁、第２図、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、真空印刷装置のような大掛かりな装置を使わず、また高密度化の妨げとなるメッキリードを使わずに貫通電極を形成し提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体パッケージの製造方法は、導電ペーストの充填を貫通穴状態で行うこととする。有底状態ではなく貫通穴状態であるので、真空印刷装置を使わずに通常のスクリーン印刷機で導電ペーストを充填することが出来る。また、充填すべき貫通穴の数が少ない場合ではディスペンスによる個々の貫通穴への導電ペースト滴下での充填も行うことが出来る。
【０００８】
導電ペーストは硬化する際に若干収縮する物がほとんどである。硬化収縮による貫通電極の凹みを避けるために、導電ペーストを充填する基板の厚さは目的の厚さより厚くしておき、貫通穴状態で導電ペーストを充填した後に基板の両面を研磨して基板の厚さを所望の厚さにするとともに導電ペーストを充填した貫通電極の表面を平坦化する。その後、表面に電極が形成してある別の基板と接着接合する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体パッケージの製造方法によれば、高価で大掛かりな真空印刷装置を使うことなく貫通電極の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明よるパッケージの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明よるパッケージの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図３】従来のパッケージの製造方法を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のパッケージの製造方法では、貫通穴に導電ペーストを充填する際に貫通穴状態でペーストを充填する。基板厚みを目的厚みよりあらかじめ厚く成型しておき、ペースト硬化後に目的の厚みまで研磨することでペーストの硬化収縮による凹みをなくすことができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１２】
本実施例の貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージの製造方法を図１に基づいて説明する。本実施例では基板材質としてガラスを使った例を説明する。図１（ａ）は基板の基となるガラス基板１の断面を示す。ガラス基板１の材質としてはいわゆるソーダガラスを用いることができる。ソーダガラスはソーダ石灰シリカガラスとも呼ばれ、成型が容易であり化学的耐久性にも優れかつ原料が入手し易く安価であるという特徴がある。次に図１（ｂ）で、ガラス基板１を高温の状態にして軟化させ、金型２で上下からプレスする。このようにしてガラス基板１をプレス成型することで、図１（ｃ）に示すような貫通穴３のあいたガラス基板１が得られる。貫通穴３の形状は図１（ｃ）に示すように貫通穴３の中央部にくびれのある形状としておくと次に充填する導電ペースト４の脱落防止になる。
【００１３】
ここでガラス基板１の厚さは目的となる厚さより若干厚めに仕上げておく。次にこの貫通穴３に導電ペースト４を充填する。導電ペースト材料としては、熱硬化性樹脂の中に銀粉を分散させた銀ペースト、同じく銅粉を分散させた銅ペースト、銀をコーティングした銅粉を分散させたペースト等が使用できる。また、高温で焼成することで樹脂分が揮発してほぼ純銀が残る焼成型銀ペーストを使うこともできる。導電ペースト４の充填手段としては、多数個取りを行うためにガラス基板１の貫通穴３の数が多数の場合はメタル版を使ったスクリーン印刷法、貫通穴３の数が少数の場合はディスペンス法等を適宜選んで使うことが出来る。貫通穴３に充填した導電ペースト４を加熱硬化すると通常導電ペースト４の硬化収縮による凹み５が発生する。図１（ｅ）に示すように目的とする厚さ６となるように凹み５のある導電ペースト４をガラス基板１とともに研磨することで図１（ｆ）に示すような導電ペースト４による貫通電極を形成したガラス下基板７が得られる。
【００１４】
引き続き半導体素子８をパッケージに搭載する方法を図２に基づいて説明する。ここでは半導体素子８として受光センサ素子を用いた。貫通電極を形成した下基板７の導電ペースト４上にフタメッキ９を形成する。ここでフタメッキ９は、無電解メッキとする。具体的には、前記下基板７にパラジウムを主とする触媒を含む溶液に浸漬し、適度に洗浄することでガラス上のパラジウム触媒が洗い落とされ導電ペースト４上のみに残すことができる。常法に従って無電解ニッケルメッキ、無電解金メッキを行い、ニッケルメッキ層と金メッキ層からなるフタメッキを形成することができる。このような無電解メッキを用いることで、フォトパターニングなどの方法を用いることなく図２（ｂ）に示すような導電ペースト４上のみのフタメッキ９を作製することができる。なおフタメッキの材質はニッケルと金に限定されることなく、クロム、銅、銀などの金属も用いることができる。
【００１５】
次に半導体素子８を乗せるフタ側基板１０について説明する。図２（ｃ）に示すようにフタ側基板１０は、中央に別素材のガラスを埋め込んだ窓１１を有する。またフタ側基板１０の表面には半導体素子８を接続する電極１２が形成してある。前述したように半導体素子８は受光センサ素子であるので、光に感応する受光面１３が能動面上に存在する。半導体素子８の受光面１３を窓１１に対向する位置に合わせて、半導体素子８をフタ側基板１０上の電極１２にフェイスダウン実装する。前記別素材のガラスを窓１１として受光面１３を外部へ向けることができる。フタ側基板１０の材質としては、受光面１３への迷光を避けるために黒色の顔料を分散した黒色ソーダガラス等の遮光性を有する材料を用いることが望ましい。
【００１６】
一般に半導体素子の受光面は、赤外線領域から可視光線領域を挟み紫外線領域までの広い波長域に感度を持っている。窓１１となる別素材のガラスは受光センサの目的によって種々選定できる。赤外カット及び紫外カットの特性のある緑色ガラス（例えばリン酸塩系ガラス）を窓１１として埋め込むことで視感度補正することができ、照度センサデバイスとなる。赤外域を透過し可視域から紫外域をカットするガラスを窓１１として埋め込むことで赤外線センサ、同様に赤外域から可視光域をカットするガラスを窓１１として埋め込むことで紫外線センサとすることができる。
【００１７】
貫通電極を形成したガラス下基板７と半導体素子８をフェイスダウン実装したフタ側基板１０を接着剤１４によって貼り合わせる。接着剤１４には導電性の粒子１５が１％乃至５％程度混合してある。接着剤１４としては熱硬化性のエポキシ樹脂や紫外線硬化性のアクリル樹脂が使用できる。導電性の粒子としては、ニッケルや銅、銀などの金属粒子、樹脂ボールにニッケルメッキと金メッキを重ねた粒子、樹脂ボールにニッケルメッキのみを施した粒子などが用いられる。該粒子１５の大きさは直径が１μｍから１０μｍ程度、望ましくは４μｍから７μｍ程度が良い。これは粒子１５が接着剤１４の硬化時厚さを決めるスペーサの役割を担うためである。接着剤層は厚すぎても薄すぎても強度の面で好ましくない。該粒子１５によってフタ側基板１０の電極１２と下基板７のフタメッキ９を電気的に接続でき、半導体素子８を搭載したパッケージ１６が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージを容易に作製することができ、電子機器の小型軽量化に貢献できる。
【符号の説明】
【００１９】
１ ガラス基板
２ 金型
３ 貫通穴
４ 導電ペースト
７ ガラス下基板
８ 半導体素子
９ フタメッキ
１０ フタ側基板
１１ 窓
１２ 電極
１３ 受光面
１４ 接着剤
１５ 導電粒子
１６ パッケージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化軽量化が図られており、電子機器に内蔵する電子部品についても小型軽量であることがもとめられている。貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージは小型化が可能であり、電子機器の電子部品を高密度に実装することで電子機器を小型軽量化できるため広く使われている。貫通電極は電極内部に導電ペーストを充填する場合（たとえば特許文献１）や電気めっきによって金属を充填する場合（たとえば特許文献２）がある。
【０００３】
ここで、図３をもとに有底状態で電極内部に導電ペーストを充填する貫通電極の例について説明する。上基板２１と下基板２２からなるパッケージ基板において、上基板２１には貫通穴２３がある。上基板２１と下基板２２が貼り合わされていることで、貫通穴２３は有底穴状態になっている（図３（ａ））。この上基板２１にメッキレジスト２４を貼り付け、導電性金属２５（主に銅など）をメッキで表面に析出させる（図３（ｂ）、（ｃ））。有底状態の貫通穴の内部に真空印刷法を用いて導電ペースト２６を充填する（図３（ｄ））。再びメッキレジスト２７を貼り付け、フタメッキ２８を析出させる（図３（ｅ）（ｆ））。フタメッキを含めた表面のメッキ膜をフォトパターニング等の方法で所定のパターンにしてパッケージ基板とする（図３（ｇ））。
【０００４】
特許文献１では貫通電極が有底状態で導電ペーストを充填するため、通常の印刷装置より大掛かりな装置である真空印刷装置が必要となっている。特許文献２では電気メッキで貫通電極に金属層を析出して充填するため、電気メッキのためのめっきリードが必要となり高密度化や設計上の制約がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３５１８号公報（第１０頁、第５図）
【特許文献２】特開２００８−０１６８１９号公報（第９頁、第２図、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、真空印刷装置のような大掛かりな装置を使わず、また高密度化の妨げとなるメッキリードを使わずに貫通電極を形成し提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体パッケージの製造方法は、導電ペーストの充填を貫通穴状態で行うこととする。有底状態ではなく貫通穴状態であるので、真空印刷装置を使わずに通常のスクリーン印刷機で導電ペーストを充填することが出来る。また、充填すべき貫通穴の数が少ない場合ではディスペンスによる個々の貫通穴への導電ペースト滴下での充填も行うことが出来る。
【０００８】
導電ペーストは硬化する際に若干収縮する物がほとんどである。硬化収縮による貫通電極の凹みを避けるために、導電ペーストを充填する基板の厚さは目的の厚さより厚くしておき、貫通穴状態で導電ペーストを充填した後に基板の両面を研磨して基板の厚さを所望の厚さにするとともに導電ペーストを充填した貫通電極の表面を平坦化する。その後、表面に電極が形成してある別の基板と接着接合する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体パッケージの製造方法によれば、高価で大掛かりな真空印刷装置を使うことなく貫通電極の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明よるパッケージの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明よるパッケージの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図３】従来のパッケージの製造方法を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のパッケージの製造方法では、貫通穴に導電ペーストを充填する際に貫通穴状態でペーストを充填する。基板厚みを目的厚みよりあらかじめ厚く成型しておき、ペースト硬化後に目的の厚みまで研磨することでペーストの硬化収縮による凹みをなくすことができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１２】
本実施例の貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージの製造方法を図１に基づいて説明する。本実施例では基板材質としてガラスを使った例を説明する。図１（ａ）は基板の基となるガラス基板１の断面を示す。ガラス基板１の材質としてはいわゆるソーダガラスを用いることができる。ソーダガラスはソーダ石灰シリカガラスとも呼ばれ、成型が容易であり化学的耐久性にも優れかつ原料が入手し易く安価であるという特徴がある。次に図１（ｂ）で、ガラス基板１を高温の状態にして軟化させ、金型２で上下からプレスする。このようにしてガラス基板１をプレス成型することで、図１（ｃ）に示すような貫通穴３のあいたガラス基板１が得られる。貫通穴３の形状は図１（ｃ）に示すように貫通穴３の中央部にくびれのある形状としておくと次に充填する導電ペースト４の脱落防止になる。
【００１３】
ここでガラス基板１の厚さは目的となる厚さより若干厚めに仕上げておく。次にこの貫通穴３に導電ペースト４を充填する。導電ペースト材料としては、熱硬化性樹脂の中に銀粉を分散させた銀ペースト、同じく銅粉を分散させた銅ペースト、銀をコーティングした銅粉を分散させたペースト等が使用できる。また、高温で焼成することで樹脂分が揮発してほぼ純銀が残る焼成型銀ペーストを使うこともできる。導電ペースト４の充填手段としては、多数個取りを行うためにガラス基板１の貫通穴３の数が多数の場合はメタル版を使ったスクリーン印刷法、貫通穴３の数が少数の場合はディスペンス法等を適宜選んで使うことが出来る。貫通穴３に充填した導電ペースト４を加熱硬化すると通常導電ペースト４の硬化収縮による凹み５が発生する。図１（ｅ）に示すように目的とする厚さ６となるように凹み５のある導電ペースト４をガラス基板１とともに研磨することで図１（ｆ）に示すような導電ペースト４による貫通電極を形成したガラス下基板７が得られる。
【００１４】
引き続き半導体素子８をパッケージに搭載する方法を図２に基づいて説明する。ここでは半導体素子８として受光センサ素子を用いた。貫通電極を形成した下基板７の導電ペースト４上にフタメッキ９を形成する。ここでフタメッキ９は、無電解メッキとする。具体的には、前記下基板７にパラジウムを主とする触媒を含む溶液に浸漬し、適度に洗浄することでガラス上のパラジウム触媒が洗い落とされ導電ペースト４上のみに残すことができる。常法に従って無電解ニッケルメッキ、無電解金メッキを行い、ニッケルメッキ層と金メッキ層からなるフタメッキを形成することができる。このような無電解メッキを用いることで、フォトパターニングなどの方法を用いることなく図２（ｂ）に示すような導電ペースト４上のみのフタメッキ９を作製することができる。なおフタメッキの材質はニッケルと金に限定されることなく、クロム、銅、銀などの金属も用いることができる。
【００１５】
次に半導体素子８を乗せるフタ側基板１０について説明する。図２（ｃ）に示すようにフタ側基板１０は、中央に別素材のガラスを埋め込んだ窓１１を有する。またフタ側基板１０の表面には半導体素子８を接続する電極１２が形成してある。前述したように半導体素子８は受光センサ素子であるので、光に感応する受光面１３が能動面上に存在する。半導体素子８の受光面１３を窓１１に対向する位置に合わせて、半導体素子８をフタ側基板１０上の電極１２にフェイスダウン実装する。前記別素材のガラスを窓１１として受光面１３を外部へ向けることができる。フタ側基板１０の材質としては、受光面１３への迷光を避けるために黒色の顔料を分散した黒色ソーダガラス等の遮光性を有する材料を用いることが望ましい。
【００１６】
一般に半導体素子の受光面は、赤外線領域から可視光線領域を挟み紫外線領域までの広い波長域に感度を持っている。窓１１となる別素材のガラスは受光センサの目的によって種々選定できる。赤外カット及び紫外カットの特性のある緑色ガラス（例えばリン酸塩系ガラス）を窓１１として埋め込むことで視感度補正することができ、照度センサデバイスとなる。赤外域を透過し可視域から紫外域をカットするガラスを窓１１として埋め込むことで赤外線センサ、同様に赤外域から可視光域をカットするガラスを窓１１として埋め込むことで紫外線センサとすることができる。
【００１７】
貫通電極を形成したガラス下基板７と半導体素子８をフェイスダウン実装したフタ側基板１０を接着剤１４によって貼り合わせる。接着剤１４には導電性の粒子１５が１％乃至５％程度混合してある。接着剤１４としては熱硬化性のエポキシ樹脂や紫外線硬化性のアクリル樹脂が使用できる。導電性の粒子としては、ニッケルや銅、銀などの金属粒子、樹脂ボールにニッケルメッキと金メッキを重ねた粒子、樹脂ボールにニッケルメッキのみを施した粒子などが用いられる。該粒子１５の大きさは直径が１μｍから１０μｍ程度、望ましくは４μｍから７μｍ程度が良い。これは粒子１５が接着剤１４の硬化時厚さを決めるスペーサの役割を担うためである。接着剤層は厚すぎても薄すぎても強度の面で好ましくない。該粒子１５によってフタ側基板１０の電極１２と下基板７のフタメッキ９を電気的に接続でき、半導体素子８を搭載したパッケージ１６が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
貫通電極を有する半導体素子搭載用パッケージを容易に作製することができ、電子機器の小型軽量化に貢献できる。
【符号の説明】
【００１９】
１ ガラス基板
２ 金型
３ 貫通穴
４ 導電ペースト
７ ガラス下基板
８ 半導体素子
９ フタメッキ
１０ フタ側基板
１１ 窓
１２ 電極
１３ 受光面
１４ 接着剤
１５ 導電粒子
１６ パッケージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載されたフタ側基板と、前記フタ側基板と接着されたガラス下基板とからなる半導体素子搭載用パッケージにおいて、
前記ガラス下基板の厚み方向に貫通し中央部がくびれた形状を有する貫通孔と、
前記貫通孔内に充填された導電ペーストからなる貫通電極と、
前記貫通電極の表面に形成されたメッキ部と、
前記フタ側基板と前記ガラス下基板間に設けられた導電粒子を有する接着剤と、
からなることを特徴とする半導体素子搭載用パッケージ。
【請求項２】
半導体素子が搭載されたフタ側基板と、前記フタ側基板と接着されたガラス下基板とからなる半導体素子搭載用パッケージの製造方法において、
前記ガラス下基板に貫通穴を形成する工程と、
該貫通穴に導電ペーストを充填する工程、該導電ペーストを硬化する工程、前記基板を所定の厚さに研磨する工程、前記導電ペースト上にメッキを行う工程とを順に行うことを特徴とする半導体素子搭載用パッケージの製造方法。
【請求項３】
前記貫通穴が、前記ガラス下基板の厚み方向に貫通し中央部にくびれを有することを特徴とする請求項２記載の半導体素子搭載用パッケージの製造方法。
【請求項１】
半導体素子が搭載されたフタ側基板と、前記フタ側基板と接着されたガラス下基板とからなる半導体素子搭載用パッケージにおいて、
前記ガラス下基板の厚み方向に貫通し中央部がくびれた形状を有する貫通孔と、
前記貫通孔内に充填された導電ペーストからなる貫通電極と、
前記貫通電極の表面に形成されたメッキ部と、
前記フタ側基板と前記ガラス下基板間に設けられた導電粒子を有する接着剤と、
からなることを特徴とする半導体素子搭載用パッケージ。
【請求項２】
半導体素子が搭載されたフタ側基板と、前記フタ側基板と接着されたガラス下基板とからなる半導体素子搭載用パッケージの製造方法において、
前記ガラス下基板に貫通穴を形成する工程と、
該貫通穴に導電ペーストを充填する工程、該導電ペーストを硬化する工程、前記基板を所定の厚さに研磨する工程、前記導電ペースト上にメッキを行う工程とを順に行うことを特徴とする半導体素子搭載用パッケージの製造方法。
【請求項３】
前記貫通穴が、前記ガラス下基板の厚み方向に貫通し中央部にくびれを有することを特徴とする請求項２記載の半導体素子搭載用パッケージの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１０３０７（Ｐ２０１３−１１０３０７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５０８９（Ｐ２０１１−２５５０８９）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
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