JP2003031724A

JP2003031724A - 半導体モジュール

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Publication number: JP2003031724A
Application number: JP2001240076A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hozoji; 裕之宝蔵寺; Shigeharu Tsunoda; 重晴角田; Yoshihide Yamaguchi; 欣秀山口; Hiroyuki Tenmyo; 浩之天明; Naoya Isada; 尚哉諫田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-01-31
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: JP4045083B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】外部基板との接続信頼性に優れた生産効率の良
い半導体モジュールを実現する。【解決手段】配線３が形成された配線基板２と、該配線
基板に形成された配線と電気的に接続された半導体装置
１と、該配線基板の該半導体装置を実装した側に配置さ
れ、該配線と電気的に接続された外部との接続部分とな
る外部接続端子５とを備え、該配線基板と該外部接続端
子との間に該半導体装置の厚さよりも厚い絶縁樹脂層１
０を形成した半導体モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一つ以上の半導体
装置を搭載した半導体モジュールの構造、およびその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を高密度基板等に搭載する半
導体モジュールとして、例えば特開平１２−１５６４６
１号公報に記載ようなチップ・オン・チップ・モジュー
ルがある。これは図２に示すように、第一チップ上に第
二チップを接続し、かつ第二チップを接続した面に外部
接続端子を形成するものである。例えば、第一チップを
論理チップ、第二チップをメモリチップとして、この２
つにより所望の機能を実現可能な半導体モジュールを構
成しようとするものである。この外部接続端子として
は、はんだカラム、大径のはんだボール、適当な中間基
板を介してはんだボールにより接続する方法等を挙げて
いる。この他、ポリマー金属複合体接続、銅めっきカラ
ム、マイクロベルクロ接続を例示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構造は、半導体装
置を搭載する基板にスルーホールを形成することなく、
半導体装置と外部接続端子とを電気的に接続できる構造
であり有効なモジュール構造であるが、それを実現する
には、基板における半導体装置搭載面と外部接続端子搭
載面とが同一面側となるため、半導体装置の実装高さを
考慮した、高さのある外部接続端子を如何に形成するか
が重要な課題となる。

【０００４】上記従来技術に於いては、前述の如く、は
んだカラム、大径のはんだボール、適当な中間基板を介
してはんだボールにより接続する方法等を挙げている
が、いずれも高密度実装に不向きであったり、生産効率
が落ちるなどと言った課題が残る。例えば、はんだカラ
ムの場合、その形成方法にはめっき技術、露光技術など
が考えられるが、めっき技術では高さのあるものを形成
するには時間がかかり、露光技術もアスペクト比の高い
ものを形成するには不向きである。

【０００５】また、半導体モジュールの基板にシリコン
やセラミックス、ガラス等の熱膨張係数の小さい部材を
使用し、その半導体モジュールを熱膨張係数の大きい有
機樹脂基板上に搭載した場合、双方の熱膨張の違いによ
り接続部に応力が集中し、接続部の接続寿命が低下する
という問題が生じる。そのため、単に外部接続端子の高
さを確保するだけでなく、実装時の応力緩和を考慮する
必要がある。

【０００６】本発明の第一の目的は、外部基板との接続
信頼性に優れた生産効率の良い半導体モジュールを実現
することにある。なお、本明細書においては、半導体モ
ジュールに使用する基板をモジュール基板、半導体モジ
ュールを実装する基板を外部基板と呼ぶこととする。

【０００７】我々は、このようなシリコン、セラミック
ス、ガラス等のモジュール基板に半導体チップや半導体
装置を搭載しかつその搭載面側に外部接続端子を形成し
たモジュールについて開発、研究を進めている。前述の
如く、外部接続端子を如何に形成するかは一つの課題で
あるが、本構造を実現するには、その他、アンダーフィ
ルを用いずに接続信頼性を確保することが生産性を向上
させる上では重要な課題となる。従って、本発明の第二
の目的は、アンダーフィルを用いずに半導体装置を搭載
する場合の接続信頼性を向上させた半導体モジュールを
実現することにある。一方、アンダーフィルを使用する
ことは接続信頼性を向上させる上ではやはり有効である
が、予めアンダーフィルとなる樹脂を塗布した後、半導
体装置を搭載して接続する方法では電極間の接続を確保
するために搭載時に半導体装置に圧力を加える必要があ
る。モジュール基板をガラスやシリコンで構成し、それ
ぞれを多数個取りの状態（ウエハ状態）で圧力を加える
こととなると、モジュール基板（ガラス、シリコン）に
必要以上の強度が求められコストアップにつながる。ま
た、圧力を加えながらアンダーフィルがある程度硬化す
るまでの時間を待たなければならないので製造タクトの
面からも好ましくない。従って、アンダーフィルを予め
塗布するのでなく、半導体装置をモジュール基板に搭載
した後、半導体装置とモジュール基板とのギャップにア
ンダーフィルを充填する方法が好ましいが、多数個取り
の状態（ウエハ状態）でアンダーフィルを如何に充填す
るかが重要な課題となる。また、搭載する半導体装置の
有する電極が狭ピッチ化した場合にアンダーフィルの充
填自体が困難となる。

【０００８】従って、本発明の第三の目的は、アンダー
フィルの充填を考慮した半導体モジュールを実現するこ
とにある。

【０００９】その他、モジュール基板に半導体装置を搭
載しかつその搭載面側に外部接続端子を形成する構造な
ので、半導体装置からの放熱を考慮した構造が重要とな
ってくる。従って、本発明の第四の目的は、放熱を考慮
した半導体モジュールを実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記第一の目
的を達成するために、配線が形成された配線基板と、該
配線基板に形成された配線と電気的に接続された半導体
装置と、該配線基板の該半導体装置を実装した側に配置
され、該配線と電気的に接続された外部との接続部分と
なる外部接続端子とを備え、該配線基板と該外部接続端
子との間に該半導体装置の厚さよりも厚い絶縁樹脂層を
形成したものである。

【００１１】また、配線が形成された配線基板と、該配
線基板に形成された配線と電気的に接続された半導体装
置と、該配線基板の該半導体装置を実装した側に形成さ
れ、その実装面に対して所定の傾斜を有する傾斜部分と
外部との接続部分となる外部接続端子を配置するほぼ平
坦な平坦部分とを有する絶縁樹脂層とを備え、該絶縁樹
脂層の傾斜部分に該配線の一部を形成して該配線と該外
部接続端子とを電気的に接続するように構成したもので
ある。

【００１２】また、前記絶縁樹脂層をマスク印刷により
形成したものである。

【００１３】また、配線が形成された配線基板と、該配
線基板に形成された配線と電気的に接続された半導体装
置と、該配線基板の該半導体装置を実装した側に、マス
ク印刷により形成された絶縁樹脂層と、該絶縁樹脂層の
上に該配線と電気的に接続された外部との接続部分とな
る外部接続端子とを備えたものである。また、前記絶縁
樹脂層の形状が前記半導体装置を囲むような形状である
ものである。また、前記絶縁樹脂層の形状が枠状である
ものである。また、前記絶縁樹脂層の外周側の傾斜より
も内周側の傾斜が緩やかであるものである。また、前記
絶縁樹脂層が複数個の絶縁樹脂層を用いて前記半導体装
置を囲むように配置するものである。

【００１４】また、前記配線基板が、シリコン基板もし
くはガラス基板であるものである。また、前記絶縁樹脂
層が約0.1Gpa〜約10Gpaの弾性率を有する絶縁材料で構
成されたものである。また、前記絶縁樹脂層の膜厚が約
１０マイクロメータ〜約３５０マイクロメータであるも
のである。また、前記半導体装置が半導体チップ、CS
P、BGA、ウエハレベルCSPのいずれかであるものであ
る。

【００１５】また、前記半導体装置の実装面から前記半
導体装置の裏面までの高さよりも、前記絶縁樹脂層の厚
さと前記外部接続端子の高さとの和の方が大きいもので
ある。また、前記半導体装置の実装面から前記半導体装
置の裏面までの高さと、前記絶縁樹脂層の厚さと前記外
部接続端子の高さとの和とがほぼ等しいものである。

【００１６】また、配線を形成した配線基板と、該配線
基板に形成された配線と電気的に接続する半導体装置
と、該半導体装置を覆う絶縁材料と、該絶縁材料上に形
成した配線と外部との接続部分となる外部接続電極とを
備えたものである。また、前記半導体装置と外部接続端
子との間にある絶縁材料の中に中間板を設けたものであ
る。また、本発明は、上記第二の目的を達成するため
に、配線が形成された配線基板と、該配線基板に形成さ
れた配線とバンプを介して電気的に接続された半導体装
置と、該配線と電気的に接続された外部との接続部分と
なる外部接続端子とを備え、アンダーフィルを用いずに
該半導体装置を該配線基板に実装する半導体モジュール
において、該半導体装置を半導体チップで構成し、該配
線基板をシリコン基板で構成したものである。また、配
線が形成された配線基板と、該配線基板に形成された配
線とバンプを介して電気的に接続された半導体装置と、
該配線と電気的に接続された外部との接続部分となる外
部接続端子とを備え、アンダーフィルを用いずに該半導
体装置を該配線基板に実装する半導体モジュールにおい
て、該半導体装置の有する半導体チップとバンプとの間
に絶縁樹脂層を形成したものである。また、配線が形成
された配線基板と、該配線基板に形成された配線とバン
プを介して電気的に接続された半導体装置と、該配線と
電気的に接続された外部との接続部分となる外部接続端
子とを備え、アンダーフィルを用いずに該半導体装置を
該配線基板に実装する半導体モジュールにおいて、該半
導体装置の有するバンプと接続する配線と該配線基板と
の間に絶縁樹脂層を形成したものである。また、前記絶
縁樹脂層が約0.1Gpa〜約10Gpaの弾性率を有する絶縁材
料で構成されたものである。また、前記絶縁樹脂層の膜
厚が約１０マイクロメータ〜約３５０マイクロメータで
あるものである。また、前記絶縁樹脂層をマスク印刷に
より形成したものである。また、前記外部接続端子が、
前記配線基板の前記半導体装置を実装した側に形成され
た、その実装面に対して所定の傾斜を有する傾斜部分と
前記外部接続端子を配置するほぼ平坦な平坦部分とを有
する第二の絶縁樹脂層の上に形成されたものである。ま
た、本発明は、上記第三の目的を達成するために、配線
が形成された配線基板と、該配線基板に形成された配線
とバンプを介して電気的に接続された半導体装置と、該
配線基板と該半導体装置との間に充填する充填材料とを
備え、該充填材料がフィラを含まない材料により構成さ
れるものである。本発明は、上記第四の目的を達成する
ために、上記半導体モジュールを実装する外部基板に熱
伝導材料層を形成し、前記半導体モジュールの有する半
導体装置と該熱伝導材料層とを接続したものである。ま
た、前記半導体装置と前記回路基板とをそれぞれ接続す
る金属部材を備えたものである。また、前記半導体装置
を前記配線基板にダイボンドして接続し、前記半導体装
置と前記配線基板に形成された配線とをワイヤボンデン
グにより電気的に接続するものである。

【００１７】その他、本発明の目的を達成するために、
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次の通りである。また、半導体
素子を搭載する配線基板の周辺部に低弾性率樹脂からな
る応力緩和層が形成され、該応力緩和層上に該半導体素
子からの電気配線に接続された外部接続端子が設けられ
た半導体装置において、該配線基板上の少なくとも該半
導体素子が搭載される領域に低弾性率樹脂層を設け、該
低弾性率樹脂層上に該半導体素子との接続端子を設けた
ものである。

【００１８】また、半導体素子を搭載する配線基板の周
辺部に低弾性率樹脂からなる応力緩和層が複数形成され
ており、該応力緩和層上に該半導体素子からの電気配線
に接続された外部接続端子が設けられたものである。

【００１９】また、さらに、配線基板上の少なくとも半
導体素子が搭載される領域に低弾性率樹脂層を設け、低
弾性率樹脂層上に半導体素子との接続端子を設けたもの
である。

【００２０】また、上記の応力緩和層の厚さを０．１〜
０．８ｍｍとするものである。

【００２１】また、半導体装置及び半導体モジュールの
製造方法であって、半導体素子を搭載する配線基板の周
辺部に低弾性率樹脂からなる応力緩和層が形成され、該
応力緩和層上に該半導体素子からの電気配線に接続され
た外部接続端子が設けられた半導体装置や半導体モジュ
ールを製造するものであって、同一基板上に該応力緩和
層を１以上同時に形成するものである。

【００２２】また、半導体装置及び半導体モジュールの
製造方法であって、半導体素子を搭載する配線基板の周
辺部に低弾性率樹脂からなる応力緩和層が形成され、応
力緩和層上に半導体素子からの電気配線に接続された外
部接続端子が設けられた半導体装置を製造するものであ
って、応力緩和層を金型を用いて形成し、基板に貼り付
けるものである。

【００２３】さらに、金型は前記応力緩和層の形成用の
キャビティを有しており、キャビティに低弾性率樹脂を
充填した後、この金型に基板を載置して加圧かつ加熱す
ることにより、キャビティ内の低弾性率樹脂を硬化して
基板に貼り付けるようにするものである。

【００２４】また、半導体装置及び半導体モジュールの
製造方法であって、金型は前記応力緩和層の形成用のキ
ャビティが形成されているとともに、キャビティによっ
て囲まれた領域にくぼみ状の樹脂層形成部が形成されて
おり、キャビティ及び樹脂層形成部に低弾性率樹脂を充
填した後、この金型に基板を載置して加圧かつ加熱する
ことにより、キャビティ内及び樹脂層形成部内の低弾性
率樹脂を硬化して基板に貼り付けるようにするものであ
る。

【００２５】さらに、半導体装置及び半導体モジュール
の製造方法であって、キャビティが複数個閉路状に配列
されているものである。

【００２６】また、半導体モジュールは、基板と、該基
板の第１の領域に形成された第１の絶縁層と、該基板の
第２の領域に実装される半導体チップと、該第１の絶縁
層上に形成された外部接続端子と、該半導体チップの電
極と該外部接続端子とを電気的に接続する配線とを有
し、第１の絶縁層は、この半導体モジュールとこの半導
体モジュールを実装する他の基板との間に生ずる応力を
緩和し、かつ金型を用いて形成されたものである。

【００２７】また、上記半導体モジュールであって、基
板と半導体チップの間に、半導体チップと基板との間に
生ずる応力を緩和する第２の絶縁層を有する構成とす
る。

【００２８】また、上記半導体モジュールであって、第
１の絶縁層の厚さが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍとするもの
である。

【００２９】また、上記半導体モジュールであって、第
１の絶縁層は基板の周縁部に形成され、さらに、第１の
絶縁層は間隙部を有するものである。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。なお、本発明を説明する全ての図におい
て、同一符号は同一部位を示しているため、重複する説
明を省いている場合があり、さらに説明を容易にするた
め、構造の一部省略や各部の寸法比は実際とは変えて記
載してある。

【００３１】図1は、本発明による半導体モジュールの
構造を説明するための、部分断面図である。この半導体
モジュールに用いるモジュール基板は、シリコンの場合
には、通常の半導体装置製造で使用するようなウエハ状
態で製造することも可能である。ガラスやセラミックス
を用いた場合にはシリコンと同様のウエハ状態でモジュ
ール基板を製作することも可能であるし、角型の薄板状
で基板製作することも可能である。

【００３２】図において、半導体装置１は半導体製造工
程でいわゆる前工程と呼ばれる半導体回路形成工程を経
た半導体チップであったり、BGA、CSP、ウエハレベルCS
Pなどのバンプを介して接続する半導体であり、半導体
装置１はこれを搭載するモジュール基板２上に設けた電
極８とバンプ６を介して接続される。モジュール基板２
の半導体装置搭載面で、半導体装置１が搭載されない領
域には、保護膜２０を介して低弾性率の材料からなる枠
状の応力緩和層（以後、低弾性層と呼ぶこともある）１
０が形成され、半導体装置１と電気的に接続する電極８
につながる配線３がこの応力緩和層１０上に形成されて
いる。この応力緩和層１０上に形成された配線３は、さ
らに外部基板との接続を行うための外部接続端子５と接
続する電極９につながる。この配線３は、少なくとも半
導体装置１と接続するための電極８、外部接続端子５と
接続するための電極５を除き絶縁層４で被覆される。

【００３３】バンプ６には、金等の線材を超音波ボンデ
ィング装置により凸型の形状を形成したものや、スズ、
鉛、銅、銀、ビスマス、亜鉛、インジウム等の金属を単
独あるいは２種類以上混合した合金をはんだバンプ６と
して用いることができる。さらに、銀や金等の導電性材
料を配合した樹脂をバンプ６として用いることも可能で
ある。これらはんだバンプ６は、はんだの微粒子をロジ
ン等からなる材料に配合し、適当なマスクを用いて半導
体装置の電極上に印刷し、その後はんだの溶融温度以上
に加熱してはんだを溶融させることにより形成すること
もできる。導電性の粒子を配合した樹脂を用いた場合も
同様に、ペースト状の前記樹脂材料を適当なマスクを用
いて半導体装置の電極上に印刷し、加熱により硬化ある
いは半硬化状態とする方法によってもバンプ形成が可能
である。さらに、電極表面の酸化膜を除去し適度な粘着
性を有するフラックスを当該電極上に塗布し、適当な粒
子径のはんだボールをマスク等により該電極上に整列
し、リフロ炉等によりはんだの溶融温度以上に加熱する
ことによりバンプを形成することもできる。これらは当
然、外部接続端子５の形成にも適用することができる。

【００３４】バンプ６と接続する半導体装置１に設けた
電極（図示せず）は、前工程と呼ばれる工程で形成され
たアルミニウムや銅の電極や、前工程の後さらにウエハ
ーレベルＣＳＰのような電極から半導体装置表面に銅等
の配線で再配線を行った後に形成される電極を用いるこ
とが可能である。この電極表面にニッケルや金等の表面
処理を行うことにより、バンプと電極表面のぬれ性を向
上させたり、後述する半導体モジュールを外部基板に搭
載する等の加熱工程においてバンプ材料が電極中に拡散
しバンプと電極部の接合強度の低下を防止させることが
できる。

【００３５】外部接続端子５は、バンプ６と同様にはん
だボール以外にも、導電性の粒子を配合した樹脂などに
より構成しても良い。外部基板との接続方法によって
は、ボールや端子形成を行わずに使用しても良い。

【００３６】半導体装置１には、半導体チップ、ＢＧ
Ａ、ＣＳＰ、ウエハーレベルＣＳＰなどの他、ＱＦＰ、
TSOPなどのリードタイプの半導体装置も使用しても良
い。

【００３７】次に、本構造における応力緩和層１０につ
いて説明する。応力緩和層１０については、種々実験検
討をおこなった結果、低弾性の材料層を介して外部接続
端子（例えばはんだボール）を形成することが好まし
く、これによって所定の高さの確保と応力緩和の両方を
実現できる。ここで低弾性とは、室温において０．１Ｇ
Ｐａから１０ＧＰａの弾性係数を有するものを言う。こ
の範囲の弾性係数を有する応力緩和層であれば信頼性の
ある半導体モジュールを提供することができる。０．１
ＧＰaを下回る弾性係数の応力緩和層の場合、半導体モ
ジュールそのものの重量を支えることが困難になって半
導体モジュールとして使用する際に特性が安定しないと
いう問題が生じやすく、１０ＧＰaを越える弾性係数の
応力緩和層を使用すると、応力緩和層１０自身が持って
いる内部応力のためにモジュール基板２の反りが発生
し、露光工程でのピントズレや配線形成工程などでのハ
ンドリング不具合などが発生し易くなり、さらにはモジ
ュール基板２が割れるという不具合が発生する危険性す
らあるからである。

【００３８】図３は、半導体モジュールの外形寸法とこ
の半導体モジュールを樹脂基板に搭載し接続部分の寿命
を確保するのに必要な応力緩和層の厚さを示したもので
ある。なお、同じ半導体モジュール寸法であっても、応
力緩和層の弾性率が低い場合には応力緩和層の厚さを薄
くしても接続寿命の確保が可能であることから、図で
は、弾性率を考慮した応力緩和層の許容範囲を示してい
る。図から分かるように、半導体モジュールの寸法が大
きくなると接続寿命を確保するための応力緩和層を厚く
する必要が生じる。例えば、半導体モジュールサイズが
３０ｍｍ程度の場合、応力緩和層の厚さは350μｍ程度
必要となる。それに満たない場合は応力を緩和すること
ができず、それを超える場合はモジュール基板に歪を与
えるので好ましくない。応力緩和層のような樹脂層の厚
膜化は、樹脂層が厚くなると基材の破損や樹脂層のクラ
ック、剥離等を生じる可能性がある。また、例えば、半
導体モジュールの対角寸法が2乃至3ｍｍと小さければ、
応力緩和層を無くしたとしても、半導体モジュールとこ
れを搭載する外部基板との間で生じる熱応力は、半導体
モジュールの有する絶縁層２０によって緩和することも
理論上は可能である。但し、半導体モジュールを外部基
板に実装した場合において、モジュール基板２に搭載す
る半導体装置１が外部基板に接触しないような高さを確
保する手段が別途、必要になることは言うまでもない。
従って、一般的なモジュールサイズである一辺が３０ｍ
ｍまでのものを対象とすると、応力緩和の観点から最大
３５０マイクロメートル程度の厚さが応力緩和層１０に
必要となる。一方、外部基板への実装時における高さ確
保の観点からは、半導体モジュールの有する半導体装置
１の裏面が外部基板に接触しないようにする必要があ
り、モジュール基板と外部基板とのギャップを、モジュ
ール基板から半導体装置１の裏面までの高さに対して同
等以上に形成しなければならない。一般に、外部接続端
子５をはんだボールで構成した場合、外部基板への接続
時においてはんだは溶融し、外部基板側の電極上を濡れ
拡がると同時にはんだの表面張力により半導体装置が外
部基板に引き付けられるため、実装前に比べてその外部
接続端子の高さは低くなる。従って、実装後の外部基板
との接触による半導体装置（特に半導体チップ）裏面へ
の影響を考慮するのであれば、モジュール基板２から外
部接続端子の先端までの高さ（半導体モジュールの有す
る応力緩和層の厚さと外部接続端子との高さの和）を、
モジュール基板から半導体装置１の裏面までの高さより
も高くなるように形成することが好ましい。図２８は本
発明の半導体モジュールを外部基板１５に搭載した状態
を示したものである。半導体装置１は外部基板１５との
間に適当な間隔を保って搭載されている。通常外部基板
１５の表面は配線等が形成されているため完全に平坦な
構造ではない。そのため、半導体装置１の裏面と外部基
板１５の間に適当な距離が保たれないと、半導体モジュ
ール搭載のためのリフロ工程等で外部基板１５が変形
し、半導体装置１の裏面が外部基板１５に接触し半導体
装置１の損傷、機能劣化等を生ずる場合がある。外部基
板１５の平坦性、リフロ工程での外部基板１５の変形を
考慮し、半導体装置１の裏面と外部基板１５との距離は
少なくとも0.05mm以上にする必要がある。一方、半導体
装置１の裏面と外部基板１５との間隔を広くしようとし
た場合、応力緩和層１０を厚くするかあるいは半導体装
置１を非常に薄くする必要がある。半導体装置１の薄型
は、素子の機械的強度低下を招くため、極端な薄型化は
困難である。一方、応力緩和層１０の形成過程で応力緩
和層材料が加熱流動するため、応力緩和層１０の厚肉化
にも限界がある。そこで、半導体装置１の機械的な強度
低下を招かず、応力緩和層１０の形成が可能な範囲を考
慮して半導体装置１の裏面と外部基板１５の間隔は0.7m
m以下とするのが好ましい。逆に、実装後の外部基板と
の接触による半導体装置（特に半導体チップ）裏面への
影響が問題とならないのであれば、モジュール基板２か
ら外部接続端子の先端までの高さ（半導体モジュールの
有する応力緩和層の厚さと外部接続端子との高さの和）
を、モジュール基板から半導体装置１の裏面までの高さ
とほぼ同じにしても良い（但し、モジュール基板から半
導体装置１の裏面までの高さの方が大きくてはいけな
い）。この場合、半導体モジュールを外部基板へ実装す
ると、半導体装置１の裏面が外部基板と接触することで
が一定のギャップを保持でき、図４（A）（B）に示すよ
うに円筒状さらには図4（Ｃ）に示したような鼓状のは
んだ接続部を形成することが可能となる。このうち図４
（C）に示す鼓状のはんだ接続形状は、球状のはんだ接
続に比べて接続部の疲労寿命が長くなることが知られて
いる。

【００３９】従って、前述の応力緩和の観点にこの高さ
確保の観点を加味すると、応力緩和層１０の厚さは半導
体モジュールの寸法、搭載する半導体装置の厚さ、半導
体モジュールと外部基板の接続ピッチによって種々異な
るが、概ね半導体モジュール寸法が一辺３０mmまでのも
のについては、半導体モジュールに搭載された半導体装
置が外部基板と接触しない厚さから最大値350μｍまで
の厚さの応力緩和層１０を用いることが好ましいことと
なる。次に、応力緩和層１０の形状について説明する。
応力緩和層１０の形状は、図１からも分かるように、半
導体装置１の周辺を囲むような枠状とすることが好まし
い。枠状とすることで外部接続端子５の配置面積を十分
に確保することができる。また、半導体装置１などをモ
ジュール基板２の中央付近に配置するが、その実装面積
をも十分に確保でき、実装位置の制限も少ないと言った
効果もある。一般に半導体装置などのバンプ間隔は狭ピ
ッチ化しており、それに伴い半導体装置を受ける回路基
板側の負担が増え、回路基板においてバンプから所望の
位置へ配線を引き回すことが困難となりつつある。これ
は、通常の殆どの回路基板（プリント基板）では耐熱性
の低い有機材料を用いており、そのため微細配線を形成
するのに好適なスパッタによる形成手法を用いることが
出来ないからである。このような状況下では、半導体装
置のバンプピッチに対して半導体モジュールの外部接続
端子ピッチを拡大するように構成することが求められ
る。応力緩和層１０を枠状に形成すれば、全ての配線が
中央付近から外側に殆ど規則的に放射状に伸びるように
形成でき、バンプ６から外部接続端子５までのピッチを
拡大するような配線３を容易に引き回すことができる。
半導体モジュールを外部基板へ実装（配線の引き回し）
することを考えても、モジュール基板２の外周付近に外
部接続端子６が配置されていた方が良い。モジュール基
板の外周付近になるほど、枠状の応力緩和層１０の一辺
が長くなり、それによってバンプを実装する面積が拡大
し、外部接続端子５間のピッチをより広くすることが可
能となるからである。なお、モジュール基板２には耐熱
性の高いシリコン基板、ガラス基板、セラミック基板な
どを使用するので、前述のスパッタにより微細な配線を
形成することが出来る。

【００４０】応力緩和層１０の断面は台形形状でありモ
ジュール基板２に対して傾斜する部分を有するが、この
傾斜角度を最適化することで配線３の断線を抑制するこ
とが可能となる。平均勾配は５乃至４５％程度が好まし
い。５％を下回る傾斜角の場合、傾斜が長くなりすぎて
所望の膜厚が得られない。例えば、平均勾配３％の傾斜
角で厚み１００マイクロメートルとするためには、３mm
超の水平距離が必要となり左右のエッジ部をあわせると
ほぼ７mmがなければ所望の膜厚が得られないことにな
る。一方、傾斜角が４５％超の場合、水平距離の点では
問題がないが、逆に配線形成の際に十分なステップカバ
レッジが得られない危険性が高い。特にめっきレジスト
の付き回りや露光および現像の工程でのプロセスマージ
ンがなく、特別な技能または技術が必要となる。さらに
傾斜角が大きい場合には、いわゆる応力集中効果が作用
してそのエッジ部に応力が集中し、その結果としてエッ
ジ部で配線３の断線が発生しやすくなる傾向があらわ
れ、配線構造に特別な工夫が必要となる場合がある。

【００４１】配線３の断線を効果的に防止するには、例
えば、応力緩和層１０の傾斜部で配線３を太くすること
が好ましい。この場合、必ずしもすべての配線３を同じ
太さにする必要はなく、例えば図５に示すように電源／
グランド線と信号線とで配線３の幅を変えるようにして
もよい。図中において、メッシュを施した領域が応力緩
和層１０である。この場合、電気的な特性を考慮すると
一般には電源／グランド線を信号線よりも太くすること
が望ましい。信号線を太くした場合、これにより配線の
有する容量成分が増加し、高速動作時に影響を及ぼすか
らである。逆に電源／グランド線を太くすると電源電圧
が安定するという効果が期待できるのでむしろ好まし
い。したがって、図示するように信号用配線について
は、応力の集中する部分だけを最低限緩和できるように
エッジ周辺を太くしたパターンとし、電源用またはグラ
ンド用配線については傾斜部を一様に太くすることが望
ましい。一方、応力緩和層が形成されていない領域（無
地部）については、配線の容量成分の影響を考慮し、信
号配線を細くしている。ただし、これは半導体装置の種
類やその配線パターンによりその都度考慮する必要があ
る。例えば、半導体装置やその配線パターンにも依存す
るが、保護膜２０の厚みを増大すると配線の容量低減に
大きな効果があるので、応力緩和層が形成されていない
領域で信号配線を太くせざるを得ない場合には、保護膜
２０を厚く形成することが望ましい。具体的には、配線
幅を１０％増大させる場合には、保護膜２０の膜厚も約
１０％程度増大させることが望ましい。

【００４２】また、図示はしていないが、配線３として
銅配線の上にニッケル層を形成したものを用いると、半
導体モジュールと外部基板との間に働く熱応力により配
線３が変形を受け、その後その応力が解放されたとき
に、配線３はニッケル層のばね性により変形前の形状に
戻ることができる。例えば、半導体モジュールの動作に
より引き起こされる熱応力の作用により、応力緩和層及
びその上に形成されている配線３がお互いに密着した形
で変形する。このときの配線の変形には応力緩和層のふ
くらみ部分にある配線の冗長部分のたわみ部分が用いら
れる（ふくらみ部分については後述する）。その後、熱
応力等から解放されて応力緩和層が元の形状に戻ったと
きに、配線３が銅配線のみの銅配線は銅配線自身のばね
性では元の配線形状に戻りにくい。一方、銅配線の上に
ニッケル層を形成すると、そのニッケル層のばね性によ
り配線（銅配線）は元の形状に容易に戻ることができ
る。なお、銅配線の上に形成されるのはニッケル層に限
らず、銅配線の上でニッケル層と同程度のバネ性を持つ
ものであってもよい。

【００４３】図６は、基板に複数の半導体装置を搭載し
た半導体モジュール構造の実施例である。半導体装置１
ａ〜１ｅは、複数個の同一あるいは異なった機能を有す
る半導体装置からなる。半導体装置とこれを搭載する基
板との接続は、前述した方法を単一あるいは複数組み合
わせて行うことができる。さらに、必要に応じて、抵
抗、コンデンサ、コイル等のチップ部品も同時に搭載し
て用いることも可能である。この場合もモジュール基板
への搭載接続をリフロープロセスにより行うことを考慮
すると、半導体装置１などのバンプ６ははんだボールで
あることが望ましい。例えば、所望の機能を実現するマ
イコンと、メモリとをそれぞれ搭載すれば、ある機能を
備えた半導体モジュールを構成することが出来る。例え
ば、携帯情報端末において、予め電子機器内に保存され
ていたり、カメラ機能等を用いた撮影、あるいは通信手
段等により取得した静止画、動画、音声等の情報を高速
で処理する半導体モジュールや、高品位テレビや、セッ
トトップボックス、ゲーム機器等において高速で多量の
画像、音声等の情報を処理する役割を有する半導体モジ
ュール等に適用可能である。従来は、ユーザであるセッ
トメーカなどがメモリ、マイコンなどの半導体を個別に
購入し、配線の引き回しなどのレイアウト設計を行い、
その設計に基づいて半導体を外部基板（回路基板）上に
実装していたが、このように所定の機能を実現した半導
体モジュールを提供できれば、ユーザはこの半導体モジ
ュールを１つの部品として取り扱うことができ、設計の
負担は激減する。特に数ヶ月おきに新機能を追加した
り、機能のバージョンアップなどがある分野、例えば携
帯電話や携帯情報端末等で有効となる。

【００４４】以上説明した半導体モジュールにおける配
線３は、搭載する半導体装置１のピン数およびピン間
隔、配列状態に応じて２層以上形成して用いることも可
能である。図７では、応力緩和層を２層（２０、３０）
で構成し、応力緩和層３０上に形成された配線（図示せ
ず）のほか、半導体装置６の有するバンプ６と接続する
電極８から、応力緩和層３０を介して保護膜２０上に形
成した配線３１（この配線は応力緩和層２０上の配線で
もある）へ接続し、応力緩和層２０上で応力緩和層３０
を介して外部接続端子５と接続する電極９と接続するよ
うに構成している。応力緩和層３０は、上下配線間の絶
縁を確保出来ればよく、応力緩和層２０を覆うようにし
て半導体装置１の搭載面も含めて形成される。図では、
半導体装置１に半導体チップを使用しているため、半導
体装置１とモジュール基板２との間にはアンダーフィル
２４が充填されている。

【００４５】図８、９にこれらの半導体モジュールの製
造工程を示す。本発明の半導体モジュールに用いるモジ
ュール基板は、ウエハ形状で製造すれば一度の工程で複
数個を同時に製造可能であるが、本説明では説明を簡単
にするため、図1の形態に基づき１つ分の半導体モジュ
ールに関して説明する。

【００４６】図８（ａ）は、半導体装置を搭載する基材
２に絶縁膜２０を形成したものである。この半導体装置
搭載基板に用いる基材２は、半導体装置としての機能を
有しないものや、抵抗、容量、コイルのような受動素子
の機能を有するものや、あるいは通常のメモリ、マイコ
ンのような半導体装置のような能動素子としての機能を
有するものを用いることができる。基材が上記機能を有
する場合、前記絶縁膜２０には、基材上に形成する配線
と接続するための開口部（図示せず）が必要に応じて設
けてある。この絶縁膜２０は、後に形成する応力緩和層
１０と基材２との反応抑制、密着性向上のために設けた
ものであり、これらが問題とならないのであれば形成す
る必要は必ずしもない。

【００４７】図８（ｂ１）から（ｂ４）は、絶縁膜２０
上に応力緩和層１０を形成する工程である。先ず図８
（ｂ１）の工程では、基材２上に形成した絶縁膜２０の
上に応力緩和層形成のためのマスクをセットする。この
マスクは、図８（ｂ１）に示したように絶縁膜２０に接
触させても良いし、絶縁膜２０から適当な間隔に離して
セットしても良い。次に、図８（ｂ２）の工程では、応
力緩和材料１２を前記マスク上に載せ、スキージ１３を
このマスク上で平行移動させることにより、マスクの開
口部１４に応力緩和材料１２を刷り込む。マスクを絶縁
膜から適当な間隔をおいてセットした場合には、スキー
ジによる応力緩和材料１２の刷り込み過程で応力緩和材
料が絶縁膜２０と接触するようにスキージに適当な圧力
を加え、マスクが基材側に撓むようにして応力緩和材料
１２の刷り込みを行う。スキージの平行移動速度、基材
側への圧力等の条件は、使用する応力緩和材料の粘度、
チキソトロピック性、マスクの開口形状、マスクの厚さ
等によって種々変更可能である。本実施例に於いてはマ
スクの開口形状は枠状としている。ウエハ状態で形成す
るなどにして複数個を同時に形成する場合は、開口部１
４は１つの半導体モジュールに対応させる。

【００４８】マスクの開口部１４への応力緩和材料１２
を刷り込み後、図８（ｂ３）のようにマスクを絶縁膜部
から取り除き、その後、応力緩和材料は加熱炉等で適当
な時間硬化を行い、図８（ｂ4）に示した応力緩和層１
０が形成される。絶縁膜２０上からマスクを取り外す工
程で応力緩和材料１２が周囲に広がる場合や、応力緩和
材料１２の硬化のため材料の温度が上昇する過程で応力
緩和材料の粘度低下が生じ、応力緩和材料１２が周囲に
広がるため、応力緩和層１０の端部の形状は絶縁膜部と
段差が生じない斜面部が形成される。図では、応力緩和
層１０の有する傾斜部は外側の方が内側よりも傾斜が急
であるが、これは実装密度を考慮したためであり、応力
緩和層１０上に配線を形成しない側であるため問題はな
い。当然のこととして外側と内側の傾斜をほぼ同じよう
に形成しても良い。外側と内側の傾斜角を積極的に変え
るのであれば、図１０に示すようなマスク401を用いて
印刷形成するのが良い。すなわち、内側の傾斜を形成す
るマスク部分を多段階の厚みにし、中央に向かうほど厚
みを薄くしたマスクを用いることが好ましい。

【００４９】また、図では、応力緩和層１０の外周側の
エッジは、最終的に１つの半導体モジュールとなるモジ
ュール基板２よりも内側に来るように形状をコントロー
ルしている。これは、ウエハレベルから個別の半導体モ
ジュールに切り分ける際のダイシングを容易にするため
でもあるが、保護膜４で応力緩和層１０の全部（電気的
接続部分を除く）を覆うことで信頼性を向上させるため
でもある。図１では、簡単のため、絶縁層４により応力
緩和層１０の外側を覆わない例を示している。このよう
な構成の場合、応力緩和層１０とモジュール基板２との
物性が異なるので応力緩和層１０のダイシングとモジュ
ール基板２のダイシングとを２段階に分けるのが好まし
い。

【００５０】図８（ｃ）では、応力緩和層１１および絶
縁膜２０に、半導体装置を搭載するための電極、この基
板よりなる半導体装置と外部基板とを接続するための電
極、上記２種類の電極を相互に接続するための配線３を
形成する。先ず、上記電極および配線を電気めっき法で
形成するための給電膜をスパッタリング等の方法により
形成する。本手法は微細配線を形成するのに好適であ
る。その後、この給電膜上に露光によりパターン形成が
可能なフォトレジストを塗布し、電極および配線パター
ンを形成した露光用マスクを用いて前記パターン部のフ
ォトレジスト部を除去する現像を行う。フォトレジスト
により除去されたパターンを用いて電気めっきを行い、
電極部ならびに配線部が形成される。めっきによる必要
厚さの電極ならびに配線を形成後、適当なエッチング液
を用いて不要となったフォトレジストおよび給電膜を除
去し、図８（ｃ）の形状が得られる。なお、スパッタリ
ングにおいて４００℃程度の高温処理が加わるが、本実
施例ではシリコンやガラス、セラミックス等の耐熱性の
基板を使用するので、基板が膨張することによる配線形
成不良などはない。

【００５１】また、図７に示したように、複数の半導体
装置１をモジュール基板２上に搭載する場合、各半導体
装置１間の配線が必要である場合や、モジュール基板２
の基材が抵抗等を有する場合には、これらを相互に接続
する必要があり、絶縁膜２０や応力緩和層１０上に形成
する配線が１層では不十分な場合があるが、この場合は
前記配線工程を２回以上繰り返し電極や配線を形成すれ
ば良い。

【００５２】図９(a)は応力緩和層１０や絶縁層２０に
設けた配線を保護し、電極上のはんだ等の流出を防止す
る絶縁層４を形成するものである。絶縁層４は、エポキ
シ樹脂やシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂からなる絶縁
層材料を塗布し、適当なフォトマスク等を用いて露光、
現像を行い各電極部におけるはんだ等の接合部の開口を
行う。絶縁層４の材料の塗布は、一般の半導体の製造工
程で適用されるスピンコート法や、シート状の絶縁層形
成材を絶縁層形成面に貼り合せたり、あるいはカーテン
コート法やロールコート法等の印刷法により行うことも
可能である。

【００５３】図９(b)では、図９(a)迄の工程で作成した
基板に半導体装置１を搭載する工程である。この工程で
は、先ず、半導体装置のバンプに対応する基板上の電極
にフラックスあるいははんだペーストを塗布する。半導
体装置搭載部とその周囲に設けた応力緩和層の高低差が
小さい場合には基板上の電極部へのフラックス等の塗布
にマスクを用いた印刷法により行うことができる。しか
し、前述の高低差が大きくなると半導体装置搭載部への
フラックス等の塗布が困難となる。この場合は、半導体
装置のバンプにフラックス等を転写してから基板上の電
極部に接続する方法や、基板上の電極位置に対応して配
列したピンにフラックス等を転写し、これをさらに基板
上の電極に転写する方式によりフラックス等を電極上に
塗布することが可能である。上述した方法でフラックス
等を基板上の電極に塗布後、半導体装置を基板上に搭載
し、バンプの溶融温度以上に加熱することにより半導体
装置と基板との接合を行うことができる。

【００５４】図９(c)は半導体装置１を搭載したモジュ
ール基板２と外部基板との接続をおこなうための外部接
続端子となるはんだボール５を搭載する工程である。は
んだボール５の搭載は、半導体装置１の搭載と同様な方
法を用いて外部基板接続用電極部にフラックス等を塗布
し、適当なマスクを用いてはんだボールを対応する電極
位置に配列させる。その後、はんだボールの溶融温度以
上に加熱させることにより、はんだボールを応力緩和層
１１上の電極に固定する。はんだボール５を２列以上配
置すると、搭載領域の平坦度が要求される。その場合、
図示はしていないが、応力緩和層１０の平坦化処理を図
９（ｂ−４）の後で行うことが有効である。

【００５５】半導体装置の基板上への搭載あるいは基板
上へのはんだボール搭載後、当該半導体装置の製造工程
で使用したフラックスを除去するため、当該半導体装置
の製造では必要に応じて洗浄工程を追加する。

【００５６】さらに、図１１に示したように、半導体装
置と基板の隙間に樹脂２４を充填して用いることも可能
である。この半導体装置と基板の隙間に充填する樹脂と
しては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹
脂等を単独、あるいは2種類以上混合したものに、二酸
化珪素、酸化アルミニウム等の充填材や、カップリング
剤、着色剤、難燃剤等を必要に応じて配合しても良い。
以上述べたような工程により本発明の半導体装置を製造
することができる。特に、応力緩和層１０を高粘度で液
状の低弾性樹脂材料を適当なマスクを用いて印刷法によ
り形成すれば、樹脂の硬化過程でこの低弾性樹脂が流動
し、印刷部分と非印刷部分の境界部分がなだらかに続い
た形状を形成することが出来る。なだらかに続いた形状
であれば、印刷部分上部および非印刷部分に一括で配線
３を形成することもできる。すなわち、本構造では外部
接続端子５までの配線３を応力緩和層１０上に形成しな
ければならないが、マスク印刷であればその傾斜部分を
含めた形状のコントロールができ、配線が断線しないよ
うな所望の傾斜に形成することができ、半導体モジュー
ルの信頼性を向上させることができる。また、マスク印
刷を用いてこの低弾性材料層を形成することで極めて生
産効率の良い半導体モジュールを実現することができ
る。また、その形状のコントロールにも優れる。

【００５７】ところで、応力緩和層１０の形成用の材料
は、ペースト状のポリイミドが好ましく、保護膜２０の
上に印刷塗布された後に加熱することで硬化することが
出来る。また、このペースト状のポリイミドは、ポリイ
ミドの前駆体と溶媒およびその中に分散した多数のポリ
イミドの微小粒子からなっている。微粒子としては、具
体的には平均粒径１乃至２マイクロメートルであり、最
大粒径が約１０マイクロメートルとなる粒度分布を有す
る微小粒子を使用した。ポリイミドの前駆体は、硬化す
るとポリイミドの微小粒子と同一材料となるので、ペー
スト状のポリイミドが硬化した際には、一種類の材料か
らなる均一な応力緩和層１０が形成されることとなる。
ここでは、応力緩和層形成材料としてポリイミドを用い
たが、アミドイミド樹脂、エステルイミド樹脂、エーテ
ルイミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリエ
ステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹
脂、ポリエーテルスルフォン樹脂およびこれらを変性し
た樹脂などを用いることも可能である。ポリイミド以外
の樹脂を使用する場合には、上記ポリイミド微小粒子表
面に相溶性を付与する処理を施すか、あるいは、上記ポ
リイミド微小粒子との親和性を向上するように樹脂組成
に変成を施すことが望ましい。上記列挙した樹脂のう
ち、イミド結合を有する樹脂、例えばポリイミド、アミ
ドイミド、エステルイミド、エーテルイミド等では、イ
ミド結合による強固な骨格のおかげで熱機械的特性、例
えば高温での強度などに優れ、その結果として、配線の
ためのめっき給電膜形成方法の撰択肢が広がる。例え
ば、スパッタなどの高温処理を伴うめっき給電膜形成方
法を選択できる。シリコーン樹脂やアクリル樹脂、ポリ
エステル樹脂、アミドイミド、エステルイミド、エーテ
ルイミドなどイミド結合以外の結合で縮合した部分があ
る樹脂の場合、熱機械特性は若干劣るものの加工性や樹
脂価格などの点で有利な場合がある。例えば、ポリエス
テルイミド樹脂では、一般にポリイミドよりも硬化温度
が低いため扱いやすい。このようにペースト状のポリイ
ミド中にポリイミド微小粒子を分散させることで材料の
粘弾特性を調整することが可能となるため、印刷性に優
れたペーストを使用することが出来る。微小粒子の配合
を調整することで、ペーストのチキソトロピー特性を制
御することが可能となるため、粘度の調整と組み合わせ
ることで、印刷特性を改善することが出来る。また、応
力緩和層１０の傾斜角度を調節することもできる。好適
なペーストのチクソトロピー特性は、回転粘度計を用い
て測定した回転数１rpmでの粘度と回転数１０rpmでの粘
度の比から求めた、いわゆるチクソトロピーインデック
スが２．０から３．０の範囲にあることが望ましい。な
お、チクソトロピーインデックスに温度依存性が現れる
ペーストの場合、チクソトロピーインデックスが２．０
から３．０の範囲になるような温度領域で印刷すると良
い。

【００５８】このように印刷により応力緩和層１０を形
成すると、図１２に示すように、ちょうどマスク開口部
のエッジに対応した位置近傍にふくらみ部分が存在する
が、このふくらみ部分の位置および存在の有無について
は、ペースト状のポリイミドの組成を調整したり、印刷
に関わる各種条件を変更することで、ある程度制御可能
となる。なお、この場合の印刷に関わる各種条件として
は、メタルマスク厚さ、スキージ速度、スキージ材質、
スキージ角度、スキージ圧（印圧）、版離れ速度、印刷
時のウェーハの温度、印刷環境の湿度等々があげられ
る。

【００５９】図示するように、応力緩和層１０にふくら
み部分を積極的に形成した場合は、配線３のたわみ部分
を形成することができ、これにより熱膨張などによる応
力を吸収しやすい構造となり、断線をより防止すること
ができる。具体的には、応力緩和層１０の平均厚さに対
して、最大で約２５マイクロメートル、望ましくは７乃
至１２マイクロメートル程度の高さを持つふくらみ部分
が形成されることが好ましい。この程度の頂点であれ
ば、マスク印刷により十分形成可能である。例えばこの
ふくらみ部を半径が１０マイクロメートルの半円筒形状
と仮定すると、ふくらみ部の半弧の長さは（２×３．１
４×１０マイクロメートル）／２＝３１．４マイクロメ
ートルとなり、配線の冗長長さはふくらみ部１個につい
て３１．４―１０＝２１．４マイクロメートルとなる。
このように、配線３４に冗長部を設けることができるた
め、配線構造およびはんだ接合部に作用する熱応力が緩
和され、従って、信頼性の高い配線構造を提供できる。

【００６０】さらに、応力緩和層１０の材料の硬化温度
は１００℃から２５０℃までのものを用いる事が望まし
い。硬化温度がこれより低い場合、半導体モジュール製
造時の工程内での管理が難しく、硬化温度がこれより高
くなると硬化冷却時の熱収縮でモジュール基板への応力
が増大する懸念があるからである。

【００６１】また、硬化後の応力緩和層１０はスパッ
タ、めっき、エッチングなどのさまざまな工程にさらさ
れることから、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性などの特性
も要求される。具体的には、耐熱性としてそのガラス転
位温度(Tg)が１５０℃超４００℃以下であることが望ま
しく、より望ましくはTgが１８０℃以上、最も好ましく
はTgが２００℃以上である。

【００６２】図１３はガラス転移温度(Tg)と線膨張係数
の関係を示す実験結果である。これより、ガラス転移温
度(Tg)が２００℃以上であれば、クラックが発生してい
ないことが分かる。なお、工程中での様々な温度処理に
おける変形量を抑える観点から、Tｇ以下の領域での線
膨脹係数（α１）は小さいほど好ましい。具体的には３
ｐｐｍに近いほどよい。一般に低弾性材料は線膨脹係数
が大きい場合が多いが、好適な線膨脹係数の範囲は３ｐ
ｐｍ〜３００ｐｐｍの範囲である。より好ましくは３ｐ
ｐｍ〜２００ｐｐｍの範囲であり、最も望ましい線膨脹
係数は３ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍの範囲である。

【００６３】一方、熱分解温度（Td）は約３００℃以上
であることが望ましい。TgやTdがこれらの値を下回って
いると、プロセス中での熱工程、例えばスパッタやスパ
ッタエッチ工程で樹脂の変形、変質や分解が起こる危険
性がある。

【００６４】その他、耐薬品性の観点から言うと、３０
％硫酸水溶液や１０％水酸化ナトリウム水溶液への２４
時間以上の浸漬で変色、変形などの樹脂変質が起こらな
い事が望ましい。耐溶剤性としては、溶解度パラメータ
ー（ＳＰ値）が８〜２０(cal/cm3)1/2となることが望ま
しい。応力緩和層の材料がベースレジンに幾つかの成分
を変成してなる材料である場合には、その組成の大部分
が上記溶解度パラメータの範囲にはいっていることが望
ましい。より具体的にいうと、溶解度パラメータ（ＳＰ
値）が８未満あるいは２０超である成分が５０重量％を
越えて含有されていないことが望ましい。これらの耐薬
品性や耐溶剤性が不十分だと適用可能な製造プロセスが
限定される場合があり、製造原価低減の観点から好まし
くないこともある。

【００６５】ところで、上述した応力緩和層１０に含ま
れる微小粒子は、応力緩和層１０と同一材料で、同じ物
性を有している。応力緩和層中で微小粒子が分散するこ
とで印刷に必要な粘弾性特性を有することができる。し
かし、前述の如く、この構造では、モジュール基板２と
応力緩和層１０との境界で物性値が急激に変化するため
熱応力等がその境界部分に集中して配線が断線等する可
能性がある。そこで、モジュール基板２に形成された応
力緩和層１０の特性を厚み方向で異ならせ、モジュール
基板側の応力緩和層の特性がモジュール基板の特性に近
くなるようにした。これにより、モジュール基板と応力
緩和層の境界部における特性の差を少なくし、これらの
上に設けた配線に不連続な力や、応力緩和層の膨張収縮
による引張りや圧縮、曲げの応力が配線部に加わらない
ようにすることで、配線部の断線防止が可能となる。

【００６６】さらに、モジュール基板側の応力緩和層１
０の特性はモジュール基板に近く、この半導体モジュー
ルを実装する回路基板側はその回路基板の特性に近くす
ることにより、応力緩和層上の配線のみならず半導体モ
ジュールと回路基板の接続部の接続寿命向上にも有効で
ある。

【００６７】ここで、応力緩和層１０の厚み方向で漸次
変化する特性として、熱膨脹係数あるいは弾性率等が考
えられる。そして、応力緩和層の特性を変化させる具体
的な手段として、図２５に示すように、絶縁性の粒子で
あるシリカ粒子１０２を配合し、応力緩和層１０の厚さ
方向にシリカ粒子１０２の配合量の分布を持たせ熱膨脹
係数や弾性率を徐々に変化させる。シリカ粒子１０２が
多く分布している部分では、応力緩和層１０の熱膨張係
数が小さく弾性率は高くなる。一方、シリカ粒子１０２
の配合量が少なくなると熱膨脹係数は大きくなり弾性率
は低くなる。

【００６８】従って、応力緩和層１０は、その弾性率や
熱膨脹を調整するための絶縁粒子である、シリカ、アル
ミナ、窒化ホウ素等の無機材料からなる粒子を一種類あ
るいは二種類以上配合し、また必要に応じてポリイミド
やシリコーン等の有機材料からなる粒子を適宜配合して
もよい。

【００６９】さらに、シリカ粒子や絶縁樹脂層を構成す
る各種界面との接着性向上のためアルコキシシランやチ
タネート等からなるカップリング剤、樹脂の破断伸びや
破断強度を向上させる熱可塑性樹脂等の改質剤、ウェー
ハ上に形成された回路部の紫外線等による誤動作を防止
するため絶縁樹脂層を着色するための染料や顔料、樹脂
層の硬化反応を促進させるための硬化促進剤等を配合す
ることも可能である。

【００７０】厚さ方向で特性を変化させた応力緩和層１
０の形成方法としては、例えば前記記載の材料を配合し
てなる液状の応力緩和層１０をモジュール基板上に塗布
し、この応力緩和層１０を加熱硬化する過程で、配合し
たシリカ等からなる絶縁粒子をウェーハ側に漸次沈降さ
せる方法がある。シリカ粒子の粒子径に分布が有る場
合、粒子径の大きい粒子ほど沈降が早く、粒子径の小さ
い粒子ほど沈降し難く、モジュール基板を下側にして応
力緩和層の加熱硬化を行うと、応力緩和層の厚み方向で
特性の分布が形成される。

【００７１】応力緩和層１０に配合されたシリカ粒子の
膜厚方向での濃度分布を制御する方法としては、絶縁樹
脂の硬化温度、硬化温度プロファイルを適宜調整した
り、硬化の進行を早めるための硬化促進剤の配合量や種
類、あるいは硬化を遅らせるための反応抑制剤等を適宜
配合する方法やシリカ粒子等絶縁粒子の粒子径分布を変
更する方法がある。

【００７２】シリカ粒子は、溶融しインゴット化したシ
リカの塊を破砕したものや、シリカインゴットを破砕
後、再度シリカ粒子を加熱溶融して球形化したもの、さ
らに合成したシリカ粒子等が適用可能である。シリカ粒
子の粒子径分布や配合量は、製品に応じて種々変更可能
である。印刷法により応力緩和層５を形成する場合、印
刷の方法によっては、適用するマスクの寸法によっても
粒子径の分布を変更する必要が生じる場合もある。

【００７３】また、各実施例においては、例えば図２６
に示すように応力緩和層１０の角部には丸みをつけると
よい。丸みをつけない場合、ペースト状のポリイミド材
料を用いて応力緩和層１０を印刷する際に気泡を巻き込
む不良が時々観察される。また、応力緩和層１０が角部
から剥離しやすくなる。応力緩和層１０に気泡が残留す
ると、半導体モジュールを加熱した際に気泡が破裂して
配線３が断線するなどの不具合が生じる。このため、応
力緩和層１０の形成に使用する印刷用メタルマスクのパ
ターン開口部の隅部は丸めておくことが望ましい。

【００７４】なお、各実施例における応力緩和層は印刷
用メタルマスクやディスペンサを用いて印刷塗布し形成
することができる。

【００７５】次に、半導体モジュールの放熱構造につい
て説明する。

【００７６】図１６は放熱性を考慮した半導体モジュー
ルと外部基板１５との実装構造を示す。ここでは半導体
装置１の裏面と外部基板１５の間にはゴム状弾性を有す
る熱伝導性の材料16を設け、この熱伝導材料１６を外部
基板１５上の電極17と接触させる構造とした。この電極
１７はさらにスルーホール１８を介して外部基板１５内
の金属層１９、例えばグランド層につながる構造とし
た。この実装構造では、半導体装置１で発生した熱は熱
伝導性の材料１６を介して外部基板１５上の電極に伝播
し、外部基板１５内に設けたスルーホール18を介して金
属層19へ伝播して外部基板全体に拡散される。熱伝導性
の材料１６をゴム状弾性を有する材料とするのは、放熱
性を向上させるために半導体装置１と熱伝導性材料１６
を密着させたとしても半導体装置１を破壊しないように
するためである。従って、ゴム状の材料でなくとも、こ
のような目的を有するものであれば、ペースト状あるい
はゲル状の熱伝導材料を用いることも可能である。放熱
性を考慮すると、図示するようにスルーホール１８は複
数個設けることが好ましい。

【００７７】図１７に示すように、枠状の応力緩和層１
０の構造において、応力緩和層１０を幾つかに分離する
ような通気部分を形成しても良い。分離の仕方はバンプ
ごとであっても、内側から外側に向かうような列ごと、
であっても良く、半導体装置１で発生した熱が、その通
気部分を介して外側に逃げる構造であれば良い。空冷方
式などと組み合わせて利用することが好ましい。

【００７８】さらに図１８に示すように、モジュール基
板２に接続した放熱板200を半導体装置１の裏面に取り
付け、モジュール基板２を介して放熱するように構成し
ても良い。

【００７９】その他、図１９に示すように、半導体装置
１のモジュール基板２への実装をフリップチップ接続で
はなく、ワイヤボンデング201により接続するように構
成しても良い。発熱は主に半導体装置１の裏面から生じ
るので、半導体装置１をモジュール基板2にダイボンデ
ングすることで、放熱をモジュール基板２を介して行う
ことが出来る。なお、半導体装置１の電極と、モジュー
ル基板２の電極とがワイヤボンデング201により接続さ
れる。図示はしていないが、ワイヤボンデング部分を保
護するために、必要な部分を樹脂でカバーするように構
成すると信頼性が向上する。また、応力緩和層１０が枠
状なので、その応力緩和層１０で形成される内側領域を
樹脂で充填するように構成しても良い。

【００８０】図２０は、本発明の他の実施例である半導
体モジュールを説明するための斜視図である。半導体装
置１はこれを搭載するモジュール基板２上にバンプ５等
を介してモジュール基板２上の電極９に接続している。
半導体装置１上には応力緩和層１０が形成され、さらに
この応力緩和層１０の上にモジュール基板２上の電極13
からつながる配線14とはんだボール等を搭載するための
電極９を形成し、さらに応力緩和層および配線、電極等
の適当な部分に絶縁層４を形成し、電極９上にはんだボ
ール５を搭載してある。この構造では図２１の断面図に
示したように、半導体装置１の裏面に応力緩和層１０を
介してはんだボール５を搭載するため半導体装置搭載部
の周辺部分の面積縮小が図れるため、半導体モジュール
の小型化が可能である。

【００８１】図２２は図２０の半導体モジュールにおい
て、半導体装置１の裏面に中間板15を設けた構造を有す
る半導体モジュールの断面概略図である。中間板１５は
高さの異なる半導体装置１をモジュール基板２に搭載し
た場合における、はんだボール搭載電極搭載面の平坦化
を図ったり、半導体装置１で発生する熱を半導体モジュ
ールのはんだボール５搭載面側に拡散し、はんだボール
５を介して図示しないこれら半導体モジュールを実装す
る外部基板に効率よく伝える効果も有する。

【００８２】図２３は図２０の半導体モジュールの製造
工程を示したものである。

【００８３】図２３(a)では、図８(a)の半導体モジュー
ルの製造工程の説明と同様に、モジュール基板２に用い
る基材の表面に絶縁膜10を形成したものである。このモ
ジュール基板に用いる基材は、図８(a)の説明と同様各
種機能を有するものを用いることが可能であり、その場
合前記絶縁膜10には、基材上に形成する配線と接続する
ための開口部が必要に応じて設けてある。

【００８４】図２３(b)は絶縁膜１０上に半導体装置１
を搭載するための電極８と配線および応力緩和層１０に
形成する配線１４と結合するための電極１３を形成する
工程である。モジュール基板２上に搭載する複数の半導
体装置１間の配線や、モジュール基板２内に形成された
機能部分との配線もこの工程で行う。そして絶縁膜を電
極や配線を覆わないようにして形成する。配線数が一層
で不十分な場合は、一層目の配線層の上に絶縁膜を形成
して二層目の配線工程を行う。さらに必要に応じて三層
目以上の配線も同様な工程を繰り返すことにより形成可
能である。

【００８５】図２３(c)はモジュール基板２上に形成さ
れた電極８上に半導体装置１を搭載する工程である。半
導体装置１の搭載は図８の半導体モジュールの製造工程
と同様に行うことができる。

【００８６】図２３(d)は半導体装置１の上部に応力緩
和層１０を形成する工程である。応力緩和層形成部を開
口した印刷マスクをモジュール基板２上に密着させ、ス
キージを用いて半導体装置１の周辺部と半導体装置１の
上部に応力緩和層１０を形成する。半導体装置１とモジ
ュール基板２の隙間へ応力緩和材料を充填させたい場合
は、印刷マスクを密着させたまま基板部分を真空にする
ことにより、半導体装置１とモジュール基板２の隙間に
取り残された空気が取り除かれ、通常の圧力に戻す段階
で応力緩和材料が前記隙間に充填される。あるいは図２
３(e)のように応力緩和層形成前に、予め別の樹脂等を
用いて半導体装置１とモジュール基板２の隙間を充填し
ておくことも可能である。

【００８７】図２３(f)では、応力緩和層１０の上にモ
ジュール基板２上の電極１３に接続する配線１４と、は
んだボール５を搭載する電極９を形成する。

【００８８】図２４(a)では、応力緩和層１０の上に形
成した配線１４およびモジュール基板２との接合部等の
必要部分に絶縁層４を形成し、配線１４および応力緩和
層１０の保護等を行う。その後、図２４(b)では、はん
だボール５を応力緩和層１０上に形成した電極９に搭載
する。

【００８９】なお、応力緩和層１０上の配線形成方法、
はんだボール５の搭載方法は先の実施例の項目で説明済
みであり、ここでは省略する。

【００９０】また、図２２の断面図に示したように、半
導体装置１の裏面に中間板１５を設ける場合、図２３
(d)あるいは(e)で示した工程において、応力緩和層形成
前に銀あるいはアルミナ等の熱伝導性の粒子を配合した
エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなる導電性の接着
剤等を介して、銅あるいはアルミニウム、セラミック、
ステンレス等の中間板１５を接着し、その後に応力緩和
層１０を形成すれば良い。以上の製造工程により図２０
などに示した半導体モジュールが得られる。次に、半導
体モジュールを多数個取りする状態を図１４、１５に示
す。図１４は、シリコンウエハ301を用いて多数個取り
する状態を示す。シリコンウエハ上に複数個のモジュー
ル回路および応力緩和層を形成し、所定の半導体装置、
抵抗、コンデンサ等を搭載し、応力緩和層上に外部接続
端子となるはんだボールを搭載し、さらに必要に応じて
半導体装置と基板間を樹脂で充填する。その後、シリコ
ンウエハのダイシングと同様な方法により、各モジュー
ル部分を個々に切り出し所望の半導体モジュールを得
る。

【００９１】図１５は、ガラス基板やセラミック基板30
2を用いて多数個取りする状態を示す。この場合も、シ
リコンウエハを用いた場合と同様に、ガラス基板やセラ
ミック基板上に複数個のモジュール回路および応力緩和
層を形成し、所定の半導体装置、抵抗、コンデンサ等を
搭載し、応力緩和層上に外部接続端子となるはんだボー
ルを搭載し、さらに必要に応じて半導体装置と基板間を
樹脂で充填する。その後、シリコンウエハのダイシング
と同様な方法により、各モジュール部分を個々に切り出
し所望の半導体装置を得ることが可能である。

【００９２】一般に、熱膨張係数の相違から半導体装置
１とモジュール基板２との間にはアンダーフィルを充填
して接続信頼性を向上させることが行われる。しかしな
がら、予めアンダーフィルとなる樹脂を塗布した後、半
導体装置を搭載して接続する方法では、電極間の接続を
確保するために搭載時に半導体装置に圧力を加える必要
がある。モジュール基板をガラスやシリコンで構成し、
それぞれを多数個取りの状態（ウエハ状態）で圧力を加
えることとなると、モジュール基板（ガラス、シリコ
ン）に必要以上の強度が求められコストアップにつなが
る。また、圧力を加えながらアンダーフィルがある程度
硬化するまでの時間を待たなければならないので製造タ
クトの面からも好ましくない。従って、アンダーフィル
を予め塗布するのでなく、半導体装置を搭載した後、モ
ジュール基板とのギャップにアンダーフィルを充填する
方法が好ましいが、多数個取りの状態（ウエハ状態）で
複数個の半導体モジュールにアンダーフィルを充填する
ことは容易ではなく、さらに搭載する半導体装置の有す
る電極が狭ピッチ化した場合にアンダーフィルの充填自
体が困難となる。そこで、接続信頼性を確保したアンダ
ーフィルを必要としない半導体モジュール構造を図２９
〜３１に示す。図２９は、半導体装置１に半導体チップ
を、モジュール基板２にシリコン基板を用いた構造であ
る。他は図１などと同様の構成である。シリコン基板と
半導体チップはいずれもシリコン上に回路形成を行った
ものであり、その熱膨張係数は等しいため、応力を緩和
するために半導体装置１とモジュール基板２との間に樹
脂１２を充填する必要はない。

【００９３】図３０は、モジュール基板２にガラス基板
を用いた構造であるが、熱膨張係数の差を吸収するため
に、応力緩和層を形成した半導体装置１を搭載したもの
である。他は図１などと同様の構成である。図３１は、
応力緩和層を形成した半導体装置の一例である。半導体
チップ１００上に応力緩和層１０１を形成し、その上を
半導体チップ１００の端子と外部接続端子となるはんだ
バンプ１０３とを電気的に接続する配線１０２が形成さ
れている。この半導体装置に形成した応力緩和層が寸法
変化を吸収して接続信頼性を向上させることが出来る。
図３２は、モジュール基板２にガラス基板を用いた構造
であるが、熱膨張係数の差を吸収するために、応力緩和
層をさらに半導体装置の搭載領域にも形成したものであ
る。他は図１などと同様の構成である。図では、ガラス
基板２に形成した絶縁膜層２０上に第一の応力緩和層を
形成し、その上に図１などに示した枠状の第二の応力緩
和層１０を形成している。配線３や電極８は第一の応力
緩和層上に形成されている。このように、モジュール基
板２にシリコン基板を用い半導体装置１を搭載した場合
や、半導体装置１に応力緩和層を形成したりモジュール
基板２の半導体装置搭載領域にも応力緩和層を形成した
場合においては、前者は熱膨張係数がほぼ等しいことか
ら、後者は応力緩和層があることから、半導体装置１と
モジュール基板２との間に樹脂１２を充填する必要はな
い。

【００９４】しかしながら、耐湿性や耐衝撃性などを向
上させるために樹脂１２を充填する必要もある。応力を
緩和するために使用していた従来の樹脂では、半導体装
置などのバンプ間隔が狭ピッチとなると、半導体装置１
とモジュール基板２との間を十分に充填できない。これ
は接合部に生じる応力を緩和させるために、樹脂にフィ
ラが混入されているからである。そこで、フィラが混入
されていない低弾性率の材料を樹脂に使用することで対
応する。例えば、ゲル状樹脂や応力緩和材料を用いる。
これによって樹脂１２の流動性が増すので、半導体装置
１とモジュール基板２との間を十分に充填することがで
きる。流動性が増し、半導体装置の搭載領域以外にも拡
がるとしても、本半導体モジュールでは枠状の応力緩和
層がダムの役割を果たすこともできるので問題はない。
以上説明したように、所定厚さ以上の弾性材料層を介し
て外部接続端子を形成することにより、外部接続端子の
高さを確保しながら、応力緩和することができ、外部基
板との接続信頼性に優れた半導体モジュールを実現する
ことができる。また、半導体装置１と外部接続端子５と
は、モジュール基板２上に形成した配線３を形成するだ
けで電気的に接続されるので、モジュール基板の上面に
半導体装置を搭載しかつ下面に外部接続端子を形成する
モジュールでは必要であった上下間接続のためのスルー
ホールは不要である。今後の配線間隔の狭ピッチ化など
を考慮するとスルーホールによる電気的接続は不向きで
ある。例えば、スルーホール径を微細化すると高アスペ
クト構造となるが、この場合、従来のようなスルーホー
ル内をめっきすることが難しくなる。微細加工（穴あ
け）だけを考えても容易ではない。従って、配線３の形
成だけで電気的接続をとる本構造は、今後の配線間隔の
狭ピッチ化に極めて有効な構造となる。しかしながら、
実装密度を向上させるために、これまで説明した構造
に、さらにモジュール基板の外部接続端子を形成しない
面側に半導体装置を実装し、モジュール基板にスルーホ
ールを形成して外部接続端子との電気的接続を確保した
構造を適用しても良い。すなわち、モジュール基板の両
面に半導体装置を搭載し、外部接続端子を有する側に応
力緩和層を介在させた構造である。この場合、モジュー
ル基板にはビルドアップ基板やメタルを内蔵したメタル
コア基板などの回路基板を用いることが好ましい。

【００９５】本発明は上記実施例に限定されるものでは
無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々応用可能であ
る。例えば、これまでの実施例においては、予め低弾性
の応力緩和層１０を半導体モジュール部分に形成した例
を説明したが、応力緩和層１０は半導体モジュール部分
だけでなく図２７に示したよう外部基板１５に形成して
も良い。あるいは半導体モジュールと外部基板１５の両
方に設けることも可能である。

【００９６】続いて、半導体装置及び半導体モジュール
の製造方法の一実施形態として、金型を用いる場合を図
３３〜図４４により説明する。

【００９７】図３４は図３３に示す応力緩和層４付きの
シリコン配線基板の製造工程（製造プロセス）を概略的
にまとめた本発明による半導体装置及び半導体モジュー
ルの製造方法の一実施形態を示すフローチャートであっ
て、以下では、図３４〜図４４により、図３３における
各ステップについて説明するが、まず、図３４〜図４０
により、応力緩和層４の形成方法について説明する。

【００９８】この製造方法の実施形態は、複数個の半導
体チップを同時に回路形成するものである。半導体装置
及び半導体モジュールは、半導体チップ１００１とシリ
コン配線基板１００３を実装することで完成するが、こ
こでは、半導体チップ１００１としては一般的なものを
用いるため、その製造工程は説明を省略する。また、突
起状電極１００２及び外部接続端子１００５の形成は、
印刷法やボール転写法，ボンディングワイヤなどのいず
れの手法を用いてもよく、その手法が限定されるもので
はない。そして、突起状電極２の配置は周辺配置，格子
状配置，千鳥状配置などいずれでもよく、特にその配置
方法に限定されるものではない。さらに、突起状電極１
００２の材質も限定されるものではない。

【００９９】また、このシリコン配線基板１００３上に
応力緩和層１００４を形成する手法としては、印刷法，
注型法，直接描画法や他の基材上に応力緩和層を形成
し、これを転写あるいは、張り付ける方法などがある。
ここでは、金型内のキャビティ部に、低弾性率樹脂を注
型する場合のものである。

【０１００】図３５は図３４でのステップ（製造工程）
の一部の説明図であって、ここでは、緩和層形成用下型
を斜視図で示しており、同図（ａ）は全体図であり、同
図（ｂ）は同図（ａ）での分断線Ａ−Ａからみた部分断
面図である。なお、１０２０は緩和層形成用下型、１０
２１は低弾性率樹脂、１０２２は緩和層形成用キャビテ
ィである。

【０１０１】同図において、緩和層形成用下型１０２０
の面上には、図３５（ｂ）に示すように、四角い枠状に
複数の緩和層形成用キャビティ１０２２が設けられてお
り、図３５（ａ）に示すように、緩和層形成用下型１０
２０の面上に低弾性率樹脂１０２１を所定の方法で塗布
することにより、緩和層形成用キャビティ１０２２に低
弾性率樹脂１０２１を注入する。その後、余剰となった
低弾性率樹脂１０２１をスキージなど（図示せず）によ
り除去する。

【０１０２】図３６は図３４での製造工程の一部の説明
図であって、絶縁層付きのシリコン配線基板１００３を
緩和層形成用下型１０２０の上方に設置した状態を示す
斜視図である。なお、１０３０は絶縁層付きのシリコン
配線基板である。

【０１０３】同図において、絶縁層付きのシリコン配線
基板１０３０を吸着治具（図示せず）で吸着し、緩和層
形成用下型１０２０へと移動する。その後、両者の位置
合わせを行ない、シリコン配線基板１０３０を降下させ
て緩和層形成用下型１０２０上へ密着させる。

【０１０４】図３７は図３４でのステップ（製造工程）
の一部の説明図であって、シリコン配線基板１０３０を
緩和層形成用上型で加圧した状態を示す斜視図である。
なお、１０４０は緩和層形成用上型である。

【０１０５】同図において、シリコン配線基板１０３０
を緩和層形成用下型１０２０へ設置した後、緩和層形成
用上型１０４０を緩和層形成用下型１０２０上に下降さ
せ（型閉め）、これによってシリコン配線基板１０３０
を加圧・加熱し、低弾性率樹脂１０２１（図３５，図３
６）を硬化させる。この加熱は下型１０２０及び上型１
０４０に設けられるヒータ（図示せず）によって行なわ
れるが、このときの加熱方法としては、下型１０２０及
び上型１０４０を常時所定の温度に加熱した状態として
おく方法や型閉め後にこれらを加熱する方法のいずれで
も、何ら支障のないことは云うまでもない。

【０１０６】応力緩和層１００４を形成する樹脂として
は、ポリイミド樹脂をシリコン樹脂で変性した０．１〜
１０ＧＰａ程度の低弾性率の樹脂がよいと言える。な
お、これは一例であって、高耐熱性で、かつ低弾性率を
持つ樹脂であればよく、応力緩和層１００４を形成する
樹脂に限定がなされるものではない。

【０１０７】図３８は図３４での製造工程の一部の説明
図である。

【０１０８】同図において、所定時間の加圧・加熱を行
なって低弾性率樹脂１０２１が硬化した後、緩和層形成
用上型１０４０を上方へと移動させ、型開きする。

【０１０９】図３９は図３４での製造工程の一部の説明
図であって、硬化した低弾性率樹脂１０２１を緩和層形
成用下型１０２０から離型する過程を示す斜視図であ
る。なお、１０５０は突出しピン、１０５１，１０５２
は固定部、１０５５は応力緩和層形成部である。

【０１１０】図３９（ａ）は図３８で示した型開きを行
なった後の状態を示しており、シリコン配線基板１０３
０の図示とは反対側の面に、低弾性率樹脂１０２１が硬
化して応力緩和層１００４が形成されている。このよう
に応力緩和層１００４が形成されているシリコン配線基
板１０３０を緩和層形成用下型１０２０から離型するの
であるが、緩和層形成用下型１０２０は、図３９（ｂ）
に示すように、突出しピン１０５０を有しており、これ
によってシリコン配線基板１０３０を緩和層形成用下型
１０２０から離型できる。

【０１１１】即ち、緩和層形成用下型１０２０は、固定
部１０５１に、この固定部１０５１に対して緩和層形成
用下型１０２０の面に垂直な方向（上下方向）に移動可
能な突出しピン１０５０が設けられており、この突出し
ピン１０５０は各緩和層形成用キャビティ２２（図３
５）の内側に設けられており、換言すると、緩和層形成
用キャビティ１０２２は固定部１０５１に形成されてお
り、突出しピン１０５０は緩和層形成用キャビティ１０
２２に囲まれた位置にある。

【０１１２】応力緩和層１００４を形成する図３５〜図
３８に示した過程では、突出しピン１０５０の上面は固
定部１０５１の上面と同一平面内にあるが、応力緩和層
１００４が形成されたシリコン配線基板１０３０を緩和
層形成用下型１０２０から離型するときには、図３９
（ｂ）に示すように、固定部１０５１に対して突出しピ
ン１０５０を押し上げる。これにより、シリコン配線基
板１０３０が突出しピン１０５０によって押し上げられ
て、応力緩和層１００４が緩和層形成用キャビティ１０
２２からはずれる。これにより、離型が終わって複数の
応力緩和層１００４が形成されているシリコン配線基板
１０３０が得られる。

【０１１３】図３９（ｃ）は他の構造の緩和層形成用下
型１０２０を用いた場合の離型工程を示すものであっ
て、緩和層形成用キャビティ１０２２が形成されている
図３９（ｂ）での固定部１０５１に相当する部分を突出
し部１０５５とし、この緩和層形成用キャビティ１０２
２の内側の図３９（ｂ）での突出し部１０５０に相当す
る部分を固定部１０５２とするものであり、固定部１０
５２に対して突出し部１０５５を押し上げることによ
り、離型することもできる。この場合、突出し部１０５
５を押し上げた後、シリコン配線基板１０３０をこの突
出し部１０５５から剥ぎ取るようにする。

【０１１４】図４０（ａ）は以上のようにして得られた
応力緩和層１００４が形成されたシリコン配線基板１０
３０の全体を示す斜視図（ａ）であり、同図（ｂ）は同
図（ａ）の分断線Ａ−Ａからみた部分断面拡大図であ
る。

【０１１５】同図（ａ），（ｂ）に示すように。シリコ
ン配線基板１０３０上に額縁状の応力緩和層１００４が
複数形成されている。この方式による応力緩和層１００
４の厚さとしては、０．１〜０．８ｍｍが良好と考え
る。

【０１１６】ここで、応力緩和層１００４の厚さは、配
線基板１００３上に搭載する部品が半導体チップ１００
１であるならば、この半導体チップ１００１の厚さに突
起状電極１００２の厚さを加えたものが応力緩和層１０
０４の厚さの最小厚さとなる。例えば、半導体チップ１
００１の厚さが０．３ｍｍ、突起状電極１００２の厚さ
が０．０５ｍｍであれば、応力緩和層１００４の厚さは
０．３５ｍｍが最小の厚さとなる。この配線基板３に複
数の部品が搭載されているならば、その部品の中で実装
時の高さが一番高いものの厚さが応力緩和層１００４の
最小の厚さとなることはいうまでもない。即ち、配線基
板１００３の外形サイズの大小に拘らず、搭載部品の厚
さのみから考えると、最も厚い部品の厚さが応力緩和層
１００４の厚さの最小値を決める。また、配線基板１０
０３に搭載する半導体チップ１００１としては、０．１
〜０．３ｍｍのものが通常用いられるので、応力緩和層
１００４は、突起状電極１００２の厚さを加えて、厚さ
０．１５ｍｍが最小の厚さと言える。

【０１１７】一方、応力緩和層１００４を構成する材料
面からみると、種々の実験結果により、低弾性率の材料
が有効であり、室温において、０．１〜１０ＧＰａの弾
性率を有するものが信頼性のある半導体装置及び半導体
モジュールを構成できると言える。弾性率が０．１ＧＰ
ａよりも小さい材料で応力緩和層１００４を形成した場
合には、ＭＣＭそのものの重量を支えることが困難とな
り、使用する際に特性が安定しないという問題が生じ易
い。また、弾性率が１０ＧＰａを超える材料で応力緩和
層１００４を形成した場合には、材料自身の内部応力の
ために配線基板１００３に反りなどが生ずることによ
り、配線形成時の露光工程でのピントずれの発生や配線
基板が割れるなどの問題が生ずる可能性があると言え
る。

【０１１８】次に、以上のようにして得られたシリコン
配線基板１０３０に電気配線を形成する製造工程につい
て、図４１〜図４４により説明する。ここで、図４１〜
図４３は図４０（ｂ）でのＢ部を対象にして示すもので
ある。

【０１１９】図４１は図４０に示したシリコン配線基板
１０３０上での金属Ａ層の形成から電気配線の逆パター
ンの形成までの第１工程を示す工程図である。

【０１２０】《金属層Ａの形成》（図４１（ａ））：ま
ず、応力緩和層１００４の表面も含めて、シリコン配線
基板１０３０の全面に、電気配線を形成するために、金
属層Ａ１０６０を形成する。

【０１２１】《金属層Ｂの形成》（図４１（ｂ））：次
に、金属Ａ層１０６０上全面に、金属Ｂ層１０６１を形
成する。この金属Ｂ層１０６１は、後工程で行なう電気
メッキを施すときの給電層として作用する。

【０１２２】ここで、金属Ａ層１０６０と金属Ｂ層１０
６１との組合せとしては、金属Ａ層１０６０にクロム
を、金属Ｂ層１０６１に銅を夫々用いて形成した。これ
らの形成方法としては、スパッタを用いることとし、そ
の厚さを、ここでは、金属Ａ層１０６０のクロムで７５
ｎｍ、金属Ｂ層１０６１の銅で０．５μｍとした。ここ
でのクロムの機能は、その上下に位置する材質の接着を
確保することにあり、その膜厚は、それらの接着を維持
する最低限でよい。所要厚さは、スパッタエッチングや
スパッタの条件，クロムの膜質などによっても異なる。

【０１２３】なお、この実施形態では、クロムに代え
て、チタンやチタン／白金，タングステンなどを用いて
も何ら支障となることはない。また、形成方式として、
蒸着や無電解銅めっき，ＣＶＤなどを用いてもよい。こ
のとき、金属Ｂ層６１の厚さは、後の工程で行なう電気
銅めっき及び電気ニッケルめっきを行なったときに膜厚
分布が生じない最小限度の厚さが好ましく、めっき前処
理として行なう酸洗などでの膜減り量も考慮に入れた上
で、膜厚分布を誘発しない膜厚を決定する。銅の膜厚を
必要以上に厚くした場合、例えば、１μｍを越える銅厚
の場合には、スパッタ時間が長くなって生産効率が低下
するという課題もある。さらに、後の工程で実施する金
属Ａ層１０６０や金属Ｂ層１０６１をエッチング除去す
る際にも、長時間がかかり、生産効率が低下する可能性
がある。

【０１２４】《レジスト塗布》（図４１（ｃ））：次
に、電気配線を形成するため、感光性レジスト１０６２
を、スピンコート法により、所定条件で金属Ｂ層１０６
１の全面に塗布する。

【０１２５】《配線パターン形成》（図４１（ｄ））：
その後、ホトリソグラフィー技術を用いることにより
（露光，現像）、電気配線を形成する部分のみで感光性
レジスト１０６２を除き、金属Ｂ層１０６１が露出した
電気配線の逆パターン１０６３を形成する。

【０１２６】ここで、応力緩和層１００４の厚さは、シ
リコン配線基板１０３０に搭載する半導体チップ１００
１（図１）を含む各構成部品の高さに応じて、即ち、い
ずれの構成部品もこの応力緩和層１００４よりも上方に
突出しないように、設定される。ここでは、応力緩和層
１００４の厚さを０．５ｍｍ程度とした。このとき、感
光性レジスト１０６２を感光・露光する露光方式として
は、応力緩和層１００４が形成されているために段差が
あり、この段差となる斜面部にも電気配線１００６を形
成する必要があるため、レーザ光による直描や焦点距離
の移動可能な露光機によって逆パターン１０６３の形成
を行なった。また、かかる段差の小さい場合には、密着
方式の露光方式でも、形成可能であることは云うまでも
ない。

【０１２７】図４２は、図４１に示す第１の工程に続
く、図４１（ｄ）に示す状態での厚膜の金属Ｃ層の形成
から上記の金属Ａ層及び金属Ｂ層をエッチングするまで
の第２工程を示した工程図である。

【０１２８】《厚膜金属Ｃ層形成》（図４２（ａ））：
金属Ａ層１０６０，金属Ｂ層１０６１及び電気配線の逆
パターン１０６３を利用して電気めっきを行ない、逆パ
ターン１０６３内に金属Ｃ層１０６４による半導体チッ
プ搭載用のパッド１０６５及び外部端子１０６６の形成
を行なう。金属Ｃ層１０６４は、硫酸・硫酸銅めっき液
を用い、界面活性剤による洗浄，水洗、希硫酸による洗
浄，水洗を行なった後、金属Ａ層１０６０と金属Ｂ層１
０６１とを陰極に接続し、リンを含有する銅板を陽極に
接続した電気銅めっきにより、形成した。

【０１２９】《金属Ｄ層形成》（図４２（ｂ））：さら
に、半導体チップ搭載用のパッド１０６５及び外部端子
１０６６での接合時のはんだ拡散を防止するために、厚
膜金属Ｄ層１０６４上に金属Ｄ層１０６７を形成した、
この金属Ｄ層１０６７は、金属Ａ層１０６０と金属Ｂ層
１０６１とを陰極に接続し、ニッケル板を陽極に接続す
ることにより、電気ニッケルめっきによって形成した。
この電気ニッケルめっきを行なう前に、界面活性剤によ
る洗浄，水洗、希硫酸による洗浄，水洗を行なうと、良
好な膜質の電気ニッケルめっき膜が得られる場合があ
る。

【０１３０】なお、銅，ニッケルとも電気めっきを用い
て導体を形成する方法を示したが、無電解めっきを用い
ることも可能である。また、電気配線は、銅以外、金ま
たは銀を包含するものであってもよく、はんだ拡散防止
膜はニッケル合金であってもよい。

【０１３１】《レジスト除去》（図４２（ｃ））：感光
性レジストからなる電気配線の逆パターン１０６３及び
電気めっきの給電用に用いた金属Ａ層１０６０と金属Ｂ
層１０６１を、エッチング処理により、除去するのであ
るが、感光性レジストは、レジスト専用の剥離剤を用い
て除去した。

【０１３２】《金属Ａ，Ｂ層エッチング》（図４２
（ｄ））：その後、金属Ａ層１０６０と金属Ｂ層１０６
１とを、エッチングにより、除去した。これにより、半
導体チップ搭載用のパッド１０６５と外部端子１０６６
とこれら間を接続する電気配線１００６が得られる。金
属Ｂ層１０６１が銅である場合、そのエッチングには、
塩化鉄，アルカリ系エッチング液などの種類が使用され
るが、この実施形態では、硫酸／過酸化水素水を主成分
とするエッチング液を用いた。１０秒以上のエッチング
時間がないと、制御が困難となって、実用的観点では、
不利であるが、あまりに長い時間エッチングを行なう
と、例えば、５分間を越えてエッチングするような場合
には、サイドエッチングが大きくなったり、タクトが長
くなるという問題も生じるため、エッチング液及びエッ
チング条件は、適宜実験により求めるのがよい。次に、
金属Ａ層１０６０がクロムである場合、そのエッチング
には、この実施形態では、過マンガン酸カリウムとメタ
ケイ酸を主成分とするエッチング液を用いた。

【０１３３】図４３は、図４２に示す第２の工程に続
く、図４２（ｄ）に示す状態での電気配線の保護膜形成
から外部接続を行なうためのはんだボール接合までの第
３工程を示す工程図である。

【０１３４】《絶縁性感光性樹脂》（図４３（ａ））：
図４２（ｄ）に示すように形成されたシリコン配線基板
１０３０の全面に、保護膜１０６８を形成する。ここで
は、この保護膜１０６８として、絶縁性の感光性樹脂を
用い、スピンコート法により、シリコン配線基板１０３
０の全面に塗布した。

【０１３５】《接続端子部形成》（図４３（ｂ））：そ
の後、ホトリソグラフィー技術を用いて（露光，現
像）、半導体チップ１００１の接合のための端子１０６
５と外部接続のための端子１０６６とを形成した。表面
の保護膜１０６８としては、有機材料だけでなく無機材
料を用いても何ら支障はない。

【０１３６】《応力緩和層付きシリコン配線基板完了》
（図４３（ｃ））：そして、これら端子部１０６４，１
０６５の表面に金属Ｅ層１０６９層を形成し、これを端
子部１０６５，１０６６の表面とする。金属Ｅ層１０６
９は、外部端子となるはんだ材料とニッケルとのぬれ性
が良好となる金を無電解金めっきで形成する。なお、は
んだと電気ニッケルめっきとの濡れ性が良好な場合に
は、この金属Ｅ層１０６９を省略しても支障はない。

【０１３７】《外部端子部形成》（図４３（ｄ））：そ
の後、端子部１０６５，１０６６にフラックスとともに
はんだボール１０７０を搭載し、加熱することによって
はんだボール７０を接続し、突起状電極１００２と外部
接続端子１００５とを形成する。

【０１３８】なお、突起状電極１００２と外部接続端子
１００５との形成法は、はんだボール１０７０を用いる
ほか、印刷機を用いてはんだペーストをバンプパッド１
０６５，１０６６またはその上の金属Ｅ層１０６９上に
印刷塗布し、これをリフローすることにより、突起状電
極１００２と外部接続端子１００５を形成する方法もあ
る。何れの方法においても、はんだ材料は様々なものを
選択することが可能となり、現時点で市場に供給されて
いるはんだ材料の多くが使用できる。この他、はんだ材
料は限定されるものの、めっき技術を用いることによ
り、はんだバンプ１００２，１００５を形成する方法も
ある。また、金や銅を核としたボールを使用したバンプ
や導電材料を配合した樹脂を使用して形成したバンプを
使用してもよい。さらに、はんだボール１０７０の材質
は、ＳｎとＣｕを主成分とし、第３成分として、Ｂｉ，
Ａｇを添加したものを用いた。

【０１３９】以上のように、第１工程から第３工程まで
を経ることにより、応力緩和層４付きのシリコン配線基
板３を複数個一括して形成することができる。

【０１４０】図４４（ａ）は以上のようにして得られた
複数の応力緩和層１００４が形成されたシリコン配線基
板１０３０を示す斜視図であって、これを、例えば、ダ
イシング技術により、応力緩和層１００４毎にこの応力
緩和層１００４に沿って切り離すことにより、図４４
（ｂ）に示すように、個々の応力緩和層付きのシリコン
配線基板１０７１が、完成した実装用基板１０７１とし
て、得られる。この実装用基板１０７１の所定位置に半
導体チップ１００１を搭載して接合することにより、半
導体装置や半導体モジュールが完成する。

【０１４１】この製造方法により、シリコン配線基板１
００３上の電気配線１００６の最小配線幅／最小配線間
隔は１０μｍ／１０μｍで形成することができる。これ
により、従来、多層配線の基板が必要であったものが、
一層あるいは二層程度の配線層で充分となり、半導体装
置や半導体モジュールの薄型化，小型化が容易となる。

【０１４２】図４５（ａ）は本発明による半導体装置及
び半導体モジュールの第２の実施形態の全体構成を概略
的に示す斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）の分断線Ａ−
Ａに沿う断面図であって、１００９は低弾性率樹脂層で
あり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて重
複する説明を省略する。

【０１４３】同図（ａ），（ｂ）において、この実施形
態は、シリコン配線基板１００３上での応力緩和層１０
０４よりも内側全面にも、低弾性率樹脂層１００９が形
成された構造をなすものである。この低弾性率樹脂層１
００９上から応力緩和層１００４上にわたって、電気配
線１００６が形成されている。

【０１４４】なお、この代わりに、シリコン配線基板１
００３上での応力緩和層１００４よりも内側において、
突起状電極１００２が設けられている領域にのみ、低弾
性率樹脂層１００９を形成するようにしてもよい。この
第２の実施形態では、要するに、シリコン配線基板１０
０３上での応力緩和層１００４よりも内側では、少なく
ともこの突起状電極１００２が設けられている領域を含
むように、低弾性率樹脂層１００９が形成されるもので
ある。

【０１４５】この実施形態も、先に説明した第１の実施
形態の製造方法と同様の方法で製造することができる。
但し、このときに用いる金型の構造は多少異なる。これ
を、図４６により、説明する。

【０１４６】図４６（ａ）は緩和層形成用下型１０２
０’の全体を概略的に示す斜視図であって、同図（ｂ）
は同図（ａ）の分断線Ａ−Ａに沿ってみた部分断面拡大
図であり、第１の実施形態での図３５に対応する図であ
る。ここで、１０２３は樹脂層形成部であり、図３５，
図３９（ｂ）に対応する部分には同一符号を付けてい
る。

【０１４７】図４６（ｂ）において、図３５（ｂ）と同
様、緩和層形成用下型１０２０’の固定部１０５１に額
縁状の緩和層形成用キャビティ１０２２が複数形成され
ているが、さらに、この緩和層形成用キャビティ１０２
２で囲まれる領域内全体に樹脂層形成部１０２３が形成
されている。

【０１４８】この樹脂層形成部１０２３の形成方法とし
ては、低弾性率樹脂層１００９や応力緩和層１００４を
形成するときには、突出しピン１０５０の上面が固定部
１０５１の上面を含む面よりも所定の距離（即ち、図４
５（ｂ）でのほぼ低弾性率樹脂層の厚み分）分へこむよ
うに、固定部１０５１に対して突出しピン１０５０を位
置設定する。

【０１４９】かかる緩和層形成用下型１０２０’に、先
に説明した図３４の低弾性率樹脂塗布およびスキージ等
による余剰樹脂分除去をすると、図４６（ｂ）に示すよ
うに、緩和層形成用キャビティ１０２２と樹脂層形成部
１０２３とに低弾性率樹脂１０２１が充填され、図３４
に示した製造プロセスにより、図４５に示す低弾性率樹
脂層１００９をもつ半導体装置や半導体モジュールが得
られる。

【０１５０】なお、この緩和層形成用下型１０２０’を
図３９（ｃ）に示すような離型が可能な構成とすること
もできる。

【０１５１】この実施形態によると、シリコン配線基板
１００３の表面全面に、応力緩和層１００４も含めて、
低弾性率の樹脂層が形成されるため、かかる樹脂層によ
り、使用環境の変化でもって発生する応力を低減する効
果がある。そして、このように、表面全面に樹脂層があ
るため、半導体チップ１００１などの搭載部品と配線基
板１００３との間の線膨張係数の差によって応力が生じ
ても、これが低弾性率樹脂層１００９で吸収されるか
ら、基板の基材として、シリコン材ばかりでなく、有機
材料あるいは無機材料も用いることもでき、これによ
り、基板の低コスト化を実現できるという効果がある。
半導体チップを搭載する領域、即ち、突起状電極１００
２を設けた領域にのみ低弾性率樹脂層１００９を設けた
場合も、上記と同様の効果が得られる。この場合には、
図４６（ａ）に示す緩和層形成用下型１０２０’では、
樹脂層形成部１０２３として、突出しピン１０５０の上
面の一部に窪みが設けられることになる。

【０１５２】図４７（ａ）は本発明による半導体装置及
び半導体モジュールの第３の実施形態全体を示す平面図
であって、同図（ｂ）は同図（ａ）の分断線Ａ−Ａに沿
う断面図である。ここで、１００４ａ〜１００４ｄは応
力緩和層であり、前出図面に対応する部分には同一符号
を付けて重複する説明を省略する。

【０１５３】先に説明した実施形態では、配線基板１０
０３の周辺全体にわたって１つの連続した応力緩和層１
００４を設けたものであるが、この第３の実施形態は、
配線基板１００３の周辺全体にわたって複数の応力緩和
層１００４ａ〜１００４ｄを設けたものである。ここで
は、方形状の配線基板１００３の夫々の辺に１つずつ同
一長さの応力緩和層を設けているが、辺の長さに応じて
そこに設ける応力緩和層の長さを異ならせてもよいし、
また、辺の長さに応じて２以上の応力緩和層の個数を異
ならせてもよい。従って、配線基板１００３が矩形状を
なす場合には、辺での応力緩和層の個数や長さを辺の長
さに応じたものとすることができる。

【０１５４】この第３の実施形態においても、図４５に
示した第２の実施形態と同様、配線基板１００３上の応
力緩和層１００４ａ〜１００４ｄ以外の領域（少なくと
も、応力緩和層１００４ａ〜１００４ｄで囲まれる領域
内）に、低弾性率樹脂層１００９（図４５）を設けるよ
うにしてもよい。

【０１５５】図４８は図４７に示した半導体装置及び半
導体モジュールの実施形態の製造に用いられる緩和層形
成用下型１０２０”を示す部分断面拡大図であって、前
出図面に対応する部分には同一符号を付けている。

【０１５６】同図において、緩和層形成用下型１０２
０”の固定部１０５１に、図４７（ａ）に示す応力緩和
層１００４ａ〜１００４ｄの配列に対応した配列で、複
数の緩和層形成用キャビティ１０２２が閉路状に配列し
て設けられており、それ以外の構成は、図３５に示した
第１の実施形態での緩和層形成用下型１０２０と同様で
あり、図３４に示した製造プロセスにより、図４７に示
す半導体装置や半導体モジュールを得ることができる。

【０１５７】なお、この緩和層形成用下型１０２０”を
図３９（ｃ）に示すような離型が可能な構成とすること
もできる。

【０１５８】また、上記のように、図４７において、配
線基板１００３上の応力緩和層１００４ａ〜１００４ｄ
以外の領域（即ち、少なくとも応力緩和層１００４ａ〜
１００４ｄで囲まれる領域内）に、低弾性率樹脂層１０
０９（図４５）を設ける場合には、図４８に示す緩和層
形成用下型１０２０”において、図４６（ｂ）に示すよ
うな樹脂層形成部１０２３を、あるいは、上記のよう
に、突出しピン１０５０の上面の一部に窪みを設けるこ
とはいうまでもない。

【０１５９】以上の構成の第３の実施形態では、配線基
板１００３の周辺に複数の応力緩和層を設けるものであ
るから、先の実施形態の応力緩和層が分割された形態で
設けられていることになって、各応力緩和層が互いに独
立に作用することになり、各応力緩和層は他の応力緩和
層に拘束されずに作用することになるから、応力低減効
果がさらに向上することになる。

【０１６０】また、上記第２，第３の実施形態において
も、金型を用いて応力緩和層を形成するものであり、金
型を用いたときの応力緩和層に対する効果は、上記第１
の実施形態と同様であることはいうまでもない。

【０１６１】図４９は半導体チップ１００１を配線基板
１００３上に搭載した上記夫々の実施形態の半導体装置
及び半導体モジュールについて、これをマザーボードに
実装したときの接続部分の信頼性を確保するのに必要な
応力緩和層の厚さを示す図であって、横軸は半導体装置
や半導体モジュールの中心部からの距離を示すものであ
る。なお、同じ半導体装置や半導体モジュールの形態で
も、弾性率の低い材料を用いた場合には、応力緩和層の
厚さを薄くしても、接続の信頼性の確保が可能であるこ
とにより、図４９では、弾性率を考慮した厚さの許容範
囲を示している。

【０１６２】図４９から明らかなように、半導体装置や
半導体モジュールの中心部からの距離が長くなるほど、
接続の信頼性を確保するためには、応力緩和層を厚くす
る必要がある。例えば、半導体装置や半導体モジュール
の中心部からの距離が２８ｍｍ程度の場合、応力緩和層
の厚さは約８００μｍ程度必要となる。これに満たない
厚さの場合には、応力を緩和することができず、これを
超える場合には、配線基板１００３に歪みを与え、基材
の破損や樹脂層のクラック，剥離などが生ずる可能性が
ある。

【０１６３】一方、半導体装置や半導体モジュールの中
心部からの距離が短い、例えば、２ｍｍ前後と小さけれ
ば、応力緩和層をなくしたとしても、半導体装置や半導
体モジュールとこれを実装するマザーボードとの間で生
ずる熱応力は、配線基板１００３が有する絶縁層（図示
せず）によって緩和されることも、理論上では、可能で
ある。但し、半導体装置や半導体モジュールをマザーボ
ードに実装した場合において、配線基板３に搭載する複
数の部品がマザーポードに接触しないような高さを確保
する手段が、別途必要になることはいうまでもない。従
って、半導体装置や半導体モジュールの中心部からの距
離を２８ｍｍまでのものを対象とすると、応力緩和の観
点から、最大約８００μｍ程度の厚さが応力緩和層に必
要となる。

【０１６４】また、応力緩和層の形状は台形形状であ
り、断面は台形形状であって、配線基板３に対して傾斜
する斜面部分１００７を有するが、その傾斜勾配を最適
化することにより、電気配線６の断線を抑制することが
可能となる。平均勾配は５乃至４５％（傾斜角度をθと
すると、ｔａｎθ＝０．０５〜０．４５）程度が好まし
い。５％を下回る傾斜勾配の場合には、斜面部１００７
が長すぎて所望の膜厚の応力緩和層が得られない。例え
ば、平均勾配が３％のとき、厚さ１００μｍとするため
には、３ｍｍ超の水平距離が必要となり、左右のエッジ
部を合わせると、ほぼ７ｍｍがなければならず、所望の
膜厚が得られないことになる。一方、傾斜勾配が４５％
超の場合、水平距離の点では問題ないが、逆に急勾配と
なるので、配線形成の際に充分な露光ができない危険性
が高い。特に、メッキレジストの付き回りや露光及び現
像の工程でのプロセスマージンがなく、特別な機能また
は技術が必要となる。さらに傾斜勾配が大きい場合に
は、いわゆる応力集中効果が作用してそのエッジ部に応
力が集中し、その結果として、エッジ部で電気配線１０
０６の断線が発生し易くなる傾向が現れ、配線構造に特
別な工夫が必要となることが考えられる。

【０１６５】以上のように、モジュールサイズが大きく
なるほど応力緩和層を厚くすることが必要であり、かつ
応力緩和層の斜面部１００７の勾配もある程度規定する
ことが必要となる。

【０１６６】このような応力緩和層を形成する方式とし
ては、マスクを用いた印刷方式による形成方法，ディス
ペンサなどを用いた直描方式による形成方法，ホトリソ
方式による形成方法，金型を用いた形成方法などが考え
られる。

【０１６７】ここでは、厚い応力緩和層を形成すること
を目的としているため、マスクを用いた印刷法では、１
回で厚く印刷しても、５０〜８０μｍ程度であり、厚さ
０．１ｍｍ以上を１回の印刷で確保することは困難であ
り、複数回の印刷を繰り返して所定の厚さを確保する必
要がある。このため、印刷位置の精度バラツキや応力緩
和層の斜面部１００７の形状も一定ではなく、電気配線
１００６を形成する上でも不具合が発生し易いと考えら
れる。さらに、印刷後の応力緩和層は、１回毎に硬化
し、これを繰り返すことになるので、形成工程での作業
時間が長くなり、高コスト化になる可能性がある。

【０１６８】また、直描方式による形成では、描画時間
が長くなることや応力緩和層の形状が同一形状になりに
くいなどの問題が発生する恐れがあり、ホトリソ方式に
よる形成では、露光光源や厚さの厚いものを露光するた
め、一度に所定の厚さを露光することは難しい。さら
に、斜面部７を所定の勾配で形成することも困難である
と考えられる。

【０１６９】一方、金型を用いた方式においては、緩和
層形成用キャビティ１０２２の形状を所定の厚さ並びに
斜面の勾配を規定してキャビティ加工を行なうことによ
り、形状の同一化が可能となる効果がある。また、厚い
応力緩和層を１回の形成工程で形成することができ、低
コスト化が図れる効果がある。さらに、キャビティによ
り応力緩和層を形成するので、応力緩和層の厚さや斜面
部１００７の勾配は自由に設計することができる効果が
ある。

【０１７０】そして、キャビティの加工表面を平滑化す
ることにより、この表面が転写される応力緩和層の表面
も平滑化することが容易となる効果がある。このこと
は、電気配線１００６を応力緩和層の表面に形成する電
気配線形成時の不具合を低減できる効果がある。これに
より、高い信頼性の配線基板１００３を製造できる効果
がある。

【０１７１】なお、以上の各実施形態では、半導体チッ
プを配線基板１００３上に１つ設置した場合を説明した
が、複数個設置しても同様の効果があることはいうまで
もない。

【０１７２】

【発明の効果】本発明によれば、外部基板との接続信頼
性に優れた生産効率の良い半導体モジュールを実現する
ことにある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２】従来例を示す図

【図３】本発明の応力緩和層とモジュールサイズの関係
を示す図

【図４】本発明のはんだ接続部を示す図

【図５】本発明の配線構造を示す図

【図６】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図７】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図８】本発明の製造工程の一例を示す図

【図９】本発明の製造工程の一例を示す図

【図１０】本発明のマスク開口部の一例を示す図

【図１１】本発明の製造工程の一例を示す図

【図１２】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図１３】本発明のスパッタ耐性の関係を示す図

【図１４】本発明の製造工程の一例を示す図

【図１５】本発明の製造工程の一例を示す図

【図１６】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図１７】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図１８】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図１９】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２０】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２１】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２２】本発明の半導体モジュールの一例を示す

【図２３】本発明の製造工程の一例を示す図

【図２４】本発明の製造工程の一例を示す図

【図２５】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２６】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２７】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２８】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図２９】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図３０】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図３１】本発明の半導体モジュールに用いる半導体装
置の一例を示す図

【図３２】本発明の半導体モジュールの一例を示す図

【図３３】半導体装置及び半導体モジュールの第１の実
施形態を示す概略斜視図

【図３４】半導体装置及び半導体モジュールの製造方法
の第１の実施形態を示すフローチャート

【図３５】半導体装置及び半導体モジュールの製造に用
いる緩和層形成用下型の一具体例とこれを用いた図３４
における製造工程の一部を示す図

【図３６】図３４における製造工程の一部を示す図

【図３７】図３４における製造工程の一部を示す図

【図３８】図３４における製造工程の一部を示す図

【図３９】図３４における製造工程の一部を示す図

【図４０】図３４の製造プロセスで得られた応力緩和層
付きシリコン配線基板を示す斜視図

【図４１】図４０に示すシリコン配線基板への電気配線
の形成のための第１工程を示す工程図

【図４２】図４１に示す第１の工程に続く第２の工程を
示す工程図

【図４３】図４２に示す第２の工程に続く第３の工程を
示す工程図

【図４４】図４３に示した第３の工程から得られた応力
緩和層付きのシリコン配線基板とこれを応力緩和層毎に
切断して得られるシリコン配線基板を示す斜視図

【図４５】本発明による半導体装置及び半導体モジュー
ルの第２の実施形態を示す斜視図及び断面図

【図４６】図４５に示す半導体装置及び半導体モジュー
ルの製造に用いる緩和層形成用下型の構造を示す斜視図

【図４７】本発明による半導体装置及び半導体モジュー
ルの第３の実施形態を示す斜視図及び断面図

【図４８】図４７に示す半導体装置及び半導体モジュー
ルの製造に用いる緩和層形成用下型の構造を示す斜視図

【図４９】半導体チップを配線基板上に搭載した半導体
装置や半導体モジュールをマザーボードを実装したとき
の接続部分を確保するに必要な応力緩和層の厚さを示す
図

【符号の説明】

１…半導体装置、２…モジュール基板、３…配線、４…
絶縁層、５…はんだボール、６…バンプ、７…半導体装
置搭載基板、８…電極、９…電極、10…絶縁膜、11…応
力緩和層、12…応力緩和材料、13…スキージ、14…開口
部、15…中間板、16…熱伝導材料、17…電極、18…スル
ーホール、19…金属層、50…基板、51…カラム状電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口欣秀神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者天明浩之神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者諫田尚哉神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線が形成された配線基板と、該配線基板
に形成された配線と電気的に接続された半導体装置と、
該配線基板の該半導体装置を実装した側に配置され、該
配線と電気的に接続された外部との接続部分となる外部
接続端子とを備え、該配線基板と該外部接続端子との間
に該半導体装置の厚さよりも厚い絶縁樹脂層を形成した
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】配線が形成された配線基板と、該配線基板
に形成された配線と電気的に接続された半導体装置と、
該配線基板の該半導体装置を実装した側に形成された、
その実装面に対して所定の傾斜を有する傾斜部分と外部
との接続部分となる外部接続端子を配置するほぼ平坦な
平坦部分とを有する絶縁樹脂層とを備え、該絶縁樹脂層
の傾斜部分に該配線の一部を形成して該配線と該外部接
続端子とを電気的に接続するように構成したことを特徴
とする半導体モジュール。
【請求項３】前記絶縁樹脂層をマスク印刷により形成し
たことを特徴とする請求項１または２記載の半導体モジ
ュール。
【請求項４】配線が形成された配線基板と、該配線基板
に形成された配線と電気的に接続された半導体装置と、
該配線基板の該半導体装置を実装した側に、マスク印刷
により形成された絶縁樹脂層と、該絶縁樹脂層の上に該
配線と電気的に接続された外部との接続部分となる外部
接続端子とを備えたことを特徴とする半導体モジュー
ル。
【請求項５】前記絶縁樹脂層の形状が前記半導体装置を
囲むような形状であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項６】前記絶縁樹脂層の形状が枠状であることを
特徴とする請求項５記載の半導体モジュール。
【請求項７】前記絶縁樹脂層の外周側の傾斜よりも内周
側の傾斜が緩やかであることを特徴とする請求項５また
は６記載の半導体モジュール。
【請求項８】前記絶縁樹脂層が複数個の絶縁樹脂層を用
いて前記半導体装置を囲むように配置することで構成さ
れたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
半導体モジュール。
【請求項９】前記配線基板が、シリコン基板もしくはガ
ラス基板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれ
かに記載の半導体モジュール。
【請求項１０】前記絶縁樹脂層が約0.1Gpa〜約10Gpaの
弾性率を有する絶縁材料で構成されたことを特徴とする
請求項１〜９のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項１１】前記絶縁樹脂層の膜厚が約１０マイクロ
メータ〜約３５０マイクロメータであることを特徴とす
る請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体モジュー
ル。
【請求項１２】前記半導体装置が半導体チップ、CSP、B
GA、ウエハレベルCSPのいずれかであることを特徴とす
る請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体モジュー
ル。
【請求項１３】前記半導体装置の実装面から前記半導体
装置の裏面までの高さよりも、前記絶縁樹脂層の厚さと
前記外部接続端子の高さとの和の方が大きいことを特徴
とする請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体モジュ
ール。
【請求項１４】前記半導体装置の実装面から前記半導体
装置の裏面までの高さと、前記絶縁樹脂層の厚さと前記
外部接続端子の高さとの和とがほぼ等しいことを特徴と
する請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体モジュー
ル。
【請求項１５】配線が形成された配線基板と、該配線基
板に形成された配線とバンプを介して電気的に接続され
た半導体装置と、該配線と電気的に接続された外部との
接続部分となる外部接続端子とを備え、アンダーフィル
を用いずに該半導体装置を該配線基板に実装する半導体
モジュールにおいて、該半導体装置を半導体チップで構
成し、該配線基板をシリコン基板で構成したことを特徴
とする半導体モジュール。
【請求項１６】配線が形成された配線基板と、該配線基
板に形成された配線とバンプを介して電気的に接続され
た半導体装置と、該配線と電気的に接続された外部との
接続部分となる外部接続端子とを備え、アンダーフィル
を用いずに該半導体装置を該配線基板に実装する半導体
モジュールにおいて、該半導体装置の有する半導体チッ
プとバンプとの間に絶縁樹脂層を形成したことを特徴と
する半導体モジュール。
【請求項１７】配線が形成された配線基板と、該配線基
板に形成された配線とバンプを介して電気的に接続され
た半導体装置と、該配線と電気的に接続された外部との
接続部分となる外部接続端子とを備え、アンダーフィル
を用いずに該半導体装置を該配線基板に実装する半導体
モジュールにおいて、該半導体装置の有するバンプと接
続する配線と該配線基板との間に絶縁樹脂層を形成した
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１８】前記絶縁樹脂層が約0.1Gpa〜約10Gpaの
弾性率を有する絶縁材料で構成されたことを特徴とする
請求項２２記載の半導体モジュール。
【請求項１９】前記絶縁樹脂層の膜厚が約１０マイクロ
メータ〜約３５０マイクロメータであることを特徴とす
る請求項１６または１７記載の半導体モジュール。
【請求項２０】前記絶縁樹脂層をマスク印刷により形成
したことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記
載の半導体モジュール。
【請求項２１】前記外部接続端子が、前記配線基板の前
記半導体装置を実装した側に形成された、その実装面に
対して所定の傾斜を有する傾斜部分と前記外部接続端子
を配置するほぼ平坦な平坦部分とを有する第二の絶縁樹
脂層の上に形成されたことを特徴とする請求項１５〜２
０のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項２２】配線が形成された配線基板と、該配線基
板に形成された配線とバンプを介して電気的に接続され
た半導体装置と、該配線基板と該半導体装置との間に充
填する充填材料とを備え、該充填材料がフィラを含まな
い材料により構成されることを特徴とする実装構造体。
【請求項２３】請求項１〜２２のいずれかに記載される
半導体モジュールを実装する外部基板に熱伝導材料層を
形成し、前記半導体モジュールの有する半導体装置と該
熱伝導材料層とを接続したことを特徴とする実装構造
体。
【請求項２４】前記半導体装置と前記回路基板とをそれ
ぞれ接続する金属部材を備えたことを特徴とする請求項
１〜２３のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項２５】前記半導体装置を前記配線基板にダイボ
ンドして接続し、前記半導体装置と前記配線基板に形成
された配線とをワイヤボンデングにより電気的に接続す
ることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の
半導体モジュール。
【請求項２６】配線を形成した配線基板と、該配線基板
に形成された配線と電気的に接続する半導体装置と、該
半導体装置を覆う絶縁材料と、該絶縁材料上に形成した
配線と外部との接続部分となる外部接続電極とを備えた
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２７】前記半導体装置と外部接続端子との間に
ある絶縁材料の中に中間板を設けたことを特徴とする請
求項２６記載の半導体モジュール。
【請求項２８】基板と、該基板の第１の領域に形成され
た第１の絶縁層と、該基板の第２の領域に実装される半
導体チップと、該第１の絶縁層上に形成された外部接続
端子と、該半導体チップの電極と該外部接続端子とを電
気的に接続する配線とを有する半導体モジュールであっ
て、該第１の絶縁層は、該半導体モジュールと該半導体モジ
ュールを実装する他の基板との間に生ずる応力を緩和
し、かつ金型を用いて形成されたことを特徴とする半導
体モジュール。
【請求項２９】請求項２８において、前記第１の絶縁層は前記基板の周縁部に形成されている
ことを特徴とする半導体モジュール。