(57)【要約】【課題】アンダーフィル材を適切な形状に形成することができる。【解決手段】板状のＬＳＩ（電子部品）４がはんだバンプ５を介して基板１に実装され、ＬＳＩ４と基板１との間に充填されるアンダーフィル樹脂（アンダーフィル材）３が平面視にてＬＳＩ４よりも大きくＬＳＩ４と相似の形状に配される。ＬＳＩ４のコーナー部４ａに近接し、ＬＳＩ４の中心から最も離れた位置に相当するアンダーフィル樹脂３の充填領域に、基板１から突出する突起部２が設けられている。【選択図】図１
2011049502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の電子部品がはんだバンプを介して基板に実装され、前記電子部品と前記基板との間に充填されるアンダーフィル材が平面視にて前記電子部品よりも大きく前記電子部品と略相似の形状に配される半導体装置の実装構造であって、
前記電子部品の中心から最も離れた位置に相当する前記アンダーフィル材充填領域に、前記基板から突出する突起部を設けたことを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項２】
前記電子部品の中心から最も離れた位置に相当する前記アンダーフィル材充填領域には、前記アンダーフィル充填領域を挟むあるいは囲むように前記突起部が複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装構造。
【請求項３】
前記電子部品は平面視多角形の板状であると共に、前記アンダーフィル材充填領域は平面視にて前記電子部品と略相似の多角形であって、前記突起部は前記アンダーフィル材充填領域の前記多角形の頂点に各々設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の実装構造。
【請求項４】
前記アンダーフィル材は樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の実装構造。
【請求項５】
請求項１で用いられる前記基板上に前記電子部品をはんだリフローによってはんだ付けする工程と、
該はんだ付けされた電子部品と前記基板との間に前記アンダーフィル材を充填する工程とを有することを特長とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンダーフィル樹脂によって、はんだ付け部分を封止する半導体装置の実装構造および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気的接続部分を樹脂封止した構造の半導体装置が使用されている。
例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すような、回路面に低誘電体膜２６を備えるＬＳＩ２４がはんだバンプ２５（図３（ｂ）参照）を介して基板２１に実装されて、アンダーフィル樹脂２３がはんだ付け部分に充填された半導体装置３０が使用されている。アンダーフィル樹脂２３がはんだ付け部に充填されることによって、はんだ付け部分を保護すると共に、はんだバンプ２５がＬＳＩ２４と基板２１との熱膨張差によって生じる熱応力で熱疲労破壊するのを防止している。
また、特許文献１には、センサーチップの表面上にわずかな隙間を残してダム梁を配置し、ダム梁から電極形成領域側を樹脂封止する構造の半導体装置が開示されている。センサーチップの表面とダム梁との間の隙間は、封止用樹脂が流れ込む寸法であると共に、ダム梁とセンサーチップの表面との表面張力によりダム梁より先方へはみ出さない寸法に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１１１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の半導体装置の実装構造では以下のような問題があった。
図３（ａ）、（ｂ）に示すような半導体装置３０では、アンダーフィル樹脂２３が低誘電体膜２６の側部を覆う構成であるが、製造工程において液状のアンダーフィル樹脂１３をはんだ付け部に充填した後に、加熱により硬化させているため、充填される液状のアンダーフィル樹脂１３の充填量が少ないと、ＬＳＩ１４のコーナー部１４ａにアンダーフィル樹脂１３が十分に行きわたらず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＳＩ２４のコーナー部２４ａで低誘電体膜２６がアンダーフィル樹脂２３に覆われず露出してしまう。そして、この状態でアンダーフィル樹脂２３を加熱し硬化させると、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂２３が熱収縮して低誘電体膜２６に応力が集中してしまい、低誘電体膜２６が剥離してしまうことがあった。
【０００５】
また、製造工程において、充填される液状のアンダーフィル樹脂２３の充填量が多いとＬＳＩ２４のコーナー部２４ａにアンダーフィル樹脂２３が行きわたるが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＳＩ２４の外縁部で隣り合うコーナー部２４ａとの中間に位置する中央部２４ｂでアンダーフィル樹脂２３がＬＳＩ２４の上部まで達している。そして、この状態でアンダーフィル樹脂２３を加熱し硬化させると、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂２３が熱収縮してＬＳＩ２４上部のエッジに応力が集中してしまい、ＬＳＩ２４の側壁にクラックが生じてしまうことがあった。
このように、アンダーフィル樹脂２３の形状が適切でないことにより半導体装置３０の信頼性が低下してしまうという問題があった。 
このため、アンダーフィル樹脂の量を厳密に調節する必要があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、容易にアンダーフィル材を適切な形状に形成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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の実装構造は、板状の電子部品がはんだバンプを介して基板に実装され、前記電子部品と前記基板との間に充填されるアンダーフィル材が平面視にて前記電子部品よりも大きく前記電子部品と相似の形状に配される半導体装置の実装構造であって、前記電子部品の中心から最も離れた位置に相当する前記アンダーフィル材充填領域に、前記基板から突出する突起部を設けたことを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、前記半導体装置で用いられる前記基板上に前記電子部品をはんだリフローによってはんだ付けする工程と、該はんだ付けされた電子部品と前記基板との間に前記アンダーフィル材を充填する工程とを有することを特長とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板上の電子部品の中心から最も離れた位置に相当するアンダーフィル材充填領域には、基板から突出する突起部が設けられているので、電子部品の外縁部と突起部との間に配されたアンダーフィル材の表面張力により、アンダーフィル材が充填されにくい電子部品の中心から最も離れた位置の電子部品の回路面およびその側部をアンダーフィル材で覆うことができる。そして、電子部品の回路面はアンダーフィル材で覆われているので、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル材の熱収縮により電子部品の回路面にかかる応力で回路面が剥離することを防ぐことができる。
また、表面張力により電子部品の回路面をアンダーフィル材で覆うことができるので、アンダーフィル材を過多に充填する必要がない。そして、アンダーフィル材が過多に充填されないので、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル材の熱収縮により電子部品にかかる応力を低減させることができて、電子部品にクラックが生じることを防ぐことができる。
そして、アンダーフィル材を最適な形状に充填することで、半導体装置の信頼性を高めると共に安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態による半導体装置の実装構造の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第二の実施の形態による半導体装置の実装構造の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】（ａ）は従来の半導体装置の実装構造の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】（ａ）は従来の他の半導体装置の実装構造の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図５】（ａ）は従来の更に他の半導体装置の実装構造の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図６】図５に示す従来の半導体装置と比べてアンダーフィル樹脂が少ない従来の半導体装置に応力のシミュレーションを行いその結果を示す図である。
【図７】図５に示す従来の半導体装置に応力のシミュレーションを行いその結果を示す図である。
【図８】図６および図７に示す結果をまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第一の実施の形態による半導体装置の実装構造について、図１（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態による半導体装置１０は、基板１上にＬＳＩ（電子部品）４がはんだバンプ５（図１（ｂ）参照）によってはんだ付けされているフリップチップ実装構造の半導体装置である。
ＬＳＩ４は、回路面に低誘電体膜６を備えている。この低誘電体膜６と基板１との間のはんだ付け部分はアンダーフィル樹脂（アンダーフィル材）３によって封止されている。アンダーフィル樹脂３は低誘電体膜６の側部６ａも覆っている。
【００１１】
ＬＳＩ４は平面視略長方形の板状に形成されていて、基板１とＬＳＩ４との間のはんだ付け部分とその周囲にアンダーフィル樹脂３が配設されている。アンダーフィル樹脂３の外形はＬＳＩ４の外形よりも大きい平面視略長方形状となる。
アンダーフィル樹脂３には、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂、アクリル樹脂などからなる熱硬化性の接着剤を使用する。
基板１には、ＬＳＩ４の各コーナー部４ａから所定の間隔をあけた位置に基板１から突出する円柱状の突起部２が配設されている。
【００１２】
突起部２はアンダーフィル樹脂３の外縁部の位置に配設されていて、ＬＳＩ４のコーナー部４ａと突起部２との間には、アンダーフィル樹脂３が充填されている。突起部２は、ＬＳＩ４の外縁部上で隣り合うコーナー部４ａとの中間に位置する中央部４ｂと比べコーナー部４ａと近い位置に配設されている。突起部２は、その高さが充填されるアンダーフィル樹脂３の厚さよりも高くなるように形成されている。
【００１３】
突起部２は、金属端子を有するはんだ付け可能な部材で、はんだ付けによって基板１に形成されてもよい。また、突起部２は、基板１を貫通する孔に基板１の裏面から挿入されて先端部が突出したボルトとしてもよい。また、突起部２は、金属部材でなく、樹脂を含む材料を基板１上に配設して硬化させた樹脂部材としてもよい。
なお、突起部２の形状は円柱に限られることはなく、例えば、三角柱や四角柱などの多角柱や、円錐、円錐台などの他の形状としてもよい。
【００１４】
次に、本実施の形態による半導体装置の製造方法について説明する。
まず、ＬＳＩ４の回路面である低誘電体膜６の表面にはんだバンプ５を形成し、回路面を基板１側に向けて設置して、はんだリフローによりＬＳＩ４を基板１に実装する。
この基板１へのＬＳＩ４の実装と前後して、突起部２を形成する。突起部２は、金属端子を有する部材としてこれを基板１にはんだ付けによって設置したり、ボルトとして基板１に形成された貫通孔に基板１の裏面からこのボルトを挿入したりして形成する。
また、突起部２は、樹脂を含む材料を基板１上に配設して硬化させて形成してもよい。
【００１５】
次に、アンダーフィル樹脂３の充填を行う。
アンダーフィル樹脂３は、ＬＳＩ４の周囲から低誘電体膜６と基板１との間のはんだ付け部分に充填する。アンダーフィル樹脂３は、最初は液状で流動性を持つため、ＬＳＩ４と基板１との間に流入する。隣り合うはんだバンプ５間にもアンダーフィル樹脂３を充填する。
そして、ＬＳＩ４と基板１との間にアンダーフィル樹脂３が充填され、アンダーフィル樹脂３がＬＳＩ４のコーナー部４ａの低誘電体膜６の側部６ａと突起部２の側面２ａの下部側とに接触すると、アンダーフィル樹脂３は表面張力により、突起部２の表面を伝って上部に吸いあがるように動き、突起部２の周囲にアンダーフィル樹脂３が集まろうとする。この表面張力により多くのアンダーフィル樹脂３が突起部２側に引っ張られて、ＬＳＩ４のコーナー部４ａに集まり、コーナー部４ａの低誘電体膜６の側部６ａはアンダーフィル樹脂３に覆われることになる。このとき、アンダーフィル樹脂３は低誘電体膜６の側部６ａを覆い、ＬＳＩ４側部の高さ方向の中央付近の高さに供給されることが好ましい。
【００１６】
次に、はんだ付け部分とその周囲に配設された液状のアンダーフィル樹脂３を高温に加熱し硬化させる。アンダーフィル樹脂３が硬化することによって、はんだ付け部分が樹脂封止される。そして、常温となった後に、温度サイクル試験を行い、半導体装置１０の接続信頼性評価を行う。
【００１７】
次に、上述した第一の実施の形態による半導体装置の実装構造の作用について説明する。
本実施の形態による半導体装置の実装構造では、突起部２とＬＳＩ４のコーナー部４ａとの表面張力により、ＬＳＩ４の中心から離れていてアンダーフィル樹脂３が行きわたりにくいＬＳＩ４のコーナー部４ａの低誘電体膜６の側部６ａに十分なアンダーフィル樹脂３を供給できることにより、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂３の熱収縮による応力がＬＳＩ４のコーナー部４ａの低誘電体膜１６に集中することがなく、低誘電体膜６がＬＳＩ４から剥離することを防止できる。
また、アンダーフィル樹脂３は、突起部２とＬＳＩ４のコーナー部４ａとの表面張力によりＬＳＩ４のコーナー部４ａに集まるので、アンダーフィル樹脂３を過多に供給する必要がない。
【００１８】
そして、アンダーフィル樹脂３が過多に供給されないことにより、ＬＳＩ４の中央部４ｂでアンダーフィル樹脂３が上部まで達することがないので、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂３の熱収縮による応力がＬＳＩ４の上部のエッジに集中することがなく、ＬＳＩ４の側部にクラックが生じることを防止できる。
また、アンダーフィル樹脂３の充填量は、コーナー部４ａの低誘電体膜６の側部６ａを覆うことができる量に設定する必要があるが、厳密にコントロールする必要がないので、製造工程における管理が容易となる。
【００１９】
第一の実施の形態による半導体装置の実装構造では、アンダーフィル樹脂３を最適な形状に充填できることにより、温度サイクル試験の低温時にＬＳＩ４に作用する応力を軽減することができるので、半導体装置１０の信頼性を高めると共に安定させることができる効果を奏する。
【００２０】
ここで、図５（ａ）、（ｂ）に示す従来の半導体装置３０のＬＳＩ２４に作用するの応力のシミュレーションを行った。このシミュレーションは、図５（ｂ）の点線で示す形状のアンダーフィル樹脂２３ａを備える半導体装置３０ａと実線で示す形状のアンダーフィル樹脂２３ｂを備える半導体装置３０ｂに行った。
半導体装置３０ａは、半導体装置３０ｂと比べてアンダーフィル樹脂量が多く、ＬＳＩ２４の中央部２４ｂでアンダーフィル樹脂２３はＬＳＩ２４の上部に達している。
半導体装置３０ｂでは、半導体装置３０ａと比べてアンダーフィル樹脂量が少なく、ＬＳＩ２４の中央部２４ｂではアンダーフィル樹脂２３がＬＳＩ２３の上部に達している。
【００２１】
図６乃至図８より、半導体装置３０ａ、半導体装置３０ｂ共に、アンダーフィル樹脂２３ａ２３ｂがＬＳＩ２４の上部まで達しているが、相対的にアンダーフィル樹脂２３が少ない半導体装置３０ａのほうが、相対的にアンダーフィル樹脂２３が多い半導体装置３０ｂよりも、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂２３の熱収縮によりＬＳＩ２４の上部のエッジにかかる応力を４３％低減できることがわかり、ＬＳＩ２４の側壁にクラックが生じることを防ぐことができる。
【００２２】
また、図３に示すようなＬＳＩ２４のコーナー部２４ａで低誘電体膜２６の側部２６ａがアンダーフィル樹脂２３に覆われている半導体装置３０ｃと、図４に示すようなアンダーフィル樹脂２３が半導体装置３０ｃのアンダーフィル樹脂２３と比べて相対的に少なく、ＬＳＩ２４のコーナー部２４ａで低誘電体膜２６の側部２６ａが露出する半導体装置３０ｄに応力シミュレーションを行った。その結果、図８に示すように、アンダーフィル樹脂２３が少なく低誘電体膜２６の側部２６ａが露出している半導体装置３０ｄでは、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂２３の熱収縮により低誘電体膜２６にかかる応力が高く、アンダーフィル樹脂２３が低誘電体膜２６の側部２６ａを覆っている半導体装置３０ｃのほうが低誘電体膜２６の剥離を防止することができる。
【００２３】
次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図２に示すように、第二の実施の形態による半導体装置の実装構造によれば、半導体装置２０には、ＬＳＩ４の各コーナー部４ａに対して２つの突起部２が設置されている。
【００２４】
第二の実施の形態によれば、突起部１２が１つのコーナー部４ａに対して複数設置されていることにより、複数の突起部１２の間にもアンダーフィル樹脂３が毛細管現象により流入し複数の突起部２間でも表面張力が生じるので、第一の実施の形態と比べて表面張力が大きくなりコーナー部４ａへのアンダーフィル樹脂３の流入が大きくなるという効果が得られる。 
【００２５】
以上、本発明による半導体装置の実装構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、ＬＳＩ４は回路面に低誘電体膜６を備えているが、その他の誘電体を備えるＬＳＩとしてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態ではＬＳＩ４は平面視略長方形であるが、それ以外の平面視多角形でもよく、また、ＬＳＩが多角形とこの多角形から突出する凸部とからなる場合には、この凸部に近接して突起部２を設けてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、アンダーフィル樹脂３ではんだ付け部分を封止しているが、アンダーフィル樹脂３以外のアンダーフィル材を使用してもよい。
また、例えば、上記の第二の実施の形態では、ＬＳＩ４の各コーナー部４ａに対して突起部１２が２つずつ配設されているが、３つ以上としてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  基板
２、１２  突起部
３  アンダーフィル樹脂（アンダーフィル材）
４  ＬＳＩ（電子部品）
４ａ  コーナー部
５  はんだバンプ
１０、２０  半導体装置
【図１】
2011049502.tif 000003
【図２】
2011049502.tif 000004
【図３】
2011049502.tif 000005
【図４】
2011049502.tif 000006
【図５】
2011049502.tif 000007
【図６】
2011049502.tif 000008
【図７】
2011049502.tif 000009
【図８】
2011049502.tif 000010