JP2000294675A - チップキャリア及び半導体装置並びにチップキャリアの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】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てチッ
プキャリア１０を得る。さらに、ＩＣチップのパッドと
チップキャリア基板のバンプ２１とを接合し半田フリッ
プチップ実装して半導体装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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Ｉ
Ｃ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１
３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Ｉ
Ｃ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１
２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５〜２
００μｍ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１
１上に２５μｍ厚のドライフィルムレジスト（Ｈ−Ｋ８
２５：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１
６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Ｉ
Ｃ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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。
2. 【請求項２】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。
3. 【請求項３】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。
4. 【請求項４】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。 （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。