(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】  上面に半導体素子の搭載部１ａを有する絶縁基板１と、搭載部１ａに配置された、半導体素子４の主面の電極５がはんだバンプ６を介して接合される接続パッド２と、絶縁基板１の搭載部１ａから内部にかけて形成され、端部が接続パッド２に接続された貫通導体３とを備え、接続パッド２の上面に、平面視で貫通導体３の端部が接続された領域の外側に、はんだバンプ６よりも電気抵抗が低い金属材料からなる凸部２ａが形成されている配線基板である。貫通導体３からの電流を凸部２ａに分散させて接続パッド２における電流密度を低く抑え、エレクトロマイグレーションによる空隙を抑制できる。【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、前記搭載部に配置された、前記電子部品素子の電極がはんだを介して接合される接続パッドと、前記絶縁基板の前記搭載部から内部にかけて形成され、端部が前記接続パッドに接続された貫通導体とを備える配線基板であって、前記接続パッドの上面に、平面視で前記貫通導体の端部が接続された領域の外側に、前記はんだよりも電気抵抗が低い金属材料からなる凸部が形成されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記接続パッドおよび前記凸部が銅または銅を主成分とする金属材料からな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】
前記接続パッドの中央部に前記貫通導体の前記端部が接続されており、前記凸部が、平面視で前記貫通導体の前記端部が接続された領域を取り囲んで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項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バンプ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、この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搭載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主面に、半導体素子の電極の配置に対応させ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（はんだバンプ）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。はんだバンプは、例えばスズ−銀やスズ−銀−ビスマス等のはんだ材料からなる。
【０００５】
なお、接続パッドには、搭載部から絶縁基板の内部や下面等にかけて形成された貫通導体の端部が接続され、この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。配線導体の露出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2008−132038号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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等の電子部品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面にボイド（空隙）が発生する可能性があるという問題点があった。
【０００９】
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を形成している銅等の金属材料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。
【００１０】
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。
【００１１】
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てなり、半導体素子等の電子部品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、接続パッドのエレクトロマイグレーションによる空隙が効果的に抑制された配線基板を提供することにある。また、本発明は、そのような接続パッドのはんだバンプとの接合面における空隙が効果的に抑制された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】
【００１２】
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、前記搭載部に配置された、前記電子部品素子の電極がはんだを介して接合される接続パッドと、前記絶縁基板の前記搭載部から内部にかけて形成され、端部が前記接続パッドに接続された貫通導体とを備える配線基板であって、前記接続パッドの上面に、平面視で前記貫通導体の端部が接続された領域の外側に、前記はんだよりも電気抵抗が低い金属材料からなる凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記接続パッドおよび前記凸部が銅または銅を主成分とする金属材料からな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、前記接続パッドの中央部に前記貫通導体の前記端部が接続されており、前記凸部が、平面視で前記貫通導体の前記端部が接続された領域を取り囲んで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
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。
【００１６】
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前記はんだバンプ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】
【００１７】
本発明の配線基板によれば、上記構成を備え、接続パッドの上面に、平面視で貫通導体の端部が接続された領域の外側に、はんだよりも電気抵抗が低い金属材料からなる凸部が形成されていることから、凸部によって、貫通導体から接続パッドを通ってはんだに流れる電流が、接続パッドのうち貫通導体の端部が接続された領域に集中することを抑制することができる。
【００１８】
つまり、凸部における電気抵抗がはんだ（はんだバンプ）における電気抵抗に比べて低いため、接続パッドからはんだバンプに流れようとする電流の相当部分が凸部、つまり接続パッドのうち平面視で貫通導体の端部が接続された領域の外側に分散して流れるようになる。これによって、接続パッドの一部における電流の集中を緩和して電流密度を低く抑え、接続パッドを形成している金属材料のエレクトロマイグレーションを抑制することができる。したがって、エレクトロマイグレーションによる接続パッドの空隙を抑制するこ
とができる。
【００１９】
すなわち、この凸部は、接続パッドとはんだバンプとの間の電気抵抗を調整して電流密度が接続パッドの一部分において他の部分よりも大きくなることを抑制する、電流密度調整用の層として機能する。
【００２０】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、接続パッドおよび凸部が銅または銅を主成分とする金属材料からなる場合には、凸部の電気抵抗を、スズを主成分とする金属材料からなるはんだバンプの電気抵抗に比べて低くすることが容易である。また、凸部の電気抵抗をできるだけ低く抑えて上記電流密度調整用の層としてより有効なものとする上で有利である。
【００２１】
また、接続パッドおよび凸部の両方が同じ銅または銅を主成分とする金属材料からなるため、例えばメタライズ法によって同時に形成することが容易であり、配線基板としての生産性を高くする上でも有利である。
【００２２】
また、複数の接続パッドを配置したときに、隣り合う接続パッド間のイオンマイグレーションを抑制する上でも有利である。
【００２３】
また、本発明の配線基板は、上記構成において、接続パッドの中央部に貫通導体の端部が接続されており、凸部が、平面視で貫通導体の端部が接続された領域を取り囲んで形成されている場合には、貫通導体に多少の位置ずれが生じたとしても、貫通導体の端部を接続パッドに接続させることが容易であり、配線基板としての電気的な信頼性や生産性の点で有利である。
【００２４】
また、凸部による電流密度の調整の効果を接続パッドの全周において得ることができるため、エレクトロマイグレーションによる空隙の発生をより効果的に抑制することもできる。
【００２５】
また、例えば貫通導体の端部が接続された領域を取り囲む環状に形成した凸部の内側にはんだバンプを接合する際の位置合わせ等も容易であり、この配線基板を用いてはんだバンプ付き配線基板や半導体装置を製作する際の生産性を高くすることも容易である。
【００２６】
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、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。
【００２７】
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バンプを介して接合された半導体素子とを備えることから、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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】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】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】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る。
【図６】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る。
【図７】（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。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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、以下の説明においては、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。電子部品素子としては、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複合素子や圧電素子等の他の電子部品素子を用いても構わない。
【００３０】
図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例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、端部が接続パッド２に接続された貫通導体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。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、酸化アルミニウムにガラス，焼結助剤を添加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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
接続パッド２は、銅や銀，パラジウム，金，白金，タングステン，モリブデン，マンガ
ン，チタン等の金属材料により形成されている。これらの金属材料、特に銅および銀は、電気抵抗が低いため、接続パッド２における電気抵抗を低く抑える上で有利である。
【００３６】
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30〜200μｍ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60〜300μｍ）等に形成される。
【００３７】
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に所定の接続パッド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。
【００３８】
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り、端部（搭載部１ａ側）が接続パッド２の下面に直接に接続されている。
【００３９】
搭載部１ａ側の端部が接続パッド２に接続された貫通導体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の露出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。
【００４０】
貫通導体３は、例えば、直径が約30μｍ〜200μｍ程度の円形状（円柱状）であり、平
面視で接続パッド２の中央部等の部分に接続している。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く、貫通導体３の一部が接続パッド２よりも外側にはみ出ていてもよい。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。
【００４１】
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も、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。
【００４２】
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−銀やスズ−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。
【００４３】
接続パッド２の上面には、平面視で貫通導体３の端部が接続された領域の外側の全域に、はんだバンプ６よりも電気抵抗が低い金属材料からなる凸部２ａが形成されている。凸
部２ａ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に流れる電流が、平面視で貫通導体３の端部が接続された領域（以下、接続領域）に集中するのを抑制するためのものである。
【００４４】
すなわち、接続パッド２の上面に上記構成の凸部２ａが形成されていることから、凸部２ａによって、接続パッド２のうち接続領域に電流が集中することを抑制することができる。
【００４５】
これは、凸部２ａの電気抵抗がはんだバンプ６の電気抵抗に比べて低いため、接続パッド２からはんだバンプ６に流れようとする電流の相当部分が凸部２ａ、つまり接続パッド２のうち接続領域の外側部分に流れるようになることによる。これによって、接続パッド２の一部（接続領域）における電流の集中を緩和して電流密度を低く抑え、接続パッド２を形成している銅等の金属材料のエレクトロマイグレーションを抑制することができる。したがって、エレクトロマイグレーションによる接続パッド２の空隙を抑制することができる。
【００４６】
言い換えれば、凸部２ａは、接続パッド２とはんだバンプ６との間の電気抵抗を調整して電流密度が接続パッド２の一部分において他の部分よりも大きくなることを抑制する、電流密度調整用の層として機能する。
【００４７】
凸部２ａは、銅や銀，金，ロジウム，ニッケル等の、電気抵抗（抵抗率）が、はんだバンプ６の主成分であるスズよりも低い金属材料、またはこれらの金属材料の合金からなる。また、凸部２ａは、これらの金属材料を２種類以上、層状に重ねたものでもよい。
【００４８】
凸部２ａは、接続パッド２と同様にメタライズ層によって形成することができる。また、あらかじめ所定の凸部２ａの形状および寸法に形成した金属材料を溶接法等の方法で接続パッド２の上面に接合することや、銅等のめっき層を接続パッド２の上面に被着させること等によって形成することもできる。
【００４９】
凸部２ａをメタライズ層として形成した場合には、メタライズ層を形成する金属ペーストの印刷厚みや表面張力等の影響により、図１に示すように、その縦断面形状が半円状等の扇形状になる傾向がある。
【００５０】
凸部２ａが図１に示すような扇形状の場合には、凸部２ａが薄い部分で電流密度を調整する効果が若干低くなる可能性はあるが、凸部２ａに角部分がないため、この角部分における欠け等の機械的な破壊を抑制することや、凸部２ａの形成を容易とすることにおいては有利である。
【００５１】
凸部２ａは、例えば接続パッド２と同様に、銅の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と同時焼成することによって形成することができる。この場合、まずセラミックグリーンシートに接続パッド２となる金属ペーストを印刷し、次に、この接続パッド２となる金属ペースト上の所定位置に、凸部２ａとなる金属ペーストを印刷し、その後、これらの金属ペーストをセラミックグリーンシートと同時焼成する。
【００５２】
このように、接続パッド２および凸部２ａをメタライズ層の形態で形成する際に、両者を同じ材料からなるものとして同時焼成すれば、配線基板の生産性を高くする上でも有利である。
【００５３】
凸部２ａは、凸部２ａの電気抵抗を低く抑えることや、酸化や隣り合う接続パッド２の凸部２ａ間のイオンマイグレーションの抑制およびコスト等を考慮すれば、銅または銅を
主成分とする金属材料からなるものが好ましい。この場合、凸部２ａと接続パッド２とが一体的に形成されているとみなすこともできる。凸部２ａと接続パッド２とが一体的に形成されたものは、金属ペーストの印刷および焼成で形成する場合に、先に凸部２ａに相当する厚みで接続領域の外側に印刷しておいて、その後、所定の接続パッド２のパターンおよび厚みで金属ペーストを印刷する方法で形成することもできる。
【００５４】
すなわち、このような配線基板においては、接続パッド２および凸部２ａが、ともに銅または銅を主成分とする金属材料からなることが好ましい。接続パッド２および凸部２ａが銅または銅を主成分とする金属材料からなる場合には、凸部２ａの抵抗を低く抑えて電流密度の調整の効果を得る上でより有効であり、配線基板としての信頼性およびコストにおいても有利である。なお、銅を主成分とする合金としては、銅−ニッケル合金、銅−スズ合金、銅−銀合金等が挙げられる。このような合金は、凸部２ａの電気抵抗を低く抑えるために、銅の含有率が70質量％以上であることが好ましい。
【００５５】
凸部２ａは、貫通導体３からはんだバンプ６にかけて流れる電流を接続領域の外側に（凸部２ａ側）に流れやすくする上では、厚み（凸部２ａ上面の接続パッド２上面に対する高さ）が厚い（高い）ほどよい。ただし、凸部２ａが厚くなりすぎると、凸部２ａが接続パッド２からはがれやすくなったり、欠け等の機械的な破壊が生じやすくなったりする可能性がある。また、生産性の低下やコストの増加を招く可能性がある。また、凸部２ａの厚みが厚いと接続領域の外側（凸部２ａ側）に過度に電流が流れやすくなりすぎる可能性があり、凸部２ａでエレクトロマイグレーションが発生しやすくなる可能性がある。また、凸部２ａは厚み（上記高さ）が薄い（低い）と貫通導体３からはんだバンプ６にかけて流れる電流を接続領域の外側（凸部２ａ側）に流れやすくする効果が小さくなる。
【００５６】
このような点を考慮して、凸部２ａの厚さは、例えば、凸部２ａが銅からなり、はんだバンプ６がスズ−銀−銅（Ｓｎ−３Ａｇ−0.5Ｃｕ）からなり、はんだバンプ６の厚さ（
電極５下面と接続パッド２上面との間の距離）が40〜60μｍの場合であれば、約10〜30μｍ程度とすればよい。
【００５７】
なお、凸部２ａは、平面視で接続領域内に位置する部分を含んでいると、もともと上記電流が流れやすい（電流密度が大きくなりやすい）接続領域において、さらに電流が流れやすい部分を生じさせてしまい、接続パッド２のエレクトロマイグレーションがさらに発生しやすくなり、空隙が発生しやすくなる可能性がある。そのため、凸部２ａは、平面視で接続領域内に位置する部分を含まないように形成する必要がある。
【００５８】
凸部２ａについて、上記のように金属ペーストの印刷および焼成で形成する場合には、この凸部２ａとなる金属ペーストが平面視で接続領域内に入らないようにするために、印刷時の版面（印刷用の製版）の位置合わせを正確に行なう必要がある。凸部２ａとなる金属ペーストの印刷時の版面の位置合わせは、高倍率ＣＣＤカメラを用いた複数カメラ視点による精度向上を行なうのが好ましい。
【００５９】
この場合、平面視で、凸部２ａと接続領域との間に若干の間隔をあけるようにして、凸部２ａが接続領域内に入ることをより確実に防ぐようにしてもよい。凸部２ａと接続領域との間に間隔をあけると、このあけた部分では電流密度の集中を抑制する効果は期待できないものの、凸部２ａが接続領域内に入らないようする上では有効である。このような間隔としては、例えば、凸部２ａとなる金属ペーストのスクリーン印刷時の位置精度、および電流密度の集中を抑制する効果の確保を考慮して、約５〜20μｍ程度がよい。
【００６０】
また、まず貫通孔を形成したセラミックグリーンシートの表面に、貫通孔を取り囲むパターンで、凸部２ａの厚みに対応した厚みで金属ペーストを印刷し、次に、貫通孔内に貫
通導体３となる金属ペーストを充填し、最後に、接続パッド２の所定のパターンおよび厚みで金属ペーストを印刷し、焼成するようにして、位置合わせの手間を抑えるようにしてもよい。
【００６１】
凸部２ａは、上記のように貫通導体３が円形状であり、接続領域が接続パッド２の中央部に位置する円形状の領域であれば、この円形状の接続領域を取り囲む円環状のパターンで形成される。また、凸部２ａの縦断面形状は、例えばメタライズ層として形成した場合であれば、図１に示すように、中央部が高く、内周側および外周側で低い形状になっている。
【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３に示すようなはんだバンプ付き配線基板となる。なお、図３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。
【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、はんだバンプ６に半導体素子４の電極５を接合して通電したときに、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、電気炉中で一体的に加熱する（リフロー）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）で加圧した場合には、はんだバンプ６の上面側も平坦になる。
【００６６】
なお、上記の例のように、はんだバンプ６の厚みは、はんだバンプ６の厚みに対する凸部２ａの厚みが30〜50％程度になるように設定することが好ましい。
【００６７】
このはんだバンプ付き配線基板の搭載部１ａに半導体素子４を搭載し、半導体素子４の主面に形成された電極５を接続パッド２に、はんだバンプ６を介して接合すれば、図４に示すような半導体装置となる。なお、図４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。
【００６８】
なお、図４に示すような半導体装置は、先に半導体素子４の電極５にはんだバンプ６を接合しておいて、その後、半導体素子４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してもよい。
【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】
半導体素子４の半導体基板の電極５が形成されていない表面には、ポリイミド樹脂等からなるパッシベーション層（符号なし）が被着されている。
【００７１】
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。
【００７２】
なお、電極５の形状および寸法は、電子回路２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。
【００７３】
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（図示せず）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。
【００７４】
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。
【００７５】
はんだバンプ６を介した電極５と接続パッド２との接続は、例えば以下のようにして行なわれる。すなわち、まずはんだバンプ付き配線基板上に半導体素子４を、はんだバンプ６上に電極５が載るように位置合わせして搭載し、その後、はんだバンプ６を加熱して電極５に接合させることによって、はんだバンプ６を介して電極５と接続パッド２とが互いに接続される。以上の工程によって、半導体素子４と配線基板とがはんだバンプ６を介して電気的および機械的に接続されてなる半導体装置が製作されている。
【００７６】
また、上記のようにはんだバンプ付き配線基板に半導体素子４を搭載する方法に限らず、先に半導体素子４の電極５にはんだバンプ６となるはんだボールを加熱して接合しておいて、その後、この電極５に接合したはんだバンプ６を介して電極５と接続パッド２とを接合するようにしてもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
また、以上のはんだバンプ付き配線基板および半導体装置においても、上記配線基板の場合と同様に、接続パッド２および凸部２ａが銅からなる場合には、凸部２ａによる電流密度の調整の効果や、信頼性およびコストの点において有利である。
【００７９】
また、このような配線基板およびはんだバンプ付き配線基板ならびに半導体装置は、図１および図３に示すように、接続パッド２の中央部に貫通導体３の端部が接続されており、凸部２ａが、平面視で貫通導体３の端部が接続された領域を取り囲んで（全周にわたって環状に）形成されている場合には、貫通導体３に多少の位置ずれが生じたとしても、貫通導体３の端部を接続パッド２に接続させることができ、配線基板としての電気的な信頼
性や生産性の点で有利である。
【００８０】
また、環状に形成した凸部２ａの内側にはんだバンプ６（はんだボール）を接合する際に、この環状の部分の内側にはんだボールをはめて位置合わせすることができる。そのため、はんだバンプ６の接続パッド２に対する位置合わせ等も容易であり、この配線基板を用いてはんだバンプ付き配線基板や半導体装置を製作する際の生産性を高くすることも容易である。
【００８１】
また、凸部２ａによる電流密度の調整の効果を接続パッド２の全周において得ることができるため、エレクトロマイグレーションによる空隙の発生をより効果的に抑制することもできる。
【００８２】
なお、上記配線基板は、図５に示すように、凸部２ａの縦断面形状が四角形状であってもよい。なお、図５は、本発明の配線基板の実施の形態の他の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。また、図５においては、図１と同様に、配線基板に半導体素子４を接合した状態を示している。
【００８３】
縦断面が四角形状の凸部２ａは、この凸部２ａの形状および寸法に形成した銅等の金属材料を、接続パッド２の上面に接合した場合に形成される。この場合の金属材料の加工は、例えば銅板に切断加工やエッチング加工等の加工を施して環状等の凸部２ａの形状にすることによって行なわれる。また、凸部２ａとなる金属材料の接続パッド２に対する接合は、例えば電子ビーム溶接法等の溶接法によって行なうことができる。
【００８４】
凸部２ａの縦断面が四角形状の場合には、凸部２ａの厚み方向の電気抵抗を同じ程度に揃えて、凸部２ａの全域において接続領域の外側に電流を流して電流密度を調整する効果を高める上で有利である。また、凸部２ａをメタライズ層として形成する場合に比べて、凸部２ａの厚みを厚くして、電流が凸部２ａに流れやすくすることもより容易である。
【００８５】
このような形態の配線基板における効果は、この形態の配線基板を用いて作製したバンプ付き配線基板および半導体装置においても同様に得ることができる。
【００８６】
また、上記配線基板は、図６に示すように、凸部２ａの厚みが、平面視で接続領域に近い部分で大きく、遠い部分で小さいものであってもよい。なお、図６は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。図６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６においても、図１と同様に、配線基板に半導体素子４を接合した状態を示している。
【００８７】
凸部２ａについて、その厚みを、平面視で接続領域に近い部分で大きく、遠い部分で小さくした場合には、電流が流れやすい接続領域に近い部分において凸部２ａの電気抵抗をより低く抑えて、接続領域から凸部２ａ側に電流がより流れやすくすることができる。そのため、凸部２ａによる電流密度の調整の効果をより効果的に得ることができる。また、凸部２ａの全体を高くする必要がないため、凸部２ａを形成する金属材料を節減することもできる。
【００８８】
上記平面視で接続領域に近い部分で厚みが大きく、遠い部分で厚みが小さい凸部２ａは、例えば図５に示すように金属材料で凸部２ａを形成するときに、その金属材料の厚みが上記のような構成になるようにエッチング加工等の加工条件を調整すればよい。
【００８９】
このような形態の配線基板における効果は、この形態の配線基板を用いて作製したバンプ付き配線基板および半導体装置においても同様に得ることができる。
【００９０】
また、上記配線基板は、図７に示すように、貫通導体３の端部の接続パッド２との接続位置が接続パッド２の外周側に偏っていたり、複数の貫通導体３が１つの接続パッド２に接続されていたりしてもかまわない。なお、図７（ａ）は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の平面図である。図７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７（ａ）においても、図１と同様に、配線基板に半導体素子４を接合した状態を示し、図７（ｂ）においては配線基板のみを示している。
【００９１】
これは、例えば複数の接続パッド２を狭い間隔で搭載部１ａに形成したときに、隣り合う接続パッド２の貫通導体３の間隔を広げるために貫通導体３を接続パッド２の外周側に接続させたり、貫通導体３と接続パッド２との接続面積を増やすために複数の貫通導体３を１つの接続パッド２に接続させたりするような場合である。
【００９２】
このような場合には、凸部２ａによる電流密度の調整の効果を得ることができる上に、上記のように接続パッド２の高密度化や小型化等に対応することも可能な配線基板（はんだバンプ付き配線基板および半導体装置）とすることができる。
【００９３】
なお、図７に示す例においては、接続パッド２および貫通導体３を平面視で楕円形状としている。接続パッド２を楕円形状とするのは、例えば、接続パッド２同士の隣接間隔を１つの方向において小さくしながら、接続パッド２のはんだバンプ６に対する接合面積を広くするような場合である。また、貫通導体３を楕円形状とするのは、例えば複数の貫通導体３を１つの接続パッド２に接続させる場合に貫通導体３間の間隔を確保して電気絶縁性を確保するような場合である。
【００９４】
このような形態の配線基板における効果は、この形態の配線基板を用いて作製したバンプ付き配線基板および半導体装置においても同様に得ることができる。
【実施例】
【００９５】
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、接続パッドに凸部を形成し、比較例の半導体装置では凸部を形成しなかった。
【００９６】
半導体素子：半導体基板として、辺の長さが10×10ｍｍ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256個（16×16）配列させた。
【００９７】
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22×22×２ｍｍ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256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。
【００９８】
凸部：接続パッドと同様に銅のメタライズ層によって、接続パッドの外周部に平面視で貫通導体が接続されている領域の外側に環状に、縦断面が円弧状形成した。凸部の縦断面形状は、最大の厚みが約20μｍの扇形状（半円状）とした。
【００９９】
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℃で加熱し
て溶融接合させて行なった。
【０１００】
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に流れる電流の、それぞれの接続パッドにおける大きさ）は0.8Ａとし、1000時間の通電
を行なった。
【０１０１】
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】
【０１０２】
１・・・絶縁基板
１ａ・・半導体素子の搭載部
２・・・接続パッド
２ａ・・凸部
３・・・貫通導体
４・・・半導体素子
５・・・電極
６・・・はんだバンプ
７・・・配線導体
【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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【図６】
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【図７】
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