JP2010141055A - 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法および携帯機器 - Google Patents

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Mayumi Nakazato
真弓 中里
Katsumi Ito
克実 伊藤
Ryosuke Usui
良輔 臼井
Yuusuke Igarashi
優助 五十嵐
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】半導体素子の外部接続電極と配線基板の電極パッドとがはんだ付けされた構造を有する半導体モジュールにおいて、はんだ接続部分の接続信頼性を向上させる。
【解決手段】半導体モジュール１０は、素子搭載用基板２０および半導体素子３０を備える。半導体素子３０は素子搭載用基板２０にフリップチップ接続されており、半導体素子３０に設けられた素子電極３２と素子搭載用基板２０に設けられた基板電極２４ａとがはんだ７０により接続されている。隣接する基板電極２４ａを結ぶ線に沿った断面において、基板電極２４ａの幅Ｌ１は、基板電極２４ａに対応する素子電極３２の幅Ｌ２に比べて狭くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子が基板に実装された半導体モジュールに関する。
近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、電子機器に使用される半導体モジュールのさらなる小型化が求められている。こうした半導体モジュールの小型化に伴い、半導体素子（半導体チップ）を配線基板に実装するための電極パッド間の狭ピッチ化が不可欠となっている。半導体素子の表面実装方法としては、半導体素子の外部接続電極と配線基板の電極パッドとをはんだ付けするフリップチップ実装方法が知られている。
特開２００６−３５１５８９号公報
従来のフリップチップ接続では、半導体素子の外部接続電極と配線基板の電極パッドとを電気的に接続するはんだが横方向（基板面と平行な方向）に膨らみ、隣接する外部接続電極と電極パッドの接続部分に接触することにより短絡が生じてしまうおそれがあった。このため、電極パッド間の狭ピッチ化に制約が生じていた。
また、外部接続電極と電極パッドと接続するはんだが横方向に膨らむことにより、半導体素子と配線基板との間にアンダーフィルを充填する際にはんだがアンダーフィルの流れの障害となり、ボイドが発生するおそれがあった。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子の外部接続電極と配線基板の電極パッドとが導電性接続部材の一例であるはんだ付けされた構造を有する半導体モジュールにおいて、はんだ接続部分の接続信頼性を向上させる技術の提供にある。また、本発明の他の目的は、半導体素子の外部接続電極と配線基板の電極パッドとがはんだ付けされた構造を有する半導体モジュールにおいて、半導体素子と配線基板との間にアンダーフィルを充填する際にボイドが発生することを抑制することができる技術の提供にある。
本発明のある態様は、半導体モジュールである。当該半導体モジュールは、第１の電極が設けられた基板と、第２の電極が設けられた半導体素子と、第１の電極と第２の電極とを接続する導電性接続部材と、を備え、隣接する第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、第１の電極の幅が、第１の電極に対応する第２の電極の幅に比べて狭いことを特徴とする。
この態様によれば、第１の電極と第２の電極とを接続する導電性接続部材が横方向に広がることが抑制されるため、導電性接続部材が第２の電極の幅の内側に収まる。これにより、隣接する第１の電極および第２の電極の間で短絡が生じることが抑制されるため、導電性接続部材による接続時の接続信頼性を損なうことなく、第１の電極および第２の電極の狭ピッチ化を図ることができる。
また、導電性接続部材が横方向に広がることが抑制されることにより、素子搭載用基板と半導体素子との間にアンダーフィルを充填する場合に、導電性接続部材がアンダーフィルの充填の障害になることが低減し、素子搭載用基板と半導体素子との隙間にアンダーフィルが入り込みやすくなる。この結果、アンダーフィル充填時にボイドが発生することが抑制される。
また、導電性接続部材が横方向に広がることが抑制されることにより、素子搭載用基板と半導体素子との間にアンダーフィルを充填する場合に、導電性接続部材がアンダーフィルの充填の障害になることが低減し、素子搭載用基板と半導体素子との隙間にアンダーフィルが入り込みやすくなる。この結果、アンダーフィル充填時にボイドが発生することが抑制される。
上記態様の半導体モジュールに関し、隣接する第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、第１の電極の幅Ｌ１と隣接する第１の電極の間隔Ｓ１との比（Ｌ１／Ｓ１）が、第１の電極に対応する第２の電極の幅Ｌ２と隣接する第２の電極の間隔Ｓ２との比（Ｌ２／Ｓ２）より小さくてもよい。また、隣接する第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、第１の電極の側面が電極形成領域の内側に傾いていてもよい。また、第１の電極が基板に設けられた配線層から半導体素子の側へ突出する突起電極であってもよい。また、隣接する第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、第１の電極の形状が略三角形または台形であってもよい。
本発明の他の態様は、携帯機器である。当該携帯機器は、上述したいずれかの態様の半導体モジュールを備えることを特徴とする。
本発明のさらに他の態様は、半導体モジュールの製造方法である。当該半導体モジュールの製造方法は、基板の一方の主表面に、隣接する基板電極を含む配線層をパターニングする配線形成工程と、基板電極に対応して半導体素子に設けられた素子電極と基板電極とを導電性接続部材を用いて接続し、基板に半導体素子を搭載する素子搭載工程と、を備え、配線形成工程において、隣接する基板電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、基板電極の幅が基板電極に対応する素子電極の幅よりも狭くなるように基板電極を形成することを特徴とする。
本発明によれば、半導体素子の外部接続電極と配線基板の電極パッドとを電気的に接続する導電性接続部材が横方向に膨らむことが抑制され、隣接する導電性接続部材の接続部分間の絶縁性が高まるため、はんだ接続部分における接続信頼性が向上する。
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、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る半導体モジュールの構成を示す断面図である。半導体モジュール１０は、素子搭載用基板２０および半導体素子３０を備える。半導体素子３０は、素子電極（外部電極端子）が形成された電極形成面をフェイスダウンした状態で素子搭載用基板２０に実装され、当該素子電極と、素子搭載用基板２０に設けられた電極端子とがはんだを用いて電気的に接続されている。すなわち、半導体素子３０は素子搭載用基板２０にフリップチップ接続されている。
素子搭載用基板２０は、絶縁樹脂層２２と、絶縁樹脂層２２の一方の主表面（半導体素子搭載側）に設けられた配線層２４、保護層２８と、絶縁樹脂層２２の他方の主表面に設けられた配線層２６、保護層２８、はんだボール８０を備える。
絶縁樹脂層２２を構成する材料としては、たとえば、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の熱硬化性樹脂が例示される。半導体モジュール１０の放熱性向上の観点から、絶縁樹脂層２２は高熱伝導性を有することが望ましい。このため、絶縁樹脂層２２は、銀、ビスマス、銅、アルミニウム、マグネシウム、錫、亜鉛およびこれらの合金などを高熱伝導性フィラーとして含有することが好ましい。
配線層２４は、所定パターンを有し、絶縁樹脂層２２の一方の主表面に設けられている。配線層２４は、銅などの導電材料により形成される。配線層２４は、半導体素子３０を接続するための基板電極２４ａ（電極パッド）を含む。基板電極２４ａは、本発明の「第１の電極」に相当する。基板電極２４ａの形状については後述する。
図２は、基板電極２４ａを含む配線層２４のパターンの一例を示す平面図である。基板電極２４ａは、配線層２４の一部から突出した櫛状をなしており（櫛状電極）、一対の櫛状電極が互いに対向し、一方の櫛状電極の櫛歯状部と他方の櫛状電極の櫛歯状部が互い違いに併設した構造を有する。フリップチップ接続用のはんだは、基板電極２４ａの上に形成される。なお、図２のＡ−Ａ’線は、隣接する基板電極２４ａを最短距離で結ぶ線に相当し、図１は図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図に相当する。
図１に戻り、保護層２８は、基板電極２４ａを除く配線層２４を覆うように絶縁樹脂層２２の一方の主表面に設けられている。保護層２８によって配線層２４の酸化や絶縁樹脂層２２の劣化が抑制される。保護層２８は、たとえばフォトソルダーレジストにより形成され、保護層２８の厚さは、例えば１０〜５０μｍである。
配線層２６は、所定パターンを有し、絶縁樹脂層２２の他方の主表面に設けられている。配線層２６は、銅などの導電材料により形成される。配線層２４および配線層２６の厚さは、例えば１０〜２５μｍである。
絶縁樹脂層２２の所定位置において、絶縁樹脂層２２を貫通するビア導体４０が設けられている。ビア導体４０は、例えば、銅めっきにより形成される。ビア導体４０により、配線層２４と配線層２６とが電気的に接続されている。
保護層２８は、配線層２６を覆うように絶縁樹脂層２２の他方の主表面にも設けられており、保護層２８によって配線層２６の酸化や絶縁樹脂層２２の劣化が抑制される。保護層２８には、配線層２６の所定領域（ランド領域）上にはんだボール８０を搭載するための開口部が設けられている。はんだボール８０は、保護層２８に設けられた開口部内において、配線層２６に接続され、半導体モジュール１０は、はんだボール８０によって図示しないプリント配線基板に接続される。
半導体素子３０は、ＩＣ（集積回路）、ＬＳＩ（大規模集積回路）などの能動素子である。半導体素子３０の電極形成面には、素子搭載用基板２０に設けられた基板電極２４ａに対応して素子電極３２（電極パッド）が設けられており、素子電極３２の表面に銅ポスト３３が形成されている。銅ポスト３３の断面形状は素子電極３２と同様である。この銅ポスト３３と基板電極２４ａとがはんだ７０により接続されている。素子電極３２および銅ポスト３３は、本発明の「第２の電極」に相当する。なお、銅ポスト３３を介さずに、素子電極３２と基板電極２４ａとがはんだ７０により接続されていてもよい。この場合には、素子電極３２が本発明の「第２の電極」に相当する。また、はんだ７０は、本発明の「導電性接続部材」に相当する。
半導体素子３０と素子搭載用基板２０との間にアンダーフィル７２が充填されている。アンダーフィル７２により、基板電極２４ａと素子電極３２とのはんだ接合部分が保護されるとともに、半導体素子３０と素子搭載用基板２０との間に働く応力が緩和されるため、半導体モジュール１０の接続信頼性がより向上する。
ここで、基板電極２４ａの特徴について説明する。
隣接する基板電極２４ａを結ぶ線に沿った断面において、基板電極２４ａの幅Ｌ１は、基板電極２４ａに対応する素子電極３２の幅Ｌ２に比べて狭くなっている。より好ましくは、隣接する基板電極２４ａの間隔をＳ１、隣接する素子電極３２の間隔をＳ２としたとき、基板電極２４ａのＬ／Ｓ比（Ｌ１／Ｓ１）は、素子電極３２のＬ／Ｓ（Ｌ２／Ｓ２）より小さい。
この他、基板電極２４ａの側面は、基板電極２４ａの内側に傾いている。言い換えると、素子搭載用基板２０の基板面と基板電極２４ａの側面とのなす角は鋭角である。この条件を満たせば、基板電極２４ａの形状は特に限定されないが、たとえば、隣接する基板電極２４ａを結ぶ線に沿った断面における基板電極２４ａの形状は略三角形状、台形状である。
以上の構成によれば、はんだ７０が横方向（素子搭載用基板２０の面方向）に広がることが抑制されるため、はんだ７０が素子電極３２の幅Ｌ２の内側に収まる。これにより、隣接する基板電極２４ａおよび素子電極３２の間で短絡が生じることが抑制されるため、はんだ接続時の接続信頼性を損なうことなく、基板電極２４ａおよび素子電極３２の狭ピッチ化を図ることができる。
また、はんだ７０が横方向に広がることが抑制されることにより、素子搭載用基板２０と半導体素子３０との間にアンダーフィル７２を充填する場合に、はんだ７０がアンダーフィル７２の充填の障害になることが低減し、素子搭載用基板２０と半導体素子３０との隙間にアンダーフィル７２が入り込みやすくなる。この結果、アンダーフィル充填時にボイドが発生することが抑制される。
（実施の形態１の半導体モジュールの製造方法）
実施の形態１に係る素子搭載用基板および半導体モジュールの製造方法について図３および図４を参照して説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、一方の主表面に銅箔２３が、他方の主表面に銅箔２５が貼り付けられた絶縁樹脂層２２を準備する。
次に、図３（Ｂ）に示すように、ドリル加工、レーザ加工などの掘削加工により、絶縁樹脂層２２および銅箔２３、２５の所定領域にビアホール２７を形成する。
次に、図３（Ｃ）に示すように、無電解めっき法および電解めっき法により、ビアホール２７に銅を充填してビア導体４０を形成するとともに、絶縁樹脂層２２の主表面に設けられた銅箔２３、２５を厚膜化する。
そして、図３（Ｄ）に示すように、銅箔２３、２５の上にそれぞれ配線層２４、２４ａ、２６に対応したレジストパターン１００ａ、１００ｂ、１０２を形成する。
次に、図３（Ｅ）に示すように、レジストパターン１００ａ、１００ｂをマスクとしてウェットエッチングを行うことにより、絶縁樹脂層２２の一方の主表面に基板電極２４ａを含む所定パターンの配線層２４を形成する。ここで、隣接する基板電極２４ａを結ぶ線に沿った断面において、基板電極２４ａの幅Ｌ１が当該基板電極２４ａに対応する素子電極の幅よりも狭くなるようにパターニングを行う。より好ましくは、隣接する基板電極２４ａを結ぶ線に沿った断面において、基板電極２４ａの幅Ｌ１と隣接する基板電極２４ａの間隔Ｓ１との比（Ｌ１／Ｓ１）が、基板電極２４ａに対応する素子電極の幅Ｌ２と隣接する素子電極の間隔Ｓ２との比（Ｌ２／Ｓ２）より小さくなるようにパターニングを行う。また、基板電極２４ａの側面が基板電極２４ａの形成領域の内側に傾くようにパターニングを行う。
一方、レジストパターン１０２をマスクとしてウェットエッチングを行うことにより、絶縁樹脂層２２の他方の主表面に配線層２６を形成する。
次に、図４（Ａ）に示すように、フォトソルダーレジストを積層した後、周知のフォトリソグラフィ法を用いて、絶縁樹脂層２２の一方の主表面に基板電極２４ａを除く配線層２４を被覆する保護層２８を形成する。また、絶縁樹脂層２２の他方の主表面において、所定領域に配線層２６のランド領域が露出するような開口部を有する保護層２８を形成する。
次に、図４（Ｂ）に示すように、電極形成面に素子電極３２および銅ポスト３３が設けられ、銅ポスト３３にはんだ７０が搭載された半導体素子３０を準備する。そして、半導体素子３０を素子搭載用基板２０の上に搭載する。銅ポスト３３は、たとえば、めっき法を用いて形成することができる。
次に、図４（Ｃ）に示すように、素子搭載用基板２０に半導体素子３０が搭載された状態で、リフロー工程により対応する銅ポスト３３と基板電極２４ａとをはんだ７０を用いて接合し、銅ポスト３３と基板電極２４ａとを電気的に接続する。
次に、図４（Ｄ）に示すように、半導体素子３０と素子搭載用基板２０との間にアンダーフィル７２を充填する。また、保護層２８に設けられた開口部において、配線層２６にはんだボール８０を搭載する。
以上の工程により、実施の形態１に係る半導体モジュール１０を製造することができる。なお、図示は省略するが、トランスファーモールド法などを用いて、半導体素子３０を覆うように封止樹脂層により封止してもよい。
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る半導体モジュールの構成を示す断面図である。
半導体モジュール１０は、素子搭載用基板２０および半導体素子３０を備える。
半導体素子３０は、たとえば、Ｐ型シリコンウエハを用いて形成される。実装面となる主表面ＭＳ１に集積回路に接続された素子電極３２が設けられている。素子電極３２の材料として、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属が用いられる。素子電極３２は、本発明の「第２の電極」に相当する。
素子電極３２が露出するように半導体素子３０の主表面ＭＳ１上に保護層３４が形成されている。保護層３４として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）やポリイミド（ＰＩ）膜などが好適である。
素子搭載用基板２０は、絶縁樹脂層２２と、絶縁樹脂層２２の半導体素子３０と反対側の主表面に設けられた配線層２４（再配線）と、配線層２４と一体的に形成され、配線層２４から絶縁樹脂層２２側に突出している突起電極９０とを備える。突起電極９０は、本発明の「第１の電極」に相当する。なお、図５は、隣接する突起電極９０を最短距離で結ぶ線に沿った断面図に相当する。
絶縁樹脂層２２は、絶縁性の樹脂からなり、たとえば加熱または加圧したときに塑性流動を引き起こす材料で形成されている。加圧したときに塑性流動を引き起こす材料としては、エポキシ系熱硬化型樹脂が挙げられる。絶縁樹脂層２２に用いられるエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば、温度１６０℃、圧力８Ｍｐａの条件下で、粘度が１ｋＰａ・ｓの特性を有する材料であればよい。また、このエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば温度１６０℃の条件下で、５〜１５Ｍｐａで加圧した場合に、加圧しない場合と比較して、樹脂の粘度が約１／８に低下する。これに対して、熱硬化前のＢステージのエポキシ樹脂は、ガラス転移温度Ｔｇ以下の条件下では、樹脂を加圧しない場合と同程度に、粘性がなく、加圧しても粘性は生じない。また、このエポキシ系熱硬化型樹脂は、約３〜４の誘電率を有する誘電体である。
配線層２４は、絶縁樹脂層２２の半導体素子３０と反対側の主表面に設けられており、導電材料、好ましくは圧延金属、さらには圧延銅により形成される。圧延銅は、めっき処理等によって形成された銅からなる金属膜と比較すると、機械的強度の点において強いので、再配線のための材料として優れている。なお、配線層２４は電解銅などで形成されてもよい。本実施の形態においては、配線層２４と突起電極９０とは一体的に形成されており、それにより配線層２４と突起電極９０との接続が確実になっている。
突起電極９０はその全体的な形状が、先端に近づくにつれて径が細くなっている。言い換えると、突起電極９０の側面は電極形成領域の内側に傾いたテーパ状となっている。言い換えると、配線層２４の面と突起電極９０の側面とのなす角は鋭角である。突起電極９０の先端（頂部面）の径および基面の径は、それぞれたとえば約４５μｍφおよび約６０μｍφである。また、突起電極９０の高さは、たとえば、２０μｍである。突起電極９０の頂部面と突起電極９０に対応する素子電極３２とは、はんだ７０により接合されている。
隣接する突起電極９０を結ぶ線に沿った断面において、突起電極９０の基底部の幅Ｌ１は、突起電極９０に対応する素子電極３２の幅Ｌ２に比べて狭くなっている。より好ましくは、隣接する突起電極９０の基底部の間隔をＳ１、隣接する素子電極３２の間隔をＳ２としたとき、突起電極９０のＬ／Ｓ比（Ｌ１／Ｓ１）は、素子電極３２のＬ／Ｓ（Ｌ２／Ｓ２）より小さい。さらに、突起電極９０の形状は、先端に近づくにつれて径が細くなっているため、突起電極９０の頂部面の幅Ｌ１’は突起電極９０の基底部の幅Ｌ１より狭い。
配線層２４の絶縁樹脂層２２と反対側の主表面には、配線層２４の酸化などを防ぐための保護層２８が設けられている。保護層２８としては、ソルダーレジスト層などが挙げられる。保護層２８の所定の領域には開口部が形成されており、開口部によって配線層２４の一部が露出している。開口部内には外部接続電極としてのはんだボール８０が形成され、はんだボール８０と配線層２４とが電気的に接続されている。はんだボール８０を形成する位置、すなわち開口部の形成領域は、たとえば再配線（配線層２４）で引き回した先の端部である。
（実施の形態２の半導体モジュールの製造方法）
実施の形態２に係る素子搭載用基板および半導体モジュールの製造方法について図６乃至図１０を参照して説明する。
まず、図６（Ａ）に示すように、あらかじめ半導体基板３１の一方の主表面に素子電極３２および保護層３４が形成された半導体素子３０を用意する。具体的には、Ｐ型シリコン基板などの半導体基板３１に対して、周知のリソグラフィ技術、エッチング技術、イオン注入技術、成膜技術、及び熱処理技術などを組み合わせた半導体製造プロセスを用いて一方の主表面に所定の集積回路とその外周縁部に素子電極３２を形成する。素子電極３２の材料にはアルミニウムや銅などの金属が採用される。これらの素子電極３２を除いた半導体基板３１の主表面上に、半導体基板３１を保護するための絶縁性の保護層３４が形成されている。保護層３４としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）やポリイミド（ＰＩ）などが採用される。
次に、図６（Ｂ）に示すように、保護層３４の開口部において露出する素子電極３２の上にスクリーン印刷法によりはんだ７０を搭載する。具体的には、樹脂とはんだ材をペースト状にしたはんだペーストをスクリーンマスクにより所望の箇所に印刷し、はんだ溶融温度に加熱することではんだ７０を形成する。
一方、図７（Ａ）に示すように、図５に示したような突起電極９０の高さと配線層２４の厚さとの和より少なくとも大きい厚さを有する金属板としての銅板２００を用意する。銅板２００の厚さは、たとえば１２５μｍである。銅板２００としては圧延された銅からなる圧延金属が採用される。
次に、図７（Ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、突起電極の形成予定領域に対応したパターンに合わせてレジスト２１０を選択的に形成する。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板２００に所定膜厚のレジスト膜を貼り付け、突起電極９０のパターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像することによって、銅板２００の上にレジスト２１０が選択的に形成される。なお、レジストとの密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板２００の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。なお、レジスト２１０を設けた面と反対側（上面側）の全面にはレジスト保護膜（図示せず）を形成して銅板２００を保護しておくことが望ましい。
次に、図７（Ｃ）に示すように、レジスト２１０をマスクとして塩化第二鉄溶液などの薬液を用いたウェットエッチング処理を行うことにより、銅板２００の表面から突出する所定の円錐台パターンの突起電極９０を形成する。この際、突起電極９０はその先端部に近づくにつれて径（寸法）が細くなるテーパ状の側面部を有するように形成される。当該ウェットエッチング処理は、突起電極９０の基底部の径（幅）Ｌ１が、突起電極９０に対応する素子電極３２の幅Ｌ２（図１参照）よりも狭くなるような条件で行われる。本実施形態の突起電極９０における基底部の径、頂部の径、高さは、たとえばそれぞれ、１００〜１４０μｍφ、５０μｍφ、２０〜２５μｍである。
次に、図７（Ｄ）に示すように、レジスト２１０およびレジスト保護膜を剥離剤を用いて剥離する。以上説明した工程により、銅板２００に突起電極９０が一体的に形成される。なお、レジスト２１０に代えて銀（Ａｇ）などの金属マスクを採用してもよい。この場合には銅板２００とのエッチング選択比が十分確保されるため、突起電極９０のパターニングのさらなる微細化を図ることが可能となる。
次に、図８（Ａ）に示すように、真空ラミネート法を用いて、突起電極９０が設けられた側の銅板２００の表面に絶縁樹脂層２２を積層する。絶縁樹脂層２２としては、上述したように、加圧または加熱により可塑性または変形を引き起こす絶縁材料が用いられる。
次に、図８（Ｂ）に示すように、Ｏ２プラズマエッチングを用いて、突起電極９０の頂部面が露出するように絶縁樹脂層２２を薄膜化する。
次に、図８（Ｃ）に示すように、塩化第二鉄溶液などの薬液を用いたウェットエッチング処理などにより、突起電極９０が設けられた側と反対側の銅板２００の表面をエッチバックし銅板２００を薄膜化する。この際、突起電極９０が設けられた側にはレジスト保護膜（図示せず）を形成して突起電極９０および銅板２００を保護しておき、エッチング処理後にレジスト保護膜を除去する。これにより、所定の厚さ（配線層２４の厚さ）に加工され、所定の突起電極９０が一体的に設けられた銅板２００が形成される。本実施形態の銅板２００の厚さは約２０μｍである。
次に、図９（Ａ）に示すように、プレス機を構成する一対の平板プレート５００ａ、５００ｂの間に、半導体素子３０と、突起電極９０が一体的に形成された銅板２００とを設置する。この際に、対応する突起電極９０と素子電極３２との位置合わせを行う。
次に、図９（Ｂ）に示すように、プレス機を用いて加圧成形することにより、対応する突起電極９０と素子電極３２とが当接した状態で半導体素子３０と銅板２００とを圧着する。プレス加工時の圧力および温度は、それぞれ約１７ｋＮおよび２００℃である。この工程の際、またはこの工程の後、リフローによりはんだ７０を溶融し、はんだ７０により対応する突起電極９０と素子電極３２とを接合する。溶融したはんだ７０と突起電極９０の頂部面との濡れ性は、溶融したはんだ７０と絶縁樹脂層２２との濡れ性に比べて高いため、はんだ７０は突起電極９０の頂部面に引き寄せられ、突起電極９０の頂部面近傍において、はんだ７０の幅は突起電極９０の頂部面内に収まる。
次に、図１０（Ａ）に示すように、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて銅板２００を所定の配線パターンに加工することにより、配線層２４（再配線）を形成する。
次に、図１０（Ｂ）に示すように、配線層２４および絶縁樹脂層２２の上に保護層（フォトソルダーレジスト層）２８を積層した後、フォトリソグラフィ法により保護層２８の所定領域（はんだボール搭載領域）に開口部を設ける。保護層２８は配線層２４の保護膜として機能する。保護層２８にはエポキシ樹脂などが採用され、その膜厚は、たとえば、約４０μｍである。
次に、図１０（Ｃ）に示すように、保護層２８の開口部にスクリーン印刷法によりはんだボール８０を搭載する。具体的には、樹脂とはんだ材をペースト状にしたはんだペーストをスクリーンマスクにより所望の箇所に印刷し、はんだ溶融温度に加熱することではんだボール８０を形成する。
以上の工程により実施の形態２に係る半導体モジュールを製造することができる。
以上説明した半導体モジュール１０によれば、突起電極９０の頂部面近傍において、はんだ７０は突起電極９０の頂部面の幅Ｌ１’に収まる。突起電極９０の頂部面の幅Ｌ１’は、突起電極９０の基底部の幅Ｌ１より狭く、かつ、突起電極９０の基底部の幅Ｌ１は、突起電極９０に対応する素子電極３２の幅Ｌ２に比べて狭い。すなわち、はんだ７０の突起電極９０側における幅は素子電極３２の幅Ｌ２の内側に収まるように、横方向（素子搭載用基板２０の面方向）に広がることが抑制される。これにより、隣接する基板電極２４ａおよび素子電極３２の間で短絡が生じることが抑制されるため、はんだ接続時の接続信頼性を損なうことなく、基板電極２４ａおよび素子電極３２の狭ピッチ化を図ることができる。
なお、本実施の形態では、はんだ７０は突起電極９０の頂部面と素子電極３２との間に設けられており、はんだ７０は突起電極９０の頂部面に接しているが、素子電極３２の幅Ｌ２の内側に収まっていれば、突起電極９０の側面に接していてもよい。
具体的には、図１１に示す変形例のように、突起電極９０の先端部分の側面部分と絶縁樹脂層２２との間に隙間が生じており、この隙間にはんだ７０が入り込むことにより、突起電極９０の先端部の側面にはんだ７０が接していてもよい。この場合においても、突起電極９０の側面部分の幅は、突起電極９０の基底部の幅Ｌ１より狭く、突起電極９０と接するはんだ７０の幅は、突起電極９０の基底部の幅Ｌ１より狭くなる。すなわち、はんだ７０の突起電極９０側における幅は素子電極３２の幅Ｌ２の内側に収まるように、横方向（素子搭載用基板２０の面方向）に広がることが抑制される。
（携帯機器への適用）
次に、本発明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、たとえば、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、音楽プレーヤ、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は実施の形態に係る半導体モジュール１０を備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話１１１１は、第１の筐体１１１２と第２の筐体１１１４が可動部１１２０によって連結される構造になっている。第１の筐体１１１２と第２の筐体１１１４は可動部１１２０を軸として回動可能である。第１の筐体１１１２には文字や画像等の情報を表示する表示部１１１８やスピーカ部１１２４が設けられている。第２の筐体１１１４には操作用ボタンなどの操作部１１２２やマイク部１１２６が設けられている。なお、本発明の各実施形態に係る半導体モジュールのいずれかがこうした携帯電話１１１１の内部に搭載されている。なお、このように、携帯電話に搭載した本発明の半導体モジュールとしては、各回路を駆動するための電源回路、ＲＦ発生するＲＦ発生回路、ＤＡＣ、エンコーダ回路、携帯電話の表示部に採用される液晶パネルの光源としてのバックライトの駆動回路などとして採用することが可能である。
図１３は図１２に示した携帯電話の部分断面図（第１の筐体１１１２の断面図）である。本発明の実施形態に係る半導体モジュール１０は、はんだボール８０を介してプリント基板１１２８に搭載され、こうしたプリント基板１１２８を介して表示部１１１８などと電気的に接続されている。また、半導体モジュール１０の裏面側（はんだボール８０とは反対側の面）には金属基板などの放熱基板１１１６が設けられ、たとえば、半導体モジュール１０から発生する熱を第１の筐体１１１２内部に篭もらせることなく、効率的に第１の筐体１１１２の外部に放熱することができるようになっている。
本発明の実施形態に係る半導体モジュールを備えた携帯機器によれば、以下の効果を得ることができる。
半導体モジュール１０において、基板側の第１の電極と半導体素子側の第２の電極との接続信頼性が向上した結果、半導体モジュール１０の動作信頼性が向上するので、こうした半導体モジュール１０を搭載した携帯機器の動作信頼性が向上する。
放熱基板１１１６を介して半導体モジュール１０からの熱を効率的に外部に放熱することができるので、半導体モジュール１０の温度上昇が抑制され、導電性部材と配線層との間の熱応力が低減される。このため、放熱基板１１１６を設けない場合に比べ、半導体モジュール内の導電性部材が配線層から剥離することが防止され、半導体モジュール１０の信頼性（耐熱信頼性）が向上する。この結果、携帯機器の信頼性（耐熱信頼性）を向上させることができる。
上記実施の形態で示した半導体モジュール１０は小型化が可能であるので、こうした半導体モジュール１０を搭載した携帯機器の薄型化・小型化を図ることができる。
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、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を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ものである。
たとえば、上述の各実施の形態では、素子搭載用基板２０に設けられた電極と、半導体素子３０に設けられた電極とを電気的に接続する導電性接続部材として、はんだが用いられているが、導電性接続部材としては、はんだ以外に、銀ペーストなどの導電性ペーストを用いてもよい。
実施の形態１に係る半導体モジュールの構成を示す断面図である。 基板電極を含む配線層のパターンの一例を示す平面図である。 実施の形態１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。 実施の形態１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。 実施の形態２に係る半導体モジュールの構成を示す断面図である。 実施の形態２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。 実施の形態２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。 実施の形態２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。 実施の形態２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。 実施の形態２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。 変形例に係る半導体モジュールの構成を示す断面図である。 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。 図１２に示した携帯電話の部分断面図である。
符号の説明
１０ 半導体モジュール、２０ 素子搭載用基板、２２ 絶縁樹脂層、２４、２６ 配線層

Claims (7)

  1. 第１の電極が設けられた基板と、
    第２の電極が設けられた半導体素子と、
    前記第１の電極と前記第２の電極とを接続する導電性接続部材と、
    を備え、
    隣接する前記第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、前記第１の電極の幅が、前記第１の電極に対応する前記第２の電極の幅に比べて狭いことを特徴とする半導体モジュール。
  2. 隣接する前記第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、前記第１の電極の幅Ｌ１と隣接する前記第１の電極の間隔Ｓ１との比（Ｌ１／Ｓ１）が、前記第１の電極に対応する前記第２の電極の幅Ｌ２と隣接する前記第２の電極の間隔Ｓ２との比（Ｌ２／Ｓ２）より小さい請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 隣接する前記第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、前記第１の電極の側面が電極形成領域の内側に傾いている請求項１または２に記載の半導体モジュール。
  4. 前記第１の電極が前記基板に設けられた配線層から前記半導体素子の側へ突出する突起電極である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  5. 隣接する前記第１の電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、前記第１の電極の形状が略三角形または台形である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体モジュールを備えることを特徴とする携帯機器。
  7. 基板の一方の主表面に、隣接する基板電極を含む配線層をパターニングする配線形成工程と、
    前記基板電極に対応して半導体素子に設けられた素子電極と前記基板電極とを導電性接続部材を用いて接続し、前記基板に前記半導体素子を搭載する素子搭載工程と、
    を備え、
    配線形成工程において、隣接する前記基板電極を最短距離で結ぶ線に沿った断面において、前記基板電極の幅が前記基板電極に対応する前記素子電極の幅よりも狭くなるように前記基板電極を形成する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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