JP2016048768A

JP2016048768A - 配線板及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2016048768A
Application number: JP2014173930A
Authority: JP
Inventors: 正明竹越; Masaaki Takekoshi; 中村　幸雄; Yukio Nakamura; 幸雄中村; 森田　高示; Koji Morita; 高示森田; 智彦小竹; Tomohiko Kotake
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-04-07

Abstract

【課題】配線板の製造工程及び実装工程の反りを抑制することが可能な配線板及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】支持基板上に、任意の層数の絶縁層及び配線層を有する基板部が設けられた積層体６００の基板部上に補強基板９を設ける。その後、支持基板を除去し、配線板を得る。【選択図】図１１

Description

本発明は、配線板及び半導体装置の製造方法に関する。

近年、携帯型情報通信機器端末をはじめ、電子機器の小型化及び高機能化が急速に進んでおり、薄型かつ高機能な半導体装置が要求されている。半導体装置に用いる配線板を薄くすれば、半導体装置の薄型化に直結し、また配線板内の導体経路長が短縮できることから、高機能化にも有利である。そのため、配線板を極力薄型化することが求められている。

例えば、配線基板の高密度化及び薄型化に対応する基板として汎用されつつある、ビルドアップ法により形成された多層配線板は、従来は、コア基板上に絶縁層及び配線層を繰り返し積層する方法により製造されてきた。しかしながら、上記のような薄型化の要求に応じて、コア基板を除去した多層配線板が検討されている。

しかしながら、配線板を薄型化すると、その分剛性が小さくなることから、配線板の製造工程において発生する反りが大きくなる問題が生じる。これにより、配線板の製造時における配線加工、種々の穴あけ加工等の位置精度が悪化する場合があり、歩留まり良く配線板を製造することが困難となる。また、配線板の反りが大きいと、半導体チップのフリップチップ実装が困難になり、半導体装置の生産性にも悪影響を及ぼす。

この課題を解決するため、支持基板上に薄型の配線板を作り、最終的に支持基板を除去する方法が知られている。また、支持基板を除去する前に半導体チップを搭載する方法が提案されている。（特許文献１）

特許第４８６６２６８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、より薄型の配線板を製造する場合、仮基板から配線部材を分離した後の工程（例えば、実装工程）において、反りが生じるおそれがある。

また、実装工程における反りを低減するため、仮基板を設けたまま、半導体チップを搭載することも考えられるが、両面に半導体チップを搭載する必要があり、搭載に際して特殊な配線板の固定方法が必要になるため、生産性に問題がある。

本発明は、配線板の製造工程及び実装工程の反りを抑制することが可能な配線板及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく検討を進めた結果、下記の本発明により当該課題を解決できることを見出した。

[１]下記工程１〜３を有する、配線板の製造方法。
工程１：支持基板上の少なくとも一方の面に、任意の層数の絶縁層及び配線層を有する基板部を設ける工程
工程２：前記基板部上に補強基板を設ける工程
工程３：前記支持基板を除去する工程
[２]前記工程１で、支持基板上の少なくとも一方の面に下地層を設ける、[１]に記載の配線板の製造方法。

[３]前記下地層の大きさが、支持基板及び基板部の大きさよりも小さい、[１]又は[２]に記載の配線板の製造方法。

[４]前記工程１で、支持基板の両面に基板部を設ける、[１]〜[３]のいずれか１つに記載の配線板の製造方法。

[５]さらに、下記工程４及び５を有する、[１]〜[３]のいずれか１つに記載の配線板の製造方法。
工程４：前記基板部の最外層に開口部を有するソルダレジスト層を形成する工程
工程５：前記開口部にめっき処理又はプリフラックス処理を施す工程
[６]前記基板部のソルダレジスト層を除いた絶縁層の熱膨張係数が、支持基板に近いほど大きくなる、[１]〜[５]のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。

[７]前記基板部のソルダレジスト層の熱膨張係数が、支持基板に近いほど大きくなる、[１]〜[６]のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。

[８]前記支持基板が、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材を硬化してなる基板である[１]〜[７]のいずれか１つに記載の配線板の製造方法。

[９]前記補強基板が接着層とコア基材を有する、[１]〜[８]のいずれか１つに記載の配線板の製造方法。

[１０]前記接着層が、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材である[９]に記載の配線板の製造方法。

[１１]前記コア基材が、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材を硬化してなる基板である[９]又は[１０]に記載の配線板の製造方法。

[１２]前記支持基板の厚さが、基板部の厚さよりも厚い、[１]〜[１１]のいずれか１つに記載の配線板の製造方法。

[１３]前記補強基板の厚さが、基板部の厚さよりも厚い、[１]〜[１２]のいずれか１つに記載の配線板の製造方法。

[１４] [１]〜[１３]のいずれか１つに記載の配線板の製造方法を用いた、半導体装置の製造方法。

本発明によると、配線板の製造工程及び実装工程の反りを抑制することが可能な配線板及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図２は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図３は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図４は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図５は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図６は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図７は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図８は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図９は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図１０は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図１１は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図１２は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図１３は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図１４は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図１５は、本発明の配線板の製造方法の一例を示す断面図である。図１６は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１７は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１８は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１９は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

本発明の配線板及び半導体装置の製造方法では、図１に示すように、まず、支持基板１として１ｍｍの厚さの硬化済みのＦＲ−４基材を用意する。

支持基板１としては、有機基板、金属板等様々な種類の板を用いることができ、特に制限はないが、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材（プリプレグ）を硬化してなる基板、又は該基板の両面に金属箔を配した金属張積層板を用いることが好ましい。

ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材（プリプレグ）に用いられる熱硬化性樹脂としては、特に制限されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

これらの中でも、強度、耐薬品性、及び加工性に優れる支持基板１が得られる点から、エポキシ樹脂を含有することが好ましい。

支持基板１の厚さとしては、特に制限されるものではないが、基板部の厚さよりも厚いことが好ましく、２０００μｍ以下であることがより好ましい。支持基板１の厚さが基板部の厚さよりも厚い場合、基板部の反りが十分に抑制される傾向にある。また、支持基板１の厚さが２０００μｍ以下であると、配線板作製工程で取り扱い性が良好となる傾向がある。

その後、図２に示すように、下地層２及び配線層３ａとして厚さ３μｍの銅箔を、絶縁層４ａとして１０μｍの半硬化の樹脂フィルムを用意する。
下地層２としては、例えば、銅箔等の金属箔、離型フィルム又は離型剤が用いられる。離型フィルムとしては、ポリエステル又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムに薄いフッ素樹脂（ＥＴＦＥ）層を積層したもの、若しくは、ポリエステル又はＰＥＴのフィルムの表面にシリコーン離型処理を施したものが用いられる。また、離型剤としては、シリコーン系離型剤やフッ素系離型剤が用いられる。

配線層３ａとしては、特に限定されるものではなく、例えば、銅箔等の金属箔や、銅、ニッケル、銀等の金属と有機化合物を併用した導電材料などを用いることができる。また、配線層３ａは、サブトラクティブ法、セミアディティブ法等の方法で形成することもできる。

配線層３ａの厚さとしては、特に制限はないが、１〜１２μｍの厚さであることが好ましい。配線層３ａの厚さが１μｍ以上であると良好な導電性が得られる傾向にあり、１２μｍ以下であると絶縁層による配線層の埋め込みが容易になる傾向にある。

絶縁層４ａとしては、特に制限されるものではないが、例えば、半硬化の樹脂フィルム、半硬化のプリプレグ及び半硬化のビルドアップ材等の絶縁材料を用いることができる。絶縁層４ａの厚さも、特に限定されるものではないが、例えば、５〜５０μｍの厚さであることが好ましい。絶縁層４ａの厚さが５μｍ以上であると良好な絶縁性が得られる傾向にあり、５０μｍ以下であると配線板を薄型化できる傾向にある。

本発明の各絶縁層は、レーザー等を用いてビアホール、スルーホール等を形成してもよい。また、ビアホールの形成後、必要に応じて、デスミア用の溶液や現像液等の薬液を用いて処理してもよい。

下地層２の大きさは、支持基板１、各配線層、及び各絶縁層の大きさよりも小さいことが好ましい。

図２に示すように、支持基板１の両面に下から順に下地層２、絶縁層４ａ、及び配線層３ａをそれぞれ積層する。その後、プレスにて加熱加圧することで図３に示す基板部１０１を有する積層体１００が得られる。本発明の基板部は、任意の層数の絶縁層及び配線層を有するものである。前記基板部が、本発明の配線板に相当する。

図３に示す実施形態では、下地層２の大きさが支持基板１、配線層３ａ、及び絶縁層４ａの大きさよりも小さく設定されている。そのため、支持基板１と絶縁層４ａとが、下地層２の外周部で接着される。また、支持基板１と下地層２（銅箔）は接着されていないため、後に下地層２の周縁に対応する部分又はその内側を切り落とすことで容易に支持基板１を除去することができる。

次に、図４に示すように、配線層３ａをサブトラクティブ法にて配線加工することで、積層体２００が得られる。本発明の各配線層は、特に限定されるものではなく、セミアディティブ法等の方法で形成してもよい。

続いて、図５に示すように、絶縁層４ｂとして１０μｍの半硬化の樹脂フィルムを、配線層３ｂとして３μｍの銅箔を用意する。そして、積層体２００の両面に下から順に絶縁層４ｂ、及び配線層３ｂをそれぞれ積層する。その後、プレスにて加熱加圧することで図６に示す基板部３０１を有する積層体３００を得ることができる。

次に、図７に示すように、配線層３ｂをサブトラクティブ法にて配線加工することで、基板部４０１を有する積層体４００が得られる。

ここで、絶縁層４ａと絶縁層４ｂの熱膨張係数の関係は、絶縁層４ａ＞絶縁層４ｂとなることが好ましい。こうすることにより、半導体装置を作製した際の反りが抑制される傾向にある。これは、半導体装置の反りが、主に半導体チップと配線板の熱膨張係数差によって、室温では半導体チップを上にして凸形状となるが、支持基板側の絶縁層を高熱膨張とすることで、配線板自体は半導体装置と逆方向へ反ろうとするためであると考えられる。

図７に示す実施形態では、絶縁層と配線層を交互に２段積層しているが、積層する段数は特に限定されるものではなく、絶縁層と配線層とが交互に積層されていなくてもよい。

次に、図８に示すように、積層体４００の両側に、厚さ１０μｍの露光及び現像工程により開口部が得られる光硬化性を有するフィルムタイプのソルダレジストを用いて、ソルダレジスト層５ａを設けることで、基板部５０１を有する積層体５００が得られる。本発明の各ソルダレジスト層の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、液状タイプのソルダレジストを塗布してもよい。

本発明の各ソルダレジスト層とは、基板部の最外層に配され、半導体チップや実装基板との電気的接続を得るための開口部を有する絶縁層を意味する。前記ソルダレジスト層としては、様々なソルダレジストを適用することができ、特に制限はないが、露光及び現像工程により開口部を得る光硬化性を有するタイプのものが広く使われており、コストを抑えることができ好ましい。

本発明の各ソルダレジスト層の厚さも、特に制限されるものではないが、例えば、５〜２５μｍの厚さが、配線層を埋め込みやすく、かつ薄型にできるため好ましい。

続いて、図９に示すように、露光現像のプロセスを経て、ソルダレジスト層５ａに開口部を設ける。開口部の形成方法も、特に限定されるものではなく、例えば、レーザ加工にて開口部を形成してもよい。さらに、ソルダレジスト層５ａの開口部に露出した配線層３ｂに、無電解ニッケルめっきと無電解金めっき処理を行い、電極部６ａを設けた。

前記めっき処理は、ソルダレジストの開口部に施す貴金属めっき処理のことを意味する。めっきの種類としては様々な種類のめっきを用いることができ、特に限定はないが、パッド金属の腐食防止の観点から、ニッケルめっき上に金メッキを施すことが好ましい。

また、さらにプリフラックス処理を行ってもよい。プリフラックス処理とは、前記の電極部に施すフラックス処理のことを意味する。フラックスの種類としては様々な種類のフラックスを用いることができ、特に限定はないが、いわゆるＯＳＰ（ＯｒｇａｎｉｃＳｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙＰｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）処理に適する材料を用いた処理方法が、電極部の腐食防止性や経時安定性に優れるため好ましい。

次に図１０に示す実施形態では、積層体６００の最外層の表面に離型処理を施した後、積層体６００の両側に、下から順に、接着層７として、６０μｍの半硬化のＦＲ−５基材（プリプレグ）を、コア基材８として、１ｍｍの硬化済みのＦＲ−５基材をそれぞれ配して、プレスで接着層７とコア基材８を基板部６０１に接着し、図１１に示すような積層体６００の両側に、接着層７とコア基材８を有する補強基板９が設けられた積層体７００が得られる。積層体６００の最外層の表面に行われる離型処理としては、特に制限はなく、フッ素系処理、シリコーン系処理等を用いることができる。補強基板９に用いられるコア基材８としては、例えば、有機基板、金属板等の板を用いることができる。これらの中でも、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材（プリプレグ）を硬化してなる基板を用いることが好ましい。ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材（プリプレグ）に用いられる熱硬化性樹脂としては、特に制限されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

これらの中でも、強度、耐薬品性、及び加工性に優れるコア基板が得られる点から、エポキシ樹脂を含有することが好ましい。

また、補強基板９の接着層７には、半硬化の樹脂フィルム、半硬化のプリプレグ、半硬化のビルドアップ材、及びコア基材８に塗布又は貼付け加工して用いる接着剤等の材料を用いることができる。また、接着層７としては、離型フィルム又は離型剤を用いてもよい。接着層７に離型フィルム又は離型剤を用いた場合、積層体６００最外層の表面に離型処理を行わなくてもよい。これらの中でも、接着層７には、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材（プリプレグ）を用いることが好ましい。プリプレグに用いられる熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、前述のコア基材の説明で例示した熱硬化性樹脂等を用いることができる。

補強基板９の厚さとしては、特に制限されるものではないが、補強基板９は最終的に作製する基板部の厚さのより厚いことが反りを抑制する観点からは好ましく、２０００μｍ以下であることがより好ましい。補強基板９の厚さが基板部の厚さよりも厚い場合、基板部の反りが十分に抑制される傾向にある。また、補強基板９の厚さが２０００μｍ以下であると、配線板作製工程で取り扱い性が良好となる傾向がある。接着層７にプリプレグを用いる場合、プリプレグの厚さは基板部の凹凸を埋め込む観点から４０μｍ以上とすることが好ましい。

次に、図１２に示すように、下地層２の周縁に対応する部分を切断する。これにより、図１２に示すように支持基板１と絶縁層４ａとが接着されていた部分が切断されるため、支持基板１と下地層２とを分離することができる。

続いて、図１３に示すように下地層２をサブトラクティブ法にて配線加工することで、積層体８００が得られる。次に、図１４に示すように積層体８００の下地層２上に、厚さ１０μｍの露光及び現像工程により開口部が得られる光硬化性を有するフィルムタイプのソルダレジストを用いて、ソルダレジスト層５ｂを設ける。

続いて、図１５に示すように、露光現像のプロセスを経て、ソルダレジスト層５ｂに開口部を設ける。開口部の形成方法も、特に限定されるものではなく、例えば、レーザ加工にて開口部を形成してもよい。さらに、ソルダレジスト層５ｂの開口部に露出した下地層２に、無電解ニッケルめっきと無電解金めっき処理を行い、電極部６ｂを有する積層体９００が得られる。このようなめっき処理やプリフラックス処理も、特に制限されるものではなく、必要に応じて行ってもよい。

ここで、ソルダレジスト層５ａとソルダレジスト層５ｂの熱膨張係数の関係は、ソルダレジスト層５ａ＞ソルダレジスト層５ｂとなることが好ましい。こうすることにより、半導体装置を作製した際の反りが抑制される傾向にある。これは、前述した絶縁層の熱膨張係数差で半導体装置の反りを低減するメカニズムと同じであると考えられる。

次に、図１６に示すように、積層体９００に半導体チップ１１を搭載する。ここで半導体チップ１１は、厚さ６０μｍのチップを、素子面を下にしてフリップチップ接続する。半導体チップの厚さ、搭載面、搭載数及び搭載方法も特に制限されるものではない。半導体チップを搭載する工程としては、ダイボンディングフィルムやダイボンディングペーストを用いる方法、アンダフィルや封止材を用いる方法等を用いることができ、特に制限はない。また、例えば、３０μｍ程度の半導体チップの裏面にダイアタッチフィルムのような接着剤を用い、チップを重ねるようにして複数枚搭載してもよい。

続いて、図１７に示すように、半導体チップ１１又は半導体チップ１１の接続部を保護するため、封止材１２を配する。図１７に示す実施形態では、半導体チップ１１の全体を覆い、封止材の厚さが２５０μｍとなるようにトランスファプレスで封止材１２を封止しているが、封止の範囲、封止の方法、封止材の種類は、特に制限されるものではない。封止材の厚さとしては、例えば、薄い基板部を支えられるように１５０μｍ以上が好ましく、２５０μｍ以上がより好ましい。

次に図１８に示すように、補強基板９を基板部から分離し除去する。ここでは、図１０に示す実施形態のように、積層体６００の最外層の表面に離型処理を行っている。これにより、離型処理を施した面から補強基板を分離することができる。

続いて、図１９に示すように個片化し、半導体装置１３を得ることができる。個片化の方法としては、特に制限されるものではなく、ブレードダイシング装置、レーザ分割装置、及びメカニカルドリル分割装置等を用いた方法で行うことができる。

１支持基板
２下地層
３ａ配線層
３ｂ配線層
４ａ絶縁層
４ｂ絶縁層
５ａソルダレジスト層
５ｂソルダレジスト層
６ａ電極部
６ｂ電極部
７接着層
８コア基材
９補強基板
１０バンプ
１１半導体チップ
１２封止材
１３半導体装置
１００積層体
２００積層体
３００積層体
４００積層体
５００積層体
６００積層体
７００積層体
８００積層体
９００積層体
１０１基板部
３０１基板部
４０１基板部
５０１基板部
６０１基板部

Claims

下記工程１〜３を有する、配線板の製造方法。
工程１：支持基板上の少なくとも一方の面に、任意の層数の絶縁層及び配線層を有する基板部を設ける工程
工程２：前記基板部上に補強基板を設ける工程
工程３：前記支持基板を除去する工程
前記工程１で、支持基板上の少なくとも一方の面に下地層を設ける、請求項１に記載の配線板の製造方法。
前記下地層の大きさが、支持基板及び基板部の大きさよりも小さい、請求項１又は２に記載の配線板の製造方法。
前記工程１で、支持基板の両面に基板部を設ける、請求項１〜３のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
さらに、下記工程４及び５を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
工程４：前記基板部の最外層に開口部を有するソルダレジスト層を形成する工程
工程５：前記開口部にめっき処理又はプリフラックス処理を施す工程
前記基板部のソルダレジスト層を除いた絶縁層の熱膨張係数が、支持基板に近いほど大きくなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
前記基板部のソルダレジスト層の熱膨張係数が、支持基板に近いほど大きくなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
前記支持基板が、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材を硬化してなる基板である請求項１〜７のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
前記補強基板が接着層とコア基材を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
前記接着層が、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材である請求項９に記載の配線板の製造方法。
前記コア基材が、ガラスクロスと熱硬化性樹脂とを含有する複合材を硬化してなる基板である請求項９又は１０に記載の配線板の製造方法。
前記支持基板の厚さが、基板部の厚さよりも厚い、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
前記補強基板の厚さが、基板部の厚さよりも厚い、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の配線板の製造方法。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の配線板の製造方法を用いた、半導体装置の製造方法。