JP2012054297A

JP2012054297A - 配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP2012054297A
Application number: JP2010193875A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takami; 征一高見
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】半導体集積回路素子の電極と導体柱とを半田を介して立体的に強固に接続することが可能であるとともに、両者を接続する半田の体積が小さいものであったとしても、半導体集積回路素子の下面と配線基板の上面との間隔を十分に保つことができ、両者の間に封止樹脂を良好に充填することが可能な配線基板およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】絶縁基板３の上面に被着された半導体素子接続パッド１０と、半導体素子接続パッド１０上に形成された導体柱１１と、絶縁基板３の上面に導体柱１１よりも低い厚みで被着されており、半導体素子接続パッド１０の外周部を覆うとともに、導体柱１１の側面を露出させる開口部６ａを有するソルダーレジスト層６とを備える配線基板５０である。
【選択図】図１

Description

本発明は配線基板およびその製造方法に関し、より詳細には、例えば半導体素子をフリップチップ接続により搭載するのに好適な配線基板およびその製造方法に関する。

従来から、半導体素子である半導体集積回路素子として、多数の電極を、その一方の主面の略全面に亘って格子状の並びに配設した、いわゆるエリアアレイ型の半導体集積回路素子がある。
このような半導体集積回路素子を配線基板に搭載する方法として、フリップチップ接続により接続する方法が採用されている。フリップチップ接続とは、配線基板上に設けた半導体素子接続パッドを半導体集積回路素子の電極の配置に対応した並びに露出させ、この半導体素子接続パッドと半導体集積回路素子の電極とを対向させ、これらの間を半田を介して電気的に接続する方法である。そして、搭載された半導体集積回路素子と配線基板との間には、アンダーフィルと呼ばれる封止樹脂が充填されて半導体集積回路素子が封止される。なお、近時は、配線基板の半導体素子接続パッド上に円柱状の導体柱を設け、この導体柱と半導体集積回路素子の電極とを半田を介して接続する方法も採用されている。

図４は、半導体素子としてのエリアアレイ型の半導体集積回路素子Ｓをフリップチップ接続により搭載する従来の配線基板１００を示す概略断面図である。

この図４に示すように、従来の配線基板１００は、コア用の絶縁板１０１の上下面に複数のビルドアップ用の絶縁樹脂層１０２が積層されて成る絶縁基板１０３の内部および表面にコア用の配線導体１０４およびビルドアップ用の配線導体１０５が被着されているとともに、その最表面には保護用のソルダーレジスト層１０６が被着されている。

コア用の絶縁板１０１の上面から下面にかけては複数のスルーホール１０７が形成されており、スルーホール１０７の内面にはコア用の配線導体１０４が被着されている。さらに、スルーホール１０７の内部には埋め込み樹脂１０８が充填されており、この埋め込み樹脂１０８上を含む絶縁板１０１の上下面にもコア用の配線導体１０４が被着されている。

また、ビルドアップ用の絶縁樹脂層１０２には、それぞれに複数のビアホール１０９が形成されており、各絶縁樹脂層１０２の表面およびビアホール１０９の内面には、ビルドアップ用の配線導体１０５が被着形成されている。そしてビルドアップ用の配線導体１０５はビアホール１０９を介してコア用の配線導体１０４に接続している。このビルドアップ用の配線導体１０５のうち、配線基板１００の上面側における最外層の絶縁樹脂層１０２上に被着された一部は、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔに電気的に接続される円形の半導体素子接続パッド１１０を形成している。これらの半導体素子接続パッド１１０は格子状の並びに複数並んで形成されている。さらに、各半導体素子接続パッド１１０の上には半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔが半田を介して接続される導体柱１１１が形成されている。導体柱１１１は、半導体素子接続パッド１１０よりも小さい円柱状である。そして、これらの半導体素子接続パッド１１０および導体柱１１１は、導体柱１１１の上面を露出させるようにしてソルダーレジスト層１０６中に埋設されている。

他方、配線基板１００の下面側における最外層の絶縁樹脂層１０２上に被着された一部は、外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続される円形の外部接続パッド１１２であり、この外部接続パッド１１２は格子状の並びに複数並んで形成されている。この外部接続パッド１１２はその外周部がソルダーレジスト層１０６により覆われているとともに、その下面中央部がソルダーレジスト層１０６から露出しており、外部接続パッド１１２の露出部に、図示しない外部電気回路基板の配線導体が半田ボールを介して電気的に接続される。

このような従来の配線基板１００における導体柱１１１の形成方法について図５を基にして説明する。まず、図５（ａ）に示すように、最上層の絶縁樹脂層１０２の上に半導体素子接続パッド１１０を従来周知のセミアディティブ法により形成するとともに、その上に導体柱１１１に対応する開口部を有するレジスト１２１を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、レジスト１２１の表面および開口部内に厚みが０．１〜１μｍ程度の無電解めっき層１２２を被着させる。次に、図５（ｃ）に示すように、無電解めっき層１２２の上に導体柱１１１に対応する開口部を有するめっきマスク１２３を形成する。次に、図５（ｄ）に示すように、めっきマスク１２３の開口部内に露出する無電解めっき層１２２の上に導体柱１１１を形成するための電解めっき層１２４を形成する。次に、図５（ｅ）に示すように、無電解銅めっき層１２２上からめっきマスク１２３を除去する。次に、図５（ｆ）に示すように、レジスト１２１上に露出する無電解めっき層１２２をエッチング除去する。これにより半導体素子接続パッド１１０上に導体柱１１１が形成される。次に、図５（ｇ）に示すように、レジスト１２１を除去する。次に、図５（ｈ）に示すように、最上層の絶縁樹脂層１０２の上にソルダーレジスト層１０６を半導体素子接続パッド１１０および導体柱１１１を完全に覆う厚みに被着させる。最後に、図５（ｉ）に示すように、導体柱１１１の上面が露出するまでソルダーレジスト層１０６の上面を研磨することにより、上面が露出するようにソルダーレジスト１０６内に埋設された導体柱１１１が形成される。

しかしながら、この従来の配線基板１００によると、導体柱１１１は、その上面のみがソルダーレジスト層１０６から露出しているため、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔを半田を介して導体柱１１１に接続すると、その接続が平面的な接続となり、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔと導体柱１１１とを立体的に強固に接続することができなかった。また、導体柱１１１の上面がソルダーレジスト層１０６の上面と同一高さとなるため、半導体集積回路素子Ｓの電極と導体柱１１１とを接続する半田の体積が小さいと、半導体集積回路素子Ｓの下面と配線基板１００の上面との隙間が狭いものとなり、その隙間にアンダーフィルと呼ばれる封止樹脂を良好に充填することが困難となるという問題を有していた。

特開２００３−８２２８号公報

本発明の課題は、半導体集積回路素子の電極と導体柱とを半田を介して立体的に強固に接続することが可能であるとともに、両者を接続する半田の体積が小さいものであったとしても、半導体集積回路素子の下面と配線基板の上面との間隔を十分に保つことができ、両者の間に封止樹脂を良好に充填することが可能な配線基板およびその製造方法を提供することにある。

本発明の配線基板は、絶縁基板の上面に被着された半導体素子接続パッドと、該半導体素子接続パッド上に形成された導体柱と、前記絶縁基板の上面に前記導体柱よりも低い厚みで被着されており、前記半導体素子接続パッドの外周部を覆うとともに、前記導体柱の側面を露出させる開口部を有するソルダーレジスト層と、を備えることを特徴とするものである。

本発明の配線基板の製造方法は、絶縁基板の上面に半導体素子接続パッドを形成するための下地金属層を被着させる工程と、前記下地金属層の上に前記半導体素子接続パッドに対応する第１の開口部を有する第１のめっきマスクを形成する工程と、前記第１の開口部から露出する前記下地金属層上に前記半導体素子接続パッドを形成するための第１のめっき金属層を被着させる工程と、前記第１のめっきマスク上および前記第１のめっき金属層上に、前記第１の開口部内の前記第１のめっき金属層の中央部を露出させる第２の開口部を有する第２のめっきマスクを形成する工程と、前記第２の開口部内に導体柱を形成するための第２のめっき金属層を被着させる工程と、前記第１および第２のめっきマスクを除去するとともに前記第１のめっき金属層から露出する前記下地金属層をエッチング除去して前記絶縁基板の上面に第１のめっき金属層から成る半導体素子接続パッドおよび該半導体素子接続パッドの上に前記第２のめっき金属層から成る導体柱を形成する工程と、前記半導体素子接続パッドおよび前記導体柱が形成された前記絶縁基板の上面にソルダーレジスト用の感光性樹脂ペーストを、前記導体柱よりも低い厚みで塗布する工程と、前記感光性樹脂ペーストを前記半導体素子接続パッドの外周部を覆うとともに前記導体柱の側面を露出させる開口部を有するように露光および現像する工程と、を行なうことを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、絶縁基板上面のソルダーレジスト層は、導体柱よりも低い厚みで被着されていることから、半導体集積回路素子の電極と導体柱とを接続する半田の体積が小さいものであったとしても、半導体集積回路素子の下面と配線基板の上面との間隔を十分に保つことができ、それにより両者間に封止樹脂を良好に充填することが可能な配線基板を提供することができる。また、本発明の配線基板によれば、絶縁基板上面のソルダーレジスト層は、半導体素子接続パッドの外周部を覆うとともに、導体柱の側面を露出させる開口部を有することから、半導体集積回路素子の電極と導体柱とを半田を介して接続する際に、両者を接続する半田が導体柱の上面のみならず、側面にも接合されてそれにより半導体集積回路素子の電極と導体柱とを半田を介して立体的に強固に接続することが可能な配線基板を提供することができる。

また本発明の配線基板の製造方法によれば、絶縁基板上面のソルダーレジスト層を、導体柱よりも低い厚みで形成することから、半導体集積回路素子の電極と導体柱とを接続する半田の体積が小さいものであったとしても、半導体集積回路素子の下面と配線基板の上面との間隔を十分に保つことができ、それにより両者間に封止樹脂を良好に充填することが可能な配線基板を提供することができる。また、本発明の配線基板の製造方法によれば、絶縁基板上面のソルダーレジスト層を、半導体素子接続パッドの外周部を覆うとともに導体柱の側面を露出させる開口部を有するように形成することから、半導体集積回路素子の電極と導体柱とを半田を介して接続する際に、両者を接続する半田が導体柱の上面のみならず、側面にも接合されてそれにより半導体集積回路素子の電極と導体柱とを半田を介して立体的に強固に接続することが可能な配線基板を提供することができる。

図１は、本発明の配線基板における実施形態の一例を示す概略断面図である。図２は、図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。（ａ）〜（ｉ）は、本発明の配線基板の製造方法における実施形態の一例を説明するための要部断面図である。図４は、従来の配線基板を示す概略断面図である。（ａ）〜（ｉ）は、従来の配線基板の製造方法を説明するための要部断面図である。

以下、本発明にかかる配線基板およびその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明における配線基板５０の実施形態の一例を示す概略断面図であり、半導体素子としてのエリアアレイ型の半導体集積回路素子Ｓをフリップチップ接続により搭載する場合を示している。

図１に示すように、本例の配線基板５０は、コア用の絶縁板１の上下面に複数のビルドアップ用の絶縁樹脂層２が積層されて成る絶縁基板３の内部および表面にコア用の配線導体４とビルドアップ用の配線導体５とが被着されているとともに、その絶縁基板１の上下面にソルダーレジスト層６が被着されて成る。

コア用の絶縁板１は、厚みが４００〜８００μｍ程度であり、例えばガラス繊維束を縦横に織ったガラスクロスにビスマレイミドトリアジン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料から成る。

コア用の絶縁板１の上面から下面にかけては直径が７５〜３００μｍ程度の複数のスルーホール７が形成されている。このようなスルーホール７は、絶縁板１にドリル加工やレーザ加工を施すことにより形成される。スルーホール７の内面にはコア用の配線導体４が被着されている。さらに、スルーホール７の内部には埋め込み樹脂８が充填されており、この埋め込み樹脂８上を含む絶縁板１の上下面にもコア用の配線導体４が被着されている。埋め込み樹脂８は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。スルーホール７内の配線導体４は、銅めっき等のめっき導体層から成る。また、絶縁板１上下面の配線導体４は、銅箔等の金属箔およびその上の銅めっき等のめっき導体層から成る。

ビルドアップ用の絶縁樹脂層２は、厚みが２０〜５０μｍ程度であり、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る。各絶縁樹脂層２には、それぞれに直径が３５〜１００μｍ程度の複数のビアホール９が形成されている。これらのビアホール９は、レーザ加工により形成される。各絶縁樹脂層２の表面およびビアホール９の内面には、ビルドアップ用の配線導体５が被着形成されている。配線導体５は、銅めっき等のめっき導体層からなり、１０〜３０μｍ程度の厚みである。これらの配線導体５は、周知のセミアディティブ法により形成されており、ビアホール９の一部を介してコア用の配線導体４に接続している。

ビルドアップ用の配線導体５のうち、配線基板５０の上面側における最外層の絶縁樹脂層２上に被着された一部は、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔに電気的に接続される円形の半導体素子接続パッド１０を形成している。半導体素子接続パッド１０の直径は、５０〜２００μｍ程度ある。これらの半導体素子接続パッド１０は格子状の並びに複数並んで形成されている。さらに、各半導体素子接続パッド１０の上には図２に要部拡大断面図で示すように、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔが半田を介して接続される導体柱１１が形成されている。導体柱１１は、半導体素子接続パッド１０よりも小さい円柱状である。導体柱１１の直径は３０〜１５０μｍ程度であり、高さは１５〜５５μｍ程度である。この導体柱１１に半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔが半田を介して接続される。なお、導体柱１１は半導体素子接続パッド１０と同じめっき導体層により形成されている。他方、配線基板５０の下面側における最外層の絶縁樹脂層２上に被着された一部は、外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続される円形の外部接続パッド１２であり、この外部接続パッド１２は格子状の並びに複数並んで形成されている。

絶縁基板３の上下面に被着されたソルダーレジスト層６は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂から成る。上面側のソルダーレジスト層６は、導体柱１１よりも５〜２０μｍ程度低い厚みであり、半導体素子接続パッド１０の外周部を覆うとともに、導体柱１１の側面を露出させる開口部６ａを有している。開口部６ａの直径は、導体柱１１よりも２０〜８０μｍ程度大きい。したがって導体柱１１の上端部がソルダーレジスト層６の上面から５〜２０μｍ程度突出した状態となる。また、導体柱１１と開口部６ａの側面との間には導体柱１１の側面を露出させるようにして、幅が１０〜４０μｍの隙間が形成される。他方、下面側のソルダーレジスト層６は、外部接続パッド１２の中央部を露出させる開口部６ｂを有しており、この開口部６ｂから露出した外部接続パッド１２が外部電気回路基板の配線導体に半田を介して電気的に接続される。なお、半導体集積回路素子Ｓが搭載された後は、半導体素子集積回路素子Ｓと配線基板５０との間にアンダーフィルと呼ばれる封止樹脂が充填される。

このように、本例の配線基板５０によれば、絶縁基板３上面のソルダーレジスト層６は、導体柱１１よりも低い厚みで被着されていることから、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔと導体柱１１とを接続する半田の体積が小さいものであったとしても、半導体集積回路素子Ｓの下面と配線基板５０の上面との間隔を十分に保つことができ、それにより両者間に封止樹脂を良好に充填することが可能となる。また、本例の配線基板５０によれば、絶縁基板３上面のソルダーレジスト層６は、半導体素子接続パッド１０の外周部を覆うとともに、導体柱１１の側面を露出させる開口部６ａを有することから、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔと導体柱１１とを半田を介して接続する際に、両者を接続する半田が導体柱１１の上面のみならず、側面にも接合されてそれにより半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔと導体柱１１とを半田を介して立体的に強固に接続することが可能となる。

このような本発明の配線基板５０における導体柱１１の形成方法について、図３を基にして説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、絶縁基板３を構成する最上層の絶縁樹脂層２の表面に半導体素子接続パッド１０を形成するための下地金属層２１を被着させる。下地金属層２１は、例えば無電解銅めっきから成り、厚み０．１〜１μｍ程度である。

次に、図３（ｂ）に示すように、下地金属層２１の上に第１のめっきマスク２２を形成する。第１のめっきマスク２２には、半導体素子接続パッド１０に対応する第１の開口部２２ａを形成する。このような第１のめっきマスク２２は、厚みが２０〜５０μｍ程度の感光性のドライフィルムレジストを下地金属層２１上に貼着した後、第１の開口部２２ａを有するように露光および現像することにより形成される。

次に、図３（ｃ）に示すように、第１の開口部２２ａ内に露出する下地金属層２１上に半導体素子接続パッド１０を形成するための第１のめっき金属層２３を被着させる。第１のめっき金属層２３の厚みは、１０〜３０μｍ程度である。このような第１のめっき金属層２３としては、電解銅めっきが好適に用いられる。

次に、図３（ｄ）に示すように、第１のめっきマスク２２上および第１のめっき金属層２３上に第２のめっきマスク２４を形成する。めっきマスク２４には、第１の開口部２２ａ内の第１のめっき金属層２３の中央部を導体柱１１に対応する大きさで露出させる第２の開口部２４ａを形成する。このようなめっきマスク２４は、厚みが２０〜７０μｍ程度の感光性のドライフィルムレジストを第１のめっきマスク２２上および第１のめっき金属層２３上に貼着した後、第２の開口部２４ａを有するように露光および現像すればよい。

次に、図３（ｅ）に示すように、第２の開口部２４ａ内に露出する第１のめっき金属層２３上に導体柱１１を形成するための第２のめっき金属層２５を被着させる。第２のめっき金属層２５の厚みは、１５〜５５μｍ程度である。このような第２のめっき金属層２５としては、電解銅めっきが好適に用いられる。

次に、図３（ｆ）に示すように、第１のめっきマスク２２および第２のめっきマスク２４を剥離して除去する。

次に、図３（ｇ）に示すように、第１のめっき金属層２３から露出する下地金属層２１をエッチング除去して絶縁基板３の上面に第１のめっき金属層２３から成る半導体素子接続パッド１０および半導体素子接続パッド１０の上に第２のめっき金属層２５から成る導体柱１１を形成する。

次に、図３（ｈ）に示すように、半導体素子接続パッド１０および導体柱１１が形成された絶縁基板３の上面にソルダーレジスト６用の感光性樹脂ペースト２６を、導体柱よりも５〜２０μｍ低い厚みで塗布する。感光性樹脂ペースト２６としては、例えばアクリル変性エポキシ樹脂から成る樹脂ペーストを用いる。塗布の方法としては例えばスクリーン印刷法を用いる。塗布後には感光性樹脂ペースト２６を乾燥する。

次に、図３（ｉ）に示すように、感光性樹脂ペースト２６を半導体素子接続パッド１０の外周部を覆うとともに導体柱１１の側面を露出させるように露光および現像した後、熱硬化させることにより開口部６ａを有するソルダーレジスト層６を形成する。

このように、本例の配線基板５０の製造方法によれば、絶縁基板３上面のソルダーレジスト層６を、導体柱１１よりも低い厚みで形成することから、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔと導体柱１１とを接続する半田の体積が小さいものであったとしても、半導体集積回路素Ｓの下面と配線基板５０の上面との間隔を十分に保つことができ、それにより両者間に封止樹脂を良好に充填することが可能な配線基板５０を提供することができる。また、本例の配線基板５０の製造方法によれば、絶縁基板３上面のソルダーレジスト層６を、半導体素子接続パッド１０の外周部を覆うとともに導体柱１１の側面を露出させる開口部６ａを有するように形成することから、半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔと導体柱１１とを半田を介して接続する際に、両者を接続する半田が導体柱１１の上面のみならず、側面にも接合されてそれにより半導体集積回路素子Ｓの電極Ｔと導体柱１１とを半田を介して立体的に強固に接続することが可能な配線基板を提供することができる。

３：絶縁基板
６：ソルダーレジスト層
６ａ：開口部
１０：半導体素子接続パッド
１１：導体柱
２１：下地金属層
２２：第１のめっきマスク
２２ａ：第１の開口部
２３：第１のめっき金属層
２４：第２のめっきマスク
２４ａ：第２の開口部
２５：第２のめっき金属層
２６：ソルダーレジスト層用の感光性樹脂ペースト

Claims

絶縁基板の上面に被着された半導体素子接続パッドと、該半導体素子接続パッド上に形成された導体柱と、前記絶縁基板の上面に前記導体柱よりも低い厚みで被着されており、前記半導体素子接続パッドの外周部を覆うとともに、前記導体柱の側面を露出させる開口部を有するソルダーレジスト層と、を備えることを特徴とする配線基板。
絶縁基板の上面に半導体素子接続パッドを形成するための下地金属層を被着させる工程と、前記下地金属層の上に前記半導体素子接続パッドに対応する第１の開口部を有する第１のめっきマスクを形成する工程と、前記第１の開口部から露出する前記下地金属層上に前記半導体素子接続パッドを形成するための第１のめっき金属層を被着させる工程と、前記第１のめっきマスク上および前記第１のめっき金属層上に、前記第１の開口部内の前記第１のめっき金属層の中央部を露出させる第２の開口部を有する第２のめっきマスクを形成する工程と、前記第２の開口部内に導体柱を形成するための第２のめっき金属層を被着させる工程と、前記第１および第２のめっきマスクを除去するとともに前記第１のめっき金属層から露出する前記下地金属層をエッチング除去して前記絶縁基板の上面に第１のめっき金属層から成る半導体素子接続パッドおよび該半導体素子接続パッドの上に前記第２のめっき金属層から成る導体柱を形成する工程と、前記半導体素子接続パッドおよび前記導体柱が形成された前記絶縁基板の上面にソルダーレジスト用の感光性樹脂ペーストを、前記導体柱よりも低い厚みで塗布する工程と、前記感光性樹脂ペーストを前記半導体素子接続パッドの外周部を覆うとともに前記導体柱の側面を露出させる開口部を有するように露光および現像する工程と、を行なうことを特徴とする配線基板の製造方法。