JP4249328B2 - 配線部材の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材あるいは半導体装置形成用の配線部材と、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置は、電子機器の高性能化と軽薄短小の傾向からLSI、ASICに代表されるように、ますます高集横化、高性能化の一途をたどってきている。
これに伴い、信号の高速処埋には,パッケージ内部のスイッチングノイズが無視できない状況になってきて、特に、ICの同時スイッチングノイズにはパッケージ内部配線の実効インダクタンスが大きく影響を与える為、主に、電源やグランドの本数を増やしてこれに対応してきた。
この結果、半導体装置の高集積化、高機能化は外部端子総数の増加を招き、半導体装置の多端子化が求められるようになってきた。
多端子IC、特にゲートアレイやスタンダードセルに代表されるASICあるいは、マイコン、DSP(Digital Signal Processor)等をコストパフオーマンス高くユーザに提供するパッケージとしてリードフレームを用いたプラステイックQFP(Quad Flat Package)が主流となり、現在では300ピンを超えるものまで実用化に至っている。
QFPは、ダイパッド上に半導体素子を搭載し、銀めっき等の表面処理がなされたインナーリード先端部と半導体素子の端子とをワイヤにて結線し、封止樹脂で封止を行い、この後、ダムバー部をカットし、アウターリードを設けた構造で多端子化に対応できるものとして開発されてきた。
ここで用いる単層リードフレームは、通常、42合金(42%ニッケルー鉄合金)あるいは銅合金などの電気伝導率が高く、且つ機械的強度が大きい金属材を素材とし、フオトエッチング法かあるいはスタンピング法により、外形加工されていた。
【0003】
しかし、半導体素子の信号処理の高速化、高機能化は、更に多くの端子数を必要とするようになってきた。
QFPでは外部端子ピッチを狭めることにより、パッケージサイズを大きくすることなく多端子化に対応してきたが、外部端子の狭ピッチ化に伴い、外部端子自体の幅が細くなり、外部端子の強度が低下するため、フオーミング等の後工程におけるアウターリードのスキュ一対応やコプラナリティー(平坦性)維持が難しくなり、実装に際しては、パッケージ搭載精度維持が難しくなるという問題を抱えていた。
このようなQFPの実装面での間題に対応するため、BGA(Ball Grig Array)と呼ぱれるプラスッチックパッケージが開発されてきた。
このBGAは、通常、両面基板の片面に半導体素子を搭載し、もう一方の面に球状の半田ボールを通じて半導体素子と外部端子(半田ボール)との導通をとったもので、実装性の対応を図ったパッケージである。
BGAはパッケージの4辺に外部端子を設けたQFPに比べ、同じ外部端子数でも外部端子間隔(ピッチ)を大きくとれるという利点があり、半導体実装工程を難しくすることなく、入出力端子の増加に対応できた。
このBGAはBTレジン(ビスマレイド樹脂)を代表とする耐熟性を有する平板(樹脂板)の基材の片面に半導体素子を塔載するダイパッドと半導体素子からボンディングワイヤにより電気的に接続されるボンディングパッドを持ち、もう一方の面に、外部回路と半導体装置との電気的、物理的接続を行う格子状あるいは千鳥状に二次元的に配列された半田ボールにより形成した外部接続端子をもち、外部接続端子とボンディングパッドの間を配線とスルーホール、配線により電気的に接続している構造である。
【0004】
しかしながら、このBGAは、めっき形成したスルホールを介して、半導体素子とボンディングワイヤで結線を行う配線と、半導体装置化した後にプリント基板に実装するための外部接続端子部(単に外部端子部とも言う)とを、電気的に接続した複雑な構造で、樹脂の熱膨張の影響により、スルホール部に断線を生じる等信頼性の面で問題があり、且つ作製上の面でも問題が多かった。
尚、ここでは、BGAのように、二次元的に端子を配列した構造のものをエリアアレイタイプと言う。
【0005】
この為、作製プロセスの簡略化、信頼性の向上をはかり、従来のリードフレームの作製と同様、金属薄板をエッチング加工等により所定の形状加工し、これ(リードフレームとも言う)をコア材として、配線を形成したエリアアレイタイプの半導体装置も種々提案されている。
このタイプのものは、基本的に、金属薄板の板厚に加工精度、配線の微細化が制限される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、BTレジン(ビスマレイド樹脂)を用いたBGAは、多端子化には有利であるものの、信頼性の面、作製上の面で問題が多く、また金属薄板をエッチング加工等により所定の形状に加工したもの(リードフレーム)をコア材として配線を形成したエリアアレイタイプのものは、近年の更なる多端子化には対応できないという問題がある。
本発明は、これらの問題に対応するもので、具体的には、半導体素子を配線基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材、あるいは、半導体素子と一体として半導体装置を形成するための半導体装置形成用の配線部材で、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れた配線部材を製造するための、配線部材の製造方法を提供しようとするものである。
特に、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れたエリアアレイタイプの半導体装置を作製することができる配線部材と、その製造方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線部材の製造方法は、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材、あるいは半導体装置形成用の配線部材で、金属板材の所定箇所に貫通孔を設けた導電性基板の第1の面側に、選択めっき形成された配線部を絶縁接着層を介して設け、前記配線部に接続し、導電性基板の第2の面側に到達するビアホールを配設し、ビアホールの第2の面側を端子部としており、且つ、少なくとも、導電性基板の所定の貫通孔に、貫通孔の壁面全体を覆うよう絶縁層を設けて、電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔を埋める充填タイプのビアホールを有する配線部材を、製造するための、配線部材の製造方法であって、(a)金属板材にビアホールを形成するための貫通孔を設けて導電性基板を形成する導電性基板形成工程と、(b)少なくとも一面が導電性を有する基材をベース基材とし、該ベース基板の導電性を有する一面上に、ビアホール形成用の端子を含み、配線部を選択めっき形成して、転写版を形成する転写版形成工程とを行った後、順次、(c)転写版の配線部を設けた側を導電性基板に向け、転写版と前記導電性基板とを位置合わせし、絶縁接着層を介して両者を密着させる密着工程と、(d)密着工程により転写版と導電性基板とを密着している状態で、導電性基板の露出部分を覆い、且つ、貫通孔を埋めるように、絶縁層を設ける絶縁層形成工程と、(e)ビアホールを形成するための貫通孔の絶縁層、および絶縁接着層を、導電性基板の第1の面に対向する第2の面側から、少なくとも所定の貫通の壁面全部に絶縁層が覆われた状態で、且つ、配線部の端子が露出するように除去して、開口を設ける開口形成工程と、(f)開口形成工程により露出した配線部の端子に導電性材を電解めっきにより形成して、開口を埋めた充填タイプのビアホールを形成する電解めっき工程と、(g)ベース基材のみを剥離して、配線部をベース基板から導電性基板側に転写形成する、ベース基材剥離工程とを行うことを特徴とするものである。
そして、上記において、絶縁層形成工程が、電着により絶縁層を形成するものであることを特徴とするものであり、絶縁層を設けるための電着は、イオン性基を含有するポリイミド樹脂と、該ポリイミド樹脂を溶解可能な有機溶剤、水、前記イオン性基と極性が異なるイオン性化合物からなる電着塗料組成物にて、電着を行うものであることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記において、絶縁層形成工程が、印刷法により絶縁層を形成するものであることを特徴とするものである。
【0008】
また、上記のいずれかにおいて、転写版と導電性基板とを密着する際、絶縁接着層を、転写版の配線部を設けた側の面に設けた後に、密着を行うものであることを特徴とするものであり、絶縁接着層の形成は、電着により形成するものであることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記のいずれかにおいて、転写版と導電性基板とを密着する際、絶縁接着層を、導電性基板側に設けた後に、密着を行うものであることを特徴とするものである。
また、請求項1ないし5のいずれか、あるいは請求項7において、絶縁接着層として、絶縁性且つ接着性を有するフィルムを用いることを特徴とするものである。
また、上記のいずれかにおいて、開口形成工程では、特定の貫通孔については、壁面の一部を絶縁層から露出するように開口を設けておき、且つ、充填タイプのビアホールを形成する電解めっき工程で、前記特定の貫通孔の壁面で導電性基板に電気的に接続するようにビアホールを形成することを特徴とするものである。
【0009】
また、上記のいずれかにおいて、ベース基材剥離工程の後に、転写された配線部の所定の部分にのみ端子めっきを施すことを特徴とするものであり、端子めっきとして最表面に無電解Snめっきを施すことを特徴とするものである。
【0010】
また、上記のいずれかにおいて、導電性基板が、銅基板あるいは銅基板表面にめっき処理を施したものであることを特徴とするものである。
また、上記のいずれかにおいて、導電性基板の半導体素子搭載領域全てが、貫通孔となっていることを特徴とするものである。
【0011】
本発明に関わる配線部材は、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材、あるいは半導体装置形成用の配線部材であって、金属板材の所定箇所に貫通孔を設けた導電性基板の第1の面側に、選択めっき形成された配線部を絶縁接着層を介して設け、前記配線部に接続し、導電性基板の第2の面側に到達するビアホールを配設し、ビアホールの第2の面側を端子部としており、且つ、少なくとも、導電性基板の所定の貫通孔に、貫通孔の壁面全体を覆うよう絶縁層を設けて、電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔を埋める充填タイプのビアホールを有することを特徴とするものである。
そして、上記において、前記の、導電性基板の所定の貫通孔に、貫通孔の壁面全体を覆うよう絶縁層を設けて、電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔を埋める充填タイプのビアホールを、二次元的に配列(これをエリアアレイと言う)していることを特徴とするものである。
そしてまた、上記のいずれかにおいて、貫通孔の壁面で導電性基板に電気的に接続するように、電解めっきにより形成された導電性材のみで、あるいは絶縁層と電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔を埋める充填タイプのビアホールを有することを特徴とするものである。
また、上記のいずれかにおいて、導電性基板の半導体素子搭載領域全てが、貫通孔となっていることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記のいずれかにおいて、導電性基板の半導体素子搭載領域は、金属板材の金属部を吊るように残して孔開け加工されていることを特徴とするものである。
尚、上記において、二次元的に配列(これをエリアアレイと言う)とは、配線部材の辺に沿い一次元的に配列するのではなく、配線部材の面に格子状等、二次元的に配列するものである。
BGA等のエリアアレイタイプの外部端子の配列がこれに当たり、外部端子を二次元的に配列して持つ半導体装置を、一般には、エリアアレイタイプの半導体装置と言う。
【0012】
本発明に関わる半導体装置は、上記本発明に関わる配線部材を用いたことを特徴とするものである。
そして、上記において、導電性基板を、グランド層としていることを特徴とするものである。
【0013】
【作用】
本発明の配線部材の製造方法は、このような構成にすることにより、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材、あるいは半導体装置形成用の配線部材で、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れた配線部材の製造方法の提供を可能とするものである。
特に、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れたエリアアレイタイプの半導体装置を作製することができる配線部材の製造方法の提供を可能とするものである。
具体的には、(a)金属板材にビアホールを形成するための貫通孔を設けて導電性基板を形成する導電性基板形成工程と、(b)少なくとも一面が導電性を有する基材をベース基材とし、該ベース基板の導電性を有する一面上に、ビアホール形成用の端子を含み、配線部を選択めっき形成して、転写版を形成する転写版形成工程とを行った後、順次、(c)転写版の配線部を設けた側を導電性基板に向け、転写版と前記導電性基板とを位置合わせし、絶縁接着層を介して両者を密着させる密着工程と、(d)密着工程により転写版と導電性基板とを密着している状態で、導電性基板の露出部分を覆い、且つ、貫通孔を埋めるように、絶縁層を設ける絶縁層形成工程と、(e)ビアホールを形成するための貫通孔の絶縁層、および絶縁接着層を、導電性基板の第1の面に対向する第2の面側から、少なくとも所定の貫通の壁面全部に絶縁層が覆われた状態で、且つ、配線部の端子が露出するように除去して、開口を設ける開口形成工程と、(f)開口形成工程により露出した配線部の端子に導電性材を電解めっきにより形成して、開口を埋めた充填タイプのビアホールを形成する電解めっき工程と、(g)ベース基材のみを剥離して、配線部をベース基板から導電性基板側に転写形成する、ベース基材剥離工程とを行うことにより、これを達成している。
【0014】
上記において、転写は、転写する際の絶縁接着層を、転写版の配線部を設けた側の面に設けた後、あるいは、導電性基板側に予め設けておいて、両者を密着した方が、位置合わせ等の面で作業がし易い。
転写する際の絶縁接着層としては、絶縁性且つ接着性を有するフィルムを用いると作業面で楽である。転写版に対し、その配線部を覆うように、露出した部分に絶縁性接着性樹脂を電着により形成して設けておく方法は、作業性、品質面で優れている。
【0015】
縁層形成工程としては、電着により絶縁層を形成する方法、印刷法により絶縁層を形成する方法が挙げられる。
電着法の場合、導電性基板を電極とすることにより、その露出した全面に電着樹脂層を形成することができ、貫通孔形状によらずその表面部に形成することができる。
電着形成する絶縁層としては、熱的、化学的、機械的に安定したものが好ましく、イオン性基を含有するポリイミド樹脂と、該ポリイミド樹脂を溶解可能な有機溶剤、水、前記イオン性基と極性が異なるイオン性化合物からなる電着塗料組成物にて、電着を行い、乾燥、必要に応じ熱処理を施して得たものが好ましい。
印刷法の場合は、貫通孔部に絶縁層を充填するための印刷と、導電性基板の表裏面を覆う印刷とを分け行う。
【0016】
ベース基材剥離工程の後に、第1の面側の、半導体素子を搭載するための入出力端子部の表面には、接続用の端子めっきを施すが、端子めっきとして最表面に無電解Snめっきを施して置くと、金(Au)、錫(Sn)との共晶で接続する場合には有利である。
勿論、端子めっきとして最表面にAuめっきを施して、金(Au)−金(Au)の共晶で接続しても良い。
【0017】
本発明に関わる配線部材は、このような構成にすることにより、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材、あるいは半導体装置形成用の配線部材で、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れた配線部材の提供を可能とするものである。
特に、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れたエリアアレイタイプの半導体装置を作製することができる配線部材の提供を可能とするものである。
また、半導体装置の薄型化にも対応できるものである。
即ち、上記本発明の配線基板の製造方法により作製されたもので、導電性基板を設けていることにより、機械的に強固なものとし、放熱性の面でも優れたものとし、また、選択めっき形成された配線部を設けていることより、配線の高密度化、微細化に対応でき、半導体装置のますますの多端子化にも対応できるものとし、更に、充填タイプのビアホールを設けていることにより、その表裏の電気的導通を確実なものとしている。
特に、エリアアレイタイプの半導体装置に適用した場合には、配線の高密度化、微細化、多端子化に対し有効である。
また、貫通孔の壁面で導電性基板に電気的に接続するように、電解めっきにより形成された導電性材のみで、あるいは絶縁層と電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔を埋める充填タイプのビアホールを有することにより、導電性基板をグランド層として使用することができ、電気的に安定な構造となる。
また、導電性基板の半導体素子搭載領域全てが、貫通孔となっていることにより、半導体素子搭載の際には、その放熱を少なくして、熱効率を良いものとできる。
あるいはまた、導電性基板の半導体素子搭載領域を吊るように孔開け加工することにより、半導体素子搭載を安定的なものとするとともに、半導体素子(チップとも言う)搭載の際には、その放熱を少なくして、熱効率を良いものとできる。
【0018】
導電性基材としては、経済的な面等から銅基板が挙げられるが、特にこれに限定はされない。
電着樹脂層は、電気的絶縁性、強度の点で優れたものが好ましいが、特に限定はされない。
例えば、カルボキシル基を有する溶剤可溶性ポリイミド、溶剤、中和剤を含むポリイミド電着液を用いて電着形成されたものが挙げられる。
【0019】
尚、本発明に関わる配線部材は、CSP(Chip Size Package)タイプの半導体装置用の配線基板や、MCM(Multi Chip Module)用の配線基板にも適用できることは言うまでもない。
【0020】
本発明に関わる半導体装置は、このような構造にすることにより、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れた半導体装置の提供を可能とするもので、特に、益々の高密度化、多端子化が進むエリアアレイタイプの半導体装置の提供を可能とするものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を挙げて、図に基づいて説明する。
図1は本発明の配線部材の製造方法の実施の形態の1例の工程図で、図2は絶縁接着層の形成を説明するための断面図で、図3は絶縁層の形成を説明するための断面図で、図4(a)は本発明に関わる配線部材の実施の形態の第1の例の一部を示した断面図で、図4(b)は図4(a)のA1−A2における断面の一部を示した図で、図4(c)、図4(d)は特定の貫通孔の形状を示した図で、図5(a)は図4(a)のA3−A4における断面の一部を示した図で、図5(b)は図4(a)をA0側からみた半導体素子との接続用端子部の配列を示した図で、図6(a)は、本発明に関わる配線部材の実施の形態の第2の例の一部を示した断面図で、図6(b)は図6(a)のB1−B2における断面の一部を示した図で、図7(a)は、本発明に関わる配線部材の実施の形態の第3の例の一部を示した断面図で、図7(b)は図7(a)のC1−C2における断面の一部を示した図で、図8は本発明に関わる半導体装置の実施の形態例を示した図である。
図1〜図8中、110は導電性基板、115は貫通孔、120、121、122は絶縁層、130は配線(部)、135はビアホール形成用端子(配線)、140は接着剤層(絶縁接着層とも言う)、150は開口部、160はビアホール(導電性材)、160Sは端子部、170は保護層(OP層)、180は接続用端子部、210はベース基板(導電性基板)、220はレジストパターン、250は半導体素子、251は端子部(パッド)、260は半田ボール、270はアンダーフィル、280は封止用樹脂(ポッティング樹脂)である。
【0022】
はじめに、本発明の配線部材の製造方法の実施の形態の1例を、図1に基づいて説明する。
本例は、エリアアレイタイプの半導体装置用の配線基板で、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザでもある配線部材を製造する方法である。
更に詳しくは、金属板材の所定箇所に貫通孔を設けた導電性基板の第1の面側に、選択めっき形成された配線部を絶縁接着層を介して設け、前記配線部に接続し、導電性基板の第2の面側に到達するビアホールを配設し、ビアホールの第2の面側を端子部としており、且つ、少なくとも、導電性基板の所定の貫通孔に、貫通孔の壁面全体を覆うよう絶縁層を設けて、電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔を埋める充填タイプのビアホールを有する配線部材を製造するための、配線部材の製造方法である。
先ず、少なくとも一面が導電性を有する基材をベース基材210とし、該ベース基板210の導電性を有する一面上に、ビアホール形成用の端子を含み、配線部を選択めっき形成して、転写版を形成しておく。(図1(a))
転写版(図1(a)の状態のもの)の形成は、通常、めっき剥離性の良いベース基板210を用意しておき(図2(a))、この導電性の面上に、耐めっき性のレジストパターンを所定の形状に形成する。(図2(a))
レジストとしてはノボラック系レジスト等が用いられる。
レジストパターンの形成は、一般に、ベース基板210上にレジストを塗布、乾燥した後、所定のパターン版を用いて密着露光して、現像することにより形成する。
次いで、電解めっきにより、レジストパターンの開口から露出しているベース基板210の導電性を有する一面上に配線部130を形成する。(図2(c))
配線部130としては、通常、銅層が用いられるが、これに限定はされない。
金属層を多層に設けても良い。この後、レジストパターンを所定の剥離液等により除去し、必要に洗浄処理を施しておく。(図2(d))
これにより、図1(a)に示す転写版は形成できる。
【0023】
一方、金属板材にビアホールを形成するための貫通孔を設けて導電性基板110を準備しておく。(図1(b))
金属板材への貫通孔の形成は、エッチングによる加工、機械的な加工が挙げられるが、これに限定はされない。
エッチングによる加工としては、例えば、重クロム酸カリウムを感光剤とするカゼインレジストを金属板材の両面に塗布し、貫通孔の形状に合わせたパターン版を用いて、両側のレジストを密着露光した後、現像、乾燥し、所定形状にレジストパターンを形成し、これを耐エッチングマスクとしてエッチングする。
金属板材を銅層とした場合には、エッチング液としては、塩化第二鉄溶液等が用いられる。
この場合、エッチング後に、レジストを熱アルカリ液により除去する。
【0024】
次いで、転写版の配線部130を設けた側を導電性基板110に向け、転写版と前記導電性基板110とを位置合わせし、絶縁接着層140を介して両者を密着させる。(図1(c))
必要に応じて、圧、熱をかける。
絶縁接着層140の形成は、スクリンーン印刷等による印刷法、ダイコート法、電着法により、配線部130を覆うように、図2(d)の状態(図1(a) k状態に相当)から絶縁接着層140を全面に形成する(図2e))のが一般的であるが、場合によっては導電性基板側に絶縁接着層140を設けておいても良い。
絶縁接着層140としては、常温ないし加熱により接着性を示し、且つ、電気的絶縁性、化学的安定性、強度の点で優れたものが好ましい。
スクリンーン印刷等による印刷法、ダイコート法により形成される絶縁接着層140としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、ビスマレイド樹脂等が挙げられる。
【0025】
電着法は、作業面、品質面から優れた方法と言える。
電着樹脂層(絶縁接着層140)を電着形成するための電着液に用いられる高分子としては、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性合成高分子樹脂を挙げることができる。
アニオン性高分子樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン化油樹脂、ボリブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を単独で、あるいは、これらの樹脂の任意の組合せによる混合物として使用できる。さらに、上記のアニオン性合成樹脂とメラミン樹脂、フエノール樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用しても良い。
また、カチオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を単独で、あるいは、これらの任意の組合せによる混合物として使用できる。さらに、上記のカチオン性合成高分子樹脂とポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂を併用しても良い。
また、上記の高分子樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加することも可能である。
上記高分子樹脂は、アルカリ性または酸性物質により中和して水に可溶化された状態、または水分散状態で電着法に供される。すなわち、アニオン性合成高分子樹脂は、トリメチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアミン類、アンモニア、苛性カリ等の無機アルカリで中和する。カチオン性合成高分子樹脂は、酢酸、ぎ酸、プロピオン酸、乳酸等の酸で中和する。そして、中和された水に可溶化された高分子樹脂は、水分散型または溶解型として水に希釈された状態で使用される。
特に、絶縁性、強度、化学的安定性の面から電着樹脂層130がポリイミド樹脂であるとが好ましい。
例えば、カルボキシル基を有する溶剤可溶性ポリイミド、溶剤、中和剤を含むポリイミド電着液を用いて電着形成されるものが挙げられる。
【0026】
次いで、転写版と導電性基板110とを密着している状態で、導電性基板110の露出部分を覆い、且つ、貫通孔115を埋めるように、絶縁層120を設ける。(図1(d))
絶縁層120の形成方法としては、印刷法、電着法が挙げられる。
印刷法の場合は、例えば、先ず、図3(a)の状態(図1(c)の状態に相当)から、貫通孔115を絶縁層で埋めるため、孔埋め印刷をスクリーン印刷を行う(図3(b))。
次いで、導電性基板の露出面側全体を覆うようにスクリーン印刷を行う。(図3(c))
絶縁層120も、常温ないし加熱により接着性を示し、且つ、電気的絶縁性、化学的安定性、強度の点で優れたものが好ましい。
印刷法の場合の絶縁層120としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、ビスマレイド樹脂等が挙げられる。
この方法は、2段階の印刷が必要で手間がかかる。
電着法の場合は、導電性基板110側を、電極として、図3(a)の状態から電着により電着樹脂層を形成する(図3(d))もので、貫通孔の形状に寄らず、表面部を確実に覆うことができる。
電着樹脂層(絶縁層120)を電着形成するための電着液に用いられる高分子としては、電着樹脂層(絶縁接着層140)を電着形成するための電着液に用いられる高分子と同様のものが用いられる。
【0027】
次いで、ビアホールを形成するための貫通孔115の絶縁層120、および端子部135を覆う絶縁接着層140を、導電性基板110のの第1の面(ここでは配線部130側の面を言う)に対向する第2の面側から、少なくとも所定の貫通孔115の壁面全部に絶縁層120が覆われた状態で、且つ、配線部130の端子135が露出するように、レーザ照射等に孔開け加工して開口150を設け、配線部の端子135を露出させる。(図1(e))
導電性基板110と電気的に接続する必要がある特定の貫通孔以外の、貫通孔115については、貫通孔の壁面全部に絶縁層で覆われた状態とする。
導電性基板110と電気的に接続する必要がある特定の貫通孔については、その壁面全部ないし一部が露出するように絶縁層で覆われた状態とする。
【0028】
次いで、第2の面側から露出した配線部の端子135に導電性材160を電解めっきにより形成し、導電性基板の第2の面に達するように開口150を埋めて、充填タイプのビアホール160を形成する。(図1(f))
通常、導電性材160としては銅層が用いられる。
【0029】
次いで、ベース基材210のみを剥離し、配線部130をベース基板210から導電性基板110側に転写形成する。(図1(g))
【0030】
次いで、配線部130形成側の面に、半導体素子の端子と接続するための接続用端子部を形成する領域のみを露出させて、保護層(OP層)170で覆った後、保護層(OP層)170から露出した配線部130上に接続用端子180をめっき形成する。(図1(h))
保護層(OP層)は、例えば、感光性ポリイミドを全面に塗布、乾燥した後、所定のパターン版を用いて露光し、現像処理を行うことにより形成することができる。
接続用端子180の形成は、無電解めっき等により行う。
半導体素子の端子と金(Au)−金(Au)共晶、金(Au)−錫(Sn)共晶する場合には、それぞれ、最表面をAu層、Sn層としておく。
【0031】
次に、本発明に関わる配線部材の実施の形態を説明する。
本発明に関わる配線部材の実施の形態の第1の例を、図4、図5に基づいて説明する。
第1の例の配線部材は、上記図1に示す配線部材の製造方法により形成されるもので、エリアアレイタイプの半導体装置用の配線基板で、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザでもある。
図4(a)に断面の一部を示すように、金属板材の所定箇所に貫通孔を設けた導電性基板110の一方の面(これを第1の面とする)側に、選択めっき形成された配線部130を絶縁性層である絶縁層120、接着剤層140を介して設け、且つ、配線部130に接続し、導電性基板110の第1の面に対向する第2の面側に到達するビアホール160を配し、ビアホール160の第2の面側を端子部160Sとしている。
そして、導電性基板110の所定の貫通孔115に、貫通孔115の壁面全体を覆うよう絶縁層を設けて、電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔115を埋め、充填タイプのビアホール160を形成している。
【0032】
図4(a)や図4(b)に示すように、ほとんどのビアホール160は、貫通孔115の壁面全体を覆う絶縁層120と、導電性材(ビアホール160)とで貫通孔115を埋めるように形成されているが、特定の貫通孔115においては、図4(c)に示すように、貫通孔115の壁面全体と電気的に接続す導電性材(ビアホール160)を設け、導電性層(ビアホール160)のみで貫通孔115を埋めて、導電性基板110と特定の配線のみを電気的に接続している。
これは半導体装置を作製する際に、導電性基板110をグランドとして使用することを前提とするものである。
図4(c)に示す貫通孔の変形例としては、図4(d)のように、絶縁層120と導電性材(ビアホール)160とで貫通孔115を埋めるようにしても良い。
【0033】
配線部130は、本例では、図5(a)に示すように形成されている。
図4(a)は断面の一部を示したもので、ビアホール160と接続している配線の端子部135は2列に、図5(b)に示す接続用端子180の配列に沿い設けられている。
ここでは全体を図示していないが、四角状に2列に、二次元的に設けられている。
尚、図5(a)のA5−A6における断面が図4(a)に対応する。
【0034】
ビアホール160の端子部160Sは外部回路と接続するためのもので、前述のビアホール160と接続する配線の端子部135と同じ配列で、四角状に2列に設けられている。
【0035】
配線部130は、一般には、銅層を主材とするものが使用されるが、これに限定はされない。
複数の金属層を多層に設けても良い。
接続用端子180は半導体素子の端子(図示していない)と、接続するための端子で、各端子180は、それぞれ配線130上にめっき形成されている。
ここでは、図5(b)に示すような4辺に一列に接続用端子180を配したものを挙げているが、搭載する半導体素子の大きさ(半導体素子領域)の中に接続用端子180を格子状に配列しても良く、図5(b)に示した配列に限定されない。
本例では、半導体素子の端子と金、錫共晶にて接続するための配線130の表面に、順に、ニッケル層、錫(Sn)層を設け、錫(Sn)層を最表層としている。
導電性基板110としては、電気的特性、機械的強度、加工性、熱伝導性等から銅基板、あるいは銅基板表面にNiめっき等を施したものが使用されるが、これに限定はされない。
銅基板、あるいは銅基板表面にNiめっき等を施したものの場合、その厚さは、機械的強度の面からは0.001mm以上が好ましい。
絶縁層120としては、電気的絶縁性、化学的安定性、強度の点で優れたものが好ましいが、特に限定はされない。
絶縁層120、絶縁接着剤層140としては、図1に示す配線部材の製造方法の説明で挙げたものが用いられる。
ここでは、説明を省略する。
【0036】
本例は、このように導電性基板110を設けていることにより、全体を機械的に強固なものとし、選択めっき形成された配線部130を設けていることより、配線の高密度化、微細化に対応でき、半導体素子のますますの多端子化にも対応できるものとし、充填タイプのビアホール160を設けていることにより、その表裏の電気的導通を確実なものとしている。
【0037】
次に、本発明に関わる配線部材の実施の形態の第2の例を図6に基づいて説明する。
第2の例は、第1の例において導電性基板110の形状を変えたもので、半導体素子が搭載される領域全てが、貫通孔115Aとなっているもので、これ以外の点は、第1の例と同じで説明を省略する。
【0038】
次に、本発明に関わる配線部材の実施の形態の第3の例を図7に基づいて説明する。
第3の例は、第1の例において導電性基板110の形状を変えたもので、半導体素子搭載領域は、金属板材の金属部を吊るように残して孔開け加工されているものである。
これ以外の点は、第1の例と同じで説明を省略する。
【0039】
次に、本発明に関わる半導体装置の実施の形態の例を、図8に基づいて説明する。
図8(a)に示す第1の例は、図4に示す配線部材を用いたもので、半導体素子を配線部130の先端に設けられた接続用端子180にその端子を下側にして搭載したものである。
第1の例は、半導体素子の端子部と接続用配線180との接合を、金、錫共晶ないし金−金共晶にて行っているものである。
また、端子部(図4の160Sに相当)には、外部回路基板(マザーボード)へ接続するための半田ボール(バンプ)260を設けている。
図8(b)に示す第2の例は、第1の例と同様、図4に示す配線部材を用いたもので、半導体素子の端子部と接続用配線180との接合を半田接合により行い、チップ搭載後にアンダーフィルしたものである。
第2の例も、端子部(図4の160Sに相当)には、外部回路基板(マザーボード)へ接続するための半田ボール(バンプ)260を設けている。
図8(c)に示す第3の例は、図6に示す第2の例の配線部材を用いたもので、半導体素子の端子部と接続用配線180との接合を、金、錫共晶ないし金−金共晶にて行い、ポッティングにより樹脂封止したものである。
第3の例も、端子部(図6の160Sに相当)には、外部回路基板(マザーボード)へ接続するための半田ボール(バンプ)260を設けている。
図8(d)に示す第4の例は、図7に示す第3の例の配線部材を用いたもので、半導体素子の端子部と接続用配線180との接合を、金、錫共晶ないし金−金共晶にて行い、ポッティングにより樹脂封止したものである。
第4の例も、端子部(図7の160Sに相当)には、外部回路基板(マザーボード)へ接続するための半田ボール(バンプ)260を設けている。
【0040】
これらの半導体装置の外部端子部(図4の160Sに相当)は二次元的な配列(エリアアレイ配列)で、配線部130の配線の引きまわしも比較的簡単となるとともに、半導体素子の多端子化にも対応でき、外部回路基板(マザーボード)への実装も実用レベルで行える。
【0041】
【実施例】
更に、実施例を挙げて本発明を説明する。
(実施例1)
実施例1は、図4に示す第1の例の配線部材を、図1に示す配線部材の製造方法にて形成したもので、図1、図2、図4に基づいて説明する。
先ず、転写版(図1(a)に相当)を以下のようにして得た。
導電性のベース基板210として、0.01mm厚のステンレス板を準備し(図2(a))、ベース基板210上に、市販のフォトレジストOMR−85(東京応化工業株式会社製)をスピンコート法により膜厚約1μmに塗布し、オーブンで85°C、30分間乾燥を行った。
そして、所定のフォトマスクを用いて、露光装置P−202−G(大日本スクリーン製造株式会社製)を用いて密着露光を行った。
露光条件は30カウントとした。
その後、現像、水洗、乾燥をし、所定のパターンを有するフォトレジスト層(レジストパターン220)を形成した。(図2(b))
この後、転写版と含燐銅電極を対向させて、下記の組成の硫酸銅めっき浴中に浸漬し、直流電源の陽極に含燐銅電極を、陰極に転写版のベース基板210を接続て、電流密度2A/cm2 で24分間の通電を行い、フォトレジストデ被膜されていないベース基板210の露出面に膜厚約10μmの銅めっき膜を形成し、これを配線部130として得た。(図2(c))
(硫酸銅めっき浴の組成)
CuSo4 ・5H2 O 200g/l
2 So4 50g/l
HCl 0.15ml/l
【0042】
次いで、レジスフトパターン220を除去し、洗浄処理を施した(図2(d))後、転写版の配線部130とベース基板110の露出面を覆うように、電着により、絶縁接着層を形成した。(図2(e))
配線部130を形成した転写版を、下記のように調整したアニオン型の絶縁樹脂層用の電着液中に浸漬し、定電圧電源の陽極にベース基板210を、陰極に白金電極を接続し、150Vの電圧で5分間の電着を行い、これを150°C、5分間で乾燥、熱処理して、配線部130と露出したベース基板210面を覆うように、厚さ15μmの接着性を有する絶縁樹脂層(絶縁接着層140)を形成した。
【0043】
<ポリイミドワニスの製造>
11容量の三つ口セパラブルフラスコにステンレス製イカリ攪拌器,窒素導入管及びストップコックの付いたトラップの上に玉付き冷却管をつけた還流冷却器を取り付ける。窒素気流中を流しながら温度調整機のついたシリコーン浴中にセパラブルフラスコをつけて加熱した。反応温度は浴温で示す。
3、4、3’、4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジ無水物(以後BTDAと呼ぶ)32.22g(0.lモル)、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(m−BAPS)21.63g(0.05モル),γ−バレロラクトン1.5g(0.015モル)、ピリジン2.37g(0.03モル)、NMP(N−メチル−2−ピロリドンの略)200g、トルエン30gを加えて、窒素を通じながらシリコン浴中,室温で30分撹件(200rpm)、ついで昇温して180℃、l時間、200rpmに攪拌しながら反応させる。トルエン−水留出分15mlを除去し、空冷して、BTDA16.11g(0.05モル)、3、5ジアミノ安息香酸(以後DABzと呼ぶ)15.22g(0.1モル)、NMP119g、トルエン30gを添加し、室温で30分攪拌したのち(200rpm)、次いで昇温して180℃に加熱攪拌しトルエンー水留出分15mlを除去する。その後、トルエンー水留出分を系外に除きながら、180℃、3時間、加熱、撹拌して反応を終了した。20%ポリイミドワニスを得た。
酸当量(1個のCOOH当たりのポリマー量は1554)は70である。
<電着液の調製>
20%濃度ポリイミドワニス100gに3SN(NMP:テトラヒドロチオフェンー1、l−ジオキシド=l:3(重量)の混合溶液)150g、ベンジルアルコール75g、メチルモルホリン5.0g(中和率200%)、水30gを攪拌して水性電着液を調製する。得られた水性電着液は、ポリイミド7.4%、pH7.8、暗赤褐色透明液である。
【0044】
一方、導電性基板110は以下のようにして形成した。
厚さ0.15mmの銅材(古河電工(株)製TEC64‐T)を導電性基板を用い、その両面にレジストパターンを所定の形状に形成した後、塩化第2鉄(43ボーメ)にて両面からエッチングして貫通孔115を形成し、レジストを剥離して、必要に応じて、洗浄処理等を施して、導電性基板110を得た。(図1(b))
レジストとしては重クロム酸カリウムを感光材とするカゼインレジストを用 た。レジストの剥離は熱アルカリ液にて行った。
次いで下記組成のNiめっきを電流密度5A/dm2 、1分間施し、約1μmを該銅基板全面に施した。
(スルフアミン酸ニッケル浴の組成)
Ni(NH2 So3 2 ・6H2 0 400g/l
3 Bo3 30g/l
NiCl2 /6H2 0 15g/l
添加剤
(メルテックス株式会社製)
ナイカルPC−3 30ml/l
ニッケルグリームNAW−4 0.02ml/l
浴温度 55°C
pH 4.0
【0045】
この後、絶縁接着層140を形成した転写版(図1(a)に相当)を、絶縁接着層140形成面側を、導電性基板110に向け、位置合わせして、両者を下記の条件で圧着して密着した。(図1(c))
圧着条件 20Kg/cm2
温度 200°C
【0046】
次いで、転写版と導電性基板110とを密着させた状態のまま、導電性基板110と白金電極とを対向させ、上記の絶縁接着層140を電着形成したときに用いたのと同じ電着液中に浸漬し、定電圧電源の陽極に導電性基板110、陰極に白金電極を接続し、150Vの電圧で5分間の電着を行い、これを150°C、5分間で乾燥、熱処理して、導電性基板110の露出した面を覆うように、厚さ15μmの接着性を有する絶縁樹脂層(絶縁層120)を形成した。(図1(d))
【0047】
次いで、ポリイミドワニスからなる絶縁層120を硬化処理した後、導電性基板110の配線部を設けていない(第2の面と呼ぶ)側から、ビアホール形成用の、導電性層をめっき形成するための開口150をレーザ照射により形成した。(図1(e))
レーザは、UV−YAGレーザ(ESIジャパン株式会社製 5100)を用いた。
次いで、前述の硫酸銅めっき浴の組成を用い、同様の条件で、銅めっき層からなる導電性層を形成してビアホール160を形成した。(図1(f))
【0048】
次いで、転写版のベース基板210のみ剥離した(図1(g))後、配線部を覆うように、感光性のポリイミド層(日本ゼオン株式会社製、ZFPI5500)を塗布し、所定の製版を行い、半導体素子の端子と接続するための接続用端子部領域のみを開口させ、この部分に、錫めっきを行い接続用端子部180を形成した。(図1(h))
また、錫めっきは、無電解Snめっき液(シプレイ株式会社製、LT−34)を用い、所定の条件(70°C、3分浸漬)で、Snを最表面に析出した。
【0049】
(実施例2)
実施例2は、実施例1において、絶縁層120の形成を、印刷法により行ったものである。
印刷は、実施例1で用いた電着液を形成する際に調製したポリイミドワニスをスクリーン印刷により印刷したもので、印刷は貫通孔115を孔埋めする第1の印刷を行った後に、露出した導電性基板110の面全体を埋めるように第2の印刷を行った。 印刷後、150°C、5分間乾燥し、導電性基板110面に厚さ15μmの接着性を有する絶縁層120を得た。(図1(e))
この他は、実施例と同じで、説明を省略する。
【0050】
(実施例3)
実施例3は、実施例1において、転写版の配線部130上への絶縁接着層140の形成と、転写版と導電性基板110とを密着させた状態での、絶縁層120の形成を、印刷法により行ったものである。
印刷は、実施例1で用いた電着液を形成する際に調製したポリイミドワニスをスクリーン印刷により印刷したものである。
絶縁接着層140の形成の際の印刷は1回で、絶縁層120を形成する際の印刷は、実施例2と同様に2回に分けて行った。
この他は、実施例と同じで、説明を省略する。
【0051】
(実施例4)
実施例4は、実施例3において、絶縁接着剤層140を印刷法により形成せず、導電性基板110と転写版とを位置合わせし、両者間に絶縁性接着フィルム(新日鐵株式会社製、エスパネックスSPB−035A)を下記の条件にし圧着して密着した。
圧着条件 20Kg/cm2
温度 200°C
この他は、実施例3と同様で、ここでは説明を省略する。
【0052】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材、あるいは半導体装置形成用の配線部材で、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れた配線部材を製造するための、配線部材の製造方法の提供を可能とした。
特に、高密度、微細配線が可能で、且つ、電気特性の面でも優れたエリアアレイタイプの半導体装置を作製することができる配線部材の製造方法の提供を可能とした。
これにより、多端子の半導体素子のプリント回路基板(マザーボード)への搭載を実用レベルで可能とし、益々の高密度実装に対応できるものとした。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の配線部材の製造方法の実施の形態の1例の工程図
【図2】 絶縁接着層の形成を説明するための断面図
【図3】 絶縁層の形成を説明するための断面図
【図4】 図4(a)は、本発明に関わる配線部材の実施の形態の第1の例の一部を示した断面図で、図4(b)は図4(a)のA1−A2における断面の一部を示した図で、図4(c)、図4(d)は特定の貫通孔の形状を示した図である。
【図5】 図5(a)は図4(a)のA3−A4における断面の一部を示した図で、図5(b)は図4(a)をA0側からみた半導体素子との接続用端子部の配列を示した図である。
【図6】 図6(a)は、本発明に関わる配線部材の実施の形態の第2の例の一部を示した断面図で、図6(b)は図6(a)のB1−B2における断面の一部を示した図である。
【図7】 図7(a)は、本発明に関わる配線部材の実施の形態の第3の例の一部を示した断面図で、図7(b)は図7(a)のC1−C2における断面の一部を示した図である。
【図8】 本発明に関わる半導体装置の実施の形態例を示した図
【符号の説明】
110 導電性基板
115 貫通孔
120、121、122 絶縁層
130 配線(部)
135 ビアホール形成用端子(ビアホール接続用端子)
140 接着剤層(絶縁接着層とも言う)
150 開口部
160 ビアホール(導電性材)
160S 端子部
170 保護層(OP層)
180 接続用端子部
210 ベース基板(導電性基板)
220 レジストパターン
250 半導体素子
251 端子部(パッド)
252 半田 パッド
260 半田ボール
270 アンダーフィル
280 封止用樹脂(ポッティング樹脂)

Claims (13)

  1. 半導体素子をプリント回路基板に搭載するためのインターポーザ用の配線部材、あるいは半導体装置形成用の配線部材で、金属板材の所定箇所に貫通孔を設けた導電性基板の第1の面側に、選択めっき形成された配線部を絶縁接着層を介して設け、前記配線部に接続し、導電性基板の第2の面側に到達するビアホールを配設し、ビアホールの第2の面側を端子部としており、且つ、少なくとも、導電性基板の所定の貫通孔に、貫通孔の壁面全体を覆うよう絶縁層を設けて、電解めっきにより形成された導電性材で貫通孔を埋める充填タイプのビアホールを有する配線部材を、製造するための、配線部材の製造方法であって、(a)金属板材にビアホールを形成するための貫通孔を設けて導電性基板を形成する導電性基板形成工程と、(b)少なくとも一面が導電性を有する基材をベース基材とし、該ベース基板の導電性を有する一面上に、ビアホール形成用の端子を含み、配線部を選択めっき形成して、転写版を形成する転写版形成工程とを行った後、順次、(c)転写版の配線部を設けた側を導電性基板に向け、転写版と前記導電性基板とを位置合わせし、絶縁接着層を介して両者を密着させる密着工程と、(d)密着工程により転写版と導電性基板とを密着している状態で、導電性基板の露出部分を覆い、且つ、貫通孔を埋めるように、絶縁層を設ける絶縁層形成工程と、(e)ビアホールを形成するための貫通孔の絶縁層、および絶縁接着層を、導電性基板の第1の面に対向する第2の面側から、少なくとも所定の貫通の壁面全部に絶縁層が覆われた状態で、且つ、配線部の端子が露出するように除去して、開口を設ける開口形成工程と、(f)開口形成工程により露出した配線部の端子に導電性材を電解めっきにより形成して、開口を埋めた充填タイプのビアホールを形成する電解めっき工程と、(g)ベース基材のみを剥離して、配線部をベース基板から導電性基板側に転写形成する、ベース基材剥離工程とを行うことを特徴とする配線部材の製造方法。
  2. 請求項1において、絶縁層形成工程が、電着により絶縁層を形成するものであることを特徴とする配線部材の製造方法。
  3. 請求項2において、絶縁層を設けるための電着は、イオン性基を含有するポリイミド樹脂と、該ポリイミド樹脂を溶解可能な有機溶剤、水、前記イオン性基と極性が異なるイオン性化合物からなる電着塗料組成物にて、電着を行うものであることを特徴とする配線部材の製造方法。
  4. 請求項1において、絶縁層形成工程が、印刷法により絶縁層を形成するものであることを特徴とする配線部材の製造方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項において、転写版と導電性基板とを密着する際、絶縁接着層を、転写版の配線部を設けた側の面に設けた後に、密着を行うものであることを特徴とする配線部材の製造方法。
  6. 請求項5における絶縁接着層の形成は、電着により形成するものであることを特徴とする配線部材の製造方法。
  7. 請求項1ないし4のいずれか1項において、転写版と導電性基板とを密着する際、絶縁接着層を、導電性基板側に設けた後に、密着を行うものであることを特徴とする配線部材の製造方法。
  8. 請求項1ないし5のいずれか1項、あるいは請求項7において、絶縁接着層として、絶縁性且つ接着性を有するフィルムを用いることを特徴とする配線部材の製造方法。
  9. 請求項1ないし8のいずれか1項において、開口形成工程では、特定の貫通孔については、壁面の一部を絶縁層から露出するように開口を設けておき、且つ、充填タイプのビアホールを形成する電解めっき工程で、前記特定の貫通孔の壁面で導電性基板に電気的に接続するようにビアホールを形成することを特徴とする配線部材の製造方法。
  10. 請求項1ないし9のいずれか1項において、ベース基材剥離工程の後に、転写された配線部の所定の部分にのみ端子めっきを施すことを特徴とする配線部材の製造方法。
  11. 請求項10において、端子めっきとして最表面に無電解Snめっきを施すことを特徴とする配線部材の製造方法。
  12. 請求項1ないし10のいずれか1項において、導電性基板が、銅基板あるいは銅基板表面にめっき処理を施したものであることを特徴とする配線部材の製造方法。
  13. 請求項1ないし12のいずれか1項において、導電性基板の半導体素子搭載領域全てが、貫通孔となっていることを特徴とする配線部材の製造方法。
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