JP2015018837A - 回路基板およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フリップチップ接続部の信頼性の向上を図る。
【解決手段】半導体チップ２に設けられた複数のバンプ３と電気的に接続する複数の電極部１ｅと、複数の電極部１ｅのそれぞれが配置された複数の開口部１ｄとを有する回路基板１であり、電極部１ｅは第１電極部１ｅａと第２電極部１ｅｂとを備え、さらに第２電極部１ｅｂは、開口部１ｄの底面１ｄａに沿って第１電極部１ｅａより突出する突出部１ｅｃを有している。また、第２電極部１ｅｂの体積は、第１電極部１ｅａの体積より大きく形成されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、回路基板および半導体装置に関し、特に、ＦＣ−ＰＫＧ（Flip Chip Package）等の突起電極を有するＩＣ（Integrated Circuit）チップを搭載するための回路基板と、その回路基板上にＩＣチップを搭載してなるＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等の半導体装置に関するものである。

ＩＣチップ（以降、半導体チップとも呼ぶ）を基板に実装する技術として、フリップチップ実装が知られている。フリップチップ実装は、ＩＣチップの端子電極としてバンプと称される突起状の電極（突起電極）を形成し、このバンプを基板の電極部と対向するように配置して加熱圧着する接続方法である。

なお、フリップチップ実装では、ＩＣチップと基板の間に、液状封止材もしくはフィルム状封止材などの樹脂が充填される。そして、樹脂充填時、ＩＣチップと基板の間を流れる封止材（樹脂）の流動形態によっては、電極近傍で空気を巻き込み、気泡が生成される場合がある。この生成された気泡が電極周囲に残存すると、半田バンプの溶融時に、半田バンプが気泡内に流れ込み、互いに隣接するバンプ同士が電気的に連結するという問題が生じる。

また、封止材の内部に残留した気泡は、半導体関連部品の信頼性評価に用いられる耐湿半田リフロー試験において剥離発生の原因となり、信頼性の低下を招くと考えられている。そのため、フリップチップ実装では、封止材の内部に気泡を残留させないことが重要である。

これらの課題を防ぐために、例えば、ＦＣ−ＰＫＧの回路基板構造に関する特許文献として、特許文献１および２が知られており、さらにバンプを介したフリップチップ実装構造が、特許文献３および４に開示されている。

特許文献１には、「回路形成面に複数の第１の電極パッドが形成された半導体チップと、半導体チップの第１の電極パッドに対向する位置に第２の電極パッドが形成された配線基板についての技術が開示され、配線基板に設置されたソルダーレジスト膜の開口部が、溝部の深さ方向に深くなって形成されている回路基板構造」が示されている。

特許文献２には、「表面がパッド部に開口を有する絶縁性被膜によって覆われている回路基板についての技術が開示され、樹脂流動の下流側に向かって延在する第１の溝が形成されている回路基板構造」が示されている。

特許文献３には、「回路基板の電極端子と半導体素子の電極との間が、一端が電極端子あるいは電極の一方に接続され、他端部に凹部を有する筒状電極と、筒状電極の凹部に配設された導電部材と、により接続された構造」が示されている。

特許文献４には、「半田バンプを上方からプレスして平坦部を形成しておくことで、この半田バンプの平坦部上に半導体チップのバンプ電極を安定させて配置する」技術が示されている。

特開２０１２−１８２３５９号公報 特開２０１１−１９９２０８号公報 特開２０１０−１０３１６１号公報 特開２００６−２０３２３６号公報

フリップチップ実装において、液状封止材、もしくは、フィルム状封止材の樹脂中に気泡が残留する場合には、気泡内に溶融半田が流れ込むことによる接続不良や、気泡を起因とするクラックなどの不良が生じる。そのため、フリップチップ実装においては、液状封止材、もしくは、フィルム状封止材に気泡を残留させないことが重要である。

特許文献１に記載された残留気泡の抑制方法では、回路形成面に複数の第１の電極パッドが形成された半導体チップと、半導体チップの第１の電極パッドに対向する位置に第２の電極パッドが形成された配線基板についての技術が開示され、配線基板に設置されたソルダーレジスト膜の開口部が、溝部の深さ方向に深くなって形成された回路基板構造が示されている。

ここで、上記特許文献１に記載された構造は、レジスト膜の溝部が段階的に深くなっている構造であるため、レジスト開口部側に向けた積極的な樹脂流動を促す構造では無い。そのため、一旦樹脂で満たされた状態において気泡が残留していた場合、レジスト膜の開口部への樹脂流入量が少なく、したがって、一旦残留した気泡が排出され難いという問題がある。

また、特許文献２に記載された残留気泡の位置制御方法では、表面がパッド部に開口を有する絶縁性被膜によって覆われている回路基板についての技術が開示され、樹脂流動の下流側に向かって延在する第１の溝が形成された回路基板構造が示されている。

ここで、上記特許文献２に記載された構造では、第１の溝に気泡が残留するため、クラックの起点になる可能性があることが問題である。

また、特許文献３に記載されたフリップチップ接続部の電極構造は、筒状であるため内部が中空である。この中空電極（筒状電極）の内部に半田バンプを配置することでフリップチップ接続を行っているが、筒状であるため、熱サイクルテストなどを行った際に、筒状電極が変形し易く、筒状電極と半田バンプが剥離し易いという問題がある。

また、特許文献４に記載されたフリップチップ接続部の電極構造においても、レジスト膜（表層部）の凹部（溝）に気泡が残留するため、クラックの起点になる可能性があることが問題である。

以上のように、上記特許文献１，２，３および４に記載された構造では、レジスト膜の開口部に積極的に樹脂が流れ込む構造にはなっていない。そのため、残留した気泡を排出する機構としては不十分であり、改善の余地がある。

本発明の目的は、フリップチップ実装において、気泡の排出性を向上してフリップチップ接続部の信頼性の向上を図る技術を提供することにある。

本発明の上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。

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、以下のとおりである。

本発明に係る回路基板は、表面に半導体チップをフリップチップ実装するものであり、半導体チップに設けられた突起電極と電気的に接続する複数の電極部と、上記表面に形成され、かつ上記複数の電極部のそれぞれが配置された複数の凹部と、を有している。さらに、上記電極部は、上記複数の凹部のそれぞれの内部に配置される第１電極部と、上記回路基板の上記表面から突出する第２電極部とを備え、上記第２電極部は上記凹部の底面に沿って上記第１電極部より突出する突出部を有し、上記第２電極部の体積は、上記第１電極部の体積より大きくなっている。

また、本発明に係る半導体装置は、複数の電極パッドを備えた半導体チップと、表面を備え、複数の電極部のそれぞれが配置された複数の凹部を上記表面に備えた回路基板と、上記半導体チップの前記複数の電極パッドのそれぞれと上記複数の電極部のそれぞれとを電気的に接続する複数の突起電極と、上記半導体チップと上記回路基板との間に充填された樹脂と、を有するものである。さらに、上記半導体装置における上記電極部は、上記複数の凹部のそれぞれの内部に配置される第１電極部と、上記回路基板の上記表面から突出する第２電極部とを備え、上記第２電極部は、上記凹部の底面に沿って上記第１電極部より突出する突出部を有し、上記第２電極部の体積は、上記第１電極部の体積より大きくなっている。

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。

フリップチップ接続部の信頼性の向上を図ることができる。

（ａ）,（ｂ）は本発明の実施の形態の回路基板におけるフリップチップ実装の構造の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図１に示す回路基板を用いた半導体装置の構造の一例を示す断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）は本発明の実施の形態のフリップチップ実装時の樹脂の充填方法の一例を示す断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）は本発明の実施の形態のフリップチップ実装後に樹脂の充填を行う場合の樹脂の充填方法の一例を示す断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）は本発明者が比較検討を行った比較例の電極部の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）は図５に示す比較例の電極部による樹脂流動状態を示す断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）は本発明の実施の形態の回路基板における電極部の構造の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）は本発明の実施の形態のフリップチップ実装時の樹脂流動状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態の回路基板の各電極部の構造を示す断面図および平面図である。 本発明の実施の形態の回路基板を用いた気泡体積の計算用の数値図である。 本発明の実施の形態の回路基板を用いた気泡体積の計算結果を示すデータ図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）は本発明の実施の形態の回路基板における変形例１の電極部の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図である。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）は本発明の実施の形態の回路基板における変形例２の電極部の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図である。

以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。

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、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態の回路基板におけるフリップチップ実装の構造の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、図２は図１に示す回路基板を用いた半導体装置の構造の一例を示す断面図である。

＜フリップチップ実装構造＞
図１（ａ），（ｂ）を用いて、本実施の形態の回路基板を用いたフリップチップ実装構造について説明する。

本実施の形態のフリップチップ実装構造は、表面（上面）１ａとその反対側の下面（裏面）１ｂとを備えた回路基板１と、回路基板１の表面１ａ上にフリップチップ実装された半導体チップ２と、回路基板１と半導体チップ２とを電気的に接続する複数のバンプ（突起電極）３と、回路基板１と半導体チップ２との間に配置され、かつ樹脂からなる封止材４と、によって構成されている。

なお、回路基板１の表面１ａには、複数の電極部１ｅと、これら複数の電極部１ｅのそれぞれが配置された複数の凹部であるレジスト膜（絶縁膜）１ｃの開口部１ｄとが形成されている。

すなわち、回路基板１の表面１ａの絶縁膜であるレジスト膜１ｃに複数の開口部（凹部）１ｄが形成され、さらにこれら開口部１ｄのそれぞれに電極部１ｅが形成されている。つまり、各電極部１ｅの周囲にレジスト膜１ｃの凹部である開口部１ｄが形成されている。

また、各電極部１ｅは、複数の開口部１ｄのそれぞれの内部に配置される第１電極部１ｅａと、この第１電極部１ｅａと一体に形成され、かつ回路基板１の表面１ａから突出する第２電極部１ｅｂとを備えている。すなわち、第１電極部１ｅａの上方にこの第１電極部１ｅａと一体に第２電極部１ｅｂが形成されており、電極部１ｅにおいて、第１電極部１ｅａは、開口部１ｄに収まる高さの部分（開口部１ｄの底面１ｄａから表面１ａまでの部分）であり、一方、第２電極部１ｅｂは、回路基板１の表面１ａから上方に突出した部分である。

さらに、第２電極部１ｅｂは、開口部１ｄの底面１ｄａに沿って第１電極部１ｅａより突出する突出部１ｅｃを有しており、そして、第２電極部１ｅｂの体積（容積）は、第１電極部１ｅａの体積（容積）より大きくなっている。

言い換えると、下部部分の第１電極部１ｅａより上部部分の第２電極部１ｅｂの方が体積が大きく、電極部１ｅは、平面視で上部部分の方が大きくなっており、きのこ状に形成されている。

また、半導体チップ２は、主面２ａとその反対側の裏面２ｂとを有しており、主面２ａには、複数の電極パッド（表面電極）２ｃが形成されている。

したがって、フリップチップ実装では、回路基板１の複数の電極部１ｅのそれぞれと、半導体チップ２の主面２ａの複数の電極パッド２ｃのそれぞれとが、複数のバンプ（突起電極）３を介して電気的に接続される。すなわち、半導体チップ２の複数の電極パッド２ｃに設けられた複数のバンプ３と、回路基板１の複数の電極部１ｅとが電気的に接続される。

なお、図１に示すフリップチップ構造では、一例として、１つの半導体チップ２が搭載されているものを描いているが、複数の半導体チップ２が搭載されるものであってもよい。

ここで、半導体チップ２は、例えば、シリコンもしくはガリウム砒素から構成される。また、バンプ３は、例えば、金、銀、銅、ニッケル、インジウム、パラジウム、スズ、鉛またはビスマスから構成される。ただし、バンプ３は、上記材質のうち単一の金属で構成されていてもよいし、２種類以上の金属で構成されていてもよい。

また、回路基板１の電極部１ｅは、例えば、金、銀、銅、ニッケル、インジウム、パラジウム、スズ、鉛またはビスマスから構成される。ただし、電極部１ｅも、上記材質のうち単一の金属で構成されていてもよいし、または２種類以上の金属で構成されていてもよい。

また、回路基板１は、例えば、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、ガラスポリイミド基板、フッ素基板、ガラスＰＰＯ基板、金属基板もしくはセラミック基板等が挙げられる。

さらに、樹脂からなる封止材４は、熱硬化性成分とその硬化剤とを含有する材料からなることが好ましい。

熱硬化性成分としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリアミド樹脂、トリアジン樹脂、シアノアクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フラン樹脂、レゾルシノール樹脂、キシレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シロキサン変性エポキシ樹脂、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂またはアクリルレート樹脂等が挙げられる。

硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族ポリアミン、ポリアミド、脂肪族酸無水物、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジド、三フッ化ホウ素アミン錯体、イミダゾール類、第３級アミンまたは有機過酸化物等が挙げられる。これらの硬化物（硬化剤）は一種を単独で用いても良く、２種以上を併用してもよい。

＜半導体装置（ＢＧＡ）の構成＞
図２を用いて本実施の形態の半導体装置（ＢＧＡ）の構造について説明する。

ＢＧＡ５は、半導体チップ２がフリップチップ実装された構造を備えるものであり、図１に示す本実施の形態の回路基板１上に半導体チップ２がフリップチップ実装されてなる構造を有するものである。

ＢＧＡ５の詳細構造について説明すると、複数の電極パッド２ｃを備えた半導体チップ２と、複数の電極部１ｅのそれぞれが配置された複数の開口部（凹部）１ｄを表面１ａに備えた回路基板１と、半導体チップ２の複数の電極パッド２ｃのそれぞれと複数の電極部１ｅのそれぞれとを電気的に接続する複数のバンプ（突起電極）３と、半導体チップ２と回路基板１との間に充填された封止材（樹脂）４と、を有している。

すなわち、回路基板１の表面１ａ上に複数のバンプ３を介して半導体チップ２がフリップチップ実装されており、回路基板１と半導体チップ２の間に封止材４が充填されている。

さらに、ＢＧＡ５は、回路基板１の下面１ｂに設けられた外部接続端子である複数のボール電極７と、回路基板１の表面１ａ上に形成され、かつ半導体チップ２を封止する封止体６とを有している。

そして、回路基板１に形成された複数の電極部１ｅは、表面１ａの複数の開口部１ｄのそれぞれの内部に配置される第１電極部１ｅａと、第１電極部１ｅａに一体で形成され、かつ回路基板１の表面１ａから突出する第２電極部１ｅｂとを備えている。さらに、第２電極部１ｅｂは、開口部１ｄの底面１ｄａに沿って第１電極部１ｅａより突出する突出部１ｅｃを有しており、第２電極部１ｅｂの体積は、第１電極部１ｅａの体積より大きくなっている。

＜封止材の充填方法＞
図３（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は本発明の実施の形態のフリップチップ実装時の樹脂の充填方法の一例を示す断面図、図４（ａ）,（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）は本発明の実施の形態のフリップチップ実装後に樹脂の充填を行う場合の樹脂の充填方法の一例を示す断面図である。

図３は、フリップチップ実装における封止材４の先塗布方法による接続工程を示すものである。

図３（ａ）に示すように、最初に、回路基板１の表面１ａ上に封止材（樹脂）４を塗布しておく。この状態で、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ２を上部からプレスしながら熱を加える。図３（ｃ）に示すように、上部からの半導体チップ２の押し込みによって、半導体チップ２に設けられた複数のバンプ３のそれぞれと、回路基板１の複数の電極部１ｅのそれぞれとを電気的に接続する（フリップチップ接続する）。

さらに、塗布されていた封止材４は、上部からの半導体チップ２の押し込みによって、回路基板１の外周方向に向けて広がり、半導体チップ２と回路基板１との間への充填が完了する。

一方、図４は、フリップチップ実装における封止材４の後塗布方法による接続工程を示すものである。

最初に、図４（ａ）に示すように、半導体チップ２と回路基板１とをプレスしながら熱を加える。これにより、半導体チップ２に設けられた複数のバンプ３のそれぞれと、回路基板１の複数の電極部１ｅのそれぞれとを電気的に接続する（フリップチップ接続する）。

その後、電極間を接続させた状態で、回路基板１の外側からノズル８を介して封止材（樹脂）４を滴下し、半導体チップ２と回路基板１の隙間に封止材４を流し込む。図４（ｂ），（ｃ）に示すように、封止材４は、表面張力にしたがって、半導体チップ２と回路基板１との隙間を流動する。

図４（ｄ）に示すように、封止材４の回路基板１の外周方向への流動を終え、半導体チップ２と回路基板１との隙間への充填を完了する。

なお、半導体チップ２と回路基板１との間に充填される封止材（樹脂）４は、半導体チップ２と回路基板１の線膨張係数の違いによって発生する局所的応力を緩和し、かつフリップチップ接続部を保護するものである。

＜電極構造＞
図５は本発明者が比較検討を行った比較例の電極部の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図、図６（ａ）,（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）は図５に示す比較例の電極部による樹脂流動状態を示す断面図、図７は本発明の実施の形態の回路基板における電極部の構造の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図、図８（ａ）,（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）は本発明の実施の形態のフリップチップ実装時の樹脂流動状態を示す断面図である。

まず、図５および図６を用いて本発明者が比較検討を行った電極部について説明する。図５（ｂ）に示すように、半導体チップ２に、バンプ３と称される突起電極が成形されている。一方、図５（ａ），（ｃ）に示すように、回路基板１には、その表面１ａのレジスト膜１ｃに、複数の開口部１ｄが形成され、これら開口部１ｄのそれぞれの内側に電極部１ｆが配置されている。

ここで、回路基板１は、そのチップ側の面Ｓが電極部１ｆのチップ側の面Ｔより低い、もしくは、回路基板１のチップ側の面Ｓが電極部１ｆのチップ側の面Ｔと等しい高さの構造で形成されている。

図５に示す電極構造の場合、図６（ａ）に示すように、電極部１ｆに流入する封止材（樹脂）４は、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜１ｃの開口部１ｄで空気を巻き込みながら気泡９を生成する。図６（ｃ）に示すように、電極部１ｆの周辺が封止材４で満たされた状態では、封止材４の主要な流動は、図６（ｄ）に示す矢印Ｐで示した場所で生じる。したがって、レジスト膜１ｃの開口部１ｄの内部においては、封止材４の流動が生じないため、発生した気泡９は残留しやすくなる。

すなわち、フリップチップ実装工程で、半導体チップ２と回路基板１との間に封止材４を充填する際に、図６に示すように、バンプ３とレジスト膜１ｃの開口部１ｄの周囲を流動する封止材４は、空気を巻き込みやすく、巻き込まれた気泡９は、開口部１ｄの下部に流入する。そして、開口部１ｄに流入した気泡９は、停滞して残留気泡となる場合がある。

次に、図７および図８を用いて、本実施の形態の電極部について説明する。

図７（ｂ）に示すように、半導体チップ２には、バンプ３と称される突起電極が成形されている。一方、図７（ａ），（ｃ）に示すように、回路基板１には、表面１ａのレジスト膜１ｃに複数の開口部１ｄが設けられ、平面視で、それらの開口部１ｄの内側に第１電極部１ｅａおよび第２電極部１ｅｂが配置されている。

ここで、回路基板１のチップ側の面Ｓより、第２電極部１ｅｂのチップ側の面Ｔは、高い位置となるように設置されている。なお、第１電極部１ｅａおよび第２電極部１ｅｂは、同一材質でも良いし、２種類以上の材質でも良い。例えば、電極部１ｅは、銅を主とする金属材からなる。バンプ３は、例えば半田材からなる。

また、第２電極部１ｅｂは、開口部１ｄの底面１ｄａに沿って第１電極部１ｅａより突出する突出部１ｅｃを有しており、したがって、第２電極部１ｅｂの体積が、第１電極部１ｅａの体積より大きくなっている。

すなわち、本実施の形態の電極部１ｅは、第１電極部１ｅａと、この第１電極部１ｅａと一体に形成された第２電極部１ｅｂとからなり、下部部分の第１電極部１ｅａより上部部分の第２電極部１ｅｂの方が体積（容積）が大きく、言い換えると、電極部１ｅは、上部の方が大きいきのこ状に形成されている。

このような本実施の形態の電極構造では、図８（ａ）に示すように、電極部１ｅに流入する封止材４は、図８（ｂ）に示すように、レジスト膜１ｃの開口部１ｄで空気を巻き込みながら気泡９を生成する。図８（ｃ）に示すように、電極部１ｅの周辺が封止材４で満たされた状態では、電極部１ｅの上部部分の第２電極部１ｅｂによって封止材４の流動が妨げられる。

これにより、封止材４の主要な流動は、図８（ｄ）に示す矢印Ｑで示した場所で生じる。したがって、レジスト膜１ｃの開口部１ｄにおいて、封止材４の流動が生じるため、発生した気泡９は排出され易くなる。

すなわち、電極部１ｅの大きな体積（容積）の第２電極部１ｅｂが封止材４の流動を阻害し、これにより、封止材４が開口部１ｄに流れ込む。その結果、開口部１ｄに巻き込まれた気泡９を開口部１ｄに流れ込んだ封止材４によって押し出して排出することができる。

以上により、本実施の形態の電極部１ｅは、フリップチップ実装において、回路基板１の表面１ａの開口部１ｄにおける気泡９の排出性を向上し、その結果、フリップチップ接続部の信頼性の向上を図ることができる。

また、回路基板１の開口部１ｄに気泡９が残留することを低減できるため、クラックの起点になる可能性も低くすることができる。

なお、図７に示す本実施の形態の電極部１ｅにおいて、図７（ｃ）に示すように、回路基板１の表面１ａのレジスト膜１ｃの開口部１ｄの内部に配置される第１電極部１ｅａの外周壁１ｅｄは、開口部１ｄの内周壁１ｄｂに沿って設けられている。

すなわち、電極部１ｅの下部部分である第１電極部１ｅａの側壁（外周壁１ｅｄ）は、凹部である開口部１ｄの内周壁１ｄｂに沿って底面１ｄａに対して略垂直に設けられている。

これにより、第１電極部１ｅａの外周壁１ｅｄと開口部１ｄの底面１ｄａとの成す角度が鋭角ではないため、外周壁１ｅｄと底面１ｄａとからなる隅部に気泡９が留まることを抑制することができ、気泡９の排出性を高めることができる。

また、電極部１ｅにおいて、その上部部分である第２電極部１ｅｂの開口部１ｄの底面１ｄａに沿った方向に対する投影面積は、下部部分である第１電極部１ｅａの開口部１ｄの底面１ｄａに沿った方向に対する投影面積より大きい。

これにより、図８（ｂ）に示すように、第２電極部１ｅｂによる封止材４の流動の抵抗を大きくすることができ、開口部１ｄに封止材４を流れ込み易くすることができる。その結果、気泡９の排出性を高めることができる。

また、電極部１ｅの上部部分である第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃは、図７および後述する図９に示すように、平面視において、第１電極部１ｅａの全周に亘って設けられている。

すなわち、電極部１ｅは、きのこ状であり、第１電極部１ｅａの全周に亘って突出部１ｅｃが鍔状に円形を成すように突出している。

これにより、電極部１ｅの全周に亘って、開口部１ｄに封止材４を流れ込み易くすることができ、電極部１ｅの平面視の周囲全体に対して気泡９の排出性を高めることができる。

＜電極部の形状ごとの効果の計算＞
図９は本発明の実施の形態の回路基板の各電極部の構造を示す断面図および平面図、図１０は本発明の実施の形態の回路基板を用いた気泡体積の計算用の数値図、図１１は本発明の実施の形態の回路基板を用いた気泡体積の計算結果を示すデータ図である。

ここでは、汎用流体ソフト（ＦｌｏｗＳｉｅｎｃｅ社製）を用いて、バンプ３の周囲を対象とした樹脂（封止材４）の気液二相流動計算を行った結果について説明する。

まず、図９に示す、計算に採用した電極形状について説明する。

形状Ａは、本実施の形態の電極部１ｅの構造の一例である。また、形状Ｂは、本実施の形態の電極部１ｅの構造の他の例であり、電極部１ｅの上部部分である第２電極部１ｅｂの体積（容積）が、形状Ａに比べて大きく形成されている。また、形状Ｃは、本実施の形態の電極部１ｅの構造の他の例であり、樹脂（封止材４）の流動方向に対して、電極部１ｅの上部部分である第２電極部１ｅｂの底面１ｄａに対向する対向面１ｅｅと、回路基板１の開口部１ｄのチップ側の面（底面１ｄａ）との距離が、徐々に小さくなるように形成されているものである。

ここで、図９に示す電極部１ｅの形状Ａ，Ｂ，Ｃについて、各部の寸法の一例を説明する。形状Ａにおいて、半導体チップ２に設けられたバンプ３の高さＨ１は、Ｈ１＝２５μｍ、平面視での直径Ｄは、Ｄ＝３８μｍである。また、第１電極部１ｅａの平面視での直径Ｅは、Ｅ＝２１．５μｍ、高さＨ２は、Ｈ２＝１５μｍ、さらに、第２電極部１ｅｂの平面視での直径Ｆは、Ｆ＝４４μｍ、高さＨ３は、Ｈ３＝１０μｍ、回路基板１の開口部１ｄの平面視の直径Ｇは、Ｇ＝１０８μｍである。

また、形状Ｂにおいて、半導体チップ２に設けられたバンプ３の高さＨ１は、Ｈ１＝２５μｍ、平面視での直径Ｄは、Ｄ＝３８μｍである。また、第１電極部１ｅａの平面視での直径Ｅは、Ｅ＝２１．５μｍ、高さＨ２は、Ｈ２＝１５μｍ、さらに、第２電極部１ｅｂの平面視での直径Ｆは、Ｆ＝５６μｍ、高さＨ３は、Ｈ３＝２０μｍ、回路基板１の開口部１ｄの平面視の直径Ｇは、Ｇ＝１０８μｍである。

また、形状Ｃにおいて、半導体チップ２に設けられたバンプ３の高さＨ１は、Ｈ１＝２５μｍ、平面視での直径Ｄは、Ｄ＝３８μｍである。また、第１電極部１ｅａの平面視での直径Ｅは、Ｅ＝２１．５μｍ、高さＨ２は、Ｈ２＝１５μｍ、さらに、第２電極部１ｅｂの平面視での直径Ｆは、Ｆ＝５６μｍ、高さＨ３は、Ｈ３＝２０μｍ、側面高さＨ４は、Ｈ４＝１０μｍ、回路基板１の開口部１ｄの平面視の直径Ｇは、Ｇ＝１０８μｍである。

次に、上記気液二相流動計算について説明する。

なお、計算条件は、図９の各形状において、左方側から、０．００２ｍ／ｓの一定速度で封止材（樹脂）４が流入する設定とした。計算に用いた粘度式を、下記の（式１）〜（式４）に示す。また、計算には、連続の式として、下記に示す（式５）、運動方程式として、下記に示す（式６）を用いた。

ここで、η：粘度、η₀：初期粘度、ｔ：時間、ｔ₀：ゲル化時間、Ｔ：温度、ａ、ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ：材料固有の定数、ρ：密度、ｕ：流速、ｐ：圧力、Ｇ：重力加速度を示している。計算に用いた粘度式の定数を図１０に示す。また、密度はエポキシ樹脂とし、１８００ｋｇ／ｍ³ を用いた。

まず、形状Ａの特徴について説明する。形状Ａの電極部１ｅは、バンプ３と称される突起電極の平面視の直径よりも小さい直径を有する第１電極部１ｅａと、バンプ３と称される突起電極の平面視の直径よりも大きい直径を有する第２電極部１ｅｂとによって構成される。

形状Ａの電極部１ｅでは、バンプ３の直径よりも小さい直径の第１電極部１ｅａを有することで、空気の巻込み量が減少する効果が得られる。言い換えると、バンプ３の平面視の大きさが、第１電極部１ｅａの平面視の大きさより大きいことにより、バンプ３が封止材４の流動の抵抗となるため、封止材４が開口部１ｄに流れ込み易くなる。これにより、気泡９の開口部１ｄからの排出性を高めることができ、結果的に空気の巻き込み量を減少させることができる。

また、バンプ３の直径よりも大きい直径の第２電極部１ｅｂを有することにより、バンプ３と第２電極部１ｅｂの電気的接続に関する信頼性を向上させることができる。すなわち、第２電極部１ｅｂの平面視の大きさが、バンプ３の平面視の大きさより大きいことにより、バンプ３と第２電極部１ｅｂとの接続面積を増やすことができ、電気的接続における接続強度を高めて接続の信頼性を向上させることができる。

次に、形状Ｂの特徴について説明する。形状Ｂは、形状Ａに記載の特徴を有しており、さらに、第２電極部１ｅｂの高さ（Ｈ３）が、第１電極部１ｅａの高さ（Ｈ２）よりも高く構成されている。この構造では、封止材４の流動方向に対して、第２電極部１ｅｂの投影面積が大きくなるため、巻き込んだ空気を排出するためのレジスト膜１ｃの開口部１ｄへの封止材４の流入量が増加する。その結果、残留ボイド（気泡９）の排出性を向上させる効果を得ることができる。

次に、形状Ｃの特徴について説明する。形状Ｃは、形状Ｂに記載の特徴を有しており、さらに、第２電極部１ｅｂにおける回路基板１の開口部１ｄの底面１ｄａに対向する対向面１ｅｅと、上記底面１ｄａとがなす角が鋭角で構成されているものである。すなわち、第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃの対向面１ｅｅと、開口部１ｄの底面１ｄａとがなす角が、鋭角で構成されているものである。

言い換えると、第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃは、開口部１ｄの底面１ｄａとの距離が、電極部１ｅの中心Ｉに近づくにつれて徐々に小さくなるように形成されている（突出部１ｅｃの対向面１ｅｅと開口部１ｄの底面１ｄａとの距離が、外側に向かって徐々に大きくなるように形成されている）。

なお、突出部１ｅｃの対向面１ｅｅと開口部１ｄの底面１ｄａとがなす角は、望ましくは、３°〜４５°の範囲の角度で構成されている。

第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃにおいて、開口部１ｄの底面１ｄａとの距離が、電極部１ｅの中心Ｉに近づくにつれて徐々に小さくなるように形成されていることにより、開口部１ｄへの封止材４の流動が促されるため、これにより、残留ボイド（気泡９）の排出性を向上させることができる。

また、第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃの対向面１ｅｅと、回路基板１の開口部１ｄの底面１ｄａとの距離が、外側に向かって徐々に大きくなるように形成されているため、気泡９の排出口が拡がり、開口部１ｄに入り込んだ気泡９を封止材４によって容易に押し出すことができる。

次に、図１１を用いて、封止材４の流動解析の結果について説明する。

図１１に示すように、形状Ａよりも形状Ｂの方が、気泡体積が小さくなるという結果が得られた。すなわち、形状Ａよりも形状Ｂの方が、気泡９の排出性を向上させることができる。これは、形状Ａよりも形状Ｂの方が、樹脂流動を妨げる第２電極部１ｅｂが大きく、その結果、回路基板１の開口部１ｄに封止材（樹脂）４が流れ込み易くなったためである。

さらに、形状Ｂよりも形状Ｃの方が、気泡体積が小さくなるという結果が得られた。すなわち、形状Ｂよりも形状Ｃの方が、気泡９の排出性を向上させることができる。これは、形状Ｂよりも形状Ｃの方が、第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃの対向面１ｅｅに設けたテーパ形状により、開口部１ｄに封止材４が流れ込み易くなったためであり、かつ排出の間口が拡がって排出され易くなったためである。

以上のように、本実施の形態の回路基板１では、図７〜図９に示すように、表面１ａのレジスト膜１ｃの各開口部１ｄに形成された電極部１ｅにおいて、第１電極部１ｅａ上の第２電極部１ｅｂが、回路基板１の開口部１ｄの底面１ｄａに沿って第１電極部１ｅａより突出する突出部１ｅｃを有しており、かつ第２電極部１ｅｂの体積は、第１電極部１ｅａの体積より大きく形成されている。

これにより、回路基板１の表面１ａより突出した体積が大きな第２電極部１ｅｂによって樹脂流動が妨げられ、レジスト膜１ｃの開口部１ｄに流入する樹脂流動が生じることにより、回路基板１の開口部１ｄへの封止材４の流入量が増加する。

その結果、開口部１ｄに流入した封止材４によって気泡９は開口部１ｄから押し出され、気泡９の排出性を向上させることができる。

これにより、気泡９がレジスト膜１ｃの開口部１ｄに残留することを防ぐことができる。その結果、気泡９内に溶融半田が流れ込むことによる接続不良、あるいはバンプ電極間の短絡事故、もしくは気泡９を起因とするクラックなどの不良の発生を防ぐことができる。

すなわち、フリップチップ実装において、封止材４の流動により発生する気泡９の排出性を向上させて、フリップチップ接続部の信頼性の向上を図ることができる。

なお、電極部１ｅにおける第１電極部１ｅａと第２電極部１ｅｂの形状については、別の言い方をすると、第２電極部１ｅｂの任意の位置における回路基板１の厚さ方向に沿って切断した断面の断面積の最大値が、第１電極部１ｅａの任意の位置における回路基板１の厚さ方向に沿って切断した断面の断面積の最大値より大きくなっているとも言える（図７参照）。

これにより、第２電極部１ｅｂの体積が大きいのと同様に、第２電極部１ｅｂによって樹脂流動が妨げられ、封止材４を開口部１ｄに流入することができる。その結果、封止材４によって気泡９は開口部１ｄから押し出されるため、気泡９の排出性を向上させることができる。

また、図９に示すように、各電極部１ｅおよび開口部１ｄは、回路基板１の厚さ方向に沿って切断した断面の形状が、電極部１ｅの直径方向の中心Ｉに対して線対称となる形状である。

これにより、電極部１ｅにおいて、第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃの第１電極部１ｅａからの突出量が、平面視で全周に亘って同一になるため、封止材４の開口部１ｄへの流入を全周に亘ってほぼ均等に行うことができる。

その結果、気泡９の排出性を向上させることができる。

また、本実施の形態のフリップチップ実装では、バンプ３が半田材からなり、かつ電極部１ｅが銅を主成分とする合金からなる場合を一例として説明したが、半田材と銅は、剥離による破壊を比較的起こしやすい。

そこで、本実施の形態の回路基板１では、電極部１ｅを柱状とすることで、電極部１ｅの剛性を高めることができるため、熱サイクルテスト等を行って熱応力が付与された際にも、電極部１ｅが変形することを抑制することができ、バンプ３と電極部１ｅとが剥離したり、破壊されたりすることの低減化を図ることができる。

また、本実施の形態の回路基板１を、図２に示すＢＧＡ５等の半導体装置のパッケージ基板に適用することにより、上記半導体装置においても、フリップチップ実装において、封止材４の流動により発生する気泡９の排出性を向上させて、フリップチップ接続部の信頼性の向上を図ることができる。

＜変形例１＞
図１２は本発明の実施の形態の回路基板における変形例１の電極部の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図である。

上記実施の形態では、電極部１ｅや回路基板１の開口部１ｄが、平面視で円形の場合を一例として説明したが、電極部１ｅや回路基板１の開口部１ｄの平面視の形状は、図１２の変形例１に示すように、四角形等の矩形形状であってもよい。

この場合、電極部１ｅは、回路基板１の厚さ方向に沿って切断した断面の形状が、電極部１ｅの幅方向Ｒの中心Ｉに対して線対称となる形状である。

このような矩形形状の場合においても、上記実施の形態の円形の場合と同様の効果が得られることは言うまでもなく、気泡９の排出性を向上させて、フリップチップ接続部の信頼性の向上を図ることができる。

＜変形例２＞
図１３は本発明の実施の形態の回路基板における変形例２の電極部の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はチップ側の断面図、（ｃ）は断面図である。

図１３の変形例２に示す電極部１ｅの構造は、回路基板１の開口部１ｄにおいて、電極部１ｅの第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃの対向面１ｅｅが段差部１ｅｆとなって階段状に形成されているものである。

すなわち、図１３（ｃ）に示すように、第２電極部１ｅｂの突出部１ｅｃの対向面１ｅｅが階段状に形成されており、第２電極部１ｅｂの対向面１ｅｅと開口部１ｄの底面１ｄａとの距離が、電極部１ｅの中心Ｉに近づくにつれて階段状に徐々に小さくなるように形成されている。

これにより、開口部１ｄへの封止材４の流動が促されるため、気泡９の排出性を向上させることができる。つまり、実施の形態の電極部１ｅの構造と、同様の効果を得ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の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言うまでもない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

また、上記実施の形態では、回路基板１を備えた半導体装置が、ＢＧＡの場合を一例として説明したが、上記半導体装置は、ＢＧＡに限定されるものではなく、例えば、回路基板１を備え、かつ回路基板１に複数の電極部１ｅを有したＬＧＡ（Land Grid Array）等であってもよい。

１ 回路基板
１ａ 表面
１ｂ 下面
１ｃ レジスト膜
１ｄ 開口部（凹部）
１ｄａ 底面
１ｄｂ 内周壁
１ｅ 電極部
１ｅａ 第１電極部
１ｅｂ 第２電極部
１ｅｃ 突出部
１ｅｄ 外周壁
１ｅｅ 対向面
１ｅｆ 段差部
１ｆ 電極部
２ 半導体チップ
２ａ 主面
２ｂ 裏面
２ｃ 電極パッド
３ バンプ（突起電極）
４ 封止材（樹脂）
５ ＢＧＡ（半導体装置）
６ 封止体
７ ボール電極
８ ノズル
９ 気泡

Claims (11)

1. 表面を備え、前記表面に半導体チップをフリップチップ実装する回路基板であって、
   前記半導体チップに設けられた突起電極と電気的に接続する複数の電極部と、
   前記表面に形成され、かつ前記複数の電極部のそれぞれが配置された複数の凹部と、
   を有し、
   前記電極部は、前記複数の凹部のそれぞれの内部に配置される第１電極部と、前記回路基板の前記表面から突出する第２電極部とを備え、
   前記第２電極部は、前記凹部の底面に沿って前記第１電極部より突出する突出部を有し、
   前記第２電極部の体積は、前記第１電極部の体積より大きい、回路基板。
2. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記第２電極部の任意の位置における前記回路基板の厚さ方向に沿って切断した断面の断面積の最大値が、前記第１電極部の任意の位置における前記回路基板の厚さ方向に沿って切断した断面の断面積の最大値より大きい、回路基板。
3. 請求項１または２に記載の回路基板において、
   前記第２電極部の高さは、前記第１電極部の高さより高い、回路基板。
4. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記電極部および前記凹部は、前記回路基板の厚さ方向に沿って切断した断面の形状が、前記電極部の直径方向または幅方向の中心に対して線対称となる形状である、回路基板。
5. 請求項４に記載の回路基板において、
   前記第２電極部の前記突出部は、前記凹部の前記底面との距離が、前記電極部の前記中心に近づくにつれて徐々に小さくなるように形成されている、回路基板。
6. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記第２電極部の平面視の大きさは、前記突起電極の平面視の大きさより大きい、回路基板。
7. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記突起電極の平面視の大きさは、前記第１電極部の平面視の大きさより大きい、回路基板。
8. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記第１電極部の外周壁は、前記凹部の内周壁に沿って設けられている、回路基板。
9. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記第２電極部の前記凹部の前記底面に沿った方向に対する投影面積は、前記第１電極部の前記凹部の前記底面に沿った方向に対する投影面積より大きい、回路基板。
10. 請求項１に記載の回路基板において、
    前記第２電極部の前記突出部は、平面視で前記第１電極部の全周に亘って設けられている、回路基板。
11. 複数の電極パッドを備えた半導体チップと、
    表面を備え、複数の電極部のそれぞれが配置された複数の凹部を前記表面に備えた回路基板と、
    前記半導体チップの前記複数の電極パッドのそれぞれと、前記複数の電極部のそれぞれとを電気的に接続する複数の突起電極と、
    前記半導体チップと前記回路基板との間に充填された樹脂と、
    を有し、
    前記電極部は、前記複数の凹部のそれぞれの内部に配置される第１電極部と、前記回路基板の前記表面から突出する第２電極部とを備え、
    前記第２電極部は、前記凹部の底面に沿って前記第１電極部より突出する突出部を有し、
    前記第２電極部の体積は、前記第１電極部の体積より大きい、半導体装置。

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