電子装置及びその製造方法
【課題】回路基板と半導体装置の接続の容易化と、接続信頼性の向上を図る。
【解決手段】電子装置１は、一主面に電極２ａが形成された回路基板２と、その回路基板２の一主面側に配置され、その一主面と対向する面に電極３ａが形成された半導体装置３と、それらの電極２ａ，３ａ間を電気的に接続する導電性のベローズ４とを含んでいる。回路基板２と半導体装置３との接続時や接続後には、ベローズ４がその伸縮性により柔軟に変形する。
【解決手段】電子装置１は、一主面に電極２ａが形成された回路基板２と、その回路基板２の一主面側に配置され、その一主面と対向する面に電極３ａが形成された半導体装置３と、それらの電極２ａ，３ａ間を電気的に接続する導電性のベローズ４とを含んでいる。回路基板２と半導体装置３との接続時や接続後には、ベローズ４がその伸縮性により柔軟に変形する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置と回路基板を含む電子装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置と回路基板との接続形態の１つに、フリップチップ接続がある。フリップチップ接続には、従来、はんだバンプが広く用いられている。この場合には、半導体装置及び回路基板の電極間にはんだバンプを配置した状態でこれを溶融・固化し、半導体装置と回路基板とをはんだにより電気的に接続する。
【０００３】
このほか、対向する半導体装置と回路基板とを、弾性を有する導電性部材を用いて接続する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５３１０６号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置と回路基板とをフリップチップ接続する際には、それらを高精度に位置合わせしようとすると、高性能な位置合わせ装置の導入、プロセス管理や製品のコストの増加等を招いてしまう場合がある。
【０００６】
一方、はんだバンプには、接続時に半導体装置と回路基板とに位置ずれが生じていても、その位置ずれに応じて溶融はんだが表面張力により丸くなろうとし、その状態で凝固する、所謂セルフアライメント効果がある。しかし、接続後の半導体装置及び回路基板の熱膨張・熱収縮により、はんだ接続部に応力が発生し、はんだ接続部にクラックが発生し、破断が生じる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、一主面に第１電極が形成された回路基板と、前記回路基板の前記一主面側に配置され、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置と、前記第１，第２電極間を電気的に接続する導電性のベローズと、を含む電子装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
開示の電子装置によれば、回路基板と半導体装置の接続の容易化を図ると共に、それらの接続信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電子装置の形成方法の一例を示す図である。
【図２】電子装置の形成方法の別例を示す図である。
【図３】電子装置の停止時及び動作時の状態の一例を示す図である。
【図４】回路基板及び半導体装置の変形時の状態の一例を示す図である。
【図５】ベローズ形成方法の一例を示す図である。
【図６】ベローズ形成方法の別例を示す図である。
【図７】ベローズと電極の接続部の一例を示す図である。
【図８】回路基板の一例を示す図である。
【図９】半導体パッケージの一例を示す図である。
【図１０】第１実施例に係る導電性接着剤形成工程の一例を示す図（その１）である。
【図１１】第１実施例に係る導電性接着剤形成工程の一例を示す図（その２）である。
【図１２】第１実施例に係るベローズ接続工程の一例を示す図である。
【図１３】第１実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その１）である。
【図１４】第１実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その２）である。
【図１５】第１実施例に係る半導体パッケージ実装工程の一例を示す図である。
【図１６】第１実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例を示す図である。
【図１７】冷却構造を備えた電子装置の一例を示す図である。
【図１８】冷却構造を備えた電子装置の別例を示す図である。
【図１９】第２実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その１）である。
【図２０】第２実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その２）である。
【図２１】第２実施例に係るベローズ接続工程の一例を示す図（その１）である。
【図２２】第２実施例に係るベローズ接続工程の一例を示す図（その２）である。
【図２３】第２実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例を示す図である。
【図２４】電子装置の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は電子装置の形成方法の一例を示す図である。
図１には、回路基板２及び半導体装置３を含む電子装置１の形成方法を例示している。尚、図１（Ａ）には、回路基板２への半導体装置３の実装前の状態を例示しており、図１（Ｂ），（Ｃ）には、回路基板２への半導体装置３の実装後の状態を例示している。
【００１１】
回路基板２は、その一主面に設けられた複数の電極２ａを有している。各電極２ａは、ここでは図示を省略するが、回路基板２の内部に設けられている導電パターン（配線及びビア）に電気的に接続されている。
【００１２】
半導体装置３は、回路基板２の上方に配置され、その電極２ａの形成面と対向する面に設けられた複数の電極３ａを有している。各電極３ａは、ここでは図示を省略するが、半導体装置３の内部に設けられている回路素子（トランジスタ、抵抗、容量等）に電気的に接続されている。
【００１３】
この半導体装置３には、例えば、半導体チップを含む半導体パッケージを用いることができる。半導体パッケージとしては、例えば、インターポーザ等の回路基板に、半導体チップをフリップチップ接続やワイヤボンディング等で電気的に接続（実装）し、封止樹脂で封止してパッケージングしたものを用いることができる。尚、半導体装置３として、このような半導体パッケージのほか、半導体チップを適用することも可能である。
【００１４】
上記のような回路基板２の各電極２ａと、半導体装置３の各電極３ａとは、互いに対応する配置で、予め形成されている。
図１（Ａ）に示すように、回路基板２への実装前の半導体装置３の各電極３ａには、それぞれ、導電性のベローズ４の一端が、導電性の接合層５を介して接続されており、ベローズ４の他端は、自由端となっている。ベローズ４は、半導体装置３の平面方向（電極３ａの形成面と平行な方向）と直交する方向に伸縮可能で、且つ、その自由端側が半導体装置３の平面方向に揺動可能になっている。ベローズ４は、例えば、電極２ａ，３ａと同等のサイズとされ、また、実装後の回路基板２と半導体装置３との間に確保する距離に基づき、その長さ、伸縮量等が設定される。このようなベローズ４は、例えば、その全部又は一部に金属材料を用いて形成することができる。
【００１５】
このようなベローズ４の一端を電極３ａに接続する接合層５には、例えば、導電性接着剤、はんだ等の材料が用いられる。
半導体装置３を回路基板２に実装する際には、図１（Ａ）に示したように、まず回路基板２の各電極２ａ上に選択的に導電性の接合層６が形成され、その回路基板２の上方に、ベローズ４を接続した半導体装置３が配置される。
【００１６】
回路基板２に形成する接合層６には、例えば、半導体装置３にベローズ４を接続するのに用いている上記接合層５の耐熱温度よりも低温で溶融する、はんだ等の材料が用いられる。尚、接合層６には、溶融した状態で各電極２ａ上に留まるような性質のものを選択することができ、及び／又は、溶融した接合層６が留まるように各電極２ａに表面処理を施しておくこともできる。
【００１７】
回路基板２の上方に半導体装置３を配置する際には、例えば、回路基板２と半導体装置３の間に、それらの距離を一定に保つスタンドオフ（スペーサ）７が介在される。スタンドオフ７は、一端を回路基板２と半導体装置３のいずれか一方に固定したり、両端を回路基板２と半導体装置３にそれぞれ固定したりすることができる。或いは、スタンドオフ７は、両端とも回路基板２と半導体装置３に固定せず、一時的に介在させるようにしてもよい。スタンドオフ７の高さは、例えば、実装後の回路基板２と半導体装置３との間に確保する距離に基づき、設定される。
【００１８】
半導体装置３は、その各電極３ａと、回路基板２の各電極２ａとの位置合わせを行って、回路基板２の上方に配置される。但し、この図１（Ａ）には、敢えて電極２ａ，３ａ間に位置ずれＰを生じさせて、回路基板２の上方に半導体装置３を配置した場合を図示している。
【００１９】
この状態から、接合層６を選択的に溶融させる温度で加熱を行うと、たとえ図１（Ａ）に示したような位置ずれＰが生じていても、ベローズ４は、その伸縮性により、その自由端側が、溶融した接合層６に表面張力で引き寄せられる（セルフアライメント効果）。そして、溶融した接合層６を、その後固化することにより、図１（Ｂ）に示したように、ベローズ４が変形した状態で半導体装置３が回路基板２に実装された電子装置１が得られるようになる。
【００２０】
尚、図１（Ｂ）には、ベローズ４が変形している状態、即ち、対応する電極２ａ，３ａ同士が対向位置からずれたままの状態を図示している。半導体装置３のみが、或いは半導体装置３がスタンドオフ７と一緒に、回路基板２上を平面方向に移動可能な場合には、半導体装置３は、回路基板２への実装後、ベローズ４の弾性により、対応する電極２ａ，３ａ同士が対向する位置へと移動（スライド）し得る。
【００２１】
また、スタンドオフ７は、回路基板２及び半導体装置３のいずれにも固定していない場合には、回路基板２への半導体装置３の実装後に、取り除くようにしてもよい。図１（Ｃ）には、回路基板２への半導体装置３の実装後、スタンドオフ７を取り除いた状態を図示している。この場合、半導体装置３は、図１（Ｃ）に示したように、ベローズ４の弾性により、対応する電極２ａ，３ａ同士が対向する位置へと移動し得る。
【００２２】
以上のように、この電子装置１では、半導体装置３がベローズ４を用いて回路基板２に実装される。ベローズ４を用いることにより、たとえ実装前に回路基板２と半導体装置３との間に位置ずれＰが生じていても、実装時にはその位置ずれＰに応じてベローズ４が変形する。そのため、この電子装置１では、回路基板２と半導体装置３との接続不良が効果的に抑えられる。
【００２３】
更に、この電子装置１では、実装後もベローズ４が柔軟に変形可能である。例えば、半導体装置３の動作時の発熱により、回路基板２と半導体装置３が熱膨張・熱収縮によって変形する場合にも、その変形に応じてベローズ４が変形可能である。そのため、この電子装置１では、実装後も回路基板２と半導体装置３の接続状態が効果的に維持される。以下、この点について、更に説明する。
【００２４】
そこで、まず比較のため、ベローズ４に替え、半導体装置３を回路基板２にはんだバンプを用いて実装した電子装置について説明する。
図２は電子装置の形成方法の別例を示す図である。図２（Ａ）には、回路基板２への半導体装置３の実装前の状態を例示しており、図２（Ｂ）には、回路基板２への半導体装置３の実装後の状態を例示している。
【００２５】
ここでは、図２（Ａ）に示すように、半導体装置３の各電極３ａにそれぞれ、はんだバンプ１１０（ここでは一例として、はんだボールを図示）が接続されている。
半導体装置３を回路基板２に実装する際には、図２（Ａ）に示したように、回路基板２の各電極２ａ上に選択的に、接合層６としてはんだが形成され、その回路基板２の上方に、半導体装置３が配置される。そして、はんだバンプ１１０及び接合層６の溶融温度に加熱することで、図２（Ｂ）に示したように、はんだバンプ１１０と接合層６を一体化し、その一体化された接続部１２０により、電極２ａ，３ａ間を電気的に接続する。
【００２６】
このとき、上記同様、図２（Ａ）に示したように、電極２ａ，３ａ間に位置ずれＰが生じているものとする。この場合、半導体装置３と回路基板２は、はんだバンプ１１０と接合層６が溶融して一体化する際の表面張力により、各電極２ａ，３ａ同士が対向する位置へと補正される（セルフアライメント効果）。はんだを固化した後の接続部１２０は、はんだの表面張力と半導体装置３の自重とが釣り合った形状となる。
【００２７】
このようにはんだバンプ１１０を用いた電子装置１００の場合にも、回路基板２と半導体装置３を所定の位置関係で接続することは可能である。しかしながら、この電子装置１００では、実装後に加わる熱により、それらの接続部１２０に破壊が生じてしまう場合がある。
【００２８】
図３は電子装置の停止時及び動作時の状態の一例を示す図である。
図３の上図には、電子装置１００の停止時の状態を例示しており、図３の下図には、電子装置１００の動作時の状態を例示している。
【００２９】
電子装置１００の動作時に半導体装置３で発生した熱は、一部は外部に放熱され、一部は電子装置１００内（半導体装置３、回路基板２、及びそれらの接続部１２０）を伝熱する。
【００３０】
このとき、半導体装置３と回路基板２とは、図３の下図に示したように、いずれも熱膨張するが（図３下図の矢印方向）、それぞれの構成材料の違いにより、それらの熱膨張の程度に差が出てくる。このような半導体装置３と回路基板２との熱膨張の程度の差は、接続部１２０に応力を発生させ、図３の上図に示したように一定形状で固化されていた接続部１２０を、図３の下図に示したような形状に変形させ得る。
【００３１】
ここに示した接続部１２０の場合、電極２ａ，３ａ近傍の部分１２０ａが細く、くびれた形状となっているために、この部分１２０ａに応力が集中し易い。更に、この部分１２０ａは、電極２ａ，３ａ近傍であるため、電極２ａ，３ａの構成成分との間で金属間化合物を形成したり、電極２ａ，３ａの構成成分が拡散して不安定なはんだ組成になったりする場合がある。そのため、電子装置１００の停止（図３上図）と動作（図３下図）が繰り返されると、接続部１２０が、金属疲労で破壊されてしまう場合がある。このような破壊は、半導体装置３の大型化、電極２ａ，３ａや接続部１２０の微細化、或いは電極２ａ間、電極３ａ間、接続部１２０間のピッチの微細化に伴い、より発生し易くなる可能性がある。
【００３２】
これに対し、上記図１に示したようなベローズ４を用いた電子装置１では、まず、実装前の回路基板２と半導体装置３との位置ずれＰに応じ、ベローズ４がセルフアライメント効果により変形し、接続不良の発生を抑えることが可能である。更に、この電子装置１では、実装後に生じる回路基板２と半導体装置３の変形に応じてベローズ４が変形し、それらの接続状態を維持することが可能である。
【００３３】
図４は回路基板及び半導体装置の変形時の状態の一例を示す図であって、（Ａ）は回路基板及び半導体装置が膨張した状態の一例、（Ｂ）は回路基板及び半導体装置が反った状態の一例である。
【００３４】
ベローズ４は、図４（Ａ）に示すように、回路基板２と半導体装置３の平面方向の変形（図４（Ａ）の矢印方向の変形）に応じた変形が可能である。更に、ベローズ４は、図４（Ｂ）に示すように、当該平面方向と直交する方向の変形（図４（Ｂ）の矢印方向の変形（反り））に応じた変形も可能である。
【００３５】
このように上記電子装置１によれば、回路基板２に半導体装置３を実装する際には、ベローズ４の変形により、接続不良の発生を効果的に抑えることができる。そのため、実装の際には、回路基板２と半導体装置３との位置合わせを、必ずしも高精度に行うことを要しない。従って、そのような高精度な位置合わせを行うことのできる、高性能な位置合わせ装置は必ずしも導入することを要せず、比較的安価な装置を用いても、接続不良の発生を抑えることができる。
【００３６】
更に、上記電子装置１によれば、実装後の回路基板２と半導体装置３の変形（伸縮、反り）に応じてベローズ４が変形するため、高い接続信頼性を確保することができ、電子装置１を長期にわたって安定に動作させることが可能になる。また、大型の半導体装置３や、微細で狭ピッチの電極２ａ，３ａが用いられている場合にも、高い接続信頼性を確保することができる。
【００３７】
上記のようなベローズ４は、例えば、次のようにして形成することが可能である。
図５はベローズ形成方法の一例を示す図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、ベローズ４の各形成工程の断面を模式的に示す。
【００３８】
まず、図５（Ａ）に示すように、予め、形成するベローズ４の形状に合わせて形成された蛇腹状の表面（側面）を有するマンドレル２００を用意する。マンドレル２００は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の丸棒の側面を、切削等によって蛇腹状に加工することで、形成することができる。
【００３９】
次いで、図５（Ｂ）に示すように、マンドレル２００の表面に、電解めっきにより、ベローズ４となる金属皮膜２０１を形成する。金属皮膜２０１としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）皮膜、又はＮｉ皮膜上に金（Ａｕ）皮膜を形成した積層皮膜を形成することができる。Ａｕ皮膜は、ベローズ４のはんだ濡れ性を高める役割を果たす。
【００４０】
金属皮膜２０１の形成後は、必要に応じてその端部を加工して寸法（ベローズ４の高さに相当）を調整し、図５（Ｃ）に示すように、マンドレル２００を選択的に除去し、金属皮膜２０１即ちベローズ４を得る。マンドレル２００の除去は、例えば、所定の溶剤を用いて行うことができる。
【００４１】
尚、ここではマンドレル２００にＡｌを用いるようにしたが、最終的に溶剤等を用い、金属皮膜２０１に対して選択的に除去することができるものであれば、Ａｌ以外の金属も利用可能である。また、マンドレル２００には、最終的に選択除去が可能であれば、金属のほか、導電性又は絶縁性の樹脂材料も利用可能である。マンドレル２００に絶縁性の樹脂材料を利用する場合には、金属皮膜２０１を、無電解めっきにより形成すればよい。
【００４２】
また、金属皮膜２０１は、ここに例示したＮｉ皮膜、Ｎｉ皮膜とＡｕ皮膜の積層皮膜に限定されるものではない。金属皮膜２０１には、銅（Ｃｕ）皮膜、銀（Ａｇ）皮膜等を少なくとも一部に用いるようにすることもできる。ベローズ４は、めっき可能な金属を１層又は２層以上形成して金属皮膜２０１を形成することで、形成可能である。
【００４３】
また、図６はベローズ形成方法の別例を示す図である。図６（Ａ）〜（Ｅ）は、ベローズ４の各形成工程の断面模式図である。
ここでは、まず、図６（Ａ）に示すように、予め、形成するベローズ４の形状に合わせて形成されたコイルバネ３００を用意し、そのコイルバネ３００を、熱収縮チューブ３０１に挿入する。
【００４４】
次いで、コイルバネ３００が挿入された熱収縮チューブ３０１を加熱し、図６（Ｂ）に示すように、熱収縮チューブ３０１を収縮させる。これにより、形成するベローズ４の内側形状に相当する型を形成する。
【００４５】
次いで、図６（Ｃ）に示すように、収縮させた熱収縮チューブ３０１の表面に、金属皮膜３０２を形成する。金属皮膜３０２としては、例えば、Ｎｉ皮膜、又はＮｉ皮膜上にＡｕ皮膜を形成した積層皮膜を形成することができる。
【００４６】
この図６（Ｃ）に示した状態のものを、ベローズ４として用いることが可能である。このほか、図６（Ｄ）に示すように、コイルバネ３００を引き出して取り除いたものをベローズ４として用いたり、図６（Ｅ）に示すように、更に熱収縮チューブ３０１を所定の溶剤を用いて除去したものをベローズ４として用いたりすることも可能である。
【００４７】
尚、ここでは、コイルバネ３００と熱収縮チューブ３０１を用いてベローズ４の内側形状に相当する型を得るようにしたが、予め蛇腹状の側面を有する型（蛇腹部を有するストローの当該蛇腹部等）を用いるようにしてもよい。
【００４８】
また、金属皮膜３０２は、ここに例示したＮｉ皮膜、Ｎｉ皮膜とＡｕ皮膜の積層皮膜に限定されるものではない。金属皮膜３０２には、Ｃｕ皮膜、Ａｇ皮膜等を少なくとも一部に用いるようにすることもできる。ベローズ４は、めっき可能な金属を１層又は２層以上形成して金属皮膜３０２を形成することで、形成可能である。
【００４９】
また、図５及び図６には、金属皮膜２０１，３０２を、いずれも両端が開口されるように形成し、両端が開口されたベローズ４を形成する場合を例示した。このほか、ベローズ４は、その形成過程における金属皮膜２０１，３０２の形成場所を調整することにより、いずれか一端のみ開口させ、他端を閉塞させることも可能である。このようにベローズ４の両端又は一端を開口させた場合には、各ベローズ４の高さの均一化を図ることが可能になる。
【００５０】
図７はベローズと電極の接続部の一例を示す図であって、（Ａ）はベローズの開口端と電極の接続部の一例、（Ｂ）はベローズの閉塞端と電極の接続部の一例である。
ベローズ４の一端が開口端４ａとなっている場合には、例えば、接合層６を介してベローズ４と電極２ａとを接続する際、溶融状態となった接合層６が、図７（Ａ）に示すように、ベローズ４の外側のほか、開口端４ａからベローズ４の内側にも流動していく。それと共に、ベローズ４の開口端４ａ側の端部は、ベローズ４が有する伸縮性のために、溶融状態の接合層６の表面張力によって電極２ａ側へ引き寄せられていき、開口端４ａが電極２ａと接触したような状態が得られ易くなる。
【００５１】
ここで仮に、ベローズ４の一端が、このような開口端４ａではなく、図７（Ｂ）に示すように、閉塞端４ｂであったとする。その場合、複数のベローズ４の中には、接合層６がベローズ４の側面に流動せずにその閉塞端４ｂの端面側に留まったものや、接合層６がベローズ４の外側（側面）に流動したもの等、複数の接続状態が生じ得る。このような場合、ベローズ４の高さは不均一になってしまう。
【００５２】
これに対し、上記のように、ベローズ４の一端を開口端４ａとしている場合には、接合層６が開口端４ａからベローズ４の内側へ流れる経路が存在するため、いずれのベローズ４についても、その開口端４ａを電極２ａ側に引き寄せることが可能になる。その結果、各ベローズ４の高さを均一化することが可能になる。
【００５３】
ベローズ４の他端をこのように開口端４ａとした場合も同様に、接合層５を介してベローズ４と電極３ａとを接続する際、その開口端４ａを電極３ａ側に引き寄せ、各ベローズ４の高さを均一化することが可能である。
【００５４】
以下では、上記のようなベローズを用いた電子装置について、より具体的に説明する。ここでは、ベローズを用い、回路基板に、半導体装置として半導体パッケージを実装する場合を例にして、説明する。
【００５５】
まず、第１実施例について説明する。
図８は回路基板の一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１−Ｌ１断面模式図である。また、図９は半導体パッケージの一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ２−Ｌ２断面模式図である。
【００５６】
ここでは、図８に例示するような回路基板２０、及び図９に例示するような半導体パッケージ３０を用いる。
回路基板２０には、図８（Ａ）に示したように、平面正方形状で、その中央部に所定サイズの電極２１が所定ピッチで所定数配列されたものを用いる。例えば、平面サイズが１１０ｍｍ角で、その中央部に直径０．６ｍｍの電極２１が１．２７ｍｍピッチで４２０個配列された回路基板２０を用いる。
【００５７】
回路基板２０は、図８（Ｂ）に示したように、絶縁層２２と、絶縁層２２内に形成された配線及び異なる配線間を接続するビアを含む導電パターン２３とを有しており、電極２１は、このような回路基板２０の内部に形成された導電パターン２３と電気的に接続されている。電極２１及び導電パターン２３は、例えば、Ｃｕを用いて形成される。
【００５８】
半導体パッケージ３０には、図９（Ａ）に示したように、平面正方形状で、その中央部に所定サイズの電極３１が所定ピッチで所定数配列されたものを用いる。例えば、平面サイズが４０ｍｍ角で、その中央部に直径０．６ｍｍの電極３１が、回路基板２０の各電極２１と対応するように、１．２７ｍｍピッチで４２０個配列された半導体パッケージ３０を用いる。
【００５９】
半導体パッケージ３０は、図９（Ｂ）に示したように、インターポーザ３２と、そのインターポーザ３２にはんだ等のバンプ３３ａを介してフリップチップ接続された半導体チップ３３を有している。半導体チップ３３の内部には、例えば、トランジスタ、抵抗、容量等の回路素子が形成されている。
【００６０】
インターポーザ３２は、絶縁層３２ａと、絶縁層３２ａ内に形成された配線及び異なる配線間を接続するビアを含む導電パターン３２ｂとを有しており、半導体パッケージ３０の電極３１は、導電パターン３２ｂを介して半導体チップ３３と電気的に接続されている。電極３１及び導電パターン３２ｂは、例えば、Ｃｕを用いて形成される。
【００６１】
インターポーザ３２に接続された半導体チップ３３は、封止樹脂３４によって封止されている。
図８に例示した回路基板２０に、図９に例示した半導体パッケージ３０を実装する工程について、以下の図１０から図１８を参照して説明する。尚、図１０から図１８では、便宜上、電極２１を除く回路基板２０の内部構造、及び電極３１を除く半導体パッケージ３０の内部構造については、その図示を省略する。
【００６２】
図１０及び図１１は第１実施例に係る導電性接着剤形成工程の一例の要部断面模式図である。
まず、図１０に示すように、半導体パッケージ３０上に、各電極３１と同じ位置に開口部４１ａを形成したマスク４１を、各電極３１と開口部４１ａの位置合わせを行って配置する。マスク４１には、例えば、厚さ０．１ｍｍのメタルマスクを用いることができる。
【００６３】
次いで、このようなマスク４１上に、図１０に示したように、ペースト状の導電性接着剤４２を配置し、図１１に示すように、その導電性接着剤４２を、スキージ４３を用いて、電極３１上にマスク４１の厚さに相当する厚さで印刷する。
【００６４】
導電性接着剤４２には、例えば、ポリイミドを含む導電性接着剤を用いることができる。また、この導電性接着剤４２には、後述の回路基板２０上に形成するはんだ（図１３及び図１４）の融点を上回る温度で溶融したり劣化したりしない、耐熱性を有するものを用いる。
【００６５】
図１２は第１実施例に係るベローズ接続工程の一例の要部断面模式図である。
電極３１への導電性接着剤４２の形成後は、その導電性接着剤４２を用いてベローズ４４を接続する。
【００６６】
ベローズ４４には、電極２１，３１の平面サイズ、接続後の回路基板２０と半導体パッケージ３０の距離、発熱による回路基板２０と半導体パッケージ３０の変形量等を基に、予め所定形状で設計され、形成されたものを用いる。例えば、上記の図５又は図６に示したような方法を用い、直径０．６ｍｍ、高さ２ｍｍ、厚さ０．００１ｍｍのＮｉ皮膜上に、厚さ０．０００５ｍｍのＡｕ皮膜が形成されたベローズ４４を用いる。
【００６７】
ベローズ４４を電極３１及び導電性接着剤４２の上に配置する際には、例えば、各電極３１及び導電性接着剤４２の位置と同じ位置に、ベローズ４４を直立状態で挿入可能な開口部を形成したマスクを用いる。そのようなマスクを半導体パッケージ３０上に載せ、そのマスク上に複数のベローズ４４を転がし、各開口部にそれぞれベローズ４４を振り込むようにする。
【００６８】
或いは、各電極３１及び導電性接着剤４２の位置と同じ位置に、剣山状に突起が設けられた部材を用い、まずその部材の各突起にそれぞれベローズ４４を挿しておく。そして、それを半導体パッケージ３０の電極３１及び導電性接着剤４２の形成面に突き合わせ、ベローズ４４を電極３１及び導電性接着剤４２の上に配置するようにしてもよい。
【００６９】
或いはまた、ベローズ４４を、１つずつ、電極３１及び導電性接着剤４２の上に配置していくようにしてもよい。
電極３１及び導電性接着剤４２の上にベローズ４４を配置した後は、その導電性接着剤４２を硬化し、ベローズ４４を各電極３１の上方に固定する。例えば、２９０℃で２０分間保持することにより、導電性接着剤４２を硬化し、各ベローズ４４の一端を各電極３１の上方に固定する。これにより、図１２に示したようなベローズ４４が接続された半導体パッケージ３０を得る。
【００７０】
続いて、回路基板２０の電極２１上に、はんだを形成する。
図１３及び図１４は第１実施例に係るはんだ形成工程の一例の要部断面模式図である。
まず、図１３に示すように、回路基板２０上に、各電極２１と同じ位置に開口部４５ａを形成したマスク４５を、各電極２１と開口部４５ａの位置合わせを行って配置する。マスク４５には、例えば、厚さ０．１５ｍｍのメタルマスクを用いることができる。
【００７１】
次いで、このようなマスク４５上に、図１３に示したように、ペースト状のはんだ４６を配置し、図１４に示すように、そのはんだ４６を、スキージ４７を用いて、電極２１上にマスク４５の厚さに相当する厚さで印刷する。
【００７２】
はんだ４６には、例えば、スズ−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ；Ｓｎ９６．５％，Ａｇ３％，Ｃｕ０．５％，融点２２０℃）のはんだを用いることができる。
図１５は第１実施例に係る半導体パッケージ実装工程の一例の要部断面模式図、図１６は第１実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例の要部断面模式図である。
【００７３】
はんだ４６の形成後は、その上方に、ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０を配置し、回路基板２０の電極２１と、半導体パッケージ３０の電極３１とを、ベローズ４４により電気的に接続する。
【００７４】
ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０は、まず、図１５に示すように、回路基板２０の上方に、間にスタンドオフ４８を介在させて、配置する。スタンドオフ４８は、上記のようにベローズ４４の高さを２ｍｍ、導電性接着剤４２の厚さを０．１ｍｍ、はんだ４６の厚さを０．１５ｍｍとしている場合であれば、ベローズ４４とはんだ４６との間に隙間が生じ難いように、例えば、高さ２．１ｍｍに設定する。
【００７５】
半導体パッケージ３０は、このようなスタンドオフ４８を介して回路基板２０の上方に位置合わせを行って配置するが、この図１５には、敢えて側方への位置ずれＰ（例えば、０．２ｍｍ）を生じさせている場合を図示している。
【００７６】
このような位置ずれＰが生じている状態で、はんだ４６及びその周辺の温度が最高で２４０℃になるように設定した窒素雰囲気のリフロー炉を用いて加熱を行い、はんだ４６を溶融させる。尚、導電性接着剤４２は、このときの加熱温度より高い温度でも耐熱性を有する材料を選択しておく。
【００７７】
はんだ４６が溶融すると、ベローズ４４の自由端側は、その溶融したはんだ４６の表面張力によって電極２１の上方へと引き寄せられるようになる。この状態ではんだ４６を固化することにより、たとえ位置ずれＰが生じていても、図１６に示すように、その位置ずれＰに応じて変形したベローズ４４により、回路基板２０と半導体パッケージ３０とが電気的に接続される。これにより、回路基板２０に半導体パッケージ３０が実装された電子装置１０ａが得られる。
【００７８】
この電子装置１０ａは、その動作時の発熱により回路基板２０及び半導体パッケージ３０に変形（伸縮、反り）が生じても、その変形に応じてベローズ４４が変形するため、それらの接続状態を長期にわたって維持することが可能になる。
【００７９】
尚、スタンドオフ４８は、回路基板２０と半導体パッケージ３０のいずれにも固定していない場合には、回路基板２０への半導体パッケージ３０の実装後、取り除くことが可能である。
【００８０】
また、このようにして得られる電子装置には、更に、冷却構造（ヒートシンク）を設けることもできる。
図１７は冷却構造を備えた電子装置の一例を示す図である。
【００８１】
図１７に示す電子装置１０ｂには、上記のようにベローズ４４を用いて回路基板２０に電気的に接続された半導体パッケージ３０の上に、複数のフィン５１ａを備えた冷却構造５１が設けられている。冷却構造５１は、例えば、ＡｌやＣｕ等の熱伝導性の良好な金属材料を用いて形成することができ、一定の熱伝導性を有する接着剤等を用いて（図示せず）、半導体パッケージ３０の上に設けられる。半導体パッケージ３０と冷却構造５１は、熱的に接続された状態になっている。
【００８２】
このような冷却構造５１を設けることにより、半導体パッケージ３０で発生した熱は、冷却構造５１へと伝熱され、そこから効率的に放熱されるようになる。その結果、半導体パッケージ３０の過剰な温度上昇や、回路基板２０及び半導体パッケージ３０の変形（伸縮、反り）を効果的に抑えることが可能になるため、電子装置１０ｂを長期にわたって安定に動作させることが可能になる。
【００８３】
尚、この図１７には、回路基板２０と半導体パッケージ３０の間にスタンドオフ４８を設けた場合を例示した。このほか、ベローズ４４で半導体パッケージ３０及び冷却構造５１を支持することが可能な場合には、回路基板２０と半導体パッケージ３０の間にスタンドオフ４８を設けない構成とすることも可能である。
【００８４】
また、図１８は冷却構造を備えた電子装置の別例を示す図である。
図１８に示す電子装置１０ｃには、上記のようにベローズ４４を用いて回路基板２０に電気的に接続された半導体パッケージ３０の上に、複数のフィン５２ａを備えた冷却構造５２が設けられている。冷却構造５２は、例えば、ＡｌやＣｕ等の熱伝導性の良好な金属材料を用いて形成することができ、サーマルグリースや一定の熱伝導性を有する接着剤等を用いて（図示せず）、半導体パッケージ３０の上に設けられる。
【００８５】
冷却構造５２には、複数の固定ネジ５３がそれぞれ貫通する貫通孔５２ｂが設けられている。更に、ここでは回路基板２０にも、複数の固定ネジ５３がそれぞれ貫通する貫通孔２０ｂが設けられている。各固定ネジ５３は、貫通孔５２ｂ，２０ｂに挿通され、回路基板２０の半導体パッケージ３０側と反対側の面において、ネジ留板５４に螺着される。このように電子装置１０ｃでは、冷却構造５２が固定ネジ５３を用いて強固に固定されるようになっている。
【００８６】
このような電子装置１０ｃによっても、半導体パッケージ３０の過剰な温度上昇や、回路基板２０及び半導体パッケージ３０の変形（伸縮、反り）を効果的に抑えることが可能になるため、電子装置１０ｃを長期にわたって安定に動作させることが可能になる。
【００８７】
尚、この電子装置１０ｃでは、冷却構造５２を固定ネジ５３で回路基板２０側にネジ留めする構成のため、図１８に示したように、回路基板２０と半導体パッケージ３０の間にスタンドオフ４８を設けておくことが望ましい。
【００８８】
次に、第２実施例について説明する。
上記の第１実施例と同様に、図８に例示した回路基板２０に、図９に例示した半導体パッケージ３０を実装する工程について、以下の図１９から図２３を参照して説明する。尚、図１９から図２３では、便宜上、電極２１を除く回路基板２０の内部構造、及び電極３１を除く半導体パッケージ３０の内部構造については、その図示を省略する。
【００８９】
図１９及び図２０は第２実施例に係るはんだ形成工程の一例の要部断面模式図である。
まず、図１９に示すように、半導体パッケージ３０上に、各電極３１と同じ位置に開口部６１ａを形成したマスク６１を、各電極３１と開口部６１ａの位置合わせを行って配置する。マスク６１には、例えば、厚さ０．１５ｍｍのメタルマスクを用いることができる。
【００９０】
次いで、このようなマスク６１上に、図１９に示したように、ペースト状のはんだ６２を配置し、図２０に示すように、そのはんだ６２を、スキージ６３を用いて、電極３１上にマスク６１の厚さに相当する厚さで印刷する。はんだ６２には、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（Ｓｎ９６．５％，Ａｇ３％，Ｃｕ０．５％，融点２２０℃）のはんだを用いることができる。
【００９１】
図２１及び図２２は第２実施例に係るベローズ接続工程の一例の要部断面模式図である。
はんだ６２の形成後は、図２１に示すように、各電極３１及びはんだ６２の上方に、上記第１実施例で例示したベローズ４４を配置する。ベローズ４４を配置する際には、上記第１実施例で例示した手法を用いることができる。
【００９２】
電極３１及びはんだ６２の上にベローズ４４を配置した後は、２４０℃の窒素雰囲気のリフロー炉を用いてはんだ６２を溶融し、その後固化することで、各ベローズ４４の一端を、各電極３１の上方に固定する。これにより、図２２に示したようなベローズ４４が接続された半導体パッケージ３０を得る。
【００９３】
続く、回路基板２０の電極２１上にはんだを形成する工程は、上記第１実施例の図１３及び図１４と同様に行うことができる。
但し、マスク４５及びスキージ４７を用いて電極２１上に形成するはんだ４６として、この第２実施例では、上記の電極３１とベローズ４４とを接続しているはんだ６２より低融点のはんだを用いる。例えば、上記のようにはんだ６２にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ（Ｓｎ９６．５％，Ａｇ３％，Ｃｕ０．５％，融点２２０℃）のはんだを用いている場合には、はんだ４６として、スズ−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ；Ｓｎ４２％，Ｂｉ５８％，融点１３９℃）のはんだを用いる。
【００９４】
はんだ４６の形成後は、その上方に、ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０を配置し、回路基板２０の電極２１と、半導体パッケージ３０の電極３１とを、ベローズ４４により電気的に接続する。
【００９５】
図２３は第２実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例の要部断面模式図である。
ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０は、上記の第１実施例と同様に、この図２３に示すように、回路基板２０の上方に、間に例えば高さ２．１ｍｍのスタンドオフ４８を介在させて、配置する。
【００９６】
尚、その際、半導体パッケージ３０は、上記図１５に示したのと同様に、敢えて側方へ位置ずれ（例えば、０．２ｍｍ）を生じさせて配置するものとする。このような位置ずれＰが生じている状態で、はんだ４６及びその周辺の温度が最高で１８０℃になるように設定した窒素雰囲気のリフロー炉を用いて加熱を行い、はんだ４６を溶融させる。
【００９７】
はんだ４６が溶融すると、ベローズ４４の自由端側は、その溶融したはんだ４６の表面張力によって電極２１の上方へと引き寄せられるようになる。この状態ではんだ４６を固化することにより、たとえ位置ずれが生じていても、図２３に示すように、その位置ずれに応じて変形したベローズ４４により、回路基板２０と半導体パッケージ３０とが電気的に接続される。これにより、回路基板２０に半導体パッケージ３０が実装された電子装置１０ｄが得られる。
【００９８】
この電子装置１０ｄは、その動作時の発熱により回路基板２０及び半導体パッケージ３０に変形（伸縮、反り）が生じても、その変形に応じてベローズ４４が変形するため、それらの接続状態を長期にわたって維持することが可能になる。
【００９９】
尚、スタンドオフ４８は、回路基板２０と半導体パッケージ３０のいずれにも固定していない場合には、回路基板２０への半導体パッケージ３０の実装後、取り除くことが可能である。
【０１００】
また、電子装置１０ｄには、上記第１実施例で述べた図１７及び図１８の例に従い、更に冷却構造５１，５２を設けることもできる。
また、以上説明した電子装置１０ａ，１０ｄ、及びそれらにそれぞれ冷却構造５１又は冷却構造５２を設けたもの（電子装置１０ｂ，１０ｄ等）は、様々な電子機器（電子装置）に適用可能である。
【０１０１】
図２４は電子装置の一例を模式的に示す図である。
図２４には、電子機器（電子装置）４００として、ノートブック型のコンピュータを例示している。一例として、上記の回路基板２０に半導体パッケージ３０を実装した電子装置１０ａ（ベローズ４４は図示を省略）が、電子機器４００に内蔵されている。尚、図２４では、電子装置１０ａを除く電子機器４００の内部構造については、図示を省略している。
【０１０２】
電子機器４００には、ここに例示した電子装置１０ａに替えて、上記の電子装置１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを適用することも可能である。また、ここでは、ノートブック型のコンピュータを例示したが、デスクトップ型のコンピュータ、サーバコンピュータ、半導体製造装置、半導体試験装置等、様々な電子機器に、電子装置１０ａ等を適用することが可能である。
【０１０３】
以上説明したように、回路基板と半導体装置（半導体パッケージ、半導体チップ）とをベローズを用いて接続することで、位置ずれの有無によらず、接続不良の発生を効果的に抑えることが可能になる。回路基板と半導体装置との接続にあたり、必ずしも高精度な位置合わせが可能な高性能な位置合わせ装置を用いることを要しない。
【０１０４】
更に、回路基板と半導体装置とをベローズを用いて接続すると、接続後の変形（伸縮、反り）に応じてベローズが変形するため、それらの接続信頼性の向上を図ることが可能になる。また、大型の半導体装置や、微細で狭ピッチの電極が用いられる場合にも、高い接続信頼性を確保することが可能になる。
【０１０５】
開示の電子装置（電子機器を含む）によれば、回路基板と半導体装置の接続の容易化を図ると共に、それらの接続信頼性の向上を図ることが可能になる。
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１０６】
（付記１） 一主面に第１電極が形成された回路基板と、
前記回路基板の前記一主面側に配置され、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置と、
前記第１，第２電極間を電気的に接続する導電性のベローズと、
を含むことを特徴とする電子装置。
【０１０７】
（付記２） 前記ベローズは、導電性の第１接合層を介して前記第１電極と電気的に接続され、導電性の第２接合層を介して前記第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする付記１に記載の電子装置。
【０１０８】
（付記３） 前記第１接合層は、はんだを含み、前記第２接合層は、導電性接着剤を含むことを特徴とする付記２に記載の電子装置。
（付記４） 前記第２接合層に含まれる導電性接着剤は、前記第１接合層に含まれるはんだの融点に対し耐熱性を有していることを特徴とする付記３に記載の電子装置。
【０１０９】
（付記５） 前記第１，第２接合層は、はんだを含むことを特徴とする付記２に記載の電子装置。
（付記６） 前記第２接合層に含まれるはんだは、前記第１接合層に含まれるはんだよりも高融点であることを特徴とする付記５に記載の電子装置。
【０１１０】
（付記７） 前記ベローズは、少なくとも１層の蛇腹状の導電層を含むことを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の電子装置。
（付記８） 前記ベローズは、前記第１電極側の端と、前記第２電極側の端とが、共に開口されていることを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の電子装置。
【０１１１】
（付記９） 前記回路基板と前記半導体装置の間にスタンドオフが配置されていることを特徴とする付記１乃至８のいずれかに記載の電子装置。
（付記１０） 一主面に第１電極が形成された回路基板の前記一主面側に、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置を配置する工程と、
前記第１，第２電極間を導電性のベローズを用いて電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【０１１２】
（付記１１） 前記第２電極に予め前記ベローズを電気的に接続した前記半導体装置を、前記回路基板の前記一主面側に配置することを特徴とする付記１０に記載の電子装置の製造方法。
【０１１３】
（付記１２） 前記ベローズを、導電性の第１接合層を介して前記第２電極と電気的に接続し、導電性の第２接合層を介して前記第１電極と電気的に接続することを特徴とする付記１０又は１１に記載の電子装置の製造方法。
【０１１４】
（付記１３） 前記半導体装置を、前記回路基板の前記一主面側に、スタンドオフを介在させて配置することを特徴とする付記１０乃至１２のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１１５】
１，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１００ 電子装置
２，２０ 回路基板
２ａ，３ａ，２１，３１ 電極
３ 半導体装置
４，４４ ベローズ
４ａ 開口端
４ｂ 閉塞端
５，６ 接合層
７，４８ スタンドオフ
２０ｂ，５２ｂ 貫通孔
２２，３２ａ 絶縁層
２３，３２ｂ 導電パターン
３０ 半導体パッケージ
３２ インターポーザ
３３ 半導体チップ
３３ａ バンプ
３４ 封止樹脂
４１，４５，６１ マスク
４１ａ，４５ａ，６１ａ 開口部
４２ 導電性接着剤
４３，４７，６３ スキージ
４６，６２ はんだ
５１，５２ 冷却構造
５１ａ，５２ａ フィン
５３ 固定ネジ
５４ ネジ留板
１１０ はんだバンプ
１２０ 接続部
１２０ａ 部分
２００ マンドレル
２０１，３０２ 金属皮膜
３００ コイルバネ
３０１ 熱収縮チューブ
４００ 電子機器
Ｐ 位置ずれ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置と回路基板を含む電子装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置と回路基板との接続形態の１つに、フリップチップ接続がある。フリップチップ接続には、従来、はんだバンプが広く用いられている。この場合には、半導体装置及び回路基板の電極間にはんだバンプを配置した状態でこれを溶融・固化し、半導体装置と回路基板とをはんだにより電気的に接続する。
【０００３】
このほか、対向する半導体装置と回路基板とを、弾性を有する導電性部材を用いて接続する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５３１０６号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置と回路基板とをフリップチップ接続する際には、それらを高精度に位置合わせしようとすると、高性能な位置合わせ装置の導入、プロセス管理や製品のコストの増加等を招いてしまう場合がある。
【０００６】
一方、はんだバンプには、接続時に半導体装置と回路基板とに位置ずれが生じていても、その位置ずれに応じて溶融はんだが表面張力により丸くなろうとし、その状態で凝固する、所謂セルフアライメント効果がある。しかし、接続後の半導体装置及び回路基板の熱膨張・熱収縮により、はんだ接続部に応力が発生し、はんだ接続部にクラックが発生し、破断が生じる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、一主面に第１電極が形成された回路基板と、前記回路基板の前記一主面側に配置され、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置と、前記第１，第２電極間を電気的に接続する導電性のベローズと、を含む電子装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
開示の電子装置によれば、回路基板と半導体装置の接続の容易化を図ると共に、それらの接続信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電子装置の形成方法の一例を示す図である。
【図２】電子装置の形成方法の別例を示す図である。
【図３】電子装置の停止時及び動作時の状態の一例を示す図である。
【図４】回路基板及び半導体装置の変形時の状態の一例を示す図である。
【図５】ベローズ形成方法の一例を示す図である。
【図６】ベローズ形成方法の別例を示す図である。
【図７】ベローズと電極の接続部の一例を示す図である。
【図８】回路基板の一例を示す図である。
【図９】半導体パッケージの一例を示す図である。
【図１０】第１実施例に係る導電性接着剤形成工程の一例を示す図（その１）である。
【図１１】第１実施例に係る導電性接着剤形成工程の一例を示す図（その２）である。
【図１２】第１実施例に係るベローズ接続工程の一例を示す図である。
【図１３】第１実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その１）である。
【図１４】第１実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その２）である。
【図１５】第１実施例に係る半導体パッケージ実装工程の一例を示す図である。
【図１６】第１実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例を示す図である。
【図１７】冷却構造を備えた電子装置の一例を示す図である。
【図１８】冷却構造を備えた電子装置の別例を示す図である。
【図１９】第２実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その１）である。
【図２０】第２実施例に係るはんだ形成工程の一例を示す図（その２）である。
【図２１】第２実施例に係るベローズ接続工程の一例を示す図（その１）である。
【図２２】第２実施例に係るベローズ接続工程の一例を示す図（その２）である。
【図２３】第２実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例を示す図である。
【図２４】電子装置の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は電子装置の形成方法の一例を示す図である。
図１には、回路基板２及び半導体装置３を含む電子装置１の形成方法を例示している。尚、図１（Ａ）には、回路基板２への半導体装置３の実装前の状態を例示しており、図１（Ｂ），（Ｃ）には、回路基板２への半導体装置３の実装後の状態を例示している。
【００１１】
回路基板２は、その一主面に設けられた複数の電極２ａを有している。各電極２ａは、ここでは図示を省略するが、回路基板２の内部に設けられている導電パターン（配線及びビア）に電気的に接続されている。
【００１２】
半導体装置３は、回路基板２の上方に配置され、その電極２ａの形成面と対向する面に設けられた複数の電極３ａを有している。各電極３ａは、ここでは図示を省略するが、半導体装置３の内部に設けられている回路素子（トランジスタ、抵抗、容量等）に電気的に接続されている。
【００１３】
この半導体装置３には、例えば、半導体チップを含む半導体パッケージを用いることができる。半導体パッケージとしては、例えば、インターポーザ等の回路基板に、半導体チップをフリップチップ接続やワイヤボンディング等で電気的に接続（実装）し、封止樹脂で封止してパッケージングしたものを用いることができる。尚、半導体装置３として、このような半導体パッケージのほか、半導体チップを適用することも可能である。
【００１４】
上記のような回路基板２の各電極２ａと、半導体装置３の各電極３ａとは、互いに対応する配置で、予め形成されている。
図１（Ａ）に示すように、回路基板２への実装前の半導体装置３の各電極３ａには、それぞれ、導電性のベローズ４の一端が、導電性の接合層５を介して接続されており、ベローズ４の他端は、自由端となっている。ベローズ４は、半導体装置３の平面方向（電極３ａの形成面と平行な方向）と直交する方向に伸縮可能で、且つ、その自由端側が半導体装置３の平面方向に揺動可能になっている。ベローズ４は、例えば、電極２ａ，３ａと同等のサイズとされ、また、実装後の回路基板２と半導体装置３との間に確保する距離に基づき、その長さ、伸縮量等が設定される。このようなベローズ４は、例えば、その全部又は一部に金属材料を用いて形成することができる。
【００１５】
このようなベローズ４の一端を電極３ａに接続する接合層５には、例えば、導電性接着剤、はんだ等の材料が用いられる。
半導体装置３を回路基板２に実装する際には、図１（Ａ）に示したように、まず回路基板２の各電極２ａ上に選択的に導電性の接合層６が形成され、その回路基板２の上方に、ベローズ４を接続した半導体装置３が配置される。
【００１６】
回路基板２に形成する接合層６には、例えば、半導体装置３にベローズ４を接続するのに用いている上記接合層５の耐熱温度よりも低温で溶融する、はんだ等の材料が用いられる。尚、接合層６には、溶融した状態で各電極２ａ上に留まるような性質のものを選択することができ、及び／又は、溶融した接合層６が留まるように各電極２ａに表面処理を施しておくこともできる。
【００１７】
回路基板２の上方に半導体装置３を配置する際には、例えば、回路基板２と半導体装置３の間に、それらの距離を一定に保つスタンドオフ（スペーサ）７が介在される。スタンドオフ７は、一端を回路基板２と半導体装置３のいずれか一方に固定したり、両端を回路基板２と半導体装置３にそれぞれ固定したりすることができる。或いは、スタンドオフ７は、両端とも回路基板２と半導体装置３に固定せず、一時的に介在させるようにしてもよい。スタンドオフ７の高さは、例えば、実装後の回路基板２と半導体装置３との間に確保する距離に基づき、設定される。
【００１８】
半導体装置３は、その各電極３ａと、回路基板２の各電極２ａとの位置合わせを行って、回路基板２の上方に配置される。但し、この図１（Ａ）には、敢えて電極２ａ，３ａ間に位置ずれＰを生じさせて、回路基板２の上方に半導体装置３を配置した場合を図示している。
【００１９】
この状態から、接合層６を選択的に溶融させる温度で加熱を行うと、たとえ図１（Ａ）に示したような位置ずれＰが生じていても、ベローズ４は、その伸縮性により、その自由端側が、溶融した接合層６に表面張力で引き寄せられる（セルフアライメント効果）。そして、溶融した接合層６を、その後固化することにより、図１（Ｂ）に示したように、ベローズ４が変形した状態で半導体装置３が回路基板２に実装された電子装置１が得られるようになる。
【００２０】
尚、図１（Ｂ）には、ベローズ４が変形している状態、即ち、対応する電極２ａ，３ａ同士が対向位置からずれたままの状態を図示している。半導体装置３のみが、或いは半導体装置３がスタンドオフ７と一緒に、回路基板２上を平面方向に移動可能な場合には、半導体装置３は、回路基板２への実装後、ベローズ４の弾性により、対応する電極２ａ，３ａ同士が対向する位置へと移動（スライド）し得る。
【００２１】
また、スタンドオフ７は、回路基板２及び半導体装置３のいずれにも固定していない場合には、回路基板２への半導体装置３の実装後に、取り除くようにしてもよい。図１（Ｃ）には、回路基板２への半導体装置３の実装後、スタンドオフ７を取り除いた状態を図示している。この場合、半導体装置３は、図１（Ｃ）に示したように、ベローズ４の弾性により、対応する電極２ａ，３ａ同士が対向する位置へと移動し得る。
【００２２】
以上のように、この電子装置１では、半導体装置３がベローズ４を用いて回路基板２に実装される。ベローズ４を用いることにより、たとえ実装前に回路基板２と半導体装置３との間に位置ずれＰが生じていても、実装時にはその位置ずれＰに応じてベローズ４が変形する。そのため、この電子装置１では、回路基板２と半導体装置３との接続不良が効果的に抑えられる。
【００２３】
更に、この電子装置１では、実装後もベローズ４が柔軟に変形可能である。例えば、半導体装置３の動作時の発熱により、回路基板２と半導体装置３が熱膨張・熱収縮によって変形する場合にも、その変形に応じてベローズ４が変形可能である。そのため、この電子装置１では、実装後も回路基板２と半導体装置３の接続状態が効果的に維持される。以下、この点について、更に説明する。
【００２４】
そこで、まず比較のため、ベローズ４に替え、半導体装置３を回路基板２にはんだバンプを用いて実装した電子装置について説明する。
図２は電子装置の形成方法の別例を示す図である。図２（Ａ）には、回路基板２への半導体装置３の実装前の状態を例示しており、図２（Ｂ）には、回路基板２への半導体装置３の実装後の状態を例示している。
【００２５】
ここでは、図２（Ａ）に示すように、半導体装置３の各電極３ａにそれぞれ、はんだバンプ１１０（ここでは一例として、はんだボールを図示）が接続されている。
半導体装置３を回路基板２に実装する際には、図２（Ａ）に示したように、回路基板２の各電極２ａ上に選択的に、接合層６としてはんだが形成され、その回路基板２の上方に、半導体装置３が配置される。そして、はんだバンプ１１０及び接合層６の溶融温度に加熱することで、図２（Ｂ）に示したように、はんだバンプ１１０と接合層６を一体化し、その一体化された接続部１２０により、電極２ａ，３ａ間を電気的に接続する。
【００２６】
このとき、上記同様、図２（Ａ）に示したように、電極２ａ，３ａ間に位置ずれＰが生じているものとする。この場合、半導体装置３と回路基板２は、はんだバンプ１１０と接合層６が溶融して一体化する際の表面張力により、各電極２ａ，３ａ同士が対向する位置へと補正される（セルフアライメント効果）。はんだを固化した後の接続部１２０は、はんだの表面張力と半導体装置３の自重とが釣り合った形状となる。
【００２７】
このようにはんだバンプ１１０を用いた電子装置１００の場合にも、回路基板２と半導体装置３を所定の位置関係で接続することは可能である。しかしながら、この電子装置１００では、実装後に加わる熱により、それらの接続部１２０に破壊が生じてしまう場合がある。
【００２８】
図３は電子装置の停止時及び動作時の状態の一例を示す図である。
図３の上図には、電子装置１００の停止時の状態を例示しており、図３の下図には、電子装置１００の動作時の状態を例示している。
【００２９】
電子装置１００の動作時に半導体装置３で発生した熱は、一部は外部に放熱され、一部は電子装置１００内（半導体装置３、回路基板２、及びそれらの接続部１２０）を伝熱する。
【００３０】
このとき、半導体装置３と回路基板２とは、図３の下図に示したように、いずれも熱膨張するが（図３下図の矢印方向）、それぞれの構成材料の違いにより、それらの熱膨張の程度に差が出てくる。このような半導体装置３と回路基板２との熱膨張の程度の差は、接続部１２０に応力を発生させ、図３の上図に示したように一定形状で固化されていた接続部１２０を、図３の下図に示したような形状に変形させ得る。
【００３１】
ここに示した接続部１２０の場合、電極２ａ，３ａ近傍の部分１２０ａが細く、くびれた形状となっているために、この部分１２０ａに応力が集中し易い。更に、この部分１２０ａは、電極２ａ，３ａ近傍であるため、電極２ａ，３ａの構成成分との間で金属間化合物を形成したり、電極２ａ，３ａの構成成分が拡散して不安定なはんだ組成になったりする場合がある。そのため、電子装置１００の停止（図３上図）と動作（図３下図）が繰り返されると、接続部１２０が、金属疲労で破壊されてしまう場合がある。このような破壊は、半導体装置３の大型化、電極２ａ，３ａや接続部１２０の微細化、或いは電極２ａ間、電極３ａ間、接続部１２０間のピッチの微細化に伴い、より発生し易くなる可能性がある。
【００３２】
これに対し、上記図１に示したようなベローズ４を用いた電子装置１では、まず、実装前の回路基板２と半導体装置３との位置ずれＰに応じ、ベローズ４がセルフアライメント効果により変形し、接続不良の発生を抑えることが可能である。更に、この電子装置１では、実装後に生じる回路基板２と半導体装置３の変形に応じてベローズ４が変形し、それらの接続状態を維持することが可能である。
【００３３】
図４は回路基板及び半導体装置の変形時の状態の一例を示す図であって、（Ａ）は回路基板及び半導体装置が膨張した状態の一例、（Ｂ）は回路基板及び半導体装置が反った状態の一例である。
【００３４】
ベローズ４は、図４（Ａ）に示すように、回路基板２と半導体装置３の平面方向の変形（図４（Ａ）の矢印方向の変形）に応じた変形が可能である。更に、ベローズ４は、図４（Ｂ）に示すように、当該平面方向と直交する方向の変形（図４（Ｂ）の矢印方向の変形（反り））に応じた変形も可能である。
【００３５】
このように上記電子装置１によれば、回路基板２に半導体装置３を実装する際には、ベローズ４の変形により、接続不良の発生を効果的に抑えることができる。そのため、実装の際には、回路基板２と半導体装置３との位置合わせを、必ずしも高精度に行うことを要しない。従って、そのような高精度な位置合わせを行うことのできる、高性能な位置合わせ装置は必ずしも導入することを要せず、比較的安価な装置を用いても、接続不良の発生を抑えることができる。
【００３６】
更に、上記電子装置１によれば、実装後の回路基板２と半導体装置３の変形（伸縮、反り）に応じてベローズ４が変形するため、高い接続信頼性を確保することができ、電子装置１を長期にわたって安定に動作させることが可能になる。また、大型の半導体装置３や、微細で狭ピッチの電極２ａ，３ａが用いられている場合にも、高い接続信頼性を確保することができる。
【００３７】
上記のようなベローズ４は、例えば、次のようにして形成することが可能である。
図５はベローズ形成方法の一例を示す図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、ベローズ４の各形成工程の断面を模式的に示す。
【００３８】
まず、図５（Ａ）に示すように、予め、形成するベローズ４の形状に合わせて形成された蛇腹状の表面（側面）を有するマンドレル２００を用意する。マンドレル２００は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の丸棒の側面を、切削等によって蛇腹状に加工することで、形成することができる。
【００３９】
次いで、図５（Ｂ）に示すように、マンドレル２００の表面に、電解めっきにより、ベローズ４となる金属皮膜２０１を形成する。金属皮膜２０１としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）皮膜、又はＮｉ皮膜上に金（Ａｕ）皮膜を形成した積層皮膜を形成することができる。Ａｕ皮膜は、ベローズ４のはんだ濡れ性を高める役割を果たす。
【００４０】
金属皮膜２０１の形成後は、必要に応じてその端部を加工して寸法（ベローズ４の高さに相当）を調整し、図５（Ｃ）に示すように、マンドレル２００を選択的に除去し、金属皮膜２０１即ちベローズ４を得る。マンドレル２００の除去は、例えば、所定の溶剤を用いて行うことができる。
【００４１】
尚、ここではマンドレル２００にＡｌを用いるようにしたが、最終的に溶剤等を用い、金属皮膜２０１に対して選択的に除去することができるものであれば、Ａｌ以外の金属も利用可能である。また、マンドレル２００には、最終的に選択除去が可能であれば、金属のほか、導電性又は絶縁性の樹脂材料も利用可能である。マンドレル２００に絶縁性の樹脂材料を利用する場合には、金属皮膜２０１を、無電解めっきにより形成すればよい。
【００４２】
また、金属皮膜２０１は、ここに例示したＮｉ皮膜、Ｎｉ皮膜とＡｕ皮膜の積層皮膜に限定されるものではない。金属皮膜２０１には、銅（Ｃｕ）皮膜、銀（Ａｇ）皮膜等を少なくとも一部に用いるようにすることもできる。ベローズ４は、めっき可能な金属を１層又は２層以上形成して金属皮膜２０１を形成することで、形成可能である。
【００４３】
また、図６はベローズ形成方法の別例を示す図である。図６（Ａ）〜（Ｅ）は、ベローズ４の各形成工程の断面模式図である。
ここでは、まず、図６（Ａ）に示すように、予め、形成するベローズ４の形状に合わせて形成されたコイルバネ３００を用意し、そのコイルバネ３００を、熱収縮チューブ３０１に挿入する。
【００４４】
次いで、コイルバネ３００が挿入された熱収縮チューブ３０１を加熱し、図６（Ｂ）に示すように、熱収縮チューブ３０１を収縮させる。これにより、形成するベローズ４の内側形状に相当する型を形成する。
【００４５】
次いで、図６（Ｃ）に示すように、収縮させた熱収縮チューブ３０１の表面に、金属皮膜３０２を形成する。金属皮膜３０２としては、例えば、Ｎｉ皮膜、又はＮｉ皮膜上にＡｕ皮膜を形成した積層皮膜を形成することができる。
【００４６】
この図６（Ｃ）に示した状態のものを、ベローズ４として用いることが可能である。このほか、図６（Ｄ）に示すように、コイルバネ３００を引き出して取り除いたものをベローズ４として用いたり、図６（Ｅ）に示すように、更に熱収縮チューブ３０１を所定の溶剤を用いて除去したものをベローズ４として用いたりすることも可能である。
【００４７】
尚、ここでは、コイルバネ３００と熱収縮チューブ３０１を用いてベローズ４の内側形状に相当する型を得るようにしたが、予め蛇腹状の側面を有する型（蛇腹部を有するストローの当該蛇腹部等）を用いるようにしてもよい。
【００４８】
また、金属皮膜３０２は、ここに例示したＮｉ皮膜、Ｎｉ皮膜とＡｕ皮膜の積層皮膜に限定されるものではない。金属皮膜３０２には、Ｃｕ皮膜、Ａｇ皮膜等を少なくとも一部に用いるようにすることもできる。ベローズ４は、めっき可能な金属を１層又は２層以上形成して金属皮膜３０２を形成することで、形成可能である。
【００４９】
また、図５及び図６には、金属皮膜２０１，３０２を、いずれも両端が開口されるように形成し、両端が開口されたベローズ４を形成する場合を例示した。このほか、ベローズ４は、その形成過程における金属皮膜２０１，３０２の形成場所を調整することにより、いずれか一端のみ開口させ、他端を閉塞させることも可能である。このようにベローズ４の両端又は一端を開口させた場合には、各ベローズ４の高さの均一化を図ることが可能になる。
【００５０】
図７はベローズと電極の接続部の一例を示す図であって、（Ａ）はベローズの開口端と電極の接続部の一例、（Ｂ）はベローズの閉塞端と電極の接続部の一例である。
ベローズ４の一端が開口端４ａとなっている場合には、例えば、接合層６を介してベローズ４と電極２ａとを接続する際、溶融状態となった接合層６が、図７（Ａ）に示すように、ベローズ４の外側のほか、開口端４ａからベローズ４の内側にも流動していく。それと共に、ベローズ４の開口端４ａ側の端部は、ベローズ４が有する伸縮性のために、溶融状態の接合層６の表面張力によって電極２ａ側へ引き寄せられていき、開口端４ａが電極２ａと接触したような状態が得られ易くなる。
【００５１】
ここで仮に、ベローズ４の一端が、このような開口端４ａではなく、図７（Ｂ）に示すように、閉塞端４ｂであったとする。その場合、複数のベローズ４の中には、接合層６がベローズ４の側面に流動せずにその閉塞端４ｂの端面側に留まったものや、接合層６がベローズ４の外側（側面）に流動したもの等、複数の接続状態が生じ得る。このような場合、ベローズ４の高さは不均一になってしまう。
【００５２】
これに対し、上記のように、ベローズ４の一端を開口端４ａとしている場合には、接合層６が開口端４ａからベローズ４の内側へ流れる経路が存在するため、いずれのベローズ４についても、その開口端４ａを電極２ａ側に引き寄せることが可能になる。その結果、各ベローズ４の高さを均一化することが可能になる。
【００５３】
ベローズ４の他端をこのように開口端４ａとした場合も同様に、接合層５を介してベローズ４と電極３ａとを接続する際、その開口端４ａを電極３ａ側に引き寄せ、各ベローズ４の高さを均一化することが可能である。
【００５４】
以下では、上記のようなベローズを用いた電子装置について、より具体的に説明する。ここでは、ベローズを用い、回路基板に、半導体装置として半導体パッケージを実装する場合を例にして、説明する。
【００５５】
まず、第１実施例について説明する。
図８は回路基板の一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１−Ｌ１断面模式図である。また、図９は半導体パッケージの一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ２−Ｌ２断面模式図である。
【００５６】
ここでは、図８に例示するような回路基板２０、及び図９に例示するような半導体パッケージ３０を用いる。
回路基板２０には、図８（Ａ）に示したように、平面正方形状で、その中央部に所定サイズの電極２１が所定ピッチで所定数配列されたものを用いる。例えば、平面サイズが１１０ｍｍ角で、その中央部に直径０．６ｍｍの電極２１が１．２７ｍｍピッチで４２０個配列された回路基板２０を用いる。
【００５７】
回路基板２０は、図８（Ｂ）に示したように、絶縁層２２と、絶縁層２２内に形成された配線及び異なる配線間を接続するビアを含む導電パターン２３とを有しており、電極２１は、このような回路基板２０の内部に形成された導電パターン２３と電気的に接続されている。電極２１及び導電パターン２３は、例えば、Ｃｕを用いて形成される。
【００５８】
半導体パッケージ３０には、図９（Ａ）に示したように、平面正方形状で、その中央部に所定サイズの電極３１が所定ピッチで所定数配列されたものを用いる。例えば、平面サイズが４０ｍｍ角で、その中央部に直径０．６ｍｍの電極３１が、回路基板２０の各電極２１と対応するように、１．２７ｍｍピッチで４２０個配列された半導体パッケージ３０を用いる。
【００５９】
半導体パッケージ３０は、図９（Ｂ）に示したように、インターポーザ３２と、そのインターポーザ３２にはんだ等のバンプ３３ａを介してフリップチップ接続された半導体チップ３３を有している。半導体チップ３３の内部には、例えば、トランジスタ、抵抗、容量等の回路素子が形成されている。
【００６０】
インターポーザ３２は、絶縁層３２ａと、絶縁層３２ａ内に形成された配線及び異なる配線間を接続するビアを含む導電パターン３２ｂとを有しており、半導体パッケージ３０の電極３１は、導電パターン３２ｂを介して半導体チップ３３と電気的に接続されている。電極３１及び導電パターン３２ｂは、例えば、Ｃｕを用いて形成される。
【００６１】
インターポーザ３２に接続された半導体チップ３３は、封止樹脂３４によって封止されている。
図８に例示した回路基板２０に、図９に例示した半導体パッケージ３０を実装する工程について、以下の図１０から図１８を参照して説明する。尚、図１０から図１８では、便宜上、電極２１を除く回路基板２０の内部構造、及び電極３１を除く半導体パッケージ３０の内部構造については、その図示を省略する。
【００６２】
図１０及び図１１は第１実施例に係る導電性接着剤形成工程の一例の要部断面模式図である。
まず、図１０に示すように、半導体パッケージ３０上に、各電極３１と同じ位置に開口部４１ａを形成したマスク４１を、各電極３１と開口部４１ａの位置合わせを行って配置する。マスク４１には、例えば、厚さ０．１ｍｍのメタルマスクを用いることができる。
【００６３】
次いで、このようなマスク４１上に、図１０に示したように、ペースト状の導電性接着剤４２を配置し、図１１に示すように、その導電性接着剤４２を、スキージ４３を用いて、電極３１上にマスク４１の厚さに相当する厚さで印刷する。
【００６４】
導電性接着剤４２には、例えば、ポリイミドを含む導電性接着剤を用いることができる。また、この導電性接着剤４２には、後述の回路基板２０上に形成するはんだ（図１３及び図１４）の融点を上回る温度で溶融したり劣化したりしない、耐熱性を有するものを用いる。
【００６５】
図１２は第１実施例に係るベローズ接続工程の一例の要部断面模式図である。
電極３１への導電性接着剤４２の形成後は、その導電性接着剤４２を用いてベローズ４４を接続する。
【００６６】
ベローズ４４には、電極２１，３１の平面サイズ、接続後の回路基板２０と半導体パッケージ３０の距離、発熱による回路基板２０と半導体パッケージ３０の変形量等を基に、予め所定形状で設計され、形成されたものを用いる。例えば、上記の図５又は図６に示したような方法を用い、直径０．６ｍｍ、高さ２ｍｍ、厚さ０．００１ｍｍのＮｉ皮膜上に、厚さ０．０００５ｍｍのＡｕ皮膜が形成されたベローズ４４を用いる。
【００６７】
ベローズ４４を電極３１及び導電性接着剤４２の上に配置する際には、例えば、各電極３１及び導電性接着剤４２の位置と同じ位置に、ベローズ４４を直立状態で挿入可能な開口部を形成したマスクを用いる。そのようなマスクを半導体パッケージ３０上に載せ、そのマスク上に複数のベローズ４４を転がし、各開口部にそれぞれベローズ４４を振り込むようにする。
【００６８】
或いは、各電極３１及び導電性接着剤４２の位置と同じ位置に、剣山状に突起が設けられた部材を用い、まずその部材の各突起にそれぞれベローズ４４を挿しておく。そして、それを半導体パッケージ３０の電極３１及び導電性接着剤４２の形成面に突き合わせ、ベローズ４４を電極３１及び導電性接着剤４２の上に配置するようにしてもよい。
【００６９】
或いはまた、ベローズ４４を、１つずつ、電極３１及び導電性接着剤４２の上に配置していくようにしてもよい。
電極３１及び導電性接着剤４２の上にベローズ４４を配置した後は、その導電性接着剤４２を硬化し、ベローズ４４を各電極３１の上方に固定する。例えば、２９０℃で２０分間保持することにより、導電性接着剤４２を硬化し、各ベローズ４４の一端を各電極３１の上方に固定する。これにより、図１２に示したようなベローズ４４が接続された半導体パッケージ３０を得る。
【００７０】
続いて、回路基板２０の電極２１上に、はんだを形成する。
図１３及び図１４は第１実施例に係るはんだ形成工程の一例の要部断面模式図である。
まず、図１３に示すように、回路基板２０上に、各電極２１と同じ位置に開口部４５ａを形成したマスク４５を、各電極２１と開口部４５ａの位置合わせを行って配置する。マスク４５には、例えば、厚さ０．１５ｍｍのメタルマスクを用いることができる。
【００７１】
次いで、このようなマスク４５上に、図１３に示したように、ペースト状のはんだ４６を配置し、図１４に示すように、そのはんだ４６を、スキージ４７を用いて、電極２１上にマスク４５の厚さに相当する厚さで印刷する。
【００７２】
はんだ４６には、例えば、スズ−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ；Ｓｎ９６．５％，Ａｇ３％，Ｃｕ０．５％，融点２２０℃）のはんだを用いることができる。
図１５は第１実施例に係る半導体パッケージ実装工程の一例の要部断面模式図、図１６は第１実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例の要部断面模式図である。
【００７３】
はんだ４６の形成後は、その上方に、ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０を配置し、回路基板２０の電極２１と、半導体パッケージ３０の電極３１とを、ベローズ４４により電気的に接続する。
【００７４】
ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０は、まず、図１５に示すように、回路基板２０の上方に、間にスタンドオフ４８を介在させて、配置する。スタンドオフ４８は、上記のようにベローズ４４の高さを２ｍｍ、導電性接着剤４２の厚さを０．１ｍｍ、はんだ４６の厚さを０．１５ｍｍとしている場合であれば、ベローズ４４とはんだ４６との間に隙間が生じ難いように、例えば、高さ２．１ｍｍに設定する。
【００７５】
半導体パッケージ３０は、このようなスタンドオフ４８を介して回路基板２０の上方に位置合わせを行って配置するが、この図１５には、敢えて側方への位置ずれＰ（例えば、０．２ｍｍ）を生じさせている場合を図示している。
【００７６】
このような位置ずれＰが生じている状態で、はんだ４６及びその周辺の温度が最高で２４０℃になるように設定した窒素雰囲気のリフロー炉を用いて加熱を行い、はんだ４６を溶融させる。尚、導電性接着剤４２は、このときの加熱温度より高い温度でも耐熱性を有する材料を選択しておく。
【００７７】
はんだ４６が溶融すると、ベローズ４４の自由端側は、その溶融したはんだ４６の表面張力によって電極２１の上方へと引き寄せられるようになる。この状態ではんだ４６を固化することにより、たとえ位置ずれＰが生じていても、図１６に示すように、その位置ずれＰに応じて変形したベローズ４４により、回路基板２０と半導体パッケージ３０とが電気的に接続される。これにより、回路基板２０に半導体パッケージ３０が実装された電子装置１０ａが得られる。
【００７８】
この電子装置１０ａは、その動作時の発熱により回路基板２０及び半導体パッケージ３０に変形（伸縮、反り）が生じても、その変形に応じてベローズ４４が変形するため、それらの接続状態を長期にわたって維持することが可能になる。
【００７９】
尚、スタンドオフ４８は、回路基板２０と半導体パッケージ３０のいずれにも固定していない場合には、回路基板２０への半導体パッケージ３０の実装後、取り除くことが可能である。
【００８０】
また、このようにして得られる電子装置には、更に、冷却構造（ヒートシンク）を設けることもできる。
図１７は冷却構造を備えた電子装置の一例を示す図である。
【００８１】
図１７に示す電子装置１０ｂには、上記のようにベローズ４４を用いて回路基板２０に電気的に接続された半導体パッケージ３０の上に、複数のフィン５１ａを備えた冷却構造５１が設けられている。冷却構造５１は、例えば、ＡｌやＣｕ等の熱伝導性の良好な金属材料を用いて形成することができ、一定の熱伝導性を有する接着剤等を用いて（図示せず）、半導体パッケージ３０の上に設けられる。半導体パッケージ３０と冷却構造５１は、熱的に接続された状態になっている。
【００８２】
このような冷却構造５１を設けることにより、半導体パッケージ３０で発生した熱は、冷却構造５１へと伝熱され、そこから効率的に放熱されるようになる。その結果、半導体パッケージ３０の過剰な温度上昇や、回路基板２０及び半導体パッケージ３０の変形（伸縮、反り）を効果的に抑えることが可能になるため、電子装置１０ｂを長期にわたって安定に動作させることが可能になる。
【００８３】
尚、この図１７には、回路基板２０と半導体パッケージ３０の間にスタンドオフ４８を設けた場合を例示した。このほか、ベローズ４４で半導体パッケージ３０及び冷却構造５１を支持することが可能な場合には、回路基板２０と半導体パッケージ３０の間にスタンドオフ４８を設けない構成とすることも可能である。
【００８４】
また、図１８は冷却構造を備えた電子装置の別例を示す図である。
図１８に示す電子装置１０ｃには、上記のようにベローズ４４を用いて回路基板２０に電気的に接続された半導体パッケージ３０の上に、複数のフィン５２ａを備えた冷却構造５２が設けられている。冷却構造５２は、例えば、ＡｌやＣｕ等の熱伝導性の良好な金属材料を用いて形成することができ、サーマルグリースや一定の熱伝導性を有する接着剤等を用いて（図示せず）、半導体パッケージ３０の上に設けられる。
【００８５】
冷却構造５２には、複数の固定ネジ５３がそれぞれ貫通する貫通孔５２ｂが設けられている。更に、ここでは回路基板２０にも、複数の固定ネジ５３がそれぞれ貫通する貫通孔２０ｂが設けられている。各固定ネジ５３は、貫通孔５２ｂ，２０ｂに挿通され、回路基板２０の半導体パッケージ３０側と反対側の面において、ネジ留板５４に螺着される。このように電子装置１０ｃでは、冷却構造５２が固定ネジ５３を用いて強固に固定されるようになっている。
【００８６】
このような電子装置１０ｃによっても、半導体パッケージ３０の過剰な温度上昇や、回路基板２０及び半導体パッケージ３０の変形（伸縮、反り）を効果的に抑えることが可能になるため、電子装置１０ｃを長期にわたって安定に動作させることが可能になる。
【００８７】
尚、この電子装置１０ｃでは、冷却構造５２を固定ネジ５３で回路基板２０側にネジ留めする構成のため、図１８に示したように、回路基板２０と半導体パッケージ３０の間にスタンドオフ４８を設けておくことが望ましい。
【００８８】
次に、第２実施例について説明する。
上記の第１実施例と同様に、図８に例示した回路基板２０に、図９に例示した半導体パッケージ３０を実装する工程について、以下の図１９から図２３を参照して説明する。尚、図１９から図２３では、便宜上、電極２１を除く回路基板２０の内部構造、及び電極３１を除く半導体パッケージ３０の内部構造については、その図示を省略する。
【００８９】
図１９及び図２０は第２実施例に係るはんだ形成工程の一例の要部断面模式図である。
まず、図１９に示すように、半導体パッケージ３０上に、各電極３１と同じ位置に開口部６１ａを形成したマスク６１を、各電極３１と開口部６１ａの位置合わせを行って配置する。マスク６１には、例えば、厚さ０．１５ｍｍのメタルマスクを用いることができる。
【００９０】
次いで、このようなマスク６１上に、図１９に示したように、ペースト状のはんだ６２を配置し、図２０に示すように、そのはんだ６２を、スキージ６３を用いて、電極３１上にマスク６１の厚さに相当する厚さで印刷する。はんだ６２には、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（Ｓｎ９６．５％，Ａｇ３％，Ｃｕ０．５％，融点２２０℃）のはんだを用いることができる。
【００９１】
図２１及び図２２は第２実施例に係るベローズ接続工程の一例の要部断面模式図である。
はんだ６２の形成後は、図２１に示すように、各電極３１及びはんだ６２の上方に、上記第１実施例で例示したベローズ４４を配置する。ベローズ４４を配置する際には、上記第１実施例で例示した手法を用いることができる。
【００９２】
電極３１及びはんだ６２の上にベローズ４４を配置した後は、２４０℃の窒素雰囲気のリフロー炉を用いてはんだ６２を溶融し、その後固化することで、各ベローズ４４の一端を、各電極３１の上方に固定する。これにより、図２２に示したようなベローズ４４が接続された半導体パッケージ３０を得る。
【００９３】
続く、回路基板２０の電極２１上にはんだを形成する工程は、上記第１実施例の図１３及び図１４と同様に行うことができる。
但し、マスク４５及びスキージ４７を用いて電極２１上に形成するはんだ４６として、この第２実施例では、上記の電極３１とベローズ４４とを接続しているはんだ６２より低融点のはんだを用いる。例えば、上記のようにはんだ６２にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ（Ｓｎ９６．５％，Ａｇ３％，Ｃｕ０．５％，融点２２０℃）のはんだを用いている場合には、はんだ４６として、スズ−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ；Ｓｎ４２％，Ｂｉ５８％，融点１３９℃）のはんだを用いる。
【００９４】
はんだ４６の形成後は、その上方に、ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０を配置し、回路基板２０の電極２１と、半導体パッケージ３０の電極３１とを、ベローズ４４により電気的に接続する。
【００９５】
図２３は第２実施例に係る半導体パッケージ実装後の状態の一例の要部断面模式図である。
ベローズ４４を接続した半導体パッケージ３０は、上記の第１実施例と同様に、この図２３に示すように、回路基板２０の上方に、間に例えば高さ２．１ｍｍのスタンドオフ４８を介在させて、配置する。
【００９６】
尚、その際、半導体パッケージ３０は、上記図１５に示したのと同様に、敢えて側方へ位置ずれ（例えば、０．２ｍｍ）を生じさせて配置するものとする。このような位置ずれＰが生じている状態で、はんだ４６及びその周辺の温度が最高で１８０℃になるように設定した窒素雰囲気のリフロー炉を用いて加熱を行い、はんだ４６を溶融させる。
【００９７】
はんだ４６が溶融すると、ベローズ４４の自由端側は、その溶融したはんだ４６の表面張力によって電極２１の上方へと引き寄せられるようになる。この状態ではんだ４６を固化することにより、たとえ位置ずれが生じていても、図２３に示すように、その位置ずれに応じて変形したベローズ４４により、回路基板２０と半導体パッケージ３０とが電気的に接続される。これにより、回路基板２０に半導体パッケージ３０が実装された電子装置１０ｄが得られる。
【００９８】
この電子装置１０ｄは、その動作時の発熱により回路基板２０及び半導体パッケージ３０に変形（伸縮、反り）が生じても、その変形に応じてベローズ４４が変形するため、それらの接続状態を長期にわたって維持することが可能になる。
【００９９】
尚、スタンドオフ４８は、回路基板２０と半導体パッケージ３０のいずれにも固定していない場合には、回路基板２０への半導体パッケージ３０の実装後、取り除くことが可能である。
【０１００】
また、電子装置１０ｄには、上記第１実施例で述べた図１７及び図１８の例に従い、更に冷却構造５１，５２を設けることもできる。
また、以上説明した電子装置１０ａ，１０ｄ、及びそれらにそれぞれ冷却構造５１又は冷却構造５２を設けたもの（電子装置１０ｂ，１０ｄ等）は、様々な電子機器（電子装置）に適用可能である。
【０１０１】
図２４は電子装置の一例を模式的に示す図である。
図２４には、電子機器（電子装置）４００として、ノートブック型のコンピュータを例示している。一例として、上記の回路基板２０に半導体パッケージ３０を実装した電子装置１０ａ（ベローズ４４は図示を省略）が、電子機器４００に内蔵されている。尚、図２４では、電子装置１０ａを除く電子機器４００の内部構造については、図示を省略している。
【０１０２】
電子機器４００には、ここに例示した電子装置１０ａに替えて、上記の電子装置１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを適用することも可能である。また、ここでは、ノートブック型のコンピュータを例示したが、デスクトップ型のコンピュータ、サーバコンピュータ、半導体製造装置、半導体試験装置等、様々な電子機器に、電子装置１０ａ等を適用することが可能である。
【０１０３】
以上説明したように、回路基板と半導体装置（半導体パッケージ、半導体チップ）とをベローズを用いて接続することで、位置ずれの有無によらず、接続不良の発生を効果的に抑えることが可能になる。回路基板と半導体装置との接続にあたり、必ずしも高精度な位置合わせが可能な高性能な位置合わせ装置を用いることを要しない。
【０１０４】
更に、回路基板と半導体装置とをベローズを用いて接続すると、接続後の変形（伸縮、反り）に応じてベローズが変形するため、それらの接続信頼性の向上を図ることが可能になる。また、大型の半導体装置や、微細で狭ピッチの電極が用いられる場合にも、高い接続信頼性を確保することが可能になる。
【０１０５】
開示の電子装置（電子機器を含む）によれば、回路基板と半導体装置の接続の容易化を図ると共に、それらの接続信頼性の向上を図ることが可能になる。
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１０６】
（付記１） 一主面に第１電極が形成された回路基板と、
前記回路基板の前記一主面側に配置され、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置と、
前記第１，第２電極間を電気的に接続する導電性のベローズと、
を含むことを特徴とする電子装置。
【０１０７】
（付記２） 前記ベローズは、導電性の第１接合層を介して前記第１電極と電気的に接続され、導電性の第２接合層を介して前記第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする付記１に記載の電子装置。
【０１０８】
（付記３） 前記第１接合層は、はんだを含み、前記第２接合層は、導電性接着剤を含むことを特徴とする付記２に記載の電子装置。
（付記４） 前記第２接合層に含まれる導電性接着剤は、前記第１接合層に含まれるはんだの融点に対し耐熱性を有していることを特徴とする付記３に記載の電子装置。
【０１０９】
（付記５） 前記第１，第２接合層は、はんだを含むことを特徴とする付記２に記載の電子装置。
（付記６） 前記第２接合層に含まれるはんだは、前記第１接合層に含まれるはんだよりも高融点であることを特徴とする付記５に記載の電子装置。
【０１１０】
（付記７） 前記ベローズは、少なくとも１層の蛇腹状の導電層を含むことを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の電子装置。
（付記８） 前記ベローズは、前記第１電極側の端と、前記第２電極側の端とが、共に開口されていることを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の電子装置。
【０１１１】
（付記９） 前記回路基板と前記半導体装置の間にスタンドオフが配置されていることを特徴とする付記１乃至８のいずれかに記載の電子装置。
（付記１０） 一主面に第１電極が形成された回路基板の前記一主面側に、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置を配置する工程と、
前記第１，第２電極間を導電性のベローズを用いて電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【０１１２】
（付記１１） 前記第２電極に予め前記ベローズを電気的に接続した前記半導体装置を、前記回路基板の前記一主面側に配置することを特徴とする付記１０に記載の電子装置の製造方法。
【０１１３】
（付記１２） 前記ベローズを、導電性の第１接合層を介して前記第２電極と電気的に接続し、導電性の第２接合層を介して前記第１電極と電気的に接続することを特徴とする付記１０又は１１に記載の電子装置の製造方法。
【０１１４】
（付記１３） 前記半導体装置を、前記回路基板の前記一主面側に、スタンドオフを介在させて配置することを特徴とする付記１０乃至１２のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１１５】
１，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１００ 電子装置
２，２０ 回路基板
２ａ，３ａ，２１，３１ 電極
３ 半導体装置
４，４４ ベローズ
４ａ 開口端
４ｂ 閉塞端
５，６ 接合層
７，４８ スタンドオフ
２０ｂ，５２ｂ 貫通孔
２２，３２ａ 絶縁層
２３，３２ｂ 導電パターン
３０ 半導体パッケージ
３２ インターポーザ
３３ 半導体チップ
３３ａ バンプ
３４ 封止樹脂
４１，４５，６１ マスク
４１ａ，４５ａ，６１ａ 開口部
４２ 導電性接着剤
４３，４７，６３ スキージ
４６，６２ はんだ
５１，５２ 冷却構造
５１ａ，５２ａ フィン
５３ 固定ネジ
５４ ネジ留板
１１０ はんだバンプ
１２０ 接続部
１２０ａ 部分
２００ マンドレル
２０１，３０２ 金属皮膜
３００ コイルバネ
３０１ 熱収縮チューブ
４００ 電子機器
Ｐ 位置ずれ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に第１電極が形成された回路基板と、
前記回路基板の前記一主面側に配置され、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置と、
前記第１，第２電極間を電気的に接続する導電性のベローズと、
を含むことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記ベローズは、導電性の第１接合層を介して前記第１電極と電気的に接続され、導電性の第２接合層を介して前記第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記ベローズは、少なくとも１層の蛇腹状の導電層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記ベローズは、前記第１電極側の端と、前記第２電極側の端とが、共に開口されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子装置。
【請求項５】
前記回路基板と前記半導体装置の間にスタンドオフが配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子装置。
【請求項６】
一主面に第１電極が形成された回路基板の前記一主面側に、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置を配置する工程と、
前記第１，第２電極間を導電性のベローズを用いて電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１】
一主面に第１電極が形成された回路基板と、
前記回路基板の前記一主面側に配置され、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置と、
前記第１，第２電極間を電気的に接続する導電性のベローズと、
を含むことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記ベローズは、導電性の第１接合層を介して前記第１電極と電気的に接続され、導電性の第２接合層を介して前記第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記ベローズは、少なくとも１層の蛇腹状の導電層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記ベローズは、前記第１電極側の端と、前記第２電極側の端とが、共に開口されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子装置。
【請求項５】
前記回路基板と前記半導体装置の間にスタンドオフが配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子装置。
【請求項６】
一主面に第１電極が形成された回路基板の前記一主面側に、前記一主面と対向する面に第２電極が形成された半導体装置を配置する工程と、
前記第１，第２電極間を導電性のベローズを用いて電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−５４８７５（Ｐ２０１１−５４８７５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０４５５０（Ｐ２００９−２０４５５０）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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