(57)【要約】  【課題】  絶縁基板に配置された接続パッドに半導体素子の電極がはんだバンプを介して接合される配線基板において、接続パッドおよび電極のエレクトロマイグレーションによる空隙が抑制された配線基板を提供する。  【解決手段】  電子部品素子の搭載部１ａを有する絶縁基板１と、搭載部１ａから絶縁基板１の内部にかけて形成された貫通導体３と、銅または銅を主成分とする合金からなり、絶縁基板１の上面から貫通導体３の端部にかけて被着された、半導体素子４の電極５がはんだ６を介して接合される接続パッド２とを備え、平面視で貫通導体３の端部に被着された領域において、接続パッド２の上面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる金属層８が被着されている配線基板である。金属層８によって接続パッド２のマイグレーションを抑制し、はんだ６に接合された接続パッド２の銅成分によって接続パッド２のマイグレーションを抑制できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に電子部品素子の搭載部を有する絶縁基板と、前記搭載部から前記絶縁基板の内部にかけて形成された貫通導体と、銅または銅を主成分とする合金からなり、前記絶縁基板の上面から前記貫通導体の端部にかけて被着された、前記半導体素子の電極がはんだを介して接合される接続パッドとを備える配線基板であって、平面視で前記貫通導体の端部に被着された領域において、前記接続パッドの上面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる金属層が被着されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記貫通導体がガラス成分を含有しており、前記接続パッドは、前記貫通導体と接続している部分において他の部分よりも多くのガラス成分を含有していることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記接続パッドは、前記はんだが接合されている上面側においてガラス成分を含有していないことを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の配線基板と、前記接続パッドに接合されたはんだバンプとを備えることを特徴とするはんだバンプ付き配線基板。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の配線基板と、前記搭載部に搭載され、主面に形成された電極が前記接続パッドにはんだを介して接合された半導体素子とを備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の電子部品素子がはんだを介して接合される接続パッドを備える配線基板、配線基板の接続パッドにはんだバンプが接合されてなるはんだバンプ付き配線基板および配線基板に半導体素子がはんだを介して接合されてなる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品素子、例えば半導体集積回路素子（ＩＣ）等の半導体素子は、通常、半導体素子搭載用のセラミック配線基板等の配線基板に搭載されて半導体装置となり、コンピュータや通信機器，センサ機器等の電子機器を構成する外部の電気回路（マザーボード等）に実装されて使用されている。
【０００３】
半導体素子は、一般に、シリコン等の半導体基板の一主面に電子回路が形成され、この電子回路と電気的に接続された円形状等の電極が一主面に配置された構造である。電子回路は、その一端が電極の外周の一部に直接に接続することによって、電極と電気的に接続されている。
【０００４】
配線基板は、例えばセラミック基板等の絶縁基板の上面に、半導体素子等の電子部品素子の電極の配置に対応して接続パッドが形成された構造である。半導体素子の電極と配線基板の接続パッドとを互いに対向させて、両者の間に介在させたはんだを介して両者を互いに接合させれば、半導体装置が形成される。はんだは、例えばスズ−銀やスズ−銀−ビスマス等のはんだ材料からなり、例えば配線基板の接続パッドに凸状に、はんだバンプとして被着されて、接続パッドと電極との上記接合に用いられる。
【０００５】
接続パッドは、搭載部から絶縁基板の内部にかけて形成された貫通導体を介して絶縁基板の内部や下面に形成された配線導体と電気的に接続されている。すなわち、接続パッドは、絶縁基板の上面から貫通導体の端部にかけて被着されている。配線導体のうち絶縁基板の下面等に露出した部分を外部電気回路にはんだ等の導電性接続材を介して接合することにより、半導体素子と外部電気回路とが配線基板を介して電気的に接続される。
【０００６】
半導体装置は、上記電子機器の基板に実装され、外部の電気回路から貫通導体、接続パッドおよびはんだバンプを通って半導体素子の電極に各種の信号としての電流が通電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2010−103501
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Yi-Shao Laiほか，Electromigration of 96.5Sn-3Ag-0.5Cu Flip-chip Solder Bumps Bonded on Substrate Pads of Au/Ni/Cu or Cu Metallization, IEEE Electronic Components and Technology Conference, 2006
【非特許文献２】Lou Nichollsほか, Comparative Electromigration Performance of Pb Free Flip Chip Joints with Varying Board Surface Condition, IEEE Electronic Components and Technology Conference, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術の配線基板においては、接続パッドにはんだ（はんだバンプ）を介して半導体素子の電極を接合して通電したときに、接続パッドのはんだとの接合部分にボイド（空隙）が発生する可能性があるという問題点があった。
【００１０】
これは、貫通導体から接続パッドを通ってはんだバンプに流れる電流が、接続パッドのうち平面視で貫通導体が接続された領域に集中しやすいことによる。接続パッドのうち平面視で貫通導体が接続された領域において電流密度が高くなりやすいため、この領域において接続パッドの主成分である銅がエレクトロマイグレーションを生じ、部分的にはんだバンプ内に拡散して空隙を生じる可能性がある。このようなエレクトロマイグレーションによる空隙が生じると、接続パッドとはんだバンプとの間で局部的な電気抵抗の増加や断線等の不具合を生じる。
【００１１】
特に、近年、半導体素子の高速化に伴い、外部電気回路から貫通導体を通って接続パッドおよびはんだバンプに流れる電流がさらに大きくなる傾向にあるため、上記電流密度の増加が顕著であり、エレクトロマイグレーションによる空隙がさらに発生しやすくなってきている。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、絶縁基板の搭載部に接続パッドが配置され、半導体素子の電極がはんだバンプを介して接続パッドに接合される配線基板において、接続パッドおよび電極のエレクトロマイグレーションによる空隙を抑制することが可能な配線基板を提供することにある。また、本発明の目的は、そのような接続パッドおよび電極のはんだバンプとの接合面における空隙を効果的に抑制することが可能なはんだバンプ付き配線基板および半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の配線基板は、上面に電子部品素子の搭載部を有する絶縁基板と、前記搭載部から前記絶縁基板の内部にかけて形成された貫通導体と、銅または銅を主成分とする合金からなり、前記絶縁基板の主面から前記貫通導体の端部にかけて被着された、前記半導体素子の主面の電極がはんだを介して接合される接続パッドとを備える配線基板であって、平面視で前記貫通導体の端部に被着された領域において、前記接続パッドの上面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる金属層が被着されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記貫通導体がガラス成分を含有しており、前記接続パッドは、前記貫通導体と接続している部分において他の部分よりも多くのガラス成分を含有していることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記接続パッドは、前記はんだが接合されている上面側においてガラス成分を含有していないことを特徴とする。
【００１６】
本発明のはんだバンプ付き配線基板は、上記いずれかの構成の配線基板と、前記接続パッドに接合されたはんだバンプとを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体装置は、上記いずれかの構成の配線基板と、前記搭載部に搭載され、主面に形成された電極が前記接続パッドにはんだを介して接合された半導体素子とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の配線基板によれば、上記構成を備え、平面視で貫通導体の端部に被着された領域において、接続パッドの上面にニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる金
属層が被着されていることから、金属層によって、接続パッドの主成分である銅のエレクトロマイグレーションを抑制することができ、接続パッドにおける空隙の発生を抑制することができる。
【００１９】
すなわち、上記構成においては、貫通導体から接続パッドを通ってはんだ（はんだバンプ）に流れる電流の電流密度が他の部分よりも高い部分である、平面視で貫通導体の端部に被着された領域において、はんだに直接に接しているのがニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる金属層である。また、銅に比べてニッケルがエレクトロマイグレーションしにくい金属である。また、金属層によって、接続パッドからはんだバンプに流れる電流に対する抵抗を金属層が被着されていない部分に比べて高くして、接続パッドのうち平面視で貫通導体が接続された領域における上記電流の電流密度をある程度抑制することもできる。そのため、上記のようにエレクトロマイグレーションによる接続パッドにおける空隙の発生を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、貫通導体がガラス成分を含有しており、接続パッドは、貫通導体と接続している部分において他の部分よりも多くのガラス成分を含有している場合には、貫通導体および接続パッドと絶縁基板との間、および貫通導体と接続パッドとの間の接合の強度を、互いのガラス成分同士の結合によって、より高くすることができる。したがって、この場合には、上記空隙の抑制が可能であるとともに、貫通導体および接続パッドと絶縁基板との間、貫通導体と接続パッドとの間のそれぞれの接合（電気的および機械的な接続）の信頼性等がより高い配線基板を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、接続パッドが、はんだが接合されている上面側においてガラス成分を含有していない場合には、上記のように接続パッドおよび電極における空隙の発生の抑制、および貫通導体と接続パッドとの間等の接合強度の向上等が可能であり、接続パッドとはんだとの接合（電気的および機械的な接続）の信頼性を高くする上でも有利な配線基板を提供することができる。また、接続パッドとはんだとの間の接触抵抗を低く抑える上でも有利である。
【００２２】
本発明のはんだバンプ付き配線基板によれば、上記いずれかの構成の配線基板と、接続パッドに接合されたはんだバンプとを備えることから、はんだバンプに半導体素子の電極を接合して通電するときに、金属層によって接続パッドのはんだバンプとの接合面におけるエレクトロマイグレーションを抑制し、接続パッドにおける空隙の発生を効果的に抑制することができる。そのため、信頼性の高い半導体装置を製作することが可能なはんだバンプ付き配線基板を提供することができる。
【００２３】
また、本発明の半導体装置によれば、上記いずれかの構成の配線基板と、搭載部に搭載され、主面に形成された電極が接続パッドにはんだを介して接合された半導体素子とを備えることから、上記配線基板の場合と同様に、接続パッドのはんだとの接合面におけるエレクトロマイグレーションを抑制することができ、接続パッドに空隙が発生することを効果的に抑制することが可能な、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例における要部を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に要部を示す配線基板の全体の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図４】本発明のはんだバンプ付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の配線基板、その配線基板を用いてなるはんだバンプ付き配線基板および半導体装置を添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、電子部品素子として半導体素子を用いた例を挙げて説明する。電子部品素子は、半導体素子に限らず、半導体素子が中継基板等に搭載されてなる素子や圧電素子等の他の電子部品素子であっても構わない。
【００２６】
図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例における要部を示す断面図である。また、図２（ａ）は、図１に示す配線基板の全体の一例を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図１および図２において、１は絶縁基板，２は接続パッド，３は貫通導体，４は半導体素子，５は半導体素子４の電極である。絶縁基板１と、絶縁基板１の上面の搭載部１ａに配置された接続パッド２と、端部に接続パッド２が被着された貫通導体３とによって、半導体素子４を搭載するための配線基板が基本的に構成されている。
【００２７】
なお、図１においては、配線基板に半導体素子４を搭載し、半導体素子４の電極５を接続パッド２に、はんだ（はんだバンプ）６を介して接合した（電気的および機械的に接続した）状態を示し、図２においては配線基板のみを示している。配線基板の接続パッド２に半導体素子４の電極５が、はんだ付け（リフロー）等の方法ではんだバンプ６を介して接合されて半導体装置が形成されている。
【００２８】
配線基板は、半導体素子４を搭載して半導体装置を作製するための、いわゆるＩＣパッケージ等である。配線基板は、例えば、ガラスセラミック焼結体や酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料や、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料、セラミック材料やガラス材料等と樹脂材料との複合材料等の絶縁材料によって形成された絶縁基板１の上面に半導体素子４の搭載部１ａを有し、この搭載部１ａに接続パッド２が配置されて形成されている。
【００２９】
絶縁基板１は、例えば、ガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。即ち、ホウケイ酸系ガラス等のガラス成分と酸化アルミニウム等のセラミック成分とを主成分し、焼結助剤等を添加して作製した原料粉末に適当な有機バインダおよび有機溶剤を添加混合して泥漿状とし、これをドクターブレード法やリップコータ法等のシート成形技術を採用してシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、その後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともにこれを複数枚積層し、最後にこの積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中において約800〜1000℃の温度で焼成することによって製
作される。
【００３０】
絶縁基板１は、例えば四角板状であり、その上面の中央部の四角形状等の領域が半導体素子４の搭載部１ａとなっている。この搭載部１ａに、半導体素子４の複数の電極５がそれぞれ電気的に接続される複数の接続パッド２が配置されている。
【００３１】
接続パッド２は、絶縁基板１の上面の搭載部１ａに、半導体素子４の主面（図１の例では下面）に配置された電極５と対向するように配置されている。接続パッド２と半導体素子４の電極５とがはんだバンプ６を介して互いに接合されることによって半導体素子４と配線基板とが電気的および機械的に接続され、半導体装置が形成される。
【００３２】
接続パッド２は、銅または銅を主成分とする金属材料により形成されている。接続パッド２の主成分が銅であり、銅の電気抵抗（抵抗率）が低いため、接続パッド２における電気抵抗を低く抑えることができる。
【００３３】
接続パッド２は、例えば平面視で円形状や楕円形状，四角形状等であり、対向して接続される電極５の形状や寸法に応じて適宜、形状および寸法が設定されている。例えば電極５が直径約100〜300μｍ程度の円形状等の場合であれば、接続パッド２は、これよりも若干大きな円形状（直径が約200〜400μｍ程度）等に形成される。
【００３４】
接続パッド２は、メタライズ層やめっき層，蒸着層等の形態で形成することができる。例えば、接続パッド２が銅のメタライズ層からなる場合であれば、銅の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの表面（絶縁基板１の上面となる表面）から後述する貫通導体３となる金属ペーストの露出した端部にかけて、所定の接続パッド２のパターンで、スクリーン印刷法等の印刷法で印刷して同時焼成することによって形成することができる。
【００３５】
接続パッド２は、絶縁基板１の搭載部１ａから内部にかけて形成された貫通導体３を介して外部の電気回路（図１および図２では図示せず）と電気的に接続される。すなわち、貫通導体３は、接続パッド２を外部の電気回路と電気的に接続させるための導電路を形成するためのものである。そのため、貫通導体３が搭載部１ａから絶縁基板１の内部にかけて形成され、絶縁基板１の上面から貫通導体３の端部（搭載部１ａに露出した端部）にかけて接続パッド２が被着されている。貫通導体３の端部に接続パッド２（下面）が直接に接続されていることによって、接続パッド２と貫通導体３とが互いに電気的に接続されている。なお、接続パッド２は、絶縁基板１の上面から貫通導体３の端部にかけて被着されているため、平面視において、貫通導体３と重なる部分と、絶縁基板１の上面と重なる部分とを有している。
【００３６】
搭載部１ａ側の端部に接続パッド２が被着された貫通導体３は、反対側の端部が絶縁基板１の内部や下面に形成された配線導体７と接続されている。配線導体７のうち絶縁基板１の下面等に露出した部分を外部の電気回路にはんだや導電性接着剤等の導電性接続材を介して接合すれば、半導体素子４の電極５と電気的に接続された接続パッド２を、貫通導体３および配線導体７を介して外部の電気回路に電気的に接続することができる。
【００３７】
貫通導体３は、例えば、直径が約75〜200μｍ程度の円形状（円柱状）であり、平面視
で接続パッド２の中央部に接続している。なお、平面視における貫通導体３の端部の接続パッド２に対する接続位置は、接続パッド２の中央部に限らず、外周部であってもよい。また、複数の貫通導体３が１つの接続パッド２に接続していてもよい。また、貫通導体３は、円形状に限らず、楕円形状や四角形状等でもよい。
【００３８】
貫通導体３および配線導体７は、接続パッド２と同様の金属材料を用いて、同様の方法で形成することができる。貫通導体３および配線導体７を形成する金属材料については、銅および銀が、それぞれの電気抵抗を低く抑える上で有利である。この場合、例えば、絶縁基板１となるセラミックグリーンのうち接続パッド２を形成する予定の位置にあらかじめ貫通孔を形成しておいて、この貫通孔内に貫通導体３となる銅や銀等の金属ペーストを充填し、同時焼成を行なうことによって、絶縁基板１の厚み方向に貫通導体３を形成することができる。
【００３９】
接続パッド２と半導体素子４の電極５とを接合する（電気的および機械的に接続する）はんだバンプ６を形成するはんだ材料としては、例えばスズ−鉛やスズ−銀，スズ−銀−銅，スズ−銀−ビスマス等を用いることができる。はんだバンプ６は、環境への悪影響を
避ける上では、鉛等の有害物質を含有しない、いわゆる鉛フリーはんだであることが好ましい。これらのはんだ材料は、スズを約90質量％以上含んでいるため、はんだバンプ６の電気抵抗（抵抗率）は、スズの電気抵抗（抵抗率）と同じ程度である。
【００４０】
はんだバンプ６は、例えば上記のはんだ材料を用いて作製したはんだボールを接続パッド２上に位置合わせしてセットしておいて、電気炉中で一体的に加熱する（リフロー）によって形成することができる。この方法で形成されたはんだバンプ６は、接続パッド２との接合部分が平らに潰れた球形状になる。なお、半導体素子４の電極５との接続を容易とするために、複数のはんだバンプ６をまとめて上側から平坦な面（プレス用の金型等）で加圧した場合には、はんだバンプ６の上面側も平坦になる。
【００４１】
接続パッド２の上面には、平面視で貫通導体３の端部に被着された領域（以下、被着領域ともいう）において、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる金属層８が被着されている。このような金属層８が被着されていることから、金属層８によって、接続パッド２の主成分である銅のエレクトロマイグレーションを抑制することができ、接続パッド２における空隙の発生を抑制することができる。
【００４２】
すなわち、上記構成においては、貫通導体３から接続パッド２を通ってはんだバンプ６に流れる電流の電流密度が他の部分よりも高い部分である、平面視で貫通導体３の端部に被着された領域において、はんだバンプ６に直接に接しているのがニッケルまたはニッケルを主成分とする合金からなる金属層８である。また、銅に比べてニッケルがエレクトロマイグレーションしにくい金属である。なお、経験的に、銅は電流密度が約5000〜6000Ａ／ｃｍ２でマイグレーションする可能性があるのに対し、ニッケルは約15000Ａ／ｃｍ２
程度でもマイグレーションがしないことが確認されている。また、金属層８によって、接続パッド２からはんだバンプ６に流れる電流に対する抵抗を金属層８が被着されていない部分に比べて高くして、接続パッド２のうち平面視で貫通導体３が接続された領域における上記電流の電流密度をある程度抑制することもできる。そのため、上記のようにエレクトロマイグレーションによる接続パッド２における空隙の発生を抑制することができる。
【００４３】
また、本発明の配線基板によれば、接続パッド２のうちニッケルまたはニッケルを主成分とする金属層８が被着されているのが、平面視で貫通導体３の端部に被着された領域であって、全域ではないことから、銅または銅を主成分とする合金からなる接続パッド２が直接に接続される部分を含む。そのため、はんだバンプ６を介して半導体素子４の電極５を接続パッド２に接合して通電したときに、電極５におけるエレクトロマイグレーションを抑制することもできる。これは、接続パッド２の銅成分が半導体素子４の電極５側に熱拡散して、電極５の表面に、上記拡散した銅と、はんだバンプ６のスズ成分と、電極５を形成しているニッケル等の金属とを主成分とする合金層が形成され、この合金層がエレクトロマイグレーションしにくいことによる。
【００４４】
このような金属層８は、例えばめっき法や蒸着法等の方法で、接続パッド２の上面に被着させることができる。金属層８は、例えばめっき法で被着させる場合であれば、硫酸ニッケル等のニッケル成分と、次亜リン酸ナトリウム等の還元剤とを主成分とする無電解ニッケルめっき液中に接続パッド２を所定時間、所定の温度等の条件で浸漬することによって被着させることができる。
【００４５】
金属層８は、金属層８となるめっき層を被着させる際にめっき用の導通線が不要であり、配線基板における接続パッド２や配線導体７等の高密度化に有利であることを考慮すれば、無電解めっき法によって被着させたものであることが好ましい。
【００４６】
なお、金属層８を、接続パッド２の被着領域に位置ずれを抑制して被着させるには、例
えば、接続パッド２の外周位置（例えば外周の任意の２点）を基準にして、画像認識装置を用いてマスク材を接続パッド２の上面に被着させて（被着領域以外にマスク材を被着させて）マスク材から露出した部分にニッケルめっき層を被着させるようにすればよい。マスク材としては、例えば紫外線硬化型等の樹脂膜が挙げられる。また、マスク材は、めっき層（金属層８）を被着した後に、薬液等で完全に除去できるものが望ましい。
【００４７】
金属層８の厚みは、エレクトロマイグレーションを抑制する上では厚いほど効果があるが、厚くしすぎると、金属層８の内部応力に起因する金属層８の接続パッド２に対する被着の強度や経済性が低下する可能性がある。また、厚くしすぎると金属層８の比抵抗が大きくなるため、金属層８以外の部分に電流が集中しやすくなる可能性があり、また半導体装置全体の抵抗上昇につながる可能性がある。
【００４８】
このような条件を考慮して、金属層８の厚みは、例えば、はんだバンプ６がスズ−銀−銅（Ｓｎ−３Ａｇ−0.5Ｃｕ）からなり、被着領域を流れる電流の電流密度が約5000〜15000Ａ／ｃｍ２程度の場合であれば、１〜３μｍ程度に設定すればよい。
【００４９】
また、金属層８の厚みは、金属層８が被着されている部分の全域においてエレクトロマイグレーションを抑制する効果を偏りなく得るために、全域において同じ程度の厚みであることが好ましい。
【００５０】
また、金属層８は、少なくとも被着領域の全域において接続パッド２の上面に被着されている必要はあるが、正確に被着領域と一致している必要はなく。被着領域の外側に多少はみ出ていても構わない。
【００５１】
金属層８について、ニッケルを主成分とする合金としては、例えば、ニッケル−リンやニッケル−コバルト−リン等が挙げられる。ニッケル−リンにおけるニッケルの含有率は、例えば無電解めっき法で形成された場合であれば、約90〜98質量％程度である。
【００５２】
なお、金属層８は、例えば、図３に示すように、金属層８の形成時の被着領域に対する位置決めの手間を抑えるために、接続パッド２の上面のうち金属層８を被着させる範囲を被着領域よりも若干大きめに設定してもよい。なお、図３（ａ）は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。また、図３（ａ）は、配線基板に半導体素子４を搭載し、半導体素子４の電極５を接続パッド２に、はんだ（はんだバンプ）６を介して接合した（電気的および機械的に接続した）状態を示し、図３（ｂ）は、配線基板のみを示している。
【００５３】
金属層８が被着領域の外側にはみ出る場合には、例えば円形状の接続パッド２の上面において、円形状の金属層８よりも外側の、接続パッド２にはんだバンプ６が直接に接合される円環状の部分の幅が５μｍ以上確保されることが好ましい。
【００５４】
このような配線基板は、貫通導体３がガラス成分を含有しており、接続パッド２は、貫通導体３と接続している部分において他の部分よりも多くのガラス成分を含有している場合には、貫通導体３および接続パッド２と絶縁基板１との間、および貫通導体３と接続パッド２との間の接合の強度を、互いのガラス成分同士の結合によって、より高くすることができる。したがって、この場合には、上記接続パッド２における空隙の抑制が可能であるとともに、貫通導体３および接続パッド２と絶縁基板１との間、貫通導体３と接続パッド２との間のそれぞれの接合強度や電気的な接続の信頼性等がより高い配線基板を提供することができる。
【００５５】
この場合、例えば図１に示しているように、接続パッド２は、ガラス成分の含有量が比較的多い下層２ａと、比較的少ない上層２ｂとによって構成されているとみなすこともできる。
【００５６】
貫通導体３に含有させるガラス成分としては、例えば、絶縁基板１をガラスセラミック焼結体で形成するときに用いるガラス成分と同様のものが挙げられる。また、貫通導体３におけるガラス成分の含有量は、絶縁基板１を形成する材料や貫通導体３の寸法等に応じて、適宜設定すればよい。
【００５７】
例えば、絶縁基板１がホウケイ酸ガラスを用いたガラスセラミック焼結体からなり、貫通導体３に添加するガラス成分がホウケイ酸ガラスであり、貫通導体３の寸法が、直径が100μｍの円形状（円柱状）の場合であれば、貫通導体３におけるガラス成分の含有量は10〜20質量％程度に設定すればよい。
【００５８】
接続パッド２について、上記のようにガラス成分の含有量が互いに異なる部分を有するものとする、例えば図１に示したように下層２ａと上層２ｂとからなるものとするには、接続パッド２をメタライズ法で形成するときに、接続パッド２となる金属ペーストについて、互いにガラス含有量が異なるものを準備しておいて、ガラス含有量が多い第１ペーストをまず最初に、セラミックグリーンシートの表面から貫通導体３となる金属ペーストの端部にかけて印刷し、次に、その印刷した第１ペースト上に、ガラス含有量が少ない第２ペーストを、例えば第１ペーストと同じパターンで印刷するようにし、その後焼成するようにすればよい。
【００５９】
なお、上記の場合において、接続パッド２のうちガラス成分の含有量が少ない部分、例えば上層２ｂは、ガラス成分を含有しない部分であってもよい。例えば、上記第２ペーストを、銅粉末のみを用いて有機溶剤等とともに混練して作製すれば、はんだバンプ６が接合される上面を含む上部が銅（銅の含有率が99.99質量％以上である、いわゆる純銅）か
らなるものとすることができる。
【００６０】
上記配線基板は、接続パッド２が、はんだバンプ６が接合されている上面側（例えば上層２ｂ）においてガラス成分を含有していない場合には、上記のように接続パッド２および電極５における空隙の発生の抑制、および貫通導体３と接続パッド２との間等の接合強度の向上等が可能であり、接続パッド２とはんだバンプ６との接合（電気的および機械的な接続）の信頼性を高くする上でも有利な配線基板を提供することができる。
【００６１】
接続パッド２のうちガラス成分を含有していない部分（上層２ｂ等）の厚さは、例えば、はんだ付け（リフロー）工程での溶蝕を考慮すると、５μｍ以上であることが望ましい。
【００６２】
この配線基板の接続パッド２にはんだバンプ６を接合すれば、図４に示すようなはんだバンプ付き配線基板となる。なお、図４は、本発明のはんだバンプ付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。
【００６３】
このようなはんだバンプ付き配線基板によれば、上記構成の配線基板と、接続パッド２に接合されたはんだバンプ６とを備えることから、接続パッド２のはんだバンプ６との接合面における、エレクトロマイグレーションによる空隙の発生を効果的に抑制することが可能であり、信頼性の高い半導体装置を製作することが可能なはんだバンプ付き配線基板を提供することができる。
【００６４】
はんだバンプ６は、上記のようにスズ−鉛やスズ−銀，スズ−銀−銅，スズ−銀−ビスマス等のはんだ材料によって形成されている。はんだバンプ６は、環境への悪影響を避ける上では、鉛等の有害物質を含有しない、いわゆる鉛フリーはんだであることが好ましい。
【００６５】
はんだバンプ６は、例えば上記のはんだ材料を用いて作製したはんだボールを接続パッド２上に位置合わせしてセットしておいて、電気炉等を用いてリフローすることによって形成することができる。この方法で形成されたはんだバンプ６は、接続パッド２との接合部分が平らに潰れた球形状になる。なお、半導体素子４の電極５との接続を容易とするために、複数のはんだバンプ６をまとめて上側から平坦な面（プレス用の金型等）で加圧してもよい。この場合には、はんだバンプ６の上面側も平坦になる。
【００６６】
また、上記構成の配線基板の搭載部１ａに半導体素子４を搭載し、半導体素子４の主面の電極５を接続パッド２に、はんだ（はんだバンプ）６を介して接合すれば、図５に示すような半導体装置が製作される。なお、図５は、本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。
【００６７】
はんだバンプ６を介した電極５と接続パッド２との接合は、例えば、上記本発明のはんだバンプ付き配線基板のはんだバンプ６上に半導体素子４の電極５を位置合わせして載せ、リフローする方法で行なうことができる。
【００６８】
また、上記半導体装置は、半導体素子４の電極５にはんだを凸状に接合しておいて（電極５側にはんだバンプ６を形成しておいて）、その後、電極５に接合したはんだバンプ６を介して、配線基板の接続パッド２に半導体素子４の電極５を接合するようにして製作することもできる。
【００６９】
半導体素子４は、シリコンやガリウム砒素リン，ゲルマニウム，ヒ化ガリウム，窒化ガリウム，炭化珪素等の半導体材料からなる半導体基板によって形成されている。半導体素子４は、例えば、１辺の長さが約３〜10ｍｍ程度の四角板状のシリコン基板であり、その主面に銅やアルミニウム等からなる電極５が形成されている。
【００７０】
電極５は、半導体素子４の電子回路（集積回路）（図示せず）を配線基板に電気的に接続させ、配線基板を介して半導体素子４と外部の電気回路とを電気的に接続させるためのものである。電極５は、例えば銅やアルミニウム，銀，パラジウム，ニッケル等の金属材料によって形成されている。これらの金属材料のうち銅およびアルミニウムが、電気抵抗が低いことや経済性等を考慮して電極５を形成する金属材料の主成分として多く用いられる。
【００７１】
なお、電極５の形状および寸法は、電子回路の配置位置等に応じて適宜設定され、例えば、直径が約100〜300μｍの円形状等に形成されている。
【００７２】
半導体素子４は、例えば半導体基板（シリコンウエハ等）の主面にシリコンの酸化膜（符号なし）を形成した後、アルミニウムや銅を、所定の電子回路や電極５のパターンに、蒸着法およびフォトリソグラフ法等の微細加工技術で形成することによって作製されている。半導体基板のうち電極５等の導体同士の間には、ポリイミド樹脂等の絶縁材料からなるパッシベーション層（符号なし）が形成されている。
【００７３】
このような半導体装置は、例えばコンピュータや通信機器，検査装置等の各種の電子機器に部品として実装される。電子機器が備えるマザーボード等の回路が外部の電気回路に相当する。
【００７４】
このような半導体装置によれば、上記構成のはんだバンプ付き配線基板と、搭載部１ａに搭載され、主面に形成された電極５が接続パッド２にはんだバンプ６を介して接合された半導体素子４とを備えることから、接続パッド２のはんだバンプ６との接合面における、エレクトロマイグレーションによる空隙の発生を効果的に抑制することが可能な、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００７５】
なお、以上の配線基板，はんだバンプ付き配線基板および半導体装置において、金属層８は、同じ材料で形成されているものである必要はなく、複数の材料が積層されて形成されているものであってもかまわない。また、同じ材料が複数回に分けて被着されてなる複数層の構成のものであってもよい。例えば、金属層８は、リンの含有率が互いに異なる２種類のニッケル−リン層が積層されて形成されたものであってもよい。
【実施例】
【００７６】
下記の半導体素子および配線基板を準備し、半導体素子の電極と配線基板の接続パッドとをスズ−銀はんだからなるはんだバンプを介して互いに電気的および機械的に接続して、実施例の半導体装置（本発明の配線基板を用いた半導体装置の一例）および比較例の半導体装置を作製した。実施例の半導体装置は、平面視で貫通導体の端部に被着された領域（被着領域）において、接続パッドの上面に金属層を形成し、比較例の半導体装置では金属層を形成しなかった。
【００７７】
半導体素子：半導体基板として、辺の長さが５×５ｍｍの正方形板状のシリコン基板を用い、この半導体基板の主面にシリコンの酸化膜を介してアルミニウムからなる電子回路と銅および銅を被覆するニッケル層からなる電極を配置したものを用いた。電極は、直径が約100μｍの円形状であり、半導体基板の主面に縦横の並びに64個（８×８）配列させ
た。
【００７８】
配線基板：ガラスセラミック焼結体を用いて作製した、各辺の長さが約10×10×１ｍｍの正方形板状の絶縁基板の上面に、銅のメタライズ層によって、直径が約150μｍの円形
状の接続パッドを形成した。接続パッドの個数は半導体素子の電極の個数と同じ64個であり、各接続パッドは、半導体素子の電極に対応する位置に形成した。貫通導体は、接続パッドと同様に銅を用いて、直径が約100μｍの円形状（円柱状）に形成し、その端部を接
続パッドの中央部に直接に接続した。
【００７９】
金属層：無電解めっき法により、ニッケル−リン合金からなる金属層を接続パッドの上面に被着させた。金属層について、その厚さは約1.5μｍであり、ニッケルの含有率は約95質量％であった。
【００８０】
はんだバンプ：スズ−銀−銅（Ｓｎ−３Ａｇ−0.5Ｃｕ）はんだを用いた。はんだバン
プの形成は、上記組成のはんだボールを半導体素子の電極上に載せて、約260℃でリフロ
ーして凸状に接合させることによって行なった。
【００８１】
以上の実施例および比較例、それぞれの半導体装置について、プリント回路基板に実装した後、配線基板と半導体素子との間で通電を500時間行なった後、接続パッドと電極と
の間における通電前後の抵抗値の上昇率を算出し、上昇率20％以上で故障と判定した。各接続パッドにおける通電量（配線基板の各貫通導体から接続パッドを通ってはんだバンプ、さらに電極にかけて流れる電流の、それぞれの接続パッドにおける大きさ）は約0.8Ａ
とした。半導体素子の電極においても同様に約0.8Ａの電流を通電させた。接続パッドに
おける電流密度は約4527Ａ／ｃｍ２であり、電極における電流密度は約10185Ａ／ｃｍ２
であった。
【００８２】
以上の結果、本発明の実施例の半導体装置では故障発生が見られなかったのに対し、比較例の半導体装置では20％の接続パッドにおいて故障が発生していた。これにより、本発明の配線基板を用いて作製した半導体装置における、接続パッドおよび電極での空隙の発生を抑制する効果を確認することができた。
【符号の説明】
【００８３】
１・・・絶縁基板
１ａ・・搭載部
２・・・接続パッド
３・・・貫通導体
４・・・半導体素子
５・・・電極
６・・・はんだ（はんだバンプ）
７・・・配線導体
８・・・金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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