(57)【要約】【課題】  簡単な方法でハンダバンプの接合角を鈍角にし、概ね鼓型形状に形成せしめることで、半導体装置のハンダ接合部の耐疲労強度を向上させるための半導体装置およびそのリフローハンダ付け方法を提供。【解決手段】  半導体パッケージと回路基板との間にスペーサー部材を配置し、リフローハンダ付けの際、前記スペーサー部材の熱膨張により前記半導体パッケージと前記回路基板との間隔がリフローハンダ付け前よりも広がり、その後、その間隔を保ってハンダが固化させることでハンダバンプの接合角を鈍角とし、ハンダバンプを概ね鼓型形状を形成することができる。上記構成の半導体装置は、稼動中においてハンダバンプに発生する応力やひずみが分散される構造になるため、ハンダ接合部における耐疲労強度が向上し半導体装置の疲労寿命や信頼性の向上につながる。【選択図】  図１
2006339491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフローにより半導体パッケージを回路基板にハンダ接続させるリフローハンダ付け方法であって、前記半導体パッケージと前記回路基板との間にスペーサー部材を配置し、リフローハンダ付けの際、前記スペーサー部材の熱膨張により前記半導体パッケージと前記回路基板との間隔がリフローハンダ付け前よりも広がり、その後、その間隔を保ってハンダが固化されることを特徴とする半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法。
【請求項２】
リフローにより半導体パッケージを回路基板にハンダ接続させるリフローハンダ付け方法であって、前記半導体パッケージの自重をP、前記スペーサー部材の弾性係数をE、断面積（スペーサー部材が複数の場合は各スペーサー部材の断面積の総和）をＡ、リフローハンダ付けの際のリフロー温度差をΔｔとしたときに、前記スペーサー部材の熱膨張率αがP／（Ａ・E）／Δｔ＜α＜（２＋（Ａ・E））／Δｔの範囲内に設定したことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法。
【請求項３】
回路基板と前記回路基板の表面にリフローハンダ付け方法により実装された半導体パッケージとから構成される半導体装置であって、前記半導体パッケージと前記回路基板との間にスペーサー部材を配置し、リフローハンダ付けの際、前記スペーサー部材の熱膨張により前記半導体パッケージと前記回路基板との間隔がリフローハンダ付け前よりも広がり、その後、その間隔を保ってハンダが固化されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
回路基板と前記回路基板の表面にリフローハンダ付け方法により実装された半導体パッケージとから構成される半導体装置であって、前記半導体パッケージの自重をP、前記スペーサー部材の弾性係数をE、断面積（スペーサー部材が複数の場合は各スペーサー部材の断面積の総和）をＡ、リフローハンダ付けの際のリフロー温度差をΔｔとしたときに、前記スペーサー部材の熱膨張率αがP／（Ａ・E）／Δｔ＜α＜（２＋（Ａ・E））／Δｔの範囲内に設定したことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体パッケージならびに該半導体パッケージを回路基板に実装した半導体装置に係り、特に、外部接続端子としてハンダバンプを具備する半導体パッケージを回路基板に電気的かつ機械的に接続された半導体装置ならびに、半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、外部接続端子にハンダバンプを用いた半導体パッケージとしてBGA（Ball Grid Array）やCSP（Chip Size Package または Chip Scale Package）が知られている。これらの半導体パッケージは電子機器の小型化、軽量化、高機能化に対応して開発されたもので、ハンダバンプをエリアアレイ状に配置することによって実装面積の縮小化および高密度化を狙い、半導体パッケージの軽薄短小化を実現している。図３は当該半導体パッケージをリフローハンダ付け方法により回路基板に電気的かつ機械的に接続したもの、いわゆる半導体装置の概略的な構造を示している。簡単に説明すると、半導体素子１は絶縁性部材２の一方表面の中央部にダイボンド材４によって搭載され、その絶縁性部材２の表面には半導体素子１と電気的に接続するための配線パターン３が形成されている。ボンディングワイヤー７により半導体素子１の一方表面の周辺に沿って設けられたボンディングパッド６と配線パターン３とが電気的に接続され、半導体素子１周辺は封止樹脂材８により封止される。そして、絶縁性部材２の他方表面には、ハンダバンプ９が配線パターン３と接続された状態で配置される。このハンダバンプ９の配置に対応して回路基板６０を構成する絶縁性基板１０に設けられた配線電極１１がエリアアレイ状に配置され、その配線電極１１上にリフローハンダ付けを経てハンダバンプ９の少なくともその一部を溶融し配線電極１１とハンダバンプ９とを接合させて完成する。この半導体装置の構造上、電子機器の稼動中における大きな温度変化や電源の発停時において、半導体パッケージおよび回路基板の構成部材の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力やひずみがハンダバンプ全体に繰り返し集中すると、ハンダバンプにクラックが発生して破断に至り半導体装置としての機能が停止してしまうことが従来から懸念されている。従って、ハンダ接合部における耐疲労強度の向上対策を講じることにより、半導体パッケージならびにそれを回路基板に実装した半導体装置の疲労寿命の向上を図る必要がある。
【０００３】
そのための対策の１つに、ハンダバンプの接合角が鈍角となるように形成せしめることでハンダ接合部の対疲労強度を向上させることが知られている。図６に示すように従来のリフローハンダ付け方法では半導体パッケージの自重により半導体パッケージが降下するため、リフローハンダ付け後のハンダバンプの形状が太鼓型形状、すなわちハンダバンプの接合角が鋭角となり、ハンダ接合部に応力やひずみが集中しやすいために、ハンダバンプが破壊しやすいという問題があった。そこで、ハンダバンプの接合角が鈍角になるような形状、すなわち鼓型形状に形成せしめることにより、ハンダ接合部にかかる応力やひずみを分散させ破壊しにくくすることが可能となる。
【０００４】
例えば特開平１１−２７４６８２において、図４、図５に示すように半導体パッケージと回路基板との間に弾性部材を介在させて、前記弾性部材の圧縮変形を利用してハンダバンプを鼓型形状に形成する方法が開示されている。すなわち、図４に示すように、半導体パッケージ５０を回路基板６０に実装する際に、半導体パッケージ５０と回路基板６０との間に弾性部材２０を介在させ、配線パターン３の位置が回路基板６０の配線電極１１上に対応するように吸着器具２１で保持して半導体パッケージ５０を位置決めして回路基板６０に搭載した後に、吸着器具２１によって半導体パッケージ５０を加圧し弾性部材２０を圧縮変形させる第１工程と、図５に示すように、この状態でハンダバンプ９を加熱溶融している最中に、吸着器具２１を解除させて弾性部材２０の圧縮変形を解除させることにより、ハンダバンプ９の形状を鼓型形状に形成する第２工程で構成されている。
【特許文献１】特開平１１−２７４６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法は、半導体パッケージを加圧・保持・解除することにより弾性部材の変形をコントロールして、ハンダバンプを鼓型形状に形成せしめるための大規模で複雑な吸着器具が必要となりコストも増加する。
【０００６】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、簡単な方法でハンダバンプの接合角を鈍角にし、概ね鼓型形状に形成せしめることで、半導体装置のハンダ接合部の耐疲労強度を向上させるための半導体装置およびそのリフローハンダ付け方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記本発明の目的を達成する本発明の構成は、リフローにより半導体パッケージを回路基板にハンダ接続させるリフローハンダ付け方法であって、前記半導体パッケージと前記回路基板との間にスペーサー部材を配置し、リフローハンダ付けの際、前記スペーサー部材の熱膨張により前記半導体パッケージと前記回路基板との間隔がリフローハンダ付け前よりも広がり、その後、その間隔を保ってハンダが固化されることを特徴とする半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法である。
【０００８】
本発明に従えば、半導体パッケージと回路基板とを接続するハンダバンプが、リフローハンダ付けの際、半導体パッケージと回路基板との間に配置したスペーサー部材の熱膨張により、膨張したスペーサー部材の高さまでハンダバンプが引き延ばされ、接合角が鈍角となり概ね鼓型形状に形成された状態で固化されるため、信頼性および対疲労性強度の高いハンダバンプの形成が可能である。また、吸着器具のようなコストのかかる大規模で複雑な装置が不要な簡単なリフローハンダ付け方法を提供することが可能である。
【０００９】
また、リフローにより半導体パッケージを回路基板にハンダ接続させるリフローハンダ付け方法であって、前記半導体パッケージの自重をP、前記スペーサー部材の弾性係数をE、断面積（スペーサー部材が複数の場合は各スペーサー部材の断面積の総和）をＡ、リフローハンダ付けの際のリフロー温度差をΔｔとしたときに、前記スペーサー部材の熱膨張率αがP／（Ａ・E）／Δｔ＜α＜（２＋（Ａ・E））／Δｔの範囲内に設定したことを特徴とする半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法である。
【００１０】
本発明に従えば、スペーサー部材の形状や熱膨張係数などを適切な値に設定することにより、ハンダバンプ高さやハンダバンプの形状を最適な状態に形成可能となる。
【００１１】
また、回路基板と前記回路基板の表面にリフローハンダ付け方法により実装された半導体パッケージとから構成される半導体装置であって、前記半導体パッケージと前記回路基板との間にスペーサー部材を配置し、リフローハンダ付けの際、前記スペーサー部材の熱膨張により前記半導体パッケージと前記回路基板との間隔がリフローハンダ付け前よりも広がり、その後、その間隔を保ってハンダが固化されることを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
本発明に従えば、半導体パッケージと回路基板とを接続するハンダバンプが、リフローハンダ付けの際、半導体パッケージと回路基板との間に配置したスペーサー部材の熱膨張により、膨張したスペーサー部材の高さまでハンダバンプが引き延ばされ、接合角が鈍角となり概ね鼓型形状に形成された状態で固化される。上記リフローハンダ付けによって構成された半導体装置は、半導体パッケージおよび回路基板の構成部材の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力やひずみが分散される構造となり、クラックの発生を阻害することができ、ハンダ接合部における信頼性および耐疲労強度が向上し、半導体装置の寿命が改善される。また、吸着器具のようなコストのかかる大規模で複雑な装置を用いることなく、簡単な方法で信頼性の高い半導体装置を提供することが可能である。
【００１３】
また、回路基板と前記回路基板の表面にリフローハンダ付け方法により実装された半導体パッケージとから構成される半導体装置であって、前記半導体パッケージの自重をP、前記スペーサー部材の弾性係数をE、断面積（スペーサー部材が複数の場合は各スペーサー部材の断面積の総和）をＡ、リフローハンダ付けの際のリフロー温度差をΔｔとしたときに、前記スペーサー部材の熱膨張率αがP／（Ａ・E）／Δｔ＜α＜（２＋（Ａ・E））／Δｔの範囲内に設定したことを特徴とする半導体装置である。
【００１４】
本発明に従えば、スペーサー部材の形状や熱膨張係数などを適切な値に設定することにより、ハンダバンプ高さやハンダバンプの形状が、信頼性及び耐疲労強度に対して最適な状態に形成された半導体装置を提供することが可能となる。
【００１５】
以上から、本発明に従えば、ハンダ接合部の信頼性および耐疲労強度の向上を実現せしめるリフローハンダ付けが可能となり、それによって構成された半導体装置の疲労寿命を飛躍的に延長することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、半導体パッケージと回路基板とを接続するハンダバンプが、リフローハンダ付けの際、半導体パッケージと回路基板との間に配置したスペーサー部材の熱膨張により、膨張したスペーサー部材の高さまでハンダバンプが引き延ばされ、接合角が鈍角となり概ね鼓型形状に形成された状態で固化されるため、信頼性および対疲労性強度の高いハンダバンプの形成が可能である。また、吸着器具のようなコストのかかる大規模で複雑な装置が不要な簡単なリフローハンダ付け方法を提供することが可能である。
【００１７】
また、スペーサー部材の形状や熱膨張係数などを適切な値に設定することにより、ハンダバンプ高さやハンダバンプの形状を最適な状態に形成可能となる。
【００１８】
また、半導体パッケージと回路基板とを接続するハンダバンプが、リフローハンダ付けの際、半導体パッケージと回路基板との間に配置したスペーサー部材の熱膨張により、膨張したスペーサー部材の高さまでハンダバンプが引き延ばされ、接合角が鈍角となり概ね鼓型形状に形成された状態で固化される。上記リフローハンダ付けによって構成された半導体装置は、半導体パッケージおよび回路基板の構成部材の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力やひずみが分散される構造となり、クラックの発生を阻害することができ、ハンダ接合部における信頼性および耐疲労強度が向上し、半導体装置の寿命が改善される。また、吸着器具のようなコストのかかる大規模で複雑な装置を用いることなく、簡単な方法で信頼性の高い半導体装置を提供することが可能である。
【００１９】
スペーサー部材の形状や熱膨張率などを適切な値に設定することにより、ハンダバンプ高さやハンダバンプの形状が、信頼性及び耐疲労強度に対して最適な状態に形成された半導体装置を提供することが可能となる。
【００２０】
以上から、本発明に従えば、ハンダ接合部の信頼性および耐疲労強度の向上を実現せしめるリフローハンダ付けが可能となり、それによって構成された半導体装置の疲労寿命を飛躍的に延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一の記号を付与している。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のハンダ付け方法によって構成された半導体装置の模式的な断面図であり、図８は本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のハンダ付け方法を示す模式図である。また、図７は本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のハンダ付け方法によって構成された半導体装置におけるハンダ接合部の拡大図である。図１および図８に示すように本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージは、絶縁性部材２の一方表面の中央部にダイボンド材４により半導体素子１を搭載し、この半導体素子１周辺を封止樹脂材８により封止した構造をしている。半導体素子１の一方表面にはその周辺に沿って複数のボンディングパッド６が設けられ、これらのボンディングパッド６と絶縁性部材２の一方表面に設けられた複数の配線パターン３がそれぞれボンディングワイヤー７で電気的に接続される。そして、絶縁性部材２に設けられた配線パターン３とハンダバンプ９が電気的に接合される。
【００２３】
絶縁性部材２は具体的には絶縁性のエラストマーであるポリイミド樹脂である。ポリイミド樹脂以外でも電気的絶縁性を有する材料であれば何でも良い。例えば、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ＢＴ（ビスマレイド・トリアジン）樹脂、アラミド樹脂などがある。ハンダバンプ９の一部はアニール時の融解によって配線パターン３の一部である電極部と電気的に接合し凝固して埋設される。
【００２４】
配線パターン３は低抵抗導電材料である銅でできている。また、ボンディングワイヤー７も低抵抗導電材料である金あるいはアルミニウムでできている。このように配線パターン３あるいはボンディングワイヤー７の材料としては、ハンダと濡れが良く電気的に低抵抗な導電体が好ましく用いられる。
【００２５】
封止樹脂材８は具体的にはエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂以外でも電気的絶縁性を有する材料であれば何でも良い。例えば、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂などがあり、前記絶縁性部材２と同一材料であってもよい。
【００２６】
ハンダバンプ９はSｎ−Ａｇ系で具体的にはSｎ−３．０Ａｇ−０．５Cｕである。この他にもＳｎ−Ｚｎ系やＳｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｕ系、Ｓｎ−Ａｌ系などＰｂフリーハンダであれば何でも良いし、鉛共晶であるＳｎ−Ｐｂ系であっても良い。
【００２７】
上記構成の半導体パッケージは外形寸法は１３ｍｍ×１３×１．２で質量は約０．５ｇである。
【００２８】
以下、本発明の第１の実施の形態における回路基板について説明する。本発明の第１の実施の形態における回路基板は、絶縁性基板１０の一方表面に半導体パッケージのハンダバンプ９の配置に対応して配線電極１１が配置され、絶縁性基板１０の一方表面は絶縁性保護層１２でコーディングされている。
【００２９】
絶縁性基板１０は具体的には絶縁性材料であるガラスエポキシ樹脂である。また、配線電極１１は低抵抗導電材料である銅でできている。
【００３０】
絶縁性基板１０の材料は、電気的絶縁性を有する材料であれば何でも良く、例えば紙フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ（ビスマレイド・トリアジン）樹脂などがある。
【００３１】
配線電極１１の材料としては、ハンダと濡れが良く、電気的に低抵抗な導電体が好ましく用いられる。
【００３２】
絶縁性保護層１２の材料は、電気的絶縁性を有する材料であれば何でもよく、半導体パッケージを構成する絶縁性部材２と同一材料であってもよい。
【００３３】
以下、本発明の第１の実施の形態における半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法および、それによって構成される半導体装置について図８を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態における半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法は、前述した回路基板６０にマスクを密着させスキージを移動させる方法などにより、配線電極１１上にクリームハンダ１５を印刷し、その上にディスペンサーにより接着剤（図示せず）を塗布し、スペーサー部材１３を回路基板６０上の適当な位置に設置する。このとき、スペーサー部材１３はリフロー装置内におけるリフロー時の熱膨張の際に、ハンダバンプ９に接触することのないような位置に接着剤を用いて設置される（ａ）。本実施例では半導体パッケージ５０の中央部に位置するように、回路基板６０上にスペーサー部材を１つ設置しているが、半導体パッケージ５０の中央部にハンダバンプが配列されている場合は図９に示すように半導体パッケージ５０の角部分に位置するように回路基板６０上にスペーサー部材を４つ設置すればよい。また、スペーサー部材の高さはリフローハンダ付け前のハンダバンプ９の高さと同様になるように設定される。上述のように、半導体パッケージの構造や半導体パッケージと回路基板との位置関係に対応して、スペーサー部材１３の形状や位置、個数は最適化して配置される（ａ）。そして、マウンターなどにより前述した半導体パッケージ５０のハンダバンプ９が配線電極１１上に位置するように半導体パッケージをマウントする（ｂ）。そして、その状態でリフロー装置内に搬送し、赤外線やレーザ光等の熱線照射あるいは加熱された雰囲気からの電動熱による熱風などによって、ハンダバンプ９の少なくともその一部を加熱・溶融させる。ハンダバンプ９がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕのときのリフローハンダ付けの際のリフロー温度の最大値は約２６０℃に設定される。（ｃ）。このとき、半導体パッケージ５０と回路基板６０との間に配置したスペーサー部材１３は熱膨張により鉛直上方向に伸長する。この熱膨張により半導体パッケージ５０を鉛直上方向に押し上げる力が半導体パッケージ５０の自重より大きいため、半導体パッケージ５０と回路基板６０との間隔がリフローハンダ付け前よりも広がる。この過程において、ハンダバンプは鉛直上方向に引き延ばされるために図７に示すようにハンダバンプの接合角が鈍角で中央部がくびれた鼓型形状を形成する（ｄ）。そして、冷却工程においてハンダバンプが鼓型形状のままの状態で固化された後に、冷却装置から取り出され、回路基板に半導体パッケージが実装された半導体装置の完成となる（ｅ）。
【００３４】
本発明の第１の実施の形態におけるスペーサー部材について説明する。リフローハンダ付けの際に半導体パッケージ５０と回路基板６０の間に配置されるスペーサー部材１３は、半導体パッケージ５０の自重をP、スペーサー部材１３の弾性係数をE、断面積（スペーサー部材が複数の場合は各スペーサー部材の断面積の総和）をＡ、リフローハンダ付けの際のリフロー温度差（リフロースタート時の温度とリフロー時の最高温度との差）をΔｔとしたときに、そのスペーサー部材１３の熱膨張率αはP／（Ａ・E）／Δｔ＜α＜（２＋（Ａ・E））／Δｔの範囲内に設定される。この熱膨張率の範囲内の設定については以下の理由による。すなわち、半導体パッケージ５０の自重によりスペーサー部材１３はΔＬ１＝L・P／（Ａ・Ｅ）だけ鉛直下方向に収縮する（Ｌはリフローハンダ付け前のスペーサー部材の鉛直方向の高さ）。一方、リフローハンダ付けの際の温度荷重によりスペーサー部材１３はΔＬ２＝Ｌ・α・Δｔだけ鉛直上方向に伸長する。そして、リフローハンダ付け後のスペーサー部材の高さは両者の差ΔＬ２−ΔＬ１となり、それによって半導体パッケージ５０と回路基板６０の間隔が規定される。従って、リフローハンダ付け後の半導体パッケージ５０と回路基板６０の間隔が、リフローハンダ付け前のスペーサー部材の高さＬより広く、前記リフローハンダ付け前のスペーサー部材の高さＬの３倍（３Ｌ）より狭くなるように形成せしめるためにはスペーサー部材の熱膨張率αがP／（Ａ・E）／Δｔ＜α＜（２＋（Ａ・E））／Δｔの範囲内にあればよい。この範囲より小さいと、リフローハンダ付けの際の熱膨張によるスペーサー部材の伸長量よりも半導体パッケージの自重によるスペーサー部材の収縮量が大きいため、半導体パッケージが下降してしまいリフローハンダ付け後のハンダバンプは太鼓型形状となり、ハンダ接合部に応力やひずみが集中しやすく破壊しやすい。一方、この範囲より大きいと、リフローハンダ付けの際、ハンダバンプがスペーサー部材の伸長量に伴って引き延ばされて、リフローハンダ付け後のハンダバンプの中央部分の面積が非常に狭くなり、鉛直方向の荷重に対する機械的強度が確保されず、また、半導体パッケージと回路基板との電気的接続も確保できなくなる恐れも生じる。例えば、スペーサー部材１３の材料を弾性係数Ｅ＝１８．０ＧＰａ、熱膨張係数α＝１５×１０−６／℃、断面積Ａ＝０．０５ｍｍ２を有するエポキシ樹脂とすると、本発明の第１の実施の形態においてスペーサー部材の満たすべき熱膨張率αは２．４２×１０−９／℃＜α＜８．８９×１０−３／℃となり、エポキシ樹脂の熱膨張係数は上記範囲内であるため本発明における目的を達成することが可能である。もちろん、スペーサー部材１３は金属、非金属を問わずその部材の熱膨張係数αがP／（Ａ・E）／Δｔ＜α＜（２＋（Ａ・E））／Δｔの範囲内にあれば何でも良いことはいうまでもない。
【００３５】
本発明の第１の実施の形態によれば、半導体パッケージと回路基板とを接続するハンダバンプが、リフローハンダ付けの際、半導体パッケージと回路基板との間に配置したスペーサー部材の熱膨張により、膨張したスペーサー部材の高さまでハンダバンプが引き延ばされ、接合角が鈍角となり、図7に示すようにハンダバンプは概ね鼓型形状に形成された状態で固化されるため、信頼性および対疲労性強度の高いハンダバンプの形成が可能である。また、吸着器具のようなコストのかかる大規模で複雑な装置が不要な簡単なリフローハンダ付け方法を提供することが可能である。上記構成の半導体装置は、半導体パッケージおよび回路基板の構成部材の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力やひずみが分散される構造となり、クラックの発生を阻害することができ、ハンダ接合部における信頼性および耐疲労強度が向上し半導体装置の寿命が改善される。
【実施例２】
【００３６】
図２は本発明の第２の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のハンダ付け方法によって構成された半導体装置の模式的な断面図であり、図１０は本発明の第２の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のハンダ付け方法を示す模式図である。図２は半導体パッケージ５０と回路基板６０との間にスペーサー部材の他に固定部材を設置したことを特徴とする半導体装置である。その他の構成については第１の実施の形態と同じである。
【００３７】
以下、本発明の第２の実施の形態における半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法および、それによって構成される半導体装置について図１０を用いて説明する。本発明の第２の実施の形態における半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法は、回路基板６０にマスクを密着させスキージを移動させる方法などにより、配線電極１１上にクリームハンダ１５を印刷し、その上にディスペンサーにより接着剤（図示せず）を塗布し、スペーサー部材を回路基板６０上の適当な位置に設置する。このスペーサー部材については第１の実施の形態と同様にすればよい。また、このときに固定部材１４を半導体パッケージ５０の角部分に位置するように回路基板６０上に４つ接着剤を用いて設置している。固定部材１４はリフロー装置内におけるリフロー時の熱膨張の際に、ハンダバンプに接触することのないような位置であればどこでもよい。この固定部材１４は半導体パッケージ５０の自重を支えるだけの剛性を有していれば何でもよく、例えば銅、アルミ、鋼材などが用いられる。また、この固定部材の高さはリフローハンダ付け前のハンダバンプ９の高さと同様になるように設定される。上述のように、半導体パッケージの構造や半導体パッケージと回路基板との位置関係、スペース部材の位置に対応して、固定部材１４の形状や位置、個数は最適化して配置される（ａ）。そして、マウンターなどにより半導体パッケージ５０のハンダバンプ９が配線電極１１上に位置するように半導体パッケージをマウントする（ｂ）。そして、その状態でリフロー装置内に搬送し、赤外線やレーザ光等の熱線照射あるいは加熱された雰囲気からの電動熱による熱風などによって、ハンダバンプ９の少なくともその一部を加熱・溶融させる（ｃ）。このとき、固定部材１４が半導体パッケージ５０の自重により半導体パッケージが降下するのを防止し、リフロー前より半導体パッケージ５０と回路基板６０の間隔が狭くならないようにしている。そして、半導体パッケージ５０と回路基板６０との間に配置されたスペーサー部材１３は熱膨張により鉛直上方向に伸長する。この熱膨張により半導体パッケージ５０を鉛直上方向に押し上げ、半導体パッケージ５０と回路基板６０との間隔がリフローハンダ付け前よりも広がる。この過程において、ハンダバンプは鉛直上方向に引き延ばされるために図７に示すようにハンダバンプの接合角が鈍角で中央部がくびれた鼓型形状を形成する（ｄ）。そして、冷却工程においてハンダバンプが鼓型形状のままの状態で固化された後に、冷却装置から取り出され、回路基板に半導体パッケージが実装された半導体装置の完成となる（ｅ）。
【００３８】
本発明の第２の実施の形態によれば、半導体パッケージと回路基板とを接続するハンダバンプが、リフローハンダ付けの際、半導体パッケージと回路基板との間に配置したスペーサー部材の熱膨張により、膨張したスペーサー部材の高さまでハンダバンプが引き延ばされ、接合角が鈍角となり、図８に示すようにハンダバンプは概ね鼓型形状に形成された状態で固化されるため、信頼性および対疲労性強度の高いハンダバンプの形成が可能である。また、半導体パッケージと回路基板との間に配置した固定部材がリフローハンダ付けの際、半導体パッケージがそれ自身の自重により降下するのを防ぐため、半導体パッケージと回路基板の間隔を確実に広げることが可能である。上記構成の半導体装置は、半導体パッケージおよび回路基板の構成部材の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力やひずみが分散される構造となり、クラックの発生を阻害することができ、ハンダ接合部における信頼性および耐疲労強度が向上し半導体装置の寿命が改善される。
【００３９】
以上から、本発明に従えば、ハンダ接合部の信頼性および耐疲労強度の向上を実現せしめるリフローハンダ付けが可能となり、それによって構成された半導体装置の疲労寿命を飛躍的に延長することができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す模式的断面図である。
【図３】半導体装置の概略を示す模式的断面図である。
【図４】従来の半導体装置を示す模式的断面図である。
【図５】従来の半導体装置を示す模式的断面図である。
【図６】従来の半導体装置におけるハンダ接合部の拡大図である。
【図７】本発明の半導体装置におけるハンダ接合部の拡大図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法を示す模式図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る半導体パッケージと回路基板のリフローハンダ付け方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体素子
２  絶縁性部材
３  配線パターン
４  ダイボンド材
５  絶縁性保護膜
６  ボンディングパッド
７  ボンディングワイヤー
８  封止樹脂材
９  ハンダバンプ
１０  絶縁性基板
１１  配線電極
１２  絶縁性保護層
１３  スペーサー部材
１４  固定部材
１５  クリームハンダ
２０  弾性部材
２１  吸着器具
５０  半導体パッケージ
６０  回路基板
【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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