JP4161463B2

JP4161463B2 - チップキャリアの製造方法

Info

Publication number: JP4161463B2
Application number: JP09606399A
Authority: JP
Inventors: 清智中村; 秀克関根
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: JP2000294675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田を用いてフリップチップ実装する際に使用されるチップキャリア及び半導体装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半田フリップチップ実装タイプの半導体装置では、ＩＣチップの実装時に半田が配線基板の配線層をつたって濡れ広がったり、余剰な半田があふれて隣接のＩＣチップパッドとショートするのを防ぐために、ソルダーレジストと呼ばれる絶縁樹脂層を最外層に設けている。このソルダーレジストにて配線層の大部分が覆われ、実装に必要なパッドだけが外部に露出する構造になっている。このためパッドはソルダーレジストよりも内側で、ソルダーレジスト面よりも低い位置に位置することになり、ＩＣチップのパッドからは離れてくる。
【０００３】
そのためソルダーレジストに囲まれたチップキャリアのパッドに半田バンプを形成してＩＣチップのパッドと接合しやすくする。この半田バンプはソルダーレジストのパッド部の開口半径及びレジスト厚が一定で、且つ半田供給量が一定であれば、半田バンプの高さを制御でき、高い接合信頼性を保持することができる。
【０００４】
しかし、実際は工程バラツキがあるため、チップキャリアの半田バンプの高さはバラツイてくる。その結果ＩＣチップのパッドとチップキャリアの半田バンプの間で接合しない箇所が生じる。ソルダーレジストがチップキャリアの配線層とＩＣチップパッドとの間に介在することにより、チップキャリアの半田バンプとＩＣチップパッドとの間にあるギャップができることになり、距離が離れてしまうためにＩＣチップ側のパッドに、金や半田などを使ってバンプを形成してやる必要がある。
【０００５】
ＩＣチップに形成されるバンプにはある程度の高さ精度が要求され、現在多く用いられている湿式のメッキ法ではバンプ形成の工程が追加されることによってＩＣチップの歩留まりが著しく低下するという問題がある。
【０００６】
また、ＩＣチップはプリント基板やチップキャリア等と比較して高価な設備を駆使して製造されているため、設備の稼働率がＩＣチップの製造コストに大きく影響してくる。そのためＩＣチップにバンプを形成することはＩＣチップの歩留まりを低下させることになり、半導体メーカにとっては非常に大きな負担となる。このことからＩＣチップのバンプ形成の工程はできることなら省略して出荷したい。
【０００７】
よって、バンプはＩＣチップ側に形成するよりも、チップキャリアに形成した方が、より高付加価値部品であるＩＣチップの歩留まり向上に寄与し、工程短縮による製造リスクの低減等のメリットが期待できる。
【０００８】
しかし、現状のチップキャリアの製造工法では、内層から外層にむかって層状に積み上げていくか、もしくはプレス積層して最後にソルダーレジストを形成するような工法をとっているため、ソルダーレジストからパッドが突出した構成にすることは困難であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、チップキャリアの配線層とバンプ形成面を分離することによりＩＣチップ実装後の高い接合信頼性が得られるチップキャリア及び半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記問題を解決するために、請求項１においては、絶縁基板に配線層及びバンプが形成されたチップキャリアにおいて、前記絶縁基板の片面に前記配線層が、もう一方の面に前記バンプが形成されていることを特徴とするチップキャリアとしたものである。
【００１１】
また、請求項２においては、前記バンプは電極パッドと接合ろうとからなることを特徴とする請求項１に記載のチップキャリアとしたものである。
【００１２】
また、請求項３においては、請求項１又は２に記載のチップキャリアを用いてＩＣチップを半田フリップチップ実装したことを特徴とする半導体装置としたものである。
【００１３】
さらにまた、請求項４においては、以下の工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のチップキャリアの製造方法としたものである。
（ａ）金属板１１上にスペーサー層１２及び絶縁基板１３を形成する工程。
（ｂ）スペーサー層１２及び絶縁基板１３の所定位置に開口部１４を形成する工程。
（ｃ）開口部１４に電解めっきにより所定厚の接合ろう１５を形成する工程。（ｄ）接合ろう１５が形成された開口部１４の残部に電解めっきにより電極パッド１６を形成する工程。
（ｅ）電極パッド１６及び絶縁基板１３上に配線層１７及び１９からなる多層配線を形成する工程。
（ｆ）金属板１１及びスペーサー層１２を剥離・除去してチップキャリア１０を形成する工程。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき説明する。
図１（ａ）に本発明のチップキャリアの一実施例を示す模式斜視図を、図１（ｂ）に図１（ａ）の本発明のチップキャリアの一実施例を示す斜視図をＡ−Ａ線で切断した構成断面図を、図２（ａ）〜（ｆ）に本発明のチップキャリアの一実施例を工程順に示す構成断面図を、図３（ａ）に本発明のチップキャリアを用いてＩＣチップを半田フリップチップ実装した本発明の半導体装置の一実施例を示す模式斜視図を、図３（ｂ）に本発明の半導体装置の一実施例を示す模式斜視図をＢ−Ｂ線で切断した模式構成断面図を、それぞれ示す。
【００１５】
本発明のチップキャリア１０は図１（ａ）及び（ｂ）に示すように絶縁基板１３の片面に電極パッド１６と接合ろう１５からなるバンプ２１が、もう一方の面に配線層１７及び配線層１９からなる多層配線を形成したものである。
さらに、チップキャリア１０上にＩＣチップ３１を半田フリップチップ実装して本発明の半導体装置３０を得る。
バンプ２１は電極パッド１６の一部が絶縁基板１３に埋め込まれた形で形成されており、この絶縁基板１３がソルダーレジストを兼ねているため、従来のチップキャリアのようにバンプの周辺にソルダーレジストを形成する必要がなく、バンプ２１の絶縁基板１３の表面からの高さは後の製造工程で述べるスペーサー層の厚み及び接合ろう１６の高さで決まり、両者を精度良く形成してやれば、バンプ２１の高さは精度良く形成できるので、ＩＣチップ３１を半田フリップチップ実装する際にもＩＣチップ３１のパッド３２とチップキャリア１０のバンプ２１との高い接合信頼性を実現することができる。
【００１６】
以下本発明のチップキャリア１０の形成法について述べる。
まず、金属基板１１上にスペーサ層１２及び絶縁基板１３を形成する（図２（ａ）参照）。
ここで、金属基板１１は導電性を有する金属であれば使用可能であるが、ここでは製造プロセス上ステンレス板が好ましい。スペーサ層１２は接合ろう１５及び電極パッド１６を電解めっきで形成するために使用されるもので、絶縁性を有する樹脂であれば使用可能であるが、後工程で最終的に剥離・除去されるため、電解めっきプロセスには充分な耐性を有し、且つ剥離処理が容易な液状の感光性レジスト又はドライフィルムレジストが好適である。また、スペーサ層１２の厚みは絶縁基板１３の面からのバンプ２１の高さを決めることになるので均一な厚みバラツキのない層を形成してやる必要がある。さらに、絶縁基板１３の面からのバンプ２１の高さは５〜２００μｍがで、好ましくは４０〜１００μｍである。
【００１７】
絶縁基板１３はチップキャリア１０の絶縁基板になるもので、絶縁性、耐熱性及び機械的強度が求められ、ポリイミドフィルムが好適である。また絶縁基板１３はフィルムのほかに液状樹脂を硬化させて使用してもよい。この場合ポリエステル、エポキシ、アクリル及びポリイミド樹脂等が使用可能であるが、やはりポリイミド樹脂が好適である。
【００１８】
次に、スペーサ層１２及び絶縁基板１３に電極パッド１６及び接合ろう１５からなるバンプ２１を形成するための開口部１４をエキシマレーザ加工にて形成する（図２（ｂ）参照）。
開口部１４の形状は円柱もしくは円錐台形状が一般的である。
【００１９】
次に、金属基板１１をめっき電極にして電解めっきにて開口部１４に接合ろう１５を形成する（図２（ｃ）参照）。
接合ろう１５の金属材料としては、湿式メッキ法にて形成可能で、且つ実装時の加熱温度で溶融してＩＣチップのパッドとの接合が完了する金属が望ましい。ここでは鉛−錫半田が好適である。
【００２０】
次に、金属基板１１をめっき電極にして電解めっきにて開口部１４の接合ろう１５上に電極パッド１６を形成する（図２（ｄ）参照）。
電極パッド１６の金属材料としては電気抵抗が低い銅及び銅合金がもっとも適している。さらに、配線層が銅金属で形成されるため配線層との接続信頼性の点からも好都合である。また、電極パッド１６は電解めっき法の他にスクリーン印刷による金属ペースト充填法や高速無電解めっき法でも形成可能である。
【００２１】
次に、電極パッド１６にアディティブ法若しくはセミアディティブ法にて配線層１７を形成する。さらに、絶縁層１８を形成して、絶縁層１８上にアディティブ法若しくはセミアディティブ法にて配線層１７とビア接続された配線層１９を形成し、２層の多層配線を形成する（図２（ｅ）参照）。
ここでは、２層の多層配線について記述したが特に限定されるものではなく、単層若しくは２層以上の多層配線を必要に応じて適宜設定できる。
【００２２】
次に、接合ろう１５、電極パッド１６、配線層１７及び配線層１９が形成された上記基板を専用の剥離液に浸漬し、金属基板１１及びスペーサ層１２を剥離・除去して、絶縁基板１３の片面に接合ろう１５及び電極パッド１６からなるバンプ２１が、もう一方の面に配線層１７及び配線層１９からなる多層配線が形成された本発明のチップキャリア１０を作製することができる（図２（ｆ）参照）。
【００２３】
さらに、ＩＣチップ３１のパッド３２とチップキャリア１０のバンプ３１を接合して半田フリップチップ実装することにより半導体装置３０を得ることができる（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
【００２４】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
まず、０.３ｍｍ厚のステンレス板からなる金属基板１１上に２５μｍ厚のドライフィルムレジスト（Ｈ−Ｋ８２５：日立化成工業（株）製）をラミネートしてスペーサ層１２を形成し、このスペーサ層１２を接着層として、９０μｍ厚のポリイミドフィルム（カプトン：デュポン（株）製）をラミネートして絶縁基板１３を形成した。
【００２５】
次に、金属基板１１上のスペーサ層１２及び絶縁基板１３の所定位置にエキシマレーザ加工機を用いて４０μｍφの円錐台状の開口部１４を形成した。
【００２６】
次に、金属基板１１をめっき電極にして、電解はんだめっきを行い開口部１４に１５μｍ厚の鉛−錫はんだからなる接合ろう１５を形成した。
【００２７】
次に、金属基板１１をめっき電極にして、硫酸銅浴からなる電解銅めっきにて開口部１４の接合ろう１５上に銅金属からなる１００μｍ厚の電極パッド１６を形成した。
【００２８】
次に、絶縁基板１３及び電極パッド１６上に銅をスパッタリングして約３０００Å厚の薄膜導体層を形成した。さらに、電解銅めっきにて薄膜導体層上に１５μｍ厚の銅の導体層を形成し、フォトリソグラフィープロセスならびにエッチング工程を用いて導体層をパターニング処理して電極パッド１６と電気的に接続された配線層１７を形成した。
【００２９】
次に、絶縁基板１３及び配線層１７上にエポキシ系の樹脂溶液をスクリーン印刷にて塗布、乾燥、硬化して絶縁層１８を形成した。さらに、絶縁層１８の所定位置にレーザ加工にてビアホールを形成し、ビアホール及び絶縁層１８上に銅の導体層を形成し、フォトリソグラフィープロセスならびにエッチング工程を用いてパターニング処理して配線層１７とビア接続された配線層１９を形成した。
【００３０】
次に、接合ろう１５、電極パッド１６、配線層１７及び配線層１９が形成された基板を１０％の苛性ソーダ溶液に浸せきし、金属基板１１及びスペーサ層１２を剥離・除去して、絶縁基板１３の片面に接合ろう１５及び電極パッド１６からなるバンプ２１と、もう一方の面に配線層１７及び配線層１９からなる多層配線を有するチップキャリア１０を作製することができた。
【００３１】
上記チップキャリア１０はポリイミドの絶縁基板１３をチップ実装のソルダーレジストとして利用できるため、ソルダーレジストの形成工程を省略できる。
【００３２】
さらに、ＩＣチップ３１のパッド３２とチップキャリア１０のバンプ３１を接合して半田フリップチップ実装して半導体装置３０を作製した。
本発明のチップキャリア１０を用いてＩＣチップをフリップチップ実装した結果ＩＣチップ３１のパッド３２側に適正な量の半田が供給されて、高い接合信頼性を有する本発明の半導体装置３０が得られた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のチップキャリアは絶縁基板の片面に接合ろう及び電極パッドからなるバンプを、もう一方の面に配線層を形成しているため、ソルダーレジストの役目を絶縁基板に持たせることができ、ソルダーレジストの形成工程を省略できる。さらに、本発明の製造方法でバンプを形成すると、接合ろうの厚みを精度良く形成できるとともに、実装条件にあった接合ろう（材料配合及び厚み）を設定でき、且つ絶縁基板上に均一な高さのバンプを形成できる。
さらに、本発明のチップキャリアを用いて半田フリップチップ実装した場合高い接合信頼性を有する半導体装置を実現することができる。
これにより、実装信頼性の高い半導体装置を提供でき、半導体パッケージ分野において優れた実用上の効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の半導体装置基板の一実施例を示す模式斜視図である。
（ｂ）は、本発明の半導体装置基板の一実施例の模式斜視図をＡ−Ａ線で切断した模式構成断面図を示す。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の半導体装置基板の一実施例の製造工程を工程順に示す模式構成断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の半導体装置基板を用いてＩＣチップを半田フリップチップ実装した本発明の半導体装置の一実施例を示す模式斜視図である。
（ｂ）は、本発明の半導体装置の一実施例の模式斜視図をＢ−Ｂ線で切断した模式構成断面図を示す。
【符号の説明】
１０……チップキャリア
１１……金属基板
１２……スペーサ層
１３……絶縁基板
１４……開口部
１５……接合ろう
１６……電極パッド
１７……配線層
１８……絶縁層
１９……配線層
２１……バンプ
３０……半導体装置
３１……ＩＣチップ
３２……パッド

Claims

絶縁基板に配線層及びバンプが形成されたチップキャリアにおいて、前記絶縁基板の片面に前記配線層が、もう一方の面に前記バンプが形成されているおり、前記バンプは電極パッドと該電極パッド上の接合ろうとからなり、以下の工程を有することを特徴とするチップキャリアの製造方法。
（ａ）金属板（１１）上にスペーサー層（１２）及び絶縁基板（１３）を形成する工程。
（ｂ）スペーサー層（１２）及び絶縁基板（１３）の所定位置に開口部（１４）を形成する工程。
（ｃ）開口部（１４）に電解めっきにより所定厚の接合ろう（１５）を形成する工程。
（ｄ）接合ろう（１５）が形成された開口部（１４）の残部に電極パッド（１６）を形成する工程。
（ｅ）電極パッド（１６）及び絶縁基板（１３）上に配線層（１７）及び（１９）からなる多層配線を形成する工程。
（ｆ）金属板（１１）及びスペーサー層（１２）を剥離除去してチップキャリア（１０）を形成する工程。