(57)【要約】【課題】半田バンプ形成時やフリップチップ接続時の半田ブリッジ等のミッシングバンプの発生を抑え、フリップチップ実装後のフラックス洗浄性およびアンダーフィル充填性を向上した多層配線基板およびその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】半田バンプを介してＩＣチップをフリップチップ実装する多層配線基板であって、ＩＣチップ１を実装する側の多層配線基板の最表面に形成された絶縁樹脂５には、ＩＣチップと接続するパッド電極３ａを露出する開口部１４が備えられており、その開口部の周縁部は、絶縁樹脂より高くなった円筒状の樹脂突起１５が備えられており、その円筒状の樹脂突起の内側には、樹脂突起より高い半田バンプ２が備えられていることを特徴とする多層配線基板１２。【選択図】図２
2020096097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田バンプを介してＩＣチップをフリップチップ実装する多層配線基板であって、
ＩＣチップを実装する側の多層配線基板の最表面に形成された絶縁樹脂には、ＩＣチップと接続するパッド電極を露出する開口部が備えられており、
その開口部の周縁部には、周囲の絶縁樹脂の表面より高くなった円筒状の樹脂突起が備えられており、
その円筒状の樹脂突起の内側には、樹脂突起より高い半田バンプが備えられていることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記絶縁樹脂が、ネガ型の感光性絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記絶縁樹脂の表面から測定した前記樹脂突起の高さが、１μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記パッド電極と前記半田バンプとの間には、１層以上の金属層が備えられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層配線基板。
【請求項５】
前記金属層は、ニッケル、パラジウム、金、チタン、タングステンの中から選択された１種以上の金属を含むことを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の多層配線基板を使用したことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項７】
ＩＣチップをフリップチップ実装する多層配線基板の製造方法であって、
多層配線基板のＩＣチップを実装する側の最上層の配線導体の上に感光性の絶縁樹脂を形成する工程と、
絶縁樹脂を露光・現像により除去することによりＩＣチップとの接続電極であるパッド電極を露出する開口部を形成するＦＣパッド形成工程と、
開口部に半田バンプを形成する工程と、を備えており、
ＦＣパッド形成工程において、開口部の周縁部に周縁部以外の絶縁樹脂の表面より高い円筒状の樹脂突起を形成することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項８】
前記ＦＣパッド形成工程が、感光性の絶縁樹脂が露光された時に、ラジカル活性種が短時間で高濃度に発生し、ラジカル活性種同士の再結合による失活が優位となる高照度の露光光を使用して露光する工程を有する事を特徴とする請求項７に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項９】
前記円筒状の樹脂突起は、露光光の照度により、その高さを調整可能であることを特徴とする請求項７または８に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁樹脂は、反応性モノマー、反応性オリゴマー、バインダーポリマーから選択した１以上を含む樹脂成分と、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤、増感剤のいずれか１以上の成分と、を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項１１】
前記開口部に半田バンプを形成する工程の前に、前記パッド電極の表面に金属層を１層以上形成する工程を備えていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項１２】
前記金属層が、ニッケル、パラジウム、金、チタン、タングステンのいずれか１層、またはいずれか２層以上の組合せからなることを特徴とする請求項１１に記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法により製造した多層配線基板にＩＣチップを実装する工程と、
ＩＣチップと多層配線基板との間に形成された隙間にアンダーフィルを充填する工程と、を備えていることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップをフリップチップ実装する多層配線基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップと多層配線基板とのフリップチップ（ＦＣ）接続には、半田バンプが広く用いられている。多層配線基板においては、半田バンプ同士が融着しないように絶縁樹脂が設けられる。この絶縁樹脂に開口部を設け、この開口部直下に露出した配線部をＦＣ接続に使用するパッド電極（以後、ＦＣパッドとも記す。）として、そのＦＣパッド上に半田バンプを敷設し、その半田バンプとＩＣチップの金属端子（パッド電極とも言う。）を目合わせして接触した状態にて半田を溶融することにより、ＩＣチップとの接続（ＦＣ接続）を行う。
【０００３】
近年、ＩＣチップの高性能化に伴い、ＩＣチップのパッド電極の数が増加し、多層配線基板に形成するバンプは、小径化、狭ピッチ化に向けた動きが拡がっている。これにより、半田バンプ間の間隙が狭くなり、半田バンプ形成時やフリップチップ接続時に、図７に示すような隣接する半田バンプ同士が繋がった半田ブリッジ２´（ショート）が発生し、歩留まりが低下していた。
【０００４】
このような半田ブリッジを低減するために、単純にＦＣパッドの絶縁樹脂を厚くすることで、半田ブリッジを低減可能である。
【０００５】
しかしながらこの方法では、図８に示すように、ＩＣチップ１と感光性絶縁樹脂５との間隙が狭くなる。その為、半田付け促進剤であるフラックスを用いたＩＣチップのフリップチップ接続を行う場合に、接続後にフラックスの洗浄を行う必要がある。そのフラックス洗浄液が入り込みにくくなるため、フラックス残渣が発生する場合がある。また、半田バンプ２間の間隙が狭いことで、ＩＣチップ１の接続後に充填するアンダーフィルが充填し難くなる。それらの為、ボイド等の発生による接続信頼性の低下が発生する場合がある。
【０００６】
また、半田ブリッジを低減する別の方法として、例えば特許文献１には、ＩＣチップ側またはパッケージ基板の一方に、半田バンプを囲むように凹部を備え、他方に、半田バンプを囲むように前記凹部とかみ合う位置に障壁（ダム）を備えた半導体装置が開示されている。
【０００７】
しかしながらこの技術においては、凹部や障壁を形成するために、フォトリソ等のプロセスを新たに追加する必要があり、製造コストやタクトタイムの上昇を招く事となる。また、障壁があることで、半田のブリッジは低減可能であるが、フラックスを用いたフリップチップ接続後のフラックス洗浄時やアンダーフィル充填時の障害となる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１４２１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の事情に鑑み、本発明は、半田バンプ形成時やフリップチップ接続時の半田ブリッジ等のミッシングバンプの発生を抑え、フリップチップ実装後のフラックス洗浄性およびアンダーフィル充填性を向上した多層配線基板およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、半田バンプを介してＩＣチップをフリップチップ実装する多層配線基板であって、
ＩＣチップを実装する側の多層配線基板の最表面に形成された絶縁樹脂には、ＩＣチップと接続するパッド電極を露出する開口部が備えられており、
その開口部の周縁部には、周囲の絶縁樹脂の表面より高くなった円筒状の樹脂突起が備えられており、
その円筒状の樹脂突起の内側には、樹脂突起より高い半田バンプが備えられていることを特徴とする多層配線基板である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記絶縁樹脂が、ネガ型の感光性絶縁樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板である。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記絶縁樹脂の表面から測定した前記樹脂突起の高さが、１μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線基板である。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、前記パッド電極と前記半田バンプとの間には、１層以上の金属層が備えられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層配線基板である。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、前記金属層は、ニッケル、パラジウム、金、チタン、タングステンの中から選択された１種以上の金属を含むことを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板である。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の多層配線基板を使用したことを特徴とする半導体パッケージである。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、ＩＣチップをフリップチップ実装する多層配線基板の製造方法であって、
多層配線基板のＩＣチップを実装する側の最上層の配線導体の上に感光性の絶縁樹脂を形成する工程と、
絶縁樹脂を露光・現像により除去することによりＩＣチップとの接続電極であるパッド電極を露出する開口部を形成するＦＣパッド形成工程と、
開口部に半田バンプを形成する工程と、を備えており、
ＦＣパッド形成工程において、開口部の周縁部に周縁部以外の絶縁樹脂の表面より高い円筒状の樹脂突起を形成することを特徴とする多層配線基板の製造方法である。
【００１７】
また、請求項８に記載の発明は、前記ＦＣパッド形成工程が、感光性の絶縁樹脂が露光された時に、ラジカル活性種が短時間で高濃度に発生し、ラジカル活性種同士の再結合による失活が優位となる高照度の露光光を使用して露光する工程を有する事を特徴とする請求項７に記載の多層配線基板の製造方法である。
【００１８】
また、請求項９に記載の発明は、前記円筒状の樹脂突起は、露光光の照度により、その高さを調整可能であることを特徴とする請求項７または８に記載の多層配線基板の製造方法である。
【００１９】
また、請求項１０に記載の発明は、前記絶縁樹脂は、反応性モノマー、反応性オリゴマー、バインダーポリマーから選択した１以上を含む樹脂成分と、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤、増感剤のいずれか１以上の成分と、を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法である。
【００２０】
また、請求項１１に記載の発明は、前記開口部に半田バンプを形成する工程の前に、前記パッド電極の表面に金属層を１層以上形成する工程を備えていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法である。
【００２１】
また、請求項１２に記載の発明は、前記金属層が、ニッケル、パラジウム、金、チタン、タングステンのいずれか１層、またはいずれか２層以上の組合せからなることを特徴とする請求項１１に記載の多層配線基板の製造方法である。
【００２２】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項７〜１２のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法により製造した多層配線基板にＩＣチップを実装する工程と、
ＩＣチップと多層配線基板との間に形成された隙間にアンダーフィルを充填する工程と、を備えていることを特徴とする半導体パッケージの製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の多層配線基板によれば、多層配線基板のパッド電極と、ＩＣチップのパッド電極とを、半田ボールを介して接続することでフリップチップ実装するために多層配線基板側の面に絶縁樹脂の開口部が形成されている。その開口部の周縁部に、周囲の絶縁樹脂の表面より高い円筒状の樹脂突起が形成されている。このことにより、ＩＣチップをフリップチップ実装した場合、多層配線基板とＩＣチップの間に形成される隙間を広くすることができるため、アンダーフィルの充填前に行う半田フラックスの洗浄およびアンダーフィルの充填を良好に実施することが可能となる。
【００２４】
また、本発明の半導体パッケージによれば、本発明の多層配線基板を使用してＩＣチップをフリップチップ実装しているため、ＩＣチップと多層配線基板の間に形成される隙間が広くなる。そのため、半田フラックスの洗浄を良好に実施することが可能となり、そのことによりアンダーフィルの充填も良好に実施可能となる。これらのことにより、アンダーフィルの中に発生するボイドなどの欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の多層配線基板の製造方法によれば、本発明の多層配線基板を提供することを可能とすることができる。
【００２６】
また、本発明の半導体パッケージの製造方法によれば、本発明の半導体パッケージを提供することを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の多層配線基板にＩＣチップを実装した場合の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の多層配線基板における半田バンプ形成過程の一例を説明する断面図である。
【図３】本発明の多層配線基板の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の多層配線基板にＩＣチップを実装した場合の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の多層配線基板にＩＣチップを実装した場合の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の多層配線基板における樹脂開口部の一例を示す断面図である。
【図７】従来の多層配線基板における半田ブリッジを例示する説明図である。
【図８】従来の多層配線基板にＩＣチップを実装した場合の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜多層配線基板＞
本発明は、ＩＣチップを搭載するための半田バンプの形成等に適したＦＣバンプを備えた多層配線基板である。ここでＦＣバンプとは、多層配線基板の表面に形成されたソルダーレジストなどの絶縁樹脂の層において、ＩＣチップと接続する金属端子（パッド電極とも言う。）の上の絶縁樹脂に形成された開口部に形成された半田バンプを指す。その開口部の周縁部または縁が、周縁部以外の絶縁樹脂の表面よりも高く形成された円筒状の樹脂突起となっている事が特徴である。この形状により、半田バンプが半田ブリッジなどの不具合を起こさない良好なバンプ形成性と、ＩＣチップ搭載後のフラックス洗浄性と、アンダーフィルの充填性と、に優れた特性を発揮する。
【００２９】
図１に本発明の多層配線基板１２にＩＣチップ１を搭載した状態の断面図を示した。
コア基板６には貫通孔７が設けられ、該貫通孔７の内壁面が銅めっきなどの導電体が形成されることにより、コア基板６の表裏両面に形成された配線導体８との導通がとられ、貫通孔７自体には絶縁樹脂が充填されている。導電体としては銅めっきに限定する必要は無く、銅、銀、その他の金属からなる粉体と樹脂からなる導電性インキや、導電性ポリマーと前記金属からなる粉体を含有する導電性材料であっても良い。
【００３０】
＜多層配線基板および半導体パッケージ基板の製造方法＞
図１を参照しながら、本発明の多層配線基板の製造方法について説明する。
まず、コア基板６の表裏両面に形成された銅層からなる導体の上に感光性レジストを塗布するなど定法のフォトリソ工法（感光性レジスト層形成・露光・現像・エッチング・レジスト剥離、等）を適用して銅層をエッチングして導体パターン８（配線導体８とも記す。）を形成する。
【００３１】
次に、導体パターン８が形成されたコア基板６の表裏両面に絶縁樹脂１０を塗布またはラミネートし、フォトリソ工法またはレーザー加工にて下層と導通させるためのビア孔９を設ける。
【００３２】
次に、絶縁樹脂１０上に無電解めっきまたはスパッタにて導体シード層を形成した後、再び感光性レジストを塗布し、露光・現像することでそのレジストに導体パターン１１（配線導体１１とも記す。）を形成するための開口部を形成する。
【００３３】
次いで、電解銅めっきを行い、前記の開口部にめっき銅を形成し、その後レジストを剥離してからシード層をフラッシュエッチングにより除去して導体パターン１１を形成する。上記の絶縁樹脂１０の形成からシード層のフラッシュエッチングまでの工程を必要な回数繰り返すことにより、コア基板６の表裏両面にビルドアップ層を形成することができる。
【００３４】
ビルドアップ層により、多層配線基板１２のＩＣチップ１が搭載される側の最上層の配線導体の一部として、パッド電極であるＦＣパッド３ａが形成され、プリント配線基板と接続される側の最上層の配線導体の一部としてパッド電極であるＢＧＡパッド３ｂが形成される。
【００３５】
次に、ビルドアップ層の表裏両面に感光性絶縁樹脂５（絶縁樹脂５とも記す。）を塗布し、フォトリソ工法にてＦＣパッド３ａ上に絶縁樹脂５の開口部の周縁部（縁）に、絶縁樹脂５の表面よりも高い円筒状の樹脂突起１５（図示省略）を形成する。同様にして、プリント配線基板と接続される側の最上層の配線導体の一部としてパッド電極であるＢＧＡパッド３ｂを露出する開口部が形成される。
【００３６】
次に、このＦＣパッド３ａ上に、ＩＣチップ１の金属端子３ｃと接続するための半田バンプ２を形成する。
以上の様にして、本発明の多層配線基板１２を得ることができる。
【００３７】
最後に、多層配線基板１２に、ＩＣチップ１側の金属端子３ｃと多層配線基板１２の半田バンプ２とを位置合わせしてＩＣチップ１を搭載し、その後、半田バンプ２を溶融してＩＣチップ１を多層配線基板１２に半田付けし、実装する。その後、ＩＣチップ１と多層配線基板１２の隙間に残留している半田付けの際に使用した半田フラックスを洗浄した後、その隙間にアンダーフィル４を注入後、アンダーフィル４を硬化させる。
以上により、図１に例示した様なＩＣチップ１を実装した半導体パッケージ基板２０を得ることができる。
【００３８】
＜開口部の樹脂突起の形成＞
次に、図２を参照しながら、多層配線基板１２の表面に、開口部の周縁部に、その周縁部以外の絶縁樹脂５の表面よりも、高く、且つ円筒状に形成された樹脂突起１５を備えた開口部１４を形成する工程を詳しく説明する。
【００３９】
まず、コア基板の表裏面にビルドアップ工法を用いて、ビルドアップ層を形成した基板の表裏両面に、スピンコートもしくはスリットコートなどの塗工装置を用いて、液状の感光性絶縁樹脂５を塗布し、仮乾燥（プリベーク）を行う。感光性絶縁樹脂５はフィルム状の物をラミネートしても良い。
【００４０】
上記手順にて形成した感光性絶縁樹脂５に、必要に応じてＰＥＴフィルムをロールラミネーターにてラミネートし露光光１３を露光する。ＰＥＴフィルムをラミネートした場合は露光後に剥離し、現像を行うことで感光性絶縁樹脂５の所定の位置に開口部１４を形成して開口部１４の底部の導体を露出させる。
【００４１】
以上の様にして、感光性絶縁樹脂５に形成した開口部１４の外周には樹脂突起１５が形成される。それは、前述の感光性絶縁樹脂５を露光する際に、２００００Ｗ／ｃｍ２以上、好ましくは３００００Ｗ／ｃｍ２以上の高照度の露光を行うことで形成可能となる。
【００４２】
これは、高照度の露光を行うと、ラジカル活性種が短時間で高濃度に発生し、ラジカル活性種同士の再結合による失活が優位となり、硬化が不十分となる。そのため、現像液にて、硬化して残る部分である開口部１４の周辺がより多く現像されることにより、絶縁樹脂の高さが低くなるためである。一方、未露光部（開口部１４）と露光部の境界付近では照度が低くなるため、適度な濃度でラジカル活性種が発生するため、十分な硬化状態となる。そのため、現像液で現像されずに残ることとなる。この様なメカニズムにより、感光性絶縁樹脂５に形成した開口部１４の周縁部に樹脂突起部１５が形成される。
【００４３】
開口部１４を形成することにより露出したＦＣパッド３ａには、ニッケル、パラジウム、金、チタン、タングステンなどの金属層で被覆する表面処理を実施してもよい。これらの金属を単独で用いても良いし、これらの金属の中から選択した２種以上の積層体で被覆しても良い。
【００４４】
さらに、形成した開口部１４に半田ペーストをスクリーン印刷、もしくは、フラックスをスクリーン印刷した後、半田ボールを開口部１４に振込み、リフローさせて半田バンプ２を形成する。場合によっては、この半田バンプ２は図３に示すように、その上部をコイニングによる平坦化を行っても良い。
【００４５】
次に、図４にＩＣチップ１を搭載した状態の断面図を示したが、多層配線基板１２に、ＩＣチップ１側の金属端子３ｃと多層配線基板１２の半田バンプ２とを位置合わせしてＩＣチップ１を搭載し、その後半田バンプ２を溶融してＩＣチップ１を多層配線基板１２に実装することができる。図５は、ＩＣチップ１側の金属端子３ｃの表面を被覆した絶縁樹脂５´に形成された開口部に金属端子３ｃが露出している形態を例示したものである。
【実施例】
【００４６】
＜実施例１＞
表面にスパッタ法によりチタンおよび銅の薄膜を形成したシリコンウエハにネガ型の感光性絶縁樹脂をスピンコート後、プリベークして厚さ１０μｍの感光性絶縁樹脂を形成した。
【００４７】
この感光性絶縁樹脂を、レーザー光源を用いた直描露光装置を用いて、１５０００Ｗ／ｃｍ２、２５０００Ｗ／ｃｍ２、４００００Ｗ／ｃｍ２、５５０００Ｗ／ｃｍ２、６５０００Ｗ／ｃｍ２の各照度でパターン露光した。露光パターンには光を当てない直径５０μｍφ（直描露光装置のデータ上での寸法）の円形パターンを、ピッチ２００μｍにてマトリクス状に配置したパターンを用いた。なお、レーザー光源としては、ＹＡＧレーザー波長（３５５ｎｍ）を使用した。
【００４８】
その後、スピンコーター上でパドル現像（２０秒、２回）を実施し、未露光部分を溶解除去し、開口部を形成した。形成した開口部を、光学式表面性状測定機Ｚｙｇｏにて図６に示す樹脂厚さＴと突起高さＨを計測した。その結果を表１に示した。
【００４９】
【表１】
2020096097.tif 000003
【００５０】
表１に示した様に、１５０００Ｗ／ｃｍ２では、感光性絶縁樹脂の膜厚（樹脂厚さとも記す。）は殆ど変わらない９．９μｍであり、突起は形成されなかった。２５０００Ｗ／ｃｍ２では樹脂厚さが８．４μｍに減少したが、突起が０．９μｍ形成された。その後、照度が５５０００Ｗ／ｃｍ２までは突起の高さは単調に増加し４．２μｍに達する一方、樹脂厚さは、逆に４．２μｍにまで単調に減少した。照度６５０００Ｗ／ｃｍ２では、樹脂厚さは、更に３．９μｍに減少したが、突起の高さは増加せず３．３μｍに減少に転じた。
【００５１】
以上から、照度が２００００Ｗ／ｃｍ２前後で突起が形成されはじめ、５５０００Ｗ／ｃｍ２前後まで突起の高さはピークに達し、その後減少する。また、樹脂厚さは、１５０００Ｗ／ｃｍ２から４００００Ｗ／ｃｍ２程度までは直線的に減少し、その後、減少の程度は緩和する傾向がある事が分った。
【００５２】
この結果より、本発明の製造方法にて開口部の縁に突起を形成可能であることがわかった。また露光機の照度を調整する事で突起の高さをコントロール可能であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の多層配線基板およびその製造方法は、今後、更に進展するＩＣチップにおけるパッド電極の寸法とピッチの微細化に対応可能な多層配線基板の分野に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…ＩＣチップ
２…半田バンプ
２’…半田ブリッジ
３ａ…ＦＣパッド（多層配線基板）
３ｂ…ＢＧＡパッド
３ｃ…金属端子（ＩＣチップ）
４…アンダーフィル
５…（感光性）絶縁樹脂（最外層）
６…コア基板
７…貫通孔（スルーホール）
８、１１…配線導体（導体パターン）
９…ビア孔（開口）
１０…絶縁樹脂
１２…多層配線基板（内層）
１３…露光光
１４…開口部
１５…樹脂突起
２０…半導体パッケージ
【図１】
2020096097.tif 000004
【図２】
2020096097.tif 000005
【図３】
2020096097.tif 000006
【図４】
2020096097.tif 000007
【図５】
2020096097.tif 000008
【図６】
2020096097.tif 000009
【図７】
2020096097.tif 000010
【図８】
2020096097.tif 000011