JP7838230B2 - 配線基板及び配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、メタルポストを備えたＦＣＢＧＡ用の配線基板及び配線基板の製造方法に関する。

最近、電子産業の発達につれて、電子部品の高性能化、高機能化、小型化が要求されており、これによって、ＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｐａｃｋａｇｅ）、３Ｄパッケージなどの表面実装部品基板においても、高集積化、薄型化、微細回路パターン化の要求が急増している。
特に、電子部品の基板への表面実装技術において、半導体チップをマザーボードと連結しなければならないため、フリップチップボンディング方式が多く用いられている。

フリップチップボンディング方式は、半導体チップに、金、ハンダあるいはその他の金属などの素材で数十μｍないし数百μｍの外部接続端子（すなわち、ポスト）を形成し、ポストの形成された半導体素子を覆して（ｆｌｉｐ）、表面が基板側に向かうように実装させるものである。更に半導体チップの微細化大型化に伴い配線基板（ＦＣＢＧＡ用配線基板）を介して半導体素子をマザーボードと連結する方式が採用されている。

フリップチップボンディング方式は、半導体素子の外部接続端子の狭ピッチ化に対応するために、メタルポストを使用した構造に発展している。メタルポストを使用したポスト－ポスト接合の利用は半導体素子とＦＣＢＧＡ基板との距離を確保することによって、隣あうメタルポスト間のショートの解消による狭ピッチ化の対応はもちろんのこと、アンダーフィル樹脂の充填を容易にし、かつ放熱性能を改善する代案として注目をあびている。

従来ＦＣＢＧＡ用配線基板の半導体素子との接続端子部分は、銅などの導電性材料にて形成したランドパターンを電気的な接続部となる部分を開口した絶縁樹脂のソルダーレジストにて被覆し、上記開口部に、ハンダなどの金属材料を高さ数十μｍ形成したものである。
近年外部接続端子の１００μｍ以下の狭ピッチ化に対応するため、ＦＣＢＧＡ用配線基板の接続端子にハンダに代えてメタルポストを形成する構造が特許文献１，２に開示されている。

ＦＣＢＧＡ用配線基板にメタルポストを形成する構造は、図３の如くソルダーレジストの開口部にΦ数十μｍで高さ数十μｍのメタルポストを形成し、メタルポスト上に形成したハンダポストを介して、半導体素子側のメタルポストと距離を確保して接続して半導体装置を形成している。
一般にＦＣＢＧＡ用の配線基板のソルダーレジストの開口部はテーパ形状で形成され、メタルポストはソルダーレジストの開口部底部で下層のランドパターンと電気的に接続し、ソルダーレジストの開口部の傾斜部と表層で密着力を確保して立っている。
半導体素子と一体化した半導体装置では、半導体素子の発熱や熱プロセスによる伸縮や反りなどの熱変形により、接続端子部の弱い部分に応力が集中する。

従来のＦＣＢＧＡ用の配線基板では、ソルダーレジストの開口部に形成したはんだ部で応力を緩和していた。ＦＣＢＧＡ用配線基板にメタルポストを形成する構造では、狭ピッチ化により接続部の径も小径に進むなか、半導体素子側とＦＣＢＧＡ用の配線基板側のメタルポストのトータルの高さによる変形に伴う力が、ソルダーレジストの開口部の上面部や底部に応力として集中し易くメタルポストの破壊による電気的断線や抵抗上昇などの信頼性が問題となる。
また、ソルダーレジストの開口部の傾斜部と表層でシード層の密着力が、内層の絶縁樹脂とシード層の密着力に比べ低いことも、同様に信頼性低下の原因となっている。

特許第５０１１３２９号公報 特開２０２０－１８８１３９号公報

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、メタルポストの電気的接続信頼性の高いＦＣＢＧＡ用の配線基板及びその製造方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、メタルポストの酸化および腐食を防止することができるＦＣＢＧＡ用の配線基板及びその製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するための配線基板のある態様は、半導体素子と接合される配線基板の上記半導体素子との実装面において、絶縁樹脂上に形成した上記半導体素子との接続端子部に繋がるランドパターンを配置し、上記絶縁樹脂を被覆形成したソルダーレジストの開口パターンが上記ランドパターンを被覆しないように配置され、上記ランドパターン上に上記ランドパターンの直径より小さい径にてメタルポストが形成され、上記メタルポストの直径が上部に比べ底部が太く形成され、上記メタルポストの上記ランドパターン部との接続部にかけ緩やかに径が太くなっており、上記メタルポストの先端部に形成されたドーム形状のハンダポストを有し、上記メタルポストの側面と上記ランドパターンとの接続部にかけ上記ハンダにて覆われており、上記メタルポストの表面にハンダとの合金層を形成している。

なお、上記配線基板は、リフロ―後の上記ドーム形状のハンダポストの高さが、メタルポストの高さの５０％から１５０％であってもよい。
また、上記配線基板は、上記メタルポストの上記ランドパターンとの接続部が曲率半径２μｍ以上の緩やかな曲面形状（Ｒ形状）であってもよい。
また、上記配線基板は、上記メタルポストの側面及び上記ランドパターンを被覆するハンダの厚みが５μｍ以下であってもよい。
また、上記配線基板は、上記ハンダが、スズ、Ａｇ、Ｃｕからなる合金材料であってもよい。
また、上記配線基板は、上記ランドパターンと上記メタルポストが銅を主成分とする金属であってもよい。

また、上記の課題を解決するための配線基板の形成方法のある態様は、絶縁樹脂上に下層の配線と電気的に接続したランドパターンを有し、上記ランドパターンの直径より広い開口径でソルダーレジストが積層形成された基板に対して、下記１）～７）の工程を有する。
１）無電解めっき又はスパッタ膜によるシード層を形成する工程
２）上記シード層を感光性樹脂にて被覆し、メタルポストを形成する位置に上記感光性樹脂の開口パターンを設ける工程
３）上記感光性樹脂の開口部に電解銅めっきにてメタルポストを形成する工程と、
４）上記感光性樹脂の開口部にハンダを充填する工程
５）上記開口部に充填したハンダを有する配線基板をハンダペーストの溶融温度で熱処理し、ドーム形状にハンダポストを溶融しメタルポストの側面と底部をハンダで覆う工程
６）上記感光性樹脂を剥離し、上記メタルポストと上記ハンダポストを露出する工程
７）上記メタルポストと上記ハンダポストを形成した配線基板をハンダの溶融温度で熱処理し、ハンダポストを再溶融する工程

本発明によれば、半導体素子を実装するＦＣＢＧＡ用の配線基板において、物理的な力に対し強度のあるメタルポストの構造を有し、はんだ接合による電極間の電気的接続信頼性と、近接する電極間の絶縁信頼性を向上できるため、断線やショートが無く、電気的接続信頼性の高いＦＣＢＧＡ用の配線基板及びその製造方法を提供することが可能となる。

本発明の配線基板のメタルポストを含む構造の１形態を示す断面図である。 本発明の配線基板のメタルポストを含む構造の１形態を示す断面図である。 配線基板のソルダーレジストの開口部とメタルポストの配置の１形態を示す平面図である。 配線基板のソルダーレジストの開口部とメタルポストの配置の１形態を示す平面図である。 配線基板のソルダーレジストの開口部とメタルポストの配置の１形態を示す断面図である。 配線基板のメタルポストのランドパターンとの接続部の曲面形状の１形態を示す断面図である。 配線基板のメタルポストのランドパターンとの接続部の曲面形状の１形態を示す断面図である。 配線基板と半導体素子を実装した半導体装置を示す断面図である。 配線基板のランドパターンとソルダーレジストを形成した状態を示す断面図である。 配線基板の表面にメタルポストを形成するためのシード層を形成した状態を示す断面図である。 メタルポストを形成するための感光性樹脂をパタニングした状態を示す断面図である。 メタルポストを形成するための感光性樹脂をパタニングした形状を拡大して示した断面図である。 感光性樹脂の開口部にメタルポストを形成した状態を示す断面図である。 感光性樹脂の開口部にハンダを充填した状態を示す断面図である。 ハンダを熱処理により溶融しハンダポストを形成した状態を示す断面図である。 図４Ｆ－１を拡大して示した断面図である。 感光性樹脂を剥離した状態を示す断面図である。 メタルポスト形成位置以外のシード層を溶解除去した状態を示す断面図である。 ２回目の熱処理によりハンダポストを再度溶融しメタルポストの側面および裾野部をおおった状態を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきでる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

図１～図４を用いて、本発明の一実施形態に係る支持基板を用いた配線基板の製造工程の一例を説明する。
まず、図１に示すように、内層配線基板１の上に、上記内層基板１の内層配線パターン１４部を開口した絶縁樹脂１１を形成し、上記内層配線パターン１４と電気的につながったランドパーン２と上記ランドパターン２の上にメタルポスト３とハンダポスト５とを積層形成した配線基板である。
絶縁樹脂１１上のソルダーレジストの開口部１７は上記ランドパターン２の上を被覆していない。

上記メタルポスト３の直径は上記ランドパターン２の直径より小さく、上記メタルポスト３の底部の径ｄ_ｂが同メタルポスト３の上部の径ｄ_ｔに比べ太く、上記ランドパターン２との接合部にかけ緩やかに太くなる構造である。
上記メタルポスト３の底部の径は上記ランドパターン２と同じ径であってもよい。
また上記メタルポスト３の先端部の上記ハンダポスト５は熱処理により溶融しドーム形状となっている。
また、ハンダにより上記メタルポスト３の側面と上記ランドパターン２との接続部５Ａにかけ上記ハンダにて覆われている。また、上記メタルポスト３と上記ランドパターン２の接続部５Ａを被覆するハンダはランドパターン２の側面を被覆していてもよい。

上記絶縁樹脂１１上に形成したソルダーレジスト１３はランドパターン２を被覆しないように開口しており、ソルダーレジストの開口部は図２の如く下層の絶縁樹脂１１の表面が見えることとなる。
上記ソルダーレジストの開口部は、図２－Ａの如く上記ランドパターン２の間にソルダーレジストパターンを残して配置することも、図２－Ｂの如く半導体素子１５が重なるエリアのソルダーレジストの全てを開口することも可能である。

従来ＦＣＢＧＡ用の配線基板の構造では、ランドパターン２の端部をソルダーレジストで被覆するように配置する為、ランドパターン２の上面は上記ソルダーレジスト表面より低い構造となる。この上にメタルポストを形成する構造も提案されているが、メタルポストの底部にソルダーレジストの開口部による縊れを生じ、半導体素子とのポスト―ポスト接合時、この縊れ部に応力が集中する点と、ソルダーレジストとメタルポストのシード層とのの密着力が低く、メタルポストの破断の原因となるため、メタルポスト３の底部にソルダーレジスト１３は存在しないことが望ましい。
また、上記絶縁樹脂１１表面からの上記ランドパターン２と上記メタルポスト３のトータルの高さは、同じく上記絶縁樹脂１１上に形成したソルダーレジスト１３の厚みより高くても低くても何れでもよい。

上記ランドパターン２と上記メタルポスト３のトータルの高さの方が高い場合で、半導体素子１５に形成したメタルポスト２０とハンダを介して接続し、アンダーフィル１６で充填するさいボイドなどの不良の発生が抑制できる。
また、上記ランドパターン２と上記メタルポスト３のトータルの高さの方が低い場合、ランドパターン２とソルダーレジスト１３が重なっていない為、特に図２－Ｂの構造ではソルダーレジスト１３が半導体素子１５のメタルポスト２０との接近を阻害せず実装が可能である。

メタルポスト３の上のハンダポスト５は、ハンダ印刷法や、電解めっき法により形成することが可能で、ハンダが溶融する温度でのリフロ―処理によりドーム形状を得ることができる。ハンダ材料としてはSn-Ag-Cu合金が240℃近辺の低温で溶融でき、メタルポスト３の銅と合金を容易に形成できる。ハンダとして他の合金も使用可能でありSn-Pb、Pb-Sn-Sb、Sn-Sb、Sn-Pb-Bi、Bi-Sn、Sn-Cu、Sn-Pb-Cu、Sn-In、Sn-Ag、Sn-Pb-Agなどの合金を適宜使用することが可能である。
上記ドーム形状のハンダポストの高さは、上記メタルポスト３の高さを基準として５０から１５０％で形成することが望ましい。
メタルポスト３の高さはパターンの配置や粗密により電解めっきの高さがバラつきを伴う。本実施形態のメタルポストの高さは、設計値又は複数ポイントの平均値より定めれば良い。

本実施形態の配線基板２２は、配線基板自体の反りや、メタルポストの高さのバラつきを有する状態で形成され、図３に示すように半導体素子１５側のメタルポスト２０と実装する際に接続不良を回避するために、ハンダポスト５が潰れて電気的な接続を確保している。ハンダポスト３の高さが５０％より少ないと、上記配線基板自体の反りや、メタルポスト３の高さのバラつきを吸収できず、上記半導体素子１５側のメタルポスト２０との接続不良が多く発生する。
また、１５０％より多いと、上記半導体素子１５側のメタルポスト２０との間で潰され横にはみ出したハンダが近接するメタルポストとの間で繋がりショート不良が多く発生することとなる。

高さの測定方法は、レーザ顕微鏡、焦点式顕微鏡、断面を出しての画像解析、等の方法が可能である。
図２Ｃ－１や図２Ｃ－２は、上記メタルポストの上記ランドパターンとの接続部５Ａが、緩やかな曲面形状（Ｒ形状）となっていることを示したものである。メタルポスト３はハンダポスト５からハンダ側面６とハンダ裾野７へとハンダにより被覆されており、メタルポスト３の裾野とハンダ裾野７が緩やかな曲面形状となっている構造、ハンダ裾野７のみ緩やかな曲面形状となっている構造を記載している。

また、シード層１２の径は特に規定しない。図２Ｃではメタルポスト３と同等の構造にて示しているが、メタルポスト３の裾野の径より大きい構造、ハンダ裾野７と同等の構造であってもよい。
半導体素子１５のメタルポスト２０と実装し、本実施形態の配線基板との間隙をアンダーフィル１６にて充填した構造では、半導体素子と本実施形態の配線基板のあいだで弱い部分に熱変形により外力が加わり、本実施形態のポスト－ポスト接続ではランドパターン２とメタルポスト３の接続部５Ａに応力が集中することになる。この応力が集中する部分を緩やかな曲面形状にすることで力が一点に集中し構造的な破断することを回避することが可能となる。

この曲面構造はそのカーブが形成する値を近似する曲率半径のＲの値で示すと、Ｒ＝２μｍより大きい曲面形状であれば、この破断防止効果を得ることができる。
そして上記ハンダ側面６とハンダ裾野７のハンダの厚みは５μｍ以下であることが望ましい。ハンダにてメタルポスト３を被覆しハンダとの合金層を形成することで、上のハンダポストのハンダがその後の熱工程にて溶融し過度に流れ落ちることを防ぐことができる。

上記ハンダとの合金層を形成することで、例えばCu6Sn5合金よりCu3Sn合金は脆く、硬さのことなる合金を粒塊状に複数種形成させ、ハンダ合金層の中の脆い部分が合金層の最表面に連続的に露出することを防ぎ、合金層がメタルポスト３の表面を被覆することで接合信頼性を向上させることが可能となる。
配線基板２２のランドパターン２とメタルポスト３はＦＣＢＧＡ用の配線基板にて一般的に使用される銅を主成分とする金属にて形成されている。ここで、銅を主成分とする金属とは、銅が量的に主成分であることを示す。

形成方法は電解めっきにより形成することが可能であり、図４Ｄに記載の如く感光性樹脂８にてメタルポスト３を形成する部分を開口形成し、電解めっきによりメタルポスト３を形成すればよい。この際、上記感光性樹脂８の開口部９の断面形状により上記メタルポスト３の裾野形状を制御することが可能で、図４Ｃ-２に記載の如く上記感光性樹脂８がランドパターン２との接する開口部９の底部を上記感光性樹脂８の開口部９の上部より緩やかに広くなるよう形成することで、この開口部９に形成する上記メタルポスト３の底部を緩やかな曲面形状とすることが可能である。

銅を主成分とする金属は大気放置や熱処理、薬品処理により金属表面に酸化膜を形成し易い為、本実施形態に記載のハンダポスト５、ハンダ側面６、ハンダ裾野７にて被覆しハンダとの合金層を形成することで、ランドパターン２とメタルポスト３の表面の酸化による劣化等を防止することができる。

本実施形態の配線基板の製造方法を図４Ａから図４Ｉの図に従い説明する。なお、説明図は発明の１形態を示したもので、図に示した構造に限定されるものではない。
図４Ａに示すように、絶縁樹脂上１１に下層の配線と電気的に接続したランドパターン２を有し、上記ランドパターン３と離してソルダーレジスト１３が配置された基板である。
ソルダーレジスト１３は図２－Ｂの如く半導体素子１５が重なる部分全てを除いて配置する場合、図１Ａの如く配線基板の一部を拡大して示した図にはソルダーレジスト１３は記載されない構造となる。

次いで、図４Ｂに示すように、無電解めっき膜又はスパッタ膜によるシード層１２を形成する。シード層１２はメタルポスト３の電解めっきの給電層として作用する。無電解めっき膜は例えばＣｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｉ，Ｃｒなどの金属が使用可能である。
スパッタ膜では、Ｃｕ、Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｕ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，ＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣｕ，ＡｉＣｕ，ＮＩＦｅ、ＩＴＯ，ＩＺＯ，ＡＺＯ，ＺｎＯ，ＰＺＴ，ＴｉＮ，Ｃｕ3Ｎ4、Ｃｕ合金や、これらを複数組み合わせたものを使用することができる。
本実施形態では、電気特性、製造の容易性の観点およびコスト面を考慮して、無電解銅めっきを使用する。無電解銅めっきの膜厚は、電解めっきの給電層として１μｍ以下とするのが好ましい。本発明の一実施形態ではＣｕ：３００ｎｍを形成する。

次いで、図４Ｃに示すように、上記シード層１２を感光性樹脂８にて被覆し、メタルポストを形成する位置に上記感光性樹脂８の開口部９を形成する。
感光性樹脂８は液状レジストやフォルム状に形成されたドライフィルムを使用することができる。感光性樹脂８は開口部９に、メタルポストとハンダポストを形成するために、数十μｍの厚みが必要である。本発明の一実施形態ではドライフィルムを使用する。
またネガ型レジスト、ポジ型レジストの何れも使用することができるが、ポジ型レジストは光硬化性樹脂でありプロセス中の安定性と最終的に剥離が可能である材料より本発明の一実施形態ではアクリル系のネガ型ドライフィルムレジストを使用する。

次いで、図４Ｄに示すように、上記感光性樹脂８の開口部９に電解銅めっきにてメタルポスト３を形成する。
メタルポスト３は銅を主成分とする金属からなり、その高さと径は製品設計により選択すればよく、特に規定しないが、高さの安定制御のためにはメタルポスト３の高さは感光性樹脂８より低く形成することが望ましい。
この時、上記感光性樹脂８の開口部９の上記メタルポスト３の上に表面処理層４を形成することも可能である。表面処理層４は製品設計により形成の有無を選択すればよく、また上記メタルポスト３の上面、側面の形成面を選択すればよい。

上記感光性樹脂８の開口部９は断面視で開口部が上部に行くほど広くなるテーパ形状に形成することができ、電解めっきは上記感光性樹脂８の開口部９の壁面に添って成長するが上記感光性樹脂８の開口部９の壁面の完全に密着しているわけではなく、開口部９の内側ではメタルポスト３と絶縁樹脂１２の間に１から５μｍの幅で間隙を生じることとなる。この間隙が広ければ表面処理層４をメタルポスト３の上面だけでなく側面にも形成することが可能となる。上記表面処理層４としてはニッケル、パラジウム、金、スズの何れかの金属の１層又は複数層の構造にて、その材料は記載の材料の中より選択すればよい。

表面処理層４の形成方法としては、電解めっき法や無電解めっき法が使用可能である。
次いで、図４Ｅに示すように、上記感光性樹脂８の開口部９のメタルポスト３の上にハンダ１０を積層形成する。ハンダ１０の積層形成方法はハンダペーストをスキージで開口部９に充填する方法と電解めっきにてハンダ１０を析出させる方法が使用することが可能である。

ハンダペーストを充填する方法では、上記感光性樹脂８の開口部９をマスクパターンとして使用し、上記感光性樹脂８の上に置いたハンダペーストをスキージでかき開口部９に押し込むことで充填することが可能である。
電解めっき法では、メタルポスト３を形成する際に使用したシード層１２より給電しハンダ１０を析出することが可能である。
何れの工法でも、上記感光性樹脂８の開口部９の高さより、ハンダ１０の積層高さを低く形成することで、メタルポスト３とハンダポスト５とを合わせた高さを制御することが可能となる。

次いで、図４Ｆ－１に示すように、上記感光性樹脂８の開口部９に充填したハンダ１０を有する配線基板を、上記ハンダ１０の溶融温度で熱処理することで、溶融した上記ハンダ１０は表面張力によりドーム形状にハンダポスト５を形成することができる。
ハンダの溶融温度はその材料組成により変化し、発明の一実施例ではＳｎＡｇＣｕの合金材料を使用し、溶融温度は２５０℃にて制御した。

図４Ｆ－２に示すように、ハンダ材料の溶融する温度での加熱により上記感光性樹脂８は収縮変形することで、上記感光性樹脂８とメタルポスト３の間の間隙は、ハンダ１０の積層形成時より広くなる。
ハンダ１０を溶融する工程で、上記光性樹脂１２とメタルポスト３の間の間隙に溶融ハンダ１０が入り込み、メタルポストの側面にハンダ側面６を形成することが可能となる。

次いで、図４Ｇに示すように、上記感光性樹脂８を剥離液にて剥離し、上記メタルポストと上記ハンダポストを露出する構造を得る。
剥離液としては特に規定しないが、感光性樹脂８を剥離可能で、メタルポストやハンダ材料へのダメージの少ない薬液を選択すればよい。例えば、アルカリ系のアミン系の水溶液が使用可能である。
次いで、図４Ｈに示すように、上記シード層１２をエッチング液にて溶解除去し、上記メタルポスト３とランドパターン２とを近接するそれらより孤立形成する構造を得る。
エッチング液としては特に規定しないが、ハンダ材料へのダメージの少ない薬液を選択すればよい。

次いで、図４Ｉに示すように、上記メタルポストと上記ハンダポストを形成した配線基板をハンダ材料の溶融温度で再度熱処理し、ハンダ材料を再度溶融し上記感光性樹脂８の剥離処理や上記シード層１２のエッチングにより荒れた上記ハンダポスト５の表面の結晶粒界を整えることができる。
また、図４Ｉにてシード層１２をエッチング除去してできたメタルポスト３とランドパターン２との界面のサイドエッチ部をハンダ裾野７に被覆でき、メタルポスト３とランドパターン２の間の裾野部にくびれの無い連続的な曲面形状を形成でき、応力に対する強度を向上することが可能となる。
ランドパターン２とメタルポスト３の裾野部の寸法制御と温度制御の制御により、再溶融したハンダ材料をランドパターン２の側面まで濡れ広げてもよい。

また、図４Ｉにて実施した上記シード層１２のエッチング除去をハンダの再溶融の後に行い、メタルポストとランドパターンとの界面のシード層のサイドエッチによる縊れの発生位置をハンダ裾野７位置までずらし、メタルポスト３のくびれ部への応力の集中を緩和することも可能である。
また、上記メタルポスト３の上の上記ハンダポスト５をコイニングにて潰し、メタルポストとハンダポストの合わせた高さを整える際、メタルポストの底部が緩やかな曲面形状を持つことでメタルポストが倒れることを防止することも可能である。
このようにして得た配線基板２２と、半導体素子１５を実装し、アンダーフィル１６を充填し図３に示す半導体装置２３が完成する。

本実施形態における効果確認として、図２Ｂ－２の構造で、図４Ａから図４Ｊの工程にて、銅めっきからなるメタルポスト３を１００μｍピッチにてメタルポスト３の高さ/上部の径＝２０μｍｔ/Φ４０μｍ、銅めっきからなるランドパターン径Φ６０μｍ、メタルポスト３とランドパターン２の接合部の曲面形状を近似する曲率半径のＲ＝５μｍにて形成し、
上記メタルポスト３の上に、ＳｎＡｇＣｕハンダにてハンダポストの高さ２０μｍｔ、ハンダ側面からハンダ裾野までを厚み３μｍｔ被覆した構造を得た。

こうして得た本実施形態の配線基板２２と半導体素子１５とをポスト－ポスト接合して半導体装置２３を形成し、ポスト構造部の接続信頼性を評価した。
評価方法としては、温度サイクル試験（JESD22-A104：－５５℃⇔１２５℃、15℃/min、1000cycle）にてのポスト－ポスト接合部の破断の有無を評価した。
本実施形態で得た配線基板２２はメタルポスト３をハンダ１０にて被覆した構造を有しハンダ合金層を形成することで工程での銅メタルポストの酸化劣化を回避し、半導体素子１５とポスト―ポスト間でのハンダ接合を形成し半導体装置２３を得ることができた。

また、本実施形態で得た半導体装置２３にて、配線基板２２のウネリやメタルポスト３の高さバラつきをハンダ１０の高さにて補い、半導体装置２３の１つの内部のすべてのポスト－ポスト間でのハンダ接合に関する断線や近接するポスト間で接合するなどの、不具合なく、半導体装置２３を得ることができた。

また、上記温度サイクル試験後の破壊箇所は、ランドパターン２と内層配線パターン１４との界面、メタルポスト３と半導体素子側のメタルポスト２０の界面のハンダ内部でのクラックが僅かに確認された。
このように、本実施形態により、配線基板２２と半導体素子１５とをポスト－ポスト接続の高さバラツキを制御でき、応力による破壊を回避することで、電気的な接続信頼性の高いは半導体装置２３を得ることができる。

（比較例）
使用する材料や、工法、構成は実施例と同じで、ソルダーレジスト１３にて銅めっきからなる径Φ６０μｍのランドパターン２を被覆し、メタルポストとの接合のためにΦ３０μmの開部を形成し、その上にメタルポスト３を１００μｍピッチにてメタルポスト３の高さ/上部の径＝２０μｍｔ/Φ４０μｍにて形成し、感光性樹脂８を剥離し、シード層１２をエッチングしてメタルポスト３を有する配線基板を形成する。

上記配線基板のメタルポスト３の上に、メタルマスクを使用してフラックスを印刷しＳｎＡｇＣｕハンダボールを振り込み熱溶融してハンダポストの高さ２０μｍｔを形成した。ハンダボールの振り込み熱溶融する工程で形成することで、メタルポスト３の側面はハンダ１０にて被覆しない構造を比較例として説明する。
こうして得た配線基板２２と半導体素子１５とをポスト－ポスト接合して半導体装置２３を形成し、ポスト構造部の接続信頼性を評価した。

評価方法としては、温度サイクル試験（JESD22-A104：－５５℃⇔１２５℃、15℃/min、1000cycle）にてのポスト－ポスト接合部の破断の有無を評価した。
比較例では、メタルポスト３の上にメタルマスクを使用してフラックス印刷とハンダボールの振り込みを行うため、配線基板の工程を経たことによる伸縮とメタルマスク寸法精度のズレのため位置合わせが難しく、振り込まれるハンダボールの個数のバラつきに伴うハンダポスト５の高さバラつきを生じた。

配線基板２２はメタルポスト３をハンダ１０にて上部のみハンダポストにて被覆した構造となり、実装工程の中で銅メタルポストの側面に酸化膜を形成し、半導体装置２３のポスト部に経時で劣化しやすい部分を有した状態にあることとなる。
また、比較例の半導体装置２３にて、配線基板２２のウネリやメタルポスト３の高さバラつきをハンダポスト５の高さバラつきのため、半導体装置２３のポスト－ポスト間でのハンダ接合に関する断線や近接するポスト間で接合するなどの、不具合が多数確認された。

また、上記温度サイクル試験後の破壊箇所は、ランドパターン２とメタルポスト３との接続部５Ａ近傍のソルダーレジスト１３にて縊れた部分でのメタルポスト３内部へのクラック、ソルダーレジスト１３とメタルポスト３との界面のクラックが多数確認された。
ソルダーレジスト１３にて縊れた部分には解析の結果より応力が集中しやすい箇所であることが確認され、半導体装置２３の熱変形にともなう外的な力が構造的に集中するためである。また、ソルダーレジスト１３とシード層１２の密着力はソルダーレジスト１３上に形成したメタルポスト３のシャア試験にて百ｍＮと弱く、ソルダーレジスト１３とシード層１２の界面で剥離したためである。

このように、比較例の形態により、配線基板２２と半導体素子１５とをポスト－ポスト接続の高さバラツキを制御が難しく、ポスト構造に起因して応力による破壊を生じることで、電気的な接続信頼性が低い半導体装置２３となる。
上記の実施形態は一例であって、その他、具体的な細部構造などについては適宜に変更可能なことは勿論である。
本発明は、半導体素子と接続するためのメタルポスト等を備えた配線基板に関し、配線基板と半導体素子を実装することで半導体装置に利用可能である。

１ 内層配線基板
２ ランドパターン（ＦＣＢＧＡ配線基板）
３ メタルポスト（ＦＣＢＧＡ配線基板）
４ 表面処理層
５ ハンダポスト
５Ａ 接続部
６ ハンダ側面
７ ハンダ裾野
８ 感光性樹脂
９ 開口部（感光性樹脂）
１０ ハンダ
１１ 絶縁樹脂
１２ シード層（メタルポスト用）
１３ ソルダーレジスト
１４ 内層配線パターン
１５ 半導体素子
１６ アンダーフィル
１７ 開口部（ソルダーレジスト）
１８ シード層２（ランドパターン）
１９ ランドパターン（半導体素子）
２０ メタルポスト（半導体素子）
２１ ソルダーレジスト（半導体素子）
２２ 配線基板
２３ 半導体装置

Claims (7)

1. 半導体素子と接合される配線基板の前記半導体素子との実装面において、
   絶縁樹脂上に形成した前記半導体素子との接続端子部に繋がるランドパターンを配置し、
   前記絶縁樹脂を被覆形成したソルダーレジストの開口パターンが前記ランドパターンに接しないように配置され、
   前記ランドパターン上に前記ランドパターンの直径より小さい径にてメタルポストが形成され、前記メタルポストの直径が上部に比べ底部が太く形成され、前記メタルポストの前記ランドパターンとの接続部にかけ緩やかに径が太くなっており、
   前記メタルポストの先端部に形成されたドーム形状のハンダポストを有し、前記メタルポストの側面と前記ランドパターンとの接続部にかけ前記ハンダポストにて覆われており、前記メタルポストの表面にハンダとの合金層を形成しており、
   前記メタルポストの側面及び前記ランドパターンを被覆するハンダの厚みが５μｍ以下であることを特徴とする配線基板。
2. リフロ―後の前記ドーム形状のハンダポストの高さが、メタルポストの高さの５０％から１５０％であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記メタルポストの前記ランドパターンとの接続部が曲率半径２μｍ以上の緩やかな曲面形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線基板。
4. 前記ハンダが、スズ、Ａｇ、Ｃｕの合金材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の配線基板。
5. 前記ランドパターンと前記メタルポストが銅を主成分とする金属であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配線基板。
6. 半導体素子と接合される配線基板の前記半導体素子との実装面において、
   絶縁樹脂上に形成した前記半導体素子との接続端子部に繋がるランドパターンを配置し、
   前記絶縁樹脂を被覆形成したソルダーレジストの開口パターンが前記ランドパターンを被覆しないように配置され、
   前記ランドパターン上に前記ランドパターンの直径より小さい径にてメタルポストが形成され、前記メタルポストの直径が上部に比べ底部が太く形成され、前記メタルポストの前記ランドパターンとの接続部にかけ緩やかに径が太くなっており、
   前記メタルポストの先端部に形成されたドーム形状のハンダポストを有し、前記メタルポストの側面と前記ランドパターンとの接続部にかけ前記ハンダポストにて覆われており、前記メタルポストの表面にハンダとの合金層を形成しており、
   前記メタルポストの側面及び前記ランドパターンを被覆するハンダの厚みが５μｍ以下であることを特徴とする配線基板。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の配線基板を製造する配線基板の製造方法であって、
   絶縁樹脂上に下層の配線と電気的に接続したランドパターンを有し、前記ランドパターンの直径より広い開口径でソルダーレジストが積層形成された基板に対して、下記１）～７）の工程を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
   １）無電解めっき又はスパッタ膜によるシード層を形成する工程
   ２）前記シード層を感光性樹脂にて被覆し、メタルポストを形成する位置に前記感光性樹脂の開口パターンを設ける工程
   ３）前記感光性樹脂の開口部に電解銅めっきにてメタルポストを形成する工程
   ４）前記感光性樹脂の開口部にハンダを充填する工程
   ５）前記開口部に充填したハンダを有する配線基板をハンダペーストの溶融温度で熱処理し、ドーム形状にハンダポストを溶融しメタルポストの側面をハンダで覆う工程
   ６）前記感光性樹脂を剥離し、前記メタルポストと前記ハンダポストを露出する工程
   ７）前記メタルポストと前記ハンダポストを形成した配線基板をハンダの溶融温度で熱処理し、ハンダポストを再溶融する工程