(57)【要約】【課題】バンプとパッドとの接続の信頼性が向上する半導体部品及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる半導体部品１は、パッド１３と接続する前のものである。半導体部品１は、鼓状はんだバンプ６を有する。鼓状はんだバンプ６は、パッド１３と接続可能であり、パッド１３との接続面から接続面近傍の側面までの角度が鋭角である。これにより、鼓状はんだバンプ６とパッド１３との接続の信頼性の信頼性が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッドと接続する前の半導体部品であって、
前記パッドと接続可能であり、前記パッドとの接続面から当該接続面近傍の側面までの角度が鋭角であるバンプを有する半導体部品。
【請求項２】
前記バンプは、鼓状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体部品。
【請求項３】
半導体部品のバンプをパッドとの接続面から当該接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成し、
前記バンプと前記パッドとを接続する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記バンプの形成では、鼓状のバンプを形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記バンプの形成では、前記バンプの逆型を有する鋳型に溶融させたはんだを流し込み、前記はんだを凝固させる請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記バンプの形成では、球状のはんだボールに機械的圧力を加えて加工する請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記バンプと前記パッドとの接続では、前記バンプよりも融点が低いはんだペーストを介して、前記バンプと前記パッドとを対向配置させ、
前記バンプの融点よりも低く、前記はんだペーストの融点よりも高い温度で前記はんだペーストを溶融させて、前記バンプと前記パッドとを接続する請求項３乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体部品及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、高機能化に伴い、搭載される部品の小型化が進んでいる。小型パッケージは、ボールグリッドアレイ（Ball Grid Array、以下ＢＧＡと称す）やチップサイズパッケージ（Chip Size Package、以下ＣＳＰと称す）など微細なはんだバンプを用いたものが主流となっている。これらのパッケージを回路基板に実装すると、はんだバンプが太鼓状の形状となるため、隣接するはんだバンプ同士が短絡することがある。また、太鼓状の形状は基板との接合部分に応力が集中するため、界面剥離などが生じやすくなる。
【０００３】
特許文献１には、隣接するはんだバンプ同士の短絡を防止する技術が開示されている。ここで、特許文献１の発明について、図を用いて説明する。図５（ａ）は、パッケージの構成を示す平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図である。図５に示すように、特許文献１のパッケージは、マスクを用いて作製した円柱状はんだバンプ２０、基板支持台２１を有している。基板支持台２１の厚さは、円柱状はんだバンプ２０の高さよりも０．１５ｍｍ程度低く設定されている。
【０００４】
図６は、パッケージを回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。回路基板２２に実装する際は、図６（ａ）に示すように、円柱状はんだバンプ２０を回路基板２２のパッド２２ａに合わせ、リフロー処理を行う。図６（ｂ）に示すように、パッケージの自重は、基板支持台２１によって支えられるため、円柱状はんだバンプ２０の変形もしくは沈み込みも抑制・防止され、隣接する円柱状はんだバンプ２０同士の短絡発生はない。
【０００５】
特許文献２には、接続信頼性を向上させる手段が開示されている。ここで、特許文献２の発明について、図を用いて説明する。図７は、パッケージの構成を示す断面図である。特許文献２のパッケージは、図７に示すように、はんだバンプ３０とコア材を含むはんだバンプ３１を有している。コア材を含むはんだバンプ３１は、はんだバンプ３０よりも球径が大きく、パッケージ内の３点以上の支持位置に配置されている。
【０００６】
図８は、パッケージを回路基板２２に実装・接合するときの状態を示す断面図である。回路基板２２に実装する際は、図８（ａ）に示すように、パッケージを所望の位置に合わせる。はんだバンプ３０よりもコア材を含むはんだバンプ３１の球径が大きいため、コア材を含むはんだバンプ３１のみ回路基板２２上のパッド２２ａに接触している。次にコア材を含むはんだバンプ３１のみを溶融させる条件でリフローを行うと、図８（ｂ）に示すように、はんだバンプ３０がパッド２２ａに点接触する。この状態ではんだバンプ３０を溶融させると、図８（ｃ）に示すように、コア材を含むはんだバンプ３１によってパッケージと回路基板２２の間隔が維持されているため、はんだバンプ３０は球形を保つことができず、鼓状の形となる。はんだ接続部の形を鼓状にすることにより、応力の集中が緩和され、接続信頼性が向上する。
【０００７】
また、特許文献３には、はんだ接続部の形を鼓状にする他の手段が開示されている。ここで、特許文献３の発明について、図を用いて説明する。図９は、パッケージを回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。特許文献３のパッケージは、図９（ａ）に示すように、半球形状のはんだバンプ４０を有している。すなわち、はんだバンプ４０のはんだ量を減らしている。このパッケージを図９（ｂ）に示すように回路基板２２上に載置し、図９（ｃ）に示すように実装する。
【０００８】
このように、はんだ量が少ないはんだバンプ４０を用いることにより、図１０に示すようはんだ接続部（接合部４１）の形が鼓状になる。図１０は、接合部４１の形状を示す断面図である。溶融したはんだバンプ４０はパッケージの重みで押しつぶされる。一方、はんだバンプ４０の表面張力によってパッケージが押し上げられる。そして、パッケージの重量と、表面張力による押し上げ力とがバランスして、接合部４１の形が鼓状となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１６３３６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５５１１号公報
【特許文献３】特開２００１−３３９１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の発明では、回路基板２２に実装した後も、円柱状はんだバンプ２０を柱状に保つためには、パッケージと回路基板２２の間隔を一定に保つ何らかの支持台が必要である。このため、支持台を付ける工程の増加や製造コストが高くなるという問題があった。また、円柱状はんだバンプ２０は、回路基板２２との接合部に応力が集中し界面剥離が生じるなど、はんだ接続の信頼性が低下するという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２の発明は、球状のはんだバンプ３０を鼓状に変化させるために、コア材を含むはんだバンプ３１を少なくとも３点支持位置に配置する必要がある。さらに、２種類のはんだバンプ３０、３１の融点を違えるなど制約がある。このため、工程が複雑になるという問題があった。
【００１２】
また、特許文献３では、特許文献２の発明の課題を解決することができる。しかし、パッケージの重量と表面張力による押し上げ力とをバランスさせた場合、図１１のはんだ付け角度αが十分大きくならず、応力緩和の効果が小さくなるという問題があった。また、はんだ量が少なく、はんだバンプ４０の高さが低くなるため、耐応力性の低下や、パッケージ、回路基板２２の平坦性が悪化した時にはんだ接続信頼性が低下するといった問題があった。
【００１３】
以上のように、特許文献２、３の発明では、もともと球状や半球状のはんだバンプを回路基板に実装する際に鼓状に変化させている。このため、工程が複雑になったり、最適な高さ・形状のはんだ接続ができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかかる半導体部品は、パッドと接続する前の半導体部品であって、前記パッドと接続可能であり、前記パッドとの接続面から当該接続面近傍の側面までの角度が鋭角であるバンプを有するものである。これにより、応力集中、バンプの短絡等が抑制されて、バンプとパッドとの接続の信頼性が向上する。
【００１５】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体部品のバンプをパッドとの接続面から当該接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成し、前記バンプと前記パッドとを接続するものである。これにより、応力集中、バンプの短絡等が抑制されて、バンプとパッドとの接続の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バンプとパッドとの接続の信頼性が向上する半導体部品及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる半導体部品の要部の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１にかかる鼓状はんだバンプの接続面周辺を拡大した断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる半導体部品を回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。
【図５】特許文献１におけるパッケージの構成を示す図である。
【図６】特許文献１におけるパッケージを回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。
【図７】特許文献２におけるパッケージの構成を示す断面図である。
【図８】特許文献２におけるパッケージを回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。
【図９】特許文献３におけるパッケージを回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。
【図１０】特許文献３における接続部の形状を示す断面図である。
【図１１】特許文献３における接続部位の形状を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置について説明する。図１は、半導体装置の構成を示す断面図である。
【００１９】
半導体装置は、半導体部品１と回路基板１２を有する。半導体部品１は、回路基板１２に実装される。半導体部品１とは、例えば、ボールグリッドアレイ（Ball Grid Array、以下ＢＧＡと称す）やチップサイズパッケージ（Chip Size Package、以下ＣＳＰと称す）のパッケージである。半導体部品１は、半導体チップ２を有する。半導体チップ２は、マウント材３によって基板５に接着される。半導体チップ２は、例えば、基板５の中央部に固定される。半導体チップ２は、モールド樹脂４によって封止されている。モールド樹脂４とは、外部環境から半導体チップ２を保護するものである。
【００２０】
基板５の下面には、鼓状はんだバンプ６が形成される。鼓状はんだバンプ６とは、鼓状のバンプである。鼓状はんだバンプ６は、ボンディングワイヤ７等を介して半導体チップ２に電気的に接続される。鼓状はんだバンプ６は、回路基板１２のパッド１３と電気的に接続される。パッド１３は、鼓状はんだバンプ６に対応して回路基板１２の上面に形成される。
【００２１】
次に、図２を参照して、上記の半導体部品１の構成について詳細に説明する。図２は、半導体部品１の要部の構成を示す断面図である。ここでの半導体部品１は、パッド１３と接続する前の半導体部品である。
【００２２】
基板５の上面側（半導体チップ２側）には、パッド８が形成される。パッド８は、上面視にて半導体チップ２より外側に形成される。半導体チップ２と基板５のパッド８とは、ボンディングワイヤ７によって電気的に接続されている。また、基板５の下面側にも、パッド９が形成される。パッド９は、例えば格子状に配置される。また、パッド９は、半導体チップ２直下にも形成される。基板５の内部には、電気配線１０及びビア１１が形成される。基板５の上面側のパッド８と基板５の下面側のパッド９とは、電気配線１０やビア１１を介して、電気的に接続される。
【００２３】
基板５の下面側に形成されたパッド９には、鼓状はんだバンプ６がそれぞれ接続される。鼓状はんだバンプ６は、外部から接続可能になっている。具体的には、鼓状はんだバンプ６は、回路基板１２に形成されたパッド１３と接続可能になっている。鼓状はんだバンプ６は、パッド１３との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成される。すなわち、図３に示された鼓状はんだバンプ６の底面から側面までの角度αは９０度未満である。図３は、鼓状はんだバンプ６の接続面周辺を拡大した断面図である。
【００２４】
換言すると、図１に示されたパッド１３の鼓状はんだバンプ６との接続面から、この接続面近傍の鼓状はんだバンプ６の側面までの角度は鋭角である。また、鼓状はんだバンプ６の基板５側についても同様の形状を有する。すなわち、鼓状はんだバンプ６は、パッド９との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成される。
【００２５】
鼓状はんだバンプ６は、高さ方向の中央部から上部及び下部に向けて徐々に末広がりになる。換言すると、鼓状はんだバンプ６の高さ方向の中央部における断面積より鼓状はんだバンプ６上部及び下部における断面積のほうが大きい。鼓状はんだバンプ６は、上面視にてパッド９又はパッド１３の内側に形成される。また、鼓状はんだバンプ６の側面は、Ｃ字型に湾曲している。
【００２６】
このように、本実施の形態にかかる半導体部品１は、鼓状はんだバンプ６を有する。すなわち、図３に示された角度αは鋭角である。これにより、図１に示された半導体装置において、鼓状はんだバンプ６とパッド１３との接合部における応力の集中が緩和され、鼓状はんだバンプ６とパッド１３との接続の信頼性が向上する。すなわち、はんだ接続の信頼性が向上する。また、応力の集中が緩和されるため、接合部の界面剥離等が生じにくくなり、強度が向上する。
【００２７】
また、鼓状はんだバンプ６は、上面視にてパッド９又はパッド１３の内側に形成される。このため、狭ピッチでパッド９、１３を形成しても、隣接する鼓状はんだバンプ６同士が短絡しにくくなる。すなわち、半導体部品１としてＢＧＡ、ＣＳＰのパッケージを用いたとしても、鼓状はんだバンプ６とパッド１３との接続の信頼性を維持できる。これにより、半導体部品１や半導体装置の製品としての信頼性が向上する。
【００２８】
なお、本実施の形態では、半導体部品１として、例えば、ＢＧＡ、ＣＳＰのパッケージを説明したがこれに限らない。他のタイプのパッケージであってもいいし、パッケージでなくてもよい。すなわち、はんだバンプを用いて回路基板等の基板と接続するタイプであれば、どのような形態の半導体部品を用いてもよい。
【００２９】
また、鼓状はんだバンプ６はパッド１３との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成されていれば、鼓以外の形状のバンプとしてもよい。もちろん、上記のように、パッド１３とは反対側でもパッド９と接続される場合、鼓状はんだバンプ６は、パッド９との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成されることが好ましい。例えば、鼓状とすることが好ましい。
【００３０】
次に、半導体部品１の製造方法について説明する。まず、電気配線１０及びビア１１が形成された基板５上に、銀ペーストなどのマウント材３によって、半導体チップ２を接着する。そして、金線などのボンディングワイヤ７によって、半導体チップ２と基板５の上面側に形成されたパッド８とを電気的に接続する。半導体チップ２をモールド樹脂４などによって封止し保護する。
【００３１】
次に、基板５の下面側に形成されたパッド９上にはんだペーストを塗布する。また、パッド９の位置に対応させたカセットに、あらかじめ形成された鼓状はんだバンプ６を並べる。そして、はんだペーストを塗布したパッド９に鼓状はんだバンプ６を転写して接続する。
【００３２】
鼓状はんだバンプ６を作製する方法としては、鋳型を用いる方法や球状のはんだボールを加工する方法などがある。鋳型を用いる方法では、まず、鼓状はんだバンプ６の逆型を有する鋳型に溶融させたはんだを流し込む。すなわち、鼓形状の逆型を有する鋳型に溶融させたはんだを流し込む。そして、はんだが冷却して凝固した後、形成された鼓状はんだバンプ６を取り出す。また、球状のはんだボールを加工する方法では、従来用いられている球状のはんだボールに機械的圧力を加えて鼓状に加工する。これにより、鼓状はんだバンプ６が形成される。以上の工程により、図２に示された半導体部品１が完成する。
【００３３】
次に、図４を参照して、半導体部品１を備える半導体装置の製造方法について説明する。すなわち、半導体部品１の実装方法について説明する。図４は、半導体部品１を回路基板１２に実装・接合するときの状態を示す断面図である。
【００３４】
半導体部品１を回路基板１２に実装する際、図４（ａ）に示されるように、回路基板１２の上面側に形成されたパッド１３上にあらかじめはんだペースト１４を塗布する。次に、図４（ｂ）に示されるように、はんだペースト１４を介してパッド１３と鼓状はんだバンプ６とを対向配置させる。そして、パッド１３と鼓状はんだバンプ６とを位置合わせする。鼓状はんだバンプ６をパッド１３上のはんだペースト１４に接触させる。次に、リフローを行ってはんだペースト１４を溶融させ、鼓状はんだバンプ６とパッド１３を接続する。以上の工程により、図１に示された半導体装置が完成する。こうして得られたはんだの接続形状は、所望の鼓状となり、接続信頼性を向上させることができる。
【００３５】
本実施の形態にかかる半導体装置は、はんだバンプが最初から鼓状の形であることから、余分な部品や工程を追加することなく、鼓状のはんだ接続を行うことができる。すなわち、簡便にはんだの接続形状を鼓状にすることができる。また、鼓状はんだバンプ６の形や高さをあらかじめ調整することにより、回路基板１２に実装した後のはんだの接続形状を容易に制御することができる。
【００３６】
例えば、応力の集中が十分に緩和する程度まで、図３に示された角度αを小さくすることができる。また、例えば、鼓状はんだバンプ６の高さを高めに設定することにより、半導体部品１や回路基板１２の平坦性が悪い場合でも、そのばらつきを吸収して安定したはんだ接続を行うことができる。さらに、はんだ接続の高さが高くなるので耐応力性が向上し、はんだ接続の信頼性を向上させることができる。また、鼓状はんだバンプ６の短絡を抑制することができるため、実装密度を向上させることができる。
【００３７】
これに対して、公知技術の半導体装置は、球状あるいは半球状など、もともと鼓状ではないはんだバンプを、回路基板に実装する際に溶融し鼓状に変化させる。このため、鼓の形や高さを希望通りのものに制御することは困難であった。また、はんだバンプを鼓状に変化させるための部品や工程が必要であった。
【００３８】
実施の形態２
本実施の形態では、鼓状はんだバンプ６を融点の高い高温はんだで形成する。具体的には、鼓状はんだバンプ６の融点は、鼓状はんだバンプ６と回路基板１２のパッド１３とを接続するはんだペースト１４の融点より高い。本実施の形態でも半導体装置及び半導体部品１は、図１〜３と同様の構成を有する。また、半導体部品１は、高温はんだを用いて実施の形態１と同様に製造される。なお、実施の形態１と共通する説明は、適宜省略又は簡略化する。ここで、本実施の形態にかかる半導体部品１の実装方法について説明する。
【００３９】
本実施の形態にかかる半導体部品１を回路基板１２に実装する際、回路基板１２の上面側に形成されたパッド１３上にあらかじめはんだペースト１４を塗布する。実施の形態１と同様、パッド１３の上に、鼓状はんだバンプ６を配置し、位置合わせする。そして、鼓状はんだバンプ６とはんだペースト１４を接触させる。次に、リフローを行うが、その温度を鼓状はんだバンプ６が溶融する温度よりも低く、はんだペースト１４が溶融する温度よりも高く設定する。すなわち、温度を鼓状はんだバンプ６の融点よりも低く、はんだペースト１４の融点よりも高く設定する。そして、はんだペースト１４を溶融させて、鼓状はんだバンプ６とパッド１３とを接続させる。これにより、元の形状を保ったまま鼓状はんだバンプ６を回路基板１２に実装することができる。
【００４０】
本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、実施の形態１では、半導体部品１の重量が重い場合や、搭載された鼓状はんだバンプ６の数が少ない場合、回路基板１２に実装した時に、半導体部品１の自重に耐え切れず、鼓状はんだバンプ６が元の鼓形状を保つことができない可能性がある。本実施の形態では、融点の高い高温はんだを用いることにより、リフロー時に鼓状はんだバンプ６は溶融しない。これにより、回路基板１２に実装した後も元の形状を保つようにしている。なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  半導体部品、２  半導体チップ、３  マウント材、４  モールド樹脂、５  基板、
６  鼓状はんだバンプ、７  ボンディングワイヤ、８  パッド、９  パッド、
１０  電気配線、１１  ビア、１２  回路基板、１３  パッド、１４  はんだペースト、
２０  円柱状はんだバンプ、２１  基板支持台、２２  回路基板、２２ａ  パッド、
３０  はんだバンプ、３１  コア材を含むはんだバンプ、４０  はんだバンプ、
４１  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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