JPH07254761A

JPH07254761A - 配線基板と半導体装置及びそれらとベース基板の接続構造

Info

Publication number: JPH07254761A
Application number: JP4572094A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ofusa; 俊雄大房; Taketo Tsukamoto; 健人塚本; Sotaro Toki; 荘太郎土岐
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】リペアー性に優れ、電気的、機械的接続信頼性
が高く、電気的、機械的接続に用いる材料及び配線基板
に用いる材料、プロセスの選択の幅が広い配線基板と半
導体装置及びそれらとベース基板の接続構造を提供す
る。【構成】電気的接続部から離間した部位に機械的接続部
を有する配線基板と半導体装置であり、電気的接続部の
機械的接続強度は機械的接続部の機械的接続強度より弱
い強度で接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ベース基板との電気的
接続を行うための電気的接続部と、電気的接続部から離
間した部位に、ベース基板との機械的な接続を行うため
の機械的接続部を有する、配線基板と半導体装置、及び
その配線基板もしくは半導体装置とベース基板の接続構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の内部等においては、そこに用
いられている配線基板あるいは半導体装置と、ベース基
板を接続するということはよく行われている。また、配
線基板上に単数もしくは複数の半導体チップを実装した
半導体装置、例えばシングルチップモジュール（以下、
ＳＣＭという。）、マルチチップモジュール（以下、Ｍ
ＣＭという。）と呼ばれるものに代表されるような半導
体装置をベース基板上に実装することもよく行なわれて
いる。

【０００３】なお本明細書では、半導体装置は、「配線
基板上に少なくとも、単数もしくは複数の半導体チップ
を実装した装置」を指すこととし、ベース基板は、「配
線基板もしくは半導体装置と接続して用いるための配線
基板」を指すこととする。

【０００４】ところで、配線基板あるいは半導体装置
と、ベース基板を接続する方法には、ワイヤボンディン
グ等の種々の方法がある。配線基板とベース基板を接続
する場合は、コネクターを用いる方法、半導体装置とベ
ース基板を接続する場合は、半導体装置にあらかじめリ
ードフレームをハンダ接合等で接続してから、リードフ
レームとベース基板の電極をハンダ付けするというよう
な方法がある。そしてより簡易に、そして電気的な特性
を考慮して接続するという技術が求められており、より
短い経路で接続し、しかも接続のために配線基板や半導
体装置、あるいはベース基板の面積を消費することがな
く、さらに高い生産性で接続できるということが要求さ
れている。

【０００５】上記のワイヤボンディングやリードフレー
ムを用いる方法では、接続が長い経路となり、またボン
ディングのワイヤやリードフレームが、小型の基板の周
囲部で、ベース基板の面積を消費するという問題があっ
た。特にワイヤボンディングを用いる場合には、一括し
て接続することが不可能で、非常に生産性が悪かった。
そのため、それぞれの基板に設けられた電極の間をバン
プ等の接続方法で接続する技術が用いられている。接続
方法としてはバンプの他に異方導電性シート、導電性ペ
ースト等を用いる方法も知られている。

【０００６】例えば、特開平３−２３９３５５号公報に
は、ワイヤボンディング、ハンダバンプ等を用いて、半
導体装置とベース基板の接続を行なう方法が開示されて
いる。また、特表平３−５０４０６４号公報には、ハン
ダバンプとハンダペーストを併用して基板と基板の接続
を行なう方法が開示されている。

【０００７】バンプを用いる方法は、非常に短い経路
で、配線基板あるいは半導体装置と、ベース基板を接続
できるため、電気的な面からみて優れている。また小型
化の面からも、それぞれの基板の面積を大きく消費せず
に半導体装置を接続でき好ましい。さらに生産性の面か
らみても効率的である。バンプに用いる材料を適切に選
択すれば、強い機械的強度も得ることができる。そして
具体的には、例えば、配線基板または半導体装置に形成
された電極に、直接ハンダバンプや金バンプを形成し、
このバンプとベース基板に形成された電極との位置合わ
せ行い、加熱することによりバンプを溶解あるいは拡散
させて配線基板あるいは半導体装置と、ベース基板の接
続を行なう、というような方法が用いられている。

【０００８】例えば配線基板をベース基板に、ハンダバ
ンプを用いて接続する場合を例にとると、配線基板側に
バンプを形成し、ベース基板に搭載後、溶融するという
ものである。溶融工程についてであるが、重量比で、Ｐ
ｂ：Ｓｎ＝３７：６３の共晶ンダのの溶融する温度は１
８３℃であるが、実際の工程では、例えば２４０℃程度
の雰囲気に３０秒程度さらすことにより、接続が行なわ
れている。一方、導電性ペーストを用いる場合には、配
線基板または半導体装置の電極に塗布した後、ベース基
板の電極を位置合わせして重ね、熱硬化等の導電性ペー
ストの種類に合わせた方法により固定するというもので
ある。また、異方導電性シートを用いる場合は、シート
に接着性をもたせた材料を用いることが多く、配線基板
または半導体装置に接着シートを接着した後、ベース基
板を位置合わせして重ねるという方法である。工程上は
簡易であるが、材料コストが高くなるという問題があ
り、また、異方導電性が高くないと、ショート等の問題
を起こすため、材料の信頼性が要求される。

【０００９】上記のような接続方法においては、バンプ
等の電気的接続方法が、機械的接続も兼ねていた。即
ち、バンプ、導電性ペースト、異方導電性シートが、配
線基板あるいは半導体装置と、ベース基板の電気的接続
を行なうとともに、機械的に接続固定するという役割も
兼ねていた。

【００１０】また、電気的接続のほかに機械的接続を行
なうという方法としては、特開平４−２８０４４３号公
報に開示されている技術がある。この技術は、バンプに
よりデバイスと基板との接続を行なうにあたり、あらか
じめ、基板側の半導体装置搭載部に、接着剤をスクリー
ン印刷等のディスペンス手段により塗布形成しておき、
その後半導体装置を載置し、加熱等の手段を経て固定す
る、というものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、配線基板ある
いは半導体装置とベース基板を電気的に接続する方法に
おいて、電気的接続が機械的接続を兼ねる方法では、次
のような問題があった。まず、接合時にハンダを用いた
場合、２４０℃程度の雰囲気にさらされる。さらに、バ
ンプとして金を使用する場合には、接続部を３００℃か
ら４００℃程度に加熱する必要がある。このように、熱
を加えることは、配線基板に対して大きな影響を与え
る。例えば、配線基板にガラス−エポキシなどのいわゆ
る樹脂基板を用いた場合には、樹脂のガラス転移温度以
上に加熱することになり、時として変質を起こすなどの
影響を与えた。また、半導体装置をベース基板に接続す
る場合は、半導体装置に用いられている配線基板ばかり
でなく、接続時の熱が半導体チップ等に与える影響は大
きかった。

【００１２】また、バンプ溶融時に、拡散等により、バ
ンプの材料と、配線基板等の電極材料との間で金属間化
合物が形成され、接合部が脆弱化する危険性があった。
以上のように、配線基板あるいは半導体装置とベース基
板を接続する際の電気的信頼性、機械的信頼性の両方を
満足し、さらに接続の際の条件に耐え、半導体チップ等
の部品にも影響を与えないような条件で接続が可能でな
ければならないため、配線基板として使用する材料や、
接続のための材料、プロセスが限定されるという問題が
あった。このことは電子機器のコストアップの１つの原
因ともなっていた。

【００１３】また別の問題として、配線基板を接続した
後に、分離し、再び接続することが困難であるというこ
とであった。そのような必要が生じるのは、例えば配線
基板や半導体装置と、ベース基板を接続し、電子機器等
に組み込んだ後、あるいは使用中に、配線基板あるいは
半導体装置の不良が判明したり、故障が生じる等の理由
により、配線基板や半導体装置を交換する必要が生じた
場合である。そしてそのような必要は、半導体装置を接
続した場合に特に強く要求されている。その理由として
は、半導体装置に搭載される半導体チップ自体の検査が
難しく、また半導体装置に用いられる配線基板も非常に
微細な加工が行われ、大きさも小さいため、配線基板あ
るいは半導体装置の状態で完全な検査を実施することが
非常に難しい、という理由によるものである。そのため
半導体装置をベース基板に接続した後に不良が判明する
場合、電子機器等に組み込み、使用中に、劣化等の理由
から半導体装置が故障する場合が非常に多い。

【００１４】配線基板あるいは半導体装置とベース基板
をバンプを用いて接続した後に、分離すると、接続部に
バンプの材料が残存し、除去するために手間がかかる。
バンプの材料と、配線基板等の電極材料との間で金属間
化合物が形成されたような場合には、バンプの材料の除
去に、特に手間がかかる。一方、異方導電性樹脂、導電
性ペースト等を用いた場合にも分離する際には、異方導
電性樹脂、導電性ペーストに熱をかける、あるいは溶剤
等を用いて溶解する等の操作が必要であった。熱をかけ
る場合には、配線基板材料等への影響があり、溶剤等を
用いる場合は電気的接続部に溶剤がかかることは避けら
れず、電極を劣化させる等の原因になった。

【００１５】上述のように、配線基板を接続した後に、
分離し、再び接続することが困難であるとともに、分
離、再接続時には、繰り返し熱がかかることもあり、そ
のような熱履歴は特に、配線基板、半導体チップ等に悪
影響を与える原因となった。以上のように電気的接続が
機械的接続を兼ねている場合には、配線基板あるいは半
導体装置とベース基板の接続を行なっている部分に、電
気的接続信頼性と共に、配線基板あるいは半導体装置を
保持するだけの機械的強度を与えざるを得ず、そのた
め、分離の際には溶剤等を用いて溶解したり、強い力を
与えたりするため、電気的接続部に損傷が生じ、再び接
続することが不可能な状態となってしまうという問題が
あった。つまりリペアー即ち、配線基板あるいは半導体
装置と、ベース基板の接続後の、分離及び再接続を行う
ことは非常に難しかった。

【００１６】前記の特開平４−２８０４４３号公報の技
術では、電気的接続の他に機械的接続がなされてはいる
が、機械的接続を強固にする、接着剤に含まれたフラッ
クスにより、ハンダ接続（電気的接続）を促進する、集
積回路のアクティブ面の完全な環境的保護を提供する、
という目的のもので、電気的接続部と機械的接続部は離
間されていない。そして、配線基板として使用する材料
や接続のための材料、プロセスの選択の幅を広げるとい
う面については記載がなく、考慮されていない。また、
配線基板のリペアー性、即ち、接続後の分離、再接続に
ついては全く配慮されていない。具体的には、接着剤は
電気的接続部付近にも形成されているため、溶剤等を用
いたり、無理に分離しようと力を加えると電気的接続部
まで損傷してしまうという問題については避けようがな
かった。

【００１７】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、電気的、機械的接続信頼性が高く、配線
基板、半導体装置に用いる材料、電気的、機械的接続に
用いる材料及びプロセスの選択の幅が広く、しかも配線
基板あるいは半導体装置のリペアーを行う場合のリペア
ー性に優れる、配線基板、半導体装置、及びそれらとベ
ース基板の接続構造を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に係る発明では、硬質の材料から
なる絶縁基板と、絶縁基板上に形成された配線パターン
及び部品搭載部と、絶縁基板の一方の面に形成され、ベ
ース基板との電気的接続を行うための電気的接続部と、
を有する配線基板を前提とし、前記電気的接続部から離
間した部位に、ベース基板との機械的な接続を行うため
の機械的接続部を有することを特徴とするものである。

【００１９】また、このような配線基板においては、通
常、集積回路、抵抗、コンデンサ等の部品が搭載されて
使用されるが、部品の除去等の理由で、熱を加えること
も起こるため、電気的接続に融点の低い金属からなるバ
ンプを用いた場合には、熱が加わった場合にバンプが溶
融する恐れがあり、その場合リペアーが困難となる恐れ
があった。

【００２０】請求項２に係る発明はこのような技術的要
求に基づいてなされたものである。即ち、請求項２に係
る発明は、請求項１にかかる配線基板を前提とし、前記
電気的接続部がバンプからなり、かつバンプが融点２６
０℃以上の金属で形成されていることを特徴としてい
る。

【００２１】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２に記載された発明を技術的に限定したもので、請
求項１または請求項２に係る配線基板を前提とし、前記
電気的接続部のベース基板との接続面が直径１０μｍ以
上の略円形の平坦部を有するバンプからなり、かつ全て
のバンプの平坦部が略同一平面上に形成されていること
を特徴としている。

【００２２】さらに、請求項４に係る発明は、請求項３
にかかる配線基板を前提とし、前記機械的接続部の、ベ
ース基板との接続面が、前記バンプの平坦部と略同一平
面上に形成されていることを特徴としている。

【００２３】請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれか一項記載の配線基板が、ベース基板と接
続されている接続構造であることを前提とし、前記配線
基板に設けられた電気的接続部及び機械的接続部で電気
的及び機械的に接続され、電気的接続部の機械的接続強
度が機械的接続部の機械的接続強度よりも弱い強度で接
続されていることを特徴としている。

【００２４】請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求
項３のいずれか一項記載の配線基板が、ベース基板と接
続されている接続構造であることを前提とし、前記配線
基板に設けられた電気的接続部及び機械的接続部で電気
的及び機械的に接続され、電気的接続部の機械的接続強
度が機械的接続部の機械的接続強度よりも弱い強度で接
続され、前記機械的接続部に接続機構が設けられ、機械
的接続が行われていることを特徴としている。

【００２５】また、半導体装置、及びその半導体装置と
ベース基板の接続構造においては、前述したように、電
気的、機械的接続信頼性が高く、半導体装置に用いる材
料、電気的、機械的接続に用いる材料及びプロセスの選
択の幅が広く、しかも半導体装置のリペアーを行う場合
のリペアー性に優れる、半導体装置及び半導体装置とベ
ース基板の接続構造は、より強く求められている。

【００２６】請求項７乃至請求項１２に係る発明はその
ような技術的要求に基づきなされたものであり、請求項
１乃至請求項６に記載された配線基板及び配線基板とベ
ース基板の接続構造の発明を、そのような配線基板を用
いた半導体装置、及びその半導体装置とベース基板の接
続構造に適用し、技術的に限定したものである。

【００２７】即ち、請求項７に係る発明は、硬質の材料
からなる配線基板と、前記配線基板上に搭載される単数
もしくは複数の半導体チップと、前記配線基板の片側の
面に形成され、ベース基板との電気的接続を行うための
電気的接続部と、を有する半導体装置であることを前提
とし、前記電気的接続部から離間した部位に、ベース基
板との機械的な接続を行うための機械的接続部を有する
ことを特徴としている。

【００２８】請求項８に係る発明は、請求項７記載の半
導体装置を前提とし、前記電気的接続部がバンプからな
り、かつバンプが融点２６０℃以上の金属で形成されて
いることを特徴としている。

【００２９】請求項９に係る発明は、請求項７または請
求項８記載の半導体装置を前提とし、前記電気的接続部
のベース基板との接続面が直径１０μｍ以上の略円形の
平坦部を有するバンプからなり、かつ全てのバンプの平
坦部が略同一平面上に形成されていることを特徴として
いる。

【００３０】請求項１０に係る発明は、請求項９記載の
半導体装置を前提とし、前記機械的接続部の、ベース基
板との接続面が、前記バンプの平坦部と略同一平面上に
形成されていることを特徴とする。

【００３１】請求項１１に係る発明は、請求項７乃至請
求項１０のいずれか一項記載の半導体装置が、ベース基
板と接続されている接続構造であることを前提とし、前
記半導体装置に設けられた電気的接続部及び機械的接続
部で電気的及び機械的に接続され、電気的接続部の機械
的接続強度が機械的接続部の機械的接続強度よりも弱い
強度で接続されていることを特徴とする。

【００３２】請求項１２に係る発明は、請求項７乃至請
求項９のいずれか一項記載の半導体装置が、ベース基板
と接続されている接続構造であることを前提とし、前記
半導体装置に設けられた電気的接続部及び機械的接続部
で電気的及び機械的に接続され、電気的接続部の機械的
接続強度が機械的接続部の機械的接続強度よりも弱い強
度で接続され、前記機械的接続部に接続機構が設けら
れ、機械的接続が行われていることを特徴とする。

【００３３】

【作用】請求項１に係る発明によれば、配線基板の電気
的接続部から離間した部位に、ベース基板との機械的な
接続を行うための機械的接続部を有しているため、電気
的接続部には機械的接続信頼性は考慮せず、電気的接続
信頼性の高い材料を、また機械的接続部には電気的接続
信頼性は考慮せず、機械的接続信頼性の高い材料を、そ
れぞれ用いることができる。さらに、リペアーの際に機
械的接続部、電気的接続部が互いに影響を与えることが
なく、分離作業が行える。

【００３４】請求項２に係る発明によれば、配線基板の
電気的接続部がバンプからなり、かつバンプが融点２６
０℃以上の金属で形成されているため、配線基板に熱が
加わっても、バンプが溶融あるいは変形する恐れがな
く、リペアーに支障がない、安定した形状の電気的接続
部を得ることができる。

【００３５】請求項３に係る発明によれば、配線基板の
電気的接続部のベース基板との接続面が直径１０μｍ以
上の略円形の平坦部を有するバンプからなり、かつ全て
のバンプの平坦部が略同一平面上に形成されているた
め、ベース基板と、安定した電気的接続を行うことが可
能な、電気的接続部を得ることができる。

【００３６】さらに、請求項４に係る発明によれば、配
線基板の機械的接続部の、ベース基板との接続面が、前
記バンプの平坦部と略同一平面上に形成されているた
め、安定した電気的接続及び機械的接続を行うことがで
きる。

【００３７】請求項５に係る発明によれば、配線基板に
設けられた電気的接続部及び機械的接続部で電気的及び
機械的に接続され、電気的接続部の機械的接続強度が機
械的接続部の機械的接続強度よりも弱い強度で接続され
ているため、リペアーを行う際に、電気的接続部を傷つ
けることなく、容易に分離することができ、また、電気
的接続部に剥離が困難な、バンプ等の材料が残存するこ
とがない。

【００３８】請求項６に係る発明によれば、配線基板に
設けられた電気的接続部及び機械的接続部で電気的及び
機械的に接続され、電気的接続部の機械的接続強度が機
械的接続部の機械的接続強度よりも弱い強度で接続さ
れ、前記機械的接続部に接続機構が設けられ、機械的接
続が行われているため、リペアーを行う際に、電気的接
続部を傷つけることなく、容易に分離することができ、
また、電気的接続部に剥離が困難な、バンプ等の材料が
残存することがなく、さらに機械的接続も容易に分離す
ることができる。

【００３９】

【実施例】以下実施例に従い、本発明を詳細に説明す
る。

【００４０】〔実施例１〕ガラスクロスにビスマレイミ
ド−トリアジン樹脂を含浸させ、両面に銅箔を張り合わ
せた、絶縁層の厚さが０．８ｍｍの両面銅張積層板（商
品名；ＣＣＬ−ＨＬ８３２；三菱ガス化学株式会社製）
を用いた。また、絶縁基板としては、上記のものの他
に、ガラスクロスに、エポキシ、ポリイミド、ビスマレ
イミド−トリアジン等の樹脂を含浸させたものなどのプ
リント配線板材料として常用されているものや、セラミ
ックや、さらにはシリコン、ガリウムひ素等の半導体基
板に陽極酸化等の手段によって、絶縁膜を形成したもの
などが適用できる。なお、シリコン、ガリウムひ素等の
半導体基板でも、半導体基板に含まれる不純物が少ない
ため電気抵抗が高く、その上に形成する配線パターン間
の電気的リークのような電気的問題を引き起こさないよ
うなものであれば、絶縁膜を形成せず、そのまま用いて
もよい。

【００４１】また、上記の両面銅張積層板は、配線パタ
ーンの材料を銅で、サブトラクティブ法で形成すること
を想定して材料として選定されているが、配線パターン
材料としては、他にアルミニウム等の導電性に優れる材
料が適用でき、形成方法としては、アディティブ法によ
ってもよい。もちろんセミアディティブ、フルアディテ
ィブを問わない。所望の配線基板の大きさが、製造上有
利な大きさより小さい場合は、面付けして製造すること
が、効率的な製造を行うためには好ましい。また、あら
かじめ内層に配線パターンが形成された多層構造の配線
基板を用いても、もちろんよい。

【００４２】まず、ドリルにより穿孔を行い、厚さ０．
３μｍの無電解銅メッキを行い、その上に２０μｍの電
解銅メッキを行い、スルーホールを形成した。表面をブ
ラシ研磨し、銅表面を一様に粗化した。そして水洗後、
水切りを十分に行い、さらに乾燥させた。ラミネータを
用い、ドライフィルムレジストを両面に貼り合わせ、所
定の配線パターンを有し、面付けされているパターンマ
スクを重ね、両面露光機で紫外線を照射した。そして炭
酸ナトリウム溶液を吹きつけて、現像を行った。さらに
５０℃の塩化第二鉄溶液を吹きつけ、露出した部分の銅
のエッチングを行った。さらに、５０℃の５％水酸化ナ
トリウム溶液に約２分間浸漬し、ドライフィルムレジス
トを剥離した。このような工程により、所望の配線パタ
ーンを形成した。エポキシ系の感光性樹脂（商品名；プ
ロビマー５２；株式会社チバガイギー製）をスピンコー
ターで全面に塗布し、８０℃で約５分間乾燥後、裏面に
も同様に塗布した。８０℃で３０分間乾燥後、パターン
マスクを重ね、両面露光機で紫外線を８０００ｍＪ／ｃ
ｍ²照射した。所定の現像液を５０℃で、約３分間吹き
つけ、紫外線が照射されなかった部分の樹脂を溶解除去
した。そして、１００℃で１０分、及び１５０℃で６０
分間ベーキングして、樹脂を完全に硬化させた。酸素プ
ラズマエッチングにより樹脂の表面の樹脂をソフトエッ
チングし、粗化することによりメッキ付け性を向上させ
た後、無電解メッキを行い全面に銅箔を形成した。さら
に電解銅メッキで２０μｍの厚さの銅箔を形成した。

【００４３】ディップコーターで液状レジスト（商品
名；ＰＭＥＲ；東京応化株式会社製）を塗布し、７０℃
で３０分間乾燥させた。パターンマスクを重ね合わせて
両面露光機で紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ²照射した。所
定の現像液に約２分間浸漬し、現像を行った。約１１０
℃で３０分間乾燥させた後、５０℃の塩化第二鉄溶液を
吹きつけ、エッチングを行った。そして、５０℃の５％
水酸化ナトリウム溶液に約２分間浸漬し、ドライフィル
ムレジストを剥離した。図２は、本発明に係る配線基板
を、電気的接続部、機械的接続部が形成された側からみ
た図である。このようにして、配線基板１上の四隅を除
く略全面に電気的接続用の電極７を設けた。電極は、上
記のような銅や、アルミニウムを用いることが一般的で
あるが、導電性に優れ、形成が容易である材料であれば
特に限定されない。また、表面に金、パラジウム等の貴
金属めっきを施すことは、耐久性を増すために好まし
い。金、パラジウムめっきの下地めっきとしては、めっ
きの付着性を向上させるために、ニッケルが好ましい。
なお、バンプは四隅を除く部分に形成した。今回は四隅
以外のほぼ全面に電極を形成したが、電気的接続に必要
とされる数を設ければよい。

【００４４】ここで、ソルダーレジストを両面に形成
し、配線基板の外形加工を行った。続いて電極にバンプ
を形成する工程を行った。バンプの形成工程は公知のも
のを用いた。特に限定されないが、例えば次のようなも
のである。まず配線基板１の電極を形成する面の、略全
面に、クロムからなるバリアメタルを形成後、液状レジ
スト（商品名；ＰＭＥＲ；東京応化株式会社製）をスピ
ンコーターで塗布し、露光現像を行った後、電解ニッケ
ルメッキにより高さ２００〜４００μｍ、そして、金メ
ッキを約１μｍつけ、先端部の平坦部の直径が１２μｍ
のマッシュルーム状のバンプを形成した。その後、レジ
スト及びバンプ周囲のバリアメタルをエッチングにより
除去した。バンプの形成方法は、上記のような常法のメ
ッキによる方法でも、また転写や、蒸着による方法でも
よい。また、材料としては、ニッケルの他に金、銅、ハ
ンダ、パラジウム−スズ合金等が用いられる。このよう
な工程で、電極７上にバンプ６を形成した。なお、すべ
てのバンプの平坦部が略同一平面となることが好ましい
ため、略同一平面になるように形成した。ここで、「略
同一平面」という意味は、ベース基板との接続時には、
多少の凹凸は吸収されるため、その吸収の範囲内の凹凸
は、同一平面とみなす、ということである。

【００４５】次に機械的接続部について説明する。機械
的接続部としては、特に加工を施さなくてもよいが、配
線基板と機械的接続材料との適切な接続強度が得られる
ように表面加工をしてもよい。表面加工としては、例え
ば上記のようなアクリルや、あるいはガラス−エポキシ
を配線基板材料として用いている場合には、過マンガン
酸カリウムを用いて、表面の粗化処理を行ってもよい。
本実施例では、配線基板１の、電極を形成していない四
隅の部分に、エポキシ系の接着シート（商品名；ＹＥＦ
−０４０；三菱油化株式会社製）を介して、アクリル板
８を貼り合わせ、機械的接続部を形成した。

【００４６】なお、アクリル板８のベース基板との接続
面が、電気的接続部のバンプ６の平坦部と同一平面上に
なるように、アクリル板の厚みをあらかじめ決めておい
た。ここで、アクリル板は機械的接続部を電気的接続部
と同一平面にするために貼り合わせたもので、必須な構
造ではない。例えば他の方法として、配線基板に直接凸
部を設けてもよく、また、接着剤や樹脂等の、機械的接
続用材料を厚く形成する方法でもよい。ここで、機械的
接続部のベース基板との接続面を、バンプの平坦部と略
同一平面上に形成しておくことは、電気的接続または機
械的接続の信頼性を高めるために好ましい。例えば、上
記アクリル板が厚すぎる場合には、機械的接続は十分に
行えるものの、バンプとベース基板の密着が十分にはか
られず、電気的信頼性は低下する。また、上記アクリル
板が薄すぎる場合には、電気的接続は十分に行えるもの
の、アクリル板とベース基板の密着が十分にはかられ
ず、機械的信頼性は低下する。もちろん、ペースト、接
着剤等で、ある程度の凹凸は吸収されるため、吸収され
る程度の凹凸であれば、即ち「同一平面」であれば、問
題はない。

【００４７】もちろん機械的接続部の位置は配線基板の
隅に限定されることはなく、また接続箇所も四箇所に限
定されないことはもちろんである。ここで、機械的接続
部は電気的接続部からなるべく離した部位に設けること
が、配線基板を分離する際に、電気的接続部への影響が
小さく、また分離作業が行いやすく好ましい。機械的接
続部は、電気的接続部から１ｍｍ以上離間していること
が好ましく、３ｍｍ以上離間させておけば、分離作業を
容易に行うことができ、望ましい。

【００４８】以上のような工程で、ベース基板との電気
的接続、及び機械的接続を行うための電気的接続部７お
よび機械的接続部８を備えた配線基板を製造した。次
に、上記のような工程で製造した配線基板を、別に用意
した、ベース基板と接続する工程を行った。ベース基板
としては、上記の配線基板と同じ材質からなる配線基板
を用いた。ただし、絶縁層の厚さが１．６ｍｍのものを
用いた。配線基板と、ベース基板の材料が異なっても特
に問題はないが、熱膨張係数があまりに異なると、接続
部に力がかかり、経時的に破壊される恐れがあるため、
使用環境等にあわせて材料を選択する必要がある。熱膨
張係数が等しいほうが、熱による応力の影響を受けにく
いため好ましい。

【００４９】ベース基板の製造工程は、バンプ形成工程
の前までの、上記の配線基板の製造工程と同様の工程で
行った。即ち、両面銅張積層板に、配線パターン及び上
記の配線基板と接続を行うための電極を形成した。必要
に応じてソルダーレジストを形成してもよい。図１は、
本発明に係る配線基板を、本発明に係る接続構造で接続
を行った状態の説明図である。図３は図１の配線基板１
とベース基板３の電気的接続部の近傍の拡大図である。
なお、配線基板とベース基板との接続工程に先立ち、配
線基板１とベース基板３上に、集積回路１１、コンデン
サー１２等の部品を、ハンダを用い、搭載しておいた。
部品搭載の工程から考えても、配線基板とベース基板と
の接続工程前に搭載しておいたほうが、効率的である
が、特に限定はされない。

【００５０】ベース基板３に予め形成しておいた電極９
に銀ペースト（商品名；ＣＲＮ−１０２２；住友ベーク
ライト株式会社製）１０を塗布した。この時、接続時に
銀ペーストがはみ出して、隣接する電気的接続部同士が
接触しないように、塗布量を予め調整しておいた。配線
基板１側のアクリル板８に、機械的接続材としてアクリ
ル系の接着剤（商品名；アロンアルファ；東亜合成株式
会社製）５を塗布し、すぐにベース基板３と位置合わせ
して接着させた。配線基板１に、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力
を加えて、５分間保持した。そして、１８０℃で４０分
間加熱し、銀ペースト１０を硬化した。なお上記の機械
的接続材としては、他にエポキシ系、ポリイミド系等の
樹脂を用いることができる。機械的接続材としては、塗
布等の工程が行なえ、機械的接続強度が得られれば特に
限定されないが、塗布等が行ないやすくなるように、ま
た電気的接続部へ流出することがないような粘度である
ことが望ましく、粘度調整が容易であれば、さらに望ま
しい。また、特定の溶剤に可溶な樹脂であれば、分離工
程の際に作業が容易になるため、より好ましい。

【００５１】このような工程で、配線基板１をベース基
板３上に接続した。この状態では、電気的接続部の機械
的接続強度は、機械的接続部の機械的接続強度よりも弱
い強度で接続されている。つまり、電気的な接続は、主
に配線基板１のニッケルバンプ６とベース基板上の電極
９が直接接触することによって行われ、銀ペースト１０
はその補助的な役割を果たしている。この部分の機械的
接続強度は銀ペーストの接着力のみであり、強いもので
はない。そのため、後に分離工程を行っても、容易に分
離でき、電気的接続部を傷めることがない。例えば、電
極７や電極９が絶縁基板から剥離したりということがな
い。また配線基板１とベース基板３の機械的な接続は、
機械的接続部に形成された接着剤５が行っている。即ち
バンプ６を３００℃から４００℃に加熱して接続しなく
とも、配線基板１とベース基板３の電気的接続と機械的
接続が行なえるのである。以上のような接続工程によ
り、配線基板１とベース基板３の接続を行った。そし
て、同様の工程で、配線基板２の接続を行ない、さら
に、他のベース基板４とも同様の工程で接続を行った。
この際も、配線基板２上には集積回路１１や抵抗１３等
の部品をあらかじめ搭載しておいた。

【００５２】故障などの原因により、一度、上記のよう
に接続した配線基板１を、交換を行なうためにベース基
板３から分離するためには、次のような工程を採用すれ
ばよい。まず、接着剤５による機械的接続部にケトン系
の有機材料（例えば、アセトン）をかけ、機械的接続を
分離させる。この時、使用する有機溶剤、及び銀ペース
トの種類によっては、そのまま電気的接続部の銀ペース
ト１０も溶解する場合もあるが、そうでない場合も、機
械的接続部の接続手段である接着剤の接続が剥離されれ
ば、銀ペースト１０による電気的接続は手によって容易
に配線基板１をベース基板３から分離することができ
る。この場合、電気的接続の機械的強度は弱いので、電
極７、９あるいはバンプ６にあまり力が加わらず、傷つ
けることがない。また、有機溶剤を使用せずに、カッタ
ー等の切断治具により接着剤５あるいはアクリル板８を
切断し、機械的接続を分離してもよい。この場合にも機
械的接続部を電気的接続部からなるべく離しておくこと
が、電気的接続部への切断治具の接触を避けることがで
き、電気的接続部を損傷することがなく好ましい。

【００５３】このように、配線基板１をベース基板３か
ら分離した後、配線基板１あるいは別の配線基板を再び
ベース基板３に接続する場合には、上記の銀ペースト１
０の印刷工程以降の接続工程を実施すればよい。このよ
うにして、それぞれの配線基板の信頼性になんら影響を
与えることなく、少なくとも３〜４回は交換を行なうこ
とができる。また、機械的接続部と電気的接続部との距
離を大きく、例えば３〜５ｍｍ程度とれば、機械的接続
部、電気的接続部が互いに影響を与えることがなく、分
離作業が行えるため、７〜８回程度の交換は容易とな
る。

【００５４】〔実施例２〕まず、実施例１と同様の方法
で、配線基板を製造した。図４は、本発明に係る半導体
装置を、本発明に係る接続構造で接続を行った状態の説
明図である。図５は図４の左端部の拡大図である。以
下、図を参照して説明する。

【００５５】配線基板２１の半導体チップを搭載しよう
とする部分に銀ペースト（商品名；ＣＲＮ−１０２２；
住友ベークライト株式会社製）を塗布し、ダイボンディ
ング装置を用いて半導体チップ２３を搭載し、２００℃
で３０分間加熱し、銀ペーストを硬化し、半導体チップ
を固定した。ワイヤボンディング装置を用いて、直径３
０μｍの金線３０で半導体チップ上の電極（図示せず）
と、配線基板２１の半導体チップ搭載部の周囲に形成さ
れた電極（図示せず）を電気的に接合した。また、コン
デンサ２４をハンダ２８を用いて配線基板２１に搭載し
た。半導体チップ等の部品の搭載面を保護するため、エ
ポキシ系の封止樹脂２５をディスペンサーで供給し、１
８０℃で３０分間加熱して、樹脂を硬化させた。

【００５６】なお、この例は、配線基板２１上に半導体
チップや部品が搭載された半導体装置の一例を示したも
のであり、半導体チップ、搭載される部品の種類、数に
は限定されないことはもちろんで、例えば部品としては
コンデンサ、抵抗、コイル等が搭載されることが多く、
半導体チップも複数搭載されることが多い。さらに、エ
ポキシ樹脂による封止も必須な構成ではない。以上のよ
うな工程で、ベース基板との電気的接続、及び機械的接
続を行うための電気的接続部および機械的接続部を備え
た半導体装置を製造した。そして、ベース基板２２上に
は、集積回路２６、抵抗２７等の他の部品を搭載した。

【００５７】このような半導体装置をベース基板に接続
する場合も、接続の構造としては、配線基板２１とベー
ス基板２２を接続するという構造になり、実施例１と同
様の方法で接続を行なうことができる。即ち、ベース基
板２２上の電極に銀ペースト３６（商品名；ＣＲＮ−１
０２２；住友ベークライト株式会社製）を塗布し、機械
的接続を行う部分に、機械的接続材料としてアクリル系
の接着剤３２（商品名；アロンアルファ；東亜合成株式
会社製）を塗布し、すぐに半導体装置を位置合わせして
接着させた。半導体装置に、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加
えて、５分間保持した。そして、１８０℃で４０分間加
熱し、銀ペースト３６を硬化した。

【００５８】この状態で接続完了としてもよいが、半導
体装置とベース基板の接続部を保護するために、次の工
程を行った。シリコンゴム３１を半導体装置とベース基
板の接続部に塗布した。このシリコンゴムはあくまで接
続部の保護を目的とするため、機械的強度は要求されな
い。むしろ経時的に剥離しない程度の機械的強度をもた
せ、剥離しやすい状態にしておくことが、半導体装置を
交換する上からは好ましい。このような工程で、本発明
の半導体装置をベース基板上に接続した。そして、電気
的な接続は、主にニッケルバンプ３５とベース基板上の
電極３４が直接接触することによって行われ、銀ペース
ト３６はその補助的な役割を果たし、また半導体装置と
ベース基板の機械的な接続は、機械的接続部に形成され
た接着剤が行っている。この点は、実施例１の配線基板
とベース基板との接続の場合と同様である。

【００５９】半導体装置の交換が必要な場合には、ま
ず、シリコンゴム３１を剥離する。シリコンゴムは機械
的に、例えば手で引っ張ることにより、簡単に剥離でき
る。そして、実施例１と同様の手段で、電気的接続及び
機械的接続を剥離し、半導体装置を分離することができ
る。また、再度半導体装置をベース基板に接続する場合
も、銀ペースト３６の印刷工程以降の接続工程を実施す
ればよい。このような方法によれば、半導体装置をその
信頼性になんら影響を与えることなく、少なくとも３〜
４回は交換を行なうことができる。この場合も、機械的
接続部と電気的接続部との距離を大きくすれば、機械的
接続部、電気的接続部が互いに影響を与えることがなく
なり、分離作業が行えるため、７〜８回程度の交換は容
易となる。

【００６０】〔実施例３〕本実施例は、実施例２と同様
であるが、機械的接続部に、特に接続機構を設けた点で
異なる。接続機構としては、ピンや、嵌合機構等を適用
することができ、特に限定されないが、本実施例ではピ
ン３８を用いた。ピンは機械的接続のために用いられる
ので、導通性の有無を問わない。

【００６１】配線基板２１にピンを挿入するための穴３
９を設け、ピン３８の一方を挿入した。そして、ベース
基板２２側にも穴を穿設し、機械的接続時にピン３８の
他方を挿入し、機械的接続を行った。この場合は、ピン
の挿入の深さによって、配線基板２１と、ベース基板２
２の間隔を調節できるため、電気的接続部にあわせて間
隔を設定することができる。即ち、電極３３、３４及び
バンプ３５、銀ペースト３６の厚さの合計に合わせて、
配線基板２１と、ベース基板２２の間隔を設定できる。
そのため、電気的信頼性を向上させることができる。な
お、バンプ３５と電極３４が接触しているということを
考えれば銀ペーストの厚さにはほとんど影響されない。
配線基板に設ける穴３９及びベース基板に設ける穴は、
配線基板２１及びベース基板２２のスルーホール形成の
ためのドリル工程で同時に形成することは、工程を合理
化し、好ましい。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電気的
接続部には機械的接続信頼性は考慮せず、電気的接続信
頼性の高い材料を、機械的接続部には電気的接続信頼性
は考慮せず、機械的接続信頼性の高い材料を、それぞれ
用いることができるため、接続の材料およびプロセスの
選択の幅を広げることができ、さらに、プロセスの幅が
広がることにより、配線基板等に用いる材料の選択の幅
も広い、配線基板と半導体装置、及びそれらとベース基
板の接続構造を得ることができる。さらに、リペアーの
際に機械的接続部、電気的接続部が互いに影響を与える
ことがなく、分離作業が行えるため、電気的接続部を傷
つけることがなく、リペアー性に優れる配線基板と半導
体装置、及びそれらとベース基板の接続構造を得ること
ができる。また、ベース基板と安定した電気的接続を行
うことが可能な、電気的接続部を得ることができるた
め、高い信頼性の電気的接続を行うことができる、配線
基板と半導体装置、及びそれらとベース基板の接続構造
を得ることができる。上記のような配線基板、半導体装
置、接続構造により、電子機器の信頼性を飛躍的に向上
させることができる。

【００６３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る説明図。

【図２】本発明の実施例１に係る配線基板の下面図。

【図３】本発明の実施例１に係る電気的接合部の拡大
図。

【図４】本発明の実施例２に係る説明図。

【図５】本発明の実施例２の接合部の拡大図。

【図６】本発明の実施例３に係る説明図。

【符号の説明】

１、２配線基板３、４ベース基板５接着剤６バンプ７、９電極８アクリル板１０銀ペースト１１集積回路１２コンデンサー１３抵抗１４金メッキ２１配線基板２２ベース基板２３半導体チップ２４コンデンサー２５封止樹脂２６集積回路２７抵抗２８ハンダ３０ボンディングワイヤ３１シリコンゴム３２接着剤３３、３４電極３５バンプ３６銀ペースト３７アクリル板３８ピン３９穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬質の材料からなる絶縁基板と、絶縁基板
上に形成された配線パターン及び部品搭載部と、絶縁基
板の一方の面に形成され、ベース基板との電気的接続を
行うための電気的接続部と、を有する配線基板におい
て、前記電気的接続部から離間した部位に、ベース基板
との機械的な接続を行うための機械的接続部を有するこ
とを特徴とする配線基板。
【請求項２】前記電気的接続部がバンプからなり、かつ
バンプが融点２６０℃以上の金属で形成されていること
を特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】前記電気的接続部のベース基板との接続面
が、直径１０μｍ以上の略円形の平坦部を有するバンプ
からなり、かつ全てのバンプの平坦部が略同一平面上に
形成されていることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の配線基板。
【請求項４】前記機械的接続部の、ベース基板との接続
面が、前記バンプの平坦部と略同一平面上に形成されて
いることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載
の配線基板が、ベース基板と接続されている接続構造に
おいて、前記配線基板に設けられた電気的接続部及び機
械的接続部で電気的及び機械的に接続され、電気的接続
部の機械的接続強度が機械的接続部の機械的接続強度よ
りも弱い強度で接続されていることを特徴とする配線基
板とベース基板の接続構造。
【請求項６】請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載
の配線基板が、ベース基板と接続されている接続構造に
おいて、前記配線基板に設けられた電気的接続部及び機
械的接続部で電気的及び機械的に接続され、電気的接続
部の機械的接続強度が機械的接続部の機械的接続強度よ
りも弱い強度で接続され、前記機械的接続部に接続機構
が設けられ、機械的接続が行われていることを特徴とす
る配線基板とベース基板の接続構造。
【請求項７】硬質の材料からなる配線基板と、前記配線
基板上に搭載される単数もしくは複数の半導体チップ
と、前記配線基板の片側の面に形成され、ベース基板と
の電気的接続を行うための電気的接続部と、を有する半
導体装置において、前記電気的接続部から離間した部位
に、ベース基板との機械的な接続を行うための機械的接
続部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】前記電気的接続部がバンプからなり、かつ
バンプが融点２６０℃以上の金属で形成されていること
を特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】前記電気的接続部のベース基板との接続面
が、直径１０μｍ以上の略円形の平坦部を有するバンプ
からなり、かつ全てのバンプの平坦部が略同一平面上に
形成されていることを特徴とする請求項７または請求項
８記載の半導体装置。
【請求項１０】前記機械的接続部の、ベース基板との接
続面が、前記バンプの平坦部と略同一平面上に形成され
ていることを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】請求項７乃至請求項１０のいずれか一項
記載の半導体装置が、ベース基板と接続されている接続
構造において、前記半導体装置に設けられた電気的接続
部及び機械的接続部で電気的及び機械的に接続され、電
気的接続部の機械的接続強度が機械的接続部の機械的接
続強度よりも弱い強度で接続されていることを特徴とす
る半導体装置とベース基板の接続構造。
【請求項１２】請求項７乃至請求項９のいずれか一項記
載の半導体装置が、ベース基板と接続されている接続構
造において、前記半導体装置に設けられた電気的接続部
及び機械的接続部で電気的及び機械的に接続され、電気
的接続部の機械的接続強度が機械的接続部の機械的接続
強度よりも弱い強度で接続され、前記機械的接続部に接
続機構が設けられ、機械的接続が行われていることを特
徴とする半導体装置とベース基板の接続構造。