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JP3990962B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配線基板の製造方法に関し、より詳細には金属からなるベース材を使用して接続用のバンプと配線パターンを備えた配線基板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線基板を製造する方法には、特開２０００−３２３６１３号公報、特開２００２−８３８９３号公報に記載されているように、金属からなるベース材の一方の面に、半導体素子の電極と接続するためのバンプやバンプと電気的に接続する配線パターンを形成した後、ベース材を溶解して除去することにより配線基板を製造する方法がある。
ベース材に配線パターンを形成するには、通常の配線基板の製造方法が適用できる。たとえば、ベース材の表面に絶縁層を形成し、絶縁層にビア穴を形成した後、絶縁層の表面およびビア穴の内面にめっきシード層を形成し、ベース材をめっき給電層とする電解めっきを施して、絶縁層の表面およびビア穴の内面に導体層を形成し、導体層をエッチングすることによって所定のパターンの配線パターンを形成する方法を利用すればよい。
【０００３】
また、ベース材を利用して配線基板を製造する際に、半導体素子の電極に接続するバンプをはんだによって形成する方法として、バンプの配置に合わせてベース材の表面を凹部状にエッチングし、ベース材をめっき給電層とする電解はんだめっきを施してベース材の表面に形成された凹部にはんだを充填した後、ベース材を溶解して除去することにより突起状のはんだバンプを形成する方法がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２３６１３号公報
【特許文献２】
特開２００２−８３８９３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したベース材を用いて配線基板を製造する際に、半導体素子の電極の配置に合わせて基板にはんだバンプを形成する場合、電極は配置間隔が狭く微小に形成されているから、製造工程上、高度の形成精度が求められ、また、電極に接合するはんだバンプはきわめて微小に形成されるから、基板との接触面積が小さくなり、基板とはんだバンプとの接合性が問題になることがある。
【０００６】
また、上述したベース材を用いた配線基板の製造工程では、ベース材に絶縁層や配線パターンを形成する際に絶縁層を加熱硬化させる等のために熱処理がなされる。その熱処理の際に、はんだバンプを備える配線基板を形成する場合、はんだバンプの表面が変色するという問題がある。これは、ベース材に使用している銅とはんだ中のＳｎとが相互に拡散し、はんだとベース材との界面に化合物相が形成されるためと考えられる。このように、はんだバンプの表面が変色すると、外観が損なわれるとともに、はんだバンプと電極との電気的接続の信頼性が低下する等の問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、半導体素子との電気的接続が確実になされ、信頼性の高い配線基板として得ることができ、かつ製造も容易な配線基板の製造方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、配線基板の製造方法において、金属からなるベース材の片面を電気的絶縁性を有する樹脂皮膜により被覆し、前記樹脂皮膜に、接続用のバンプを形成する位置に合わせて、ベース材が底面に露出する開口穴を形成する工程と、前記開口穴を形成した樹脂皮膜をマスクとしてベース材をエッチングして前記ベース材にバンプ穴を形成し、次いで、前記ベース材をめっき給電層として、前記バンプ穴の内面を、はんだとの界面で化合物相が生成されることを阻止するバリアメタル皮膜により被覆する工程と、前記ベース材をめっき給電層とするはんだめっきを施して、前記バンプ穴にはんだを充填し、次いで、前記ベース材をめっき給電層として、前記バンプ穴に充填されたはんだの表面にバリア層を形成する工程と、前記樹脂皮膜の表面に、前記バンプ穴に充填されたはんだと電気的に接続する配線パターンを形成する工程と、配線パターンを形成した後、前記ベース材をエッチングにより除去し、次いで、はんだバンプの表面を被覆するバリアメタル層をはんだを侵さずにエッチングにより除去することにより、基板の表面に半球状に突出するはんだバンプを備えた配線基板を得ることを特徴とする。
また、前記樹脂皮膜に形成する開口穴の内面形状を、開口側が拡径するテーパ面に形成し、はんだめっきを施す際に、バンプ穴をはんだによって完全に充填するとともに、開口穴内に部分的にはんだがはいり込むようにはんだめっきを施すことにより、はんだバンプが基板から剥離しないよう基板に支持して形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
図１〜３は、本発明に係る配線基板の製造方法の実施形態として、半導体素子を搭載するはんだバンプを備えた配線基板を製造する製造工程を示す。
本実施形態では、２枚の金属からなるベース材を貼り合わせ、各々のベース材の片面上にはんだバンプと配線パターンとを形成し、ベース材を２つに分離した後、各々のベース材を溶解して除去することにより配線基板を製造する。以下、製造工程順に説明する。
【００１０】
図１(a)は、貼り合わせた２枚のベース材１０、１０の他方の面側を電気的絶縁性を有する絶縁層１２によって被覆した状態を示す。絶縁層１２はポリイミドフィルム等の電気的絶縁性を有する樹脂フィルムをラミネートして形成することができる。
本実施形態ではベース材１０に大判の銅箔を使用し、２枚の大判のベース材１０を重ねて貼り合わせたものを基材として使用する。ベース材１０はその外周縁に沿った細幅の部位を接着剤により貼り合わせ、ベース材１０を分離する場合は、接着剤で貼り合わせた内側位置を切断するようにする。
【００１１】
図１(b)は、絶縁層１２に開口穴１２ａを形成した状態を示す。開口穴１２ａは半導体素子の電極の配置に合わせるとともに、電極に接合するはんだバンプの径寸法に合わせた大きさで開口するように形成する。開口穴１２ａは絶縁層１２にレーザ加工あるいはエッチング加工を施して形成することができる。開口穴１２ａを形成する際は、図のように開口穴１２ａの内面を開口側が拡径するテーパ面状にするのがよい。
【００１２】
図１(c)は、開口穴１２ａを形成した絶縁層１２をマスクとして、ベース材１０の開口部分を化学的にエッチングし、バンプ穴１６を形成した状態を示す。絶縁層１２で円形に開口する開口部分からエッチングすることにより、バンプ穴１６は内面が球面状にエッチングされる。化学的エッチングによる場合は、バンプ穴１６内でベース材１０が横方向にも侵食され、バンプ穴１６の基部位置の径寸法は、開口穴１２ａの穴径よりも拡径する形状となる。
【００１３】
図１(d)は、ベース材１０をめっき給電層としてバンプ穴１６の内面に、電解めっきによりバリアメタル皮膜１８を形成した状態を示す。バリアメタル皮膜１８は銅からなるベース材１０とはんだバンプとの界面で化合物相が形成されることを阻止するためのもので、バンプ穴１６の内面全体を被覆するように設ける。バリアメタル皮膜１８としてはニッケル皮膜あるいはコバルト皮膜が使用でき、ニッケルめっきあるいはコバルトめっきを施して形成することができる。バリアメタル皮膜１８は後工程でエッチングによって除去するから、バリアメタル皮膜１８には、はんだを侵さずに容易にエッチングして除去できる金属を使用する。
【００１４】
図１(e)は、ベース材１０をめっき給電層として電解はんだめっきを施し、バンプ穴１６をはんだ２０によって充填した状態を示す。なお、はんだめっきを施す際には、バンプ穴１６をはんだ２０によって完全に充填するとともに、絶縁層１２に設けた開口穴１２ａにも部分的にはんだ２０がはいり込むようにめっきする。開口穴１２ａにもはんだ２０がはいり込むようにめっきすることで、はんだバンプを形成した際にはんだバンプが基板から剥離しにくくなる。
【００１５】
図２(a)〜(d)は、ベース材１０に複数層に配線パターンを積層して形成する工程を示す。
図２(a)は、バンプ穴１６に充填されたはんだ２０の表面に、ベース材１０をめっき給電層として電解めっきによりバリア層２２を形成し、さらに無電解銅めっきと電解銅めっきを施して開口穴１２ａの内面と絶縁層１２の表面に銅層２４を形成した状態である。バリア層２２は、はんだ２０と銅層２４との間で化合物層が形成されることを阻止するためのもので、ニッケルめっきによって形成する。
【００１６】
図２(b)は銅層２４を所定パターンにエッチングして絶縁層１２の表面に配線パターン２４ａを形成した状態である。
図２(c)は、絶縁層１２の表面に樹脂フィルムをラミネートして第２層目の絶縁層１３を形成し、レーザ加工によって絶縁層１２にビア穴２６を形成した状態である。なお、絶縁層１３にビア穴２６を形成する方法としては、絶縁層を感光性の樹脂皮膜によって形成し、露光および現像によって形成する方法も可能である。
図２(d)は、絶縁層１３の表面およびビア穴２６の内面にめっきシード層を形成し、ベース材１０をめっき給電層として電解銅めっきを施して、絶縁層１３の表面およびビア穴２６の内面に銅層を形成し、銅層を所定パターンにエッチングして第２層目の配線パターン２４ｂを形成した状態を示す。配線パターン２４ａ、２４ｂはビア２８を介して電気的に接続される。
なお、絶縁層１３の表面およびビア穴２６の内面にめきシード層を形成する方法としては、たとえば無電解銅めっきによる方法、スパッタリングによる方法等が利用できる。
【００１７】
図３(a)は、絶縁層１３の表面をソルダーレジスト等の保護層３０により被覆し、保護層３０をパターニングして外部接続端子を接合するためのランド３２を露出させて形成した状態を示す。ランド３２にはニッケルめっき、金めっき等の所要の保護めっきを施す。
図３(b)は、前述したように、大判のベース材１０の外周縁に沿った、ベース材１０を貼り合わせている内側位置を切断し、ベース材１０を２つに分離した状態を示す。図では、分離した一方のベース材１０について示している。ベース材１０を２つに分離することにより、各々のベース材１０は、その片面側で絶縁層１２、１３を介して配線パターン２４ａ、２４ｂが積層されて形成されたものとなる。
【００１８】
図３(c)は、ベース材１０をエッチングして除去した状態を示す。本実施形態ではベース材１０が銅材であり、バリアメタル皮膜１８がニッケル皮膜あるいはコバルト皮膜からなり、ベース材１０をエッチングするエッチング液によっては侵されないから、図３(c)に示すように、バリアメタル皮膜１８によってはんだ２０の外表面が被覆された状態で露出するようにベース材１０をエッチングして除去することができる。
【００１９】
図３(d)は、はんだ２０の外表面を被覆するバリアメタル皮膜１８のみをエッチングして除去し、基板の表面にはんだバンプ２０ａが形成された状態を示す。バリアメタル皮膜１８は、剥離液を用いることで、はんだ２０を侵すことなくバリアメタル皮膜１８のみを選択的にエッチングして除去することができる。
はんだバンプ２０ａはベース材１０の他方の面に形成した内面が球面状となるバンプ穴１６にはんだ２０を充填して形成したものであり、ベース材１０を溶解して除去し、バリアメタル皮膜１８を除去することにより、絶縁層１２、１３を介して配線パターン２４ａ、２４ｂが多層に形成された配線基板の表面から半球状のバンプ状に突出して形成される。
【００２０】
配線基板は、バリアメタル皮膜１８を除去した後、大判に形成されている基板を所定位置で切断することにより、個片の配線基板として得られる。
図４は、上記方法によって得られた配線基板４０に半導体素子５０を搭載した半導体装置を示す。配線基板４０のランド３２にはんだボール等の外部接続端子４２が接合され、配線基板４０に設けられたはんだバンプ２０ａと半導体素子５０の電極５２とが接合されている。これによって、半導体素子５０と外部接続端子４２とが電気的に接続された半導体装置が得られる。
【００２１】
上述した実施形態では、配線基板を形成する際に、ベース材１０を支持材としてはんだバンプ２０ａを形成し、ベース材１０を支持材として多層に配線パターン２４ａ、２４ｂを形成しているから、製造工程中で、はんだバンプ２０ａや配線パターン２４ａ、２４ｂが位置ずれしないように確実に保持して所要の処理を施すことができ、高精度に配線基板を形成することができる。半導体素子の電極に位置合わせしてはんだバンプ２０ａを形成するような場合には、高度の位置精度が求められるが、ベース材を使用して配線基板を形成する方法であれば、容易に所要の精度で配線基板を形成することができる。
また、本実施形態では、ベース材１０の他方の面上に絶縁層１２、１３を介して配線パターン２４ａ、２４ｂを積層して形成した後、ベース材１０を溶解して除去するのみで簡単に所要の配線パターンを備えた配線基板を得ることができ、はんだバンプ付の配線基板を効率的な製造工程によって形成できるという利点がある。
【００２２】
また、本実施形態では、バンプ穴１６の内面にバリアメタル皮膜１８を形成したことにより、配線基板を製造する工程で加熱処理がなされた場合でも、ベース材１０とはんだバンプとの界面で化合物相が形成されず、これによって、はんだバンプ２０ａが変色するといった問題を確実に解消することができ、はんだバンプ２０ａの接合信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態では、ベース材１０をエッチングしてバンプ穴１６を形成する際に、バンプ穴１６の径寸法が絶縁層１２に形成した開口穴１２ａの径寸法よりも大きくなるように設定してはんだをバンプ穴１６と開口穴１２ａの内部に充填することにより、はんだ２０が絶縁層１２に形成された開口穴１２ａのバンプ穴１６側の周縁部で逆止されて支持され、はんだバンプ２０ａがきわめて小さく、基板との接触面積が十分とれないような場合でも基板に確実に係止させ、はんだバンプ２０ａが基板から剥離することを防止できるという利点がある。
【００２３】
また、上記実施形態においては、ベース材１０を２枚貼り合わせて基材とし、両面のベース材に配線パターンを形成することで、効率的に配線基板を形成するようにしているが、ベース材を貼り合わせずに１枚のベース材１０を用いて配線基板を形成することももちろん可能である。
また、上記実施形態では、ベース材１０に形成したバンプ穴１６にはんだ２０を充填したが、バンプ穴１６にはんだめっきを施すかわりに金めっき等を施すことによって、適宜金属からなるバンプを形成することが可能である。金等のはんだ以外の金属によってはんだバンプを形成した場合も、上述したように、基板からバンプを剥離しないようにして形成することができる。
【００２４】
また、上記実施形態においては、ベース材１０に配線パターンを形成する方法として、サブトラクト法によって配線パターンを形成した例を示したが、本発明においてベース材１０に配線パターンを形成する方法はサブトラクト法に限るものではなく、たとえば絶縁層１２、１３の表面に配線パターンを形成する際に、アディティブ法やセミアディティブ法を利用して配線パターンを形成することももちろん可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る配線基板の製造方法によれば、ベース材にバンプ穴を形成してはんだを充填する際に、バンプ穴を事前にバリアメタル皮膜により被覆するようにするから、ベース材とはんだバンプとの界面で化合物相が生成されることを防止し、はんだバンプの変色を防止して、接合信頼性の高いはんだバンプを備えた配線基板を提供することができる。また、ベース材にはんだバンプを形成する際に使用する樹脂皮膜が、配線パターンを形成する絶縁層としても使用され、絶縁層を介して配線パターンを多層に形成した配線基板を容易に製造することができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線基板の製造方法により配線基板を製造する製造工程を示す説明図である。
【図２】本発明に係る配線基板の製造方法により配線基板を製造する製造工程を示す説明図である。
【図３】本発明に係る配線基板の製造方法により配線基板を製造する製造工程を示す説明図である。
【図４】本発明方法によって形成された配線基板に半導体素子を搭載した半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ ベース材
１２、１３ 絶縁層
１２ａ 開口穴
１６ バンプ穴
１８ バリアメタル皮膜
２０ はんだ
２０ａ はんだバンプ
２２ バリア層
２４ 銅層
２４ａ、２４ｂ 配線パターン
２６ ビア穴
２８ ビア
３０ 保護層
３２ ランド
４０ 配線基板
４２ 外部接続端子
５０ 半導体素子
５２ 電極

Claims (2)

  1. 金属からなるベース材の片面を電気的絶縁性を有する樹脂皮膜により被覆し、前記樹脂皮膜に、接続用のバンプを形成する位置に合わせて、ベース材が底面に露出する開口穴を形成する工程と、
    前記開口穴を形成した樹脂皮膜をマスクとしてベース材をエッチングして前記ベース材にバンプ穴を形成し、次いで、前記ベース材をめっき給電層として、前記バンプ穴の内面を、はんだとの界面で化合物相が生成されることを阻止するバリアメタル皮膜により被覆する工程と、
    前記ベース材をめっき給電層とするはんだめっきを施して、前記バンプ穴にはんだを充填し、次いで、前記ベース材をめっき給電層として、前記バンプ穴に充填されたはんだの表面にバリア層を形成する工程と、
    前記樹脂皮膜の表面に、前記バンプ穴に充填されたはんだと電気的に接続する配線パターンを形成する工程と、
    配線パターンを形成した後、前記ベース材をエッチングにより除去し、次いで、はんだバンプの表面を被覆するバリアメタル層をはんだを侵さずにエッチングにより除去することにより、基板の表面に半球状に突出するはんだバンプを備えた配線基板を得ることを特徴とする配線基板の製造方法。
  2. 樹脂皮膜に形成する開口穴の内面形状を、開口側が拡径するテーパ面に形成し、
    はんだめっきを施す際に、バンプ穴をはんだによって完全に充填するとともに、開口穴内に部分的にはんだがはいり込むようにはんだめっきを施すことを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。
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