JP4984502B2 - Ｂｇａ型キャリア基板の製造方法及びｂｇａ型キャリア基板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップが搭載されるＢＧＡ型キャリア基板の製造方法及びＢＧＡ型キャリア基板に関するものである。

近年の半導体装置は小型化、薄型化及び高密度化がより一層要求されるのに伴い、これらの半導体装置に用いられるパッケージ形態はＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）型やＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）からバンプ電極をエリアアレイ状に配置したＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）を使ったＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）として大きく市場に展開されている。

また、半導体大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体素子では、近年、動作速度がクロック周波数で１ＧＨｚに達するものが出現している。この様な高速半導体素子では、トランジスターの集積度が高く、その結果入出力端子数が１０００を越えるものもある。

このような多端子数の半導体素子をプリント配線基板に実装するために、半導体素子とプリント基板の間にはキャリア基板が配置され、両者の電気的接合の橋渡しを担っている。キャリア基板は、高密度化された半導体素子の端子との接合に対応するため、プリント配線基板よりも非常に薄い層構造で、一方の面に半導体チップを実装するためのバンプが、他方の面にはんだボール電極パッドが形成されてなるＢＧＡ型キャリア基板が用いられている。

最近では、さらなる高密度実装への対応、また、高動作周波数化への要望に答えるため、ポリイミド樹脂フィルムなどに配線層を形成したものを積層して多層回路配線板全体の厚さを薄くするとともに、層間接続長を短くすることにより高周波に対応させたものも開発されてきている。

図５（ａ）及び（ｂ）は、従来の半導体装置用テープキャリアの一例を示す模式平面図及び模式構成断面図である。
テープキャリア２００は、ポリイミドフィルム等からなる絶縁性フィルム１１１の所定位置に、インナーリード１２１ｃ、配線層１２１ｂ、ランド１２１ａ、デバイスホール１１３、はんだボール電極１３１が設けられている。

はんだボール電極１３１は、ランド１２１ａの裏面の絶縁性フィルム１１１に形成された開口部１１２内に設けられており、はんだボール電極１３１上にはＡｕ（金）、Ｓｎ（錫）、はんだ等によるめっきが施される。

さらに、はんだボール電極１３１上には、半田球を搭載、またははんだペーストの印刷、リフローにてはんだボール電極１３１上にはんだボール１４１が形成され（図６参照）、ＩＣチップを搭載、実装して半導体装置が得られる。

上記はんだボール電極１３１上に半田ボール１４１を形成する際、最近のファインピッチ、高密度実装の流れから、絶縁性フィルム１１１の厚みに対し、開口部１１２の径が小さくなっているため、半田球（又は、はんだペースト）が開口部１１２内のはんだボール電極１３１に接触し難くなる。
この結果、はんだ濡れ不良が生じたり、開口部１１２内にボイドが生じ、はんだボール電極１３１にはんだが接合されないことがある。

このはんだボール電極１３１へのはんだが接合不良問題を解決する方法として、はんだボール電極１３１上の開口部１１２内に電解銅めっきで嵩上げ導体層を形成した半導体装置用テープキャリアが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、はんだボール電極１３１上に形成される開口部の径が小さくなってくると、嵩上げ導体層の表面形状が問題になってくる。
図７（ａ）は、ランド１２１ａの裏面の絶縁性フィルム１１１に形成された開口部１１２内にはんだボール電極１３１が形成されたテープキャリアの部分模式構成断面図を示す。

図７（ａ）に示す開口部１１２内のはんだボール電極１３１上に電解銅プラグめっきにより嵩上げ導体層１５１を形成した嵩上げ導体層１５１の表面形状の一例を図７（ｂ）に示す。

図７（ｂ）に示す嵩上げ導体層１５１の表面は凸状の形状をしており、嵩上げ導体層１５１の厚みが、絶縁性フィルム１１１の８割程度に達していると、半田球を搭載する際に嵩上げ導体層１５１上で不安定になり、リフローする際に半田球が落ちたり、はんだボールの位置ズレ等が発生し、問題となっている。
このことから、嵩上げ導体層１５１の表面形状は、平坦か、凹状にすることが好ましい。

図７（ｂ）に示す嵩上げ導体層１５１表面の凸状の形状は、銅プラグめっきを直流の電解銅めっきで行った場合の事例で、めっき条件等で銅めっき析出形状を制御するのは難しいという問題を有している。
特許第３２３８０７４号公報

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、開口部内のはんだボール電極上に嵩上げ導体層を直流の電解銅めっきにて形成する際、予め電解銅めっきに使用する銅めっき液に銅めっき添加剤（促進剤）を添加することにより、嵩上げ導体層の表面形状を制御するようにしたＢＧＡ型キャリア基板の製造方法及びＢＧＡ型キャリア基板を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、一方の面に半導体チップを実装するためのパッドが、他方の面にはんだボール電極と嵩上げ導体層とが形成されてなるＢＧＡ型キャリア基板の製造方法において、
前記はんだボール接続バッドの嵩上げ導体層を直流の電解銅めっきにて作製する際、電解銅めっきに使用する銅めっき液にジスルフィド（二硫化物）系銅めっき添加剤（促進剤）として３−スルホプロピル−ジスルフィドを０．０４〜０．１５ｍｌ／Ｌの配合濃度で添加することで、前記はんだボール接続バッドと接する前記嵩上げ導体層の表面を凹状とすることを特徴とするＢＧＡ型キャリア基板の製造方法としたものである。

また、請求項２においては、請求項１に記載のＢＧＡ型キャリア基板の製造方法にて作製されたことを特徴とするＢＧＡ型キャリア基板としたものである。

本発明のＢＧＡ型キャリア基板の製造方法によると、はんだボール電極の嵩上げ導体層の表面形状を凹部状に形成できるので、はんだボールマウント性が安定化し、接合強度に優れたはんだボールを形成できる。
また、ＢＧＡ型キャリア基板は、接合強度に優れたはんだボールを形成できるので、半導
体チップ等を実装して得られた半導体装置は、信頼性に優れた半導体装置となる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明のＢＧＡ型キャリア基板の製造方法で作製されたＢＧＡ型キャリア基板の一実施例を示す模式構成断面図である。
図２は、はんだボール形成用の嵩上げ導体層３１の周辺部を拡大した部分拡大模式構成断面図である。

本発明のＢＧＡ型キャリア基板１００は、絶縁基材１１の一方の面にランド２１ａ及び半導体チップを接続するための電極パッド２１ｂと、他方の面にランド２１ａと電気的に接続されたはんだボール形成用の嵩上げ導体層３１とＮｉ／Ａｕめっき層５１とが形成されたものである。
嵩上げ導体層３１の表面形状は、図２に示すように、凹状になっているため、安定したボールマウント性を確保でき、優れたハンダボール接合強度を得ることができる。

以下、本発明のＢＧＡ型キャリア基板の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｈ）は、本発明のＢＧＡ型キャリア基板の製造方法の一例を示す模式構成断面図である。
まず、接着材層１２が形成されたポリイミドフィルムフィルム等からなる絶縁基材１１を準備する（図３（ａ）参照）。

次に、パンチング、レーザー加工等により穴開け加工して、絶縁基材１１の所定位置に開口部１３を形成し、開口部１３内デスミア処理を行う（図３（ｂ）参照）。
この開口部１３は、はんだボール形成用の嵩上げ導体層を形成するためのもので、開口部１３の孔径、加工精度等により穴開け加工方法を選定する。

次に、開口部１３が形成された絶縁基材１１の接着材層１２面と銅箔を加圧、加熱して貼り合わせ、開口部１３が形成された絶縁基材１１に導体層２１が形成された積層基材２０を作製する（図３（ｃ）参照）。

次に、積層基材２０の導体層２１の表面を電気的に保護するために、メンディングテープ等を貼着する等の方法で保護層（特に、図示せず）を形成し、ジスルフィド（二硫化物）系銅めっき添加剤（促進剤）を添加した下記に示す銅めっき液を使用して、導体層２１をカソードにして直流の電解銅プラグめっきを行い、開口部１３内に表面形状が凹状を示す嵩上げ導体層３１を形成する（図３（ｄ）参照）。

銅めっき液の組成例
硫酸銅濃度：１３０ｇ／Ｌ
硫酸濃度 ：１９０ｇ／Ｌ
塩酸濃度 ：１００ｍｇ／Ｌ
銅めっき液用抑制剤（ポリエチレングリコール）：１５ｍｇ／Ｌ
易溶性酸化銅：適量
ジスルフィド（二硫化物）系銅めっき添加剤（促進剤）：００４〜０６８ｍｌ／Ｌ
上記ジスルフィド（二硫化物）系銅めっき添加剤（促進剤）の配合量は、例えば、３−スルホプロピル−ジスルフィド（ロームアンドハース社製：米国）を使った場合の事例である。

３−スルホプロピル−ジスルフィド（ロームアンドハース社製：米国）の配合濃度と開口部１３の嵩上げ導体層３１の表面形状との関係は、０．０４〜０．１５ｍｌ／Ｌの配合
濃度で、開口部１３の嵩上げ導体層３１表面は凹状の形状を示す。
０．１５ｍｌ／Ｌから０６８ｍｌ／Ｌに増えるに従って、開口部１３の嵩上げ導体層３１表面は凹状から平坦状になり、０６８ｍｌ／Ｌ以上になると、開口部１３の嵩上げ導体層３１表面は凸状の形状を示す。
このように、通常の銅めっき液にジスルフィド（二硫化物）系銅めっき添加剤（促進剤）を適量添加することにより、直流の電解銅めっきにて、表面形状が凹状の嵩上げ導体層３１を形成することが可能となる。

次に、導体層２１上の保護層を剥離処理して、導体層２１上にレジストを形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン４１を形成し、嵩上げ導体層３１面にはメンディングテープ等により保護層４２を形成する（図３（ｅ）参照）。

次に、レジストパターン４１をエッチングマスクにして、導体層２１をエッチングし、レジストパターン４１及び保護層４２を剥離処理して、ランド２１、配線層（特に、図示せず）及び半導体チップを接続するための電極パッド２１ｂを形成する（図３（ｆ）参照）。

次に、ランド２１が形成されている面の所定位置にＡｕ／Ｎｉめっきを防止するためのレジスト層４３を形成する（図３（ｇ）参照）。

次に、レジスト層４３をめっきマスクにして、嵩上げ導体層３１及び電極パッド２１ｂ表面にＡｕめっき及びＮｉめっきを行い、Ａｕ／Ｎｉめっき層５１を形成する。
以上の工程により、絶縁基材１１の一方の面にランド２１ａ及び半導体チップを接続するための電極パッド２１ｂと、他方の面にランド２１ａと電気的に接続されたはんだボール形成用の嵩上げ導体層３１とＮｉ／Ａｕめっき層５１とが形成された本発明のＢＧＡ型キャリア基板１００を得ることができる（図３（ｈ）参照）。

さらに、本発明のＢＧＡ型キャリア基板１００を用いて、ＢＧＡ型キャリア基板１００の嵩上げ導体層３１に半田球をマウント・リフローしてはんだボール６１を形成する。
さらに、ダイアタッチ剤４４を介して半導体チップ７１を搭載し、ボンディングワイヤ７２にて半導体チップ７１と電極パッド２１ｂとをボンディング接続し、ソルダーレジスト４５を形成し、モールド樹脂４６にて成形加工して半導体装置１１０を得ることができる（図４参照）。

まず、２５μｍ厚のポリイミドフィルム（ユーピレックスＳ）からなる絶縁基材１１に接着テープ（巴川Ｘ）を貼り合わせて１２μｍ厚の接着材層１２を形成した（図３（ａ）参照）。

次に、パンチングにて穴開け加工して、接着材層１２が形成された絶縁基材１１の所定位置に開口部１３を形成し、開口部１３内デスミア処理を行った（図３（ｂ）参照）。

次に、開口部１３が形成された絶縁基材１１の接着材層１２面と２５μｍ厚の銅箔（３ＥＣ−ＶＬＰ）を加圧、加熱して貼り合わせ、開口部１３が形成された絶縁基材１１に２５μｍ厚の導体層２１が形成された積層基材２０を作製した（図３（ｃ）参照）。

次に、積層基材２０の導体層２１の表面を電気的に保護するために、メンディングテープ等を貼着する等の方法で保護層（特に、図示せず）を形成し、３−スルホプロピル−ジスルフィド（ロームアンドハース社製：米国）を添加した下記に示す銅めっき液を使用し
て、導体層２１をカソードにして直流の電解銅プラグめっきを行い、開口部１３内に表面形状が凹状を示す４０μｍ厚の（嵩上げ導体層３１を形成した（図３（ｄ）参照）。

銅めっき液の組成例
・硫酸銅濃度：１３０ｇ／Ｌ
・硫酸濃度 ：１９０ｇ／Ｌ
・塩酸濃度 ：１００ｍｇ／Ｌ
・銅めっき液用抑制剤（ポリエチレングリコール）：１５ｍｇ／Ｌ
・易溶性酸化銅：適量
・３−スルホプロピル−ジスルフィド（ロームアンドハース社製：米国）：０．１０ｍｌ／Ｌ
ここで、直流の電解銅プラグめっきは、水平銅めっきライン（シュミット製）を用い、電流密度（設定電流）：２２．５Ａ／ｄｍ２（１２Ａ×４）、搬送速度０．３ｍ／ｍｉｎ、めっき時間１３．８分のめっき条件にて行い、開口部１３内に表面形状が凹状を示す４０μｍ厚の嵩上げ導体層３１を形成した。

次に、導体層２１上の保護層を剥離処理して、導体層２１上にレジストを形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン４１を形成し、嵩上げ導体層３１面にはメンディングテープ等により保護層４２を形成した（図３（ｅ）参照）。

次に、レジストパターン４１をエッチングマスクにして、第２塩化銅からなるエッチング液で導体層２１をエッチングし、レジストパターン４１及び保護層４２を剥離処理して、ランド２１、配線層（特に、図示せず）及び半導体チップを接続するための電極パッド２１ｂを形成した（図３（ｆ）参照）。

次に、ランド２１が形成されている面の所定位置にＡｕ／Ｎｉめっきを防止するためのレジスト層４３を形成した（図３（ｇ）参照）。

次に、レジスト層４３をめっきマスクにして、嵩上げ導体層３１及び電極パッド２１ｂ表面にＡｕめっき行い０．５μｍ厚のＡｕ層を、さらにＡｕ層上にＮｉめっきを行い０．５μｍ厚のＮｉ層を形成して、Ａｕ／Ｎｉめっき層５１を形成した。
以上の工程により、絶縁基材１１の一方の面にランド２１ａ及び半導体チップを接続するための電極パッド２１ｂと、他方の面にランド２１ａと電気的に接続されたはんだボール形成用の嵩上げ導体層３１とＮｉ／Ａｕめっき層５１とが形成された本発明のＢＧＡ型キャリア基板１００を得た（図３（ｈ）参照）。

本発明のＢＧＡ型キャリア基板の一実施例を示す模式構成断面図である。 嵩上げ導体層の表面形状を示す部分拡大模式構成断面図である。 （ａ）〜（ｈ）は、本発明のＢＧＡ型キャリア基板の製造方法の一実施例を示す模式構成断面図である。 本発明のＢＧＡ型キャリア基板を用いて作製した半導体装置の一例を示す模式構成断面図である。 （ａ）は、従来の従来の半導体装置用テープキャリアの一例を示す模式平面図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図である。 はんだボールを形成した半導体装置用テープキャリアの一例を示す模式構成断面図である。 （ａ）は、嵩上げ導体層を形成する開口部１１２の拡大図を示す説明図である。（ｂ）は、開口部内の嵩上げ導体層１５１の表面形状の一例を示す説明図である。

符号の説明

１１……絶縁基材
１２……接着材層
１３……開口部
２０……積層基材
２１……導体層
２１ａ……バンプ
２１ｂ……電極パッド
３１……嵩上げ導体層
４１……レジストパターン
４２……保護層
４３……レジスト層
４４……ダイアタッチ剤
４５……ソルダーレジスト
４６……モールド樹脂
５１……Ａｕ／Ｎｉ層
６１……はんだボール
７１……半導体チップ
７２……ボンディングワイヤ
１００……ＢＧＡ型キャリア基板
１１０……半導体装置
１１１……絶縁性フィルム
１１２……開口部
１１３……デバイスホール
１２１ａ……ランド
１２１ｂ……配線層
１２１ｃ……インナーリード
１３１……ハンダボール電極
１４１……ハンダボール
１５１……嵩上げ導体層

Claims (2)

1. 一方の面に半導体チップを実装するためのパッドが、他方の面にはんだボール電極と嵩上げ導体層とが形成されてなるＢＧＡ型キャリア基板の製造方法において、
   前記はんだボール接続バッドの嵩上げ導体層を直流の電解銅めっきにて作製する際、電解銅めっきに使用する銅めっき液にジスルフィド（二硫化物）系銅めっき添加剤（促進剤）として３−スルホプロピル−ジスルフィドを０．０４〜０．１５ｍｌ／Ｌの配合濃度で添加することで、前記はんだボール接続バッドと接する前記嵩上げ導体層の表面を凹状とすることを特徴とするＢＧＡ型キャリア基板の製造方法。
2. 請求項１に記載のＢＧＡ型キャリア基板の製造方法にて作製されたことを特徴とするＢＧＡ型キャリア基板。