回路基板及びその製造方法、半導体装置、並びに電子回路装置
【課題】特に携帯型の電子機器において、半導体装置と回路基板間をアンダーフィルなどで樹脂封止しなくても、落下などの衝撃に対する耐性を向上させることを目的とする。且つ、この場合には、低背化を妨げずに小型化に寄与でき、低コストで実現できる構造を提供することを目的とする。
【解決手段】回路基板、この回路基板上に搭載された半導体チップを有する半導体装置、この半導体装置を接続したマザーボードを有する電子回路装置などにおいて、これらの電極構造１が、表面からくぼんだくぼみ４と、このくぼみ４の内部に設けられる樹脂の突起５と、このくぼみ４および突起５の表面を覆う配線層６とを有する構造からなる。このような電極構造１にすることにより、接続高さを低減するとともに耐衝撃性を向上させる。
【解決手段】回路基板、この回路基板上に搭載された半導体チップを有する半導体装置、この半導体装置を接続したマザーボードを有する電子回路装置などにおいて、これらの電極構造１が、表面からくぼんだくぼみ４と、このくぼみ４の内部に設けられる樹脂の突起５と、このくぼみ４および突起５の表面を覆う配線層６とを有する構造からなる。このような電極構造１にすることにより、接続高さを低減するとともに耐衝撃性を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の製造技術に関し、特に携帯型の電子機器において、回路基板上に半導体チップを実装した半導体装置、この半導体装置をマザーボード上に実装した電子回路装置などに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯型の電子機器においては、高機能化・小型軽量化の要求により、内部に搭載される電子部品が高密度化、小型薄型化し、回路基板においても、薄型化、配線の微細、狭ピッチ化が進んでいる。特に、これらの電子機器の性能に関与している半導体装置においては、パッケージの構造として、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ）技術により、高密度化、小型薄型化が進められている。
【０００３】
ＳｉＰの構造は、インターポーザー基板などと呼ばれる中間基板に複数の半導体チップを搭載し樹脂封止したもので、半導体チップの電極と、インターポーザー基板の電極間は、Ａｕ線によるワイヤボンディング、或いは、はんだバンプ、Ａｕバンプなどにより、フリップチップ接続することが多い。また、上記の半導体チップを接続した中間基板と電子機器のマザーボード間の接続は、半導体チップを搭載した面と反対側の中間基板の面に外部端子としてはんだバンプを形成し、このはんだバンプにより接続する、いわゆるＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）構造を採ることが多い。
【０００４】
ＳｉＰが進化した構造として、ＰｏＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）と言われるような、半導体チップを上記の中間基板に搭載し、この中間基板に、他の半導体チップを搭載した中間基板とをはんだボールを介して積層接続する半導体装置の使用も増加している。この構造でも、外部端子としてははんだバンプを用いるＢＧＡ構造であることが多い。
【０００５】
ここで、これらの高機能化、小型薄型化している電子部品においては、実使用時における接続部の信頼性を確保することが重要である。すなわち、電子機器の使用時には、電子部品の発熱によって接続部温度が上昇するため、接続部の温度サイクル信頼性を確保する必要がある。さらに、携帯型の電子機器では、落下などによる衝撃的な力に耐え得ることも重要になっている。
【０００６】
一方、接続部に多く用いられているはんだの材料は、従来は鉛を含有していたが、鉛の人体への悪影響を懸念して、鉛を含有しないはんだ（鉛フリーはんだ）の使用が多くなっている。しかし、鉛フリーはんだは、一般的に、鉛入りはんだに比較して硬く、伸び率も小さいため、特に衝撃的な力に対して耐性が低いことが懸念されている。
【０００７】
このため、半導体装置内部は樹脂封止されているのが一般的であるが、外部端子のはんだバンプとマザーボード間もアンダーフィルと言われる樹脂材料で封止されることも多い。
【０００８】
他の方法として、外部端子のはんだバンプに、樹脂をコアにしたはんだボールを使用して、温度サイクル性を向上させる方法も知られている。
【０００９】
回路基板の電極構造は、基板の表面に主にＣｕによる平らな電極を形成したものが多い。他の構造としては、基板の内部の配線層との接続のために、基板表面の絶縁層にビアを形成し、Ｃｕめっきによりこのビアを埋めて平らに形成した電極、或いは、Ｃｕによりビア表面をめっきし、回路基板の表面からくぼんだ形状の電極構造も用いられている。これらのＣｕ電極上には、はんだへのぬれ性を向上させるため、Ｎｉ／Ａｕなどのメタライズが施される例もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１０３６１４号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、基板表面に平らに形成された電極を用いて、はんだバンプにより半導体装置と接続した構造では、落下などによる衝撃的な力に対する耐性が低いという問題がある。すなわち、基板電極との界面に形成されている界面化合物は、一般的にはんだと比較して硬いため、界面化合物の内部、或いはこの近傍で界面破壊が起きやすい。
【００１２】
樹脂をコアにするはんだボールを用いれば、衝撃性が向上すると考えられるが、高機能の製品ではピン数が多いため、通常のはんだボールに比較して高価な樹脂をコアとするはんだボールを用いると、コストアップにつながってしまう。
【００１３】
このため、特許文献２（特開２００７−３０５７４１号公報）に記載のように、導電性の樹脂層を回路基板の表面に形成し、この樹脂層の表面に電極を形成し、耐衝撃性を向上させた例もある。しかし、回路基板の外側に形成した樹脂層を含めると、同じ大きさのはんだバンプでは、接続高さが高くなってしまう。このような携帯機器では、小型軽量化のため、部品の高さ方向の制約も大きく、この例のように回路基板の外側に樹脂層を設けられない場合も多い。また、導電性樹脂の導電性は近年向上しているが、高速信号を処理する電子回路では、未だ使用実績が少ない。また、このように新たな構造の電極を形成するためには、プロセス数も増え、基板のコスト上昇にもつながる。
【００１４】
一方、回路基板の絶縁層に形成したビアによるくぼみの残る電極では、はんだバンプを接続したときに、ビアのくぼみにはんだが充填できず、ボイドが残る割合が多い。接続部のボイドは接続強度の低下につながり、温度サイクル性の低下、衝撃的な力への耐性の低下も懸念される。
【００１５】
さらに、半導体チップ、回路基板においては、電極、配線が狭ピッチ・微細化し、接続部の高さも低くなっていることから、半導体チップと回路基板間に樹脂を注入した場合、ボイドレスで封止することが難しくなっている。また、コストアップの要因となる樹脂による封止の工程を、なるべく省略したいという考えも増えてきている。
【００１６】
以上から、本発明は、特に携帯型の電子機器において、半導体装置と回路基板間をアンダーフィルなどで樹脂封止しなくても、落下などの衝撃に対する耐性を向上させることを目的とする。且つ、この場合には、低背化を妨げずに小型化に寄与でき、低コストで実現できる構造を提供することを目的とするものである。
【００１７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１９】
すなわち、代表的なものの概要は、回路基板、この回路基板上に搭載された半導体チップを有する半導体装置、この半導体装置を接続したマザーボードを有する電子回路装置などにおいて、これらの電極の構造が、表面からくぼんだくぼみと、このくぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、このくぼみおよび突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなるものである。
【００２０】
具体的には、回路基板において、半導体チップまたは電子部品などと接続する回路基板上の電極にくぼみを設け、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設ける構造とする。
【００２１】
また、半導体チップの電極と回路基板上の電極を接続した半導体装置においては、回路基板上の所定の位置に配置した電極にくぼみと、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設けた構造とし、この回路基板の電極にはんだバンプを用いて半導体チップの電極とを接続した構造とする。
【００２２】
また、半導体チップの電極と回路基板上の電極を接続した半導体装置において、半導体チップを接続した回路基板の面と反対側の回路基板の面内の所定の位置に電極を形成し、この電極にくぼみと、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設け、この電極にはんだバンプを搭載した構造とする。
【００２３】
また、半導体チップを回路基板に接続した半導体装置を、マザーボードに接続した電子回路装置において、半導体チップの電極と接続する回路基板上の電極、半導体チップを接続した面と反対の回路基板の面の電極、半導体装置を搭載するマザーボードの電極のうち、１箇所以上に、くぼみを有していて、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設けた電極構造を適用した電子回路装置とする。
【００２４】
また、回路基板において、この回路基板上の電極の一部には、くぼみが設けてあり、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設けた構造を有し、さらに他の電極の直径より大きい構造とする。
【００２５】
また、上記の電極のくぼみと、このくぼみの内部の樹脂の突起は、基板形成時に最外層に層間絶縁層を設け、基板内部の配線層と接続するためのビア穴を加工する際に、同時に形成するものである。すなわち、ビア形成時の露光現像工程において、ビアの中央部が残るようにマスクの開口を調整することによって、ビアの内部に樹脂の突起を作る。或いは、レーザー加工によりビアを形成する場合には、レーザービームをドーナツ状に照射することにより、ビアの内部に樹脂の突起を作ることが可能となる。従って、ビアの内部の樹脂の突起は、層間絶縁層と同じ材料となる。そして、これらの内部の樹脂の突起のあるビアに通常のめっき工程でめっきを行うことにより、くぼみのある電極構造を形成する。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２７】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、特に携帯型の電子機器において、半導体装置と回路基板間をアンダーフィルなどで樹脂封止しなくても、落下などの衝撃に対する耐性を向上させることができる。且つ、この場合には、低背化を妨げずに小型化に寄与でき、低コストで実現できる構造を提供することができる。
【００２８】
具体的には、くぼみと樹脂の突起との電極構造を有することにより、はんだバンプは基板表面から内部方向に入り、落下などによる衝撃的な力を基板と平行な方向に受けた場合に、硬い界面化合物が基板内部に存在するため、衝撃への耐性が向上する。
【００２９】
さらに、くぼみの内部に樹脂の突起があることから、全く樹脂がない場合に比較して、ボイドの発生が抑えられ、界面強度を向上させることができる。
【００３０】
また、はんだより柔らかい樹脂の突起がくぼみの内部にあるために、くぼみの内部全体がはんだで覆われている場合に比較して、応力緩和効果を有している。このため、衝撃的な力が付加された場合でも、この樹脂により応力を低減させることが可能である。この樹脂の突起は、実使用時に部品が発熱により温度上昇した場合、接続部に熱膨張係数差による歪が生じるが、温度サイクル信頼性の向上にも寄与する。
【００３１】
これらの効果は、基板製造時のビア形成工程での条件を変更するのみで実現可能であるため、工程数の増加につながることはなく、低コストでこれらの効果を得ることができる。
【００３２】
また、くぼみを有することにより、同じ径のはんだボールを用いた場合に、接続高さを低くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における回路基板の電極構造を示す図である。
【図２】図１に示した回路基板の電極構造の製造方法を示す図である。
【図３】図２に示したマスクの平面及び断面を示す図である。
【図４】図２に示したマスクの別の例において、吊りを有するマスクの平面を示す図である。
【図５】図１に示した回路基板の電極構造の別の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、回路基板の電極構造を適用した半導体装置の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３において、回路基板の電極構造を適用した別の半導体装置の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４において、回路基板の電極構造を適用した電子回路装置の構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態５において、回路基板の電極構造を適用した別の電子回路装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における回路基板の電極構造及びその製造方法の一例を図１〜図５を用いて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態１における回路基板の電極構造を示す図である。この回路基板上には、例えば半導体チップまたは電子部品などが搭載される。具体例については、実施の形態２以降で後述する。
【００３７】
図１に示した回路基板の電極構造１は、基板表面２に形成した層間絶縁層３に、基板表面２より基板の内側方向にくぼみ４が形成され、このくぼみ４の内部には樹脂による突起５が形成してある。これらの表面にＣｕによる配線層６が設けてある。すなわち、本実施の形態における回路基板の電極構造１は、基板表面２からくぼんだくぼみ４と、このくぼみ４の内部に設けられる樹脂の突起５と、これらのくぼみ４および突起５の表面を覆う配線層６とを有する構造からなる。
【００３８】
図１に示した回路基板の電極構造の製造方法を図２に示す。図２は、回路基板の片方の面に電極構造を製造する方法を示した図である。まず、基板基材としての両面銅張板７に対して、ドリル加工によるスルーホール８の穴あけ、スルーホールめっき９、サブトラクティブ法による内層回路１０の形成を順に行い、そして、スルーホール部分を樹脂などにより穴埋めする（図２−（１））。その後、層間絶縁層３となる感光性樹脂をコートする（図２−（２））。
【００３９】
続いて、この層間絶縁層３にビアを形成するために、マスク１１を所定の箇所に位置合わせし、開口部１４を形成したマスク１１を通して紫外線１２により露光する（図２−（３））。その後、現像によってくぼみ４となるビア１３を形成する（図２−（４））。このとき、ビア１３内で、樹脂の突起５の部分を形成できるように、マスク１１中に樹脂突起形成用の島１５を作り込んでおくことにより、ビア１３内に層間絶縁層３が残り、樹脂の突起５が同時に形成される。図３にマスク１１の平面図及び断面図を示す。図３に示したように、開口部１４の内部に樹脂突起形成用の島１５がある。
【００４０】
ここで、この開口部１４の内部に樹脂突起形成用の島１５ができない場合には、図４に示したように、樹脂突起形成用の島１５に吊り１６を形成したマスクの構造にしても良い。この吊り１６は、１つの樹脂の突起５に対し、２つに限らず、１つでも良いし、３つ以上設けても良い。但し、数をあまり多くしたり、幅を太くすると、ビアの形状、内部の樹脂の突起の形状が変わる可能性があるため、なるべく少なく細い方が望ましい。
【００４１】
次に、表面の粗化処理、無電解銅めっき、レジストによるパターニング、電解銅めっき、レジスト除去、銅のライトエッチングなどの処理によって、ビア１３のくぼみ４および樹脂の突起５の表面にＣｕによる配線層６を形成する（図２−（５））。その後、図示していないが、必要箇所にソルダーレジスト層を形成する。
【００４２】
従って、本実施の形態における回路基板の電極構造の製造方法では、図２に示したように、くぼみ４となるビア１３を形成するのと同時にビア１３の内部に突起５が形成できることになり、若干のマスク１１の変更は必要であるが、プロセス工程数の増加はない。
【００４３】
上記図２の例では、両面銅張板７上に１層の層間絶縁層３を積層し、Ｃｕによる配線層６を形成したが、図２−（２）から図２−（５）までの工程を繰り返すことにより、配線層を多層に形成することが可能である。このとき、最表面の層間絶縁層３以外では、ビアの内部に樹脂の突起は不要であり、外部端子用の電極となる部分にのみ樹脂の突起５を形成する。
【００４４】
本実施の形態における回路基板の電極構造の製造方法について、別の製造方法を図５に示す。この製造方法では、図２−（１）と同じように処理（図５−（１））した後、両面銅張板７に液状の層間絶縁層２１を塗布、或いは、フィルム状の層間絶縁層２１をラミネートし（図５−（２））、これにレーザー２２により穴加工を行う（図５−（３））。このとき、レーザー２２からは、中央部の強度を弱くしたドーナツ状のレーザービーム２３を照射することにより、樹脂による突起５を形成することが可能である。この後の工程（図５−（４）、（５））は、図２−（４）、（５）の場合と同じである。
【００４５】
従って、図５に示した回路基板の電極構造の製造方法でも、樹脂の突起５を形成するために、プロセスを追加する必要がない。
【００４６】
以上から、本実施の形態における回路基板の電極構造及びその製造方法によれば、図２、図５に示した回路基板の電極構造の製造方法により、新たなプロセス、材料を追加せずに、図１に示したくぼみ４と樹脂の突起５と配線層６とを有する電極構造１を形成することが可能である。
【００４７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体チップを接続する中間基板の電極に適用した半導体装置の例を図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態において、回路基板の電極構造を適用した半導体装置の構造を示す図である。
【００４８】
図６に示した半導体装置は、ＰｏＰ構造として用いられる半導体装置３１の断面の一部を模式的に示したものである。半導体チップ３２のはんだバンプ３３に対応する中間基板３４の電極３５には、くぼみ３６があり、このくぼみ３６の内部に樹脂の突起３７があり、これらの表面にはＣｕによる配線層３８が設けてある。図６では、半導体チップ３２と中間基板３４の間にアンダーフィル３９が封止されているが、これは半導体チップ３２の形状に応じて不要である。しかし、アンダーフィル３９は、外部端子４０の取り付け、半導体装置３１をマザーボードに接続する際、加熱されてはんだバンプ３３が溶融した場合に、半導体チップ３２が中間基板３４から脱落するのを防ぐ役割がある。
【００４９】
以上から、本実施の形態における半導体装置３１によれば、中間基板３４上に搭載された半導体チップ３２を有し、半導体チップ３２の電極と中間基板３４上の電極とを接続した構造において、図６に示したくぼみ３６と樹脂の突起３７と配線層３８とを有する中間基板３４上の電極３５により、温度サイクル性、耐落下衝撃性を確保することができる。
【００５０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体チップを接続した中間基板の面と反対側の外部端子用の電極に適用した半導体装置の例を図７を用いて説明する。
【００５１】
図７に示した半導体装置は、２枚の半導体チップが積層されている半導体装置５１を示したものである。第１の半導体チップ５２が中間基板５３にＡｕ線５４によりワイヤボンディングされ、次に第２の半導体チップ５５が中間基板５３に同様にＡｕ線５４によりワイヤボンディングされている。これらの半導体チップ５２、５５やＡｕ線５４が樹脂５６により封止されている。半導体チップ５２、５５が実装された中間基板５３の面と反対の面の電極５７にはんだバンプ５８が形成されている。この電極５７は、くぼみ５９が形成され、このくぼみ５９の内部に樹脂による突起６０が形成されている。これらの表面層はＣｕによる配線層６１である。
【００５２】
次に、この図７に示した半導体装置５１をマザーボードに接続し、半導体装置５１とマザーボードとの間にアンダーフィルを注入しない状態で、温度サイクル性と耐落下衝撃性を調べた。温度サイクル性は、温度サイクル試験機を用い、−４０℃から１２５℃を３０分ずつ繰り返した。本実施の形態のようにくぼみ５９の内部に樹脂の突起６０のある電極５７の場合、くぼみ５９の内部に樹脂の突起６０のない電極の場合に比較し、寿命が約１．２倍に向上した。
【００５３】
落下衝撃試験は、半導体装置５１を実装したマザーボードを、携帯電話のケースに納め、１．５ｍの高さから所定の板に落下させた。落下の方向としては、携帯電話の各６面を下に向けた場合を１セットとした。本実施の形態のようにくぼみ５９の内部に樹脂の突起６０のある電極５７の半導体装置５１の場合には、２０セット以上問題がなかった。しかし、くぼみ５９のない電極、くぼみ５９があっても内部の樹脂の突起６０のない電極の場合には、それぞれ、９セット、１５セットで導通が不安定な箇所が発生した。
【００５４】
この試験結果を検討すると、くぼみ５９がない場合には、中間基板５３と電極、界面化合物がすべてほぼ平行となっているので、落下時にはんだバンプ５８と電極界面の端部に生じた応力が界面化合物層に直接伝わりやすいが、くぼみ５９がある場合には、界面化合物層が基板内部に入り込んでいるため、落下時にはんだバンプ５８と電極界面の端部に生じた応力が界面化合物層を伝わり難く、より柔らかいはんだ内で吸収できるためと推定される。さらに、内部に樹脂の突起６０がある場合には、樹脂の応力緩和機能のため、応力を低減できたものと考えられる。
【００５５】
以上より、本発明の回路基板の電極構造を、半導体装置に適用することは、温度サイクル信頼性、耐落下衝撃性の向上に有効である。
【００５６】
また、図７に示した半導体装置５１の別の効果としては、中間基板５３の電極５７にはくぼみ５９があるため、はんだバンプ５８を形成するときの、はんだボールの整列が容易になり、はんだバンプ付け工程での歩留まり向上に有効である。
【００５７】
また、くぼみ５９の内部の樹脂の突起６０により、はんだバンプ５８内のボイドの発生は、樹脂の突起６０のない場合に比較して発生率が抑えられ、且つ、ボイドの大きさも小さくなった。従って、信頼性向上に寄与していると考えられる。
【００５８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体装置を搭載するマザーボードに適用した電子回路装置の例を図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態において、図１の回路基板の電極構造を適用した電子回路装置の構造を示す図である。
【００５９】
図８に示した電子回路装置は、半導体装置７１をマザーボード７２に実装した構造を示している。半導体装置７１は、中間基板７３に第１の半導体チップ７４をＡｕ線７５によるワイヤボンディングにより接続し、第２の半導体チップ７６をはんだによるマイクロバンプ７７を用いて第１の半導体チップ７４に接続し、第１の半導体チップ７４と第２の半導体チップ７６の間はアンダーフィル７８により封止されている。これらは樹脂７９により全体が封止され、外部端子のはんだバンプ８０が形成されている。外部端子のはんだバンプ８０を接続したマザーボード７２の電極８１は、くぼみ８２が形成され、このくぼみ８２の内部に樹脂の突起８３が形成されている。これら表面にはＣｕによる配線層８４が形成されている。
【００６０】
半導体装置７１のマザーボード７２への実装は、まず、マザーボード７２の電極８１にはんだペーストを印刷により供給し、これに搭載機を用いて半導体装置７１を位置合わせして搭載し、リフロー炉内で加熱し、はんだバンプ８０を溶融させて接続している。マザーボード７２と半導体装置７１の間は、アンダーフィルによる封止は行わなかった。
【００６１】
上記のような電子回路装置の構造の半導体装置７１を実装したマザーボード７２を、携帯電話のケースに納めて落下衝撃試験を行った。１．５ｍの高さから落下させ、６面方向を１セットとすると、２０回以上の耐性がみられ、アンダーフィルによる封止が不必要であることが判った。
【００６２】
また、はんだバンプ８０はマザーボード７２のくぼみ８２のある電極８１に入り込むため、接続高さも従来より低くすることが可能である。
【００６３】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体装置を搭載するマザーボードの電極の一部に適用した電子回路装置の例を図９を用いて説明する。図９は、図８に示した電子回路装置とは異なり、図１の回路基板の電極構造を適用した別の電子回路装置の構造を示す図である。
【００６４】
図９に示した電子回路装置は、図８に示した半導体装置７１を別のマザーボード８５に接続した構造を示したものである。このマザーボード８５では、くぼみ８２と、このくぼみ８２の内部の樹脂の突起８３のある電極８１が最外周の電極に適用され、内部の電極８６は、通常の平らな電極を適用してある。落下などによる衝撃は、最外周の電極に最も大きく作用すると考えられ、このような構造にすることによっても衝撃への耐性を向上させることができる。また、くぼみ８２と樹脂の突起８３を有する電極８１は、最外周に限らず、４隅やこの周辺数ピンを含む領域に適用することも有効である。
【００６５】
さらに、衝撃への耐性を向上させるためには、例えば、くぼみ８２と樹脂の突起８３を有する電極８１に対応する半導体装置７１の中間基板７３の電極も、同じように、くぼみとくぼみの内部に樹脂の突起のある形状とすることも有効である。
【００６６】
さらに、積極的に耐落下衝撃性を向上させるためには、くぼみとくぼみの内部に樹脂の突起のある電極を、他の電極に比べて直径を大きく作成する。この場合に、はんだ量が不足するのであれば、若干大きいはんだボールを用いて接続する。この電極は、耐落下衝撃性を向上させるための電極として、電気的な配線としては意味をなさなくても良い。
【００６７】
以上より、本発明の回路基板の電極構造を採ることにより、基板製造時のプロセス数を増やすことなく、耐落下衝撃性を向上させることが可能である。これらは、半導体装置の内部の中間基板、半導体装置を搭載するマザーボードへの電極などに適用可能である。
【００６８】
（実施の形態１〜５の効果）
以上において説明した、実施の形態１の回路基板、実施の形態２、３の回路基板上に搭載された半導体チップを有する半導体装置、実施の形態４、５の半導体装置を接続したマザーボードを有する電子回路装置における効果を纏めると、以下の通りである。
【００６９】
（１）くぼみと樹脂の突起との電極構造を有することにより、はんだバンプは基板表面から内部方向に入り、落下などによる衝撃的な力を基板と平行な方向に受けた場合に、硬い界面化合物が基板内部に存在するため、衝撃への耐性が向上する。
【００７０】
（２）くぼみの内部に樹脂の突起があることから、全く樹脂がない場合に比較して、ボイドの発生が抑えられ、界面強度を向上させることができる。
【００７１】
（３）はんだより柔らかい樹脂の突起がくぼみの内部にあるために、くぼみの内部全体がはんだで覆われている場合に比較して、応力緩和効果を有している。このため、衝撃的な力が付加された場合でも、この樹脂により応力を低減させることが可能である。この樹脂の突起は、実使用時に部品が発熱により温度上昇した場合、接続部に熱膨張係数差による歪が生じるが、温度サイクル信頼性の向上にも寄与する。
【００７２】
（４）（１）〜（３）の効果は、基板製造時のビア形成工程での条件を変更するのみで実現可能であるため、工程数の増加につながることはなく、低コストでこれらの効果を得ることができる。
【００７３】
（５）くぼみを有することにより、同じ径のはんだボールを用いた場合に、接続高さを低くすることが可能である。
【００７４】
（６）特に携帯型の電子機器において、半導体装置と回路基板間をアンダーフィルなどで樹脂封止しなくても、落下などの衝撃に対する耐性を向上させることができる。且つ、この場合には、低背化を妨げずに小型化に寄与でき、低コストで実現できる構造を提供することができる。
【００７５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の回路基板の製造技術は、回路基板及びその製造方法に限らず、この回路基板上に半導体チップを実装した半導体装置、この半導体装置をマザーボード上に実装した電子回路装置などに広く利用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…電極構造、２…基板表面、３…層間絶縁層、４…くぼみ、５…突起（樹脂）、６…配線層（Ｃｕ）、７…両面銅張板、８…スルーホール、９…スルーホールめっき、１０…内層回路、１１…マスク、１２…紫外線、１３…ビア、１４…開口部、１５…島、１６…吊り、
２１…層間絶縁層（液状或いはフィルム状）、２２…レーザー、２３…レーザービーム（ドーナツ状）、
３１…半導体装置、３２…半導体チップ、３３…はんだバンプ、３４…中間基板、３５…電極、３６…くぼみ、３７…突起（樹脂）、３８…配線層（Ｃｕ）、３９…アンダーフィル、４０…外部端子、
５１…半導体装置、５２…半導体チップ（第１）、５３…中間基板、５４…Ａｕ線、５５…半導体チップ（第２）、５６…樹脂、５７…電極、５８…はんだバンプ、５９…くぼみ、６０…突起（樹脂）、６１…配線層（Ｃｕ）、
７１…半導体装置、７２…マザーボード、７３…中間基板、７４…半導体チップ（第１）、７５…Ａｕ線、７６…半導体チップ（第２）、７７…マイクロバンプ（はんだ）、７８…アンダーフィル、７９…樹脂、８０…はんだバンプ（外部端子）、８１…電極（マザーボード）、８２…くぼみ、８３…突起（樹脂）、８４…配線層（Ｃｕ）、
８５…マザーボード、８６…電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の製造技術に関し、特に携帯型の電子機器において、回路基板上に半導体チップを実装した半導体装置、この半導体装置をマザーボード上に実装した電子回路装置などに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯型の電子機器においては、高機能化・小型軽量化の要求により、内部に搭載される電子部品が高密度化、小型薄型化し、回路基板においても、薄型化、配線の微細、狭ピッチ化が進んでいる。特に、これらの電子機器の性能に関与している半導体装置においては、パッケージの構造として、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ）技術により、高密度化、小型薄型化が進められている。
【０００３】
ＳｉＰの構造は、インターポーザー基板などと呼ばれる中間基板に複数の半導体チップを搭載し樹脂封止したもので、半導体チップの電極と、インターポーザー基板の電極間は、Ａｕ線によるワイヤボンディング、或いは、はんだバンプ、Ａｕバンプなどにより、フリップチップ接続することが多い。また、上記の半導体チップを接続した中間基板と電子機器のマザーボード間の接続は、半導体チップを搭載した面と反対側の中間基板の面に外部端子としてはんだバンプを形成し、このはんだバンプにより接続する、いわゆるＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）構造を採ることが多い。
【０００４】
ＳｉＰが進化した構造として、ＰｏＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）と言われるような、半導体チップを上記の中間基板に搭載し、この中間基板に、他の半導体チップを搭載した中間基板とをはんだボールを介して積層接続する半導体装置の使用も増加している。この構造でも、外部端子としてははんだバンプを用いるＢＧＡ構造であることが多い。
【０００５】
ここで、これらの高機能化、小型薄型化している電子部品においては、実使用時における接続部の信頼性を確保することが重要である。すなわち、電子機器の使用時には、電子部品の発熱によって接続部温度が上昇するため、接続部の温度サイクル信頼性を確保する必要がある。さらに、携帯型の電子機器では、落下などによる衝撃的な力に耐え得ることも重要になっている。
【０００６】
一方、接続部に多く用いられているはんだの材料は、従来は鉛を含有していたが、鉛の人体への悪影響を懸念して、鉛を含有しないはんだ（鉛フリーはんだ）の使用が多くなっている。しかし、鉛フリーはんだは、一般的に、鉛入りはんだに比較して硬く、伸び率も小さいため、特に衝撃的な力に対して耐性が低いことが懸念されている。
【０００７】
このため、半導体装置内部は樹脂封止されているのが一般的であるが、外部端子のはんだバンプとマザーボード間もアンダーフィルと言われる樹脂材料で封止されることも多い。
【０００８】
他の方法として、外部端子のはんだバンプに、樹脂をコアにしたはんだボールを使用して、温度サイクル性を向上させる方法も知られている。
【０００９】
回路基板の電極構造は、基板の表面に主にＣｕによる平らな電極を形成したものが多い。他の構造としては、基板の内部の配線層との接続のために、基板表面の絶縁層にビアを形成し、Ｃｕめっきによりこのビアを埋めて平らに形成した電極、或いは、Ｃｕによりビア表面をめっきし、回路基板の表面からくぼんだ形状の電極構造も用いられている。これらのＣｕ電極上には、はんだへのぬれ性を向上させるため、Ｎｉ／Ａｕなどのメタライズが施される例もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１０３６１４号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、基板表面に平らに形成された電極を用いて、はんだバンプにより半導体装置と接続した構造では、落下などによる衝撃的な力に対する耐性が低いという問題がある。すなわち、基板電極との界面に形成されている界面化合物は、一般的にはんだと比較して硬いため、界面化合物の内部、或いはこの近傍で界面破壊が起きやすい。
【００１２】
樹脂をコアにするはんだボールを用いれば、衝撃性が向上すると考えられるが、高機能の製品ではピン数が多いため、通常のはんだボールに比較して高価な樹脂をコアとするはんだボールを用いると、コストアップにつながってしまう。
【００１３】
このため、特許文献２（特開２００７−３０５７４１号公報）に記載のように、導電性の樹脂層を回路基板の表面に形成し、この樹脂層の表面に電極を形成し、耐衝撃性を向上させた例もある。しかし、回路基板の外側に形成した樹脂層を含めると、同じ大きさのはんだバンプでは、接続高さが高くなってしまう。このような携帯機器では、小型軽量化のため、部品の高さ方向の制約も大きく、この例のように回路基板の外側に樹脂層を設けられない場合も多い。また、導電性樹脂の導電性は近年向上しているが、高速信号を処理する電子回路では、未だ使用実績が少ない。また、このように新たな構造の電極を形成するためには、プロセス数も増え、基板のコスト上昇にもつながる。
【００１４】
一方、回路基板の絶縁層に形成したビアによるくぼみの残る電極では、はんだバンプを接続したときに、ビアのくぼみにはんだが充填できず、ボイドが残る割合が多い。接続部のボイドは接続強度の低下につながり、温度サイクル性の低下、衝撃的な力への耐性の低下も懸念される。
【００１５】
さらに、半導体チップ、回路基板においては、電極、配線が狭ピッチ・微細化し、接続部の高さも低くなっていることから、半導体チップと回路基板間に樹脂を注入した場合、ボイドレスで封止することが難しくなっている。また、コストアップの要因となる樹脂による封止の工程を、なるべく省略したいという考えも増えてきている。
【００１６】
以上から、本発明は、特に携帯型の電子機器において、半導体装置と回路基板間をアンダーフィルなどで樹脂封止しなくても、落下などの衝撃に対する耐性を向上させることを目的とする。且つ、この場合には、低背化を妨げずに小型化に寄与でき、低コストで実現できる構造を提供することを目的とするものである。
【００１７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１９】
すなわち、代表的なものの概要は、回路基板、この回路基板上に搭載された半導体チップを有する半導体装置、この半導体装置を接続したマザーボードを有する電子回路装置などにおいて、これらの電極の構造が、表面からくぼんだくぼみと、このくぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、このくぼみおよび突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなるものである。
【００２０】
具体的には、回路基板において、半導体チップまたは電子部品などと接続する回路基板上の電極にくぼみを設け、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設ける構造とする。
【００２１】
また、半導体チップの電極と回路基板上の電極を接続した半導体装置においては、回路基板上の所定の位置に配置した電極にくぼみと、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設けた構造とし、この回路基板の電極にはんだバンプを用いて半導体チップの電極とを接続した構造とする。
【００２２】
また、半導体チップの電極と回路基板上の電極を接続した半導体装置において、半導体チップを接続した回路基板の面と反対側の回路基板の面内の所定の位置に電極を形成し、この電極にくぼみと、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設け、この電極にはんだバンプを搭載した構造とする。
【００２３】
また、半導体チップを回路基板に接続した半導体装置を、マザーボードに接続した電子回路装置において、半導体チップの電極と接続する回路基板上の電極、半導体チップを接続した面と反対の回路基板の面の電極、半導体装置を搭載するマザーボードの電極のうち、１箇所以上に、くぼみを有していて、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設けた電極構造を適用した電子回路装置とする。
【００２４】
また、回路基板において、この回路基板上の電極の一部には、くぼみが設けてあり、このくぼみの内部に樹脂の突起、表面に配線層を設けた構造を有し、さらに他の電極の直径より大きい構造とする。
【００２５】
また、上記の電極のくぼみと、このくぼみの内部の樹脂の突起は、基板形成時に最外層に層間絶縁層を設け、基板内部の配線層と接続するためのビア穴を加工する際に、同時に形成するものである。すなわち、ビア形成時の露光現像工程において、ビアの中央部が残るようにマスクの開口を調整することによって、ビアの内部に樹脂の突起を作る。或いは、レーザー加工によりビアを形成する場合には、レーザービームをドーナツ状に照射することにより、ビアの内部に樹脂の突起を作ることが可能となる。従って、ビアの内部の樹脂の突起は、層間絶縁層と同じ材料となる。そして、これらの内部の樹脂の突起のあるビアに通常のめっき工程でめっきを行うことにより、くぼみのある電極構造を形成する。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２７】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、特に携帯型の電子機器において、半導体装置と回路基板間をアンダーフィルなどで樹脂封止しなくても、落下などの衝撃に対する耐性を向上させることができる。且つ、この場合には、低背化を妨げずに小型化に寄与でき、低コストで実現できる構造を提供することができる。
【００２８】
具体的には、くぼみと樹脂の突起との電極構造を有することにより、はんだバンプは基板表面から内部方向に入り、落下などによる衝撃的な力を基板と平行な方向に受けた場合に、硬い界面化合物が基板内部に存在するため、衝撃への耐性が向上する。
【００２９】
さらに、くぼみの内部に樹脂の突起があることから、全く樹脂がない場合に比較して、ボイドの発生が抑えられ、界面強度を向上させることができる。
【００３０】
また、はんだより柔らかい樹脂の突起がくぼみの内部にあるために、くぼみの内部全体がはんだで覆われている場合に比較して、応力緩和効果を有している。このため、衝撃的な力が付加された場合でも、この樹脂により応力を低減させることが可能である。この樹脂の突起は、実使用時に部品が発熱により温度上昇した場合、接続部に熱膨張係数差による歪が生じるが、温度サイクル信頼性の向上にも寄与する。
【００３１】
これらの効果は、基板製造時のビア形成工程での条件を変更するのみで実現可能であるため、工程数の増加につながることはなく、低コストでこれらの効果を得ることができる。
【００３２】
また、くぼみを有することにより、同じ径のはんだボールを用いた場合に、接続高さを低くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における回路基板の電極構造を示す図である。
【図２】図１に示した回路基板の電極構造の製造方法を示す図である。
【図３】図２に示したマスクの平面及び断面を示す図である。
【図４】図２に示したマスクの別の例において、吊りを有するマスクの平面を示す図である。
【図５】図１に示した回路基板の電極構造の別の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、回路基板の電極構造を適用した半導体装置の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３において、回路基板の電極構造を適用した別の半導体装置の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４において、回路基板の電極構造を適用した電子回路装置の構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態５において、回路基板の電極構造を適用した別の電子回路装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における回路基板の電極構造及びその製造方法の一例を図１〜図５を用いて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態１における回路基板の電極構造を示す図である。この回路基板上には、例えば半導体チップまたは電子部品などが搭載される。具体例については、実施の形態２以降で後述する。
【００３７】
図１に示した回路基板の電極構造１は、基板表面２に形成した層間絶縁層３に、基板表面２より基板の内側方向にくぼみ４が形成され、このくぼみ４の内部には樹脂による突起５が形成してある。これらの表面にＣｕによる配線層６が設けてある。すなわち、本実施の形態における回路基板の電極構造１は、基板表面２からくぼんだくぼみ４と、このくぼみ４の内部に設けられる樹脂の突起５と、これらのくぼみ４および突起５の表面を覆う配線層６とを有する構造からなる。
【００３８】
図１に示した回路基板の電極構造の製造方法を図２に示す。図２は、回路基板の片方の面に電極構造を製造する方法を示した図である。まず、基板基材としての両面銅張板７に対して、ドリル加工によるスルーホール８の穴あけ、スルーホールめっき９、サブトラクティブ法による内層回路１０の形成を順に行い、そして、スルーホール部分を樹脂などにより穴埋めする（図２−（１））。その後、層間絶縁層３となる感光性樹脂をコートする（図２−（２））。
【００３９】
続いて、この層間絶縁層３にビアを形成するために、マスク１１を所定の箇所に位置合わせし、開口部１４を形成したマスク１１を通して紫外線１２により露光する（図２−（３））。その後、現像によってくぼみ４となるビア１３を形成する（図２−（４））。このとき、ビア１３内で、樹脂の突起５の部分を形成できるように、マスク１１中に樹脂突起形成用の島１５を作り込んでおくことにより、ビア１３内に層間絶縁層３が残り、樹脂の突起５が同時に形成される。図３にマスク１１の平面図及び断面図を示す。図３に示したように、開口部１４の内部に樹脂突起形成用の島１５がある。
【００４０】
ここで、この開口部１４の内部に樹脂突起形成用の島１５ができない場合には、図４に示したように、樹脂突起形成用の島１５に吊り１６を形成したマスクの構造にしても良い。この吊り１６は、１つの樹脂の突起５に対し、２つに限らず、１つでも良いし、３つ以上設けても良い。但し、数をあまり多くしたり、幅を太くすると、ビアの形状、内部の樹脂の突起の形状が変わる可能性があるため、なるべく少なく細い方が望ましい。
【００４１】
次に、表面の粗化処理、無電解銅めっき、レジストによるパターニング、電解銅めっき、レジスト除去、銅のライトエッチングなどの処理によって、ビア１３のくぼみ４および樹脂の突起５の表面にＣｕによる配線層６を形成する（図２−（５））。その後、図示していないが、必要箇所にソルダーレジスト層を形成する。
【００４２】
従って、本実施の形態における回路基板の電極構造の製造方法では、図２に示したように、くぼみ４となるビア１３を形成するのと同時にビア１３の内部に突起５が形成できることになり、若干のマスク１１の変更は必要であるが、プロセス工程数の増加はない。
【００４３】
上記図２の例では、両面銅張板７上に１層の層間絶縁層３を積層し、Ｃｕによる配線層６を形成したが、図２−（２）から図２−（５）までの工程を繰り返すことにより、配線層を多層に形成することが可能である。このとき、最表面の層間絶縁層３以外では、ビアの内部に樹脂の突起は不要であり、外部端子用の電極となる部分にのみ樹脂の突起５を形成する。
【００４４】
本実施の形態における回路基板の電極構造の製造方法について、別の製造方法を図５に示す。この製造方法では、図２−（１）と同じように処理（図５−（１））した後、両面銅張板７に液状の層間絶縁層２１を塗布、或いは、フィルム状の層間絶縁層２１をラミネートし（図５−（２））、これにレーザー２２により穴加工を行う（図５−（３））。このとき、レーザー２２からは、中央部の強度を弱くしたドーナツ状のレーザービーム２３を照射することにより、樹脂による突起５を形成することが可能である。この後の工程（図５−（４）、（５））は、図２−（４）、（５）の場合と同じである。
【００４５】
従って、図５に示した回路基板の電極構造の製造方法でも、樹脂の突起５を形成するために、プロセスを追加する必要がない。
【００４６】
以上から、本実施の形態における回路基板の電極構造及びその製造方法によれば、図２、図５に示した回路基板の電極構造の製造方法により、新たなプロセス、材料を追加せずに、図１に示したくぼみ４と樹脂の突起５と配線層６とを有する電極構造１を形成することが可能である。
【００４７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体チップを接続する中間基板の電極に適用した半導体装置の例を図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態において、回路基板の電極構造を適用した半導体装置の構造を示す図である。
【００４８】
図６に示した半導体装置は、ＰｏＰ構造として用いられる半導体装置３１の断面の一部を模式的に示したものである。半導体チップ３２のはんだバンプ３３に対応する中間基板３４の電極３５には、くぼみ３６があり、このくぼみ３６の内部に樹脂の突起３７があり、これらの表面にはＣｕによる配線層３８が設けてある。図６では、半導体チップ３２と中間基板３４の間にアンダーフィル３９が封止されているが、これは半導体チップ３２の形状に応じて不要である。しかし、アンダーフィル３９は、外部端子４０の取り付け、半導体装置３１をマザーボードに接続する際、加熱されてはんだバンプ３３が溶融した場合に、半導体チップ３２が中間基板３４から脱落するのを防ぐ役割がある。
【００４９】
以上から、本実施の形態における半導体装置３１によれば、中間基板３４上に搭載された半導体チップ３２を有し、半導体チップ３２の電極と中間基板３４上の電極とを接続した構造において、図６に示したくぼみ３６と樹脂の突起３７と配線層３８とを有する中間基板３４上の電極３５により、温度サイクル性、耐落下衝撃性を確保することができる。
【００５０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体チップを接続した中間基板の面と反対側の外部端子用の電極に適用した半導体装置の例を図７を用いて説明する。
【００５１】
図７に示した半導体装置は、２枚の半導体チップが積層されている半導体装置５１を示したものである。第１の半導体チップ５２が中間基板５３にＡｕ線５４によりワイヤボンディングされ、次に第２の半導体チップ５５が中間基板５３に同様にＡｕ線５４によりワイヤボンディングされている。これらの半導体チップ５２、５５やＡｕ線５４が樹脂５６により封止されている。半導体チップ５２、５５が実装された中間基板５３の面と反対の面の電極５７にはんだバンプ５８が形成されている。この電極５７は、くぼみ５９が形成され、このくぼみ５９の内部に樹脂による突起６０が形成されている。これらの表面層はＣｕによる配線層６１である。
【００５２】
次に、この図７に示した半導体装置５１をマザーボードに接続し、半導体装置５１とマザーボードとの間にアンダーフィルを注入しない状態で、温度サイクル性と耐落下衝撃性を調べた。温度サイクル性は、温度サイクル試験機を用い、−４０℃から１２５℃を３０分ずつ繰り返した。本実施の形態のようにくぼみ５９の内部に樹脂の突起６０のある電極５７の場合、くぼみ５９の内部に樹脂の突起６０のない電極の場合に比較し、寿命が約１．２倍に向上した。
【００５３】
落下衝撃試験は、半導体装置５１を実装したマザーボードを、携帯電話のケースに納め、１．５ｍの高さから所定の板に落下させた。落下の方向としては、携帯電話の各６面を下に向けた場合を１セットとした。本実施の形態のようにくぼみ５９の内部に樹脂の突起６０のある電極５７の半導体装置５１の場合には、２０セット以上問題がなかった。しかし、くぼみ５９のない電極、くぼみ５９があっても内部の樹脂の突起６０のない電極の場合には、それぞれ、９セット、１５セットで導通が不安定な箇所が発生した。
【００５４】
この試験結果を検討すると、くぼみ５９がない場合には、中間基板５３と電極、界面化合物がすべてほぼ平行となっているので、落下時にはんだバンプ５８と電極界面の端部に生じた応力が界面化合物層に直接伝わりやすいが、くぼみ５９がある場合には、界面化合物層が基板内部に入り込んでいるため、落下時にはんだバンプ５８と電極界面の端部に生じた応力が界面化合物層を伝わり難く、より柔らかいはんだ内で吸収できるためと推定される。さらに、内部に樹脂の突起６０がある場合には、樹脂の応力緩和機能のため、応力を低減できたものと考えられる。
【００５５】
以上より、本発明の回路基板の電極構造を、半導体装置に適用することは、温度サイクル信頼性、耐落下衝撃性の向上に有効である。
【００５６】
また、図７に示した半導体装置５１の別の効果としては、中間基板５３の電極５７にはくぼみ５９があるため、はんだバンプ５８を形成するときの、はんだボールの整列が容易になり、はんだバンプ付け工程での歩留まり向上に有効である。
【００５７】
また、くぼみ５９の内部の樹脂の突起６０により、はんだバンプ５８内のボイドの発生は、樹脂の突起６０のない場合に比較して発生率が抑えられ、且つ、ボイドの大きさも小さくなった。従って、信頼性向上に寄与していると考えられる。
【００５８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体装置を搭載するマザーボードに適用した電子回路装置の例を図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態において、図１の回路基板の電極構造を適用した電子回路装置の構造を示す図である。
【００５９】
図８に示した電子回路装置は、半導体装置７１をマザーボード７２に実装した構造を示している。半導体装置７１は、中間基板７３に第１の半導体チップ７４をＡｕ線７５によるワイヤボンディングにより接続し、第２の半導体チップ７６をはんだによるマイクロバンプ７７を用いて第１の半導体チップ７４に接続し、第１の半導体チップ７４と第２の半導体チップ７６の間はアンダーフィル７８により封止されている。これらは樹脂７９により全体が封止され、外部端子のはんだバンプ８０が形成されている。外部端子のはんだバンプ８０を接続したマザーボード７２の電極８１は、くぼみ８２が形成され、このくぼみ８２の内部に樹脂の突起８３が形成されている。これら表面にはＣｕによる配線層８４が形成されている。
【００６０】
半導体装置７１のマザーボード７２への実装は、まず、マザーボード７２の電極８１にはんだペーストを印刷により供給し、これに搭載機を用いて半導体装置７１を位置合わせして搭載し、リフロー炉内で加熱し、はんだバンプ８０を溶融させて接続している。マザーボード７２と半導体装置７１の間は、アンダーフィルによる封止は行わなかった。
【００６１】
上記のような電子回路装置の構造の半導体装置７１を実装したマザーボード７２を、携帯電話のケースに納めて落下衝撃試験を行った。１．５ｍの高さから落下させ、６面方向を１セットとすると、２０回以上の耐性がみられ、アンダーフィルによる封止が不必要であることが判った。
【００６２】
また、はんだバンプ８０はマザーボード７２のくぼみ８２のある電極８１に入り込むため、接続高さも従来より低くすることが可能である。
【００６３】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５においては、図１に示した回路基板の電極構造を、半導体装置を搭載するマザーボードの電極の一部に適用した電子回路装置の例を図９を用いて説明する。図９は、図８に示した電子回路装置とは異なり、図１の回路基板の電極構造を適用した別の電子回路装置の構造を示す図である。
【００６４】
図９に示した電子回路装置は、図８に示した半導体装置７１を別のマザーボード８５に接続した構造を示したものである。このマザーボード８５では、くぼみ８２と、このくぼみ８２の内部の樹脂の突起８３のある電極８１が最外周の電極に適用され、内部の電極８６は、通常の平らな電極を適用してある。落下などによる衝撃は、最外周の電極に最も大きく作用すると考えられ、このような構造にすることによっても衝撃への耐性を向上させることができる。また、くぼみ８２と樹脂の突起８３を有する電極８１は、最外周に限らず、４隅やこの周辺数ピンを含む領域に適用することも有効である。
【００６５】
さらに、衝撃への耐性を向上させるためには、例えば、くぼみ８２と樹脂の突起８３を有する電極８１に対応する半導体装置７１の中間基板７３の電極も、同じように、くぼみとくぼみの内部に樹脂の突起のある形状とすることも有効である。
【００６６】
さらに、積極的に耐落下衝撃性を向上させるためには、くぼみとくぼみの内部に樹脂の突起のある電極を、他の電極に比べて直径を大きく作成する。この場合に、はんだ量が不足するのであれば、若干大きいはんだボールを用いて接続する。この電極は、耐落下衝撃性を向上させるための電極として、電気的な配線としては意味をなさなくても良い。
【００６７】
以上より、本発明の回路基板の電極構造を採ることにより、基板製造時のプロセス数を増やすことなく、耐落下衝撃性を向上させることが可能である。これらは、半導体装置の内部の中間基板、半導体装置を搭載するマザーボードへの電極などに適用可能である。
【００６８】
（実施の形態１〜５の効果）
以上において説明した、実施の形態１の回路基板、実施の形態２、３の回路基板上に搭載された半導体チップを有する半導体装置、実施の形態４、５の半導体装置を接続したマザーボードを有する電子回路装置における効果を纏めると、以下の通りである。
【００６９】
（１）くぼみと樹脂の突起との電極構造を有することにより、はんだバンプは基板表面から内部方向に入り、落下などによる衝撃的な力を基板と平行な方向に受けた場合に、硬い界面化合物が基板内部に存在するため、衝撃への耐性が向上する。
【００７０】
（２）くぼみの内部に樹脂の突起があることから、全く樹脂がない場合に比較して、ボイドの発生が抑えられ、界面強度を向上させることができる。
【００７１】
（３）はんだより柔らかい樹脂の突起がくぼみの内部にあるために、くぼみの内部全体がはんだで覆われている場合に比較して、応力緩和効果を有している。このため、衝撃的な力が付加された場合でも、この樹脂により応力を低減させることが可能である。この樹脂の突起は、実使用時に部品が発熱により温度上昇した場合、接続部に熱膨張係数差による歪が生じるが、温度サイクル信頼性の向上にも寄与する。
【００７２】
（４）（１）〜（３）の効果は、基板製造時のビア形成工程での条件を変更するのみで実現可能であるため、工程数の増加につながることはなく、低コストでこれらの効果を得ることができる。
【００７３】
（５）くぼみを有することにより、同じ径のはんだボールを用いた場合に、接続高さを低くすることが可能である。
【００７４】
（６）特に携帯型の電子機器において、半導体装置と回路基板間をアンダーフィルなどで樹脂封止しなくても、落下などの衝撃に対する耐性を向上させることができる。且つ、この場合には、低背化を妨げずに小型化に寄与でき、低コストで実現できる構造を提供することができる。
【００７５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の回路基板の製造技術は、回路基板及びその製造方法に限らず、この回路基板上に半導体チップを実装した半導体装置、この半導体装置をマザーボード上に実装した電子回路装置などに広く利用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…電極構造、２…基板表面、３…層間絶縁層、４…くぼみ、５…突起（樹脂）、６…配線層（Ｃｕ）、７…両面銅張板、８…スルーホール、９…スルーホールめっき、１０…内層回路、１１…マスク、１２…紫外線、１３…ビア、１４…開口部、１５…島、１６…吊り、
２１…層間絶縁層（液状或いはフィルム状）、２２…レーザー、２３…レーザービーム（ドーナツ状）、
３１…半導体装置、３２…半導体チップ、３３…はんだバンプ、３４…中間基板、３５…電極、３６…くぼみ、３７…突起（樹脂）、３８…配線層（Ｃｕ）、３９…アンダーフィル、４０…外部端子、
５１…半導体装置、５２…半導体チップ（第１）、５３…中間基板、５４…Ａｕ線、５５…半導体チップ（第２）、５６…樹脂、５７…電極、５８…はんだバンプ、５９…くぼみ、６０…突起（樹脂）、６１…配線層（Ｃｕ）、
７１…半導体装置、７２…マザーボード、７３…中間基板、７４…半導体チップ（第１）、７５…Ａｕ線、７６…半導体チップ（第２）、７７…マイクロバンプ（はんだ）、７８…アンダーフィル、７９…樹脂、８０…はんだバンプ（外部端子）、８１…電極（マザーボード）、８２…くぼみ、８３…突起（樹脂）、８４…配線層（Ｃｕ）、
８５…マザーボード、８６…電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップまたは電子部品が搭載される回路基板であって、
前記半導体チップまたは前記電子部品と接続する前記回路基板上の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
回路基板と、前記回路基板上に搭載された半導体チップとを有し、前記半導体チップの電極と前記回路基板上の電極とを接続した半導体装置であって、
前記回路基板上の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなり、
前記回路基板上の電極と前記半導体チップの電極とは、はんだバンプを用いて接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
回路基板と、前記回路基板上に搭載された半導体チップとを有し、前記半導体チップの電極と前記回路基板上の電極とを接続した半導体装置であって、
前記回路基板は、前記半導体チップが搭載される面と反対側の面に配置される外部端子用の電極を有し、
前記回路基板上の前記外部端子用の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなり、
前記回路基板上の前記外部端子用の電極には、はんだバンプが搭載されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
回路基板と、前記回路基板上に搭載された半導体チップとを有し、前記半導体チップの電極と前記回路基板上の電極とを接続した半導体装置と、
前記半導体装置を接続したマザーボードと、を有する電子回路装置であって、
前記半導体チップと接続する前記回路基板上の電極と、前記半導体チップを接続した面と反対側の前記回路基板の面の電極と、前記半導体装置を接続した前記マザーボードの電極とのうちの１箇所以上の電極は、前記回路基板または前記マザーボードの表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなることを特徴とする電子回路装置。
【請求項５】
半導体チップまたは電子部品が搭載される回路基板であって、
前記半導体チップまたは前記電子部品と接続する前記回路基板上の電極は複数からなり、
前記複数の電極のうちの第１の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなることを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項５に記載の回路基板において、
前記第１の電極は、前記第１の電極以外の他の第２の電極の直径より大きい構造からなることを特徴とする回路基板。
【請求項７】
基板基材を用いた回路基板の製造方法であって、
前記基板基材上に回路を形成する工程と、前記回路上に層間絶縁層を積層する工程と、前記層間絶縁層にビアを加工する工程とを有し、
前記層間絶縁層にビアを加工する工程においては、前記ビアとなるくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起とを同じ工程で同時に形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項１】
半導体チップまたは電子部品が搭載される回路基板であって、
前記半導体チップまたは前記電子部品と接続する前記回路基板上の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
回路基板と、前記回路基板上に搭載された半導体チップとを有し、前記半導体チップの電極と前記回路基板上の電極とを接続した半導体装置であって、
前記回路基板上の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなり、
前記回路基板上の電極と前記半導体チップの電極とは、はんだバンプを用いて接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
回路基板と、前記回路基板上に搭載された半導体チップとを有し、前記半導体チップの電極と前記回路基板上の電極とを接続した半導体装置であって、
前記回路基板は、前記半導体チップが搭載される面と反対側の面に配置される外部端子用の電極を有し、
前記回路基板上の前記外部端子用の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなり、
前記回路基板上の前記外部端子用の電極には、はんだバンプが搭載されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
回路基板と、前記回路基板上に搭載された半導体チップとを有し、前記半導体チップの電極と前記回路基板上の電極とを接続した半導体装置と、
前記半導体装置を接続したマザーボードと、を有する電子回路装置であって、
前記半導体チップと接続する前記回路基板上の電極と、前記半導体チップを接続した面と反対側の前記回路基板の面の電極と、前記半導体装置を接続した前記マザーボードの電極とのうちの１箇所以上の電極は、前記回路基板または前記マザーボードの表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなることを特徴とする電子回路装置。
【請求項５】
半導体チップまたは電子部品が搭載される回路基板であって、
前記半導体チップまたは前記電子部品と接続する前記回路基板上の電極は複数からなり、
前記複数の電極のうちの第１の電極は、前記回路基板の表面からくぼんだくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起と、前記くぼみおよび前記突起の表面を覆う配線層とを有する構造からなることを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項５に記載の回路基板において、
前記第１の電極は、前記第１の電極以外の他の第２の電極の直径より大きい構造からなることを特徴とする回路基板。
【請求項７】
基板基材を用いた回路基板の製造方法であって、
前記基板基材上に回路を形成する工程と、前記回路上に層間絶縁層を積層する工程と、前記層間絶縁層にビアを加工する工程とを有し、
前記層間絶縁層にビアを加工する工程においては、前記ビアとなるくぼみと、前記くぼみの内部に設けられる樹脂の突起とを同じ工程で同時に形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４６４９０（Ｐ２０１１−１４６４９０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４０４（Ｐ２０１０−５４０４）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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