JP2009111291A - はんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法及び半導体モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極上に簡易な方法ではんだバンプを形成する。
【解決手段】はんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法において、絶縁性の樹脂で形成されている絶縁層12と、絶縁層12の表面を被覆するガラスクロス16と、ガラスクロスを貫通する貫通部に設けられている電極14とを備え、ガラスクロス16は、はんだとの接触角が樹脂より大きい素子搭載用基板10を用意する準備工程と、ガラスクロス16の表面に溶融したはんだ36を供給し電極14にはんだバンプを形成するバンプ形成工程と、はんだバンプの形成に寄与していないはんだを基板の表面から除去する除去工程と、を含む。
【選択図】図6
【解決手段】はんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法において、絶縁性の樹脂で形成されている絶縁層12と、絶縁層12の表面を被覆するガラスクロス16と、ガラスクロスを貫通する貫通部に設けられている電極14とを備え、ガラスクロス16は、はんだとの接触角が樹脂より大きい素子搭載用基板10を用意する準備工程と、ガラスクロス16の表面に溶融したはんだ36を供給し電極14にはんだバンプを形成するバンプ形成工程と、はんだバンプの形成に寄与していないはんだを基板の表面から除去する除去工程と、を含む。
【選択図】図6
Description
本発明は、はんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法及び半導体モジュールの製造方法に関する。
近年、LSI等の回路素子のさらなる高性能化、高機能化に伴い、LSI等の回路素子の電極端子の多ピン化、挟ピッチ化のニーズが高まっている。また、これに呼応して、実装基板にも小型化、高密度化が求められており、多ピン化、挟ピッチ化に対応したバンプを実装基板に形成する必要性が高まっている。
特許文献1には、複数の電極を有する基板上に、はんだ粉と沸点を有する添加剤とを含有する樹脂を供給し、基板上に供給された樹脂の表面に平板を当接させ、基板と平板との間の距離が一定となるように保持し、添加剤の沸点以上かつはんだ粉が溶融する温度以上で樹脂を加熱し、電極上にはんだ粉を集合させてバンプを形成することで、多数の電極上にバンプを形成することができるとされるバンプ付き基板の製造方法が開示されている。
特開2007−150355号公報
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、特殊な添加剤を含有する樹脂を使用する必要があるため、製造コスト上昇の一因となる。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極上に簡易な方法ではんだバンプを形成する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法は、絶縁性の樹脂で形成されている絶縁層と、絶縁層の表面を被覆する被覆部と、被覆部を貫通する貫通部に設けられている電極とを備え、被覆部は、はんだとの接触角が樹脂より大きい素子搭載用基板を用意する準備工程と、被覆部の表面に溶融したはんだを供給し電極にはんだバンプを形成するバンプ形成工程と、はんだバンプの形成に寄与していないはんだを素子搭載用基板の表面から除去する除去工程と、を含む。
この態様によると、例えば電極上にはんだバンプを形成するために溶融したはんだを被覆部上に供給した場合、電極の周囲にある被覆部ははんだとの接触角が樹脂より大きく、被覆部上でははんだがはじかれやすいため、はんだが電極に集まりやすくなる。また、この態様によると、電極上のはんだバンプを形成しないはんだについても、被覆部上で集まりやすくなるため、素子搭載用基板から除去しやすくなる。
バンプ形成工程は、溶融したはんだを被覆部に吹き付ける工程を含んでもよい。
バンプ形成工程は、溶融したはんだに素子搭載用基板を浸漬する工程を含んでもよい。
バンプ形成工程は、素子搭載用基板の表面から所定の高さに平板を配置する配置工程と、素子搭載用基板と平板との隙間に溶融したはんだを供給する供給工程と、を有してもよい。
除去工程は、平板を取り外す取り外し工程と、平板を取り外した状態で素子搭載用基板を傾ける工程と、を有してもよい。
素子搭載用基板は、電極の露出している面が貫通部の内部に位置するように形成されていてもよい。
被覆部は、樹脂より熱伝導率が高いとよい。
被覆部は、ガラス繊維であってもよい。
被覆部は、交差する複数の方向へ向かうガラス繊維が編み込まれているガラスクロスであってもよい。
被覆部は、点在する凸部と凹部とを有してもよい。
本発明の別の態様は、半導体モジュールの製造方法である。この方法は、素子搭載用基板を準備する工程と、素子搭載用基板のはんだバンプと半導体素子の電極端子とを接触させた状態で加熱し、はんだにより素子搭載用基板と半導体素子とを接合する工程と、を含む。
この態様によると、素子搭載用基板と半導体素子の接合が、素子搭載用基板の電極上に精度良く形成されたはんだバンプを介して行われるため、半導体モジュールの信頼性を向上することができる。
本発明によれば、電極上に簡易な方法ではんだバンプを形成することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る素子搭載用基板の概略構成を示す断面図である。素子搭載用基板10は、絶縁性の樹脂で形成されている絶縁層12と、絶縁層12の下面側から上面側に向かって貫通して設けられている電極14と、を備える。絶縁層12は、含有されている樹脂の熱伝導率より高い熱伝導率を有する充填材としてガラスクロス16を含んでいる。ガラスクロス16は、ガラス繊維の向きが基板の表面に垂直な方向と交差するように配向された繊維状の充填材である。本実施の形態に係る樹脂の熱伝導率は0.2W/m・K、ガラスクロス16の熱伝導率は1.0W/m・K程度である。ガラスクロス16は、絶縁層12の電極14が露出している側と同じ側の表面から露出している露出部16aを有する。換言すれば、ガラスクロス16の露出部16aは、絶縁層12の表面を被覆する被覆部として機能する。なお、配線層18は、後述する第2の導体膜26とビア導体30を形成する際に第2の導体膜26を覆うように形成されためっき層30aとから構成されている。
図1は、第1の実施の形態に係る素子搭載用基板の概略構成を示す断面図である。素子搭載用基板10は、絶縁性の樹脂で形成されている絶縁層12と、絶縁層12の下面側から上面側に向かって貫通して設けられている電極14と、を備える。絶縁層12は、含有されている樹脂の熱伝導率より高い熱伝導率を有する充填材としてガラスクロス16を含んでいる。ガラスクロス16は、ガラス繊維の向きが基板の表面に垂直な方向と交差するように配向された繊維状の充填材である。本実施の形態に係る樹脂の熱伝導率は0.2W/m・K、ガラスクロス16の熱伝導率は1.0W/m・K程度である。ガラスクロス16は、絶縁層12の電極14が露出している側と同じ側の表面から露出している露出部16aを有する。換言すれば、ガラスクロス16の露出部16aは、絶縁層12の表面を被覆する被覆部として機能する。なお、配線層18は、後述する第2の導体膜26とビア導体30を形成する際に第2の導体膜26を覆うように形成されためっき層30aとから構成されている。
そのため、周知の技術により所定の回路が形成されている半導体素子を素子搭載用基板10に搭載して動作させた場合、半導体素子における発熱を樹脂より熱伝導率の高いガラスクロス16を介して放熱することが可能となる。また、素子搭載用基板10自体の熱についても効率よく放熱することができる。
また、素子搭載用基板10は、図1に示す絶縁層12の下面側に配線層18が形成されている。本実施の形態に係る電極14は、絶縁層12を貫通する孔に形成され、換言すれば、ガラスクロス16を貫通する貫通部に形成され、配線層18と一端が電気的に接続されているビア導体30を含んでいる。つまり、ビア導体30は、その他端が半導体素子の電極端子が接続される電極として機能する。なお、本実施の形態に係る電極14には銅が用いられている。また、本実施の形態に係るガラスクロス16は、一般的に用いられるはんだとの接触角が絶縁層12に含まれる樹脂より大きいものが採用されている。また、電極14は、ガラスクロス16の露出部16aより突き出している。
次に、素子搭載用基板10の製造方法について説明する。図2乃至図4は、第1の実施の形態に係る素子搭載用基板の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、図2(a)に示すように、絶縁性の樹脂で形成されているとともに該樹脂よりはんだに対する接触角が大きいガラスクロス16を含む絶縁層12を有する基板22を用意する。絶縁層12は、その一方の面に銅からなる第1の導体膜24が形成されているとともに他方の面に銅からなる第2の導体膜26が形成されている。
次に、図2(b)に示すように、素子搭載用基板10とLSI等の半導体素子との電気的な接続を行うための接続孔が形成される箇所に対応するパターンで第2の導体膜26が除去される。そのパターンを形成する方法としては、リソグラフィによる露光とエッチングにより行われる。エッチングとしては、例えば、塩化鉄等によるウェットエッチングが好ましい。
次に、図2(c)に示すように、第2の導体膜26側からレーザを照射して第1の導体膜24が露出するまで絶縁層12の一部を除去し、開口部28を形成する。ここで、レーザ照射には、例えば、炭酸ガスレーザを用いることができる。レーザ照射は、エネルギー密度の高いビームによって任意の深さまで掘る第1の照射条件と、エネルギー密度の低いビームでビア側壁の形状を整える第2の照射条件の二段階で行われる。これにより、絶縁層12の表面(図中下側の第2の導体膜26側)から第1の導体膜24に近づくにつれて径が縮小するテーパ形状の側壁を有し、第2の導体膜26側の径が約100μm、第1の導体膜24側の径が約80μmの開口部28をビアとして形成することができる。
次に、図3(a)に示すように、無電解めっき法及び電解めっき法を用いて開口部28の内面上および第2の導体膜26上に銅を約20μmの厚さでめっきする。この結果、開口部28の内部にビア導体30が形成されるとともに第2の導体膜26上にめっき層30aが形成され、ビアを介して第1の導体膜24と第2の導体膜26とが導通される。その後、図3(b)に示すように、公知の方法により第2の導体膜26を所定のパターンにエッチングして配線層18を形成する。なお、図3(a)に示すビア導体30は、開口部28に逆V字となるような空間が形成されているが、図14に示すように開口部28が銅で全て充填されるようにしてもよい。開口部28を銅で全て充填するためには、めっきの形成時間を長くする必要があるが、この場合、第2の導体膜26の上に形成されるめっき層30aも厚くなる。そこで、第2の導体膜26を含む配線層18に流れる電流に応じてめっき層を全面エッチバックすることでめっき層30aの厚みが適度に調整される。
次に、図4(a)に示すように、第1の導体膜24をエッチングなどにより除去する。これにより、絶縁層12に電極14がガラスクロス16を貫通した状態になる。その後、図4(b)に示すように、絶縁層12の、電極14が露出している側と同じ側の表面の樹脂を溶解、除去し、ガラスクロス16の一部を露出させ、素子搭載用基板10が製造される。なお、O2プラズマ処理によるエッチングにより樹脂を除去し、ガラスクロス16を露出させてもよい。
図5は、第1の実施の形態に係る素子搭載用基板10の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真を示す図である。図5に示すように、ガラスクロス16を貫通して電極14が突き出している様子がわかる。
次に、上述の素子搭載用基板10にはんだバンプを形成したはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法について説明する。図6は、第1の実施の形態に係るはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法を示す工程断面図である。図7は、第1の実施の形態に係るはんだバンプ付素子搭載用基板の断面図である。
はじめに、上述の素子搭載用基板10を用意する。その後、溶融したはんだ36をガラスクロス16の露出部16aの表面を含む素子搭載用基板10全面に供給する。はんだ36の供給方法としては、例えば、溶融したはんだ36を吹き付けたり、素子搭載用基板10自体をはんだ槽に浸漬したりすることで実現することが可能である。これらの方法によって、簡便に露出部16aの表面を含む素子搭載用基板10全面に溶融したはんだ36を供給することができる。
電極14上にはんだバンプを形成するために溶融したはんだ36が露出部16aを含む素子搭載用基板10上に供給されると、電極14の周囲にある露出部16aははんだとの接触角が樹脂より大きく、露出部16a上でははんだ37がはじかれやすいため、はんだ37が電極14に集まりやすくなる。
本実施の形態に係るガラスクロス16は、図5に示すように交差する複数の方向へ向かうガラス繊維が編み込まれたものであり、露出部16aは、点在する凸部と凹部とが周期的に形成されていることになる。そのため、露出部16a上ではじかれているはんだ37は部分的な傾きにより移動しやすくなり、はんだ37の一部は電極14に向かって移動する。電極14は、ガラスクロス16よりはんだ37をはじきにくいため、一度電極に到達したはんだ37は電極14にとどまりやすくなる。その結果、図7に示すように自己整合的に電極14にはんだバンプ38が形成される。そのため、電極14上に精度良くはんだバンプ38を形成することが可能となる。
一方、電極14に到達せずに、あるいは、はんだバンプ38の形成に寄与していないはんだ37は、露出部16aの凹部に集まることである程度の大きさのはんだボールとなるため、素子搭載用基板10を傾けるなどすることにより素子搭載用基板10の表面から容易に除去することができる。これにより、本実施の形態に係る製造方法によれば、簡易な方法ではんだバンプ付素子搭載用基板50を製造することができる。
図8は、第1の実施の形態に係るはんだバンプ付素子搭載用基板50の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真を示す図である。図8に示すように、電極14の上にはんだバンプ38が形成されている様子がわかる。
図9は、第1の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を示す工程断面図である。はじめに、図9(a)に示すように、LSIやIC等の半導体素子32をはんだバンプ付素子搭載用基板50に搭載する。このとき、半導体素子32の電極端子34と素子搭載用基板10のはんだバンプ38とを互いに位置合わせをして接触させる。
その後、加熱雰囲気でリフロー処理を行い、図9(b)に示すようにはんだバンプ38により素子搭載用基板と半導体素子32とを接合し、半導体モジュール100が完成する。はんだバンプ付素子搭載用基板50と半導体素子32との接合が、電極14上に精度良く形成されたはんだバンプ38を介して行われるため、半導体モジュール100の信頼性を向上することができる。
(第2の実施の形態)
上述の素子搭載用基板10では、電極14が露出部16aより突出するように設けられていたが、本実施の形態では、電極14が露出部16aより凹んだ箇所に設けられている点が大きく異なる点である。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
上述の素子搭載用基板10では、電極14が露出部16aより突出するように設けられていたが、本実施の形態では、電極14が露出部16aより凹んだ箇所に設けられている点が大きく異なる点である。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
図10は、第2の実施の形態に係る素子搭載用基板の製造方法を示す工程断面図である。本実施の形態に係る素子搭載用基板は、図2に示す工程と同様にレーザで開口部28が形成されている基板22を用いて製造される。
図10(a)に示すように、第1の導体膜24を剥離し、更にビア導体30の一部をエッチングにより除去する。これにより、絶縁層12に電極14が形成される。その後、図10(b)に示すように、絶縁層12の、電極14が露出している側と同じ側の表面の樹脂を溶解、除去し、ガラスクロス16の一部を露出させ、素子搭載用基板40が製造される。このように、本実施の形態では、ビア導体30の一部を除去して電極を形成しているので、露出部16aの高さが電極14の高さよりも高くなる素子搭載用基板を簡便に製造することができる。
図11は、第2の実施の形態に係るはんだバンプ付素子搭載用基板60の断面図である。本実施の形態においても、はじめに、上述の素子搭載用基板40を用意する。その後、第1の実施の形態と同様に溶融したはんだ36をガラスクロス16の露出部16aの表面に供給する。その結果、第1の実施の形態と同様に、自己整合的に電極14にはんだバンプ38が形成される。特に、本実施の形態に係る素子搭載用基板40では、ビア導体30の一部を除去して電極を形成しているので、電極14が露出部16aより凹んだ箇所に設けられている。つまり、ガラスクロス16を貫通する貫通部の内部に電極14が形成されている。そのため、よりはんだが電極14に集まりやすくなるとともに、電極14上に溶融したはんだが到達した場合、再度電極14から離れにくくなり、より精度良くはんだバンプ38が形成されることになる。
(第3の実施の形態)
次に、上述の半導体モジュールを備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、例えば、個人用携帯情報端末(PDA)、デジタルビデオカメラ(DVC)、及びデジタルスチルカメラ(DSC)といった電子機器であってもよい。
次に、上述の半導体モジュールを備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、例えば、個人用携帯情報端末(PDA)、デジタルビデオカメラ(DVC)、及びデジタルスチルカメラ(DSC)といった電子機器であってもよい。
図12は本実施の形態に係る半導体モジュールを備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話111は、第1の筐体112と第2の筐体114が可動部120によって連結される構造になっている。第1の筐体112と第2の筐体114は可動部120を軸として回動可能である。第1の筐体112には文字や画像等の情報を表示する表示部118やスピーカ部124が設けられている。第2の筐体114には操作用ボタンなどの操作部122やマイク部126が設けられている。なお、前述の実施の形態に係る半導体モジュールはこうした携帯電話111の内部に搭載されている。
図13は、図12に示した携帯電話の部分断面図(第1の筐体112の断面図)である。本実施の形態に係る半導体モジュール100は、はんだバンプ42を介してプリント基板128に搭載され、こうしたプリント基板128を介して表示部118などと電気的に接続されている。また、半導体モジュール100の裏面側(はんだバンプ42とは反対側の面)には金属基板などの放熱基板116が設けられ、例えば、半導体モジュール100から発生する熱を第1の筐体112内部にこもらせることなく、効率的に第1の筐体112の外部に放熱することができるようになっている。
本実施の形態に係る半導体モジュール100を備えた携帯機器によれば、半導体素子と素子搭載用基板との接続信頼性が向上し、ひいては半導体モジュール100の接続信頼性が向上するので、こうした半導体モジュール100を搭載した携帯機器の信頼性が向上する。
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、これは例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
例えば、上述の各実施の形態では、配線層は単層であったが、これに限定されず、配線層は多層であってもよい。
また、上述の各実施の形態におけるバンプ形成工程において、素子搭載用基板の表面から所定の高さに平板を配置し、素子搭載用基板と平板との隙間に溶融したはんだを供給してもよい。これにより、はんだバンプの高さを揃えることが可能となる。
また、はんだバンプの形成に寄与していないはんだを除去する工程として、前述の平板を取り外し、平板を取り外した状態で素子搭載用基板を傾けてもよい。これにより、電極上のはんだバンプを形成せずに被覆部上で集まり丸くなっているはんだについて、簡易に素子搭載用基板から除去することが可能となる。
1 素子搭載用基板、 12 絶縁層、 14 電極、 16 ガラスクロス、 16a 露出部、 18 配線層、 30 ビア導体、 32 半導体素子、 34 電極端子、 38 はんだバンプ、 50 バンプ付素子搭載用基板、 100 半導体モジュール、 111 携帯電話。
Claims (11)
- 絶縁性の樹脂で形成されている絶縁層と、前記絶縁層の表面を被覆する被覆部と、前記被覆部を貫通する貫通部に設けられている電極とを備え、前記被覆部は、はんだとの接触角が前記樹脂より大きい素子搭載用基板を用意する準備工程と、
前記被覆部の表面に溶融したはんだを供給し前記電極にはんだバンプを形成するバンプ形成工程と、
はんだバンプの形成に寄与していないはんだを前記素子搭載用基板の表面から除去する除去工程と、
を含むことを特徴とするはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。 - 前記バンプ形成工程は、溶融したはんだを前記被覆部に吹き付ける工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。
- 前記バンプ形成工程は、溶融したはんだに前記素子搭載用基板を浸漬する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。
- 前記バンプ形成工程は、
前記素子搭載用基板の表面から所定の高さに平板を配置する配置工程と、
前記素子搭載用基板と前記平板との隙間に溶融したはんだを供給する供給工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。 - 前記除去工程は、
前記平板を取り外す取り外し工程と、
前記平板を取り外した状態で前記素子搭載用基板を傾ける工程と、
を有することを特徴とする請求項4に記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。 - 前記素子搭載用基板は、前記電極の露出している面が前記貫通部の内部に位置するように形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。
- 前記被覆部は、前記樹脂より熱伝導率が高いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。
- 前記被覆部は、ガラス繊維であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。
- 前記被覆部は、交差する複数の方向へ向かうガラス繊維が編み込まれているガラスクロスであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。
- 前記被覆部は、点在する凸部と凹部とを有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のはんだバンプ付素子搭載用基板の製造方法。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載の素子搭載用基板を準備する工程と、
前記素子搭載用基板のはんだバンプと半導体素子の電極端子とを接触させた状態で加熱し、はんだにより前記素子搭載用基板と前記半導体素子とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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