JP2007103816A - 配線基板および電子回路装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の配線基板においては、半導体チップとの接続ピッチの微細化が妨げられていた。
【解決手段】配線基板１０は、絶縁樹脂層１２（基材）、配線１４、および電極パッド１６を有している。絶縁樹脂層１２上には、配線１４および電極パッド１６が形成されている。これらの配線１４および電極パッド１６は、一体に設けられている。電極パッド１６の絶縁樹脂層１２と反対側の面Ｓ１に露出し、電極パッド１６を構成する第１の金属材料は、配線１４の絶縁樹脂層１２と反対側の面Ｓ２に露出し、配線１４を構成する第２の金属材料に比して、酸化物形成の自由エネルギーが高い。
【選択図】図２

Description

本発明は、配線基板および電子回路装置に関する。
従来の配線基板としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。図１０を参照しつつ、同文献に記載の配線基板の構成を説明する。この配線基板においては、基材１０１上に、接着材１０２を介して、配線１０３および電極パッド１０４が設けられている。これらの配線１０３および電極パッド１０４は、一体の導体パターンとして形成されている。この電極パッド１０４には、半導体チップ１１０の半田電極１１１が接続される。
配線１０３上には、電極パッド１０４に半田電極１１１を接続する際に半田が当該配線１０３上に流れ込むのを防止すべく、ソルダーレジスト１０５が形成されている。すなわち、上述の電極パッド１０４は、パターニングされたソルダーレジスト１０５の開口部に形成されている。
特開平５−１４４８１６号公報
しかしながら、一般に、ソルダーレジストは、パターニング性が低いため、高精度で微細なパターニングに適さない。それゆえ、電極パッド１０４が設けられる開口部をソルダーレジスト１０５に小さな配列ピッチで形成することは困難である。それにより、図１０の配線基板においては、半導体チップとの接続ピッチの微細化、言い換えれば基材１０１上における電極パッド１０４の配列ピッチの微細化が妨げられていた。
本発明による配線基板は、半田電極を有する電子回路チップが載置される配線基板であって、基材上に設けられた配線と、上記基材上に上記配線と一体に設けられ、上記基材と反対側の面に上記電子回路チップの上記半田電極が接続される電極パッドと、を備え、上記電極パッドの上記基材と反対側の面に露出し、当該電極パッドを構成する第１の金属材料は、上記配線の上記基材と反対側の面に露出し、当該配線を構成する第２の金属材料に比して、酸化物形成の自由エネルギーが高いことを特徴とする。
この配線基板においては、酸化物形成の自由エネルギーが比較的高い金属材料（第１の金属材料）が電極パッドの表面に露出する一方で、同エネルギーが比較的低い金属材料（第２の金属材料）が配線の表面に露出している。このため、配線の表面は、電極パッドの表面に比して酸化され易い。一般に金属酸化膜は金属よりも半田に対する濡れ性が低いため、配線の表面上に金属酸化膜が形成されると、配線部分の半田に対する濡れ性が電極パッド部分のそれよりも低くなる。これにより、電極パッドに電子回路チップの半田電極を接続する際に、半田が電極パッド部分から配線部分に流れ込むのが防止される。したがって、この配線基板によれば、半田が配線に流れ込むのを防止するために当該配線上にソルダーレジストを設ける必要がない。よって、図１０の配線基板とは異なり、ソルダーレジストのパターニング性の低さに起因して、電極パッドの配列ピッチの微細化が妨げられることがない。
本発明によれば、電極パッドの配列ピッチの微細化に適した構造の配線基板およびそれを備える電子回路装置が実現される。
以下、図面を参照しつつ、本発明による配線基板および電子回路装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本発明による電子回路装置の一実施形態を示す断面図である。電子回路装置１は、配線基板１０および電子回路チップ２０を備えている。配線基板１０は、絶縁樹脂層１２（基材）、配線１４、および電極パッド１６を有している。
絶縁樹脂層１２を構成する樹脂としては、例えばエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂等を用いることができる。絶縁樹脂層１２上には、配線１４および電極パッド１６が形成されている。これらの配線１４および電極パッド１６は、一体に設けられている。電極パッド１６の絶縁樹脂層１２と反対側の面には、後述する電子回路チップ２０の半田電極２２が接続される。
配線１４の一部は、外部電極パッド１８を構成している。この外部電極パッド１８は、電子回路装置１の外部電極端子が接続されるパッドである。本実施形態において外部電極パッド１８は、上層パッドメタル１８ａと下層パッドメタル１８ｂとを含んでいる。これらのうち上層パッドメタル１８ａは、絶縁樹脂層１２上に設けられ、配線１４の一部分として構成されている。一方、下層パッドメタル１８ｂは、絶縁樹脂層１２中に設けられている。この下層パッドメタル１８ｂは、絶縁樹脂層１２を貫通し、一端面が上層パッドメタル１８ａに接続されるとともに、他端面が絶縁樹脂層１２の表面に露出している。そして、当該他端面上に、電子回路装置１の外部電極端子として半田バンプ３６が形成されている。
電子回路チップ２０は、その電極端子として半田電極２２を有している。半田電極２２は、上述の電極パッド１６の一面（絶縁樹脂層１２と反対側の面）に接続されている。これにより、電子回路装置１においては、配線基板１０上に電子回路チップ２０が載置された構成となっている。半田電極２２は、例えば半田バンプである。ただし、半田電極２２は、ＣｕやＮｉ等の金属からなる基部上に半田膜が形成されたものであってもよい。なお、電子回路チップ２０は、トランジスタ等の半導体素子が設けられた半導体チップに限らず、抵抗素子や容量素子等の非半導体素子のみが設けられたチップであってもよい。
配線基板１０と電子回路チップ２０との間の間隙には、アンダーフィル樹脂３２が充填されている。また、配線基板１０上には、封止樹脂３４が形成されている。この封止樹脂３４は、電子回路チップ２０の側面および上面を覆っている。ただし、封止樹脂３４は、電子回路チップ２０の側面および上面のうち側面のみを覆っていてもよい。すなわち、電子回路チップ２０が封止樹脂３４の表面に露出した構成であってもよい。
図２を参照しつつ、配線基板１０の構成をより詳細に説明する。同図は、図１中の配線基板１０の一部を示す断面図である。配線１４は、絶縁樹脂層１２側から順に、Ｃｕ膜４２ａおよびＮｉ膜４２ｂからなる積層構造を有している。一方、電極パッド１６は、絶縁樹脂層１２側から順に、Ｃｕ膜４２ａ、Ｎｉ膜４２ｂ、Ｃｕ膜４２ｃ、Ｎｉ膜４２ｄおよびＡｕ膜４２ｅからなる積層構造を有している。すなわち、Ｃｕ膜４２ａおよびＮｉ膜４２ｂは、配線１４および電極パッド１６の双方に渡って連続して設けられており、配線１４および電極パッド１６それぞれの積層構造を構成している。換言すれば、配線１４および電極パッド１６は、これらのＣｕ膜４２ａおよびＮｉ膜４２ｂを共有している。
電極パッド１６は、上述のとおり、配線１４との間で共有するＣｕ膜４２ａおよびＮｉ膜４２ｂに加えて、Ｃｕ膜４２ｃ、Ｎｉ膜４２ｄおよびＡｕ膜４２ｅを含んでいる。これにより、配線１４の絶縁樹脂層１２からの高さｈ１と電極パッド１６の絶縁樹脂層１２からの高さｈ２とは、互いに異なっている。本実施形態においては、ｈ１<ｈ２である。上述のように配線１４および電極パッド１６は、Ｃｕ膜４２ａおよびＮｉ膜４２ｂを共有しているため、絶縁樹脂層１２から高さｈ１までの範囲において、配線１４および電極パッド１６は、同一の層構造を有している。
ここで、電極パッド１６の絶縁樹脂層１２と反対側の面（図２中の面Ｓ１）に露出し、電極パッド１６を構成する金属材料（第１の金属材料）は、配線１４の絶縁樹脂層１２と反対側の面（図２中の面Ｓ２）に露出し、配線１４を構成する金属材料（第２の金属材料）に比して、酸化物形成の自由エネルギーが高い。本実施形態において、第１の金属材料はＡｕ膜４２ｅを構成するＡｕ、第２の金属材料はＮｉ膜４２ｂを構成するＮｉということになる。なお、第１の金属材料としては、Ａｕの他に、例えば、Ａｇ、ＰｔまたはＰｄ等を用いることができる。また、第２の金属材料としては、Ｎｉの他に、例えばＣｕ等を用いることができる。
また、配線１４の面Ｓ２上には、上記第２の金属材料の酸化物によって構成された金属酸化膜（図示せず）が形成されている。この金属酸化膜は、自然酸化膜として得ることができる。
図３〜図７を参照しつつ、電子回路装置１の製造方法の一例を説明する。まず、支持基板であるシリコンウエハ９０上に、介在層としてＣｕ膜９２をスパッタ法等により形成する（図３（ａ））。次に、Ｃｕ膜９２上に、絶縁樹脂層１２を形成する。このとき、絶縁樹脂層１２のうち、下層パッドメタル１８ｂが設けられる部分は開口しておく（図３（ｂ））。なお、絶縁樹脂層１２を構成する樹脂として感光性樹脂を用いることにより、このようにパターニングされた絶縁樹脂層１２を低コストで形成することができる。
続いて、Ｃｕ膜９２をシード層としためっき法により、絶縁樹脂層１２の上記開口に下層パッドメタル１８ｂを形成する（図４（ａ））。その後、セミアディティブ法により、上層パッドメタル１８ａを含む配線１４を形成する（図４（ｂ））。具体的には、下層パッドメタル１８ｂが形成された絶縁樹脂層１２上に、ＴｉやＣｒ等の密着金属膜を介して、スパッタ法によりＣｕ膜を形成する。その後、フォトレジストを塗布し、パターニングする。そして、めっき法により、そのフォトレジストの開口部内に、絶縁樹脂層１２側から順に、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜およびＣｕ膜からなる積層膜を形成する。
次に、上記フォトレジストを除去した後、フォトレジストを再び塗布する。そのフォトレジストを、電極パッド１６を形成する領域が開口するようにパターニングする。そして、めっき法により、当該開口内にＣｕ膜、Ｎｉ膜およびＡｕ膜（絶縁樹脂層１２側からこの順）を形成する。その後、配線１４部分の表面に露出しているＣｕ膜をエッチングによって除去する。これにより、配線基板１０が得られる（図５（ａ））。なお、Ｃｕ膜をエッチングする際には、当該Ｃｕ膜のすべてを除去せずに、その一部のみを除去してもよい。その場合、配線１４は、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜およびＣｕ膜からなる積層構造を有することとなる。
続いて、電極パッド１６に、別途準備した電子回路チップ２０の半田電極２２を接続することにより、配線基板１０と電子回路チップ２０とを接合する。この接合は、例えば、ローカルリフロー法により行うことができる。ローカルリフロー法においては、半田電極２２をボンディングツールにより保持し、配線基板１０に対して位置合わせをした後、そのボンディングツールを介して電子回路チップ２０を加熱する。そして、加熱により溶融した状態の半田電極２２を電極パッド１６に接続することにより、配線基板１０と電子回路２０との接合を行う。配線基板１０と電子回路チップ２０とを接合した後、両者間の間隙にアンダーフィル樹脂３２を注入することにより、両者の接合部を樹脂封止する（図５（ｂ））。
さらに、トランスファーモールド法、印刷法またはポッティング法等により、電子回路チップ２０を覆うように、配線基板１０上に封止樹脂３４を形成する（図６（ａ））。その後、シリコンウエハ９０を除去する（図６（ｂ））。シリコンウエハ９０の除去方法としては、研削、化学的機械的研磨またはエッチング等を用いることが望ましい。これらの方法を組み合わせて用いてもよい。例えば、シリコンウエハ９０を研削した後、残った部分を化学的機械的研磨もしくはエッチング、またはその両方を用いて除去してもよい。また、エッチングは、ドライエッチングまたはウェットエッチングの何れであってもよい。ただし、シリコンウエハ９０の残った部分を完全に除去する段階でドライエッチングを用いた場合、エッチング選択比を大きく取れるために、Ｃｕ膜９２を安定的に残すことが可能となる。
続いて、Ｃｕ膜９２もエッチングにより除去する（図７）。その後、下層パッドメタル１８ｂ上に半田バンプ３６を形成することにより、図１の電子回路装置１が得られる。
電子回路装置１の効果を説明する。この配線基板においては、酸化物形成の自由エネルギーが比較的高い第１の金属材料が電極パッド１６の表面に露出する一方で、同エネルギーが比較的低い第２の金属材料が配線１４の表面に露出している。このため、配線１４の表面は、電極パッド１６の表面に比して酸化され易い。一般に金属酸化膜は金属よりも半田に対する濡れ性が低いため、配線１４の表面上に金属酸化膜が形成されると、配線１４部分の半田に対する濡れ性が電極パッド１６部分のそれよりも低くなる。実際、配線１４上には、上述のとおり、第２の金属材料の酸化物によって構成された金属酸化膜が形成されている。
これにより、電極パッド１６に電子回路チップ２０の半田電極２２を接続する際に、半田が電極パッド１６部分から配線１４部分に流れ込むのが防止される。したがって、この配線基板１０によれば、半田が配線１４に流れ込むのを防止するために配線１４上にソルダーレジストを設ける必要がない。よって、図１０の配線基板とは異なり、ソルダーレジストのパターニング性の低さに起因して、電極パッドの配列ピッチの微細化が妨げられることがない。このため、電極パッド１６の配列ピッチの微細化に適した構造の配線基板１０およびそれを備える電子回路装置１が実現されている。
さらに、電極パッド１６部分の半田に対する濡れ性は、配線１４部分のそれよりも高い。これにより、電極パッド１６と半田電極２２との間で高い接続信頼性を得ることができる。
ところで、上述した図１０の配線基板においては、電極パッド１０４とソルダーレジスト１０５とを別々にパターニングして形成しなければならない。そのため、製造コストが増大してしまうという問題がある。そのうえ、双方のパターニングがずれた場合には、半導体チップ１１０の半田電極１１１との接触面積が一定にならずに、電極パッド１０４と半田電極１１１との間の接続信頼性が低下してしまうという問題がある。これに対して、電子回路装置１によれば、配線１４上にソルダーレジストを設ける必要がないため、これらの問題が解決される。
また、絶縁樹脂層１２から高さｈ１（配線１４の絶縁樹脂層１２からの高さ）までの範囲において、配線１４および電極パッド１６は、同一の層構造を有している。これにより、電子回路装置１の製造においては、配線１４および電極パッド１６が一体となった構造を容易に形成することができる。
Ａｕ、Ａｇ、ＰｔまたはＰｄは、第１の金属材料として好適に用いることができる。また、ＣｕまたはＮｉは、第１の金属材料として好適に用いることができる。
また、図２で説明したとおり、配線１４は、Ｃｕ膜４２ａおよびＮｉ膜４２ｂからなる積層構造を有し、電極パッド１６は、Ｃｕ膜４２ａ、Ｎｉ膜４２ｂ、Ｃｕ膜４２ｃ、Ｎｉ膜４２ｄおよびＡｕ膜４２ｅからなる積層構造を有している。これにより、Ｎｉ膜４２ｂ，４２ｄがそれぞれＣｕ膜４２ａ，４２ｃのバリアメタルとして機能し、Ｃｕ膜４２ａ，４２ｃからのＣｕの析出を防ぐことができる。
本発明による配線基板および電子回路装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、配線１４および電極パッド１６の構成は、図２で説明したものには限られない。例えば、図８に示すように、電極パッド１６は、絶縁樹脂層１２側から順に、Ｃｕ膜４４ａ、Ｎｉ膜４４ｂ、Ｃｕ膜４４ｃおよびＡｕ膜４４ｄからなる積層構造を有していてもよい。同図において、配線１４の積層構造は、図２で説明したものと同様に、電極パッド１６との間で共有されるＣｕ膜４４ａおよびＮｉ膜４４ｂからなる。
あるいは、図９に示すように、配線１４は、絶縁樹脂層１２側から順に、Ｃｕ膜４６ａ、Ｎｉ膜４６ｂ、Ａｕ膜４６ｃおよびＮｉ膜４６ｄからなる積層構造を有し、電極パッド１６は、絶縁樹脂層１２側から順に、Ｃｕ膜４６ａ、Ｎｉ膜４６ｂおよびＡｕ膜４６ｃからなる積層構造を有していてもよい。本例において配線１４および電極パッド１６は、Ｃｕ膜４６ａ、Ｎｉ膜４６ｂおよびＡｕ膜４６ｃを共有している。また、配線１４の絶縁樹脂層１２からの高さｈ１に比して、電極パッド１６の絶縁樹脂層１２からの高さｈ２の方が低い。これにより、配線１４が電極パッド１６に対して突出した構造となっている。
かかる構成の配線基板は、次のようにして製造することができる。まず、図４（ａ）に示す構造体を準備する。次に、図４（ｂ）で説明したのと同様の方法により、パターニングされたフォトレジストの開口部内に、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜およびＡｕ膜からなる積層膜を形成する。続いて、上記フォトレジストを除去した後、フォトレジストを再び塗布し、そのフォトレジストを、配線１４の領域が開口するようにパターニングする。そして、めっき法により、当該開口内にＮｉ膜を形成すればよい。
図９の配線基板においては、電極パッド１６に半田電極２２を接続する際に、配線１４と電極パッド１６との間の境界に存在する段差が、電極パッド１６部分から配線１４部分に流れ込もうとする半田を堰き止める効果を発揮する。これにより、半田が配線１４部分に流れるのを一層効果的に防止することができる。
また、図９の配線基板のように、第１の金属材料からなる金属膜（本例ではＡｕ膜４６ｃ）が配線１４にまで渡って設けられた構成においては、第１の金属材料として、第２の金属材料よりも導電率が高いものを用いることが好ましい。実際、上述の例では、第１および第２の金属材料はそれぞれＡｕおよびＮｉであるので、第１の金属材料の方が高い導電率をもっている。この場合、導電率の高い金属膜が配線１４の表層付近に位置することとなるため、表皮効果に起因して高周波信号に対する配線１４の電気抵抗が増大するのを抑制することができる。
本発明による電子回路装置の一実施形態を示す断面図である。 図１中の配線基板の一部を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１の電子回路装置の製造方法の一例を示す工程図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１の電子回路装置の製造方法の一例を示す工程図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１の電子回路装置の製造方法の一例を示す工程図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１の電子回路装置の製造方法の一例を示す工程図である。 図１の電子回路装置の製造方法の一例を示す工程図である。 実施形態の変形例に係る配線基板の一部を示す断面図である。 実施形態の変形例に係る配線基板の一部を示す断面図である。 従来技術に係る電子回路装置を示す断面図である。
符号の説明
１ 電子回路装置
１０ 配線基板
１２ 絶縁樹脂層
１４ 配線
１６ 電極パッド
１８ 外部電極パッド
２０ 電子回路チップ
２２ 半田電極
３２ アンダーフィル樹脂
３４ 封止樹脂
３６ 半田バンプ
４２ａ Ｃｕ膜
４２ｂ Ｎｉ膜
４２ｃ Ｃｕ膜
４２ｄ Ｎｉ膜
４２ｅ Ａｕ膜
４４ａ Ｃｕ膜
４４ｂ Ｎｉ膜
４４ｃ Ｃｕ膜
４４ｄ Ａｕ膜
４６ａ Ｃｕ膜
４６ｂ Ｎｉ膜
４６ｃ Ａｕ膜
４６ｄ Ｎｉ膜

Claims (9)

  1. 半田電極を有する電子回路チップが載置される配線基板であって、
    基材上に設けられた配線と、
    前記基材上に前記配線と一体に設けられ、前記基材と反対側の面に前記電子回路チップの前記半田電極が接続される電極パッドと、を備え、
    前記電極パッドの前記基材と反対側の面に露出し、当該電極パッドを構成する第１の金属材料は、前記配線の前記基材と反対側の面に露出し、当該配線を構成する第２の金属材料に比して、酸化物形成の自由エネルギーが高いことを特徴とする配線基板。
  2. 請求項１に記載の配線基板において、
    前記配線の前記基材と反対側の面上に設けられ、前記第２の金属材料の酸化物によって構成された金属酸化膜を備える配線基板。
  3. 請求項１または２に記載の配線基板において、
    前記配線および前記電極パッドの前記基材からの高さは、互いに異なり、
    それらの高さのうち比較的低い方の高さを第１の高さとし、比較的高い方の高さを第２の高さとしたとき、
    前記基材から前記第１の高さまでの範囲において、前記配線および前記電極パッドは、同一の層構造を有している配線基板。
  4. 請求項３に記載の配線基板において、
    前記第１および第２の高さは、それぞれ前記電極パッドおよび前記配線の前記高さに等しい配線基板。
  5. 請求項４に記載の配線基板において、
    前記第１の金属材料は、前記第２の金属材料に比して、導電率が高い配線基板。
  6. 請求項１乃至５いずれかに記載の配線基板において、
    前記第１の金属材料は、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔまたはＰｄであり、
    前記第２の金属材料は、ＣｕまたはＮｉである配線基板。
  7. 請求項１乃至６いずれかに記載の配線基板において、
    前記配線は、前記基材側から順に、Ｃｕ膜およびＮｉ膜からなる積層構造、またはＣｕ膜、Ｎｉ膜およびＣｕ膜からなる積層構造を有しており、
    前記電極パッドは、前記基材側から順に、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜およびＡｕ膜からなる積層構造、またはＣｕ膜、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜およびＡｕ膜からなる積層構造を有している配線基板。
  8. 請求項１乃至６いずれかに記載の配線基板において、
    前記配線は、前記基材側から順に、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜およびＮｉ膜からなる積層構造を有しており、
    前記電極パッドは、前記基材側から順に、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜およびＡｕ膜からなる積層構造を有している配線基板。
  9. 請求項１乃至８いずれかに記載の配線基板と、
    半田電極を有し、当該半田電極が前記電極パッドの前記基材と反対側の面に接続された電子回路チップと、を備える電子回路装置。
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