(57)【要約】【課題】配線層に突起部を形成する際のマスクとして金属層を用いることで、その形成コストを低減するとともに、突起部に対する接続用金属の接続信頼性を向上させる技術の提供にある。【解決手段】絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層１４と、配線層１４と電気的に接続されるとともに、配線層から絶縁樹脂層とは反対側に突出している突起部１６と、突起部１６の頂部に設けられた金属層１７と、突起部１６の側面の少なくとも一部と金属層１７を被覆している接続用金属１８と、を備え、金属層１７の少なくとも一部は、突起部１６の側面から外側に突出していることを特徴とする素子搭載用基板。【選択図】図１
2009224581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層と、
前記配線層と電気的に接続されるとともに、前記配線層から突出している突起部と、
前記突起部の頂部に設けられた金属層と、
前記突起部の側面の少なくとも一部と前記金属層を被覆している接続用金属と、
を備え、
前記金属層の少なくとも一部は、前記突起部の側面から外側に突出していることを特徴とする電極構造。
【請求項２】
絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、
前記配線層と電気的に接続されるとともに、前記配線層から前記絶縁樹脂層とは反対側に突出している突起部と、
前記突起部の頂部に設けられた金属層と、
を備え、
前記金属層の少なくとも一部は、前記突起部の側面から外側に突出していることを特徴とする素子搭載用基板。
【請求項３】
前記突起部の側面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の素子搭載用基板。
【請求項４】
前記金属層はＮｉ／Ａｕ層であり、Ｎｉ層は前記突起部と接触していることを特徴とする請求項３に記載の素子搭載用基板。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の素子搭載用基板と、
前記素子搭載用基板に搭載された半導体素子と、
を備えることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
前記素子搭載用基板は、前記配線層と電気的に接続され、前記配線層から前記絶縁樹脂層側に突出している突起電極を有し、
前記半導体素子は、前記突起電極に対向する素子電極を有し、
前記突起電極が前記絶縁樹脂層を貫通し、前記突起電極と前記素子電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
請求項５または６に記載の半導体モジュールを搭載していることを特徴とする携帯機器。
【請求項８】
金属板の、突起部が形成される所定位置に金属層を積層する工程と、
前記金属層をマスクとして用い前記金属板の表面を選択的に除去することで、前記突起部を形成するとともに前記金属層の少なくとも一部を前記突起部の側面から外側に突出させる工程と、
を含むことを特徴とする素子搭載用基板の製造方法。
【請求項９】
一方の主表面に突起電極が突設され、他方の主表面の、突起部が形成される所定位置に金属層が積層された金属板を準備する工程と、
前記金属板と、前記突起電極に対応する素子電極が設けられた半導体素子とを、絶縁樹脂層を介して圧着し、前記突起電極が前記絶縁樹脂層を貫通することにより、前記突起電極と前記素子電極とを電気的に接続させる圧着工程と、
前記金属層をマスクとして用い前記他方の主表面を選択的に除去することで、前記突起部を形成するとともに前記金属層の少なくとも一部を前記突起部の側面から外側に突出させる工程と、
前記突起部の側面の少なくとも一部と前記金属層を接続用金属で被覆させる工程と、
を含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子搭載用基板およびその製造方法、半導体モジュールおよびその製造方法、電極構造、携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化に伴い、電子機器に使用される半導体素子のさらなる小型化が求められている。半導体素子の小型化に伴い、プリント配線基板に実装するための電極間の狭ピッチ化が不可欠となっている。半導体素子の表面実装方法として、半導体素子の電極にはんだバンプを形成し、はんだバンプとプリント配線基板の電極パッドとをはんだ付けするフリップチップ実装方法が知られている。また、フリップチップ実装方法を採用した構造としては、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）の構造が知られている。
【０００３】
こうした状況において、パターン精度を向上させるとともに基板上に高密度な接続用端子を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１２５３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示される構造では接続用端子に対して水平方向および／または垂直方向に力が加えられると、接続用の溶融はんだが外れ、接続用端子の接続信頼性が低下する虞があった。
【０００５】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、配線層に突起部を形成する際のマスクとして金属層を用いることで、その形成コストを低減するとともに、突起部に対する接続用金属の接続信頼性を向上させる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、電極構造である。当該電極構造は、配線層と、配線層と電気的に接続されるとともに、配線層から突出している突起部と、突起部の頂部に設けられた金属層と、突起部の側面の少なくとも一部と金属層を被覆している接続用金属と、を備え、金属層の少なくとも一部は、突起部の側面から外側に突出している。
【０００７】
この態様によれば、突起部の側面から突出している金属層の存在により突起部に対する接続用金属の接続信頼性が向上する。
【０００８】
本発明の他の態様は、素子搭載用基板である。当該素子搭載用基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、配線層と電気的に接続されるとともに、配線層から絶縁樹脂層とは反対側に突出している突起部と、突起部の頂部に設けられた金属層と、を備え、金属層の少なくとも一部は、突起部の側面から外側に突出している。
【０００９】
この態様によれば、突起部の側面から突出している金属層の存在により突起部に対する接続用金属の接続信頼性が向上する。
【００１０】
上記態様において、突起部の側面に凹凸が形成されていてもよい。
【００１１】
上記態様において、金属層はＮｉ／Ａｕ層であり、Ｎｉ層は突起部と接触していてもよい。
【００１２】
本発明のさらに他の態様は、半導体モジュールである。この半導体モジュールは、上述したいずれかの態様の素子搭載用基板と、素子搭載用基板に搭載された半導体素子と、を備える。
【００１３】
上記態様において、素子搭載用基板は、配線層と電気的に接続され、配線層から絶縁樹脂層側に突出している突起電極を有し、半導体素子は、突起電極に対向する素子電極を有し、突起電極が絶縁樹脂層を貫通し、突起電極と素子電極とが電気的に接続されていてもよい。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、携帯機器である。この携帯機器は、上述したいずれかの態様の半導体モジュールを搭載している。
【００１５】
本発明のさらに他の態様は、素子搭載用基板の製造方法である。当該素子搭載用基板の製造方法は、金属板の、突起部が形成される所定位置に金属層を積層する工程と、金属層をマスクとして用い金属板の表面を選択的に除去することで、突起部を形成するとともに金属層の少なくとも一部を突起部の側面から外側に突出させる工程と、を含む。
【００１６】
本発明のさらに他の態様は、半導体モジュールの製造方法である。当該半導体モジュールの製造方法は、一方の主表面に突起電極が突設され、他方の主表面の、突起部が形成される所定位置に金属層が積層された金属板を準備する工程と、金属板と、突起電極に対応する素子電極が設けられた半導体素子とを、絶縁樹脂層を介して圧着し、突起電極が絶縁樹脂層を貫通することにより、突起電極と素子電極とを電気的に接続させる圧着工程と、金属層をマスクとして用い他方の主表面を選択的に除去することで、突起部を形成するとともに金属層の少なくとも一部を突起部の側面から外側に突出させる工程と、突起部の側面の少なくとも一部と金属層を接続用金属で被覆させる工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、配線層に突起部を形成する際のマスクとして金属層を用いることで、その形成コストを低減するとともに、突起部に対する接続用金属の接続信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る素子搭載用基板１０およびこれを用いた半導体モジュール３０の構成を示す概略断面図である。半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０およびこれに搭載された半導体素子５０を備える。
【００２０】
素子搭載用基板１０は、絶縁性の樹脂からなる絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられた配線層１４と、配線層１４と電気的に接続されるとともに、配線層１４から絶縁樹脂層１２とは反対側に突出している突起部１６と、突起部１６の頂部上面に接触して設けられた金属層１７と、突起部１６の側面と金属層１７を被覆している低融点金属ボール１８とを備える。
【００２１】
絶縁樹脂層１２は、絶縁性の樹脂からなり、たとえば加圧したときに塑性流動を引き起こす材料で形成されている。加圧したときに塑性流動を引き起こす材料としては、エポキシ系熱硬化型樹脂が挙げられる。絶縁樹脂層１２に用いられるエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば、温度１６０℃、圧力８Ｍｐａの条件下で、粘度が１ｋＰａ・ｓの特性を有する材料であればよい。また、このエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば温度１６０℃の条件下で、５〜１５Ｍｐａで加圧した場合に、加圧しない場合と比較して、樹脂の粘度が約１／８に低下するものである。これに対して、熱硬化前のＢステージのエポキシ樹脂は、ガラス転移温度Ｔｇ以下の条件下では、樹脂を加圧しない場合と同程度に、粘性がなく、加圧しても粘性は生じない。
【００２２】
配線層１４は、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられており、導電材料、好ましくは圧延金属、さらには圧延銅により形成される。あるいは電解銅などで形成してもよい。配線層１４には、絶縁樹脂層１２とは反対側に突起部１６が一体的に突設されている。したがって、突起部１６についても配線層１４と同様の導電材料、たとえば圧延金属からなる。突起部１６の突設される位置は、たとえば再配線で引き回した先の位置である。
【００２３】
突起部１６は、プリント配線基板等と電気的に接続するための低融点金属ボール（たとえば、はんだボールなど）のような接続用金属を支持するためのものである。突起部１６の突設された領域に低融点金属ボール１８が設けられると、低融点金属ボール１８によって突起部１６との側面と金属層１７全体が被覆され、低融点金属ボール１８が突起部１６と金属層１７によって支持された状態となる。このため、配線層１４の主表面から低融点金属ボール１８の頂点までの高さ（以下、ボール高さという）が高く保たれる。
【００２４】
突起部１６は、たとえば平面視で丸型であり、その側面は、配線層１４の主表面から突起部１６の頂部に近づくにつれて径が縮小するテーパ形状となっている。突起部１６の側面がテーパ形状となっていることにより、突起部１６と低融点金属ボール１８との接触面積が増加するため、ボール高さを高く保つことができる。なお、突起部１６の形状は特に限定されず、たとえば、所定の径を有する円柱状や、平面視で四角形などの多角形でもよい。さらに断面視で突起部１６の側面が、曲率が変化する曲線状の形状（例えば富士山）であってもよい。また、突起部１６の側面には、所定の凹凸が形成されていてもよい。ここで、所定の凹凸とは、アンカー効果によって突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度を高めることができるものである。凹凸は、たとえば十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．５〜３．０μｍ（０．５μｍ以上、３．０μｍ以下）の範囲にある凹凸である。凹凸がＲｚで０．５μｍよりも小さい場合には、突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度を高めることができる所望のアンカー効果が得られない。また、凹凸がＲｚで３．０μｍよりも大きい場合には、低融点金属ボール１８が凹部内に入り込めずに、低融点金属ボール１８と突起部１６との間に空間ができてしまうおそれがある。そして、これにより、熱応力が生じた際に低融点金属ボール１８が突起部１６から剥離しやすくなってしまう。そのため、凹凸は上記範囲内のものであることが好ましい。また凹凸の程度は、実験によって定めてもよい。
【００２５】
金属層１７は、突起部１６の頂部上面と接触するように設けられている。金属層１７の端部は突起部１６の側面から外側に突出しており、突起部１６に対する低融点金属ボール１８の接続信頼性を向上させるためには金属層１７の少なくとも一部が突起部１６の側面から外側に突出している必要がある。こうした構造であれば、金属層１７の突出部分下方に回りんだ低融点金属ボール１８が金属層１７の突出部分に係止される。そのため、低融点金属ボール１８に対し水平方向および／または垂直方向に力が加わったとしても低融点金属ボール１８を突起部１６から外れにくくすることができる。低融点金属ボール１８が係止させる部分を増やすべく金属層１７の面積が突起部１６の上面面積より大きくなるように金属層１７を設けることが望ましい。
【００２６】
本実施形態における金属層１７は、配線層１４の垂直方向に上下２層からなるＮｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）層である。上側の層であるＡｕ層は低融点金属ボール１８と接触しており、下側の層であるＮｉ層は突起部１６と接触している。Ａｕは、低融点金属ボール１８に用いられるはんだに対するぬれ性が高いため、低融点金属ボール１８と接触する面積をＮｉ層よりも増加させるようＡｕ層を上側に配置することで低融点金属ボール１８を設置しやすくなる。
【００２７】
突起部１６の側面にも、たとえば電解めっき法あるいは無電解めっき法により形成された、Ａｕ／Ｎｉめっき層などの金属層が被覆されていてもよい。たとえば配線層１４および突起部１６に圧延銅を用い、低融点金属ボール１８としてはんだボールを用いた場合、銅（Ｃｕ）とはんだ中の錫（Ｓｎ）との反応により突起部１６が空洞化してしまうおそれがある。また、銅とはんだとの界面においてクラックが生じるおそれもある。突起部１６に金属層が被覆されることで、このような現象を抑制することができる。ただし、低融点金属ボール１８が係止されるように金属層１７の一部が、側面に被覆された金属層よりも突出している状態にする必要がある。
【００２８】
突起部１６が突出している側の配線層１４の主表面には、配線層１４の酸化などを防ぐための保護層２０が設けられている。保護層２０としては、ソルダーレジスト層などが挙げられる。保護層２０には突起部１６に対応する領域に開口部２０ａが形成されており、保護層２０は、開口部２０ａから突起部１６が突出するように設けられている。低融点金属ボール１８は開口部２０ａと接触していないが、図２に示されるように、その一部が開口部２０ａの内側面に当接していてもよい。この場合、保護層２０の開口部２０ａの内側面と突起部１６の側面と配線層１４の表面とによって囲まれる凹部内に低融点金属ボール１８の一部が陥入する。これにより、低融点金属ボール１８の配線層１４の主表面に平行な方向への広がりが抑制されるため、ボール高さを高く保つことができる。
【００２９】
さらに、素子搭載用基板１０には、配線層１４と電気的に接続され、配線層１４から絶縁樹脂層１２側に突出している突起電極２２を有していてもよい。突起電極２２は、その全体的な形状が先端に近づくにつれて細くなるような形状となっている。また、断面視で突起電極２２の側面が、曲率が変化する曲線状の形状（例えば富士山）であってもよい。突起電極２２の頂部下面には突起部１６と同様に金属層１９が設けられている。
【００３０】
上述の構成を備えた素子搭載用基板１０に半導体素子５０が搭載されて半導体モジュール３０が形成される。本実施形態の半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０の突起電極２２頂部下面に設けられた金属層１９と、半導体素子５０の素子電極５２とが絶縁樹脂層１２を介して電気的に接続された構造である。なお、半導体モジュール３０の構造については特にこれに限定されず、半導体素子５０が、素子搭載用基板１０の任意の位置に、ワイヤボンディングなどの任意の方法で実装されていてもよい。金属層１９は、たとえば金属層１７と同様にＮｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）層を用いることができる。
【００３１】
半導体素子５０は、突起電極２２のそれぞれに対向する素子電極５２を有する。また、絶縁樹脂層１２に接する側の半導体素子５０の主表面には、素子電極５２が開口するように設けられた素子保護層５４が積層されている。半導体素子５０の具体例としては、集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの半導体チップが挙げられる。素子保護層５４の具体例としては、ポリイミド層が挙げられる。また、素子電極５２には、たとえばアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。
【００３２】
本実施形態においては、絶縁樹脂層１２が、素子搭載用基板１０と半導体素子５０との間に設けられ、素子搭載用基板１０が絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に圧着し、半導体素子５０が他方の主表面に圧着している。そして、突起電極２２が、絶縁樹脂層１２を貫通して、半導体素子５０に設けられた素子電極５２と電気的に接続されている。絶縁樹脂層１２は、加圧により塑性流動を起こす材料からなるため、素子搭載用基板１０、絶縁樹脂層１２および半導体素子５０がこの順で一体化された状態において、突起電極２２頂部下面に設けられた金属層１９と素子電極５２との間に絶縁樹脂層１２の残膜が介在することが抑制され、接続信頼性の向上が図られる。
【００３３】
（素子搭載用基板および半導体モジュールの製造方法）
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、金属層１７、金属層１９および突起電極２２の形成方法を示す工程断面図である。
【００３４】
図３（Ａ）に示すように、少なくとも、突起部１６および突起電極２２の高さと配線層１４の厚さとの和より大きい厚さを有する金属板としての銅板１３を用意する。
【００３５】
次に、図３（Ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、突起部１６および突起電極２２のパターンに合わせてレジスト７０を銅板１３の上下面に選択的に形成する。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板１３に所定膜厚のレジスト膜を貼り付け、突起部１６および突起電極２２のパターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像することによって、銅板１３の上下面にレジスト７０が選択的に形成される。なお、レジストとの密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板１３の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。
【００３６】
次に、図３（Ｃ）に示すように、たとえば電解めっき法あるいは無電解めっき法により、レジスト７０をマスクとして、銅板１３の上面に所定のパターンに対応する金属層１７を、下面に所定のパターンに対応する金属層１９を形成する。
【００３７】
次に、図３（Ｄ）に示すように、レジスト７０を剥離剤を用いて剥離する。さらに、銅板１３の上面を保護するべく、金属層１７を含む銅板１３の全面にレジスト（図示せず）を形成する。
【００３８】
次に、図３（Ｅ）に示すように、金属層１９をマスクとして、銅板１３の下面に所定のパターンの突起電極２２を形成する。具体的には、金属層１９をマスクとして銅板１３をエッチングすることにより、所定のパターンを有する突起電極２２を形成する。銅板１３の上面にはレジスト（図示せず）が形成されているため、このエッチングにより金属層１７はマスクとして機能しない。突起電極２２の形成後、銅板１３上面のレジスト（図示せず）は剥離剤を用いて剥離される。
【００３９】
以上説明した工程により、突起電極２２が形成される。本実施形態の突起電極２２における基底部の径、先端部の径、高さは、たとえばそれぞれ、４０μｍφ、３０μｍφ、５０μｍである。
【００４０】
図４（Ａ）〜（Ｆ）は、配線層１４、低融点金属ボール１８および突起部１６の形成方法、突起電極２２と素子電極５２との接続方法を示す工程断面図である。
【００４１】
図４（Ａ）に示すように、金属層１７による段差を解消するべく上面に保護膜１５を設けた銅板１３を絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１側に配置する。また、突起電極２２に対向する素子電極５２が設けられた半導体素子５０を、絶縁樹脂層１２の他方の主表面に配置する。絶縁樹脂層１２の厚さは突起電極２２の高さ程度であり、約３５μｍである。そして、プレス装置を用いて、銅板１３と半導体素子５０とを、絶縁樹脂層１２を介して圧着する。保護膜１５を設けることで銅板１３を下方向に均一に加圧できる。プレス加工時の圧力および温度は、それぞれ約５Ｍｐａおよび１８０℃である。
【００４２】
プレス加工により、絶縁樹脂層１２が塑性流動を起こし、突起電極２２と金属層１９が絶縁樹脂層１２を貫通する。そして、図４（Ｂ）に示すように、銅板１３、絶縁樹脂層１２および半導体素子５０が一体化され、金属層１９と素子電極５２とが圧着して、突起電極２２と素子電極５２とが電気的に接続される。突起電極２２は、その全体的な形状が先端に近づくにつれて細くなるような形状であるため、突起電極２２が絶縁樹脂層１２をスムースに貫通する。本実施形態では、銅板１３を絶縁樹脂層１２に圧着して、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に銅板１３を積層している。
【００４３】
次に、図４（Ｃ）に示すように、保護膜１５を除去した後、金属層１７をマスクとして、銅板１３の上面に所定のパターンの突起部１６を形成する。具体的には、金属層１７をマスクとして銅板１３をエッチングすることにより、所定のパターンを有する突起部１６を形成する。突起部１６を形成する際、金属層１７の端部が突起部１６の側面から外側に突出するように銅板１３のエッチングが調節される。本実施形態の突起部１６における基底部の径、先端部の径、高さは、たとえばそれぞれ、１５０μｍφ、１００μｍφ、５０μｍである。
【００４４】
次に、図４（Ｄ）に示すように、リソグラフィ法により、突起部１６を形成した側の銅板１３の主表面に、配線層１４のパターンに合わせてレジスト（図示せず）を選択的に形成する。そして、該レジストをマスクとして銅板１３をエッチングして、銅板１３に所定のパターンの配線層１４を形成する。その後レジストを除去する。本実施形態における配線層１４の厚さは約２０μｍである。
【００４５】
ここで、配線層１４の形成に続いて、突起部１６の側面に、たとえば十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．５〜３．０μｍの範囲にある所定の凹凸を形成するようにしてもよい。凹凸は、たとえば、突起部１６の表面に粗化処理を施すことにより形成することができる。粗化処理としては、たとえば、ＣＺ処理（登録商標）などの薬液処理、プラズマ処理などが挙げられる。突起部１６が圧延銅からなる場合には、突起部１６を形成する銅の結晶粒の向きが、配線層１４の主表面に平行な方向に並ぶ。このため、突起部１６表面の粗化処理によって、突起部１６の側面に容易に凹凸を形成することができる。また、突起部１６の粗化処理の際に、同時に配線層１４を粗化処理してもよい。この場合、配線層１４の表面にも凹凸が形成され、アンカー効果によって、次工程で形成する保護層２０と配線層１４との接合強度を高めることができる。
【００４６】
次に、図４（Ｅ）に示すように、リソグラフィー法により、突起部１６に対応する領域に開口部２０ａ形成した保護層２０を、突起部１６が突出している側の配線層１４の主表面に、開口部２０ａから突起部１６が突出するように形成する。
【００４７】
次に、図４（Ｆ）に示すように、突起部１６に、たとえば、はんだ印刷法を用いて低融点金属ボール１８を形成する。具体的には、たとえば、樹脂とはんだ材をペースト状にしたはんだペーストを、スクリーンマスクにより所望の箇所に印刷し、はんだ溶融温度に加熱することで、低融点金属ボール１８を形成する。あるいは、別の方法として配線層１４側にあらかじめフラックスを塗布しておき、低融点金属ボール１８を配線層１４にマウントしてもよい。低融点金属ボール１８は、金属層１７全体と突起部１６の側面を被覆している。本実施形態における低融点金属ボール１８の配線層１４に平行な方向における径は約１６０〜２５０μｍであり、ボール高さはプリント配線基板に搭載した状態で約１４０μｍである。
【００４８】
図２に示される半導体モジュール３０を製造するためには、図４（Ｅ）にて開口部２０ａの内側面と突起部１６との間隔がより密になるように保護膜を形成すればよい。また、図４（Ｆ）にて突起部１６に印刷するはんだペーストの量を増やすことによっても形成してもよい。このようにして形成された低融点金属ボール１８は、突起部１６の側面全体を被覆し、その一部が開口部２０ａの内側面に当接している。これにより、低融点金属ボール１８の配線層１４の主表面に平行な方向への広がりが抑制されるため、ボール高さを高く保つことができる。
【００４９】
以上説明した製造工程により、半導体モジュール３０が形成される。また、半導体素子５０を搭載しなかった場合には、素子搭載用基板１０が得られる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の素子搭載用基板１０は、配線層１４と突起部１６とを一体形成している。そのため、熱による応力が発生した場合であっても、配線層１４と突起部１６との間でクラックが発生する可能性は少ない。そのため、素子搭載用基板１０に半導体素子５０を搭載した半導体モジュール３０をプリント配線基板に実装した場合においても、半導体モジュール３０とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上する。また、突起部１６の側面に凹凸が形成され、突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度が高まるため、より接続信頼性が向上する。
【００５１】
さらに、突起部１６と金属層１７によって低融点金属ボール１８を支持しているため、ボール高さを高く保つことができる。また、図２に示されるような半導体モジュール３０では低融点金属ボール１８の一部が開口部２０ａの内側面に当接して、低融点金属ボール１８の配線層１４の主表面に平行な方向への広がりが抑制されるため、ボール高さをより高く保つことができる。ボール高さが高く保たれるため、プリント配線基板に実装するための半導体モジュール３０の電極間の微細ピッチ化が可能となり、また、微細ピッチ化された構造における半導体モジュール３０のプリント配線基板への実装信頼性が向上する。
【００５２】
さらに、金属層１７の端部が突起部１６の側面から外側に突出しているため、低融点金属ボール１８が金属層１７の端部に係止され、低融点金属ボール１８が突起部１６から外れにくくなる。そのため、突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度が高まるため、より接続信頼性が向上する。このように接続信頼性の向上に資する金属層１７をマスクとして用い銅板１３をエッチングすることができるため製造工程がより簡素化され、半導体モジュール３０の製造を低コスト化できる。
【００５３】
（実施形態２）
上述の実施形態１では、突起部１６の頂部上面に設けられた金属層１７の端部が突起部１６の側面から配線層１４に平行な方向に突出しているが、図５で示されるように突起部１６の側面に沿って突出していてもよい。本実施形態ではこうした金属層１７を含む半導体モジュール３０について説明する。なお、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５４】
図５は、実施形態２に係る素子搭載用基板１０およびこれを用いた半導体モジュール３０の構成を示す概略断面図である。半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０およびこれに搭載された半導体素子５０を備える。
【００５５】
金属層１７の端部は、突起部１６の頂部側面を被覆するように突起部１６の側面から突出している。これにより、突起部１６の頂部上面および頂部側面が金属層１７により被覆される。そのため、実施形態１と同様、金属層１７の突出部分下方に回り込んだ低融点金属ボール１８が当該突出部分に係止されるため、低融点金属ボール１８に対し水平方向および／または垂直方向に力が加わったとしても低融点金属ボール１８が突起部１６から外れにくくなる。突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度が高まるため、より接続信頼性が向上する。
【００５６】
（素子搭載用基板および半導体モジュールの製造方法）
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、突起電極２２の形成方法を示す工程断面図である。
【００５７】
図６（Ａ）に示すように、少なくとも、突起部１６および突起電極２２の高さと配線層１４の厚さとの和より大きい厚さを有する金属板としての銅板１３を用意する。
【００５８】
次に、図６（Ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、突起電極２２のパターンに合わせてレジスト７０を銅板１３の上面に選択的に形成する。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板１３に所定膜厚のレジスト膜を貼り付け、突起電極２２のパターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像することによって、銅板１３の上にレジスト７０が選択的に形成される。なお、レジストとの密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板１３の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。さらに、銅板１３の下面を保護するべく、銅板１３下面の全面にレジスト（図示せず）を形成する。
【００５９】
次に、図６（Ｃ）に示すように、レジスト７０をマスクとして、銅板１３に所定のパターンの突起電極２２を形成する。具体的には、レジスト７０をマスクとして銅板１３をエッチングすることにより、所定のパターンを有する突起電極２２を形成する。銅板１３の下面にはレジスト（図示せず）が形成されているため、このエッチングから銅板１３の下面は保護される。突起電極２２の形成後、銅板１３下面のレジスト（図示せず）は剥離剤を用いて剥離される。
【００６０】
次に、図６（Ｄ）に示すように、レジスト７０を剥離剤を用いて剥離する。以上説明した工程により、突起電極２２が形成される。本実施形態の突起電極２２における基底部の径、先端部の径、高さは、たとえばそれぞれ、４０μｍφ、３０μｍφ、５０μｍである。なお、レジストを用いて銅板１３の下面を保護しているが、図６（Ｃ）のエッチングにより銅板１３の厚さを調整する（例えば銅板１３の下面をエッチングすることで厚さを薄くする）場合、銅板１３の下面にレジストを形成しなくてもよい。
【００６１】
図７（Ａ）〜（Ｆ）は、配線層１４、金属層１７、低融点金属ボール１８の形成方法、突起電極２２と素子電極５２との接続方法を示す工程断面図である。
【００６２】
図７（Ａ）に示すように、突起電極２２が絶縁樹脂層１２側を向くようにして、銅板１３を絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１側に配置する。また、突起電極２２に対向する素子電極５２が設けられた半導体素子５０を、絶縁樹脂層１２の他方の主表面に配置する。絶縁樹脂層１２の厚さは突起電極２２の高さ程度であり、約３５μｍである。そして、プレス装置を用いて、銅板１３と半導体素子５０とを、絶縁樹脂層１２を介して圧着する。プレス加工時の圧力および温度は、それぞれ約５Ｍｐａおよび１８０℃である。
【００６３】
プレス加工により、絶縁樹脂層１２が塑性流動を起こし、突起電極２２が絶縁樹脂層１２を貫通する。そして、図７（Ｂ）に示すように、銅板１３、絶縁樹脂層１２および半導体素子５０が一体化され、突起電極２２と素子電極５２とが圧着して、突起電極２２と素子電極５２とが電気的に接続される。突起電極２２は、その全体的な形状が先端に近づくにつれて細くなるような形状であるため、突起電極２２が絶縁樹脂層１２をスムースに貫通する。本実施形態では、銅板１３を絶縁樹脂層１２に圧着して、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に銅板１３を積層している。
【００６４】
次に、図７（Ｃ）に示すように、リソグラフィ法により、絶縁樹脂層１２と反対側の銅板１３の主表面に、突起部１６のパターンに合わせてレジスト（図示せず）を選択的に形成する。そして、該レジストをマスクとして銅板１３の主表面をエッチングして、銅板１３に所定のパターンの突起部１６を形成する。その後レジストを除去する。本実施形態の突起部１６における基底部の径、先端部の径、高さは、たとえばそれぞれ、１５０μｍφ、１００μｍφ、５０μｍである。
【００６５】
突起部１６を形成した後、リソグラフィー法により、突起部１６の頂部上面および頂部側面を除く領域を被覆するように保護膜２１を形成する。
【００６６】
次に、図７（Ｄ）に示すように、たとえば電解めっき法あるいは無電解めっき法により、保護膜２１から突出し露出している突起部１６の頂部上面および頂部側面に金属層１７を形成する。
【００６７】
次に、図７（Ｅ）に示すように、保護膜２１を除去し、突起部１６の頂部上面および頂部側面が金属層１７で被覆されている状態にする。
【００６８】
次に、図７（Ｆ）に示すように、リソグラフィ法により図４（Ｄ）と同様、銅板１３に所定のパターンの配線層１４を形成する。本実施形態における配線層１４の厚さは約２０μｍである。さらに、リソグラフィー法により図４（Ｅ）と同様、突起部１６に対応する領域に開口部２０ａが形成された保護層２０を、突起部１６が突出している側の配線層１４の主表面に、開口部２０ａから突起部１６が突出するように形成する。
【００６９】
さらに、図４（Ｆ）と同様、突起部１６に、たとえば、はんだ印刷法を用いて低融点金属ボール１８を形成する。低融点金属ボール１８は、金属層１７と突起部１６の側面全体を被覆している。本実施形態における低融点金属ボール１８の配線層１４に平行な方向における径は約１６０〜２５０μｍであり、ボール高さはプリント配線基板に搭載した状態で約１４０μｍである。
【００７０】
本実施形態においても図２に示されように低融点金属ボール１８が開口部２０ａの内側面に当接していてもよく、図２の製造方法と同様の方法により製造できる。また、実施形態１と同様に、金属層１７に被覆されていない突起部１６の側面に粗化処理を施すことにより凹凸を形成してもよい。さらに、実施形態１と同様に金属層１９をマスクとして用いる方法により突起電極２２を形成してもよい。
【００７１】
以上説明した製造工程により、半導体モジュール３０が形成される。また、半導体素子５０を搭載しなかった場合には、素子搭載用基板１０が得られる。
【００７２】
実施形態１と同様に、本実施形態の素子搭載用基板１０は、配線層１４と突起部１６とを一体形成している。そのため、熱による応力が発生した場合であっても、配線層１４と突起部１６との間でクラックが発生する可能性は少ない。そのため、素子搭載用基板１０に半導体素子５０を搭載した半導体モジュール３０をプリント配線基板に実装した場合においても、半導体モジュール３０とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上する。また、突起部１６の側面に凹凸を形成した場合には、突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度が高まるため、より接続信頼性が向上する。
【００７３】
さらに、突起部１６と金属層１７によって低融点金属ボール１８を支持しているため、ボール高さを高く保つことができる。また、図２に示されるような半導体モジュール３０では低融点金属ボール１８の一部が開口部２０ａの内側面に当接して、低融点金属ボール１８の配線層１４の主表面に平行な方向への広がりが抑制されるため、ボール高さをより高く保つことができる。ボール高さが高く保たれるため、プリント配線基板に実装するための半導体モジュール３０の電極間の微細ピッチ化が可能となり、また、微細ピッチ化された構造における半導体モジュール３０のプリント配線基板への実装信頼性が向上する。
【００７４】
（実施形態３）
上述の実施形態１では、金属層１７が突起部１６の頂部上面に接触して設けられているが、図８で示されるように突起部１６の頂部上面に接触することなく、当該頂部の側面のみを被覆するように突出していてもよい。本実施形態ではこうした金属層１７を含む半導体モジュール３０について説明する。なお、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７５】
図８は、実施形態３に係る素子搭載用基板１０およびこれを用いた半導体モジュール３０の構成を示す概略断面図である。半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０およびこれに搭載された半導体素子５０を備える。
【００７６】
金属層１７は、突起部１６の頂部上面に接触することなく突起部１６の頂部側面のみを被覆し、突起部１６の側面から外側に突出している。これにより、実施形態１と同様、金属層１７の突出部分下方に回り込んだ低融点金属ボール１８が当該突出部分に係止されるため、低融点金属ボール１８に対し水平方向および／または垂直方向に力が加わったとしても低融点金属ボール１８が突起部１６から外れにくくなる。突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度が高まるため、より接続信頼性が向上する。
【００７７】
（素子搭載用基板および半導体モジュールの製造方法）
図９（Ａ）、（Ｂ）は、配線層１４、金属層１７、低融点金属ボール１８の形成方法を示す工程断面図である。
【００７８】
図７（Ａ）〜（Ｅ）に示す方法により、突起部１６の頂部上面と頂部側面が金属層１７に被覆されている状態を製造する。
【００７９】
次に、図９（Ａ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いて研磨することで突起部１６の頂部上面に接触している金属層１７を除去し、突起部１６の頂部上面を露出させる。
【００８０】
次に、図９（Ｂ）に示すように、リソグラフィ法により図４（Ｄ）と同様、銅板１３に所定のパターンの配線層１４を形成する。本実施形態における配線層１４の厚さは約２０μｍである。さらに、リソグラフィー法により図４（Ｅ）と同様、突起部１６に対応する領域に開口部２０ａが形成された保護層２０を、突起部１６が突出している側の配線層１４の主表面に、開口部２０ａから突起部１６が突出するように形成する。
【００８１】
さらに、図４（Ｆ）と同様、突起部１６に、たとえば、はんだ印刷法を用いて低融点金属ボール１８を形成する。低融点金属ボール１８は、突起部１６の頂部上面、金属層１７および突起部１６の側面全体を被覆している。本実施形態における低融点金属ボール１８の配線層１４に平行な方向における径は約１６０〜２５０μｍであり、ボール高さはプリント配線基板に搭載した状態で約１４０μｍである。
【００８２】
本実施形態においても図２に示されように低融点金属ボール１８が開口部２０ａの内側面に当接していてもよく、図２の製造方法と同様の方法により製造できる。また、実施形態１と同様に、金属層１７に被覆されていない突起部１６の側面に粗化処理を施すことにより凹凸を形成してもよい。さらに、実施形態１と同様に金属層１９をマスクとして用いる方法により突起電極２２を形成してもよい。
【００８３】
以上説明した製造工程により、半導体モジュール３０が形成される。また、半導体素子５０を搭載しなかった場合には、素子搭載用基板１０が得られる。
【００８４】
実施形態１と同様に、本実施形態の素子搭載用基板１０は、配線層１４と突起部１６とを一体形成している。そのため、熱による応力が発生した場合であっても、配線層１４と突起部１６との間でクラックが発生する可能性は少ない。そのため、素子搭載用基板１０に半導体素子５０を搭載した半導体モジュール３０をプリント配線基板に実装した場合においても、半導体モジュール３０とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上する。また、突起部１６の側面に凹凸を形成した場合には、突起部１６と低融点金属ボール１８との接合強度が高まるため、より接続信頼性が向上する。
【００８５】
さらに、突起部１６と金属層１７によって低融点金属ボール１８を支持しているため、ボール高さを高く保つことができる。また、図２に示されるような半導体モジュール３０では低融点金属ボール１８の一部が開口部２０ａの内側面に当接して、低融点金属ボール１８の配線層１４の主表面に平行な方向への広がりが抑制されるため、ボール高さをより高く保つことができる。ボール高さが高く保たれるため、プリント配線基板に実装するための半導体モジュール３０の電極間の微細ピッチ化が可能となり、また、微細ピッチ化された構造における半導体モジュール３０のプリント配線基板への実装信頼性が向上する。
【００８６】
（実施形態４）
次に、本発明の半導体モジュールを備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、たとえば、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、及びデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）といった電子機器であってもよい。
【００８７】
図１０は本発明の実施形態に係る半導体モジュール３０を備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話１１１は、第１の筐体１１２と第２の筐体１１４が可動部１２０によって連結される構造になっている。第１の筐体１１２と第２の筐体１１４は可動部１２０を軸として回動可能である。第１の筐体１１２には文字や画像等の情報を表示する表示部１１８やスピーカ部１２４が設けられている。第２の筐体１１４には操作用ボタンなどの操作部１２２やマイク部１２６が設けられている。なお、本発明の各実施形態に係る半導体モジュール３０はこうした携帯電話１１１の内部に搭載されている。
【００８８】
図１１は図１０に示した携帯電話の部分断面図（第１の筐体１１２の断面図）である。本発明の各実施形態に係る半導体モジュール３０は、低融点金属ボール１８を介してプリント配線基板１２８に搭載され、こうしたプリント配線基板１２８を介して表示部１１８などと電気的に接続されている。また、半導体モジュール３０の裏面側（低融点金属ボール１８とは反対側の面）には金属基板などの放熱基板１１６が設けられ、たとえば、半導体モジュール３０から発生する熱を第１の筐体１１２内部に篭もらせることなく、効率的に第１の筐体１１２の外部に放熱することができるようになっている。
【００８９】
本発明の各実施形態に係る半導体モジュール３０によれば、半導体モジュール３０とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上するため、こうした半導体モジュール３０を搭載した本実施形態に係る携帯機器については、その信頼性が向上する。
【００９０】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００９１】
たとえば、上述の各実施形態では、配線層は単層であったが、これに限定されず、配線層は多層であってもよい。
【００９２】
また、上述の各実施形態では、本願の接続用金属の一例として低融点金属ボールを挙げたが、その形状はボール形状に限定されるものではない。また、便宜上「ボール高さ」と表現したが、同様にボール形状に限定するものではない。
【００９３】
また、上述の各実施形態では、１つの突起部１６のみが示されているが、配線層１４に複数の突起部１６が形成されていてもよい。さらに、上述の各実施形態では、金属層１７が低融点金属ボール１８によって完全に被覆されているが、低融点金属ボール１８が金属層１７の突出部分に係止されれば、部分的に金属層１７が露出していてもよい。
【００９４】
さらに、本発明の構成は、ウエハレベルＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）プロセスと呼ばれる半導体パッケージの製造プロセスに適用することができる。これによれば、半導体モジュールの薄型化・小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施形態１に係る素子搭載用基板およびこれを用いた半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図２】低融点金属ボールが開口部の内側面に当接している場合の半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図３】金属層、金属層および突起電極の形成方法を示す工程断面図である。
【図４】配線層、低融点金属ボールおよび突起部の形成方法、突起電極と素子電極との接続方法を示す工程断面図である。
【図５】実施形態２に係る素子搭載用基板およびこれを用いた半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図６】突起電極の形成方法を示す工程断面図である。
【図７】配線層、金属層、低融点金属ボールの形成方法、突起電極と素子電極との接続方法を示す工程断面図である。
【図８】実施形態３に係る素子搭載用基板およびこれを用いた半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図９】配線層、金属層、低融点金属ボールの形成方法を示す工程断面図である。
【図１０】実施形態４に係る携帯電話の構成を示す図である。
【図１１】携帯電話の部分断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  素子搭載用基板、  １２  絶縁樹脂層、  １３  銅板、  １４  配線層、  １５  保護膜、  １６  突起部、  １７  金属層、  １８  低融点金属ボール、  １９  金属層、  ２０  保護層、  ２０ａ  開口部、  ２１  保護膜、  ２２  突起電極、  ３０  半導体モジュール、  ５０  半導体素子、  ５２  素子電極、  ５４  素子保護層、  ７０  レジスト。
【図１】
2009224581.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009224581.tif 000008
【図７】
2009224581.tif 000009
【図８】
2009224581.tif 000010
【図９】
2009224581.tif 000011
【図１０】
2009224581.tif 000012
【図１１】
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