(57)【要約】【課題】はんだの高さを確保し、接合の信頼性を向上させることができる接合体、該接合体を用いることで小面積化が可能な半導体装置、該接合体でプリント配線板に接合される半導体装置を有するプリント回路板を提供する。【解決手段】プリント回路板１００は、半導体素子１が実装され、片面に電極パッド８が形成されたインターポーザ２と、インターポーザ２に対向する片面に電極パッド９が形成されたプリント配線板３と、電極パッド８，９を接合する接合体７０と、を備えている。接合体７０は、はんだ層６０と、電極パッド８，９に接合された金属層５０，５０と、を有している。各金属層５０，５０は、金属粒子同士が結合して形成された金属粒子集合体１０と、金属粒子集合体１０の隙間に埋められたはんだ１１とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子が実装され、一方の表面に第１の電極パッドが形成され、他方の表面に外部と接続するための外部電極が形成された第１のインターポーザとを有する第１の半導体装置と、
第２の半導体素子と、前記第２の半導体素子が実装され、前記第１のインターポーザに対向する表面に第２の電極パッドが形成された第２のインターポーザとを有する第２の半導体装置と、
前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを接合する接合体と、を備えた積層型半導体装置において、
前記接合体は、はんだ層と、前記第１及び第２の電極パッドのうち、少なくとも一方の電極パッドに接合された金属層とが積層されてなり、
前記金属層は、複数の金属粒子が隙間を有した状態で一体化した金属粒子集合体と、該金属粒子集合体の隙間を埋めたはんだとからなることを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項２】
前記金属粒子集合体の融点は、前記はんだの融点よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の積層型半導体装置。
【請求項３】
前記金属粒子は、銅もしくは銅合金からなることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型半導体装置。
【請求項４】
前記金属層において、前記金属粒子集合体の外表面ははんだで被覆されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の積層型半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積層型半導体装置と、
前記積層型半導体装置が実装されたプリント配線板と、を備えたプリント回路板。
【請求項６】
一方の表面に第１の電極パッドが形成されたプリント配線板と、
半導体素子と、前記半導体素子が実装され、前記プリント配線板に対向する表面に第２の電極パッドが形成されたインターポーザとを有する半導体装置と、
前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを接合する接合体と、を備えたプリント回路板において、
前記接合体は、はんだ層と、前記第１及び第２の電極パッドのうち、少なくとも一方の電極パッドに接合された金属層とが積層されてなり、
前記金属層は、複数の金属粒子が隙間を有した状態で一体化した金属粒子集合体と、該金属粒子集合体の隙間を埋めたはんだとからなることを特徴とするプリント回路板。
【請求項７】
前記金属粒子集合体の融点は、前記はんだの融点よりも高いことを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
【請求項８】
前記金属粒子は、銅もしくは銅合金からなることを特徴とする請求項６または７に記載のプリント回路板。
【請求項９】
前記金属層において、前記金属粒子集合体の外表面ははんだで被覆されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のプリント回路板。
【請求項１０】
片面に第１の電極パッドが形成された第１のプリント配線板と、
前記第１のプリント配線板に対向する片面に第２の電極パッドが形成された第２のプリント配線板と、
第１の電極パッドと第２の電極パッドを接合する接合体と、を有するプリント配線板の接合構造において、
前記接合体は、はんだ層と、前記第１及び第２の電極パッドのうち、少なくとも一方の電極パッドに接合された金属層とが積層されてなり、
前記金属層は、複数の金属粒子が隙間を有した状態で一体化した金属粒子集合体と、該金属粒子集合体の隙間を埋めたはんだとからなることを特徴とするプリント配線板の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極パッド同士を接合する接合体を有する積層型半導体装置、プリント回路板、及びプリント配線板の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラを初めデジタル機器の軽薄短小化が進み、より小さいスペースに多くの電子部品が実装された半導体装置が使用されている。また複数の半導体装置を積層した、積層型半導体装置が注目されている。積層型の半導体装置では、半導体素子をインターポーザに実装した半導体パッケージ上に、更に別の半導体パッケージをはんだ等の接合体により接合して形成されている。
【０００３】
半導体装置としては、外部接続電極となる接合体にはんだボールを用いているＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）の半導体パッケージが主流である。またＢＧＡの中でも、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）のように、半導体素子と同等あるいは僅かに大きいインターポーザからなる半導体パッケージの採用が増えてきている。
【０００４】
一般に、半導体素子の動作時の発熱により、インターポーザには反り等の熱変形が生ずる。この時、接合体として使用されるはんだは、半導体装置と半導体装置を実装するプリント配線板の構成部材の中で最も軟らかいため、このはんだがインターポーザ間又はインターポーザとプリント配線板間の線膨張係数の差を吸収する役割を果たしている。この時はんだには、せん断応力が集中する。
【０００５】
この接合体のはんだに発生するせん断応力は、半導体装置をプリント配線板に実装する場合は、半導体装置のインターポーザの熱変形量とプリント配線板の熱変形量との差を接合体であるはんだの高さで除した値で評価される。また積層型の半導体装置の場合は、上側の半導体パッケージのインターポーザの熱変形量と下側のインターポーザの熱変形量との差を接合体であるはんだの高さで除したひずみ値で評価される。このひずみ値が大きいほどせん断応力が集中し、接合部が破断し易いと言うことになる。従って、半導体装置を更に小型化するため、はんだボールの径を小さくすればするほど、ひずみ値は大きくなり、接合部であるはんだボールは破断し易くなる。
【０００６】
また、積層型半導体装置の場合、半導体素子を実装したインターポーザ上に、更に別のインターポーザを積層して接続するため、上下のインターポーザを接続する接合部には、下のインターポーザに実装される半導体素子の高さ以上の高さが必要である。そのため、半導体装置の小型化のため、接合部としてはんだボールの径を単純に小さくした場合、下側のインターポーザに実装される半導体素子以上の高さが確保できなくなってしまう。
【０００７】
特許文献１には、接合部の高さを確保するため、下側のインターポーザの電極パッドに円柱状の金属ポストを形成し、金属ポストの上にはんだボールを配置することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２３５３７８号公報
【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、特許文献１の構成の場合、はんだボールの径を小さくすると、前述のひずみ値が大きくなり、はんだボールと金属ポストとの界面に亀裂が発生しやすくなる。特に、材料の物性が急激に変化するはんだボールと金属ポストとの界面にはせん断応力が集中するため、従って長期信頼性が確保できないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、接合体の高さを確保しながら、接合の信頼性を向上させることができる積層型半導体装置、プリント回路板、及びプリント配線板の接合構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子が実装され、一方の表面に第１の電極パッドが形成され、他方の表面に外部と接続するための外部電極が形成された第１のインターポーザとを有する第１の半導体装置と、第２の半導体素子と、前記第２の半導体素子が実装され、前記第１のインターポーザに対向する表面に第２の電極パッドが形成された第２のインターポーザとを有する第２の半導体装置と、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを接合する接合体と、を備えた積層型半導体装置において、前記接合体は、はんだ層と、前記第１及び第２の電極パッドのうち、少なくとも一方の電極パッドに接合された金属層とが積層されてなり、前記金属層は、複数の金属粒子が隙間を有した状態で一体化した金属粒子集合体と、該金属粒子集合体の隙間を埋めたはんだとからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接合体が、はんだ層と、金属粒子集合体を有する金属層とを備え、金属層が金属粒子集合体の隙間に埋められたはんだを有しているので、はんだ層と金属層との境界部分において材料物性が急激に変化する部位がなくなる。したがって、はんだ層と金属層との境界部分にせん断応力が集中するのを抑制することができ、はんだに発生するひずみを緩和することができる。さらに、せん断応力を吸収するはんだで金属粒子集合体の隙間を埋めることにより、接合体におけるはんだの高さが、はんだ層のみの高さよりも高くなる。即ち、はんだ層のみならず金属粒子集合体の隙間に埋められるはんだがせん断応力を吸収する働きをするため、はんだに発生するひずみを効果的に緩和することができる。これにより、接合体の高さを確保すると共に、接合体の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図。
【図２】プリント配線板と半導体装置とを接合する各工程を説明する模式図。
【図３】第２実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図。
【図４】プリント配線板と半導体装置とを接合する各工程を説明する模式図。
【図５】第３実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図。
【図６】プリント配線板と半導体装置とを接合する各工程を説明する模式図。
【図７】第４実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図。
【図８】第５実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図。
【図９】第６実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図。
【図１０】実施例１における、接合体に発生するひずみの変化率を示したグラフ。
【図１１】実施例２における、接合体に発生するひずみの変化率を示したグラフ。
【図１２】実施例３における、接合体に発生するひずみの変化率を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）は、プリント回路板の全体の概略断面図であり、図１（ｂ）は接合部分の部分拡大図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、プリント回路板１００は、第１プリント配線板であるプリント配線板（マザーボード）３と、プリント配線板３に実装された半導体装置４と、を備えている。
【００１７】
半導体装置４は、例えばＣＰＵ等の半導体チップからなる半導体素子１と、半導体素子１が実装された第２プリント配線板であるインターポーザ２と、を有する半導体パッケージである。インターポーザ２の一方の表面（片面）２ａとプリント配線板３の一方の表面（片面）３ａとは、互いに対向している。半導体素子１は、インターポーザ２の他方の表面２ｂに実装され、表面２ｂと共に封止樹脂７で封止されている。
【００１８】
インターポーザ２の表面２ａには、複数の電極パッド（第２の電極パッド）８が互いに間隔をあけて形成されており、プリント配線板３の表面３ａには、電極パッド８に対向する複数の電極パッド（第１の電極パッド）９が互いに間隔をあけて形成されている。例えば電極パッド８，９は、アレイ状に等間隔に配置されている。そして電極パッド８と電極パッド９とが接続電極となる接合体７０で接合されている。この接合体７０により電極パッド８と電極パッド９とが電気的に接続される。
【００１９】
接合体７０は、図１（ｂ）に示すように、はんだ１１で形成されたはんだ層６０と、両方の電極パッド８，９に設けられ、はんだ層６０が取り付けられる金属層５０，５０と、を備えている。つまり、接合体７０は、金属層５０、はんだ層６０、金属層５０が積層された構造となっている。
【００２０】
各金属層５０，５０は、金属粒子が隙間を有した状態で一体化した多孔質の金属粒子集合体１０を有している。金属粒子集合体１０，１０は電極パッド８，９に接合されている。各金属粒子集合体１０には、多数の隙間が形成されており、隙間には、溶融したはんだが流入するようになっている。溶融したはんだを金属粒子集合体１０の隙間に流入させて、隙間を固化したはんだ１１で埋めることで、金属層５０とはんだ層６０とが接合される。このとき金属粒子集合体１０は、はんだ１１との化合物を介して金属接合しており、金属粒子集合体１０の隙間をはんだ１１が埋めている。この結果、はんだ１１はプリント配線板３に形成された電極パッド９とインターポーザ２に形成された電極パッド８とに接するまで金属粒子集合体１０の隙間に埋まり、電極パッド８と電極パッド９とがはんだ１１により接合されることになる。
【００２１】
なお、金属粒子集合体１０は、はんだ１１とぬれ性の良い材料であれば金属粒子集合体１０の隙間をはんだ１１が埋めることができるので、好ましくは銅、または銅を主成分とした銅合金で形成するのがよい。より好ましくは、金属粒子集合体１０は、製造が容易な、銅を主成分としたスズを含む合金で形成するのがよい。
【００２２】
次に、本第１実施形態のプリント回路板１００の製造方法について、図２を参照しながら説明する。図２は、プリント配線板３と半導体装置４とを接合するまでの各工程を説明するための模式図である。図２（ａ）は第１の金属粒子供給工程、図２（ｂ）は第１の金属粒子集合体形成工程、図２（ｃ）ははんだ供給工程、図２（ｄ）は第２の金属粒子供給工程、図２（ｅ）は第２の金属粒子集合体形成工程、図２（ｆ）は接合工程を示している。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すように、金属粒子１６及び金属粒子１７がフラックスと混ぜられたペーストを、インターポーザ２の各電極パッド８にスクリーン印刷によって供給する。金属粒子１６は、例えば銅粒子であり、金属粒子１７は、例えばスズ粒子である。スクリーン印刷で供給する場合、供給量のバラつきを抑えるため、金属粒子１６及び金属粒子１７は粒径２０μｍ以下が好ましい。インターポーザ２には、複数の半導体素子１が搭載されており、半導体素子１と半導体素子１が搭載された表面２ｂは封止樹脂７で封止されている。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、金属粒子１６及び金属粒子１７を含むペーストが供給されたインターポーザ２を、リフローなどの加熱方法により、金属粒子同士を金属拡散させることで、はんだ１１の融点よりも高い金属粒子集合体１０を形成する。この加熱では、金属粒子１６は溶融しないが、金属粒子１６同士の界面では金属拡散により金属接合することで、金属粒子集合体１０が形成される。例えば銅粒子である金属粒子１６とスズ粒子である金属粒子１７とを加熱することにより、金属拡散により銅とスズとの合金粒子が形成されると共に合金粒子同士が結合して金属粒子集合体１０が形成される。
【００２５】
なお、ペーストの供給方法は、ディスペンスなど、印刷以外の方法で供給することも可能である。同様に、加熱方法も、金属拡散する温度まで加熱できれば、スポット加熱などの方法でもよい。
【００２６】
結果、その後の加熱により金属粒子集合体１０をはんだ１１の融点まで加熱しても、金属粒子集合体１０は、粒子同士の集合状態を保持できる。また、金属粒子集合体１０は、表面張力によって球状にならずにインターポーザ２の電極パッド８にスクリーン印刷によって転写された形状に近い形状を保持する。
【００２７】
加熱後は隙間を有する状態で金属粒子集合体１０が形成されることになるが、図２（ｃ）に示すように、金属粒子集合体１０上にはんだからなるはんだボール１１０を載置し、リフロー加熱する。ここで、スクリーン印刷で金属粒子１６及び金属粒子１７を含むペーストは、はんだボール１１０を載置しやすいように、平坦面を有していることが望ましい。
【００２８】
金属粒子集合体１０に搭載されたはんだボール１１０はリフロー加熱によって溶融し、溶融したはんだが金属粒子集合体１０の隙間に含浸する。これにより、金属粒子集合体１０の隙間にはんだ１１が埋められた金属層５０が形成される。
【００２９】
金属粒子集合体１０の隙間に溶融したはんだを含浸させるためには、金属粒子集合体１０は溶融したはんだとぬれ性のある合金であれば良い。例えば銅とスズとの合金がよい。その後、断裁位置１２０で個片化することで、半導体装置４が製造される。
【００３０】
一方プリント配線板３についても同様に、図２（ｄ）に示すように、金属粒子１６及び金属粒子１７がフラックスと混ぜられたペーストをスクリーン印刷によってプリント配線板３の電極パッド９に供給する。そして、図２（ｅ）に示すように、インターポーザ２に金属粒子集合体１０を形成する場合と同様、リフロー加熱等により金属粒子集合体１０を形成する。形成された金属粒子集合体１０は、隙間を有する構造になる。
【００３１】
次に、図２（ｆ）に示すように、インターポーザ２の表面２ａとプリント配線板３の表面３ａとを対向させて、インターポーザ２側の金属粒子集合体１０に接合したはんだボール１１０を、プリント配線板３側の金属粒子集合体１０の上に載置する。そして、半導体装置４とプリント配線板３とをリフロー加熱することで、はんだをプリント配線板３に設けられた金属粒子集合体１０に含浸させる。
【００３２】
これにより、金属粒子集合体１０の隙間をはんだ１１が埋めることで、図１（ａ）に示す金属層５０とはんだ層６０とが積層された接合体７０が形成され、半導体装置４とプリント配線板３とが接合される。
【００３３】
以上の構成によれば、接合体７０が、はんだ層６０と金属層５０，５０との積層構造であり、金属層５０，５０がはんだの嵩上げをする台座として機能している。そして、金属層５０が、金属粒子集合体１０の隙間にはんだ１１が埋められて形成されている。したがって、はんだ１１からなるはんだ層６０とはんだ１１が含浸した金属層５０，５０との境界部分において材料物性が急激に変化する部位がなくなる。これにより、はんだ層６０と金属層５０，５０との境界部分にせん断応力が集中するのを抑制することができ、はんだ１１に発生するひずみを緩和することができる。
【００３４】
さらに、せん断応力を吸収するはんだ１１で金属粒子集合体１０の隙間を埋めたことにより、電極パッド８，９まではんだ１１が染み渡っており、接合体７０におけるはんだの高さがはんだ層６０だけの高さよりも高くなる。即ち、はんだ層６０のみならず金属粒子集合体１０の隙間に埋められたはんだ１１がせん断応力を吸収する働きをするため、はんだ１１に発生するひずみを効果的に緩和することができる。これにより、接合体７０の高さを確保すると共に、接合体７０の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
そして、接合体７０の高さを確保しつつ接合体７０の信頼性を向上させることができるので、電極パッド８同士（つまり、接合体７０同士）の間隔を狭くすることができ、インターポーザ２、つまり半導体装置４を小面積化することができる。
【００３６】
また、金属粒子集合体１０は、はんだよりも融点が高いため、はんだボール１１０を溶融させ、はんだ層６０と接合構造を形成する際においても、形状を崩すことがない。そのため、接合体７０の高さを高くすることが可能になる。また、はんだボール１１０が溶融した後においても金属粒子がはんだ１１中に分散することがない。したがって、温度変化などによる応力に対して、ひずみを効果的に緩和することが可能になる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る接合体を適用したプリント回路板について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。図３（ａ）は、プリント回路板の全体の概略断面図であり、図３（ｂ）は接合部分の部分拡大図である。なお、上記実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
上記第１実施形態では、インターポーザ２の電極パッド８と、プリント配線板（マザーボード）３の電極パッド９とに金属粒子集合体１０を設けて金属層５０を形成した場合について説明した。金属層５０は、インターポーザ２の電極パッド８、プリント配線板（マザーボード）３の電極パッド９のうち、少なくとも一方の電極パッドに形成すればよく、本第２実施形態では、電極パッド９に金属層５０を形成する場合について説明する。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、プリント回路板１００Ａは、半導体装置４のインターポーザ２とプリント配線板３とが接合体７０Ａで接合されて構成されている。図３（ｂ）に示すように、接合体７０Ａは、プリント配線板３の電極パッド９に形成された金属粒子集合体１０を有する金属層５０と、はんだ１１からなるはんだ層６０とで構成されている。つまり、接合体７０Ａは、金属層５０、はんだ層６０が積層された構造となっている。
【００４０】
はんだ層６０のはんだ１１は、インターポーザ２の電極パッド８に接合されている。また、はんだ１１は溶融状態のときに金属粒子集合体１０の隙間に含浸し固化して隙間を埋めている。これにより金属層５０とはんだ層６０とが接合される。また、金属粒子集合体１０の隙間に埋まっているはんだ１１は、電極パッド９に達しているので、電極パッド９に接合される。以上の構成の接合体７０Ａにより、インターポーザ２の電極パッド８とプリント配線板３の電極パッド９とが接合される。
【００４１】
なお、本第２実施形態では、プリント配線板３の電極パッド９に金属粒子集合体１０を有する金属層５０を形成したが、インターポーザ２の電極パッド８に金属層５０を形成してもよい。
【００４２】
次に、本第２実施形態のプリント回路板１００Ａの製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、プリント配線板３と半導体装置４とを接合するまでの各工程を説明するための模式図である。図４（ａ）は金属粒子供給工程、図４（ｂ）は金属粒子集合体形成工程、図４（ｃ）は接合工程を示している。なお、本第２実施形態の製造方法は、上記第１実施形態の製造方法において、インターポーザ２側に金属粒子集合体を形成するのを省略したものである。つまり、半導体装置４のインターポーザ２には、金属粒子集合体が形成されていない。
【００４３】
まず、図４（ａ）に示すように、金属粒子１６及び金属粒子１７を含むペーストを、プリント配線板３の各電極パッド９にスクリーン印刷によって供給する。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、金属粒子１６及び金属粒子１７を含むペーストが供給されたプリント配線板３を、リフローなどの加熱方法により、金属粒子同士を金属拡散させることで、はんだ１１の融点よりも高い金属粒子集合体１０を形成する。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示すように、インターポーザ２の面２ａとプリント配線板３の面３ａとを対向させて、インターポーザ２の電極パッド８に接合されているはんだボール１１０を、プリント配線板３側の金属粒子集合体１０の上に載置する。そして、半導体装置４とプリント配線板３とをリフロー加熱することで、溶融したはんだをプリント配線板３に設けられた金属粒子集合体１０に含浸させる。
【００４６】
これにより、金属粒子集合体１０の隙間をはんだ１１が埋めることで、図３（ａ）に示す金属層５０とはんだ層６０とが積層された接合体７０Ａが形成され、半導体装置４とプリント配線板３が接合される。
【００４７】
以上、本第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、接合体７０Ａの信頼性を向上させることができ、半導体装置４を小面積化することができる。また、第１の実施形態と比較し、半導体装置側に金属粒子の集合体を形成する工程が不要なため、工程数を少なく製造できる。
【００４８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る接合体を適用したプリント回路板について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。図５（ａ）は、プリント回路板の全体を示す概略断面図であり、図５（ｂ）は接合部分の部分拡大図である。なお、上記実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、プリント回路板１００Ｂは、半導体装置４のインターポーザ２とプリント配線板３とが接合体７０Ｂで接合されて構成されている。図５（ｂ）に示すように、接合体７０Ｂは、プリント配線板３の電極パッド９に形成された多孔質の金属粒子集合体１０Ｂを有する金属層５０Ｂと、はんだ１１からなるはんだ層６０Ｂとで構成されている。つまり、接合体７０Ｂは、金属層５０Ｂ、はんだ層６０Ｂが積層された構造となっている。
【００５０】
金属粒子集合体１０Ｂは、多数の隙間が形成されており、隙間に溶融はんだが流入するようになっている。はんだ層６０Ｂのはんだ１１は、インターポーザ２の電極パッド８に接合されている。また、はんだ１１は溶融状態で金属粒子集合体１０Ｂの隙間に含浸し、隙間を埋めると共に、金属粒子集合体１０Ｂの外表面を被覆している。これにより金属層５０Ｂとはんだ層６０Ｂとが接合される。また、金属粒子集合体１０Ｂの隙間に埋められたはんだ１１は、電極パッド９に達することで電極パッド９に接合され、また、金属粒子集合体１０Ｂの外表面を覆うはんだ１１は、電極パッド９に達することで電極パッド９に接合されている。以上の構成の接合体７０Ｂにより、インターポーザ２の電極パッド８とプリント配線板３の電極パッド９とが接合される。
【００５１】
なお、本第３実施形態では、インターポーザ２の電極パッド８に金属粒子集合体１０Ｂを有する金属層５０Ｂを形成したが、プリント配線板３の電極パッド９に金属層５０Ｂを形成してもよいし、両方の電極パッド８，９に金属層５０Ｂを形成してもよい。
【００５２】
プリント配線板３の電極パッド９はＮＳＭＤ（Ｎｏｎ  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｍａｓｋ  Ｄｅｆｉｎｅｄ）になっているが、ＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ  Ｍａｓｋ  Ｄｅｆｉｎｅｄ）でも構わない。
【００５３】
次に、本第３実施形態のプリント回路板１００Ｂの製造方法について、図６を参照しながら説明する。なお、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様の製造方法で最後の接合工程において金属粒子集合体の外表面をはんだで覆ってもよいが、本第３実施形態では、別の製造方法について説明する。図６は、プリント配線板３と半導体装置４とを接合するまでの各工程を説明するための模式図である。図６（ａ）は金属粒子供給工程、図６（ｂ）は金属粒子集合体形成工程、図６（ｃ）は接合工程を示している。
【００５４】
まず、図６（ａ）に示すように、金属粒子１８及びはんだ粉１９がフラックスと混ぜられたペーストを、プリント配線板３の各電極パッド９にスクリーン印刷によって供給する。スクリーン印刷で供給する場合、供給量のバラつきを抑えるため、金属粒子１８は粒径２０μｍ以下が好ましい。一般的に使用されているはんだペーストと異なり、はんだ粉１９及びフラックスの他に、リフロー加熱等の加熱によって溶融しない金属粒子１８が混合されている。金属粒子１８は、はんだとぬれ性が良い材料且つはんだの融点よりも高ければよく、好ましくは銅（Ｃｕ）である。金属粒子１８がリフロー加熱中に酸化により、はんだとのぬれ性が低下しないように、金属粒子１８の表面を例えば金（Ａｕ）でめっきしても良い。
【００５５】
次に、図６（ｂ）に示すように、プリント配線板３の電極パッド９に設けたペーストを、リフロー加熱等により加熱し、金属粒子集合体１０Ｂが形成されると共に、金属粒子集合体１０Ｂの隙間にはんだ１１が埋められた構造５が形成される。これと同時に、金属粒子集合体１０Ｂは、はんだ１１で被覆される。
【００５６】
つまり、リフロー加熱によって金属粒子集合体１０Ｂの隙間にはんだ１１が埋められると同時に、リフロー加熱によって溶融したことで、はんだ１１が金属粒子集合体１０Ｂを被覆する。
【００５７】
次に、図６（ｃ）に示すように、インターポーザ２の面２ａとプリント配線板３の面３ａとを対向させて、インターポーザ２の電極パッド８に接合したはんだボール１１０を、プリント配線板３側の金属粒子集合体１０Ｂを有する構造５の上に載置する。そして、半導体装置４とプリント配線板３とをリフロー加熱することで、図５（ａ）に示す金属層５０Ｂとはんだ層６０Ｂとが接合された接合体７０Ｂが形成され、半導体装置４とプリント配線板３が接合される。
【００５８】
以上、本第３実施形態によれば、接合体７０Ｂの金属層５０Ｂが、金属粒子集合体１０Ｂの隙間をはんだ１１で埋めると共に、金属粒子集合体１０Ｂの外表面をはんだ１１で被覆して構成されている。これにより、金属粒子集合体１０Ｂの隙間をはんだ１１が埋めた構造の体積分だけ、高さを確保できる。また、金属粒子集合体１０Ｂとはんだ１１の界面近傍、及びはんだ１１と電極パッド９の界面近傍にひずみを分散させることができ、接合体７０Ｂに発生するひずみを更に低減することができる。
【００５９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る接合体を適用したプリント回路板について説明する。図７は、本発明の第４実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。なお、上記実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
図７に示すように、プリント回路板１００Ｃは、積層型半導体装置４Ｃとプリント配線板３とが接合されて構成されている。積層型半導体装置４Ｃは、複数の半導体装置（半導体パッケージ）が積層されて構成されており、本第４実施形態では、第１の半導体装置４１上に、第２の半導体装置４２が積層されて構成されている。
【００６１】
第１の半導体装置４１は、第１の半導体素子２１と、第１の半導体素子２１が実装されたプリント配線板である第１のインターポーザ２２と、を有している。また、第２の半導体装置４２は、第２の半導体素子３１と、第２の半導体素子３１が実装されたプリント配線板である第２のインターポーザ３２と、を有している。
【００６２】
プリント配線板３の一方の表面（片面）３ａと、第１のインターポーザ２２の一方の表面（片面）２２ａとは、互いに対向している。また、第１のインターポーザ２２の他方の表面２２ｂと、第２のインターポーザ３２の一方の表面３２ａとは、互いに対向している。
【００６３】
そして、第１のインターポーザ２２の一方の表面２２ａには、プリント配線板３の電極パッド（第１の電極パッド）９にそれぞれ電気的に接続するための複数の電極パッド（第２の電極パッド）２８が互いに間隔をあけて形成されている。例えば電極パッド２８はアレイ状に等間隔に配置されている。そして、プリント配線板３の電極パッド９も電極パッド２８に対向するようにアレイ状に等間隔に配置されている。
【００６４】
第１のインターポーザ２２の他方の表面２２ｂには、第１の半導体素子２１が実装されている。更に、第１のインターポーザ２２の表面２２ｂには、第１の半導体素子２１を避けた位置に互いに間隔をあけて複数の電極パッド２９が形成されている。例えば、電極パッド２９は、第１の半導体素子２１を回避して、アレイ状に等間隔に配置されている。
【００６５】
第２のインターポーザ３２の一方の表面３２ａには、第１のインターポーザ２２の電極パッド２９にそれぞれ電気的に接続するための複数の電極パッド３９が互いに間隔をあけて形成されている。各電極パッド３９は、各電極パッド２９に対向するように配置され、例えば、アレイ状に等間隔に配置されている。第２の半導体素子３１は、第２のインターポーザ３２の他方の表面３２ｂに実装され、表面３２ｂと共に封止樹脂３７で封止されている。
【００６６】
第１のインターポーザ２２の表面２２ｂに形成された電極パッド２９と、第２のインターポーザ３２の表面３２ａに形成された電極パッド３９とは、はんだからなるはんだボール８０で接合されている。
【００６７】
本第４実施形態では、第１のインターポーザ２２の表面２２ａに形成された電極パッド２８と、プリント配線板３の表面３ａに形成された電極パッド９とが、上記第１実施形態と同様の構成の接合体７０で接合されている。つまり、本第４実施形態では、プリント配線板３が、第１の電極パッドが形成された第１のプリント配線板であり、第１のインターポーザ２２が、第２の電極パッドが形成された第２のプリント配線板である。
【００６８】
積層型半導体装置４Ｃの周囲には、チップコンデンサなどの電子部品１５が配置され、プリント配線板３に実装されている。
【００６９】
以上、本第４実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、金属粒子集合体１０により嵩上げすることで接合の信頼性を向上させた接合体７０を用いて、電極パッド９，２８同士を接合しているので、電極パッド２８を狭間隔で配列することが可能となる。したがって、第２の半導体装置４２、又は両方の半導体装置４１，４２の外形を小さくすることができる。これにより、第１の半導体装置４１の周囲のスペースに、例えば電子部品１５を第２の半導体装置４２に干渉せずに配置することが可能であり、プリント配線板３も有効に活用できる効果を有する。
【００７０】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る接合体を適用したプリント回路板について説明する。上記第１〜第４実施形態では、インターポーザとプリント配線板との接合に接合体を用いた場合について説明したが、本第５実施形態では、積層型半導体装置において、インターポーザ間の接合に接合体を用いた場合について説明する。図８は、本発明の第５実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。なお、上記実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
図８に示すように、プリント回路板１００Ｄは、はんだボール７０Ｄによりプリント配線板（マザーボード）３に実装される積層型半導体装置４Ｄを備えている。積層型半導体装置４Ｄは、複数（本第５実施形態では２つ）の半導体装置（半導体パッケージ）４１，４２が積層されて構成されている。
【００７２】
第１の半導体装置４１の第１のプリント配線板である第１のインターポーザ２２の片面である一方の表面２２ｂと、第２の半導体装置４２の第２プリント配線板である第２のインターポーザ３２の片面である一方の表面３２ａとが対向して配置されている。そして、第１のインターポーザ２２の表面２２ｂに形成された第１の電極パッド２９と、第２のインターポーザ３２の表面３２ａに形成された第２の電極パッド３９とが、接合体８０Ｄで電気的に接続されている。なお、第１のインターポーザ２２の他方の表面２２ａには、外部と接続するための外部電極である電極パッド２８が形成されている。本第５実施形態では、第１のインターポーザ２２の電極パッド２８とプリント配線板３の電極パッド９とがはんだボール７０Ｄで接合されている。
【００７３】
接合体８０Ｄは、はんだ１１Ｄで形成されたはんだ層６０Ｄと、電極パッド２９，３９のうち、少なくとも一方の電極パッド（本第５実施形態では、電極パッド２９）に形成された金属層５０Ｄとが積層されて構成されている。金属層５０Ｄは、複数の金属粒子が隙間を有した状態で一体化した金属粒子集合体１０Ｄと、金属粒子集合体１０Ｄの隙間に埋め込まれたはんだ１１Ｄとを有している。
【００７４】
はんだ層６０Ｄのはんだ１１Ｄは、電極パッド３９に接合されている。また、はんだ１１Ｄは溶融状態で金属粒子集合体１０Ｄの隙間に含浸し、隙間を埋めている。これにより金属層５０Ｄとはんだ層６０Ｄとが接合される。
【００７５】
また、金属粒子集合体１０Ｄの隙間に埋められたはんだ１１Ｄは、電極パッド２９に達することで、電極パッド２９に接合される。以上の構成の接合体８０Ｄにより、第１のインターポーザ２２の電極パッド２９と第２のインターポーザ３２の電極パッド３９とが接合される。このように、積層型半導体装置４Ｄにおける第１のインターポーザ２２の電極パッド２９と第２のインターポーザ３２の電極パッド３９との接合構造として、金属層５０Ｄ及びはんだ層６０Ｄで構成された接合体８０Ｄを用いている。
【００７６】
以上、本第５実施形態によれば、この金属層５０Ｄの金属粒子集合体１０Ｄがはんだ１１Ｄの台座として機能するため、微小なはんだボールを使用しても高さを補うことが可能になる。
【００７７】
したがって、インターポーザ２２，３２の間に位置する半導体素子２１の厚さを薄くする必要がなく、半導体素子２１の強度を保持することができる。また、半導体素子２１の強度が保たれているので、半導体素子２１をインターポーザ２２に実装する製造工程において、半導体素子２１の取り扱いが容易になり、歩留まりが向上する。
【００７８】
また、隙間を有する多孔質の金属粒子集合体１０Ｄとし、はんだ１１Ｄが隙間を埋めてはんだ層６０Ｄと金属層５０Ｄとを接合している。したがって、金属粒子集合体１０Ｄの隙間を埋めたはんだ１１Ｄに応力を分散させるより境界部分に応力が集中するのを抑制することができ、はんだ１１Ｄに発生するひずみを緩和することができる。
【００７９】
このように、第２のインターポーザ３２に接続される外部接続端子を接合体８０Ｄとしたので、接合体８０Ｄを狭間隔で配列することが可能である。そのため、積層型半導体装置４Ｄの接合信頼性を確保しつつ、インターポーザ３２を小面積化することができ、ひいては積層型半導体装置４Ｄを小型化することが可能である。
【００８０】
なお、本第５実施形態では、上記第２実施形態と同様、第１のインターポーザ２２の電極パッド２９に金属層５０Ｄを設け、第２のインターポーザ３２の電極パッド３９にはんだ層６０Ｄを設けた場合について説明したが、これに限るものではない。図９に示すように、第１のインターポーザ２２の電極パッド２９にはんだ層６０Ｄ、第２のインターポーザ３２の電極パッド３９に金属層５０Ｄを設けて接合体を構成してもよい。また、図示は省略するが、両方の電極パッド２９，３９に金属粒子集合体を有する金属層を設け、接合体を、金属層、はんだ層、金属層の積層構造としてもよい。また、上記第３実施形態と同様に、金属粒子集合体をはんだ材で被覆してもよい。
【００８１】
また、積層型半導体装置４Ｄのインターポーザ２２とプリント配線板３との接合に上記第１〜第４実施形態の接合体を用いてもよく、更に積層型半導体装置４Ｄを小面積化することができる。
【００８２】
また、本第５実施形態では、積層型半導体装置４Ｄが２層構造であったが、３層以上の積層型半導体装置にも適用可能であり、その場合も同様に、各インターポーザの接合に接合体８０Ｄを用いることが可能である。
【実施例】
【００８３】
［実施例１］
本実施例１では、図１に示す上記第１実施形態の構成において、半導体装置４とプリント配線板３の信頼性試験時の熱変形を測定し、接合体７０を用いた場合に信頼性試験で発生するひずみをシミュレーションにより算出した。以下、具体的な寸法値である。
【００８４】
サンプルは一辺９ｍｍの正方形形状からなる半導体素子１が一辺１７ｍｍの正方形形状で、厚さ０．４６ｍｍのインターポーザ２に実装されている。半導体素子１の搭載されている面２ｂの反対の面２ａに０．４ｍｍ間隔ではんだを配列可能なソルダーレジスト（ＳＲ）開口φ２００μｍを形成した。また、Φ２４０μｍのはんだボール１１０を使用した。プリント配線板３は厚さ０．８ｍｍとした。
【００８５】
インターポーザ２の電極パッド８及びプリント配線板３の電極パッド９には、金属粒子集合体１０の隙間をはんだ１１で埋めた金属層５０を形成した。はんだ層６０の高さは１４３μｍであった。この接合体７０を介して半導体装置４とプリント配線板３とが接合されている。
【００８６】
信頼性試験で行われている試験環境下の温度での半導体装置４のインターポーザ２の熱変形を測定した。信頼性試験は、高温側が１２５℃、低温側が−２５℃の条件である。熱変形は、それぞれの高温側、低温側の温度で半導体装置４のインターポーザ２の上面２ｂの熱変形量を、プリント配線板３は半導体装置４が実装されている面３ａとは反対の面の熱変形量を測定した。この測定において、加熱・冷却は三田産業株式会社製のＤＥ型スタンダードチャンバーを使用し、変形の算出はＧＯＭ社製のＡＲＡＭＩＳ  ｖ６を使用した。測定の結果、半導体装置４のインターポーザ２とプリント配線板３の熱変形量の差が最大の箇所で、水平方向に、６．５μｍ、鉛直方向に６．８μｍの熱変形量の差があった。
【００８７】
この測定結果を用いて図１の接合体７０に発生しているひずみをＡＢＡＱＵＳ  ｖ６．７１を用いて算出した結果、ひずみ値は、１．１０％であった。シミュレーションモデルにおいて、金属粒子集合体１０の粒径は２０μｍで金属層５０に均一に配置した。金属層５０は、はんだ１１が８０ｖｏｌ％、金属粒子集合体２０ｖｏｌ％の割合でモデル化した。金属粒子集合体１０の材料は銅とし、ヤング率１３０ＧＰａ、インターポーザ２とプリント配線板３のヤング率は２９ＧＰａとして入力した。インターポーザ２とプリント配線板３の熱変形量が最大となる接合体部分をモデル化し、境界条件としてプリント配線板３を拘束し、インターポーザ２に事前に計測した熱変形量差（水平方向に６．５μｍ、鉛直方向に６．８μｍ）を入力してひずみの算出を行った。
【００８８】
次に、于強、白鳥正樹著「ＢＧＡはんだ接合部の形状を考慮した疲労寿命評価」エレクトロニクス実装学会誌  １［４］２７８〜２８３  （１９９８）の文献（以下、単に文献という）に示した実験結果を用いて評価する。この文献には、はんだ接合部の形状と亀裂が発生するサイクル数の関係を示す実験結果が記載されている。この文献によれば、１．１０％のひずみ値は、８２９サイクル相当の接合寿命であることがわかる。
【００８９】
比較例として、実施例１のサンプルを０．５ｍｍ間隔で配列可能なソルダーレジスト（ＳＲ）開口Φ３００μｍ、Φ３３０μｍのはんだボールによってプリント配線板に接合されたサンプルのひずみ値と比較した。半導体装置とプリント配線板の接合部の高さは、１８７μｍであった。実施例１のサンプルと比較すると、接合構造だけが異なるだけであり、他の構成や寸法は同一である。実施例１と同様に信頼性試験の高温側である１２５℃と低温側である−２５℃でそれぞれ、熱変形を測定後、ひずみを算出した結果、１．２０％のひずみであった。上記文献によれば、１．２０％のひずみ値は、６９７サイクル相当の接合寿命であることがわかる。
【００９０】
以上のように、比較例として外部接続端子として０．５ｍｍ間隔で配列したはんだボールと、実施例１のはんだ層６０と金属粒子集合体を有する金属層５０，５０が積層された接合体７０との信頼性の効果を比較した。その結果、はんだ層６０と金属層５０，５０が積層された接合体７０を０．４ｍｍ間隔で形成した方が、信頼性が向上することが確認できた。
【００９１】
これは、せん断応力を吸収するはんだ層６０が金属粒子集合体１０の隙間をはんだで埋めた金属層５０，５０と接合することで、材料物性が急激に変わる部位がなくなるためである。また、金属粒子集合体１０の隙間を埋めたはんだも応力を吸収することで、発生するひずみを低減しているためである。つまり、はんだ層６０と金属層５０，５０を積層することにより、最も軟らかいはんだの高さを高く形成した場合と同様の効果が得られるためである。
【００９２】
これにより、０．４ｍｍ間隔で配置しても信頼性が向上するので、半導体装置４を小面積化することができる。従来は、一辺１７ｍｍの正方形形状からなるインターポーザ全面に０．５ｍｍ間隔で外部接続端子を形成すると１０２４端子を形成することが可能であった。これに対し、実施例１を適用すれば、０．４ｍｍ間隔で配列しても信頼性を十分確保することが可能なため、同じ１０２４端子を形成するのに必要なインターポーザの外形寸法を一辺１３．８ｍｍの正方形形状まで小面積化することができた。これにより配線基板の実装面積が３割以上低減することができ、信頼性を確保しつつ、半導体装置４を小面積化することができた。
【００９３】
図１０は、接合体７０の全高に対するはんだ層６０の高さの比によって、はんだ層６０に発生するひずみの変化率を示したグラフである。横軸は接合体７０の全高に対するはんだ層６０の高さの比、縦軸は発生するひずみの変化率を表している。
【００９４】
図１０によれば、はんだ層６０の高さ／接合体７０の全高が０．５５以上になると、はんだ層６０に発生するひずみが低下する。はんだ層６０の高さが低くなると、はんだ層６０が変形しにくくなり、インターポーザ２を構成する基材、銅電極などが変形し始めるためである。そのため、はんだ層６０が形成されている銅電極とはんだ層６０の界面にひずみが集中する。したがって、金属粒子集合体１０を有する金属層５０に発生するひずみを緩和する効果を発揮するには、少なくともはんだ層６０の高さ／金属粒子集合体１０の直径が０．５５以上にするのがよい。これにより、せん断応力をはんだ層６０が吸収し、金属層５０，５０がはんだ層６０に発生するひずみを緩和する効果が大きい。
【００９５】
［実施例２］
本実施例２では、図３に示す上記第２実施形態の構成において、実施例１と同様に、信頼性試験下での半導体装置４とプリント配線板３の熱変形を測定し、その時に接合体７０Ａに発生するひずみを算出した。
【００９６】
サンプルは、一辺９ｍｍの正方形形状からなる半導体素子１が一辺１７ｍｍの正方形形状で、厚さ０．４６ｍｍのインターポーザ２に実装されている。半導体素子１の搭載されている面２ｂの反対面２ａには０．４ｍｍ間隔ではんだを配列可能なソルダーレジスト（ＳＲ）開口φ２００μｍを形成した。また、Φ２５０μｍのはんだボールを使用した。プリント配線板３は厚さ０．８ｍｍとした。このときの、はんだ層６０の高さは１５７μｍであった。この接合体７０Ａを介して半導体装置４とプリント配線板３が接合されている。半導体装置４のインターポーザ２とプリント配線板３の熱変形の測定方法および接合構造に発生するひずみの算出方法は実施例１と同じである。
【００９７】
ひずみを算出したところ、積層された接合体７０Ａは、１．１９％のひずみ値であり、上記文献によれば、はんだ層６０と金属層５０が積層された接合体７０Ａの亀裂発生サイクル数は７０９サイクル相当であった。
【００９８】
以上のように、実施例２の接合体７０Ａによれば、比較例の外部接続端子として０．５ｍｍ間隔で配列したはんだボールよりも、はんだ層６０に発生するひずみを緩和する効果を有する。そのため、接合体７０Ａの信頼性を確保しつつ、半導体装置４を小型化することができる。さらに実施例１と比較し、半導体装置側に金属粒子集合体を形成する工程が不要なため、工程数を少なく製造できる。
【００９９】
図１１は、接合体７０Ａの全高に対するはんだ層６０の高さの比によって、はんだ層６０に発生するひずみの変化率を示したグラフである。横軸は接合体７０Ａの全高に対するはんだ層６０の比、縦軸は発生するひずみの変化率を表している。
【０１００】
図１１によれば、接合体７０Ａの全高に対するはんだ層６０の高さが０．３６以上になると、はんだ層６０に発生するひずみが低下する。これは、はんだ層６０の高さが低くなると、はんだ層６０の剛性が高くなり、インターポーザ２を構成する基材、銅電極などが変形し始めるためである。その結果、はんだ層６０が形成されている銅電極とはんだ層６０の界面にひずみが集中するためである。
【０１０１】
そのため、金属層５０がはんだ層６０に発生するひずみを緩和する効果を発揮するには、少なくともはんだ層６０の高さ／金属粒子集合体１０の直径が０．３６以上あれば、せん断応力をはんだ層が吸収し、はんだ層に発生するひずみを緩和する効果が特に大きい。そのため、接合体７０Ａの信頼性を確保しつつ、半導体装置４を小型化することができる。
【０１０２】
［実施例３］
本実施例３では、図５に示す上記第３実施形態の構成において、信頼性試験下での半導体装置４とプリント配線板３の熱変形を測定し、その時に接合構造に発生するひずみを算出した。半導体装置４とプリント配線板３を０．４ｍｍ間隔で配列可能なφ２４０μｍのはんだボールを介して接合した。温度サイクル環境下での熱変形を測定し、ひずみ値を算出した。半導体装置４とプリント配線板３の熱変形の測定方法および接合体７０Ｂに発生するひずみの算出方法は実施例１と同じである。
【０１０３】
ひずみを算出したところ、積層された接合体７０Ｂは、１．１４％のひずみ値であり、本実施例３においても十分なひずみの緩和効果を確認することができた。また、上記文献によれば、はんだ層６０Ｂと金属層５０Ｂとが積層された接合体７０Ｂは７７２サイクル相当であり、信頼性向上を確認することができた。
【０１０４】
本実施例３では、金属粒子集合体１０Ｂの隙間をはんだ１１で埋めると共に、はんだ１１で金属粒子集合体１０Ｂの外表面を被覆している。これにより、半導体装置４とプリント配線板３にせん断応力が加わった時に、電極パッド８，９近傍及び金属粒子集合体１０Ｂの近傍のはんだ１１も応力を吸収する。接合体７０Ｂに設けられたはんだ全体が変形するため、さらに発生するひずみを緩和することができる。そのため、金属粒子集合体１０Ｂの隙間をはんだ１１で埋めると共に、はんだ１１で金属粒子集合体１０Ｂを被覆していれば、ひずみを緩和する効果が得られる。
【０１０５】
図１２は、接合体７０Ｂの全高に対するはんだ層６０Ｂの高さの比によって、はんだ層６０Ｂに発生するひずみの変化を示したグラフである。横軸は接合体７０Ａの全高に対するはんだ層６０の高さの比、縦軸は発生するひずみの変化率を表している。
【０１０６】
図１２によれば、接合体７０Ｂの全高に対するはんだ層６０Ｂの高さが０．５２以上になると、はんだ層６０Ｂに発生するひずみが低下する。これは、実施例２と同様に、はんだ層６０Ｂの高さが低くなると、はんだ層６０Ｂの剛性が高くなり、インターポーザ２を構成する基材、銅電極などが変形し始めるためである。その結果、はんだ層６０が形成されている銅電極とはんだ層６０の界面にひずみが集中するためである。
【０１０７】
そのため、金属層５０Ｂがはんだ層６０Ｂに発生するひずみを緩和する効果を発揮するには、少なくともはんだ層６０Ｂの高さ／金属粒子の集合体の直径が０．５２以上あればよい。これにより、せん断応力をはんだ層６０Ｂが吸収し、金属層５０Ｂがはんだ層６０Ｂに発生するひずみを緩和する効果が特に大きい。そのため、接合体７０Ｂの信頼性を確保しつつ、半導体装置４を小型化することができる。
【０１０８】
［実施例４］
本実施例４では、図８に示す上記第５実施形態の構成において、スクリーン印刷によってインターポーザ２２に金属粒子を含むペーストを供給し、リフロー加熱によって金属粒子集合体１０Ｄを形成後、インターポーザ２２とインターポーザ３２とを接合した。その後、接合体８０Ｄの高さを測定した。
【０１０９】
スクリーン印刷では、版開口が一辺２１０μｍの正方形形状で、版厚６０μｍのものを使用した。インターポーザ３２に接合したはんだボールはソルダーレジスト開口Φ２１０μｍ、ボール径２００μｍのものを使用した。インターポーザ２２，３２同士を接合後、接合体８０Ｄの高さを測定したところ２０８μｍであった。比較例として、インターポーザ２２，３２同士をはんだボールのみで接合したところ、接合部の高さは１７３μｍであった。
【０１１０】
以上のように、金属粒子集合体１０Ｄの隙間をはんだ１１Ｄが埋めた層５０Ｄの上にはんだ層６０Ｄを接合することで接合体８０Ｄの高さを高くすることができた。これにより、第１のインターポーザ２２を小面積化するために微小なはんだボールを用いても接合体８０Ｄに金属粒子集合体１０Ｄを有する金属層５０Ｄとはんだ層６０Ｄとを積層した接合構造を用いることにより、半導体素子２１を薄くする必要がない。そのため、半導体素子２１を薄化したことによってインターポーザ２２に半導体素子２１を接合する時に発生する割れなどの発生を低減することが可能になり、歩留まりが向上する効果が得られる。また、接合体８０Ｄに発生するひずみを緩和することができるので、接合体８０Ｄの信頼性が向上し、インターポーザ３２を小面積化し、積層型半導体装置４Ｄを小型化することができる。
【０１１１】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【０１１２】
上記実施形態では、各電極パッドの配列が、アレイ状に等間隔に配置される場合について説明したが、例えば千鳥配列等、任意の配列であってもよく、また、等間隔に限定するものでもなく、間隔が変化する場合であってもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１…半導体素子、２…インターポーザ、３…プリント配線板、４…半導体装置、４Ｃ…積層型半導体装置、４Ｄ…積層型半導体装置、８…電極パッド、９…電極パッド、１０…金属粒子集合体、１０Ｂ…金属粒子集合体、１０Ｄ…金属粒子集合体、１１…はんだ、１１Ｄ…はんだ、２１…半導体素子、２２…インターポーザ、２８…電極パッド、２９…電極パッド、３１…半導体素子、３２…インターポーザ、３９…電極パッド、５０…金属層、５０Ｂ…金属層、５０Ｄ…金属層、６０…はんだ層、６０Ｂ…はんだ層、６０Ｄ…はんだ層、７０…接合体、７０Ａ…接合体、７０Ｂ…接合体、８０Ｄ…接合体、１００…プリント回路板、１００Ａ…プリント回路板、１００Ｂ…プリント回路板、１００Ｃ…プリント回路板、１００Ｄ…プリント回路板
【図１】
2013093559.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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