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特開2017-228565基板装置、電子機器及び基板装置の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-228565(P2017-228565A)
(43)【公開日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】基板装置、電子機器及び基板装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/60 20060101AFI20171201BHJP
【FI】
   H01L21/92 602E
   H01L21/92 602D
   H01L21/60 311Q
   H01L21/92 604B
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】OL
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2016-121738(P2016-121738)
(22)【出願日】2016年6月20日
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095957
【弁理士】
【氏名又は名称】亀谷 美明
(74)【代理人】
【識別番号】100096389
【弁理士】
【氏名又は名称】金本 哲男
(74)【代理人】
【識別番号】100101557
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100128587
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 一騎
(72)【発明者】
【氏名】石井 成和
【テーマコード(参考)】
5F044
【Fターム(参考)】
5F044KK01
5F044LL01
5F044RR16
(57)【要約】
【課題】半田ボールの高さを高くすることで、半導体基板と配線基板との隙間を大きくすることが可能な、基板装置、電子機器及び基板装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板装置は、基板と、基板上に設けられた電気接続部と、電気接続部上に設けられた金属ポストと、金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられ、半田材料に対する濡れ性が、半田材料に対する金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜と、を備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上に設けられた電気接続部と、
前記電気接続部上に設けられた金属ポストと、
前記金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられ、半田材料に対する濡れ性が、前記半田材料に対する前記金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜と、
を備えた、基板装置。
【請求項2】
前記金属膜が、ニッケル膜である、請求項1に記載の基板装置。
【請求項3】
前記金属ポストの側面の前記金属膜が、前記金属ポストの先端から少なくとも5μm以上の範囲に設けられる、請求項1に記載の基板装置。
【請求項4】
前記金属ポストの先端面に位置する前記金属膜の厚さが1.5〜4.0μmの範囲内である、請求項1に記載の基板装置。
【請求項5】
前記金属膜上に、前記半田材料からなる半田ボールを備え、
前記基板装置を前記金属ポストの高さ方向に沿って見たときに、前記半田ボールの直径が、前記金属ポストの直径よりも大きい、請求項1に記載の基板装置。
【請求項6】
前記半田ボールの直径が、前記金属ポストの直径よりも20%以上大きい、請求項5に記載の基板装置。
【請求項7】
前記基板が半導体基板であり、前記基板装置が半導体装置である、請求項1に記載の基板装置。
【請求項8】
基板面に第1の電気接続部を有する第1の基板と、
基板面に第2の電気接続部を有する第2の基板と、
前記第1の電気接続部上に設けられた金属ポストと、
前記第2の電気接続部と前記金属ポストとを電気的に接続する半田ボールと、
前記金属ポストと前記半田ボールとの間に、前記金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられ、前記半田ボールに対する濡れ性が、前記半田ボールに対する前記金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間の間隙に充填された封止樹脂と、
を有する半導体装置の実装構造を備えた電子機器。
【請求項9】
基板面に電気接続部を有する基板上に、前記電気接続部に重なる開口部を有する感光材料層を形成することと、
前記感光材料層の前記開口部内に金属ポストを形成することと、
前記感光材料層の前記開口部に重なり、かつ、前記開口部よりも外径の大きい光透過部を有するフォトマスクを用いて前記感光材料層を露光処理することと、
半田材料に対する濡れ性が、前記半田材料に対する前記金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜を、前記金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に形成することと、
前記感光材料層を除去することと、
を含む、基板装置の製造方法。
【請求項10】
前記フォトマスクの前記光透過部の直径が、前記感光材料層の前記開口部の直径よりも20%以上大きい、請求項9に記載の基板装置の製造方法。
【請求項11】
前記光透過部、前記フォトマスク及び前記露光処理を、それぞれ第2の光透過部、第2のフォトマスク及び第2の露光処理としたときに、
前記感光材料層の前記開口部を形成するための第1の露光処理において用いた第1のフォトマスクの第1の光透過部の外径よりも大きい前記第2の光透過部を有する前記第2のフォトマスクを用いて、前記第2の露光処理を行う、請求項9に記載の基板装置の製造方法。
【請求項12】
前記感光材料層は、ポジ型の感光材料からなり、
前記第1の露光処理後のポストベーク処理は、前記感光材料層の感光能力を残すように行われ、前記感光材料層に対してさらに前記第2の露光処理を行う、請求項11に記載の基板装置の製造方法。
【請求項13】
前記第2の露光処理は、前記感光材料層の底面まで現像されないように行われる、請求項11に記載の基板装置の製造方法。
【請求項14】
前記第2の露光処理を行うことにより、前記金属ポストの少なくとも先端側の側面を露出させる、請求項11に記載の基板装置の製造方法。
【請求項15】
前記第1の露光処理により形成される前記開口部を第1の開口部としたときに、
前記第2の露光処理により、前記第1の開口部の外径よりも大きい第2の開口部を形成し、
前記金属膜を形成した後、前記金属ポストの高さ方向に見たときに前記金属ポストの直径よりも大きい直径を有する球状の半田材料を前記第2の開口部内に配置し、リフロー処理することにより、前記金属ポストの先端の前記金属膜上に半田ボールを形成する、請求項11に記載の基板装置の製造方法。
【請求項16】
前記金属膜を、ニッケルの電解メッキ処理により形成する、請求項9に記載の基板装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板装置、電子機器及び基板装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)又はノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器の小型化及び高性能化が進んでいる。そのため、これらの電子機器に組み込まれる半導体装置は、より高密度の実装に対応することが必要になっている。高密度の実装に対応するためには、端子及び配線パターンを微細化し、半導体装置を小型化することが求められる。
【0003】
ここで、半導体装置の小型化に伴って、半導体装置の実装構造として表面実装型が採用されている。表面実装型の半導体装置の実装構造として、例えば、フリップチップ実装方法がある。フリップチップ実装方法では、例えば、BGA(Ball Grid Array)型やLGA(Land Grid Array)型の半導体装置が用いられ、半導体装置と配線基板との接合は、バンプを介して行われる。半導体装置と配線基板とを接合した後には、半導体装置と配線基板との間に封止樹脂を流し込んで硬化させることにより、接合強度が増大される。
【0004】
半導体装置が小型化され、端子及び配線パターンが微細化されることに対応して、バンプは狭ピッチ化される。狭ピッチ化に対応するためのバンプとして、例えば、半導体基板上に銅等の金属からなる金属ポストを設け、当該金属ポストの先端に低融点の半田ボールを配置した構造のピラーバンプが用いられている。さらなるバンプの狭ピッチ化が進む中、封止樹脂を流し込む空間を確保するために、ピラーバンプの高さを高くしたいという要求がある。
【0005】
例えば、特許文献1には、半導体基板に設けられた柱状電極(金属ポスト)を複数備え、各柱状電極が露呈した状態で提供される半導体装置であって、柱状電極が、導電材料からなる柱状部と、柱状部よりも融点の低い導電材料からなる金属ボール部とを備え、柱状部と金属ボール部とは柱状部の上面のみで接合されるとともに、柱状部の側面には処理が施されていない半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2006−108181号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ここで、特許文献1にも記載されているように、柱状部は電解メッキ法等により形成されることが一般的であり、柱状部の高さを高くするには時間がかかる。また、電解メッキ法等により形成される柱状部は基板と一体となり得る部分であり、半導体装置と配線基板との接合後に塑性変形等によって接合部分に応力がかかったときには、主に金属ボールの部分によって応力が吸収される。このため、ピラーバンプの高さを高くするにあたり、金属ボールの高さを高くすることが望まれている。
【0008】
しかしながら、特許文献1に記載の半導体装置は、柱状部の上面に、半田メッキにより直接低融点層を形成した後に、低融点層を加熱溶融してボール状に加工して製造される。金属ボールの構成材料である錫は、柱状部の構成材料である銅に対して比較的濡れ性が高いため、金属ボールの直径を大きくしようとすると半田材料をリフロー処理した際に半田材料が柱状部の側面側に垂れ落ちやすく、金属ボールの直径を大きくするには限界がある。
【0009】
そこで、本開示では、半田ボールの高さを高くすることで、半導体基板と配線基板との隙間を大きくすることが可能な、基板装置、電子機器及び基板装置の製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示によれば、基板と、基板上に設けられた電気接続部と、電気接続部上に設けられた金属ポストと、金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられ、半田材料に対する濡れ性が、半田材料に対する金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜と、を備えた、基板装置が提供される。
【0011】
また、本開示によれば、基板面に第1の電気接続部を有する第1の基板と、基板面に第2の電気接続部を有する第2の基板と、第1の電気接続部上に設けられた金属ポストと、第2の電気接続部と金属ポストとを電気的に接続する半田ボールと、第1の基板と第2の基板との間の間隙に充填された封止樹脂と、金属ポストと半田ボールとの間に、金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられ、半田ボールに対する濡れ性が、半田ボールに対する金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜と、を有する半導体装置の実装構造を備えた電子機器が提供される。
【0012】
また、本開示によれば、基板面に電気接続部を有する基板上に、電気接続部に重なる開口部を有する感光材料層を形成することと、感光材料層の開口部内に金属ポストを形成することと、感光材料層の開口部に重なり、かつ、開口部よりも外径の大きい光透過部を有するフォトマスクを用いて感光材料層を露光処理することと、半田材料に対する濡れ性が、半田材料に対する金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜を、金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に形成することと、感光材料層を除去することと、を含む、基板装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0013】
以上説明したように本開示によれば、半田ボールの高さを高くすることでバンプの高さが高くなり、半導体基板と配線基板との隙間を大きくすることができる。
【0014】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本開示の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
図2】同実施形態に係る半導体装置の実装構造を模式的に示す断面図である。
図3】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の電気接続部を形成する工程を示す説明図である。
図4】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の感光材料層を形成する工程を示す説明図である。
図5】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の第1の露光処理工程を示す説明図である。
図6】感光材料層に形成された第1の開口部を示す説明図である。
図7】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の金属ポストを形成する工程を示す説明図である。
図8】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の第2の露光処理工程を示す説明図である。
図9】感光材料層に形成された第2の開口部を示す説明図である。
図10】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の金属膜を形成する工程を示す説明図である。
図11】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の球状の半田材料を配置する工程を示す説明図である。
図12】同実施形態に係る半導体装置の製造方法の半田材料をリフロー処理する工程を示す説明図である。
図13】感光材料層が除去された状態を示す説明図である。
図14】半導体装置を配線基板上に載置する工程を示す説明図である。
図15】半田材料をリフロー処理する工程を示す説明図である。
図16】封止樹脂を供給する工程を示す説明図である。
図17】本開示の第2の実施の形態に係る電子機器の外観例を示した斜視図である。
図18】同実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0017】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.第1の実施の形態
1−1.半導体装置の構成例
1−2.半導体装置の実装構造
1−3.半導体装置の製造方法
2.第2の実施の形態
2−1.電子機器の概略
2−2.電子機器の構成例
【0018】
<1.第1の実施の形態>
[1−1.半導体装置の構成例]
まず、図1を参照して、本開示の第1の実施の形態に係る半導体装置10の構成例について説明する。図1は、本実施形態に係る半導体装置10の断面構造を模式的に示す断面図である。
【0019】
図1に示すように、半導体装置10は、半導体基板20を備える。図1において、半導体基板20は、単層の基板として示されているが、2層以上の多層配線基板であってもよい。半導体基板20は、例えば、シリコン基板等からなり、一方の面S1上に図示しない接着剤等を介して載置された半導体チップを備えてもよい。半導体基板20の一方の面S1及び半導体チップ上には、それぞれ電極端子が形成され、両電極端子は、例えば金線により電気的に接続され得る。また、半導体基板20の一方の面S1、半導体チップ及び金線は、エポキシ樹脂等の封止樹脂により封止されていてもよい。
【0020】
半導体チップは、例えば、MPU(Micro Processing Unit)等の演算処理素子、PMIC(Power Management Integrated Circuit)又は認証チップ等の集積回路素子、あるいは、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)又はフラッシュメモリ等の記憶素子などであってもよい。
【0021】
半導体基板20の他方の面S2には、電気接続部(第1の電気接続部)としての電極パッド21が複数形成されている。半導体基板20の他方の面S2上に、銅(Cu)等からなるシード層を有していてもよい。電極パッド21は、例えば、アルミニウム(Al)等の金属材料からなる。電極パッド21は、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。また、電気接続部は、電極パッド21ではなく、電極パッドから引き出されて形成された再配線層であってもよい。
【0022】
それぞれの電極パッド21上には、バンプ30が形成されている。バンプ30は、図示しない配線基板等と電気的に接続され、半導体チップ等の外部への入出力端子として機能する。バンプ30は、例えば、電極パッド21、コンタクトビア、配線層、再配線層及び端子等を介して、半導体チップ等に電気的に接続されていてもよい。本実施形態に係る半導体装置10のバンプ30は、金属ポスト25の上面に半田ボール31を配置したピラーバンプとして構成されている。
【0023】
金属ポスト25は、例えば、金(Au)又はCuからなり、バンプ30の高さを高くする機能を有する。本実施形態に係る半導体装置10では、金属ポスト25が、Cuにより形成されている。かかる金属ポスト25は、例えば、電解メッキ法や無電解メッキ法により形成される。このため、金属ポスト25の高さが高すぎると、金属ポスト25の形成に時間がかかることになる。また、金属ポスト25がAuからなる場合には、金属ポスト25に要するコストが高くなるおそれがある。また、金属ポスト25の高さが低いと、形成されるバンプ30の高さが低くなって、半導体基板20と、半導体装置10が実装される配線基板との隙間が小さくなるおそれがある。金属ポスト25の高さは、例えば、25〜50μmであってもよい。
【0024】
金属ポスト25上の半田ボール31は、錫(Sn)等の半田材料に対する金属ポスト25の濡れ性よりも低い濡れ性を有する金属膜27を介して配置されている。かかる金属膜27は、半田材料に対して濡れ性を有するものの、半田材料が濡れ拡がるには至らない程度の濡れ性を有する層であり、例えばニッケル(Ni)により構成され得る。金属膜27は、金属ポスト25の上面(先端面)から、側面の少なくとも一部にかけて一体的に形成されている。半田ボール31と金属膜27との接合界面では、Niと半田材料(Sn)との合金であるSn−Ni合金が形成され、半田ボール31と金属膜27とが合金接続された状態となっている。
【0025】
かかる金属膜27が、金属ポスト25の側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられているために、半田ボール31は、金属ポスト25の上面全体に対して接合される一方、金属ポスト25の側面に垂れ落ちていない。つまり、半田材料に対する濡れ性が金属ポスト25より低い金属膜27が、金属ポスト25の先端面だけでなく側面側にも設けられているために、半田材料のリフロー処理時に、半田材料が金属ポスト25の側面に垂れ落ちにくくなっている。このため、半導体装置10を金属ポスト25の高さ方向に見たときに、金属ポスト25上に配置された半田ボール31の直径R1が、金属ポスト25の直径R2よりも大きくされている。これにより、金属ポスト25上に配置される半田ボール31の直径R1及び高さが大きくなり、バンプ30の高さを高くすることができる。
【0026】
半田ボール31の直径R1は、例えば、金属ポスト25の直径R2より20%以上大きくされ得る。具体的に、半田ボール31の直径R1と金属ポスト25の直径R2との差は、例えば、8〜20μmの範囲内であってもよい。例えば、金属ポスト25の直径R2が35〜70μmであり、半田ボール31の直径R1が40〜90μmであってもよい。この場合、配線基板に接合する前の半導体装置10において、例えば、金属ポスト25の高さが25〜50μmであり、半田ボール31の高さが35〜80μmであってもよい。これにより、半導体装置10を配線基板上に実装した後において、半導体基板20と配線基板との隙間が大きくされ、当該隙間に封止樹脂が流れ込みやすくなる。
【0027】
Ni膜により形成された金属膜27は、例えば、1.5〜4.0μmの厚さであり、電解メッキ法又は無電解メッキ法により形成され得る。また、金属ポスト25の側面に形成される金属膜27は、金属ポスト25の上面(先端面)から少なくとも5μm以上の範囲に形成されてもよい。例えば、金属ポスト25の側面のうち、上面から5μmの範囲に金属膜27を形成した場合、上面に形成された金属膜27の厚さと合わせて、金属膜27の上面から6.5〜9.0μmの範囲に金属膜27が形成される。このため、金属膜27の上面に載置された半田ボール31のリフロー時に、半田材料に対する濡れ性の高い金属ポスト25に対して半田材料が接しにくくなって、半田材料の垂れ落ちを防ぐことができる。
【0028】
金属膜27は、金属ポスト25の上面から5μmを超える範囲に形成されてもよく、金属ポスト25の側面全体に形成されてもよい。ただし、半田材料の垂れ落ちを防ぎつつも、導電材料の使用量を低減して、材料のコストを抑制するには、金属膜27が、金属ポスト25の上面から少なくとも5μm以上の範囲に形成されていればよい。
【0029】
また、例えば、金属膜27を設けない場合には、Cuからなる金属ポスト25と半田材料とが反応しすぎて、半田材料と金属ポスト25とが互いに溶け込みやすくなり、バンプ30の高さを高くすることが困難になる。また、Cuからなる金属ポスト25の表面に自然酸化膜が形成されたとしても、やはり、当該酸化膜と半田材料との濡れ性が高く、半田材料が金属ポスト25の側面に垂れ落ちやすくなる。したがって、金属ポスト25の上面から側面の少なくとも一部にかけて、半田材料に対する濡れ性が金属ポスト25よりも小さい金属膜27を一体的に形成することが有効である。
【0030】
[1−2.半導体装置の実装構造]
次に、図2を参照して、本実施形態に係る半導体装置10の実装構造の一例について説明する。図2は、本実施形態に係る半導体装置10の実装構造の断面構造を模式的に示す断面図である。
【0031】
図2に示すように、半導体装置10は、バンプ30を介して、配線基板40上に実装される。配線基板40の一方の面には、電気接続部(第2の電気接続部)としての電極パッド41が複数形成されている。かかる電極パッド41に対して、半導体装置10のバンプ30の半田ボール31が電気的に接続されている。また、半導体基板20と配線基板40との隙間には、エポキシ樹脂等の封止樹脂51が充填され、硬化されている。これにより、半導体基板20と配線基板40との電気接続部分が周囲に対して電気的に絶縁されるとともに、半導体基板20と配線基板40との接合強度の向上が図られている。
【0032】
本実施形態に係る半導体装置10の実装構造の場合、半導体装置10の実装時においても、半田材料が金属ポスト25の側面に回り込みにくく、半田ボール31の高さが所定程度に維持され、半導体装置10の実装後のバンプ30の高さを高くすることができる。したがって、半導体基板20と配線基板40との隙間が大きくなり、半導体装置10と配線基板40との間に流し込まれる封止樹脂が隙間なく充填されやすくなって、電気接続部分の電気的絶縁性や、半導体装置10と配線基板40との接合強度を高めることができる。
【0033】
[1−3.半導体装置の製造方法]
次に、図3図13を参照して、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法の一例について説明する。図3図13は、半導体装置10の製造方法の各工程を説明するための模式的な断面図であって、半導体基板20上に2つのバンプ30が形成される様子を示している。なお、以下の説明では、各層が積層される方向を「上」と表現する。
【0034】
まず、図3に示すように、半導体基板20の図示しない回路が形成された回路面上に電極パッド21が形成されている。半導体基板20としては、例えばシリコン基板等の、一般的な半導体装置に適用される半導体基板を用いることができる。半導体基板20の表面には、Cu等からなる図示しないシード層が形成されていてもよい。かかるシード層は、後の工程でメッキ処理を行う際の導体となる。電極パッド21も、例えばAl等の、一般的な半導体装置に適用される導体層により構成され得る。図示されていないが、電極パッド21の中央部分が露出するように、電極パッド21の周縁と半導体基板20とを被覆するパッシベーション膜が形成されてもよい。パッシベーション膜は、例えば、SiNやSiO2により構成される。
【0035】
次いで、図4に示すように、電極パッド21が形成されている半導体基板20上に感光材料層81を形成する。例えば、100μmピッチ、高さ70μmのバンプ30を形成する場合、感光材料層81の厚さは、80〜1,000μmの範囲内とすることができる。このような厚さの感光材料層81を形成するには、例えば、ロールラミネート法によりドライフィルム状の感光材料を半導体基板20に圧着して貼付してもよい。ただし、感光材料層81は、スピンコート法等の他の方法により形成されてもよい。本実施形態においては、ポジ型の感光材料からなる感光材料層81が半導体基板20上に形成される。
【0036】
次いで、図5に示すように、感光材料層81上に、第1の光透過部73を有する第1のフォトマスク71を用いて、紫外線L等によって第1の露光処理を行う。第1の露光処理において用いられる第1のフォトマスク71に設けられた第1の光透過部73は、形成する金属ポスト25の平面形状に対応する平面形状及び大きさとなっている。例えば、第1の光透過部73の平面形状が円形であり、その直径が50μmであってもよい。かかる第1のフォトマスク71を用いて第1の露光処理を行った後に現像処理を行い、第1の光透過部73を介して露光された一部の感光材料層81を除去する。
【0037】
現像処理後には、感光材料層81のポストベーク処理を行い、残存する感光材料層81を焼き締めて固化させる。これにより、図6に示すように、電極パッド21に重なる第1の開口部82を有する感光材料層83が形成される。第1の開口部82は、電極パッド21の中央の領域に位置してもよい。このとき、ポストベーク処理条件を適宜設定することにより、形成される感光材料層83の感光能力を残すようにする。例えば、感光材料の通常の使用条件に比べて、ポストベーク温度を低くしたり、又は、ポストベーク時間を短くしたり、あるいは、それらの組み合わせにより、最適な条件を設定することができる。
【0038】
次いで、図7に示すように、感光材料層83の第1の開口部82内に金属ポスト25を形成する。金属ポスト25は、例えばCuからなり、その高さ(厚さ)は30〜40μmの範囲内であってもよい。かかる高さの金属ポスト25は、例えば、電解メッキ法により形成され得る。この場合、導電材料としての電気的特性や、メッキ成長速度、材料のコスト等を考慮して、金属ポスト25はCuを用いて形成されてもよい。形成される金属ポスト25は、感光材料層83の第1の開口部82の直径と同等の直径を有する。
【0039】
次いで、図8に示すように、感光材料層83上に、第2の光透過部77を有する第2のフォトマスク115を用いて、紫外線L等によって第2の露光処理を行う。第2の露光処理においては、感光材料層83に形成された第1の開口部82の開口面積を拡げるために、第1のフォトマスク71の第1の光透過部73の外径よりも大きい外径の第2の光透過部77を有する第2のフォトマスク115が用いられる。つまり、第2のフォトマスク115の第2の光透過部77は、感光材料層83の第1の開口部82の外径よりも大きくなっている。例えば、第2の光透過部77の直径が60μmであってもよい。第2のフォトマスク115の第2の光透過部77は、感光材料層83の第1の開口部82に重なるように配置される。第1の開口部82が、第2の光透過部77の中央の領域に位置するように配置されてもよい。したがって、第2の露光処理では、第1の開口部82の周囲の感光材料層83に対して露光処理が行われ得る。
【0040】
また、第2の露光処理においては、露光される感光材料層83の底面まで現像されないように、露光時間が短くされる。あるいは、第2の露光処理において、露光時の光量を小さくしてもよい。これにより、金属ポスト25の周囲の感光材料層83が底面まで除去されて、電極パッド21の下層のシード層が露出するおそれを低減することができる。かかる第2のフォトマスク115を用いて第2の露光処理を行った後に現像処理を行い、第2の光透過部77を介して露光された一部の感光材料層83を除去する。現像処理後には、感光材料層83のポストベーク処理を行い、残存する感光材料層83を焼き締めて固化させる。
【0041】
これにより、図9に示すように、感光材料層85に、第1の開口部82の開口面積よりも大きい開口面積の第2の開口部84が形成され、金属ポスト25の周囲の電極パッド21を大きく露出させることなく、金属ポスト25の側面を露出させることができる。図9においては、第2の開口部84の壁面が模式的に傾斜状に示されているが、第2の開口部84の壁面は、必ずしも傾斜状にならなくてもよい。
【0042】
このとき、金属ポスト25の側面のすべてを露出させてもよく、金属ポスト25の側面のうち、上端(先端)から所定範囲のみを露出させてもよい。ただし、後の工程で、金属ポスト25の側面のうち、上端から少なくとも5μm以上の範囲に金属膜27を形成するに、金属ポスト25の側面のうち、上端から少なくとも5μm以上の範囲を露出させてもよい。また、第2の露光処理後のポストベーク処理においては、感光材料層85の感光能力が残らないように焼き締められてもよい。
【0043】
次いで、図10に示すように、電解メッキ法を用いて、感光材料層85の第2の開口部84内の金属ポスト25の表面に金属膜27を形成する。金属膜27は、例えば、Ni膜により構成され、金属ポスト25の上面から側面にかけて一体的に形成される。このとき、金属膜27は、金属ポスト25の側面のうち、例えば金属ポスト25の上端から少なくとも5μm以上の範囲に形成される。
【0044】
次いで、図11に示すように、感光材料層85の第2の開口部84内に球状の半田材料32を載置する。球状の半田材料32の表面に、NiやAu等を用いて所定の膜厚の無電解金属メッキが形成されていてもよい。このとき、ボールドロップ方式により、球状の半田材料32が第2の開口部84内に配置されてもよい。本実施形態に係る半導体装置10の製造方法では、金属ポスト25の直径(R2)よりも大きい直径(R1)を有する半田ボール31を金属ポスト25上に形成するために、例えば金属ポスト25の直径(R2)が50μmの場合に、直径(R1)が60μmの球状の半田材料32が用いられる。
【0045】
ボールドロップ方式により配置した球状の半田材料32をリフロー処理する方法では、あらかじめ金属ポスト25の直径(R2)よりも大きい直径(R1)に形成された球状の半田材料32を用いることができ、所望の直径(R1)の半田ボール31を容易に形成することができる。特に、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法では、第2の露光処理により、感光材料層85には金属ポスト25の直径(R2)よりも大きい直径の第2の開口部84が形成されていることから、球状の半田材料32を第2の開口部84内に収容することが可能になっている。
【0046】
球状の半田材料32を金属ポスト25上に配置した後、スプレー法等によりフラックスを全面的に塗布し、リフロー炉に投入してリフロー処理を施す。これにより、低融点の半田材料32が溶融して、図12に示すように、半田ボール31と金属膜27との界面が合金接合される。このとき、半田材料に対する濡れ性が金属ポスト25よりも低い金属膜27が、金属ポスト25の上面だけでなく、側面にかけて一体的に形成されているために、半田材料が金属ポスト25の側面に垂れ落ちることがない。したがって、形成されるバンプ30の高さを高くすることができる。
【0047】
また、形成される半田ボール31の中心は、金属ポスト25の中心軸上に位置するようになる。したがって、金属ポスト25の直径(R2)よりも大きい直径(R1)を有する半田ボール31は、金属ポスト25の径方向に均等にはみ出すようにして、金属ポスト25上に形成される。これにより、半導体基板20上に形成される複数のバンプ30の半田ボール31のピッチが均等にされる。したがって、半導体装置10の実装時に半導体基板20と配線基板との間に流し込まれる封止樹脂が通過しにくい領域が形成されることがない。
【0048】
半導体基板20をリフロー処理した後、半導体基板20上に付着したフラックスを洗浄し、さらに、感光材料層85を除去することにより、図13に示すように、金属ポスト25及び半田ボール31を合わせた高さが、例えば70μm程度のバンプ30が形成される。本実施形態に係る半導体装置10の製造方法では、フィルム状の感光材料を半導体基板20上に貼付しているため、かかるフィルム状の感光材料を剥離することにより、感光材料層85が除去され得る。
【0049】
ここまで、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法について説明したが、引き続き、図14図16を参照して、半導体装置10を配線基板40上に実装する方法を説明する。
【0050】
図14に示すように、基板面上に電極パッド41を有する配線基板(第2の基板)40上に、半導体基板(第1の基板)20のバンプ30が形成された面を対向させて半導体装置10を載置する。次いで、配線基板40及び半導体装置10をリフロー炉に投入してリフロー処理することにより、図16に示すように、低融点の半田ボール31が溶融して、半田ボール31と配線基板40上の電極パッド41との界面が合金接合される。例えば、リフロー処理の前に70μm程度の高さとなっていたバンプ30の高さは65μm程度になる。
【0051】
次いで、図16に示すように、半導体基板20と配線基板40との間に封止樹脂51を流し込み、硬化させる。封止樹脂51としては、例えばエポキシ樹脂が用いられ得るが、その他の樹脂材料が用いられてもよい。かかる封止樹脂は、電気絶縁性を有し、例えば加熱処理することで硬化される。このとき、本実施形態に係る半導体装置10は、半田ボール31の直径R1が金属ポスト25の直径R2よりも大きくされ、バンプ30の高さが高くなっているために、半導体基板20と配線基板40との隙間が大きくなっている。したがって、半導体基板20と配線基板40との間に封止樹脂51が流れ込みやすくなっている。これにより、半導体装置10と配線基板40との電気接続部分の絶縁性が保証され、かつ、半導体装置10と配線基板40との接続強度の向上が図られる。
【0052】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置10は、バンプ30を構成する金属ポスト25の先端面から側面の少なくとも一部にかけて形成された、半田材料に対する濡れ性が金属ポスト25よりも低い金属膜27を有する。したがって、半田材料のリフロー処理時に、半田材料が金属ポスト25の側面に垂れ落ちにくくなっている。このため、半導体装置10を金属ポスト25の高さ方向に見たときに、半田ボール31の直径R1を金属ポスト25の直径R2よりも大きくすることができ、半田ボール31の高さを高くすることができる。したがって、バンプ30の高さが高くなって、半導体基板20の実装時に置いて、半導体基板20と配線基板40との間に封止樹脂が流れ込みやすくなる。その結果、電気接続部分の絶縁性が向上し、かつ、半導体装置10と配線基板40との接合強度が向上する。
【0053】
また、半田ボール31の高さが高くなることでバンプ30の高さを高くすることにより、半導体装置10の実装後に、接合部分に応力がかかったときに、バンプ30により応力が吸収されやすくなって、電気接続特性が向上される。
【0054】
また、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法は、感光材料層81に対して、第1の光透過部73を有する第1のフォトマスク71を用いて第1の露光処理を行い、金属ポスト25を形成する第1の開口部82を形成する。この後、感光能力が残されるようにポストベーク処理が行われる。また、残された感光材料層83に対して、第1の光透過部73の外径よりも大きい第2の光透過部77を有する第2のフォトマスク115を用いて第2の露光処理を行い、第1の開口部82を拡径する。これにより、金属ポスト25の側面が露出され、金属ポスト25の上面から側面にかけて一体的に金属膜27を形成することができるようになる。
【0055】
また、感光材料層85に形成された第2の開口部84は、金属ポスト25の直径R2よりも大きいことから、金属ポスト25の直径R2よりも大きい直径R1の球状の半田材料32を、第2の開口部84内に投入することができる。したがって、かかる球状の半田材料32をリフロー処理することにより、金属ポスト25上に、所望の直径R1の半田ボール31を容易に形成することができる。これにより、金属ポスト25上の半田ボール31の高さを高くすることができ、形成されるバンプ30の高さを高くすることができる。したがって、半導体基板20と配線基板40との隙間に封止樹脂が流れ込みやすくなる。
【0056】
<2.第2の実施の形態>
続いて、図17及び図18を参照して、本開示の第2の実施の形態に係る電子機器について説明する。第2の実施の形態に係る電子機器は、第1の実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器である。
【0057】
[2−1.電子機器の外観例]
まず、図17を参照して、本実施形態に係る電子機器100の概略について説明する。図17は、本実施形態に係る電子機器100の外観例を示した斜視図である。
【0058】
図17に示すように、電子機器100は、例えば、横長の扁平な形状に形成された筐体101の内外に各構成が配置された外観を有する。電子機器100は、例えば、ゲーム機器として用いられる機器であってもよい。
【0059】
筐体101の前面には、長手方向の中央部に表示パネル102が設けられる。また、表示パネル102の左右には、それぞれ周方向に離隔して配置された操作キー103、及び操作キー104が設けられる。また、筐体101の前面の下端部には、操作キー105が設けられる。操作キー103、104、105は、方向キー又は決定キー等として機能し、表示パネル102に表示されるメニュー項目の選択、及びゲームの進行等に用いられる。
【0060】
また、筐体101の上面には、外部機器を接続するための接続端子106、電力供給用の供給端子107、及び外部機器との赤外線通信を行う受光窓108等が設けられる。
【0061】
[2−2.電子機器の構成例]
次に、図18を参照して、電子機器100の回路構成について説明する。図18は、本実施形態に係る電子機器100の構成を示すブロック図である。
【0062】
図18に示すように、電子機器100は、メインCPU(Central Processing Unit)110と、システムコントローラ120とを備える。メインCPU110、及びシステムコントローラ120には、例えば、図示しないバッテリー等から異なる系統で電力が供給される。
【0063】
メインCPU110は、各種情報の設定又はアプリケーションの選択をユーザに行わせるためのメニュー画面を生成するメニュー処理部111と、アプリケーションを実行するアプリケーション処理部112とを有する。
【0064】
また、電子機器100は、ユーザにより設定された各種情報を保持するメモリー等の設定情報保持部130を備える。設定情報保持部130には、メインCPU110によってユーザによって設定された情報が送出され、設定情報保持部130は、送出された情報を保持する。
【0065】
システムコントローラ120は、操作入力受付部121、通信処理部122及び電力制御部123を有する。操作入力受付部121は、操作キー103、104、及び105の状態検出を行う。また、通信処理部122は、外部機器との間の通信処理を行い、電力制御部123は、電子機器100の各部に供給される電力の制御を行う。
【0066】
なお、第1の実施の形態に係る半導体装置は、メインCPU110、システムコントローラ120、及び設定情報保持部130のうちの少なくともいずれかに搭載され得る。第1の実施の形態に係る半導体装置を用いることにより、電子機器100は、より小型化及び薄型化することが可能である。
【0067】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、本開示にて説明した各要素を適宜組み合わせたものも本開示の技術的範囲に属することはいうまでもない。
【0068】
例えば、上記の実施の形態では、半導体装置10を構成する半導体基板20上に金属ポスト25及び半田ボール31からなるバンプ30を形成したが、本開示の技術は係る例に限定されない。金属ポスト及び半田ボールからなるバンプが、半導体装置が実装される配線基板上に形成されてもよい。この場合においても、金属ポストの上面から側面にかけて金属膜を一体的に形成することにより、半田ボールの高さを高くし、バンプの高さを高くすることができる。
【0069】
あるいは、半導体基板又は配線基板のいずれか一方に、上記の金属膜を有する金属ポストを形成し、実装時において、他方の基板に形成した半田ボールと接合してもよい。例えば、金属ポスト25の上面から側面にかけて金属膜27を形成したところで、感光材料層125を除去した状態で保管しておき、配線基板への実装時に、印刷等により配線基板上に半田材料を配置して、半導体装置と配線基板とを半田接合してもよい。この場合においても、溶融する半田材料が、金属ポストの側面側に回り込みにくくなって、半導体基板と配線基板との隙間を大きくすることができる。
【0070】
また、上記の実施の形態では、感光材料としてポジ型の感光材料が用いられていたが、本開示の技術は係る例に限定されず、ネガ型の感光材料が用いられてもよい。
【0071】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【0072】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)基板と、前記基板上に設けられた電気接続部と、前記電気接続部上に設けられた金属ポストと、前記金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられ、半田材料に対する濡れ性が、前記半田材料に対する前記金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜と、を備えた、基板装置。
(2)前記金属膜が、ニッケル膜である、前記(1)に記載の基板装置。
(3)前記金属ポストの側面の前記金属膜が、前記金属ポストの先端から少なくとも5μm以上の範囲に設けられる、前記(1)又は(2)に記載の基板装置。
(4)前記金属ポストの先端面に位置する前記金属膜の厚さが1.5〜3μmの範囲内である、前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の基板装置。
(5)前記金属膜上に、前記半田材料からなる半田ボールを備え、前記基板装置を前記金属ポストの高さ方向に沿って見たときに、前記半田ボールの直径が、前記金属ポストの直径よりも大きい、前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の基板装置。
(6)前記半田ボールの直径が、前記金属ポストの直径よりも20%以上大きい、前記(5)に記載の基板装置。
(7)前記基板が半導体基板であり、前記基板装置が半導体装置である、前記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の基板装置。
(8)基板面に第1の電気接続部を有する第1の基板と、基板面に第2の電気接続部を有する第2の基板と、前記第1の電気接続部上に設けられた金属ポストと、前記第2の電気接続部と前記金属ポストとを電気的に接続する半田ボールと、前記金属ポストと前記半田ボールとの間に、前記金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に設けられ、前記半田ボールに対する濡れ性が、前記半田ボールに対する前記金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜と、前記第1の基板と前記第2の基板との間の間隙に充填された封止樹脂と、を有する半導体装置の実装構造を備えた電子機器。
(9)基板面に電気接続部を有する基板上に、前記電気接続部に重なる開口部を有する感光材料層を形成することと、前記感光材料層の前記開口部内に金属ポストを形成することと、前記感光材料層の前記開口部に重なり、かつ、前記開口部よりも外径の大きい光透過部を有するフォトマスクを用いて前記感光材料層を露光処理することと、半田材料に対する濡れ性が、前記半田材料に対する前記金属ポストの濡れ性よりも低い金属膜を、前記金属ポストの先端面から側面の少なくとも一部にかけて一体的に形成することと、前記感光材料層を除去することと、を含む、基板装置の製造方法。
(10)前記フォトマスクの前記光透過部の直径が、前記感光材料層の前記開口部の直径よりも20%以上大きい、前記(9)に記載の基板装置の製造方法。
(11)前記光透過部、前記フォトマスク及び前記露光処理を、それぞれ第2の光透過部、第2のフォトマスク及び第2の露光処理としたときに、前記感光材料層の前記開口部を形成するための第1の露光処理において用いた第1のフォトマスクの第1の光透過部の外径よりも大きい前記第2の光透過部を有する前記第2のフォトマスクを用いて、前記第2の露光処理を行う、前記(9)又は(10)に記載の基板装置の製造方法。
(12)前記感光材料層は、ポジ型の感光材料からなり、前記第1の露光処理後のポストベーク処理は、前記感光材料層の感光能力を残すように行われ、前記感光材料層に対してさらに前記第2の露光処理を行う、前記(11)に記載の基板装置の製造方法。
(13)前記第2の露光処理は、前記感光材料層の底面まで現像されないように行われる、前記(11)又は(12)に記載の基板装置の製造方法。
(14)前記第2の露光処理を行うことにより、前記金属ポストの少なくとも先端側の側面を露出させる、前記(11)〜(13)のいずれか1項に記載の基板装置の製造方法。
(15)前記第1の露光処理により形成される前記開口部を第1の開口部としたときに、前記第2の露光処理により、前記第1の開口部の外径よりも大きい第2の開口部を形成し、前記金属膜を形成した後、前記金属ポストの高さ方向に見たときに前記金属ポストの直径よりも大きい直径を有する球状の半田材料を前記第2の開口部内に配置し、リフロー処理することにより、前記金属ポストの先端の前記金属膜上に半田ボールを形成する、前記(11)〜(14)のいずれか1項に記載の基板装置の製造方法。
(16)前記金属膜を、ニッケルの電解メッキ処理により形成する、前記(9)〜(15)のいずれか1項に記載の基板装置の製造方法。
【符号の説明】
【0073】
10 半導体装置
20 半導体基板(第1の基板)
21 電極パッド(第1の電気接続部)
25 金属ポスト
27 金属膜
30 バンプ
31 半田ボール
32 球状の半田材料
40 配線基板(第2の基板)
41 電極パッド(第2の電気接続部)
51 封止樹脂
71 第1のフォトマスク
73 第1の光透過部
75 第2のフォトマスク
77 第2の光透過部
81,83,85 感光材料層
82 第1の開口部
84 第2の開口部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18