JPH07122593A

JPH07122593A - 半導体モジュール

Info

Publication number: JPH07122593A
Application number: JP26913293A
Authority: JP
Inventors: Akira Imoto; 晃井本; Masafumi Hisataka; 将文久高; Tsutomu Oda; 勉小田; Kunihide Iwamoto; 国英岩元; Tadaaki Nakamura; 忠明中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】フリップチップ接合による電極間のショート
を防止でき、半田量が安定し、電極の狭ピッチに対応で
きるフリップチップ用電極を有する半導体モジュールを
提供する。【構成】表面にフリップチップ用電極３、３を含む導体
膜４が形成された回路基板上に、光硬化可能なモノマー
を含有するセラミックスリップ材の塗布、選択的露光、
現像及び焼成処理により、前記フリップチップ用電極が
露出する開口部１０が形成された絶縁層１ａを配置する
とともに、前記表層絶縁層１ａの開口部１０を介して、
フリップチップ用電極３とＩＣチップ２とが半田接合さ
れている半導体モジュールである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板上にフリップ
チップによってＩＣチップを接合した半導体モジュール
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、表面にＩＣ接合用電
極を形成た多層又は単板の回路基板上に、ＩＣチップを
接合する場合、ＩＣチップの表面側に入出力電極パッド
を形成し、この入出力電極パッドと回路基板上の接合用
電極とをボンディング細線を介して接合するワイヤボン
ディング方法があった。

【０００３】この方法では、ボンディング細線によって
回路基板の接合用電極を千鳥状に配列したり、また、ボ
ンディング細線の引き延ばし位置を制御して、回路の高
密化の対応が比較的容易であった。しかし、その反面、
接合にかかる設備が大掛かりとなり、接合を個々の半導
体モジュールで行う必要があり、時間を要するという欠
点を有していた。

【０００４】現在、ワイヤボンディング方法に使用され
る回路基板の接合用電極の形状は、幅を３００μｍ、電
極間ピッチを４００μｍ程度にすることができる。

【０００５】他の接合方法としては、ＩＣチップの裏面
側に入出力電極パッドを形成し、半田バンプを介して回
路基板上の接合用電極と接触させて、リフロー処理する
フリップチップ方法があった。

【０００６】この方法では、ＩＣチップの入出力電極パ
ッド上に予め半田バンプを形成しておくことにより、回
路基板の所定位置にＩＣチップを載置して、リフロー処
理するだけで、ＩＣチップの電気的、機械的な接合が完
了するため、工程が簡略化し、設備が安価となるという
利点を有していた。その反面、ＩＣチップの載置ずれや
半田バンプの溶融などによって、例えば、隣接する溶融
した半田どうしが接触したり、また隣接する接合用電極
どうしがショートしたりすることがあった。これを防止
するために、接合用電極間のピッチ、間隔を充分に広く
する必要があり、表面の配線の小形化に大きな障害とな
るという欠点を有していた。

【０００７】現在、フリップチップ方法に使用される回
路基板の電極の形状は、幅を２００μｍ、電極間ピッチ
を３００μｍ程度で用いられている。

【０００８】回路基板においては、基板材料を、ＩＣチ
ップの熱膨張係数の差を小さくすることが重要である。
また、配線導体は、Ｗ、Ｍｏなどの高融点金属材料、Ａ
ｇ、Ａｕなどの低抵抗材料の下地導体膜を形成し、さら
に必要に応じてＡｕ、Ｎｉメッキなど被覆して構成され
るが、如何に電極の幅、ピッチなどを狭くして形成でき
るかが高密度化に重要となっている。

【０００９】本発明は、上述の種々の課題を鑑みて案出
されたものであり、その目的は、接合が簡単なフリップ
チップ方式により接合が可能であり、且つ電極間のショ
ートを防止でき、半田接合が安定し、電極の狭ピッチに
対応できる半導体モジュールを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面に配線導
体が形成された基体上に、光硬化可能なモノマーを含有
するセラミックスリップ材の塗布、選択的な露光、現像
及び焼成処理により、前記配線導体一部が露出する開口
部を有する絶縁層を形成するとともに、前記表層絶縁層
の開口部から露出する配線導体に、ＩＣチップを半田に
よるフリップチップ接合した半導体モジュールである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、所定配線導体が形成された基
体とＩＣチップとが、半田バンプを介して半田接合され
るフリップチップ方法によって達成できるため、接合方
法が簡単で安価な半導体モジュールとなる。また、フリ
ップチップ用電極が表層絶縁層の開口部から露出する配
線導体であり、この開口部によってフリップチップ用電
極が規制され、フリップチップ用電極が、表層絶縁層か
ら若干凹むことになる。従って、この凹み部分に半田バ
ンプが配置され、半田が溶融されるため、半田の広がり
を防止し、電極間のショートを有効に防止することがで
きる。

【００１２】さらに、この絶縁層が光硬化モノマーを含
有するスリップ材の塗布、開口部分のみが除去されるよ
うに選択的な露光・現像処理によって形成されるため、
露光・現像処理の精度で、フリップチップ用電極の形
状、電極間ピッチが決定され、半田接合に必要最小限の
形状で、必要最小限の電極間ピッチに設定することが簡
単となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は、本発明の半導体モジュールの断面
図である。尚、図１では基体を積層型セラミック回路基
板とし、表層絶縁層を基体の製造工程の一貫で形成した
場合を例にして説明する。

【００１５】図１において、１は回路基板であり、２は
フリップチップ用ＩＣである。

【００１６】回路基板１は、表層絶縁層１ａと、基体を
構成する絶縁層１ｂ〜１ｄと、表層絶縁層１ａと絶縁層
１ｂとの間に配置されたフリップチップ用電極３を含む
配線導体４と、絶縁層１ｂ〜１ｄの各層間に配置された
内部配線導体５と、表面配線導体６と各絶縁層１ａ〜１
ｄの厚み方向を貫き、且つ各導体４〜６を接続するビア
ーホール導体７とから構成されている。

【００１７】絶縁層１ａ〜１ｄは、例えば８５０〜１０
５０℃前後の比較的低い温度で焼成可能にするガラス−
セラミック材料からなり、表層絶縁層１ａの厚みは、２
０〜５０μｍ、絶縁層１ｂ〜１ｄの厚みは、４０〜１２
０μｍである。

【００１８】配線導体４は、絶縁層１ａと１ｂとの間に
配置され、金系、銀系、銅系の金属材料、例えば銀系導
体からなり、その一部がフリップチップ用電極３となっ
ている。

【００１９】フリップチップ用電極３は、配線導体４の
一部であり、表層絶縁層１ａに形成された所定形状の開
口部１０から露出することによって、その形状、電極間
ピッチが規制されて構成される。尚、開口部１０から露
出部分には、半田食われ防止のメッキ層３１が被覆され
ている。

【００２０】内部配線導体５は、絶縁層１ｂ〜１ｄの各
層間に配置され、配線導体４同様、金系、銀系、銅系の
金属材料、例えば銀系導体から成っている。これらの配
線導体４、内部配線導体５の厚みは、８〜１８μｍ程度
である。

【００２１】表面配線導体６は、絶縁層１ａの表面に形
成されており、金系、銀系、銅系の金属材料、例えば銅
系導体からなっている。配線導体４、内部配線導体５
は、銀系導体に対して、表面配線導体６は銅系導体であ
る。これは、銀系導体の場合、マイグレーションなどが
発生し易く、銀系導体では表面配線導体６の高密度化に
限界があるためである。

【００２２】ビアホール導体７は、金系、銀系、銅系の
金属材料、例えば銀系導体からなり、各絶縁層１ａ〜１
ｄ間に形成された配線導体４、内部配線導体５間を接続
するために絶縁層１ｂ〜１ｄの厚みを貫くように形成さ
れている。尚、表層絶縁層１ａの厚みを貫き、表面配線
導体６と配線導体４を接続するビアホール導体７に関し
ては、銅系導体であっても構わない。

【００２３】フリップチップ用ＩＣ２は、シリコンチッ
プの下面側に入出力電極パッド２１が形成されており、
回路基板１のフリップチップ用電極３に半田によって接
合される。具体的には、入出力電極パッド２１に半田を
被覆したＡｕスタッドを形成したり、また、半田バンプ
２２を形成したりして、回路基板１側のフリップチップ
用電極３、３に載置して、加熱処理することにより半田
接合が行われる。

【００２４】ここで、本発明の特徴的なことは、回路基
板１のフリップチップ用電極３が、表層絶縁層１ａと絶
縁層１ｂとの間に形成された配線導体４の一部であり、
この配線導体４が表層絶縁層１ａに所定形状に形成され
た開口部１０から露出することによって形成されてい
る。

【００２５】即ち、フリップチップ用電極３の実際の形
状、隣接しあうフリップチップ用電極３間のピッチ等
は、表層絶縁層１ａの開口部１０によって規制されてい
る。また、表層絶縁層１ａと絶縁層１ｂとの間の配線導
体４がフリップチップ用電極３となることから、表層絶
縁層１ａの表面側から、若干の量（表層絶縁層１ａの厚
みよりメッキ層３１の厚みを除外した量）だけ窪んだ位
置にフリップチップ用電極３の表面が位置されることに
なる。

【００２６】従って、ＩＣチップ２をフリップチップ用
電極３に接続する場合には、半田バンプ２２が、凹んだ
開口部１０内で溶融することになり、隣接するフリップ
チップ用電極３又は半田バンプ２２に接触することがな
く、安定したフリップチップ接合が達成されることにな
る。

【００２７】上述の半導体モジュールの製造方法を、図
２（ａ）〜（ｌ）に基づいて説明する。尚、図２（ａ）
〜（ｇ）は、基体である積層型セラミック回路基板とな
る積層体を形成する工程である。

【００２８】まず、図２（ａ）に示すように、耐熱性樹
脂、ガラス、セラミックなどのワーク基板１５（基体に
相当）上に絶縁層１ｄとなる絶縁膜１０ｄを形成する。

【００２９】尚、図１では回路基板１の裏面側主面に
は、表面導体等を形成してない例であるため、裏面側の
絶縁層１ｄとなる絶縁膜１０ｄは、単にセラミック粉
末、ガラス材料、有機バインダと、有機又は水系溶剤を
均質混練して得られスリップ材を、４０〜１２０μｍ程
度になるように、塗布、乾燥して形成すればよいが、ス
リップ材に、光硬化可能なモノマーを添加して、露光処
理を行ってもよい。

【００３０】上述のセラミック粉末としては、クリスト
バライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライ
ト、ジルコニア、コージェライト等の材料が挙げられ、
その粉末の平均粒径は、好ましくは１．０〜６．０μ
ｍ、更に好ましくは１．５〜４．０μｍである。これら
のセラミック材料は２種以上混合して用いられてもよ
い。

【００３１】特に、コランダムを用いた場合、コスト的
に有利となる。

【００３２】ここで、セラミック粉末の平均粒径が１．
０〜６．０μｍと設定したのは、平均粒径が１．０μｍ
未満では、均質混合してスリップ化することが難しくな
り、、後述の露光時に露光光が乱反射して充分な露光が
できなくなる。逆に平均粒径が６．０μｍを超えると緻
密で強度の高い積層体本体が得られない。

【００３３】上述のガラス材料としては、複数の金属酸
化物を含むガラスフリットであり、８５０〜１０５０℃
で焼成した後に、コージェライト、ムライト、アノーサ
イト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイ
ト、ドロマイト、ペタライト及びその置換誘導体の結晶
を少なくとも１種析出するものが挙げられる。

【００３４】特に、アノーサイトまたはセルジアンを析
出する結晶化ガラスフリットを用いると、より強度の高
い積層体本体が得られ、また、コージェライトまたはム
ライトを析出し得る結晶化ガラスフリットを用いれる
と、焼成後の熱膨張率が低い為、回路基板１上にフリッ
プチップ用ＩＣ２のシリコンチップを配置するための回
路基板としては非常に有効となる。

【００３５】回路基板１の強度、熱膨張率を考慮した最
も好ましいガラス材料としては、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラス
フリットである。この様なガラスフリットは、ガラス化
範囲が広くまた屈伏点が６００〜８００℃付近にある
為、８５０〜１０５０℃程度の低温焼成に適し、且つ内
部配線２、ビアホール導体３となる銅系、銀系及び金系
の導電材料の焼結挙動に適している。

【００３６】ガラス材料はスリップ材中には、フリット
の状態で混合されている。このフリットの平均粒径は、
１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜３．５μｍで
ある。ここで、平均粒径が１．０μｍ未満の場合は、ス
リップ化することが困難なであり、後述の露光時に露光
光が乱反射して充分な露光ができなくなる。逆に平均粒
径が６．０μｍを超えると分散性が損なわれ、具体的に
は絶縁材料であるセラミック粉末間に均等に溶解分散で
きず、強度が非常に低下してしまう。

【００３７】上述のセラミック材料とガラス材料との構
成比率は、８５０〜１０５０℃の比較的低温で焼成する
場合には、セラミック材料が１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、
好ましくは２０ｗｔ％〜３５ｗｔ％であり、ガラス材料
が９０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、好ましくは８０ｗｔ％〜６
５ｗｔ％である。

【００３８】ここで、セラミック材料が１０ｗｔ％未
満、且つガラス材料が９０ｗｔ％を越えると、絶縁層に
ガラス質が増加しすぎ、絶縁層の強度等からしても不適
切であり、また、セラミック材料が５０ｗｔ％を越え、
且つガラス材料が５０ｗｔ％未満となると、後述の露光
時に露光光が乱反射して充分な露光ができなり、焼成後
の絶縁層の緻密性も損なわれる。

【００３９】上述のセラミックやガラスなどの固形成分
の他に、スリップ材の構成材料としては、焼結によって
消失される光硬化可能なモノマー、有機バインダーと、
有機溶剤とを含んでいる。

【００４０】光硬化可能なモノマーは、低温短時間の焼
成工程に対応するために、熱分解性に優れたものであ
り、光硬化可能なモノマーとしては、スリップ材の塗布
・乾燥後の露光によって、光重合される必要があり、遊
離ラジカルの形成、連鎖生長付加重合が可能で、２級も
しくは３級炭素を有したモノマーが好ましく、例えば少
なくとも１つの重合可能なエチレン系基を有するブチル
アクリレート等のアルキルアクリレートおよびそれらに
対応するアルキルメタクリレートが有効である。

【００４１】また、テトラエチレングリコールジアクリ
レート等のポリエチレングリコールジアクリレートおよ
びそれらに対応するメタクリレートなどが挙げられる。

【００４２】光硬化可能なモノマーは、露光処理によっ
て絶縁膜１０ｄが硬化され、現像処理によって露光部分
以外の部分が容易に除去できるように所定量添加され
る。例えば、固形成分（セラミック材料及びガラス材
料) に対して５〜１５ｗｔ％以下である。

【００４３】有機バインダーは、光硬化可能なモノマー
同様に熱分解性の良好なものでなくてはならない。同時
にスリップの粘性を決めるものである為、固形分との濡
れ性も重視せねばならず、本発明者の検討によればアク
リル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキ
シル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和
化合物が好ましい。添加量としては固形分に対して２５
ｗｔ％以下が好ましい。

【００４４】尚、溶剤として、有機系溶剤の他に、水系
溶剤を用いることができるが、この場合、光硬化可能な
モノマー及び有機バインダは、水溶性である必要があ
り、モノマー及びバインダには、親水性の官能基、例え
ばカルボキシル基が付加されている。その付加量は酸価
で表せば２〜３００あり、好ましくは５〜１００であ
る。付加量が少ない場合は水への溶解性、固定成分の粉
末の分散性が悪くなり、多い場合は熱分解性が悪くなる
ため、付加量は、水への溶解性、分散性、熱分解性を考
慮して、上述の範囲で適宜付加される。

【００４５】何れの系のスリップ材における光硬化可能
なモノマー及び有機バインダは上述したように熱分解性
の良好なものでなくてはならないが、具体的には６００
℃以下で熱分解が可能でなくてはならない。更に好まし
くは５００℃以下である。熱分解温度が６００℃を越え
ると、絶縁層内に残存してしまい、カーボンとしてトラ
ップし、基板を灰色に変色させたり、絶縁層の絶縁抵抗
までも低下させてしまう。またボイドとなりデラミネー
ションを起こすことがある。

【００４６】また、スリップ材には、増感剤、光開始系
材料等を必要に応じて添加しても構わない。例えば、光
開始系材料としては、ベンゾフェノン類、アシロインエ
ステル類化合物などが挙げられる。

【００４７】上述のスリップ材の塗布方法として、例え
ば、ドクターブレード法（ナイフコート法）、ロールコ
ート法、印刷法などが挙げられる。特に塗布後の絶縁膜
の表面が平坦化することが容易なドクターブレード法な
どが好適である。尚、塗布方法に応じて溶剤の添加量が
調整され、所定粘度に調整される。

【００４８】乾燥方法としては、バッチ式乾燥炉、イン
ライン式乾燥炉を用いて行われ、乾燥条件は、１２０℃
以下が望ましい。また、急激な乾燥は、表面にクラック
を発生される可能性があるため、急加熱は避けることが
重要となる。

【００４９】次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁層１
ｄと絶縁層１ｃとの層間に配される内部配線導体５とな
る導体膜５０を例えばＡｇ系導電性ペーストを用いてス
クリーン印刷によって所定形状に印刷し、乾燥を行い、
必要に応じて露光処理して、光硬化を行う。

【００５０】導電性ペーストは、金、銀、銅もしくはそ
の合金のうち少なくとも１つの金属材料、例えば銀の粉
末と、低融点ガラス成分と、有機バインダーと有機溶剤
と、必要に応じて光硬化可能なモノマーとを均質混練し
たものが用いられる。特に、焼成温度が８５０〜１０５
０℃と比較的低いため、絶縁膜の焼結挙動を考慮して、
低融点ガラス成分の屈伏点を７００℃前後となるものが
使用することが重要である。

【００５１】光硬化は、後述の絶縁膜１０ｃを選択的な
露光処理・現像処理を行った場合、現像液により導体膜
５０が侵されないようにするためであり、その露光条件
は、導電膜５０の表面全面に、低圧、高圧、超高圧の水
銀灯系の露光光を照射し、光硬化可能なモノマーの光重
合反応を起こす。尚、現像液の組成や現像条件を制御し
て、導体膜５０が侵されない条件においては、導体膜５
０の光硬化は不要である。

【００５２】次に、図２（ｃ）に示すように、上述の導
体膜５０を完全に被覆するように、絶縁層１ｃとなる絶
縁膜１０ｃを上述のスリップ材を用いて塗布・乾燥を行
う。

【００５３】次に、図２（ｄ）に示すように、絶縁層１
ｃの厚み方向を貫くビアホール導体７に相当する絶縁膜
１０ｃの所定位置に、貫通凹部７０となる溶化部７０’
を露光処理して形成する。

【００５４】絶縁膜１０ｃの光硬化モノマーが、光重合
されるネガ型であるため、貫通凹部７０となる溶化部７
０’のみが露光光が照射されないようにして行われる。
具体的には、絶縁膜１０ｃの表面に、貫通凹部７０とな
る溶化部７０’のみが露光処理されない所定パターンが
形成されたフォトターゲットを、載置、又は近接配置し
て、低圧、高圧、超高圧の水銀灯系の露光光を照射す
る。この露光処理により、絶縁膜１ｃの貫通凹部７０と
なる以外の部分が、光硬化可能なモノマーの光重合反応
を起こす。尚、露光装置は所謂写真製版技術に用いられ
る一般的なものでよい。

【００５５】次に、図２（ｅ）に示すように、露光処理
した絶縁膜１０ｃを現像処理し、溶化部７０’を除去し
て、貫通凹部７０を形成する。これにより、貫通凹部７
０の下部には、図２（ｂ）で印刷形成した内部配線５と
なる導体膜５０の一部が露出することになる。

【００５６】この現像処理として、クロロセン、１，
１，１−トリクロロエタン、アルカリ現像溶剤を例えば
スプレー現像法やパドル現像法によって、溶化部７０’
に噴射したり、接触したりして、現像処理を行う。その
後、必要に応じて洗浄及び乾燥を行なう。

【００５７】次に、図２（ｆ）に示すように、絶縁膜１
０ｃの貫通凹部７０に、ビアホール導体７となる導体７
１を、導電性ペーストの充填・乾燥によって形成する。
充填方法は、例えばスクリーン印刷方法で行なうと同時
に、絶縁層１ｃと絶縁層１ｂとの間に配される内部配線
５となる導体５０を導電性ペーストも用いて印刷・乾燥
する。印刷方法は、例えばスクリーン印刷方法で行な
う。尚、この導体７１、及び導体膜５０を形成した後、
必要に応じて露光処理して、光硬化をしてもよい。勿
論、この場合には、導電性ペーストには光硬化可能なモ
ノマーが添加されている。

【００５８】上述の図２（ｃ）〜図２（ｆ）に示す各工
程を繰り返す。そして、図２（ｇ）に示すように、絶縁
層１ｂとなる絶縁膜１０ｂの所定位置に、露光処理と現
像処理によって貫通凹部７を形成した後、貫通凹部７０
を導電性ペーストで充填するとともに、絶縁膜１０ｂ上
にフリップチップ用電極３を含む配線導体４となる導体
膜４０を導電性ペーストの印刷・乾燥によって形成す
る。

【００５９】尚、この導体膜４０も、必要に応じて露光
処理して、光硬化をしてもよい。勿論、この場合には、
導電性ペーストには光硬化可能なモノマーが添加されて
いる。

【００６０】次に、図２（ｈ）に示すように、この絶縁
層１ｂとなる絶縁膜１０ｂ上に形成された配線導体４と
なる導体膜４０を完全に隠蔽するように、表層絶縁層１
ａとなる絶縁膜１０ａを、上述のように光硬化モノマー
を含むスリップ材の塗布・乾燥によって形成する。ここ
で、絶縁膜１０ａの厚みは、例えば３０μｍ程度である
が、その厚みは、例えばドクターブレード法のブレード
高さの制御により簡単に作成することができる。

【００６１】次に、図２（ｉ）に示すように、図２
（ｄ）と同様に、露光処理して、ビアホーホール導体７
となる貫通凹部７０の溶化部７０’及びフリップチップ
用電極３の形状を規制する開口部１０となる溶化部１
０’を形成する。

【００６２】ビアホール導体７となる貫通凹部７０及び
フリップチップ用電極３の形状、ピッチなどを規制する
開口部１０は、開口径や形状及びその後に導電性ペース
トが充填されるかの相違であるものの、この露光処理工
程は、分け隔てなく処理することができる。具体的に
は、フォトターゲットの形状を貫通凹部７０及び開口部
１０が形成される部分が隠蔽されるようなパターンを有
するものを用いればよい。また、絶縁膜１０ａの厚み
は、他の絶縁膜１０ｂ〜１０ｄなどに比べて、非常に薄
いため、露光処理する条件は、比較的低い強度の露光光
で、比較的短時間の照射で行われる。

【００６３】次に、図２（ｊ）に示すように、露光処理
した絶縁膜１０ａを現像処理し、溶化部７０’及１０’
を除去して、貫通凹部７０及び開口部１０を形成する。
これにより、貫通凹部７０の下部開口からは、絶縁膜１
０ｂ上に形成した配線導体４となる導体膜４０の一部が
露出する。また、開口部１０の下部からは、配線導体４
となる導体膜４０の一部でフリップチップ用電極３とな
る部位が露出することになる。この現像処理条件も、絶
縁膜１０ａの厚みは、他の絶縁膜１０ｂ〜１０ｄなどに
比べて、非常に薄いため、濃度の薄い現像液で、比較的
短時間で処理することができる。

【００６４】次に、個々の回路基板１の大きさに分割す
るための分割溝を形成し、ワーク基板１５を分離して焼
結処理を行う。

【００６５】焼結処理は、脱バインダ過程と焼成過程か
らなる。脱バインダ過程は、絶縁膜１０ａ〜１０ｄ、内
部配線導体５となる導体膜５０、配線導体４となる導体
膜４０、及びビアホール導体７の導体７１に含まれる有
機成分や水分を消失するためであり、焼結過程の例えば
６００℃以下の温度領域で行われる。

【００６６】また、焼成過程は、絶縁膜１０ａ〜１０ｄ
のガラス成分を充分に軟化させて、セラミック粉末の粒
界に均一に充填させ、回路基板２に一定強度を与え、同
時に、導体４０、５０、７１の銀系粉末を粒成長させ
て、低抵抗化させるとともに、絶縁層１ａ〜１ｄと一体
化させるものであり、酸化性雰囲気又は中性雰囲気でピ
ーク温度８５０〜１０５０℃で行われる。これにより、
絶縁膜１０ａ〜１０ｄは絶縁層１ａ〜１ｄとなり、導体
膜５０は内部配線導体５となり、導体膜４０は配線導体
４となり、導体７１はビアホール導体７となる。

【００６７】次に、図２（ｋ）に示すように、絶縁層１
ａに形成された貫通凹部７０に銅系導電性ペーストを充
填して導体７１を、その表面に銅系導電性ペーストで表
面配線導体６となる導体膜を印刷形成し、その後、乾燥
・焼成を行う。

【００６８】ここで、銀系である配線導体４と銅系の表
面配線導体６とが接続することになるため、銀と銅との
共晶温度を考慮して、低温（例えば７８０℃以下）焼成
可能な銅系導電性ペーストを用いることが重要である。
また焼成雰囲気は、銅の酸化を防止するため、還元性雰
囲気や中性雰囲気中で行うことが重要である。

【００６９】次に、少なくとも表面配線導体６上にドラ
イフィルムやメッキレジスト膜を被覆て、絶縁層１ａの
開口部１０から露出する配線導体４上に、メッキ層３１
を形成する。例えばメッキ層３１として、下地側に１〜
５μｍ程度のＮｉメッキ層を形成して、さらに、表面側
に２０〜２５μｍ程度の半田メッキ層を形成して多層化
を行う。即ち、開口部１０から露出するフリップチップ
用電極３部分の層構成は、配線導体４と同一の銀系材料
の下地導体膜、Ｎｉメッキ層、半田メッキ層の積層構造
となる。

【００７０】このメッキ層は、銀系材料の下地導体膜の
半田食われを防止するとともに、開口部１０内でフリッ
プチップ接合（半田による接合）時の半田濡れ性を向上
させるために形成するものである。

【００７１】そして、図２（ｌ）に示すように、裏面の
入出力電極パッド２１に半田バンプ２２が設けられたフ
リップチップ用ＩＣチップ２を、開口部１０と入出力電
極パッド２１の半田バンプ２２とが合致するように配置
する。

【００７２】その後、リフロー処理によって半田バンプ
２２を溶融して、ＩＣチップ２の入出力電極２１と電極
３とを半田を介して電気的、機械的に接合する。これに
より、図１に示す半導体モジュールが達成される。

【００７３】尚、分割溝にそって個々に分割する工程
は、ＩＣチップ２を接合した後に行ってもよいし、ま
た、メッキ処理を完了した時点でおこなっても構わな
い。また、回路基板２の表面には、表面配線導体６のみ
が形成されているが、表面配線導体６の形成に続いて、
厚膜抵抗体膜や絶縁保護膜などを形成してもしてよく、
さらに、フリップチップ用ＩＣチップ２の接合時に同時
に、チップ抵抗やチップコンデンサなどの各種電子部品
を表面配線導体６に接合することができる。

【００７４】以上のように、フリップチップ用電極３
は、比較的厚みの薄い表層絶縁層１ａの開口部１０によ
って、その形状、電極間ピッチが規制されることにな
る。即ち、露光処理及び現像処理の精度によって、フリ
ップチップ用電極３の形状、電極間ピッチが決まる。従
って、フリップチップ用電極３を形成するにあたって
は、従来のように導電性ペーストの印刷だれなどによ
り、設計値から大きく外れることが皆無となり、フリッ
プチップ用電極３の形状を半田バンプ２２と接合するに
必要な最小形状にし、その電極３間ピッチを半田バンプ
２２どうしのショートが発生しない最小ピッチにするこ
とができる。

【００７５】また、フリップチップ用電極３が、表層絶
縁層１ａの表面側から、メッキ層３１の厚みはあるもの
の表層絶縁層１ａの厚み相当分凹んでいる。従って、半
田バンプ２２が溶融しても、開口部１０以外に広がるこ
とがないため、従来のフリップチップ方式、即ち、表面
導体の一部をフリップチップ用電極とし、フリップチッ
プ接合した場合に比較して、電極３間のピッチを狭くす
ることができ、高密度で確実な接合が達成できる。

【００７６】本発明者が種々試作・検討を行った結果、
表層絶縁層１ａを、絶縁膜１０ａに光硬化モノマーを含
ませて、且つ露光処理、現像処理により開口部１０を形
成する場合、その径を８０μｍ、隣接しあう開口部１０
のピッチを１２０μｍで形成することができることを確
認した。

【００７７】このように、開口部１０の径、ピッチを狭
くしたとしても、配線導体４の印刷精度によって、特に
狭ピッチ化に制約が発生する。即ち、開口部１０を１２
０μｍピッチで形成できても、実際のフリップチップ用
電極３となる配線導体４が隣接する配線導体４とシーョ
トすることなく形成できるかが問題となる。

【００７８】これを解決する手段として、図３（ａ）に
示すように、開口部１０から露出する配線導体４の一部
であるフリップチップ用電極３を、絶縁層１ｂ上に形成
した配線導体パターン４１と、絶縁層１ｂの厚み方向を
貫くビアホール導体７の一端で、絶縁層１ｂ上に形成さ
れたランド電極パターン４２とに分けて用いることによ
り達成される。

【００７９】例えば、図３（ａ）の部分平面図におい
て、実線の円形は開口部であり、点線は、表層絶縁層１
ａと絶縁層１ｂとの間に形成された配線導体４を示す。
尚、配線導体４は、表層絶縁層１ａと絶縁層１ｂとの間
に形成された通常の配線パターンとして形成された配線
導体パターン４１と、ビアホール導体７の一端のランド
電極を４２とを含むものである。

【００８０】例えば第１の開口部１０１は、通常のパタ
ーンで形成された配線導体パターン４１の一部を露出す
るものであり、この露出部分がフリップチップ用電極３
となる。該第１の開口部１０１と隣接する第２の開口部
１０２から露出するランド電極４２を露出するものであ
り、この露出部分もフリップチップ用電極３となる。

【００８１】ここで、ビアホールランド導体４２とは、
絶縁層１ｂと１ｃとの間に形成された内部配線導体５か
ら絶縁層１ｂ上に導出されるビアホール導体７の一端で
あり、絶縁膜１０ｂに形成された貫通凹部７０内に導電
性ペーストを充填する際に、安定、且つ確実に充填でき
るよにう、貫通凹部７０の開口径よりも若干大きい径と
なるパターンで印刷充填して形成する時、この若干大き
い径が、絶縁膜１０ｂ上に残存することになる。この部
分をビアホールランド導体である。

【００８２】このようにすれば、配線導体４を構成する
配線導体パターン４１において、隣接配線導体パターン
４１間の間隔を広くできるため、フリップチップ用電極
３を全て配線導体パターン４１の一部を露出させる構造
とした時に比較して、配線パターン４１の印刷精度が緩
和され、同時に実質的にフリップチップ用電極３のピッ
チを狭くすることができる。

【００８３】また、別の手段として、図３（ｂ）に示す
ように、第１の開口部１０１から露出する配線導体パタ
ーン４１の引き回し方向を、例えば図面上部側から引き
回し、その一端を第１の開口部１０１から露出する。同
様に、第２の開口部１０２から露出する配線導体パター
ン４１の引き回し方向を、例えば図面下部側から引き回
し、その一端を第２の開口部１０２から露出する。

【００８４】このようにすれば、同一方向から延出され
る配線導体パターン４１の間隔が広くなり、同時に実質
的に開口部１０ピッチを狭くすることができる。

【００８５】また、上述の構造上の手段ではなく、配線
導体４の材料を制御して、狭ピッチの開口部１０に対応
させることもできる。例えば、配線導体４を形成するた
めの導電性ペーストに、例えば光硬化モノマーを含有さ
せ、開口部１０の形状、ピッチなどに応じた形状となる
ように露光処理し、配線導体４の印刷ダレによる広がり
部分を現像処理によって除去する。このようにすれば、
配線導体４の形状、ピッチなどを開口部１０の形状、ピ
ッチに応じて簡単に形成することができる。

【００８６】ここで、本発明のように、絶縁層１ａを絶
縁スリップ材の塗布、露光・現像処理で形成した場合
と、従来のように、グリーンシートの積層によるグリー
ンシート多層方式により形成する場合、絶縁ペーストを
スクリーン印刷によって選択的に形成する印刷多層方式
により形成した場合との比較を行う。

【００８７】グリーンシート多層方式では、最小シート
厚みが１５０〜２００μｍ程度であり、このようなシー
トで絶縁層１ａを形成しても、開口部１０から露出する
フリップチップ用電極３の表面までの窪みが深すぎ、フ
リップチップ接合の接合信頼性が低下し、これを回避す
るためには、開口部１０を大きくする必要があるが、こ
れにより、開口部１０のピッチが大きくなり、高密度化
に限界が生じる。

【００８８】また、印刷多層方式では、絶縁ペーストの
印刷ダレなどが発生してしまうため、開口部１０を大き
くする必要があるが、これにより、開口部１０のピッチ
が大きくなり、高密度化に限界が生じる。

【００８９】これに対して、本発明では、上述したよう
に、スリップ材の塗布により形成した絶縁膜１０ａに露
光・現像処理して開口部１０を形成するため、半田接合
に適した開口部１０の窪みで、開口部１０を設計どおり
に形成することができ、高密度化にも対応できる。

【００９０】尚、上述の実施例では、基体、即ち、絶縁
層１ｂ〜１ｄの積層体が、絶縁スリップ材の塗布によ
り、ビアホール導体７が露光・現像処理により夫々形成
されているが、この基体に、グリーンシート多層方式や
印刷多層方式で形成され、配線導体４が形成された積層
型セラミック回路基板を用いて、表面層絶縁層１ａの形
成及び開口部１０の形成のみを上述の手法で形成しても
構わない。この場合、積層型セラミック回路基板が未焼
成の状態で、絶縁層１ａとなる絶縁膜１０ａと一体的に
焼成してもよいし、また焼成された積層形セラミック回
路基板で、フリップチップ用ＩＣチップ２が搭載される
部位のみに、上述の手法により開口部１０を有する絶縁
層１ａを形成しても構わない。

【００９１】また、基体は多層回路基板である必要はな
く、例えば、単板のセラミック基板上に、配線導体４を
形成し、その表面に絶縁スリップ材により表層絶縁層と
なる絶縁膜を形成し、フリップチップ用電極３を、配線
導体４が露出するように、露光・現像処理により、開口
を形成しても構わない。

【００９２】また、上述の実施例では、半田バンプ２２
が予めＩＣチップ２の裏面側の入出力電極パッド２１に
形成されているが、例えば、開口部１０に、半田を印刷
し、そのままリフロー処理して、印刷した半田の表面張
力により、開口部１０内に半田ボールを作成し、この半
田ボールを利用してＩＣチップ２のフリップチップ接合
をおこなっても構わない。

【００９３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、配線導体
が形成された基体とＩＣチップとが、半田バンプを介し
て半田接合されるフリップチップ方法によって達成でき
るため、接合方法が簡単で安価な半導体モジュールとな
る。また、フリップチップ用電極が、表層絶縁膜の開口
部から露出する配線導体であり、この開口によってフリ
ップチップ用電極が規制されているため、実質的にフリ
ップチップ用電極が実質的に表層絶縁膜の厚み分だけ凹
んでいることになる。従って、この凹み部分に半田バン
プが配置され、半田が溶融されるため、半田の広がりを
防止し、電極間のショートを有効に防止することができ
る。

【００９４】さらに、開口部が露光、現像処理により形
成されるため、高精度で開口部を形成することができ、
半田接合に必要最小限の形状で、必要最小限の電極間ピ
ッチが簡単に達成できる。

【００９５】従って、接合が簡単なフリップチップ方式
による接合が可能で、且つ電極間のショートを防止で
き、半田接合が安定し、電極の狭ピッチに対応できる半
導体モジュールとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体モジュールの断面図であ
る。

【図２】（ａ）〜（ｌ）は、本発明の半導体モジュール
の各製造工程の断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｂ）は、配線導体のパターンの一実
施例を示す部分平面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・回路基板１ａ〜１ｄ・・・絶縁層１０ａ〜１０ｄ・・・絶縁膜２・・・・・・・ＩＣチップ２１・・・・・・入出力電極２２・・・・・・半田バンプ３・・・・・・・フリップチップ用電極３１・・・・・・メッキ層４・・・・・・・配線導体５・・・・・・・内部配線導体６・・・・・・・表面配線導体７・・・・・・・ビアホール導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩元国英鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内 (72)発明者中村忠明鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に配線導体が形成された基体上に、光硬化可能なモノマーを含有するセラミックスリップ材
の塗布、選択的な露光、現像及び焼成処理により、前記
配線導体の一部が露出する開口部を有する絶縁層を形成
するとともに、前記表層絶縁層の開口部から露出する配線導体に、ＩＣ
チップを半田を介してフリップチップ接合したことを特
徴とする半導体モジュール。