(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続用の電極が形成された電極形成面を有する半導体素子と半導体素子の電極形成面の裏面の中央部のみと局部的に接着材により接合されたハンドリング用の保持部を備えた半導体装置をワークに実装した半導体装置の実装構造であって、前記半導体素子の電極をワークの回路電極に接合した実装状態において半導体素子の外端部を自由端とすることにより、半導体素子のみがワークの変形に追従して変形することを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項２】
前記半導体素子の厚みが、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の実装構造。
【請求項３】
前記保持部の端部が、ワークに接合されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部接続用の電極が形成された電極形成面を有する半導体素子を備えた半導体装置をワークに実装して成る半導体装置の実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子をパッケージングして製造される半導体装置を基板などのワークに実装する実装構造として、半導体装置に形成された半田バンプなどの突出電極をワークの回路電極に接合した構造が知られている。このような実装構造において、実装後の接合信頼性を確保するためには、半田バンプなどの突出電極の接合部に作用する応力を低減することが求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の半導体装置の実装構造においては、実装後の環境温度変化によって半導体素子とワークとの熱膨張率の差に起因して発生する熱応力は主として接合部に集中して作用し、この熱応力が繰り返し作用するヒートサイクルによって接合部の破断を生じやすく、実装後の信頼性が確保されないという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、実装後の信頼性を確保することができる半導体装置の実装構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体装置の実装構造は、外部接続用の電極が形成された電極形成面を有する半導体素子と半導体素子の電極形成面の裏面の中央部のみと局部的に接着材により接合されたハンドリング用の保持部を備えた半導体装置をワークに実装した半導体装置の実装構造であって、前記半導体素子の電極をワークの回路電極に接合した実装状態において半導体素子の外端部を自由端とすることにより、半導体素子のみがワークの変形に追従して変形する。
【０００６】
請求項２記載の半導体装置の実装構造は、請求項１記載の半導体装置の実装構造であって、前記半導体素子の厚みが、２００μｍ以下である。
【０００８】
請求項３記載の半導体装置の実装構造は、請求項１記載の半導体装置の実装構造であって、前記保持部の端部が、ワークに接合されている。
【００１３】
本発明によれば、半導体素子の電極をワークの回路電極に接合した実装状態において半導体素子がワークの変形に追従して変形する構成とすることにより、半導体装置とワークとの接合部に作用する応力を低減して、実装後の信頼性を確保することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の半導体装置の実装構造の斜視図、図２は本発明の実施の形態１の半導体装置の実装構造の側断面図、図３は本発明の実施の形態１の半導体装置の実装構造における半田接合部の応力解析結果を示すグラフである。
【００１５】
図１において、ワークである基板１には半導体装置２が実装されている。半導体装置２はシリコンを薄片状に加工した半導体素子２’を備えており、半導体素子２’の下面は、外部接続用の電極である金属バンプ３（以下、単に「バンプ」３と略記。）が形成された電極形成面となっている。バンプ３を基板１の回路電極１ａ（図２参照）に半田接合することにより、半導体装置２は基板１に実装される。
【００１６】
図２（ａ）において、半導体素子２’は機械研磨やエッチングなどを用いた薄化工程を経て厚みｔが２００μｍ以下となっている。一般に、半導体素子２’をバンプ３を介して基板１に実装した状態では、半導体素子２’の厚み寸法が小さいほど、また実装高さ（半導体素子下面の基板上面からの高さ）が高いほど実装後の接合信頼性が優れている。このため、本実施の形態１に示す実装構造では、上述のように半導体素子２’を薄化して厚みｔを２００μｍ以下に設定すると共に、実装高さｈが厚みｔよりも十分大きくなるよう、寸法設定される。すなわち、半導体装置２の製造過程においては、バンプ３の高さ寸法は半導体素子２’の厚みよりも大きくなるように設定される。
【００１７】
図２（ｂ）は、半導体装置２を基板１に実装した実装構造において、実装後に基板１に何らかの外力により、撓み変形が発生した状態を示している。半導体素子２’は上述のように薄くて撓みやすいため、基板１の撓み変形に対して半導体素子２’が追従して変形する。発明者らの実験によれば、半導体素子２’の厚みｔが２００μｍを下回るようになると、実装状態において基板１の変形に対する追従性が明瞭に認められるようになる。
【００１８】
そしてこの２００μｍ程度の厚みの半導体素子２’を用いた実装構造では、半田接合部に発生する応力が適正レベル以下に保たれることが解析結果によって示されている。図３はこの解析結果を示すものであり、バンプ３と回路電極１ａとの半田接合部に発生する応力と、半導体素子２’の厚さｔとの相関を示している。図３から判るように、厚さｔが２００μｍでは、半田接合部の応力は１ｋｇ／ｍｍ２以下で、破断の発生を防止するために十分に低いレベルにある。さらに厚みｔが１００μｍ以下になると、厚みの減少に伴って半田接合部の応力が急激に低下していることが判る。
【００１９】
すなわち、半導体素子の厚みｔが２００μｍ以下の半導体装置を用いることにより、基板１の変形時に半導体素子２’の追従性を確保することができ、更に厚みｔを１００μｍ以下に設定することにより、半田接合部の応力レベルを大幅に低下させることができる。このように、半導体素子２’を極薄とすることにより、実装後にアンダーフィル樹脂を充填するなどの補強処理を必要とすることなく半田接合部の応力が緩和され、簡易な形態のパッケージ構造で実装後の信頼性を確保することができる。
【００２０】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の半導体装置の実装構造の斜視図、図５、図６は本発明の実施の形態２の半導体装置の実装構造の側断面図である。
【００２１】
図４において、基板１１には半導体装置１２が実装されている。半導体装置１２は実施の形態１に示す半導体素子２’と同様の半導体素子１２’を備えており、半導体素子１２’の下面は、外部接続用の電極であるバンプ１３が形成された電極形成面となっている。バンプ１３を基板１１の回路電極１１ａ（図５参照）に半田接合することにより、半導体装置１２は基板１１に実装される。
【００２２】
図５（ａ）において半導体装置１２は、半導体素子１２’の電極形成面の裏面に、接着材１５により接合されたハンドリング用の保持部としてのバンパ部材１４とを備えた構成となっており、バンパ部材１４のサイズＢ２は半導体素子１２’のサイズＢ１よりも大きく、その外周端は、半導体素子１２’の外周端よりも外側に突出している。バンパ部材１４は半導体素子１２’の中央部のみと接着材１５によって局部的に接合された構造となっている。半導体素子１２’の外端部は、バンパ部材１４に対して自由端となっており、熱膨張で半導体素子１２’とバンパ部材１４のサイズが変化しても半導体装置１２が反る心配がない。
【００２３】
この半導体装置１２を基板１１に実装して成る実装構造において、図５（ｂ）に示すように、実装後に基板１１に何らかの外力により、撓み変形が発生した場合には、半導体装置１２のうち半導体素子１２’は薄くて撓みやすいため、基板１１の撓み変形に対して半導体素子１２’のみが追従して変形する。このとき、バンパ部材１４は半導体素子１２’の中央部のみと局部的に接合されているため、半導体素子１２’の変形は、バンパ部材１４によって拘束されることなく許容される。これにより、本実施の形態２に示す半導体装置の実装構造においても、実施の形態１に示す例と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
図６は、バンパ部材として、周囲に突部１４’ａが設けられ半導体素子１２’が接合される部分に凹部１４’ｂが形成された形状のバンパケース１４’を用いた例を示している。バンパケース１４’は、図４に示す例と同様に半導体素子１２’と中央部のみ局部的に接着材１５によって接合されている。
【００２５】
この半導体装置の実装構造は、バンプ１３を基板１１の回路電極１１ａに接合するとともに、バンパケース１４’の端部に設けられた突部１４’ａを基板１１に接着材１６によって接合することにより、半導体装置を基板１１に固定する形態となっている。この実装構造においても、半導体素子１２’の変形が許容される構造となっており、実施の形態１に示す例と同様の効果を得る。また、バンパケース１４’はハンドリング時において半導体素子１２’の側方をも保護し、実装後にはバンパケース１４’によって基板の変形が防止され、実装後の信頼性が更に向上している。
【００２６】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３の半導体装置の実装構造の斜視図、図８、図９は本発明の実施の形態３の半導体装置の実装構造の側断面図である。
【００２７】
図７において、基板２１には半導体装置２２が実装されている。半導体装置２２は実施の形態１に示す半導体素子２’と同様の半導体素子２２’を備えており、半導体素子２２’の下面は、外部接続用の電極であるバンプ２３が形成された電極形成面となっている。バンプ２３を基板２１の回路電極２１ａ（図８参照）に半田接合することにより、半導体装置２２は基板２１に実装される。
【００２８】
図８（ａ）において半導体装置２２は、半導体素子２２’の電極形成面の裏面に、接着材２５により接合された補強部材としてのバンパ部材２４を備えた構成となっており、バンパ部材２４のサイズＢ２は半導体素子２２’のサイズＢ１よりも大きく、その外周端は、半導体素子２２’の外周端よりも外側に突出している。バンパ部材２４は半導体素子２２’と接着材２５によって接合された構造となっている。ここで、接着材２５は低弾性係数の樹脂接着材であり、エラストマーなど接合状態における弾性係数が小さく、小さな外力で容易に伸縮する材質が用いられる。すなわち接着材２５は半導体素子２２’の変形を許容する状態で、この半導体素子２２’をバンパ部材２４に接合している。
【００２９】
この半導体装置２２を基板２１に実装して成る実装構造において、図８（ｂ）に示すように、実装後に基板２１に何らかの外力により、撓み変形が発生した場合には、半導体装置２１のうち半導体素子２２’は薄くて撓みやすく、しかも接着材２５は低弾性係数の変形しやすい材質を用いていることから、基板２１の変形に対して半導体素子２２’と接着材２５の接着層が追従変形する。したがって、半導体素子２２’の変形は、バンパ部材２４によって拘束されることなく許容される。これにより、本実施の形態３に示す半導体装置の実装構造においても、実施の形態１に示す例と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
図９は、バンパ部材として、周囲に突部２４’ａが設けられ半導体素子３２’が接合される部分に凹部２４’ｂが形成された形状のバンパケース２４’を用いた半導体装置３２を示している。バンパケース２４’は、図７に示す例と同様に半導体素子３２’と接着材２５によって接合されている。
【００３１】
この半導体装置の実装構造は、バンプ２３を基板２１の回路電極２１ａに接合するとともに、バンパケース２４’の端部に設けられた突部２４’ａが基板２１に接合されることにより、半導体装置２２が基板２１に固定される形態となっている。この実装構造においても、半導体素子２２’のたわみが許容される構造となっており、実施の形態１に示す例と同様の効果を得る。また、バンパケース２４’はハンドリング時において半導体素子２２’の側方をも保護し、実装後にはバンパケース２４’によって基板の変形が防止され、実装後の信頼性が更に向上している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子の電極をワークの回路電極に接合した実装状態において半導体素子がワークの変形に追従して変形する構成としたので、半導体装置とワークとの接合部に作用する応力を低減して、実装後の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置の実装構造の斜視図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１の半導体装置の実装構造の側断面図
（ｂ）本発明の実施の形態１の半導体装置の実装構造の側断面図
【図３】本発明の実施の形態１の半導体装置の実装構造における半田接合部の応力解析結果を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態２の半導体装置の実装構造の斜視図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２の半導体装置の実装構造の側断面図
（ｂ）本発明の実施の形態２の半導体装置の実装構造の側断面図
【図６】本発明の実施の形態２の半導体装置の実装構造の側断面図
【図７】本発明の実施の形態３の半導体装置の実装構造の斜視図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３の半導体装置の実装構造の側断面図
（ｂ）本発明の実施の形態３の半導体装置の実装構造の側断面図
【図９】本発明の実施の形態３の半導体装置の実装構造の側断面図
【符号の説明】
１，１１，２１  基板
２，１２，２２  半導体装置
３，１３，２３  バンプ
１４，２４  バンパ部材
１５，２５  接着材
【図１】
0003610903.tif 000002
【図２】
0003610903.tif 000003
【図３】
0003610903.tif 000004
【図４】
0003610903.tif 000005
【図５】
0003610903.tif 000006
【図６】
0003610903.tif 000007
【図７】
0003610903.tif 000008
【図８】
0003610903.tif 000009
【図９】
0003610903.tif 000010