素子搭載用基板およびその製造方法、半導体モジュールおよびその製造方法、ならびに携帯機器
【課題】突起構造と半導体素子の電極とを接続する構造において、突起構造への熱応力の集中を緩和する。
【解決手段】素子搭載用基板１０は、絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられた配線層１４と、配線層１４と電気的に接続され、配線層１４から絶縁樹脂層１２側に突出している突起電極１６と、を備える。突起電極１６の側面は、突起電極１６の中心軸１６ｚを含む断面視で中心軸１６ｚ方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化している。
【解決手段】素子搭載用基板１０は、絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられた配線層１４と、配線層１４と電気的に接続され、配線層１４から絶縁樹脂層１２側に突出している突起電極１６と、を備える。突起電極１６の側面は、突起電極１６の中心軸１６ｚを含む断面視で中心軸１６ｚ方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子搭載用基板およびその製造方法、半導体モジュールおよびその製造方法、ならびに携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の表面実装方法として、半導体素子の電極にはんだバンプを形成し、はんだバンプとプリント配線基板の電極パッドとを接続するフリップチップ実装方法が知られている。また、フリップチップ実装方法を採用した構造としては、たとえばＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）構造が知られている。
【０００３】
ＣＳＰ構造の半導体モジュールでは、プリント配線基板と半導体モジュールとの熱膨張係数の差によって、使用環境下などにおいてプリント配線基板と半導体モジュールとの間に熱応力が生じる。これに対して、半導体チップが熱応力により伸縮する方向と略同一の方向に離間して、複数の凹部を配線に設けた構造が提案されている（特許文献１参照）。これは、プリント配線基板と半導体モジュールとの熱膨張係数の差によって、使用環境下などにおいてプリント配線基板と半導体モジュールとの間に生じる熱応力を緩和するためのものである。
【０００４】
一方、近年の電子機器の小型化、高機能化に伴い、半導体素子のさらなる小型化が求められている。半導体素子の小型化に伴い、プリント配線基板に実装するための電極間の狭ピッチ化が不可欠となっている。ところがフリップチップ実装方法では、はんだバンプ自体の大きさや、はんだ付け時のブリッジ発生などが制約となり、電極の狭ピッチ化に限界があった。このような限界を克服するための構造として、基材に形成した突起構造を電極またはビアとし、基材にエポキシ樹脂などの絶縁樹脂層を介して半導体素子を実装し、突起構造に半導体素子の電極を接続する構造が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−６４８６号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基材に形成した突起構造と半導体素子の電極とを接続する上述の構造では、基材と半導体素子との熱膨張係数の差によって生じる熱応力が、突起構造に集中してしまうおそれがあった。そして、これにより、突起構造にクラック（亀裂）が発生し、半導体素子とプリント配線基板との間の接続信頼性が低下するおそれがあった。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、突起構造と半導体素子の電極とを接続する構造において、半導体素子とプリント配線基板との間の接続信頼性を向上させる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は素子搭載用基板である。この素子搭載用基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、配線層と電気的に接続され、配線層から絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、突起電極の側面は、突起電極の中心軸を含む断面視で中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する。
【０００８】
この態様によれば、上記態様の素子搭載用基板に半導体素子が積層された場合に、半導体素子とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上する。
【０００９】
上記態様において、側面の曲率半径は、配線層側端部および先端側端部の近傍よりも中央領域で小さくてもよい。
【００１０】
上記態様において、突起電極の基底部の径に対する頂部の径の比率は、０．２５〜０．６０であってもよい。
【００１１】
本発明の他の態様もまた素子搭載用基板である。この素子搭載用基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、配線層と電気的に接続され、配線層から絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、突起電極は、略富士山形状である。
【００１２】
本発明のさらに他の態様は、半導体モジュールである。この半導体モジュールは、上述したいずれかの態様の素子搭載用基板と、突起電極に対向する素子電極が設けられた半導体素子と、を備え、突起電極が絶縁樹脂層を貫通し、突起電極と素子電極とが電気的に接続されている。
【００１３】
本発明のさらに他の態様は、携帯機器である。この携帯機器は、上述の態様の半導体モジュールを搭載している。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、素子搭載用基板の製造方法である。この素子搭載用基板の製造方法は、金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、マスクの中心軸を含む断面視で、側面が中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、突起電極が形成された側の金属板の主表面に絶縁樹脂層を積層する工程と、金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、を含む。
【００１５】
本発明のさらに他の態様は、半導体モジュールの製造方法である。この半導体モジュールの製造方法は、金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、マスクの中心軸を含む断面視で、側面が中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、金属板と、突起電極に対応する素子電極が設けられた半導体素子とを、絶縁樹脂層を介して圧着し、突起電極が絶縁樹脂層を貫通することにより、突起電極と素子電極とを電気的に接続させる圧着工程と、金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、を含む。
【００１６】
上記態様において、絶縁樹脂層は、加圧によって塑性流動を起こすものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、突起構造と半導体素子の電極とを接続する構造において、突起構造への熱応力の集中を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る素子搭載用基板１０およびこれを用いた半導体モジュール３０の構成を示す概略断面図である。半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０およびこれに搭載された半導体素子５０を備える。
【００２０】
素子搭載用基板１０は、絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられた配線層１４と、配線層１４と電気的に接続され、配線層１４から絶縁樹脂層１２側に突出している突起電極１６とを備える。
【００２１】
絶縁樹脂層１２は、絶縁性の樹脂からなり、たとえば加圧したときに塑性流動を引き起こす材料で形成されている。加圧したときに塑性流動を引き起こす材料としては、エポキシ系熱硬化型樹脂が挙げられる。絶縁樹脂層１２に用いられるエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば、温度１６０℃、圧力８Ｍｐａの条件下で、粘度が１ｋＰａ・ｓの特性を有する材料であればよい。また、このエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば温度１６０℃の条件下で、５〜１５Ｍｐａで加圧した場合に、加圧しない場合と比較して、樹脂の粘度が約１／８に低下する。これに対して、熱硬化前のＢステージのエポキシ樹脂は、ガラス転移温度Ｔｇ以下の条件下では、樹脂を加圧しない場合と同程度に、粘性がなく、加圧しても粘性は生じない。また、このエポキシ系熱硬化型樹脂は、約３〜４の誘電率を有する誘電体である。
【００２２】
配線層１４は、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられており、導電材料、好ましくは圧延金属、さらには圧延銅により形成される。あるいは電解銅などで形成してもよい。配線層１４には、絶縁樹脂層１２側に突起電極１６が突設されている。本実施例においては、配線層１４と突起電極１６とは一体的に形成されているが、特にこれに限定されない。配線層１４の絶縁樹脂層１２と反対側の主表面には、配線層１４の酸化などを防ぐための保護層１８が設けられている。保護層１８としては、ソルダーレジスト層などが挙げられる。保護層１８の所定の領域には開口部１８ａが形成されており、開口部１８ａによって配線層１４の一部が露出している。開口部１８ａ内には外部接続電極としてのはんだバンプ２０が形成され、はんだバンプ２０と配線層１４とが電気的に接続されている。はんだバンプ２０を形成する位置、すなわち開口部１８ａの形成領域は、たとえば再配線で引き回した先の端部である。
【００２３】
突起電極１６はその全体的な形状が、先端に近づくにつれて径が細くなっており、その断面形状が曲線状になった略富士山形状となっている。突起電極１６の平面視形状は、本実施形態では楕円形を含む略丸型であるが、得にこれに限定されず、たとえば四角形などの多角形であってもよい。突起電極１６の側面は、突起電極１６の中心軸１６ｚを含む断面視で、中心軸１６ｚ方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化する形状となっている。ここで、側面の曲率半径は、配線層側端部１６ａおよび先端側端部１６ｂの近傍よりも中央領域で小さくなっている。すなわち、突起電極１６の側面は、配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂに向かって、その曲率半径が大→小→大と変化するような形状となっている。また、突起電極１６の基底部の径に対する頂部の径の比率は、０．２５〜０．６０の範囲であることが好ましい。
【００２４】
なお、突起電極１６の側面には約２〜５μｍ以下の微細な凹凸が形成されている場合があるが、本実施形態の突起電極１６の側面は、この微細凹凸を無視した状態で、側面の曲率半径が連続的に変化するような形状となっている。また、突起電極１６の表面には、たとえば電解めっき法あるいは無電解めっき法により形成された、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）めっき層などの金属層が被覆されていてもよい。
【００２５】
上述の構成を備えた素子搭載用基板１０に半導体素子５０が搭載されて半導体モジュール３０が形成される。本実施形態の半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０の突起電極１６と、半導体素子５０の素子電極５２とが絶縁樹脂層１２を介して電気的に接続された構造である。
【００２６】
半導体素子５０は、突起電極１６のそれぞれに対向する素子電極５２を有する。また、絶縁樹脂層１２に接する側の半導体素子５０の主表面には、素子電極５２が露出するように開口が設けられた素子保護層５４が積層されている。素子電極５２の表面には、Ｎｉ／Ａｕめっき層などの金属層が被覆されていてもよい。半導体素子５０の具体例としては、集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの半導体チップが挙げられる。素子保護層５４の具体例としては、ポリイミド層が挙げられる。また、素子電極５２には、たとえばアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。
【００２７】
本実施形態においては、絶縁樹脂層１２が、素子搭載用基板１０と半導体素子５０との間に設けられ、素子搭載用基板１０が絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に圧着し、半導体素子５０が他方の主表面に圧着している。そして、突起電極１６が、絶縁樹脂層１２を貫通して、半導体素子５０に設けられた素子電極５２と電気的に接続されている。絶縁樹脂層１２は、加圧により塑性流動を起こす材料からなるため、素子搭載用基板１０、絶縁樹脂層１２および半導体素子５０がこの順で一体化された状態において、突起電極１６と素子電極５２との間に絶縁樹脂層１２の残膜が介在することが抑制され、接続信頼性の向上が図られる。また、突起電極１６および素子電極５２の表面にＮｉ／Ａｕめっき層が被覆されている場合には、突起電極１６と素子電極５２とは、互いの最表面に配置された金同士が接合（金−金接合）するため、突起電極１６と素子電極５２との接続信頼性がさらに向上する。
【００２８】
（素子搭載用基板および半導体モジュールの製造方法）
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、突起電極１６の形成方法を示す工程断面図である。
【００２９】
図２（Ａ）に示すように、少なくとも、突起電極１６の高さと配線層１４の厚さとの和より大きい厚さを有する金属板としての銅板１３を用意する。
【００３０】
次に、図２（Ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、突起電極１６のパターンに合わせてレジスト７０を選択的に形成する。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板１３に所定膜厚のレジスト膜を貼り付け、突起電極１６のパターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像することによって、銅板１３の上にレジスト７０が選択的に形成される。なお、レジストとの密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板１３の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。
【００３１】
次に、図２（Ｃ）に示すように、レジスト７０をマスクとして、銅板１３に所定のパターンの突起電極１６を形成する。具体的には、コンベアにより搬送される銅板１３のレジスト７０が形成された側の主表面に、塩化第二鉄溶液などのエッチング液を吹き付けるシャワーエッチング処理を施すことで、銅板１３をエッチングして所定のパターンを有する突起電極１６を形成する。シャワーエッチング処理によれば銅板１３の異方性エッチングが可能であり、突起電極１６の側面を、突起電極１６の中心軸１６ｚ（マスクの中心軸）方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が連続的に変化するような形状とすることができる。また、シャワーエッチング処理によれば、たとえば突起電極１６の側面を、中心軸１６ｚに垂直な方向における配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間の距離Ｘ１よりも、中心軸１６ｚに平行な方向における配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間の距離Ｘ２の方が大きくなるようにすることもできる。本実施形態における銅板１３の搬送速度、エッチング液の吹き付け圧は、それぞれ４〜７ｍ／ｍｉｎ、２００〜５００ｋＰａである。
【００３２】
次に、図２（Ｄ）に示すように、レジスト７０を剥離剤を用いて剥離する。以上説明した工程により、銅板１３に突起電極１６が形成される。本実施形態の突起電極１６における基底部の径、頂部の径、高さは、たとえばそれぞれ、１００〜１４０μｍφ、５０μｍφ、３０μｍである。なお、銅板１３の搬送速度、搬送距離、エッチング液の吹き付け圧、ノズル数、ノズル径などを変更することで、多様な形状の突起電極１６を形成することができる。上述の各条件は実験によって定めてもよい。
【００３３】
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、配線層１４の形成方法、突起電極１６と素子電極５２との接続方法を示す工程断面図である。
【００３４】
図３（Ａ）に示すように、突起電極１６が絶縁樹脂層１２側を向くようにして、銅板１３を絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１側に配置する。また、突起電極１６に対向する素子電極５２が設けられた半導体素子５０を、絶縁樹脂層１２の他方の主表面に配置する。絶縁樹脂層１２の厚さは突起電極１６の高さ程度であり、約３０μｍである。そして、プレス装置を用いて、銅板１３と半導体素子５０とを、絶縁樹脂層１２を介して圧着する。プレス加工時の圧力および温度は、それぞれ約５Ｍｐａおよび１８０℃である。
【００３５】
プレス加工により、絶縁樹脂層１２が塑性流動を起こし、突起電極１６が絶縁樹脂層１２を貫通する。そして、図３（Ｂ）に示すように、銅板１３、絶縁樹脂層１２および半導体素子５０が一体化され、突起電極１６と素子電極５２とが圧着して、突起電極１６と素子電極５２とが電気的に接続される。突起電極１６は、その全体的な形状が先端に近づくにつれて径が細くなるような形状であるため、突起電極１６が絶縁樹脂層１２をスムースに貫通する。本実施形態では、銅板１３を絶縁樹脂層１２に圧着して、突起電極１６が形成された側の銅板１３の主表面に絶縁樹脂層１２を積層している。
【００３６】
次に、図３（Ｃ）に示すように、リソグラフィ法により、絶縁樹脂層１２と反対側の銅板１３の主表面に、配線層１４のパターンに合わせてレジスト７１を選択的に形成する。
【００３７】
次に、図３（Ｄ）に示すように、レジスト７１をマスクとして銅板１３の主表面をエッチングして、銅板１３に所定のパターンの配線層１４を形成する。その後レジストを剥離する。本実施形態における配線層１４の厚さは約２０μｍである。
【００３８】
次に、図３（Ｅ）に示すように、リソグラフィー法により、はんだバンプ２０の形成位置に対応する領域に開口部１８ａを有する保護層１８を、絶縁樹脂層１２と反対側の配線層１４の主表面に形成する。そして、開口部１８ａ内にはんだバンプ２０を形成する。
【００３９】
以上説明した製造工程により、半導体モジュール３０が形成される。また、半導体素子５０を搭載しなかった場合には、素子搭載用基板１０が得られる。
【００４０】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、温度を２５℃から１２５℃まで変化させた雰囲気下における、突起電極１６の構造と、突起電極１６あるいは配線層１４の突起電極１６形成領域に生じる最大応力との関係を説明するための模式図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、突起電極１６の側面における曲率半径の変化を示すグラフである。
【００４１】
図４（Ａ）に示す突起電極１６の側面は直線状であり、これは従来の突起電極の形状である。一方、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示す突起電極１６の側面は、配線層側端部１６ａ、先端側端部１６ｂ、および両者の間にある経由点１６ｃを通るスプライン曲線で近似しており、これは本発明に係る突起電極の形状に相当する。
図４（Ｂ）〜（Ｄ）では、突起電極１６の基底部の径Ｒ３、経由点１６ｃの配線層１４からの高さｈ１がそれぞれ異なっている。突起電極１６の高さｈ２、頂部の径Ｒ１、経由点１６ｃの高さにおける径Ｒ２は固定している。図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す突起電極の寸法、および基底部の径に対する頂部の径の比率は表１の通りである。
【表１】
この表１および図４から分かるように、図４（Ｃ）の突起電極１６は、図４（Ｂ）および（Ｄ）の突起電極１６よりも基底部の径Ｒ３が大きく、基底部の径に対する頂部の径の比率が小さくなっている。すなわち、図４（Ｃ）の突起電極１６は、図４（Ｂ）および（Ｄ）の突起電極１６よりも、配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間におけるＸ軸方向の距離が長く、すなわち曲率半径が連続的に変化する領域が広くなっている。言い換えれば、図４（Ｃ）の突起電極１６は、図４（Ｂ）および（Ｄ）の突起電極１６よりも裾野が広く、側面がよりなだらかになっている。一方、図４（Ｂ）の突起電極１６と図４（Ｄ）の突起電極とを比較すると、図４（Ｂ）の突起電極１６の方が経由点１６ｃの高さが高くなっている。
また、図５（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示す突起電極１６の側面における、配線層１４の主表面に平行な方向（Ｘ軸方向）の位置と曲率半径ｒとの関係を示している。グラフ中、先端側端部１６ｂが起点（Ｘ＝０）となっている。図５（Ａ）〜（Ｃ）から分かるように、突起電極１６の側面は、その曲率半径ｒが配線層側端部１６aから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化していることが分かる。また、先端側端部１６ｂと配線層側端部１６ａとの間に曲率半径ｒの極小値が見られ、曲率半径ｒが配線層側端部１６aおよび先端側端部１６ｂの近傍よりも中央領域で小さいことが分かる。
【００４２】
温度を２５℃から１２５℃まで変化させた雰囲気下で、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す突起電極１６において生じた最大応力は、それぞれ、２９１ＭＰａ、２４４ＭＰａ、２２２ＭＰａ、２４８ＭＰａであった。すなわち、側面が曲線状である本実施形態の突起電極１６の方が、側面が直線状である従来の突起電極よりも、突起電極に生じる最大応力を低減できた。また、本実施形態の突起電極１６において、配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間におけるＸ軸方向の距離が長い方が、より最大応力を低減できた。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の素子搭載用基板１０は、突起電極１６の側面を、突起電極１６の中心軸１６ｚを含む断面視で中心軸１６ｚ方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化する形状としている。これにより、半導体モジュール３０の製造工程や、半導体モジュール３０のプリント配線基板への実装工程、あるいは使用環境下などにおいて熱応力が発生した場合であっても、突起電極１６への熱応力の集中を緩和することができる。そのため、熱応力による突起電極１６、あるいは突起電極１６と配線層１４との接合部へのクラック（亀裂）の発生あるいは破壊などが抑制され、素子搭載用基板１０と半導体素子５０との接続信頼性が向上する。さらには、半導体モジュール３０をプリント配線基板に実装した場合に、半導体素子５０とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上する。また、突起電極１６などの破壊を防ぐことができるため、半導体モジュールの製造歩留まりを高くでき、半導体モジュールの製造コストを低減することができる。
【００４４】
（実施形態２）
次に、本発明の半導体モジュールを備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、たとえば、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、及びデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）といった電子機器であってもよい。
【００４５】
図６は本発明の実施形態に係る半導体モジュール３０を備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話１１１は、第１の筐体１１２と第２の筐体１１４が可動部１２０によって連結される構造になっている。第１の筐体１１２と第２の筐体１１４は可動部１２０を軸として回動可能である。第１の筐体１１２には文字や画像等の情報を表示する表示部１１８やスピーカ部１２４が設けられている。第２の筐体１１４には操作用ボタンなどの操作部１２２やマイク部１２６が設けられている。なお、本発明の各実施形態に係る半導体モジュール３０はこうした携帯電話１１１の内部に搭載されている。
【００４６】
図７は図６に示した携帯電話の部分断面図（第１の筐体１１２の断面図）である。本発明の各実施形態に係る半導体モジュール３０は、はんだバンプ２０を介してプリント基板１２８に搭載され、こうしたプリント基板１２８を介して表示部１１８などと電気的に接続されている。また、半導体モジュール３０の裏面側（はんだバンプ２０とは反対側の面）には金属基板などの放熱基板１１６が設けられ、たとえば、半導体モジュール３０から発生する熱を第１の筐体１１２内部に篭もらせることなく、効率的に第１の筐体１１２の外部に放熱することができるようになっている。
【００４７】
本発明の実施形態に係る素子搭載用基板１０および半導体モジュール３０によれば、半導体モジュール３０のプリント配線基板への実装信頼性が向上する。そのため、こうした半導体モジュール３０を搭載した本実施形態に係る携帯機器については、その信頼性が向上する。
【００４８】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００４９】
たとえば、上述の実施形態では、素子搭載用基板の配線層は単層であったが、これに限定されず、配線層はさらに多層化したものであってもよい。
【００５０】
また、本発明の構成は、ウエハレベルＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）プロセスと呼ばれる半導体パッケージの製造プロセスに適用することができる。これによれば、半導体モジュールの薄型化・小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係る素子搭載用基板および半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｄ）は、突起電極の形成方法を示す工程断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｅ）は、配線層の形成方法、突起電極と素子電極との接続方法を示す工程断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｄ）は、温度を２５℃から１２５℃まで変化させた雰囲気下における、突起電極の構造と、突起電極あるいは配線層の突起電極形成領域に生じる最大応力との関係を説明するための模式図である。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、突起電極の側面における曲率半径の変化を示すグラフである。
【図６】実施形態２に係る携帯電話の構成を示す図である。
【図７】携帯電話の部分断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 素子搭載用基板、 １２ 絶縁樹脂層、 １４ 配線層、 １６ 突起電極、 １６ａ 配線層側端部、 １６ｂ 先端側端部、 １６ｚ 中心軸、 １８ 保護層、 ２０ はんだバンプ、 ３０ 半導体モジュール、 ５０ 半導体素子、 ５２ 素子電極、 ５４ 素子保護層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子搭載用基板およびその製造方法、半導体モジュールおよびその製造方法、ならびに携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の表面実装方法として、半導体素子の電極にはんだバンプを形成し、はんだバンプとプリント配線基板の電極パッドとを接続するフリップチップ実装方法が知られている。また、フリップチップ実装方法を採用した構造としては、たとえばＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）構造が知られている。
【０００３】
ＣＳＰ構造の半導体モジュールでは、プリント配線基板と半導体モジュールとの熱膨張係数の差によって、使用環境下などにおいてプリント配線基板と半導体モジュールとの間に熱応力が生じる。これに対して、半導体チップが熱応力により伸縮する方向と略同一の方向に離間して、複数の凹部を配線に設けた構造が提案されている（特許文献１参照）。これは、プリント配線基板と半導体モジュールとの熱膨張係数の差によって、使用環境下などにおいてプリント配線基板と半導体モジュールとの間に生じる熱応力を緩和するためのものである。
【０００４】
一方、近年の電子機器の小型化、高機能化に伴い、半導体素子のさらなる小型化が求められている。半導体素子の小型化に伴い、プリント配線基板に実装するための電極間の狭ピッチ化が不可欠となっている。ところがフリップチップ実装方法では、はんだバンプ自体の大きさや、はんだ付け時のブリッジ発生などが制約となり、電極の狭ピッチ化に限界があった。このような限界を克服するための構造として、基材に形成した突起構造を電極またはビアとし、基材にエポキシ樹脂などの絶縁樹脂層を介して半導体素子を実装し、突起構造に半導体素子の電極を接続する構造が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−６４８６号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基材に形成した突起構造と半導体素子の電極とを接続する上述の構造では、基材と半導体素子との熱膨張係数の差によって生じる熱応力が、突起構造に集中してしまうおそれがあった。そして、これにより、突起構造にクラック（亀裂）が発生し、半導体素子とプリント配線基板との間の接続信頼性が低下するおそれがあった。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、突起構造と半導体素子の電極とを接続する構造において、半導体素子とプリント配線基板との間の接続信頼性を向上させる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は素子搭載用基板である。この素子搭載用基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、配線層と電気的に接続され、配線層から絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、突起電極の側面は、突起電極の中心軸を含む断面視で中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する。
【０００８】
この態様によれば、上記態様の素子搭載用基板に半導体素子が積層された場合に、半導体素子とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上する。
【０００９】
上記態様において、側面の曲率半径は、配線層側端部および先端側端部の近傍よりも中央領域で小さくてもよい。
【００１０】
上記態様において、突起電極の基底部の径に対する頂部の径の比率は、０．２５〜０．６０であってもよい。
【００１１】
本発明の他の態様もまた素子搭載用基板である。この素子搭載用基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、配線層と電気的に接続され、配線層から絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、突起電極は、略富士山形状である。
【００１２】
本発明のさらに他の態様は、半導体モジュールである。この半導体モジュールは、上述したいずれかの態様の素子搭載用基板と、突起電極に対向する素子電極が設けられた半導体素子と、を備え、突起電極が絶縁樹脂層を貫通し、突起電極と素子電極とが電気的に接続されている。
【００１３】
本発明のさらに他の態様は、携帯機器である。この携帯機器は、上述の態様の半導体モジュールを搭載している。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、素子搭載用基板の製造方法である。この素子搭載用基板の製造方法は、金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、マスクの中心軸を含む断面視で、側面が中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、突起電極が形成された側の金属板の主表面に絶縁樹脂層を積層する工程と、金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、を含む。
【００１５】
本発明のさらに他の態様は、半導体モジュールの製造方法である。この半導体モジュールの製造方法は、金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、マスクの中心軸を含む断面視で、側面が中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、金属板と、突起電極に対応する素子電極が設けられた半導体素子とを、絶縁樹脂層を介して圧着し、突起電極が絶縁樹脂層を貫通することにより、突起電極と素子電極とを電気的に接続させる圧着工程と、金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、を含む。
【００１６】
上記態様において、絶縁樹脂層は、加圧によって塑性流動を起こすものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、突起構造と半導体素子の電極とを接続する構造において、突起構造への熱応力の集中を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る素子搭載用基板１０およびこれを用いた半導体モジュール３０の構成を示す概略断面図である。半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０およびこれに搭載された半導体素子５０を備える。
【００２０】
素子搭載用基板１０は、絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられた配線層１４と、配線層１４と電気的に接続され、配線層１４から絶縁樹脂層１２側に突出している突起電極１６とを備える。
【００２１】
絶縁樹脂層１２は、絶縁性の樹脂からなり、たとえば加圧したときに塑性流動を引き起こす材料で形成されている。加圧したときに塑性流動を引き起こす材料としては、エポキシ系熱硬化型樹脂が挙げられる。絶縁樹脂層１２に用いられるエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば、温度１６０℃、圧力８Ｍｐａの条件下で、粘度が１ｋＰａ・ｓの特性を有する材料であればよい。また、このエポキシ系熱硬化型樹脂は、たとえば温度１６０℃の条件下で、５〜１５Ｍｐａで加圧した場合に、加圧しない場合と比較して、樹脂の粘度が約１／８に低下する。これに対して、熱硬化前のＢステージのエポキシ樹脂は、ガラス転移温度Ｔｇ以下の条件下では、樹脂を加圧しない場合と同程度に、粘性がなく、加圧しても粘性は生じない。また、このエポキシ系熱硬化型樹脂は、約３〜４の誘電率を有する誘電体である。
【００２２】
配線層１４は、絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に設けられており、導電材料、好ましくは圧延金属、さらには圧延銅により形成される。あるいは電解銅などで形成してもよい。配線層１４には、絶縁樹脂層１２側に突起電極１６が突設されている。本実施例においては、配線層１４と突起電極１６とは一体的に形成されているが、特にこれに限定されない。配線層１４の絶縁樹脂層１２と反対側の主表面には、配線層１４の酸化などを防ぐための保護層１８が設けられている。保護層１８としては、ソルダーレジスト層などが挙げられる。保護層１８の所定の領域には開口部１８ａが形成されており、開口部１８ａによって配線層１４の一部が露出している。開口部１８ａ内には外部接続電極としてのはんだバンプ２０が形成され、はんだバンプ２０と配線層１４とが電気的に接続されている。はんだバンプ２０を形成する位置、すなわち開口部１８ａの形成領域は、たとえば再配線で引き回した先の端部である。
【００２３】
突起電極１６はその全体的な形状が、先端に近づくにつれて径が細くなっており、その断面形状が曲線状になった略富士山形状となっている。突起電極１６の平面視形状は、本実施形態では楕円形を含む略丸型であるが、得にこれに限定されず、たとえば四角形などの多角形であってもよい。突起電極１６の側面は、突起電極１６の中心軸１６ｚを含む断面視で、中心軸１６ｚ方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化する形状となっている。ここで、側面の曲率半径は、配線層側端部１６ａおよび先端側端部１６ｂの近傍よりも中央領域で小さくなっている。すなわち、突起電極１６の側面は、配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂに向かって、その曲率半径が大→小→大と変化するような形状となっている。また、突起電極１６の基底部の径に対する頂部の径の比率は、０．２５〜０．６０の範囲であることが好ましい。
【００２４】
なお、突起電極１６の側面には約２〜５μｍ以下の微細な凹凸が形成されている場合があるが、本実施形態の突起電極１６の側面は、この微細凹凸を無視した状態で、側面の曲率半径が連続的に変化するような形状となっている。また、突起電極１６の表面には、たとえば電解めっき法あるいは無電解めっき法により形成された、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）めっき層などの金属層が被覆されていてもよい。
【００２５】
上述の構成を備えた素子搭載用基板１０に半導体素子５０が搭載されて半導体モジュール３０が形成される。本実施形態の半導体モジュール３０は、素子搭載用基板１０の突起電極１６と、半導体素子５０の素子電極５２とが絶縁樹脂層１２を介して電気的に接続された構造である。
【００２６】
半導体素子５０は、突起電極１６のそれぞれに対向する素子電極５２を有する。また、絶縁樹脂層１２に接する側の半導体素子５０の主表面には、素子電極５２が露出するように開口が設けられた素子保護層５４が積層されている。素子電極５２の表面には、Ｎｉ／Ａｕめっき層などの金属層が被覆されていてもよい。半導体素子５０の具体例としては、集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの半導体チップが挙げられる。素子保護層５４の具体例としては、ポリイミド層が挙げられる。また、素子電極５２には、たとえばアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。
【００２７】
本実施形態においては、絶縁樹脂層１２が、素子搭載用基板１０と半導体素子５０との間に設けられ、素子搭載用基板１０が絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１に圧着し、半導体素子５０が他方の主表面に圧着している。そして、突起電極１６が、絶縁樹脂層１２を貫通して、半導体素子５０に設けられた素子電極５２と電気的に接続されている。絶縁樹脂層１２は、加圧により塑性流動を起こす材料からなるため、素子搭載用基板１０、絶縁樹脂層１２および半導体素子５０がこの順で一体化された状態において、突起電極１６と素子電極５２との間に絶縁樹脂層１２の残膜が介在することが抑制され、接続信頼性の向上が図られる。また、突起電極１６および素子電極５２の表面にＮｉ／Ａｕめっき層が被覆されている場合には、突起電極１６と素子電極５２とは、互いの最表面に配置された金同士が接合（金−金接合）するため、突起電極１６と素子電極５２との接続信頼性がさらに向上する。
【００２８】
（素子搭載用基板および半導体モジュールの製造方法）
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、突起電極１６の形成方法を示す工程断面図である。
【００２９】
図２（Ａ）に示すように、少なくとも、突起電極１６の高さと配線層１４の厚さとの和より大きい厚さを有する金属板としての銅板１３を用意する。
【００３０】
次に、図２（Ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、突起電極１６のパターンに合わせてレジスト７０を選択的に形成する。具体的には、ラミネーター装置を用いて銅板１３に所定膜厚のレジスト膜を貼り付け、突起電極１６のパターンを有するフォトマスクを用いて露光した後、現像することによって、銅板１３の上にレジスト７０が選択的に形成される。なお、レジストとの密着性向上のために、レジスト膜のラミネート前に、銅板１３の表面に研磨、洗浄等の前処理を必要に応じて施すことが望ましい。
【００３１】
次に、図２（Ｃ）に示すように、レジスト７０をマスクとして、銅板１３に所定のパターンの突起電極１６を形成する。具体的には、コンベアにより搬送される銅板１３のレジスト７０が形成された側の主表面に、塩化第二鉄溶液などのエッチング液を吹き付けるシャワーエッチング処理を施すことで、銅板１３をエッチングして所定のパターンを有する突起電極１６を形成する。シャワーエッチング処理によれば銅板１３の異方性エッチングが可能であり、突起電極１６の側面を、突起電極１６の中心軸１６ｚ（マスクの中心軸）方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が連続的に変化するような形状とすることができる。また、シャワーエッチング処理によれば、たとえば突起電極１６の側面を、中心軸１６ｚに垂直な方向における配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間の距離Ｘ１よりも、中心軸１６ｚに平行な方向における配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間の距離Ｘ２の方が大きくなるようにすることもできる。本実施形態における銅板１３の搬送速度、エッチング液の吹き付け圧は、それぞれ４〜７ｍ／ｍｉｎ、２００〜５００ｋＰａである。
【００３２】
次に、図２（Ｄ）に示すように、レジスト７０を剥離剤を用いて剥離する。以上説明した工程により、銅板１３に突起電極１６が形成される。本実施形態の突起電極１６における基底部の径、頂部の径、高さは、たとえばそれぞれ、１００〜１４０μｍφ、５０μｍφ、３０μｍである。なお、銅板１３の搬送速度、搬送距離、エッチング液の吹き付け圧、ノズル数、ノズル径などを変更することで、多様な形状の突起電極１６を形成することができる。上述の各条件は実験によって定めてもよい。
【００３３】
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、配線層１４の形成方法、突起電極１６と素子電極５２との接続方法を示す工程断面図である。
【００３４】
図３（Ａ）に示すように、突起電極１６が絶縁樹脂層１２側を向くようにして、銅板１３を絶縁樹脂層１２の一方の主表面Ｓ１側に配置する。また、突起電極１６に対向する素子電極５２が設けられた半導体素子５０を、絶縁樹脂層１２の他方の主表面に配置する。絶縁樹脂層１２の厚さは突起電極１６の高さ程度であり、約３０μｍである。そして、プレス装置を用いて、銅板１３と半導体素子５０とを、絶縁樹脂層１２を介して圧着する。プレス加工時の圧力および温度は、それぞれ約５Ｍｐａおよび１８０℃である。
【００３５】
プレス加工により、絶縁樹脂層１２が塑性流動を起こし、突起電極１６が絶縁樹脂層１２を貫通する。そして、図３（Ｂ）に示すように、銅板１３、絶縁樹脂層１２および半導体素子５０が一体化され、突起電極１６と素子電極５２とが圧着して、突起電極１６と素子電極５２とが電気的に接続される。突起電極１６は、その全体的な形状が先端に近づくにつれて径が細くなるような形状であるため、突起電極１６が絶縁樹脂層１２をスムースに貫通する。本実施形態では、銅板１３を絶縁樹脂層１２に圧着して、突起電極１６が形成された側の銅板１３の主表面に絶縁樹脂層１２を積層している。
【００３６】
次に、図３（Ｃ）に示すように、リソグラフィ法により、絶縁樹脂層１２と反対側の銅板１３の主表面に、配線層１４のパターンに合わせてレジスト７１を選択的に形成する。
【００３７】
次に、図３（Ｄ）に示すように、レジスト７１をマスクとして銅板１３の主表面をエッチングして、銅板１３に所定のパターンの配線層１４を形成する。その後レジストを剥離する。本実施形態における配線層１４の厚さは約２０μｍである。
【００３８】
次に、図３（Ｅ）に示すように、リソグラフィー法により、はんだバンプ２０の形成位置に対応する領域に開口部１８ａを有する保護層１８を、絶縁樹脂層１２と反対側の配線層１４の主表面に形成する。そして、開口部１８ａ内にはんだバンプ２０を形成する。
【００３９】
以上説明した製造工程により、半導体モジュール３０が形成される。また、半導体素子５０を搭載しなかった場合には、素子搭載用基板１０が得られる。
【００４０】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、温度を２５℃から１２５℃まで変化させた雰囲気下における、突起電極１６の構造と、突起電極１６あるいは配線層１４の突起電極１６形成領域に生じる最大応力との関係を説明するための模式図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、突起電極１６の側面における曲率半径の変化を示すグラフである。
【００４１】
図４（Ａ）に示す突起電極１６の側面は直線状であり、これは従来の突起電極の形状である。一方、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示す突起電極１６の側面は、配線層側端部１６ａ、先端側端部１６ｂ、および両者の間にある経由点１６ｃを通るスプライン曲線で近似しており、これは本発明に係る突起電極の形状に相当する。
図４（Ｂ）〜（Ｄ）では、突起電極１６の基底部の径Ｒ３、経由点１６ｃの配線層１４からの高さｈ１がそれぞれ異なっている。突起電極１６の高さｈ２、頂部の径Ｒ１、経由点１６ｃの高さにおける径Ｒ２は固定している。図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す突起電極の寸法、および基底部の径に対する頂部の径の比率は表１の通りである。
【表１】
この表１および図４から分かるように、図４（Ｃ）の突起電極１６は、図４（Ｂ）および（Ｄ）の突起電極１６よりも基底部の径Ｒ３が大きく、基底部の径に対する頂部の径の比率が小さくなっている。すなわち、図４（Ｃ）の突起電極１６は、図４（Ｂ）および（Ｄ）の突起電極１６よりも、配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間におけるＸ軸方向の距離が長く、すなわち曲率半径が連続的に変化する領域が広くなっている。言い換えれば、図４（Ｃ）の突起電極１６は、図４（Ｂ）および（Ｄ）の突起電極１６よりも裾野が広く、側面がよりなだらかになっている。一方、図４（Ｂ）の突起電極１６と図４（Ｄ）の突起電極とを比較すると、図４（Ｂ）の突起電極１６の方が経由点１６ｃの高さが高くなっている。
また、図５（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示す突起電極１６の側面における、配線層１４の主表面に平行な方向（Ｘ軸方向）の位置と曲率半径ｒとの関係を示している。グラフ中、先端側端部１６ｂが起点（Ｘ＝０）となっている。図５（Ａ）〜（Ｃ）から分かるように、突起電極１６の側面は、その曲率半径ｒが配線層側端部１６aから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化していることが分かる。また、先端側端部１６ｂと配線層側端部１６ａとの間に曲率半径ｒの極小値が見られ、曲率半径ｒが配線層側端部１６aおよび先端側端部１６ｂの近傍よりも中央領域で小さいことが分かる。
【００４２】
温度を２５℃から１２５℃まで変化させた雰囲気下で、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す突起電極１６において生じた最大応力は、それぞれ、２９１ＭＰａ、２４４ＭＰａ、２２２ＭＰａ、２４８ＭＰａであった。すなわち、側面が曲線状である本実施形態の突起電極１６の方が、側面が直線状である従来の突起電極よりも、突起電極に生じる最大応力を低減できた。また、本実施形態の突起電極１６において、配線層側端部１６ａと先端側端部１６ｂとの間におけるＸ軸方向の距離が長い方が、より最大応力を低減できた。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の素子搭載用基板１０は、突起電極１６の側面を、突起電極１６の中心軸１６ｚを含む断面視で中心軸１６ｚ方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部１６ａから先端側端部１６ｂにかけて連続的に変化する形状としている。これにより、半導体モジュール３０の製造工程や、半導体モジュール３０のプリント配線基板への実装工程、あるいは使用環境下などにおいて熱応力が発生した場合であっても、突起電極１６への熱応力の集中を緩和することができる。そのため、熱応力による突起電極１６、あるいは突起電極１６と配線層１４との接合部へのクラック（亀裂）の発生あるいは破壊などが抑制され、素子搭載用基板１０と半導体素子５０との接続信頼性が向上する。さらには、半導体モジュール３０をプリント配線基板に実装した場合に、半導体素子５０とプリント配線基板との間の接続信頼性が向上する。また、突起電極１６などの破壊を防ぐことができるため、半導体モジュールの製造歩留まりを高くでき、半導体モジュールの製造コストを低減することができる。
【００４４】
（実施形態２）
次に、本発明の半導体モジュールを備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、たとえば、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、及びデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）といった電子機器であってもよい。
【００４５】
図６は本発明の実施形態に係る半導体モジュール３０を備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話１１１は、第１の筐体１１２と第２の筐体１１４が可動部１２０によって連結される構造になっている。第１の筐体１１２と第２の筐体１１４は可動部１２０を軸として回動可能である。第１の筐体１１２には文字や画像等の情報を表示する表示部１１８やスピーカ部１２４が設けられている。第２の筐体１１４には操作用ボタンなどの操作部１２２やマイク部１２６が設けられている。なお、本発明の各実施形態に係る半導体モジュール３０はこうした携帯電話１１１の内部に搭載されている。
【００４６】
図７は図６に示した携帯電話の部分断面図（第１の筐体１１２の断面図）である。本発明の各実施形態に係る半導体モジュール３０は、はんだバンプ２０を介してプリント基板１２８に搭載され、こうしたプリント基板１２８を介して表示部１１８などと電気的に接続されている。また、半導体モジュール３０の裏面側（はんだバンプ２０とは反対側の面）には金属基板などの放熱基板１１６が設けられ、たとえば、半導体モジュール３０から発生する熱を第１の筐体１１２内部に篭もらせることなく、効率的に第１の筐体１１２の外部に放熱することができるようになっている。
【００４７】
本発明の実施形態に係る素子搭載用基板１０および半導体モジュール３０によれば、半導体モジュール３０のプリント配線基板への実装信頼性が向上する。そのため、こうした半導体モジュール３０を搭載した本実施形態に係る携帯機器については、その信頼性が向上する。
【００４８】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００４９】
たとえば、上述の実施形態では、素子搭載用基板の配線層は単層であったが、これに限定されず、配線層はさらに多層化したものであってもよい。
【００５０】
また、本発明の構成は、ウエハレベルＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）プロセスと呼ばれる半導体パッケージの製造プロセスに適用することができる。これによれば、半導体モジュールの薄型化・小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係る素子搭載用基板および半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｄ）は、突起電極の形成方法を示す工程断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｅ）は、配線層の形成方法、突起電極と素子電極との接続方法を示す工程断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｄ）は、温度を２５℃から１２５℃まで変化させた雰囲気下における、突起電極の構造と、突起電極あるいは配線層の突起電極形成領域に生じる最大応力との関係を説明するための模式図である。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、突起電極の側面における曲率半径の変化を示すグラフである。
【図６】実施形態２に係る携帯電話の構成を示す図である。
【図７】携帯電話の部分断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 素子搭載用基板、 １２ 絶縁樹脂層、 １４ 配線層、 １６ 突起電極、 １６ａ 配線層側端部、 １６ｂ 先端側端部、 １６ｚ 中心軸、 １８ 保護層、 ２０ はんだバンプ、 ３０ 半導体モジュール、 ５０ 半導体素子、 ５２ 素子電極、 ５４ 素子保護層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、
前記配線層と電気的に接続され、前記配線層から前記絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、
前記突起電極の側面は、突起電極の中心軸を含む断面視で前記中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部から先端側端部にかけて連続的に変化することを特徴とする素子搭載用基板。
【請求項２】
前記側面の曲率半径は、前記配線層側端部および前記先端側端部の近傍よりも中央領域で小さいことを特徴とする請求項１に記載の素子搭載用基板。
【請求項３】
前記突起電極の基底部の径に対する頂部の径の比率は、０．２５〜０．６０であることを特徴とする請求項１または２に記載の素子搭載用基板。
【請求項４】
絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、
前記配線層と電気的に接続され、前記配線層から前記絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、
前記突起電極は、略富士山形状であることを特徴とする素子搭載用基板。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の素子搭載用基板と、
前記突起電極に対向する素子電極が設けられた半導体素子と、
を備え、
前記突起電極が前記絶縁樹脂層を貫通し、前記突起電極と前記素子電極とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体モジュールを搭載したことを特徴とする携帯機器。
【請求項７】
金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、前記マスクの中心軸を含む断面視で、側面が前記中心軸方向に湾曲するとともに、前記側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、
前記突起電極が形成された側の前記金属板の主表面に絶縁樹脂層を積層する工程と、
前記金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする素子搭載用基板の製造方法。
【請求項８】
金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、前記マスクの中心軸を含む断面視で、側面が前記中心軸方向に湾曲するとともに、前記側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、
前記金属板と、前記突起電極に対応する素子電極が設けられた半導体素子とを、絶縁樹脂層を介して圧着し、前記突起電極が前記絶縁樹脂層を貫通することにより、前記突起電極と前記素子電極とを電気的に接続させる圧着工程と、
前記金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記絶縁樹脂層は、加圧によって塑性流動を起こすことを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項１】
絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、
前記配線層と電気的に接続され、前記配線層から前記絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、
前記突起電極の側面は、突起電極の中心軸を含む断面視で前記中心軸方向に湾曲するとともに、側面の曲率半径が配線層側端部から先端側端部にかけて連続的に変化することを特徴とする素子搭載用基板。
【請求項２】
前記側面の曲率半径は、前記配線層側端部および前記先端側端部の近傍よりも中央領域で小さいことを特徴とする請求項１に記載の素子搭載用基板。
【請求項３】
前記突起電極の基底部の径に対する頂部の径の比率は、０．２５〜０．６０であることを特徴とする請求項１または２に記載の素子搭載用基板。
【請求項４】
絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の一方の主表面に設けられた配線層と、
前記配線層と電気的に接続され、前記配線層から前記絶縁樹脂層側に突出している突起電極と、を備え、
前記突起電極は、略富士山形状であることを特徴とする素子搭載用基板。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の素子搭載用基板と、
前記突起電極に対向する素子電極が設けられた半導体素子と、
を備え、
前記突起電極が前記絶縁樹脂層を貫通し、前記突起電極と前記素子電極とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体モジュールを搭載したことを特徴とする携帯機器。
【請求項７】
金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、前記マスクの中心軸を含む断面視で、側面が前記中心軸方向に湾曲するとともに、前記側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、
前記突起電極が形成された側の前記金属板の主表面に絶縁樹脂層を積層する工程と、
前記金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする素子搭載用基板の製造方法。
【請求項８】
金属板の一方の主表面の所定領域にマスクを設けた状態でエッチング液を吹き付けて、前記マスクの中心軸を含む断面視で、側面が前記中心軸方向に湾曲するとともに、前記側面の曲率半径が金属板側端部から先端側端部にかけて連続的に変化する突起電極を形成する工程と、
前記金属板と、前記突起電極に対応する素子電極が設けられた半導体素子とを、絶縁樹脂層を介して圧着し、前記突起電極が前記絶縁樹脂層を貫通することにより、前記突起電極と前記素子電極とを電気的に接続させる圧着工程と、
前記金属板を選択的に除去して配線層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記絶縁樹脂層は、加圧によって塑性流動を起こすことを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１８２２７４（Ｐ２００９−１８２２７４Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２０１３（Ｐ２００８−２２０１３）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]