JP2010103344A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品を配線基板に実装する際に、位置合わせが容易で、接続不良の発生を確実に防止できる配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】配線基板１は、電子部品３に形成された金属バンプ４と、配線パターンを備える配線基板２に形成され金属バンプ４が嵌合された凹部５と、凹部５の内側面を被覆して形成されると共に金属バンプ４と配線パターンとを接続する金属メッキ層６とを備える。配線基板１を製造するには、電子部品３に金属バンプ４を形成し、配線パターンを備える配線基板２に凹部５を形成する。次に、凹部５の内側面を被覆する金属メッキ層６を形成し、金属メッキ層６と配線パターンとを接続する。そして、電子部品３を配線基板２に重ね合わせ押圧して、金属バンプ４を凹部５に嵌合させ、電子部品３を配線パターンに接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品が実装された配線基板及びその製造方法に関するものである。

近年、電子機器は市場からの要求により著しく小型化、高性能化を遂げており、これに伴って、半導体素子（ＩＣチップ）等の電子部品が実装された配線基板も高密度化が図られている。

配線基板自体に関しては、例えば、ＩＣチップとの接続を必要とする位置に電極部が形成された配線基板上に所定量の熱硬化型接着剤を供給し、ＩＣチップの電極部に形成された金属バンプを配線基板上の電極部に位置合わせして押圧、保持して、熱硬化型接着剤を加熱硬化させるというフリップチップ実装方法がある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記フリップチップ実装による場合、接続される側である配線基板の電極部がさらにファインピッチ化、または多ピン化すると、前記金属バンプと電極部との位置合わせが困難になるばかりか、金属バンプを電極部に押圧する際に接続強度のばらつきが大きくなり、接続不良が発生することがあるという不都合がある。

そこで、多層基板の内層に金属バンプを接合する電極を形成し、多層基板の表面から電極に達する凹部を形成し、金属バンプを凹部と嵌合させて、金属バンプと凹部の底面の電極を接続するフリップチップ実装方法がある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−３５６６６２号公報 特開平９−１１５９５４号公報

本発明は、上記フリップチップ実装方法に比べ、電子部品を配線基板に実装する際に、電子部品と配線基板との位置合わせがより容易で、かつ、接続不良の発生をより確実に防止することができる配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも１つの配線パターンと、配線パターンに接続された電子部品とを備える配線基板において、該電子部品の該配線基板に対向する面に形成された少なくとも１つの金属バンプと、配線基板の電子部品との接続を必要とする位置に形成され金属バンプが嵌合された凹部と、凹部の内面を被覆して形成されると共に金属バンプと配線パターンとを電気的に接続する金属メッキ層とを備えることを特徴とする。

本発明の配線基板において、電子部品は配線基板に対向する面に形成された少なくとも１つの金属バンプを備えており、その金属バンプは、配線基板の電子部品との接続を必要とする位置に形成された凹部に嵌合される。このとき、凹部の内側面は金属メッキ層により被覆されており、その金属メッキ層は、配線パターンと接続している。従って、金属メッキ層を介して、電子部品と配線パターンとが電気的に接続される。

特に、従来技術は、上記のように凹部の底面のみが通電部となるのに対し、本発明は、凹部の内側面が金属メッキ層により被覆されていることから、凹部の底面のみならず凹部の内側面全体が通電部となる。従って、本発明は、従来技術に比べて、通電部の面積がはるかに広くなり、金属バンプと配線パターンとの電気的接続が確実に達成され接続不良の発生を確実に防止することができる。

本発明の配線基板において、金属バンプは金バンプまたは銅バンプであってもよく、金属メッキ層は金メッキまたは銅メッキであってもよい。

本発明の配線基板によれば、金属バンプを凹部に嵌合することにより電子部品と配線パターンとを接続することができる。このとき、金属バンプが金バンプである場合には、金バンプは金自体の良好な展延性により凹部の位置及び形状に合わせて変形することができ、凹部の内側面を被覆している金属メッキ層と確実に密着することができる。従って、電子部品と配線基板との位置合わせをする際には、凹部と金バンプの中心軸が一致するような精密なものを行う必要がなく、容易に行うことができる。

あるいは、接続をより確実にするために、凹部の内部にはんだを塗布し、金バンプを凹部に嵌合させた後、リフローにより融解させ固化したはんだで金バンプと金属メッキを接続することもできる。

また、金属バンプが銅バンプである場合も、上記リフローによるはんだ接続が可能である。特に、銅バンプは金バンプほど容易に凹部に合わせて変形することができないことから、上記リフローによるはんだ接続が望ましい。

本発明の配線基板において、凹部は、金属バンプに対向する側に、外側ほど大径となっている開口部を備えていることが好ましい。上記開口部を備えていれば、配線基板は、開口部により金属バンプを凹部に案内することができるので、電子部品と配線基板との位置合わせをさらに容易に行うことができる。

本発明の配線基板において、電子部品は能動素子または受動素子であってもよく、配線パターンを備える配線基板であってもよい。

本発明の配線基板は、電子部品の配線基板に対向する面に少なくとも１つの金属バンプを形成する工程と、少なくとも１つの配線パターンを備える配線基板の電子部品との接続を必要とする位置に凹部を形成する工程と、凹部の内側面を被覆する金属メッキ層を形成し、金属メッキ層と配線パターンとを接続する工程と、電子部品を配線基板に重ね合わせて押圧することにより、金属バンプを凹部に嵌合させ、電子部品を配線パターンに接続する工程とを備える製造方法により、有利に製造することができる。

図1は、実施形態の配線基板の一構成例を示す説明的断面図であり、図２乃至図３は本実施形態の配線基板の製造方法を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の配線基板１は、ガラスエポキシ、ＢＴレジン等、それ自体公知の樹脂からなり、1層もしくは複数層の銅箔内層による配線パターン１０を内蔵した多層プリント配線基板であるインターポーザ基板２と、シリコン、ＧａＡｓ等からなる半導体素子３とを備えている。半導体素子３は、インターポーザ基板２に対向する面に形成された複数の金属バンプ４を備えており、金属バンプ４は、インターポーザ基板２に形成された凹部５に嵌合されている。凹部５は、その内側面を被覆して形成された金属メッキ層６を備え、金属メッキ層６は、金属バンプ４と凹部５の底面に露出した配線パターン１０とを接続している。この結果、配線基板１では、半導体素子３は、金属バンプ４と金属メッキ層６とを介して、インターポーザ基板２内の配線パターン１０に接続されている。

次に、本実施形態の配線基板１の製造方法について説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、半導体素子３に少なくとも１以上の金属バンプ４を形成する。金属バンプ４は、上記インターポーザ基板２に対向する面に、半導体素子３とインターポーザ基板２の接続に必要とされる数に対応する数が形成される。

金属バンプ４は、例えば金バンプで作る場合には、キャピラリーの先端部で溶融した金に熱と超音波を加えて半導体素子３の電極部と合金を形成するワイヤ接続の技術を用いて、形成することができる。

また、金属バンプを銅バンプで作る場合も、同様の方法で形成することができるが、酸化防止のため窒素雰囲気で銅ワイヤの溶解を行う。

圧着ボール部４ａの大きさは、凹部５の径や、インターポーザ基板２の配線パターンのライン間のピッチとの関係にもよるが、例えば、直径４０〜１００μｍ、厚さ８〜２０μｍの範囲とすることができる。また、ワイヤ部４ｂの大きさは、例えば、直径１５〜５０μｍ、厚さ０〜２００μｍの範囲とすることができる。

次に、図２（Ｃ）に示すように、インターポーザ基板２に凹部５を形成する。凹部５は、インターポーザ基板２と半導体素子３の接続を必要とする位置に、半導体素子３に形成された金属バンプ４の数に対応する数が形成される。

凹部５は、金属バンプ４に対向する側に外側ほど大径となっているテーパ状の開口部７を有する。開口部７は内側ほど小径となり、底部８は、インターポーザ基板２に内蔵された銅箔配線パターン１０が露出するように形成される。前記形状を備える凹部５は、例えば、炭酸ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ等のレーザ加工、又は、ザグリ加工により形成することができる。

このとき、開口部７は、金属バンプ４を案内して嵌合を容易とする大きさであることが好ましく、例えばその最大径は圧着ボール部４ａの直径以下であることが好ましい。また、底部８の直径はワイヤ径４ｂの直径以上、開口部７の最大径以下の範囲とすることができる。

なお、凹部５は、インターポーザ基板２における層間接続として機能するものであってもよい。

次に、図２（Ｅ）に示すように、凹部５の内側面に金属メッキ層６を形成する。金属メッキ層は、図２(Ｄ)に示すように、インターポーザ基板２の凹部５を形成した面の全面に金属メッキ層６を形成した後、凹部５以外の部分になされた金属メッキ層６をエッジングすることにより形成することができる。

また、凹部５の内側面の金属メッキ層６は、上記のように凹部５を作成してから金属メッキをする以外にも、図３に示す工程で製造することもできる。具体的には、まず、図３（ｉ）に示すように、インターポーザ基板２の半導体素子３に対向する面に、金属メッキ層６ａを形成する。次に、図３（ｉｉ）に示すように、金属メッキ層６ａのうちインターポーザ基板２と半導体素子３の接続を必要とする位置をエッジングし、図３（ｉｉｉ）に示すように、凹部５を形成する。さらに、図３（ｉｖ）に示すように、インターポーザ基板２の凹部５を形成した面の全面に金属メッキ層６ｂを形成し、凹部５以外の部分になされた金属メッキ層６ａ及び６ｂをエッジングする。

この工程によれば、凹部５に金属メッキ層を形成する前にあらかじめ金属メッキ層６ａを形成していることから、凹部５の内側面をメッキする際に、上記金属メッキ層６ａを介することで凹部５の内側面に形成された金属メッキ層６ｂの接着力が強くなるという利点がある。

金属メッキ層６は、例えば、銅メッキや金メッキで形成し、あるいは銅メッキ層の上に金メッキ層を積層して形成し、あるいは銅メッキ層の上にニッケルメッキ層を積層し、その上に金メッキ層を積層して形成することができる。

次に、図２（Ｆ）に示すように、金属メッキ層６の内側面にクリームはんだ９を塗布する。クリームはんだは、例えば、フラックス入りとすることにより酸化防止を図ることができる。

次に、図２（Ｇ）に示すように、インターポーザ基板２に半導体素子３を金属バンプ４が形成された面で重ね合わせ、金属バンプ４が開口部７の案内によって凹部５の内部に収容されるようにする。このとき、金属バンプ４は凹部５に収容されていればよく、金属バンプ４と凹部５との両者の中心軸を一致させるような精密な位置合わせを行う必要はない。

そして、半導体素子３をインターポーザ基板２側に重ね合わせた状態で溶着する。この結果、金属バンプ４が凹部５に嵌合すると共に、クリームはんだにより金属バンプ４と金属メッキ層６とが接合し、金属バンプ４と配線パターンとが確実に通電し、図１に示す配線基板１が得られる。

上記製造方法では、凹部５の一例として、外側ほど大径となっている開口部７を備えるとしているが、開口部は、金属バンプ４を案内して凹部５と嵌合させることができる形状を備えるものであればどのようなものであってもよい。

また、上記製造方法では、配線基板に内蔵された配線パターンの一例として、一層の配線パターン１０を備えたものを説明しているが、２層以上配線パターンを備えたコア基板であってもよい。

本発明の配線基板の一構成例を示す説明的断面図。 本発明の配線基板の製造方法を示す説明的断面図。 凹部５と金属メッキ層６の製造方法を示す説明的断面図。

符号の説明

１…配線基板、 ２…配線基板、 ３…半導体素子、 ４…金属バンプ、 ５…凹部、 ６…金属メッキ層、 ７ａ…開口部、 ８…底部、 ９…クリームはんだ、 １０…配線パターン。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの配線パターンと、該配線パターンに接続された電子部品とを備える配線基板において、
   該電子部品の該配線基板に対向する面に形成された少なくとも１つの金属バンプと、 該配線基板の該電子部品との接続を必要とする位置に形成され該金属バンプが嵌合された凹部と、該凹部の内面を被覆して形成されると共に該金属バンプと該配線パターンとを電気的に接続する金属メッキ層とを備えることを特徴とする配線基板。
2. 請求項１記載の配線基板において、前記凹部は、前記金属バンプに対向する側に、外側に拡径する開口部を備えていることを特徴とする配線基板。
3. 請求項１または請求項２記載の配線基板において、前記電子部品は能動素子または受動素子であることを特徴とする配線基板。
4. 請求項１または請求項２記載の配線基板において、前記電子部品は配線パターンを備える配線基板であることを特徴とする配線基板。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか1項記載の配線基板において、前記金属バンプ及び前記金属メッキ層はそれぞれ金又は銅からなり、この金バンプ又は銅バンプと金メッキ層又は銅メッキ層とは接合材によって接続されていることを特徴とする配線基板。
6. 請求項５記載の配線基板において、前記接合材による接続は、はんだによる溶着であることを特徴とする配線基板。
7. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の配線基板において、前記金属バンプ及び前記金属メッキ層は金からなり、この金バンプと金メッキ層とは圧着によって接続されていることを特徴とする配線基板。
8. 少なくとも１つの配線パターンと、該配線パターンに接続された電子部品とを備える配線基板の製造方法であって、
   電子部品の配線基板に対向する面に少なくとも１つの金属バンプを形成する工程と、
   少なくとも１つの配線パターンを備える配線基板の該電子部品との接続を必要とする位置に凹部を形成する工程と、
   該凹部の内面を被覆する金属メッキ層を形成することにより該金属メッキ層と該配線パターンとを電気的に接続する工程と、
   該金属バンプと該凹部を位置合わせして該電子部品を該配線基板に押圧する工程と、
   該金属バンプと該配線パターンを接続する工程とを備えることを特徴とする配線基板の製造方法。
9. 請求項８記載の製造方法において、前記金属バンプ及び前記金属メッキ層はそれぞれ金又は銅からなり、この金バンプ又は銅バンプと前記配線パターンとは該金バンプ又は銅バンプと金メッキ層又は銅メッキ層との接合材の溶着により接続されることを特徴とする配線基板の製造方法。
10. 請求項８記載の製造方法において、前記金属バンプ及び前記金属メッキ層は金からなり、この金バンプと前記配線パターンとは該金バンプと金メッキ層の圧着により接続されることを特徴とする配線基板の製造方法。

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