(57)【要約】【課題】  半導体モジュールの製造および実装時に、実装基板の貫通配線で生じるハンダの流入及び流出を防止した半導体モジュールを提供する。【解決手段】  本発明の半導体モジュールは、実装基板と、実装基板に実装される少なくとも１つの半導体素子と、を含んでおり、上記実装基板が、厚さ方向に貫通した貫通孔を有する基板本体と、貫通孔に充填されたハンダと、貫通孔内で溶融したハンダの貫通孔外部への流出を防止するために、充填されたハンダの上面及び下面を覆ように設けられた高融点の導電性材料から成るキャップ膜と、上記キャップ膜に電気的に接続された表面配線と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2006310424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、実装基板に実装される少なくとも１つの半導体素子と、を含む半導体モジュールにおいて、
上記実装基板が、
厚さ方向に貫通した貫通孔を有する基板本体と、
貫通孔に充填されたハンダと、
貫通孔内で溶融したハンダの貫通孔外部への流出を防止するために、充填されたハンダの上面及び下面を覆ように設けられた高融点の導電性材料から成るキャップ膜と、
上記キャップ膜に電気的に接続された表面配線と、を備えていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
上記表面配線と上記キャップ膜とが直接に接触しており、
表面配線とキャップ膜との接触部分に、溶融ハンダに対する溶解性の低い材料から成るハンダレジスト膜が被覆されていて、上記キャップ膜から滲出した溶融ハンダが表面配線に接触しないようにキャップ膜近傍の表面配線を保護していることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
上記表面配線と上記キャップ膜とが、離間して配置されており、
上記表面配線と上記キャップ膜との間に、導電性を有し且つ溶融ハンダに対する溶解性の低い材料から成るハンダレジスト膜が設けられていて、上記表面配線と上記キャップ膜とを電気的に接続するとともに、上記キャップ膜から滲出した溶融ハンダが表面配線に接触しないようにキャップ膜近傍の表面配線を保護していることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関し、特に、基板の上面及び下面の各々に設けた配線を、基板を貫通する貫通配線により電気的に接続した半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路素子の分野において、基板の上面及び下面の両表面に表面配線を形成した両面プリントの実装基板が、一般に用いられている。そして、上面配線と下面配線とを電気的に相互に接続するために、基板を貫通する貫通孔に導電体を配して形成された貫通配線が用いられる。貫通配線としては、一般的に２つの形態がある。１つめは、貫通孔に導電体を充填した充填貫通配線であり、貫通孔内部に所定の組成を有する導電体を溶融して充填して形成されている。２つめは、貫通孔の内壁面を導電体により被覆した被覆貫通配線であり、貫通孔内部には中空部分が残存している。現在の貫通配線では、この２つの貫通配線のいずれか一方、又は両方を利用したものが用いられている。これらの貫通配線は、貫通孔の表面及び裏面に開口した開口部において、上面配線及び下面配線と接続することにより、上面配線と下面配線とを電気的に接続している。
【０００３】
このような実装基板に、複数の半導体チップを搭載することにより、所定の機能を有する半導体回路素子を構成することができる。本明細書では、このように構成された半導体回路素子を「半導体モジュール」と呼ぶ。半導体モジュールは、１枚の実装基板から構成することもできるが、複数枚の実装基板を積層化して、より複雑な構造体にすることもできる。
【０００４】
半導体モジュールは、形成から実装までに、以下のような３つの工程を経ることが一般的である。
（工程１）貫通配線を有する実装基板に、種々の半導体チップを搭載して半導体モジュールを形成する半導体モジュール製造工程。
（工程２）半導体モジュールを封止する封止工程。
（工程３）半導体モジュールを、他の半導体回路基板や別の実装基板に搭載する半導体モジュール搭載工程。
【０００５】
（工程１）の半導体モジュール製造工程では、貫通配線を有する実装基板に、半導体チップをハンダ付けして、半導体モジュールの基本構成を形成する。実装基板の表面配線に設けられた配線パッドの所定位置にハンダを載置し、そのハンダと位置合わせして、半導体チップを基板に載置する。その後、ハンダをリフローして溶融し、配線パッドと半導体チップとをハンダにより接合する。これにより、半導体チップは、実装基板の表面配線と電気的接続され、且つ基板に固定される。
【０００６】
（工程２）の封止工程では、半導体モジュールに、蓋部材などの外部封止部材を取着して、半導体モジュールを外部から気密封止する。蓋部材は、ロウ付けにより半導体モジュールに固定される。
【０００７】
（工程３）の半導体モジュール搭載工程では、半導体モジュールをさらに別の基板に搭載する。この工程では、例えば、複数の半導体モジュールを同一の基板に搭載して、より複雑な半導体回路を構成する。半導体モジュールは、半導体モジュール製造工程と同様に、基板に載置したハンダと、ハンダに位置合わせした半導体モジュールとを準備し、次いでハンダをリフローすることにより、半導体モジュールを基板に電気的に接続し且つ固定する。
【０００８】
上記の工程１〜３の全ての工程には、ハンダリフロー又はロウ付けのように、実装基板が加熱されて昇温する処理が含まれている。この実装基板の昇温によって、従来の実装基板では、貫通配線に伴う種々の問題が生じていた。
【０００９】
被覆貫通配線を備えた実装基板では、貫通配線の中空部分に、溶融したハンダが流入する問題がある。通常、基板表面の貫通配線近傍には、半導体チップ接合用のハンダやハンダバンプが配置されており、ハンダリフロー等の昇温処理時にそれらのハンダが溶融して、貫通配線の中空部分に流入することがあった。その結果、半導体チップを接合するのに必要なハンダの量が不足して、半導体チップの接続不良や固定不良が生じていた。また、基板両面に設けたハンダバンプが、貫通孔の開口部を覆うように設けられている形態もあるが、貫通孔の中空部分に封止された空気が、ハンダリフロー等の昇温処理時に膨張して噴き出し、溶融したハンダバンプを飛散させるおそれがあった。
【００１０】
また、充填貫通配線を備えた実装基板では、昇温処理時に貫通孔に充填した導電体が溶融して、貫通孔の外部に流出する問題がある。これにより、貫通配線のハンダ量が不足して貫通配線導通不良を起こす可能性があった。さらには、流出したハンダが表面配線に接触すると、表面配線を溶かすことがあり、その結果として配線の断絶が生じて接続不良になるおそれがあった。
【００１１】
上述のような貫通配線に起因する問題に対処するために、両面プリント基板の貫通配線を、貫通孔内壁のメッキと、貫通孔内部に充填する高融点ハンダと、貫通孔の直上に配置する低融点ハンダバンプと、から構成することが知られている（例えば特許文献１）。特に、貫通孔充填用の高融点ハンダの固相点が、接合用のハンダバンプの低融点ハンダの液相点よりも２０℃以上高い２種類のハンダを組み合わせて使用することが開示されている。
【特許文献１】特許第３３５２９７０号公報
【００１２】
特許文献１に開示されている両面プリント基板では、ハンダバンプの溶融温度を、低融点ハンダの液相点以上で、且つ高融点ハンダの固相点以下に設定することにより、ハンダバンプの溶融過程において、低融点ハンダが貫通孔内に流入することや、高融点ハンダが貫通孔から流出する問題を回避することができる。また、この特許文献１の考え方を応用して、（工程１）の半導体モジュール製造工程において、貫通孔充填用のハンダの固相点を、半導体チップ接合用のハンダの液相点より高くすることにより、やはりハンダの流入・流出の問題を回避できる。
【００１３】
また、貫通孔に導電体を充填した貫通配線と、貫通孔の開口部を覆うように配線膜を設けた実装基板が知られている（例えば特許文献２）。特許文献２の図１では、実装基板の貫通孔に導電材料を充填して貫通導電部を形成し、貫通導電部の下端を覆うように下面金属膜配線を形成している。貫通導電部の上端は、貫通導電部と通電可能に接続した上面金属膜配線が、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などから形成されている。
【特許文献２】特開２００４−３６３３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した特許文献１の半導体モジュールにおいては、ハンダバンプや半導体チップ接合用のハンダを溶融させる温度を、貫通孔に充填したハンダの固相点以下に正確に制御する必要があるので、半導体モジュールの製造工程における加熱処理条件が厳密になる問題があった。また、特許文献１では、融点の異なる２種類のハンダを組み合わせて用いるので、ハンダ組成の選択が著しく制限されて、設計上の自由度が低下していた。さらに、貫通孔の充填に高融点ハンダを用いるので、貫通孔充填時に、基板が受ける熱は、通常のハンダを充填する場合に比べて高温になり、基板が熱的に損傷を受けやすくなっていた。
また、（工程２）の蓋のロウ付け過程では、一般的に用いられているロウ材の融点は、高融点ハンダの融点より高いので、ロウ付け工程時には、高融点ハンダが溶融して貫通孔内から流出する可能性があった。ハンダの流出は、貫通配線の導通不良、貫通配線と表面配線との接続不良、さらには貫通孔の気密性の低下等の問題を生じるおそれがあった。
【００１５】
特許文献２に開示されている実装基板は、貫通孔の開口部を覆う配線膜を有しているので、貫通孔内のハンダが溶融しても、貫通孔から流出するのを阻止できる可能性がある。しかしながら、特許文献２には、貫通孔内の溶融ハンダが配線膜に与える影響や、溶融ハンダの流出を防止するための配線膜の構造については何ら明らかにされておらず、どの程度の抑制効果が得られるのかは不明である。
【００１６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、半導体モジュールの製造および実装時に、実装基板の貫通配線で生じるハンダの流入及び流出を防止した半導体モジュール及びそれに用いる実装基板を提供することを目的とする。また、本発明は、製造が容易で、使用するハンダ組成の選択上の制限が少なく、製造中に基板に不要な損傷を与えずに製造できる半導体モジュール及びそれに用いる実装基板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】
【００１７】
本発明の半導体モジュールは、このモジュールを構成する実装基板の貫通配線を、貫通孔に充填されたハンダと、充填されたハンダの上面及び下面を覆うように設けられたキャップ膜とから構成している。キャップ膜は、半導体モジュールの製造及び実装の工程における加熱工程において溶融することがないように、高融点を有する導電材料から成る。
【００１８】
また、本発明の実装基板は、この実装基板に設けられた貫通配線を、貫通孔に充填されたハンダと、充填されたハンダの上面及び下面を覆うように設けられたキャップ膜とから構成している。キャップ膜は、半導体モジュールの製造及び実装の工程における加熱工程において溶融することがないように、高融点を有する導電材料から成る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の半導体モジュール及び実装基板は、貫通孔に充填したハンダの上面及び下面にキャップ膜を設けることにより、ハンダリフローやロウ付け等の加熱工程時にハンダが溶融しても、ハンダが貫通孔内から流出するのを抑制することができる。よって、ハンダ流出による導通不良、接続不良、及び貫通孔の気密性不良等を回避することができる。また、本発明では、引用文献１のように２種類のハンダを使用する必要がないので、ハンダ材料を自由に選択することができ、また、充填用ハンダに高融点のものを使用する必要がないので、ハンダ充填中に基板が熱損傷を受けにくい。さらに、本発明半導体モジュール及び実装基板は、ハンダ溶融温度の厳密な制御を必要としないので製造が容易であり、さらに、充填ハンダとチップ接合用のハンダとを同材料のものにすることもできるので、製造コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
本発明の半導体モジュールは、実装基板と、実装基板に実装される少なくとも１つの半導体素子と、を含んでおり、実装基板が、厚さ方向に貫通した貫通孔を有する基板本体と、貫通孔に充填されたハンダと、充填されたハンダの上面及び下面を覆うように設けられており、高融点の導電性材料から成るキャップ膜と、上記キャップ膜に電気的に接続された表面配線と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
図１は、本発明の１実施形態の半導体モジュールの実装基板１０の断面図である。基板本体１には、厚さ方向に貫通した貫通孔３１が形成されていて、貫通孔３１には、充填ハンダ３２が充填されている。充填ハンダ３２の両端部には、ハンダの露出面を覆うように上面キャップ膜４１と下面キャップ膜４２とが設けられており、充填ハンダ３２と導通している。基板本体１の上面には上面配線膜２１が設けられ、基板本体１の下面には下面配線膜２２が設けられている。上面キャップ膜４１と下面キャップ膜４２とは、それぞれ、上面配線膜２１と下面配線膜２２とに直接に接触して、導通している。
以上の構成により、上面配線膜２１は、上面キャップ膜４１、充填ハンダ３２、及びキャップ膜４２を順次経由して、下面配線膜２２に電気的に接続される。
【００２２】
キャップ膜４１、４２の材料は、溶融した充填ハンダ３２の流出防止との観点から、ハンダに比べて融点が高く、さらにハンダへの拡散と合金化の度合いが穏やかな金属を用いる。また、キャップ膜４１、４２の材料は、充填ハンダ３２との良好な導通を得る観点から、ハンダとのぬれ性が良好なものが望ましい。好ましいキャップ膜の材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ又はこれらを主成分とする合金がある。また、キャップ膜４１、４２が、Ｎｉなど空気中で酸化しやすい金属膜から形成される場合には、キャップ膜４１、４２の表面に、Ａｕなどの酸化防止膜を必要に応じて形成することができる。
【００２３】
キャップ膜４１、４２の膜厚は、０．１μｍ〜５０μｍであるのが好ましい。キャップ膜の膜厚が０．１μｍより薄いと、キャップ膜が破損やハンダが漏れ出すおそれがあり、ハンダ流出を防止する機能を確実に得ることができない。膜厚が５０μｍより厚いと、成膜や配線膜などを重ねるプロセスに時間がかかるので、好ましくない。特に、キャップ膜の膜厚が、０．５μｍ〜１０μｍであるのが、より好適である。
【００２４】
充填ハンダ３２の材料としては、Ｓｎ−Ｃｕ以外にＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂなどのハンダ材料を用いることができる。
【００２５】
表面配線膜２１、２２の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなどの良導体金属を用いるのが好ましく、半導体モジュールの抵抗を低くすることができる。
【００２６】
基板本体１の材料には一般的なＳｉ以外に、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓなどの半導体や、セラミック、ガラス、ガラスエポキシ、エポキシ樹脂などの絶縁体を用いることができる。基板本体１が半導体の場合などには、基板本体１と、表面配線膜２１、２２やキャップ膜４１、４２等の金属膜との間に、ＴｉやＣｒなどの密着強化層を挟むこともできる。
【００２７】
以下に、本実施の形態の半導体モジュールの具体的な製造工程を述べる。
貫通孔を形成していない基板本体１の所定位置に下面キャップ膜４２を形成し、その後に、下面キャップ膜４２の位置に合わせて貫通孔３１を形成する。そして、貫通孔３１に充填ハンダ３２を充填し、上部キャップ膜４１を形成することにより、貫通配線２を形成する。その後、基板の両表面に、所定のパターンを有する上面配線膜２１と下面配線膜２２とを、各配線膜２１、２２の端部が上部キャップ膜４１及び下面キャップ膜４２のそれぞれに重なるように、所定のパターンで形成する。これにより、半導体モジュール用の実装基板本体１０が得られた。
【００２８】
（実施例１）
厚さ２５０μｍのＳｉ基板本体１の下面全体に、膜厚２μｍのＮｉ膜をスパッタ法により形成した。このＮｉ膜をパターニングして不要な部分の膜を除去して、下面キャップ膜４２を得た。Ｓｉ基板本体１の上面側から、下面キャップ膜４２との対応する位置に、直径１００μｍの貫通孔３１を、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）法によりエッチングして形成した。ＩＣＰ−ＲＩＥによるＳｉエッチングでは、Ｎｉがほとんどエッチングされないので、下面キャップ膜４２を残して貫通孔３１を形成することができる。
【００２９】
貫通孔３２に、溶融したハンダ滴をインクジェット法の要領で射出する方法によって充填ハンダ３２を充填した。充填ハンダは、融点が２２７℃のＳｎ−Ｃｕハンダを用いた。
【００３０】
充填ハンダ３２の充填後に、基板本体１の上面部全体に膜厚２μｍのＮｉ膜をスパッタ法により形成し、パターニングして不要な部分の膜を除去して、上面キャップ膜４１を得た。これにより、充填ハンダ３２、上面キャップ膜４１、下面キャップ膜４２からなる貫通配線２が形成された。
【００３１】
貫通配線２を形成した後に、厚さ1μｍのＡｕ薄膜から成る上面配線膜２１と下面配線膜２２とを、上面キャップ膜４１と下面キャップ膜４２とに、それぞれ少なくとも一部重なるようにして形成し、実装基板を得た。
得られた実装基板に、半導体チップを搭載することにより、半導体モジュールを得た。
【００３２】
（実施例２）
半導体モジュールの製造及び実装工程における加熱処理の影響を調べるために、実施例１で作製した実装基板の耐熱実験を行った。
実装基板を、窒素雰囲気中で加熱して、ピーク温度２６０℃で３０分間保持した後に冷却した。実装基板の加熱実験の前後における表面配線膜２１、２２間の電気抵抗を測定して、耐熱性の評価を行った。抵抗測定の導電パスにおける配線膜２１、２２の長さはそれぞれ５ｍｍ、表面配線膜パターン幅は１００μｍとした。また、加熱後の充填ハンダの流出の有無についても調べた。
【００３３】
（比較例）
本発明の半導体モジュールに用いる実装基板からキャップ膜を除いて、比較例用の実装基板を作製して比較例とした。
厚さ２５０μｍのＳｉ基板本体１の所定位置に、直径１００μｍの貫通孔３１を、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）法によりエッチングして形成した。
【００３４】
貫通孔３２に、溶融したハンダ滴をインクジェット法の要領で射出する方法によって充填ハンダ３２を充填した。充填ハンダは、融点が２２７℃のＳｎ−Ｃｕハンダを用いた。
【００３５】
充填ハンダ３２の充填後に、上面配線膜２１と下面配線膜２２とを、充填ハンダ３２の上面及び下面を覆うように形成して実装基板を得た。表面配線膜２１、２２は、厚さ1μｍのＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉの４種類の金属材料を用いて形成し、比較例１〜４の実装基板として、実施例２と同様に耐熱性の評価を行った。表１に、実施例及び比較例の耐熱実験の結果を示す。
【００３６】
【表１】
2006310424.tif 000003
【００３７】
本発明の実施例の実装基板は、加熱実験前後で抵抗値がほとんど変化せず、ハンダ流出も見られず、良好な耐熱性を有していた。
【００３８】
一方、比較例１（Ａｕ表面配線膜）及び比較例２（Ｃｕ表面配線膜）では、充填ハンダの流出が見られ、加熱実験後に抵抗値が増加した。また、比較例１では、Ａｕはハンダに溶け込むので、流出したハンダが表面配線膜を溶解して配線の断線が生じた。
【００３９】
比較例３（Ａｌ表面配線膜）では、充填ハンダの流出は見られなかったものの、加熱実験後の抵抗値の増加が見られた。これは、Ａｌ表面でのハンダ濡れ性が低いため、ハンダとＡｌ配線膜の分離が生じたためと推測される。
【００４０】
比較例４（Ｎｉ表面配線膜）では、充填ハンダの流出は見られず、加熱実験前後ともに抵抗値は変化しなかったものの、抵抗値が本実施の形態の試料に比べ３倍以上高い値を示した。これは、比較的抵抗率の高いＮｉにより、表面配線膜を形成したためである考えられる。これに対して、実施例の実装基板は、キャップ膜としてＮｉ膜を使用しているが、貫通孔直上の限られた領域に限定しており、表面配線には良導体金属を利用することにより、加熱前の比較例１〜比較例３と同程度の低い配線抵抗が得られた。
【００４１】
以上で明らかとなったように、本発明の半導体モジュールでは、実装基板の充填ハンダの流出がなく、加熱後も抵抗値が増加せず、耐熱性に優れていることが明らかになった。また、本発明の半導体モジュールでは、実装基板の配線抵抗が低いので、半導体モジュール全体の電気抵抗も低減できることがわかった。
【００４２】
（実施例３）
実施形態で製造した半導体モジュールを、他の基板に搭載する工程して、充填ハンダの流出の有無を調べる実験を行った。
半導体モジュールの搭載を、図２に沿って説明する。まず、Ｓｉからなる別の基板７上に、Ｃｕからなる接続パッド６を形成し、この接続パッド６上に、充填ハンダ３２と同じ組成のＳｎ−Ｃｕ（融点２２７℃）からなるハンダバンプ５を形成した。次に、ハンダバンプ５を、実施例１で製造した半導体モジュールの下面キャップ膜４２に押し当てて載置した。半導体モジュールと基板７とを、窒素雰囲気中でピーク温度２６０℃に加熱した後に冷却して、半導体モジュール７と基板７とを接合した。ハンダバンプ５とキャップ膜４２との間には、良好な接合が得られた。
【００４３】
半導体モジュールと基板７とを２６０℃に加熱すると、基板７のハンダバンプ５が溶融するだけでなく、半導体モジュールの実装基板１０の充填ハンダ３２も溶融する。下面キャップ膜４２は、ハンダバンプ５及び充填ハンダ３２により、両面から相互拡散、合金化を受けることにより、いわゆるハンダへの食われが進行する。しかしながら、基板７と半導体モジュールとの接合が完了するに要する数秒から数分の昇温時間であれば、溶融した充填ハンダ３２が貫通孔３１の外部へ流出したり、ハンダバンプ５が配線膜２１、２２へ流動したりすることはなかった。
【００４４】
半導体モジュールを実装基板に実装する例として、図２に示すようにハンダバンプ５をキャップ膜４２に接合したが、ハンダバンプをキャップ膜とは別の位置に設けた接続パッドなどに接合してもよく、本発明の半導体モジュールの実装方法は、この例示に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４５】
実施の形態２．
図３は、本発明の別の実施形態の半導体モジュールの実装基板の断面図である。基板本体１には、厚さ方向に貫通した貫通孔３１が形成されていて、貫通孔３１には、充填ハンダ３２が充填されている。充填ハンダ３２の両端部には、ハンダの露出面を覆うように上面キャップ膜４１と下面キャップ膜４２とが設けられており、充填ハンダ３２と導通している。基板本体１の上面には上面配線膜２１が設けられ、基板本体１の下面には下面配線膜２２が設けられている。上面キャップ膜４１と下面キャップ膜４２とは、それぞれ、上面配線膜２１と下面配線膜２２とに直接に接触して、導通している。
以上の構成により、上面配線膜２１は、上面キャップ膜４１、充填ハンダ３２、及びキャップ膜４２を順次経由して、下面配線膜２２に電気的に接続される。
【００４６】
この実施形態では、表面配線膜２１、２２と、キャップ膜４１、４２の重なり部分において、キャップ層から滲み出したハンダを堰き止めるためのハンダレジスト膜８１、８２を備えている。
【００４７】
実施形態１に開示した本発明にかかる半導体モジュールは、通常のハンダフローの加熱処理であれば、充填ハンダが漏れることはない。しかしながら、さらに高温雰囲気に曝された場合には、充填ハンダ３２がキャップ層４１、４２から滲み出すことがあり、滲み出したハンダが表面配線２１、２２に接触して、配線の断線に繋がるおそれがある。
本実施形態では、キャップ層から漏れだしたハンダと、表面配線２１、２２とが接触する部位を、ハンダレジスト膜８１、８２で保護することにより、より耐熱性に優れた半導体モジュールを提供することができる。
【００４８】
ハンダレジスト膜８１、８２としては、ハンダとの濡れ性が低い材料が好ましく、例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌＳｉ、Ｗ−Ｓｉの金属薄膜、エポキシなどの樹脂膜、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどのセラミック膜が好適に用いられる。
【００４９】
キャップ膜４１、４２の材料は、溶融した充填ハンダ３２の流出防止との観点から、ハンダに比べて融点が高く、さらにハンダへの拡散と合金化の度合いが穏やかな金属を用いる。また、キャップ膜４１、４２の材料は、充填ハンダ３２との良好な導通を得る観点から、ハンダとのぬれ性が良好なものが望ましい。好ましいキャップ膜の材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ又はこれらを主成分とする合金がある。また、キャップ膜４１、４２が、Ｎｉなど空気中で酸化しやすい金属膜から形成される場合には、キャップ膜４１、４２の表面に、Ａｕなどの酸化防止膜を必要に応じて形成することができる。
【００５０】
キャップ膜４１、４２の膜厚は、０．１μｍ〜５０μｍであるのが好ましい。キャップ膜の膜厚が０．１μｍより薄いと、キャップ膜が破損やハンダが漏れ出すおそれがあり、ハンダ流出を防止する機能を確実に得ることができない。膜厚が５０μｍより厚いと、成膜や配線膜などを重ねるプロセスに時間がかかるので、好ましくない。特に、キャップ膜の膜厚が、０．５μｍ〜１０μｍであるのが、より好適である。
【００５１】
充填ハンダ３２の材料としては、Ｓｎ−Ｃｕ以外にＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂなどのハンダ材料を用いることができる。
【００５２】
表面配線膜２１、２２の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなどの良導体金属を用いるのが好ましく、半導体モジュールの抵抗を低くすることができる。
【００５３】
基板本体１の材料には一般的なＳｉ以外に、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓなどの半導体や、セラミック、ガラス、ガラスエポキシ、エポキシ樹脂などの絶縁体を用いることができる。基板本体１が半導体の場合などには、基板本体１と、表面配線膜２１、２２やキャップ膜４１、４２等の金属膜との間に、ＴｉやＣｒなどの密着強化層を挟むこともできる。
【００５４】
（実施例４）
図３のように構成した半導体モジュールの実装基板を、真空オーブンに入れ、室温から４００℃まで１分当り５０℃の速度で昇温した後、取り出してハンダの流出の状態を調べた。
加熱処理後の実装基板では、充填ハンダ３２の一部がキャップ膜４１、４２上に滲み出していることが確認された。しかしながら、滲出したハンダは、ハンダレジスト膜８１、８２により堰き止められており、配線膜２１、２２に接触していなかった。以上の結果から、本実施形態の半導体モジュールは、ロウ付けや、想定外の高温に曝された場合に、溶融した充填ハンダ３２がキャップ膜から滲出しても、表面配線膜上にまでハンダが流出するのを抑制して、導通不良、接続不良を引き起こす事態を防止することができる。
【００５５】
実施の形態３．
図４は、本発明のさらに別の実施形態の半導体モジュールの実装基板の断面図である。基板本体１には、厚さ方向に貫通した貫通孔３１が形成されていて、貫通孔３１には、充填ハンダ３２が充填されている。充填ハンダ３２の両端部には、ハンダの露出面を覆うように上面キャップ膜４１と下面キャップ膜４２とが設けられており、充填ハンダ３２と導通している。基板本体１の上面には上面配線膜２１が設けられ、基板本体１の下面には下面配線膜２２が設けられている。
【００５６】
本実施形態では、上面キャップ膜４１と下面キャップ膜４２とは、それぞれ、上面配線膜２１と下面配線膜２２とは、離間して配置されている。キャップ膜４１、４２と、表面配線膜２１、２２との間には、導電性材料から成るハンダレジスト膜８１、８２が形成されており、キャップ層４１、４２と表面配線膜２１、２２とを電気的に接続している。
以上の構成により、上面配線膜２１は、ハンダレジスト膜８１、上面キャップ膜４１、充填ハンダ３２、キャップ膜４２、及びハンダレジスト膜８２を順次経由して、下面配線膜２２に電気的に接続される。
【００５７】
実施形態１に開示した本発明にかかる半導体モジュールは、通常のハンダフローの加熱処理であれば、充填ハンダが漏れることはない。しかしながら、さらに高温雰囲気に曝された場合には、充填ハンダ３２がキャップ層４１、４２から滲み出すことがあり、滲み出したハンダが表面配線２１、２２に接触して、配線の断線に繋がるおそれがある。
本実施形態では、キャップ層４１、４２と、表面配線膜２１、２２とを離間することにより、滲み出したハンダが表面配線２１、２２に接触しないようにして、表面配線膜を保護して、より耐熱性に優れた半導体モジュールを提供することができる。
【００５８】
ハンダレジスト膜８１、８２としては、ハンダとの濡れ性が低い導電材料が好ましく、例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌＳｉ、Ｗ−Ｓｉの金属薄膜が好適に用いられる。
【００５９】
この実施形態の半導体モジュールの実装基板は、溶融した充填ハンダがキャップ層から滲出した場合にも、溶融ハンダと配線膜の隔離が確実に行われるので、ハンダ流出による導通不良、接続不良をより確実に防止できる。
図４では、ハンダレジスト膜８１、８２は、表面配線膜２１、２２及びキャップ膜４１、４２の上、即ち、表面配線膜２１、２２及びキャップ膜４１、４２よりも後に形成されているが、この順序は入れ替えることができる。
【００６０】
キャップ膜４１、４２の材料は、溶融した充填ハンダ３２の流出防止との観点から、ハンダに比べて融点が高く、さらにハンダへの拡散と合金化の度合いが穏やかな金属を用いる。また、キャップ膜４１、４２の材料は、充填ハンダ３２との良好な導通を得る観点から、ハンダとのぬれ性が良好なものが望ましい。好ましいキャップ膜の材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ又はこれらを主成分とする合金がある。また、キャップ膜４１、４２が、Ｎｉなど空気中で酸化しやすい金属膜から形成される場合には、キャップ膜４１、４２の表面に、Ａｕなどの酸化防止膜を必要に応じて形成することができる。
【００６１】
キャップ膜４１、４２の膜厚は、０．１μｍ〜５０μｍであるのが好ましい。キャップ膜の膜厚が０．１μｍより薄いと、キャップ膜が破損やハンダが漏れ出すおそれがあり、ハンダ流出を防止する機能を確実に得ることができない。膜厚が５０μｍより厚いと、成膜や配線膜などを重ねるプロセスに時間がかかるので、好ましくない。特に、キャップ膜の膜厚が、０．５μｍ〜１０μｍであるのが、より好適である。
【００６２】
充填ハンダ３２の材料としては、Ｓｎ−Ｃｕ以外にＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂなどのハンダ材料を用いることができる。
【００６３】
表面配線膜２１、２２の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなどの良導体金属を用いるのが好ましく、半導体モジュールの抵抗を低くすることができる。
【００６４】
基板本体１の材料には一般的なＳｉ以外に、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓなどの半導体や、セラミック、ガラス、ガラスエポキシ、エポキシ樹脂などの絶縁体を用いることができる。基板本体１が半導体の場合などには、基板本体１と、表面配線膜２１、２２やキャップ膜４１、４２等の金属膜との間に、ＴｉやＣｒなどの密着強化層を挟むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体モジュールの実装基板を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による半導体モジュールを別の基板に実装した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３による半導体モジュールの実装基板を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４による半導体モジュールの実装基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  基板本体
１０  実装基板
２１  上面配線膜
２２  下面配線膜
３１  貫通孔
３２  充填ハンダ
４１  上面キャップ膜
４２  下面キャップ膜
５  ハンダバンプ
６  接続パッド
７  基板
８１  上面ハンダレジスト膜
８２  下面ハンダレジスト膜
【図１】
2006310424.tif 000004
【図２】
2006310424.tif 000005
【図３】
2006310424.tif 000006
【図４】
2006310424.tif 000007