JP4835629B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半田を用いてフリップチップ実装する際に使用されるチップキャリア及び半導体装置の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a chip carrier and a semiconductor device used when flip-chip mounting is performed using solder.
従来の半田フリップチップ実装タイプの半導体装置では、ICチップの実装時に半田が配線基板の配線層をつたって濡れ広がったり、余剰な半田があふれて隣接のICチップパッドとショートするのを防ぐために、ソルダーレジストと呼ばれる絶縁樹脂層を最外層に設けている。このソルダーレジストにて配線層の大部分が覆われ、実装に必要なパッドだけが外部に露出する構造になっている。このためパッドはソルダーレジストよりも内側で、ソルダーレジスト面よりも低い位置に位置することになり、ICチップのパッドからは離れてくる。 In a conventional solder flip chip mounting type semiconductor device, in order to prevent the solder from spreading over the wiring layer of the wiring board when the IC chip is mounted, or excessive solder overflowing and shorting with the adjacent IC chip pad, An insulating resin layer called a solder resist is provided on the outermost layer. This solder resist covers most of the wiring layer, and only the pads necessary for mounting are exposed to the outside. For this reason, the pad is located inside the solder resist and at a position lower than the solder resist surface, and is separated from the pad of the IC chip.
そのためソルダーレジストに囲まれたチップキャリアのパッドに半田バンプを形成してICチップのパッドと接合しやすくする。この半田バンプはソルダーレジストのパッド部の開口半径及びレジスト厚が一定で、且つ半田供給量が一定であれば、半田バンプの高さを制御でき、高い接合信頼性を保持することができる。 Therefore, solder bumps are formed on the pads of the chip carrier surrounded by the solder resist to facilitate bonding to the IC chip pads. If the solder bump has a constant opening radius and a resist thickness of the solder resist pad and a constant supply amount of solder, the height of the solder bump can be controlled and high bonding reliability can be maintained.
しかし、実際は工程バラツキがあるため、チップキャリアの半田バンプの高さはバラツイてくる。その結果ICチップのパッドとチップキャリアの半田バンプの間で接合しない箇所が生じる。ソルダーレジストがチップキャリアの配線層とICチップパッドとの間に介在することにより、チップキャリアの半田バンプとICチップパッドとの間にあるギャップができることになり、距離が離れてしまうためにICチップ側のパッドに、金や半田などを使ってバンプを形成してやる必要がある。 However, since there are actually process variations, the heights of the solder bumps on the chip carrier vary. As a result, there is a portion that is not joined between the IC chip pad and the solder bump of the chip carrier. Since the solder resist is interposed between the wiring layer of the chip carrier and the IC chip pad, a gap is formed between the solder bump of the chip carrier and the IC chip pad, and the distance is increased. It is necessary to form bumps on the side pads using gold or solder.
ICチップに形成されるバンプにはある程度の高さ精度が要求され、現在多く用いられている湿式のメッキ法ではバンプ形成の工程が追加されることによってICチップの歩留まりが著しく低下するという問題がある。 The bumps formed on the IC chip are required to have a certain level of accuracy, and the wet plating method that is currently widely used has a problem that the yield of the IC chip is remarkably reduced due to the additional bump formation step. is there.
また、ICチップはプリント基板やチップキャリア等と比較して高価な設備を駆使して製造されているため、設備の稼働率がICチップの製造コストに大きく影響してくる。そのためICチップにバンプを形成することはICチップの歩留まりを低下させることになり、半導体メーカにとっては非常に大きな負担となる。このことからICチップのバンプ形成の工程はできることなら省略して出荷したい。 Further, since the IC chip is manufactured by making use of expensive equipment as compared with a printed circuit board or a chip carrier, the operating rate of the equipment greatly affects the manufacturing cost of the IC chip. For this reason, forming bumps on the IC chip reduces the yield of the IC chip, which is a very heavy burden for the semiconductor manufacturer. For this reason, if possible, the IC chip bump formation process should be omitted before shipping.
よって、バンプはICチップ側に形成するよりも、チップキャリアに形成した方が、より高付加価値部品であるICチップの歩留まり向上に寄与し、工程短縮による製造リスクの低減等のメリットが期待できる。 Therefore, bumps are formed on the chip carrier rather than on the IC chip side, which contributes to improving the yield of IC chips, which are higher value-added components, and can be expected to have advantages such as a reduction in manufacturing risk due to process shortening. .
しかし、現状のチップキャリアの製造工法では、内層から外層にむかって層状に積み上げていくか、もしくはプレス積層して最後にソルダーレジストを形成するような工法をとっているため、ソルダーレジストからパッドが突出した構成にすることは困難であった。 However, the current chip carrier manufacturing method uses a method of stacking in layers from the inner layer to the outer layer, or press laminating to form a solder resist at the end. Protruding configuration was difficult.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、チップキャリアの配線層とバンプ形成面を分離することによりICチップ実装後の高い接合信頼性が得られるチップキャリア及び半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a chip carrier and a semiconductor device that can obtain high bonding reliability after mounting an IC chip by separating a wiring layer and a bump forming surface of the chip carrier. Objective.
上記問題を解決するために、請求項1においては、
以下の工程を有する製造方法にて得られるチップキャリアを用いて、ICチップのパッドとチップキャリアのバンプを接合して半田フリップチップ実装することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
(a)金属板(11)上にスペーサー層(12)及び絶縁基板(13)を形成する工程。
(b)スペーサー層(12)及び絶縁基板(13)の所定位置に開口部(14)を形成する工程。
(c)開口部(14)に電解めっきにより所定厚の接合ろう(15)を形成する工程。
(d)接合ろう(15)が形成された開口部(14)の残部に電解めっきにより電極パッド(16)を形成する工程。
(e)電極パッド(16)及び絶縁基板(13)上に配線層(17)及び(19)からなる多層配線を形成する工程。
(f)金属板(11)及びスペーサー層(12)を剥離除去してチップキャリア(10)を形成する工程。
In order to solve the above problem, in claim 1,
Provided is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a chip carrier obtained by a manufacturing method having the following steps is used to bond a chip chip pad and a bump of a chip carrier and to perform solder flip chip mounting.
(A) A step of forming a spacer layer (12) and an insulating substrate (13) on the metal plate (11).
(B) A step of forming openings (14) at predetermined positions of the spacer layer (12) and the insulating substrate (13).
(C) A step of forming a joining braze (15) having a predetermined thickness in the opening (14) by electrolytic plating.
(D) A step of forming an electrode pad (16) by electrolytic plating on the remaining part of the opening (14) in which the bonding braze (15) is formed.
(E) A step of forming a multilayer wiring composed of wiring layers (17) and (19) on the electrode pad (16) and the insulating substrate (13).
(F) A step of peeling and removing the metal plate (11) and the spacer layer (12) to form the chip carrier (10).
本発明のチップキャリアは絶縁基板の片面に接合ろう及び電極パッドからなるバンプを、もう一方の面に配線層を形成しているため、ソルダーレジストの役目を絶縁基板に持たせることができ、ソルダーレジストの形成工程を省略できる。
さらに、本発明の製造方法でバンプを形成すると、接合ろうの厚みを精度良く形成できるとともに、実装条件にあった接合ろう(材料配合及び厚み)を設定でき、且つ絶縁基板上に均一な高さのバンプを形成できる。
さらに、本発明のチップキャリアを用いて半田フリップチップ実装した場合高い接合信頼性を有する半導体装置を実現することができる。
これにより、実装信頼性の高い半導体装置を提供でき、半導体パッケージ分野において優れた実用上の効果を発揮できる。
Since the chip carrier of the present invention has a solder layer and bumps made of electrode pads on one side of an insulating substrate and a wiring layer on the other side, the insulating substrate can have the role of a solder resist. The resist formation step can be omitted.
Further, when the bump is formed by the manufacturing method of the present invention, the thickness of the joining brazing can be formed with high accuracy, and the joining brazing (material composition and thickness) suitable for the mounting conditions can be set and the uniform height on the insulating substrate. Bumps can be formed.
Furthermore, a semiconductor device having high bonding reliability can be realized when solder flip chip mounting is performed using the chip carrier of the present invention.
Thereby, a semiconductor device with high mounting reliability can be provided, and excellent practical effects can be exhibited in the semiconductor package field.
以下本発明の実施の形態につき説明する。
図1(a)に本発明のチップキャリアの一実施例を示す模式斜視図を、図1(b)に図1(a)の本発明のチップキャリアの一実施例を示す斜視図をA−A線で切断した構成断面図を、図2(a)〜(f)に本発明のチップキャリアの一実施例を工程順に示す構成断面図を、図3(a)に本発明のチップキャリアを用いてICチップを半田フリップチップ実装した本発明の半導体装置の一実施例を示す模式斜視図を、図3(b)に本発明の半導体装置の一実施例を示す模式斜視図をB−B線で切断した模式構成断面図を、それぞれ示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1A is a schematic perspective view showing one embodiment of the chip carrier of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view showing one embodiment of the chip carrier of the present invention shown in FIG. A sectional view taken along line A, FIGS. 2A to 2F are sectional views showing one embodiment of the chip carrier of the present invention in the order of steps, and FIG. 3A shows the chip carrier of the present invention. FIG. 3B is a schematic perspective view showing an embodiment of the semiconductor device of the present invention in which an IC chip is solder flip-chip mounted, and FIG. 3B is a schematic perspective view showing an embodiment of the semiconductor device of the present invention. A schematic configuration cross-sectional view cut along a line is shown.
本発明のチップキャリア10は図1(a)及び(b)に示すように絶縁基板13の片面に電極パッド16と接合ろう15からなるバンプ21が、もう一方の面に配線層17及び配線層19からなる多層配線を形成したものである。
さらに、チップキャリア10上にICチップ31を半田フリップチップ実装して本発明の半導体装置30を得る。
バンプ21は電極パッド16の一部が絶縁基板13に埋め込まれた形で形成されており、この絶縁基板13がソルダーレジストを兼ねているため、従来のチップキャリアのようにバンプの周辺にソルダーレジストを形成する必要がなく、バンプ21の絶縁基板13の表面からの高さは後の製造工程で述べるスペーサ層の厚み及び接合ろう16の高さで決まり、両者を精度良く形成してやれば、バンプ21の高さは精度良く形成できるので、ICチップ31を半田フリップチップ実装する際にもICチップ31のパッド32とチップキャリア10のバンプ21との高い接合信頼性を実現することができる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
Further, the
The
以下本発明のチップキャリア10の形成法について述べる。
まず、金属基板11上にスペーサ層12及び絶縁基板13を形成する(図2(a)参照)。
ここで、金属基板11は導電性を有する金属であれば使用可能であるが、ここでは製造プロセス上ステンレス板が好ましい。スペーサ層12は接合ろう15及び電極パッド16を電解めっきで形成するために使用されるもので、絶縁性を有する樹脂であれば使用可能であるが、後工程で最終的に剥離・除去されるため、電解めっきプロセスには充分な耐性を有し、且つ剥離処理が容易な液状の感光性レジスト又はドライフィルムレジストが好適である。また、スペーサ層12の厚みは絶縁基板13の面からのバンプ21の高さを決めることになるので均一な厚みバラツキのない層を形成してやる必要がある。さらに、絶縁基板13の面からのバンプ21の高さは5〜200μmがで、好ましくは40〜100μmである。
Hereinafter, a method for forming the
First, the
Here, the
絶縁基板13はチップキャリア10の絶縁基板になるもので、絶縁性、耐熱性及び機械的強度が求められ、ポリイミドフィルムが好適である。また絶縁基板13はフィルムのほかに液状樹脂を硬化させて使用してもよい。この場合ポリエステル、エポキシ、アクリル及びポリイミド樹脂等が使用可能であるが、やはりポリイミド樹脂が好適である。
The
次に、スペーサ層12及び絶縁基板13に電極パッド16及び接合ろう15からなるバンプ21を形成するための開口部14をエキシマレーザ加工にて形成する(図2(b)参照)。
開口部14の形状は円柱もしくは円錐台形状が一般的である。
Next, the
The shape of the
次に、金属基板11をめっき電極にして電解めっきにて開口部14に接合ろう15を形成する(図2(c)参照)。
接合ろう15の金属材料としては、湿式メッキ法にて形成可能で、且つ実装時の加熱温度で溶融してICチップのパッドとの接合が完了する金属が望ましい。
ここでは鉛−錫半田が好適である。
Next, a
The metal material of the
Here, lead-tin solder is suitable.
次に、金属基板11をめっき電極にして電解めっきにて開口部14の接合ろう15上に電極パッド16を形成する(図2(d)参照)。
電極パッド16の金属材料としては電気抵抗が低い銅及び銅合金がもっとも適している。さらに、配線層が銅金属で形成されるため配線層との接続信頼性の点からも好都合である。また、電極パッド16は電解めっき法の他にスクリーン印刷による金属ペースト充填法や高速無電解めっき法でも形成可能である。
Next, an
As the metal material of the
次に、電極パッド16にアディティブ法若しくはセミアディティブ法にて配線層17を形成する。さらに、絶縁層18を形成して、絶縁層18上にアディティブ法若しくはセミアディティブ法にて配線層17とビア接続された配線層19を形成し、2層の多層配線を形成する(図2(e)参照)。
ここでは、2層の多層配線について記述したが特に限定されるものではなく、単層若しくは2層以上の多層配線を必要に応じて適宜設定できる。
Next, the
Here, two layers of multilayer wiring have been described, but there is no particular limitation, and a single layer or two or more layers of multilayer wiring can be set as appropriate.
次に、接合ろう15、電極パッド16、配線層17及び配線層19が形成された上記基板を専用の剥離液に浸漬し、金属基板11及びスペーサ層12を剥離・除去して、絶縁基板13の片面に接合ろう15及び電極パッド16からなるバンプ21が、もう一方の面に配線層17及び配線層19からなる多層配線が形成された本発明のチップキャリア10を作製することができる(図2(f)参照)。
Next, the substrate on which the
さらに、ICチップ31のパッド32とチップキャリア10のバンプ31を接合して半田フリップチップ実装することにより半導体装置30を得ることができる(図3(a)、(b)参照)。
Furthermore, the
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
まず、0.3mm厚のステンレス板からなる金属基板11上に25μm厚のドライフィルムレジスト(H−K825:日立化成工業(株)製)をラミネートしてスペーサ層12を形成し、このスペーサ層12を接着層として、90μm厚のポリイミドフィルム(カプトン:デュポン(株)製)をラミネートして絶縁基板13を形成した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
First, a
次に、金属基板11上のスペーサ層12及び絶縁基板13の所定位置にエキシマレーザ加工機を用いて40μmφの円錐台状の開口部14を形成した。
Next, an
次に、金属基板11をめっき電極にして、電解はんだめっきを行い開口部14に15μm厚の鉛−錫はんだからなる接合ろう15を形成した。
Next, using the
次に、金属基板11をめっき電極にして、硫酸銅浴からなる電解銅めっきにて開口部14の接合ろう15上に銅金属からなる100μm厚の電極パッド16を形成した。
Next, using the
次に、絶縁基板13及び電極パッド16上に銅をスパッタリングして約3000Å厚の薄膜導体層を形成した。さらに、電解銅めっきにて薄膜導体層上に15μm厚の銅の導体層を形成し、フォトリソグラフィープロセスならびにエッチング工程を用いて導体層をパターニング処理して電極パッド16と電気的に接続された配線層17を形成した。
Next, copper was sputtered on the insulating
次に、絶縁基板13及び配線層17上にエポキシ系の樹脂溶液をスクリーン印刷にて塗布、乾燥、硬化して絶縁層18を形成した。さらに、絶縁層18の所定位置にレーザ加工にてビアホールを形成し、ビアホール及び絶縁層18上に銅の導体層を形成し、フォトリソグラフィープロセスならびにエッチング工程を用いてパターニング処理して配線層17とビア接続された配線層19を形成した。
Next, an epoxy resin solution was applied onto the insulating
次に、接合ろう15、電極パッド16、配線層17及び配線層19が形成された基板を10%の苛性ソーダ溶液に浸せきし、金属基板11及びスペーサ層12を剥離・除去して、絶縁基板13の片面に接合ろう15及び電極パッド16からなるバンプ21と、もう一方の面に配線層17及び配線層19からなる多層配線を有するチップキャリア10を作製することができた。
Next, the substrate on which the
上記チップキャリア10はポリイミドの絶縁基板13をチップ実装のソルダーレジストとして利用できるため、ソルダーレジストの形成工程を省略できる。
Since the
さらに、ICチップ31のパッド32とチップキャリア10のバンプ31を接合して半田フリップチップ実装して半導体装置30を作製した。
本発明のチップキャリア10を用いてICチップをフリップチップ実装した結果ICチップ31のパッド32側に適正な量の半田が供給されて、高い接合信頼性を有する本発明の半導体装置30が得られた。
Further, the
As a result of flip-chip mounting of the IC chip using the
10……チップキャリア
11……金属基板
12……スペーサ層
13……絶縁基板
14……開口部
15……接合ろう
16……電極パッド
17……配線層
18……絶縁層
19……配線層
21……バンプ
30……半導体装置
31……ICチップ
32……パッド
DESCRIPTION OF
Claims (1)
(a)金属板(11)上にスペーサー層(12)及び絶縁基板(13)を形成する工程。
(b)スペーサー層(12)及び絶縁基板(13)の所定位置に開口部(14)を形成する工程。
(c)開口部(14)に電解めっきにより所定厚の接合ろう(15)を形成する工程。
(d)接合ろう(15)が形成された開口部(14)の残部に電解めっきにより電極パッド(16)を形成する工程。
(e)電極パッド(16)及び絶縁基板(13)上に配線層(17)及び(19)からなる多層配線を形成する工程。
(f)金属板(11)及びスペーサー層(12)を剥離除去してチップキャリア(10)を形成する工程。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a chip carrier obtained by a manufacturing method including the following steps is used to bond a chip chip pad and a bump of a chip carrier and to perform solder flip chip mounting.
(A) A step of forming a spacer layer (12) and an insulating substrate (13) on the metal plate (11).
(B) A step of forming openings (14) at predetermined positions of the spacer layer (12) and the insulating substrate (13).
(C) A step of forming a joining braze (15) having a predetermined thickness in the opening (14) by electrolytic plating.
(D) A step of forming an electrode pad (16) by electrolytic plating on the remaining part of the opening (14) in which the bonding braze (15) is formed.
(E) A step of forming a multilayer wiring composed of wiring layers (17) and (19) on the electrode pad (16) and the insulating substrate (13).
(F) A step of peeling and removing the metal plate (11) and the spacer layer (12) to form the chip carrier (10).
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