JP5541157B2 - Mounting substrate, substrate, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
[関連出願の記載]
本発明は、日本国特許出願:特願2008−154175号(2008年6月12日出願)の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、ベアチップ、CSP(Chip Size Package)、BGA(Ball Grid Array)などの電子部品を基板に実装した実装基板、及び基板、並びにそれらの製造方法に関し、特に、はんだバンプと導電性接着剤とを用いて電子部品と基板の間の接続を行なった実装基板、及び基板、並びにそれらの製造方法に関する。[Description of related applications]
The present invention is based on the priority claim of Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2008-154175 (filed on June 12, 2008), the entire contents of which are incorporated herein by reference. Shall.
The present invention relates to a mounting substrate on which electronic components such as a bare chip, CSP (Chip Size Package), and BGA (Ball Grid Array) are mounted on a substrate, and a method of manufacturing the same, and in particular, a solder bump and a conductive adhesive. The present invention relates to a mounting board in which an electronic component and a board are connected using the board, a board, and a manufacturing method thereof.
電子機器の急速な発達に伴い、半導体素子にはこれまで以上に高機能化が求められるようになってきている。半導体素子の多機能化に伴い半導体素子の入出力端子数は増加し、また半導体素子を高速動作させるため配線長の短縮化が求められている。こうした要求を実現するために半導体素子と基板の接続方法として、半導体素子と基板をバンプ電極を用いて接続するフリップチップ接続がある。フリップチップ接続は、半導体素子の配線側の面にエリア上に接続パッドを設けることができるため、多ピン化に適している。また、ワイヤボンディングやテープオートメイティッドボンディングの様な他の接続方法と比較して、フリップチップ接続は、引き出し線を必要としないため、配線長の短縮化が可能である。以上のような理由から電子機器に用いられる半導体素子の基板への実装には、フリップチップ接続を使用したものが増加している。 With the rapid development of electronic devices, semiconductor devices are required to have higher functionality than ever. As the number of semiconductor elements increases, the number of input / output terminals of the semiconductor elements increases, and the wiring length is required to be shortened in order to operate the semiconductor elements at high speed. As a method for connecting the semiconductor element and the substrate to realize such a requirement, there is a flip chip connection in which the semiconductor element and the substrate are connected using bump electrodes. The flip chip connection is suitable for increasing the number of pins because a connection pad can be provided on the surface of the semiconductor element on the wiring side. Further, compared to other connection methods such as wire bonding and tape automated bonding, the flip chip connection does not require a lead wire, and therefore the wiring length can be shortened. For the reasons described above, the number of semiconductor devices used in electronic devices using flip chip connection is increasing for mounting on a substrate.
現在、フリップチップ接続に使用される一般的なバンプ電極の材料には、Auやはんだ等が用いられている。はんだの具体例として、Sn−Pb共晶はんだがあるが、Sn−Pb共晶はんだに限定されず、例えば、Sn−Pb(共晶を除く)、Sn−Ag、Sn−Cu、Sn−Zn、Sn−Bi、及びこれらの材料に特定の添加元素をさらに加えたもの等が挙げられ、目的に応じて材料が適宜選択される。 Currently, Au, solder, or the like is used as a material for a general bump electrode used for flip chip connection. Specific examples of the solder include Sn-Pb eutectic solder, but are not limited to Sn-Pb eutectic solder, for example, Sn-Pb (excluding eutectic), Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Zn. , Sn-Bi, and those obtained by further adding specific additive elements to these materials, and the like, and materials are appropriately selected according to the purpose.
一方、フリップチップ接続される半導体素子の多くは、半導体素子−基板間の熱膨張係数の違いによる応力を緩和するため、半導体素子−基板の隙間を樹脂封止することにより、接続信頼性を確保している。 On the other hand, in many flip-chip connected semiconductor elements, the connection reliability is ensured by resin-sealing the gap between the semiconductor element and the substrate in order to relieve stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element and the substrate. doing.
例えば、特許文献1では、突起電極を有する回路素子と基板電極上にはんだを有する回路基板とからなり、該回路素子と回路基板との間に熱硬化性樹脂を介在するフリップチップ接続構造体において、前記突起電極と前記はんだとの金属接合は、前記熱硬化性樹脂の硬化が完了する前に形成されたフリップチップ接続構造体が開示されている(従来例1)。
For example, in
また、特許文献2では、1個または複数個の半導体チップを搭載したBGA型半導体装置をはんだで実装するための電極パッド部が形成されているプリント配線基板において、前記電極パッド部205が、導電性パッド202と、該導電性パッド202上に形成された該導電性パッド径よりも小さい突起状の樹脂203とを有し、樹脂203の表面が、金属薄膜210で被覆されているものが開示されている(従来例2;図9参照)。
Further, in
さらに、特許文献3では、コア基板312の少なくとも片面に導体回路層324と絶縁層322とが交互に形成され各導体回路層324間が前記絶縁層322を貫通するスルーホール導体318又はバイアホールを介して電気的に接続されると共に実装面に実装される電子部品(ICチップ350)が前記導体回路層324と電気的に接続されるプリント配線板310であって、前記複数の導体回路層324のうち外層に最も近い外層導体回路層324aを覆うように形成され前記絶縁性樹脂(絶縁層322)よりも弾性率の低い材料からなる応力緩和層330と、前記応力緩和層330を貫通する貫通孔332と、前記貫通孔332の内壁に形成されたバリア層336と該バリア層336の内側に形成されたはんだ製の芯体(はんだ芯体337)とからなり前記外層導体回路層324aと前記電子部品(ICチップ350)とを電気的に接続する導体ポスト334と、を備え、前記導体ポスト334は、アスペクト比が1.5以上であるプリント配線板が開示されている(従来例3;図10参照)。
Further, in
なお、上記特許文献1から3の全開示内容はその引用をもって本書に繰込み記載する。以下の分析は、本発明によって与えられたものである。
しかしながら、従来例1〜3は、それぞれ次のような問題がある。Note that the entire disclosures of
However, Conventional Examples 1 to 3 have the following problems.
まず、従来例1(特許文献1)に係るフリップチップ接続構造体では、弾性率が高いはんだバンプ接合部(はんだ)に対し、半導体集積回路素子−回路基板間の熱膨張差により高い応力が発生し、この応力により接合部近傍の素子、バンプ、基板等が破壊されるといった問題がある。この問題を防ぐために、従来例1では、半導体集積回路素子と回路基板の隙間を熱硬化性樹脂(アンダーフィル樹脂)で封止し、はんだバンプにかかる応力を緩和することで接続信頼性を向上させている。ところが、従来例1では、熱硬化性樹脂で封止する工程前に半導体集積回路素子を回路基板に位置決めをして加熱する工程で、半導体集積回路素子−回路基板間の熱膨張差により高い応力が発生し、はんだバンプ接合部に集中的に応力がかかるため、製造工程における応力対策が必要となる。特に、弾性率が高い鉛フリーはんだを適用したり、半導体集積回路素子において機械的強度が低いLow−k膜を使用する製品が増えてくると、この問題は一層深刻になる。また、熱硬化性樹脂で封止した後においても、はんだは熱硬化性樹脂の弾性率と比較してはるかに弾性率が高い。例えば、Ag(3wt%)−Cu(0.5wt%)−Sn(残余)のはんだの弾性率は約40GPaであるのに対し、熱硬化性樹脂の弾性率は充填剤を混入して高弾性率化した場合でも10GPa程度である。このため、弾性率の高いはんだ接合部分に依然として応力が集中して、繰返しの温度変化等により、はんだバンプやその接続部近傍の素子、あるいは基板にクラックが発生するといった問題がある。 First, in the flip-chip connection structure according to Conventional Example 1 (Patent Document 1), a high stress is generated due to a difference in thermal expansion between the semiconductor integrated circuit element and the circuit board with respect to a solder bump joint (solder) having a high elastic modulus. However, there is a problem that elements, bumps, substrates, and the like in the vicinity of the joint are destroyed by this stress. To prevent this problem, Conventional Example 1 improves the connection reliability by sealing the gap between the semiconductor integrated circuit element and the circuit board with a thermosetting resin (underfill resin) and relieving the stress applied to the solder bumps. I am letting. However, in the conventional example 1, in the process of positioning and heating the semiconductor integrated circuit element on the circuit board before the process of sealing with the thermosetting resin, a high stress is caused by the difference in thermal expansion between the semiconductor integrated circuit element and the circuit board. Occurs and stress is concentrated on the solder bump joints, so that it is necessary to take measures against stress in the manufacturing process. In particular, when a lead-free solder having a high elastic modulus is applied or a product using a low-k film having a low mechanical strength in a semiconductor integrated circuit element increases, this problem becomes more serious. Moreover, even after sealing with a thermosetting resin, the solder has a much higher elastic modulus than the elastic modulus of the thermosetting resin. For example, the elastic modulus of the solder of Ag (3 wt%)-Cu (0.5 wt%)-Sn (residue) is about 40 GPa, whereas the elastic modulus of the thermosetting resin is high by mixing the filler. Even when the rate is increased, it is about 10 GPa. For this reason, there is a problem that stress is still concentrated on the solder joint portion having a high elastic modulus, and cracks are generated in the solder bump, the element in the vicinity of the connection portion, or the substrate due to repeated temperature changes.
そこで、バンプ接合部の弾性率を下げる試みとして、従来例2(特許文献2;図9参照)では、絶縁基板201側の導電性パッド202上に突起状の樹脂203を形成し、これにより接合部の応力緩和を図っている。しかしながら、従来例2の構成の場合、絶縁基板201側の導電性パッド202と突起状の樹脂203の接着強度が不足しやすく、基板導電性パッド202と突起状の樹脂203の接着界面で剥離が発生するといった問題がある。
Therefore, as an attempt to lower the elastic modulus of the bump bonding portion, in Conventional Example 2 (
また、従来例3(特許文献3;図10参照)では、多層プリント配線板A上に応力緩和層330を形成するとともに、導体ポスト334であるはんだ芯体337のアスペクト比を制御することで、実装時の応力を緩和している。ところが、実施例3の構成の場合、導体ポスト334であるはんだ芯体337のアスペクト比の調整に加え、周囲の応力緩和層330による応力緩和効果が期待できるが、はんだ芯体337は全て弾性率の高いはんだで形成されており、はんだ芯体337の接合部近傍には、依然として高い応力が発生する。この構造で応力緩和を実現する際に重要な点は、はんだ芯体337の高さをいかに高くして弾性率が高いはんだ芯体337をいかに変形しやすくするかということになるが、応力緩和層330を厚くして導体ポスト334を高くしようとした場合、導体ポスト334の形成の際にはんだの充填不良が発生しやすくなり、応力緩和構造と接続信頼性の両立が難しいという問題がある。
Further, in Conventional Example 3 (
本発明の主な課題は、はんだバンプと導電性接着剤とを用いて電子部品と基板の間の接続を行なった実装基板における前記問題に対して、高信頼性の確保が可能な実装基板、及び基板、並びにそれらの製造方法を提供することである。 The main problem of the present invention is a mounting substrate capable of ensuring high reliability for the above-mentioned problem in the mounting substrate in which the connection between the electronic component and the substrate is performed using the solder bump and the conductive adhesive, And a substrate, and a method of manufacturing the same.
本発明の第1の視点においては、基板において、電極パッドが形成された基板と、前記電極パッドを含む前記基板上に形成された第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に形成されるとともに、前記第1絶縁層よりも弾性率が低い応力緩和層と、前記第1絶縁層及び前記応力緩和層に形成されるとともに前記電極パッドに通ずる開口部と、前記開口部に充填されるとともに導電粒子及び樹脂を含んだ導電性接着剤と、前記導電性接着剤の表面に形成された金属層と、を備え、前記第1絶縁層と前記応力緩和層の界面は、前記開口部において前記導電性接着剤と接することを特徴とする。 In a first aspect of the present invention, a substrate is formed on a substrate on which an electrode pad is formed, a first insulating layer formed on the substrate including the electrode pad, and the first insulating layer. And a stress relaxation layer having a lower elastic modulus than the first insulating layer, an opening formed in the first insulating layer and the stress relaxation layer and leading to the electrode pad, and filling the opening. A conductive adhesive containing conductive particles and a resin, and a metal layer formed on a surface of the conductive adhesive, and an interface between the first insulating layer and the stress relaxation layer is the opening in the opening. It is characterized by being in contact with a conductive adhesive.
本発明の第2の視点においては、基板上に電子部品が実装された実装基板であって、前記基板(前記第1の視点の基板)と、電極パッドが形成された電子部品と、前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合するはんだバンプと、を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a mounting board on which an electronic component is mounted on a board, the board (the board of the first viewpoint), an electronic part on which an electrode pad is formed, and the metal A solder bump for joining the layer and the electrode pad of the electronic component.
本発明の第3の視点においては、基板の製造方法において、電極パッドが形成された基板上に第1絶縁層を形成する工程と、前記第1絶縁層上に前記第1絶縁層よりも弾性率の低い応力緩和層を形成する工程と、前記第1絶縁層及び応力緩和層に、前記電極パッドに通ずる開口部を形成する工程と、前記開口部に樹脂及び導電粒子を含む導電性接着剤を充填する工程と、前記導電性接着剤の表面に前記導電粒子を露出させる工程と、前記導電性接着剤の表面に金属層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 In a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a substrate, a step of forming a first insulating layer on the substrate on which the electrode pad is formed, and a more elastic than the first insulating layer on the first insulating layer A step of forming a stress relaxation layer having a low rate; a step of forming an opening in the first insulating layer and the stress relaxation layer; the conductive adhesive including a resin and conductive particles in the opening; , A step of exposing the conductive particles on the surface of the conductive adhesive, and a step of forming a metal layer on the surface of the conductive adhesive.
本発明の第4の視点においては、実装基板の製造方法において、電子部品の電極パッド上にはんだバンプを形成する工程と、前記電子部品と、前記基板の製造方法によって製造された基板とを位置合わせして、前記基板上に前記電子部品を搭載する工程と、前記はんだバンプを溶融させて、前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程と、を含むことを特徴とする。 In a fourth aspect of the present invention, in a method for manufacturing a mounting substrate, a step of forming solder bumps on electrode pads of an electronic component, the electronic component, and a substrate manufactured by the substrate manufacturing method are positioned. And mounting the electronic component on the substrate, and melting the solder bump to bond the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component. It is characterized by.
本発明によれば、電極の一部に低弾性な導電性接着剤を使用しているため、はんだバンプ接合部の応力を緩和した信頼性の高い接続構造を実現できる。また、基板側表層の構造として、第1絶縁層と応力緩和層の2層構造にするとともに第1絶縁層よりも応力緩和層の弾性率を低くしておくことで、導電性接着剤に対しては第1絶縁層と応力緩和層の界面近傍付近に意図的に応力を発生させている。この効果により、基板側の電極パッドと導電性接着剤の接着界面にかかる応力は小さくなるため、実装後の応力による導電性接着剤と基板パッド界面における剥離を抑制し、高い接続信頼性を確保することが可能となる。さらに、応力緩和層と導電性接着剤の弾性率、伸びといった機械的特性を近い値に設計することで、導電性接着剤を含めた応力緩和層は、導電層、絶縁層を問わず一様で、局部的な応力集中が発生しないため、半導体素子や基板の寿命が延び、高信頼な接続を実現できる。 According to the present invention, since a low-elastic conductive adhesive is used for a part of the electrode, a highly reliable connection structure in which the stress at the solder bump joint is relaxed can be realized. In addition, the structure of the substrate side surface layer is a two-layer structure of a first insulating layer and a stress relaxation layer, and the elastic modulus of the stress relaxation layer is lower than that of the first insulating layer. In particular, stress is intentionally generated in the vicinity of the interface between the first insulating layer and the stress relaxation layer. Due to this effect, the stress applied to the bonding interface between the electrode pad on the board side and the conductive adhesive is reduced. Therefore, peeling at the interface between the conductive adhesive and the board pad due to the stress after mounting is suppressed, and high connection reliability is ensured. It becomes possible to do. Furthermore, by designing the mechanical properties such as elastic modulus and elongation of the stress relaxation layer and the conductive adhesive to be close to each other, the stress relaxation layer including the conductive adhesive is uniform regardless of the conductive layer or the insulating layer. Since local stress concentration does not occur, the life of the semiconductor element and the substrate is extended, and a highly reliable connection can be realized.
1 半導体素子
2 基板
3 電極パッド(半導体素子側)
4 電極パッド(基板側)
5 はんだバンプ
5a はんだバンプ(基板側)
5b はんだバンプ(半導体素子側)
6 導電性接着剤
7 金属層
8 第1絶縁層
9 応力緩和層
10 第2絶縁層
10a 絶縁樹脂
11 導電粒子
12 樹脂
13 樹脂最外層
14 印刷用マスク
15 フラックス
16 第3絶縁層
201 絶縁基板
202 導電性パッド
203 樹脂
205 電極パッド部
207 ソルダレジスト
210 金属薄膜
310 プリント配線板
312 コア基板
314 コア基板本体
316 配線パターン
318 スルーホール導体
320 ビルドアップ層
322 絶縁層
324 導体回路層
324a 外層導体回路層
326 フィルドビア
330 応力緩和層
332 貫通孔
334 導体ポスト
336 バリア層
336a ランド部
337 はんだ芯体
338 はんだバンプ部
340 実装面
348 はんだバンプ
350 ICチップ
352 パッド
A 多層プリント配線板
D 径
h 高さ
4 Electrode pads (substrate side)
5
5b Solder bump (Semiconductor element side)
6
本発明の実施形態に係る基板では、電極パッド(図1の4)が形成された基板(図1の2)と、前記電極パッド(図1の4)を含む前記基板(図1の2)上に形成された第1絶縁層(図1の8)と、前記第1絶縁層(図1の8)上に形成されるとともに、前記第1絶縁層(図1の8)よりも弾性率が低い応力緩和層(図1の9)と、前記第1絶縁層(図1の8)及び前記応力緩和層(図1の9)に形成されるとともに前記電極パッド(図1の4)に通ずる開口部と、前記開口部に充填されるとともに導電粒子及び樹脂を含んだ導電性接着剤(図1の6)と、前記導電性接着剤(図1の6)の表面に形成された金属層(図1の7)と、を備え、前記第1絶縁層(図1の8)と前記応力緩和層(図1の9)の界面は、前記開口部(領域a)において前記導電性接着剤(図1の6)と接する(形態1)。
さらに、以下の形態も可能である。
前記導電性接着剤は、前記金属層と接している前記導電性接着剤の表層部において、少なくとも前記導電粒子が前記樹脂の最外層よりも突出しており、前記金属層は、前記樹脂を介することなく前記導電粒子と直接密着していることが好ましい(形態1−1)。
前記金属層は、少なくともNi層を含んでいることが好ましい(形態1−2)。
前記金属層は、前記Ni層の表面にAu層が形成されていることが好ましい(形態1−3)。
前記応力緩和層上に形成されるとともに、前記開口部と対応する位置にて前記金属層が露出するように開口された第3絶縁層を備え、前記金属層の表面は、前記第3絶縁層の表面よりも低いことが好ましい(形態1−4)。
前記金属層の表面を覆うように形成されたはんだバンプを備えることが好ましい(形態1−5)。
本発明の実施形態に係る実装基板では、基板上に電子部品が実装された実装基板であって、前記基板と、電極パッドが形成された電子部品と、前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合するはんだバンプと、を備えることを特徴とする(形態2)。
さらに、以下の形態も可能である。
前記電子部品と前記基板の隙間を封止するとともに、前記応力緩和層よりも弾性率が高い第2絶縁層を備えることが好ましい(形態2−1)。In the substrate according to the embodiment of the present invention, the substrate (2 in FIG. 1) on which the electrode pad (4 in FIG. 1) is formed, and the substrate (2 in FIG. 1) including the electrode pad (4 in FIG. 1). A first insulating layer (8 in FIG. 1) formed thereon and an elastic modulus higher than that of the first insulating layer (8 in FIG. 1) formed on the first insulating layer (8 in FIG. 1). Is formed on the low stress relaxation layer (9 in FIG. 1), the first insulating layer (8 in FIG. 1) and the stress relaxation layer (9 in FIG. 1), and on the electrode pad (4 in FIG. 1). A conductive opening (6 in FIG. 1) filled with the opening and containing conductive particles and a resin, and metal formed on the surface of the conductive adhesive (6 in FIG. 1) 1 (7 in FIG. 1), and the interface between the first insulating layer (8 in FIG. 1) and the stress relaxation layer (9 in FIG. 1) is in the opening (region a). The conductive adhesive in contact with (6 in Fig. 1) (Embodiment 1).
Furthermore, the following forms are also possible.
In the conductive adhesive, in the surface layer portion of the conductive adhesive in contact with the metal layer, at least the conductive particles protrude from the outermost layer of the resin, and the metal layer passes through the resin. It is preferable that the conductive particles are in direct contact with each other (Embodiment 1-1).
The metal layer preferably includes at least a Ni layer (Mode 1-2).
The metal layer preferably has an Au layer formed on the surface of the Ni layer (Embodiment 1-3).
A third insulating layer formed on the stress relieving layer and having an opening so that the metal layer is exposed at a position corresponding to the opening; and the surface of the metal layer has the third insulating layer It is preferable that it is lower than the surface (form 1-4).
It is preferable to provide solder bumps formed so as to cover the surface of the metal layer (Mode 1-5).
The mounting substrate according to the embodiment of the present invention is a mounting substrate in which an electronic component is mounted on the substrate, the electronic component having the electrode pad formed thereon, the metal layer, and the electronic component. And solder bumps for joining the electrode pads (form 2).
Furthermore, the following forms are also possible.
It is preferable that a gap between the electronic component and the substrate is sealed and a second insulating layer having a higher elastic modulus than the stress relaxation layer is provided (Mode 2-1).
本発明の実施形態に係る基板の製造方法では、基板の製造方法において、電極パッド(図5の4)が形成された基板(図5の2)上に第1絶縁層(図5の8)を形成する工程と(図5(B))、前記第1絶縁層(図5の8)上に前記第1絶縁層(図5の8)よりも弾性率の低い応力緩和層(図5の9)を形成する工程と(図5(C))、前記第1絶縁層(図5の8)及び応力緩和層(図5の9)に、前記電極パッド(図5の4)に通ずる開口部を形成する工程と(図5(D))、前記開口部に樹脂及び導電粒子を含む導電性接着剤(図6の6)を充填する工程と(図6(B))、前記導電性接着剤(図6の6)の表面に前記導電粒子(図4の11)を露出させる工程と(図4(B))、前記導電性接着剤(図6の6)の表面に金属層(図6の7)を形成する工程と(図6(C))、を含む(形態3)。
さらに、以下の形態も可能である。
前記導電粒子を露出させる工程の後であって前記金属層を形成する工程の前に、前記応力緩和層上に、前記開口部と対応する位置にて前記金属層が露出するように開口された第3絶縁層を形成する工程を含むことが好ましい(形態3−1)。
前記金属層を形成する工程の後に、前記応力緩和層上に、前記開口部と対応する位置にて前記金属層が露出するように開口された第3絶縁層を形成する工程を含むことが好ましい(形態3−2)。
前記金属層上にはんだバンプを形成する工程を含むことが好ましい(形態3−3)。
本発明の実施形態に係る実装基板の製造方法では、電子部品の電極パッド上にはんだバンプを形成する工程と、前記電子部品と、前記基板の製造方法によって製造された基板とを位置合わせして、前記基板上に前記電子部品を搭載する工程と、前記はんだバンプを溶融させて、前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程と、を含むことを特徴とする(形態4)。
さらに、以下の形態も可能である。
前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程では、前記電子部品側の温度よりも前記基板側の温度を低く保ちながら接合することが好ましい(形態4−1)。
前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程の後に、前記電子部品と前記基板の隙間に第2絶縁層を封入する工程を含むことが好ましい(形態4−2)。
請求項12記載の基板の製造方法によって製造された基板上に絶縁樹脂を供給する工程と、
本発明の実施形態に係る実装基板の製造方法において、電子部品の電極パッド上にはんだバンプを形成する工程と、前記電子部品と前記基板を位置合わせして、前記基板上に前記電子部品を搭載する工程と、前記はんだバンプを溶融させて、前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程と、を含むことを特徴とする(形態5)。
さらに、以下の形態も可能である。
前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程では、前記電子部品側の温度よりも前記基板側の温度を低く保ちながら接合し、その際、前記絶縁樹脂を硬化することが好ましい(形態5−1)。In the substrate manufacturing method according to the embodiment of the present invention, in the substrate manufacturing method, the first insulating layer (8 in FIG. 5) is formed on the substrate (2 in FIG. 5) on which the electrode pads (4 in FIG. 5) are formed. (FIG. 5B) and a stress relaxation layer (FIG. 5) having a lower elastic modulus than the first insulating layer (8 of FIG. 5) on the first insulating layer (8 of FIG. 5). 9) (FIG. 5C), an opening that communicates with the electrode pad (4 in FIG. 5) in the first insulating layer (8 in FIG. 5) and the stress relaxation layer (9 in FIG. 5). Forming a portion (FIG. 5D), filling the opening with a conductive adhesive (6 in FIG. 6) containing resin and conductive particles (FIG. 6B), the conductive A step of exposing the conductive particles (11 in FIG. 4) on the surface of the adhesive (6 in FIG. 6) (FIG. 4 (B)), and a metal layer (6 in FIG. 6) on the surface Of FIG. ) Forming a (FIG. 6 (C)), including (Embodiment 3).
Furthermore, the following forms are also possible.
After the step of exposing the conductive particles and before the step of forming the metal layer, the metal layer was opened on the stress relaxation layer so as to be exposed at a position corresponding to the opening. It is preferable to include a step of forming a third insulating layer (Mode 3-1).
It is preferable that after the step of forming the metal layer, a step of forming a third insulating layer opened on the stress relaxation layer so as to expose the metal layer at a position corresponding to the opening. (Form 3-2).
It is preferable to include a step of forming solder bumps on the metal layer (Mode 3-3).
In the mounting substrate manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the step of forming solder bumps on the electrode pads of the electronic component, the electronic component, and the substrate manufactured by the substrate manufacturing method are aligned. A step of mounting the electronic component on the substrate; and a step of melting the solder bump to join the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component. (Form 4)
Furthermore, the following forms are also possible.
In the step of bonding the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component, it is preferable to bond while maintaining the temperature on the substrate side lower than the temperature on the electronic component side (Mode 4-1). .
Preferably, after the step of bonding the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component, a step of encapsulating a second insulating layer in a gap between the electronic component and the substrate (Mode 4-2) ).
Supplying an insulating resin on the substrate manufactured by the substrate manufacturing method according to
In the mounting board manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the step of forming solder bumps on the electrode pads of the electronic component, the electronic component and the substrate are aligned, and the electronic component is mounted on the substrate And a step of melting the solder bump and joining the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component (mode 5).
Furthermore, the following forms are also possible.
In the step of bonding the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component, bonding is performed while keeping the temperature on the substrate side lower than the temperature on the electronic component side, and at that time, the insulating resin is cured It is preferable to perform (Form 5-1).
本発明の実施例1に係る実装基板について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施例1に係る実装基板の構成を模式的に示した部分断面図である。図2は、本発明の実施例1に係る実装基板の変形例1の構成を模式的に示した部分断面図である。図3は、本発明の実施例1に係る実装基板の変形例2の構成を模式的に示した部分断面図である。図4は、本発明の実施例1に係る実装基板における導電性接着剤と金属層の状態を示した模式図であり、(A)導電性接着剤の表面に導電粒子の表面に樹脂が被覆された状態、(B)導電性接着剤の表面に導電粒子が露出した状態、(C)導電性接着剤と金属層が密着した状態である。
A mounting substrate according to
図1を参照すると、実装基板は、電子部品となる半導体素子1を基板2上に実装したものである。実装基板では、半導体素子1の電極パッド3と基板2の電極パッド4とがはんだバンプ5と導電性接着剤6を用いて電気的に接続されている。
Referring to FIG. 1, the mounting substrate is obtained by mounting a
基板2の表面には、電極パッド4が形成されている。電極パッド4を含む基板2上には、第1絶縁層8が形成されている。第1絶縁層8上には、応力緩和層9が形成されている。応力緩和層9及び第1絶縁層8には、電極パッド4に通ずる開口部が形成されている。開口部には、導電粒子11及び樹脂12を含んだ導電性接着剤6が充填されている。導電性接着剤6の表面には、金属層7が形成されている。金属層7と半導体素子1の電極パッド3とは、はんだバンプ5にて接合されている。応力緩和層9は、第1絶縁層8と比較して弾性率が小さくなっている。
半導体素子1は、CSP、BGA、ベアチップ等いずれの形態でもよく、特に限定されるものではない。電極パッド3の材質は、Cuが一般的である。
The
基板2は、特に制約はなく、ビルドアップ基板でもよいし、セラミック基板でもよい。
The
電極パッド4の材質は、Cuが一般的である。電極パッド4は、導電性接着剤6との密着強度を確保するために、電極パッド4の表面を数ミクロン程度、粗化しておくことが効果的である。
The material of the
はんだバンプ5には、例えば、Sn/Pb、Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/Zn、Sn/Bi、及びこれら前記した材料に特定の添加元素をさらに加えた材料を用いることができる。はんだバンプ5の形成方法として、例えば、フラックスを含んだはんだペーストをメタルマスク等を使用してパッド上に印刷し、リフローしたのちにフラックス洗浄する方法でもよいし、パッド上に塗布したフラックスにハンダボールを転写して、リフローした後にフラックス洗浄を行なう方法でもよい。
For the
第1絶縁層8には、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂等を用いることができる。第1絶縁層8の形成方法として、例えば、液状の第1絶縁層8をスクリーン印刷法等により基板2の表面に塗布し、加熱硬化によって形成することができる。第1絶縁層8の弾性率は、材質の種類によって差があるが、2〜4GPaが一般的である。第1絶縁層8の厚さは、電極パッド4によって適正な厚さが決定され、電極パッド4の直径を80〜130μmとした場合、15〜40μm程度が望ましく、電極間ピッチが大きい場合は、ピッチに合わせて厚みを増した方がよい。
For the first insulating
応力緩和層9は、半導体素子1を基板2上に実装した際に、半導体素子1と基板2の熱膨張差に起因した応力を緩和する役割がある。応力緩和層9の形成範囲は、少なくとも半導体素子1が搭載される領域以上とすることが望ましい。応力緩和層9には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができ、第1絶縁層8との密着性がよく、さらに応力緩和効果を得るために2%以上の伸び率を有していることが望まれる。従って、密着性と伸び率を両立する目的で、応力緩和層9には、密着性のよいエポキシ樹脂にシリコーン粒子を配合したり、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂のハイブリッドタイプの樹脂を用いることもできる。また、応力緩和層9の熱膨張係数や弾性率を調整する目的で、応力緩和層9において、シリカ等の無機フィラーを充填することもできる。応力緩和層9は、厚い方が、応力緩和効果が大きいが、厚すぎると基板2の電極パッド4上の開口部が深くなり、導電性接着剤6の充填が困難になるため、開口部の開口径に合わせて適正な厚さとすることが望ましい。一例としては、開口部が開口径100μmの場合、応力緩和層9の厚さは40〜60μm程度が目安となり、使用する導電性接着剤6の充填性に合わせて、適正な厚さに調整することが望ましい。応力緩和層9の弾性率に関しては、第1絶縁層8よりも小さくする必要がある。その理由は、半導体素子1と基板2の熱膨張差に起因する応力がはんだバンプ5を介して導電性接着剤6にかかった場合、応力緩和層9の弾性率が第1絶縁層8の弾性率より低い場合は、図1に示す領域aに応力が集中しやすくなり、導電性接着剤6と電極パッド4の界面にかかる応力を緩和することができ、導電性接着剤6の剥離を防止する効果があるからである。
The
電極パッド4上の第1絶縁層8および応力緩和層9に形成された開口部は、レーザを利用して、電極パッド4上の応力緩和層9および第1絶縁層8を選択的に除去することで、容易に形成できる。開口部には、導電性接着剤6が充填されている。
The openings formed in the first insulating
導電性接着剤6は、応力緩和層9と同様に、応力緩和効果を得るために2%以上の伸び率を有していることが望ましい。導電性接着剤6の材料構成は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、またはエポキシ樹脂とシリコーン樹脂のハイブリッド樹脂等の樹脂12に導電粒子11を含んだものを用いることができる(図4参照)。導電粒子11には、金属粒子等、導電性を有する様々なものを用いることができるが、導電性に優れるAgが一般的であり、その他Cu等を用いることも可能である。導電粒子11のサイズ(粒径)は、例えば、1μm前後とすることができる。導電粒子11の形状は、球形やフレーク状とすることができるが、これに限定されない。導電粒子11の含有量は、50〜90wt%が目安となるが、導電率や弾性率を考慮して決定することが望ましい。一例として、シリコーン系導電性接着剤は、導電粒子(金属フィラー)を80〜85wt%添加した場合でも、弾性率が0.1GPa以下の低弾性率を実現することができる。
Similarly to the
導電性接着剤6の開口部への充填方法は、例えば、開口部に合わせてパターン形成した印刷用マスク(図6(A)の14参照;メタルマスク)を使用し、印刷法により充填し、所定の温度で硬化させることで導電性接着剤6を形成することができる。この際、導電性接着剤6は、応力緩和層9の表面に対して極端に突出させる必要がないため、印刷用マスクの厚さは極力薄くすることが望ましい。印刷用マスクを薄くすることによって印刷性が良くなるだけでなく、応力緩和層9の表層より突出する導電性接着剤6の高さのバラツキを抑えることができ、生産性が向上する。なお、印刷用マスクについては、上記で示したメタルマスクを使用するほか、応力緩和層9のさらに上に、剥離可能な樹脂マスクを形成しておき、電極部の開口形成時に同時に加工して導電性接着剤6の硬化後に前記樹脂マスクを剥離することで、形成することも可能である。なお、樹脂マスクの剥離に関しては、金属層7を形成した後でもよい。
The method of filling the opening with the
導電性接着剤6の形状は、望ましくは、応力緩和層9表面上に形成された導電性接着剤6の端部が応力緩和層9の開口部と同じサイズでも大きく形成されていてもよい。同じサイズの場合は、導電性接着剤6の充填性を考慮して開口径を大きくする場合に適しており、この場合、開口径が大きくても、隣り合うはんだバンプ5との距離を保てるため、実装時にバンプ間のショートの問題が発生しにくい。導電性接着剤6の端部を応力緩和層9の開口より大きくした場合のメリットは、導電性接着剤6の一部が応力緩和層9の表面と密着しているため、導電性接着剤6の表面に金属層7を形成するメッキ工程において、メッキ液が導電性接着剤6と電極パッド4の接合界面に浸透しにくくなり、メッキ液の影響による導電性接着剤6と電極パッド4の接合界面における密着力低下や導通抵抗上昇等の悪影響の抑制に効果的であり、メッキ液の選定自由度が増す。さらには、導電性接着剤6の接着面積が増えることにより、導電性接着剤6の密着力を向上させることができる。どちらの構造を選定するかについては、対象となる半導体素子1の電極パッド3のピッチや使用する材料によって、それぞれ選定することが望ましい。また、前記それぞれの構造のメリットを両立できる構造の例として、図2に示す構造が挙げられる。本構造は、導電性接着剤6の端部を応力緩和層9の開口よりも大きく形成しておき、導電性接着剤6の表面に金属層7を形成した後、第3絶縁層16を形成するとともに、第3絶縁層16の開口径を調整することで、導電性接着剤6の接着面積を広げつつ、はんだバンプ5での接合時の濡れ広がりを制御し隣接バンプ間ショートを防止することが可能となる。なお、第3絶縁層16を形成する工程は、金属層7形成後(図2に図示の場合)でも、第3絶縁層16を形成した後に金属層7を形成でもよい。この場合、第3絶縁層16の開口部のみに金属層7が形成される。接合部の強度を確保したい場合は、図2に図示する構造が適しており、生産性を考慮する場合は、第3絶縁層16を形成した後に金属層7を形成するプロセスが適しており、対象となる半導体素子の仕様により、使い分けることが望ましい。
The shape of the
金属層7については、導電性接着剤6の表面にNi層、Ni層表面にAu層が形成されている構造が望ましい。Ni層を形成する理由は、導電性接着剤6中に含まれているAg等の導電粒子(図4の11)がはんだバンプ5中に含まれているSnに取り込まれて消失し、導電性接着剤6中の金属粒子密度が低下することで、導通不良を引き起こす不具合を防止するバリア層としての役割がある。Ni層の厚さは、3μm程度が目安となる。Au層に関しては、半導体素子1と基板2を接続する際に、はんだバンプ5と金属層7の濡れ性を良好に保つための役割がある。Au層の厚さは、0.02〜0.05μm程度とすることができる。金属層7の形成方法として、例えば、無電解メッキにより形成することが可能である。この際に重要な点として、通常、導電性接着剤6を硬化したのみの状態では、図4(A)に示すように、導電粒子11の表面には、樹脂12の薄膜が形成され、無電解メッキによる金属層の良好な形成自体が困難である。また、金属層が形成できたとしても、樹脂12の薄膜の影響で良好な導通が得られない。そこで、図4(B)に示すように少なくとも樹脂最外層13よりも突出した導電粒子11の表面の樹脂12を除去することで、導電粒子11を露出させることが望ましく、この状態で無電解メッキ処理を行うことで、図4(C)に示すように導電粒子11の表面と金属層7を直接密着させることが可能となり、強固で安定した金属層の形成及び良好な導通を得ることが可能となる。導電粒子11を露出させる方法として、例えば、導電性接着剤6の表面に適正な条件のアルゴンや酸素によるプラズマ処理を施したり、酸やアルカリの薬液に適正な時間浸漬させる等が挙げられる。金属層7の表面は、はんだバンプ5で覆われており、はんだバンプ5が濡れ広がって強固に接続されている。これにより、半導体素子1と基板2の電極間は低応力かつ良好な電気的導通を得ることができる。
The
なお、バンプピッチが微細である場合等は、バンプ接合部を保護する目的で、図3に示すように、接合部の周囲、つまり半導体素子1と基板2との隙間を第2絶縁層10にて封止することが望ましい。この場合、応力緩和層9は第2絶縁層10と比較して弾性率を小さくする。
When the bump pitch is fine, etc., for the purpose of protecting the bump bonding portion, the periphery of the bonding portion, that is, the gap between the
第2絶縁層10には、例えば、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、フルオレン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、シリコーン樹脂等、様々な材料を用いることができるが、特に限定されるものではなく、これらを1種あるいは2種以上組み合わせて用いることもできる。粘度、コスト、耐熱性、接着性等の面に優れるエポキシ樹脂が一般に用いられるが、25℃程度の室温において液状である樹脂が望ましい。この場合、第2絶縁層10の弾性率が応力緩和層9より高いことが望ましい。その理由は、第2絶縁層10は、はんだバンプ5を保護する役割があるため、弾性率が高いほうが高弾性であるはんだバンプ5の保護性が良く、高信頼性を確保しやすいからである。本構造の場合、第2絶縁層10の弾性率を高くした場合でも、応力緩和層9及び導電性接着剤6の低弾性効果により低応力実装構造を実現でき、第2絶縁層10の高弾性化による接続信頼性向上と実装後の低応力構造の両立を実現できる。なお、第2絶縁層10にはシリカ等の無機フィラーやアクリル、シリコーン等の有機フィラーを添加し、熱膨張係数や弾性率、熱時物性等を調整することができる。
Examples of the second insulating
次に、本発明の実施例1に係る実装基板の製造方法について図面を用いて説明する。図5〜図7は、本発明の実施例1に係る実装基板の製造方法を模式的に示した工程断面図である。 Next, a method for manufacturing a mounting board according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 5-7 is process sectional drawing which showed typically the manufacturing method of the mounting substrate which concerns on Example 1 of this invention.
まず、基板2を用意する(ステップA1;図5(A)参照)。基板2は、既に電極パッド4が形成されたものでよく、電極パッド4の表面は、導電性接着剤(図1の6)の密着強度を向上する目的で、数ミクロン程度、粗化しておくことが望ましい。基板2の材質は特に制約は無く、ビルドアップ基板でもよいし、セラミック基板でもよい。
First, the
次に、電極パッド4を含む基板2上に第1絶縁層8を形成する(ステップA2;図5(B)参照)。
Next, the first insulating
次に、第1絶縁層8上に応力緩和層9を形成する(ステップA3;図5(C)参照)。応力緩和層9の形成範囲は、第1絶縁層8上を全て覆う必要はないが、少なくとも半導体素子(図1の1)が搭載される領域以上とすることが望ましい。
Next, the
次に、電極パッド4上の第1絶縁層8及び応力緩和層9を所定の寸法にて選択的に除去し、電極パッド4に通ずる開口部を形成する(ステップA4;図5(D)参照)。第1絶縁層8及び応力緩和層9の除去方法は、基板のビア加工時にも広く利用されているレーザを用いた穴あけ加工法が適している。
Next, the first insulating
次に、応力緩和層9の開口部に合わせて設計された印刷用マスク14を準備し、印刷用マスク14を基板2と位置合わせする(ステップA5;図6(A)参照)。印刷用マスク14の一例として、基板2の開口に合わせて穴あけ加工されているメタルマスクが挙げられる。
Next, a
次に、印刷用マスク14を基板2に位置合わせした状態で、未硬化(ペースト状)の導電性接着剤6を基板2の電極パッド4上の開口部に充填し、導電性接着剤6が硬化した後、印刷用マスク14を除去する(ステップA6;図6(B)参照)。この時、導電性接着剤6の上端部を応力緩和層9の開口部より大きくしたい場合は、使用する印刷用マスク14の開口径を応力緩和層9の開口径よりも大きく設計しておくことで、印刷後に形成された導電性接着剤6の上端部を応力緩和層9の開口径よりも大きくすることができる。この際に使用する印刷機は、一般的なものでも良いが、導電性接着剤6の充填時にボイド等の充填不良を未然に防ぐ目的で、真空中で印刷充填したり、導電性接着剤6ペースト充填時に加圧しながら印刷する方法等を用いることができる。また、導電性接着剤6を充填後、導電性接着剤6を硬化する前に真空脱泡する方法、あるいは加圧硬化する方法などにより、充填時に発生したボイドを低減することができる。導電性接着剤6は、使用する樹脂(図4の12)に適した硬化条件に従い、導電性接着剤6の硬化を行う。硬化に際してはオーブンやホットプレート等を用いることができる。
Next, in a state where the
次に、導電性接着剤6の表面に金属層7を無電解メッキにより形成する(ステップA7;図6(C)参照)。なお、金属層7を形成する前に、導電性接着剤6の導電粒子11の表面の樹脂12を除去することで導電粒子11を露出させ、導電性接着剤6の表面への無電解メッキ形成性を向上させることが望ましい(図4参照)。一例として、導電性接着剤6の表面にプラズマ処理を施したり、酸やアルカリの薬液に浸漬させることで、導電性接着剤6の表面の導電粒子11を露出させることができる。このメッキの前処理条件は、使用する導電性接着剤6によって適正条件に差があるため、使用する導電性接着剤6に合わせた前処理条件の調整が必要となるが、メッキ形成性が確保できれば、前処理時間はなるべく短い方がよい。この後、Niメッキ、Auメッキの順に金属層7を形成するが、通常の無電解メッキプロセスを使用することで、金属層7を形成することが可能である。
Next, a
次に、基板2の金属層7表面にはんだバンプ5aを形成する(ステップA8;図6(D)参照)。なお、図6(C)に示した状態で、半導体素子(図7(A)の1)側に形成したはんだバンプ(図7(A)の5b)と金属層7を接続することは可能であるが、実装後の半導体素子1と基板2の隙間をなるべく広く保ちたい場合は、基板2の金属層7表面にはんだバンプ5aを形成することが効果的である。実装後の半導体素子1と基板2の隙間を保つ理由は、半導体素子1のはんだバンプ接合後のフラックス(図7(B)の15)の洗浄工程、第2絶縁層(図7(D)の10)の充填工程において、隙間が狭いとフラックス洗浄不良や第2絶縁層10の充填時の不良を防ぐほか、はんだバンプの高さを保つことで、接合時の不良防止、さらには構造的に応力を低減するためである。はんだバンプ5aの形成方法は、例えば、メタルマスク印刷法によりはんだペーストを金属層7上に選択的に印刷した後、リフローして、基板2側の金属層7にはんだを濡れ広げることではんだバンプ5aを形成し、最後にはんだペーストに含まれているフラックスを洗浄することで、図6(D)に示した基板2が完成する。
Next, solder bumps 5a are formed on the surface of the
次に、予めはんだバンプ5bが形成された半導体素子1を準備し、はんだバンプ5bにフラックス15を塗布する(ステップA9;図7(A)参照)。はんだバンプ5bの形成方法として、例えば、メタルマスクを用いてはんだペーストを電極パッド3上に印刷し、リフロー後にフラックス洗浄する方法でも良いし、他の方法としてはスクリーンマスク等によってフラックス供給した半導体素子1の電極パッド3上に所定のサイズのはんだボールを転写した後、リフローし、フラックス洗浄する方法でもよい。フラックス15の塗布方法として、スキージ等を用いて所定の厚さに形成したフラックス15にはんだバンプ5bを転写する方法が一般的であるが、特にこの方法に限定されない。また、ここでは、半導体素子1のはんだバンプ5bにフラックス15を塗布した例を示しているが、基板2側にフラックスを転写してもよい。
Next, the
次に、半導体素子1を基板2(ステップA1〜A8で製造したもの)と位置合わせした後、半導体素子1を基板2上に搭載し、半導体素子1側のはんだバンプ5bまたは基板2側のはんだバンプ5aの少なくとも一方を溶融させて半導体素子1の電極パッド3と基板2の電極パッド4とを電気的に接続する(ステップA10;図7(B)参照)。ここで、はんだバンプ5をリフローする方法としては、リフロー炉等を用いた全体加熱でも可能であるが、半導体素子1側のみからの部分加熱により、基板2の温度がなるべく上がらないようにする方法が望ましい。その理由は、熱膨張係数の大きい基板2側の温度上昇を抑えることにより、実装時の熱応力を低減し、実装後の反りが小さく接続信頼性の高い実装品を得ることができるからである。具体的には、半導体素子1を基板2上に搭載する際に半導体素子実装用マウンタに備え付けられているパルスヒータを利用することで半導体素子1を加熱し、基板2を設置するマウンタステージは少なくとも半導体素子1側より低い温度設定にしておく方法が一例として挙げられる。なお、全体加熱、部分加熱にかかわらず、リフローは窒素のような不活性雰囲気で実施する方がはんだバンプの濡れ性がよい。
Next, after aligning the
次に、半導体素子1と基板2の隙間に残ったフラックスを洗浄する(ステップA11;図7(C)参照)。フラックスの洗浄に関しては、一般的なはんだ接続後の洗浄に用いるフラックス洗浄液(例えば、パインアルファ 荒川化学工業株式会社製 など)を用いることができる。これにより、図1と同様な実装基板ができる。
Next, the flux remaining in the gap between the
最後に、基板2をベーク等により、十分に乾燥させた後、毛細管現象を利用し第2絶縁層10を半導体素子1と基板2の隙間に充填し、その後、第2絶縁層10を硬化させる(ステップA12;図7(D)参照)。このとき、使用する第2絶縁層10の粘度特性や硬化特性に合わせて60〜100℃程度に加熱することで、ボイドの無いスムーズな充填を行うことができる。第2絶縁層10を充填後、オーブン等を用いて第2絶縁層10を硬化させることで、図3と同様な実装基板が完成する。
Finally, after the
実施例1によれば、電極の一部に低弾性な導電性接着剤6を使用しているため、はんだバンプ接合部の応力を緩和した信頼性の高い接続構造を実現できる。
According to the first embodiment, since the low-elastic
また、基板2の表層の構造として、第1絶縁層8と応力緩和層9の2層構造にするとともに第1絶縁層8よりも応力緩和層9の弾性率を低くしておくことで、導電性接着剤6に対しては第1絶縁層8と応力緩和層9の界面近傍付近に意図的に応力を発生させている。この効果により、基板2側の電極パッド4と導電性接着剤6の接着界面にかかる応力は小さくなるため、実装後の応力による導電性接着剤6と電極パッド4の界面における剥離を抑制し、高い接続信頼性を確保することが可能となる。
Further, the structure of the surface layer of the
また、応力緩和層9と導電性接着剤6の弾性率、伸びといった機械的特性を近い値に設定することで、導電性接着剤6を含めた応力緩和層9は、導電層、絶縁層を問わず一様で、局部的な応力集中が発生しないため、半導体素子1や基板2の寿命が延び、高信頼な接続を実現できる。
In addition, by setting the mechanical properties such as the elastic modulus and elongation of the
また、はんだバンプ5を保護する目的で、半導体素子1と基板2の隙間に第2絶縁層10を形成した場合において、はんだバンプ5の保護に効果的な高弾性な樹脂にて第2絶縁層10を形成した場合でも、応力緩和層9の効果により実装後の反りを低減することができ、高信頼性で、かつ低応力な実装構造を実現できる。
Further, when the second insulating
本発明の実施例2に係る実装基板の製造方法について図面を用いて説明する。図8は、本発明の実施例2に係る実装基板の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
A mounting substrate manufacturing method according to
実施例2に係る実装基板の製造方法は、実施例1に係る実装基板の製造方法と大きく異なるところは、半導体素子1と基板2を準備した後、基板2側に第2絶縁層10となる絶縁樹脂10aを供給するようにした点である。
The mounting substrate manufacturing method according to the second embodiment is greatly different from the mounting substrate manufacturing method according to the first embodiment. After the
まず、実施例1のステップA1〜A8と同様にして、電極パッド4、第1絶縁層8、応力緩和層9、導電性接着剤6、金属層7、及びはんだバンプ5aが形成されている基板2と、電極パッド3上にはんだバンプ5bを形成した半導体素子1とを準備し、続いて基板2側に絶縁樹脂10aを供給する(ステップB1;図8(A)参照)。
First, the substrate on which the
ここで、絶縁樹脂10aは、酸化膜除去作用を有することが望ましい。その理由は、半導体素子1側のはんだバンプ5bと基板2側のはんだバンプ5aの接合時において、それぞれのはんだバンプ5a、5bの表面の酸化膜を除去し、接合性を向上させることができるからである。絶縁樹脂10aに酸化膜除去作用を与えるには、(メタ)アクリル酸、マレイン酸などの不飽和酸、蓚酸、マロン酸などの有機二酸、クエン酸などの有機酸をはじめ、炭化水素の側鎖に、ハロゲン基、水酸基、ニトリル基、ベンジル基、カルボキシル基等を少なくとも1つ以上を添加することにより可能である。これらの添加剤を3〜10wt%(重量%)加えてもよいし、他の方法としては、エポキシ樹脂の硬化剤と主剤の反応時に生成される前記物質を利用して、酸化膜除去を行なうことも可能である。エポキシ樹脂の主剤と硬化剤の混合比は、主剤60〜90wt%(重量%)に対して、硬化剤10〜40wt%(重量%)が望ましい。
Here, the insulating
次に、半導体素子1と基板2を位置合わせした後、半導体素子1を基板2上に搭載し、その後、加熱を行ない、はんだバンプ5a、はんだバンプ5bのうち、少なくとも一方を溶融させ、半導体素子1の電極パッド3と基板2の電極パッド4とを電気的に接続する(ステップB2;図8(B)参照)。この時、ステップA12(図7(D)参照)にて説明したプロセスと同様に、半導体素子1側のみからの部分加熱により、基板2の温度がなるべく上がらないようにする方法が望ましい。その理由は、前記した理由と同様である。
Next, after aligning the
最後に、絶縁樹脂10aを硬化して、第2絶縁層10を形成する(ステップB3;図8(B)参照)。絶縁樹脂10aの硬化は、半導体素子1を搭載した際の加熱をはんだバンプ接合後も継続して実施し、絶縁樹脂10aの硬化を進めてもよいし、はんだバンプ接合後は、所定の温度に管理されたオーブン等に投入して、絶縁樹脂10aを硬化してもよい。以上により、図3と同様な実装基板が完成する。
Finally, the insulating
実施例2によれば、実施例1と同様な効果を奏する。 According to the second embodiment, the same effect as the first embodiment is obtained.
以上、本発明の実施例を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、実施例では電子部品として半導体素子を用いた例で説明したが、電子部品としてはこれに限らずキャパシタ、インダクタなどの受動素子も含めた他の素子に対しても同様に適用することができる。また、電子部品側の電極パッド、及び基板側の電極パッドの形状は、ともに平面形状が略円形状に形成された例で説明したが、これらの例に限らずに楕円形状などの他の任意の形状を選ぶこともできる。
本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施例ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. It is included in this invention. For example, in the embodiment, the example in which the semiconductor element is used as the electronic component has been described. However, the electronic component is not limited to this, and can be similarly applied to other elements including a passive element such as a capacitor and an inductor. it can. In addition, the shape of the electrode pad on the electronic component side and the electrode pad on the substrate side has been described as an example in which the planar shape is formed in a substantially circular shape. You can also choose the shape.
Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the examples and the examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various combinations and selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.
Claims (17)
前記電極パッドを含む前記基板上に形成された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に形成されるとともに、前記第1絶縁層よりも弾性率が低い応力緩和層と、
前記第1絶縁層及び前記応力緩和層に形成されるとともに前記電極パッドに通ずる開口部と、
前記開口部に充填されるとともに導電粒子及び樹脂を含んだ導電性接着剤と、
前記導電性接着剤の表面に形成された金属層と、
を備え、
前記第1絶縁層と前記応力緩和層の界面は、前記開口部において前記導電性接着剤と接することを特徴とする基板。A substrate on which electrode pads are formed;
A first insulating layer formed on the substrate including the electrode pad;
A stress relaxation layer formed on the first insulating layer and having a lower elastic modulus than the first insulating layer;
An opening formed in the first insulating layer and the stress relaxation layer and communicating with the electrode pad;
A conductive adhesive filled with the opening and containing conductive particles and resin;
A metal layer formed on the surface of the conductive adhesive;
With
The board | substrate characterized by the interface of a said 1st insulating layer and the said stress relaxation layer being in contact with the said conductive adhesive in the said opening part.
前記金属層は、前記樹脂を介することなく前記導電粒子と直接密着していることを特徴とする請求項1記載の基板。In the surface layer portion of the conductive adhesive that is in contact with the metal layer, the conductive adhesive protrudes at least from the outermost layer of the resin,
The substrate according to claim 1, wherein the metal layer is in direct contact with the conductive particles without using the resin.
前記金属層の表面は、前記第3絶縁層の表面よりも低いことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の基板。A third insulating layer formed on the stress relaxation layer and opened so that the metal layer is exposed at a position corresponding to the opening;
The substrate according to claim 1, wherein a surface of the metal layer is lower than a surface of the third insulating layer.
請求項1乃至5のいずれか一に記載の基板と、
電極パッドが形成された電子部品と、
前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合するはんだバンプと、
を備えることを特徴とする実装基板。A mounting board in which electronic components are mounted on a board,
A substrate according to any one of claims 1 to 5;
An electronic component having electrode pads formed thereon;
A solder bump that joins the metal layer and the electrode pad of the electronic component;
A mounting board comprising:
前記第1絶縁層上に前記第1絶縁層よりも弾性率の低い応力緩和層を形成する工程と、
前記第1絶縁層及び応力緩和層に、前記電極パッドに通ずる開口部を形成する工程と、
前記開口部に樹脂及び導電粒子を含む導電性接着剤を充填する工程と、
前記導電性接着剤の表面に前記導電粒子を露出させる工程と、
前記導電性接着剤の表面に金属層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする基板の製造方法。Forming a first insulating layer on the substrate on which the electrode pads are formed;
Forming a stress relaxation layer having a lower elastic modulus than the first insulating layer on the first insulating layer;
Forming an opening communicating with the electrode pad in the first insulating layer and the stress relaxation layer;
Filling the opening with a conductive adhesive containing resin and conductive particles;
Exposing the conductive particles on the surface of the conductive adhesive;
Forming a metal layer on the surface of the conductive adhesive;
A method for manufacturing a substrate, comprising:
前記電子部品と、請求項12記載の基板の製造方法によって製造された基板とを位置合わせして、前記基板上に前記電子部品を搭載する工程と、
前記はんだバンプを溶融させて、前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程と、
を含むことを特徴とする実装基板の製造方法。Forming solder bumps on electrode pads of electronic components;
Aligning the electronic component and the substrate manufactured by the substrate manufacturing method according to claim 12, and mounting the electronic component on the substrate;
Melting the solder bump and joining the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component;
The manufacturing method of the mounting board | substrate characterized by the above-mentioned.
電子部品の電極パッド上にはんだバンプを形成する工程と、
前記電子部品と前記基板を位置合わせして、前記基板上に前記電子部品を搭載する工程と、
前記はんだバンプを溶融させて、前記基板の前記金属層と、前記電子部品の前記電極パッドとを接合する工程と、
を含むことを特徴とする実装基板の製造方法。Supplying an insulating resin on the substrate manufactured by the substrate manufacturing method according to claim 12;
Forming solder bumps on electrode pads of electronic components;
Aligning the electronic component and the substrate and mounting the electronic component on the substrate;
Melting the solder bump and joining the metal layer of the substrate and the electrode pad of the electronic component;
The manufacturing method of the mounting board | substrate characterized by the above-mentioned.
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