半导体模块、半导体模块的制造方法及便携式设备的制作方法

专利名称：半导体模块、半导体模块的制造方法及便携式设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体模块、半导体模块的制造方法及便携式设备。
背景技术：
在以前的半导体模块中有被称为CSP (Chip Size Package:芯片尺寸封 装)的结构。基于CSP的半导体模块是通过切割在一主表面上形成LSI (半 导体元件)及与其连接的外部连接电极的半导体晶片(半导体基板)进行单 个化来形成的。因此,能够以与LSI芯片相同的尺寸将半导体模块固着在布 线基板上，使安装半导体模块侧的布线基板能够达到小型化。
近年来，随着电子设备的小型化、高功能化，要求在电子设备中使用的 半导体模块进一步小型化。随着这种半导体模块的小型化，用于向布线基板
上安装的电极间的窄间距化成为不可缺少的技术。作为半导体元件的表面安 装方法，在半导体元件的外部连接电极上形成焊料凸起，焊接焊料凸起和布 线基板的电极焊盘的倒装芯片的安装方法是公知的。在倒装芯片安装方法 中，焊料凸起本身的大小和焊接时的桥接产生等成为制约条件，使外部连接 电极的窄间距化存在限制。近年来，为了克服这样的限制，正在进行通过在 半导体元件上形成再布线的外部连接电极的再配置。作为这种再配置的方 法，例如，将通过半蚀刻金属板形成的突起结构作为电极或通路，在金属板 上通过环氧树脂等绝缘层安装半导体元件，在突起结构处连接半导体元件的 外部连接电极的方法是公知的。
另一方面，在柔性基板和印刷基板的制造中，为了提高由金属制成的电 极和突起结构之间的连接可靠性，提出有如下方法，即在突起结构的前端部 设置软质金属覆盖膜(例如金覆盖膜)或导电性粘接剂(例如焊糊)等粘接 层，通过此粘接层进行电极和突起结构的连接。
但是，与柔性基板和印刷基板中的连接的情形不同，在半导体模块的情 形下，在构成半导体元件的硅和铜等金属板之间热膨胀系数大大不同。因此，
根据热处理等温度变化，在外部连接电极和突起结构的连接部产生起因于材 料间的热膨胀系数之差的热应力。特别在今后，为了实现半导体模块的进一 步小型化而推进外部连接电极和突起结构的连接间距的微细化的情况下，由 于外部连接电极和突起结构的接触面积变小，因此担心这种热应力导致在外 部连接电极和突起结构的连接部发生断线。

发明内容
本发明是鉴于这样的课题而作出的，其目的在于，提供一种提高半导体 模块的电极部的连接可靠性的技术。
为了解决上述课题，本发明的一实施例的半导体模块具有绝缘层、在
此绝缘层的一侧表面上设置的第1电极、在绝缘层的另一侧表面上设置的第
2电极，以及与第1电极一体设置的贯通绝缘层与所述第2电极电连接的突
起部；其特征在于，突起部在其前端部具有塑性区域，此塑性区域发生塑性
变形，与第2电极连接。
根据本实施例，由于通过在前端部含有塑性区域且与第1电极一体设置
的突起部连接第1电极和第2电极，所以能够控制因温度变化而在第1电极 (突起部)和第2电极之间的交界面发生的断线等，提高第1电极和第2电 极之间的连接可靠性。这是因为含有塑性区域的突起部可以与第1电极一体 设置，所以在突起部和塑性区域之间不产生交界面(接触面)，能够控制以 前的使用焊剂等粘接层时产生的热膨胀导致的应力负荷。另一个原因是，塑 性变形的突起部(前端部的塑性区域)增加与第2电极的交界面的接触面积， 提高了突起部和第2电极之间的紧密接合性。
在上述结构中，突起部和第2电极也可以由相同的金属制成。根据此结 构，由于突起部和第2电极的热膨胀系数相同，所以能够进一步提高相对于 半导体模块的热应力的连接可靠性。
在上述结构中，第1电极和突起部也可以由轧制金属制成。根据此结构， 能够进一步降低半导体模块的制造成本。
在上述结构中，塑性区域也可以由在突起部的前端部形成的微细凹凸形 成。根据此结构，能够提高半导体模块的连接可靠性，此外还可以进一步降 低其制造成本。
在上述结构中，塑性区域也可以由比突起部容易塑性变形的金属制成。
根据此结构，能够进一步提高突起部和第2电极间的紧密接合性。由此，还 可以进一 步提高半导体模块的连接可靠性。
在上述结构中，塑性区域也可以由金形成。根据此结构，能够进一步提 高突起部和第2电极间的紧密接合性。由此，还可以进一步提高半导体模块 的连接可靠性。
在上述结构中，突起部通过塑性区域的塑性变形，前端部可以成为逆锥 台(逆少寸)结构。根据此结构，利用含有塑性区域的突起部的锚定效果(固
定效果)可以控制突起部相对于贯通方向的移动，提高突起部和第2电极间
的紧密接合性。因此，能够进一步提高相对于半导体模块的热应力的连接可 靠性。
本发明的另 一 实施例是便携式设备。此便携式设备搭载有上述任意实施 例的半导体模块。
根据本实施例，由于可以提高突起部和第2电极的连接可靠性，进而提
高半导体模块的连接可靠性，所以能够提高搭载这种半导体模块的便携式设
备的可靠性。此外，可以减少半导体模块的制造成本，因此还能够控制搭载 这种半导体模块的便携式设备的制造成本。
为了解决上述课题，涉及本发明的一实施例的半导体模块的制造方法，
其特征在于，包括制备在表面具有电极的半导体基板的第1工序；形成在 前端部一体设置具有塑性区域的突起部的金属板的第2工序；以及隔着绝缘
层压接金属板和半导体基板，使突起部贯通绝缘层的同时，使塑性区域发生 塑性变形，由此电连接突起部和电极的第3工序。
根据此实施例，由于可以压接制造在前端部一体设置具有塑性区域的突 起部的金属板，所以与以往采用悍糊等的粘接层的情况相比，能够容易地制 造出提高相对于热应力的连接可靠性的半导体模块。
另外，当压接金属板时，由于在与半导体基板的电极的接触面使突起部 的塑性区域发生塑性变形，所以可以吸收、緩和制造工序中突起部的前端面 (与半导体基板的电极对抗的面)的平行度的偏差和突起部本身的高度的偏 差，而且能够确实地、再现性良好地、稳定地进行突起部和第2电极的连接。 因此，能够提高这种半导体模块的成品率，可以减少半导体模块的制造成本。
在上述结构的第2工序中，也可以在板状金属的一侧表面上形成作为塑 性区域的微细凹凸后，有选择地去除一侧的表面形成突起部。根据此结构，能够容易地制造金属板的突起部和半导体基板的电极间的连接可靠性提高 的半导体模块，能够进一步减少半导体模块的制造成本。
在上述结构的第2工序中，也可以在有选择地去除板状金属的一侧的表 面形成突起部后，在突起部的前端部形成作为塑性区域的微细凹凸。根据此 结构，能够容易地制造出金属板的突起部和半导体基板的电极间的连接可靠 性提高的半导体模块，能够进一步减少半导体模块的制造成本。
在上述结构的第2工序中，也可以利用电解电镀法或非电解电镀法使用 金形成塑性区域。根据此结构，能够容易地制造金属板的突起部和半导体基 板的电极间的连接可靠性进一 步提高的半导体模块。
在上述结构的第2工序中，也可以以随着靠近前端部使直径变细的方式 形成突起部的形状；在第3工序中，也可以使塑性区域发生塑性变形以使突 起部的前端的形状成为逆锥台结构。通过这样的制造，在压接层叠金属板、 绝缘层及半导体基板时，能够使突起部平滑地贯通绝缘层，此时在金属板的 突起部和半导体基板的电极的交界面不存在绝缘层的残膜；同时在金属板的 突起部连接到半导体基板的电极时，使突起部的塑性区域发生塑性变形，容 易地将突起部的前端形成为逆锥台结构。因此，可以容易地制造出进一步提 高了金属板的突起部和半导体基板的电极间的连接可靠性的半导体模块。


图1是本发明的实施例1的半导体模块的剖面略图。
图2是放大图1所示的半导体模块的电极部的剖面图。
图3(A) ~ (E)是用于说明具有在前端部含有塑性区域的突起部的铜板的形成方法的剖面图。
图4是表示由多条划线划分的半导体基板以矩阵状配置的半导体晶片的平面图。
图5 (A) ~ (D)是用于说明实施例1的半导体模块的制造过程的剖面略图。
图6 (A) ~ (C)是用于说明实施例1的半导体模块的制造过程的剖面略图。
图7 (A) ~ (C)是表示在半导体模块的电极部有无突起部的塑性区域 情况下的连接状态的剖面图。
图8 (A)、 (B)是表示在半导体模块的电极部有无突起部的塑性区域情
况下的连接状态的剖面图。
图9是本发明的实施例2的半导体模块的剖面略图。
图IO是放大图9所示的半导体模块的电极部的剖面图。
图11 (A) ~ (E)是用于说明具有实施例3的含有塑性区域的突起部 的铜板的形成方法的剖面图。
图12是表示实施例4的便携式电话的结构的图。
图13是便携式电话的部分剖面图。
具体实施例
现在，参考各优选实施例来说明本发明。优选实施例并不限定本发明的 范围，而仅举例说明本发明。
下面根据

将本发明具体实现的实施例。在所有的附图中，对相 同的结构要素标注相同的符号，并适当省略说明。
实施例1
图1是本发明的实施例1的半导体模块的剖面略图。
图2是放大图1所 示的半导体模块的电极部(用图1的X表示的剖面部分)的剖面图。根据图 1及图2,说明实施例1的半导体模块。
半导体基板1采用P型硅基板等，在其表面Sl (下面侧)利用周知的 技术形成规定的电气线路等半导体元件2,在成为安装面的表面S1 (特别是 周边部)形成半导体元件2的电极2a。在去除此电极2a的半导体基板1的 表面上的区域形成有保护膜3。在半导体基板l的表面Sl,为了进一步扩大 电极2a的间距，在电极2a及保护膜3之上形成绝缘层7，并且形成贯通此 绝缘层7与电极2a的露出面连接的突起部(突起状的导体部)4a、和在主 表面S2侧一体设置此突起部4a的再布线图案(布线层)4。此突起部4a在 其前端部具有塑性区域4b,此塑性区域4b发生塑性变形与电极2a连接。此 外，在再布线图案4中，在与此主表面S2相反侧(下侧面)设置外部连接 电极(焊料凸起)8。
具体地，电极2a与构成半导体元件2的电气线路连接，并把多个电极 2a配置在周边部。作为电极2a的材料通常采用铝(Al )或铜(Cu )。
绝缘层7形成在半导体基板1的表面Sl上，其厚度例如约为30)um。
绝缘层7由加压时产生塑性流动的材料形成。作为加压时产生塑性流动的材 料，可列举环氧类热固化型树脂。绝缘层7中优选采用的环氧类热固化型树
脂可以是具有例如，在温度160°C、压力詣Pa的条件下，其黏度为lkPa -s 的特性。此外，在温度16(TC的条件下，以15MPa对此材料加压时，与不加 压场合比较，树脂的黏度降低到约1/8。相对于此，热固化前的B级的环氧 树脂，在玻璃转移温度Tg以下的条件下，与树脂未加压时同样没有黏度， 即使加压也不产生黏性。
在绝缘层7之上形成再布线图案4。在再布线图案4中， 一体地设置从 主表面S2突出并贯通此绝缘层7的突起部4a,同时，在此突起部4a的前端 部设置塑性区域4b。此塑性区域4b是与突起部4a —体地连续形成的，并且 此塑性区域4b的塑性调整为当经由绝缘层7压接突起部4a和半导体基板1 的电极2a时，使其在与电极2a的接触面处发生塑性变形。在此，通过利用 RTA等热处理进行结晶粒径的微细化，控制塑性区域4b的塑性的程度和厚 度。在再布线图案4及突起部4a (包含塑性区域4b的突起部4a )中，例如 采用由轧制的铜制成的礼制金属。由铜制成的轧制金属与通过电镀处理等形 成的铜制成的金属膜相比，在机械强度上优异，适合作为再布线的材料。再 布线图案4的厚度例如约为20jum,突起部4a的高度(厚度)例如约为30 iam。在此突起部4a的高度(厚度)中，塑性区域4b的厚度例如约为5pm。 突起部4a设计为圆形，具有与半导体基板1的电极2a的接触面平行的前端 部4al和随着靠近前端部4al使直径变细这样形成的侧面部4a2。突起部4a 的前端(前端部4a 1 )的直径及底面的直径分别为约小4 0 ju m及约cj) 60 m m。 另外，将突起部4a设置在对应于电极2a的位置。突起部4a的前端(前端 部4al)被形成得直接与半导体基板l的电极2a接触，通过包含塑性变形的 塑性区域4b的突起部4a,电连接电极2a和再布线图案4。另外，电极2a 是本发明的"第2电极"或"电极"，再布线图案是本发明的"第1电极"， 突起部4a是本发明的"突起部"，塑性区域4b是本发明的"塑性区域"，以 及绝缘层7是本发明"绝缘层"的一个例子。
图3是用于说明具有在前端部含有塑性区域的突起部的铜板的形成方 法的剖面图。图4是表示由多条划线划分的半导体基板以矩阵状配置的半导 体晶片的平面图。图5及图6是用于说明实施例1的半导体模块的制造过程 的剖面略图。下面，参照图3~图6说明实施例1的半导体模块的制造过程。
首先，如图3 (A)所示，准备铜板4z,其厚度至少比突起部(突起状 的导体部)4a的高度和再布线图案(布线层)4的厚度之和大。在此，铜板 4z的厚度约为100)am。作为铜板4z,可采用由轧制的铜制成的轧制金属。
如图3 ( B )所示，对铜板4z的一侧的表面通过RTA法连续地进行急速 加热和急速冷却，使铜板4z表面的铜结晶的粒径微细化。由此，在铜板4z 的表面形成具有约5um厚度的、以后成为突起部的塑性区域的热处理层 4zl。热处理层4zl的塑性的程度为比由轧制铜制成的铜板4z大。而且，通 过调整热处理条件，能够容易地控制热处理层4zl的塑性程度和厚度。
如图3(C)所示，使用常规的光刻法，在半导体模块形成区域6内的 突起部形成区域形成抗蚀剂掩模9。在此，突起部形成区域的排列与由多条 划线5划分成多个半导体模块形成区域6的半导体晶片中半导体基板1的各 电极2a的位置相对应。
如图3(D)所示，将此抗蚀剂掩模9作为掩模进行蚀刻处理，形成以 从铜板4z的主表面S2突出来的形式设计的规定图案的突起部4a(在前端部 具有塑性区域4b的突起部4a)。此时，通过调整蚀刻条件，形成随着靠近突 起部4a的前端部4al直径变细的侧面部4a2。在此，设突起部4a的高度约 为30 Mm,突起部4a的前端(前端部4al )的直径和底面的直径分别为约小 40jam及约cj) 60Mm。此外，塑性区域4b的厚度反映热处理层4zl的厚度， 约为5jam。另外，设置突起部4a的铜板4z是本发明的"金属板"的一个例 子。
如图3 (E)所示，去除抗蚀剂掩模9。由此，相对于铜板4z形成具有 前端部4al及以随着靠近前端部4al直径变细方式形成的侧面部4a2的突起 部4a (在前端部包含塑性区域4b的突起部4a)。另外，代替抗蚀剂掩模9 也可以采用银(Ag)等金属掩模。在此情况下，由于能充分确保与铜板4z 的蚀刻选4奪比，所以能够实现突起部4a构图的进一步樣i细化。
预先另外准备这样制造的铜板4z，在以下说明的实施例1的半导体模 块的制造过程中采用。另外，如图4所示，半导体晶片由多条划线5被划分 成格子状的多个半导体模块形成区域6 (半导体基板1 )。此半导体模块形成 区域6是形成前面所述的半导体模块的区域。
首先，如图5(A)所示，制备在表面Sl上具有半导体元件2、电极h 及保护膜3的半导体基板1以矩阵状形成的半导体晶片。
具体地，如图5 (A)所示，相对于P型硅基板等半导体晶片内的各个
半导体基板i,在其表面si (下面侧)利用公知的技术形成规定的电气线路 等半导体元件2，以及在其周边部或上部形成电极2a。电极2a的材料通常 可采用铝(Al )或铜(Cu)等金属。在去除此电极h的半导体基板1的表 面Sl上的区域形成用于保护半导体基板1的绝缘性的保护膜3。作为保护膜 3可采用氧化硅膜(Si02)或氮化硅膜(SiN)等。半导体基板l是本发明的 "半导体基板"的一个例子。
如图5 (B)所示，在半导体晶片(半导体基板1 )的表面Sl中，在半 导体基板1和一体地形成突起部4a(在前端部含有塑性区域4b的突起部4a ) 的铜板4z之间夹持有绝缘层7。绝缘层7的厚度与突起部4a的高度为相同 程度，约为30 Mm。而且，具有含有塑性区域4b的突起部4a的铜板4z的形 成方法4妄上述方法进4亍。
如图5(C)所示，在如上那样夹持的状态下，使用加压装置进行加压 成型，实现半导体基板l、绝缘层7及铜板4z的一体化。压力加工时的压力 及温度分别为约5MPa及20(TC。通过压力加工，绝缘层7的黏度下降，绝缘 层7产生塑性流动。由此，突起部4a贯通绝缘层7，同时，其前端部的塑性 区域4b在电极2a的接触面发生塑性变形，电连接突起部4a和半导体基板1 的电极2a。由于突起部4a具有以随着靠近前端部4al直径变细的方式形成 的侧面部4a2,所以突起部4a平滑地贯通绝缘层7。其结果，从突起部4a 和半导体基板1的电极2a的交界面有效地挤压出绝缘层7,使得绝缘层7
的一部分难以残留在交界面。
如图5(D)所示，通过从主表面S2的相反侧蚀刻整个铜板4z，将铜板 4z调整到再布线图案4的厚度。本实施例的再布线图案4的厚度约为2Qjam。
接着，如图6 (A)所示，通过使用光刻技术和蚀刻技术加工铜板4z来 进行加工，以使其成为具有规定的线条/空间图案的再布线图案(布线层)4 的方式构图。
具体地，使用层压装置在铜板4z上粘贴膜厚10 jam左右的抗蚀剂膜， 并利用具有规定的线条/空间图案的光掩模经曝光后，使用Na2C03溶液显影， 去除未曝光区域的抗蚀剂膜，由此在铜板4z上有选择地形成抗蚀剂掩模(未 图示)。为了提高与抗蚀剂掩模的紧密接合性，在抗蚀剂膜的层压前，优选 根据需要对铜板4z的表面实施研磨、清洗等前处理。接着，通过使用氯化 铁溶液，蚀刻铜板4z的露出部分，形成具有规定的线条/空间图案的再布线 图案(布线层)4。此后，使用NaOH溶液等剥离剂剥离抗蚀剂掩模。
如图6 (B)所示，使用焊料印刷法，相对于通过突起部4a与电极2a 连接的部分的再布线图案4,形成作为外部连接端子起作用的外部连接电极 (焊球)8。具体地，将树脂和焊料做成糊状的"焊糊，，通过丝网掩模印刷 到所希望的部位，并加热到焊料熔化温度，由此形成外部连接电极(焊球) 8。或者，作为另一方法，也可以预先在再布线图案4侧涂敷熔剂，将焊球 固定在再布线图案4上。在此，突起部4a和电极2a之间的连接通过塑性区 域4b来进行，并且由于其间不存在以前的焊糊，能够抑制在形成这种外部 连接电极(焊球)8时由于热处理发生再熔化，突起部4a和电极2a之间的 连接的劣化。此外，也可以用抗焊剂(未图示)覆盖焊球的形成区域以外的 表面。
如图6 (C)所示，通过沿着划分多个半导体模块形成区域6的划线5， 切割半导体晶片得到与半导体基板1相同外型尺寸的半导体模块，以实现单 个化。此后，通过用药液进行清洗处理，去除切割时产生的残渣等。
通过这些工序，制造出前面图1所示的实施例1的半导体模块。
下面，说明突起部的塑性区域的有用性。
图7及图8是表示在半导体模块的电极部，有无突起部的塑性区域情况 下的连接状态的剖面图。图7是突起部4a的前端面(与半导体基板1的电 极2a相对的面)倾斜的情形，图8是电极2a的表面有凹凸的情形。
在突起部4a的前端面倾斜的情况下，如果在突起部4a的前端部没有设 置塑性区域4b，则如图7(A)所示，突起部4a的前端部仅与电极2a的一 部分接触，或者，如图7(B)所示，突起部4a的前端部侵入到电极2a中。 在如图7(A)所示的连接状态下，连接电阻与设计值相比显著升高。在如图 7 (B)所示的连接状态下，在电极2a产生裂紋(龟裂)。因此，即使在任意 的连接状态下，半导体模块的可靠性大幅度地下降。相对于此，如果在突起 部4a的前端部设置塑性区域4b,在制造过程中，突起部4a的塑性区域4b 发生塑性变形，使其与电极2a的接触面积增大，如图7(C)所示，突起部 4a的前端部处于与电极2a良好的接触状态。由于突起部4a的塑性区域4b 发生塑性变形，所以能够同时控制其向电极2a的侵入。
另外，在电极2a的表面具有凹凸的情况下，如果在突起部h的前端部 没有设置塑性区域4b,则如图8(A)所示，突起部4a的前端部仅与电极2a 的表面的凸部分接触。因此，由于根据电极2a的表面凹凸的状态连接电阻 上升，所以半导体模块的可靠性下降。相对于此，如果在突起部4a的前端 部设置塑性区域4b,在制造过程中，由于突起部4a的塑性区域仆发生塑性 变形进入到电极2a的表面的凹部内，所以如图8(B)所示，突起部4a的前 端部处于与电极2a良好的连接状态。
根据该实施例1的半导体模块及其制作方法，能够取得如下效果。
(1) 由于在前端部含有塑性区域4b,通过与再布线图案4 (加工前是 铜板4z ) —体设置的突起部4a可连接再布线图案4和半导体基板1的电极 2a,所以能够抑制因热处理等温度变化而发生的再布线图案4和电极2a的 接触面(交界面)处的断线，提高再布线图案4和电极2a之间的连接可靠 性。这是因为，通过将含有塑性区域4b的突起部4a与再布线图案4一体地 设置，突起部4a和塑性区域4b之间的交界面(接触面)消失，能够抑制使 用以前的焊糊等粘接层时产生的热膨胀导致的应力负荷。另外，是因为通过 塑性变形的突起部4a (前端部的塑性区域4b)增加其与电极2a的交界面的 接触面积，提高突起部4a和电极2a之间的紧密接合性。
(2) 通过用相同的铜(Cu)制成的金属设置突起部4a (再布线图案4) 和电极2a，由于突起部4a和电极2a的热膨胀系数相同，所以可以进一步提 高半导体模块的相对于热应力的连接可靠性。
(3 )由于在前端部一体设置有具有塑性区域4b的突起部4a的铜板4Z 通过压接制造，所以与采用以前的焊糊等粘接层的情况相比，能够容易地制 造相对于热应力的连接可靠性提高的半导体模块。
(4) 由于在压接铜板4z时，在与半导体基板l的电极2a的接触面处， 位于突起部4a前端部的塑性区域4b发生塑性变形，所以能够吸收、缓和制 造工序中的突起部4a的前端面(与半导体基板1的电极2a相对的面)的平 行度的偏差和突起部本身的高度的偏差等，能够确实地、再现性良好地、稳 定地进行突起部4a和电极2a的连接。因此，能够提高这种半导体模块的成 品率，能够减少半导体模块的制造成本。
(5) 通过形成突起部4a的塑性区域4b时，使其塑性比突起部4a大， 由于在与半导体基板1的电极2a的接触面处突起部4a的塑性区域4b容易 发生塑性变形，所以突起部4a与电极2a的交界面处的接触面积增加，能够容易地制造此接触面处的紧密接合性提高的半导体模块。
(6)由于在半导体模块被单个化前的半导体晶片的状态下， 一并形成
具有突起部4a及塑性区域4b的再布线图案(布线层)4，所以相比于对每 个半导体模块逐个形成再布线图案4等的情形，能够降低半导体模块的制造 成本。
实施例2
图9是用于说明本发明的实施例2的半导体模块的剖面略图。图10是 放大图9所示的半导体模块的电极部(用图9的X示出的剖面部分)的剖面 图。与实施例1不同之处是压接后的突起部4a (含有塑性区域4c的突起部 4a)的形状，即塑性区域4c发生塑性变形时，以沿着与电极2a的接触面的 方式也向横方向扩展变形，突起部4a的前端的形状成为逆锥台结构。这里 所谓逆锥台结构，是指相比于突起部的塑性区域附近的部分的直径，在塑性 区域部分其直径至少变大的状态。
具有这种塑性区域4c的突起部4a是，在使用如图5(C)所示的加压
装置进行加压成型时，例如，通过增强其压力就能够容易地制造。除此之外， 与实施例1中说明的结构及制造方法相同。
根据该实施例2的半导体模块及其制造方法，除实施例1的上述(1 ) ~ (6)的效果外，还能得到如下效果。
(7 )通过塑性区域4c的塑性变形，使突起部4a的前端的形状成为逆 锥台结构，利用含有塑性区域4c的突起部4a的锚固效果(固定效果)能够 控制绝缘层7内的突起部4a相对贯通方向的移动，使得突起部4a不容易从 绝缘层7中脱出。其结果，由于提高了突起部4a和半导体基板l的电极2a 之间的紧密接合性，因此能够进 一 步提高相对于半导体模块的热应力的连接 可靠性。
(8)通过压接前以随着靠近前端部4al而使直径变细的方式形成突起 部4a的形状，压接后按照使突起部4a的前端的形状成为逆锥台结构的方式 对塑性区域4c进行塑性变形，在压接层叠铜板4z、绝缘层7及半导体基板 1时，能够使突起部4a平滑地贯通绝缘层7，此时在铜板4z的突起部化和 半导体基板l的电极2a的交界面(接触面)不存在绝缘层7的残膜；同时， 在将铜板4z的突起部4a连接到半导体基板1的电极2a时，突起部"的塑 性区域4c发生塑性变形，能够使突起部4a的前端容易地形成为逆锥台结构。
因此，能够容易地制造铜板4z (再布线图案4 )的突起部4a和半导体基板1 的电极2a之间的连接可靠性进一步提高的半导体模块。
实施例3
在上述实施例1中，虽然利用RTA法在突起部4a形成塑性区域4b，但 也可以按照本实施例形成塑性区域4d。下面说明本实施例的塑性区域4d的 形成方法。
图11是用于说明本发明的实施例3的、具有含有塑性区域的突起部的 铜板的形成方法的剖面图。
首先，如图11 U)所示，准备厚度至少比突起部4a的高度和再布线 图案4的厚度之和大的铜板4z。
如图11 (B)所示，使用光刻法，在突起部形成区域有选择地形成抗蚀 剂掩模(未图示)，将此抗蚀剂掩模作为掩模进行蚀刻处理，在铜板4z形成 规定图案的突起部4a。
如图11 (C)所示，在铜板4z的突起部4a侧层压抗蚀剂，使用光掩模 通过光刻法曝光显影该抗蚀剂，使突起部4a上方的区域的抗蚀剂开口 。
如图11 (D)所示，在抗蚀剂的开口内形成塑性区域4d。例如由通过电 极电解法或非电解电镀法，作为比突起部4a容易塑性变形的金属制成的金 属层，优选金(Au)的金属层，例如Au/Ni的金属层形成塑性区域4d。 Au 及Ni的膜厚分别为例如0. 5 pm、 3. Ojam。此时，按照随着靠近前端使直径 变细的方式形成塑性区域4d，通过例如作为抗蚀剂使用负抗蚀剂，在曝光不 足的条件下选择性地进行抗蚀剂的曝光而设置开口 ，在该开口内形成金属层 来实现。或者，通过在抗蚀剂中设置比塑性区域4d的尺寸大的开口形成金 属层，蚀刻该金属层，就能够形成同样形状的塑性区域4d。作为塑性区域 4d的形成方法，没有特别的限定，例如也可以使用铜糊、银糊、金糊等导电 糊来形成。
如图11 (E)所示，去除抗蚀剂掩模。由此，在铜板4z上形成形成有 塑性区域4d的突起部4a。
根据该实施例3的半导体模块及其制造方法，除实施例1的上述(1 ) ~ (6)的效果及实施例2的上述(7)、 (8)的效果外，还能够得到如下的效果。
(9)由于塑性区域4d为金，在压接铜板4z时，在与半导体基板l的
电极2a的接触面处，塑性区域4d更容易发生塑性变形，所以增加在突起部 4a和电极2a的交界面处的接触面积，进一步提高了突起部4a和电极2a之 间的连接可靠性。
(10)利用电解电镀或非电解电镀形成作为塑性区域4d的镀金膜，与 用賊射法形成的场合等相比，能够以低成本实现。
实施例4
下面，说明具有本发明的实施例的半导体模块的便携式设备。作为便携 式设备虽然举出搭载于便携式电话的例子，但也可以是例如个人用便携式信 息终端(PDA)、数字录像机(DVC)及数字照相机(DSC)等电子设备。
图12是表示具有本发明的实施例的半导体模块的便携式电话的结构 图。便携式电话111为由可动部120连接第1壳体112和第2壳体114的结 构。第1壳体112和第2壳体114能够以可动部120为轴转动。第1壳体112 中设置有显示文字和图像等信息的显示部118和扬声器部124。在第2壳体 114中设置有操作用按钮等操作部122和麦克风部126。本发明的各实施例 的半导体模块可搭载在这种便携式电话111的内部。
图13是图12所示的便携式电话的部分剖面图(第1壳体112的剖面图)。 本发明的各实施例的半导体模块10，通过外部连接电极8搭载在印刷基板 128上，再通过这种印刷基板128与显示部118等电连接。另外，在半导体 模块10的内表面侧(与外部连接电极8相反侧的面)设置金属基板等散热 基板116，其作用是，例如使从半导体模块10产生的热不封闭在第1壳体 112内部，能够有效地向第1壳体112的外部散热。
根据具有本发明的实施例的半导体模块的便携式设备，能够得到如下效果。
(11 )由于提高突起部4a和电极2a的连接可靠性，进而提高半导体模 块的连接可靠性，所以提高搭载这种半导体模块的便携式设备的可靠性。
(12)由于降低了半导体模块的制造成本，所以能够抑制搭载这种半导 体模块的便携式设备的制造成本。
本发明不限于上述的各实施例，根据本领域技术人员的知识，能够增加 各种设计变更等变形，增加这种变形的实施例也包含在本发明的范围内。例 如，可以适当组合各实施例的结构。
在上述实施例1、 2中，虽然例示了通过利用RTA法进行急速加热、冷
却处理在铜板4z的表面形成成为塑性区域4b的热处理层4zl后，对含有热 处理层4zl的铜板4z进行构图加工，形成突起部4a (具有塑性区域4b的突 起部4a)的例子，^旦本发明不限于此，例如也可以利用离子注入法或热扩散 法等在铜板4z的表面内导入杂质，形成成为塑性区域的杂质层后，对含有 杂质层的铜板4z进行构图加工形成突起部。另外，也可以通过酸等药液处 理在铜板4z的表面形成亚微级的微细凹凸，将此微细凹凸作为塑性区域。 利用具有这样设置的塑性区域的突起部也能够实现上述效果。这里，所述亚 微级的微细凹凸，是指例如以十点平均粗糙度(Rz)表示时，其值在0.2-2 Mm范围。因为微细凹凸的Rz值比0. 2 nm小时，即使微细凹凸变形也不能 作为塑性区域得到所期望的效果，反之，若比2Mm大时，微细凹凸不能得 到足够的塑性变形，所以微细凹凸优选上述范围。
另外，在上述实施例l、 2中，虽然例示了在形成成为塑性区域4b的热 处理层4zl后，对含有热处理层4zl的铜板4z进行构图加工形成突起部4a 的例子，但本发明不限于此，例如也可以在对铜板4z进行构图加工形成突 起部后，实施通过RTA法的急速加热、冷却处理，在突起部的表面上同样形 成塑性区域。即使此情况下也能够实现上述效果。
在上述各实施例中，虽然例示了将铜板4z的突起部4a形成为圓形、且 以随着靠近前端部4al使其直径变细的方式形成的例子，但本发明不限于此， 例如也可以是具有规定直径的圆柱状的突起部。另外，虽然作为突起部4a 采用了圆形形状，但也可以是四边形等多边形。即使在这种场合，也能够抑 制在突起部4a和电极2a的交界面存在绝缘层7残膜的情况，所以能够提高 半导体模块的连接可靠性。
在上述各实施例中，虽然例示了为了进一步扩展半导体基板1 (或半导 体元件2 )的电极2a的间距，以将突起部4a (含有塑性区域4b、 4c的突起 部4a )埋入到绝缘层7中的方式层叠铜板4z、绝缘层7及半导体元件2来 形成再布线图案(布线层)4,在其内面侧设置外部连接电极(焊球)8的例 子，但本发明不限于此，例如也可以使用具有突起部的铜板重复形成布线层 进行多层化。由此，能够更简便地进行多层布线的组合，同时能够提高多层 布线内的连接可靠性以及多层布线和半导体元件的连接可靠性。
相关申请的交叉参考
本申请基于2006年1G月！31日申请的首次曰本专利申请 No. 2006-295172和2007年10月17曰申请的首次曰本专利申请 No. 2007-270555作出并要求其优先权；在此引用其全部内容作为参考。
权利要求
1.一种半导体模块，其特征在于，具有绝缘层、在此绝缘层的一侧表面上设置的第1电极、在所述绝缘层的另一侧表面上设置的第2电极，以及与所述第1电极一体设置的贯通所述绝缘层并与所述第2电极电连接的突起部；其特征在于，所述突起部在其前端部具有塑性区域，此塑性区域发生塑性变形并与所述第2电极连接。
2. 根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述突起部和所 述第2电极由相同的金属制成。
3. 根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述第1电极和 所述突起部由轧制金属制成。
4. 根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述塑性区域由 在所述突起部的前端部形成的微细凹凸形成。
5. 根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述塑性区域由 比所述突起部容易发生塑性变形的金属制成。
6. 根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于，所述塑性区域由 金制成。
7. 根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述突起部通过 所述塑性区域的塑性变形，前端部变为逆锥台结构。
8. —种便携式设备，其特征在于，搭载有权利要求1所述的半导体模块。
9. 一种半导体模块的制造方法，其特征在于，包括 制备在表面具有电极的半导体基板的第1工序；形成在前端部一体设置具有塑性区域的突起部的金属板的第2工序；和 经由绝缘层压接所述金属板和所述半导体基板，使所述突起部贯通所述绝缘层，并且使所述塑性区域发生塑性变形，由此电连接所述突起部和所述电^f及的第3工序。
10. 根据权利要求9所述的半导体模块的制造方法，其特征在于， 在所述第2工序中，在板状金属的一侧的表面形成作为所述塑性区域的微细凹凸后，有选择地去除所述一侧的表面，形成所述突起部。
11. 根据权利要求9所述的半导体模块的制造方法，其特征在于， 在所述第2工序中，有选择地去除板状金属的一侧的表面形成所述突起部后，在所述突起部的前端部形成作为所述塑性区域的微细凹凸。
12. 根据权利要求9所述的半导体模块的制造方法，其特征在于， 在所述第2工序中，利用电解电镀法或非电解电镀法使用金形成所述塑性区域。
13. 根据权利要求9所述的半导体模块的制造方法，其特征在于， 在所述第2工序中，以随着靠近前端部使直径变细的方式形成所述突起部的形状；在所述第3工序中，使所述塑性区域发生塑性变形以使所述突起部的前 端的形状成为逆锥台结构。
全文摘要
本发明涉及一种半导体模块、半导体模块的制造方法及便携式设备，其提高半导体模块在电极部的连接可靠性。首先，准备在表面具有电极及保护膜的半导体基板以矩阵状形成的半导体晶片。其次，在半导体晶片(半导体基板)的表面，在半导体基板和在前端部一体形成有含有塑性区域的突起部的铜板(金属板)之间夹持绝缘层。然后，在这样夹持的状态下，使用压力装置进行加压成型，使半导体基板、绝缘层及铜板一体化。由此，突起部贯通绝缘层的同时，前端部的塑性区域在与电极的接触面处发生塑性变形，使突起部和电极电连接。
文档编号H01L23/48GK101197338SQ200710305159
公开日2008年6月11日 申请日期2007年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者井上恭典, 冈山芳央, 臼井良辅 申请人:三洋电机株式会社