(57)【要約】【課題】コーナー部の突起電極に加わる応力を抑制すると共に、プリント基板の面積の増大を抑制すること。【解決手段】矩形形状を有するインターポーザ基板１１と，インターポーザ基板１１の表面上に設けられた半導体チップ１２と，インターポーザ基板１１の裏面上の第１の領域に設けられ、半導体チップ１２と電気的に接続するハンダボール１３と，インターポーザ基板１１の裏面上の第１の領域外のコーナー部に設けられ、融点が２５０度以上の補助ピン１４とを具備する半導体装置１０と、半導体装置１０が実装されたプリント基板２０と、補助ピン１４をプリント基板２０に固定するための接着部材２４とを具備することを特徴とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形形状を有するインターポーザ基板と、
前記インターポーザ基板の表面上に設けられた半導体チップと、
前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域内に設けられ、前記半導体チップと電気的に接続する突起電極と、
前記インターポーザ基板の裏面上の前記第１の領域外の前記インターポーザ基板のコーナー部に設けられ、融点が２５０度以上の補助ピンとを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記補助ピンの高さは前記突起電極の高さより低いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記補助ピンの高さは前記突起電極の高さより高いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
矩形形状を有するインターポーザ基板と，前記インターポーザ基板の表面上に設けられた半導体チップと，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域に設けられ、前記半導体チップと電気的に接続する突起電極と，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域外の前記インターポーザ基板のコーナー部に設けられ、融点が２５０度以上の補助ピンとを具備する半導体装置と、  前記半導体装置が実装されたプリント基板と、
前記補助ピンを前記プリント基板に固定するための固定部材とを具備することを特徴とする電子部品。
【請求項５】
前記補助ピンの高さは前記突起電極の高さより低く、
前記固定部材は接着剤であることを特徴とする請求項４記載の電子部品。
【請求項６】
前記補助ピンの高さは前記突起電極の高さより低く、
前記プリント基板は前記補助ピンの配置位置に対応する位置にダミーパッドを有し、
前記固定部材はハンダであることを特徴とする請求項４記載の電子部品。
【請求項７】
前記補助ピンの高さは前記突起電極の高さより高く、
前記プリント基板は前記突起電極が挿入されるスルーホールを有し、
前記固定部材はハンダであることを特徴とする請求項４記載の電子部品。
【請求項８】
矩形形状を有するインターポーザ基板と，前記インターポーザ基板の表面上に設けられた半導体チップと，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域に設けられ、前記半導体チップと電気的に接続する突起電極と，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域外の前記インターポーザ基板のコーナー部に設けられ、融点が２５０度以上の補助ピンとを具備する半導体装置を用意する工程と、
前記突起電極が配置位置に対応する位置にパッドが設けられたプリント基板を用意する工程と、
前記パッド上にハンダペーストを印刷する工程と、
前記補助ピンに対応する位置に熱硬化性接着剤を塗布する工程と、
前記プリント基板に前記半導体装置をマウントする工程と、
前記半導体装置がマウントされたプリント基板を２５０度未満の温度でリフロー加熱する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項９】
矩形形状を有するインターポーザ基板と，前記インターポーザ基板の表面上に設けられた半導体チップと，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域に設けられ、前記半導体チップと電気的に接続する突起電極と，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域外のコーナー部に設けられ、融点が２５０度以上の補助ピンとを具備する半導体装置を用意する工程と、
前記突起電極の配置位置に対応する位置に設けられたパッドと、前記補助ピンの配置位置に対応する位置に設けられたダミーパッドとを有するプリント基板を用意する工程と、
前記パッド上および前記ダミーパッド上にハンダペーストを印刷する工程と、
前記プリント基板に前記半導体装置をマウントする工程と、
前記半導体装置がマウントされたプリント基板を２５０度未満の温度でリフロー加熱する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項１０】
矩形形状を有するインターポーザ基板と，前記インターポーザ基板の表面上に設けられた半導体チップと，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域に設けられ、前記半導体チップと電気的に接続する突起電極と，前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域外のコーナー部に設けられ、融点が２５０度以上の補助ピンとを具備する半導体装置を用意する工程と、
前記突起電極の配置位置に対応する位置に設けられたパッドと、前記補助ピンの配置位置に対応する位置に設けられたスルーホールと、前記スルーホールの側壁表面に設けられたダミースルービアとを有するプリント基板を用意する工程と、
前記パッド上および前記スルーホール上にハンダペーストを印刷する工程と、
前記補助ピンが前記するーホール内に挿入されるように、前記プリント基板に前記半導体装置をマウントする工程と、
前記半導体装置がマウントされたプリント基板を２５０度未満の温度でリフロー加熱する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡパッケージの半導体装置、この半導体装置が実装された電子部品、および半導体装置の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のパッケージングとしてＢＧＡ(Ball Grid Array)を最小する製品が増えて言える。ＢＧＡパッケージは装置の裏面に複数のボール状の突起電極が二次元配列している。各電極は半導体チップに電気的に接続されている。
【０００３】
ＢＧＡパッケージの半導体装置をプリント基板に実装した場合、装置のコーナー部に隣接する突起に機械的な応力がかかりやすい。応力により、突起電極にマイクロクラックが入った場合、半導体装置とプリント基板とが電気的に接続されなくなる。
【０００４】
コーナー付近の突起電極にマイクロクラックが生じることを抑制する技術が開示されている（特許文献１）。この文献には、コーナー部に半導体チップに電気的に接続されない補強用の突起（ハンダ）を設け、コーナー部に隣接する電極にかかる応力を緩和している。
【特許文献１】特開平９−１６２２４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した構成によって、突起電極に加わる応力を抑制し、マイクロクラックの発生を抑制することができる。ところが、補強用の突起を設けることによって半導体装置の外形が大きくなってしまう。パーソナルコンピュータ等のモバイル用途の機器では、携帯性を高めるためにプリント基板の面積の縮小を図っているが、半導体装置の外形が大きくなるとプリント基板の面積を縮小することが困難になる。
【０００６】
本発明の目的は、コーナー部の突起電極に加わる応力を抑制すると共に、プリント基板の面積の増大を抑制することが可能な半導体装置、電子部品、および半導体装置の実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一例に係わる半導体装置は、矩形形状を有するインターポーザ基板と、前記インターポーザ基板の表面上に設けられた半導体チップと、前記インターポーザ基板の裏面上の第１の領域内に設けられ、前記半導体チップと電気的に接続する突起電極と、前記インターポーザ基板の裏面上の前記第１の領域外の前記基板のコーナー部に設けられ、融点が２５０度以上の補助ピンとを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コーナー部の突起電極に加わる応力を抑制すると共に、プリント基板の面積の増大を抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる半導体装置の構成を示す図である。図１（ａ）は半導体装置の側面図、図１（ｃ）は半導体装置の上面の平面図、図１（ｂ）は半導体装置の底面の平面図である。
【００１１】
図１に示すように、ＢＧＡパッケージの半導体装置１０は、矩形形状のインターポーザ基板１１、半導体チップ１２、ハンダボール１３、および補助ピン１４を有する。インターポーザ基板１１の表面上に半導体チップ１２が搭載されている。インターポーザ基板１１の裏面上の破線で囲まれた第１の領域に複数のハンダボール１３が二次元配置されている。半導体チップ１２の各信号線とハンダボール１３とは、インターポーザ基板１１に設けられたスルービアを介して電気的に接続されている。
【００１２】
インターポーザ基板１１の裏面上、且つインターポーザ基板の第１の領域外の四つのコーナー部に補助ピン１４が設けられている。補助ピン１４はリフロー時に溶けないように、リフロー時の加熱温度より高い融点を有する材料で構成されている。即ち、補助ピン１４は、高融点（２５０℃以上）の金属材料を用いる。例えば、銅系金属の母材にＮｉまたはＮｉ／Ａｕめっきを施したものが補助ピン１４として用いる。また例えば、ＳＵＳ系の母材にＳｎめっきを施したものを補助ピン１４として用いる。また、高融点はんだを補助ピン１４として用いても良い。なお、補助ピン１４の高さＨ１は、ハンダボール１３の高さＨ２より低い。
【００１３】
図２に図１に示した半導体装置１０をプリント基板に実装した電子部品を示す。
【００１４】
プリント基板２０は、内部に層間配線を有する多層配線基板２１と、多層配線基板２１上にハンダボール１３の配置位置に対応する複数のパッド２２が設けられている。また、多層配線基板２１の表面に表面配線が設けられている。多層配線基板２１上のパッド２２および表面配線が設けられていない部分には、コート層２３が設けられている。
【００１５】
半導体装置１０がプリント基板２０上に搭載され、半導体装置１０のハンダボール１３とプリント基板２０のパッド２２とが接続している。補助ピン１４は、接着部材２４によってプリント基板２０に固定されている。
【００１６】
ＢＧＡパッケージのコーナー部に設けられた補助ピン１４を接着部材２４でプリント基板２０に固定することによって、半導体装置１０のコーナー部が補強され、コーナー部に加わる応力が緩和し、コーナー部付近のハンダボール１３にマイクロクラックが発生しにくくなる。その結果、機械的な応力に対する信頼性が向上する。
【００１７】
また、コーナー部を補強するために補助ピン１４を用いている。補助ピン１４の直径は細いので、半導体装置１０の外形が余り大きくならないので、プリント基板２０の面積の増大を抑制することができる。
【００１８】
次ぎに、実装方法について図３を参照して説明する。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、半導体装置１０を含む表面実装電子部品が搭載されるパッド２２上にハンダペースト２５を印刷する。
【００２０】
図３（ｂ）に示すように、コート層２３の半導体装置１０の搭載時に補助ピン１４が位置する部分に、熱硬化性の接着剤２６を塗布する。
【００２１】
図３（ｃ）に示すように、プリント基板２０上に半導体装置１０を搭載する。
【００２２】
その後、リフロー加熱を行うことによって、図３（ｄ）に示すように、ハンダボール１３、ハンダペースト２５、およびパッド２２の合金層が形成されて、ハンダボール１３がパッド２２に接続される。このリフロー加熱の温度は通常２５０度未満である。また、リフロー加熱時に熱硬化性の接着剤２６が硬化して接着部材２４になる。接着部材２４は補助ピン１４を包むように硬化するので、補助ピン１４および接着部材２４によって、半導体装置１０がプリント基板２０に固定される。
【００２３】
補助ピン１４は２５０℃以上の融点を有する材料で構成され、リフロー加熱時の温度は２５０度未満である。従って、リフロー加熱時に補助ピン１４は溶けることがない。リフロー加熱時に補助ピン１４が溶けないので、リフロー加熱後であっても補助ピン１４および接着部材２４によって半導体装置１０のコーナー部に加わる応力が緩和される。
【００２４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、熱硬化性の接着部材を用いて半導体装置１０をプリント基板２０に固定した。本実施形態では、ハンダを用いて半導体装置１０をプリント基板に固定する方法について説明する。
【００２５】
図４にプリント基板３０に半導体装置１０を実装した状態を示す。図４に置いて、図２と同一な部位には同一符号を付しその説明を省略する。
【００２６】
図４に示すように、プリント基板３０の表面にダミーパッド３７が設けられている。ダミーパッド３７は表面配線に電気的に接続しない。半導体装置１０の補助ピン１４がハンダ３８によって、ダミーパッド３７に固定されている。なお、補助ピン１４とハンダ３８との界面、およびダミーパッド３７とハンダ３８との界面には、それぞれ合金層が形成されている。
【００２７】
ＢＧＡパッケージのコーナー部に設けられた補助ピン１４をハンダ３８でプリント基板３０に固定することによって、半導体装置１０のコーナー部が補強され、コーナー部に加わる応力が緩和し、コーナー部付近のハンダボール１３にマイクロクラックが発生しにくくなる。その結果、機械的な応力に対する信頼性が向上する。
【００２８】
次ぎに、半導体装置１０のプリント基板３０への実装方法について図５を参照して説明する。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、半導体装置１０を含む表面実装電子部品が搭載されるパッド２２、およびダミーパッド３７上にハンダペースト２５を印刷する。
【００３０】
図５（ｂ）に示すように、プリント基板３０上に半導体装置１０を搭載する。
【００３１】
その後、リフロー加熱を行うことによって、図５（ｃ）に示すように、ハンダボール１３、ハンダペースト２５、およびパッド２２の合金層が形成されて、ハンダボール１３がパッド２２に接続される。また、リフロー加熱時に、補助ピン１４とハンダ３８との界面、およびダミーパッド３７とハンダ３８との界面にそれぞれ合金層が形成されて、補助ピン１４がダミーパッド３７に固定される。
【００３２】
補助ピン１４は２５０℃以上の融点を有する材料で構成され、リフロー加熱時の温度は２５０度未満である。従って、リフロー加熱時に補助ピン１４は溶けることがない。リフロー加熱時に補助ピン１４が溶けないので、リフロー加熱後であっても補助ピン１４およびハンダ３８によって半導体装置１０のコーナー部に加わる応力が緩和される。
【００３３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態で用いられる半導体装置を図６に示す。図６において、図１と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
図６に示すように、本実施形態の半導体装置４０の補助ピン４４の高さＨ３は、ハンダボール１３の高さＨ２より高い。補助ピン４４は第１および第２の実施形態で用いた補助ピン１４と同様な材料で構成されている。
【００３５】
図７に、半導体装置４０をプリント基板５０に実装した状態を示す。図７に示すように、プリント基板５０にはスルーホール５１が設けられ、スルーホール５１の側壁表面にダミースルービア５２が設けられている。ダミースルービア５２は、層間配線に電気的に接続されていない。
【００３６】
スルーホール５１内に補助ピン４４が挿入されている。補助ピン４４とダミースルービア５２との間の隙間にハンダ５３が設けられている。補助ピン４４とハンダ５３との界面、ダミースルービア５２とハンダ５３との界面との界面にはそれぞれ合金層が形成されている。
【００３７】
ＢＧＡパッケージのコーナー部に設けられた補助ピン４４をハンダ５３によってプリント基板５０に設けられたダミースルービア５２に固定することによって、半導体装置４０のコーナー部が補強され、コーナー部に加わる応力が緩和し、コーナー部付近のハンダボール１３にマイクロクラックが発生しにくくなる。その結果、機械的な応力に対する信頼性が向上する。
【００３８】
次ぎに、半導体装置４０のプリント基板５０への実装方法について図８を参照して説明する。
【００３９】
図８（ａ）に示すように、半導体装置１０を含む表面実装電子部品が搭載されるパッド２２、およびスルーホール５１上にハンダペースト２５を印刷する。この時、スルーホール５１の上部にハンダペースト２５が充填されることが好ましい。
【００４０】
図８（ｂ）に示すように、プリント基板５０上に半導体装置４０をマウントする。この時、スルーホール５１の内部に補助ピン４４が挿入される。即ち、補助ピン４４およびスルーホール５１は位置合わせを行う役割を担っている。補助ピン４４がスルーホール５１内に挿入されるように、プリント基板５０上に半導体装置４０をマウントすればよい。マウント時に位置ズレがあると、半導体装置４０がプリント基板５０から浮くので、位置ズレしたがことが直ぐ分かる。
【００４１】
その後、リフロー加熱を行うことによって、図８（ｃ）に示すように、ハンダボール１３、ハンダペースト２５、およびパッド２２の合金層が形成されて、ハンダボール１３とパッド２２とが接合する。また、補助ピン４４とハンダ５３との界面、ダミースルービア５２とハンダ５３との界面との界面にはそれぞれ合金層が形成され、補助ピン４４とハンダ５３、およびダミースルービア５２とハンダ５３とが接合される。
【００４２】
補助ピン４４は２５０℃以上の融点を有する材料で構成され、リフロー加熱時の温度は２５０度未満である。従って、リフロー加熱時に補助ピン４４は溶けることがない。リフロー加熱時に補助ピン４４が溶けないので、リフロー加熱後であっても補助ピン４４およびハンダ５３によって半導体装置４０のコーナー部に加わる応力が緩和される。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施形態に係わる半導体装置の構成を示す図。
【図２】図１に示した半導体装置をプリント基板に実装した電子部品を示す図。
【図３】第１の実施形態に係わる半導体装置の実装法を示す図。
【図４】第２の実施形態に係わる半導体装置をプリント基板に実装した状態を示す図。
【図５】第２の実施形態に係わる半導体装置の実装方法を示す図。
【図６】第３の実施形態に係わる半導体装置の構成を示す図。
【図７】図６に示した半導体装置をプリント基板に実装した電子部品を示す図。
【図８】第３の実施形態に係わる半導体装置の実装方法を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１０，４０…半導体装置，１１…インターポーザ基板，１２…半導体チップ，１３…ハンダボール，１４，４４…補助ピン，２０，３０，５０…プリント基板，２１…多層配線基板，２２…パッド，２３…コート層，２４…接着部材，２５…ハンダペースト，２６…接着剤，３７…ダミーパッド，３８…ハンダ，４４…補助ピン，５１…スルーホール，５２…ダミースルービア，５３…ハンダ
【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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