(57)【要約】【課題】接合部材を用いて電極部同士を接合した場合に、その接合部材にかかる応力を低減できる接合構造および実装構造体並びに接合方法を提供する。【解決手段】接合構造は、第１の電極部８１を有する第１の部品８０と、第２の電極部７１を有する第２の部品７０と、第１の電極部８１及び第２の電極部７１を接合する接合部材９１とを備えている。接合部材９１は、第１の電極部８１及び第２の電極部７１を互いにずれた状態で接合し、第１の電極部８１の一部に、接合部材９１にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部８２を有する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極部を有する第１の部品と、
第２の電極部を有する第２の部品と、
前記第１の電極部及び前記第２の電極部を接合する接合部材とを備え、
前記接合部材は、前記第１の電極部及び前記第２の電極部を互いにずれた状態で接合し、
前記第１の電極部の一部に、前記接合部材にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部を有する
ことを特徴とする接合構造。
【請求項２】
前記緩和部は、前記第１の電極部の他の部分と曲率半径が異なる第１の曲部である
請求項１記載の接合構造。
【請求項３】
前記緩和部は、略直線形状である
請求項１記載の接合構造。
【請求項４】
前記第１の電極部は、前記緩和部の形状よりも曲率半径の大きい第２の曲部を有する
請求項２または請求項３記載の接合構造。
【請求項５】
前記緩和部は前記第１の部品の中心側を向き、かつ、前記第２の曲部は前記第１の部品の外側を向くように設けられ、
前記第２の電極部は、前記緩和部の形状および前記第２の曲部を有し、当該第２の曲部は前記第１の部品の中心側を向き、前記形状の緩和部は、前記第１の部品の外側を向くように設けられる
請求項４記載の接合構造。
【請求項６】
前記第１の部品または前記第２の部品の位置をずらすことにより、前記第１の電極部及び前記第２の電極部の位置をずらして接合させる
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の接合構造。
【請求項７】
前記第１の部品または前記第２の部品を回転させて接合することにより、前記第１の電極部と前記第２の電極部との位置をずらして接合させる
請求項６記載の接合構造。
【請求項８】
前記第１の部品または前記第２の部品の一方である一の部品の中心を回転軸として、他方の部品に対して回転させた状態で前記第１の電極部と前記第２の電極部との間が前記接合部材で接合され、
前記第１の電極部の前記緩和部は、当該第１の電極部の一部分が他の部分よりも曲率が小さい第一の曲線または第一の直線と、第二の曲線との組み合わせで形成され、
前記第１の電極部は、前記第１の部品の中心に向かう前記第二の直線に対する前記第一の曲線の接線または前記第一の直線が、当該第１の部品の回転方向と同方向に所定の角度で配置される
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の接合構造。
【請求項９】
前記緩和部は、前記第１の電極部の他の部分と逆の曲率の曲線で形成される
請求項１記載の接合構造。
【請求項１０】
前記第１の部品の前記第１の電極部と、前記第２の部品の前記第２の電極部とは、相対する位置に設けられる
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の接合構造。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載された接合構造を有する実装構造体。
【請求項１２】
相対する位置に配置された、第１の部品の第１の電極部と第２の部品の第２の電極部とを、接合部材を用いて接合し、
前記接合の際、前記接合部材にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部を有する前記第１の電極部と前記第２の電極部とを、前記第１の部品または前記第２の部品を回転させて接合する
ことを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を基板上に実装する際の接合構造およびこれを用いた実装構造体並びに接合方法に関し、特に、接合部分に加わる応力を緩和する接合構造および実装構造体並びに接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＬＳＩ）に代表される半導体装置は、通常、プリント基板などに実装されて使用される。図１２Ａは、一般的な半導体装置の実装構造体２００を示す。図１２Ｂは、一般的な実装構造体のＬＳＩチップ構成を示す説明図である。図１２Ｃは、一般的な実装構造体の基板構成を示す説明図である。ＬＳＩチップ１は、図１２Ｂに示すように、複数のＬＳＩチップ電極パッド８を有する。また、基板２は、図１２Ｃに示すように、複数の基板電極パッド９を有する。
【０００３】
ＬＳＩチップ電極パッド８と基板電極パッド９とは、一般的には円形であり、はんだバンプ７で接合され、接合構造２０を形成する。なお、図１２Ｂおよび図１２Ｃには、ＬＳＩチップの中心２１と、対角線２６を図示している。また、図１２Ｃには、矩形の破線で接合されるＬＳＩチップ１の外周２７が示されている。
【０００４】
図１３に一般的な接合構造２０の斜視図を示す。はんだバンプ７は、樽状の形状（樽型）を呈するのが一般的である。なお、図１３には、ＬＳＩチップの中心方向２５を示す破線が記載されている。ＬＳＩチップ１は、例えば、シリコンからなり、基板２は、例えば、樹脂やセラミックスからなる。
【０００５】
ここで、実装構造体２００自体が発熱したり、実装構造体２００が組み込まれている装置が発熱したりすると、ＬＳＩチップ１と基板２との線膨張係数の違いによって、はんだバンプ７には応力が加わる。応力は、ＬＳＩチップ電極パッド８とはんだバンプ７との接合部や、基板電極パッド９とはんだバンプ７との接合部の円周上に集中する。また、最も大きな応力は、ＬＳＩチップ１の中心（ＬＳＩチップの中心２１）に向かう直線、特にＬＳＩチップ１の角から中心に向かう対角線に沿って発生する。
【０００６】
このように、一般的な樽型のはんだバンプでは、ＬＳＩチップと基板との熱膨張係数の差によって熱サイクル動作時に、ＬＳＩチップや基板の電極パッドとはんだバンプとの接合部に応力が集中し、接続部の信頼性が低下するという課題がある。
【０００７】
はんだバンプと電極パッドの接合部の応力を緩和する接合構造における電極パッドの構造及び配置の例が特許文献１〜３に記載されている。
【０００８】
特許文献１は、電極パッドの少なくともひとつの外周が、第１の曲線部と第２の曲線部を有し、第１の曲線部よりも曲率が小さく、第１の曲線部の中央部の接線が第１の構造体の中心へ向かう直線に対して略垂直となる位置に設けられた接合構造を開示している。
【０００９】
特許文献２は、電極パッドが少なくともひとつの直線の辺を有する多辺形であり、そのひとつの直線の辺が第１の構造体の中心へ向かう直線に対して所定の角度（好ましくは略直交）を有して配置される接合構造を開示している。
【００１０】
特許文献３は、インターボーザ基板の四隅に近接しているランドを正方形に形成し、正方形の２組の対辺が、インターボーザ基板の対角線に対して、平行、垂直の関係にある接合構造を開示している。さらに、特許文献３は、インターポーザ基板の中心と左上と右上のランドの中心を結ぶ線に対し、それぞれのランドの２組の対辺は平行、垂直の関係にあることを開示している。
【００１１】
なお、特許文献４は、第１の電極パッドを有する第１の基板と、第２の電極パッドを有する第２の基板との接合方法を開示している。具体的には、特許文献４は、第１の電極パッド及び第２の電極パッドの間に挟まれたはんだを溶融したまま、第１の基板及び第２の基板の一方を他方に対して回転させることにより、第１の電極及び第２の電極の一方を他方に対して平行にずらして接合する接合方法を開示している。
【００１２】
なお、特許文献５は、はんだパンプの溶解時にＬＳＩチップを基板に対して引き上げ、はんだパンプを引き伸ばして鼓型にする方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１５−１２２４５７号公報
【特許文献２】特開２０１４−０３３０２０号公報
【特許文献３】特許第５０４０７４６号公報
【特許文献４】特開２００１−１２７２０２号公報
【特許文献５】特開平１０−２２３６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献４に記載された接合方法のように基板を回転させて接合した場合、すなわち、第１の電極パッドと第２の電極パッドの位置をずらして接合した場合、応力の集中箇所が変化するという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、接合部材を用いて電極部同士を接合した場合に、その接合部材にかかる応力を低減できる接合構造および実装構造体並びに接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による接合構造は、第１の電極部を有する第１の部品と、第２の電極部を有する第２の部品と、第１の電極部及記第２の電極部を接合する接合部材とを備え、接合部材が、第１の電極部及び第２の電極部を互いにずれた状態で接合し、第１の電極部の一部に、接合部材にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明による実装構造体は、上記接合構造を有する実装構造体である。
【００１８】
本発明による接合方法は、相対する位置に配置された、第１の部品の第１の電極部と第２の部品の第２の電極部とを、接合部材を用いて接合し、接合の際、接合部材にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部を有する第１の電極部と第２の電極部とを、第１の部品または第２の部品を回転させて接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、接合部材を用いて電極部同士を接合した場合に、その接合部材にかかる応力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明による実装構造体の実施形態の断面構成例を示す説明図である。
【図１Ｂ】本実施形態のＬＳＩチップの構成例を示す説明図である。
【図１Ｃ】本実施形態の基板構成例を示す説明図である。
【図１Ｄ】本実施形態の実装構造体の構成例を示す説明図である。
【図２】ＬＳＩチップを基板へ実装する方法の例を示す説明図である。
【図３Ａ】本実施形態の接合構造の構成例を示す上面図である。
【図３Ｂ】本実施形態の接合構造の構成例を示す斜視図である。
【図４】応力分布シミュレーションで用いる接合構造の配置を示す説明図である。
【図５Ａ】本実施形態の接合構造のＬＳＩチップ電極パッドの応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図５Ｂ】本実施形態の接合構造の基板電極パッドの応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図６Ａ】一般的な接合構造のＬＳＩチップ電極パッドの応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図６Ｂ】一般的な接合構造の基板電極パッドの応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図７Ａ】一般的な接合構造のＬＳＩチップ電極パッドの応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図７Ｂ】一般的な接合構造の基板電極パッドの応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図８Ａ】一般的な接合構造のＬＳＩチップ電極パッドの応力分布シミュレーションの他の結果を示す説明図である。
【図８Ｂ】一般的な接合構造の基板電極パッドの応力分布シミュレーションの他の結果を示す説明図である。
【図９】本実施形態の接合構造の変形例を示す上面図である。
【図１０】本実施形態の接合構造の他の変形例を示す上面図である。
【図１１】本発明による接合構造の概要を示すブロック図である。
【図１２Ａ】一般的な半導体装置の実装構造体を示す。
【図１２Ｂ】一般的な実装構造体のＬＳＩチップ構成を示す説明図である。
【図１２Ｃ】一般的な実装構造体の基板構成を示す説明図である。
【図１３】一般的な接合構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施の形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
【００２２】
図１Ａから図１Ｄは、本発明による実装構造体１００の実施形態を示す説明図である。具体的には、図１Ａは、本発明による実装構造体１００の実施形態の断面構成例を示す説明図である。図１Ｂは、本実施形態のＬＳＩチップの構成例を示す説明図である。図１Ｃは、本実施形態の基板構成例を示す説明図である。図１Ｄは、本実施形態の実装構造体１００の構成例を示す説明図である。
【００２３】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、ＬＳＩチップ１は、複数のＬＳＩチップ電極パッド３および複数のＬＳＩチップ電極パッド５を有する。また、図１Ａおよび図１Ｃに示すように、基板２は、複数の基板電極パッド４および複数の基板電極パッド６を有する。本実施形態では、ＬＳＩチップ電極パッド３および基板電極パッド４の形状は、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を含む形状である。すなわち、ＬＳＩチップ電極パッド３とＬＳＩチップ電極パッド５とは、その形状が異なる。同様に、基板電極パッド４と基板電極パッド６とは、その形状が異なる。
【００２４】
図１Ｂおよび図１Ｃに示す例では、形状の異なるパッドが、ＬＳＩチップ１の四隅および基板２の四隅にそれぞれ配置されている。また、図１Ｂおよび図１Ｃにおいて、中心２１は、ＬＳＩチップ１の中心位置を示す。図１Ｂには、ＬＳＩチップ電極パッド３の中心２８およびＬＳＩチップ電極パッド３において、他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線で形成されたＬＳＩチップ電極パッド３の一部の辺（以下、ＬＳＩパッド対象辺と記す。）に対する接線３０が図示されている。図１Ｂに例示するＬＳＩチップ１は矩形である。図１Ｂおよび図１Ｃには、各頂点を結んだ対角線２６を図示している。
【００２５】
また、図１Ｃには、基板電極パッド４の中心２９が図示されている。破線３１は、基板電極パッド４において、他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線で形成された基板電極パッド４の一部の辺（以下、基板パッド対象辺と記す。）に対する接線である。また、図１Ｃには、ＬＳＩチップの中心２１と基板電極パッドの中心２９とを結んだ線３３を図示している。
【００２６】
ＬＳＩチップ電極パッド５および基板電極パッド６の形状は、一般的な円形であってもよい。また、上述するＬＳＩチップ電極パッド３および基板電極パッド４の形状と同様に、ＬＳＩチップ電極パッド５および基板電極パッド６の形状は、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を含んでいてもよい。
【００２７】
ＬＳＩチップ電極パッド３と基板電極パッド４とは、はんだバンプ７（以下、単にバンプ７と記す。）で接合され、図１Ａに例示する接合構造１０を形成する。また、ＬＳＩチップ電極パッド５と基板電極パッド６とは、バンプ７で接合され、図１Ａに例示する接合構造１１を形成する。
【００２８】
図１Ｃに例示する矩形の破線は、基板２にＬＳＩチップ１が実装された場合のＬＳＩチップの外周２７を示す。図１Ｄは、基板２にＬＳＩチップ１が実装された状態を示している。図１Ｄに示すように、はんだパンプ７によって、ＬＳＩチップ電極パッド３及び基板電極パッド４は互いにずれた状態で接合される。
【００２９】
なお、図１Ｂおよび図１Ｄは、ＬＳＩチップ電極パッド３を実線で表しているが、実際にはＬＳＩチップ電極パッド３をＬＳＩチップの上から透視した状態を表している。
【００３０】
ＬＳＩチップ電極パッド３，５と基板電極パッド４，６とは、例えば銅などの導電性に優れた金属からなり、その表面には、はんだ濡れ性に優れた、例えば、金やはんだ合金の皮膜が形成されている。バンプ７は、例えば、一般的なはんだや鉛フリーはんだである。また、ＬＳＩチップ１は、主にシリコンからなり、基板２は、主に樹脂やセラミックスからなる。
【００３１】
図１Ａに例示する実装構造体１００は、例えば、以下の方法により製造される。
【００３２】
各電極パッドの形成方法について、例えば、電極となる銅膜をめっき法などで形成した後、フォトリソグラフィーとエッチングにより電極パッドを形成することが可能である。また、例えば、フォトレジストで電極のフレームを形成した後にめっき法などで電極部に銅を埋め込み、フォトレジストをリフトオフすることも可能である。
【００３３】
さらに、電極パッドにはんだバンプを形成した後、ＬＳＩチップと基板とを目合わせし、さらに温度制御を行って、はんだバンプを介してＬＳＩチップの電極と基板の電極とを接合させることで、ＬＳＩチップを基板へ実装することができる。
【００３４】
図２は、ＬＳＩチップを基板へ実装する方法の例を示す説明図である。図２（ａ）は、基板２の上部から見た実装方法であり、図２（ｂ）は、基板２の側面から見た実装方法である。
【００３５】
図２に示すように、はんだバンプ７を溶融した状態で、例えば真空吸着治具５１によってＬＳＩチップ１を吸着し、ＬＳＩチップ１の中心を回転軸として、ＬＳＩチップ１を回転させる。このように、ＬＳＩチップ１を回転した状態で、はんだバンプ７を固化させて基板２へ実装する。以上により、本実施形態の接合構造１０が形成される。
【００３６】
なお、上述する製造方法は一例であり、例えば、特許文献４に記載された方法を利用して製造されてもよい。
【００３７】
次に、本実施形態の接合構造１０を、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、本発明の実施の形態の接合構造の構成例を示す上面図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態の接合構造の構成例を示す斜視図である。
【００３８】
図３Ａおよび図３Ｂにおいて、ＬＳＩチップの中心方向２５に向かう直線が破線で示されている。例えば、ＬＳＩチップ１が、図１Ｂに例示するような四角形のＬＳＩチップの場合、この直線には、対角線２６に沿った直線を含む。
【００３９】
他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線で形成されたＬＳＩチップ電極パッド３の一部の辺（すなわち、ＬＳＩパッド対象辺）２３は、ＬＳＩチップの中心方向２５に向かう直線に対して、ＬＳＩチップの回転方向と同方向に所定の角度を有するように配置される。ここで、ＬＳＩパッド対象辺が曲線の場合、所望の角度は、中心方向２５に向かう直線と曲線の接線方向とが成す角度である。また、ＬＳＩパッド対象辺が直線の場合、所望の角度は、中心方向２５に向かう直線とその直線とが成す角度である。また、ＬＳＩチップ電極パッド３の他の部分に相当する部分（すなわち、曲率が大きい曲線部分）は、ＬＳＩチップの外周側に配置される。以下の説明では、曲線で形成されるＬＳＩパッド対象辺を第１の曲部と記すこともある。また、ＬＳＩチップ電極パッド３の他の部分に相当する部分（すなわち、曲率が大きい曲線部分）を第２の曲部と記すこともある。
【００４０】
他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線で形成された基板電極パッド４の一部の辺（すなわち、基板パッド対象辺）２４は、ＬＳＩチップの中心方向２５に向かう直線に対して、ＬＳＩチップの回転方向と同方向に所望の角度を有するように配置される。ここで、基板パッド対象辺が曲線の場合、所望の角度は、中心方向２５に向かう直線と曲線の接線方向とが成す角度である。また、基板パッド対象辺が直線の場合、所定の角度は、中心方向２５に向かう直線とその直線とが成す角度である。また、基板電極パッド４の他の部分に相当する部分（すなわち、曲率が大きい曲線部分）は、ＬＳＩチップの中心２１側に配置される。上記と同様、以下の説明では、曲線で形成される基板パッド対象辺を第１の曲部と記すこともある。また、基板電極パッド４の他の部分に相当する部分（すなわち、曲率が大きい曲線部分）を第２の曲部と記すこともある。
【００４１】
上述するように、ＬＳＩチップ電極パッド３と基板電極パッド４とは、バンプ７で接合され、接合構造１０を形成する。そして、ＬＳＩパッド対象辺２３と基板パッド対象辺２４とは、ＬＳＩチップ電極パッド３と基板電極パッド４の間の空間を埋めるバンプ７のバンプ中心２２（または、空間の中心）に対して、反対側または略点対称の位置にあると言える。
【００４２】
実装構造体１００自体が発熱したり、実装構造体１００が組み込まれている装置が発熱したりすると、ＬＳＩチップ１と基板２との線膨張係数の違いによって、接合構造１０には応力が加わる。応力は、ＬＳＩチップ電極パッド３とバンプ７との接合部や、基板電極パッド４とバンプ７との接合部に集中する。
【００４３】
ＬＳＩチップが回転していない場合、最も大きな応力は、ＬＳＩチップ１の中心に向かう直線、特にＬＳＩチップ１の角から中心に向かう対角線２６に沿って発生する。一方、ＬＳＩチップが回転している場合、バンプ７の接触角は、パッドのＬＳＩチップが回転して、パッドが移動する方向と反対側が大きくなるため、最も大きな応力は、対角線２６からＬＳＩチップの回転方向と同方向に所定の角度ずれた位置に発生する。
【００４４】
上述するように、ＬＳＩチップ電極パッド３および基板電極パッド４の形状は、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を有する形状である。例えば、ＬＳＩチップ１が図１Ｂに示すように四角形であるとする。この場合、ＬＳＩチップ電極パッド３および基板電極パッド４、並びに、はんだバンプ７を含む接合構造１０は、少なくとも、ＬＳＩチップ１の中心から最も距離が遠い、対角線２６上の最外周に位置する４つのうちの少なくとも１つに実装される。その他の箇所の接合構造は、一般的な接合構造２０で実装されればよい。
【００４５】
ただし、接合構造１０が実装される箇所は、１つに限定されない。最も大きな応力は、ＬＳＩチップ１の角から中心に向かう対角線２６に沿って発生し、その外周ほど応力は大きくなる。そのため、外周部の接合構造を本実施形態の接合構造１０とすることが、応力を緩和するためにより効果的である。なお、接合構造１０とするのは、外周部に限られない。接合構造の全てを、本実施形態の接合構造１０としても、また、任意の位置の接合構造を本実施形態の接合構造１０としても、応力を緩和するために効果的である。
【００４６】
また、本実施形態では、ＬＳＩチップ電極パッド３および基板電極パッド４の形状として、真円の円弧を含む形状を例示した。ただし、これらの電極パッドの少なくとも一辺が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を有する多辺形であれば、楕円の円弧を含んでいてもよい。このような形状であっても、応力分布における最大応力を低減する効果を有する。
【００４７】
また、本実施形態では、ＬＳＩチップの形状として四角形を例示した。ただし、ＬＳＩチップの形状は、四角形に限られない。ＬＳＩチップの形状を任意の多角形、円形、楕円形とすることが可能である。このとき、本実施形態の接合構造の電極を、ＬＳＩパッド対象辺および基板パッド対象辺がＬＳＩチップの中心に向かう直線に対してＬＳＩチップの回転方向と同方向に所定の角度を有するように配置すればよい。上述するように、ＬＳＩパッド対象辺および基板パッド対象辺が曲線の場合、所望の角度は、曲線の接線方向とＬＳＩチップの中心に向かう直線とが成す角度である。また、ＬＳＩパッド対象辺および基板パッド対象辺が直線の場合、所定の角度は、その直線とＬＳＩチップの中心に向かう直線とが成す角度である。このように配置することで、接合構造内部の応力を緩和することが可能になる。
【００４８】
以上のように、本実施形態の接合構造１０により、熱サイクル時などでのバンプと電極パッドとの接合部への応力集中を緩和できる。特に、本実施形態の接合構造１０では、はんだ付け時にＬＳＩチップを回転させて、外側に行くほどはんだバンプが引き伸ばされた形状にする。このようにしたとき、最も大きな応力が生じるＬＳＩチップの中心に向かう直線から、ＬＳＩチップの回転方向と同方向にずれて発生した応力を緩和できる。
【００４９】
また、本実施形態の接合構造１０は、特許文献５に記載されているような、特別なＬＳＩチップや基板間の高さを精密に保持する機構を有する実装装置を必要としない。そのため、簡便な方法で本実施形態の接合構造およびこれを用いた実装構造体を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
次に、この接合部で発生する応力分布を、シミュレーションにより計算した実施例を示す。応力として、多方向から複合的に荷重が加わるような応力場において、１軸の引張り又は圧縮応力へ投影した応力値を表すミーゼス応力を用いた。図４に、シミュレーションで用いた接合構造１２の配置を示す。接合構造１２は、図３Ｂに示す本実施形態の接合構造１０、または、図１３に示す一般的な接合構造２０であり、ＬＳＩチップと基板に接合している。
【００５１】
接合構造１２は、図４に示すように、１２個×１２個の１４４個配置される。この配置に基づく接合構造１２について、応力分布の計算を行った。また、図４において、接合構造Ｘが最も大きな応力を生じる。そこで、計算を簡便にし、かつ、一般的な接合構造２０に対して本実施形態の接合構造１０の効果を顕著に確認できるように、接合構造Ｘを、図３Ｂに示す接合構造１０とし、それ以外は図１３に示す通常の接合構造２０とした。また、比較例として、接合構造Ｘを図１３に示す接合構造２０としてシミュレーションを行った。
【００５２】
主な計算条件として、ＬＳＩチップの線膨張係数は３ｐｐｍ／℃、サイズは２６ｍｍ×２６ｍｍ、厚みは１ｍｍである。また、基板の線膨張係数は３２ｐｐｍ／℃、サイズは５６ｍｍ×５６ｍｍ、厚みは１．６ｍｍである。電極パッドは、円形の場合で直径が０．５ｍｍ、バンプの高さは０．５ｍｍ、温度条件は２５℃から１５０℃である。最も大きな応力を生じる接合構造Ｘの応力分布を、以下に示す。
【００５３】
図５Ａに、本実施形態の接合構造１０におけるＬＳＩチップ電極パッド３の応力分布を示す。また、図５Ｂに、本実施形態の接合構造１０における基板電極パッド４の応力分布を示す。図５Ａ、図５Ｂにおいて、各パッドの角は丸くなっている。これは、実際にパッドを作製する際、製造プロセスに起因して角が丸くなることに対応させたためである。また、比較例として、一般的な円形の電極パッドを用いた接合構造２０について、図６ＡにＬＳＩチップ電極パッド８の応力分布を、図６Ｂに基板電極パッド９の応力分布を、各々示す。
【００５４】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、ＬＳＩチップ電極パッド３および基板電極パッド４の応力分布は、ＬＳＩチップの中心方向２５に向かう直線からＬＳＩチップの回転方向にずれたパッドの外周部に最大の応力が生じる分布になることが分かる。最大応力は、ＬＳＩチップ電極パッド３では、ＬＳＩチップ中心側で２１８８ＭＰａ、基板電極パッド４では、外周側で２１５２ＭＰａであった。
【００５５】
図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、円形のＬＳＩチップ電極パッド８および基板電極パッド９の応力分布においても、ＬＳＩチップの回転がない場合、ＬＳＩチップの中心方向２５に向かう直線に沿ったパッドの外周部に最大の応力が生じる分布となることが分かる。最大応力は、ＬＳＩチップ電極パッド８では、ＬＳＩチップ中心側で２６２０ＭＰａ、基板電極パッド９では、外周側で１９８１ＭＰａであった。
【００５６】
図７Ａは、一般的な接合構造２０でＬＳＩチップを回転させた場合のＬＳＩチップ電極パッド８の応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。また、図７Ｂは、一般的な接合構造２０でＬＳＩチップを回転させた場合の基板電極パッド９の応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【００５７】
図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、ＬＳＩチップを回転させた場合、円形のＬＳＩチップ電極パッド８および基板電極パッド９の応力分布は、ＬＳＩチップの中心方向２５に向かう直線からＬＳＩチップの回転方向にずれたパッドの外周部に最大の応力が生じる分布となることが分かる。最大応力は、ＬＳＩチップ電極パッド８では、ＬＳＩ中心側で２３３８ＭＰａ、基板電極パッド９では、外周側で２４４２ＭＰａであった。
【００５８】
図８Ａは、一般的な接合構造２０でＬＳＩチップを回転させた場合で電極パッドを回転させない場合におけるＬＳＩチップ電極パッド８の応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。また、図８Ｂは、一般的な接合構造２０でＬＳＩチップを回転させた場合で電極パッドを回転させない場合における基板電極パッド９の応力分布シミュレーションの結果を示す説明図である。
【００５９】
ＬＳＩチップを回転させた場合で、電極パッドを回転させない場合について、図８Ａおよび図８Ｂを参照して説明する。この場合、ＬＳＩチップ電極パッド８および基板電極パッド９の応力分布においても、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を有する形状の場合と同様の分布が観測される。すなわち、ＬＳＩチップ電極パッド８および基板電極パッド９の応力分布において、ＬＳＩチップの中心方向２５に向かう直線からＬＳＩチップの回転方向にずれたパッドの外周部に最大の応力が生じる分布になることが分かる。最大応力は、ＬＳＩチップ電極パッド８では、ＬＳＩチップ中心側で２３０９ＭＰａ、基板電極パッド９では、外周側で２４６６ＭＰａであった。
【００６０】
以上に示す応力分布のシミュレーション結果から、以下最大応力値で比較を行う。はんだ付け時にＬＳＩチップを回転させ、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を有する形状のパッドによる接合構造は、はんだ付け時にＬＳＩチップを回転させない場合の円形パッドによる接合構造に対して、ＬＳＩチップ電極パッドの中心側で、最大応力値が１６．４％減少した。
【００６１】
はんだ付け時にＬＳＩチップの中心を回転軸としてＬＳＩチップを回転させ、はんだバンプを中心から外側に行くほど、引き伸ばされた形状にし、電極パッド構造を円形から一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線、または直線を有する形状とする。そして、電極パッドをＬＳＩチップの回転方向と同方向に回転させて設置し、かつ、図３Ａや図３Ｂに示す接合構造１０にする。このようにすることで、接合構造内部の応力を低減できることが明らかになった。
【００６２】
このように、本実施形態では、ＬＳＩチップ電極パッド３の一部に、はんだパンプ７にかかる応力が集中する部分（応力集中部）に対応する位置にＬＳＩパッド対象辺２３のような緩和部が設けられている。よって、接合部材を用いて電極部同士を接合した場合に、その接合部材にかかる応力を低減できる。
【００６３】
円形パッドに対して一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を有する形状のパッドの応力分布で最大応力が低減した原因として、最大応力が生じる部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線であることで、応力が分散したことが挙げられる。
【００６４】
すなわち、はんだ付け時にＬＳＩチップを回転させた場合、ＬＳＩチップの中心方向からＬＳＩチップの回転方向にずれた位置で最大の応力が発生する。本実施形態では、このＬＳＩチップの中心方向と接線において、垂直方向からＬＳＩチップの回転方向にずれた方向にＬＳＩチップ電極パッド３のＬＳＩパッド対象辺２３が配置されている。
【００６５】
よって、曲率の小さい辺または直線の辺上に応力が分散されため、応力を低減することができる。一方、円形パッドでは、より曲率の大きい真円の円弧の曲線に沿ってＬＳＩチップの中心方向からＬＳＩチップの回転方向にずれた位置に応力が集中するため、応力が増大する。
【００６６】
ＬＳＩチップ電極パッド３および基板電極パッド４で、ＬＳＩパッド対象辺２３および基板パッド対象辺２４をＬＳＩチップの中心側に配置すべきか、外周側に配置すべきかは、ＬＳＩチップと基板の厚み、大きさなどに依存する。
【００６７】
ＬＳＩチップに比べて基板の厚みが大きい、寸法が大きい、または、ヤング率が大きいなどで、基板の剛性がＬＳＩチップよりも高い場合、ＬＳＩチップ電極パッド３において、ＬＳＩチップ１中心側の応力が大きくなる。このような場合、図３Ａや図３Ｂに示すように、ＬＳＩパッド対象辺２３を中心側に配置し、曲率が大きい辺を外周側に配置する。
【００６８】
基板電極パッド４では、逆にＬＳＩチップ電極パッド３に対応して外周側の応力が大きくなるため、図３Ａや図３Ｂに示すように、基板パッド対象辺２４を外周側に配置し、曲率の大きい辺を中心側に配置する。
【００６９】
このような構成の接合構造１０とすることで、応力の大きい側では他の部分よりも曲率が小さい曲線、または直線の辺による応力分散が効果的になされる。また、曲率の大きい辺では元々の応力が小さい。そのため、図５Ａや図５Ｂに示したように、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を有する形状のパッドにより、円形パッドよりも最大応力の小さい応力分布を実現できる。
【００７０】
ＬＳＩチップの剛性が基板よりも高い場合、本実施形態の接合構造１０におけるＬＳＩチップ電極パッド３と基板電極パッド４の配置は、図３Ａおよび図３Ｂに示した配置とは逆に配置できる。すなわち、ＬＳＩパッド対象辺は、ＬＳＩチップの中心方向に向かう直線に対して、ＬＳＩチップの回転方向と同方向に所定の角度を有し、かつ、ＬＳＩチップ外周側に配置される。一方、基板パッド対象辺は、ＬＳＩチップの中心方向に向かう直線に対して、ＬＳＩチップの回転方向と同方向に所定の角度を有し、かつ、ＬＳＩチップ中心側に配置される。
【００７１】
次に、本実施形態の接合構造の変形例を説明する。図９は、本実施形態の接合構造の変形例を示す上面図である。
【００７２】
図９に示すように、ＬＳＩチップ電極パッド３２および基板電極パッド４２は、一部分が他の部分と逆の曲率の曲線または直線を有する形状であってもよい。すなわち、ＬＳＩチップ電極パッド３２の辺５３は、他の部分と逆の曲率を有する曲線である。また、基板電極パッド４２の辺５４は、他の部分と逆の曲率を有する曲線である。このようなＬＳＩチップ電極パッド３２およびと基板電極パッド４２並びにバンプ７２を組み合わせた接合構造１３でも、他の部分と逆の曲率を有する曲線で応力が分散されるので、最大応力を低減させることができる。
【００７３】
また、ＬＳＩチップ電極パッドと基板電極パッドとは、必ずしも同じ形状や寸法、同じ多辺形である必要はない。すなわち、異なる形状のＬＳＩチップ電極パッドおよび基板電極パッドをバンプで接合させて、接合構造を構成してもよい。
【００７４】
また、図１０は、本実施形態の接合構造の他の変形例を示す上面図である。図１０に示すように、ＬＳＩチップ電極パッド３２および基板電極パッド４は、一部分が他の部分と逆の曲率の曲線または直線を有する形状であってもよい。すなわち、ＬＳＩチップ電極パッド３２の辺５３は、他の部分と逆の曲率を有する曲線である。また、基板電極パッド４の辺２４は、他の部分と逆の曲率の曲線または直線を有する辺である。このようなＬＳＩチップ電極パッド３２およびと基板電極パッド４並びにバンプ７３を組み合わせた接合構造１４でも、他の部分と逆の曲率の曲線または直線部分で応力が分散されるので、最大応力を低減させることができる。
【００７５】
また、図１０に示す例とは逆、すなわち、ＬＳＩチップ電極パッド３の辺２３が、他の部分と逆の曲率の曲線または直線を有する辺であり、基板電極パッド４２の辺５４が、他の部分と逆の曲率を有する曲線であってもよい。
【００７６】
さらに、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線を有する形状の電極パッドや、一部分が他と逆の曲率の曲線を有する形状の電極パッドと上下で組み合わせる電極パッドの形状は、任意である。これらの電極パッドを、例えば、三角形や四角形、五角形や八角形などの直線で構成された任意の多角形にすることも可能である。
【００７７】
また、これらの電極パッドの形状は、多角形だけでなく、一辺が直線である多辺形であってもよい。例えば、一辺が直線で他辺が曲線である多辺形の形状が挙げられる。このような形状とすることで、一部分が他の部分よりも曲率が小さい辺とする場合と同様に、直線部分で応力を分散させることができる。
【００７８】
これらの例の場合、接合構造内部の応力を低減する目的で、ＬＳＩチップの中心方向から、ＬＳＩチップの回転方向と同方向に所定の角度の位置に配置される電極パッドの一辺の長さをできるだけ長くして、応力を分散させやすくすることが望ましい。
【００７９】
また、上記では、図１Ａ〜Ｄおよび図３Ａ〜Ｂにおいて、ＬＳＩパッド対象辺２３と基板パッド対象辺２４とは、ＬＳＩチップ電極パッド３と基板電極パッド４の間の空間を埋めるバンプのバンプ中心２２に対して、反対側または略点対称の位置に配置できることを説明した。さらに、上記では、ＬＳＩパッド対象辺２３と基板パッド対象辺２４とは、ＬＳＩチップ電極パッド３と基板電極パッド４の間の空間の中心に対して、反対側または略点対称の位置に配置できることを説明した。
【００８０】
一方、応力の分布状態によって、ＬＳＩチップ側と基板側のどちらかの応力が他方に比べて低いことも想定される。この場合、応力が低い方の電極パッドを、他の部分よりも曲率が小さい曲線または直線の辺が接合する電極パッドの反対側や略点対称の位置になるように配置して応力を分散する必要はない。これらの電極パッドを同方向に配置してもよい。
【００８１】
以上のように、本実施形態では、接合構造１０が、ＬＳＩチップ電極パッド３を有するＬＳＩチップ１と、基板電極パッド４を有する基板２と、これらの電極パッドを接合するはんだパンプ７を備えている。そして、はんだパンプ７は、ＬＳＩチップ電極パッド３及び基板電極パッド４を互いにずれた状態で接合する。また、ＬＳＩチップ電極パッド３の一部に、はんだパンプ７にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部となるＬＳＩパッド対象辺２３を有する。よって、はんだパンプ７にかかる応力を低減できる。
【００８２】
例えば、特許文献１や特許文献２に記載された方法では、ＬＳＩチップが基板に対して回転していない。一方、本発明では、ＬＳＩ電極パッドと基板電極パッドが（例えば、図３Ａでは、水平方向に）ずれている。このことにより、はんだパンプが引き伸ばされ、はんだパンプへの応力集中が緩和される。
【００８３】
また、特許文献１や特許文献２に記載された方法の場合、ＬＳＩ電極パッドと基板電極パッドとが、垂直でないと応力集中を緩和する効果は得られない。一方、本発明では、ＬＳＩチップが回転したことで応力集中箇所がずれている。この角度が垂直のままでは応力を緩和する効果が得られないため、垂直からＬＳＩチップの回転方向と同方向にパッドの中心から所定の角度（例えば、約３０度）を有して配置される。すなわち、本発明では、ＬＳＩチップを回転させて、はんだパンプを引き伸ばして応力を緩和する効果を損なわないように、応力集中がずれた方向にパッドを回転させて配置している。
【００８４】
次に、本発明の概要を説明する。図１１は、本発明による接合構造の概要を示すブロック図である。本発明による接合構造は、第１の電極部８１（例えば、ＬＳＩチップ電極パッド３）を有する第１の部品８０（例えば、ＬＳＩチップ１）と、第２の電極部７１（例えば、基板電極パッド４）を有する第２の部品７０（例えば、基板電極パッド６）と、第１の電極部８１及び第２の電極部７１を接合する接合部材９１（例えば、はんだバンプ７）とを備えている。
【００８５】
接合部材９１は、第１の電極部８１及び第２の電極部７１を互いにずれた状態で接合し、第１の電極部８１の一部に、接合部材９１にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部８２（例えば、ＬＳＩパッド対象辺２３）を有する。
【００８６】
そのような構成により、接合部材を用いて電極部同士を接合した場合に、その接合部材にかかる応力を低減できる。
【００８７】
緩和部８２は、第１の電極部８１の他の部分と曲率半径が異なる第１の曲部であってもよい。また、緩和部８２は、略直線形状であってもよい。
【００８８】
また、第１の電極部は、緩和部８２の形状よりも曲率半径の大きい第２の曲部を有していてもよい。
【００８９】
さらに、緩和部８２は第１の部品８０の中心側を向き、かつ、第２の曲部は第１の部品８０の外側を向くように設けられていてもよい。そして、第２の電極部７１は、緩和部８２の形状および第２の曲部を有し、その第２の曲部は第１の部品８０の中心側を向き、上記形状の緩和部８２は、第１の部品８０の外側を向くように設けられていてもよい。
【００９０】
また、第１の部品８０または第２の部品７０の位置をずらすことにより、第１の電極部８１及び第２の電極部７１の位置をずらして接合させてもよい。
【００９１】
具体的には、第１の部品８０または第２の部品７０を回転させて接合することにより、第１の電極部８１と第２の電極部７１との位置をずらして接合させてもよい。
【００９２】
また、第１の部品８０または第２の部品７０の一方の部品の中心を回転軸として、他方の部品に対して回転させた状態で第１の電極部８１と第２の電極部７１との間が接合部材９１で接合されてもよい。さらに、第１の電極部８１の緩和部８２は、その第１の電極部８１の一部分が他の部分よりも曲率が小さい第一の曲線または第一の直線（例えば、ＬＳＩパッド対象辺２３）と、第二の曲線との組み合わせで形成されてもよい。そして、そして、第１の電極部８１は、第１の部品８０の中心に向かう第二の直線に対する第一の曲線の接線または第一の直線が、その第１の部品８０の回転方向と同方向に所定の角度で配置されてもよい。
【００９３】
一方、緩和部８２は、第１の電極部８１の他の部分と逆の曲率の曲線で形成されてもよい。
【００９４】
また、第１の部品の第１の電極部と、第２の部品の第２の電極部とは、相対する位置に設けられてもよい。
【００９５】
また、本発明の実装構造体（例えば、実装構造体１００）は、上述する本発明の接合構造（例えば、接合構造１０）を有する。
【００９６】
また、本発明の接合構造は、以下のようにも記載されうる。
本発明の接合構造は、第１の構造体（例えば、ＬＳＩチップ１）と第２の構造体（例えば、基板２）とを接合する接合構造（例えば、接合構造１０）であって、前記接合構造が、前記第１の構造体に接合する第１の電極パッド（例えば、ＬＳＩチップ電極パッド３）と前記第２の構造体に接合する第２の電極パッド（例えば、基板電極パッド４）と前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドと接合するバンプ（例えば、はんだパンプ７）とを有し、第１の構造体は第２の構造体との接合時に、第１の構造体の中心（例えば、ＬＳＩチップ電極パッドの中心２８）を回転中心として、第２の構造体に対して、第１の構造体を回転させて、接合構造が外側に行くほど、引き伸ばされた形状のままで接合される接合構造である。また、前記第１の電極パッドのピッチと前記第２の電極パッドのピッチとは、同じであり、前記接合構造を介して対向する前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとは互いに平行にずれており、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとのズレは、前記第１の構造体または前記第２の構造体の中心から離れるにつれて大きくなる。前記中心から最も離れた位置にある、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとのずれは、当該、第１の電極パッド、当該第２の電極または、前記接合構造の一個分以内である。
【００９７】
前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドの形状は、一部分が他の部分よりも曲率が小さい曲線、または直線であってもよい。
【００９８】
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００９９】
（付記１）第１の電極部を有する第１の部品と、第２の電極部を有する第２の部品と、前記第１の電極部及び前記第２の電極部を接合する接合部材とを備え、前記接合部材は、前記第１の電極部及び前記第２の電極部を互いにずれた状態で接合し、前記第１の電極部の一部に、前記接合部材にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部を有することを特徴とする接合構造。
【０１００】
（付記２）前記緩和部は、前記第１の電極部の他の部分と曲率半径が異なる第１の曲部である付記１記載の接合構造。
【０１０１】
（付記３）前記緩和部は、略直線形状である付記１記載の接合構造。
【０１０２】
（付記４）前記第１の電極部は、前記緩和部の形状よりも曲率半径の大きい第２の曲部を有する付記２または付記３記載の接合構造。
【０１０３】
（付記５）前記緩和部は前記第１の部品の中心側を向き、かつ、前記第２の曲部は前記第１の部品の外側を向くように設けられ、前記第２の電極部は、前記緩和部の形状および前記第２の曲部を有し、当該第２の曲部は前記第１の部品の中心側を向き、前記形状の緩和部は、前記第１の部品の外側を向くように設けられる付記４記載の接合構造。
【０１０４】
（付記６）前記第１の部品または前記第２の部品の位置をずらすことにより、前記第１の電極部及び前記第２の電極部の位置をずらして接合させる付記１から付記５のうちのいずれか１つに記載の接合構造。
【０１０５】
（付記７）前記第１の部品または前記第２の部品を回転させて接合することにより、前記第１の電極部と前記第２の電極部との位置をずらして接合させる付記６記載の接合構造。
【０１０６】
（付記８）前記第１の部品または前記第２の部品の一方の部品の中心を回転軸として、他方の部品に対して回転させた状態で前記第１の電極部と前記第２の電極部との間が前記接合部材で接合され、前記第１の電極部の前記緩和部は、当該第１の電極部の一部分が他の部分よりも曲率が小さい第一の曲線または第一の直線と、第二の曲線との組み合わせで形成され、前記第１の電極部は、前記第１の部品の中心に向かう前記第二の直線に対する前記第一の曲線の接線または前記第一の直線が、当該第１の部品の回転方向と同方向に所定の角度で配置される付記１から付記７のうちのいずれか１つに記載の接合構造。
【０１０７】
（付記９）前記緩和部は、前記第１の電極部の他の部分と逆の曲率の曲線で形成される付記１記載の接合構造。
【０１０８】
（付記１０）前記第１の部品の前記第１の電極部と、前記第２の部品の前記第２の電極部とは、相対する位置に設けられる付記１から付記９のうちのいずれか１つに記載の接合構造。
【０１０９】
（付記１１）付記１から付記１０のいずれか１つに記載された接合構造を有する実装構造体。
【０１１０】
（付記１２）相対する位置に配置された、第１の部品の第１の電極部と第２の部品の第２の電極部とを、接合部材を用いて接合し、前記接合の際、前記接合部材にかかる応力集中部に対応する位置に緩和部を有する前記第１の電極部と前記第２の電極部とを、前記第１の部品または前記第２の部品を回転させて接合することを特徴とする接合方法。
【符号の説明】
【０１１１】
１  ＬＳＩチップ
２  基板
３，５，８  ＬＳＩチップ電極パッド
４，６，９  基板電極パッド
７  はんだバンプ
１０，１１，１２，１３，１４，２０  接合構造
２１  ＬＳＩチップの中心
２２  バンプ中心
２３  ＬＳＩパッド対象辺
２４  基板パッド対象辺
２５  ＬＳＩチップの中心方向
２６  対角線
２７  ＬＳＩチップの外周
２８  ＬＳＩチップ電極パッドの中心
２９  基板電極パッドの中心
３０  接線
３２  ＬＳＩチップ電極パッド
４２  基板電極パッド
５１  真空吸着治具
７０，８０  部品
７１，８１  電極部
７２，７３  バンプ
８２  緩和部
９１  接合部材
１００，２００    実装構造体
【図１Ａ】
2018170411.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
2018170411.tif 000010
【図５Ａ】
2018170411.tif 000011
【図５Ｂ】
2018170411.tif 000012
【図６Ａ】
2018170411.tif 000013
【図６Ｂ】
2018170411.tif 000014
【図７Ａ】
2018170411.tif 000015
【図７Ｂ】
2018170411.tif 000016
【図８Ａ】
2018170411.tif 000017
【図８Ｂ】
2018170411.tif 000018
【図９】
2018170411.tif 000019
【図１０】
2018170411.tif 000020
【図１１】
2018170411.tif 000021
【図１２Ａ】
2018170411.tif 000022
【図１２Ｂ】
2018170411.tif 000023
【図１２Ｃ】
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【図１３】
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