JP5585354B2 - 半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に搭載される半導体パッケージの製造方法に関する。

近年、電子機器は小型化、薄型化が急速に進んでおり、電子機器に搭載される半導体パッケージ基板も小型化、薄型化が要求されている。一方、電子部品は高密度化が進んでおり、接続端子数が増大し、パッドは狭小化する傾向にある。
このような背景の下において、はんだボールを基板に形成された電極に搭載する方法として、特許文献１などに記載の技術が知られている。

また、従来のはんだボール搭載による半導体パッケージの製造方法として、図４（ａ）〜（ｄ）の工程からなるものが知られている。ここで、図４の（ａ）〜（ｄ）は全て断面図を示す。
次に、従来のはんだボール搭載による半導体パッケージの製造方法について、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

まず、図４（ａ）に示す絶縁樹脂２０１上に無電解銅めっきを給電層とし、その上にフォトドライフィルムレジストをラミネートし、パッド２０２などのパターニングをし、電解銅めっきで銅配線やパッドを形成し、フォトドライフィルムレジストを剥離し、給電層を剥離する。
そして、図４（ａ）に示すように、接続端子のバンプやチップコンデンサーを搭載する場所以外はソルダーレジスト２０３で被覆し、接続端子となるパッド２０２に、無電解ニッケルめっき２０６を施し、この無電解ニッケルめっき２０６上に金フラッシュめっき２０７を施した状態とする。

次に、図４（ｂ）に示すように、フラックス２０９をスキージ２０８とメタルマスク２１０を介して印刷し、パッド２０２上であってソルダーレジスト２０３で囲まれた部分に、はんだフラックス２０９を充填させた状態とする。
メタルマスク２１０は、パッド２０２と対向する位置に開口が形成されている（図４（ｂ）参照）。フラックス２０９の充填（塗布）が終わると、メタルマスク２１０は取り外される。

引き続き、図４（ｃ）に示すように、はんだボール２１１を低弱バネ力や繊維束、高速流攪拌、自然落下等のボール搭載方式によるはんだボール振込みで、ボール振込みマスク２１３を介してフラックス２０９が塗布されているパッド２０２上に搭載させる。
ボール振込みマスク２１３は、パッド２０２と対向する位置に開口が形成されている（図４（ｃ）参照）。はんだボール２１１の搭載が終わると、ボール振込みマスク２１３は取り外される。

次に、はんだボール２１１をリフローで加熱させる。これにより、はんだボール２１１が溶融され無電解ニッケルめっき２０６と合金層を形成してパッド２０２と接合され、はんだバンプ２１２が形成がされる（図４（ｄ）参照）。
その後、フラックス残渣を洗浄することにより、図４（ｄ）に示すような半導体パッケージ基板２００が完成する。

特開２００８−１１８０５１号公報

しかしながら、従来の製造方法のように、ボール振込みマスク２１３の開口にスキージ等を使用してはんだボール２１１を振り込み、はんだボール２１１をパッド２０２上に搭載させる場合には、振り込まれないミッシングボールが発生する。
このミッシングボールは、確率の問題でもあり、従来からある程度発生している。ミッシングボールが発生すると、検査を実施し、発生箇所にはんだボールをリペア処理することが行われている。

近年、電子機器は小型化、薄型化が急速に進み、電子部品は高密度化が進んでおり、接続端子数の増大、パッドの狭小化が進む中、ボールミッシングのリペア処理が頻繁に行われると、生産効率が低下してしまう問題点があった。
また、パッドの狭小化により基板やバンプ表面にフラックス残渣や残留フラックスによる腐食や接続信頼性低下が従来のピッチより顕著に現れやすい問題点があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、接続端子となるパッドの微小化及び狭小化された半導体パッケージに対しても、はんだボールをパッドに確実に搭載することができ、かつ、接続信頼性に優れた製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決し上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような方法からなる。
本発明は、基板上に、接続端子となるパッドと、前記パッドの周縁部を覆うようにソルダーレジストとを形成する第１の工程と、前記ソルダーレジスト上に、前記パッドから離れるに連れて開口面積が大きくなり、かつ、前記パッドと対向する開口を有するボール案内部を形成する第２の工程と、前記パッドにフラックスを塗布する第３の工程と、前記ボール案内部に接するように、前記パッドと対向する位置にボール振込み開口が形成されたマスクを載置する第４の工程と、前記マスクを介してはんだボールを前記パッドに搭載する第５の工程と、前記搭載されたはんだボールを前記パッドに接合させ、はんだバンプを形成する第６の工程と、前記基板をフラックス洗浄処理する第７の工程と、前記ソルダーレジスト上に形成された前記ボール案内部を除去する第８の工程とを備える。

これにより、はんだボールをパッドに確実に搭載することができ、かつ、接続信頼性に優れた半導体パッケージが出来る。
また、前記第２の工程において、前記パッド周縁部のソルダーレジスト上に形成される前記ボール案内部の開口は、前記パッドの周縁部を取り囲むように形成される。
さらに、前記基板上のパッドは平面視が円形であり、かつ、前記パッドの直径が３０μｍ以上１２０μｍ以下である。

また、前記ボール案内部の開口は、前記パッドから離れるに連れて連続的に開口面積が大きくなる傾斜面を有する。
さらに、前記ボール案内部の開口の傾斜面と前記パッド面とにより形成される角度が、前記ソルダーレジストが前記パッドと接する面のテーパー角度以下である。

以上のように本発明によれば、従来の基板にはんだバンプが形成される半導体パッケージと比較して、以下に示す利点がある。
第１に、パッドから離れるに連れて開口面積が大きくなる開口を有するボール案内部を形成するようにした。このため、基板のパッドと対向する位置にボール振込み開口が形成されたマスクのボール振込み開口の面積を大きくすることができ、小面積のパッドに対しても確実にはんだボールを搭載することができる。

第２に、ボール案内部の開口は、パッド周縁部を取り囲むように形成するようにした。このため、マスクのボール振込み開口を通過したはんだボールが、確実にパッドまで滑り落とすことができ、小面積のパッドに対しても確実にはんだボールを搭載することができる。
第３に、ソルダーレジスト上に形成されるボール案内部の開口は、パッド周縁部を取り囲むように形成するようにした。さらに、フラックスをパッドに塗布し、はんだバンプを形成し、基板のフラックス洗浄処理後に、ボール案内部を除去するようにした。このため、フラックス洗浄工程でパッド周縁部やソルダーレジストに付着したフラックス及び残渣が、工程の終了した半導体パッケージに付着することがない。

通常、パッド部の周縁部に付着するフラックスは、洗浄等では十分にとりきれずにフラックス残渣として腐食や接続信頼性低下の問題となる。
そこで、上記のように、パッド周縁部のソルダーレジスト上に、パッド周縁部を取り囲むような開口を有するボール案内部を設け、フラックス洗浄処理後、フラックスが付着しているボール案内部ごと取り除くようにしたので、フラックス残渣の発生及び付着を減少させることができる。

本発明の半導体パッケージの製造方法の第１の実施形態の工程の前半部を説明する説明図である。 その第１の実施形態の工程の後半部を説明する説明図である。 本発明の半導体パッケージの製造方法の第２の実施形態の工程の一部を説明する説明図である。 従来の製造方法の工程を説明する説明図である。

（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明による半導体パッケージの製造方法の第１の実施形態の工程を示す説明図である。また、図１の（ａ）〜（ｄ）および図２の（ｅ）〜（ｇ）は、全て断面図を示す。さらに、図１および図２では、説明を簡略するために片面基板とし、パッドは２つのみとしている。

この第１の実施形態は、図２（ｇ）に示すように、絶縁樹脂１０１からなる基板上に、接続端子となるパッド１０２と、パッド１０２の周縁部を覆うように形成されるソルダーレジスト１０３と、パッド１０２上に接合されるはんだバンプ１１２と、を備える半導体パッケージ基板１００の製造方法である。

以下、その製造方法を図１および図２を参照して説明する。
まず、基板である絶縁樹脂１０１上（図１（ａ）参照）に無電解銅めっきを給電層とし、その上にフォトドライフィルムレジストをラミネートし、配線やパッド１０２等のパターニングをし、パターンめっきを電解銅めっきで形成する。次に、フォトドライフィルムレジストをアルカリ系剥離液やアミン系剥離液で剥離し、給電層を硫酸過水系エッチング液等で剥離する。

さらに、接続端子等の必要箇所以外はソルダーレジスト１０３で被覆し、ソルダーレジ
スト１０３を過マンガン酸等の粗化処理し、表面処理である無電解ニッケルめっき１０６と金フラッシュめっき１０７を施すと、図１（ａ）に示す状態となる。
表面処理はニッケル金めっきに限らず、スズめっきやプリフラックス等でも同じ効果を奏することが出来る。
ここで、基板である絶縁樹脂１０１上に形成されるパッド１０２は、その形状や大きさなどは問わないが、例えば平面視で円形としても良い。円形の場合には、その直径は例えば３０μｍ以上１２０μｍ以下とする。

次に、図１（ｂ）に示すように、ソルダーレジスト１０３上にリフロー温度に対応できる耐熱性フォトドライフィルムレジスト１０４をロールラミネート等でラミネートする。耐熱性フォトドライフィルムレジスト１０４は、リフロー加熱した後でも剥離をすることが出来る。
次に、グレートーンマスクやハーフトーンマスク等の多階調マスク１０５と、ステッパ露光機を用いて露光することにより、波長の透過率をかえ、耐熱性フォトドライフィルムレジスト１０４に照射する（図１（ｃ）参照）。続いて、アルカリ系現像液等で現像し、パターニングを行い、接続端子部であるパッド１０２を開口させる。

これにより、図１（ｃ）に示すように、ソルダーレジスト１０３上に、パッド１０２と対向する開口１２１を有するボール案内部１２０が形成される。ボール案内部１２０の開口１２１は、パッド１０２から離れるに連れて開口面積が大きくなっている。さらに、パッド１０２の周縁部を取り囲むように形成されている。

具体的には、ボール案内部１２０の開口１２１の内側に、パッド１０２から離れるに連れて連続的に開口面積が大きくなる傾斜面１２１ａが形成されている。
さらに、その開口１２１の傾斜面１２１ａとパッド１０２面（パッド１０２の表面）とにより形成される角度は、ソルダーレジスト１０３のパッド１０２と接する傾斜面１０３ａのテーパー角度以下としている（図１（ｃ）参照）。

このため、後述のように、表面処理されたパッド１０２上にはんだボール１１１を搭載する際には、ボール案内部１２０の開口１２１の傾斜面１２１ａを利用してはんだボール１１１をパッド１０２まで滑り落とすことができ、小面積のパッド１０２に対しても確実に搭載することができる（図２（ｅ）参照）。

次に、図１（ｄ）に示すように、ソルダーレジスト１０３上に開口１１０ａを有するメタルマスク１１０を設け、メタルマスク１１０を介して、スキージ１０８でパッド１０２上にフラックス１０９を塗布する。
フラックス１０９は、印刷や転写などの方法で塗布することができる。メタルマスク１１０の開口１１０ａは、パッド１０２と対向する位置に形成されている。フラックス１０９の塗布が終わると、メタルマスク１１０は取り外される。
次に、図２（ｅ）に示すように、表面処理されたパッド１０２と対向する位置にボール振込み開口１１３ａを有するボール振込みマスク１１３を、ボール案内部１２０上に搭載する。

その後、ボール振込みマスク１１３を介して、はんだボール１１１をボール振込みマスク１１３内に振り込む。ボール振込み開口１１３ａから振り込まれたはんだボール１１１は、ボール案内部１２０の開口１２１の傾斜面１２１ａによりパッド１０２まで滑り落ちて、パッド１０２上に載置される（図２（ｅ）参照）。
ここで、はんだボール１１１の振込み方式は、低弱バネ力や繊維束、高速流攪拌、自然落下方式等がある。はんだボールの振込みに関してはどの方式でも良い。
上記のはんだボール１１１のパッド１０２への搭載が終わると、ボール案内部１２０上
のボール振込みマスク１１３は取り外される。

ここで、ボール案内部１２０の開口１２１は、パッド１０２から離れるに連れて連続的に開口面積が大きくなるようにし、これに対応する傾斜面１２１ａを設けるようにした。このため、図２（ｅ）に示すように、ボール振込みマスク１１３のボール振込み開口１１３ａを大きくする事ができ、より確実にパッド１０２上にはんだボール１１１を搭載することができる。
次に、図２（ｆ）に示すように、リフローにより加熱することにより、フラックス１０９が接続端子部のパッド１０２とはんだボール１１１の酸化膜を除去し、はんだボール１１１と接続端子であるパッド１０２を接合させ、パッド１０２に接合されたはんだバンプ１１２を得ることができる。

そして、はんだバンプ１１２が表面処理されたパッド１０２に接合されると、続いてフラックス１０９の洗浄処理が実施される。その後、ボール案内部１２０を構成する耐熱性フォトドライフィルムレジスト１０４をアルカリ系剥離液やアミン系剥離液等で剥離すると、図２（ｇ）に示す半導体パッケージ基板１００を得られる。

以上のように第１の実施形態によれば、ソルダーレジスト１０３上に、パッド１０２から離れるに連れて開口面積が大きくなり、かつ、パッド１０２の周縁部を取り囲むように形成される開口１２１を有するボール案内部１２０を形成し、この状態ではんだボール１１１の振込みをするようにした。このため、はんだボール１１１を効率よくかつ確実にパッド１０２上に搭載することができ、リペア処理の回数も低減され、生産効率が向上することができる。

また、第１の実施形態では、パッド１０２から離れるに連れて開口面積が大きくなる開口１２１を有するボール案内部１２０を形成するようにした。このため、ボール振込みマスク１１３のボール振込み開口１１３ａを通過したはんだボール１１１を確実にパッド１０２まで滑り落とすことができ、小面積のパッド１０２に対しても確実にはんだボール１１１を搭載することができる。

さらに、第１の実施形態では、フラックス１０９の洗浄処理が実施された後に、ボール案内部１２０を構成する耐熱性フォトドライフィルムレジスト１０４を剥離するようにした。このため、ソルダーレジスト１０３上にはフラックス残渣が付着することがないので、接続信頼性が優れた半導体パッケージを製造することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明による半導体パッケージの製造方法の第２の実施形態の工程の一部を示す説明図である。図３（ａ）（ｂ）は、全て断面図を示す。さらに、図３では、説明を簡略するために片面基板とし、パッドは２つのみとしている。
この第２の実施形態は、第１の実施形態の図１および図２に示す工程を基本とし、図１（ｃ）に相当する工程を、図３（ａ）（ｂ）で示す工程に置き換えたものである。したがって、図３（ａ）（ｂ）では、図１（ｃ）と同一要素には同一符号を付して、その説明は省略する。

この第２実施形態では、第１の実勢形態の図１（ｃ）に相当する工程において、以下のような処理を実施するようにした。
すなわち、図３（ａ）（ｂ）に示すように、まずソルダーレジスト１０２上に開口３０１ａを有する耐熱性フォトレジスト３０１をフォトリソ法により形成し、次にその上層に開口３０２ａを有する耐熱性フォトレジスト３０２を同様に形成し、さらにその上層に開口３０３ａを有する耐熱性フォトレジスト３０３を同様に形成するようにした。
ここで、開口３０１ａ、開口３０２ａ、および開口３０３ａの開口面積は、開口３０１ａが一番小さく、開口３０３ａが一番大きく設定されている。

このように第２実施形態では、上記の処理により耐熱性フォトレジスト３０１、３０２、３０３を３段に積み重ねて、図１（ｃ）に示すボール案内部１２０に相当するボール案内部３００を構成するようにした（図３（ｂ）参照）。
そして、このボール案内部３００は、開口面積の異なる開口３０１ａ、３０２ａ、３０３ａからなる開口を有し、この開口はボール案内部１２０の開口１２１と同様の機能を有する。

このため、第２の実施形態のボール案内部３００の開口は、第１の実施形態のボール案内部１２０の開口１２１と同様の作用、効果を奏することができる。
なお、上記の例では、耐熱性フォトレジストを３段に積み重ねた構成としたが、耐熱性フォトレジストを２段や４段以上に積み重ねた構成としても、同様の作用及び効果を奏する。

１００、２００・・・半導体パッケージ基板
１０１、２０１・・・絶縁樹脂
１０２、２０２・・・パッド
１０３、２０３・・・ソルダーレジスト
１０４、３０１〜３０３・・・耐熱性フォトドライフィルムレジスト
１０５・・・多階調マスク
１０６、２０６・・・無電解ニッケルめっき
１０７、２０７・・・金フラッシュめっき
１０８、２０８・・・スキージ
１０９、２０９・・・フラックス
１１０、２１０・・・メタルマスク
１１１、２１１・・・はんだボール
１１２、２１２・・・はんだバンプ
１１３、２１３・・・ボール振込みマスク
１２０、３００・・・ボール案内部
１２１・・・開口
１２１ａ・・・傾斜面
３０１ａ、３０２ａ、３０３ａ・・・開口

Claims (5)

1. 基板上に、接続端子となるパッドと、前記パッドの周縁部を覆うようにソルダーレジストとを形成する第１の工程と、
   前記ソルダーレジスト上に、前記パッドから離れるに連れて開口面積が大きくなり、かつ、前記パッドと対向する開口を有するボール案内部を形成する第２の工程と、
   前記パッドにフラックスを塗布する第３の工程と、
   前記ボール案内部に接するように、前記パッドと対向する位置にボール振込み開口が形成されたマスクを載置する第４の工程と、
   前記マスクを介してはんだボールを前記パッドに搭載する第５の工程と、
   前記搭載されたはんだボールを前記パッドに接合させ、はんだバンプを形成する第６の工程と、
   前記基板をフラックス洗浄処理する第７の工程と、
   前記ソルダーレジスト上に形成された前記ボール案内部を除去する第８の工程と、
   を備えることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
2. 前記第２の工程において、
   前記パッド周縁部のソルダーレジスト上に形成される前記ボール案内部の開口は、前記パッドの周縁部を取り囲むように形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージの製造方法。
3. 前記基板上のパッドは平面視が円形であり、かつ、前記パッドの直径が３０μｍ以上１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体パッケージの製造方法。
4. 前記ボール案内部の開口は、前記パッドから離れるに連れて連続的に開口面積が大きくなる傾斜面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
5. 前記ボール案内部の開口の傾斜面と前記パッド面とにより形成される角度が、前記ソルダーレジストが前記パッドと接する面のテーパー角度以下であることを特徴とする請求項４記載の半導体パッケージの製造方法。

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