(57)【要約】本発明は、応力緩衝手段が互いに応力緩衝効果に影響しあわない個々の応力緩衝要素を有することを特徴とする、半導体部品のための応力緩衝パッケージに関する。さらに、本発明は、半導体部品のための応力緩衝パッケージを製造する方法に関する。
2009524922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体部品のための応力緩衝パッケージであって、
少なくとも１つの電気素子と、
前記素子に電気的に接続している入出力パッドと、
前記電気素子を保護して、少なくとも部分的には入出力パッドを露出させるパッシベーション層であり、該パッシベーション層の上面は前記電気素子から見て外方に向くパッシベーション層と、
前記入出力パッドに電気的に接続しているはんだボールと、
前記入出力パッドおよび前記はんだボールの間で生じる応力を吸収するための応力緩衝手段と、
を備える応力緩衝パッケージにおいて、
該応力緩衝手段は個別の応力緩衝要素を含み、各応力緩衝要素が、少なくとも１つのはんだボールを備えるグループに生じた応力を実質的に吸収することで、応力緩衝要素による応力の吸収が他の応力緩衝要素の応力緩衝効果に影響を与えないことを特徴とすることを含む応力緩衝パッケージ。
【請求項２】
前記各応力緩衝要素が、はんだボールに対応することを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記応力緩衝要素が、電気伝導性材料を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記応力緩衝要素が、主にアルミニウムを含むことを特徴とする、請求項３に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記各応力緩衝要素が、前記パッシベーション層の上側に延在することを特徴とする、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項６】
半導体部品のための応力緩衝パッケージであって、
入出力パッドを有する少なくとも１つの電気素子と、
前記電気素子を保護して、少なくとも部分的には入出力パッドを露出させるパッシベーション層であり、該パッシベーション層の上面は前記電気素子から見て外方に向くパッシベーション層と、
前記入出力パッドに電気的に接続しているはんだボールと、
前記入出力パッドおよび前記はんだボールの間で生じる応力を吸収するための応力緩衝手段と、
を備える応力緩衝パッケージにおいて、
該応力緩衝手段は、個別の応力緩衝要素を含み、各応力緩衝要素が、パッシベーション層の開口部に備えられる第１の部分と、パッシベーション層の上面に延在する第２の部分を備え、パッシベーション層の上面に平行な方向の第１の部分の寸法が第２の部分の方向に対応する寸法よりも小さいことを特徴とする、応力緩衝パッケージ。
【請求項７】
はんだボールの配置に適した半導体部品のための応力緩衝パッケージであって、
入出力パッドを有する少なくとも１つの電気素子と、
前記電気素子を保護して、少なくとも部分的には入出力パッドを露出させるパッシベーション層であって、その上面は前記電気素子から見て外方に向くパッシベーション層と、
はんだボールを配置するための結合パッドであって、前記入出力パッドに電気的に接続している結合パッドと、
前記入出力パッドおよび前記はんだボールの間で生じる応力を吸収するための応力緩衝手段と、
を備える応力緩衝パッケージにおいて、
該応力緩衝手段は個別の応力緩衝要素を含み、各応力緩衝要素が、はんだボールが結合パッド上に配置されたときに、少なくとも１つの結合パッドを備えるグループに生じる応力を実質的に吸収することで、応力緩衝要素による応力の吸収が他の応力緩衝要素の応力緩衝効果に影響を与えないことを特徴とする、応力緩衝パッケージ。
【請求項８】
前記はんだボールを介して基材に電気的に接続している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の応力緩衝パッケージを備える集合体。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の応力緩衝パッケージを備え、前記少なくとも１つの電気素子が、音声信号を受信し増幅するための回路を備えることを特徴とする音声回路。
【請求項１０】
請求項１に記載のパッケージに用いるための応力緩衝要素において、はんだボールを有するグループから実質的に応力を吸収する応力緩衝要素が、電気素子の中心から離間した位置に配置されていて、その距離が、限界距離よりも大きいことを含む請求項１に記載のパッケージ。ことを含む
【請求項１１】
半導体部品のための応力緩衝パッケージを製造する方法において、
入出力パッドおよびパッシベーション層を備え、該パッシベーション層は、前記電気素子を保護し、少なくとも部分的には入出力パッドを露出し、前記電気素子から見て外方に向く、少なくとも１つの電気素子を与えるステップと、
導電性の応力緩衝要素であって、各要素は一方ではパッシベーション層内で入出力パッドの上に形成された開口の中に、他方ではパッシベーション層の上面に延在する応力緩衝要素を与えるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
接合層を応力緩衝要素に適用することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記接合層を前記応力緩衝要素の各自由面に適用することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に示すように、半導体部品のための応力緩衝パッケージに関する。ここでは、チップスケールパッケージと称されるものが想定している。例えば、ダイオード、トランジスタ、ＭＥＭＳまたはコンデンサを備える電気素子が、追加的なキャリアを用いることなく、はんだボールよってプリント回路基板などの基材に固着されている。チップスケールパッケージは、特に、パワートランジスタと称されるものや、ＥＳＤダイオードに用いられ、通常は、レジスタ、コンデンサ、コイルの全てまたはいずれか１つから成る受動フィルタと組み合わされる。さらに、チップスケールパッケージは、特にＦＭラジオに用いられる。これは、全体として携帯電話でラジオ機能を果たすことができる、アンプと、チューナと、更に必要となり得る任意の回路とを備える半導体である。携帯電話においては利用可能な空間が小さいため、パッケージの寸法が最重要点である。
【０００２】
通常は、チップスケールパッケージのはんだボールを、はんだボールに対応する電極を備えているマザーボードまたはプリント回路基板に直接載置する。はんだボールは、基板にはんだ付けされ、電子装置が得られる。前記はんだ付けの間および装置の使用の間、応力は、基材の素材と、例えば、半導体のシリコンとの間の、熱膨張の違いの結果として発生する。前記応力は、具体的には、はんだボール内ならびにはんだボールと下の構造との接触面において発生する。仮に処置がとられない場合は、特に熱サイクルおよび落下試験の間における電子装置の信頼度が不十分になる。このことにより、前段で述べたような、応力吸収のための応力緩衝手段が入出力パッドとはんだボールの間に備えられるような、応力緩衝パッケージがもたらされることとなった。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１は、絶縁性応力緩衝樹脂層を利用するチップスケールパッケージについて述べている。関連するパッケージ１０を、図１に示す。エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂で構成される応力緩衝樹脂層１２は、弾性率０．０１〜８ＧＰａを有し、従って、比較的可撓性である。樹脂層でパッシベーション層１４上を覆った後に、ホールをエッチングし、入出力パッドと称されるものを露出する。そして、ホールを、可撓性導電層１８で充填する。導電層は、銅、鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、銀または金のうち少なくとも１つからなる粉末材料を含んでいる。最後に、はんだボール２０は、導電層１８に配置される。応力緩衝層１２および導電層１８は、共に応力緩衝手段２２を形成する。層１２は、熱膨張係数４０〜６００ｐｐｍ／Ｋを有する弾性体で構成されている。これにより、特許文献１に示される全ての実施形態について、少なくとも熱機械的な観点においては、応力緩衝手段２２が阻害されないようにすることが得られる。応力緩衝層１２および導電層１８は、両方とも可撓性であるので、１つのはんだボールで起こっている応力は応力緩衝手段２２を経て隣接するはんだボールに伝導する可能性がある。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００８２１０１号明細書
【０００４】
特許文献１に記載されているように、前記方法は多くの困難かつ高コストのステップを含み、例えば、リソグラフィ、エッチング、プラズマ表面処理、スクリーン印刷などを含む。加えて、導電層１８は、特にウェハ製造工場において、半導体を製造するときに問題を起こすような材料を含む。銅または金のような材料の使用により、シリコン中の電子回路が影響される。
【０００５】
他の周知の解決法を図２に示す。図２は、ポリイミドの応力緩衝層３２がパッシベーション層３４の上に形成されるパッケージ３０を示す。開口部は層３２に存在し、図示されるように、この開口部はパッシベーション層の開口部と少なくとも部分的には一致する。バンプ下地金属３６（ＵＢＭ）は、一部は応力緩衝層３２上に、一部は（入出力パッド４０との接触のために）開口部内に存在する。ＵＢＭは、このように逆さにしたカウボーイハットの形状を有する。ＵＢＭはパッシベーション層およびバッファ層の開口部を完全に充填しないので、くぼみが形成される。その結果、はんだボール３８は、前記くぼみ内に一部存在する。この解決法においても、応力緩衝手段は応力緩衝層３２を有し、かつ、ＵＢＭ層は熱機械的に連続である。実際問題として、ＵＢＭ層は、応力緩衝層およびはんだボールの材料と比較すると、確実に硬質層であり、該硬質層は一般にニッケルから成って、周囲のポリイミド層を経て隣接するＵＢＭ構造に起こる応力を伝導する。
【０００６】
いわゆる熱循環の間に、加熱および冷却の様々な段階が発生する。これは、例えば、特許文献２および特許文献３などにも示されており、また、ＢＧＡパッケージによっても周知である。熱循環に伴う最大の課題は、通常、パッケージの中心から最も遠いはんだボールにおいて発生する（すなわち、半導体の中心は、中性点としても示される）ことは、周知の事実である。結局、熱循環において、基板は、半導体より膨張する。従って、加熱した際に、半導体の中心に対して、半導体の左側の端は左の方へ引っ張られ、右側の端は右の方へ引っ張られる。半導体と基板の動きの違いは、半導体の端において、中心部のどこかにおいてよりも大きい。
【特許文献２】英国特許第２，１３５，５２５号明細書
【特許文献３】欧州特許第００６４８５４号明細書
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、応力緩衝体を備えている信頼性の高い半導体用パッケージを提供することを目的とする。
【０００８】
この目的は、応力緩衝手段が、個別の応力緩衝要素を含み、当該応力緩衝要素のそれぞれが、少なくとも１つのはんだボールを備えるグループに生じた応力を実質的に吸収し、従って、１つの応力緩衝要素による応力の吸収が他の応力緩衝要素の応力緩衝効果に影響しないことを特徴とするパッケージを提供することにより達成される。
【０００９】
本発明の基礎となる考え方は、応力緩衝手段をより小さい個別の要素に分割することによって、具体的には、別々の応力緩衝要素をそれぞれのはんだボールに備えることによって、信頼度が向上するということである。各応力緩衝要素は、電気素子と付随する基板における熱膨張の違いの結果としてはんだボールおよび下の構造において生じた応力のうち、少なくとも大部分を吸収し、そして、パッケージ内の電気接続の早期の破砕や機能不全を予防する。
【００１０】
この向上した信頼性は、応力緩衝要素が接続されない場合にのみ得られるが、これはパッシベーション層を設けることにより影響を受ける。とりわけ、これは、応力緩衝要素の上面、側面、およびこれら側面の少なくとも一部で、応力緩衝要素がパッシベーション層と接触面を有さないことが好ましいということを意味する。
【００１１】
分離している（熱機械学的には分離している）応力緩衝要素は、応力の緩和および変形について、従来技術では提供されなかった少なくとも２つの付加的な機構をもたらす。
【００１２】
既に述べたように、半導体および基板の動きの違いは、半導体の端において、中心部のどこかにおいてよりも大きい。従って、１つのはんだボールにおける応力の量は、他のはんだボールよりも大きい。応力緩衝手段を分割せずに、熱機械的に連続的なときに、１つのはんだボールによって発生した応力が隣接したはんだボールに伝導することは考えられ、このような場合に、応力は予測不可能な場所で蓄積し、局所的に亀裂が形成される可能性がある。例えば、これは、はんだボールおよび付随する接続構造の間の接触面で起こり得る。隣接したはんだボールで起こる応力は、例えば、前記応力が互いに強め合うというような方法で、その間に配置されるはんだボールに伝導することがあり得る。本発明による解決策は、この様な応力の集中の発生を予防する。
【００１３】
応力緩衝要素およびはんだボールの組み合わせは、２つの連続接続したばねと考えることができる。前記ばねは、特定の熱循環状況に依存して、最適にばね自体を調整することができ、従って、第２の有利な機構をもたらす。前記調整は、基材から半導体まであらゆる接続によって異なり、すなわち、全てのはんだボールおよび応力緩衝要素の組み合わせによって異なる。
【００１４】
応力緩衝要素が、隣接している応力緩衝要素から、熱機械的に独立しているという事実が、本発明による解決法を従来技術による解決法より差別化している。
【００１５】
更なる関連態様としては、本発明による構造が応力緩衝手段における再配分と組み合わせて使用されることに適当であるとは思われないということが挙げられる。このような再配分トラックは、パッシベーション層に接続し、基材への接続と共に、再配分トラックと、はんだボールを有するバンプパッドとの間の接続が失敗となる。
【００１６】
本発明は更に、請求項６に係る半導体部品のための応力緩衝パッケージに関し、そして、請求項７に係るはんだボールを配置することに適している半導体部品のための応力緩衝パッケージに関する。本発明は、更に、基材および応力緩衝パッケージから成るアセンブリ、応力緩衝要素、応力緩衝パッケージを備える音声回路および半導体部品のための応力緩衝パッケージを製造する方法に関する。
【００１７】
既に示したように、各入出力パッドについて、個別の、熱機械的に分離した応力緩衝要素が備えられていれば有利である。しかし、１つの応力緩衝要素を、互いに隣接して配置されたいくつかのはんだボールを含む群のために用いるか、または、更なる接続層によって、応力緩衝要素を多数のはんだボールに相互接続することは除外されない。このことは特に、半導体の中心線の近くに位置するはんだボールについて行われている。その上、多数の熱機械的にかなり単純なはんだボールの接続および固定は、とにかく、再配分を実行することを可能にすると考えられる。
【００１８】
導電性素材の応力緩衝要素が用いられることが好ましく、その中では、はんだボールを入出力パッドに電気的に接続する機能は、発生する応力を吸収する機能と組み合わされる。応力緩衝要素は、個別の、パターニング済みの要素であるので、これはいかなる短絡の問題も生じさせない。
【００１９】
応力緩和手段およびはんだボールは、それらが同等の弾力、可塑性、および熱膨張係数を有するように選択することが好ましい。ヤング率においては、両方が１０〜１００ＧＰａの弾性率を有するときに有利であり、２０〜８０ＧＰａでより有利であり、２５〜７５ＧＰａでさらに有利である。類似の効果が可塑性値について得られている。両方にとって有利な値は２０〜２５０ＭＰａの塑性限界であり、この範囲がより狭い場合に、より有利である。良好な結果は、アルミニウム合金の応力緩衝要素（ヤング率６０ＧＰＡ、塑性限界２００ＭＰａ）、およびＳＡＣはんだ（ヤング率３２ＧＰａと、および塑性限界２０ＭＰａを有する錫−銀−銅はんだ）と称されるものの組み合わせによって達成される。これらは両方とも、熱膨張係数２０〜２５ｐｐｍ／Ｋを有する。
【００２０】
応力緩衝要素は、ニッケルなどのはんだのための接合剤によって覆われることが好ましい。ニッケルが十分な厚さ有し、特にＳＡＣなどの錫の多いはんだの使用と組み合わされることが好ましい。実際、このはんだはゆっくりとＮｉを溶解する傾向がある。Ｎｉ層が完全に消費されると、はんだボールはもはや接着せず、接続の寿命は尽きる。少なくとも０．４μｍの厚さを有するＮｉ層により有利な結果が達成されたが、厚さ０．８μｍはより好ましく、さらに厚いことはさらに好ましい。この接続において、アルミニウム（合金）およびはんだよりも、ニッケルの剛性及び弾性限界の両方が、非常に高いことに注意されたい。例えば、ニッケルは１６１ＧＰａのヤング率を有する。
【００２１】
前記Ｎｉ層は、通常、ニッケルが溶解することを防ぐ抑制剤でドープする。この目的のために、８％のバナジウムをＮｉに使用することは可能である。ＮｉＡｕ電極の場合、５〜１０％のリンを加えることが好ましい。接合剤層に要求される厚さは、はんだボールの直径、およびフォルダの具体的な型、そして当然、電子装置が使用中に曝される状態にも依存する。
【００２２】
接合層を、応力緩衝要素の上面だけでなく、各応力緩衝要素の側面において、少なくとも、該側面の下のパッシベーション層と接触面を有さない部分についても適用することは非常に有利である。具体的な結果としては、はんだが前記面にも延在することができるということである。これにより、接合面が応力緩衝要素の上面のみに存在する場合よりも、はんだおよび下の表面のなす角がより異なった角度となる。このような、異なった、より有利な角度は、横方向の、すなわち、基材に対して平行な方向のはんだボールの変形に好影響を与えるであろう。
【００２３】
しかし、応力緩衝手段の全体を接合材で覆うことも、腐食に対する抵抗性を増加させることは明らかであろう。腐食の問題は、特に、Ａｌに頻繁に起こる。接合材（およびはんだ）によって得られる密閉は、湿気や、その他の全ての環境影響など、更なる組み立ての間に、例えば洗浄工程や使用の間に、表面が曝されるような全種類の環境要因に対して優れた抵抗性を提供する。
【００２４】
接合材を上面および側面の両方に適用するような有利な方法は、無電解めっき法によるものであるということは当業者には公知である。一方では、Ｎｉを適用するためにスパッタリング法を用いるときには、Ｎｉは応力緩衝要素の上面に適用されるのみである。
【００２５】
アルミニウム応力緩衝要素が用いられるときに、最小および最大の厚さが維持されるべきであることは明確である。Ａｌ層が厚過ぎるときには、緩衝層は柔らか過ぎるので破れてしまう。Ａｌ層が薄過ぎるときには、緩衝層は固過ぎるので、同様に破れてしまう。適切な範囲は、厚さ１〜５μｍである。明確のため、本明細書においては、「厚さ」という用語は、パッシベーション層の上面に延在する応力緩和要素の部分の厚さを指すと理解する。前記最小値および最大値は、用いられる材料に依存するということは当業者には明らかである。例えば、Ａｌ−ＭｇなどのＡｌ合金は、通常、より固く、厚さが非常に厚いことを必要とする。応力緩衝要素が、異なる材料からなることもできる複数の副層を含むことは、除外しない。
【００２６】
必須の膨張または変形と半導体の中心線までの距離との関係と、ひいては、応力負荷と半導体の中心線までの距離との関係の観点からすると、応力緩衝要素の剛性を半導体中心線までの距離の減少に伴って減少させることで、向上した信頼性を更に高めることができる。当然、このオンチップバリエーションと称されるものは、境界の範囲内でのみ利用可能である。このようなバリエーションは、７×７よりも大きいマトリクスを有するチップサイズパッケージと、および／または、大きい半導体表面のための解決策を提供することができる。
【００２７】
既に示したように、導電性で、かつ熱機械的に分離した応力緩和要素を用いたときには、必ずしも再配分が可能ということではない。前述の解決法とは別に、現実的に、さらに簡素な別の可能性がある。応力緩衝要素を反対側の基材または基板に機械的に接続していない場合に、該応力緩和要素を再配分に用いることは可能である。これは、そのような再配分部品の末端を、パッシベーション層の開口を介して、該パッシベーション層の下の金属に引き戻さなければならないということを意味する。
【００２８】
再配分（相互接続）のため用途に加えて、この可能性は、例えば、応力緩衝要素のコイルの形成にも非常に適している。Ａｌの厚さによって、この層は、この目的のために非常に適するように調節される。
【００２９】
完全性のために、ニッケルのバンプ下地金属によって、はんだボールと応力緩衝要素の間の機械的に固いプレートが結果として生じる事にさらに注意されたい。本発明による解決案は、連続的に接続したバネ装置（半導体付近のバネは変形可能である）に基づいて、その様な硬いプレート無くして機能すると考えられる。
【００３０】
国際公開第２００５／１１５６７９号パンフレットによると、別々の結合層を用いずに、Ａｌに結合することができるはんだ材料が公知である点に特に注意されたい。もちろん、この材料は本発明と組み合わせて有効に使用できる。いずれにしても結合層を用いるのであれば、この材料の使用もまた、追加的な保護をもたらすために有利である。
【００３１】
本発明による応力緩衝パッケージの重要な効果は、はんだボールの直径を比例して減少させること無く、パッシベーション層の下の入出力パッドの直径を小さくすることができるということである。これは、図の説明において更に詳細に説明される。図２で示すように、現在の解決法と比較すると、各入出力パッドについて１２０×１２０μｍから１０×１０μｍまでに減少させることが可能と考えられる。従って、これは、１０分の１以上の減少ということになる。
【００３２】
さらに、この減少により、半導体ごとの表面積の減少を可能となるので、単一のウェハまたはバッチからより多くの製品が得られる。さらにまた、この減少は、チップスケールパッケージ内のはんだボールの下で能動素子の画定を可能にする。特に、ポリイミドの弱い結合のため必要とされていた、図２の実施例による従来技術において用いられているような大きな入出力パッドは、その下に存在する能動素子と結合することが不可能な機械的応力を引き起こしていた。はんだボールの減少によらない入出力パッドの減少は、半導体の使用不可能な部分の減少を提供する。従って、この解決法は、携帯電話および他の携帯用の製品に、非常に適している。
【００３３】
また、本発明による入出力パッドの直径が特許文献１の図１に示される入出力パッドよりも小さい点に注意されたい。導電層１８によって基板および半導体間の接続の適切な低抵抗を得るために、パッシベーション層を貫通する開口部の直径は、相応に大きくなければならない。実際、導電性の粉末は、可撓性で非導電性の材料にて提供され、層１８の全体の電気抵抗を増加させる所望の柔軟性を得られるようになる。従って、例えば、全体の電気抵抗は、アルミニウム用いる本発明による応力緩衝要素の電気抵抗より低い。
【００３４】
本発明は、以下に添付の図に関して更に詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１および２は、前述の従来技術に従うパッケージを示す。
【００３６】
図３は、上側表面上に多くの入出力パッド５４を備える、半導体５２用の応力緩衝パッケージ５０を示す。さらに半導体は、半導体の能動領域を保護して、入出力パッドを露出するパッシベーション層５６を備えている。好適には、パッシベーション層は、酸化ケイ素を備えている。通常、窒化ケイ素の付加的なパッシベーション層５８は、パッシベーション層５６に適用される。
【００３７】
はんだボール６０は、半導体５２か、または、電極６４を末端に備えている他の電気素子を、基板６２に電気的に接続するように機能する。入出力パッドおよびはんだボールは、バンプ下地金属７０および応力緩衝要素７４によって電気的に接続される。バンプ下地金属７０の外面はボンドパット６６と称されるものを形成し、はんだボールを配置することを可能にする。
【００３８】
各応力緩衝要素７４は、パッシベーション層５６ならびに５８の開口部に備えられる第１の部分６８および、パッシベーション層５８の上面７６に延在する第２の部分７２により構成される。第２の部分７２がバンプ下地金属７０を経て問題のはんだボール６０に電気的に接続しており、第１の部分６８は問題の入出力パッドと接触する。表層７６に平行な方向の第１の部分６８の寸法は、対応する方向における第２の部分７２の寸法より小さい。これは、図３において明示される。この態様の主要な利点は、少なくともはんだボールの直径を適応させる必要無く、比較的小さい入出力パッドを使用することが可能となることである。この現象は、また、再パッシベーションと称される。入出力パッドが曝される応力のために、通常、入出力パッドの下の領域は能動回路又は配線構造に用いることができないため、これは特に有利である。入出力の寸法が減少する場合、半導体におけるより多くの部分を効果的に利用することができる。
【００３９】
好適には、各応力緩衝要素７４は、１つの材料だけまたは１つの構成要素だけで構築されている。しかし、２つの部分６８および７２がいくつかの層から成ることは考えられ、各層は必要とされる特定の特性に適合される。
【００４０】
はんだボール６０は、プリント回路基板６２の電極６４への伝導の接続を形成し、それとともに電子装置を形成する。半導体５２のシリコンの熱膨張の係数が、プリント回路基板のために用いられる材料の熱膨張の係数よりも大幅に低いことは、周知の事実である。これは、テストおよび更なる使用の間における、パッケージ内の応力につながる。２つの構成要素の寸法を考慮すると、図３に示す装置Ａ及びＢの膨張の違いは特にこのことに関係がある。さらに、膨張の違いが、半導体の中央に位置するはんだボールよりも、半導体の末端に備えられたはんだボールにおいて大きいことは、明らかである。従って、熱応力の問題は、後者のはんだボールの場合に、より重要性が低いものとなる。
【００４１】
本発明によれば、上述した応力は、応力緩衝要素７４によって中和される。応力の大部分は、応力緩衝の部分７２によって緩和される。これは、１つの接続構造／はんだボールの応力が隣接した接続構造体／はんだボールに伝達されないことを意味する。これは、図１の応力緩衝方法２２および図２の応力緩衝方法３６、３２に対照的である。一方では、接続構造１８（図１）および３６（図１）は、この場合応力を伝導することが可能である。前述したように、本発明は多くの重要な利点を提供する。
【００４２】
既に述べたように、図３に示す構造は、ばねの伸縮を決定する熱膨張および、ばねの特性を決定する層の材料ならびに厚さの異なる１組の連続接続したばねとしてモデル化できる。図３において、例えば、バンプ下地金属７０に対応する比較的固いばねは、この場合、それぞれアルミニウムおよびはんだボール６０の応力緩衝部品７４に対応する２つの比較的柔らかいばねに接続している。従って、各図は、２つのその様なばね集合体のみを示すが、実際には（多数のはんだボールが用いられ）、多数のばね集合体が並んで２方向に備えられることは明らかである。１つのばね集合体に含まれるばねの伸長および張力が、他のばね系の伸長および張力に影響しないことは、本発明において特徴的である。図１および２に示される状況においては、ばね集合体に含まれるばねの中の１つの比較的大きな伸長および張力が、隣り合うばね集合体の伸長および張力の増加に寄与し得る。
【００４３】
図２で示す周知の解決法に関して、バンプ下地金属３６が結合パッド４０、およびパッシベーション層３４に固着しているということを考慮すると、応力緩衝層３２の相対的な変形によって、半導体に対するバンプ下地金属の変形ならびに相対的な動きが部分的に決定されるに過ぎないということに注意されたい。結局、バンプ下地金属は入出力パッドを経て半導体に固定され、結果的に、ハット状のバンプ下地金属の相対的な動きと、変形の双方またはいずれか一方が減少する。
【００４４】
バンプ下地金属７０は、好ましくはニッケルであって、０．５〜５μｍの範囲の厚さｄ１を有する。ニッケルは、無電解めっき工程によってめっきされることが好ましい。その結果、応力緩衝の部分７２の側面もまた覆われる。これは、応力緩衝の腐食からの保護と、はんだボール６０の有利な接触角αを得ることに関して有利である。
【００４５】
各応力緩衝要素７４は、アルミニウム合金を含むのが好ましい。実験から、０．５％の銅を含み、応力緩衝７４の部分７２の厚さｄ２が２．５μｍのアルミニウム合金を用いることで良好な結果が得られるということが分かっている。前記厚さ２は、１〜５μｍの間で変動することが好ましい。
【００４６】
別々の応力緩衝要素を各はんだボールにつき用いることが好ましく、この場合、１つのはんだボール内または下にある接続構造内の応力は隣接したはんだボール及び応力緩衝要素に伝導しない。しかし、既に示したように、例えば、多くの隣接する応力緩衝要素７４を、その間に設けられた接続層（図３には図示しない）を介して接続するような、隣接するはんだボールのグループと熱機械的に相互接続するような応力緩衝要素を利用することは考えられる。局所的に低い熱応力を考慮し、このシステムは特に、半導体の中心線の近くにあるはんだボールのために用いられ得る。
【００４７】
また、応力緩衝要素７４は、なめらかな表層を有するパッシベーション層上において最も良く機能することが好ましい。そうでない場合は、応力緩衝要素７４の部分７２とパッシベーション層５８の上部の接触面において、危険な応力集中が蓄積し、これは亀裂につながりかねない。このような理由において、化学機械研磨（ＣＭＰ）と称される技術は、滑らかなパッシベーション層５８を得るために用いられ、可能であれば、スピンオンガラス（ＳＯＧ）工程と称される方法による上部パッシベーション層の適用と組み合わされる。
【００４８】
はんだボールは、図解した実施形態において、電気的に接続するパッケージにおいて用いられているが、本発明に基づく応力緩衝要素を、例えば、リードフレームに導線接続を備える、従来型に近いパッケージなどの、はんだボールを備えないパッケージに使用することも可能である。この利点は、応力緩衝手段を提供するために使用する方法を工場において数種類のパッケージに用いることが可能なことである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、従来技術による半導体用のパッケージの断面の一部分の概略図である。
【図２】図２は、従来技術による半導体用のパッケージの断面の一部分の概略図である。
【図３】図３は、好ましい実施例による半導体用のパッケージの断面の一部分の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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