WO2009153835A1 - 回路基板、半導体装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

回路基板、半導体装置およびそれらの製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a circuit board, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a circuit board, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof that can be adapted to increase the number of pins and the pitch.
  • An insulating circuit board is formed by, for example, forming a copper seed layer by electroless plating on the surface of an insulating substrate such as an epoxy resin plate, covering a region other than the wiring pattern with a photoresist pattern, plating the wiring pattern by electrolytic plating, The resist pattern is removed and the exposed copper seed layer is removed by etching.
  • a typical electronic component is a semiconductor integrated circuit device (LSI).
  • LSI semiconductor integrated circuit device
  • an electrode terminal is formed on the outer periphery of a chip, and a bump such as a stud bump or a plating bump is formed on the electrode terminal.
  • a preliminary solder layer is formed on the electrode of the insulated circuit board, and a solder joint is formed by heat treatment while the bump is in contact.
  • FIGS. 6A to 6D are sectional views showing a conventional example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-256715.
  • a conductor pattern 2 and a solder resist film 3 having an opening on the conductor pattern 2 are formed on a circuit board 1.
  • solder paste 8 is placed on the metal mask 21, and the printing squeegee 22 is moved. Solder paste 8 is pushed into the openings of the metal mask 21 and the solder resist film 3.
  • the metal mask 21 is removed, and the solder paste film 8 protruding from the solder resist film 3 is left.
  • the preliminary solder layer 4 is formed on the conductor pattern 2.
  • solder paste film is continuously formed not only on a selected region of the electrode but also on a wide region including the electrode, and reflowed to perform self-alignment by surface tension.
  • the molten solder collects on the copper electrode that is compatible with the solder from the insulating substrate that is not compatible with the solder, and forms a spherical surface so as to reduce the surface area.
  • the solder remaining on the insulating substrate can be removed by cleaning.
  • a metal mask having openings exposing the plurality of wirings is arranged on the wirings, and a solder paste film is printed in the openings.
  • solder paste film covering a plurality of wirings is formed and reflowed, the solder may be excessively supplied or insufficiently supplied on the end electrodes due to misalignment between the wiring and the metal mask.
  • JP 58-132941 proposes that dummy electrodes are formed outside the electrodes arranged in parallel so that excessive supply or insufficient supply of solder occurs on the dummy electrodes.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 10-256715 forms a solder resist film having an opening on an electrode pattern, forms a solder layer extending from the electrode pattern onto the solder resist film by contacting with the molten solder, and a heated roller A method is proposed in which the solder is melted while pressing with a squeegee, the solder is removed from the solder resist film, and the solder remains in the solder resist film opening.
  • LSI electrode terminals are becoming multi-pin and narrow pitch.
  • the electrodes of the insulated circuit board are also narrowed.
  • the electrode width decreases, the amount of solder collected on the electrode by reflow decreases. Further, as the distance between the electrodes decreases, a solder bridge that causes the solder to short-circuit between the electrodes tends to occur.
  • a plurality of electrodes with a pitch of 60 ⁇ m are exposed in the opening of the solder resist, a solder paste film is formed on the entire surface covering the opening area, and a preliminary solder layer is formed on each electrode by reflow and cleaning. It is clarified that if the ratio L / W of the length L to the width W of each exposed electrode pattern is 4 or less, the preliminary solder layer can be formed without deteriorating (missing) the precoat shape.
  • Harima Kasei has proposed a high-volume electrode structure in which the electrode width is widened only at the joints in order to secure a large amount of preliminary solder.
  • the electrode region whose width is enlarged will be referred to as an electrode pad. It is considered that the function of collecting molten solder is enhanced by the electrode pad having a wide width.
  • the narrow width electrode has a weak ability to collect molten solder, and the molten solder will be collected on the wide electrode pad accordingly.
  • the ratio L2 / L1 of the pad length L2 with the expanded electrode width to the exposed electrode length L1 is preferably about 0.5. In this case, it is reported that a preliminary solder layer with a solder height of 15 ⁇ m and a standard deviation of 2 ⁇ m can be formed. Has been.
  • the electrode lengths L3 and L4 are shortened to a certain extent, the solder resist film 3 is patterned using photolithography to achieve high-precision positioning. This increases costs.
  • FIG. 7B is a side view of the circuit board showing the LSI mounting process.
  • An object of the present invention is to provide a circuit board capable of forming a preliminary solder layer having a necessary thickness on an electrode pad and efficiently preventing a bridge between electrodes, and a method of manufacturing the circuit board.
  • An insulating substrate A plurality of electrodes formed on the insulating substrate in an electronic component bonding region and having a fixed-length exposed region arranged in parallel; A plurality of electrode pads formed by widening a part of each of the plurality of electrodes in the exposed region; A plurality of surplus solder deposition pads formed by expanding the width of the other part of the exposed region across the separation region from each electrode pad of the plurality of electrodes; A plurality of electrode pads, a preliminary solder layer formed on the plurality of surplus solder deposition pads; The plurality of surplus solder deposition pads are not used for solder bonding, or a semiconductor device including the circuit board is provided.
  • Forming a copper seed layer by electroless plating on an insulating substrate On the copper seed layer, a plurality of electrodes arranged in parallel within an exposed region of a certain length, an electrode pad formed by expanding a part of each of the plurality of electrodes, and the plurality of electrodes Forming a resist pattern having an opening that defines a pattern with an extra solder deposition pad formed by expanding the width of another part across the separation region from each electrode pad; Electrolytic plating a copper wiring layer on the copper seed layer exposed in the opening; Removing the resist pattern and removing the exposed copper seed layer; Forming a solder resist film covering other than the exposed region; A step of printing a solder paste film covering the copper wiring layer and the solder resist film; Melting the solder paste film to form a preliminary solder layer on the plurality of electrode pads and the plurality of surplus solder deposition pads; Removing the residual solder; And a method of manufacturing a semiconductor device including the circuit board.
  • the width is widened to make it easier to collect the necessary amount of solder on the electrode pad.
  • surplus solder is absorbed and generation of bridges is suppressed.
  • FIG. 1A to 1J are cross-sectional views generally showing a method for manufacturing a semiconductor device.
  • 2A to 2C are plan views of the circuit board illustrating the manufacturing process of the circuit board according to the first embodiment.
  • FIG. 2D is a plan view showing a modification.
  • 3A to 3C are plan views of the circuit board showing the manufacturing process of the circuit board according to Comparative Example 1.
  • FIG. 4A to 4C are plan views of the circuit board showing the manufacturing process of the circuit board according to the second embodiment.
  • 5A to 5C are plan views of the circuit board showing the circuit board manufacturing process according to Comparative Example 2.
  • FIG. 6A to 6D are cross-sectional views showing a conventional example disclosed in JP-A-10-256715.
  • FIG. 7A is a plan view showing a high volume electrode structure.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the circuit board showing the LSI mounting process.
  • FIGS. 1A to 1J are cross-sectional views generally showing a method for manufacturing a semiconductor device. A portion for mounting a semiconductor integrated circuit device on a circuit board is shown, but details are omitted. In the embodiment, an electrode pad and a surplus solder deposition pad are formed on one electrode. Detailed steps of Example 1 and Example 2 corresponding to the steps of FIGS. 1G-1H are shown in FIGS. 2A-2C and 4A-4C.
  • a copper seed layer 11 having a thickness of about 0.3 ⁇ m is formed by electroless plating on the surface of an insulating substrate 10 which is an epoxy resin plate having a thickness of 0.6 mm, for example.
  • a copper seed layer 11 is grown on the entire surface of one main surface of the insulating substrate 10.
  • a resist pattern 13 serving as a mask for electrolytic plating is formed on the copper seed layer 11 using photolithography.
  • the resist pattern 13 has an opening in a region where a copper wiring layer including a copper electrode is formed. The shape of the copper electrode to be formed will be described later.
  • This is a conductive layer that is a main part of the copper wiring layer.
  • the resist pattern 13 is removed.
  • the resist pattern 13 can be removed by a wet process using a resist remover, an alkali removing solution, or the like.
  • the exposed copper seed layer 11 is removed by flash etching. Even when the copper seed layer 11 having a thickness of about 0.3 ⁇ m is etched, most of the copper electrolytic plating layer 10 having a thickness of about 10 ⁇ m remains.
  • a solder resist film 20 is formed.
  • a dry resist film is used, for example, a solder resist film 20 having a thickness of about 20 ⁇ m is pasted. Copper wiring layers other than the copper electrode pattern are covered with a solder resist film 20.
  • FIG. 2A is a plan view of the circuit board showing a state in which the copper wiring layer other than the electrode region is covered with the solder resist film 20.
  • the plurality of parallel-arranged copper electrodes 14 exposed in the opening region (exposed region) of the solder resist film 20 are the same as the electrode 14c having a narrow width and the electrode pad 14a having a wider width at an intermediate position between the electrodes 14c and the electrode pads, respectively. Includes an extra solder deposition pad 14b having a wider width at another intermediate position of the electrode 14c.
  • the electrode pads 14a and the surplus solder deposition pads 14b are arranged in one horizontal row with the separation region SR interposed therebetween.
  • the length of the isolation region SR is preferably at least half of the length of the pads 14a and 14b (or the longer length when the lengths are different), preferably the length of the pads 14a and 14b.
  • the electrode pitch is 5 to 500 ⁇ m, and 40 ⁇ m in the prepared sample.
  • the width of the electrode 14c is, for example, 5 to 250 ⁇ m, and 15 ⁇ m in the prepared sample.
  • the width of the electrode pad 14a and the surplus solder deposition pad 14b is, for example, 5 ⁇ m or more on one side compared to the electrode 14c, and the width of the prepared sample is 25 ⁇ m.
  • the lengths L2 and L5 of the electrode pad 14a and the excess solder deposition pad 14b are, for example, 5 to 500 ⁇ m, respectively, and about 50 ⁇ m in the prepared sample.
  • the length of the separation region (the length of the central electrode 14c) L6 in the prepared sample is 50 ⁇ m.
  • the distance L7 from the end of the lower solder resist film 20 to the lower end of the electrode pad 14a and the distance L8 from the upper end of the surplus solder deposition pad 14b to the end of the upper solder resist film 20 are, for example, 5 to 500 ⁇ m. In each case, the thickness was 50 ⁇ m. The total length of the exposed region in the prepared sample is 250 ⁇ m.
  • a solder paste film 25 is applied on the copper electrode 14 by screen printing.
  • one electrode pad 14a and one surplus solder deposition pad 14b are formed on one electrode 14, and a solder paste film 25 is formed so as to cover them.
  • solder paste film 25 is applied by screen printing in the opening of the solder resist film 20 so as to cover the electrode pad 14a and the surplus solder deposition pad 14b.
  • the solder paste is, for example, a fluid obtained by mixing 60 wt% of tin (Sn) particles having a particle diameter of 0.1 ⁇ m with glycerin as a solvent to which ethylamine hydrobromide as a dispersant is added.
  • the solder paste film 25 is reflowed by heat treatment, and the preliminary solder layer 30 is formed.
  • an electrode pad 14a having a wider width and an extra solder depositing pad 14b are disposed in the middle portion of the narrower electrode.
  • Reflow treatment is performed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at 260 ° C. for 40 seconds.
  • the molten solder tends to form a spherical surface as much as possible due to surface tension in the copper surface portion having strong adhesion to the base.
  • Stabilization is performed on the pads 14a and 14b which are wider than the electrodes 14c which are narrow.
  • FIG. 2C shows a state where the residue is removed by washing with water after the heating (reflow) treatment.
  • Preliminary solder layers 30a and 30b are formed on the electrode pad 14a and the surplus solder deposition pad 14b.
  • preliminary solder layers 30a and 30b having a height of 9 ⁇ m could be formed, and no solder bridge was generated.
  • FIG. 3A is a plan view of a circuit board showing an electrode pattern corresponding to FIG. 2A. Only the electrode pad 14a having a wider width was formed in the middle of the electrode 14c. The excessive solder deposition pad 14b is not formed. The number of electrode pads is in the range of 40 to 4000, and the number of electrode pads of the prepared sample is 400.
  • FIG. 3B is a plan view of the circuit board showing the state where the solder paste film 25 is applied, corresponding to FIG. 2B. The appearance is the same as in FIG. 2B.
  • FIG. 3C is a plan view of the circuit board after the reflow and cleaning steps corresponding to FIG. 2C.
  • the preliminary solder layer 30a is formed on the electrode pad 14a, and the preliminary solder layer is irregularly formed also on the electrode 14c.
  • the generation of a solder bridge 30c which is a preliminary solder layer extending over a plurality of electrodes, was also observed. Solder bridges occurred at about 2.7% of the total number of electrodes. For a semiconductor integrated circuit device having multiple pins, a solder bridge is almost inevitable.
  • the bump BMP of the semiconductor integrated circuit device LSI is heated in contact with the preliminary solder layer 30 on the electrode pad, and the solder is melted to form a solder joint. Since the preliminary solder layer having a sufficient thickness is formed, solder joining can be appropriately performed.
  • an underfill resin 50 is filled in the gap between the semiconductor integrated circuit device LSI and the circuit board 10.
  • the underfill resin filling step can be appropriately performed.
  • the arrangement of the electrode pads and the surplus solder deposition pads is not limited to one horizontal row.
  • FIGS. 4A to 4C are plan views of a circuit board showing Example 2 in which electrode pads and surplus solder deposition pads are arranged in a zigzag pattern.
  • the electrode pad is formed by expanding the width of the middle part of the electrode in a staggered manner.
  • the electrode pads 14a are arranged in a staggered manner with an intermediate separation region in between. There are two types of long and short distances from the both ends of the electrode pad 14a to the solder resist film 20.
  • the surplus solder deposition pads 14b are also arranged in a staggered manner with the separation regions sandwiched between the electrode pads.
  • the surplus solder deposition pad 14b is arranged in the middle of the electrode having the longer distance from the end of the electrode pad 14a to the solder resist film 20.
  • the staggered arrangement of excess solder deposition pads is a staggered arrangement complementary to the staggered arrangement of electrode pads.
  • the dimensions of the electrode pads are the same as in FIG. 2A, for example.
  • the length of the separation region between the electrode pads and on both sides of the electrode pad region is 2 to 200 ⁇ m, for example, 20 ⁇ m.
  • the dimensions of the extra solder deposition pad are the same as in FIG. 2A, for example.
  • the distance between the surplus solder deposition pad 14b and the end of the solder resist film 20 adjacent thereto is, for example, 20 ⁇ m.
  • the total length of the electrodes in the opening is, for example, the sum of a 90 ⁇ m electrode, a 50 ⁇ m electrode pad, a 90 ⁇ m electrode, a 50 ⁇ m surplus solder deposition pad, and a 20 ⁇ m electrode, resulting in a total length of 300 ⁇ m.
  • the distance between adjacent pads can be made larger than in the first embodiment.
  • solder paste film 25 is applied by screen printing in the opening of the solder resist film 20 so as to cover the electrode pad 14a and the excess solder deposition pad 14b.
  • the solder paste is the same as in Example 1, for example.
  • Example 1 The same reflow process and cleaning process as in Example 1 are performed.
  • FIG. 4C shows a state where the residue is removed by washing with water after the heating (reflow) treatment.
  • Preliminary solder layers 30a and 30b are formed on the electrode pad 14a and the surplus solder deposition pad 14b.
  • the preliminary solder layers 30a and 30b having a height of 10 ⁇ m could be formed, and no solder bridge was generated. Thereafter, the process shown in FIGS.
  • FIGS. 5A-5C are plan views of the circuit board showing the sample preparation process according to the comparative example, corresponding to FIGS. 4A-4C.
  • FIG. 5A is a plan view of a circuit board showing an electrode pattern corresponding to FIG. 4A. Only the electrode pads 14a having a wider width in the middle of the electrodes 14c were formed in a staggered pattern. The excessive solder deposition pad 14b is not formed. There are two types of electrodes on both sides of the electrode pad, a long electrode and a long electrode.
  • FIG. 5B is a plan view of the circuit board showing a state where the solder paste film 25 is applied, corresponding to FIG. 4B. The appearance is the same as in FIG. 4B.
  • FIG. 5C is a plan view of the circuit board after the reflow and cleaning steps corresponding to FIG. 4C.
  • the preliminary solder layer 30a is formed on the electrode pad 14a, and the preliminary solder layer is irregularly formed also on the electrode 14c.
  • production of the solder bridge 30c was also recognized. Solder bridges occurred at about 4.1% of the total number of electrodes. It is thought that excess solder cannot be collected, causing solder bridges. For a semiconductor integrated circuit device having multiple pins, a solder bridge is unavoidable.
  • surplus solder deposition pads 14b can be formed on both sides of the electrode pad 14a. It will be apparent to those skilled in the art that various other changes, substitutions, improvements, modifications, combinations, and the like are possible.

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Abstract

【課題】   電極パッド上には必要な厚さの予備はんだ層を形成でき、かつ電極間のブリッジを効率的に防止できる回路基板およびその製造方法を提供する。 【解決手段】   回路基板は、絶縁基板の電子部品接合領域で絶縁基板上に形成され、並列配置された一定長の露出領域を有する複数の電極と、露出領域における、複数の電極の各々の一部の幅を広げて形成された複数の電極パッドと、露出領域における、複数の電極の各々の電極パッドから分離領域を挟んだ他の一部の幅を広げて形成された複数の余剰はんだ堆積用パッドと、複数の電極パッド、複数の余剰はんだ堆積用パッドの上に形成された予備はんだ層と、を有し、複数の余剰はんだ堆積用パッドは、はんだ接合には用いられない。

Description

回路基板、半導体装置およびそれらの製造方法
 本発明は、回路基板、半導体装置およびそれらの製造方法に関し、特に多ピン化、狭ピッチ化に適合可能な回路基板、半導体装置およびそれらの製造方法に関する。
 銅配線パターンを備えた絶縁回路基板の上に、複数の電子部品を搭載して、電子回路を形成することが広く行われている。絶縁回路基板は、例えばエポキシ樹脂板である絶縁基板の表面上に無電解めっきで銅シード層を形成し、配線パターン以外の領域をフォトレジストパターンで覆い、電解めっきで配線パターンをめっきし、フォトレジストパターンを除去し、露出した銅シード層をエッチングで除去することによって形成される。
 代表的な電子部品は、半導体集積回路装置(LSI)である。携帯電話やデジタルカメラ等の小型民生機器に用いられるLSIは、チップの外周部に電極端子が形成されており、電極端子上にスタッドバンプやめっきバンプ等のバンプが形成されている。
 LSIのバンプと絶縁回路基板の電極とをはんだ接合する場合、絶縁回路基板の電極上に予備はんだ層を形成しておき、バンプを接触させた状態で加熱処理によりはんだ接合を形成する。
 図6A-図6Dを参照して、回路基板へ予備はんだ層を形成するはんだペースト印刷法を説明する。図6A-図6Dは、特開平10-256715号に開示された従来例を示す断面図である。
 図6Aに示すように、回路基板1上に導体パターン2とその導体パターン2上に開口を有するソルダレジスト膜3とを形成する。
 図6Bに示すように、ソルダレジスト膜3と同じパターンの開口を有するメタルマスク21をソルダレジスト膜3上に重ね、メタルマスク21上にはんだペースト8を載せ、印刷スキージ22を移動することにより、メタルマスク21とソルダレジスト膜3の開口内にはんだペースト8を押し込む。
 図6Cに示すように、メタルマスク21を除去し、ソルダレジスト膜3から突出するはんだペースト膜8を残す。
 図6Dに示すように、はんだペースト膜8を加熱、リフローすると、導体パターン2上に予備はんだ層4が形成される。
 電極の選択された領域上のみでなく、電極を含む広い領域に連続的にはんだペースト膜を形成し、リフローすることにより、表面張力でセルフアラインさせる方法がある。溶融はんだは、はんだとなじみの悪い絶縁基板上からはんだとなじむ銅電極上に集まり、表面積を小さくするように球状面を形成する。絶縁基板上に残ったはんだは、洗浄によって除去できる。
 並列に配置された複数の配線上に予備はんだ層を形成するため、複数の配線を露出する開口を有するメタルマスクを配線上に配置し、開口内にはんだペースト膜を印刷することが行われる。複数の配線を覆う帯状のはんだペースト膜を形成し、リフローすると、配線とメタルマスクとの位置合わせズレにより、端部電極上で、はんだの供給過多や供給不足を起こすことがある。
 特開昭58-132941号は、並列に配置した電極の外側にダミー電極を形成し、はんだの供給過多や供給不足は、ダミー電極上で生じるようにすることを提案する。
 特開平10-256715号は、電極パターン上に開口を有するソルダレジスト膜を形成し、溶融半田に接触させて電極パターン上からソルダレジスト膜上に延在するはんだ層を形成し、加熱されたローラスキージで押圧しながら、はんだを溶融し、ソルダレジスト膜上からはんだを除去し、ソルダレジスト膜開口内にはんだを残す方法を提案する。
 機器の小型化や高集積化に伴い、LSIの電極端子は、多ピン化、狭ピッチ化される。LSIの電極端子の狭ピッチ化に伴い、絶縁回路基板の電極も狭ピッチ化される。電極幅の減少に伴い、リフローで電極上に集められるはんだの量が減少する。また、電極間距離の減少に伴い、電極間をはんだが短絡してしまうはんだブリッジが生じやすくなる。
 ハリマ化成は、ソルダレジストの開口内に60μmピッチの複数の電極を露出させ、開口領域を覆って全面にはんだペースト膜を形成し、リフロー、洗浄によって、各電極上に予備はんだ層を形成する場合、露出している各電極パターンの長さLの幅Wに対する比L/Wが4以下であれば、プリコート形状を悪化(欠落)させることなく、予備はんだ層が形成できることを明らかにしている。
 ハリマ化成は、さらに予備はんだ量を多く確保するため、接合箇所のみ電極幅を広くしたハイボリューム電極構造を提案している。幅を拡大した電極領域を電極パッドと呼ぶことにする。電極パッドが広い幅を有することにより、溶融はんだを集める機能が増進すると考えられる。狭い幅の電極は溶融はんだを集める機能が弱く、その分広幅の電極パッドに溶融はんだが集められるのであろう。
 図7Aは、ハイボリューム電極構造を示す平面図である。絶縁基板1上に幅W1=20μmの電極2が60μmピッチで並列配置され、ソルダレジスト膜3の開口内に長さL1=150-200μmが露出されている。開口内の電極2の一部の長さL2:50-100μmにおいて、幅W2が30-35μmに拡げられて電極パッドPDを形成する。電極幅W1=20μmに対する電極長L1=150-200μmの比L1/W1は、7.5~10であるが、電極パッドの領域のみを考察すれば、L2:50-100μm、W2:30-35μmであり、比L2/W2≦100/30≒3.3であり、4以下である。電極幅を拡大したパッドの長さL2の露出電極長L1に対する比L2/L1は0.5程度が好ましく、この場合、はんだ高さ15μm、標準偏差2μmの予備はんだ層が形成可能であると報告されている。
 例えば、電極長L1=200μmとし、L2=100μmの電極パッドPDを電極2の中央に配置すると、ソルダレジスト膜3との間に、電極パッドの両側でL3=L4=50μmの電極が露出する。はんだブリッジ抑制のため、電極パッド両側の電極長L3,L4を短縮することも考えられる。電極長L3,L4をある程度以上短くすると、ソルダレジスト膜3をフォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより高精度の位置決めをすることになる。これはコストアップになる。
 図7Bは、LSIの実装工程を示す回路基板の側面図である。半導体集積回路装置LSIのバンプBMPと回路基板1の電極パッドPDの接合工程を行った後、半導体集積回路装置LSIと回路基板1との間にアンダフィル樹脂を充填する。ここで、半導体集積回路装置LSIの端部とソルダレジスト膜3との間の間隙GAPが不足すると、アンダフィル樹脂の充填が困難となるか、充填できても気泡を含みやすくなる。従って、半導体集積回路装置LSIの端部とソルダレジスト膜3との間には、間隙GAPがある程度以上必要である。 
 狭ピッチ化が進んだ場合も、はんだ接合のため、必要な厚さの予備はんだ層を形成でき、かつはんだブリッジを防止することのできる技術が望まれる。
特開平10-256715号公報 特開昭58-132941号公報
 本発明の目的は、電極パッド上には必要な厚さの予備はんだ層を形成でき、かつ電極間のブリッジを効率的に防止できる回路基板およびその製造方法を提供することである。
 本発明の1観点によれば、
 絶縁基板と、
 電子部品接合領域で前記絶縁基板上に形成され、並列配置された一定長の露出領域を有する複数の電極と、
 前記露出領域における、前記複数の電極の各々の一部の幅を広げて形成された複数の電極パッドと、
 前記露出領域における、前記複数の電極の各々の電極パッドから分離領域を挟んだ他の一部の幅を広げて形成された複数の余剰はんだ堆積用パッドと、
 前記複数の電極パッド、前記複数の余剰はんだ堆積用パッドの上に形成された予備はんだ層と、
を有し、前記複数の余剰はんだ堆積用パッドは、はんだ接合には用いられない回路基板ないし該回路基板を含む半導体装置
が提供される。
 本発明の他の観点によれば、
 絶縁基板上に無電解めっきで銅シード層を形成する工程と、
 前記銅シード層の上に、一定長の露出領域内で並列配置された複数の電極と、前記複数の電極の各々の一部の幅を広げて形成された電極パッドと、前記複数の電極の各々の電極パッドから分離領域を挟んだ他の一部の幅を広げて形成された余剰はんだ堆積用パッドとのパターンを画定する開口を有するレジストパターンを形成する工程と、
 前記開口内に露出した前記銅シード層上に銅配線層を電解めっきする工程と、
 前記レジストパターンを除去し、露出した銅シード層を除去する工程と、
 前記露出領域以外を覆うソルダレジスト膜を形成する工程と、
 前記銅配線層、前記ソルダレジスト膜を覆って、はんだペースト膜を印刷する工程と、
 前記はんだペースト膜を溶融して、前記複数の電極パッド、前記複数の余剰はんだ堆積用パッド上に予備はんだ層を形成する工程と、
 残渣はんだを除去する工程と、
を含む回路基板ないし該回路基板を含む半導体装置の製造方法
が提供される。
 電極に電極パッドを設けることにより、幅を広くして電極パッド上に必要な量のはんだを集めやすくする。電極に余剰はんだ堆積用パッドを設けることにより余剰はんだを吸収し、ブリッジの発生を抑制する。
図1A-1Jは、半導体装置の製造方法を全体的に示す断面図である。 図2A-2Cは、実施例1による回路基板の製造工程を示す回路基板の平面図である。図2Dは、変形例を示す平面図である。 図3A-3Cは、比較例1による回路基板の製造工程を示す回路基板の平面図である。 図4A-4Cは、実施例2による回路基板の製造工程を示す回路基板の平面図である。 図5A-5Cは、比較例2による回路基板の製造工程を示す回路基板の平面図である。 図6A-図6Dは、特開平10-256715号に開示された従来例を示す断面図である。 図7Aは、ハイボリューム電極構造を示す平面図である。図7Bは、LSIの実装工程を示す回路基板の断面図である。
符号の説明
  10  絶縁基板、
  11  銅(無電解めっき)層、
  13  レジストパターン、
  14  銅(電解メッキ)層、
  14a  電極パッド、
  14b  余剰はんだ堆積用パッド、
  14c  電極、
  20  ソルダレジスト膜、
  25  はんだペースト膜、
  30  予備はんだ層、
  30a  電極パッド上の予備はんだ層、
  30b  余剰はんだ堆積用パッド上の予備はんだ層、
  50  アンダフィル樹脂、
 LSI  半導体集積回路装置、
 BMP  バンプ、
  PD  パッド、
   1  絶縁基板、
   2  電極、
   3  ソルダレジスト膜。
 以下、図面を参照して半導体装置の製造方法の主要工程を説明する。
 図1A-1Jは、半導体装置の製造方法を全体的に示す断面図である。回路基板上に半導体集積回路装置を実装する部分を示すが、細部は省略されている。実施例においては、1つの電極に電極パッドと余剰はんだ堆積用パッドを形成する。図1G-1Hの工程に相当する実施例1、実施例2の詳細な工程を、図2A-2C,図4A-4Cに示す。
 図1Aに示すように、例えば厚さ0.6mmのエポキシ樹脂板である絶縁基板10の表面上に無電解めっきで、例えば厚さ約0.3μmの銅シード層11を形成する。絶縁基板10の1主表面の全面に銅シード層11が成長する。
 図1Bに示すように、フォトリソグラフィを用い、銅シード層11の上に、電解メッキのマスクとなるレジストパターン13を形成する。レジストパターン13は、銅電極を含む銅配線層を形成する領域に開口を有する。形成する銅電極の形状については後述する。
 図1Cに示すように、露出した銅シード層の上に、電解メッキにより例えば厚さ約10μmの銅層14を形成する。銅配線層の主要部となる導電層である。
 図1Dに示すように、レジストパターン13を除去する。レジスト剥離剤、アルカリ除去液などを用いたウェットプロセスによりレジストパターン13は除去できる。
 図1Eに示すように、露出した銅シード層11をフラッシュエッチングにより除去する。厚さ約0.3μmの銅シード層11をエッチングしても、厚さ約10μmの銅電解メッキ層10の大部分は残る。
 図1Fに示すように、ソルダレジスト膜20を形成する。実施例1においては、ドライフイルムを用い、例えば厚さ約20μmのソルダレジスト膜20を貼付する。銅電極パターン以外の銅配線層はソルダレジスト膜20で覆われる。
 図2Aは、電極領域以外の銅配線層をソルダレジスト膜20で覆った状態を示す回路基板の平面図である。ソルダレジスト膜20の開口領域(露出領域)に露出した並列配置の複数の銅電極14は、各々、幅の狭い電極14cと、電極14cの中間位置で幅を広げた電極パッド14a、電極パッド同様に電極14cの他の中間位置で幅を広げた余剰はんだ堆積用パッド14bを含む。電極パッド14a、余剰はんだ堆積用パッド14bは分離領域SRを挟んで、それぞれ横1列に配置されている。分離領域SRの長さは、パッド14a、14bの長さ(長さが異なる場合は、長い方の長さ)の半分以上、好ましくはパッド14a、14bの長さ以上であることが好ましい。
 電極ピッチは、5~500μmであり、作成したサンプルにおいては40μmである。電極14cの幅は、例えば5~250μmであり、作成したサンプルにおいては15μmである。電極パッド14a、余剰はんだ堆積用パッド14bの幅は、電極14cと較べると、それぞれ例えば片側5μm以上拡げられており、作成したサンプルにおいては幅25μmである。電極パッド14a、余剰はんだ堆積用パッド14bの長さL2,L5は、それぞれ例えば5~500μmであり、作成したサンプルにおいては約50μmである。作成したサンプルにおける分離領域の長さ(中央の電極14cの長さ)L6は、50μmである。下方ソルダレジスト膜20の端部から電極パッド14a下端までの距離L7、余剰はんだ堆積用パッド14b上端から上方ソルダレジスト膜20の端部までの距離L8は、例えば5~500μmであり、作成したサンプルにおいてはそれぞれ50μmであった。作成したサンプルにおける露出領域の全長は250μmである。
 図1Gに示すように、銅電極14の上にはんだペースト膜25をスクリーン印刷で塗布する。実施例1においては1本の電極14に、1つの電極パッド14aと1つの余剰はんだ堆積用パッド14bが形成され、それらを覆ってはんだペースト膜25が形成される。
 図2Bに示すように、電極パッド14a、余剰はんだ堆積用パッド14bを覆って、ソルダレジスト膜20の開口内に、スクリーン印刷により、はんだペースト膜25を塗布する。はんだペーストは、例えば、分散剤の臭化水素酸エチルアミンを添加した溶媒のグリセリンに粒径0.1μmの錫(Sn)粒子を60wt%混合した流体である。
 図1Hに示すように、加熱処理することにより、はんだペースト膜25をリフローさせ、予備はんだ層30を形成する。実施例1においては、幅の狭い電極の中間部に幅を広げた電極パッド14aと余剰はんだ堆積用パッド14bが配置されている。窒素(N)雰囲気中で260℃、40秒の条件でリフロー処理を行なう。溶融したはんだは、下地との密着性の強い銅表面部分では、表面張力によりなるべく球面状の表面を形成しようとする。幅の狭い電極14c上より、幅の広いパッド14a、14b上で安定化する。絶縁基板10上のはんだは、溶融しても電極まで移動せず、電極とは未反応のまま球状になるものもある。温度降下と共に、リフローした形態で固化する。
 図2Cは、加熱(リフロー)処理後、水洗浄を行ない残渣を除去した状態を示す。電極パッド14aと余剰はんだ堆積用パッド14b上に予備はんだ層30a、30bが形成される。実際に作成したサンプルにおいて、高さ9μmの予備はんだ層30a、30bが形成でき、はんだブリッジの発生はなかった。
 比較のため、余剰はんだ堆積用パッド14bを作成しない比較例によるサンプルも作成した。
 図3Aは、図2Aに対応する電極パターンを示す回路基板の平面図である。電極14cの中間に幅を広げた電極パッド14aのみを形成した。余剰はんだ堆積用パッド14bは形成しない。電極パッド数は40~4000の範囲であり、作成したサンプルの電極パッド数は400である。
 図3Bは、図2Bに対応する、はんだペースト膜25を塗布した状態を示す回路基板の平面図である。外観は、図2B同様である。
 図3Cは、図2Cに対応する、リフロー、洗浄工程後の回路基板の平面図である。電極パッド14a上に予備はんだ層30aが形成され、電極14c上にも不規則に予備はんだ層が形成されている。複数の電極にまたがる予備はんだ層であるはんだブリッジ30cの発生も認められた。はんだブリッジは全電極数に対して約2.7%の数で発生した。多ピン化した半導体集積回路装置にとっては、はんだブリッジをほぼ避けられない状況となる。
 余剰はんだ堆積用パッドを適切に作成することが、はんだブリッジ発生の抑制に有効であることが判った。
 予備はんだ層形成後の、工程を図1I,1Jを参照して説明する。
 図1Iに示すように、半導体集積回路装置LSIのバンプBMPを電極パッド上の予備はんだ層30に当接した状態で加熱し、はんだを溶融してはんだ接合を形成する。十分な厚さの予備はんだ層が形成されるので、はんだ接合が適切に実行できる。
 図1Jに示すように、半導体集積回路装置LSIと回路基板10との間の間隙にアンダフィル樹脂50を充填する。半導体集積回路装置の端部とソルダレジスト膜端部との間に適切な間隙を設定することにより、アンダフィル樹脂充填工程を適切に行うことができる。なお、電極パッド、余剰はんだ堆積用パッドの配置は横1列に限らない。
 図4A-4Cは、千鳥状に電極パッド、余剰はんだ堆積用パッドを配置した実施例2を示す回路基板の平面図である。
 図4Aに示すように、ソルダレジスト膜20の開口内に並列電極を配置する。電極の中間部の幅を千鳥状に拡げて電極パッドを形成する。電極パッド14aは中間の分離領域を挟んで千鳥状に配置する。電極パッド14aの両端からソルダレジスト膜20までの距離は長短2種類となる。電極パッドの両側に分離領域を挟んで、余剰はんだ堆積用パッド14bをやはり千鳥状に配置する。電極パッド14aの端からソルダレジスト膜20までの距離が長い方の電極の中間に余剰はんだ堆積用パッド14bを配置する。余剰はんだ堆積用パッドの千鳥配置は、電極パッドの千鳥配置と相補的な千鳥配置になる。
 電極パッドの寸法は例えば図2Aの場合と同様である。電極パッド間、および電極パッド領域両側の分離領域の長さは、2~200μm、例えば20μmとする。余剰はんだ堆積用パッドの寸法は、例えば図2Aの場合と同様である。余剰はんだ堆積用パッド14bと近接するソルダレジスト膜20の端部との間の距離は、例えば20μmである。開口内の電極の全長は、例えば90μmの電極、50μmの電極パッド、90μmの電極、50μmの余剰はんだ堆積用パッド、20μmの電極の和となり、全長300μmとなる。隣接するパッド間の距離を実施例1より大きくすることができる。
 図4Bに示すように、電極パッド14a、余剰はんだ堆積用パッド14bを覆って、ソルダレジスト膜20の開口内に、スクリーン印刷により、はんだペースト膜25を塗布する。はんだペーストは、例えば、実施例1と同様である。
 実施例1同様の、リフロー工程、洗浄工程を行う。
 図4Cは、加熱(リフロー)処理後、水洗浄を行ない残渣を除去した状態を示す。電極パッド14aと余剰はんだ堆積用パッド14b上に予備はんだ層30a、30bが形成される。実際に作成したサンプルにおいて、高さ10μmの予備はんだ層30a、30bが形成でき、はんだブリッジの発生はなかった。以後、図1I,1Jに示す工程を行絵羽、半導体装置が製造できる。
 比較のため、余剰はんだ堆積用パッド14bを作成しない比較例によるサンプルも作成した。
 図5A-5Cは、図4A-4Cに対応する、比較例によるサンプル作成工程を示す回路基板の平面図である。
 図5Aは、図4Aに対応する電極パターンを示す回路基板の平面図である。電極14cの中間に幅を広げた電極パッド14aのみを千鳥状に形成した。余剰はんだ堆積用パッド14bは形成しない。電極パッド両側の電極は長短2種類となり、長い電極がそのまま残る。
 図5Bは、図4Bに対応する、はんだペースト膜25を塗布した状態を示す回路基板の平面図である。外観は、図4B同様である。
 図5Cは、図4Cに対応する、リフロー、洗浄工程後の回路基板の平面図である。電極パッド14a上に予備はんだ層30aが形成され、電極14c上にも不規則に予備はんだ層が形成されている。はんだブリッジ30cの発生も認められた。はんだブリッジは全電極数に対して約4.1%の数で発生した。余剰はんだが収集できず、はんだブリッジの原因となっていると考えられる。多ピン化した半導体集積回路装置にとっては、はんだブリッジを避けられない状況となる。
 余剰はんだ堆積用パッドを適切に作成することが、はんだブリッジ発生の抑制に有効であることが判った。
 以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、図2Dに示すように、電極パッド14aの両側に余剰はんだ堆積用パッド14bを形成することも可能である。その他、種々の変更、置換、改良、修正、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

Claims (17)

  1.  絶縁基板と、
     電子部品接合領域で前記絶縁基板上に形成され、並列配置された一定長の露出領域を有する複数の電極と、
     前記露出領域における、前記複数の電極の各々の一部の幅を広げて形成された複数の電極パッドと、
     前記露出領域における、前記複数の電極の各々の電極パッドから分離領域を挟んだ他の一部の幅を広げて形成された複数の余剰はんだ堆積用パッドと、
     前記複数の電極パッド、前記複数の余剰はんだ堆積用パッドの上に形成された予備はんだ層と、
    を有し、前記複数の余剰はんだ堆積用パッドは、はんだ接合には用いられない回路基板。
  2.  前記分離領域の長さは、前記電極パッドの長さの半分以上である請求項1記載の回路基板。
  3.  前記分離領域の長さは、前記電極パッドの長さ以上である請求項2記載の回路基板。
  4.  前記露出領域を露出する開口を形成して、前記複数の電極を覆って前記絶縁基板上に形成されたソルダレジスト膜をさらに有する請求項1~3のいずれか1項記載の回路基板。
  5.  前記ソルダレジスト膜がドライフィルムである請求項4記載の回路基板。
  6.  前記露出領域における、前記複数の電極の長さ方向に関して第1の長さ領域で、前記複数の電極パッドが横1列に配列され、前記電極長さ方向に関して第2の長さ領域で前記複数の余剰はんだ堆積用パッドが1列に配列されている請求項1~5のいずれか1項記載の回路基板。
  7.  前記複数の電極パッドが千鳥配置に分布され、前記複数の余剰はんだ堆積用パッドが前記複数の電極パッドの千鳥配置と相補的な千鳥配置に分布されている請求項1~5のいずれか1項記載の回路基板。
  8.  前記複数の電極パッドの千鳥配置は、電極長さ方向に関して分離領域を挟んだ両側に分布している請求項7記載の回路基板。
  9.  前記複数の余剰はんだ堆積用パッドの千鳥配置は、前記複数の電極パッドが千鳥配置に分布している領域から分離領域を挟んだ外側に配置されている請求項7または8記載の回路基板。
  10.  絶縁基板上に無電解めっきで銅シード層を形成する工程と、
     前記銅シード層の上に、一定長の露出領域内で並列配置された複数の電極と、前記複数の電極の各々の一部の幅を広げて形成された電極パッドと、前記複数の電極の各々の電極パッドから分離領域を挟んだ他の一部の幅を広げて形成された余剰はんだ堆積用パッドとのパターンを画定する開口を有するレジストパターンを形成する工程と、
     前記開口内に露出した前記銅シード層上に銅配線層を電解めっきする工程と、
     前記レジストパターンを除去し、露出した銅シード層を除去する工程と、
     前記露出領域以外を覆うソルダレジスト膜を形成する工程と、
     前記銅配線層、前記ソルダレジスト膜を覆って、はんだペースト膜を印刷する工程と、
     前記はんだペースト膜を溶融して、前記複数の電極パッド、前記複数の余剰はんだ堆積用パッド上に予備はんだ層を形成する工程と、
     残渣はんだを除去する工程と、
    を含む回路基板の製造方法。
  11.  前記露出領域における、前記複数の電極の長さ方向に関して第1の長さ領域で、前記複数の電極パッドが横1列に配列され、前記電極長さ方向に関して第2の長さ領域で前記複数の余剰はんだ堆積用パッドが1列に配列されている請求項10記載の回路基板の製造方法。
  12.  前記複数の電極の電極パッドが千鳥配置に分布され、前記複数の電極の余剰はんだ堆積用パッドが前記複数の電極パッドの千鳥配置と相補的な千鳥配置に分布されている請求項10記載の回路基板の製造方法。
  13.  絶縁基板と、
     電子部品接合領域で前記絶縁基板上に形成され、並列配置された一定長の露出領域を有する複数の電極と、
     前記露出領域における、前記複数の電極の各々の一部の幅を広げて形成された電極パッドと、
     前記露出領域における、前記複数の電極の各々の電極パッドから分離領域を挟んだ他の一部の幅を広げて形成された余剰はんだ堆積用パッドと、
     前記複数の電極パッド、前記複数の余剰はんだ堆積用パッドの上に形成された予備はんだ層と、
    を有する回路基板と;
     前記回路基板の前記電極パッド上の前記予備はんだ層にはんだ接合されたバンプを有する半導体集積回路装置と;
    を有する半導体装置。
  14.  前記半導体集積回路装置と前記回路基板との間に充填されたアンダーフィル樹脂;
    を有する請求項13記載の半導体装置。
  15.  前記露出領域における、前記複数の電極の長さ方向に関して第1の長さ領域で、前記複数の電極パッドが横1列に配列され、前記電極長さ方向に関して第2の長さ領域で前記複数の余剰はんだ堆積用パッドが1列に配列されている請求項13または14記載の半導体装置。
  16.  前記複数の電極の電極パッドが千鳥配置に分布され、前記複数の電極の余剰はんだ堆積用パッドが前記複数の電極パッドの千鳥配置と相補的な千鳥配置に分布されている請求項13または14記載の半導体装置。
  17.  絶縁基板上に無電解めっきで銅シード層を形成する工程と、
     前記銅シード層の上に、一定長の露出領域内で並列配置された複数の電極と、前記複数の電極の各々の一部の幅を広げて形成された電極パッドと、前記複数の電極の各々の電極パッドから分離領域を挟んだ他の一部の幅を広げて形成された余剰はんだ堆積用パッドとのパターンを画定する開口を有するレジストパターンを形成する工程と、
     前記開口内に露出した前記銅シード層上に銅配線層を電解めっきする工程と、
     前記レジストパターンを除去し、露出した銅シード層を除去する工程と、
     前記露出領域以外を覆うソルダレジスト膜を形成する工程と、
     前記銅配線層、前記ソルダレジスト膜を覆って、はんだペースト膜を印刷する工程と、
     前記はんだペースト膜を溶融して、前記複数の電極パッド、前記複数の余剰はんだ堆積用パッド上に予備はんだ層を形成し、回路基板を製造する工程と、
     残渣はんだを除去する工程と、
     半導体集積回路装置のバンプを前記回路基板の前記電極パッド上の前記予備はんだ層に当接し、加熱してはんだ接合を形成する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
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