JP3480005B2 - 半導体装置搭載用基板 - Google Patents

半導体装置搭載用基板

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JP3480005B2 JP22708393A JP22708393A JP3480005B2 JP 3480005 B2 JP3480005 B2 JP 3480005B2 JP 22708393 A JP22708393 A JP 22708393A JP 22708393 A JP22708393 A JP 22708393A JP 3480005 B2 JP3480005 B2 JP 3480005B2
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/40Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/4007Surface contacts, e.g. bumps

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器等に使用され
る半導体装置搭載用の基板に係り、特に、樹脂封止して
いない半導体素子や機能集合体を効率よく搭載すること
を可能とし、半導体素子とそれを搭載する基板との熱膨
張率の差により半導体素子と基板との接続部に発生する
クラックを防止する半導体装置搭載用基板の製造方法
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、パッケージの状態に加工していな
い裸の半導体素子をプリント配線板へ搭載する場合に
は、半導体素子上の電極から金やアルミニウムの細線を
延ばして接続する方法(いわゆるワイヤーボンディン
グ)が行われている。
【0003】また、これとは別の方法として、半導体素
子上の電極に金やハンダでバンプを形成して直接基板に
接続する方法が知られているが、この接続方法で半導体
素子と基板とを接続させる際、基板として樹脂系の基板
が用いられることは殆どない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにワイヤー
ボンディングによる方法では、半導体素子を搭載する基
板の半導体素子搭載部外周にワイヤーボンディングする
ためのボンディングパッドを設けなければならない。即
ち基板は搭載する半導体素子の面積より広い面積を必要
とすることになるので、基板の配線層等を引き回す有効
面積に対して半導体素子の実装に必要な占有面積が大き
くなり、多数の半導体素子を前記基板に搭載しようとす
る場合には、半導体素子を搭載できる数が制限されると
いう問題があった。
【0005】そこで、前記半導体素子上の電極に予め金
やハンダでバンプを形成し、直接基板に搭載する方法が
行われているが、この場合、基板として使用されるもの
は、シリコンやセラミックの基板であり、エポキシ樹脂
等を使用した樹脂系基板の場合にこの方法で接続される
ことはほとんどない。
【0006】その理由としては、半導体素子と前記樹脂
系基板との熱膨張率の差がシリコンやセラミックを使用
した基板と比較して大きいため、半導体素子を接続する
ときの熱、または半導体素子の動作中の発熱等に起因す
る温度変化によって応力が発生し、半導体素子や前記基
板との接続部にクラックが発生して、正常に作動しなく
なる恐れがある。
【0007】そのため、樹脂系の基板では、半導体素子
を直接搭載する際にバンプで接続する方法は、殆ど行わ
れずワイヤーボンディングによる接続が広くおこなわれ
ている。
【0008】 よって本発明は、半導体素子やシリコン
等の基板上に複数の半導体素子が搭載された機能集合体
を直接基板に接続して実装する際に、半導体素子とは熱
膨張率が異なる樹脂系の半導体装置搭載用基板でも、ワ
イヤーボンディングによらず半導体素子を直接基板に搭
載することの出来る接続手段を持つ半導体装置搭載用基
の製造方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、樹脂系基板からなるプリント配線板において、その
プリント配線板に形成された導体回路のうち、少なくと
も半導体装置と電気的に接続するためのパッド上に凸部
が形成され、その凸部は搭載する半導体装置の電極形状
に合わせて複数の領域に分割され、かつその凸部上面に
は金属層を有し、その金属層と前記パッドとが電気的に
接続されていることを特徴とする半導体装置搭載用基板
の製造方法であり、少なくとも、1.少なくとも導体回
路を形成した樹脂系基板表面上に樹脂を積層する工程、
2.前記樹脂をパターニングし、前記導体回路に到達す
る凹部を形成する工程、3.マスクを介して前記凹部及
び一部の樹脂上に金属薄膜を形成し、当該樹脂上に形成
された金属層と前記凹部内の外部接続用パッドとを導通
させる工程、4.前記樹脂の不要な部分を取り除き、各
接続端子ごとに凸部を分割し、前記樹脂系基板上に半導
体素子搭載部となる凸部を形成する工程、以上の工程を
具備することを特徴とする半導体装置搭載用基板の製造
方法である。請求項2に記載の発明は、前記凸部が搭載
する半導体装置の電極形状に合わせて個々の接続端子毎
に分割されていることを特徴とする請求項1に記載の半
導体装置搭載用基板の製造方法であり、請求項に記載
の発明は、前記半導体装置が樹脂封止されていない半導
体素子、またはシリコン等の基板上に複数の半導体素子
が搭載されてなる機能集合体であることを特徴とする請
求項1または請求項2に記載の半導体装置搭載用基板
製造方法である。
【0010】
【作用】このような技術手段によれば、半導体素子とそ
の搭載用基板に熱膨張率の差によって発生する応力を搭
載用基板に形成した分割された凸部により分散すること
ができるため、半導体装置を前記基板に接続するときの
熱や、作動中に発生する熱等によって半導体装置やその
接続部にクラックが発生するのを防止できる。即ち、例
えば図1、図2に示すように凸部が半導体素子の電極毎
に分割されて形成されているので、基板が熱膨張したし
た場合に各凸部毎に応力を吸収し、半導体素子自体の大
きさと同等の大きさに凸部を形成した場合よりもクラッ
クが発生しにくい。よって、安価な樹脂系基板へ半導体
素子をワイヤーボンディングによらないで直接実装する
ことができるので、基板の実装密度をあげることがで
き、小型化、コストダウンが図れる。
【0011】
【実施例】図1から図4は本発明の半導体装置の実施例
を示す図面である。図1は、本発明の実施例の半導体装
置搭載用基板の半導体素子Aの電極に対応する凸部4を
形成した部分斜視図であり、図2はその断面図である。
本発明は、図1または図2のように半導体素子Aを、半
導体素子Aを搭載する基板Bに搭載した際に、半導体素
子Aと基板Bの接続部にクラックを生じさせないよう
に、半導体素子Aを搭載する基板Bのパッド2上に樹脂
3からなる凸部4を形成し、この凸部4で応力を吸収さ
せることを特徴としたものである。尚、半前記凸部4上
面には金属層6を有し、基板Bのパッド2と導通部7を
介して電気的に接続されている。
【0012】上記の本発明を図3(1)から図3(1
1)の製造工程により、説明する。図3(1)のように
表面に厚さ18μmの銅箔を有するガラス−ポリイミド
材1の表面銅箔を、過硫酸アンモニウムを含む溶液でエ
ッチングして約8μmの厚みの銅箔1aとした。図3
(2)のように銅箔1a表面にエッチングレジスト(日
本ペイント(株)製、フォトED P−1000)Xを
電着によってコーティングした。予めパターンを形成し
ておいたマスクYを重ね合わせ、上から紫外線Zを照射
し(図3(3))、1%メタケイ酸ソーダ溶液を吹きつ
け、マスクYを通過して紫外線Zの当たった部分のレジ
ストXを溶解除去した(図3(4))。
【0013】図3(5)のように50℃に加熱した塩化
第2鉄溶液を吹きつけ、レジストのない部分の銅箔をエ
ッチング除去することにより、ガラス−ポリイミド材1
の表面に導体回路とともに外部接続用パッド2を形成し
た。
【0014】次に、液状ポリイミド樹脂3を1回あたり
約25μmの厚さで2回塗布し、ポリイミド樹脂層3の
厚さを約50μmとした(図3(6))。金属製のマス
クY1を重ね合わせ、前記導体回路2と電気的に接続し
ようとする部分にエキシマレーザー光Z1を照射し(図
3(7))、照射した部分のポリイミド樹脂を除去して
VIAホールとなる凹部5を形成した(図3(8))。
【0015】外部接続用パッド2と電気的に接続しよう
としない部分を覆うような金属製のマスクY2を当て、
スパッタリングによって前記ポリイミド樹脂層3の表面
の接続端子を形成しようとする部分と前記凹部に0.2
〜0.3μm程度の厚さの銅の薄膜を形成し、ポリイミ
ド樹脂層上の銅の薄膜の金属層6aと前記凹部内に外部
接続用パッド2と薄膜の金属層6aとを導通させる導通
部7aを形成した(図3(9))。
【0016】そして、無電解めっきを行って銅の膜の厚
さを5〜10μmにし、前記導体回路と同じ方法で銅の
パターンをポリイミド樹脂表面と前記凹部の必要な部分
に形成し、半導体素子接続用の金属層6と導通部7を形
成した。
【0017】更に、エキシマレーザー光Z1を上から照
射し、ポリイミド樹脂の露出した部分を除去することに
よって、半導体素子搭載部の樹脂の凸部4を形成した。
以上の工程により、半導体素子搭載部を設けた基板8を
製造した。(図3(10))。
【0018】その後、半導体素子Aの電極上にハンダバ
ンプを形成した、所謂フリップチップを位置合わせし、
搭載用基板上の半導体素子搭載部に重ね、搭載用基板を
フッ素系不活性液(フロリナート、商品名)の蒸気を充
満させた槽に入れ、ハンダを溶融させて半導体素子を搭
載用基板に強固に接合した(図3(11))。なお、こ
の時槽内の温度は約215℃であった。
【0019】凸部上面に形成した金属層と搭載用基板に
形成したパッドとの接続は、上記のようにVIAホール
によるものだけでなく、図4の要部断面図のように凸部
の周面で接続させたり、図5のように凸部は接続端子毎
ではなくブロックごとに形成してもよい。
【0020】次に第2の実施例を以下に説明すると、半
導体素子を実装するための導体回路を形成した多層プリ
ント配線板にの表面にビスマレイミド・トリアジン樹脂
(三菱瓦斯化学(株)製、BT M430、商品名)を
スクリーン印刷でコーティングし、約10分間放置し、
100℃のオーブンで5〜10分間乾燥し、再びスクリ
ーン印刷で前記樹脂をコーティングし、樹脂の厚みを6
0μmとした。
【0021】プリント配線板の導体回路と接続を図るた
め、VIAホールを形成しようとする部分にエキシマレ
ーザー光を照射して、VIAホールとなる部分の樹脂を
除去した凹部を形成した。なお、前記ビスマレイミド・
トリアジン樹脂の代わりに感光性の樹脂を用いた場合に
は、露光・現像によって同様な凹部を形成することがで
きる。
【0022】金属製のマスクを重ね合わせ、半導体装置
を搭載するための接続端子を形成しようとする部分にス
パッタで銅の薄膜を形成した。この時銅の膜の厚さは約
0.5μmとした。そして、無電解めっきを銅の薄膜上
に施し、銅の膜の厚さを5〜10μmとした。
【0023】次に、エキシマレーザー光を照射して、露
出した部分の前記樹脂を深さ約55μmで除去し、各接
続端子ごとに凸部を分割した。なおこの時、上記の如く
エキシマレーザー光の照射時間を制御して一定の深さで
溝を形成してもよいし、金属層を予め樹脂の下に形成し
ておいてエキシマレーザー光のストッパー層として使用
してもよい。
【0024】以上の工程で多層プリント配線板上に半導
体装置接続用の凸部及び接続端子を形成することができ
た。そして、直径6インチのシリコン基板に10個のベ
アチップが搭載された機能集合体を前記実施例1と同様
な方法で半導体装置を搭載し、良好な接続を行うことが
できた。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
装置とその搭載用基板との熱膨張率が異なる場合でも、
半導体素子と搭載用基板との熱膨張率の違いから生じる
応力を緩和することができるので、各々の接続の信頼性
の向上を図ることができた。このことから、半導体素子
やその機能集合体の電極上に設けたバンプで直接搭載用
基板と接合することが可能となり、特に、安価な樹脂系
の材料を前記搭載用基板として用いることができるた
め、半導体素子を搭載した基板の価格を低く抑えること
が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の搭載用基板に半導体素子(点線で図
示)を搭載した斜視図である。
【図2】本発明の搭載用基板に半導体素子を搭載した断
面図である。
【図3】本発明の搭載用基板の製造工程を表す断面図で
ある。
【図4】本発明の他の実施例を示す要部断面図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
A…半導体素子 B…搭載基板
X…エッチングレジスト Y…マスク Y1…マスク Z…紫外線 Z1…エキシマレーザー
光 1…ガラス−ポリイミド材 2…外部接続用パッド
3…ポリイミド樹脂層 4…凸部 5…凹部 6a,6…金属層
7a,7…導通部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/14 H01L 21/60 311

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】樹脂系基板からなるプリント配線板におい
    て、そのプリント配線板に形成された導体回路のうち、
    少なくとも半導体装置と電気的に接続するためのパッド
    上に凸部が形成され、その凸部は搭載する半導体装置の
    電極形状に合わせて複数の領域に分割され、かつその凸
    部上面には金属層を有し、その金属層と前記パッドとが
    電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置搭
    載用基板の製造方法において、少なくとも、 1.少なくとも導体回路を形成した樹脂系基板表面上に
    樹脂を積層する工程、 2.前記樹脂をパターニングし、前記導体回路に到達す
    る凹部を形成する工程、 3.マスクを介して前記凹部及び一部の樹脂上に金属薄
    膜を形成し、当該樹脂上に形成された金属層と前記凹部
    内の外部接続用パッドとを導通させる工程、 4.前記樹脂の不要な部分を取り除き、各接続端子ごと
    に凸部を分割し、前記樹脂系基板上に半導体素子搭載部
    となる凸部を形成する工程、 以上の工程を具備することを特徴とする半導体装置搭載
    用基板の製造方法。
  2. 【請求項2】前記凸部が搭載する半導体装置の電極形状
    に合わせて個々の接続端子毎に分割されていることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体装置搭載用基板の製造
    方法
  3. 【請求項3】前記半導体装置が樹脂封止されていない半
    導体素子、またはシリコン基板上に複数の半導体素子が
    搭載されてなる機能集合体であることを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載の半導体装置搭載用基板の製
    造方法
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