(57)【要約】【課題】  実装基板の熱による膨張収縮によって生じる接合部へのダメージを低減し、信頼性を向上させる。【解決手段】  半導体装置とはんだボールを介して接続される外部電極５を有する実装基板であって、外部電極５と接する第１の基板材料部１４と、第１の基板材料部１４を除く主材料である第２の基板材料部１５とから構成され、第１の基板材料部１４は第２の基板材料部１５よりも軟らかい材料である。これにより、熱による基板材料の膨張収縮によってはんだボールと外部電極接合部に生じる応力集中を軟らかい基板材料の変形により緩和することができる。このため、はんだボールと外部電極接合部周辺部への応力集中がなくなり、はんだボールと外部電極接合部へのクラック発生が防止でき、接続信頼性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置とはんだボールを介して接続される外部電極を有する実装基板であって、前記外部電極と接する第１の基板材料部と、前記第１の基板材料部を除く主材料である第２の基板材料部とから構成され、前記第１の基板材料部は前記第２の基板材料部よりも軟らかい材料であることを特徴とする半導体装置の実装基板。
【請求項２】
前記第１の基板材料部は複数の外部電極毎に形成され、隣接する外部電極に接する第１の基板材料部は互いに接触することなく独立している請求項１記載の半導体装置の実装基板。
【請求項３】
前記第１の基板材料部は、複数の外部電極に連続する形状に形成されている請求項１記載の半導体装置の実装基板。
【請求項４】
前記第１の基板材料部が外部電極形成面から反対側の面まで貫通している請求項１記載の半導体装置の実装基板。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の実装基板に半導体装置を実装した半導体装置の実装構造であって、前記半導体装置と前記実装基板は絶縁性樹脂により固定され、前記絶縁性樹脂は前記第１の基板材料部と物理的に接触していないことを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、実装基板の電極にはんだを介して半導体装置の電極とを接合した実装構造において用いる半導体装置の実装基板および実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型・高機能化に伴い、半導体装置の実装基板への接続端子の多ピン化が進んでいる。このためリードフレームを用いた半導体装置から接続端子をエリア状に配置したＢＧＡあるいはＬＧＡタイプの半導体装置が増加している。これに伴い、半導体装置の電子機器の実装基板への実装においても接続信頼性が求められ、接続部の高信頼性を実現するための接続技術や基板技術が開発されている。
【０００３】
以下、従来の半導体チップへのはんだバンプ形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図９は従来の半導体装置の両面実装用の実装基板の断面図である。また、図１０に従来のＢＧＡ半導体装置の実装基板への実装構造を示した。
【０００５】
図９に示す従来の半導体装置の両面実装用の実装基板は、半導体装置を実装するための実装面（第１の配線層）１，４と内部配線層（第２，３の配線層）２，３より構成されており、実装面１に半導体装置を実装するための外部電極５や回路を形成するための配線６があり、各層はスルーホール７により電気的に接続されている。また、各層間は絶縁樹脂８になっている。通常、配線層２，３の配線６はフィルム状の絶縁樹脂８に貼り付けた銅箔をエッチングして形成されるため、層間の絶縁樹脂８は同一の基板材料により構成されている。
【０００６】
次に従来のＢＧＡタイプ半導体装置の実装基板への実装構造を図１０を参照しながら説明する。
【０００７】
ＢＧＡタイプの半導体装置９の外部電極５と実装基板１１上の外部電極５が半田ボール１２を介して接続されている。半導体装置の外部端子のピッチが狭く、外部端子サイズが小さい場合や実装基板と半導体装置を構成する基板との熱膨張係数に差がある場合は接続信頼性を向上させる為に、半導体装置９と実装基板１１の間にアンダーフィル１３が充填されている。
【特許文献１】特開２０００−２６０９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した構造の半導体装置の実装基板においては下記に示すような課題があった。
【０００９】
課題は、半導体装置の外部電極と実装基板上の外部電極をはんだボールを介して接続し、さらに半導体装置と実装基板の間隙にアンダーフィル樹脂を充填硬化させて半導体装置と実装基板とを固定した構造においても、アンダーフィル樹脂や基板材料の熱膨張係数が同一でないため、熱による膨張収縮によって生じる応力によりはんだボールと外部電極の接合部に応力が集中して接合界面にクラックが発生する。特に図１０に示すようにＢＧＡタイプの半導体装置はエリア状に外部電極が配置されているため、膨張収縮の応力が発生し易くはんだボールと外部電極の接合界面にクラックが発生してしまう。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、実装基板の熱による膨張収縮によって生じる接合部へのダメージを低減し、信頼性を向上させることであり、特にＢＧＡ・ＬＢＡパッケージの多ピン化に伴い、パッケージを実装基板に実装した際のはんだボール接合部の接続信頼性を向上させる半導体装置の実装基板および実装構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の半導体装置の実装基板は、半導体装置とはんだボールを介して接続される外部電極を有する実装基板であって、前記外部電極と接する第１の基板材料部と、前記第１の基板材料部を除く主材料である第２の基板材料部とから構成され、前記第１の基板材料部は前記第２の基板材料部よりも軟らかい材料である。
【００１２】
請求項２記載の半導体装置の実装基板は、請求項１記載の半導体装置の実装基板において、前記第１の基板材料部は複数の外部電極毎に形成され、隣接する外部電極に接する第１の基板材料部は互いに接触することなく独立している。
【００１３】
請求項３記載の半導体装置の実装基板は、請求項１記載の半導体装置の実装基板において、前記第１の基板材料部は、複数の外部電極に連続する形状に形成されている。
【００１４】
請求項４記載の半導体装置の実装基板は、請求項１記載の半導体装置の実装基板において、前記第１の基板材料部が外部電極形成面から反対側の面まで貫通している。
【００１５】
請求項５記載の半導体装置の実装構造は、請求項１記載の半導体装置の実装基板に半導体装置を実装した半導体装置の実装構造であって、前記半導体装置と前記実装基板は絶縁性樹脂により固定され、前記絶縁性樹脂は前記第１の基板材料部と物理的に接触していない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１記載の半導体装置の実装基板によれば、外部電極と接する第１の基板材料部と、第１の基板材料部を除く主材料である第２の基板材料部とから構成され、第１の基板材料部は第２の基板材料部よりも軟らかい材料であるので、熱による基板材料の膨張収縮によってはんだボールと外部電極接合部に生じる応力集中を軟らかい基板材料の変形により緩和することができる。このため、はんだボールと外部電極接合部周辺部への応力集中がなくなり、はんだボールと外部電極接合部へのクラック発生が防止でき、接続信頼性が向上する。
【００１７】
請求項２では、第１の基板材料部は複数の外部電極毎に形成され、隣接する外部電極に接する第１の基板材料部は互いに接触することなく独立しているので、半導体装置の実装領域に全面に第１の基板材料部を使用した場合と比較して実装基板の強度が高くなる。
【００１８】
請求項３では、第１の基板材料部は、複数の外部電極に連続する形状に形成されているので容易に製造することができる。
【００１９】
請求項４では、第１の基板材料部が外部電極形成面から反対側の面まで貫通しているので、貫通した第１の基板材料部により半導体装置と実装基板の接合部に生じる応力がさらに緩和される。
【００２０】
本発明の請求項５記載の半導体装置の実装構造によれば、請求項１記載の半導体装置の実装基板に半導体装置を実装した半導体装置の実装構造であって、半導体装置と実装基板は絶縁性樹脂により固定され、絶縁性樹脂は第１の基板材料部と物理的に接触していないので、絶縁性樹脂は第１の基板材料部の変形による影響を受けない。そのため、半導体装置の固定強度が高くなるとともに、請求項１と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態の半導体装置の実装基板および実装構造について、以下、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態の半導体装置の実装基板の断面図である。
【００２３】
図１において、１は実装基板の第１の配線層、２は実装基板の第２の配線層、３は実装基板の第３の配線層、４は実装基板の第４の配線層、５は外部電極、６は配線、１４は第１の基板材料部、１５は第２の基板材料部、１６は半導体装置の実装領域、２０はソルダーレジストを示している。
【００２４】
半導体装置の実装基板は、半導体装置とはんだボールを介して接続される外部電極５を有し、外部電極５と接する第１の基板材料部１４と、第１の基板材料部１４を除く主材料である第２の基板材料部とから構成されている。
【００２５】
この場合、半導体装置の実装基板は、第１、第２、第３、第４の配線層１，２，３，４より構成された４層基板で示している。第１の配線層１の外部電極５が形成された半導体装置の実装領域１６において、第１の配線層１と第２の配線層２間の基板材料として第１の基板材料部１４が形成され、他の部分においては第２の基板材料部１５より形成されている。第１の基板材料部１４は第２の基板材料部１５よりも軟らかい樹脂で構成されている。第１の基板材料部１４としてはゴム系樹脂、第２の基板材料部１５としてエポキシ系やポリイミド系樹脂がある。
【００２６】
図２（ａ）は本発明の第１の実施形態の半導体装置の実装基板の他の例で、第１の基板材料部を外部電極毎に形成した断面図、（ｂ）は平面図である。
【００２７】
図２に示すように、電極部のみに第１の基板材料部１４を使用することによって、実装領域１６全面に第１の基板材料部１４を使用した場合と比較して実装基板の強度は高くなる。
【００２８】
図３は本発明の第１の実施形態の半導体装置の実装基板の他の例で、実装基板の両面に半導体装置を実装する場合の断面図である。
【００２９】
図３に示すように、半導体装置を実装する実装基板の両面のうちの一方の面において、第１の配線層１と第２の配線層２間に第１の基板材料部１４が形成され、他方の面において、第３の配線層３と第４の配線層４間に第１の基板材料部１４が形成されている。第１の基板材料部１４は、（ａ）では実装基板の両面とも外部電極５に連続する形状に形成され、（ｂ）では実装基板の両面とも外部電極５毎に形成され、（ｃ）では実装基板の一方の面に外部電極に連続する形状で、他方の面に外部電極毎に形成されている。
【００３０】
図４は本発明の第１の実施形態において半導体装置を実装基板へ実装した実装構造を示す断面図である。
【００３１】
図４に示すように、半導体装置９と実装基板１１は絶縁性樹脂により固定され、絶縁性樹脂は第１の基板材料部１４と物理的に接触していない。この場合、半導体装置９と実装基板１１の第２の基板材料部１５は絶縁性樹脂でできたスペーサ１８により実装基板１１のソルダーレジスト２０と固定されている。スペーサ１８で固定することにより、はんだボール１２と実装基板１１の外部電極５との接合部にかかる応力を減少させることができる。また、スペーサ１８は、外部電極５を配置した実装領域の外側に配置してもよく（図４（ａ））、それに加えて実装領域の内部の複数の外部電極５の間に配置してもよい（図４（ｂ））。また、半導体装置９と実装基板１１間にアンダーフィル樹脂を充填してもよい。
【００３２】
次に半導体装置の実装基板の製造方法について説明する。
【００３３】
図５は、図１に示した半導体装置の片面実装用の実装基板の製造方法を示す。
【００３４】
（ａ）はシート状の第２の基板材料部１５に銅箔を貼り合わせた後、配線パターン状のエッチングマスクを形成し、銅箔をエッチングすることにより第３の配線層３を形成する工程である。（ｂ）は（ａ）と同様の方法で形成した第２の配線層２を形成したシートを張り合わせる工程である。（ｃ）は第３の配線層３を形成したシート状の第２の基板材料部１５に銅箔を貼り付け、配線パターン状のエッチングマスクを形成し、銅箔をエッチングすることにより第４の配線層４を形成する工程である。（ｄ）はシート状の第２の基板材料部１５に第１の基板材料部を形成する領域を抜いたものを第２の配線層２上に貼り付ける工程である。（ｅ）においては第１の基板材料部１４を形成する工程である。さらに（ｆ）において、第１の配線層１部に銅箔を貼り合わせた後、配線パターン状のエッチングマスクを形成し、銅箔をエッチングすることにより第１の配線層１を形成する工程である。
【００３５】
図６は、図３に示した半導体装置の両面実装用の実装基板の製造方法を示す。
【００３６】
（ａ）、（ｂ）はシート状の第２の基板材料部１５の両面に銅箔を貼り合わせた後、配線パターン状のエッチングマスクを形成し、銅箔をエッチングすることにより第２の配線層２と第３の配線層３を形成する工程である。（ｃ）はシート状の第２の基板材料部１５に第１の基板材料部を形成する領域を抜いたものを第２の配線層２と第３の配線層３上に貼り付ける工程である。（ｄ）においては第１の基板材料部１４を形成する工程である。さらに（ｅ）において、第１の配線層１部と第４の配線層４部に銅箔を貼り合わせた後、配線パターン状のエッチングマスクを形成し、銅箔をエッチングすることにより第１の配線層１を形成する工程である。
【００３７】
以上のように、半導体装置の実装基板の外部電極部の基板材料を他の部分の基板材料よりも軟らかい基板材料を用いることで、アンダーフィル樹脂や基板の熱による膨張収縮により発生したはんだボールと外部電極の接合部の応力を軟らかい基板材料の変形により緩和されることで、はんだボールと外部電極接合部周辺部への応力集中がなくなり、はんだボールと外部電極接合部へのクラック発生が防止でき、接続信頼性が向上する。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図７および図８に基づいて説明する。第１の実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図７は本発明の第２の実施形態の半導体装置の実装基板の断面図を示した。実装基板の貫通孔１９に第１の基板材料部１４が形成され、第１の基板材料部１４上に外部電極５が形成されている。貫通孔１９は第１の基板材料部１４が外部電極形成面から反対側の面まで貫通している。
【００３９】
次にその半導体装置の実装基板の製造方法について説明する。
【００４０】
図８は、図７に示した半導体装置の実装基板の製造方法を示した。（ａ）はシート状の第２の基板材料部１５に銅箔を貼り合わせた後、配線パターン状のエッチングマスクを形成し、銅箔をエッチングすることにより第２の配線層２と第３の配線層３を形成したシートを貼り合わせ、さらに第１の配線層１を形成するシート状の第２の基板材料部１５を貼り合わせる工程である。（ｂ）は（ａ）で貼り合わせた基板にドリルあるいはレーザにより第１の基板材料部１４を形成する位置に貫通孔１９を形成する工程である。（ｃ）は貫通孔１９に第１の基板材料部１４を形成する工程である。貫通孔１９への第１の基板材料部１４の形成には、液体状の第１の基板材料部１４を注入したり、ゲル状の第１の基板材料部１４をスクラバーにより充填する方法等がある。（ｄ）は第１の配線層１部と第４の配線層４部に銅箔を貼り合わせた後、配線パターン状のエッチングマスクを形成し、銅箔をエッチングすることにより第１の配線層１と第４の配線層４を形成する工程である。貫通孔に設けた第１の基板材料部１４により半導体装置と実装基板の接合部に生じる応力が緩和され信頼性が向上する効果が出る。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかる半導体装置の実装基板は、実装基板の外部電極部の基板材料を他の部分の基板材料よりも軟らかい基板材料を使用することで、はんだボールと外部電極接合部にかかる熱による膨張収縮によって生じる応力を緩和して、はんだボールと外部電極接合部に生じるクラックを防止するための技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置の実装基板の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態の半導体装置の実装基板の他の例で、第１の基板材料部を外部電極毎に形成した断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の半導体装置の実装基板の他の例で、実装基板の両面に半導体装置を実装する場合の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において半導体装置を実装基板へ実装した実装構造を示す断面図である。
【図５】図１に示した半導体装置の片面実装用の実装基板の製造方法を示す工程図である。
【図６】図３に示した半導体装置の両面実装用の実装基板の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の半導体装置の実装基板の断面図である。
【図８】図７に示した半導体装置の実装基板の製造方法を示す工程図である。
【図９】従来例の半導体装置の実装基板の断面図である。
【図１０】従来例の半導体装置を実装基板へ実装した実装構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  第１の配線層
２  第２の配線層
３  第３の配線層
４  第４の配線層
５  外部電極
６  配線
７  スルーホール
８  絶縁樹脂
９  半導体装置
１０  外部接続端子
１１  実装基板
１２  はんだボール
１３  アンダーフィル樹脂
１４  第１の基板材料部
１５  第２の基板材料部
１６  半導体装置実装領域
１７  半導体装置
１８  スペーサ
１９  貫通孔
【図１】
2007012990.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007012990.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007012990.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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