JP3951869B2 - 実装基板およびその製造方法、並びに電子回路装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装基板およびその製造方法、並びに電子回路装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
LSI(Large Scale Integrated Circuit) チップ(以下、半導体チップと称する)をインターポーザや実装基板に搭載し、電気的に接続するマルチチップモジュールでは、半導体チップ側のパッド電極にバンプを形成し、インターポーザーや実装基板側にはバンプを形成せず半導体チップを実装基板に搭載している。
近年、バンプが小さく、かつ高密度に形成されるようになり、従来のバンプのサイズばらつきや、高さばらつきが許容できなくなってきている。
【0003】
従来、半導体チップ側のパッド電極上に、UBM(Under Bump Metal)と称される導電膜を形成した後に、当該導電膜上にはんだ等からなるバンプを形成している。
【0004】
上記の導電膜は、無電解メッキにより形成するのが主流である。無電解メッキでは、パッド電極に電気を流さないで、触媒の作用を借りた還元剤の還元作用によって金属イオンから金属をパッド電極上に析出させるため、パッド電極間に電位差があると、形成される導電膜の膜厚に差が生じることとなる。
【0005】
また、上記のはんだ等からなるバンプは、フロー・はんだ付け法により形成するのが主流である。フロー・はんだ付け法とは、熔融したはんだを導電膜上に供給することによりバンプを形成する方法であり、大別して浸漬はんだ付け法と、噴流はんだ付け法とがある。このフロー・はんだ付け法では、表面張力により半球形のバンプが形成されることから、バンプを形成する対象となるパッド電極のサイズが異なると、形成されるバンプの大きさに差が生じることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、半導体チップのパッド電極上に、バンプの下地となる導電膜を無電解メッキにより形成する場合に、形成される導電膜の膜厚のばらつきが発生した。導電膜の膜厚のばらつきが大きくなると、当該導電膜上に形成されるバンプの高さばらつきが大きくなり、バンプ接合不良が発生したりバンプ同士がショートするなどの問題が起きる。導電膜の膜厚のばらつきが発生したのは、半導体チップのパッド電極間に電位差が存在していたためと考えられる。
【0007】
この電位差の発生の詳細な理由については明らかではないが、以下のものが考えられる。一つは、半導体チップ内のパッド電極は、電源用、グランド用、信号用、チップ間配線用に別れており、そのパッド電極の最終接続先や経路が異なるために、各パッド電極の電気容量が異なっている。例えば、トランジスタの拡散層等に接続されるような電気容量が大きいパッド電極は、帯電したとしても電位が上がりにくい。反対に、電気用量が小さいパッド電極は、同じように帯電した場合に電位が上がりやすい。また、半導体チップは、通常、インターポーザ等に実装する前に動作テストを行うことから、この動作テスト時による電圧の印加が、上記のパッド電極間の電位差の発生を助長していると考えられる。
【0008】
また、半導体チップの動作テストに使われるパッド電極は測定器の限界からサイズを小さくすることが出来ないが(現状60μm〜70μm)、チップ間接続用パッド電極はこれより小さくすることが可能である。小さくすることでチップ間を接続する配線本数を増やすことが可能となる(現状10μm〜20μm、将来は数μm)。
【0009】
しかしながら、パッド電極のサイズが異なると、フロー・はんだ付けにより形成されるバンプの大きさや高さが変わってしまう。すなわちパッド電極のサイズが大きいと形成されるバンプの高さが高くなるため、異なるサイズのパッド電極が混在すると、同様にして、バンプ接合不良が発生したり、バンプ同士がショートするなどの問題が起きる。
【0010】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子素子の端子と実装基板のパッド電極とを接続するバンプの大きさや、高さのばらつきを抑制して、電子素子の端子と実装基板のパッド電極との電気的な接続を確実にすることができる実装基板およびその製造方法、並びに電子回路装置およびその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決する手段】
上記の目的を達成するため、本発明の実装基板は、配線パターンと、前記配線パターンのみに接続され、複数種のサイズを有する、複数のパッド電極と、バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、前記開口によって露出された前記パッド電極に無電解めっきにより、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、前記導電膜にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が統一されている複数の前記バンプとを有し、前記表面保護膜の前記開口は、最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに規定され、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させ、複数の前記バンプが電子素子の端子に接続される。
【0012】
ここで、一種類のサイズとは、少なくとも面積が同じことを称し、好ましくはさらに形状も同一であることを称する。
【0013】
上記の本発明の実装基板によれば、配線パターンに接続された実装基板側のパッド電極上に、導電膜およびバンプが形成されている。
電子素子の端子とは異なり、実装基板には素子が形成されていないことから、実装基板側のパッド電極には電位差がなく、このような電位差のない実装基板側のパッド電極に導電膜およびバンプが形成されている。
そして、電子素子の端子が、実装基板に形成されたバンプによりパッド電極と接合されることにより、当該端子と実装基板のパッド電極とが電気的に導通した状態となる。
【0014】
上記の目的を達成するため、本発明の電子回路装置は、配線パターンと、前記配線パターンのみに接続され、複数種のサイズを有する、複数のパッド電極と、バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、前記開口によって露出された前記パッド電極に無電解めっきにより、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、前記導電膜にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が統一されている複数の前記バンプとを有する実装基板と、前記パッド電極に端子が接続されるように前記実装基板上に搭載された電子素子とを有し、前記表面保護膜の前記開口は、最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに規定され、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させている。
【0015】
上記の本発明の電子回路装置によれば、電子素子を搭載する実装基板には、各パッド電極を露出し、一種類のサイズに規定された複数の開口を有する表面保護膜が形成されており、表面保護膜の開口に露出したパッド電極上に導電膜およびバンプが形成されている。ここで、一種類のサイズとは、少なくとも面積が同じことを称し、好ましくはさらに形状も同一であることを称する。
そして、このような表面保護膜の開口に形成されたバンプと、電子素子の端子とが接合することにより、実装基板のパッド電極と電子素子の端子とが電気的に導通した状態となっている。
【0016】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の実装基板の製造方法は、配線パターンと、前記配線パターンのみに接続された複数のパッド電極と、バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、前記開口によって露出された前記パッド電極に、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、前記導電膜に形状が統一されている複数の前記バンプとを有し、複数の前記バンプが電子素子の端子に接続される実装基板の製造方法であって、前記実装基板に前記配線パターンを形成する工程と、当該配線パターンにのみ接続する前記パッド電極を形成する工程と、最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに統一した前記開口を有し、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させる前記表面保護膜を形成する工程と、前記開口に露出した前記パッド電極上に無電解めっきによりニッケル、金の順で積層された前記導電膜を形成する工程と、前記導電膜上にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が規定されるバンプを形成する工程とを有する。
【0017】
ここで、一種類のサイズとは、少なくとも面積が同じことを称し、好ましくはさらに形状も同一であることを称する。
【0018】
上記の本発明の実装基板の製造方法によれば、実装基板のパッド電極上に無電解めっきにより導電膜を形成し、さらに、導電膜上に熔融したはんだを供給してバンプを形成している。
実装基板側のパッド電極は、配線パターンのみに接続されていることから、電位が一定であり、この結果、無電解めっきにより形成される導電膜の膜厚は均一となる。
また、熔融したはんだが供給される表面保護膜の開口を一種類のサイズに統一することにより、表面張力により規定されるバンプの大きさが均一となる。
【0019】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の電子回路装置の製造方法は、配線パターンと、前記配線パターンのみに接続された複数のパッド電極と、バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、前記開口によって露出された前記パッド電極に、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、前記導電膜に形状が統一されている複数の前記バンプとを有する実装基板と、前記パッド電極に端子が接続されるように前記実装基板上に搭載された電子素子とを有する電子回路装置の製造方法であって、前記実装基板に前記配線パターンおよび当該配線パターンにのみ接続する前記パッド電極を形成する工程と、最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに統一した前記開口を有し、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させる前記表面保護膜を形成する工程と、前記開口に露出した前記パッド電極上に無電解めっきによりニッケル、金の順で積層された前記導電膜を形成する工程と、前記導電膜上にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が規定されるバンプを形成する工程と、前記バンプと前記電子素子の端子とを接合させて、前記電子素子を前記実装基板上に実装する工程とを有する。
【0020】
ここで、一種類のサイズとは、少なくとも面積が同じことを称し、好ましくはさらに形状も同一であることを称する。
【0021】
上記の本発明の電子回路装置の製造方法によれば、実装基板のパッド電極上に無電解めっきにより導電膜を形成し、さらに、導電膜上に熔融したはんだを供給してバンプを形成している。
実装基板側のパッド電極は、配線パターンのみに接続されていることから、電位が一定であり、この結果、無電解めっきにより形成される導電膜の膜厚は均一となる。
また、熔融したはんだが供給される表面保護膜の開口を一種類のサイズに統一することにより、表面張力により規定されるバンプの大きさが均一となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実装基板およびその製造方法、並びに電子回路装置およびその製造方法について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、実装基板として、シリコンウェーハで形成されたインターポーザを例に説明する。
【0023】
第1実施形態
図1は、本実施形態に係る電子回路装置の断面図であり、図2は、図1に示す半導体チップとインターポーザとの接続部における拡大断面図である。
【0024】
図1に示すように、本実施形態に係る電子回路装置は、インターポーザ1上に半導体チップ2が実装されているものである。なお、図では一つの半導体チップ2がインターポーザ1上に実装されている例について示しているが、複数の半導体チップが実装されていてもよい。
【0025】
インターポーザ1には、シリコンウェーハからなるシリコン基板10の一方の面上に、シリコン基板10に絶縁した状態で配線パターン12が形成されており、当該配線パターン12を被覆するように酸化シリコン等からなる層間絶縁膜11が形成されている。
【0026】
層間絶縁膜11には、配線パターン12に接続するコンタクトプラグ13が形成されており、当該コンタクトプラグ13に接続して層間絶縁膜11上に、銅等からなるパッド電極14が形成されている。本実施形態では、インターポーザ1に形成されるパッド電極14のサイズは、最もサイズの小さいチップ間接続用のパッド電極のサイズに合わせて一種類に統一して形成されている。ここで、一種類のサイズとは、少なくとも面積が同じことを称し、好ましくはさらに形状も同一であることを称する。
【0027】
層間絶縁膜11上には、パッド電極14を被覆するように、窒化シリコンやポリイミド樹脂等からなる表面保護膜15が形成されており、表面保護膜15には、各パッド電極14を露出するパッド開口15aが形成されている。
【0028】
表面保護膜15に形成される各パッド開口15aのサイズは、一種類となるように統一して形成されている。すなわち、上述したように統一されたパッド電極14のサイズに合わせて、パッド開口15aのサイズも、統一して形成されている。上記と同様に、一種類のサイズとは、少なくとも面積が同じことを称し、好ましくはさらに形状も同一であることを称する。
【0029】
各パッド開口15aに露出したパッド電極14上には、下地となる導電膜16を介して、はんだ等からなるバンプ17が形成されている。
【0030】
導電膜16は、パッド電極14とはんだ等からなるバンプ17との密着性を高めるため、あるいは、パッド電極14の材料とバンプ17の材料との相互拡散を防止する目的で設けられる。導電膜16は、例えば、ニッケル(Ni)と金(Au)の積層膜により形成されている。後述するように、導電膜16は、無電解メッキにより形成される。
【0031】
バンプ17は、Sn等のはんだにより形成されている。その他にも、バンプ17を構成するはんだとしては、Sn−Pbの共晶はんだや、Sn−Ag系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Ag−Bi系、Sn−Zn系等などの鉛レスはんだを用いることができる。後述するように、バンプ17は、フロー・はんだ付け法により形成される。
【0032】
なお、図示はしないが、上記のインターポーザ1と他の実装基板とを電気的に接続するため、例えば、上記のシリコン基板10を貫通する貫通導電層が形成されていてもよく、この場合には、チップ搭載側とは反対側においてインターポーザ1から露出した貫通導電層と実装基板の配線とをバンプにより接続する。あるいは、インターポーザのチップ搭載側に、実装基板との接続用のパッド電極を用意しておいてもよい。
【0033】
半導体チップ2には、シリコン基板20にトランジスタ等による電子回路が形成されており、シリコン基板20上には電子回路に接続するパッド電極21が形成されている。シリコン基板20上には、窒化シリコンやエポキシ樹脂等の表面保護膜22が形成されており、表面保護膜22には、各パッド電極21を露出するパッド開口22aが形成されている。
【0034】
上記のインターポーザ1の各パッド電極14と、半導体チップ2のパッド電極21とが、インターポーザ1側に形成されたバンプ17により接合されることにより、各パッド電極14,21が電気的に接続される。
【0035】
次に、上記の本実施形態に係るインターポーザおよび電子回路装置の製造方法について説明する。
【0036】
まず、図3(a)に示すように、シリコンウェーハからなるシリコン基板10上に、通常の半導体製造におけるウェーハプロセスの技術を用いて配線パターン12を形成し、当該配線パターン12を被覆する層間絶縁膜11を形成し、層間絶縁膜11に、配線パターン12に達するコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内に導電層を埋め込むことによりコンタクトプラグ13を形成する。
続いて、層間絶縁膜11上に、コンタクトプラグ13に接続するパッド電極14を形成する。このとき、層間絶縁膜11上には、パッド電極14と同時に配線パターン14aも形成する。本実施形態では、インターポーザ1に形成されるパッド電極14のサイズは、最もサイズの小さいチップ間接続用のパッド電極のサイズに合わせて一種類に統一して形成する。
【0037】
次に、図3(b)に示すように、パッド電極14を被覆して層間絶縁膜11上の全面に、窒化シリコンやエポキシ樹脂等を堆積させて表面保護膜15を形成し、表面保護膜15に、レジストを用いたエッチングにより、各パッド電極14を露出するパッド開口15aを形成する。ここで、パッド開口15aのサイズも、統一されたパッド電極14のサイズに合わせて、一種類に統一して形成する。
【0038】
次に、図4(a)に示すように、表面保護膜15のパッド開口15aから露出した各パッド電極14上に、下地となる導電膜を介して、はんだ等からなるバンプ17を形成する。図5(a)および図5(b)は、当該工程を詳細に説明するための、各パッド電極14付近の拡大断面図である。
【0039】
まず、図5(a)に示すように、表面保護膜15のパッド開口15aから露出した各パッド電極14上に、無電解メッキにより、ニッケルを堆積させ、その後、金を堆積させることにより、ニッケルと金の積層膜からなる導電膜16を形成する。インターポーザのパッド電極14は、配線パターンにのみ接続され素子に接続されていない。また半導体チップのパッド電極と異なり、インターポーザ単独での動作テストもないことから、半導体チップのパッド電極のような電位差の発生要因はない。従って、無電解メッキにより形成される導電膜16の膜厚は均一となる。
【0040】
次に、図5(b)に示すように、各パッド開口15a内に形成された導電膜16上に、フロー・はんだ付け法により、Sn等のはんだからなるバンプ17を形成する。ここで、フロー・はんだ付け法とは、熔融したはんだを導電膜上に供給することによりバンプを形成する方法であり、大別して浸漬はんだ付け法と、噴流はんだ付け法とがある。
【0041】
このフロー・はんだ付け法では、表面張力により半球形のバンプが形成されることから、バンプを形成する対象となるパッド電極のサイズが異なると、形成されるバンプの大きさに差が生じることとなるが、本実施形態では、パッド開口15aのサイズが等しいことから、パッド開口15a内の導電膜16上に形成されるバンプ17の大きさや高さが均一となる。
【0042】
このようにして、図4(a)に示すように、表面保護膜15のパッド開口15aから露出した各パッド電極14上に、下地となる導電膜を介して、はんだ等からなるバンプ17が形成される。
【0043】
次に、図4(b)に示すように、表面保護膜22のパッド開口22aからパッド電極21が露出して形成された半導体チップ2をインターポーザ1上に実装する。
当該工程では、半導体チップ2をインターポーザ1に向けて加圧および加熱してバンプ17を熔融させることにより、半導体チップ2とインターポーザ1の各パッド電極21,14をバンプ17により接合させる。
あるいは、半導体チップ2をインターポーザ1へ向けて加圧した状態で、バンプ17と各パッド電極14,21との接合部に超音波振動を加えることにより、半導体チップ2とインターポーザ1の各パッド電極21,14をバンプ17により接合させる。
【0044】
上記の工程において、インターポーザ1側に形成されたバンプ17の高さが揃っているので、全てのバンプ17が半導体チップ2側のパッド電極21と確実に接続され、また、サイズのばらつきも少ないのでバンプ17同士がショートすることも無い。
【0045】
以上のようにして、本実施形態に係る実装基板および電子回路装置が製造される。
【0046】
上記の本実施形態では、インターポーザ1のパッド電極14上に、無電解メッキにより導電膜16を形成し、導電膜16上にバンプ17を形成している。インターポーザのパッド電極14は、上述したように半導体チップ2のパッド電極21のような電位差の発生要因がないことから、無電解メッキにより形成される導電膜16の膜厚が均一となり、その上に形成されるバンプ17の高さばらつきが抑制される。
【0047】
そしてさらに、インターポーザ1のパッド電極14を最も小さいチップ間接続用のサイズに合わせて一種類に統一し、さらに、表面保護膜15に形成されるパッド開口15aのサイズも一種類に統一しているため、フロー・はんだ付けにより形成されるバンプ17の大きさや高さも均一となることから、バンプ17の大きさや高さばらつきが抑制される。
【0048】
以上のように、インターポーザー1のパッド開口15aのサイズを一種類にし、かつ、インターポーザーのパッド電極14上に無電解メッキにより導電膜16を形成し、フロー・はんだ付けによりバンプ17を形成することにより、バンプ17の高さが均一に揃うことから、半導体チップ2をインターポーザ1に搭載し、電気的な接続を行う際に、確実に全てのバンプ17が半導体チップ2のパッド電極21に対して接続可能となる。また、バンプ17のサイズのばらつきが無いために、隣のバンプと接続して電気的にショートすることも無い。
【0049】
第2実施形態
図6は、本実施形態に係る電子回路装置の断面図であり、図7は、図6に示す半導体チップとインターポーザとの接続部における拡大断面図である。
第1実施形態では、インターポーザ側に形成するパッド電極14のサイズを一種類に統一し、かつ、表面保護膜15に形成するパッド開口15aのサイズも一種類に統一する例について説明したが、本実施形態では、インターポーザ側のパッド電極のサイズを一種類に統一できない場合について説明する。なお、第1実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
【0050】
図6に示すように、本実施形態に係るインターポーザ1には、第1実施形態で説明したパッド電極14に比して、サイズの大きいパッド電極14bが形成されている。このようなサイズの大きいパッド電極14bは、例えば、半導体チップ2側に、サイズの大きいパッド電極21bが形成され、当該パッド電極21bと低抵抗で電気的な接続をする場合等に必要とされる。
【0051】
図7に示すように、本実施形態では、このようなサイズの大きいパッド電極14bを分割して露出するようにパッド開口15aが複数並んで形成されている。各パッド開口15aのサイズは、インターポーザ1の全体において一種類に統一して形成されている。パッド開口15aは、例えば、チップ間接続用のパッド電極のサイズに合わせて統一されている。
【0052】
サイズの大きいパッド電極14bをそれぞれ露出するパッド開口15a上には、第1実施形態と同様に、それぞれ、導電膜16を介してバンプ17が形成されている。各パッド開口15aのサイズは等しいことから、各パッド開口内に形成されるバンプ17の大きさや高さも均一となる。
【0053】
半導体チップ2側には、大きいサイズのパッド電極21bを露出するパッド開口22bが表面保護膜22に形成されており、半導体チップ2のパッド電極21bは、複数のバンプ17とそれぞれ接合されることにより、インターポーザ1のパッド電極14bと電気的に接続される。
【0054】
次に、上記の本実施形態に係るインターポーザおよび電子回路装置の製造方法について説明する。
【0055】
まず、図8(a)に示すように、第1実施形態と同様にして、シリコンウェーハからなるシリコン基板10上に、通常の半導体製造におけるウェーハプロセスの技術を用いて配線パターン12、層間絶縁膜11およびコンタクトプラグ13を形成する。
続いて、層間絶縁膜11上に、コンタクトプラグ13に接続するパッド電極14,14bを形成する。このとき、層間絶縁膜11上には、パッド電極14,14bと同時に配線パターン14aも形成する。本実施形態では、インターポーザ1に形成されるパッド電極は、最もサイズの小さいチップ間接続用に合わせて一種類に統一されたパッド電極14と、当該パッド電極14に比してサイズの大きいパッド電極14bの2種類があるとする。
【0056】
次に、図8(b)に示すように、パッド電極14を被覆して層間絶縁膜11上の全面に、窒化シリコンやエポキシ樹脂等を堆積させて表面保護膜15を形成し、表面保護膜15に、レジストを用いたエッチングにより、各パッド電極14を露出するパッド開口15aを形成する。
ここで、パッド開口15aのサイズは、インターポーザに形成されるパッド電極14の中で、一番小さいチップ間接続用のパッド電極14のサイズに合わせて一種類に統一して形成する。従って、サイズの大きなパッド電極14bに対しては、最も小さいサイズのパッド開口15aをできる限り多く形成し、複数のパッド開口15aによって露出させる。このようにして、本実施形態においても、パッド開口15aのサイズは一種類に統一して形成する。
【0057】
次に、図9(a)に示すように、表面保護膜15のパッド開口15aから露出した各パッド電極14,14b上に、下地となる導電膜を介して、はんだ等からなるバンプ17を形成する。図10(a)および図10(b)は、当該工程を詳細に説明するための、各パッド電極14b付近の拡大断面図である。
【0058】
まず、図10(a)に示すように、表面保護膜15のパッド開口15aから露出したパッド電極14,14b上に、無電解メッキにより、ニッケルを堆積させ、その後、金を堆積させることにより、ニッケルと金の積層膜からなる導電膜16を形成する。このとき、第1実施形態と同様の理由で、当該パッド電極14,14b上に無電解メッキにより形成される導電膜16の膜厚は均一となる。
【0059】
次に、図10(b)に示すように、各パッド開口15a内に形成された導電膜16上に、フロー・はんだ付け法により、Sn等のはんだからなるバンプ17を形成する。このとき、本実施形態では、パッド開口15aのサイズが等しいことから、第1実施形態と同様の理由で、パッド開口15a内の導電膜16上に形成されるバンプ17の大きさや高さは均一となる。
【0060】
このようにして、図9(a)に示すように、表面保護膜15のパッド開口15aから露出した各パッド電極14,14b上に、下地となる導電膜を介して、はんだ等からなるバンプ17が形成される。
【0061】
次に、図9(b)に示すように、表面保護膜22のパッド開口22a,22bからパッド電極21,21bが露出した半導体チップ2をインターポーザ1上に実装する。
【0062】
当該工程において、インターポーザ1側に形成されたバンプ17の高さが揃っているので、全てのバンプ17が半導体チップ2側のパッド電極21,21bと確実に接続され、また、サイズのばらつきも少ないのでバンプ17同士がショートすることも無い。
【0063】
以上のようにして、本実施形態に係る実装基板および電子回路装置が製造される。
【0064】
上記の本実施形態では、インターポーザ1のパッド電極のサイズが数種類必要な場合においても、各パッド電極を露出するパッド開口15aのサイズを一種類に統一し、サイズの大きいパッド電極14bに対しては、パッド開口15aを複数設けることにより、フロー・はんだ付けにより形成されるバンプ17の大きさや高さが均一となることから、バンプ17の大きさや高さばらつきが抑制される。なお、第1実施形態と同様の理由で、インターポーザ1側のパッド電極上に形成される導電膜の膜厚は均一となる。
【0065】
以上のように、インターポーザー1のパッド開口15aのサイズを一種類に統一して形成することにより、フロー・はんだ付けにより形成されるバンプ17の高さが均一に揃うことから、半導体チップ2をインターポーザ1に搭載し、電気的な接続を行う際に、確実に全てのバンプ17が半導体チップ2のパッド電極21,21bに対して接続可能となる。また、バンプ17のサイズのばらつきが無いために、隣のバンプと接続して電気的にショートすることも無い。
【0066】
第3実施形態
図11は、本実施形態に係る電子回路装置の断面図である。
本実施形態では、インターポーザ1側のパッド電極のサイズが、複数種類あるが、半導体チップ2とバンプ17を介して接続するためのパッド電極14のサイズが一種類である場合について説明する。なお、第1実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
【0067】
図11に示すように、本実施形態に係るインターポーザ1には、第1実施形態で説明したパッド電極14に比して、サイズの大きいパッド電極14cが形成されている。パッド電極14cは、例えば、ボンディング用やテスト用のものである。ここで、第2実施形態と異なるのは、サイズの大きいパッド電極14cは、バンプ17を介して半導体チップ2のパッド電極21と直接接合されないものである点である。
【0068】
図11に示すように、サイズの大きいパッド電極14cを露出するためのパッド開口15cが表面保護膜15に形成されているが、当該パッド電極14c上には、導電膜およびバンプ17は形成されていない。
【0069】
なお、半導体チップ2と接続するためのパッド電極14を開口するパッド開口15aは、第1実施形態と同様に一種類に統一して形成されており、それぞれ、パッド電極14上には、導電膜を介してバンプ17が形成されている。各パッド開口15aのサイズは等しいことから、各パッド開口内に形成されるバンプ17の大きさや高さも均一となる。
【0070】
次に、上記の本実施形態に係るインターポーザおよび電子回路装置の製造方法について説明する。
【0071】
まず、図12(a)に示すように、第1実施形態と同様にして、シリコンウェーハからなるシリコン基板10上に、通常の半導体製造におけるウェーハプロセスの技術を用いて配線パターン12、層間絶縁膜11およびコンタクトプラグ13を形成する。
続いて、層間絶縁膜11上に、コンタクトプラグ13に接続するパッド電極14,14cを形成する。このとき、層間絶縁膜11上には、パッド電極14,14cと同時に配線パターン14aも形成する。本実施形態では、インターポーザ1に形成されるパッド電極14,14cは、最もサイズの小さいチップ間接続用に合わせて一種類に統一されたパッド電極14と、当該パッド電極14に比してサイズが大きくボンディング用やテスト用のパッド電極14cの2種類があるとする。
【0072】
次に、図12(b)に示すように、層間絶縁膜11上の全面に、窒化シリコンやエポキシ樹脂等を堆積させて表面保護膜15を形成し、表面保護膜15に、レジストを用いたエッチングにより、各パッド電極14,14cを露出するパッド開口15a,15cを形成する。
ここで、第1実施形態と同様に、パッド開口15aのサイズは、チップ間接続用のパッド電極14のサイズに合わせて一種類に統一して形成するが、パッド開口15cのサイズは、パッド電極14cのサイズに合わせて形成する。
【0073】
次に、図13(a)に示すように、テスト用やボンディング用のパッド電極14cを覆うレジスト18をリソグラフィ技術により形成する。これは、テスト用やボンディング用のサイズの大きいパッド電極14c上に、無電解メッキによる導電膜や、フロー・はんだ付けによるバンプが形成されないようにするためである。これにより、結果的に、無電解メッキやフロー・はんだ付けの対象となるパッド開口15aのサイズは、一種類に統一されることとなる。
【0074】
次に、図13(b)に示すように、表面保護膜15のパッド開口15aから露出した各パッド電極14上に、無電解メッキにより導電膜を形成し、フロー・はんだ付けによりはんだ等からなるバンプ17を形成する。当該工程は、第1実施形態と同様である。
このとき、第1実施形態と同様の理由で、無電解メッキにより形成される導電膜の膜厚は均一となる。
また、第1実施形態と同様に、パッド開口15aのサイズが等しいことから、第1実施形態と同様の理由で、パッド開口15a内の導電膜上に形成されるバンプ17の大きさや高さは均一となる。
【0075】
次に、図14(a)に示すように、レジスト18を有機溶剤を用いた洗浄や、アッシングにより剥離する。
【0076】
次に、図14(b)に示すように、表面保護膜22のパッド開口22aからパッド電極21が露出した半導体チップ2をインターポーザ1上に実装する。
【0077】
当該工程において、インターポーザ1側に形成されたバンプ17の高さが揃っているので、全てのバンプ17が半導体チップ2側のパッド電極22と確実に接続され、また、サイズのばらつきも少ないのでバンプ17同士がショートすることも無い。
【0078】
以上のようにして、本実施形態に係る実装基板および電子回路装置が製造される。
【0079】
上記の本実施形態では、半導体チップ2と直接接続させるパッド電極14のサイズとは異なるテスト用やボンディング用のパッド電極14cが存在する場合においても、大きいサイズのパッド電極14cはレジスト18でマスクした状態で、無電解メッキにより導電膜を形成し、フロー・はんだ付けによりバンプ17を形成することから、無電解メッキやフロー・はんだ付けの対象となるパッド電極14を露出するパッド開口15aのサイズを統一することができる。従って、フロー・はんだ付けにより形成されるバンプ17の大きさや高さも均一となることから、バンプの大きさや高さばらつきが抑制される。
【0080】
以上のように、インターポーザー1のパッド開口15aのサイズを一種類に統一することができ、フロー・はんだ付けにより形成されるバンプ17の高さが均一に揃うことから、半導体チップ2をインターポーザ1に搭載し、電気的な接続を行う際に、確実に全てのバンプ17が半導体チップ2のパッド電極21に対して接続可能となる。また、バンプ17のサイズのばらつきが無いために、隣のバンプと接続して電気的にショートすることも無い。
【0081】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、実装基板の例として、シリコンインターポーザを用いた例について説明したが、シリコンインターポーザ以外の他のインターポーザであってもよく、また、インターポーザでなくいわゆるマザーボードに適用することもできる。また、本実施形態で説明した材料等は一例であり、これに限定されるものではない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0082】
【発明の効果】
本発明の実装基板によれば、電子素子の端子とパッド電極とを接続するバンプの大きさや、高さのばらつきを抑制して、電子素子の端子とパッド電極との電気的な接続を確実にすることができる実装基板を得ることができる。
【0083】
本発明の電子回路装置によれば、電子素子の端子と実装基板のパッド電極とを接続するバンプの大きさや、高さのばらつきを抑制して、電子素子の端子と実装基板のパッド電極との電気的な接続を確実にすることができる電子回路装置を得ることができる。
【0084】
本発明の実装基板の製造方法によれば、実装基板のパッド電極上に、大きさや高さの均一なバンプを形成することができ、後に実装する電子素子の端子とパッド電極との電気的な接続を確実にすることができる実装基板を製造することができる。
【0085】
本発明の電子回路装置の製造方法によれば、実装基板のパッド電極上に、大きさや高さの均一なバンプを形成することができ、実装する電子素子の端子と実装基板のパッド電極との電気的な接続を確実にすることができる電子回路装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る電子回路装置の断面図である。
【図2】図1に示す半導体チップとインターポーザとの接続部における拡大断面図である。
【図3】第1実施形態に係る実装基板および電子回路装置の製造における工程断面図である。
【図4】第1実施形態に係る実装基板および電子回路装置の製造における工程断面図である。
【図5】パッド電極上に導電膜およびバンプを形成する工程を詳細に説明するための断面図である。
【図6】第2実施形態に係る電子回路装置の断面図である。
【図7】図6に示す半導体チップとインターポーザとの接続部における拡大断面図である。
【図8】第2実施形態に係る実装基板および電子回路装置の製造における工程断面図である。
【図9】第2実施形態に係る実装基板および電子回路装置の製造における工程断面図である。
【図10】パッド電極上に導電膜およびバンプを形成する工程を詳細に説明するための断面図である。
【図11】第3実施形態に係る電子回路装置の断面図である。
【図12】第3実施形態に係る実装基板および電子回路装置の製造における工程断面図である。
【図13】第3実施形態に係る実装基板および電子回路装置の製造における工程断面図である。
【図14】第3実施形態に係る実装基板および電子回路装置の製造における工程断面図である。
【符号の説明】
1…インターポーザ、2…半導体チップ、10…シリコン基板、11…層間絶縁膜、12…配線パターン、13…コンタクトプラグ、14…パッド電極、15…表面保護膜、15a…パッド開口、16…導電膜、17…バンプ、18…レジスト、20…シリコン基板、21…パッド電極、22…表面保護膜。
Claims (4)
- 配線パターンと、
前記配線パターンのみに接続された複数のパッド電極と、
バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、
前記開口によって露出された前記パッド電極に、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、
前記導電膜に形状が統一されている複数の前記バンプと
を有し、
複数の前記バンプが電子素子の端子に接続される
実装基板の製造方法であって、
前記実装基板に前記配線パターンを形成する工程と、
当該配線パターンにのみ接続する前記パッド電極を形成する工程と、
最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに統一した前記開口を有し、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させる前記表面保護膜を形成する工程と、
前記開口に露出した前記パッド電極上に無電解めっきによりニッケル、金の順で積層された前記導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が規定されるバンプを形成する工程と
を有する、
実装基板の製造方法。 - 配線パターンと、
前記配線パターンのみに接続された複数のパッド電極と、
バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、
前記開口によって露出された前記パッド電極に、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、
前記導電膜に形状が統一されている複数の前記バンプと
を有する実装基板と、
前記パッド電極に端子が接続されるように前記実装基板上に搭載された電子素子と
を有する
電子回路装置の製造方法であって、
前記実装基板に前記配線パターンおよび当該配線パターンにのみ接続する前記パッド電極を形成する工程と、
最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに統一した前記開口を有し、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させる前記表面保護膜を形成する工程と、
前記開口に露出した前記パッド電極上に無電解めっきによりニッケル、金の順で積層された前記導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が規定されるバンプを形成する工程と、
前記バンプと前記電子素子の端子とを接合させて、前記電子素子を前記実装基板上に実装する工程と
を有する、
電子回路装置の製造方法。 - 配線パターンと、
前記配線パターンのみに接続され、複数種のサイズを有する、複数のパッド電極と、
バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、
前記開口によって露出された前記パッド電極に無電解めっきにより、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、
前記導電膜にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が統一されている複数の前記バンプと
を有し、
前記表面保護膜の前記開口は、最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに規定され、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させ、
複数の前記バンプが電子素子の端子に接続される、
実装基板。 - 配線パターンと、
前記配線パターンのみに接続され、複数種のサイズを有する、複数のパッド電極と、
バンプが形成される孔の大きさで一種類のサイズの開口を有し、前記複数のパッド電極を被覆する表面保護膜と、
前記開口によって露出された前記パッド電極に無電解めっきにより、ニッケル、金の順で積層された導電膜と、
前記導電膜にフロー・はんだ付け方法により形成され、表面張力によって形状が統一されている複数の前記バンプと
を有する実装基板と、
前記パッド電極に端子が接続されるように前記実装基板上に搭載された電子素子と
を有し、
前記表面保護膜の前記開口は、最も小さい前記パッド電極のサイズに合わせて一種類のサイズに規定され、相対的に大きいサイズの前記パッド電極を複数の前記開口によって露出させている、
電子回路装置。
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