JP2012114381A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】認識マークを画像認識装置で正確に認識して半導体素子の電極と半導体素子接続パッドとを半田を介して正確に接続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】半導体素子Ｓが搭載される絶縁基板１の上面に、半導体素子Ｓの電極Ｔが半田７を介して接続される半導体素子接続パッド３と、半導体素子Ｓを搭載するための位置決めの基準となる認識マーク５とを備え、半導体素子接続パッド３および認識マーク５の表面に半田７，８が溶着されて成る配線基板であって、半導体素子接続パッド３および認識マーク５は、各々同じ大きさの円形パターンにより形成されているとともに同じ大きさの半田７，８が溶着されて成り、且つ半導体素子接続パッド３および認識マーク５に溶着された半田７，８の頂面がプレスにより平坦化されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を搭載するために用いられる配線基板およびその製造方法に関する。

従来、半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載するために用いられる配線基板は、例えばガラス−エポキシ板等から成る絶縁板やエポキシ樹脂等から成る絶縁層を複数層積層して成る絶縁基板の内部および表面に銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る配線導体を設けて成る。このような配線基板においては、絶縁基板の表面に設けた導体層の一部が半導体素子の電極が半田を介して接続される複数の半導体素子接続パッドを形成しており、これらの半導体素子接続パッドが形成された絶縁基板の表面には各半導体素子接続パッドを露出させる開口部を有するソルダーレジスト層が被着形成されている。さらに、ソルダーレジスト層から露出した半導体素子接続パッド上には半田が予め溶着されており、それにより半導体素子接続パッドと半導体素子の電極との半田を介した接続を容易なものとしている。

なお、このような配線基板において半導体素子接続パッドに半田を溶着するには、銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る半導体素子接続パッドの露出表面に、半田ペーストをスクリーン印刷法により印刷した後、その半田ペーストを加熱溶融させて溶着する方法が採用されている。

そして、この配線基板は、半導体素子の電極が接続される半導体素子接続パッドに半導体素子の電極を位置合わせして載置した後、半導体素子の電極と半導体素子接続パッドとを半田を介して接合することにより半導体素子が搭載された半導体装置となる。

ところで、このような配線基板において、半導体素子の電極を半導体素子接続パッドに位置合わせするには、一般的には画像認識装置を備えた自動機が用いられており、絶縁基板の上面に半導体素子を位置合わせするための基準となる位置決め用の認識マークを設けておくとともに、この認識マークを自動機の画像認識装置で認識し、その情報を基にして自動で位置合わせする方法が採用されている。なお、位置決め用の認識マークは、絶縁基板の表面に半導体素子接続パッドと同じ導体層で形成されており、通常、その表面には半導体素子接続パッドと同様の方法で半田が溶着されている。認識マークの表面に半田を溶着させることにより認識マークの酸化や変色を防止することができる。

ところで、近年、環境への配慮から、半導体素子の電極と配線基板の半導体素子接続パッドとを接続する半田として鉛を含まない鉛フリー半田が使用されるようになってきている。このような鉛フリー半田は、従来使用されてきた鉛−錫共晶半田よりも半導体素子接続パッドや位置決め用の認識マークを形成する導体層に対する濡れ性に劣り、位置決め用の認識マーク上に薄く均一に濡れ広がりにくいため、認識マークの全面を被覆するためには、従来よりも多くの量を認識マーク上に溶着させる必要がある。

しかしながら、位置決め用の認識マーク上に多くの量の半田を溶着させた場合、溶融した半田の一部が表面張力により認識マークの中央部に集まって大きく凸状となり、それにより認識マークにおける光の反射が乱されてしまい、その結果、画像認識装置による認識マークの認識が困難となってしまうという問題を誘発した。

そこで、認識マーク上に半田ペーストとフラックスとを別々に印刷した後、リフローすることにより認識マーク上に半田を溶着させたり、 認識マーク上に半田―ストを印刷してリフローした後、その上からフラックスを印刷して再度リフローすることにより認識マーク上に厚みの薄い半田を溶着させたりする方法が提案されている。

しかしながら、このような方法は、半田ペーストの印刷に加えてフラックスを別途印刷する必要があるため配線基板の製造が煩雑なものとなるとともに、認識マーク上に溶着された半田が共晶半田でない場合、半田が必ずしも薄く平坦に濡れ広がらず、半田の表面に凹凸が形成されやすい。

特開２００３−２５８４１６号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、認識マークを画像認識装置で正確に認識して半導体素子の電極と半導体素子接続パッドとを半田を介して正確に接続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、半導体素子が搭載される絶縁基板の上面に、前記半導体素子の電極が半田を介して接続される半導体素子接続パッドと、前記半導体素子を搭載するための位置決めの基準となる認識マークとを備え、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マークの表面に半田が溶着されて成る配線基板であって、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マークは、各々同じ大きさの円形パターンにより形成されているとともに同じ大きさの半田が溶着されて成り、且つ前記半導体素子接続パッドおよび認識マークに溶着された半田の頂面がプレスにより平坦化されていることを特徴とするものである。

また、本発明の配線基板の製造方法は、半導体素子が搭載される絶縁基板の上面に、前記半導体素子の電極が半田を介して接続される半導体素子接続パッドと前記半導体素子を搭載するための位置決めの基準となる認識マークとを各々同じ大きさの円形パターンにより形成する工程と、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マーク上に各々同じ大きさの半田を溶着させる工程と、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マークに溶着された半田の頂面をプレスにより平坦化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、半導体素子接続パッドと認識マークとは各々同じ大きさの円形パターンにより形成されているとともに同じ大きさの半田が溶着されて成り、これらの半導体素子接続パッドおよび認識マークに溶着された半田の頂面がプレスにより平坦化されていることから、認識マーク上に溶着された半田の平坦な頂面を画像認識装置で正確に認識して半導体素子の電極と半導体素子接続パッドとを半田を介して正確に接続することができる。

また、本発明の配線基板の製造方法によれば、半導体素子接続パッドと認識マークとを同じ大きさの円形パターンにより形成し、これらの半導体素子接続パッドおよび認識マーク上に各々同じ大きさの半田を溶着し、しかる後、半導体素子接続パッドおよび認識マークに溶着された半田の頂面をプレスにより平坦化することから、認識マーク上に溶着された半田の平坦な頂面を画像認識装置で正確に認識して半導体素子の電極と半導体素子接続パッドとを半田バンプを介して正確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（ａ），（ｂ）は、本発明の配線基板の実施形態の一例を示す概略上面図および概略断面図である。 図２（ａ），（ｂ）は、本発明の配線基板の製造方法の実施形態の一例における工程の一つを説明するための概略上面図および概略断面図である。 図３（ａ），（ｂ）は、本発明の配線基板の製造方法の実施形態の一例における工程の一つを説明するための概略上面図および概略断面図である。 図４（ａ），（ｂ）は、本発明の配線基板の製造方法の実施形態の一例における工程の一つを説明するための概略上面図および概略断面図である。 図５（ａ），（ｂ）は、本発明の配線基板の製造方法の実施形態の一例における工程の一つを説明するための概略上面図および概略断面図である。

次に、本発明の配線基板およびその製造方法を添付の図を基に説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の配線基板の実施形態の一例を示す概略上面図および概略断面図である。図１（ａ），（ｂ）において１は絶縁基板、２は配線導体、３は半導体素子接続パッド、５は認識マーク、６はソルダーレジスト層、７，８は半田である。

絶縁基板１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状のコア用の絶縁板１ａの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成るビルドアップ用の絶縁層１ｂをそれぞれ複数層ずつ積層して成り、その上面から下面にかけて銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る複数の配線導体２が形成されている。

絶縁基板１を構成するコア用の絶縁板１ａは、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が０．２〜１．０ｍｍ程度の複数のスルーホール９を有している。そして、その上下面および各スルーホール９の内面には配線導体２の一部が被着されており、上下面の配線導体２がスルーホール９を介して電気的に接続されている。

このような絶縁板１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、絶縁板１ａ上下面の配線導体２は、絶縁板１ａ用のシートの上下全面に厚みが５〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともに、この銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、スルーホール９内面の配線導体２は、絶縁板１ａにスルーホール９を設けた後に、このスルーホール９内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。

さらに、絶縁板１ａのスルーホール９の内部には、エポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る孔埋め樹脂１０が充填されている。孔埋め樹脂１０は、スルーホール９を塞ぐことによりスルーホール９の直上および直下にビルドアップ用の絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂をスルーホール９内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を平坦に研磨することにより形成される。そして、この孔埋め樹脂１０を含むコア用の絶縁板１ａの上下面にビルドアップ用の絶縁層１ｂが積層されている。

コア用の絶縁板１ａの上下面に積層されたビルドアップ用の絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜５０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数のビアホール１１を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、各絶縁層１ｂにはその表面およびビアホール１１内に配線導体２の一部が被着されている。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体２とをビアホール１１の内部を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。

このようなビルドアップ用の絶縁層１ｂは、厚みが２０〜５０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂フィルムをコア用の絶縁板１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビアホール１１を穿孔し、さらにその上に同様にして次のビルドアップ用の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂ表面およびビアホール１１内に被着された配線導体２は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面およびビアホール１１内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。

絶縁基板１の上面から下面にかけて形成された配線導体２は、半導体素子Ｓの各電極Ｔを外部電気回路基板に接続するための導電路として機能する。配線導体２における絶縁基板１の上面に露出している部位には、半導体素子Ｓの各電極Ｔが半田７を介して接続される半導体素子接続パッド３が形成されている。半導体素子接続パッド３は、直径が５０〜１００μｍ程度の円形のパターンから成る。また、配線導体２における絶縁基体１の下面に露出した部位には外部電気回路基板に図示しない半田ボールを介して接続される外部接続パッド４が形成されている。外部接続パッド４は、直径が３００〜５００μｍ程度の円形のパターンから成る。そしてこれらの半導体素子接続パッド３と外部接続パッド４とが絶縁基板１内部の配線導体２を介して電気的に接続されている。

また、絶縁基板１の上面には、半導体素子接続パッド３を構成する導体層と同じ導体層から成る位置決め用の認識マーク５が設けられている。この認識マーク５は、半導体素子Ｓを搭載する際に半導体素子Ｓの電極Ｔと半導体素子接続パッド３とを位置合わせするための基準となるものであり、半導体素子接続パッド３と同じ大きさの円形のパターンから形成されている。このような認識マーク５は、絶縁基板１の上面に半導体素子接続パッド３を形成する際にそれと同様の方法、即ち、セミアディティブ法やサブトラクティブ法により半導体素子接続パッド３と同時に形成される。

さらに、最表層の絶縁層１ｂ上にはソルダーレジスト層６が被着されている。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にシリカやタルク等の無機物粉末フィラーを３０〜７０質量％程度分散させた絶縁材料から成り、最表層の配線導体２同士の電気的絶縁信頼性を高めるとともに、半導体素子接続パッド３および認識マーク５ならびに外部接続パッド４の外形を画定する作用をなす。

このようなソルダーレジスト層６は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有するソルダーレジスト層６用の未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法を採用して最表層の絶縁層１ｂ上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なって半導体素子接続パッド３や認識マーク５、外部接続パッド４を露出させる開口部を形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。あるいは、ソルダーレジスト層６用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、半導体素子接続パッド３や認識マーク５、外部接続パッド４に対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって半導体素子接続パッド３や認識マーク５、外部接続パッド４を露出させる開口部を有するように形成される。

また、半導体素子接続パッド３および認識マーク５には、錫−銀合金や錫−銀−銅合金等の鉛フリー半田から成る半田７，８がそれぞれ溶着されている。それにより半導体素子接続パッド３および認識マーク５の変色や酸化が防止されるとともに半導体素子Ｓの各電極と半導体素子接続パッド３との半田７を介した接合が容易なものとなっている。なお、半導体素子接続パッド３に溶着された半田７と認識マーク５に溶着された半田８とは同じ大きさであり、各々の頂面７ａ，８ａがプレスにより同じ高さに平坦化されている。

そして、認識マーク５に溶着された半田８の平坦な頂面８ａを画像認識装置で認識するとともにその情報を基にして半導体素子Ｓの電極Ｔを半導体素子接続パッド３に溶着された半田７上に自動機により位置合わせして載置し、しかる後、半田７を加熱溶融させることにより半導体素子Ｓの電極Ｔと半導体素子接続パッド３とを半田７を介して接合することにより半導体素子Ｓが配線基板に搭載される。

このとき、認識マーク５に溶着された半田８の頂面８ａがプレスにより平坦化されていることから、平坦化された半田８の頂面８ａに当った光はその反射が乱されることはない。したがって、平坦化された半田８の頂面８ａを画像認識装置で正確に認識して半導体素子Ｓの電極Ｔと半導体素子接続パッド３とを半田７を介して正確に接続することができる。

次に、上述した配線基板を本発明の製造方法の実施形態の一例に従って製造する方法について図２（ａ），（ｂ）〜図５（ａ），（ｂ）を基に説明する。なお、図２（ａ），（ｂ）〜図５（ａ），（ｂ）においては、上述の配線基板と同じ部位には同じ符号を付し、煩雑を避けるためその詳細な説明は省略する。

まず、図２（ａ），（ｂ）に示すように、上面に半導体素子接続パッド３と認識マーク５とが形成された絶縁基板１を準備する。絶縁基板１の上面には半導体素子接続パッド３および認識マーク５の外形を画定するソルダーレジスト層６を形成しておく。ここで、半導体素子接続パッド３および認識マーク５は、上述したように各々同じ大きさの円形のパターンにより形成されている。

次に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、半導体素子接続パッド３の上および認識マーク５の上に直径が５０〜１５０μｍの半田ボール７Ｂおよび８Ｂを搭載する。半田ボール７Ｂ，８Ｂは同じ大きさのものを使用する。なお、半田ボール７Ｂ，８Ｂを搭載する前に半導体素子接続パッド３および認識マーク５の表面に粘性を有するフラックスを塗布しておくことが好ましい。

次に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、半導体素子接続パッド３および認識マーク５に搭載された半田ボール７Ｂ，８Ｂを加熱溶融させて半導体素子接続パッド３および認識マーク５に半田７および８を溶着させる。このとき、半導体素子接続パッド３および認識マーク５は同じ大きさの円形パターンから成り、これらに搭載される半田ボール７Ｂ、８Ｂが同じ大きさであることから、各半導体素子接続パッド３および認識マーク５には同じ大きさの半球状の半田７，８が溶着される。

次に、図５（ａ），（ｂ）に示すように、半導体素子接続パッド３および認識マーク５に溶着された半田７，８の頂面７ａ，８ａをプレスにより平坦化する。これにより、半田７，８の頂面７ａ，８ａは、円形の平坦面となる。このように、本発明においては、半導体素子接続パッド３および認識マーク５に溶着された半田７，８の頂面７ａ，８ａをプレスにより平坦化することから、認識マーク５上に溶着された半田８の平坦な頂面８ａを画像認識装置で正確に認識して半導体素子Ｓの電極Ｔと半導体素子接続パッド３とを半田バンプ７を介して正確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。

なお、本発明は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施形態例においては、半田７，８は、半導体素子接続パッド３および認識マーク５に半田ボール７Ｂ，８Ｂを搭載した後、これらの半田ボール７Ｂ，８Ｂを加熱溶融させることにより半導体素子接続パッド３および認識マーク５に溶着したが、半田７，８は、半導体素子接続パッド３および認識マーク５にメタルマスクを用いた印刷法や、ディスペンサを用いた吐出法により半田ペーストを塗布し、その半田ペースト中の半田を加熱溶融することにより半導体素子接続パッド３や認識マーク５に溶着するようになしても良い。さらに、上述の実施形態例においては、各認識マーク５は、半導体素子接続パッド３と同じ大きさの円形のパターン１個ずつにより形成したが、認識マーク５は、半導体素子接続パッド３と同じ大きさの円形のパターンを複数個ずつ、任意の配置で並べることにより形成してもよい。

１ 絶縁基板
３ 半導体素子接続パッド
５ 認識マーク
７，８ 半田
７ａ，８ａ 頂面
Ｓ 半導体素子

Claims (2)

1. 半導体素子が搭載される絶縁基板の上面に、前記半導体素子の電極が半田を介して接続される半導体素子接続パッドと、前記半導体素子を搭載するための位置決めの基準となる認識マークとを備え、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マークの表面に半田が溶着されて成る配線基板であって、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マークは、各々同じ大きさの円形パターンににより形成されているとともに同じ大きさの半田が溶着されて成り、且つ前記半導体素子接続パッドおよび認識マークに溶着された半田の頂面がプレスにより平坦化されていることを特徴とする配線基板。
2. 半導体素子が搭載される絶縁基板の上面に、前記半導体素子の電極が半田を介して接続される半導体素子接続パッドと前記半導体素子を搭載するための位置決めの基準となる認識マークとを各々同じ大きさの円形パターンにより形成する工程と、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マーク上に各々同じ大きさの半田を溶着させる工程と、前記半導体素子接続パッドおよび前記認識マークに溶着された半田の頂面をプレスにより平坦化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。

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