JP4052915B2 - 回路装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路装置の製造方法に関し、特にアンカー効果を有する周辺が逆傾斜面を有する導電配線層を用いた薄型の回路装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ICパッケージは携帯機器や小型・高密度実装機器への採用が進み、従来のICパッケージとその実装概念が大きく変わろうとしている。例えば特開2000−133678号公報に述べられている。これは、絶縁樹脂シートの一例としてフレキシブルシートであるポリイミド樹脂シートを採用した半導体装置に関する技術である。
【0003】
図10〜図12は、フレキシブルシート50をインターポーザー基板として採用するものである。尚、各図の上に示す図面は、平面図、下に示す図面は、A−A線の断面図である。
【0004】
まず図10に示すフレキシブルシート50の上には、接着剤を介して銅箔パターン51が貼り合わされて用意されている。この銅箔パターン51は、実装される半導体素子がトランジスタ、ICにより、そのパターンが異なるが、一般には、ボンディングパッド51A、アイランド51Bが形成されている。また符号52は、フレキシブルシート50の裏面から電極を取り出すための開口部であり、前記銅箔パターン51が露出している。
【0005】
続いて、このフレキシブルシート50は、ダイボンダーに搬送され、図11の如く、半導体素子53が実装される。その後、このフレキシブルシート50は、ワイヤーボンダーに搬送され、ボンディングパッド51Aと半導体素子53のパッドが金属細線54で電気的に接続されている。
【0006】
最後に、図12(A)の如く、フレキシブルシート50の表面に封止樹脂55が設けられて封止される。ここでは、ボンディングパッド51A、アイランド51B、半導体素子53および金属細線54を被覆するようにトランスファーモールドされる。
【0007】
その後、図12(B)に示すように、半田や半田ボール等の接続手段56が設けられ、半田リフロー炉を通過することで開口部52を介してボンディングパッド51Aと融着した球状の半田56が形成される。しかもフレキシブルシート50には、半導体素子53がマトリックス状に形成されるため、図12の様にダイシングされ、個々に分離される。
【0008】
また図12(C)に示す断面図は、フレキシブルシート50の両面に電極として51Aと51Dが形成されているものである。このフレキシブルシート50は、一般に、両面がパターニングされてメーカーから供給されている。
【0009】
【特許文献1】
米国特許第5976912号明細書(第23欄第4行目〜第24欄第9行目、図22a〜図22g)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述したフレキシブルシート50を用いた半導体装置は周知の金属フレームを用いないので、極めて小型で薄型のパッケージ構造を実現できる利点を有するが、実質的にフレキシブルシート50の表面に設けた1層の銅箔パターン51のみで配線を行うものである。これはフレキシブルシートが柔らかいために導電膜のパターン形成前後で歪みが発生し、積層する層間の位置ズレが大きく多層配線構造には適さない問題点があった。
【0011】
シートの歪みを抑えるために支持強度を向上するためには、フレキシブルシート50を約200μmと十分に厚くする必要があり、薄型化に逆行することになる。
【0012】
更に製造方法においては、前述した製造装置、例えばダイボンター、ワイヤーボンダー、トランスファーモールド装置、リフロー炉等に於いて、フレキシブルシート50が搬送されて、ステージまたはテーブルと言われる部分に装着される。
【0013】
しかしフレキシブルシート50のベースとなる絶縁樹脂の厚みは50μm程度と薄くすると、表面に形成される銅箔パターン51の厚みも9〜35μmと薄い場合、図13に示すように反ったりして搬送性が非常に悪く、また前述したステージやテーブルへの装着性が悪い欠点があった。これは、絶縁樹脂自身が非常に薄いために依る反り、銅箔パターン51と絶縁樹脂との熱膨張係数との差による反りが考えられる。
【0014】
また開口部52の部分は、モールドの際に上から加圧されるため、ボンディングパッド51Aの周辺を上に反らせる力が働き、ボンディングパッド51Aの接着性を悪化させることもあった。
【0015】
またフレキシブルシート50を構成する樹脂材料自身にフレキシブル性が無かったり、熱伝導性を高めるためにフィラーを混入すると堅くなる。この状態でワイヤーボンダーでボンディングするとボンディング部分にクラックが入る場合がある。またトランスファーモールドの際も、金型が当接する部分でクラックが入る場合がある。これは図13に示すように反りがあるとより顕著に現れる。
【0016】
今まで説明したフレキシブルシート50は、裏面に電極が形成されないものであったが、図12(C)に示すように、フレキシブルシート50の裏面にも電極51Dが形成される場合もある。この時、電極51Dが前記製造装置と当接したり、この製造装置間の搬送手段の搬送面と当接するため、電極51Dの裏面に損傷が発生する問題があった。この損傷が入ったままで電極として成るため、後に熱が加わったりすることにより電極51D自身にクラックが入る問題点やマザーボードへの半田接続時に半田濡れ性が低下する問題点もあった。
【0017】
また、トランスファーモールドの際、フレキシブルシート50および銅箔パターン51と絶縁樹脂の接着性が弱く十分な封止構造を実現できない問題点も発生する。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1に、第1の導電膜と該第1の導電膜の一主面を被覆する第2の導電膜とが積層された基板を準備する工程と、前記第2の導電膜上に所望のパターンで且つ開口部に傾斜する斜面を有するホトレジスト層で被覆する工程と、前記ホトレジスト層の開口部に選択的に導電配線層を形成し、該導電配線層の周囲に逆傾斜面を設ける工程と、前記導電配線層をマスクとして前記第2の導電膜を除去する工程と、前記第1の導電膜上に半導体素子を固着し、前記半導体素子の電極と所定の前記導電配線層とを電気的に接続する工程と、前記半導体素子を封止樹脂層で被覆し、前記導電配線層の前記逆傾斜面で前記封止樹脂層にアンカー効果を生じさせる工程と、前記第1の導電膜を除去して前記封止樹脂層および前記導電配線層の裏面にある前記第2の導電膜を露出させる工程とを具備することを特徴とする。特に、ホトレジスト層の開口部周囲の斜面を利用して導電配線層の周囲に逆傾斜面を形成し、封止樹脂層のアンカー効果を持たせる点に特徴を有する。
【0019】
本発明は、第2に、前記第2の導電膜は銀の電気メッキにより形成されることを特徴とする。
【0020】
本発明は、第3に、前記ホトレジスト層は現像後に加熱処理して前記開口部に傾斜面を形成することを特徴とする。
【0022】
本発明は、第4に、前記導電配線層は前記第1の導電膜を電極として銅の電気メッキにより前記開口部に形成されることを特徴とする。
【0026】
本発明は、第5に、残された前記第2の導電膜にろう材を付着して外部電極を形成することを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の回路装置の製造方法について、図1〜図9を参照して説明する。
【0028】
本発明の回路装置の製造方法は、第1の導電膜11と該第1の導電膜11の一主面を被覆する第2の導電膜12とが積層された基板10を準備する工程と、前記第2の導電膜12上に所望のパターンで且つ開口部13に傾斜する斜面13Sを有するホトレジスト層PRで被覆する工程と、前記ホトレジスト層PRの開口部13に選択的に導電配線層14を形成し、該導電配線層14の周囲に逆傾斜面14Rを設ける工程と、前記導電配線層14をマスクとして前記第2の導電膜12を除去する工程と、前記第1の導電膜11上に半導体素子17を固着し、前記半導体素子17の電極と所定の前記導電配線層14とを電気的に接続する工程と、前記半導体素子17を封止樹脂層21で被覆し、前記導電配線層14の前記逆傾斜面14Rで前記封止樹脂層21にアンカー効果を生じさせる工程と、前記第1の導電膜11を除去して前記封止樹脂層21および前記導電配線層14の裏面にある前記第2の導電膜12を露出させる工程とから構成されている。このような各工程を以下に説明する。
【0029】
本発明の第1の工程は、図1に示すように、第1の導電膜11と該第1の導電膜11の一主面を被覆する第2の導電膜12とが積層された基板10を準備することにある。
【0030】
積層板10の表面は、実質全域に第1の導電膜11が形成され、その表面に第2の導電膜12が形成されるものである。第1の導電膜11は、好ましくは、Cuを主材料とするもの、または公知のリードフレームの材料から成る。第1の導電膜11および第2の導電膜12は、メッキ法、蒸着法またはスパッタ法で形成されたり、圧延法やメッキ法により形成された金属箔が貼着されても良い。なお、第1の導電膜11としてはAl、Fe、Fe−Ni、公知のリードフレーム材等でも良い。
【0031】
第2の導電膜12の材料は、第1の導電膜11を除去する際に使用されるエッチング液に、エッチングされない材料が採用される。また、第2の導電膜12裏面には半田等から成る外部電極24が形成されるので、外部電極24の付着性も考慮される。具体的に、第2の導電膜12の材料としては金、銀、パラジュームから成る導電材料を採用することができる。
【0032】
第1の導電膜11の厚さは、全体を機械的に支持するために厚く形成され、その厚さは35〜150μm程度である。第2の導電膜12は、第1の導電膜11をエッチングする際にバリヤ層として機能し、その厚さは2〜20μm程度に形成される。従って、第1の導電膜11を厚く形成することにより、積層板10の平坦性を維持でき、後の工程の作業性を向上させることができる。
【0033】
更には、第1の導電膜11は、色々な工程を経るために傷が入ってしまう。しかし第1の導電膜11は後の工程で除去するため、完成品である回路装置に傷が残ってしまうのを防止することができる。また平坦性を維持しながら封止樹脂を硬化できるので、パッケージの裏面も平坦にでき、積層板10の裏面に形成される外部電極もフラットに配置できる。よって、実装基板上の電極と積層板10裏面の電極とを当接でき、半田不良を防止することができる。
【0034】
次に上記した積層板10の具体的な製造方法について述べる。積層板10は、電気メッキによる積層または圧延接合により製造することができる。電気メッキにより積層板10を製造する場合は、先ず第1の導電膜11を用意する。そして、第1の導電膜11の裏面に電極を設けて、電界メッキ法により第2の導電膜12を積層させる。圧延により積層板を製造する場合は、板状に用意された第1の導電膜11および第2の導電膜12を、ロール等により圧力を加えて接合させる。
【0035】
本発明の第2の工程は、図2に示すように、第2の導電膜12上に所望のパターンで且つ開口部13に傾斜する斜面13Sを有するホトレジスト層PRで被覆することにある。
【0036】
本工程では図1に示すように第2の導電膜12上をホトレジスト層PRで被覆した後に所望の配線パターンの形状に開口部13を形成するために露光現像を行い、開口部13に対応する部分のホトレジスト層PRを現像液で除去する。
【0037】
次に、図2に示すようにホトレジスト層PRの開口部13に傾斜面13Sを形成する。第1の方法は現像後のホトレジスト層PRを120〜180℃程度に加熱処理して上方に傾斜した傾斜面13Sを形成する。第2の方法はホトレジスト層PRとしてポジ型のホトレジスト材料使用することにより、解像度が悪いために現像すると上方に広がって傾斜する傾斜面13Sが形成される。
【0038】
本発明の第3の工程は、図3および図4に示すように、ホトレジスト層PRの開口部13に選択的に導電配線層14を形成し、導電配線層14の周囲に逆傾斜面14Rを設けることにある。
【0039】
第1の導電膜11を共通電極としてホトレジスト層PRの開口部13に選択的に銅の電解メッキして導電配線層14を形成する。この際にホトレジスト層PRがマスクとして働き、開口部13の露出した第2の導電膜12上に導電配線層14が所望のパターンに形成される。この導電配線層14はホトレジスト層PRの開口部13を埋め込むように約20μmの厚みに形成され、導電配線層14のホトレジスト層PRと当接する周辺には逆傾斜面14Rが開口部13の傾斜面13Sと逆傾斜で形成される。また導電配線層14は、ここではCuを採用したが、Au、Ag、Pd等を採用しても良い。
【0040】
更に、図4に示すように、導電配線層14上に選択的に第3の導電膜15より成るパッド15Aを形成する。導電配線層14のパッドを形成する領域を除いてホトレジスト層PRで被覆し、ニッケルの下地メッキを施した後に金あるいは銀の電解メッキを行いパッド15Aを形成する。なお、この際に第1の導電膜11の裏面はホトレジスト層PRあるいはオーバーコート樹脂で被覆してパッドの形成を防止する。
【0041】
本発明の第4の工程は、図5に示すように、導電配線層14をマスクとして第2の導電膜12を除去することにある。
【0042】
本工程では、ホトレジスト層PRを除去し、導電配線層14をマスクとして第2の導電膜12を選択的にエッチング除去する。ここで用いるエッチング液は第2の導電膜12をエッチングし、導電配線層14をエッチングされないものを用いる。すなわち、導電配線層14がCuを主体とする材料から形成され、第2の導電膜12が銀である場合は、ヨウ素系のエッチング液を使用することにより第2の導電膜12のみを除去することができる。なお、パッド15Aを銀で形成する場合はこのエッチングで除去されるので、ホトレジスト層(図示せず)で被覆して保護する必要がある。
【0043】
ここで残された第2の導電膜12は外部電極24として供する。
【0044】
本発明の第5の工程は、図6に示すように、第1の導電膜11上に半導体素子17を固着し、半導体素子17の電極と所定の導電配線層14とを電気的に接続することにある。
【0045】
半導体素子17はベアチップのまま第1の導電膜11上に絶縁性接着樹脂18でダイボンドされる。
【0046】
また、半導体素子17の各電極パッドは周辺に設けた導電配線層14の所定の場所に設けたパッド15Aにボンディングワイヤー19で接続されている。半導体素子17はフェイスダウンで実装されても良い。この場合、半導体素子17の各電極パッド表面に半田ボールやバンプが設けられ、積層板10の表面には半田ボールの位置に対応した部分に導電配線層14から成るボンディングパッドと同様の電極が設けられる。
【0047】
ワイヤーボンデインクの時の積層板10を用いるメリットについて述べる。一般にAu線のワイヤーボンディングの際は、200℃〜300℃に加熱される。この時、第1の導電膜11が薄いと、積層板10が反り、この状態でボンディングヘッドを介して積層板10が加圧されると、積層板10に傷が発生する可能性がある。しかし、第1の導電膜11自体が厚く形成されることでこれらの問題を解決することができる。
【0048】
本発明の第6の工程は、図7に示すように、半導体素子17を封止樹脂層21で被覆し、導電配線層14の逆傾斜面14Rで封止樹脂層21にアンカー効果を生じさせることにある。
【0049】
積層板10は、モールド装置にセットされて樹脂モールドを行う。モールド方法としては、トランスファーモールド、インジェクションモールド、塗布、ディピング等でも可能である。しかし、量産性を考慮すると、トランスファーモールド、インジェクションモールドが適している。
【0050】
本工程では、封止樹脂層21でモールドを行う際に第1の導電膜11の表面に形成される導電配線層14の逆傾斜面14Rに封止樹脂層21が充填され、封止樹脂層21と導電配線層14との結合がアンカー効果で強くなる利点が有る。
【0051】
また本工程では、モールドキャビティーの下金型に積層板10はフラットで当接される必要があるが、厚い第1の導電膜11がこの働きをする。しかもモールドキャビティーから取り出した後も、封止樹脂層21の収縮が完全に完了するまで、第1の導電膜11によってパッケージの平坦性を維持している。すなわち、本工程までの積層板10の機械的支持の役割は第1の導電膜11により担われている。
【0052】
本発明の第7の工程は、図8に示す如く、第1の導電膜11を除去して封止樹脂層21および導電配線層14の裏面にある第2の導電膜12を露出させることにある。
【0053】
本工程では、第1の導電膜11をマスクなしで全面が除去されるようにエッチングする。このエッチングは、塩化第2鉄または塩化第2銅を用いたケミカルエッチングで良く、第1の導電膜11は全面的に除去される。このように第1の導電膜11は全面的に除去することにより残された第2の導電膜12は封止樹脂層21から露出する。上述したように、第2の導電膜12は第1の導電膜11をエッチングする溶液にはエッチングされない材料から形成されているので、本工程に於いては第2の導電膜12はエッチングされない。
【0054】
本工程の特徴は、第1の導電膜11をエッチングにより除去する際に、マスクを用いなくても封止樹脂層21および第2の導電膜12がバリヤ層として働き、封止樹脂層21および第2の導電膜12から成る裏面が平坦に形成されることにある。第1の導電膜11はエッチングにより全面的に除去されるので、エッチングの最終段階では、第2の導電膜12もエッチング液に接触する。上述したように、第2の導電膜12は、Cuから成る第1の導電膜11をエッチングする塩化第2鉄および塩化第2銅にはエッチングされない材料から成る。従って、第2の導電膜の下面でエッチングはストップするので、第2の導電膜12はエッチングのバリヤ層として機能している。なお、本工程以後では、封止樹脂層21により全体が機械的に支持されている。
【0055】
本発明の最終の工程は、図9に示すように、ランド グリッド アレイ(Land Grid Arrey)構造あるいはボール グリッド アレイ(Ball Grid Arrey)構造を形成することにある。
【0056】
ランド グリッド アレイ構造の場合は、第1の導電膜11を全面除去した前工程から外部電極24となる部分を除いて第2の導電膜12をオーバーコート樹脂23で覆い、封止樹脂層21およびオーバーコート樹脂23をダイシングしてそれらを個々の回路装置に分離する。
【0057】
ボール グリッド アレイ構造の場合は、第2の導電膜12は外部電極24を形成する部分を露出して溶剤で溶かしたエポキシ樹脂等をスクリーン印刷してオーバーコート樹脂23で大部分を被覆する。次に、半田クリームのスクリーン印刷及び半田のリフローによりこの露出部分に突出した外部電極24Bを形成する。続いて、積層板10には回路装置が多数マトリックス状に形成されているので、封止樹脂層21およびオーバーコート樹脂23をダイシングしてそれらを個々の回路装置に分離する。
【0058】
本工程に於いては、封止樹脂層21およびオーバーコート樹脂23をダイシングすることにより、個々の回路装置に分離できるので、ダイシングを行うダイサーの摩耗を減少させることができる。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば、導電配線層を形成する工程に於いて、ホトレジスト層の傾斜面を利用して導電配線層に逆傾斜面を形成することにより、導電配線層と封止樹脂層とのアンカー効果を強くでき、封止樹脂層と導電配線層との食い込みが強くなり良好な封止状態を実現できる利点がある。
【0060】
また、導電配線層をマスクとして第2の導電膜をオーバーエッチングすることで第2の導電膜の周囲に窪んだアンカー部をセルフアラインで形成でき、後の封止樹脂層で被覆する際にこのアンカー部を充填するので封止樹脂層と導電パターン層との食い込みを更に強くできる利点がある。
【0061】
更に、第2の導電膜は第1の導電膜を全面除去する際に封止樹脂層とともにエッチングのバリア層として働くのでノーマスクでの第1の導電膜の除去を可能に出来る利点がある。
【0062】
更に、第2の導電膜は封止樹脂層と平坦な裏面を形成するので、ランド グリッド アレイ構造でもボール グリッド アレイ構造でも採用でき、残された第3の導電膜自体が外部電極の全部あるいは一部を構成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図2】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図3】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図4】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図5】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図6】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図7】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図8】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図9】 本発明の回路装置の製造方法を説明する断面図である。
【図10】 従来の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図11】 従来の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図12】 従来の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図13】 従来のフレキシブルシートを説明する図である。
【符号の説明】
10 積層板
11 第1の導電膜
12 第2の導電膜
14R 逆傾斜面
16 アンカー部
17 半導体素子
19 ボンディングワイヤ
21 封止樹脂層
23 オーバーコート樹脂
24 外部電極
Claims (5)
- 第1の導電膜と該第1の導電膜の一主面を被覆する第2の導電膜とが積層された基板を準備する工程と、
前記第2の導電膜上に所望のパターンで且つ開口部に傾斜する斜面を有するホトレジスト層で被覆する工程と、
前記ホトレジスト層の開口部に選択的に導電配線層を形成し、該導電配線層の周囲に逆傾斜面を設ける工程と、
前記導電配線層をマスクとして前記第2の導電膜を除去する工程と、
前記第1の導電膜上に半導体素子を固着し、前記半導体素子の電極と所定の前記導電配線層とを電気的に接続する工程と、
前記半導体素子を封止樹脂層で被覆し、前記導電配線層の前記逆傾斜面で前記封止樹脂層にアンカー効果を生じさせる工程と、
前記第1の導電膜を除去して前記封止樹脂層および前記導電配線層の裏面にある前記第2の導電膜を露出させる工程とを具備することを特徴とする回路装置の製造方法。 - 前記基板を準備する工程は、
前記第1の導電膜を用意した後、前記第1の導電膜の一主面に金、銀またはパラジウムより成る第2の導電膜を電気メッキにより形成されることを特徴とする請求項1記載の回路装置の製造方法。 - 前記ホトレジスト層で被覆する工程は、
前記ホトレジスト層を現像後に加熱処理して前記開口部に傾斜面を形成することを特徴とする請求項1記載の回路装置の製造方法。 - 前記ホトレジスト層の開口部に選択的に導電配線層を形成する工程は、
前記第1の導電膜を電極とし、前記ホトレジスト層からなる前記開口部に、銅を電気メッキにより形成することを特徴とする請求項1記載の回路装置の製造方法。 - 前記第1の導電膜を除去して前記封止樹脂層および前記導電配線層の裏面にある前記第2の導電膜を露出させた工程の後、
前記露出された前記第2の導電膜にろう材を付着して外部電極を形成することを特徴とする請求項1記載の回路装置の製造方法。
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