(57)【要約】【課題】金属配線層上の開口形状を工夫して、配線層と電極間の接続強度および実装信頼性を大きく向上させる。【解決手段】絶縁基板１上に金属配線層２を接着し、金属配線層２上に有機溶剤溶融性のレジスト３ａを形成する。そしてレジスト３ａの上にレジスト３ａより小型のレジスト３ｂを形成する。その後、基板保護膜４を塗布，硬化させ、基板保護膜４が硬化した後、レジスト３ａとレジスト３ｂを有機溶剤により除去し、金属配線層２上の基板保護膜４に、段差４ｂが付いた開口部４ａを形成する。この開口部４ａに金属配線層２と電気的に接続する突起電極が設けられる。【選択図】図１
2006319030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接着される金属配線層と、
前記絶縁基板と前記金属配線層上に形成され、前記金属配線層上に開口部を有する基板保護膜とを備え、
前記基板保護膜の開口部における最表面部の開口面積よりも前記金属配線層の露出面積が大きくなるように、前記基板保護膜の前記開口部周部に段差を形成したことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記基板保護膜を接着剤によって前記絶縁基板に接着したことを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
請求項１記載の回路基板を製造する製造方法であって、
絶縁基板上に金属配線層を接着する工程と、
前記金属配線層上に有機溶剤溶融性のレジストを形成する工程と、
前記レジストの上に前記レジストより小型のレジストを形成する工程と、
前記両レジストを形成した後、基板保護膜を塗布して硬化させる工程と、
前記基板保護膜が硬化した後、前記両レジストを除去する工程とからなることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の回路基板と、
前記回路基板の絶縁基板上に搭載される半導体素子と、
前記回路基板の配線と前記半導体素子とを電気的に接続する金属細線と、
前記回路基板上の前記半導体素子の外囲を封止する樹脂と、
前記回路基板の基板保護膜の開口部において金属配線層上に設けられる突起電極とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置を製造する製造方法であって、
請求項３記載の回路基板の製造方法により製造された回路基板に半導体素子を搭載する工程と、
前記回路基板の配線と前記半導体素子とをワイヤーボンディング工法により、金属細線を用いて電気的接続する工程と、
前記回路基板上の前記半導体素子の外囲を樹脂により封止する工程と、
前記回路基板の底面に金属ボールをリフローにより加熱溶融させることにより、前記回路基板の裏面に突起電極を設ける工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板保護膜に開口部を有し、この開口部にて金属配線層上に突起電極が設けられる半導体装置用の回路基板、および回路基板の製造方法、さらにその回路基板を具備する半導体装置、および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置は、電子機器の小型化および高性能化に伴い、小型，高精度化，高速化が要求されるようになり、半導体パッケージにおいては半導体素子の大きさに限りなく近いＣＳＰ（Chip Size Package）といった小型の半導体パッケージ製品が開発されている。
【０００３】
ＬＧＡ(Land Grid Array)，ＢＧＡ（Ball Grid Array）においても、同様に小型化が進んでおり、ボールピッチ，ランドピッチがファイン化することによって、ボールサイズ，ランドサイズが小型化しており、例えば基板の外部電極端子として保護膜から露出している基板ランド（金属配線層）と、突出端子（突起電極）としてのボールとの間の接合面積を十分確保することができず、接続強度の確保が困難となってきている。
【０００４】
また、半導体素子の高性能化により、半導体装置の多ピン化および大型化が加速しており、半導体装置を回路基板に実装した後の実装信頼性の確保が困難になってきている。
【０００５】
そこで、基板保護膜の形状に注目し、基板保護膜の開口部が底部に向かうテーパーを有する形状の回路基板が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
図６を参照しながら、基板保護膜の開口部が底部に向かってテーパー形状を有する構造の回路基板について説明する。
【０００７】
図６（ａ），（ｂ）は基板の開口部が底部に向かってテーパー形状を有する回路基板の一例を説明するための断面図であり、接着剤１１付き硬質板１２における接着剤１１側からレーザー光１３を照射することによって、接着剤１１側において拡開したテーパー状開口部１４を形成し（図６（ａ））、次いで、接着剤１１側に銅箔１５をラミネートすることにより回路基板が製作される。
【０００８】
前記構造の回路基板を用いることにより、後工程で設けられる電極端子と銅箔１５からなる基板ランド（金属配線層）間の接合面積を確保することができ、突起電極と基板ランド間の接続強度の向上を図ることが可能である。
【特許文献１】特開２００２−２５２３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来工法では、開口部におけるテーパー角度の制御に限界がある。そのため、開口面積に対して基板ランドの寸法拡大に制限があり、電極端子と基板ランド間の接合面積を大きくすることができない。これにより基板ランドと電極端子間の接続強度および実装信頼性を向上させることが困難となる。
【００１０】
また、従来技術によると基板ランド開口部の側面をテーパー状に形成するため、テーパー先端部が鋭角になり、形状形成が不安定になったり、外部からのストレスが負荷された場合に応力が集中したりするため、例えば実装回路基板へ実装した後のストレスが局所的に集中して、実装信頼性が低下する可能性がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決し、前記開口形状を工夫して、配線層と電極間の接続強度および実装信頼性を大きく向上させることができる回路基板とその製造方法、および半導体装置とその製造方法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】
【００１２】
前記目的を達成するための回路基板の形成工法は、例えば、絶縁基板上に銅箔などの金属層により配線パターンを形成し、前記金属層の表面に有機溶剤溶融性のフォトレジストを露光，感光によりパターンを形成し、そしてフォトレジストの表面に、前記フォトレジストより小さな面積のフォトレジストを形成し、その後、回路基板の保護膜を塗布し、硬化させた後にフォトレジストを除去し、保護膜開口の側壁に複数の段差を形成したインターポーザーとしての回路基板を形成するものである。
【００１３】
さらに、前記手段で形成した回路基板を使用した半導体装置の形成工法は、前記回路基板に半導体素子を搭載し、前記回路基板の保護膜から露出した内層の金属配線と前記半導体素子とをワイヤーボンディング工法により電気的に接続する。次に前記回路基板上の前記半導体素子、およびワイヤーボンディング工法により電気的に接続された部位を覆うように樹脂により封止する。
【００１４】
また、他の半導体装置の形成方法によると、前記手段で形成した回路基板を使用し、前記回路基板に対して、半導体素子の電極に金バンプなどで突起を形成し、半導体素子をフェースダウン方向で搭載することで、前記回路基板の保護膜から露出した内層の金属配線と前記半導体素子とをフリップチップ工法により電気的に接続する。次に前記回路基板上と前記半導体素子の隙間と半導体素子の外周部を覆うように樹脂により封止する。
【００１５】
さらに、外部端子として突起を形成する場合は前記回路基板の半導体素子の搭載面とは反対の面の回路基板の保護膜から露出した内層の金属配線に、例えば半田ボールをリフローなどにより加熱溶融させて、突起電極を設ける。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、回路基板の基板保護膜から露出した金属配線層のランドにおいて、基板保護膜の側面に段差を形成した構造をもつことによって、金属配線層の露出面積を基板保護膜表面の面積によらず任意に設定することができる。よって金属ボールなどの突起電極の面積を縮小した場合においても、基板ランド面積を大きく確保することができるため、突起電極と基板ランド間の強度を向上させることが可能となる。
【００１７】
また、例えば基板保護膜の硬度を向上させることによってアンカー効果が向上され突起電極と基板ランド間の接続強度がさらに向上し、半導体素子が基板に実装された後の実装信頼性も向上することができる。
【００１８】
また、前記回路基板の構造は半導体装置の構成材に限らず、実装回路基板に使用することにより、さまざまな電気製品の実装信頼性向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態を説明するための回路基板の断面図である。
【００２１】
図１に示すように、回路基板は、絶縁基板１上に接着された金属配線層２と、絶縁基板１と金属配線層２の一部と覆う基板保護膜４とからなり、基板保護膜４における金属配線２上に形成された開口部４ａは、絶縁基板１と金属配線２上における最表面部の開口面積よりも、金属配線層２の露出面積が大きくなるような段差４ｂがその周部に複数段形成されている。
【００２２】
前記段差４ｂ部分は、基板保護膜４の開口部４ａが金属配線層２上に覆い被さるように狭く形成されており、この部分に後述するように突起電極が形成される。一般的に、突起電極はＳｎを主体とした合金で形成されたはんだボールであり、はんだボールが金属配線層２と溶融，接合した場合、溶融したはんだボール金属が基板保護膜４の段差４ｂ部分を抱き込むアンカー効果を有し、はんだボールの脱落を防止する。
【００２３】
本発明に係る回路基板の製造方法の実施形態について、図２（ａ）〜（ｅ）の製造工程を説明するための断面図を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、図２（ａ）に示すように、絶縁基板１上に銅箔などからなる金属配線層２を接着する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、金属配線層２上に有機溶剤溶融性のフォトレジスト３ａを形成する。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、フォトレジスト３ａの上にフォトレジスト３ａより面積が小さいフォトレジスト３ｂを形成する。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、基板保護膜４を塗布した後に硬化させる。
【００２８】
次に、図２（ｅ）に示すように、基板保護膜４を硬化させた後に、フォトレジスト３ａ，３ｂを有機溶剤により除去する。
【００２９】
なお、前記図２（ａ）〜（ｅ）の方法はフォトレジスト２段積みであるが、３段以上フォトレジストを積載することにより、多段のフォトレジストを形成することも可能である。
【００３０】
また、図２（ａ）〜（ｅ）の方法において、基板保護膜４の開口部４ａなどの形状をフォトレジストにより成形するのではなく、基板保護膜を図２（ｅ）の基板保護膜４の形状にあらかじめ形成したものを、接着剤により絶縁基板１に接着して、積層するようにすることも可能である。
【００３１】
本実施形態が所望の効果を発揮する範囲として、有効なランドおよびボールピッチは０.５ｍｍピッチ以下である。ピッチが微小化して行くと、突起電極としてのはんだボールを溶融接合する金属配線層２の面積も縮小化しなければならず、はんだボールと金属配線層２の接合強度も小さくなる。
【００３２】
また、はんだボールの材質も、従来、Ｓｎ−Ｐｂを使用していたが、環境問題などの観点から現在では、Ｐｂフリー材である例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのような材質が利用されている。このようなＰｂフリー材では、従来のＳｎ−Ｐｂに比較して、接続する場合の溶融温度条件や接続した後の接続状態（ボイド（空隙）などの有無）、酸化の問題など接続諸条件が厳しくなってきている。
【００３３】
このような状況下、本実施形態を実施することが、ランドおよびボールピッチが０.５ｍｍピッチ以下の微細ピッチにおいて必要となってくる。しかしながら、取り扱い上の限界、および寸法設計の限界などから現実的にはランドおよびボールピッチは０.２５ｍｍピッチまでと考えると、本実施形態における範囲は、基板の基板保護膜開口部で直径５〜５０μｍであり、有効なランドおよびボールピッチは０.２５ｍｍ〜０.５ｍｍピッチとなる。
【００３４】
また、各段差の高さは２〜２０μｍピッチとなる。
【００３５】
図３は本発明に係る前記回路基板を用いた半導体装置の実施形態を説明するための断面図である。
【００３６】
図３において、５ａは図２（ａ）〜（ｅ）に示す方法にて作成されたパッケージ回路基板であり、パッケージ回路基板５ａには、半導体素子６と、パッケージ回路基板５ａの配線（図示せず）と半導体素子６とを金属細線７にて電気的に接続した接続手段と、パッケージ回路基板５ａ上の半導体素子６の外囲を封止している樹脂８と、パッケージ回路基板５ａの底面の金属配線層２上に設けられた突起電極９を具備している。
【００３７】
突起電極９としては、一般的に、はんだボールが用いられる。はんだボールの材質は、従来、Ｓｎ−Ｐｂを使用していたが、環境問題などの観点から現在はＰｂフリー材である例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのような材質が使用されている。
【００３８】
前記回路基板を用いて基板ランド、突起電極間の接続強度を向上させることが可能な半導体装置の製造方法について、図４（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
【００３９】
まず、図４（ａ）には、図２（ａ）〜（ｅ）の方法で作成したパッケージ回路基板５ａを示す。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、パッケージ回路基板５ａ上に半導体素子６を搭載する。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、パッケージ回路基板５ａの配線と半導体素子６とをワイヤーボンディング工法により、金属細線７を用いて電気的接続する。
【００４２】
次に、図４（ｄ）に示すように、パッケージ回路基板５ａ上の半導体素子６の外囲を樹脂８により封止する。
【００４３】
次に、図４（ｅ）に示すように、パッケージ回路基板５ａの半導体素子６搭載面に対して裏の面に形成されている基板保護膜４の開口部４ａにて露出している金属配線層２の基板ランドに、金属ボールや印刷転写したはんだペーストなどをリフローにより加熱溶融させることにより、パッケージ回路基板５ａの裏面に突起電極９を設ける。
【００４４】
図５は前記各実施形態により形成された回路基板を用いた実装形態の事例を説明すための断面図である。
【００４５】
図５において、パッケージ回路基板５ａは、その上に搭載された半導体素子６と、パッケージ回路基板５ａの配線（図示せず）と、半導体素子６とを金属細線７にて電気的に接続した接続手段と、パッケージ回路基板５ａ上の半導体素子６の外囲を封止している樹脂８と、パッケージ回路基板５ａの底面に設けられた突起電極（図示せず）とを具備し、既述した方法と同様の方法によって作成された電子部品搭載回路基板５ｂ上に形成された基板ランド２ｂとパッケージ回路基板５ａの基板ランド２ａの間に金属塊１０が形成されている。
【００４６】
金属塊１０は、例えばパッケージ回路基板５ａ側がはんだボール、また電子部品搭載回路基板５ｂ上がはんだペーストであって、あらかじめ電子部品搭載回路基板５ｂ上の接続部にはんだクリームを塗布しておき、パッケージ回路基板５ａ側のはんだボールを常温状態で仮保持し、その後、加熱（２４０〜２６０℃）し、はんだボールとはんだクリームを溶融させ金属塊１０として形成される。
【００４７】
このように、本実施形態は、パッケージ回路基板，電子部品搭載基板共に使用することができ、パッケージ回路基板と電子搭載基板を実装する際に、どちらの基板にも本実施形態の基板を使用することにより、実装信頼性の向上が可能である。
【００４８】
本実施形態は、半導体装置のインターポーザーとして回路基板を製造する際に、回路基板の保護膜に、外部端子として回路基板の内層配線層を露出させた開口部を形成するものであり、前記開口の側壁に複数の段差を形成することにより、保護膜開口の最表面部の開口面積に対し、内層配線層の露出面積をより大きく確保することが可能な手法の一種である。
【００４９】
例えば、絶縁基板上に銅箔などの金属層により配線パターンを形成し、前記金属層の表面に有機溶剤溶融性のフォトレジストを露光，感光によりパターン形成し、そしてフォトレジストの表面に、前記フォトレジストより小さな面積のフォトレジストを形成し、その後、回路基板の保護膜を塗布し、硬化させた後にフォトレジストを除去し、保護膜開口の側壁に複数の段差が形成された回路基板およびその製造方法に関するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、前記のようにして形成された回路基板を用いて半導体装置を形成することにより、基板保護膜の開口面積よりも、内層配線層の露出面積を大きく確保することが可能なＬＧＡ(Land Grid Array)，ＢＧＡ（Ball Grid Array）に代表される半導体装置およびその製造に実施して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態を説明するための回路基板の断面図
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本実施形態に係る回路基板の製造方法の工程を示す断面図
【図３】本発明の実施形態を説明するための半導体装置の断面図
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を示す断面図
【図５】本実施形態により形成された回路基板を用いた実装形態の事例を説明すための断面図
【図６】（ａ），（ｂ）は従来の回路基板の製造方法の工程を示す断面図
【符号の説明】
【００５２】
１  絶縁基板
２  金属配線層
２ａ  基板ランド（パッケージ回路基板）
２ｂ  基板ランド（電子部品搭載回路基板）
３ａ  フォトレジスト（大）
３ｂ  フォトレジスト（小）
４  基板保護膜
４ａ  開口部
４ｂ  段差
５ａ  パッケージ回路基板
５ｂ  電子部品搭載回路基板
６  半導体素子
７  金属細線
８  樹脂
９  突起電極
１０  金属塊
【図１】
2006319030.tif 000003
【図２】
2006319030.tif 000004
【図３】
2006319030.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006319030.tif 000007
【図６】
2006319030.tif 000008