JP4667208B2

JP4667208B2 - 半導体部品付き配線基板

Info

Publication number: JP4667208B2
Application number: JP2005320205A
Authority: JP
Inventors: 一斉木; 政宏井場
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-11-02
Also published as: JP2006156996A; TW200620579A

Description

この発明は半導体部品付き配線基板に関する。

特開２００２−０３１８８９号公報「高信頼性Ｓｎ−Ａｇ系鉛フリーはんだの開発」豊田中央研究所Ｒ＆ＤレビューＶｏｌ．３５Ｎｏ．２（２０００）３９頁

ＩＣあるいはＬＳＩ等の半導体部品の接続用として使用される配線基板のうち、オーガニックパッケージ基板と称されるものは、第一主表面が誘電体層にて形成されるように高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部を有し、該配線積層部の誘電体層にて形成された第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドからなる基板側パッドアレーが形成される。半導体部品の第二主表面側には、基板側パッドアレーをなす金属端子パッドに個別に対応した配列の複数の端子パッドからなる部品側端子アレーが形成され、該部品側端子アレーにて基板側パッドアレーに個別の半田接続部を介してフリップチップ接続される。配線基板の第一主表面と、半導体部品の第二主表面は、溶融半田に対する保護用の耐熱樹脂からなり、個々のパッド位置に開口部が形成されたソルダーレジスト層で覆われる（例えば、特許文献１）。

近年、半導体部品の高集積化及び小形化の流れが著しく、部品側のアレー内の端子配列間隔も急速に縮小している。上記のように端子間隔が縮小したフリップチップ接続構造においては、リフロー熱処理後の冷却時において半田接続部に、半導体部品と配線基板との線膨張係数差に由来した応力による亀裂がより入りやすくなり、接続不良を起こしやすくなることがわかった。例えば半導体部品がＳｉ集積回路である場合、Ｓｉの線膨張係数が４×１０^−６／℃程度であるのに対し、配線基板の誘電体層をなす高分子材料の線膨張係数は３〜４×１０^−５／℃程度と１０倍近くも大きく、線膨張係数差に由来した応力の発生、ひいては、それによる亀裂発生が懸念される。また、最近では、環境汚染の問題から、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田に代えて、Ｐｂを含有しない、いわゆるＰｂフリー半田が使用されるようになってきた。Ｐｂフリー半田はリフロー温度が高く、リフロー冷却後の上記半田接続部への亀裂発生は一層起こりやすくなる。

本発明の課題は、フリップチップ接続のリフロー処理時において、半田接続部に亀裂等の欠陥を生じにくい半導体部品付き配線基板を提供することにある。

発明を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の配線基板は、
第一主表面が誘電体層にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部と、該配線積層部の誘電体層にて形成された第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドからなる基板側パッドアレーと、配線積層部の第一主表面上に配置され、基板側パッドアレーの金属端子パッドをそれぞれ露出させるための基板側開口部が個別に形成された基板側ソルダーレジスト層とを備えた配線基板と、
自身の第二主表面側に、基板側パッドアレーをなす金属端子パッドに個別に対応した配列の複数の端子パッドからなる部品側端子アレーを有し、該部品側端子アレーにて基板側パッドアレーに個別の半田接続部を介してフリップチップ接続された半導体部品とを備え、
半田接続部は、各々互いに組成の異なる半田にて形成された複数の半田部の組み合わせから構成され、前記複数の半田部は、基板側パッドアレーに接する第一の半田部と、第一の半田部及び部品側端子アレーに接するとともに、第一の半田部よりも高融点の第二半田部とを有し、
前記基板側開口部の内周縁が、前記金属端子パッドの主表面外周縁よりも内側に位置しており、
基板側開口部は、底面側が最も内径が小さく、開口上縁になるほど内径が大きいテーパー形状であり、
基板側開口部の底面内径をＤ、部品側開口部の底面内径をＤ０として、Ｄ／Ｄ０を０．８０以上０．９５以下に調整してなることを特徴とする。

半導体部品をフリップチップ接続する構造においては、端子間隔が縮小しても、半導体部品と配線基板との線膨張係数差が大きく変化していなければ、リフロー後の冷却時に発生する熱応力レベルもそれほど劇的には変化しないものと思われ、スケールファクター的な要因によってのみ半田接続部への亀裂発生頻度が特に高くなる、ということも考えにくい。しかし、現実には端子間隔が縮小すると、亀裂発生による断線不良は明らかに増大している。

しかし、詳細に検討してみると次のような事情が浮かび上がってくることがわかる。すなわち、リフロー時に下側となる配線基板側の端子アレーにおいては、溶融半田流れの影響により半田接続部の下部が広がって、隣接する接続部間で短絡が生じやすくなる。従って、端子間隔が特に縮小した配線基板においては、該短絡を防止するため、面内の半田流れをなるべく抑制する方向に設計思想が流れる。その観点で最も直接的に効果を発揮するのは、基板側のソルダーレジスト層の開口寸法を縮小することである。こうした傾向が顕著に進むと、半田接続部の半導体部品側の接続断面径に対して、配線基板側の開口部内径のほうが大幅に縮小される状況も生じうる。本発明者らが検討したところ、ソルダーレジスト層の開口部内径が、上記のごとく配線基板側にて小さくなるアンバランスが強く生じた場合に、特にソルダーレジスト層の開口上縁付近を基点として半田接続部への亀裂が生じやすくなることが判明した。その理由は、高分子材料を主体とした基板側の大きな冷却収縮代が、縮小したソルダーレジスト層の開口に合せて先細りとなっている半田接続部に集中し、亀裂を引き起こす剪断応力レベルが高くなるためではないかと考えられる。

そして、本発明者らがさらに鋭意検討を重ねた結果、ソルダーレジスト層の開口部内径を基板側で小さくする構造を前提とした場合、基板側開口部の底面内径をＤ、半田接続部の半導体部品側の接続断面径をＤ０として、Ｄ／Ｄ０を０．７０以上０．９９以下に調整したときに、基板側ソルダーレジスト層の開口付近で発生する半田接続部への亀裂を極めて効果的に防止できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

Ｄ／Ｄ０が０．７０未満になると、半田接続部への亀裂発生頻度が高くなる。また、Ｄ／Ｄ０が０．９９を超えると、隣接する半田接続部間での短絡防止効果が不十分となる。Ｄ／Ｄ０は、より望ましくは０．７０以上０．９７以下、さらに望ましくは０．８０以上０．９５以下とするのがよい。

上記本発明の効果は、半田接続部が、各々互いに組成の異なる半田にて形成された複数の半田部の組み合わせからなる場合に特に顕著に発揮される。すなわち、組成の異なる半田部の境界では、金属組織の不連続界面が発生しやすく、熱応力による亀裂が特に発生しやすい。しかし、本発明を適用すると、上記不連続界面を生じていても亀裂の発生を大幅に抑制することができる。特に、半田接続部を構成する複数の半田部が、基板端子に接する第一の半田部と、該第一の半田部及び部品側端子に接するとともに、第一の半田部よりも高融点の第二半田部とを有する場合、部品側の高融点の第二半田部と、基板側の低融点の第一の半田部との間に、上記組織の不連続界面が生じやすいので、本発明の適用が特に効果的である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図３は本発明の一実施形態に係る半導体部品付き配線基板３００の断面構造を模式的に示すものである。まず、配線基板１は、第一主表面が誘電体層Ｖ２にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層Ｖ１，Ｖ２と導体層Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３とが交互に積層された配線積層部Ｌ１を有する。該配線積層部Ｌ１の誘電体層Ｖ２にて形成された第一主表面上には、複数の金属端子パッド（以下、基板側第一パッドあるいは単に第一パッドという）１０が配置され、それらが図１に示すように格子状（あるいは千鳥状）に配列して基板側パッドアレー４０を形成している。

図３に示すように、配線積層部Ｌ１の第一主表面上には、基板側パッドアレー４０の第一パッド（金属端子パッド）１０を、それぞれ露出させるための基板側開口部が８ｈ個別に形成された基板側ソルダーレジスト層８が配置されている。他方、基板側パッドアレー４０には半田接続部１１を介して半導体部品１００がフリップチップ接続されている。半導体部品１００はシリコン集積回路部品であり、自身の第二主表面側に、基板側パッドアレー４０をなす金属端子パッド１０に個別に対応した配列の複数の端子パッド（以下、部品側パッドともいう）１１０からなる部品側パッドアレー４１を備える。半導体部品１００は、部品側端子アレー４１にて基板側パッドアレー４０に個別の半田接続部１１を介してフリップチップ接続される。

以下、配線基板１の構造の詳細についてさらに説明する。配線基板１は、耐熱性樹脂板（例えばビスマレイミド−トリアジン樹脂板）や、繊維強化樹脂板（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂）等で構成された板状コア２の両表面に、所定のパターンに配線金属層をなすコア導体層Ｍ１，Ｍ１１がそれぞれ形成される。これらコア導体層Ｍ１，Ｍ１１は板状コア２の表面の大部分を被覆する面導体パターンとして形成され、電源層又は接地層として用いられるものである。他方、板状コア２には、ドリル等により穿設されたスルーホール１２が形成され、その内壁面にはコア導体層Ｍ１，Ｍ１１を互いに導通させるスルーホール導体３０が形成されている。また、スルーホール１２は、エポキシ樹脂等の樹脂製穴埋め材３１により充填されている。

また、コア導体層Ｍ１，Ｍ１１の上層には、感光性樹脂組成物６にて構成された第一ビア層（ビルドアップ層：誘電体層）Ｖ１，Ｖ１１がそれぞれ形成されている。さらに、その表面にはそれぞれ金属配線７を有する第一導体層Ｍ２，Ｍ１２がＣｕメッキにより形成されている。なお、コア導体層Ｍ１，Ｍ１１と第一導体層Ｍ２，Ｍ１２とは、それぞれビア３４により層間接続がなされている。同様に、第一導体層Ｍ２，Ｍ１２の上層には、感光性樹脂組成物６を用いた第二ビア層（ビルドアップ層：誘電体層）Ｖ２，Ｖ１２がそれぞれ形成されている。その表面には、金属端子パッド８，１８を有する第二導体層Ｍ３，Ｍ１３が形成されている。これら第一導体層Ｍ２，Ｍ１２と第二導体層Ｍ３，Ｍ１３とは、それぞれビア３４により層間接続がなされている。ビア３４は、図３に示すように、ビアホール３４ｈとその内周面に設けられたビア導体３４ｓと、底面側にてビア導体３４ｓと導通するように設けられたビアパッド３４ｐと、ビアパッド３４ｐと反対側にてビア導体３４ｈの開口周縁から外向きに張り出すビアパッド３４ｌとを有している。

板状コア２の第一主表面ＭＰ１においては、コア導体層Ｍ１、第一ビア層Ｖ１、第一導体層Ｍ２及び第二ビア層Ｖ２が第一の配線積層部Ｌ１を形成している。また、板状コア２の第二主表面ＭＰ２においては、コア導体層Ｍ１１、第一ビア層Ｖ１１、第一導体層Ｍ１２及び第二ビア層Ｖ１２が第二の配線積層部Ｌ２を形成している。いずれも、第一主表面ＣＰが誘電体層６にて形成されるように、誘電体層と導体層とが交互に積層されたものであり、該第一主表面ＣＰ上には、複数の金属端子パッド１０ないし１７がそれぞれ形成されている。第一配線積層部Ｌ１側の金属端子パッド１０は、集積回路部品などをフリップチップ接続するためのパッドである半田パッドを構成する。また、第二配線積層部Ｌ２側の金属端子パッド１７は、配線基板自体をマザーボード等にピングリッドアレイ（ＰＧＡ）あるいはボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）により接続するための裏面パッドとして利用されるものである。図２に示すように、第二導体層Ｍ１３内の第二側パッド１７も、格子状に配列形成されている。そして、各第二導体層Ｍ３，Ｍ１３上には、それぞれ、感光性樹脂組成物よりなるソルダーレジスト層８，１８（ＳＲ１，ＳＲ１１）が形成されている。いずれも第一側パッド１０あるいは第二側パッド１７を露出させるために、各パッドに一対一に対応する形で開口部８ｈ，１８ｈが形成されている。

ビア層Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ２，Ｖ１２、及びソルダーレジスト層８，１８は例えば以下のようにして製造されたものである。すなわち、感光性樹脂組成物ワニスをフィルム化した感光性接着フィルムをラミネート（貼り合わせ）し、ビアホール３４ｈに対応したパターンを有する透明マスク（例えばガラスマスクである）を重ねて露光する。ビアホール３４ｈ以外のフィルム部分は、この露光により硬化する一方、ビアホール３４ｈ部分は未硬化のまま残留するので、これを溶剤に溶かして除去すれば、所期のパターンにてビアホール３４ｈを簡単に形成することができる（いわゆるフォトビアプロセス）。

第一の配線積層部Ｌ１の第一主表面及び第二の配線積層部Ｌ２の第二主表面は、いずれもソルダーレジスト層８，１８にて覆われてなり、それらソルダーレジスト層８，１８の開口８ｈ，１８ｈの内周縁が、金属端子パッド１０，１７の主表面外周縁よりも内側に張り出して位置している。

図４に示すように、基板側開口部８ｈの底面内径をＤ、半田接続部１１の半導体部品側の接続断面径をＤ０として、Ｄ／Ｄ０が０．７０以上０．９９以下（望ましくは０．７０以上０．９７以下、さらに望ましくは０．８０以上０．９５以下：例えば０．９２）に調整されている。また、基板側開口部８ｈ及び部品側の端子パッド１１０の双方について、その内径寸法が例えば１００μｍ以上１５０μｍ以下である。

半導体部品１００を配線基板１に、半田接続部１１を介してフリップチップ接続する際に、半田接続部１１を形成するための半田リフロー熱処理がなされる。該リフロー熱処理の温度は、半田接続部１１を構成する半田の融点よりも高く設定される。該融点をＴｍ、リフロー温度をＴｍ＋ΔＴとしたとき、ΔＴは通常１℃以上１００℃以下に設定される。図４において、半田接続部１１は、その全体が単一の材質のＳｎ系半田で構成され、例えば基板側開口部８ｈ側に半田ペーストを用いて半田パターンを印刷形成するか、あるいは部品側開口部１０８ｈ側に半田ボールを予め接続しておき、対応する基板側開口部８ｈと部品側開口部１０８ｈ側とを位置決めしつつ、半導体部品１００を配線基板１上に搭載し、リフロー炉に挿入して半田を溶融し、その後冷却することで半田接続部１１が形成される。

基板側開口部８ｈの底面内径Ｄを半田接続部１１の半導体部品側の接続断面径Ｄ０よりも小さくすることで、溶融半田流れの影響により半田接続部１１の下部が広がることが抑制され、隣接する接続部１１間での短絡を効果的に防止できる。しかし、基板側開口部８ｈの底面内径Ｄを半田接続部１１の半導体部品側の接続断面径Ｄ０に対して極端に小さくしすぎると、リフロー後の冷却時に基板側ソルダーレジスト層８の開口上縁付近を基点として半田接続部１１への亀裂Ｃが生じやすくなる。しかし、上記のごとく、Ｄ／Ｄ０を０．７０以上０．９９以下に調整すれば、Ｄ＜Ｄ０となっているにも拘わらず、亀裂Ｃの発生を効果的に抑制することができる。

また、基板側開口部８ｈは、最近接のもの同士の中心間距離が１６０μｍ以上４００μｍ以下である。該中心間距離が１６０μｍ未満では、半田接続部１１による接続強度がより不足しやすくなり、上記亀裂が発生しやすくなる場合がある。また、半導体部品１００を配線基板１上に搭載する際に、基板側開口部８ｈと部品側開口部１０８ｈとの位置決め工程が困難になり、位置ずれ不良等も生じやすくなる。一方、該中心間距離は１８０μｍ以下とすることがよい。端子間隔をファインピッチにすることにより、配線の設計自由度が増す。ここで、該中心間距離は、基板側開口部８ｈの径寸法以上とする必要があり、近接する半田接続部同士の短絡を考慮すると、内径寸法より３０μｍ以上大きいことが好ましい。

半田接続部１１はＳｎ−Ｐｂ共晶半田にて構成することもできるが、近年、環境汚染の問題から、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田に代えて、Ｐｂを含有しない、いわゆるＰｂフリー半田が使用されるようになってきた。Ｐｂフリー半田の多くは従来の共晶半田と同様にＳｎを主成分に構成されているが、共晶半田で使用されているＰｂに代え、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｉなどを副成分として含有する。副成分の主体をこれら元素で構成しつつも、多少のＰｂの含有を残した折衷的な半田も使用されている。

具体的には、半田接続部１１は、その全部又は一部を、液相線温度が２００℃以上２３２℃未満のＳｎ合金からなるＳｎ系高温半田部とすることができる。Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田は、Ｓｎ−３８質量％Ｐｂの共晶組成を有し、融点は１８３℃である。この組成からＰｂリッチ側にシフトしても、Ｓｎリッチ側にシフトしても合金の融点（液相線）は上昇する。単体のＳｎ金属は、共晶半田から単純に全てのＰｂを削減したものに相当するが、融点が２３２℃と共晶半田の融点よりも５０℃近くも高く、そのままでは代替半田としての採用は難しい。

この場合、採用可能なＳｎ系高温半田部については、Ｓｎを主成分（共晶半田における６２質量％以上の含有率をいう）として、共晶形成成分の主体はＰｂ以外の元素から模索する。Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田からＰｂ含有率を大幅に下げたＳｎ合金により半田部材を構成しようとした場合、半田の融点は２００℃を超える高温半田となることが不可避となる（上限は、Ｓｎ単体の２３２℃である）。例えば、非特許文献１の表１に列挙されている各種組成のＰｂフリー半田においても、融点（液相線温度）Ｔｓは全て２００℃以上である。環境保護の観点からは、上記高温半田部材を構成するＳｎ合金は、Ｐｂ含有率が５質量％以下であること（より望ましくは１質量％以下であること、さらに望ましくは、不可避的不純物レベルのものを除き、Ｐｂが可及的に含有されていないこと）がよい、ということになる。

Ｓｎ系高温半田においてＳｎに添加する副成分は、融点低下効果がなるべく大きいことに加え、価格が安価であるか、多少高価であっても添加量が少なくて済むこと、半田付け性や流れ性が良好であること、耐食性に優れていること、などが条件となる。しかし、これらをバランスよく具備した副成分の種類は案外限られており、Ｚｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＣｕなど数元素に過ぎない。Ｓｎ−Ｚｎ系は１５質量％Ｚｎ付近に共晶点を有し、該組成で１９５℃程度まで融点が下がる。しかし、Ｚｎは耐食性に難点があり、通常は７〜１０質量％前後の添加量が留められるが、該組成付近の二元系では２１５℃前後までしか融点が下がらない。そこで、１〜５質量％のＢｉを添加して融点調整を行なうが、最終的に２００℃未満の融点を得ることは難しい。さらに、Ｂｉは高価であり、戦略物質でもあるため供給の安定性にも難がある。

一方、ＡｇやＣｕは、単独ではＳｎよりもはるかに高融点であるが、Ｓｎ−Ａｇ系については５質量％Ａｇ付近の、Ｓｎ−Ｃｕ系については２質量％Ｃｕ付近の、いずれもＳｎリッチ側に共晶点が存在する。また、Ａｇ−Ｃｕ系も共晶系であり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの三元共晶を利用することでさらに融点を下げることができる。しかし、Ｓｎ−Ａｇ系もＳｎ−Ｃｕ系も、いずれも二元共晶温度は２２０℃前後であり、３元共晶系を採用しても２００℃以下に融点を下げることは不可能である。なお、Ｓｎ−Ａｇ系合金の場合、低融点化の観点からの推奨組成は、Ｓｎに対しＡｇ含有率が３質量％以上６質量％以下である。同様に、Ｓｎ−Ｃｕ系合金の場合、Ｓｎに対しＣｕ含有率が１質量％以上３質量％以下である。さらに、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の場合は、Ａｇ＋Ｃｕが３質量％以上６質量％以下であり、Ｃｕ／（Ａｇ＋Ｃｕ）が質量比にて０．１以上０．５以下である。いずれの場合においても、半田の融点は２００℃以上となる。

半田接続部１１の全部が上記のようなＳｎ系高温半田部とされている場合は、Ｓｎ系高温半田がＳｎ−Ｐｂ共晶半田と比較して延性に乏しく、リフロー熱処理温度も上昇することから熱応力レベルも高くなりがちであり、亀裂Ｃをより生じやすい傾向にある。従って、本発明の適用により亀裂Ｃの発生抑制の効果が特に顕著に発揮される。

次に、半田接続部１１は、図６に示すように、その一部のみをＳｎ系高温半田部１１Ａとし、残余部分１１Ｂを該Ｓｎ系高温半田部よりも低温の半田で形成することも可能である。この場合、両半田部１１Ａ，１１Ｂの境界位置で組織的な不連続が生じやすくなり、該境界での亀裂の発生が進みやすくなる場合があるので、本発明の適用により亀裂抑制することは特に効果的であるといえる。

具体的には半田接続部１１は、基板側開口部８ｈを充填するとともに、Ｓｎ系高温半田部１１Ａよりも低融点のＳｎ合金からなるＳｎ系低温半田部１１Ｂと、半田接続部１１の該Ｓｎ系低温半田部１１Ｂの残余部分をなすＳｎ系高温半田部１１Ａとからなるものとして構成できる。この場合、２つの半田部１１Ａ，１１Ｂにおいて、Ｓｎ以外の成分は種別も含有率も大きく異なるものとなり、半田部の境界位置で組織的な不連続も特に生じやすくなるので、本発明の適用による亀裂抑制の波及効果が特に顕著となる。

Ｓｎ系低温半田部１１Ｂは、特にＳｎ−Ｐｂ共晶半田で構成することができる。Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田は、リフロー温度が低く半田流れ性も良好であり、例えば図５に示すように、部品側開口部１０８ｈにＳｎ系高温半田部１１Ａ’を予め形成しておき、他方、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田ペーストを用いて基板側開口部８ｈに接合用補助半田部１１Ｂ’を印刷等により充填形成しておけば、図６に示すリフロー後の半田接続部１１の全体としては、Ｐｂ含有量の多いＳｎ系低温半田部の使用量を大幅に低減でき、しかもＳｎ系高温半田を主に用いているにも拘わらず、リフロー温度も低く保つことができる。しかし、非Ｓｎ系の共晶相が、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田では比重の大きいＰｂが主体となる上、その形成量もＳｎ系高温半田と比較すれば多いので、Ｓｎ系高温半田部１１ＡとＳｎ−Ｐｂ共晶半田部１１Ｂとの間には組織的な不連続が特に生じやすく、両部分の境界での亀裂発生も生じやすい。従って、本発明の適用により、その効果がより有効に発揮される。

本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。図１〜図３にて説明した形態の配線基板サンプルとして、格子状に配列したパッドの総数を３５００個とし、半田接続部１１の高さｈを８０μｍ、配列間隔を２００μｍとし、部品側接続断面径Ｄ０と基板側開口部８ｈの底面内径Ｄとを、それぞれ１１０μｍ〜１７５μｍの範囲で変化させたものを作製した。なお、配線基板側のパッド１０上にはＳｎ−Ｐｂ共晶半田ペーストを塗布する一方、シリコン集積回路部品からなる半導体部品側にはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの三元共晶組成を有するＰｂフリー半田バンプを使用し、リフロー温度２２７℃でフリップチップ接続した。その後、接続状態の部品と基板とを、格子状の半田接続部配列の中央の一列（６０個）に沿って縦に切断・研磨し、各半田接続部の内部のクラック発生状況を光学顕微鏡観察により確認するとともに、接続部全断面に渡るクラックをモードＡ、接続部断面径の半分以下のクラックをモードＢ、接続部断面の端部にのみ発生したクラックをモードＣとして特定した。そして、Ａ〜Ｃのどのモードのクラックも検出されなかったものを優良（◎）、Ａ及びＢのモードのクラックが検出されず、モードＣのクラックが１個のみのものを良（○）、モードＣのクラックが２〜５個のものを可（△）、Ａ及びＢのモードのクラックが１個でも検出されたものを不可（×）として判定した。以上の結果を図７に示す。この結果から、Ｄ／Ｄ０が０．７０以上０．９９以下のときに良好な結果が得られていることが明らかである。また、Ｄ／Ｄ０が１以上のときには、短絡するサンプルが見られた。

配線基板の一実施形態を示す平面図。同じく裏面図。本発明に係る半導体部品付き配線基板の断面構造の一例を示す図。半田接続構造を模式的に示す拡大断面図。半田接続構造の形成方法の変形例を示す模式図。図５の方法により得られる半田接続構造を模式的に示す拡大断面図。本発明の効果を確認するために行なった実験結果を示すの図。

符号の説明

１配線基板
８基板側ソルダーレジスト層
８ｈ基板側開口部
１０第一パッド（金属端子パッド）
１１半田接続部
４０基板側パッドアレー
４１部品側パッドアレー
１００半導体部品
１０８部品側ソルダーレジスト層
１１０金属端子パッド

Claims

第一主表面が誘電体層にて形成されるように、高分子材料からなる誘電体層と導体層とが交互に積層された配線積層部と、該配線積層部の前記誘電体層にて形成された前記第一主表面上に配置される複数の金属端子パッドからなる基板側パッドアレーと、前記配線積層部の前記第一主表面上に配置され、前記基板側パッドアレーの前記金属端子パッドをそれぞれ露出させるための基板側開口部が個別に形成された基板側ソルダーレジスト層とを備えた配線基板と、
自身の第二主表面側に、前記基板側パッドアレーをなす金属端子パッドに個別に対応した配列の複数の端子パッドからなる部品側端子アレーを有し、該部品側端子アレーにて前記基板側パッドアレーに個別の半田接続部を介してフリップチップ接続された半導体部品とを備え、
前記半田接続部は、各々互いに組成の異なる半田にて形成された複数の半田部の組み合わせから構成され、前記複数の半田部は、前記基板側パッドアレーに接する第一の半田部と、前記第一の半田部及び前記部品側端子アレーに接するとともに、前記第一の半田部よりも高融点の第二半田部とを有し、
前記基板側開口部の内周縁が、前記金属端子パッドの主表面外周縁よりも内側に位置しており、
前記基板側開口部は、底面側が最も内径が小さく、開口上縁になるほど内径が大きいテーパー形状であり、
前記基板側開口部の底面内径をＤ、前記半田接続部の半導体部品側の接続断面径をＤ０として、Ｄ／Ｄ０を０．８０以上０．９５以下に調整してなる半導体部品付き配線基板。
前記基板側開口部は、最近接のもの同士の中心間距離が１６０μｍ以上４００μｍ以下である請求項１記載の半導体部品付き配線基板。
前記第二半田部は、液相線温度が２００℃以上２３２℃未満のＳｎ合金からなるＳｎ系高温半田部である請求項１又は請求項２に記載の半導体部品付き配線基板。
前記第一の半田部は、前記基板側開口部を充填するとともに、前記Ｓｎ系高温半田部よりも低融点のＳｎ合金からなるＳｎ系低温半田部であり、
前記半田接続部は、前記Ｓｎ系低温半田部と、前記半田接続部の該Ｓｎ系低温半田部の残余部分をなす前記Ｓｎ系高温半田部とからなる請求項３記載の半導体部品付き配線基板。
前記Ｓｎ系低温半田部はＳｎ−Ｐｂ共晶半田で構成される請求項４記載の半導体部品付き配線基板。