专利名称：电路板、电路板组件和半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及要在其上安装电子部件的电路板、电路板组件和半导体装置。
背景技术：
电子装置通常包括其上安装诸如半导体装置的电子部件的电路板(也可称为“布线基板”等)。近来，这种电子装置的尺寸已经小型化。因此，要求以更高的密度将电子部件安装在电路板上，并且电路板的尺寸也变得更小。结果，用于在电路板上安装电子部件的安装结构的尺寸也更小。作为将半导体装置安装在电路板上的结合元件，通常采用焊料块。采用焊料块，可以实现焊接结合，焊接结合不但在半导体装置和电路板之间提供电连接，而且提供机械固定。如上所述，安装结构正不断变小。因此，焊料块也在变小，并且焊接结合部也在变小。结果，由于热应力或外部压力的作用，焊料块结合部更容易变形和受损，这容易导致半导体装置与电路板断开。下面参照图IA和IB描述当外力施加到形成于安装结构中的焊料块时焊料块的变形。图IA示出了一种安装结构，其中半导体装置的电极焊盘101通过焊料块102连接到电路板103的连接焊盘104。通过在焊接回流处理中融化焊料然后使其凝固而形成焊料块 102，使得焊接结合部10 形成为贴附到电极焊盘101和连接焊盘104中的每一个。图IA 示出了如下的情况未向焊料块102施加外力，因此焊料块102没有发生变形。然而，当将外力施加到图IA所示的位置时，电路板103按如下方式发生变形使得被施加了外力的部位被上推，同时焊料块102也发生变形，如图IB所示。在这种情况下，如图IB所示，外力施加位置从焊料块102的中心偏移。因此，应力集中到(集中产生于)焊接结合部10 的更靠近外力施加位置的一侧的端部。当撤销外力时，消除了应力，并且焊接结合部10 的变形消失。结果，形状恢复为图IA所示的原始形状。当这种外力反复地施加到电路板103时，应力也反复地集中在焊接结合部10 和连接焊盘104之间。结果，焊接结合部10 的端部可能从连接焊盘104脱落。当这种脱落进一步向内传播时，焊接结合部10 和连接焊盘104之间的电连接可能断开，这导致连接断开。针对该问题，在安装的半导体装置和电路板之间提供底部填充材料。即，将环氧树脂等构成的底部填充材料施加到焊接结合部10 周围，以从周围加固焊接结合部102a，并通过底部填充材料将半导体装置的底面机械地固定到电路板的表面。通过这种方式，可以提高抗压强度和长期可靠性。近来，尤其是诸如蜂窝电话和便携式计算机(如笔记本计算机)的电子装置已采用更小的尺寸，并且这些电子装置的功能也更加复杂。结果，施加到电子装置机壳的底盘更容易进一步施加到电子装置内的电路板和安装结构部分。因此，为了进一步提高焊接结合部的抗压强度和长期可靠性，已经开始使用具有更高结合强度和更高杨氏模量的底部填充材料。然而，在使用这种具有更高结合强度的底部填充材料时，由于采用这种底部填充材料将半导体装置固定到电路板，因此难以将半导体装置从电路板拆开。例如，当在将半导体装置安装到电路板上之后半导体装置的功能出现故障时，则可能无法仅仅将有缺陷的半导体从电路板上移除以进行更换。在这种情况下，必须更换价格昂贵的整个电路板，这可能增加电路板的废品成本(次品成本)。此外，不能对被认为有缺陷的半导体进行单独测试。因此，可能无法分析并确定缺陷原因，这可能导致故障率的增加。为了解决此问题，例如，日本特开平3-136334号公报(专利文献1)公开了一种半导体基板上的外部电极结构，其中绝缘膜的在凸起电极正下方的一部分薄于其它任何部分，从而形成凹部，并且在绝缘膜上按如下方式形成槽所述槽包围所述凹部。通过这种结构，可以减轻围绕凸起电极结合部周围的绝缘膜的变形。在专利文献1公开的安装结构中，减轻了施加到凸起电极结合部周围的部分绝缘膜的应力，从而防止绝缘膜受损。然而，这种安装结构不能减轻凸起电极结合部产生的应力。因此，仍然必须使用这种底部填充材料来将半导体装置固定到电路板以保证凸起电极结合部的可靠性。因此，需要提供这样一种安装结构，其无需使用这种底部填充材料就能提高半导体装置的结合部的抗压特性和长期可靠性，并能够容易地从电路板拆下所安装的半导体装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种电路板，将要在该电路板上安装电子部件。该电路板包括基板，其包括布线；多个电极焊盘，其形成在所述基板的表面上，并且要与所述电子部件的外部连接端子结合；以及槽，其形成在所述基板的表面上的各个电极焊盘周围。 此外，所述槽形成空隙，由所述空隙将所述基板上的所述电极焊盘的下部与周围的元件分隔开。根据本发明的另一方面，一种电路板组件包括上述电路板；以及具有外部连接端子的半导体装置，通过在所述电极焊盘和所述外部连接端子之间进行结合而安装所述半导体装置，其中，在所述半导体装置和所述电路板之间的除了所述外部连接端子以外的区域中形成有空隙。根据本发明的另一方面，一种半导体装置包括半导体基板；插入基板，其形成在所述半导体基板上；多个电极，其形成在所述插入基板的表面上，并且要与电路板的外部连接端子结合；以及槽，其形成在所述插入基板的表面上的各个电极周围。此外，所述槽形成空隙，由所述空隙将所述插入基板上的所述电极的下部与周围的元件分隔开。由于上述结构中槽的存在，使得电路板的电极焊盘正下方的部分与周围元件(部件)分隔开。此外，由于槽的存在，可以减轻在电极的结合部附近产生的应力，所述应力是由于分隔开的部分的变形而产生的。由于这种特性，可以控制结合部的脱落的产生，从而提高电子部件的结合部的抗压特性和长期可靠性。因此，不再需要采用底部填充材料来将电子部件连接到电路板，还可以容易地将安装在电路板上的电子部件从电路板上移除。
图IA和IB是示出当外力施加到焊料块结合部时焊料块的变形的图；图2是根据本发明实施方式的电路板组件的截面图；图3是示出半导体装置和其上将要安装半导体装置的电路板的一部分的立体图；图4A和4B是示出电路板的变形以及在电路板变形时的插入基板的截面图；图5是示出用于研究形成的槽的效果的在焊料块上产生的应力的模拟结果的表；图6是示出具有圆形电极焊盘的电路板的立体图；图7是示出具有形成为包围各个圆形电极焊盘的环形槽的电路板的立体图；图8是通过将半导体装置安装在如图7所示的具有环形槽的电路板上而形成的电路板组件的截面图；图9是其上针对所有电极焊盘都形成有环形槽的电路板的顶视图；图10是示出其上形成有格状槽的电路板的顶视图；图11是通过将半导体装置安装在如图10所示的电路板上而形成的电路板组件的截面图；图12是如下的电路板的顶视图在该电路板上，仅针对要结合到设置在半导体装置的四个角附近的焊料块的电极焊盘而形成有环形槽；图13是通过将半导体装置安装在如图12所示的电路板上而形成的电路板组件的截面图；图14是如下的电路板的顶视图在该电路板上，仅针对要结合到设置在半导体装置的四个角的焊料块的电极焊盘而形成有环形槽；以及图15是通过将半导体装置安装在如图14所示的电路板上而形成的电路板组件的截面图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明的实施方式进行描述。图2是根据本发明一个实施方式的电路板组件的截面图。如图2所示，电路板组件包括电路板2、半导体装置4和无源装置6 (如电阻器、电容器等)，使得半导体装置4和无源装置6安装在电路板2上。电路板2在其表面上和内部都包括布线。半导体装置4包括电极4c。电极如通过作为结合部件的焊料块8而结合到电路板2的相应电极焊盘2a。电路板2例如是采用有机板材(如玻璃环氧树脂)而形成的多层板。在电路板2 的表面上，设有用于安装半导体装置4的电极焊盘加。此外，围绕各个电极焊盘加还形成有槽2b。结果，由槽2b将电路板2的电极焊盘加的下部相互分隔开。换言之，由于槽2b 的存在，电路板2的电极焊盘加的下部周围形成有空隙。由于形成了空隙，电极焊盘加与周围的元件(包括相邻的电极、部件、物体等)(物理地)分隔开，并可以单独地发生轻微变形。作为在电路板2上形成槽2b的方法，存在如下的方法首先在形成电路板2的过程中在要形成槽2b的部位形成遮挡，然后去除遮挡以形成槽2b。另外，存在形成槽2b的另一种方法在形成电路板2之后，采用切割锯切割电路板2的表面。此外，存在形成槽2b 的又一种方法在形成电路板2之后，采用激光来切割电路板2的表面。如图2所示意性示出的，半导体装置4还包括半导体基板如和插入基板4b。半导体基板如由硅等形成。插入基板4b形成在半导体基板如上。作为半导体装置4的外部端子，焊料块8形成(设置)在插入基板4b的各个电极如上。插入基板4b由诸如聚酰亚胺树脂、玻璃环氧树脂等的基板材料形成。通常，插入基板4b比半导体基板如更柔韧。在插入基板4b的表面上设置有将结合到各个焊料块8的电极如，焊料块8用作外部端子。此外，在各个电极4c的周围形成槽4d。结果，槽4d使得插入基板4b的电极如的下部相互分隔开。换言之，由于槽4d的存在，在电路板2的电极如的下部周围形成有空隙。由于形成了空隙，电极4c与周围元件(物理地)分隔开，并且可以单独地发生轻微变形。作为在插入基板4b上形成槽4d的方法，存在如下的方法首先在形成插入基板 4b的过程中在要形成槽4d的部位形成遮挡，然后去除遮挡以形成槽4d。另外，存在形成槽 4d的另一种方法在形成插入基板4b之后，采用切割锯切割插入基板4b的表面。此外，存在形成槽4d的又一种方法在形成插入基板4b之后，采用激光来切割插入基板4b的表面。图3是示出半导体装置4和其上将要安装半导体装置4的电路板2的一部分的立体图。图3中电路板2上的槽2b的宽度以及半导体装置4的插入基板4b上的槽4d的宽度分别大于槽2b和槽4d的宽度。然而，应当注意，例如可以基于设置的槽2b和4d之间的间距而适当地改变(确定)槽2b和槽4d的宽度。在电路板2上形成槽2b的目的是使电路板2的电极焊盘加的下部(与周围元件)相互分隔开，从而更易于变形。可以任意确定槽2b的宽度。通过相同的方式，在插入基板4b上形成槽4d的目的是使插入基板4b的电极4c的下部(与周围元件)相互分隔开，从而更易于变形。可以任意确定槽4d的宽度。在图3的构造中，电路板2的电极焊盘加为矩形并以矩阵方式设置。此外，槽2b 形成为直槽，从而在电极焊盘加之间以(正交)栅格方式延伸。总体上说，这些直槽2b可以视为从电路板2的表面凹入的凹部，并且电极焊盘加可以视为从这些凹部的底面突出的部分。此外，在图3的构造中，电极焊盘加比槽2b的深度薄得多。因此，由槽2b相互分开的部分的表面(顶面)被示出为电极焊盘加。从另一观点来说，形成为槽2b的空隙可以视为形成在电路板2上的凹部，而电极焊盘加的下部可以视为从凹部的底面突出。这种观点也可应用于半导体装置4。S卩，形成为槽4d的空隙可以视为形成在插入基板4b上的凹部，而电极4c的下部可以视为从凹部的底面突出的部分。然而，在图3的构造(示例)中， 将插入基板4b的边缘部分去除(切割)到与槽4d的深度相同的深度。结果，图3示出的情况就像凹部的底面为插入基板4b的表面并且电极如的下部从插入基板4b的表面突出。如上所述，通过形成槽2b并将电路板2的电极焊盘加的下部与周围元件分开(相互分开)以更易于变形，在向电路板2施加外力使之变形时，可以控制(减小)焊料块8的结合部上的应力的集中(应力集中)，应力是由于电路板2的变形而产生的。此外，通过形成槽4d并将插入基板4b的电极如的下部与周围元件分开(相互分开)以更易于变形，在向电路板2施加外力使之变形时，可以控制(减小)焊料块8的结合部上的应力集中，应力是由于电路板2的变形而产生的。图4A和4B是示出电路板2的变形以及电路板2变形时的插入基板4b的放大截面图。更具体地说，图4A示出了当不形成槽2b和槽4d时电路板2的变形。另一方面，图 4B示出了当形成有槽2b、4d时电路板2的变形。在与半导体装置4的安装部位相对应的部位，电路板2的变形得到控制，因为半导体装置4的半导体基板如由硅等形成并用作抵抗变形的加强件。由于这种特性，电路板2更容易在不安装半导体装置4的部位与安装半导体装置4的部位之间的区域局部地(主要地)变形。结果，如图4A所示意性示出的，应力更容易集中在位于半导体装置4的外周部位的焊料块8 (即位于图4A和4B右端的焊料块 8)的结合部上。当应力按这种方式反复地集中时，在焊料块8的结合部处可能出现裂纹，并且可能导致结合破裂。然而，根据本发明的该实施方式，当在电路板2上形成有槽2b并且在半导体装置4 的插入基板4b上形成有槽4d时，不安装半导体装置4的部位与安装半导体装置4的部位之间的区域趋于逐渐(温和)变形，并且该区域内的焊料块8上产生的应力得以分散。也就是说，可以减轻位于半导体装置4的外周部位的焊料块8(例如，图4B右端的焊料块8)的结合部上的应力，由此可以减轻应力集中。由于应力的减轻，可以防止在位于半导体装置4 的外周部位的焊料块8 (例如，图4B右端的焊料块8)的结合部上产生裂纹。结果，可以获得焊料块8更好的结合可靠性。如上所述，根据本发明的该实施方式，不必使用底部填充材料等就能提高焊料块的结合部的抗压能力和长期可靠性，并且可以实现如下效果曾经安装的半导体装置4可以从电路板2(平滑地)拆卸(移除)的效果。此外，如上所述，根据本发明的该实施方式，在半导体装置4和电路板2之间不提供底部填充材料。由于这种特性，在根据该实施方式的电路板组件中，在半导体装置4和电路板2之间除焊料块8以外的区域内存在(形成有)空隙。在对本实施方式的以上描述中，描述了这样的情况通过在电路板2上形成槽2b 并且在半导体装置4的插入基板4b上形成槽4d，可以减轻在结合部上产生的应力。然而， 本发明并不限于这种构造。也就是说，并非总是需要既在电路板2上形成槽2b又在半导体装置4的插入基板4b上形成槽4d。在形成了槽2b、4d中的至少一个时，也能获得上述效^ ο图5是示出用于研究形成槽的效果的在焊料块8产生的应力的模拟结果的表。在模拟中，假定半导体装置4的尺寸为27mmX 27mm ；电路板2由玻璃环氧树脂形成；焊料块8 的直径为0. 6mm ；并且相邻焊料块8之间的距离为1mm。在上述条件下，将半导体装置4安装在电路板2上并且模拟(获取)焊料块8上要产生的应力。此外，通常认为最大应力产生在位于半导体装置4的四角的焊料块8上。因此，获取位于半导体装置4的四角的焊料块上要产生的应力。此外，假定电路板2的电极焊盘加为圆形并且环形槽2b形成在各个电极焊盘加周围。在此模拟模型中，已知如果焊料块8上产生的应力小于或等于500N/m2， 则结构具有足够的连接可靠性。在图5中，第1行对应于在电路板2和半导体装置4上未形成有槽时的模拟结果 (即模拟的是常规安装结构)。在这种情况下，根据模拟结果，焊料块8上将要产生的应力为750N/m2。此外，第2行对应于电路板2上形成的槽宽度为0.4 mm、槽深度为0. 2mm、并且半导体装置4上形成的槽宽度为0. 4mm、槽深度为0. 2mm时的模拟结果。在这种情况下，根据模拟结果，焊料块8上将要产生的应力为250N/m2，远小于500N/m2。此外，在图5中，第3行对应于仅在电路板2上形成槽并且在电路板2上形成的槽宽度为0. 4mm、槽深度为0. 2mm时的模拟结果。在这种情况下，根据模拟结果，焊料块8上将要产生的应力为500N/m2。该结果表明，即使只在电路板2上形成槽而不在半导体装置4上形成槽，也可以获得足够的连接可靠性。此外，在图5中，第4行对应于仅在电路板2上形成槽并且在电路板2上形成的槽宽度为0. 1mm、槽深度为0. 2mm时的模拟结果。在这种情况下，根据模拟结果，焊料块8上将要产生的应力为500N/m2。除槽宽度减小到0. Imm之外，第4行模拟的条件与第3行模拟的条件相同。该结果表明，即使第4行模拟中槽宽度减小到0. 1mm，焊料块8上将要产生的应力也与第3行模拟中槽宽度为0. 4mm时的应力相同。因此，认为应力减小的效果并不太受槽宽度变化的影响。此外，在图5中，第5行对应于仅在电路板2上形成槽并且在电路板2上形成的槽宽度为0. 4mm、槽深度增加到0. 5mm时的模拟结果。在这种情况下，根据模拟结果，焊料块8 上将要产生的应力为500N/m2。除槽深度增加到0. 5mm之外，第5行模拟的条件与第3行模拟的条件相同。该结果表明，即使在第5行模拟中槽深度增加到0. 5mm，焊料块8上将要产生的应力也与第3行模拟中槽深为0. 2mm时的应力相同。因此，认为应力减小的效果并不太受槽深度变化的影响。此外，可以认为，深度为0. 2mm的槽即可以提供电路板2的足够变形，即使深度大于0. 2mm，效果也不会得到改善。下面，通过描述形成在电路板2上的槽2b的示例来描述上述实施方式中槽的形状变化。优选地，如图6所示，形成在电路板2上的电极焊盘加为圆形，以与相应焊料块8 的形状一致。在这种情况下，如图7所示，更优选为形成环形槽以使得电路板2的相应电极焊盘加的下部与周围元件分隔开。图8是通过将半导体装置4安装在图7所示的具有环形槽2b的电路板2上而形成的电路板组件的截面图。在这种情况下，例如，如图9所示，可以针对所有电极焊盘加形成(设置)环形槽2b。另一方面，当电极焊盘加为矩形时，槽2b优选也为矩形，以与电极焊盘加的矩形形状一致。在这种情况下，槽2b可以按(正交)栅格方式形成，如图10所示。图11是通过将半导体装置4安装在图10所示的具有矩形槽2b的电路板2上而形成的电路板组件的截面图。在以矩阵形式设置的多个焊料块8中，容易集中应力的焊料块8是位于电路板2 的更容易变形的外周部分的焊料块8。也就是说，由于电路板2的外周部分比电路板2的任何其它部分都更容易变形，因此更多的应力容易集中到位于电路板2的外周部分的焊料块 8。由于这种特性，如图12所示，槽2b可以仅形成在要与位于半导体装置4的四角附近的焊料块8相结合的电极焊盘加周围。在这种情况下，如图12所示，电极焊盘加以矩阵形式设置在电路板2的表面上的矩形区域内，并且环形槽2b仅形成在位于电极焊盘加所在的矩形区域的四角附近的电极焊盘加周围。图13是通过将半导体装置4安装在图12所示的电路板2上而形成的电路板组件的截面图。此外，在以矩阵形式设置的多个焊料块8中，其上更容易集中(产生)最大应力的焊料块8是设置在半导体装置4的四角的四个焊料块8。由于这种特性，如图14所示，槽 2b可以仅形成在要与位于半导体装置4的四角的焊料块8相结合的电极焊盘加周围。如图14所示，电极焊盘加以矩阵形式设置在电路板2的表面上的矩形区域内，并且环形槽2b 仅形成在位于电极焊盘加以矩阵形式设置的矩形区域的四角的四个电极焊盘加周围。图 15是通过将半导体装置4安装在图14所示的电路板2上而形成的电路板组件的截面图。
在上述实施方式中，描述了形成在电路板2上的槽2b。然而，上述结构也可应用到形成于半导体装置4的插入基板4b上的槽4d。此处描述的所有示例和条件性语言都是出于教导目的，以帮助读者理解本发明以及发明者为了进一步发展技术而贡献的构思，并且应当被理解为不限于具体描述的示例和条件，而且说明书中这些示例的组织与本发明的优劣无关。尽管已对本发明的实施方式进行了详细描述，应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的前提下还可以进行各种变化、替换和更改。
权利要求
1.一种电路板，在该电路板上将要安装电子部件，该电路板包括 基板；多个电极焊盘，其形成在所述基板上；以及槽，其形成在所述基板上的相邻电极焊盘之间，其中所述电极焊盘被所述槽包围，从而在相邻的电极焊盘之间具有空隙。
2.根据权利要求1所述的电路板，其中所述电极焊盘的平面形状为矩形，矩形的所述电极焊盘以矩阵方式排列，并且所述槽是在所述电极焊盘之间以矩阵方式延伸的直槽。
3.根据权利要求2所述的电路板，其中整体上，所述直槽形成从所述基板的表面凹入的凹部，并且所述电极焊盘形成在从所述凹部的底面突出的部分上。
4.根据权利要求1所述的电路板，其中所述电极焊盘的平面形状为圆形，圆形的所述电极焊盘以矩阵方式排列，并且所述槽具有环形形状并且包围对应的电极焊盘。
5.根据权利要求4所述的电路板，其中所述电极焊盘以矩阵方式排列在矩形区域内，并且具有环形形状的所述槽仅仅形成在位于所述矩形区域的四个角附近的电极焊盘的周围。
6.根据权利要求4所述的电路板，其中所述电极焊盘以矩阵方式排列在矩形区域内，并且具有环形形状的所述槽仅仅形成在位于所述矩形区域的四个角处的四个电极焊盘的周围。
7.一种电路板组件，该电路板组件包括 根据权利要求1所述的电路板；以及具有外部连接端子的半导体装置，通过在所述电极焊盘和所述外部连接端子之间进行结合而安装所述半导体装置，其中在所述半导体装置和所述电路板之间的除了所述外部连接端子以外的区域中，形成有空隙。
8.根据权利要求7所述的电路板组件，其中所述半导体装置包括半导体基板和插入基板，并且在形成于所述插入基板的表面上的对应电极的周围形成有槽，并且所述槽形成将所述插入基板上的电极的下部与周围的元件分隔开的空隙。
9.一种半导体装置，该半导体装置包括 半导体基板；插入基板，其形成在所述半导体基板上； 多个电极，其形成在所述插入基板上； 槽，其形成在所述插入基板上的电极的周围，其中所述槽形成将所述插入基板上的电极的下部与周围的元件分隔开的空隙。
全文摘要
本发明涉及电路板、电路板组件和半导体装置。公开的电路板包括基板，其包括布线；多个电极焊盘，其形成在所述基板的表面上，并且要与电子部件的外部连接端子结合；以及槽，其形成在所述基板的表面上的各个电极焊盘周围。此外，所述槽形成空隙，所述空隙将所述基板上的所述电极焊盘的下部与周围的元件分隔开。
文档编号H01L23/492GK102280429SQ20111007843
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年6月14日
发明者冈田徹, 北岛雅之, 小林弘, 江本哲 申请人:富士通株式会社