JP4661359B2

JP4661359B2 - 半田印刷方法、半導体装置の製造方法及び基板

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Publication number: JP4661359B2
Application number: JP2005150588A
Authority: JP
Inventors: 広明稲田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: JP2006332159A

Description

本発明は、半田印刷方法及び、半導体装置の製造方法に関し、特に、バイアホール内でのボイドの発生を低減できるようにしたものである。

従来から、レーザで穴あけした基材を複数枚重ね合わせることによって形成される配線基板として、ビルドアップ基板が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。ビルドアップ基板は、基板内部に複数の配線層（以下、「内層」という。）を有し、バイアホール（ＶｉａＨｏｌｅ）を介して上下方向に内層同士がそれぞれ導通した構造となっている。

また、最近では、ビルドアップ基板の中でも、基板表面のパッドをその直下の内層に直接導通させた凹状バイアホール（「コンフォーマルバイア」：ＣｏｎｆｏｒｍａｌＶｉａとも呼ばれる。）が増えてきている。この凹状バイアホールによれば、パッドを引き出すためのスペースが基板表面に無い場合でも、パッドを内層に落として引き出すことができるので、配線の引き回しが楽であり、実装の高密度化に有利である。

このような凹状バイアホールをＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ），ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）等に対する実装用のパッドとして用いる場合には、凹状バイアホール内のパッド上に接続部を形成する。そして、形成した接続部上にＢＧＡ，ＣＳＰ等のボール電極を接合する。接続部の形成は、半田印刷により行う。
即ち、図４（Ａ）に示すように、まず始めに、ソルダーレジスト９１下から露出したパッド９２の径に合わせたマスク９３をビルドアップ基板２００の上方にセットする。次に、マスク９３の上面にクリーム状の半田（はんだ）を供給し、スキージ（図示せず）をマスク９３の上面で移動させる。これにより、マスク９３の貫通した開口部を通してパッド９２上に半田が塗布される。その後、マスク９３をソルダーレジスト９１上から取り除いて、半田の印刷工程を終了する。このような印刷工程によって、図４（Ｂ）に示すように、凹状バイアホール内のパッド９２上に半田からなる接続部９９を完成させる。
特開平１０−２７０８５６号公報特開２００１−２３０５３１号公報

ところで、従来の半田印刷方法では、凹状バイアホール内にクリーム状の半田が十分に入り込まず、空気が残ってしまう（即ち、半田を充填した後の凹状バイアホール内でボイドＢが発生してしまう）ことがあった。凹状バイアホール内でボイドＢが発生してしまうと、パッド９２と接続部９９との間で接合強度が十分に保持されないおそれがある。さらに、接続部９９に高熱が加えられると、ボイドＢが膨張して接続部９９が断線してしまうおそれもある。

そこで、本発明は、このような解決すべき課題に着目してなされたものであって、バイアホール内でのボイドの発生を低減できるようにした半田印刷方法及び、半導体装置の製造方法の提供を目的とする。

〔発明１〕上記目的を達成するために、発明１の半田印刷方法は、基板表面から内層に至るバイアホール内と当該バイアホールの開口面の周辺とを含むパッド領域に第１および第２の半田を印刷する方法であって、前記開口面の周辺の少なくとも一部をマスクで覆った状態で前記パッド領域に前記第１の半田を塗布して、前記バイアホール内に前記半田を埋め込む第１工程と、前記第１工程の後で、前記開口面の周辺のうちの少なくとも前記マスクで覆われていた部分に前記半田を塗布する第２工程と、を含み、
前記第１の半田が第１の半田粒子を含み、前記第２の半田が前記第１の半田粒子の粒径よりも大きい粒径を有する第２の半田粒子を有する、ことを特徴とするものである。

このような構成であれば、バイアホール内に半田を埋め込む際に、その開口面の周辺の少なくとも一部は半田の付着が防止されるので、バイアホール内から外への空気の逃げ道が確保される。従って、バイアホール内にクリーム状の半田を隙間無く埋め込むことが容易であり、ボイドの発生を低減することができる。

〔発明２〕発明２の半田印刷方法は、発明１の半田印刷方法において、前記マスクは、前記バイアホールの開口面の周辺全体を覆った状態で前記バイアホールと重なり合う位置だけに貫通穴を有する、ことを特徴とするものである。
このような構成であれば、バイアホールの開口面の周辺全体が空気の逃げ道となるので、バイアホール内でのボイドの発生をさらに低減することができる。

〔発明３〕発明３の半田印刷方法は、発明２の半田印刷方法において、前記貫通穴の径は、前記バイアホールの開口面の径と一致していることを特徴とするものである。
このような構成であれば、バイアホール内へ半田を効率良く供給することができる。

〔発明４〕発明４の半田印刷方法は、発明１から発明３の何れか一の半田印刷方法において、前記マスクを第１マスクとしたとき、前記第２工程では、前記パッド領域以外の前記基板表面を第２マスクで覆った状態で、前記バイアホールの開口面の周辺に前記第２の半田を塗布することを特徴とするものである。
このような構成であれば、パッド領域以外の基板表面への半田の付着を防止することができる。

〔発明５〕発明５の半田印刷方法は、発明４の半田印刷方法において、前記第２マスクは、前記パッド領域以外の前記基板表面を覆った状態で、前記パッド領域と重なり合う位置に貫通した開口部を有し、前記開口部の径は、前記パッド領域の径と一致していることを特徴とするものである。
このような構成であれば、パッド領域全体に半田を印刷することができる。

〔発明６〕発明６の半導体装置の製造方法は、発明１から発明５の何れか一の半田印刷方法によって前記パッド領域に前記第２の半田を印刷した後で、前記第２の半田が印刷された前記パッド領域に半導体素子の電極部を接合することを特徴とするものである。
このような構成であれば、バイアホール内でのボイドの発生を低減することができる。従って、パッド領域と半田との接合強度を十分に保持することができ、パッド領域と半導体素子の電極部との間で電気的接続の信頼性を高めることができる。

本発明は、凹状バイアホール（コンフォーマルバイア）内とその開口面の周辺とを含むパッド領域にクリーム状の半田を印刷する半田印刷方法及び、当該半田印刷方法を応用した半導体装置の製造方法に適用して極めて好適である。
また、本発明は、配線層と、バイアホールを有する絶縁性の基材と、バッドと、第１の半田粒子と第２の半田粒子とを有する接続部と、を含み、前記パッドが前記バイアホールの内壁面と、前記バイアホールの底面と、および前記バイアホールの開口面の周辺とに位置し、前記バイアホールの底面が前記配線層の表面であり、前記第１の半田粒子が前記バイアホール内に位置し、前記第２の半田粒子が前記バイアホールの開口面の周辺に位置し、前記第２の半田粒子が前記第１の半田粒子の粒径よりも大きい粒径を有する、ことを特徴とする基板であってもよい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本発明の実施形態に係る半田の印刷方法を示す工程図である。図１（Ａ）に示すように、半田が印刷されるビルドアップ基板１００は、例えば、絶縁性の基板１と、この基板１上に設けられた配線層（以下、「内層」という。）３と、内層３を基板１との間で挟むようにして基板１上に設けられた絶縁性の基材５と、この基材５に設けられた凹状バイアホール（以下、単に「バイアホール」という。）Ｈと、このバイアホールＨ内と、その開口面の周辺とを含む領域に設けられたパッド１１と、このパッド１１の周辺部と、パッド１１以外の基材５表面とを覆うソルダーレジスト２１とを含んだ構成となっている。

基板１は、レーザで穴あけした基材を複数枚重ね合わせて形成したものである。基板１及び基材５は、例えばアラミド不繊布基材で構成されている。また、図１（Ａ）に示すように、バイアホールＨの底面は内層３の表面となっており、この底面である内層３の表面及びバイアホールＨの内壁面はパッド１１で覆われている。つまり、パッド１１は、その直下にある内層３に落とされ、この内層３によって水平方向へ引き出されている。このようなビルドアップ基板のパッド１１上にＢＧＡ等のボール電極を接合する場合には、予めパッド１１上に半田を印刷して接続部を形成する。

即ち、まず始めに、図１（Ｂ）に示すように、ソルダーレジスト２１上に半田印刷用の第１のマスクＭ１を配置し、その貫通穴をバイアホールＨに重ねあわせる。このマスクＭ１の配置によって、バイアホールＨ以外のパッド１１上及びソルダーレジスト２１上は覆われ、半田の付着が防止される。図１（Ｂ）に示すように、このマスクＭ１の貫通穴ｈ１の径は、バイアホールＨの開口面の径とほぼ同じであり、貫通穴ｈ１を通った半田は、その大部分が開口面の周辺に付着することなくそのままバイアホールＨ内へ入るようになっている。

次に、マスクＭ１上にスキージ等（図示せず）を配置し、クリーム状の半田をマスクＭ１上に供給すると共に、スキージをマスクＭ１上で移動させる。ここで、クリーム状の半田とは、例えば、半田粒子とフラックスと溶剤とが混ざってクリーム状になったものである。このマスクＭ１を用いた半田印刷工程（以下、単に「第１印刷工程」という。）では、クリーム状の半田をバイアホールＨ内にできるだけ隙間無く埋め込むことを目的に、半田粒子の粒径が小さいタイプのものを選んで使用する。例えば、この第１印刷工程では、クリーム状の半田として、半田粒子の粒径（粒の直径）が１５〜２５［μｍ］程度のタイプのものを使用する。

図１（Ｂ）において、マスクＭ１上に供給されたクリーム状の半田は、スキージの移動によって、貫通穴ｈ１を通ってマスクＭ１下に供給され、図１（Ｃ）に示すように、バイアホール内に埋め込まれる。ここで、バイアホールの開口面の周辺はその上方がマスクＭ１で覆われており、それゆえ、この部分には半田は多く付着しない。つまり、バイアホールの開口面の周辺に、バイアホール内から外への空気の逃げ道が確保されている。従って、バイアホール内の空気をその外へ効率良く逃がしつつ、バイアホール内に半田Ｓ１を埋め込むことができる。バイアホール内に半田Ｓ１を充填した後で、図１（Ｄ）に示すように、ソルダーレジスト２１上からマスクを取り去る。

次に、図２（Ａ）に示すように、ソルダーレジスト２１上に半田印刷用の第２のマスクＭ２を配置し、その貫通穴（即ち、貫通した開口部）ｈ２をソルダーレジスト２１下から露出したパッド１１に重ねあわせる。このようなマスクＭ２の配置によって、ソルダーレジスト２１上は覆われ、半田の付着が防止される。図２（Ａ）に示すように、このマスクＭ２の貫通穴ｈ２の径は、ソルダーレジスト２１下から露出したパッド１１の径とほぼ同じであり、貫通穴ｈ２を通った半田はそのままパッド１１上に供給されるようになっている。

次に、マスクＭ２上にスキージ等（図示せず）を配置し、クリーム状の半田をマスクＭ２上に供給すると共に、スキージをマスクＭ２上で移動させる。このマスクＭ２を用いた半田印刷工程（以下、単に「第２印刷工程」という。）では、マスクＭ１を用いた第１印刷工程と比べて、半田粒子の粒径が多少大きいものを使用する。例えば、この第２印刷工程では、クリーム状の半田として、半田粒子の粒径（粒の直径）が２５〜４０［μｍ］程度のタイプのものを使用する。

スキージの移動によって、マスクＭ２上に供給されたクリーム状の半田は、貫通穴ｈ２を通ってマスクＭ２下に供給される。そして、図２（Ｂ）に示すように、ソルダーレジスト２１下から露出したパッド１１上に、半田Ｓ２が厚く塗布され、半田Ｓ１及び半田Ｓ２とからなる接続部３０が完成する。その後、図２（Ｃ）に示すように、ソルダーレジスト２１上からマスクＭ２を取り去ることで、半田印刷工程を終了する。

半田印刷工程を終了した後は、図３に示すように、接続部３０上に半導体素子（例えば、ＢＧＡ等）のボール電極７０を重ねあわせ、加熱して、ボール電極７０と接続部７０とを溶融させる。これにより、パッド１１とボール電極７０とを接合する。
このように、本発明の実施形態に係る半田印刷方法によれば、バイアホールＨ内にクリーム状の半田Ｓ１を埋め込む際に、その開口面の周辺全てにおいて半田Ｓ１の付着が防止されるので、バイアホールＨ内から外への空気の逃げ道が確保される。従って、バイアホールＨ内にクリーム状の半田Ｓ１を隙間無く埋め込むことが容易であり、ボイドの発生を低減することができる。

これにより、パッド１１と接続部３０との接合強度を十分に保持することができ、パッド１１とボール電極７０との間で電気的接続の信頼性を高めることができる。また、ボイドの発生を低減することができるので、ボイドの膨張による接続部３０の破裂を防止することができる。
この実施形態では、ビルドアップ基板１００が発明１〜６の「基板」に対応し、内層３が発明１〜６の「内層」に対応している。また、ソルダーレジスト２１下から露出したパッド１１が発明１〜６の「パッド領域」に対応している。さらに、マスクＭ１が発明１〜６の「（第１）マスク」に対応し、マスクＭ２が発明４〜６の「第２マスク」に対応している。また、貫通穴ｈ１が発明２〜６の「貫通穴」に対応し、貫通穴ｈ２が発明５，６の「貫通した開口部」に対応している。さらに、ボール電極７０が発明６の「半導体素子の電極部」に対応している。

なお、この実施形態では、第１印刷工程で使用するクリーム状の半田として、半田粒子の粒径が小さいタイプのものを選択する場合について説明した。しかしながら、第１印刷工程で使用する半田は粒径が小さいタイプのものに限定する必要はない。第１印刷工程で使用する半田は、粒径が小さなタイプのものが望ましい、ということである。
例えば、第１印刷工程で使用する半田として、半田粒子の粒径が多少大きめのタイプのものを選択しても良い。この場合でも、バイアホールＨの開口面の周辺には空気の逃げ道が確保されているので、バイアホールＨ内にクリーム状の半田を隙間無く埋め込むことが可能である。

実施形態に係る半田の印刷方法を示す図（その１）。実施形態に係る半田の印刷方法を示す図（その２）。半導体装置の製造方法を示す図。従来例を示す図。

符号の説明

１基板、３内層、５基材、１１パッド、２１ソルダーレジスト、３０接続部、１００ビルドアップ基板、Ｈバイアホール、ｈ，ｈ１，ｈ２貫通穴、Ｍ１，Ｍ２マスク、Ｓ１，Ｓ２半田

Claims

基板表面から内層に至るバイアホール内と当該バイアホールの開口面の周辺とを含むパッド領域に第１および第２の半田を印刷する方法であって、
前記開口面の周辺の少なくとも一部をマスクで覆った状態で前記パッド領域に前記第１の半田を塗布して、前記バイアホール内に前記第１の半田を埋め込む第１工程と、
前記第１工程の後で、前記開口面の周辺のうちの少なくとも前記マスクで覆われていた部分に前記第２の半田を塗布する第２工程と、を含み、
前記第１の半田が第１の半田粒子を含み、前記第２の半田が前記第１の半田粒子の粒径よりも大きい粒径を有する第２の半田粒子を有する、ことを特徴とする半田印刷方法。
前記マスクは、前記バイアホールの開口面の周辺全体を覆った状態で前記バイアホールと重なり合う位置だけに貫通穴を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の半田印刷方法。
前記貫通穴の径は、前記バイアホールの開口面の径と一致していることを特徴とする請求項２に記載の半田印刷方法。
前記マスクを第１マスクとしたとき、
前記第２工程では、前記パッド領域以外の前記基板表面を第２マスクで覆った状態で、前記バイアホールの開口面の周辺に前記第２の半田を塗布することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の半田印刷方法。
前記第２マスクは、前記パッド領域以外の前記基板表面を覆った状態で、前記パッド領域と重なり合う位置に貫通した開口部を有し、
前記開口部の径は、前記パッド領域の径と一致していることを特徴とする請求項４に記載の半田印刷方法。
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の半田印刷方法によって前記パッド領域に前記第２の半田を印刷した後で、前記第２の半田が印刷された前記パッド領域に半導体素子の電極部を接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
配線層と、
バイアホールを有する絶縁性の基材と、
パッドと、
第１の半田粒子と第２の半田粒子とを有する接続部と、を含み、
前記パッドが前記バイアホールの内壁面と、前記バイアホールの底面と、および前記バイアホールの開口面の周辺とに位置し、前記バイアホールの底面が前記配線層の表面であり、前記第１の半田粒子が前記バイアホール内に位置し、前記第２の半田粒子が前記バイアホールの開口面の周辺に位置し、前記第２の半田粒子が前記第１の半田粒子の粒径よりも大きい粒径を有する、ことを特徴とする基板。