(57)【要約】【課題】  半導体素子、特にシリコンを半導体材料として用いた半導体素子がセラミック絶縁基板を有する配線基板上に搭載された半導体装置において、熱応力による半導体素子の破壊が有効に防止され、１次実装信頼性と、２次実装信頼性とを同時に確保できる半導体装置とその実装構造を提供する。【解決手段】  セラミック絶縁基板の表裏面および内部に配線層を配設してなる配線基板と、該配線基板表面に搭載され且つ前記配線層と電気的に接続された半導体素子とからなる半導体装置において、前記絶縁基板のヤング率以上のヤング率を有する補強リングが、前記半導体素子を取り囲むように、前記配線基板表面の周縁部に沿って延びていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック絶縁基板の表裏面および内部に配線層を配設してなる配線基板と、該配線基板表面に搭載され且つ前記配線層と電気的に接続された半導体素子とからなる半導体装置において、
前記絶縁基板のヤング率以上のヤング率を有する補強リングが、前記半導体素子を取り囲むように、前記配線基板表面の周縁部に沿って延びていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子がシリコンからなる半導体材料を用いたものである請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記セラミック絶縁基板の４０〜４００℃における熱膨張係数が６×１０−６／℃以下である請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記補強リングの４０〜４００℃における熱膨張係数が１２×１０−６／℃以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記補強リングの幅（ｗ）と、前記配線基板表面の全周の長さ（Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）が０．０１２５以上である請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記補強リングを覆うように、前記絶縁基板のヤング率以上のヤング率を有する補強板が該補強リングに固着されている請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記補強板の４０〜４００℃における熱膨張係数が１２×１０−６／℃以下である請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記補強リング及び前記補強板は、少なくとも一方が、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉ３Ｎ４からなる群より選択されたいずれかを主体とする材料から形成されている請求項６または７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記補強リングと前記補強板とが同一の材料で形成されている請求項６乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記絶縁基板の比誘電率が７以下であり、かつ前記配線層が、銅、銀、金のいずれかを主成分として形成されている請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体素子と前記配線基板との接続部が有機樹脂を含有するアンダーフィル剤の硬化によって固定されている請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の半導体装置を、接続用電極を表面に具備してなる有機樹脂含有のプリント基板上に載置し、該半導体装置の配線基板裏面に配設された配線層と該プリント基板表面の接続用電極とを、接続端子を介して上下に電気的に接続することにより、該半導体装置の半導体素子と該プリント基板とを電気的に接続する半導体装置の実装構造において、
配線基板裏面に配設された配線層とプリント基板表面に配設された接続用電極との間の前記接続端子として、球状または柱状の金属製端子、あるいは有機樹脂を含有する導電性材料からなる端子、あるいはバネを有する端子が使用されていること特徴とする半導体装置の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン等の半導体を用いた半導体素子が表面に搭載された配線基板からなる半導体装置及び該半導体装置がプリント基板上に搭載された実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発達し、それに伴い、各種半導体素子の高速化、大型化が図られている。この結果、半導体素子が搭載された配線基板（表面や内部に配線層を設けた絶縁基板から構成されている）からなる半導体装置においても、信号の伝送損失を低減するために、配線基板に設けられている配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化が求められており、このような要求を満足するものとして、１０００℃以下での焼成によって緻密化でき、銅、銀または金等の低抵抗金属を主成分とする配線層との同時焼成が可能で且つ誘電率の低いガラスセラミックスを、絶縁基板として用いた配線基板が提案されている。
【０００３】
また、半導体としてシリコンを用いた半導体素子に関しては、微細配線化、高速化が、特に急速に推し進められている。例えば、高速信号処理を行う半導体装置において、素子内部のトランジスタ間を接続する配線の微細化と、半導体素子の内部配線の低抵抗化、および層間絶縁膜の低誘電率化が進められている。
【０００４】
半導体素子の層間絶縁膜として、従来は誘電率が４程度のＳｉＯ２が用いられてきたが、この絶縁膜をさらに低誘電率化すると、その機械的特性が低下することが良く知られている。特に、誘電率が２程度と非常に低い誘電率が得られる多孔質の絶縁膜を用いると、高速信号処理を低損失で行うことが可能となるため非常に望ましいが、その一方で、機械的特性の低下が著しくなり、素子の機械的耐性が著しく劣化する。
【０００５】
ところで、半導体素子収納用パッケージに代表される配線基板上に、半導体を実装（以下一次実装と称す）して半導体装置を組み立てる際には、半導体素子を配線基板にしっかりと固定するために、通常、その接合部分に熱硬化性樹脂を用いたアンダーフィル剤を充填して熱硬化させる（キュア工程）。このため、上記のような低誘電率の絶縁膜を使用した半導体素子を用いた場合には、一次実装時の熱処理に際して、素子とパッケージ間の熱膨張係数のミスマッチにより熱応力が発生し、機械的耐性の低い半導体素子が破壊してしまうといった問題が懸念されている。また、同様の熱応力は、素子のＯＮ／ＯＦＦに伴う素子の発熱／冷却によっても発生し、この場合にも、半導体素子の破壊という問題が懸念される。さらに、素子が大型化すると熱応力がそれに伴い大きくなるため、素子が破壊する危険性が増大する。
【０００６】
また、シリコンの単結晶基板上に、微細な立体構造や稼動部等を形成したいわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）と呼ばれる新しい種類の半導体素子に関しても、微細な３次元構造部や稼動部の機械的耐性が低いことから、熱応力により素子が破壊する危険性が増大している。
【０００７】
このような見地から、一次実装等による熱応力を低減するために、パッケージの熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数（２〜４ｐｐｍ／℃：４０〜４００℃）に近似させることが求められており、例えば、ムライト、石英ガラス、ほう珪酸ガラスからなるガラスセラミック焼結体を絶縁基板とすることで、低熱膨張係数の多層セラミック回路基板を得ることが提案されている（特許文献１参照）。また、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３からなる硼珪酸ガラスとアルミナ、コージェライト、石英ガラスとを組み合わせることにより、低抵抗配線が可能な低熱膨張係数のセラミック絶縁基板を得ることが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平４−５８１９８号公報
【特許文献２】特開平５−２５４９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかるに、特許文献１や２に記載されたガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いた場合には、低い熱膨張係数を実現しているため、熱応力が緩和され、例えば１次実装の信頼性を確保できるが、半面、０〜１５０℃における熱膨張係数が１５〜２０×１０−６／℃程度と非常に大きいプリント配線基板で構成されるマザーボード上に、半導体装置を実装（以下、２次実装と称す。）する際には、セラミック絶縁基板とプリント基板との熱膨張係数のミスマッチが非常に大きくなるため、２次実装信頼性を確保することが困難となる問題があった。
【０００９】
特に、半導体素子の高集積化、大型化に伴い、半導体素子が実装される配線基板の大きさも増大傾向を示しており、そのような大型の配線基板においては、前記熱応力がさらに増加する結果、配線基板自体が反り変形を起こし、上に凸の形状に変形し、この結果、半導体素子や配線基板上部に過度の引張り応力が発生し、素子の破壊や１次実装信頼性の低下、さらには配線基板自体の破壊を引き起こす恐れが生じる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、半導体素子、特にシリコンを半導体材料として用いた半導体素子がセラミック絶縁基板を有する配線基板上に搭載された半導体装置において、熱応力による半導体素子の破壊が有効に防止され、１次実装信頼性と、２次実装信頼性とを同時に確保できる半導体装置とその実装構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、セラミック絶縁基板の表裏面および内部に配線層を配設してなる配線基板と、該配線基板表面に搭載され且つ前記配線層と電気的に接続された半導体素子とからなる半導体装置において、
前記絶縁基板のヤング率以上のヤング率を有する補強リングが、前記半導体素子を取り囲むように、前記配線基板表面の周縁部に沿って延びていることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１２】
本発明によれば、また、前記半導体装置を、接続用電極を表面に具備してなる有機樹脂含有のプリント基板上に載置し、該半導体装置の配線基板裏面に配設された配線層と該プリント基板表面の接続用電極とを、接続端子を介して上下に電気的に接続することにより、該半導体装置の半導体素子と該プリント基板とを電気的に接続する半導体装置の実装構造において、
配線基板裏面に配設された配線層とプリント基板表面に配設された接続用電極との間の前記接続端子として、球状または柱状の金属製端子、あるいは有機樹脂を含有する導電性材料からなる端子、あるいはバネを有する端子が使用されていること特徴とする半導体装置の実装構造が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体装置においては、半導体素子が実装（１次実装される配線基板表面の周縁部に、セラミック絶縁基板のヤング率以上のヤング率を有する補強リング（即ち、絶縁基板に比して応力に対して変形し難い）が設けられているため、２次実装に際して生じる熱応力による配線基板（絶縁基板）の上に凸の形状への反り変形が有効に抑制されている。この結果、２次実装時の信頼性を高めると同時に、１次実装信頼性（１次実装接合部の信頼性）をも確保でき、熱応力による半導体素子の破壊を有効に回避することができる。
【００１４】
本発明においては、シリコンからなる半導体材料を用いたものを前記半導体素子として使用することが好ましい。即ち、シリコン半導体材料を用いた半導体素子は、前述した多孔質の低誘電率絶縁膜の使用により、高速信号処理用の半導体装置に好適に適用されるが、半面、機械的特性が劣っている。本発明では、上記のような補強リングの使用により、このような機械的特性の低い半導体素子を用いた場合にも、１次実装信頼性及び２次実装信頼性を高め、熱応力に起因する半導体素子の破壊を有効に防止することができ、シリコン系の半導体素子の諸特性を有効に活用することが可能となるのである。
【００１５】
また、本発明では、前記セラミック絶縁基板の４０〜４００℃における熱膨張係数が６×１０−６／℃以下、特に５×１０−６／℃以下、最適には４×１０−６／℃以下であることが望ましい。即ち、４０〜４００℃でのシリコンの熱膨張係数は、２〜４×１０−６／℃程度であり、絶縁基板の熱膨張係数を上記範囲に調整しておくことにより、絶縁基板と半導体素子との熱膨張係数のミスマッチにより発生する熱応力を低減させ、１次実装信頼性をさらに高めることができる。
【００１６】
また、前記補強リングの４０〜４００℃における熱膨張係数が１２×１０−６／℃以下、特に１０×１０−６／℃以下、最適には８×１０−６／℃以下とすることが好ましい。即ち、補強リング自体の熱膨張による変形を小さくすることにより、上記の反り変形抑止効果をさらに高めることができる。
【００１７】
また、前記補強リングの幅（ｗ）と、前記配線基板表面の全周の長さ（Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）が０．０１２５以上、特に０．０２５以上、最適には０．０３７５以上とすることが好ましく、これにより、配線基板（絶縁基板）と補強リングとの間に十分な接触面積を確保し、十分な反り変形防止効果を確保することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置においては、さらに、前記補強リングを覆うように、前記絶縁基板のヤング率以上のヤング率を有する補強板が該補強リングに固着されていることが好ましい。即ち、補強リングを、やはり絶縁基板以上のヤング率を有する補強板によって保持することにより、補強リングの強度が高められ、その変形が有効に防止される結果、補強リングの反り変形防止効果を一層高めることができる。
【００１９】
上記の補強板の４０〜４００℃における熱膨張係数は、補強リングと同様に、１２×１０−６／℃以下、特に１０×１０−６／℃以下、最適には８×１０−６／℃以下とすることが好ましく、補強板自体の熱膨張による変形を小さくすることにより、その補強効果を高めることができる。
【００２０】
本発明において、前記補強リング及び前記補強板は、少なくとも一方が、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉ３Ｎ４からなる群より選択されたいずれかを主体とする材料から形成されていることが好ましい。即ち、このような材料で補強リング或いは補強板を形成することにより、ヤング率や熱膨張係数を所望の範囲に設定することができる。
【００２１】
また、前記補強リングと補強板とは同一の材料で形成されていることが最も好適である。即ち、両者を同一の材料で形成することにより、熱膨張係数やヤング率の相違によって両者の間に生じる応力、歪、変形等を回避することができ、前述した反り変形防止機能を十分に発揮させることができる。
【００２２】
本発明の半導体装置では、前記絶縁基板の比誘電率が７以下であり、かつ前記配線層が、銅、銀、金のいずれかを主成分として形成されていることが好ましく、これにより、半導体装置の信号伝送速度を高速化することができる。
【００２３】
また、前記半導体素子と前記配線基板との接続部が熱硬化性樹脂を含有するアンダーフィル剤の硬化によって固定することにより、半導体素子をしっかりと配線基板に固定し、且つ接続部に生じる応力を緩和することができる。しかも、本発明においては、アンダーフィル剤の硬化に際しての熱処理に際しての熱応力を緩和し、半導体素子の破壊を有効に回避することができる。
【００２４】
また、前述した半導体装置を用いた本発明の実装構造によれば、プリント基板と絶縁性基板との熱膨張係数差による熱応力に起因する絶縁性基板の反り変形が有効に抑制され、この結果、半導体装置とプリント基板との間の接続部に生じる応力も緩和され、優れた２次実装信頼性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面に示す具体例に基づき、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明において特に好適な構造を有する半導体装置を、プリント基板上にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の実装を行った場合の実装構造を説明するための横断面図であり、図２は、図１で示される半導体装置において補強板がない場合の上面図である。
【００２６】
図１及び図２を参照して、本発明の半導体装置は、全体としてＡで示す配線基板Ａと、配線基板Ａ上に実装された半導体素子６とから構成されている。
【００２７】
配線基板Ａは、３層の絶縁層が積層された絶縁基板１と、その表裏面及び内部に形成された配線層３から構成されている。絶縁基板１の表面（上面）中央部には、半導体素子５が、フリップチップ実装（１次実装）されることによりロウ材７を介して配線層３と電気的に接続される。さらに、ロウ材７の周囲には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含有するアンダーフィル材８が充填し、硬化されており、これにより、半導体素子５は、配線基板Ａの表面（絶縁基板１の表面）にしっかりと固定され、しかも、この接続部に生じる応力を緩和し、１次実装の信頼性を高めることができる。
【００２８】
また、配線基板Ａは、接続端子として高温半田ボール１１を介してプリント基板Ｂ上にＢＧＡ実装（２次実装）されており、このような実装構造によって、半導体素子５とプリント基板Ｂとが電気的に接続される。
【００２９】
ここで、半導体素子５は、特にシリコン（単結晶シリコン）を半導体材料として使用し、且つ層間絶縁膜として、誘電率が２程度と非常に低い低誘電率の多孔質ＳｉＯ２膜が用いられているものが好適である。このような半導体素子５を用いることにより、特に高速信号処理に適した半導体装置を得ることができるためである。
【００３０】
絶縁基板１の比誘電率は７以下、特に６．５以下、最適には６以下であり、かつ配線層３は、銅、銀、金のいずれかを主成分とする低抵抗導体により、形成されていることが好ましい。これによって、高速の電気信号をより低損失で伝送することができる。また、絶縁基板１の４０〜４００℃における熱膨張係数は６×１０−６／℃以下、特に５×１０−６／℃以下、最適には４×１０−６／℃以下であるのがよい。即ち、絶縁基板１の熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数（２〜４×１０−６／℃：４０〜４００℃）に近似させることにより、１次実装に際して或いは半導体素子５のＯＮ／ＯＦＦにより、上述したシリコンを半導体材料として用いた半導体素子５と絶縁基板１との熱膨張差による熱応力を減少させることができるため、より高い１次実装信頼性を得ることが可能となるためである。
【００３１】
尚、絶縁基板１に上述した特性（誘電率、熱膨張係数）を持たせるためには、この絶縁基板１を構成する各絶縁層を、ガラスあるいはガラスとフィラーの混合物からなるガラスセラミックス焼結体により形成する事がよい。即ち、ガラスやフィラーの種類、両者の混合比等を適宜調整することにより、誘電率や熱膨張係数を上記の範囲内に設定することができる。また、このような絶縁基板１は、通常、図２から明らかなように、長方形、正方形等の矩形形状を有している。
【００３２】
また、プリント基板Ｂは、例えば、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料からなり、具体的には、ガラス−エポキシ系複合材料からなり、一般には０〜１５０℃における熱膨張係数が１４〜１８×１０−６／℃の絶縁基板の表面にＣｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体からなる接続用電極が形成されている（図１において省略）。
【００３３】
本発明の半導体装置においては、配線基板Ａの半導体素子５が搭載されている表面（絶縁基板１の表面）の外周縁に、絶縁基板１のヤング率以上のヤング率を有する補強リング２１を、ろう材２２等を用いて被着、形成したことを大きな特徴とするものである。図２から理解されるように、この補強リング２１は、絶縁基板１の表面外周縁に沿って延びており、半導体素子５は、この補強リング２１によって取り囲まれている。
【００３４】
即ち、上記の補強リング２１は、絶縁基板１のヤング率以上のヤング率を有しているため、絶縁基板１に比して、応力に対して変形し難い性質を有している。このため、プリント基板Ｂと配線基板Ａとの間の過大な熱応力により配線基板Ａ（絶縁基板１）自体が上に凸の形状を有する反り変形が起こる場合においても、補強リング２１が変形への抵抗となり、配線基板Ａの反り変形を抑止することができ、従って、半導体素子５や配線基板Ａ上部に発生する引張り応力を低減できる。そのため、半導体素子５の破壊や１次実装信頼性の低下、さらには配線基板Ａ自体の破壊を防止することができる。
【００３５】
本発明において、補強リング２１のヤング率は、絶縁基板１のヤング率以上であればよいが、一般には、十分な反り変形抑止効果を確保するために、絶縁基板１のヤング率よりも３０ＧＰａ以上高いことが望ましく、最適には５０ＧＰａ以上高い値である事が望ましい。例えば、補強リング２１が設けられていない場合、あるいは補強リング２１と絶縁基板１とのヤング率差が著しく小さいと、補強リング２１の反り変形抑止効果が得られないか、あるいは不充分となり、配線基板Ａ上部に発生する引張り応力を十分に低減することができず、半導体素子６の破壊や１次実装信頼性の低下、さらには配線基板Ａ自体が破壊する恐れが生じる。
【００３６】
また、補強リング２１の４０〜４００℃での熱膨張係数は、１２×１０−６／℃以下、特に１０×１０−６／℃以下、以下、最適には８×１０−６／℃以下であることが好ましい。これにより、補強リング２１自体の熱膨張による変形を小さくすることができ、前述の反り変形抑止効果をより高めることができる。
【００３７】
さらに、上記補強リングの幅（ｗ）は、配線基板Ａの表面の全周の長さ（Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）が０．０１２５以上、特に０．０２５以上、最適には０．０３７５以上となるように設定されていることが好ましい。このような範囲に幅（ｗ）を設定することにより、配線基板Ａと補強リング２１との接触面積が大きくなる結果、前述の反り変形抑止効果をより高めることができる。
【００３８】
なお、補強リング２１のコーナー部は、角のある形状でも差し支えないが、補強リング２と配線基板Ａ、あるいは補強リング２と補強板１との接続部に生じる熱応力の集中を抑制するために、図２に示されているように、丸みを帯びた形状とすることが望ましい。
【００３９】
本発明において、補強リング２１に、上記のようなヤング率及び熱膨張係数を持たせるためには、これに限定されるものではないが、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４のいずれかを主体とする材料から形成することが好ましい。これらの中でも、高いヤング率で熱伝導率が高いという観点から、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、ＳｉＣ、ＡｌＮが特に望ましい。
【００４０】
本発明においては、上記の補強リング２１上に、絶縁基板１以上のヤング率を有する補強板２３を被せて、ろう材２４等で固定することが好ましく、これにより、補強リング２１の剛性を更に向上させた場合と同様の効果が得られる。即ち、補強リング２１がさらに変形し難くなり、前述の反り変形抑制効果を更に高めることが可能となる。
【００４１】
ここで、補強板２３のヤング率の値は、絶縁基板１のヤング率以上であれば特に限定されるものではないが、補強リング２１と同様、絶縁基板１のヤング率よりも、３０ＧＰａ以上、最適には５０ＧＰａ以上高い値である事が望ましく、さらに、補強リング２１と同様、補強板２３のコーナー部も丸みを帯びた形状である事が望ましい。
【００４２】
また、補強板２３の４０〜４００℃における熱膨張係数も、補強リング２１と同様にして、１２×１０−６／℃以下、特に１０×１０−６／℃以下、最適には８×１０−６／℃以下であることが、補強板２３の熱膨張による変形を小さくし、前述の反り変形抑止効果をより高めることが出来るため望ましい。
【００４３】
従って、上記の補強板２３も、補強板１に関して例示した材料で形成されていることが好ましい。特に、補強板２３や補強リング２１を、先に例示した熱伝導率の高い材質（Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、ＳｉＣ、ＡｌＮ）を用いて形成し、さらに図１に示される様に、補強板２３と半導体素子５とを接着剤あるいはロウ材２５を介して接続することにより補強板２３を放熱用のヒートシンクとして用いることも可能であり、より望ましい構造となる。このとき、補強板２３の上部にフィン等の凹凸を設けることにより、その放熱効果を高めることも可能である。なお、特に高い放熱性が要求されない場合においては、補強板２３と半導体素子５とを接着剤あるいはロウ材２５を介して接続する必要はない。
【００４４】
また、本発明では、補強リング２１と補強板２３とを同一の材料にて形成することが最も好適であり、これにより、両者の熱膨張係数やヤング率の差による、応力、歪、変形等をなくすことができる。
【００４５】
なお、補強リング２１と補強板２３とは、図１ではろう材２４等の接着剤にて接着された別体物で示されているが、両者を一体成形することにより境目のない一体物としても差し支えない。
【００４６】
なお、接着剤あるいはロウ材２２、２４、２５は、その両端に存在する各部同士を接着することができれば、その機能を果たすものであるが、その好適な例としては、有機樹脂や有機樹脂中にフィラーを含有するもの、半田やＡｇロウ、Ａｕロウ等のロウ材或いはガラスが好適に用いられ用途に合わせて選択できる。特に、ロウ材やガラスを用いた場合では、半導体素子５の気密封止を可能とすることができる。
【００４７】
なお、上述した例では、半導体素子５を用いたフリップチップ実装を例として挙げているが、本発明では、半導体素子５としては、低誘電率絶縁膜を用いた半導体素子やＭＥＭＳ技術を適用した半導体素子等の機械的特性に劣るものを好適に用いることが可能である。また、他の１次実装形態、例えばワイヤボンディング等にて、上記半導体素子５が実装されていても差し支えない。また、配線基板Ａの中央部に凹部を設け、そこに半導体素子５を載置、実装し、該凹部にポッティング樹脂を被覆し、硬化させたり、絶縁基板１と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等からなる蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合した形態であっても差し支えない。
【００４８】
また、前述した半導体装置の実装構造（２次実装）においては、配線基板Ａの裏面に配設された配線層３と、プリント基板Ｂ表面に配設された接続用電極（図１において省略）との間の接続端子として、球状の高温半田ボール１１を使用している。このような高温半田ボール１１によって、２次実装部の高さを高くすることにより、接続部に発生する熱応力を緩和することができ、２次実装信頼性を確保することができる。尚、この高温半田ボール１１は、柱状であってもよい。
【００４９】
２次実装形態をかかる構成としない場合、例えば、前記接続端子が印刷等にて形成された半田であるランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）実装では、実装部の高さが低く、十分な２次実装信頼性が得られない恐れが生じる。
【００５０】
なお、図中では、接続端子として高温半田ボール１１を用いたＢＧＡ実装を２次実装の例として挙げているが、本発明では、該ＢＧＡ実装に制限されるものではない。例えば、高温半田ボール１１の代わりに共晶半田ボールを用いるＢＧＡ実装であってもよく、さらには円柱状の高温半田を用いるカラムグリッドアレイ（ＣＧＡ）実装、金属性のピンを用いるピングリッドアレイ（ＰＧＡ）実装等が柱状の金属を用いた好適例として挙げられる。
【００５１】
また、高温半田ボール１１の代わりに、有機樹脂を含有する導電性材料からなる接続端子、例えば、球状の有機樹脂製ボール表面に半田層を形成した樹脂含有半田ボールを用いたＢＧＡ実装や、配線基板Ａの配線層１０部裏面やプリント基板Ｂ上の接続用電極部に、導電性樹脂あるいは有機樹脂と金属粒子の混合物を印刷等にて形成する場合等が挙げられる。このような有機樹脂含有の端子を用いた場合には、有機樹脂の可撓性によって応力を緩和することができ、２次実装信頼性を確保することができる。
【００５２】
さらに、バネを有する接続端子を高温半田ボール１１の代わりに用いることもでき、例えば、プリント基板Ｂ上にバネを有するソケットを載置し、上述したような各種の接続端子を挿入、あるいは載置し、バネの力でかしめることにより固定、接続させるソケット実装を採用することもできる。この場合、配線基板Ａ側に特に接続用端子を設けないＬＧＡ構造の場合でも、高い２次実装信頼性を得ることが出来る。
【００５３】
ここで、特に、高速信号の伝送に適しており、低コストであるという観点からは、共晶半田ボールあるいは高温半田ボールを用いたＢＧＡ実装が適しており、一方、２次実装の接続信頼性をさらに高めることができるという観点からは、高温半田ボールを用いたＢＧＡ実装やＣＧＡ実装、ＰＧＡ実装、ソケット実装が適しており、用途に応じて使い分けることが可能である。
【実施例１】
【００５４】
本発明の半導体装置とその実装構造の効果を確認すべく、以下のようにして評価用の半導体装置を作製し、プリント基板上に実装した。  
表１に示す組成の混合粉末を常法にしたがって焼成することにより得られ、且つ表２に示す特性を有する絶縁基板１を用いて、４０ｍｍ□、厚み１．５ｍｍの形状を有し、表１に示す特性を有する配線基板Ａを作製し、その表面には半導体素子をフリップチップ実装するための配線層３を、裏面にはプリント基板Ｂ上に実装するための配線層３を形成し、内部配線にて両者を接続した。なお表面配線層３（１次実装側）の大きさはφ０．１３ｍｍ、配線の中心間距離を０．２３ｍｍ、該裏面配線層３（２次実装側）の大きさはφ０．８ｍｍ、配線の中心間距離１．３ｍｍとし、マトリックス状に配設した。
【００５５】
次に、表２に示す材質と特性、大きさを有する厚み０．５ｍｍの補強リング２１を別途作製し、有機樹脂を含有する接着剤２２を介して、配線基板Ａの表面周縁部に補強リング２１を被着、形成した。
【００５６】
続いて、シリコンを主体とし低誘電率の多孔質の絶縁膜を有する半導体素子５（４０〜４００℃における熱膨張係数；３．４×１０−６／℃、大きさ；１０ｍｍ□、厚み；０．４ｍｍ）を準備し、厚さ０．１ｍｍの半田を介して配線基板Ａ上に位置合わせして載置し、リフロー処理を行った後、表１、表２に従い、アンダーフィル剤を半導体素子５と配線基板Ａとの間隙に注入し、硬化させることにより半導体素子をフリップチップ実装した。
【００５７】
次いで、表２に示す材質と特性、大きさを有する厚み０．５ｍｍの補強板２３を別途作製し、有機樹脂を含有する接着剤２４および接着剤２５を介して、補強リング２１および半導体素子５上に補強板２３を被着、形成した。
さらに、０〜１５０℃における熱膨張係数が１６×１０−６／℃であるプリント基板Ｂを用意し、前記裏面配線層およびプリント基板Ｂ上の同様の配線層上に、共晶半田ペーストをスクリーン印刷法にて印刷した。
【００５８】
上記のプリント基板Ｂ上に、φ０．８ｍｍのＰｂ９０質量％−Ｓｎ１０質量％の高温半田ボールを位置合わせして載置し、さらにその上に、半導体素子５を実装した配線基板Ａを位置合わせして載置し、再度リフロー処理を行うことにより、半導体素子５をフリップチップ実装した配線基板Ａがプリント基板Ｂ上に実装された１次実装及び２次実装評価用サンプルをそれぞれ２０個作製した。
【００５９】
上記実装評価用サンプルを、０〜１００℃の温度範囲で温度サイクル試験を２０００サイクルまで行い、１００サイクル終了毎に超音波探傷により半導体素子の破壊の有無を確認した。さらに、１次実装側、２次実装側に関して抵抗値を測定し、断線の有無を確認し、素子の破壊あるいは断線時の温度サイクル数を表１に示した。ここで、１５００サイクルまで素子の破壊あるいは断線のなきものを合格とした。
【００６０】
【表１】
2005136079.tif 000003
【００６１】
【表１】
2005136079.tif 000004
【００６２】
表２の結果から明らかな様に、本発明に基づき、配線基板Ａ表面の周縁部に、絶縁基板のヤング率以上のヤング率を有する補強リングを被着、形成し、さらに、配線基板Ａ裏面に配設された配線層とプリント基板Ｂ表面に配設された接続用電極間に球状または柱状の金属、あるいは少なくとも有機樹脂を含有する導電性材料からなる接続端子、あるいはバネを有する接続端子が形成された実装構造を有する試料Ｎｏ．４〜２４では、プリント基板Ｂと配線基板Ａとの間の熱膨張係数差に起因する熱応力により発生する、配線基板Ａのそり変形の影響を抑制することができるため、温度サイクル試験の結果、１５００サイクル未満のサイクル数での半導体素子あるいは実装部の破壊がない良好な結果を示した。
【００６３】
一方、前記補強リングがない試料Ｎｏ．１、あるいは前記補強リングのヤング率が前記配線基板のヤング率よりも低い試料Ｎｏ．２、３においては、配線基板の反り変形の抑制が十分でなく、１５００サイクル未満のサイクル数にて、半導体素子の破壊あるいは実装部の断線が生じ、１次および２次実装信頼性が確保できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の半導体装置の望ましい一例を説明するための概略断面図である。
【図２】図１の半導体装置の上面図（補強板を省略）である。
【符号の説明】
【００６５】
Ａ：配線基板
Ｂ：プリント基板
１：絶縁基板
５：半導体素子
２１：補強リング
２３：補強板
【図１】
2005136079.tif 000005
【図２】
2005136079.tif 000006