JP2010045131A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドリング性が良好で、半導体素子が搭載される搭載用パッドと外部接続端子用パッドとを電気的に接続する配線の途中に、ワイヤ配線を用いる配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ワイヤ配線３２を用いる部分を除いて、搭載用パッド２２と外部接続用パッドとを電気的に接続する内部配線１２を形成した基板１０に、ワイヤ配線３２を用いる部分に貫通孔１４を形成した後、貫通孔１４内に臨むように基板１０の同一面に形成した、搭載用パッド２２と電気的に接続されている表面配線パターン２４の端部と、外部接続用パッドと内部配線１２を介して電気的に接続された表面配線パターン２６の端部との各々に、ボンディングパッド３０，３０を形成し、次いで、ボンディングパッド３０，３０の間を、頂部が貫通孔１４から突出しないようにワイヤ配線３２によって電気的に接続した後、貫通孔１４を封止樹脂３４によって封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は配線基板の製造方法に関し、更に詳細には 基板の一面側に形成された半導体素子が搭載される搭載用パッドと、前記基板の他面側に形成された外部接続端子が装着される外部接続端子用パッドとの間を電気的に接続する内部配線の途中に、ワイヤ配線が用いられた配線基板の製造方法に関する。

半導体素子が搭載される半導体装置用の配線基板としては、下記特許文献１には、図６に示す配線基板が提案されている。
図６に示す配線基板は、樹脂基板１００の一面側の中央部及びその近傍に半導体素子１０２が搭載される搭載用パッド１０４，１０４・・が形成されていると共に、樹脂基板１００の一面側の外周縁近傍に外部接続端子としてのはんだボール１０８，１０８・・が装着される外部接続端子用パッド１０６，１０６・・が形成されている。
かかる搭載用パッド１０４，１０４・・と外部接続端子用パッド１０６，１０６・・とは、ワイヤ配線１１０，１１０・・によって電気的に接続されている。
２００１−３１９９９２号公報

図６に示す配線基板では、電解めっき等で形成する配線パターンに比較して太いワイヤ配線１１０，１１０・・によって搭載用パッド１０４，１０４・・と外部接続端子用パッド１０６，１０６・・とが接続されている。かかるワイヤ配線１１０，１１０・・によって、配線長を短縮できて導体ロスの低減、更には配線基板の製造コストの低減を期待できる。
しかしながら、半導体装置の小型化・高密度化の要請に伴って、搭載する半導体素子の小型化・電極端子数の増加も進行する。近年、半導体素子１０２の電極端子の各々を、配線基板に形成した搭載用パッド１０４，１０４・・に直接搭載する、いわゆるフリップチップ方式が採用されつつある。
このため、配線基板に形成する半導体素子を搭載する搭載用パッド１０４，１０４・・の各々が小さくなり、ワイヤ配線１１０の端部をボンディングすることが困難になりつつある。

このため、本発明者等は、図７に示す配線基板２００を試作した。配線基板２００は、半導体素子２０２をフリップチップ接続する搭載用パッド２０４，２０４・・が樹脂基板２０６の一面側の中央部近傍に形成され、樹脂基板２０６の他面側の外周縁近傍に外部接続端子としてのはんだボール２０８，２０８・・が装着される外部接続端子用パッド（図示せず）が形成されている。
樹脂基板２０６には、搭載用パッド２０４，２０４・・と外部接続端子用パッドとの中間部に間隙が形成されており、樹脂基板２０６を形成する絶縁層２０６ａ，２０６ｂに段差部が形成されている。
かかる搭載用パッド２０４，２０４・・は、絶縁層２０６ａ，２０６ｂを貫通するヴィア等の内部配線に接続され、外部接続端子用パッドも、絶縁層２０６ａ，２０６ｂを貫通するヴィア等の内部配線に接続されている。
これらの内部配線の端部は、絶縁層２０６ａ，２０６ｂの段差部に形成されており、内部配線の端部と、樹脂基板２０６の一面側に形成された表面配線パターン２１３，２１３・・の端部とをワイヤ配線２１０，２１０・・によって電気的に接続している。かかるワイヤ配線２１０，２１０・・は、封止樹脂２１１によって封止されている。

図７に示す配線基板２００を製造する際には、図８（ａ）に示す様に、金属箔２１２の一面側に、アディティブ法等によって内部配線が形成された樹脂基板２０６を形成する。この際に、絶縁層２０６ａ，２０６ｂに段差部が形成された間隙２１４を形成する。かかる段差部には、内部配線の端部が露出している。
次いで、図８（ｂ）に示す様に、段差部等に露出している内部配線の端部と、金属箔２１２の所定箇所とをワイヤ配線２１０，２１０・・によって接続した後、間隙２１４を封止樹脂２１１によって封止する［図８（ｃ）］。
その後、金属箔２１２にパターニングを施して、搭載用パッド２０４，２０４・・と表面配線パターン２１３，２１３・・とを形成する［図８（ｄ）］。
しかしながら、図８に示す配線基板の製造方法では、金属箔２１２上に絶縁層２０６ａ，２０６ｂを積層して樹脂基板２０６を形成している。かかる金属箔２１２は、剛性が殆どなく、金属箔２１２上に絶縁層２０６ａ，２０６ｂを積層して樹脂基板２０６を形成する工程では、そのハンドリング性が問題となる。
そこで、本発明は、半導体素子が搭載される搭載用パッドと外部接続端子用パッドとを電気的に接続する配線の途中に、ワイヤ配線を用いる従来の配線基板の製造方法において、金属箔の一面側に基板をアディティブ法等によって形成する工程でのハンドリング性が劣るという課題を解消し、微細な半導体素子の搭載用パッドを具備する配線基板であっても、ワイヤ配線を用いることのできる配線基板を容易に製造できる配線基板の製造方法を提供とすることを目的とする。

本発明者等は、前記課題を解決すべく検討した結果、予め内部配線が形成された樹脂基板にルータ等によって貫通孔を形成した後、この貫通孔内に露出する搭載用パッドと電気的に接続されている表面配線パターンの端部と、外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンの端部との各々をワイヤ配線によって電気的に接続することによって、配線基板を製造する際に、そのハンドリング性が良好であることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、基板の一面側に形成された半導体素子が搭載される搭載用パッドと接続された表面配線パターンと、前記基板の他面側に形成された外部接続端子が装着される外部接続端子用パッドとの間を電気的に接続する内部配線の途中に、ワイヤ配線が用いられた配線基板を製造する際に、前記ワイヤ配線を用いる部分を除いて、前記表面配線パターンと外部接続用パッドとを電気的に接続する内部配線を具備する基板を形成した後、前記基板のワイヤ配線を用いる部分に貫通孔を形成し、次いで、前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続され、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層を形成した後、前記金属層にパターニングを施して前記基板の同一面に形成した、前記搭載用パッドと電気的に接続されている表面配線パターンの端部と、前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンの端部との各々に形成されたボンディングパッドを前記貫通孔内に露出するように形成し、その後、前記貫通孔内に露出する各表面配線パターンのボンディングパッドの各々を、頂部が貫通孔から突出しないようにワイヤ配線によって電気的に接続した後、前記貫通孔を封止樹脂によって封止することを特徴とする配線基板の製造方法にある。
かかる本発明において、外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続され、貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層を、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う絶縁層を介して形成し、前記金属層にパターニングを施して前記基板の同一面に形成した、前記搭載用パッドと電気的に接続されている表面配線パターンの端部と前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンの端部との各々を、前記貫通孔内に臨むように形成した後、前記表面配線パターンの端部の各々を覆う貫通孔内の絶縁層の所定の箇所に、前記端部の金属層が前記貫通孔内に露出する凹部を形成し、次いで、前記凹部の各底面にボンディングパッドを形成することによって、搭載用パッド及び表面配線パターンの各々を容易に形成できる。

また、外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続され、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層のうち、前記貫通孔内に位置する金属層の複数の所定位置にボンディングパッドを形成した後、前記ボンディングパッド間を、頂部が貫通孔から突出しないようにワイヤ配線によって電気的に接続し、次いで、前記貫通孔を封止樹脂によって封止した後、前記金属層にパターニングを施して、前記ワイヤ配線によって電気的に接続された、前記搭載用パッドと電気的に接続されて延出された表面配線パターンと、前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンとを形成することによっても、配線基板を製造する際に、そのハンドリング性が良好である。
この際に、金属層を、貫通孔を除く基板の一面側を覆う絶縁層を介して形成し、前記貫通孔内に露出する金属層の複数の所定位置にボンディングパッドを形成すること、或いは外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続されて、貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層を、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う絶縁層を介して形成した後、前記貫通孔内の絶縁層の複数の所定位置に前記金属層が底面に露出する凹部を形成し、次いで、前記凹部の各底面にボンディングパッドを形成することが好適である。
尚、貫通孔として、搭載する四角形状の半導体素子の少なくとも一辺に沿ってスリット状の貫通孔を形成することによって、多数のワイヤ配線を用いることができる。

本発明に係る配線基板の製造方法では、予め内部配線が形成された樹脂基板の所定位置に、ワイヤ配線を用いる貫通孔を形成した後、外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続され、半導体素子搭載面を覆う金属層を形成し、この金属層にパターニングを施して半導体素子を搭載する搭載用パッドと、この搭載用パッドに電気的に接続されている表面配線パターンと、外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンとを形成する。
この様に、一面側に導体層が形成された樹脂基板は、既に所定の剛性を有する樹脂基板が剛体として作用するため、配線パターンの形成やワイヤボンディングの際に、そのハンドリング性は問題とならず、配線パターンやワイヤボンディングを容易に施すことができる。
その結果、搭載用パッドと外部接続用パッドとの間の配線の途中にワイヤ配線を用いた配線基板を容易に形成できる。

本発明に係る配線基板の製造方法の一例を図１に示す。図１に示す配線基板の製造方法では、先ず、ワイヤ配線を用いる部分を除いて、半導体素子を搭載する搭載用パッドと外部接続端子としてのはんだボールを装着する外部接続用パッドとを電気的に接続する内部配線１２，１２・・を形成した樹脂基板１０を形成する。この樹脂基板１０は、ビルドアップ法等の公知の方法で形成できる。
この樹脂基板１０に、図１（ｂ）に示す様に、ワイヤ配線を用いる部分に貫通孔１４，１４・・をルータによって形成する。この貫通孔１４は、搭載する四角形状の半導体素子の各辺に沿ってスリット状に形成されている。
貫通孔１４，１４・・が形成された樹脂基板１０には、図１（ｃ）に示す様に、その半導体素子搭載面となる一面側の全面を覆うように絶縁層１６を形成する。この絶縁層１６は、所定厚さの樹脂フィルムを、接着剤又は加熱圧着して貼着することによって容易に形成できる。
この絶縁層１６には、図１（ｄ）に示す様に、外部接続用パッドと電気的に接続されている内部配線が底面に露出する凹部１８，１８・・をレーザ又はエッチングによって形成した後、図１（ｅ）に示す様に、凹部１８，１８・・を含む絶縁層１６の表面に銅等の金属から成る金属層２０を形成する。この金属層２０は、外部接続用パッドと電気的に接続されている内部配線に電気的に接続されている。
かかる金属層２０は、凹部１８，１８・・の内壁面を含む絶縁層１６の表面に、無電解めっき又は蒸着等によって薄金属層を形成した後、薄金属層を給電層とする電解めっきによって形成できる。

形成した金属層２０には、図１（ｆ）に示す様に、パターニングを施して半導体素子を搭載する搭載用パッド２２、搭載用パッド２２と電気的に接続されている表面配線パターン２４，２４・・、及び外部接続用パッドと内部配線１２，１２・・を介して電気的に接続された表面配線パターン２６，２６・・を形成する。かかる表面配線パターン２４，２６の各々の端部は、貫通孔１４内を臨むように形成される。
この様に、貫通孔１４内に臨むように形成された表面配線パターン２４，２６の各々の端部には、図１（ｇ）に示す様に、貫通孔１４の底面側に露出する絶縁層１６に底面に表面配線パターン２４，２６が露出する凹部２８，２８を形成する。この凹部２８，２８の底面に露出する表面配線パターン２４，２６の表面に、めっき等によって金等の貴金属層から成るボンディングパッド３０，３０・・を形成する［図１（ｈ）］。
かかる貫通孔１４の底面に形成されたボンディングパッド３０，３０には、図１（ｉ）に示す様に、金線から成るワイヤ配線３２によって、その頂部が貫通孔１４から突出しないようにして電気的に接続する。このワイヤ配線３２は、公知のワイヤボンディング装置によってボンディングパッド３０，３０にボンディングできる。
ワイヤ配線３２及びボンディングパッド３０，３０は、貫通孔１４に充填された封止樹脂３４によって封止する［図１（ｊ）］。

この様にして形成した配線基板３６には、図２（ａ）に示す様に、その一面側に形成した搭載用パッド２２に半導体素子３８をフリップチップ接続し、且つ配線基板３６の他面側に形成した外部接続用パッドにはんだボール４０，４０・・を装着して半導体装置を製造できる。
更に、必要に応じて、配線基板の他面側に形成した専用パッドにチップコンデンサ等の受動部品４２を搭載してもよい。
また、配線基板３６の一面側に搭載した半導体素子３８と搭載用パッド２２との間は、ポッティング樹脂等によって封止してもよく、表面配線パターン２４，２６をソルダレジストによって覆ってもよい。
図２（ａ）に示す半導体装置の半導体素子３８側から見た正面図を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示す様に、四角形状の半導体素子３８の各辺に沿って、封止樹脂３４が充填されたスリット状の貫通孔が形成されている。この貫通孔内には、搭載用パッド２２と電気的に接続されている表面配線パターン２４，２４・・の端部と、外部接続用パッドと内部配線１２，１２・・を介して電気的に接続された表面配線パターン２６，２６・・の端部との各々が、ワイヤ配線３２，３２・・によって電気的に接続されている。

図２に示す半導体装置によれば、半導体素子３８が搭載される搭載用パッド２２及び表面配線パターン２４，２４・・を、高密化・微細化する半導体素子３８に対応できる。
また、外部接続用パッドと内部配線１２，１２・・を介して電気的に接続された表面配線パターン２６，２６・・は、配線基板３６の周縁側に形成されるため、その幅等を表面配線パターン２４よりも広く形成でき、電気的には有利である。
しかも、微細化された表面配線パターン２４，２４・・と幅広に形成された表面配線パターン２６，２６・・とは、ワイヤ配線３２，３２・・によって電気的に接続されており、寸法の異なる配線パターンを容易に電気的に接続できる。

図１に示す配線基板の製造方法では、金属層２０にパターニングを施した後に、ワイヤ配線３２を所定のボンディングパッド３０，３０にボンディングしているが、図３に示す様に、ワイヤ配線３２を所定のボンディングパッド３０，３０にボンディングした後、金属層２０にパターニングを施してもよい。
図３に示す配線基板の製造方法では、図１（ａ）〜（ｅ）に示す工程と同様にして、外部接続用パッドと電気的に接続されている内部配線に電気的に接続されている金属層２０を形成する［図３（ａ）］。かかる金属層２０は、凹部１８，１８・・の内壁面を含む絶縁層１６の表面に、無電解めっき又は蒸着等によって薄金属層を形成した後、薄金属層を給電層とする電解めっきによって形成できる。

この貫通孔１４内に露出する絶縁層１６の所定箇所に、金属層２０が底面に露出する凹部２８，２８をレーザやエッチングによって形成した後［図３（ｂ）］、凹部２８，２８の底面に露出する金属層２０の表面に、めっき等によって金等の貴金属層から成るボンディングパッド３０，３０・・を形成する［図３（ｃ）］。
かかる貫通孔１４の底面に形成されたボンディングパッド３０，３０には、図３（ｄ）に示す様に、金線から成るワイヤ配線３２によって、その頂部が貫通孔１４から突出しないようにして電気的に接続する。このワイヤ配線３２は、公知のワイヤボンディング装置によってボンディングパッド３０，３０にボンディングできる。
ワイヤ配線３２及びボンディングパッド３０，３０は、貫通孔１４に充填された封止樹脂３４によって封止する［図３（ｅ）］。
次いで、金属層２０にパターニングを施して、半導体素子を搭載する搭載用パッド２２、搭載用パッド２２と電気的に接続されている表面配線パターン２４，２４・・、及び外部接続用パッドと内部配線１２，１２・・を介して電気的に接続された表面配線パターン２６，２６・・を形成する［図３（ｆ）］。

また、図４に示す様に、樹脂基板１０に貼着した金属箔から、搭載用パッド２２、表面配線パターン２４，２４・・、及び表面配線パターン２６，２６・・を形成できる。
先ず、図４（ａ）に示す様に、配線パターン１２，１２・・が形成された樹脂基板１０に貫通孔１４，１４をルータによって形成した後、樹脂基板１０の半導体素子の搭載面側に、貫通孔１４，１４の開口部を除いて絶縁層１６を形成する［図４（ｂ）］。この絶縁層１６には、図４（ｂ）に示す様に、外部接続用パッドと電気的に接続されている内部配線が底面に露出する凹部１８，１８・・をレーザ又はエッチングによって形成する。
更に、かかる凹部１８，１８・・を電解めっきによってめっき金属によって充填した後、図４（ｃ）に示す様に、金属箔を接着剤層でもある絶縁層１６によって貼着し、樹脂基板１０の半導体素子搭載面側の全面を覆う金属層２０を形成する。金属層２０は、貫通孔１４，１４・・内に露出する。
かかる貫通孔１４，１４・・内に露出する金属層２０の所定の箇所に、図４（ｄ）に示す様に、めっき等によって金等の貴金属層から成るボンディングパッド３０，３０・・を形成する。ボンディングパッド３０，３０は、図４（ｅ）に示す様に、金線から成るワイヤ配線３２によって、その頂部が貫通孔１４から突出しないようにして電気的に接続する。このワイヤ配線３２は、公知のワイヤボンディング装置によってボンディングパッド３０，３０にボンディングできる。
ワイヤ配線３２及びボンディングパッド３０，３０は、貫通孔１４に充填された封止樹脂３４によって封止する［図４（ｆ）］。
その後、金属層２０にパターニングを施して、半導体素子を搭載する搭載用パッド２２、搭載用パッド２２と電気的に接続されている表面配線パターン２４，２４・・、及び外部接続用パッドと内部配線１２，１２・・を介して電気的に接続された表面配線パターン２６，２６・・を形成する［図４（ｇ）］。

図１〜図４に示す配線基板の製造方法では、ワイヤ配線３２として金線を単独で用いてきたが、図５に示すように同軸構造のワイヤ配線３２を用いることによって、クロストークの低減やインピーダンスの調整を容易に行うことができる。
図５に示す同軸構造のワイヤ配線３２は、金線３２ａの外周面が絶縁層３２ｂで被覆されている共に、絶縁層４３ｂの外周面も導体層３２ｃによって被覆されている。

本発明に係る配線基板の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図１に示す配線基板の製造方法で得られた半導体装置の断面図及び平面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の他の例を説明するための工程図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の他の例を説明するための工程図である。 図１〜図４に示す配線基板の製造方法で採用できるワイヤ配線の構造を説明するための説明図である。 従来の配線基板を説明するための断面図である。 従来の配線基板を改良した配線基板を説明するための説明図である。 図７に示す配線基板の製造方法を説明する工程図である。

符号の説明

１０ 樹脂基板
１２ 内部配線
１４ 貫通孔
１６ 絶縁層
１８ 凹部
２０ 金属層
２２ 搭載用パッド
２４，２６ 表面配線パターン
２８ 凹部
３０ ボンディングパッド
３２ ワイヤ配線
３４ 封止樹脂
３６ 配線基板
３８ 半導体素子

Claims (6)

1. 基板の一面側に形成された半導体素子が搭載される搭載用パッドと接続された表面配線パターンと、前記基板の他面側に形成された外部接続端子が装着される外部接続端子用パッドとの間を電気的に接続する内部配線の途中に、ワイヤ配線が用いられた配線基板を製造する際に、
   前記ワイヤ配線を用いる部分を除いて、前記表面配線パターンと外部接続用パッドとを電気的に接続する内部配線を具備する基板を形成した後、前記基板のワイヤ配線を用いる部分に貫通孔を形成し、
   次いで、前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続され、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層を形成した後、
   前記金属層にパターニングを施して前記基板の同一面に形成した、前記搭載用パッドと電気的に接続されている表面配線パターンの端部と、前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンの端部との各々に形成されたボンディングパッドを前記貫通孔内に露出するように形成し、
   その後、前記貫通孔内に露出する各表面配線パターンのボンディングパッドの各々を、頂部が貫通孔から突出しないようにワイヤ配線によって電気的に接続した後、前記貫通孔を封止樹脂によって封止することを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続され、貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層を、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う絶縁層を介して形成し、
   前記金属層にパターニングを施して前記基板の同一面に形成した、前記搭載用パッドと電気的に接続されている表面配線パターンの端部と前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンの端部との各々を、前記貫通孔内に臨むように形成した後、
   前記表面配線パターンの端部の各々を覆う貫通孔内の絶縁層の所定の箇所に、前記端部の金属層が前記貫通孔内に露出する凹部を形成し、
   次いで、前記凹部の各底面にボンディングパッドを形成する請求項１記載の配線基板の製造方法。
3. 外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続され、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層のうち、前記貫通孔内に位置する金属層の複数の所定位置にボンディングパッドを形成した後、前記ボンディングパッド間を、頂部が貫通孔から突出しないようにワイヤ配線によって電気的に接続し、
   次いで、前記貫通孔を封止樹脂によって封止した後、前記金属層にパターニングを施して、前記ワイヤ配線によって電気的に接続された、前記搭載用パッドと電気的に接続されて延出された表面配線パターンと、前記外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続された表面配線パターンとを形成する請求項１記載の配線基板の製造方法。
4. 金属層を、貫通孔を除く基板の一面側を覆う絶縁層を介して形成し、前記貫通孔内に露出する金属層の複数の所定位置にボンディングパッドを形成する請求項３記載の配線基板の製造方法。
5. 外部接続用パッドと内部配線を介して電気的に接続されて、貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う金属層を、前記貫通孔の開口部を含む基板の一面側を覆う絶縁層を介して形成した後、前記貫通孔内の絶縁層の複数の所定位置に前記金属層が底面に露出する凹部を形成し、
   次いで、前記凹部の各底面にボンディングパッドを形成する請求項３記載の配線基板の製造方法。
6. 貫通孔として、搭載する四角形状の半導体素子の少なくとも一辺に沿ってスリット状の貫通孔を形成する請求項１〜５のいずれか一項記載の配線基板の製造方法。