(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置と、この半導体装置が搭載される基板部とを電気的に接続するための半導体装置の実装構造であって、
前記半導体装置における前記基板部と対向する側に形成された第１の接合電極と、
前記半導体装置における前記基板部と対向する側に形成された絶縁層と、
前記絶縁層に形成され、前記第１の接合電極の表面を底面に露出するスルーホールと、
前記基板部に形成された第２の接合電極と、
前記第１の接合電極と前記第２の接合電極とに接合され、前記第１の接合電極と前記第２の接合電極とを電気的に接続する接続部材と
を備え、
前記第１の接合電極の表面は前記接続部材の側に向かって凸状とされ、
前記スルーホールは、前記底面が前記第１の接合電極の領域をはみ出ないように形成され、
前記接続部材には、前記スルーホール内に充填される部分によって柱状の接続部分が形成された、半導体装置の実装構造。
【請求項２】
前記第１の接合電極は、
前記半導体装置に形成された凸状部と、
前記凸状部を覆うように形成された導電層と
を含み、
前記凸状部の剛性は、前記接続部材の剛性と実質的に同じかまたはそれよりも大きい、請求項１記載の半導体装置の実装構造。
【請求項３】
前記凸状部はエポキシ樹脂を含み、
前記接続部材ははんだを含む、請求項２記載の半導体装置の実装構造。
【請求項４】
前記第１の接合電極は、前記半導体装置のコーナー近傍に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の実装構造。
【請求項５】
所定の基板に実装される半導体装置であって、
半導体チップ部と、
前記半導体チップ部と電気的に接続され、基板部と対向する側に形成された接合電極と、
基板部と対向する側に形成された絶縁層と、
前記絶縁層に形成され、前記接合電極の表面を底面に露出するスルーホールと、
前記接合電極に接合され、前記接合電極と基板部とを電気的に接続する接続部材と
を備え、
前記接合電極の表面は前記接続部材の側に向かって突出した凸状とされ、
前記スルーホールは、前記底面が前記接合電極の領域をはみ出ないように形成され、
前記接続部材には、前記スルーホール内に充填される部分によって柱状の接続部分が形成された、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の実装構造および半導体装置に関するものであり、特に、半導体装置と回路基板との電気的な接続が良好に行われる半導体装置の実装構造と、それに用いられる半導体装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板を回路基板に実装する手段としてはんだ付けがよく利用されている。近年では、携帯機器等の小型軽量化に対する要望から、たとえば、ＣＳＰ（Chip Size Package）と称される、半導体装置の底面に回路基板との接続電極を形成する高密度の実装形態が適用されている。
【０００３】
半導体装置には半導体素子が形成された半導体チップが収容されている。また、回路基板はガラスエポキシ樹脂等からなる。半導体装置の熱膨張係数とガラスエポキシ樹脂等からなる回路基板の熱膨張係数とは、その値が大きく異なっているため、半導体装置の動作時において発生する熱や外気温に起因する温度変化によって応力が発生する。
【０００４】
このため、半導体装置の電極と回路基板の電極との接合部分において疲労が生じ、この部分において剥離や破壊が生じてしまい、半導体装置を回路基板に長期間電気的に接続させておくことができないという問題があった。
【０００５】
このような問題点を解決するために、たとえば、特開平１０−５０７６８号公報では、半導体装置の電極部における端子との接合面に円弧状の窪みを設けて電極と端子との接合面積を拡大させることで、接合強度をより強固にする手法が採られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１０−５０７６８号公報では次のような問題があった。半導体装置の電極部における端子との同一の接合面の投影面積（断面積）に対して、その接合面が平坦な場合と比較すると、上記公報に記載された実装構造では、接合面の面積を拡大させて接合力を向上させているだけである。このため、実装密度がさらに増大したり、接合面の投影面積がさらに小さくなる場合においても確実に接合強度を確保することができず、さらに対策を講じる必要があった。
【０００７】
ここで、この問題についてさらに詳しく説明する。まず、図１８に示すように、熱膨張率が大きく異なる２枚の板１０１、１１４が複数の柱１０９によって互いに接続されている構造を仮定する。実際の半導体装置の実装構造になぞらえると、上側の板１０１が半導体装置、下側の板１１４が回路基板、柱１０９が接続部材（ハンダ）にそれぞれ相当し、各板１０１、１１４と柱１０９との接合部分が、半導体装置に形成された電極部と接続部材との接合部分および回路基板に形成された電極部と接続部材との接合部分に相当する。
【０００８】
そして、上側の板１０１の熱膨張率が下側の板１１４の熱膨張率よりも小さいと仮定し、温度が上昇した場合を想定する。この場合には、図１９に示すように、矢印に示す方向に下側の板１１４は上側の板よりも大きく膨張する。このため、外側に位置する柱１０９のうち下側の板１１４側に位置する部分が、上側の板１０１側に位置する部分に比べてより大きな外側に向かって変形する力を受けることになる。
【０００９】
外側に位置する柱１０９と上側の板１０１との接合部分では、図２０に示すように、接合部分に作用する応力は、柱１０９と板１０１とのなす角度が鋭角になるように変形する側においては、柱１０９を板１０１から引き離す方向に作用し、鈍角になるように変形する側においては、柱１０９を板１０１に押付ける方向に作用することになる。
【００１０】
特に、柱１０９を板１０１から引き離す方向に作用する応力は、接合部分の中央から端へいくにしたがい大きくなっている。このことより、接合面における接合強度が弱いと鋭角に変形する側より亀裂が伝播することになる。
【００１１】
次に、図２１は、上記公報に記載された構造において図２０に対応する部分の応力の分布を示す。図２０および図２１にそれぞれ示された構造を対比すると、図２１に示された構造の方が板と柱との接合部分に窪みが設けられていることで、接合面積はより大きくなる。このため、単位面積あたりの接合強度が同じであれば接合強度はより大きくなって、接合面が平坦（図１９参照）な場合よりも接合強度が高くなることは明らかである。
【００１２】
しかしながら、接合部分に対して応力が作用する方向を考えると、図２０に示す場合と同様に、柱１０９と板１０１とのなす角度が鋭角になるように変形する側においては、柱１０９を板１０１から引き離す方向に作用し、しかも、その応力は柱の端部ほど大きくなっている。
【００１３】
このため、実装密度を増大させるために接合面積を小さくする場合や、接合部分の部材の変更等により単位面積あたりの接合強度が低下するような場合には、電極と端子との接合界面に沿って亀裂が伝播し、長期間各電極を安定して回路基板に電気的に接続することが困難になった。また、回路基板側についても同様の問題が生じた。
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は半導体装置を長期間安定して回路基板に電気的に接続することのできる半導体装置の実装構造を提供することであり、他の目的はそのような実装構造に用いられる半導体装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の実装構造は、半導体装置と、この半導体装置が搭載される基板部とを電気的に接続するための半導体装置の実装構造であって、第１の接合部材、絶縁層、スルーホール、第２の接合電極および接続部材を備えている。第１の接合電極は、半導体装置における基板部と対向する側に形成されている。絶縁層は、半導体装置における基板部と対向する側に形成されている。スルーホールは絶縁層に形成され、その底面に第１の接合電極の表面を露出する。第２の接合電極は基板部に形成されている。接続部材は第１の接合電極と第２の接合電極とに接合され、第１の接合電極と第２の接合電極とを電気的に接続する。第１の接合電極の表面は接続部材の側に向かって凸状とされている。スルーホールは、その底面が第１の接合電極の領域をはみ出ないように形成されている。接続部材には、スルーホール内に充填される部分によって柱状の接続部分が形成されている。
【００１６】
この構造によれば、接続部材に柱状の接続部分が形成されていることで、温度が上昇して基板が半導体装置に比べて熱膨張する際に、接続部材において鋭角に変形する側の角度がこの柱状の接続部分において明確に特定される。これにより、この柱状の接続部分において特定される角度と凸状の第１の接合電極のすそ野の角度とに基づいて、接続部材と第１の接合電極との接合面に対して略平行になるように応力を作用させることができる。しかも、柱状の接続部分を形成するスルーホールは、その底面が第１の接合電極の領域をはみ出ないように形成されていることで、接続部材と第１の接合電極との接合面が平坦になっている部分がなくなって、第１の接合電極と接続部材とを引離すように応力が作用するのを防ぐことができる。その結果、両者の接合部分において亀裂等の破壊が生じたり亀裂が伝播するのをなくすことができる。
【００１７】
第１の接合電極は、半導体装置に形成された凸状部とその凸状部を覆うように形成された導電層とを含み、凸状部の剛性は、接続部材の剛性と実質的に同じかまたはそれよりも大きいことが好ましい。
【００１８】
この場合には、導電層が断線するのを防止することができる。
より具体的には、凸状部はエポキシ樹脂を含み、接続部材ははんだを含んでいることが好ましい。
【００１９】
さらに、上述した第１の接合電極は、半導体装置のコーナー近傍に配置されていることが好ましい。半導体装置が実装された状態では、熱膨張係数の違いによって生じる歪（変形）は実装された略中心位置から離れたところほど大きくなる。このため、半導体装置のコーナー近傍に第１の接合電極を配置することで、亀裂が生じるのを効果的に防止することができる。
【００２０】
本発明に係る半導体装置は所定の基板に実装される半導体装置であって、半導体チップ部、接合電極、絶縁層、スルーホールおよび接続部材を備えている。接合電極は半導体チップ部と電気的に接続され、基板部と対向する側に形成されている。絶縁層は基板部と対向する側に形成されている。スルーホールは絶縁層に形成され、その底面に接合電極の表面を露出する。接続部材は接合電極に接合され、接合電極と基板部とを電気的に接続する。接合電極の表面は接続部材の側に向かって凸状とされている。スルーホールは、その底面が接合電極の領域をはみ出ないように形成されている。接続部材には、スルーホール内に充填される部分によって柱状の接続部分が形成されている。
【００２１】
この構造によれば、基板に実装された状態で温度が上昇して基板が半導体装置に比べて熱膨張する際に、接続部材に柱状の接続部分が形成されていることで、接続部材において鋭角に変形する側の角度がこの柱状の接続部分において明確に特定される。これにより、この柱状の接続部分において特定される角度と凸状の接合電極のすそ野の角度とに基づいて、接続部材と接合電極との接合面に対して略平行になるように応力を作用させることができる。しかも、柱状の接続部分を形成するスルーホールは、その底面が接合電極の領域をはみ出ないように形成されていることで、接続部材と接合電極との接合面が平坦になっている部分がなくなって、接合電極と接続部材とを引離すように応力が作用するのを防ぐことができる。その結果、両者の接合部分において亀裂等の破壊が生じたり亀裂が伝播するのをなくすことができる。
【００２２】
本発明の構造および作用についてより具体的に説明する。
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、熱サイクル等によって生じる電極界面近傍における破壊あるいは亀裂は、接合界面あるいは接合部分に形成された成長層とハンダとの界面において発生することが確認された。しかも、この破壊あるいは亀裂は接合界面とほぼ平行に伝播することが確認された。
【００２３】
このことから、本発明者は、接合界面に沿って熱応力等の応力が作用する場合においても、その応力によって亀裂が生じたり、亀裂が伝播しないような構造を見出すことができた。具体的には、半導体装置と回路基板とを電気的に接続する半導体装置の実装構造において、半導体装置の接合電極、または、回路基板の接合電極のうち、いずれかの接合電極の形状を凸型形状（接続部材の側に向かって凸）とすることを見出した。凸型形状としては、略半球状や略円錐状であってもよく、また、円錐形状の頂点部分を切り取った形状であってもよい。
【００２４】
しかし、凸型形状の接合電極の剛性が、ハンダ等の接続部材の剛性よりも低い場合には、応力によって凸型形状の接合電極自体が変形してしまい断線するという問題が生じることがある。そのため、凸型形状の接合電極の剛性を接続部材の剛性よりも高くすることで、そのような断線を防止できることも確認された。
【００２５】
また、凸型形状の接合電極に接続部材を接続する際に、接合電極をはみ出して接続させる場合には、接続部材の端部に発生する接続部材を接合電極から引き離す方向に生じる応力を低減させることができなくなる。そのため、発明者は、凸型形状の接合電極の範囲内において接続部材を接合させることで、電気的な接続の信頼性を確保することができることを確認した。
【００２６】
上述した構成を採用することで、熱応力等に起因する接合電極と接続部材との接合面における破壊や亀裂を効果的に防止することができる。このことを模式図を用いて説明する。図３は、図１８と同様に、熱膨張率が大きく異なる２枚の板１、１４が複数の柱９によって互いに接続されている構造を仮定する。
【００２７】
実際の半導体装置の実装構造になぞらえると、上側の板１が半導体装置、下側の板１４が回路基板、柱９がハンダにそれぞれ相当し、各板１、１４と柱９との接合部分が、半導体装置に形成された接合電極と接続部材との接合部分および回路基板に形成された接合電極と接続部材との接合部分に相当する。特に本構造では、上側の板１と柱９との接合面は略半球状の凸形状となっている。
【００２８】
温度が上昇した場合を考えると、下側の板１４は上側の板１よりも大きく膨張する。このため、外側に位置する柱９のうち下側の板１４側に位置する部分が、上側の板１側に位置する部分に比べてより大きな外側に向かって変形する力を受けることになる。
【００２９】
このとき、図４に示すように、上側の板１と柱９との接合部分に作用する応力は、柱９と板１とのなす角度が鋭角になるように変形する側においては、柱９を板１から引き離す方向に作用（引張り応力）し、鈍角になるように変形する側においては、柱９を板１に押付ける方向に作用（圧縮応力）することになる。
【００３０】
ところが、この場合には、柱９と板１との接合面が略半球状の凸形状であることで、柱９と板１とのなす角度が鋭角になるように変形する側の部分では、応力は柱９と板１との接合面にほぼ平行に作用することになる。つまり、応力は柱９と板１とを引離す方向には作用しないため、柱９と板１との接合部分には破壊が生じにくくなる。また、柱９と板１との間に破壊が生じたとしても、その破壊が伝播しにくくなる。なお、ここでは、上側の板１と柱９との接合部分、つまり半導体装置とはんだ等からなる接続部材との接合部分を例に挙げて説明したが、下側の板１４と柱９との接合部分についても同様のことがいえる。
【００３１】
凸形状の接合電極の剛性が、ハンダ等の接続部材の剛性よりも低い場合には、図６および図７に示すように、凸形状の接合電極１１そのものが変形し、繰返して応力が作用することで、接合電極１１の表面に形成された配線パターン６ａが断線してしまうことがある。これを防止するためには、はんだ等からなる接続部材９の剛性よりも接合電極１１の剛性を高くすることで、そのような配線パターンの断線を防止することができる。
【００３２】
また、図１０に示すように、接合電極１１と接続部材９との接合部分において、接続部材９の外径が接合電極１１の外径よりも大きい場合、つまり、凸型形状の接合電極９をはみ出して接続部材９が接合電極１１に接合されるような場合では、接合電極と接続部材との接合部分において、最も大きい応力の作用する外側部分では応力は柱９を接合電極１１から引離すように作用することになる。このため、接合部分の強度を十分に確保することができなくなる。したがって、接続部材９は凸型形状の接合電極１１の外径の範囲内において接合させることが望ましい。
【００３３】
なお、凸型形状の接合電極の具体的な形状としては、略半球状のほかに、略円錐状、または、円錐台の頂角部分を切り取った形状などでもよく、略半球状の場合と同様の効果が得られる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の実装構造について説明する。図１および図２に示すように、半導体装置は、配線部材１、配線部材１に接合された半導体チップ２、半導体チップ２と配線部材１とを電気的に接続するワイヤ３および半導体チップ２および配線部材１を封止する樹脂封止部４を備えている。
【００３５】
配線部材１は、スルーホール７ｂが形成された中継基板７と、中継基板７の下面に形成された略半球状の凸部１０、スルーホール５ａが形成された外側絶縁層としての絶縁材５、中継基板７と絶縁材５との間に形成された配線パターン６および半導体チップ２側の絶縁層としての絶縁材８を備えている。凸部１０とその凸部１０を覆う配線パターン６ａにより接合電極１１が構成される。
【００３６】
次に、上述した半導体装置の製造方法について説明する。まず、中継基板７を金型内にセットし、溶融した樹脂の一例としてエポキシ樹脂を金型内に注入する。金型内を加熱加圧状態に保持してエポキシ樹脂を硬化させ、中継基板７の下面の配線パターン６が形成される所定の位置に凸部１０を形成する。凸部１０の形状としては、たとえば略半球状とするのが望ましい。
【００３７】
次に、めっき等により凸部１０の表面を含む中継基板７の下面の表面上に銅（Ｃｕ）からなる配線パターン６を形成する。これにより、配線パターン６が凸部１０を覆う部分では略半球状の凸形状の接合電極１１が形成される。また、これと同時に、中継基板７の上面に銅からなる内部接続部１３を形成する。内部接続部１３と配線パターン６とを電気的に接続するために、スルーホール７ｂ内にも銅めっきを施す。そして、内部接続部１３、接合電極１１およびスルーホール７ｂ内壁の表面に厚さ約０.数μｍの金メッキを施す。
【００３８】
次に、接合電極１１が形成された部分を除いて配線パターン６の表面に、レジスト樹脂等の絶縁材料をスクリーン印刷法により印刷することで、スルーホール５ａを有する絶縁層５を形成する。そして、中継基板７の上面に接着剤層７ａを介してポリイミドからなる絶縁材８を接着する。以上の工程により配線部材１が形成される。
【００３９】
次に、ダイボンディングにより配線部材１の所定の位置に半導体チップ２を接合する。特に、配線部材１と半導体チップ２とは、熱硬化性樹脂からなるダイボンディング層８ａを介して接合することが望ましい。熱硬化性樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂が望ましい。
【００４０】
次に、一般的なワイヤボンディング法により、半導体チップ２に形成された電極１２と配線部材１に形成された内部接続部１３とを電気的に接続する。ワイヤボンディングに用いられるワイヤ３としては、直径数十μｍのフレキシブルな金属細線が好ましく、典型的には金が用いられる。
【００４１】
次に、樹脂による封止を行って樹脂封止部４を形成する。その封止方法は、金型を利用する、いわゆるトランスファモールド法や、金型を使用しない真空印刷法を適用することが望ましい。使用する封止樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が望ましい。
【００４２】
次に、はんだ等からなる接続部材９を形成する。接続部材９は接合電極１１の表面が露出しているスルーホール５ａに形成される。具体的には、スルーホール５ａの底に露出する接合電極１１の表面にフラックスを塗布後、ハンダボールを搭載する。そして、リフロー炉により加熱してハンダボールを接合電極１１に接合することで、接続部材９を形成する。以上の工程を経ることで、図１に示す半導体装置が形成される。
【００４３】
次に、得られた半導体装置における接合電極と接続部材との接合部分における耐熱衝撃性評価について説明する。
【００４４】
まず、試料として上述した方法によって形成した半導体装置を５０個用意した。また、比較のために、従来の技術の項において説明した、第１の従来技術に対応する半導体装置（比較例２）と、第２の従来技術に対応する半導体装置（比較例１）をそれぞれ５０個用意した。
【００４５】
用意した各試料を回路基板に接合し、そのすべてについて冷熱衝撃試験を行うことで接合部分における耐熱衝撃性を評価した。冷熱衝撃試験として、図５に示すように、半導体装置を１２５℃の温度雰囲気に３０分間晒し、その後−４０℃の温度雰囲気に３０分間晒すのを１サイクルとして、これを１０００サイクル行った。この後、それぞれの半導体装置の接合部分において、破壊が発生している割合（破壊の発生率）と電気的に導通することができなくなった割合（導通検査不可率）を調査した。その結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
0003653222.tif 000002
【００４７】
表１に示すように、本実施の形態に係る半導体装置の場合には、比較例１、２に比べて破壊の発生率および導通検査不可率がともに小さく、耐熱衝撃性に優れていることがわかった。
【００４８】
なお、この実施の形態では、半導体装置側の接合電極１１を凸型形状とした場合について説明したが、図１および図２に示すように、回路基板１４側においても凸状の接合電極１７を形成することで、耐熱衝撃性が向上することがわかった。この凸状の接合電極１７は、半導体装置側の接合電極１１と同様に、回路基板１４上に凸部１５を形成し、その凸部１５を覆うように配線パターン１６を形成することにより、凸部１５とその凸部１５を覆う配線パターン１６ａとして得られる。
【００４９】
また、上記実施の形態では、凸部１０として略半球形状の場合を例に挙げて説明したが、略円錐形状や、円錐形状の頂角の部分を切り取った形状でも同様の効果が得られることがわかった。
【００５０】
次に、接合電極１１に関して得られた知見について説明する。
まず、接合電極１１を構成する凸部１０の材質に関して比較検討した結果について説明する。凸部の材質として、比較的剛性の高いエポキシ樹脂と、比較的剛性の低いゴム系の材料とを適用した。そして、それぞれの材料からなる凸部を有する半導体装置を作製した。得られた半導体装置について、前述した冷熱衝撃試験を行った。試験後、各半導体装置を切断してその切断面を研磨し、接合電極付近の断面構造を観察した。
【００５１】
その結果、エポキシ樹脂を用いて凸部を形成した半導体装置では、ハンダからなる接続部材９と接合電極との接合部分には破綻は認められなかった。一方、ゴム系の材料を用いて凸部を形成した半導体装置では、凸部１０を覆う銅めっきの配線パターン６ａに断線が生じていることがわかった。
【００５２】
次に、以上のような結果について検討する。まず、凸部１０をゴム系の材料により形成した半導体装置において、接合部分に熱応力等の応力が作用する状態を模式的に図６に示す。ゴム系の材料からなる凸部１０は、はんだ等からなる接続部材９よりも剛性が低いため、応力が作用する状態では、接続部材９は塑性変形せずに、凸部１０自身が変形することで応力を緩和させようとする。このため、凸部１０を覆うように形成された配線パターン６ａも変形することになる。このような応力が繰り返して作用すると、図７に示すように、配線パターン６ａの変形した部分が金属疲労によって破綻してしまうことになる。
【００５３】
このことから、凸部１０の材料としては、はんだ等からなる接続部材９の剛性よりも高い剛性を有する材料を適用することが望ましいことがわかった。
【００５４】
なお、このような比較的剛性の高い材料としてエポキシ樹脂を例に挙げたが、接続部材９の剛性よりも高い剛性を有する材料であれば、エポキシ樹脂に限られるものではない。
【００５５】
次に、接合電極１１（凸部１０と配線パターン６ａ）の外径と、接続部材９の外径との関係について比較検討した結果について説明する。
【００５６】
試料として、図８に示すように、配線パターンを含む接合電極１１の外径ｄ１が接続部材９の外径ｄ２に略等しい半導体装置と、図９に示すように、接合電極１１の外径ｄ１よりも接続部材９の外径ｄ２の方が大きい半導体装置とを作製した。得られた半導体装置について、上述した冷熱衝撃試験を行った。試験後、各半導体装置を切断してその切断面を研磨し、接合電極１１付近の断面構造を観察した。
【００５７】
その結果、接合電極１１の外径ｄ１よりも接続部材９の外径ｄ２の方が大きい半導体装置については、図１０に示すように、接続部材９の外側部分において亀裂２０が確認された。一方、接合電極１１の外径ｄ１が接続部材９の外径ｄ２に略等しい半導体装置では、そのような亀裂は確認されなかった。
【００５８】
このような結果は、次のように考えられる。既に説明したように、接合部分が変形する際には、接続部材の外側においてより大きな応力が作用する。接合電極と接続部材の接触面が平坦な場合には、たとえば図２０に示すように、接続部材の外側部分において接続部材と接合電極とを引離すように応力が作用する。
【００５９】
接合電極１１の外径ｄ１よりも接続部材９の外径ｄ２の方が大きい半導体装置では、図１０に示すように、接続部材９の外側部分では接続部材９と配線パターン６との接触面は平坦になっている。このため、この部分では接続部材９と配線パターン６とを引離すように応力が作用することになる。その結果、この部分において亀裂が生じたものと考えられる。
【００６０】
このことから、接続部材９の外径ｄ２は接合電極１１の外径ｄ１と略等しいか、接合電極１１の外径ｄ１よりも小さいことが望ましいことがわかった。つまり、接続部材９は接合電極１１の領域内において接続されていることが望ましいことがわかった。
【００６１】
また、この冷熱衝撃試験により生じた破壊は、図１１に示すように、ほとんど半導体装置のコーナー部分Ａに位置する接合電極と接続部材との接合部分において発現していることがわかった。これは、熱膨張係数の違いにより発生する歪は、実装構造の中央部から離れたところほど大きくなるためであると考えられる。このことから、半導体装置のコーナー部分Ａに位置する接合電極だけを接続部材の側に向かって凸状とすることでも、亀裂等の破壊を防止できる効果が得られると考えられる。
【００６２】
以上の結果から、半導体装置の実装構造によれば、半導体装置を搭載した基板において、半導体装置と基板との電気的な接続の信頼性が長期間安定して確保できることが確認された。
【００６３】
次に、接合電極１１のすそ野の角度に対する接合電極１１と接続部材９との接合信頼性の関係について調査した結果について説明する。
【００６４】
図１２は、動作時における半導体装置の任意の接続部分の状態を模式的に示した図である。図１２に示すように、半導体装置の実装構造における中心位置から半導体装置の任意の接合電極１１までの長さをＬ１、また中心位置からこの接合電極１１と接続される回路基板側の接合電極までの長さをＬ２、接続部材９の高さをｈとすると、接続部分の鋭角に変形した側の角度θ１は次の式で表される。なお、ここでは、Ｌ１＜Ｌ２とする。
【００６５】
θ１＝ｔａｎ-1[ｈ／（Ｌ２−Ｌ１）]
試料として、図１３に示すように、接合電極１１のすそ野の角度θがθ１に等しい構造のもの（試料Ａ）、図１４に示すように、接合電極１１のすそ野の角度θがθ１よりもかなり小さい構造のもの（試料Ｂ）、図１５に示すように、接合電極１１のすそ野の角度θがθ１よりも大きい構造のもの（試料Ｃ）を、それぞれ作製した。ただし、ここでは、０＜θ≦９０°とする。また、接合電極１１の外径と接続部材９の外径を略等しく設定した。
【００６６】
これらの試料について、上述した冷熱衝撃試験を２０００サイクル行った。試験後、各半導体装置の実装構造の接続部分を切断してその切断面を研磨し、接合電極付近の断面構造を観察した。
【００６７】
その結果、試料Ｂについては、図１６に示すように、接合電極１１と接続部材９との界面に亀裂２０が認められた。試料Ｃでは、図１７に示すように、接続部材９の端部に変形と剥離２１が認められた。試料Ａでは、特に亀裂等は認められなかった。
【００６８】
このような結果は、次のように考えられる。試料Ｂではすそ野の角度が比較的小さく、図１９に示すように、従来の実装構造に近い状態で接合電極１１と接続部材９とが接続されているため、接続部材９が鋭角に変形する側において接合電極１１と接続部材９とを引離すように応力が作用するために亀裂が生じたと考えられる。
【００６９】
また、試料Ｃでは、接合電極１１と接続部材９との界面に発生する応力に対抗する力（反力）が界面の外側に向かって作用したこと、そして、接続部材９の端部における厚みが薄くなって強度が低下したことによって変形や剥離が生じたと考えられる。
【００７０】
上記説明では、実装構造における任意の接合電極を例に挙げて説明したが、実際は、前述したように、実装構造の中央部から離れたところほど歪が大きくなり、この部分に位置する接合電極と接続部材との接合部分において亀裂等の破壊が生じやすい。
【００７１】
したがって、亀裂等の破壊を効果的に防止するには、半導体装置の動作時において実装構造の略中心から最も離れたところに位置する接続部材の変形角度に実質的に等しくなるように、接合電極のすそ野の角度θを設定することが望ましい。また、接合電極１１の曲率を任意に設定すれば、接合電極の高さはすそ野の角度θから必然的に決まることになる。
【００７２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の実装構造によれば、接続部材に柱状の接続部分が形成されていることで、温度が上昇して基板が半導体装置に比べて熱膨張する際に、接続部材において鋭角に変形する側の角度がこの柱状の接続部分において明確に特定される。これにより、この柱状の接続部分において特定される角度と凸状の第１の接合電極のすそ野の角度とに基づいて、接続部材と第１の接合電極との接合面に対して略平行になるように応力を作用させることができる。しかも、柱状の接続部分を形成するスルーホールは、その底面が第１の接合電極の領域をはみ出ないように形成されていることで、接続部材と第１の接合電極との接合面が平坦になっている部分がなくなって、第１の接合電極と接続部材とを引離すように応力が作用するのを防ぐことができる。その結果、両者の接合部分において亀裂等の破壊が生じたり亀裂が伝播するのをなくすことができる。
【００７４】
その少なくとも一方の接合電極は、半導体装置に形成された凸状部とその凸状部を覆うように形成された導電層とを含み、凸状部の剛性は接続部材の剛性と実質的に同じかまたはそれよりも大きいことで、導電層が断線するのを防止することができる。
【００７５】
より具体的には、凸状部はエポキシ樹脂を含み、接続部材ははんだを含んでいることが好ましい。
【００７６】
さらに、上述した第１の接合電極は、半導体装置のコーナー近傍に配置されていることで、亀裂が生じるのを効果的に防止することができる。
【００７７】
本発明に係る半導体装置によれば、基板に実装された状態で温度が上昇して基板が半導体装置に比べて熱膨張する際に、接続部材に柱状の接続部分が形成されていることで、接続部材において鋭角に変形する側の角度がこの柱状の接続部分において明確に特定される。これにより、この柱状の接続部分において特定される角度と凸状の接合電極のすそ野の角度とに基づいて、接続部材と接合電極との接合面に対して略平行になるように応力を作用させることができる。しかも、柱状の接続部分を形成するスルーホールは、その底面が接合電極の領域をはみ出ないように形成されていることで、接続部材と接合電極との接合面が平坦になっている部分がなくなって、接合電極と接続部材とを引離すように応力が作用するのを防ぐことができる。その結果、両者の接合部分において亀裂等の破壊が生じたり亀裂が伝播するのをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る半導体装置の実装構造の一断面図である。
【図２】  同実施の形態において、図１に示す半導体装置の実装構造の部分拡大断面図である。
【図３】  同実施の形態において、図１に示す半導体装置の実装構造の効果を説明するための断面模式図である。
【図４】  同実施の形態において、図１に示す半導体装置の実装構造の効果を説明するための部分拡大断面模式図である。
【図５】  同実施の形態において、図１に示す半導体装置の実装構造を評価するための冷熱衝撃試験の温度サイクルを示す図である。
【図６】  同実施の形態において、接合電極を構成する凸部の材質の違いによる接合強度を説明するための第１の断面模式図である。
【図７】  同実施の形態において、接合電極を構成する凸部の材質の違いによる接合強度を説明するための第２の断面模式図である。
【図８】  同実施の形態において、接合電極の外径の違いによる接合強度を説明するための第１の断面模式図である。
【図９】  同実施の形態において、接合電極の外径の違いによる接合強度を説明するための第２の断面模式図である。
【図１０】  同実施の形態において、接合電極の外径の違いによる接合強度を説明するための第３の断面模式図である。
【図１１】  同実施の形態において、図１に示された半導体装置の下面図である。
【図１２】  同実施の形態において、半導体装置と基板との接続部分を示す断面模式図である。
【図１３】  同実施の形態において、接合電極のすそ野の角度の違いによる接合強度を説明するための第１の断面模式図である。
【図１４】  同実施の形態において、接合電極のすそ野の角度の違いによる接合強度を説明するための第２の断面模式図である。
【図１５】  同実施の形態において、接合電極のすそ野の角度の違いによる接合強度を説明するための第３の断面模式図である。
【図１６】  同実施の形態において、接合電極のすそ野の角度の違いによる接合強度を説明するための第４の断面模式図である。
【図１７】  同実施の形態において、接合電極のすそ野の角度の違いによる接合強度を説明するための第５の断面模式図である。
【図１８】  従来の半導体装置の実装構造（第１の従来技術）における問題点を説明するための第１の断面模式図である。
【図１９】  従来の半導体装置の実装構造（第１の従来技術）における問題点を説明するための第２の断面模式図である。
【図２０】  従来の半導体装置の実装構造（第１の従来技術）における問題点を説明するための第１の部分断面模式図である。
【図２１】  従来の半導体装置の実装構造（第２の従来技術）における問題点を説明するための部分断面模式図である。
【符号の説明】
１  配線部材、２  半導体チップ、３  ワイヤ、４  樹脂封止部、５、８  絶縁材、５ａ  スルーホール、６、６ａ、１６、１６ａ  配線パターン、７  基板、７ａ  接着剤層、８ａ  ダイボンディング層、９  接続部材、１０、１５  凸部、１１、１７  接合電極、１２  電極、１３  内部接続部、１４  回路基板、２０  亀裂、２１  剥離。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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