JP4931283B2 - Printed wiring board and printed wiring board manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にICチップなどの半導体素子を内蔵する多層のプリント配線板及び該プリント配線板の製造方法に関するのもである。
【0002】
【従来の技術】
ICチップは、ワイヤーボンディング、TAB、フリップチップなどの実装方法によって、プリント配線板との電気的接続を取っていた。
ワイヤーボンディングは、プリント配線板にICチップを接着剤によりダイボンディングさせて、該プリント配線板のパッドとICチップのパッドとを金線などのワイヤーで接続させた後、ICチップ並びにワイヤーを守るために熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂などの封止樹脂を施していた。
【0003】
TABは、ICチップのバンプとプリント配線板のパッドとをリードと呼ばれる線を半田などによって一括して接続させた後、樹脂による封止を行っていた。
フリップチップは、ICチップとプリント配線板のパッド部とをバンプを介して接続させて、バンプとの隙間に樹脂を充填させることによって行っていた。
【0004】
しかしながら、それぞれの実装方法は、ICチップとプリント配線板の間に接続用のリード部品(ワイヤー、リード、バンプ)を介して電気的接続を行っている。それらの各リード部品は、切断、腐食し易く、これにより、ICチップとの接続が途絶えたり、誤作動の原因となることがあった。
また、それぞれの実装方法は、ICチップを保護するためにエポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂によって封止を行っているが、その樹脂を充填する際に気泡を含有すると、気泡が起点となって、リード部品の破壊やICパッドの腐食、信頼性の低下を招いてしまう。熱可塑性樹脂による封止は、それぞれの部品に合わせて樹脂装填用プランジャー、金型を作成する必要が有り、また、熱硬化性樹脂であってもリード部品、ソルダーレジストなどの材質などを考慮した樹脂を選定しなくては成らないために、それぞれにおいてコスト的にも高くなる原因にもなった。
【0005】
一方、上述したようにICチップをプリント配線板(パッケージ基板)の外部に取り付けるのではなく、基板に半導体素子を埋め込んで、その上層に、ビルドアップ層を形成させることにより電気的接続を取る従来技術として、特開平9−321408号(USP5875100)、特開平10−256429号、特開平11−126978号などが提案されている。
【0006】
特開平9−321408号(USP5875100)には、ダイパッド上に、スタッドバンプを形成した半導体素子をプリント配線板に埋め込んで、スタッドバンプ上に配線を形成して電気的接続を取っていた。しかしならが、該スタッドバンプはタマネギ状であり高さのバラツキが大きいために、層間絶縁層を形成させると、平滑性が低下し、バイアホールを形成させても未接続になりやすい。また、スタッドバンプをボンディングにより一つ一つ植設しており、一括して配設することができず、生産性という点でも難点があった。
【0007】
特開平10−256429号には、セラミック基板に半導体素子を収容し、フリップチップ形態によって電気的接続されている構造が示されている。しかしながら、セラミックは外形加工性が悪く、半導体素子の納まりがよくない。また、該バンプでは、高さのバラツキも大きくなった。そのために、層間絶縁層の平滑性が損なわれ、接続が低下してしまう。
【0008】
特開平11−126978号には、空隙の収容部に半導体素子などの電子部品埋め込んで、導体回路と接続して、バイアホールを介して積蔵している多層プリント配線板が示されている。しかしながら、収容部が空隙であるために、位置ずれを引き起こしやすく、半導体素子のパッドとの未接続が起き易い。また、ダイパッドと導体回路とを直接接続させているので、ダイパッドに酸化被膜ができやすく、絶縁抵抗が上昇してしまう問題がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、リード部品を介さないで、プリント配線板と直接電気的接続し得る半導体素子を内蔵するプリント配線板及びプリント配線板の製造方法を提案することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意研究した結果、半導体素子のダイパッド上に、トランジション層を形成させることを創出した。そのトランジション層を有する半導体素子は、プリント配線板に、埋め込み、収納、収容させても、その上に、層間絶縁層を施して、バイアホールを形成させても所望の大きさや形状のものが得られる。
【0011】
ICチップのダイパッドにトランジション層を設ける理由を説明する。ICチップのダイパッドは一般的にアルミニウムなどで製造されている。トランジション層を形成させていないダイパッドのままで、フォトエッチングにより層間絶縁層のバイアホールを形成させた時、ダイパッドのままであれば露光、現像後にパッドの表層に樹脂が残りやすかった。それに、現像液の付着によりパッドの変色を引き起こした。一方、レーザによりバイアホールを形成させた場合にもアルミニウムのパッドを焼損する危険がある。また、焼損しない条件で行うと、パッド上に樹脂残りが発生した。また、後工程に、酸や酸化剤あるいはエッチング液に浸漬させたり、種々のアニール工程を経ると、ICチップのパッドの変色、溶解が発生した。更に、ICチップのパッドは、40μm程度の径で作られており、バイアホールはそれより大きく位置公差も必要となるため、位置ずれなどが起き、未接続など発生しやすい。
【0012】
これに対して、ダイパッド上に銅等からなるトランジション層を設けることで、バイアホール形成の不都合が解消されて、溶剤の使用が可能となりパッド上の樹脂残りを防ぐことができる。また、後工程の際に酸や酸化剤あるいはエッチング液に浸漬させたり、種々のアニール工程を経てもパッドの変色、溶解が発生しない。これにより、パッドとバイアホールとの接続性や信頼性を向上させる。更に、ICチップのダイパッド上よりも大きな径のトランジション層を介在させることで、バイアホールを確実に接続させることができる。望ましいのは、トランジション層は、バイアホール径、位置公差と同等以上のものがよい。
【0013】
さらに、トランジション層が形成されているので、半導体素子であるICチップをプリント配線板に埋め込む、収容、収納する前、もしくはその後にでも半導体素子の動作や電気検査を容易に行なえるようになった。それは、ダイパッドよりも大きいトランジション層が形成されているので、検査用プローブピンが接触し易くなったからである。それにより、予め製品の可否が判定することができ、生産性やコスト面でも向上させることができる。また、プローブによるパッドの損失や傷などが発生しない。
【0014】
故に、トランジションを形成することによって、半導体素子であるICチップをプリント配線に埋め込み、収容、収納することが好適に行える。つまり、トランジション層を有する半導体素子は、プリント配線板の埋め込み、収容、収納するため半導体素子であるともいえる。
該トランジション層は、ダイパッド上に、薄膜層を形成し、その上に厚付け層を形成して成る。少なくとも2層以上で形成することができる。
【0015】
それぞれに多層プリント配線板だけで機能を果たしてもいるが、場合によっては半導体装置としてのパッケージ基板としての機能させるために外部基板であるマザーボードやドーターボードとの接続のため、BGA、半田バンプやPGA(導電性接続ピン)を配設させてもよい。また、この構成は、従来の実装方法で接続した場合よりも配線長を短くできて、ループインダクタンスも低減できる。
【0016】
本願発明で定義されているトランジション層について説明する。
トランジション層は、従来技術のICチップ実装技術を用いることなく、半導体素子であるICチップとプリント配線板とを直接に接続を取るため、設けられた中間の仲介層を意味する。その特徴として、2層以上の金属層で形成されている。もしくは、半導体素子であるICチップのダイパッドよりも大きくさせることである。それによって、電気的接続や位置合わせ性を向上させるものであり、かつ、ダイパッドにダメージを与えることなくレーザやフォトエッチングによるバイアホール加工を可能にするものである。そのため、ICチップのプリント配線板への埋め込み、収容、収納や接続を確実にすることができる。また、トランジション層上には、直接、プリント配線板の導体層である金属を形成することを可能にする。その導体層の一例としては、層間樹脂絶縁層のバイアホールや基板上のスルーホールなどがある。
【0017】
本願発明に用いられるICチップなどの電子部品を内蔵させる樹脂製基板としては、エポキシ樹脂、BT樹脂、フェノール樹脂などにガラスエポキシ樹脂などの補強材や心材を含浸させた樹脂、エポキシ樹脂を含浸させたプリプレグを積層させたものなどが用いられるが、一般的にプリント配線板で使用されるものを用いることができる。それ以外にも両面銅張積層板、片面板、金属膜を有しない樹脂板、樹脂フィルムを用いることができる。ただし、350℃以上の温度を加えると樹脂は、溶解、炭化をしてしまう。
【0018】
ICチップの全面に蒸着、スパッタリングなどの物理的な蒸着を行い、全面に導電性の金属膜を形成させる。その金属としては、スズ、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、コバルト、金、銅などの金属を1層以上形成させるものがよい。厚みとしては、0.001〜2.0μmの間で形成させるのがよい。特に、0.01〜1.0μmが望ましい。
【0019】
該金属膜の上に、更に無電解めっき等により金属膜を設けることもできる。上側の金属膜は、ニッケル、銅、金、銀などの金属を1層以上形成させるものがよい。厚みは、0.01〜5μmがよく、特に、0.1〜3.0μmが望ましい。
【0020】
その金属膜上に、無電解あるいは電解めっきにより、厚付けさせる。形成されるメッキの種類としてはニッケル、銅、金、銀、亜鉛、鉄などがある。電気特性、経済性、また、後程で形成されるビルドアップである導体層は主に銅であることから、銅を用いることがよい。その厚みは1〜20μmの範囲で行うのがよい。それより厚くなると、エッチングの際にアンダーカットが起こってしまい、形成されるトランジション層とバイアホールと界面に隙間が発生することがある。その後、エッチングレジストを形成して、露光、現像してトランジション層以外の部分の金属を露出させてエッチングを行い、ICチップのパッド上にトランジション層を形成させる。
【0021】
また、上記トランジション層の製造方法以外にも、ICチップ及びコア基板の上に形成した金属膜上にドライフィルムレジストを形成してトランジション層に該当する部分を除去させて、電解めっきによって厚付けした後、レジストを剥離してエッチング液によって、同様にICチップのパッド上にトランジション層を形成させることもできる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
A.半導体素子
先ず、本発明の第1実施例に係る半導体素子(ICチップ)の構成について、半導体素子20の断面を示す図3(A)、及び、平面図を示す図4(B)を参照して説明する。
【0023】
[第1実施例]
図3(B)に示すように半導体素子20の上面には、ダイパッド22及び配線(図示せず)が配設されており、該ダイパッド22及び配線の上に、保護膜24が被覆され、該ダイパッド22には、保護膜24の開口が形成されている。ダイパッド22の上には、主として銅からなるトランジション層38が形成されている。トランジション層38は、薄膜層33と厚付け層37とからなる。いいかえると、2層以上の金属層で形成されている。
【0024】
引き続き、図3(B)を参照して上述した半導体素子の製造方法について、図1〜図4を参照して説明する。
【0025】
(1)先ず、図1(A)に示すシリコンウエハー20Aに、定法により配線21及びダイパッド22を形成する(図1(B)及び図1(B)の平面図を示す図4(A)参照、なお、図1(B)は、図4(A)のB−B断面を表している)。
(2)次に、ダイパッド22及び配線21の上に、保護膜24を形成し、ダイパッド22上に開口24aを設ける(図1(C))。
【0026】
(3)シリコンウエハー20Aに蒸着、スパッタリングなどの物理的な蒸着を行い、全面に導電性の金属膜(薄膜層)33を形成させる(図2(A))。その厚みは、0.001〜2.0μmの範囲で形成させるのがよい。その範囲よりも下の場合は、全面に薄膜層を形成することができない。その範囲よりも上の場合は、形成される膜に厚みのバラツキが生じてしまう。最適な範囲は0.01〜1.0μmである。形成する金属としては、スズ、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、コバルト、金、銅の中から、選ばれるものを用いることがよい。それらの金属は、ダイパッドの保護膜となり、かつ、電気特性を劣化させることがない。第1実施例では、薄膜層33は、スパッタによってクロムで形成されている。クロムは、金属との密着性がよく、湿分の侵入を抑えることができる。また、クロム層の上に銅をスパッタで施してもよい。クロム、銅の2層を真空チャンバー内で連続して形成してもよい。このとき、クロム0.05−0.1μm、銅0.5μm程度の厚みである。
【0027】
(4)その後、液状レジスト、感光性レジスト、ドライフィルムのいずれかのレジスト層を薄膜層33上に形成させる。トランジション層38を形成する部分が描画されたマスク(図示せず)を該レジスト層上に、載置して、露光、現像を経て、レジスト35に非形成部35aを形成させる。電解メッキを施してレジスト層の非形成部35aに厚付け層(電解めっき膜)37を設ける(図2(B))。形成されるメッキの種類としてはニッケル、銅、金、銀、亜鉛、鉄などがある。電気特性、経済性、また、後程で形成されるビルドアップである導体層は主に銅であることから、銅を用いるとよく、第1実施例では、銅を用いる。その厚みは1〜20μmの範囲で行うのがよい。
【0028】
(5)メッキレジスト35をアルカリ溶液等で除去した後、メッキレジスト35下の金属膜33を硫酸−過酸化水素水、塩化第二鉄、塩化第二銅、第二銅錯体−有機酸塩等のエッチング液によって除去することで、ICチップのパッド22上にトランジション層38を形成する(図2(C))。
【0029】
(6)次に、基板にエッチング液をスプレイで吹きつけ、トランジション層38の表面をエッチングすることにより粗化面38αを形成する(図3(A)参照)。無電解めっきや酸化還元処理を用いて粗化面を形成することもできる。
【0030】
(7)最後に、トランジション層38が形成されたシリコンウエハー20Aを、ダイシングなどによって個片に分割して半導体素子20を形成する(図3(B)及び図3(B)の平面図である図4(B)参照)。その後、必要に応じて、分割された半導体素子20の動作確認や電気検査を行なってもよい。半導体素子20は、ダイパッド22よりも大きなトランジション層38が形成されているので、プローブピンが当てやすく、検査の精度が高くなっている。
【0031】
[第1実施例の第1改変例]
上述した第1実施例では、薄膜層33がクロムにより形成された。これに対して、第1改変例では、薄膜層33をチタンにより形成する。チタンは、蒸着かスパッタによって施される。チタンは、金属との密着性がよく、湿分の侵入を抑えることができる。
【0032】
[第1実施例の第2改変例]
上述した第1実施例では、薄膜層33がクロムにより形成された。これに対して、第2改変例では、薄膜層をスズにより形成する。
【0033】
[第1実施例の第3改変例]
上述した第1実施例では、薄膜層33がクロムにより形成された。これに対して、第3改変例では、薄膜層を亜鉛により形成する。
【0034】
[第1実施例の第4改変例]
上述した第1実施例では、薄膜層33がクロムにより形成された。これに対して、第4改変例では、薄膜層をニッケルにより形成する。ニッケルはスパッタにより形成する。ニッケルは、金属との密着性がよく、湿分の侵入を抑えることができる。
【0035】
[第1実施例の第5改変例]
上述した第1実施例では、薄膜層33がクロムにより形成された。これに対して、第5改変例では、薄膜層をコバルトにより形成する。
なお、各改変例において、薄膜層の上に、更に銅を積層してもよい。
【0036】
[第2実施例]
第2実施例に係る半導体素子20について、図7(B)を参照して説明する。図3(B)を参照して上述した第1実施例に係る半導体素子では、トランジション層38が、薄膜層33と厚付け層37とからなる2層構造であった。これに対して、第2実施例では、図7(B)に示すように、トランジション層38が、第1薄膜層33と、第2薄膜層36と、厚付け層37とからなる3層構造として構成されている。
【0037】
引き続き、図7(B)を参照して上述した第2実施例に係る半導体素子の製造方法について、図5〜図7を参照して説明する。
【0038】
(1)先ず、図5(A)に示すシリコンウエハー20Aに、配線21及びダイパッド22を形成する(図5(B))。
(2)次に、ダイパッド22及び配線の上に、保護膜24を形成する(図5(C))。
【0039】
(3)シリコンウエハー20Aに蒸着、スパッタリングなどの物理的な蒸着を行い、全面に導電性の金属膜(第1薄膜層)33を形成させる(図5(D))。その厚みは、0.001〜2μmの範囲で形成させるのがよい。その範囲よりも下の場合は、全面に薄膜層を形成することができない。その範囲よりも上の場合は、形成される膜に厚みのバラツキが生じてしまう。最適な範囲は0.01〜1.0μmである。形成する金属としては、スズ、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、コバルト、金、銅の中から、選ばれるものを用いることがよい。それらの金属は、ダイパッドの保護膜となり、かつ、電気特性を劣化させることがない。第2実施例では、第1薄膜層33は、クロムにより形成される。クロム、ニッケル、チタンは、金属との密着性がよく、湿分の侵入を抑えることができる。
【0040】
(4)第1薄膜層33の上に、スパッタ、蒸着、無電解めっきのいずれかの方法によって第2薄膜層36を積層する。その場合積層できる金属は、ニッケル、銅、金、銀の中から選ばれるものがよい。特に、銅、ニッケルのいずれかで形成させることがよい。銅は、廉価であることと電気伝達性がよいからである。ニッケルは、薄膜との密着性がよく、剥離やクラックを引き起こし難い。第2実施例では、第2薄膜層36を無電解銅めっきにより形成する。なお、望ましい第1薄膜層と第2薄膜層との組み合わせは、クロム−銅、クロム−ニッケル、チタン−銅、チタン−ニッケルなどである。金属との接合性や電気伝達性という点で他の組み合わせよりも優れる。
【0041】
(5)その後、レジスト層を第2薄膜層36上に形成させる。マスク(図示せず)を該レジスト層上に載置して、露光、現像を経て、レジスト35に非形成部35aを形成させる。電解メッキを施してレジスト層の非形成部35aに厚付け層(電解めっき膜)37を設ける(図6(B))。形成されるメッキの種類としては銅、ニッケル、金、銀、亜鉛、鉄などがある。電気特性、経済性、また、後程で形成されるビルドアップである導体層は主に銅であることから、銅を用いるとよく、第2実施例では、銅を用いる。厚みは1〜20μmの範囲がよい。
【0042】
(6)メッキレジスト35をアルカリ溶液等で除去した後、メッキレジスト35下の第2薄膜層36、第1薄膜層33を硫酸−過酸化水素水、塩化第二鉄、塩化第二銅、第二銅錯体−有機酸塩等のエッチング液によって除去することで、ICチップのパッド22上にトランジション層38を形成する(図6(C))。
【0043】
(7)次に、基板にエッチング液をスプレイで吹きつけ、トランジション層38の表面をエッチングすることにより粗化面38αを形成する(図7(A)参照)。無電解めっきや酸化還元処理を用いて粗化面を形成することもできる。
【0044】
(8)最後に、トランジション層38が形成されたシリコンウエハー20Aを、ダイシングなどによって個片に分割して半導体素子20を形成する(図7(B))。
【0045】
[第2実施例の第1改変例]
上述した第2実施例では、第1薄膜層33がクロムにより、第2薄膜層36が無電解めっき銅で、厚付け層37が電解銅めっきで形成された。これに対して、第1改変例では、第1薄膜層33をクロムにより、第2薄膜層36をスパッタ銅で、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みとして、クロム0.07μm、銅0.5μm、電解銅15μmである。
【0046】
[第2実施例の第2改変例]
第2改変例では、第1薄膜層33をチタンにより、第2薄膜層36を無電解銅で、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みとして、チタン0.07μm、めっき銅1.0μm、電解銅17μmである。
【0047】
[第2実施例の第3改変例]
第3改変例では、第1薄膜層33をチタンにより、第2薄膜層36をスパッタ銅で、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みとして、チタン0.06μm、銅0.5μm、電解銅15μmである。
【0048】
[第2実施例の第4改変例]
第4改変例では、第1薄膜層33をクロムにより、第2薄膜層36を無電解めっきニッケルで、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みとして、クロム0.07μm、めっき銅1.0μm、電解銅15μmである。
【0049】
[第2実施例の第5改変例]
第5改変例では、第1薄膜層33をチタンにより、第2薄膜層36を無電解めっきニッケルで、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みとして、チタン0.05μm、めっきニッケル1.2μm、電解銅15μmである。
【0050】
[第3実施例]
第3実施例に係る半導体素子20の製造方法について図8を参照して説明する。第3実施例の半導体素子の構成は、図3(B)を参照して上述した第1実施例とほぼ同様である。但し、第1実施例では、セミアディテブ工程を用い、レジスト非形成部に厚付け層37を形成することでトランジション層38を形成した。これに対して、第3実施例では、アディテブ工程を用い、厚付け層37を均一に形成した後、レジストを設け、レジスト非形成部をエッチングで除去することでトランジション層38を形成する。
【0051】
この第3実施例の製造方法について図8を参照して説明する。
(1)第1実施例で図2(B)を参照して上述したように、シリコンウエハー20Aに蒸着、スパッタリングなどの物理的な蒸着を行い、全面に導電性の第1薄膜層33を形成させる(図2(A))。その厚みは、0.001〜2.0μmの範囲がよい。その範囲よりも下の場合は、全面に薄膜層を形成することができない。その範囲よりも上の場合は、形成される膜に厚みのバラツキが生じてしまう。最適な範囲は0.01〜1.0μmで形成されることがよい。形成する金属としては、スズ、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、コバルト、金、銅の中から、選ばれるものを用いることがよい。それらの金属は、ダイパッドの保護となり、かつ、電気特性を劣化させることがない。第3実施例では、第1薄膜層33は、クロムをスパッタすることで形成される。クロムの厚みは0.05μmである。
【0052】
(2)電解メッキを施して第1薄膜層33の上に厚付け層(電解めっき膜)37を均一に設ける(図8(B))。形成されるメッキの種類としては銅、ニッケル、金、銀、亜鉛、鉄などがある。電気特性、経済性、また、後程で形成されるビルドアップである導体層は主に銅であることから、銅を用いるとよく、第3実施例では、銅を用いる。その厚みは1〜20μmの範囲で行うのがよい。それより厚くなると、後述するエッチングの際にアンダーカットが起こってしまい、形成されるトランジション層とバイアホールと界面に隙間が発生することがあるからである。
【0053】
(3)その後、レジスト層35を厚付け層37上に形成させる(図8(C))。
【0054】
(4)レジスト35の非形成部の金属膜33及び厚付け層37を硫酸−過酸化水素水、塩化第二鉄、塩化第二銅、第二銅錯体−有機酸塩等のエッチング液によって除去した後、レジスト35を剥離することで、ICチップのパッド22上にトランジション層38を形成する(図8(D))。以降の工程は、第1実施例と同様であるため説明を省略する。
【0055】
[第3実施例の第1改変例]
上述した第3実施例では、薄膜層33がクロムにより形成された。これに対して、第1改変例では、薄膜層33をチタンにより形成する。
【0056】
[第4実施例]
第4実施例に係る半導体素子20の製造方法について、図9を参照して説明する。図8を参照して上述した第3実施例に係る半導体素子では、トランジション層38が、薄膜層33と厚付け層37とからなる2層構造であった。これに対して、第4実施例では、図9(D)に示すように、トランジション層38が、第1薄膜層33と、第2薄膜層36と、厚付け層37とからなる3層構造として構成されている。
【0057】
この第4実施例の製造方法について図9を参照して説明する。
(1)第1実施例で図6(A)を参照して上述した第2実施例と同様に、第1薄膜層33の上に、スパッタ、蒸着、無電解めっきによって第2薄膜層36を積層する(図9(A))。その場合積層できる金属は、ニッケル、銅、金、銀の中から選ばれるものがよい。特に、銅、ニッケルのいずれかで形成させることがよい。銅は、廉価であることと電気伝達性がよいからである。ニッケルは、薄膜との密着性がよく、剥離やクラックを引き起こし難い。第4実施例では、第2薄膜層36を無電解銅めっきにより形成する。
なお、望ましい第1薄膜層と第2薄膜層との組み合わせは、クロム−銅、クロム−ニッケル、チタン−銅、チタン−ニッケルである。金属との接合性や電気伝達性という点で他の組み合わせよりも優れる。
【0058】
(2)電解メッキを施して第2薄膜層36の上に厚付け膜37を均一に設ける(図9(B))。
【0059】
(3)その後、レジスト層35を厚付け層37上に形成させる(図9(C))。
【0060】
(4)レジスト35の非形成部の第1薄膜層33、第2薄膜層36及び厚付け層37を硫酸−過酸化水素水、塩化第二鉄、塩化第二銅、第二銅錯体−有機酸塩等のエッチング液によって除去した後、レジスト35を剥離することで、ICチップのパッド22上にトランジション層38を形成する(図9(D))。以降の工程は、第1実施例と同様であるため説明を省略する。
【0061】
[第4実施例の第1改変例]
上述した第4実施例では、第1薄膜層33がクロムにより、第2薄膜層36が無電解めっき銅で、厚付け層37が電解銅めっきで形成された。これに対して、第1改変例では、第1薄膜層33をクロムにより、第2薄膜層36をスパッタ銅で、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みは、クロム0.07μm、銅0.5μm、電解銅15μmである。
【0062】
[第4実施例の第2改変例]
第2改変例では、第1薄膜層33をチタンにより、第2薄膜層36を無電解銅で、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みは、チタン0.07μm、銅1.0μm、電解銅15μmである。
【0063】
[第4実施例の第3改変例]
第3改変例では、第1薄膜層33をチタンにより、第2薄膜層36をスパッタ銅で、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みは、チタン0.07μm、銅0.5μm、電解銅18μmである。
【0064】
[第4実施例の第4改変例]
第4改変例では、第1薄膜層33をクロムにより、第2薄膜層36を無電解めっきニッケルで、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みは、
クロム0.06μm、ニッケル1.2μm、電解銅16μmである。
【0065】
[第4実施例の第5改変例]
第5改変例では、第1薄膜層33をチタンにより、第2薄膜層36を無電解めっきニッケルで、厚付け層37を電解銅めっきで形成する。各層の厚みは、チタン0.07μm、ニッケル1.1μm、電解銅15μmである。
【0066】
B.半導体素子を内蔵する多層プリント配線板
引き続き、上述した第1〜第4実施例の半導体素子(ICチップ)20をコア基板の凹部、空隙、開口に埋め込み、収容、収納させてなる多層プリント配線板の構成について説明する。
[第1実施例]
図14に示すように多層プリント配線板10は、図3(B)を参照して上述した第1実施例のICチップ20を収容するコア基板30と、層間樹脂絶縁層50、層間樹脂絶縁層150とからなる。層間樹脂絶縁層50には、バイアホール60および導体回路58が形成され、層間樹脂絶縁層150には、バイアホール160および導体回路158が形成されている。
【0067】
層間樹脂絶縁層150の上には、ソルダーレジスト層70が配設されている。ソルダーレジスト層70の開口部71下の導体回路158には、図示しないドータボード、マザーボード等の外部基板と接続するための半田バンプ76が設けられている。
【0068】
本実施例の多層プリント配線板10では、コア基板30にICチップ20を内蔵させて、該ICチップ20のパッド22にはトランジション層を38を配設させている。このため、リード部品や封止樹脂を用いず、ICチップと多層プリント配線板(パッケージ基板)との電気的接続を取ることができる。また、ICチップ部分にトランジション層38が形成されていることから、ICチップ部分には平坦化されるので、上層の層間絶縁層50も平坦化されて、膜厚みも均一になる。更に、トランジション層によって、上層のバイアホール60を形成する際も形状の安定性を保つことができる。
【0069】
更に、ダイパッド22上に銅製のトランジション層38を設けることで、パッド22上の樹脂残りを防ぐことができ、また、後工程の際に酸や酸化剤あるいはエッチング液に浸漬させたり、種々のアニール工程を経てもパッド22の変色、溶解が発生しない。これにより、ICチップのパッドとバイアホールとの接続性や信頼性を向上させる。更に、40μm径パッド22上に60μm径以上のトランジション層38を介在させることで、60μm径のバイアホールを確実に接続させることができる。
【0070】
引き続き、図14を参照して上述した多層プリント配線板の製造方法について、図10〜図13を参照して説明する。
【0071】
(1)先ず、ガラスクロス等の心材にエポキシ等の樹脂を含浸させたプリプレグを積層した絶縁樹脂基板(コア基板)30を出発材料とする(図10(A)参照)。次に、コア基板30の片面に、ザグリ加工でICチップ収容用の凹部32を形成する(図10(B)参照)。ここでは、ザグリ加工により凹部を設けているが、開口を設けた絶縁樹脂基板と開口を設けない樹脂絶縁基板とを張り合わせることで、収容部を備えるコア基板を形成できる。
【0072】
(2)その後、凹部32に、印刷機を用いて接着材料34を塗布する。このとき、塗布以外にも、ポッティングなどをしてもよい。次に、ICチップ20を接着材料34上に載置する(図10(C)参照)。
【0073】
(3)そして、ICチップ20の上面を押す、もしくは叩いて凹部32内に完全に収容させる(図10(D)参照)。これにより、コア基板30を平滑にすることができる。この際に、接着材料34が、ICチップ20の上面にかかることが有るが、後述するようにICチップ20の上面に樹脂層を設けてからレーザでバイアホール用の開口を設けるため、トランジション層38とバイアホールとの接続に影響を与えることがない。
【0074】
(4)上記工程を経た基板に、厚さ50μmの熱硬化型樹脂シートを温度50〜150℃まで昇温しながら圧力5kg/cm2で真空圧着ラミネートし、層間樹脂絶縁層50を設ける(図11(A)参照)。真空圧着時の真空度は、10mmHgである。
【0075】
(5)次に、波長10.4μmのCO2ガスレーザにて、ビーム径5mm、トップハットモード、パルス幅5.0μ秒、マスクの穴径0.5mm、1ショットの条件で、層間樹脂絶縁層50に直径60μmのバイアホール用開口48を設ける(図11(B)参照)。液温60℃の過マンガン酸を用いて、開口48内の樹脂残りを除去する。ダイパッド22上に銅製のトランジション層38を設けることで、パッド22上の樹脂残りを防ぐことができ、これにより、パッド22と後述するバイアホール60との接続性や信頼性を向上させる。更に、40μm径パッド22上に60μm以上の径のトランジション層38を介在させることで、60μm径のバイアホール用開口48を確実に接続させることができる。なお、ここでは、過マンガン酸などの酸化剤を用いて樹脂残さを除去したが、酸素プラズマなどやコロナ処理を用いてデスミア処理を行うことも可能である。
【0076】
(6)次に、過マンガン酸で層間樹脂絶縁層50の表面を粗化し、粗化面50αを形成する(図11(C)参照)。粗化面は、0.05〜5μmの間が望ましい。
【0077】
(7)粗化面50αが形成された層間樹脂絶縁層50上に、金属層52を設けた。金属層52は、無電解めっきによって形成させた。予め層間樹脂絶縁層50の表層にパラジウムなどの触媒を付与させて、無電解めっき液に5〜60分間浸漬させることにより、0.1〜5μmの範囲でめっき膜である金属層52を設けた(図12(A)参照)。その一例として、
〔無電解めっき水溶液〕
NiSO4 0.003 mol/l
酒石酸 0.200 mol/l
硫酸銅 0.030 mol/l
HCHO 0.050 mol/l
NaOH 0.100 mol/l
α、α′−ビピルジル 100 mg/l
ポリエチレングリコール(PEG) 0.10 g/l
34℃の液温度で40分間浸漬させた。
【0078】
めっきの代わりに、日本真空技術株式会社製のSV―4540を用い、Ni−Cu合金をターゲットにしたスパッタリングを、気圧0.6Pa、温度80℃、電力200W、時間5分間の条件で行い、Ni−Cu合金52をエポキシ系層間樹脂絶縁層50の表面に形成することもできる。このとき、形成されたNi−Cu合金層52の厚さは0.2μmである。
【0079】
(8)上記処理を終えた基板30に、市販の感光性ドライフィルムを貼り付け、フォトマスクフィルムを載置して、100mJ/cm2で露光した後、0.8%炭酸ナトリウムで現像処理し、厚さ15μmのめっきレジスト54を設ける。次に、以下の条件で電解めっきを施して、厚さ15μmの電解めっき膜56を形成する(図12(B)参照)。なお、電解めっき水溶液中の添加剤は、アトテックジャパン社製のカパラシドHLである。
【0080】
〔電解めっき水溶液〕
硫酸 2.24 mol/l
硫酸銅 0.26 mol/l
添加剤(アトテックジャパン製、カパラシドHL)19.5 ml/l
〔電解めっき条件〕
電流密度 1A/dm2
時間 65分
温度 22±2℃
【0081】
(9)めっきレジスト54を5%NaOHで剥離除去した後、そのめっきレジスト下の金属層52を硝酸および硫酸と過酸化水素の混合液を用いるエッチングにて溶解除去し、金属層52と電解めっき膜56からなる厚さ16μmの導体回路58及びバイアホール60を形成し、第二銅錯体と有機酸とを含有するエッチング液によって、粗化面58α、60αを形成する(図12(C)参照)。
【0082】
(10)次いで、上記(4)〜(9)の工程を、繰り返すことにより、さらに上層の層間樹脂絶縁層150及び導体回路158(バイアホール160を含む)を形成する(図13(A)参照)。
【0083】
(11)次に、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)に60重量%の濃度になるように溶解させた、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬社製)のエポキシ基50%をアクリル化した感光性付与のオリゴマー(分子量4000)46.67重量部、メチルエチルケトンに溶解させた80重量%のビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェル社製、商品名:エピコート1001)15重量部、イミダゾール硬化剤(四国化成社製、商品名:2E4MZ−CN)1.6重量部、感光性モノマーである多官能アクリルモノマー(共栄化学社製、商品名:R604)3重量部、同じく多価アクリルモノマー(共栄化学社製、商品名:DPE6A)1.5重量部、分散系消泡剤(サンノプコ社製、商品名:S−65)0.71重量部を容器にとり、攪拌、混合して混合組成物を調整し、この混合組成物に対して光重量開始剤としてベンゾフェノン(関東化学社製)2.0重量部、光増感剤としてのミヒラーケトン(関東化学社製)0.2重量部を加えて、粘度を25℃で2.0Pa・sに調整したソルダーレジスト組成物(有機樹脂絶縁材料)を得る。
なお、粘度測定は、B型粘度計(東京計器社製、DVL−B型)で60rpmの場合はローターNo.4、6rpmの場合はローターNo.3によった。
【0084】
(12)次に、基板30に、上記ソルダーレジスト組成物を20μmの厚さで塗布し、70℃で20分間、70℃で30分間の条件で乾燥処理を行った後、ソルダーレジストレジスト開口部のパターンが描画された厚さ5mmのフォトマスクをソルダーレジスト層70に密着させて1000mJ/cm2の紫外線で露光し、DMTG溶液で現像処理し、200μmの直径の開口71を形成する(図13(B)参照)。また、市販のソルダーレジストを用いてもよい。
【0085】
(13)次に、ソルダーレジスト層(有機樹脂絶縁層)70を形成した基板を、塩化ニッケル(2.3×10-1mol/l)、次亞リン酸ナトリウム(2.8×10-1mol/l)、クエン酸ナトリウム(1.6×10-1mol/l)を含むpH=4.5の無電解ニッケルめっき液に20分間浸漬して、開口部71に厚さ5μmのニッケルめっき層72を形成する。さらに、その基板を、シアン化金カリウム(7.6×10-3mol/l)、塩化アンモニウム(1.9×10-1mol/l)、クエン酸ナトリウム(1.2×10-1mol/l)、次亜リン酸ナトリウム(1.7×10-1mol/l)を含む無電解めっき液に80℃の条件で7.5分間浸漬して、ニッケルめっき層72上に厚さ0.03μmの金めっき層74を形成することで、導体回路158に半田パッド75を形成する(図13(C)参照)。
【0086】
(14)この後、ソルダーレジスト層70の開口部71に、はんだペーストを印刷して、200℃でリフローすることにより、半田バンプ76を形成する。これにより、ICチップ20を内蔵し、半田バンプ76を有する多層プリント配線板10を得ることができる(図14参照)。
【0087】
半田ペーストには、Sn/Pb、Sn/Sb、Sn/Ag、Sn/Ag/Cuなどを用いることができる。もちろん、放射線の低α線タイプの半田ペーストを用いてもよい。
【0088】
上述した実施例では、層間樹脂絶縁層50、150に熱硬化型樹脂シートを用いた。この樹脂シートには、難溶性樹脂、可溶性粒子、硬化剤、その他の成分が含有されている。それぞれについて以下に説明する。
【0089】
本発明の製造方法において使用する樹脂は、酸または酸化剤に可溶性の粒子(以下、可溶性粒子という)が酸または酸化剤に難溶性の樹脂(以下、難溶性樹脂という)中に分散したものである。
なお、本発明で使用する「難溶性」「可溶性」という語は、同一の酸または酸化剤からなる溶液に同一時間浸漬した場合に、相対的に溶解速度の早いものを便宜上「可溶性」と呼び、相対的に溶解速度の遅いものを便宜上「難溶性」と呼ぶ。
【0090】
上記可溶性粒子としては、例えば、酸または酸化剤に可溶性の樹脂粒子(以下、可溶性樹脂粒子)、酸または酸化剤に可溶性の無機粒子(以下、可溶性無機粒子)、酸または酸化剤に可溶性の金属粒子(以下、可溶性金属粒子)等が挙げられる。これらの可溶性粒子は、単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
【0091】
上記可溶性粒子の形状は特に限定されず、球状、破砕状等が挙げられる。また、上記可溶性粒子の形状は、一様な形状であることが望ましい。均一な粗さの凹凸を有する粗化面を形成することができるからである。
【0092】
上記可溶性粒子の平均粒径としては、0.1〜10μmが望ましい。この粒径の範囲であれば、2種類以上の異なる粒径のものを含有してもよい。すなわち、平均粒径が0.1〜0.5μmの可溶性粒子と平均粒径が1〜3μmの可溶性粒子とを含有する等である。これにより、より複雑な粗化面を形成することができ、導体回路との密着性にも優れる。なお、本発明において、可溶性粒子の粒径とは、可溶性粒子の一番長い部分の長さである。
【0093】
上記可溶性樹脂粒子としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等からなるものが挙げられ、酸あるいは酸化剤からなる溶液に浸漬した場合に、上記難溶性樹脂よりも溶解速度が速いものであれば特に限定されない。
上記可溶性樹脂粒子の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等からなるものが挙げられ、これらの樹脂の一種からなるものであってもよいし、2種以上の樹脂の混合物からなるものであってもよい。
【0094】
また、上記可溶性樹脂粒子としては、ゴムからなる樹脂粒子を用いることもできる。上記ゴムとしては、例えば、ポリブタジエンゴム、エポキシ変性、ウレタン変性、(メタ)アクリロニトリル変性等の各種変性ポリブタジエンゴム、カルボキシル基を含有した(メタ)アクリロニトリル・ブタジエンゴム等が挙げられる。これらのゴムを使用することにより、可溶性樹脂粒子が酸あるいは酸化剤に溶解しやすくなる。つまり、酸を用いて可溶性樹脂粒子を溶解する際には、強酸以外の酸でも溶解することができ、酸化剤を用いて可溶性樹脂粒子を溶解する際には、比較的酸化力の弱い過マンガン酸塩でも溶解することができる。また、クロム酸を用いた場合でも、低濃度で溶解することができる。そのため、酸や酸化剤が樹脂表面に残留することがなく、後述するように、粗化面形成後、塩化パラジウム等の触媒を付与する際に、触媒が付与されなたかったり、触媒が酸化されたりすることがない。
【0095】
上記可溶性無機粒子としては、例えば、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、カリウム化合物、マグネシウム化合物およびケイ素化合物からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。
【0096】
上記アルミニウム化合物としては、例えば、アルミナ、水酸化アルミニウム等が挙げられ、上記カルシウム化合物としては、例えば、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム等が挙げられ、上記カリウム化合物としては、炭酸カリウム等が挙げられ、上記マグネシウム化合物としては、マグネシア、ドロマイト、塩基性炭酸マグネシウム等が挙げられ、上記ケイ素化合物としては、シリカ、ゼオライト等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
【0097】
上記可溶性金属粒子としては、例えば、銅、ニッケル、鉄、亜鉛、鉛、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムおよびケイ素からなる群より選択される少なくとも一種からなる粒子等が挙げられる。また、これらの可溶性金属粒子は、絶縁性を確保するために、表層が樹脂等により被覆されていてもよい。
【0098】
上記可溶性粒子を、2種以上混合して用いる場合、混合する2種の可溶性粒子の組み合わせとしては、樹脂粒子と無機粒子との組み合わせが望ましい。両者とも導電性が低くいため樹脂フィルムの絶縁性を確保することができるとともに、難溶性樹脂との間で熱膨張の調整が図りやすく、樹脂フィルムからなる層間樹脂絶縁層にクラックが発生せず、層間樹脂絶縁層と導体回路との間で剥離が発生しないからである。
【0099】
上記難溶性樹脂としては、層間樹脂絶縁層に酸または酸化剤を用いて粗化面を形成する際に、粗化面の形状を保持できるものであれば特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、これらの複合体等が挙げられる。また、これらの樹脂に感光性を付与した感光性樹脂であってもよい。感光性樹脂を用いることにより、層間樹脂絶縁層に露光、現像処理を用いてバイアホール用開口を形成することできる。
これらのなかでは、熱硬化性樹脂を含有しているものが望ましい。それにより、めっき液あるいは種々の加熱処理によっても粗化面の形状を保持することができるからである。
【0100】
上記難溶性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエーテルスルホン、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
さらには、1分子中に、2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂がより望ましい。前述の粗化面を形成することができるばかりでなく、耐熱性等にも優れてるため、ヒートサイクル条件下においても、金属層に応力の集中が発生せず、金属層の剥離などが起きにくいからである。
【0101】
上記エポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノールF型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、トリグリシジルイソシアヌレート、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。それにより、耐熱性等に優れるものとなる。
【0102】
本発明で用いる樹脂フィルムにおいて、上記可溶性粒子は、上記難溶性樹脂中にほぼ均一に分散されていることが望ましい。均一な粗さの凹凸を有する粗化面を形成することができ、樹脂フィルムにバイアホールやスルーホールを形成しても、その上に形成する導体回路の金属層の密着性を確保することができるからである。また、粗化面を形成する表層部だけに可溶性粒子を含有する樹脂フィルムを用いてもよい。それによって、樹脂フィルムの表層部以外は酸または酸化剤にさらされることがないため、層間樹脂絶縁層を介した導体回路間の絶縁性が確実に保たれる。
【0103】
上記樹脂フィルムにおいて、難溶性樹脂中に分散している可溶性粒子の配合量は、樹脂フィルムに対して、3〜40重量%が望ましい。可溶性粒子の配合量が3重量%未満では、所望の凹凸を有する粗化面を形成することができない場合があり、40重量%を超えると、酸または酸化剤を用いて可溶性粒子を溶解した際に、樹脂フィルムの深部まで溶解してしまい、樹脂フィルムからなる層間樹脂絶縁層を介した導体回路間の絶縁性を維持できず、短絡の原因となる場合がある。
【0104】
上記樹脂フィルムは、上記可溶性粒子、上記難溶性樹脂以外に、硬化剤、その他の成分等を含有していることが望ましい。
上記硬化剤としては、例えば、イミダゾール系硬化剤、アミン系硬化剤、グアニジン系硬化剤、これらの硬化剤のエポキシアダクトやこれらの硬化剤をマイクロカプセル化したもの、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート等の有機ホスフィン系化合物等が挙げられる。
【0105】
上記硬化剤の含有量は、樹脂フィルムに対して0.05〜10重量%であることが望ましい。0.05重量%未満では、樹脂フィルムの硬化が不十分であるため、酸や酸化剤が樹脂フィルムに侵入する度合いが大きくなり、樹脂フィルムの絶縁性が損なわれることがある。一方、10重量%を超えると、過剰な硬化剤成分が樹脂の組成を変性させることがあり、信頼性の低下を招いたりしてしまうことがある。
【0106】
上記その他の成分としては、例えば、粗化面の形成に影響しない無機化合物あるいは樹脂等のフィラーが挙げられる。上記無機化合物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ドロマイト等が挙げられ、上記樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレン樹脂、メラニン樹脂、オレフィン系樹脂等が挙げられる。これらのフィラーを含有させることによって、熱膨脹係数の整合や耐熱性、耐薬品性の向上などを図り多層プリント配線板の性能を向上させることができる。
【0107】
また、上記樹脂フィルムは、溶剤を含有していてもよい。上記溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテートやトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種類以上併用してもよい。ただし、これらの層間樹脂絶縁層は、350℃以上の温度を加えると溶解、炭化をしてしまう。
【0108】
[第2実施例]
次に、本発明の第2実施例に係る多層プリント配線板について、図16を参照して説明する。
上述した第1実施例では、BGAを配設した場合で説明した。第2実施例では、第1実施例とほぼ同様であるが、図16に示すように導電性接続ピン96を介して接続を取るPGA方式に構成されている。また、上述した第1実施例では、バイアホールをレーザで形成したが、第2実施例では、フォトエッチングによりバイアホールを形成する。
【0109】
この第2実施例に係る多層プリント配線板の製造方法について、図15を参照して説明する。
(4)第1実施例と同様に、(1)〜(3)上記工程を経た基板に、厚さ50μmの熱硬化型エポキシ系樹脂50を塗布する(図15(A)参照)。
【0110】
(5)次に、バイアホール形成位置に対応する黒円49aの描かれたフォトマスクフィルム49を層間樹脂絶縁層50に載置し、露光する(図15(B))。
【0111】
(6)DMTG液でスプレー現像し、加熱処理を行うことで直径85μmのバイアホール用開口48を備える層間樹脂絶縁層50を設ける(図15(C)参照)。
【0112】
(7)、過マンガン酸、又は、クロム酸で層間樹脂絶縁層50の表面を粗化し、粗化面50αを形成する(図15(D)参照)。以降の工程は、上述した第1実施例と同様であるため、説明を省略する。粗化面は、0.05〜5μmの間が望ましい。
【0113】
上述した実施例の半導体素子と比較例の半導体素子をと第1、第2実施例の多層プリント配線板に収容し評価した結果を図17、図18の図表に示す。
[比較例1]
比較例は、第1実施例の半導体素子を同様である。但し、比較例1では、トランジション層を形成せず、ダイパッドをそのまま多層プリント配線板へ埋め込んだ。
[比較例2]
比較例2では、特開平9−321408号のスタッドバンプを形成し、多層プリント配線板へ埋め込んだ。
【0114】
評価項目として、
▲1▼ダイパッドの変色・溶解の有無を目視によって判定した。
▲2▼バイアホール用開口の形成の可否を、第1実施例の多層プリント配線板の製造方法を用い、レーザで径60μmの開口が形成できるかを、また、第2実施例の多層プリント配線板の製造方法を用い、フォトであれば、径85μmの開口が形成できるかを調べた。
▲3▼ダイパッドとバイアホールとの接触抵抗を測定した。
第1〜第4実施例の半導体素子では、好適な結果が得られたが、比較例1、2ではバイアホールの形成不良や接続不良、あるいは抵抗値の増大などの問題が発生した。
【0115】
【発明の効果】
本発明の構造により、リード部品を介さずに、ICチップとプリント配線板との接続を取ることができる。そのため、樹脂封止も不要となる。更に、リード部品や封止樹脂に起因する不具合が起きないので、接続性や信頼性が向上する。また、ICチップのパッドとプリント配線板の導電層が直接接続されているので、電気特性も向上させることができる。
更に、従来のICチップの実装方法に比べて、ICチップ〜基板〜外部基板までの配線長も短くできて、ループインダクタンスを低減できる効果もある。また、BGA、PGAなどを配設できるほど、配線形成の自由度が増した。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図2】(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図3】(A)、(B)は、本発明の第1実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図4】(A)は、本発明の第1実施例に係るシリコンウエハー20Aの平面図であり、(B)は、個片化された半導体素子の平面図である。
【図5】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第2実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図6】(A)、(B)、(C)は、本発明の第2実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図7】(A)、(B)は、本発明の第2実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図8】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第3実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図9】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第2実施例に係る半導体素子の製造工程図である。
【図10】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第1実施例に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図11】(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施例に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図12】(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施例に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図13】(A)、(B)、(C)は、本発明の第1実施例に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図14】本発明の第1実施例に係る多層プリント配線板の断面図である。
【図15】(A)、(B)、(C)、(D)は、本発明の第2実施例に係る多層プリント配線板の製造工程図である。
【図16】本発明の第2実施例に係る多層プリント配線板の断面図である。
【図17】第1、第2実施例の半導体素子を評価した結果を示す図表である。
【図18】第3、第4実施例の半導体素子を比較例と評価した結果を示す図表である。
【符号の説明】
20 ICチップ(半導体素子)
22 ダイパッド
24 保護膜
30 コア基板
32 凹部
36 樹脂層
38 トランジション層
50 層間樹脂絶縁層
58 導体回路
60 バイアホール
70 ソルダーレジスト層
76 半田バンプ
90 ドータボード
96 導電性接続ピン
97 導電性接着剤
120 ICチップ
150 層間樹脂絶縁層
158 導体回路
160 バイアホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a semiconductor element such as an IC chip.TheBuilt-in multilayerPrinted wiring board and theThe present invention also relates to a method for manufacturing a printed wiring board.
[0002]
[Prior art]
The IC chip has been electrically connected to the printed wiring board by a mounting method such as wire bonding, TAB, or flip chip.
In wire bonding, an IC chip is die-bonded to a printed wiring board with an adhesive, and the pad of the printed wiring board and the IC chip pad are connected with a wire such as a gold wire, and then the IC chip and the wire are protected. An encapsulating resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin has been applied.
[0003]
In TAB, the bumps of the IC chip and the pads of the printed wiring board are collectively connected with wires called leads by solder or the like, and then sealed with resin.
The flip chip is performed by connecting the IC chip and the pad portion of the printed wiring board via bumps and filling a resin in the gap between the bumps.
[0004]
However, in each mounting method, electrical connection is performed between the IC chip and the printed wiring board via connecting lead parts (wires, leads, bumps). Each of these lead parts is likely to be cut and corroded, which may cause the connection with the IC chip to be lost or cause a malfunction.
In addition, each mounting method is sealed with a thermoplastic resin such as an epoxy resin to protect the IC chip, but if bubbles are included when filling the resin, the bubbles become the starting point, Lead components are destroyed, IC pads are corroded, and reliability is reduced. For sealing with thermoplastic resin, it is necessary to create a plunger and mold for resin loading according to each part. In addition, even for thermosetting resin, the materials such as lead parts and solder resist are considered. Since it was necessary to select the resin, it was also a cause of high cost in each.
[0005]
On the other hand, instead of attaching an IC chip to the outside of a printed wiring board (package substrate) as described above, a conventional semiconductor device is embedded in a substrate, and a buildup layer is formed on the upper layer to establish electrical connection. As a technique, Japanese Patent Laid-Open No. 9-321408 (USP 5875100), Japanese Patent Laid-Open No. 10-256429, Japanese Patent Laid-Open No. 11-126978, and the like have been proposed.
[0006]
In JP-A-9-321408 (US Pat. No. 5,875,100), a semiconductor element in which stud bumps are formed on a die pad is embedded in a printed wiring board, and wiring is formed on the stud bumps for electrical connection. However, since the stud bump is onion-like and has a large variation in height, when the interlayer insulating layer is formed, the smoothness is lowered, and even if a via hole is formed, it is easily disconnected. In addition, stud bumps are planted one by one by bonding, and cannot be arranged in a lump, and there is a problem in terms of productivity.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-256429 shows a structure in which a semiconductor element is accommodated in a ceramic substrate and electrically connected in a flip chip form. However, ceramics have poor outer formability and do not fit in semiconductor elements. In addition, the bumps also had large height variations. For this reason, the smoothness of the interlayer insulating layer is impaired, and the connection is lowered.
[0008]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-126978 discloses a multilayer printed wiring board in which an electronic component such as a semiconductor element is embedded in a space accommodating portion, connected to a conductor circuit, and stored via a via hole. However, since the accommodating portion is a gap, misalignment is likely to occur, and disconnection from the pads of the semiconductor element is likely to occur. Further, since the die pad and the conductor circuit are directly connected, there is a problem that an oxide film is easily formed on the die pad and the insulation resistance is increased.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to be able to directly connect to a printed wiring board without using a lead component.RuPrinted wiring board with built-in semiconductor elementsAnd printed wiring boardIt aims at proposing the manufacturing method of this.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research, the present inventor has created that a transition layer is formed on a die pad of a semiconductor element. A semiconductor element having the transition layer can be obtained in a desired size or shape even if embedded in a printed wiring board, housed, or accommodated, or an interlayer insulating layer is formed thereon to form a via hole. It is done.
[0011]
The reason why the transition layer is provided on the die pad of the IC chip will be described. The die pad of the IC chip is generally made of aluminum or the like. When the via hole of the interlayer insulating layer was formed by photoetching with the die pad on which the transition layer was not formed, the resin was likely to remain on the surface layer of the pad after exposure and development if the die pad remained. Moreover, discoloration of the pad was caused by the adhesion of the developer. On the other hand, when a via hole is formed by a laser, there is a risk of burning the aluminum pad. Moreover, when it performed on the conditions which do not burn out, the resin residue generate | occur | produced on the pad. Further, when the substrate was immersed in an acid, an oxidant, or an etchant in the subsequent process, or after various annealing processes, discoloration and dissolution of the IC chip pad occurred. Furthermore, the pads of the IC chip are made with a diameter of about 40 μm, and the via hole is larger than that, and a positional tolerance is required. Therefore, misalignment or the like easily occurs.
[0012]
On the other hand, by providing a transition layer made of copper or the like on the die pad, the inconvenience of forming the via hole can be solved, and the use of a solvent can be achieved, so that the resin residue on the pad can be prevented. Further, even when the substrate is immersed in an acid, an oxidant, or an etching solution in the post-process, or through various annealing processes, the pad is not discolored or dissolved. This improves the connectivity and reliability between the pad and the via hole. Furthermore, via holes can be reliably connected by interposing a transition layer having a larger diameter than that on the die pad of the IC chip. Desirably, the transition layer should be equal to or greater than the via hole diameter and position tolerance.
[0013]
Furthermore, since the transition layer is formed, the semiconductor device can be easily operated and electrically inspected before or after the IC chip, which is a semiconductor device, is embedded in the printed wiring board. . This is because the inspection probe pin is easily contacted because a transition layer larger than the die pad is formed. As a result, whether or not the product is available can be determined in advance, and productivity and cost can be improved. In addition, the pad is not lost or scratched by the probe.
[0014]
Therefore, by forming the transition, it is possible to suitably embed, house, and house the IC chip, which is a semiconductor element, in the printed wiring. That is, it can be said that a semiconductor element having a transition layer is a semiconductor element for embedding, accommodating, and accommodating a printed wiring board.
The transition layer is formed by forming a thin film layer on a die pad and forming a thickening layer thereon. It can be formed of at least two layers.
[0015]
Each of them may function only with a multilayer printed wiring board, but in some cases, in order to function as a package substrate as a semiconductor device, BGA, solder bump or PGA for connection with a mother board or daughter board as an external substrate (Conductive connection pins) may be provided. In addition, with this configuration, the wiring length can be shortened and the loop inductance can be reduced as compared with the case of connection by the conventional mounting method.
[0016]
The transition layer defined in the present invention will be described.
The transition layer means an intermediate intermediate layer provided to directly connect an IC chip as a semiconductor element and a printed wiring board without using a conventional IC chip mounting technique. As its feature, it is formed of two or more metal layers. Or it is to make it larger than the die pad of the IC chip which is a semiconductor element. This improves electrical connection and alignment, and enables via hole processing by laser or photoetching without damaging the die pad. Therefore, the IC chip can be securely embedded, accommodated, accommodated and connected to the printed wiring board. Further, it is possible to directly form a metal which is a conductor layer of the printed wiring board on the transition layer. Examples of the conductor layer include a via hole in an interlayer resin insulating layer and a through hole on a substrate.
[0017]
As a resin-made substrate incorporating an electronic component such as an IC chip used in the present invention, epoxy resin, BT resin, phenol resin or the like impregnated with a reinforcing material such as glass epoxy resin or a core material, or an epoxy resin. A laminate of prepregs or the like is used, and those generally used for printed wiring boards can be used. In addition, a double-sided copper-clad laminate, a single-sided plate, a resin plate without a metal film, and a resin film can be used. However, if a temperature of 350 ° C. or higher is applied, the resin will dissolve and carbonize.
[0018]
Physical vapor deposition such as vapor deposition and sputtering is performed on the entire surface of the IC chip to form a conductive metal film on the entire surface. As the metal, one that forms one or more layers of metals such as tin, chromium, titanium, nickel, zinc, cobalt, gold, and copper is preferable. As thickness, it is good to form between 0.001-2.0 micrometers. In particular, 0.01 to 1.0 μm is desirable.
[0019]
A metal film can be further provided on the metal film by electroless plating or the like. The upper metal film preferably has one or more layers of metals such as nickel, copper, gold, and silver. The thickness is preferably 0.01 to 5 μm, and particularly preferably 0.1 to 3.0 μm.
[0020]
The metal film is thickened by electroless or electrolytic plating. The types of plating formed include nickel, copper, gold, silver, zinc, and iron. Since the conductor layer, which is a build-up formed later, is mainly copper, it is preferable to use copper. The thickness is preferably in the range of 1 to 20 μm. If it is thicker, undercutting may occur during etching, and a gap may be generated at the interface between the formed transition layer and via hole. Thereafter, an etching resist is formed, exposed and developed to expose portions of the metal other than the transition layer, and then etched to form a transition layer on the pad of the IC chip.
[0021]
In addition to the above method of manufacturing the transition layer, a dry film resist is formed on the metal film formed on the IC chip and the core substrate, and the portion corresponding to the transition layer is removed and thickened by electrolytic plating. Thereafter, the resist is peeled off, and a transition layer can be similarly formed on the pad of the IC chip by an etching solution.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
A. Semiconductor element
First, the configuration of the semiconductor element (IC chip) according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3A showing a cross section of the
[0023]
[First embodiment]
As shown in FIG. 3B, a
[0024]
Next, a method for manufacturing the semiconductor element described above with reference to FIG. 3B will be described with reference to FIGS.
[0025]
(1) First, the
(2) Next, a
[0026]
(3) Physical vapor deposition such as vapor deposition or sputtering is performed on the
[0027]
(4) Thereafter, a resist layer of any one of a liquid resist, a photosensitive resist, and a dry film is formed on the
[0028]
(5) After removing the plating resist 35 with an alkaline solution or the like, the
[0029]
(6) Next, an etching solution is sprayed onto the substrate to etch the surface of the
[0030]
(7) Finally, the
[0031]
[First modification of the first embodiment]
In the first embodiment described above, the
[0032]
[Second modification of the first embodiment]
In the first embodiment described above, the
[0033]
[Third modification of the first embodiment]
In the first embodiment described above, the
[0034]
[Fourth modification of the first embodiment]
In the first embodiment described above, the
[0035]
[Fifth modification of the first embodiment]
In the first embodiment described above, the
In each modified example, copper may be further laminated on the thin film layer.
[0036]
[Second Embodiment]
A
[0037]
Subsequently, a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment described above with reference to FIG. 7B will be described with reference to FIGS.
[0038]
(1) First, the
(2) Next, a
[0039]
(3) Physical vapor deposition such as vapor deposition or sputtering is performed on the
[0040]
(4) The second
[0041]
(5) Thereafter, a resist layer is formed on the second
[0042]
(6) After removing the plating resist 35 with an alkaline solution or the like, the second
[0043]
(7) Next, an etching solution is sprayed on the substrate to etch the surface of the
[0044]
(8) Finally, the
[0045]
[First modification of the second embodiment]
In the second embodiment described above, the first
[0046]
[Second modification of the second embodiment]
In the second modified example, the first
[0047]
[Third modification of the second embodiment]
In the third modified example, the first
[0048]
[Fourth modification of the second embodiment]
In the fourth modified example, the first
[0049]
[Fifth modification of the second embodiment]
In the fifth modified example, the first
[0050]
[Third embodiment]
A method for manufacturing the
[0051]
A manufacturing method of the third embodiment will be described with reference to FIG.
(1) As described above with reference to FIG. 2B in the first embodiment, physical vapor deposition such as vapor deposition and sputtering is performed on the
[0052]
(2) A thickening layer (electrolytic plating film) 37 is uniformly provided on the first
[0053]
(3) Thereafter, a resist
[0054]
(4) The
[0055]
[First modification of the third embodiment]
In the third embodiment described above, the
[0056]
[Fourth embodiment]
A method for manufacturing the
[0057]
The manufacturing method of the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
(1) In the first embodiment, as in the second embodiment described above with reference to FIG. 6A, the second
Desirable combinations of the first thin film layer and the second thin film layer are chromium-copper, chromium-nickel, titanium-copper, and titanium-nickel. It is superior to other combinations in terms of metal bondability and electrical conductivity.
[0058]
(2) Electroplating is performed to uniformly provide a
[0059]
(3) Thereafter, a resist
[0060]
(4) The first
[0061]
[First modification of the fourth embodiment]
In the fourth embodiment described above, the first
[0062]
[Second modification of the fourth embodiment]
In the second modified example, the first
[0063]
[Third Modification of Fourth Embodiment]
In the third modified example, the first
[0064]
[Fourth modification of the fourth embodiment]
In the fourth modified example, the first
Chrome 0.06 μm, nickel 1.2 μm, and
[0065]
[Fifth modification of the fourth embodiment]
In the fifth modified example, the first
[0066]
B. Multilayer printed wiring board with built-in semiconductor elements
Next, the configuration of the multilayer printed wiring board in which the semiconductor elements (IC chips) 20 of the first to fourth embodiments described above are embedded, accommodated, and accommodated in the recesses, gaps, and openings of the core substrate will be described.
[First embodiment]
As shown in FIG. 14, the multilayer printed
[0067]
A solder resist
[0068]
In the multilayer printed
[0069]
Furthermore, by providing the
[0070]
Next, a method for manufacturing the multilayer printed wiring board described above with reference to FIG. 14 will be described with reference to FIGS.
[0071]
(1) First, an insulating resin substrate (core substrate) 30 in which a prepreg impregnated with a resin such as epoxy is laminated on a core material such as glass cloth is used as a starting material (see FIG. 10A). Next, a
[0072]
(2) Thereafter, the
[0073]
(3) Then, the upper surface of the
[0074]
(4) A pressure of 5 kg / cm while heating a thermosetting resin sheet having a thickness of 50 μm to a temperature of 50 to 150 ° C. on the substrate subjected to the above steps.2Then, an interlayer
[0075]
(5) Next, CO with a wavelength of 10.4 μm2A via
[0076]
(6) Next, the surface of the interlayer
[0077]
(7) The
[Electroless plating aqueous solution]
NiSOFour 0.003 mol / l
Tartaric acid 0.200 mol / l
Copper sulfate 0.030 mol / l
HCHO 0.050 mol / l
NaOH 0.100 mol / l
α, α'-bipyridyl 100 mg / l
Polyethylene glycol (PEG) 0.10 g / l
It was immersed for 40 minutes at a liquid temperature of 34 ° C.
[0078]
Instead of plating, using SV-4540 manufactured by Nippon Vacuum Technology Co., Ltd., sputtering using Ni—Cu alloy as a target was performed under the conditions of atmospheric pressure 0.6 Pa, temperature 80 ° C., power 200 W, and time 5 minutes. The
[0079]
(8) A commercially available photosensitive dry film is pasted on the
[0080]
(Electrolytic plating aqueous solution)
Sulfuric acid 2.24 mol / l
Copper sulfate 0.26 mol / l
Additive (manufactured by Atotech Japan, Kaparaside HL) 19.5 ml / l
[Electrolytic plating conditions]
Current density 1A / dm2
65 minutes
[0081]
(9) After stripping and removing the plating resist 54 with 5% NaOH, the
[0082]
(10) Next, the above steps (4) to (9) are repeated to further form an upper interlayer
[0083]
(11) Next, a photosensitizing agent obtained by acrylating 50% of an epoxy group of a cresol novolac type epoxy resin (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) dissolved in diethylene glycol dimethyl ether (DMDG) to a concentration of 60% by weight. 46.67 parts by weight of oligomer (molecular weight 4000), 80 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin dissolved in methyl ethyl ketone (manufactured by Yuka Shell, trade name: Epicoat 1001), 15 parts by weight of imidazole curing agent (manufactured by Shikoku Chemicals) , Trade name: 2E4MZ-CN) 1.6 parts by weight, polyfunctional acrylic monomer (manufactured by Kyoei Chemical Co., Ltd., trade name: R604) which is a photosensitive monomer, polyvalent acrylic monomer (manufactured by Kyoei Chemical Co., Ltd., product) Name: DPE6A) 1.5 parts by weight, dispersion antifoaming agent (manufactured by San Nopco, trade name: S-65) 0.7 A weight part is put into a container, and a mixed composition is prepared by stirring and mixing. 2.0 parts by weight of benzophenone (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) as a photoweight initiator and Michler's ketone as a photosensitizer for the mixed composition. (Kanto Chemical Co., Ltd.) 0.2 part by weight is added to obtain a solder resist composition (organic resin insulating material) having a viscosity adjusted to 2.0 Pa · s at 25 ° C.
Viscosity was measured with a B type viscometer (DVL-B type, manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.) at 60 rpm for rotor No. 4 and at 6 rpm for rotor No. 3.
[0084]
(12) Next, the solder resist composition is applied to the
[0085]
(13) Next, the substrate on which the solder resist layer (organic resin insulating layer) 70 is formed is nickel chloride (2.3 × 10-1mol / l), sodium hypophosphate (2.8 × 10 6)-1mol / l), sodium citrate (1.6 × 10-1The
[0086]
(14) Thereafter, a solder paste is printed on the
[0087]
For the solder paste, Sn / Pb, Sn / Sb, Sn / Ag, Sn / Ag / Cu, or the like can be used. Of course, a radiation low α-ray type solder paste may be used.
[0088]
In the embodiment described above, thermosetting resin sheets are used for the interlayer resin insulation layers 50 and 150. This resin sheet contains a hardly soluble resin, soluble particles, a curing agent, and other components. Each will be described below.
[0089]
The resin used in the production method of the present invention is a resin in which particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter referred to as soluble particles) are dispersed in a resin that is hardly soluble in an acid or oxidizing agent (hereinafter referred to as a hardly soluble resin). is there.
As used herein, the terms “poorly soluble” and “soluble” refer to those having a relatively fast dissolution rate as “soluble” for convenience when immersed in a solution of the same acid or oxidizing agent for the same time. A relatively slow dissolution rate is referred to as “slightly soluble” for convenience.
[0090]
Examples of the soluble particles include resin particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter, soluble resin particles), inorganic particles soluble in an acid or an oxidizing agent (hereinafter, soluble inorganic particles), and a metal soluble in an acid or an oxidizing agent. Examples thereof include particles (hereinafter, soluble metal particles). These soluble particles may be used alone or in combination of two or more.
[0091]
The shape of the soluble particles is not particularly limited, and examples thereof include spherical shapes and crushed shapes. Moreover, it is desirable that the soluble particles have a uniform shape. This is because a roughened surface having unevenness with uniform roughness can be formed.
[0092]
The average particle size of the soluble particles is preferably 0.1 to 10 μm. If it is the range of this particle size, you may contain the thing of a 2 or more types of different particle size. That is, it contains soluble particles having an average particle diameter of 0.1 to 0.5 μm and soluble particles having an average particle diameter of 1 to 3 μm. Thereby, a more complicated roughened surface can be formed and it is excellent also in adhesiveness with a conductor circuit. In the present invention, the particle size of the soluble particles is the length of the longest part of the soluble particles.
[0093]
Examples of the soluble resin particles include those made of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and the like, as long as the dissolution rate is higher than that of the hardly soluble resin when immersed in a solution made of an acid or an oxidizing agent. There is no particular limitation.
Specific examples of the soluble resin particles include, for example, an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, a polyphenylene resin, a polyolefin resin, a fluorine resin, and the like, and may be composed of one of these resins. And it may consist of a mixture of two or more resins.
[0094]
Moreover, as the soluble resin particles, resin particles made of rubber can be used. Examples of the rubber include polybutadiene rubber, epoxy-modified, urethane-modified, (meth) acrylonitrile-modified various modified polybutadiene rubber, carboxyl group-containing (meth) acrylonitrile-butadiene rubber, and the like. By using these rubbers, the soluble resin particles are easily dissolved in an acid or an oxidizing agent. That is, when soluble resin particles are dissolved using an acid, acids other than strong acids can be dissolved. When soluble resin particles are dissolved using an oxidizing agent, permanganese having a relatively low oxidizing power is used. Even acid salts can be dissolved. Even when chromic acid is used, it can be dissolved at a low concentration. Therefore, no acid or oxidant remains on the resin surface, and as described later, when a catalyst such as palladium chloride is applied after the roughened surface is formed, the catalyst is not applied or the catalyst is oxidized. There is nothing to do.
[0095]
Examples of the soluble inorganic particles include particles composed of at least one selected from the group consisting of aluminum compounds, calcium compounds, potassium compounds, magnesium compounds, and silicon compounds.
[0096]
Examples of the aluminum compound include alumina and aluminum hydroxide. Examples of the calcium compound include calcium carbonate and calcium hydroxide. Examples of the potassium compound include potassium carbonate. Examples of the magnesium compound include magnesia, dolomite, basic magnesium carbonate and the like, and examples of the silicon compound include silica and zeolite. These may be used alone or in combination of two or more.
[0097]
Examples of the soluble metal particles include particles composed of at least one selected from the group consisting of copper, nickel, iron, zinc, lead, gold, silver, aluminum, magnesium, calcium, and silicon. Further, the surface layer of these soluble metal particles may be coated with a resin or the like in order to ensure insulation.
[0098]
When two or more kinds of the soluble particles are used in combination, the combination of the two kinds of soluble particles to be mixed is preferably a combination of resin particles and inorganic particles. Both of them have low electrical conductivity, so that the insulation of the resin film can be ensured, and the thermal expansion can be easily adjusted between the poorly soluble resin, and no crack occurs in the interlayer resin insulation layer made of the resin film. This is because no peeling occurs between the interlayer resin insulation layer and the conductor circuit.
[0099]
The poorly soluble resin is not particularly limited as long as it can maintain the shape of the roughened surface when the roughened surface is formed using an acid or an oxidizing agent in the interlayer resin insulation layer. For example, thermosetting Examples thereof include resins, thermoplastic resins, and composites thereof. Moreover, the photosensitive resin which provided photosensitivity to these resin may be sufficient. By using a photosensitive resin, a via hole opening can be formed in the interlayer resin insulating layer by exposure and development.
Among these, those containing a thermosetting resin are desirable. This is because the shape of the roughened surface can be maintained by the plating solution or various heat treatments.
[0100]
Specific examples of the hardly soluble resin include, for example, epoxy resin, phenol resin, phenoxy resin, polyimide resin, polyphenylene resin, polyolefin resin, polyethersulfone, and fluorine resin. These resins may be used alone or in combination of two or more.
Furthermore, an epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule is more desirable. Not only can the aforementioned roughened surface be formed, but also has excellent heat resistance, etc., so that stress concentration does not occur in the metal layer even under heat cycle conditions, and peeling of the metal layer is unlikely to occur. Because.
[0101]
Examples of the epoxy resin include cresol novolac type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, alkylphenol novolac type epoxy resin, biphenol F type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, Examples thereof include cyclopentadiene type epoxy resins, epoxidized products of condensates of phenols and aromatic aldehydes having a phenolic hydroxyl group, triglycidyl isocyanurate, and alicyclic epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more. Thereby, it will be excellent in heat resistance.
[0102]
In the resin film used in the present invention, it is desirable that the soluble particles are dispersed almost uniformly in the hardly soluble resin. A roughened surface with unevenness of uniform roughness can be formed, and even if a via hole or a through hole is formed in a resin film, the adhesion of the metal layer of the conductor circuit formed thereon can be secured. Because it can. Moreover, you may use the resin film containing a soluble particle only in the surface layer part which forms a roughening surface. As a result, since the portion other than the surface layer portion of the resin film is not exposed to the acid or the oxidizing agent, the insulation between the conductor circuits via the interlayer resin insulation layer is reliably maintained.
[0103]
In the resin film, the blending amount of the soluble particles dispersed in the hardly soluble resin is preferably 3 to 40% by weight with respect to the resin film. When the blending amount of the soluble particles is less than 3% by weight, a roughened surface having desired irregularities may not be formed. When the blending amount exceeds 40% by weight, the soluble particles are dissolved using an acid or an oxidizing agent. In addition, the resin film is melted to the deep part of the resin film, and the insulation between the conductor circuits through the interlayer resin insulating layer made of the resin film cannot be maintained, which may cause a short circuit.
[0104]
The resin film preferably contains a curing agent, other components and the like in addition to the soluble particles and the hardly soluble resin.
Examples of the curing agent include imidazole curing agents, amine curing agents, guanidine curing agents, epoxy adducts of these curing agents, microcapsules of these curing agents, triphenylphosphine, and tetraphenylphosphorus. And organic phosphine compounds such as nium tetraphenylborate.
[0105]
The content of the curing agent is desirably 0.05 to 10% by weight with respect to the resin film. If it is less than 0.05% by weight, since the resin film is not sufficiently cured, the degree of penetration of the acid and the oxidant into the resin film increases, and the insulating properties of the resin film may be impaired. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, an excessive curing agent component may denature the composition of the resin, which may lead to a decrease in reliability.
[0106]
Examples of the other components include fillers such as inorganic compounds or resins that do not affect the formation of the roughened surface. Examples of the inorganic compound include silica, alumina, and dolomite. Examples of the resin include polyimide resin, polyacrylic resin, polyamideimide resin, polyphenylene resin, melanin resin, and olefin resin. By including these fillers, it is possible to improve the performance of the multilayer printed wiring board by matching the thermal expansion coefficient, improving heat resistance, and chemical resistance.
[0107]
Moreover, the said resin film may contain the solvent. Examples of the solvent include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone, and aromatic hydrocarbons such as ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, toluene, and xylene. These may be used alone or in combination of two or more. However, these interlayer resin insulation layers melt and carbonize when a temperature of 350 ° C. or higher is applied.
[0108]
[Second Embodiment]
Next, a multilayer printed wiring board according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the case where the BGA is provided has been described. The second embodiment is substantially the same as the first embodiment, but is configured in a PGA system in which connection is made via conductive connection pins 96 as shown in FIG. In the first embodiment described above, the via hole is formed by a laser. In the second embodiment, the via hole is formed by photoetching.
[0109]
A method for manufacturing a multilayer printed wiring board according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
(4) Similar to the first embodiment, the thermosetting
[0110]
(5) Next, the
[0111]
(6) An interlayer
[0112]
(7) The surface of the interlayer
[0113]
The results of the evaluation of the semiconductor elements of the above-described examples and the comparative example of the semiconductor elements accommodated in the multilayer printed wiring boards of the first and second examples are shown in the charts of FIGS.
[Comparative Example 1]
The comparative example is the same as the semiconductor element of the first embodiment. However, in Comparative Example 1, the transition layer was not formed, and the die pad was embedded as it was in the multilayer printed wiring board.
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, stud bumps disclosed in JP-A-9-321408 were formed and embedded in a multilayer printed wiring board.
[0114]
As an evaluation item,
(1) The presence or absence of discoloration / dissolution of the die pad was determined visually.
(2) Whether or not the via hole opening can be formed by using the manufacturing method of the multilayer printed wiring board of the first embodiment, whether or not an opening having a diameter of 60 μm can be formed by a laser, Using a plate manufacturing method, it was investigated whether an opening having a diameter of 85 μm could be formed if it was a photo.
(3) The contact resistance between the die pad and the via hole was measured.
In the semiconductor elements of the first to fourth examples, favorable results were obtained, but in Comparative Examples 1 and 2, problems such as poor formation of via holes, poor connection, or increased resistance values occurred.
[0115]
【The invention's effect】
With the structure of the present invention, the IC chip and the printed wiring board can be connected without using lead components. Therefore, resin sealing is also unnecessary. Furthermore, since troubles due to lead parts and sealing resin do not occur, connectivity and reliability are improved. In addition, since the IC chip pad and the conductive layer of the printed wiring board are directly connected, the electrical characteristics can be improved.
Furthermore, compared with the conventional IC chip mounting method, the wiring length from the IC chip to the substrate to the external substrate can be shortened, and the loop inductance can be reduced. In addition, the degree of freedom of wiring formation increased as BGA, PGA, and the like were arranged.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, and 1C are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 2A, 2B, and 2C are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 3A and 3B are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4A is a plan view of a
5A, 5B, 5C, and 5D are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 6A, 6B, and 6C are process diagrams of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 7A and 7B are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIGS.
8A, 8B, 8C, and 8D are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIGS. 9A, 9B, 9C, 9D, 9D and 9D are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
10A, 10B, 10C, and 10D are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
11A, 11B, and 11C are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
12A, 12B, and 12C are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
13A, 13B, and 13C are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of the multilayer printed wiring board according to the first embodiment of the present invention.
15A, 15B, 15C, and 15D are manufacturing process diagrams of a multilayer printed wiring board according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a multilayer printed wiring board according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a chart showing the results of evaluating the semiconductor elements of the first and second examples.
FIG. 18 is a chart showing the results of evaluating the semiconductor elements of the third and fourth examples as comparative examples.
[Explanation of symbols]
20 IC chip (semiconductor element)
22 die pad
24 Protective film
30 core substrate
32 recess
36 Resin layer
38 Transition layer
50 Interlayer resin insulation layer
58 Conductor circuit
60 Bahia Hall
70 Solder resist layer
76 Solder bump
90 daughter board
96 Conductive connection pins
97 Conductive adhesive
120 IC chip
150 Interlayer resin insulation layer
158 Conductor circuit
160 Viahole
Claims (3)
前記ICチップのパッド上に、該パッドより大径であって電解銅めっきにより形成された仲介層が形成され、
前記基板の表面上の層間絶縁層内部には、前記仲介層に達する開口がレーザーにより形成され、
前記開口の内部に形成されているバイアホールにより、前記ICチップのパッドと前記導体層とが接続されているプリント配線板。Prints in which interlayer insulating layers and conductor layers are alternately stacked on a substrate having an IC chip embedded in a recess or through hole, and a conductor circuit is connected via via holes formed in the interlayer insulating layer In the wiring board,
On the pads of the IC chip, intermediary layer formed Ri by the electrolytic copper plating a larger diameter than the pad is formed,
Inside the interlayer insulating layer on the surface of the substrate, an opening reaching the mediating layer is formed by a laser,
A printed wiring board in which a pad of the IC chip and the conductor layer are connected by a via hole formed inside the opening.
パッド上に、該パッドより大径であって電解銅めっきにより形成された仲介層を有するICチップを、基板の凹部又は通孔に収容し;
前記基板の上に層間絶縁層を積層し;
レーザーにより前記層間絶縁層に前記仲介層へ達する開口を形成し;
前記開口の内部に、層間絶縁層上の導体層と接続するバイアホールを形成する;プリント配線板の製造方法。Prints in which interlayer insulating layers and conductor layers are alternately stacked on a substrate having an IC chip embedded in a recess or through hole, and a conductor circuit is connected via via holes formed in the interlayer insulating layer A method for manufacturing a wiring board comprising:
On the pad, the IC chip having an intermediary layer formed Ri by the electrolytic copper plating a larger diameter than the pad, and received in the recess or through hole of the substrate;
Laminating an interlayer insulating layer on the substrate;
Forming an opening in the interlayer insulating layer by laser to reach the mediating layer;
A via hole connected to the conductor layer on the interlayer insulating layer is formed inside the opening; a method for manufacturing a printed wiring board.
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