(57)【要約】      （修正有）【課題】プリモールド付の半導体素子用基板の製造につき、半田ボール搭載時にボールがランドから脱落せず、高収率にて搭載を行える半導体素子用基板の製造方法や半導体装置を提供する。【解決手段】（イ）金属板に感光性樹脂層を設け所定のパターンに露光・現像することで、第１面に接続用ポスト形成用のエッチング用マスクを、又、第２面には配線パターン６形成用のエッチング用マスクを、それぞれ形成し、しかる後、（ロ）第一面は、中途までエッチングして接続用ポストを形成し、接続用ポスト以外にはプリモールド用の樹脂を充填し、接続用ポストを周囲のプリモールド樹脂よりも低くなるよう加工し、又、第二面はエッチングにより配線パターンを形成する。【選択図】図２
2010238693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）金属板の面に感光性樹脂層を設けて該感光性樹脂層に所定のパターンに応じて選択的に露光を行い現像することにより、該金属板の第１の面に、該現像された該感光性樹脂層からなる接続用ポスト形成用のエッチング用マスクを、又、該金属板の他方の面である第２の面には、該現像された該感光性樹脂層からなる配線パターン形成用のエッチング用マスクを、それぞれ形成すること、
しかる後に、
（ロ）該第一の面に関しては、該第一の面側から該金属板の中途までエッチングを行うことにより該接続用ポストを形成し、該第一の面側の該接続用ポスト以外の部分にプリモールド用の樹脂を充填し、該第一の面側の該接続用ポストを周囲のプリモールド樹脂よりも高さが低くなるように加工すること、又、該第二の面に関しては、該第二の面側からエッチングを行い該配線パターンを形成すること、
を特徴とする半導体素子用基板の製造方法。
【請求項２】
前記第一の面側の前記接続用ポスト以外の部分に前記プリモールド用の樹脂を充填することに関して、
該第一の面の側の全体をプリモールド用樹脂によっていったん埋没させ、その後に、該接続用ポストの底面が露出するように該プリモールド用樹脂を厚さ方向に均一に除去すること、を特徴とする請求項１に記載の半導体素子用基板の製造方法。
【請求項３】
前記該第一の面の側の前記該接続用ポストを周囲のプリモールド樹脂よりも高さが低くなるように加工することに関して、ハーフエッチングにより加工することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体素子用基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体素子用基板の製造方法によって得られた半導体素子用基板に、半導体素子が実装され、該半導体素子用基板基板と該半導体素子との間がワイヤーボンディングによって電気的接続されていること、を特徴とする半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を実装するための半導体素子用基板に係わり、特に構造面でリードフレームに似た特徴を兼ね備えた基板の製造方法とそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハープロセスで製造される各種のメモリー、CMOS、CPU等の半導体素子は、電気的接続用の端子を有する。その電気的接続用端子のピッチと、半導体素子が装着されるプリント基板側の接続部のピッチとは、そのスケールが数倍から数百倍程度異なる。そのため、半導体素子とプリント基板を接続しようとする場合、インターポーザと称されるピッチ変換のための仲介用基板（半導体素子実装用基板）が使用される。このインターポーザの一方の面に、半導体素子を実装し、他方の面もしくは基板の周辺でプリント基板との接続がとられる。インターポーザは内部もしくは表面に金属リードフレームを有しており、リードフレームにより電気的接続経路を引き回して、プリント基板との接続を行う外部接続端子のピッチを拡張している。
【０００３】
図３に、インターポーザの一例として、QFN（Quad Flat Non-lead）式リードフレームの構造を模式的に示した。図３（ａ）に示すように、アルミニウムあるいは銅からなるリードフレームの中央部に半導体素子２２を搭載する平坦部分２１を設け、外周部にピッチの広いリード２３を配設したもので、リード２３と半導体素子の電気的接続用端子との接続には、金線などのメタルワイヤー２４によるボンディング法を使用したものである。図３（ｂ）に示すように、最終的には全体を樹脂でモールド２５して一体化する。
【０００４】
なお、図３（ａ）、図３（ｂ）中の保持材２７は、リードフレームを保持するもので、樹脂によるモールド後に図３（ｃ）に示すように除去される。しかし、図３のインターポーザでは、電気的接続が半導体素子の外周部とリードフレームの外周部とでしか行えないため、端子数が多い半導体素子には不向きといえる。
【０００５】
プリント基板とインターポーザの接続は、端子数が少ない場合には、インターポーザの外延部の取り出し電極２６に金属ピンを装着して行われる。また、端子数が多い場合には、半田ボールを外周部分の外部接続端子にアレイ状に配置するＢＧＡ（Ball Grid Array）が知られている。
面積が狭く、端子数が多い半導体素子に対しては、配線層が一層のみのインターポーザでは、ピッチの変換が困難であるため、配線層を多層化し、積層する手法が通常、採用されている。
【０００６】
面積が狭く、端子数が多い半導体素子の場合には、半導体素子の接続端子は、半導体素子の底面にアレイ状に配置して形成されることが多い。そのため、インターポーザ側の外部接続端子も同一なアレイ状の配置として、インターポーザとプリント基板との接続には微少な半田ボールを用いるフリップチップ接続方式が採用される。インターポーザ内の配線は、上部から垂直方向にドリルもしくはレーザーで穿孔し、孔内に金属めっきを行うことにより、上下の電気的導通がとられる。
この方式によるインターポーザでは、外部接続端子のピッチは凡そ１５０〜２００μｍ程度まで微細化できるため、接続端子数を増やすことはできる。しかし、接合の信頼性や安定性は低下し、高い信頼性が要求される車載用などには向いていない。
【０００７】
こうしたインターポーザは使用する材料や構造により、リードフレーム部分が保持される構造がセラミックのもの、あるいはＰ−ＢＧＡ（Plastic Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＬＧＡ(Land Grid Array)のように、基材が有機物のものなど数種類あり、目的用途に応じて使い分けられている。
いずれの場合であっても、半導体素子の小型化、多ピン化、高速化に対応して、インターポーザの半導体素子のとの接続部分のファインピッチ化及び高速信号対応が進んでいる。微細化の進展を考慮すると、端子部分のピッチは８０〜１００μｍが必要である。
【０００８】
ところで、導通部・兼・支持部材とも云えるリードフレームは、薄い金属をエッチングして形成されるが、安定したエッチング処理と、その後の加工におけるハンドリングのために、金属板は１２０μｍ程度の厚さを有していることが望ましい。また、ワイヤーボンディングの際に十分な接合強度を得るためには、一定程度の金属層の厚みとランド面積が必要となる。
これら双方の点を考慮し、金属板の厚さとしては１００〜１２０μｍ程度が最低必要と云われている。その場合、金属板の両側からエッチングするとして、リードのピッチで１２０μｍ、リード線幅で６０μｍ程度のファイン化が限界と云われている。
【０００９】
さらに別の問題として、リードフレーム製造のプロセスにおいて保持材を廃棄することとなる為に、コストアップが生じるということがある。この点について、図３を用いて説明する。
【００１０】
リードフレーム２１はポリイミドテープからなる保持材２７に貼り付けられ、その所定箇所（平坦部分２１）に半導体素子２２を固定用樹脂２８もしくは固定用テープで固定する。その後、ワイヤーボンディングを行い、トランスファーモールド法で複数のチップ（半導体素子２２）を一括で樹脂モールド２５する。最後に、外装加工を施し、１個１個になるよう断裁して完成する。
【００１１】
リードフレームの裏面２９がプリント基板との接続面となる場合、モールド時にモールド樹脂がリード裏面の接続端子面に回りこみ接続端子に付着しないようにするため不可欠である。しかし、最終的には、保持材２７は不要であるため、モールド加工をした後に、取り外して棄てることになり、コストアップに繋がる。
【００１２】
尚、このような従来の技術の一例として、“特許文献１”に記載の発明がある。ちなみに、特許文献１には、基板を貫通する導体ポストを絶縁樹脂で支持しており、導体ポストの部分が樹脂から突出した構造が開示されている。
【００１３】
そして、これらの問題を解決し、超ファインピッチの配線（ピッチが極めて小さい配線）を形成でき、安定したワイヤーボンディング加工が可能で、且つ、経済性にもすぐれた類の半導体素子用基板を提供する方法として、例えば、プリモールド樹脂を配線の支持体とした構造の半導体素子用基板が知られている。（特許文献２）
【００１４】
特許文献２に記載の発明は、このリードフレーム状の半導体素子用基板の製造法としては、金属板の第一の面には接続用ポスト形成用のレジストパターン、第二の面には配線パターン形成用のレジストパターンを形成し、第一の面の上から、銅を所望の厚さまでエッチングしたのち、第一の面にプリモールド用樹脂を塗布し、プリモールド層を形成し、その後に、第二の面のエッチングを行い、配線を形成して、最後に両面のレジストを剥離するということになる。
このようにして製造したリードフレーム状の半導体素子用基板においては、金属の厚さを、ファインエッチングが可能なレベルまで小さくしても、プリモールド樹脂が支持体となっているため、安定したエッチングが可能であり、また超音波エネルギーの拡散が小さいため、ワイヤーボンディング性にも優れる。さらに、ポリイミドテープの保持材を使用しないため、それによるコストアップも抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平８−３４００６９号公報
【特許文献２】特開平１０−２２３８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献２の発明には構造上の問題点がある。特許文献２の発明では、充填されるプリモールド用樹脂の厚さは、リードフレームに必要な剛性を与えるのに十分な程度必要であり、なおかつ、接続用ポストの底面は、完全に露出していなければならない。
このように厚さを制御して塗付する方法としては、例えば、シリンジ等を用いて、塗付面底の一点あるいは複数点から樹脂を流し込み、それが塗布面全体までぬれ広がるのを待つことが挙げられる。この場合、プリモールド用樹脂は、接続用ポスト底面が露出している状態を保たねばならない関係上、その高さが、接続用ポスト底面に達する前に、その充填を終えられねばならない。その結果として、その高さは接続用ポストよりも低くなる。
【００１７】
この状態を保持したままで、半導体素子用基板が完成した場合、接続用ポストは、周囲の樹脂から突出した状態となっており、これに例えば、半田ボールを搭載しようとした場合には、搭載位置の小さなずれのために、ボールが接続用ポストから脱落する可能性があり、収率を下げるという問題がある。
【００１８】
本発明は、前記従来の技術が抱える問題点に鑑み成されたもので、プリモールド付きのリードフレーム状の半導体素子用基板を製造するに関して、半田ボール搭載時にボールがランドから脱落することなく、高収率にて搭載を行うことができる半導体素子用基板の製造方法や半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するために提供する本発明の請求項１は、
（イ）金属板の面に感光性樹脂層を設けて該感光性樹脂層に所定のパターンに応じて選択的に露光を行い現像することにより、該金属板の第１の面に、該現像された該感光性樹脂層からなる接続用ポスト形成用のエッチング用マスクを、又、該金属板の他方の面である第２の面には、該現像された該感光性樹脂層からなる配線パターン形成用のエッチング用マスクを、それぞれ形成すること、
しかる後に、
（ロ）該第一の面に関しては、該第一の面側から該金属板の中途までエッチングを行うことにより該接続用ポストを形成し、該第一の面側の該接続用ポスト以外の部分にプリモールド用の樹脂を充填し、該第一の面側の該接続用ポストを周囲のプリモールド樹脂よりも高さが低くなるように加工すること、又、該第二の面に関しては、該第二の面側からエッチングを行い該配線パターンを形成すること、
を特徴とする半導体素子用基板の製造方法である。
【００２０】
また請求項２は、前記第一の面側の前記接続用ポスト以外の部分に前記プリモールド用の樹脂を充填することに関して、
該第一の面の側の全体をプリモールド用樹脂によっていったん埋没させ、その後に、該接続用ポストの底面が露出するように該プリモールド用樹脂を厚さ方向に均一に除去すること、を特徴とする請求項１に記載の半導体素子用基板の製造方法である。
【００２１】
また請求項３は、前記該第一の面の側の前記該接続用ポストを周囲のプリモールド樹脂よりも高さが低くなるように加工することに関して、ハーフエッチングにより加工することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体素子用基板の製造方法である。
【００２２】
また請求項４は、請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体素子用基板の製造方法によって得られた半導体素子用基板に、半導体素子が実装され、該半導体素子用基板基板と該半導体素子との間がワイヤーボンディングによって電気的接続されていること、を特徴とする半導体基板である。
【発明の効果】
【００２３】
以上、本発明によれば、プリモールド付きの半導体素子用基板を製造する際に、接続用ランドの底面の高さを、周囲のプリモールド用樹脂よりも低く加工することができる。このことによって、接続用ランド周辺の樹脂が壁の役をはたし、半田ボール搭載時にボールがランドから脱落することなく、高収率にて搭載を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は本発明に係るリードフレーム状の半導体素子用基板の製造工程を模式的に示す説明図。
【図２】（ｇ）〜（ｋ）は本発明に係るリードフレーム状の半導体素子用基板の製造工程を模式的に示す説明図。（図１の続き）
【図３】従来の基板の構造を模式的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明による半導体素子用基板の製造方法として、ＢＧＡタイプの半導体素子用基板を例にとり、図１、図２を用いて説明する。
【実施例】
【００２６】
製造した個々の単位のＢＧＡのサイズは１０ｍｍ角で、１６８ピンの平面視でアレイ状の外部接続部をもつもので、基板に多面付けして、以下の製造工程を経た後に切断、断裁を行い、個々のＢＧＡタイプの半導体素子用基板を得た。
【００２７】
まず、図１（ａ）に示すように、幅が１５０ｍｍ厚みが１５０μｍの長尺帯状の銅基板1を用意した。次いで、図１（ｂ）に示すように、銅基板１の両面ロールコーターで感光性レジスト２（東京応化（株）製、OFPR4000）を５μｍの厚さになるようにコーティングした後、９０℃でプリベークをした。
次に、所望のパターンを有するパターン露光用フォトマスクを介して、両面からパターン露光し、その後１％水酸化ナトリウム溶液で現像処理を行った後に、水洗およびポストベークを行い、図１（ｃ）に示すようにレジストパターン３を得た。
尚、銅基板の一方の面側（半導体素子が搭載される面とは反対側の面であり、以下では第一の面側と記す）には、接続用ポストを形成するためのレジストパターンを形成し、又、他方の面側（半導体素子が搭載される面であり、以下では第二の面側と記す）には、配線パターンを形成するためのレジストパターンを形成した。
【００２８】
なお、半導体素子１０は基板中央部のリード上面に搭載されるので、本例の配線パターンに関しては、半導体素子１０の外周のリード上面にワイヤーボンディング用のランド４が形成されている。リードの裏面には、上部配線からの電気信号を裏面に導くための接続用ポスト５が、例えば、平面視アレイ上に配置される。
この他、半導体素子１０の周囲のランド４のうち幾つかを、半導体素子の下面に位置する接続用ポスト５に電気的に接続させる必要がある。そのため、半導体素子１０周辺のランド４の幾つかと各々接続した配線パターン６を半導体素子下面に位置する接続用ポスト５と接続するよう基板の外周から中心方向に向けて、例えば放射状に形成している（図示せず）。
【００２９】
次に、銅基板の第二の面側をバックシートで覆って保護した後、塩化第二鉄溶液を用いて、銅基材の第一の面側より、第１回目のエッチング処理を行い、第一の面側のレジストパターンから露出した銅基板部位の厚さを３０μｍまで薄くした（図１（ｄ））。塩化第二鉄溶液の比重は１．３８、液温５０℃とした。第１回目のエッチングの際、接続用ポスト形成用のレジストパターンが形成された部位の銅基板には、エッチング処理が行われない。そのため、銅基材の表裏を貫通して存在する、接続用ポストを形成することが出来る。
【００３０】
なお、第１回目のエッチングでは、エッチング処理を行う部位の銅基板をエッチング処理で完全に溶解除去するものではなく、所定の厚さの銅基板となった段階でエッチング処理を終了するよう、中途までエッチング処理を行う。
【００３１】
次に、第一の面に関して、２０％水酸化ナトリウム水溶液によって、レジストの剥離を行った、剥離液の温度は１００℃とした。
【００３２】
次に、図１（ｆ）に示すように、フィルム状の熱可塑性樹脂（新日鐵化学製、NEX-130C）を用いて、プレス加工にてプリモールド樹脂層を形成した。フィルムの厚さについては、樹脂が接続用ポストの底面より２０μｍ高い位置まで充填されるように調整し、１３０μｍとした。
プレスに際しては、真空加圧式ラミネート装置を用い、プレス部の温度は１００℃、真空チャンバー内の真空度は０．２ｔｏｒｒ、プレス時間は３０秒にてフィルム樹脂のプレス加工を行った。
【００３３】
このように、プリモールド用の樹脂として、フィルム状のものを用いることは、加工を簡便にする点で効果的である。
また、真空チャンバー内でのプレス加工を行うことは、樹脂内に生じた空隙を解消する効果があり、樹脂内のボイドの発生を抑えることができる。
【００３４】
そして、フィルム状樹脂をプレス加工した後には、ポストベークとして、１８０℃にて６０分間の加熱を行った。
プリモールド樹脂のポストベークの後には、図２（ｇ）に示すように、第一の面を覆っている樹脂を、接続用ポストの底面が露出するまで研磨除去した。装置としては、バフロール回転式研磨装置を用い、バフロールの番手は、８００番相当を使用した。
【００３５】
次に、図３（ｈ）に示すように、第一の面のハーフエッチングを行った。ハーフエッチング液としては、硫酸と過酸化水素の混合液を用いて、エッチング量としては、接続用ランドの高さが、加工前よりも１０μｍだけ低くなるように計算した。
【００３６】
次いで、第一の面をバックシートで覆って保護し、第二の面のバックシートを除去した後、図（ｉ）に示す様に、エッチングを行った。エッチング液としては、塩化第二鉄溶液を用い、液の比重は１．３２、液温は５０℃とした。エッチングは、第二の面に配線パターンを形成することを目的としており、第二の面の上のレジストパターンから露出した銅を溶解除去した。
【００３７】
その後に、第一の面のバックシートを除去し、次いで、図２（ｉ）に示すように、第二の面のレジストパターンの剥離を行い、本発明に係る半導体素子用基板のＢＧＡ基板を得た。
【００３８】
次に、レジストの剥離後、露出した金属面に対し、無電解ニッケル／パラジウム／金めっき形成法による表面処理を施した。
リードフレームへのめっき層の形成は、電解めっき法が適用可能である。しかし、電解めっき法では、めっき電流を供給するためのめっき電極の形成が必要になり、めっき電極を形成する分、配線領域が狭くなり、配線の引き回しが困難になる。そのため、本実施例では、供給用電極が不要な、無電解ニッケル／パラジウム／金めっき形成法を採用した。
【００３９】
すなわち、金属面に酸性脱脂、ソフトエッチング、酸洗浄、パラジウム触媒活性処理、プレディップ、無電解白金めっき、無電解金めっきにより、めっき層を形成した。めっき厚さはニッケルが３μｍ、パラジウムが０．２μｍ、金が０．０３μｍとした。使用しためっき液は、ニッケルがエンプレートＮＩ（メルテックス社製）、パラジウムがパウロボンＥＰ（ロームアンドハース社製）、金がパウロボンドＩＧ（ロームアンドハース社製）である。
【００４０】
次いで、リードフレーム上に半導体素子を固定用接着剤１３もしくは固定用テープで接着、搭載した後、半導体素子の電気的接続用端子と配線パターンの所定の部位（ワイヤボンディング用ランド４）とを金細線を用いてワイヤボンディングを行った後、リードフレームと半導体素子とを被覆するようにモールディングを行い、個々の半導体基板を得た。
次いで、面付けされた半導体基板に断裁を行い、個々の半導体基板を得た。
最後に、図２（ｋ）に示すように、各々の半導体基板の端子部に、フラックスを塗布したのちに、半田ボールを搭載し、リフロー処理することによって、半田バンプを形成し、所望の半導体装置を得た。
【００４１】
本発明をこのように適用した半導体素子用基板の製造方法や半導体装置は、やはり、プリモールド付きの半導体素子用基板を製造する際に、接続用ランドの底面の高さを、周囲のプリモールド用樹脂よりも低く加工することができる。このことによって、接続用ランド周辺の樹脂が壁の役をはたし、半田ボール搭載時にボールがランドから脱落しなかった。その結果、高収率にて搭載を行うことができた。
【符号の説明】
【００４２】
１  ・・・銅基板
２  ・・・感光性レジスト
３  ・・・レジストパターン
４  ・・・ワイヤボンディング用ランド
５  ・・・接続用ポスト
６  ・・・配線パターン
１１・・・プリモールド層
１２・・・めっき層
１３・・・固定用接着剤
１４・・・半田ボール
２１・・・リードフレーム（平坦部）
１０、２２・・・半導体素子
２３・・・リード
２４・・・メタルワイヤー
２５・・・モールド用樹脂
２６・・・取り出し電極
２７・・・保持材
【図１】
2010238693.tif 000003
【図２】
2010238693.tif 000004
【図３】
2010238693.tif 000005