JP2005244164A - 中継基板付き基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低コストであるにもかかわらず、ショート不良の発生率が低くかつ信頼性に優れた中継基板付き基板を提供すること。
【解決手段】本発明の中継基板付き基板６１は、樹脂製基板４１と中継基板３１とを備える。樹脂製基板４１の主面４２に配置された複数の面接続パッド４６上には、複数の基板側はんだバンプ３７が設けられる。中継基板３１は、中継基板本体３８と複数の導体柱３５とを有する。中継基板側はんだバンプ３６は、複数の導体柱３５の第１面側端のみに配置される。ソルダーレジスト５３を介して、中継基板本体３８の第２面３３側と樹脂製基板４１の主面４２側とが接着されている。複数の基板側はんだバンプ３７を介して、複数の導体柱３５と複数の面接続パッド４６とが電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子等のような電子部品が搭載可能な中継基板を樹脂製基板の主面上に取り付けた構造の中継基板付き基板及びそれを製造する方法に係り、特には樹脂製基板に対する中継基板の取り付け方に特徴を有するものである。

近年、ＩＣチップが搭載された配線基板（ＩＣ搭載基板やＩＣパッケージなど）とマザーボード等のプリント基板とをじかに接続するのではなく、配線基板−マザーボード間にインターポーザと呼ばれる中継基板を介在させることで接続を図ったものが各種知られている（例えば、特許文献１参照）。また、最近では、上記のインターポーザとは異なるレベルでの接続を図るもの、具体的にはＩＣチップ−配線基板間の接続を図るインターポーザも提案されている。本明細書では便宜上前者を「セカンドレベルインターポーザ」と呼び、後者を「ファーストレベルインターポーザ」と呼ぶことにする。ここで、ファーストレベルインターポーザを配線基板に取り付けた構造物を製造する手順の従来例を示す。

まず、図７，図１０に示すような構造のインターポーザ１０１及び配線基板１１１をそれぞれ作製する。インターポーザ１０１を構成する板状のインターポーザ本体１０２には、多数のビア１０３を貫通形成する。各ビア１０３内には導体柱１０４を設ける。各々の導体柱１０４の上端及び下端には、それぞれ中継基板側はんだバンプ１０５，１０６を設ける。一方、インターポーザ１０１が搭載されるべき配線基板１１１の上面には、複数の基板側はんだバンプ１１３を形成する。配線基板１１１の表層にソルダーレジスト１１４を設けてもよい。

次に、インターポーザ１０１の有する各中継基板側はんだバンプ１０６と、配線基板１１１の有する各基板側はんだバンプ１１３とを対応させて配置し、この状態でインターポーザ１０１を配線基板１１１上に載置する。そして、所定温度及び所定時間に加熱してはんだをリフローさせ、バンプ１０６，１１３同士を接合する（図８，図１１参照）。この結果、インターポーザ１０１側と配線基板１１１側とが電気的に接続される。

ところで、ＩＣチップは一般に熱膨張係数が２．０ｐｐｍ／℃〜５．０ｐｐｍ／℃程度の半導体材料（例えばシリコン等）を用いて形成されている。これに対して、配線基板１１１は半導体材料よりもかなり熱膨張係数が大きな材料、例えば１０．０ｐｐｍ／℃以上の樹脂材料等を用いて形成されている。よって、ファーストレベルインターポーザ１０１にＩＣチップを実装した場合には、ＩＣチップ−配線基板間の熱膨張係数差に起因して応力が発生しやすい。この応力は、インターポーザ１０１と他部品との接合部分やＩＣチップ自身にクラックを発生させ、信頼性を低下させる要因となる。このような事情の下、従来においては、インターポーザ１０１と配線基板１１１との隙間１１５をアンダーフィル材１１６で埋める工程を実施するのが一般的である。具体的には、隙間１１５に、熱硬化性樹脂からなる液状のアンダーフィル材１１６をディスペンサ等により供給する工程を行う。次に、所定温度及び所定時間加熱するキュア工程を行い、アンダーフィル材１１６を熱硬化させる。その結果、アンダーフィル材１１６を介してインターポーザ１０１と配線基板１１１とが強固に接着され、環境による負荷や応力が軽減されて、信頼性が向上しうるものと考えられている（図９参照）。
特開２０００−２０８６６１号公報（図２（ｄ）等）

しかしながら、上記従来技術の場合、インターポーザ１０１と配線基板１１１との接合界面においては、はんだブリッジが起こりやすい。よって、これが原因となりショート不良の発生率が高くなるという問題がある（図１１参照）。

また、インターポーザ１０１と配線基板１１１との隙間１１５は狭く、しかもバンプ１０６，１１３は密集しているため、液状のアンダーフィル材１１６を当該隙間１１５全体に行き渡らせることは非常に難しい。ゆえに、アンダーフィル材１１６を用いたとしても、インターポーザ１０１と配線基板１１１との間に十分な接着強度が確保できず、環境による負荷や応力の軽減が十分に図れない。よって、ＩＣチップ等におけるクラック発生を十分に防止できず、インターポーザ付き配線基板に高い信頼性を付与できなくなるという問題がある。

さらに、従来では、アンダーフィル材供給工程及びキュア工程を実施する必要があり、これがインターポーザ付き配線基板のコストアップを引き起こす１つの要因となっている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的低コストであるにもかかわらず、ショート不良の発生率が低くかつ信頼性に優れた中継基板付き基板及びその製造方法を提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段としては、主面と、複数の開口部が形成され前記主面を覆うソルダーレジストと、前記主面上に配置され前記複数の開口部から露出する複数の面接続パッドと、前記複数の面接続パッドの表面上に配置された複数の基板側はんだバンプとを有する樹脂製基板を備え、かつ、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面及び前記樹脂製基板上に実装される第２面を持つ中継基板本体と、前記第１面及び前記第２面間を貫通する複数の導体柱とを有し、前記複数の導体柱の第１面側端に中継基板側はんだバンプが配置される一方、前記複数の導体柱の第２面側端に中継基板側はんだバンプが配置されていない中継基板を備え、前記ソルダーレジストを介して前記中継基板本体の第２面側と前記樹脂製基板の主面側とが接着され、前記複数の基板側はんだバンプを介して前記複数の導体柱と前記複数の面接続パッドとが電気的に接続されていることを特徴とする中継基板付き基板がある。

従って、この中継基板付き基板では、樹脂製基板の一部であるソルダーレジストを、中継基板−樹脂製基板間の接合のための手段として利用している。そのため、アンダーフィル材を省略することができ、その分だけ材料の種類や工数を低減することが可能となる。また、第１面側端の中継基板側はんだバンプを配置する一方で第２面側端の中継基板側はんだバンプを省略したことにより、その分だけ工数等の低減が可能となる。これらのことにより、中継基板付き基板の低コスト化を達成することができる。

また、第２面側端の中継基板側はんだバンプを省略したことにより、中継基板と樹脂製基板との接合界面にて使用されるはんだの体積が従来に比較して少なくなる。よって、隣接するバンプ間ではんだブリッジが起こりにくくなり、ショート不良の発生率を低減することができる。さらに、ソルダーレジストを介して中継基板と樹脂製基板とが接合される結果、半導体素子等に作用する応力の影響が低減され、クラックの発生が防止される。よって、中継基板付き基板に高い信頼性を付与することができる。

中継基板付き基板を構成する樹脂製基板とは、樹脂材料を主体として構成された基板のことを意味する。かかる樹脂製基板の具体例としては、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）基板、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）基板、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）基板、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）基板などがある。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。あるいは、連続多孔質ＰＴＦＥ等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料からなる基板等を使用してもよい。なお、本発明において樹脂製基板を用いる理由は、基板材料を樹脂とすることで全体の低コスト化を図るためである。

この場合において樹脂製基板の熱膨張係数は、１０．０ｐｐｍ／℃以上３０．０ｐｐｍ／℃以下であることがよい。熱膨張係数が１０．０ｐｐｍ／℃未満になると、樹脂製基板が高コスト化しやすくなるからである。また、熱膨張係数が３０．０ｐｐｍ／℃を超える樹脂製基板を使用した場合には、半導体素子等との熱膨張係数差が非常に大きくなる。よって、たとえ中継基板を付けたとしても応力の影響を十分に低減できない可能性があるからである。

ここで「熱膨張係数」とは、厚み方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向（ＸＹ方向）の熱膨張係数のことを意味し、０℃〜１００℃の間のＴＭＡ（熱機械分析装置）にて測定した値のことをいう（以下、同じ）。「ＴＭＡ」とは、熱機械的分析をいい、例えばＪＰＣＡ−ＢＵ０１に規定されるものをいう。

また、樹脂製基板は導体回路を備える配線基板であることが好ましく、このような配線基板上には半導体素子やその他の電子部品などが実装される。

樹脂製基板は、複数の開口部が形成され前記主面を覆うソルダーレジストを有している。ソルダーレジストは主面の全部を覆っていてもよく、一部を覆っていてもよい。

ソルダーレジストの厚さは特に限定されるべきではないが、従来における通常の厚さ（約２０μｍ）よりも若干厚いことが好適であり、例えば２５μｍ以上４０μｍ以下に設定されることが好ましい。ソルダーレジストの厚さが２５μｍ未満であると、中継基板と樹脂製基板との接着強度が十分に確保できなくなるおそれがある。また、基板側はんだバンプの体積が不足して、導体柱と面接続パッドとの接続状態が低下するおそれもある。一方、ソルダーレジストの厚さが４０μｍを超えると、中継基板と樹脂製基板との接着強度については確保できる反面、基板側はんだバンプを高く形成する必要が生じる。よってこの場合には、基板側はんだバンプの体積が増えてしまい、隣接するバンプ間でのはんだブリッジの発生率を十分に低減できなくなるおそれがある。

また、樹脂製基板は、主面上に配置され複数の開口部から露出する複数の面接続パッドを備えている。前記面接続パッドとは、電気的接続のための端子用パッドであって、面接続によって接続を行うものを指す。このような面接続パッドは例えば線状や格子状（千鳥状も含む）に形成される。ソルダーレジストの開口部は、面接続パッドを露出させるような位置に設けられている。この場合、１つの開口部に対応して１つの面接続パッドを設ける構造、１つの開口部に対応して２つ以上の面接続パッドを設ける構造、２つ以上の開口部に対応して１つの面接続パッドを設ける構造、２つ以上の開口部に対応して２つ以上の面接続パッドを設ける構造を採ることが可能である。それら中でも、１つの開口部に対応して１つの面接続パッドを設ける構造が特に好適である。このような構造は、はんだブリッジの防止に有効であり、しかも、十分な接合面積が確保されることで中継基板と樹脂製基板との接着強度の増大に有効だからである。

ソルダーレジストとは、絶縁性及び耐熱性を有する樹脂からなり、本来的には、導体を覆い隠すことで導体へのはんだの付着を防止する保護膜のことをいう。本発明においては、少なくとも熱硬化性を有する樹脂からなるソルダーレジストを用いることが好ましく、具体的にはエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの使用が好適である。

樹脂製基板は複数の基板側はんだバンプを有している。これらの基板側はんだバンプは、複数の面接続パッドの表面上にそれぞれ配置されている。隣接する基板側はんだバンプ間の中心間距離（即ちバンプピッチ）は、基本的には実装されるべき半導体素子側の面接続端子のピッチに依存し、例えば２５０μｍ以下（ただし、０μｍは除く。）、好ましくは１３０μｍ以上２００μｍ以下に設定される。基板側はんだバンプの最大径は、前記バンプピッチの半分以下に設定されることがよく、具体的には１５０μｍ以下（ただし、０μｍは除く。）、好ましくは６０μｍ以上１００μｍ以下である。基板側はんだバンプの最大径がバンプピッチの半分を超えるようになると、基板側はんだバンプの体積増及び過度の近接によって、はんだブリッジが発生しやすくなるおそれがあるからである。逆に、基板側はんだバンプの最大径がバンプピッチに比べてかなり小さい（例えば１／４未満である）と、基板側はんだバンプの体積不足によって、導体柱と面接続パッドとの接続状態が低下するおそれがあるからである。

また、中継基板を樹脂製基板に接着する前の状態において、基板側はんだバンプは、少なくともソルダーレジストの表面よりも突出していることが好ましい。従って、ソルダーレジストの厚さを２５μｍ以上４０μｍ以下の範囲内に設定した場合には、接着前における基板側はんだバンプの高さを例えば３０μｍ以上８０μｍ以下に設定することがよい。換言すると、この場合ソルダーレジスト表面からの基板側はんだバンプの突出量を５μｍ以上４０μｍ以下に設定することがよい。基板側はんだバンプの突出量が５μｍ未満になると、基板側はんだバンプの体積が不足して、導体柱と面接続パッドとの接続状態が悪化するおそれがある。一方、基板側はんだバンプの突出量が４０μｍを超えると、基板側はんだバンプの体積が増えてしまい、隣接するバンプ間でのはんだブリッジの発生率を十分に低減できなくなるおそれがある。

基板側はんだバンプに使用されるはんだの種類は、用途に応じて任意に選択可能である。好適なはんだの具体例を挙げると、錫鉛共晶はんだ（６３Ｓｎ／３７Ｐｂ：融点１８３℃）などがある。勿論、錫鉛共晶はんだ以外のＳｎ／Ｐｂ系はんだ、例えば６２Ｓｎ／３６Ｐｂ／２Ａｇという組成のはんだ（融点１９０℃）、９０Ｓｎ／１０Ｐｂという組成のはんだ、９５Ｓｎ／５Ｐｂという組成のはんだなどを使用してもよい。さらには、上記のような鉛入りはんだ以外にも、鉛フリーはんだを選択することが可能である。鉛フリーはんだとは、鉛を全くまたは殆ど含まないはんだのことを意味し、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ等を挙げることができる。なお、上記各系のはんだには微量元素（例えばＡｕ，Ｎｉ，Ｇｅ等）が含まれていてもよい。

中継基板を構成する中継基板本体は、第１面及び第２面を有する略板形状の部材である。中継基板本体の第１面は、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき面、換言すると、面接続端子を有する半導体素子が実装される予定の面である。前記半導体素子としては、例えば、ＸＹ方向の熱膨張係数が２．０ｐｐｍ／℃以上５．０ｐｐｍ／℃未満のものが使用される。このような半導体素子の例としては、熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃程度のシリコンからなる半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）などを挙げることができる。なお、中継基板本体の第１面上に実装されるべき半導体素子の数は、１つであってもよく２つ以上であってもよい。また、中継基板本体の第１面上に実装されるべき半導体素子は、面接続端子上に必ずしもバンプを有していなくてもよい。つまり、中継基板本体の第１面には、バンプ付きの半導体素子、バンプレスの半導体素子のいずれも実装可能である。

前記面接続端子とは、電気的接続のための端子であって、面接続によって接続を行うものを指す。なお、面接続とは、被接続物の平面上に線状や格子状（千鳥状も含む）にパッドあるいは端子を形成し、それら同士を接続する場合を指す。なお、前記半導体素子の大きさ及び形状は特に限定されないが、少なくとも一辺が１０．０ｍｍ以上であることがよい。このような大型の半導体素子になると、発熱量も増大しやすく応力の影響も次第に大きくなるため、クラックの発生といった本願特有の課題が生じやすくなるからである。また、半導体素子の厚さも特に限定されないが、１．０ｍｍ以下（ただし０ｍｍは含まず。）であることがよい。半導体素子が１．０ｍｍ以下になると、半導体素子の強度が弱くなるため、クラックの発生といった本願特有の課題が生じやすくなるからである。

一方、中継基板本体の第２面は、面接続パッドを有する樹脂製基板の表面上に実装されている面である。前記面接続パッドとは、電気的接続のための端子用パッドであって、面接続によって接続を行うものを指す。このような面接続パッドは例えば線状や格子状（千鳥状も含む）に形成される。

中継基板本体を形成する材料としては、セラミック、金属、半導体、樹脂などを挙げることができ、用途に応じてそれらの中から適宜選択することができる。セラミック材料の好適例としては、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などがある。金属材料の好適例としては、銅、銅合金、鉄ニッケル合金などがある。半導体材料の好適例としては、例えばシリコンなどがある。そして、樹脂材料の好適例としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ゴム系樹脂などがある。低コスト化の観点からすれば、樹脂材料を選択することが好ましい。

中継基板本体の厚さは特に限定されないが、強いて言えば０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることが好ましく、特には０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。このような厚さ範囲内であると、半導体素子を搭載したときに素子接合部分に加わる熱応力が比較的小さくなり、中継基板本体自身の反りや、半導体素子の接合部分におけるクラック防止に有利となる。

中継基板本体は、第１面及び第２面間を貫通する複数の貫通孔を有している。また、各々の貫通孔内には、第１面及び第２面間を貫通する導体柱がそれぞれ配置されている。前記複数の貫通孔は中継基板本体の厚さ方向（Ｚ方向）に平行に形成されていることがよい。

貫通孔の直径（即ち導体柱の直径）は特に限定されないが、例えば１２５μｍ以下（ただし、０μｍは含まず。）であることがよく、５０μｍ以上１００μｍ以下であることがよりよい。隣接する貫通孔間の中心間距離（即ち隣接する導体柱間の中心間距離）は、例えば２５０μｍ以下（ただし、０μｍは含まず。）であることがよく、特には１３０μｍ以上２００μｍ以下であることがよりよい。かかる直径や中心間距離があまりに大きすぎると、今後予想される半導体素子のファイン化に十分に対応できない可能性があるからである。換言すると、かかる直径や中心間距離をあまりに大きく設定すると、限られた面積内に多数の導体柱を形成できないからである。

前記導体柱は、例えば、複数の貫通孔内に導電性金属を充填することにより形成される。前記導電性金属としては特に限定されないが、例えば銅、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、錫、鉛、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブなどから選択される１種または２種以上の金属を挙げることができる。また、はんだ等の合金を導電性金属として用いることも可能である。導体柱に使用されるはんだの好適例としては、錫鉛共晶はんだに代表されるＳｎ／Ｐｂ系はんだがあるほか、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ等の鉛フリーはんだがある。

複数の導体柱は、中継基板本体の第１面にて露出する第１面側端と、中継基板本体の第２面にて露出する第２面側端とをそれぞれ有している。そして、導体柱の第１面側端には中継基板側はんだバンプが配置される一方、導体柱の第２面側端には中継基板側はんだバンプが配置されていない。中継基板本体の第１面側端に中継基板側はんだバンプがあると、バンプレスの半導体素子の実装が可能となって好都合だからである。なお、はんだを用いて導体柱を形成した場合、その導体柱の一部を第１面から突出させて中継基板側はんだバンプとしてもよい。

本発明の中継基板付き基板においては、ソルダーレジストを介して中継基板本体の第２面側と樹脂製基板の主面側とが接着されている。つまり、ソルダーレジストは、従来使用されていたアンダーフィル材に代わる接合手段としての役割を果たしている。

また、上記課題を解決するための別の手段としては、請求項１に記載の中継基板付き基板を製造する方法であって、半硬化状態のソルダーレジストを有する樹脂製基板を作製する基板作製工程と、前記中継基板の有する前記複数の導体柱と、前記複数の基板側はんだバンプとを対応させて配置する位置決め工程と、前記位置決め工程後、加熱を行いながら前記中継基板を前記樹脂製基板側に押圧することにより、前記半硬化状態のソルダーレジストを完全硬化させ、この完全硬化したソルダーレジストを介して前記中継基板本体の第２面側と前記樹脂製基板の主面側とを接着する接着工程とを含むことを特徴とする中継基板付き基板の製造方法がある。

以下、本発明の製造方法について説明する。

まず、基板作製工程を実施し、半硬化状態のソルダーレジストを有する樹脂製基板を作製しておく。ソルダーレジストを半硬化状態に止めておく理由は、完全硬化したソルダーレジストでは接着性が損なわれるのでこれを防止するためである。ここで、半硬化状態のソルダーレジストの具体例としては、例えばＢステージのソルダーレジストを挙げることができる。なお、基板側はんだバンプは、ソルダーレジストの形成前に設けてもよく、ソルダーレジストの形成後に設けてもよい。

ソルダーレジストは、例えば、液状のソルダーレジスト用樹脂を塗布した後にそれを半硬化させるといった手法により形成することが可能である。このほか、ソルダーレジスト用樹脂フィルムをラミネートした後にそれを半硬化させるという手法や、あらかじめ半硬化状態にしたソルダーレジスト用樹脂フィルムをラミネートするといった手法も採ることができる。この場合、ソルダーレジストを構成する樹脂は、少なくとも熱硬化性を有することが好ましく、必要に応じて光硬化性が付与されていてもよい。即ち、光硬化性のみを有する樹脂であると、接着工程の際に中継基板の直下となる部分に光を照射することができず、ソルダーレジストを完全硬化させることが困難になるからである。その点、少なくとも熱硬化性を有する樹脂であれば、中継基板の有無にかかわらず比較的容易にソルダーレジストを完全硬化させることが可能だからである。

また、中継基板作製工程を実施し、あらかじめ中継基板を作製しておく。具体的にいうと、例えば、複数の貫通孔を有する中継基板本体を用意し、前記複数の貫通孔内に導電性金属を充填して導体柱を形成し、さらに導体柱の一方側端に中継基板側バンプを形成する。中継基板側バンプの形成は導体柱の形成と同時に行われてもよい。

複数の貫通孔内に導電性金属を充填して導体柱を形成する具体的な手法としては、例えば、導電性金属を含む非固形材料（例えば導電性金属ペースト）を作製しそれを印刷充填した後にそれを固化する手法があるほか、導電性金属めっきを施す手法などがある。導電性金属を含む非固形材料を固化する手法としては、例えば、材料中の有機成分を蒸発させること、さらには材料中の導電性金属を焼結させることが好適である。導電性金属ペーストの好適例としては、銅ペースト、銀ペースト、はんだペーストなどがある。また、金属塊や金属柱などの固形材料を貫通孔内に埋め込むという手法を採用してもよい。なお、導電性金属の充填によって導体柱を形成する場合、内部に空洞が生じないように貫通孔をほぼ完全に埋めることが好ましい。その理由は、導体柱の低抵抗化を図るとともに、導体柱自体の強度を高めるためである。

次に、位置決め工程を実施し、中継基板の有する複数の導体柱と、複数の基板側はんだバンプとを対応させて配置する。この後、複数の導体柱と複数の基板側はんだバンプとを接触させ、下記の接着工程を実施する。

接着工程では、加熱を行いながら中継基板を樹脂製基板側に押圧しつつ、ソルダーレジストの表面に対して中継基板本体の第２面を接触させる。その結果、熱によって半硬化状態のソルダーレジストを完全硬化するとともに、この完全硬化したソルダーレジストを介して、中継基板本体の第２面側と樹脂製基板の主面側とを接着する。完全硬化したソルダーレジストの具体例としては、例えばＣステージのソルダーレジストを挙げることができる。また、このときの加熱温度は、使用するソルダーレジストの樹脂の種類や硬化度に応じて適宜設定される。

さらに、接着工程に先立ってリフロー工程を実施し、複数の基板側はんだバンプを加熱して複数の導体柱と複数の面接続パッドとを接合してもよい。あるいは、接着工程の際にリフロー工程を併せて実施し、複数の基板側はんだバンプを加熱して複数の導体柱と複数の面接続パッドとを接合してもよい。特に後者の方法によれば、より工数が少なくなるため低コスト化を達成するうえで有利になる。このようなリフロー工程の温度条件等は特に限定されないが、少なくともはんだが溶融しうる温度、例えば２２０℃以上２８０℃以下に設定されることがよい。２２０℃未満の温度であると、適用できるはんだの種類が限定されてしまい、低コスト化を達成しにくくなるおそれがあるからである。逆に、２８０℃を越える温度であると、ソルダーレジスト等を構成する樹脂材料に熱的なダメージを与えるおそれがあり、好ましくないからである。

そして、このような製造方法によれば、アンダーフィル材供給工程及びキュア工程が不要になるため、その分だけ工数を少なくすることができる。よって、上記の優れた中継基板付き基板を、低コスト化でしかも効率よく製造することが可能となる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図６に基づき詳細に説明する。図１は、ＩＣチップ（半導体素子）２１をインターポーザ付き配線基板６１（中継基板付き基板）に実装した本実施形態の半導体パッケージ１１を示す概略断面図である。図２は、半導体パッケージ１１の製造過程において、インターポーザ３１（中継基板）と配線基板４１（樹脂製基板）とを位置決めした状態を示す部分概略断面図である。図３は、図２の要部拡大断面図である。図４は、インターポーザ３１及び配線基板４１を接着する工程を示す部分概略断面図である。図５は、接着工程後の様子を示す要部拡大断面図である。図６は、インターポーザ付き配線基板６１上にＩＣチップ２１を実装するときの様子を示す概略断面図である。

図１に示されるように、本実施形態の半導体パッケージ１１は、上記のように、ＩＣチップ２１をインターポーザ付き配線基板６１上に実装した構造のＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）である。なお、半導体パッケージ１１の形態は、ＬＧＡのみに限定されず、例えばＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）やＰＧＡ（ピングリッドアレイ）等であってもよい。このインターポーザ付き配線基板６１は、インターポーザ３１と配線基板４１とによって構成されている。ＭＰＵとしての機能を有するＩＣチップ２１は、縦１２．０ｍｍ×横１０．０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの矩形平板状であって、熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃程度のシリコンからなる。ＩＣチップ２１の下面側表層には、図示しない回路素子が形成されている。また、ＩＣチップ２１の下面側には、複数の面接続端子２２が約１５０μｍピッチで格子状に設けられている。これらの面接続端子２２の表面上に特にバンプは設けられていない。即ち、このＩＣチップ２１はバンプレスである。

前記配線基板４１は、上面４２及び下面４３を有する矩形平板状（４５ｍｍ角）の樹脂製多層配線基板である。この多層配線基板は、スルーホール導体５１を有する樹脂製のコア基板５２と、その両面に形成されたビルドアップ層とによって構成されている。かかるビルドアップ層は、複数層の樹脂絶縁層４４と複数層の導体回路４５とを交互に積層した構造を有している。本実施形態の場合、具体的にはエポキシ樹脂をガラスクロスに含浸させてなる絶縁基材により樹脂絶縁層４４が形成され、銅箔または銅めっき層により導体回路４５が形成されている。かかる配線基板４１の熱膨張係数は、１３．０ｐｐｍ／℃以上１６．０ｐｐｍ／℃未満となっている。配線基板４１の上面４２には、インターポーザ３１側との電気的な接続を図るための複数の面接続パッド４６が、約１５０μｍピッチで格子状に形成されている。配線基板４１の下面４３には、図示しないマザーボード側との電気的な接続を図るための複数の面接続パッド４７が格子状に形成されている。なお、マザーボード接続用の面接続パッド４７は、インターポーザ接続用の面接続パッド４６よりも広い面積で広いピッチとなっている。樹脂絶縁層４４にはビアホール導体４８が設けられていて、これらのビアホール導体４８を介して、スルーホール導体５１、異なる層の導体回路４５、面接続パッド４６、面接続パッド４７が相互に電気的に接続されている。また、配線基板４１の上面４２には、図１のインターポーザ３１以外にも、チップキャパシタ、半導体素子、その他の電子部品（いずれも図示略）が実装されている。

配線基板の４１の上面４２には、エポキシ系樹脂からなる厚さ３０μｍのソルダーレジスト５３が形成されている。ソルダーレジスト５３は上面４２のほぼ全体を覆っており、複数の面接続パッド４６がある箇所に対応して複数の開口部５４を有している。これらの開口部５４の内径は６０μｍ〜７０μｍに設定されている。開口部５４から露出する面接続パッド４６の表面上には、９０Ｓｎ／１０Ｐｂという組成の錫鉛はんだからなる基板側はんだバンプ３７が設けられている。なお、本実施形態では、配線基板の４１の上面４２にのみソルダーレジスト５３を形成しているが、上面４２及び下面４３の両方にソルダーレジスト５３を形成しても勿論よい。

本実施形態のインターポーザ３１は、いわゆるファーストレベルインターポーザと呼ばれるべきものであって、上面３２（第１面）及び下面３３（第２面）を有する矩形平板形状のインターポーザ本体３８（中継基板本体）を有している。そして、このインターポーザ本体３８は、厚さ０．３ｍｍ程度のＢＴ樹脂により形成された板材からなる。かかる板材の熱膨張係数は約１０ｐｐｍ／℃、ヤング率は１〜５ＧＰａ程度である。勿論、ＢＴ樹脂以外の樹脂材料、例えばエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂を、インターポーザ本体３８用の材料として採用することもできる。

インターポーザ３１を構成するインターポーザ本体３８には、上面３２及び下面３３を貫通する複数のビア３４（貫通孔）が格子状に形成されている。本実施形態では、ビア３４の直径が約５０μｍに設定され、隣接するビア３４，３４間の中心間距離（ビアピッチ）が約１５０μｍに設定されている。これらのビア３４は、配線基板４１が有する各面接続パッド４６の位置に対応している。そして、かかるビア３４内には、６３Ｓｎ／３７Ｐｂという組成の共晶錫鉛はんだからなる導体柱３５が設けられている。即ち本実施形態では、導体柱３５の形成用のはんだ材料のほうが、基板側はんだバンプ３７の形成用のはんだ材料よりも融点が低くなっている。各導体柱３５の上端は、上面３２から１００μｍほど突出し、インターポーザ側はんだバンプ３６となっている。インターポーザ側はんだバンプ３６は、ＩＣチップ２１側の各面接続端子２２に電気的に接続されている。各導体柱３５の下端はインターポーザ本体３８の下面３３から殆ど突出しておらず、何らはんだバンプを有していない。

そして、本実施形態においては、インターポーザ本体３８の下面３３側と配線基板４１の上面４２側との間に特にアンダーフィル材は配置されず、両者がソルダーレジスト５３を介して直接接着されている。また、各導体柱３５の下端面は、基板側はんだバンプ３７を介して各面接続パッド４６に電気的に接続されている。このような接続関係により、インターポーザ３１の導体柱３５を介して、配線基板４１側とＩＣチップ２１側とが導通されている。ゆえに、インターポーザ３１を経由して配線基板４１−ＩＣチップ２１間で信号の入出力が行われるとともに、ＩＣチップ２１をＭＰＵとして動作させるための電源が供給されるようになっている。

ここで、上記構造の半導体パッケージ１１を製造する手順について説明する。

まず、下記の要領で配線基板４１を作製する（配線基板作製工程）。即ち、スルーホール導体５１を有するコア基板５２を用意し、従来公知のビルドアッププロセスによってその両面に、樹脂絶縁層４４、導体回路４５、面接続パッド４６，４７をあらかじめ形成する。次に、配線基板４１の上面４２に、エポキシ樹脂系のドライフィルム状ソルダーレジスト５３をラミネートする。このソルダーレジスト５３は厚さ３０μｍであって、熱硬化性及び光硬化性を有している。ここで、図示しない所定のフォトマスクを配置して露光及び現像を行い、所定箇所に複数の開口部５４を形成する。この時点では、ソルダーレジスト５３は光硬化しているものの熱硬化していないため、いまだ半硬化状態にある。次に、配線基板４１の上面４２に対するはんだペースト印刷を行い、基板側はんだバンプ３７を形成する。ここで使用するはんだペーストは、９０Ｓｎ／１０Ｐｂという組成の錫鉛はんだを含んでいる。本実施形態では、基板側はんだバンプ３７の印刷厚さを３５μｍ〜４０μｍ程度に設定することで、基板側はんだバンプ３７の上面をソルダーレジスト５３の表面から若干突出させている（図２，図３参照）。これは、導体柱３５と面接続パッド４６との間に良好な接続状態を維持しつつ、はんだブリッジの発生を確実に抑えるためである。なお、この時点においてもソルダーレジスト５３はまだ半硬化状態にある。

次に、下記の要領でインターポーザ３１を作製する（中継基板作製工程）。

まず、ＢＴ樹脂板を出発材料として使用する。そして、このＢＴ樹脂板に対してレーザー加工等を行って多数のビア３４を形成することにより、インターポーザ本体３８を形成する。次に、所定のはんだレジストを設け、この状態ではんだペーストを印刷することにより、はんだペーストを各ビア３４内に充填する。ここで使用するはんだペーストは、６３Ｓｎ／３７Ｐｂという組成の共晶錫鉛はんだを含んでいる。次に、はんだレジストを除去し、さらにリフローを行って上端側にインターポーザ側はんだバンプ３６を有する導体柱３５を形成すれば、図２，図３に示す構造のインターポーザ３１が完成する。

次に、位置決め工程を実施し、インターポーザ３１の有する複数の導体柱３５と、複数の基板側はんだバンプ３７とを対応させて配置する。この後、インターポーザ３１を垂直に下降させて複数の導体柱３５と複数の基板側はんだバンプ３７とを接触させる。

次に、下記の要領で接着及びリフロー工程を実施する。まず、配線基板４１上に載置されたインターポーザ３１の上に、平板状の押圧治具７１をさらに載置する（図４参照）。このとき、重力の作用によって押圧治具７１の荷重が加わることにより、インターポーザ本体３８が所定の押圧力で配線基板４１側に押圧される。この押圧により、インターポーザ本体３８の下面３３が、未硬化状態のソルダーレジスト５３の表面に対して接触した状態となる。上記の押圧治具７１は、金属製の治具本体７２の下面側に、耐熱性ゴムシート７３を貼り付けた構造となっている。従って、インターポーザ本体３８の上面３３に突出する複数のインターポーザ側はんだバンプ３６は、弾性体である耐熱性ゴムシート７３に接触するようになっている。このとき、耐熱性ゴムシート７３は弾性変形してインターポーザ本体３８側の凹凸形状に追従する。これにより、インターポーザ３１に対して均等に押圧力を付加することができ、しかもインターポーザ側はんだバンプ３６の潰れ等を防止することができる。

そして次に、この状態のものをリフロー炉にセットし、所定温度及び所定時間加熱を行う。本実施形態では、このときの温度を２６０℃〜２７０℃に設定して加熱を行うようにしている。その結果、溶融した基板側はんだバンプ３７を介して、導体柱３５と面接続パッド４６とを接合する。また、これと同時に、半硬化状態のソルダーレジスト５３を完全に熱硬化させ、その完全硬化したソルダーレジスト５３を介して、インターポーザ本体３８の下面３３側と配線基板４１の上面４２側とを直接接着する。以上のようなプロセスを経ると、図５，図６に示すインターポーザ付き配線基板６１が完成する。

次に、インターポーザ付き配線基板６１を構成するインターポーザ３１の上面３２に、バンプレスのＩＣチップ２１を載置する。このとき、ＩＣチップ２１側の面接続端子２２と、インターポーザ側はんだバンプ３６とを位置合わせするようにする（図６参照）。そして、２２０℃〜２３０℃程度の温度に加熱してインターポーザ側はんだバンプ３６をリフローすることにより、インターポーザ側はんだバンプ３６と面接続端子２２とをフリップチップ接続する。その結果、図１に示す所望構造の半導体パッケージ１１が完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、配線基板４１の一部である既存のソルダーレジスト５３を、インターポーザ３１−配線基板４１間の接合（即ちファーストレベルでの接合）のための手段として利用している。そのため、アンダーフィル材を省略することができ、その分だけ使用すべき材料の種類が少なくて済む。また、アンダーフィル材供給工程及びキュア工程が不要になるため、その分だけ工数も少なくて済む。また、導体柱３５については、上側端に中継基板側はんだバンプ３６を配置する一方で下面側端の中継基板側はんだバンプを省略しているため、その分だけ工数が少なくて済む。

以上のことにより、インターポーザ付き配線基板６１の低コスト化、ひいては半導体パッケージ１１の低コスト化を達成することができる。また、インターポーザ付き配線基板６１や半導体パッケージ１１を効率よく製造することが可能となる。

（２）本実施形態では、下面側端の中継基板側はんだバンプを省略したことにより、インターポーザ３１と配線基板４１との接合界面にて使用されるはんだの体積が従来に比較して少なくなる。よって、隣接するバンプ間ではんだブリッジが起こりにくくなり、ショート不良の発生率を低減することができる。これは歩留まりの向上にもつながる。さらに、ソルダーレジスト５３を介してインターポーザ３１と配線基板４１とが接合される結果、ＩＣチップ２１等に作用する応力の影響が低減され、クラックの発生が防止される。よって、インターポーザ付き配線基板４１、ひいては半導体パッケージ１１に高い信頼性を付与することができる。

（３）本実施形態の製造方法によれば、接着工程の際にリフロー工程を併せて実施しているため、工数が少なくなり、確実に低コスト化を達成することができる。また、インターポーザ３１の上面３２にＩＣチップ２１を実装する前の時点で接続及びリフロー工程を実施しているため、押圧治具７１の荷重がＩＣチップ２１に加わることがない。ゆえに、ＩＣチップ２１のクラックの発生を確実に防止することができる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、先にインターポーザ付き配線基板６１を作製しておき、それにＩＣチップ２１を実装するという手順で半導体パッケージ１１を製造していた。これに対し、例えば、先にＩＣチップ２１をインターポーザ３１に実装してＩＣチップ付きインターポーザを作製し、さらにこのＩＣチップ付きインターポーザを配線基板４１上に実装するという手順で半導体パッケージ１１を製造してもよい。

・上記実施形態では、載置された押圧治具７１の自重がかかることによりインターポーザ３１に押圧力を付与するという、いわば消極的な方法を採用していたが、インターポーザ３１をアクチュエータ等によって積極的に押圧する手段を用いてもよい。

・例えば、以下のような手順でインターポーザ付き配線基板６１を製造することも可能である。まず、配線基板４１の上面４２にある面接続パッド４６上にあらかじめ基板側はんだバンプ３７を形成する。基板側はんだバンプ３７は、例えば、はんだペーストの印刷及びリフローという手法により形成してもよく、はんだボール等の取り付けという手法により形成してもよい。そして、開口部４５を形成したソルダーレジスト５３をラミネートし、続いてインターポーザ３１を位置決めして配置した状態で、接着及びリフロー工程を実施する。

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）主面と、複数の開口部が形成され前記主面を覆う厚さ２５μｍ〜４０μｍのソルダーレジストと、前記主面上に配置され前記複数の開口部から露出する複数の面接続パッドと、前記複数の面接続パッドの表面上に配置された複数の基板側はんだバンプとを有する樹脂製基板を備え、かつ、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面及び前記樹脂製基板上に実装される第２面を持つ中継基板本体と、前記第１面及び前記第２面間を貫通する複数の導体柱とを有し、前記複数の導体柱の第１面側端に中継基板側はんだバンプが配置される一方、前記複数の導体柱の第２面側端に中継基板側はんだバンプが配置されていない中継基板を備え、前記ソルダーレジストを介して前記中継基板本体の第２面側と前記樹脂製基板の主面側とが接着され、前記複数の基板側はんだバンプを介して前記複数の導体柱と前記複数の面接続パッドとが電気的に接続されていることを特徴とする中継基板付き基板。

（２）前記複数の導体柱と前記複数の面接続パッドとを電気的に接続する前の状態における前記基板側はんだバンプの高さは３０μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とする技術的思想１に記載の中継基板付き基板。

本発明を具体化した一実施形態において、ＩＣチップ（半導体素子）をインターポーザ付き配線基板（中継基板付き基板）に実装した半導体パッケージを示す部分概略断面図。 半導体パッケージの製造過程において、インターポーザ（中継基板）と配線基板（樹脂製基板）とを位置決めした状態を示す部分概略断面図。 半導体パッケージの製造過程において、インターポーザと配線基板とを位置決めした状態を示す要部拡大断面図。 半導体パッケージの製造過程において、インターポーザ及び配線基板を接着する工程を示す部分概略断面図。 半導体パッケージの製造過程において、接着工程後の様子を示す要部拡大断面図。 半導体パッケージの製造過程において、インターポーザ付き配線基板上にＩＣチップを実装するときの様子を示す部分概略断面図。 従来技術のインターポーザ付き配線基板の製造方法を説明するための部分概略断面図。 従来技術のインターポーザ付き配線基板の製造方法を説明するための部分概略断面図。 従来技術のインターポーザ付き配線基板の製造方法を説明するための部分概略断面図。 従来技術のインターポーザ付き配線基板の製造方法を説明するための要部拡大断面図。 従来技術のインターポーザ付き配線基板の製造方法を説明するための要部拡大断面図。

符号の説明

２１…半導体素子としてのＩＣチップ
２２…面接続端子
３１…中継基板としてのインターポーザ
３２…第１面としての上面
３３…第２面としての下面
３５…導体柱
３６…中継基板側はんだバンプ
３７…基板側はんだバンプ
３８…中継基板本体としてのインターポーザ本体
４１…樹脂製基板としての配線基板
４２…主面としての上面
４６…面接続パッド
５３…ソルダーレジスト
６１…中継基板付き基板としてのインターポーザ付き配線基板

Claims (2)

1. 主面と、複数の開口部が形成され前記主面を覆うソルダーレジストと、前記主面上に配置され前記複数の開口部から露出する複数の面接続パッドと、前記複数の面接続パッドの表面上に配置された複数の基板側はんだバンプとを有する樹脂製基板を備え、かつ、
   面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第１面及び前記樹脂製基板上に実装される第２面を持つ中継基板本体と、前記第１面及び前記第２面間を貫通する複数の導体柱とを有し、前記複数の導体柱の第１面側端に中継基板側はんだバンプが配置される一方、前記複数の導体柱の第２面側端に中継基板側はんだバンプが配置されていない中継基板を備え、
   前記ソルダーレジストを介して前記中継基板本体の第２面側と前記樹脂製基板の主面側とが接着され、前記複数の基板側はんだバンプを介して前記複数の導体柱と前記複数の面接続パッドとが電気的に接続されていることを特徴とする中継基板付き基板。
2. 請求項１に記載の中継基板付き基板を製造する方法であって、
   半硬化状態のソルダーレジストを有する樹脂製基板を作製する基板作製工程と、
   前記中継基板の有する前記複数の導体柱と、前記複数の基板側はんだバンプとを対応させて配置する位置決め工程と、
   前記位置決め工程後、加熱を行いながら前記中継基板を前記樹脂製基板側に押圧することにより、前記半硬化状態のソルダーレジストを完全硬化させ、この完全硬化したソルダーレジストを介して前記中継基板本体の第２面側と前記樹脂製基板の主面側とを接着する接着工程と
   を含むことを特徴とする中継基板付き基板の製造方法。

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