(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に第一ランドおよび第二ランドが設けられた基板であって、
前記第二ランドの平面形状が、前記第一ランドの内接円の面積よりも内接円の面積が小さい多角形であり、
前記一方の面において、前記第一ランドの面積と前記第二ランドの面積とが略等しい基板。
【請求項２】
請求項１に記載の基板において、前記第一ランドの平面形状が略円形であって、前記第二ランドの平面形状が略正多角形である基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板において、
前記一方の面に、複数の第一ランドおよび複数の第二ランドが列状に配置され、
前記列の形成方向において、前記第二ランドの幅が、前記第一ランドの幅以下である基板。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか一項に記載の基板において、前記一方の面に、複数の前記第一ランドおよび複数の前記第二ランドが格子状に配置された基板。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか一項に記載の基板において、
前記第一ランドに接合された第一バンプと、前記第二ランドに接合された第二バンプと、を含み、
前記第二バンプの高さが前記第一バンプの高さよりも大きい基板。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれか一項に記載の基板において、
当該基板の平面形状が略矩形であって、矩形の辺に沿って前記第一ランドと前記第二ランドとが設けられるとともに、前記矩形の角部から辺の中心に向かって前記第二ランドおよび前記第一ランドがこの順に配置された基板。
【請求項７】
請求項１乃至５いずれか一項に記載の基板において、
当該基板の平面形状が略矩形であって、矩形の辺に沿って前記第一ランドと前記第二ランドとが設けられるとともに、前記矩形の角部から辺の中心に向かって前記第一ランドおよび前記第二ランドがこの順に配置された基板。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれか一項に記載の基板と半導体チップとが積層された半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置において、前記半導体チップが前記基板に実装された半導体装置。
【請求項１０】
第一基板と、
前記第一基板の前記一方の面に対向して設けられた第二基板と、
前記第一基板または前記第二基板に実装された半導体チップと、
を含み、
前記第一基板が、請求項１乃至７いずれか一項に記載の基板であって、
前記第二ランドが配置された領域における前記第一基板と前記第二基板との間隔が、前記第一ランドが配置された領域における前記第一基板と前記第二基板との間隔よりも大きい半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップが実装される基板およびこれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の多数の回路素子を形成した半導体チップを配線基板等に実装される。そして、半導体装置に要求される回路動作や機能を果たすように、各回路素子間が結線される。半導体チップと配線基板との間の結線方法としては、金線によるワイヤーボンディング法、直接回路面を配線基板面に向けて接合するフリップチップ接合法等がある。
【０００３】
また、半導体装置における高密度実装技術には、複数の機能を一つのシステムにシリコンで実現するＳｏＣ（システム・オン・チップ）という技術と、メモリー、ＣＰＵ（中央演算装置）など複数の機能を１つのパッケージ実装で実現するＳｉＰ（システム・イン・パッケージ）という技術がある。現在、ＳｏＣの補完技術として、ＳｉＰ技術が注目を集めている。
【０００４】
さらに、ＳｉＰ技術の次世代技術として、パッケージ同士を積層するＰｏＰ（パッケージ・オン・パッケージ）技術がある。ＰｏＰ技術を現在ＳｉＰ技術の主流となっているチップスタック（チップ積層）技術と比べたときの、ＰｏＰ技術の主なメリットとしては、歩留まり向上やテストの容易性などの生産効率とコストを改善できる点、不具合発生時の問題解析が容易である点、受動部品も同一実装できることにより高速・高密度を実現できる点、市販パッケージ品も搭載可能なため、多くのアプリケーションに適用可能である点、および柔軟なモジュール形態・形状に対応できることによる設計の柔軟性に優れる点が挙げられる。
【０００５】
ＰｏＰ技術を用いたパッケージは、二以上のパッケージからなり、それぞれの接合部端子同士が半田ボールにより接合される。ベースとなるパッケージにおいては、様々な技術で半導体チップが配線基板に実装され、半導体チップと配線基板との間が接合される。
【０００６】
代表的な接合技術としては、半導体配線基板の上面および下面のいずれか、あるいは両面について、半導体チップの回路面を配線基板面に向けて、金バンプや半田バンプなどを介して半導体チップをフリップチップ実装し、フリップチップ実装した接合部をアンダーフィル樹脂により補強する技術がある。また、他に、金線によるワイヤーボンディング法により半導体チップと配線基板とを接合し、ポッティング法、トップゲート法、もしくは印刷法により樹脂材料で封止し補強する技術がある。その他に、半導体チップを配線基板内に埋め込む技術、接合された半導体チップ面の全面を封止するために貫通電極を配置する技術などがある。
【０００７】
また、ベースパッケージの上面の接合部端下面の外部端子には、ランド、または、半田ボール等の導電性材料によるバンプが形成されている。このようなベースパッケージには、ベースパッケージの上面に形成された接合部端子に対応する接合部端子を持つパッケージ（以下、「子パッケージ」とも呼ぶ。）が積層されて、接合される。また、ベースパッケージには、半導体チップ、チップコンデンサーもしくはチップ抵抗などが実装された配線基板が積層されることもある。さらに、ベースパッケージに、パッケージ等を実装するためにスペーサーの役割を果たす中継基板が積層されることもある。子パッケージ、配線基板、中継基板等は、半田ボールや半田ペースト等を介してベースパッケージに積層されて、リフロー等により加熱され、接合される。
【０００８】
こうしたＰｏＰ技術において、従来、パッケージに反りが生じることにより、パッケージ間の接合に不具合が生じる懸念があった。このような不具合は、各パッケージの構成により熱膨張率が異なるために生じるものである。また、良好な接合を確保しようとすると、パッケージの設計や材料が制限されることがあった。
【０００９】
以下、パッケージ間の接合不良について、図１３〜図１５を参照して説明する。なお、これらは、いずれも半田溶融温度時の半導体装置の断面図である。
【００１０】
図１３〜図１５ならびに後述する図１６および図１７に示した半導体装置においては、第一配線基板２０３および第二配線基板２０１が積層されている。第一配線基板２０３は、ベースパッケージの配線基板であり、第二配線基板２０１は、子パッケージの配線基板である。
【００１１】
第一配線基板２０３において、第二配線基板２０１との対向面に、複数のランド２１３が設けられている。第一配線基板２０３においては、ランド２１３が第二配線基板２０１に設けられたランド２１３に対応する位置に配置されている。また、第一配線基板２０３のチップ搭載面の裏面側に、複数の第二半田ボール２１９が設けられている。
【００１２】
第二配線基板２０１においても、第一配線基板２０３との対向面には、複数のランド２１３が設けられている。各ランド２１３には、それぞれ、第一半田ボール２１５が接合されている。また、第一配線基板２０３との対向面の裏面側においては、第二配線基板２０１がモールド樹脂２２１によりモールドされている。
【００１３】
図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）および図１６（ｂ）においては、第二配線基板２０１との対向面において、第一配線基板２０３上に半導体チップ２０５が搭載されている。また、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１７（ａ）および図１７（ｂ）においては、半導体チップ２０５が第一配線基板２０３の第二配線基板２０１との対向面の裏面に搭載されている。半導体チップ２０５が第一配線基板２０３のいずれの面に搭載されている場合においても、半導体チップ２０５と第一配線基板２０３との間には、アンダーフィル樹脂２０７が設けられている。また、半導体チップ２０５の導電部材（不図示）と第一配線基板２０３の導電部材（不図示）とが、接続バンプ２０９を介して接続されている。
【００１４】
図１３〜図１５は、第一配線基板２０３に半導体チップ２０５をフリップチップ実装したベースパッケージに、半導体チップを実装した後に樹脂封止された子パッケージを積層、リフローする際に、ベースパッケージが凹反り、凸反りして発生する不具合を示している。
【００１５】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）では、反りにより各パッケージ間ギャップが広くなった箇所で、子パッケージの第一半田ボール２１５がベースパッケージのランド２１３に接することなく、未接合箇所２５１となっている。
【００１６】
また、図１４（ａ）および図１４（ｂ）では、反りによりパッケージ間ギャップが狭くなった箇所で、第一半田ボール２１５が潰れて広がっている。そして、ランド２１３を越えて基板に接触し、球状を保てなくなり、ブリッジ箇所２５３が生じようとしている。
【００１７】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）では、反りによりパッケージ間ギャップが狭くなった箇所において、第一半田ボール２１５が潰れ広がり、半田ボール潰れ箇所２５７となっている。半田ボール潰れ箇所２５７は、ランド２１３を越えて基板に接触し、球状ではなく歪な形状になっている。また、図１５（ａ）および図１５（ｂ）では、パッケージ間ギャップが広くなった箇所において、第一半田ボール２１５が一度溶融接合したものの円柱状に引き伸ばされて、半田ボール伸び箇所２５５が生じている。半田ボール伸び箇所２５５や半田ボール潰れ箇所２５７ができると、実装ボードに実装する際のリフローにおいて、これらの箇所で第一半田ボール２１５とランド２１３とが剥離する可能性もある。
【００１８】
こうした不具合を抑制しようとする技術として、従来、特許文献１および特許文献２に記載のものがある。
【００１９】
特許文献１には、ＢＧＡ基板の反りに応じてランドの面積が異なるようにする技術が記載されている。
【００２０】
また、特許文献２においては、パッケージの接合部に用いる接合ランドの開口径を変化させることにより、半田ボール高さを調節しようとしている。こうすることにより、反り状態の異なるパッケージ同士を積層することができるとされている。
【００２１】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、同文献に記載の装置構成に対応する半導体装置の断面図である。図１６（ａ）および図１６（ｂ）では、第一配線基板２０３の上面に半導体チップ２０５を実装したベースパッケージに、半導体チップを実装した後に樹脂封止された子パッケージの第二配線基板２０１が積層される。図１７（ａ）および図１７（ｂ）では、第一配線基板２０３の下面に半導体チップ２０５を実装したベースパッケージに、半導体チップを実装した後に樹脂封止された子パッケージの第二配線基板２０１が積層される。
【００２２】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）の場合はベースパッケージが凹反りになる。また、図１７（ａ）および図１７（ｂ）の場合は凸反りになる。これらの反りによって、各パッケージ間のギャップはロケーションによって広い箇所、狭い箇所がある。
【００２３】
そこで、同文献においては、第一配線基板２０３のランド上に絶縁膜を設け、絶縁膜の開口径を調節することにより、ランドの露出面積を調節している。具体的には、パッケージ間のギャップが広い箇所には、第二ランド２６３が設けられている、第二ランド２６３上には、他箇所よりも小さい開口径の第二開口部２６７が形成されている。また、パッケージ間のギャップが狭い箇所には、第一ランド２６１が設けられている。第一ランド２６１には、他箇所よりも大きい開口径の第一開口部２６５が形成されている。
【特許文献１】特開平９−８０８１号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところが、上述した特許文献１および特許文献２に記載の技術においても、簡素な構成で基板間の接続信頼性を向上させる点で、なお改善の余地があった。
【００２５】
たとえば、上述した特許文献２においては、ランドの平面形状自体は変えずに、ランド上に設けられる絶縁膜の開口径を調節することにより、ランドの露出面積を調整していた。このため、絶縁膜の設計が複雑になる懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明によれば、
一方の面に第一ランドおよび第二ランドが設けられた基板であって、
前記第二ランドの平面形状が、前記第一ランドの内接円の面積よりも内接円の面積が小さい多角形であり、
前記一方の面において、前記第一ランドの面積と前記第二ランドの面積とが略等しい基板が提供される。
【００２７】
また、本発明によれば、
上述した本発明の基板と半導体チップとが積層された半導体装置が提供される。
【００２８】
また、本発明によれば、
第一基板と、
前記第一基板の前記一方の面に対向して設けられた第二基板と、
前記第一基板または前記第二基板に実装された半導体チップと、
を含み、
前記第一基板が、上述した本発明の基板であって、
前記第二ランドが配置された領域における前記第一基板と前記第二基板との間隔が、前記第一ランドが配置された領域における前記第一基板と前記第二基板との間隔よりも大きい半導体装置が提供される。
【００２９】
本発明においては、基板の一方の面に、平面形状の異なる複数のランドが設けられている。そして、第二ランドの平面形状が、第一ランドの内接円の面積よりも内接円の面積が小さい多角形となっている。第一ランドと第二ランドの内接円の面積を異ならせることにより、これらのランドに接合されるバンプ電極がランド内で広がろうとする領域の面積を異ならせることができる。
【００３０】
ここで、バンプ電極の材料を加熱し、液体化させると、バンプ電極はランド全体に広がり、これらが接合される。しかし、液体化した電極材料は、ランド上で球状になろうとする。このため、バンプ電極は、ランド内において、その内接円内にとどまろうとする。つまり、バンプ電極の面内方向の広がりの程度は、ランドの内接円の面積により決定され、バンプは、ランドの内接円の上部の領域に主に存在する。特に、第二ランドにおいては、多角形の角部に働く表面張力により、第二ランドの内接円内にて主としてバンプ電極が接合される。
【００３１】
本発明においては、半田が球状になろうとする現象を利用して、複数のランドの内接円の面積を異ならせることにより、バンプ電極の高さを調整する。そして、第二ランドの多角形の形状に応じて、第二ランドへのバンプ電極の広がりの程度を調整することができる。このため、本発明によれば、バンプ電極の体積を変えることなく、第一ランドおよび第二ランドに接合されるバンプ電極の高さを調整することが可能となる。よって、パッケージ間ギャップに合わせてバンプ電極の高さを調節することができる。したがって、基板または基板に対向して設けられる別の基板の少なくとも一方に反りが生じ、基板間の距離が一定でない場合にも、基板間の距離に応じてバンプ電極の高さを調節することができる。このため、基板間をバンプ接続する際の接続不良の発生を抑制することができる。
【００３２】
具体的には、第二ランドの内接円の面積が第一ランドの内接円の面積よりも小さいため、これらのランドに接続されるバンプ電極の体積を変えずに、第二ランドに接合されるバンプの高さを第一ランドに接合されるバンプの高さよりも高くすることができる。このため、第二ランドが配置された領域における第一基板と第二基板の間隔が、第一ランドが配置された領域における基板間隔より大きい場合にも、基板間を確実に接続し、接続不良を抑制できる。
【００３３】
ここで、第二ランドのバンプ電極が内接円内にとどまった状態で接合されるように構成されていれば、第二ランドの多角形が角部を有していてもよいし、角部が丸められていてもよい。また、多角形としては、たとえば、正多角形や、四つの角部に接する円を有する十字形等が挙げられる。
【００３４】
また、本発明において、第一ランドと第二ランドの面積が略等しい構成となっている。このようにすれば、第一ランドおよび第二ランドにおける半田バンプの接合面積を略等しくすることができるので、第一ランドと第二ランドにおける接合強度のばらつきをより一層確実に抑制することができる。また、複数のランドを所定の間隔で列状または格子状に配置したときに、隣り合う第一ランド間のスペースと第二ランド間のスペースのうち一方が他方に対して極端に狭くならないようにすることができる。このため、第一ランド間および第二ランド間のいずれにおいても充分な配線スペースを確保することができる。
【００３５】
なお、これらの各構成の任意の組み合わせや、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように本発明によれば、基板のランドに接続されるバンプ電極の高さを簡便に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３８】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。また、図２は、図１の半導体装置の第一配線基板１０３のランドの平面形状および配置を示す平面図である。なお、第二配線基板１０１におけるランドの平面形状および平面配置についても、図２と同様の構成とすることができる。
【００３９】
図１に示した半導体装置１００は、第一基板（第一配線基板１０３）と、第一配線基板１０３の一方の面に対向して設けられた第二基板（第二配線基板１０１）と、第二配線基板１０１または第一配線基板１０３に実装された半導体チップ１０５と、を含む。図１では、半導体チップ１０５が第一配線基板１０３に実装されており、第一配線基板１０３と半導体チップ１０５とが積層されている。
【００４０】
第一配線基板１０３および第二配線基板１０１は、パッケージ基板である。第一配線基板１０３および第二配線基板１０１の平面形状は略正方形である。
【００４１】
第一配線基板１０３および第二配線基板１０１には、二種類のランド（第一ランド１１１および第二ランド１１３）が配置されている。これらのランドは、半田ボール等のバンプ電極が配置される接合ランドとして機能する。そして、第二ランド１１３の平面形状が、第一ランド１１１の内接円の面積よりも内接円の面積が小さい多角形である。具体的には、第一ランド１１１の平面形状が略円形であって、第二ランド１１３の平面形状が略正多角形である。第二ランド１１３の平面形状は、さらに具体的には、略正方形である。
【００４２】
また、各基板の他の基板との対向面において、第一ランド１１１の面積と第二ランド１１３の面積とは略等しい。
【００４３】
第二ランド１１３が配置された領域における第一配線基板１０３と第二配線基板１０１との間隔は、第一ランド１１１が配置された領域における第一配線基板１０３と第二配線基板１０１との間隔よりも大きい。
【００４４】
第一配線基板１０３は、半導体チップ１０５を上向きにして水平面に設置したときに、半導体チップ１０５が配置された中央部において水平面からの高さが低く、周縁部において水平面からの高さが高くなるように反っている。このため、第二配線基板１０１と第一配線基板１０３との距離は、基板中央部において短く、周縁部において長い。また、第一配線基板１０３の周縁部のうち、角部においては、辺の中央部に対して特に反りが大きい。
【００４５】
第一配線基板１０３において、第二配線基板１０１との対向面に、複数の第一ランド１１１と複数の第二ランド１１３とが設けられている。第一配線基板１０３における第一ランド１１１は、第二配線基板１０１に設けられた第一ランド１１１に対応する位置に配置されている。同様に、第一配線基板１０３における第二ランド１１３は、第二配線基板１０１に設けられた第二ランド１１３に対応する位置に配置されている。また、第二配線基板１０１との対向面の裏面側において、第一配線基板１０３上に半導体チップ１０５が搭載されている。半導体チップ１０５と第一配線基板１０３との間には、アンダーフィル樹脂１０７が設けられている。また、半導体チップ１０５の導電部材（不図示）と第一配線基板１０３の導電部材（不図示）とが、接続バンプ１０９を介して接続されている。
【００４６】
第二配線基板１０１においても、第一配線基板１０３との対向面には、複数の第一ランド１１１と複数の第二ランド１１３とが設けられている。また、第一配線基板１０３との対向面の裏面側においては、第二配線基板１０１がモールド樹脂１２１によりモールドされている。
【００４７】
また、半導体装置１００は、第一ランド１１１に接合された第一バンプ（第一半田ボール１１５）と、第二ランド１１３に接合された第二バンプ（第二半田ボール１１７）と、を含み、第二半田ボール１１７の高さが第一半田ボール１１５の高さよりも大きい。
【００４８】
第二ランド１１３および第一ランド１１１は、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１の周縁に沿って正方格子状に配置されている。また、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１の平面形状が略矩形であって、矩形の辺に沿って第一ランド１１１と第二ランド１１３とが設けられるとともに、矩形の角部から辺の中心に向かって第二ランド１１３および第一ランド１１１がこの順に配置されている。
【００４９】
第一配線基板１０３の角部においては、反りが特に大きいため、辺の中央部よりも第二配線基板１０１と第一配線基板１０３との距離が大きい。そして、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１の角部の近傍、つまり基板間距離が比較的長い領域には、複数の第二ランド１１３が正方格子状に配置されている。また、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１において、角部と角部の間の領域、つまり基板間距離が比較的短い領域には、複数の第一ランド１１１が正方格子状に配置されている。
【００５０】
複数の第一ランド１１１および複数の第二ランド１１３は、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１の一方の面に列状に配置され、この列の形成方向において、第二ランド１１３の幅が、第一ランド１１１の幅以下である。
【００５１】
また、第一ランド１１１および第二ランド１１３の格子間隔は略等しい配置となっている。なお、ランドの格子間隔とは、第一ランド１１１のように、ランド円形または楕円形であるときは、当該円または楕円の中心間の間隔を指す。また、第二ランド１１３のように、ランドが多角形であるときは、当該多角形の内接円の中心の間隔を指す。
【００５２】
第一ランド１１１は、パッケージ間のギャップが狭い箇所、つまり、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１において、角部と角部の間の領域に配置されている。第一ランド１１１の大きさは、配線に支障のない程度の大きさとすればよい。
【００５３】
第二ランド１１３は、パッケージ間のギャップが広い四隅部に配置されている。第二ランド１１３の平面形状は正方形であって、正方形の内接円の半径は、第一ランド１１１の半径よりも小さい。また、半導体装置１００においては、第二ランド１１３の面積は、第一ランド１１１の面積と等しい。よって、第二ランド１１３の内接円の面積は、第一ランド１１１の面積よりも小さい。なお、第二ランド１１３の角部はＲ加工等により丸められていてもよい。
【００５４】
次に、半導体装置１００の製造方法の一例を説明する。
半導体装置１００は、第一配線基板１０３を含む第一パッケージと第二配線基板１０１を含む第二パッケージとを準備し、これらを接合することにより得られる。このとき、基板間の間隔が短い部分では、基板間の半田接合に用いられるランドの形状を円形または多角形とし、間隔が長い部分では、それより角数の少ない多角形とする。
【００５５】
具体的には、第二配線基板１０１の一方の面において、所定の位置に第一ランド１１１および第二ランド１１３をそれぞれ配置する。また、他方の面をモールド樹脂１２１でモールドする。そして、第一ランド１１１上および第二ランド１１３上に、それぞれ、第一半田ボール１１５および第二半田ボール１１７を形成する。第一半田ボール１１５および第二半田ボール１１７の体積は略等しくする。第一半田ボール１１５と第二半田ボール１１７の体積を意図的に異ならせていなければ、製造プロセスにより、接合強度に実質的に影響を与えない程度の体積のばらつきが生じてもよい。
【００５６】
ここで、半田ボール付けの際に、半田ボールを加熱し、液体化させると、半田は球状になろうとする。このため、第二ランド１１３においては、多角形の角部に働く表面張力により、半田が第二ランド１１３の内接円の内部にとどまろうとする。このため、第二ランド１１３に接合された第二半田ボール１１７は、第二ランド１１３の内接円内に主に存在する。
【００５７】
そこで、第一ランド１１１および第二ランド１１３の内接円の面積を異ならせることにより、半田が球状になろうとする現象を用いて、第一半田ボール１１５および第二半田ボール１１７の高さをパッケージ間ギャップに合わせたボール高さになるように調節する。
【００５８】
図３および図５は、第二ランド１１３への第二半田ボール１１７の接合を説明する平面図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ’断面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ’断面図である。図４は、第二ランド１１３の正方形中心を辺方向に切ったときの図である。また、図６は、第二ランド１１３の正方形中心を対角方向に切ったときの図である。
【００５９】
図３〜図６において、第二ランド１１３の正方形の一辺の長さを１とする。このとき、第二半田ボール１１７が液体状態で球状になろうとしたときの実質的な接合部は、直径が正方形の一辺の長さ、つまり直径が１の円形になろうとする。実際には、円の外側、つまり図３および図５中の斜線部にも半田が吸い込まれるが、正方形の角部においては、図６に示したように、表面張力が働き、くぼみ１２５が形成される。くぼみ１２５の平面形状は円形となる。そして、くぼみ１２５の円の半径は、ランドの内接円の半径が大きいほど大きくなる。
【００６０】
一方、図７は、第一ランド１１１への第一半田ボール１１５の接合を説明する平面図である。また、図８は、図７のＡ−Ａ’断面図である。図７および図８に示したように、第一ランド１１１の形状が円形の場合、第一ランド１１１の全面に第一半田ボール１１５が接合される。第一ランド１１１の面積と第二ランド１１３の面積とが等しい場合、第一ランド１１１の円の直径は、第二ランド１１３の正方形の一辺の長さ１に対し、２／√π≒１．１３となる。このため、第一ランド１１１に接合される第一半田ボール１１５は、第二ランド１１３に接合される第二半田ボール１１７よりも、基板面内方向に広がる。第一半田ボール１１５と第二半田ボール１１７の体積が略等しい場合、この分の差を利用して、ボール高さを調節することができる。
【００６１】
図１および図２にもどり、半導体チップ１０５を搭載した第一配線基板１０３においては、半導体チップ１０５の方向に反りが生じる。第一配線基板１０３の反り量は、半導体チップ１０５の大きさや配置する場所などにより異なるが、設計段階において、第一配線基板１０３に搭載される半導体チップ１０５の大きさおよびその配置が決まった段階で、実装時の反りを見積もることができる。
【００６２】
そこで、見積もられた第一配線基板１０３の反りの量に応じて、第二半田ボール１１７および第一半田ボール１１５の高さを調節するように、第二ランド１１３および第一ランド１１１の形状および配置を決定する。このとき、半導体装置１００のように、第一ランド１１１と第二ランド１１３の面積を略等しくするとよい。こうすれば、第一半田ボール１１５と第二半田ボール１１７における接合強度が同程度に確保される。また、図９を参照して後述するように、第一ランド１１１間および第二ランド１１３間に、確実に配線１２３（図９）を配置することができる。
【００６３】
また、第一ランド１１１および第二ランド１１３は、半導体装置１００のように、たとえば第一配線基板１０３および第二配線基板１０１の両方に形成される。第二配線基板１０１に第一ランド１１１および第二ランド１１３を設け、第一配線基板１０３において、第二配線基板１０１の第一ランド１１１に対応する位置に第一ランド１１１を設け、第二配線基板１０１の第二ランド１１３に対応する位置に第二ランド１１３を設けることによって、第一半田ボール１１５および第二半田ボール１１７の最大径を、第二配線基板１０１と第一配線基板１０３の両側で調整することができる。このため、これらの半田ボールの高さをさらに精密に調整することができる。
【００６４】
また、ランドが形成された第一配線基板１０３のチップ搭載面に、接続バンプ１０９を介して半導体チップ１０５を搭載する。半導体チップ１０５と第一配線基板１０３との間には、アンダーフィル樹脂１０７を充填する。また、第一配線基板１０３のチップ搭載面の裏面に、第三半田ボール１１９を形成する。
【００６５】
そして、第二半田ボール１１７および第一半田ボール１１５を介して第二配線基板１０１と第一配線基板１０３とを接合する。以上の手順により、半導体装置１００が得られる。
【００６６】
半導体装置１００においては、半導体チップ１０５を搭載した第一配線基板１０３と他の基板である第二配線基板１０１とを半田で接合するランドの平面形状が、円形と多角形の二種類となっている。そして、第二配線基板１０１と第一配線基板１０３との間隔が長い領域に、角数の少ない第二ランド１１３が配置されている。このような構成とすることにより、基板間の間隔が大きい領域に配置された第二半田ボール１１７の高さを第一半田ボール１１５の高さよりも高くすることができる。このため、第二半田ボール１１７の断線を効果的に抑制することができる。なお、第一ランド１１１のように、平面形状が円形のランドは、角数が第二ランド１１３に対して充分に大きい正多角形として扱うことができる。
【００６７】
また、ランドの面積は、半田ボールの接合強度に影響するため、第一ランド１１１および第二ランド１１３のいずれについても充分に確保する必要がある。この点、ランドと半田ボールとの接合強度は、ランドの面積に依存する。そして、半導体装置１００においては、第一ランド１１１の面積と第二ランド１１３の面積とが略等しい。このため、第一ランド１１１および第二ランド１１３のいずれについても、ランドと半田ボールとの接合強度を充分に確保することができる。
【００６８】
また、本実施形態においては、第一ランド１１１と第二ランド１１３の面積が略等しいため、接合の信頼性をさらに向上させることができる。たとえば、従来の構成では、第二の実施形態で後述する図１８において、ランドの配置を逆にして、第一配線基板２０３の四隅部に小面積のランド２１１を配置した場合、パッケージに衝撃が加わった際にパッケージ間の四隅部に応力が集中するため、信頼性が低下してしまう懸念があった。これに対し、本実施形態では、四隅部に設けられた第二ランド１１３と他の領域に設けられた第一ランド１１１との面積が略等しいため、これらのランドに対するバンプの接合強度を同程度に維持することができる。このため、応力が集中する領域においても、ランドと半田ボールとの接合信頼性を充分に確保することができる。
【００６９】
また、ランド面積が略等しい構成においても、ランドの平面形状が多角形の場合には、その内接する円により半田ボールの立体形状が決定される。このため、多角形の第二ランド１１３に接合される第二半田ボール１１７は、円形の第一ランド１１１に接合される第一半田ボール１１５に比べて、高さが高くなる。このため、本実施形態によれば、半導体ボールの体積を異ならせることなく、実効的に半田ボールの接合時の幅と高さを変えることができる。このため、ＰｏＰ技術において、反りによる各パッケージ間ギャップに合わせて半田ボールの高さを調整することができる。よって、各パッケージの反りの差による接続不良や信頼性低下を回避することが可能である。
【００７０】
また、半導体装置１００においては、第一ランド１１１と第二ランド１１３の面積が略等しいため、第一ランド１１１および第二ランド１１３の格子間隔を等しく配置した際に、隣接する第一ランド１１１間のスペースと隣接する第二ランド１１３間のスペースのうち、一方が他方に対して極端に小さくなってしまうことがない。この効果は、隣接する第一ランド１１１間の間隔と隣接する第二ランド１１３間の間隔が略等しいときに顕著に発揮される。また、この効果は、第一ランドおよび複数の第二ランドが列状に配置され、この列の形成方向において、第二ランド１１３の幅が、第一ランド１１１の幅以下であるときに顕著に発揮される。
【００７１】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、略等しい面積の第一ランド１１１間および第二ランド１１３間に配線を設ける様子を説明する図である。図９（ａ）は、第二ランド１１３間に配線１２３を配置する様子を示し、図９（ｂ）は、第一ランド１１１間に配線１２３を配置する様子を示す。図９（ａ）および図９（ｂ）に示したように、ランドの間には配線１２３が形成される。この配線１２３は設計ルールのラインアンドスペースで間隔が決められているので、ランド間が狭くなると配線を置けなくなる。半導体装置１００においては、第一ランド１１１間および第二ランド１１３のいずれにも、充分な配線スペースを確保し、同程度の密度で配線１２３を配置することができる。
【００７２】
以下の実施形態においては、第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
（第二の実施形態）
図１に示した半導体装置１００においては、四隅において基板間のギャップが広い場合を例示したが、基板中央部において基板間のギャップが大きい構成であってもよい。
図１０は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。また、図１１は、図１０に示した半導体装置の第二配線基板１０１の第一配線基板１０３との対向面の平面形状を示す図である。なお、第二配線基板１０１におけるランドの平面形状および平面配置についても、図１０と同様の構成とすることができる。図１０および図１１に示した半導体装置の基本構成は第一の実施形態の半導体装置１００と同様であるが、第一ランド１１１と第二ランド１１３の配置が逆になっている。
【００７４】
具体的には、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１の平面形状が略矩形であって、矩形の辺に沿って第一ランド１１１と第二ランド１１３とが設けられるとともに、矩形の角部から辺の中心に向かって第一ランド１１１および第二ランド１１３がこの順に配置されている。また、基板間隔が狭い四隅において、第一配線基板１０３および第二配線基板１０１に円形の第一ランド１１１が配置され、基板の辺の中央部に四角形の第二ランド１１３が配置されている。
【００７５】
本実施形態においても、基板間の距離が長い領域に、内接円の半径が小さい第二ランド１１３が配置され、基板間の距離が短い領域に、第二ランド１１３の内接円の半径よりも大きい半径の円形の第一ランド１１１が設けられている。このため、第一の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
また、背景技術の項で前述した特許文献１においては、本実施形態のように基板間に半導体チップを配置して積層する際に、基板の四隅のランド面積を大きくする構成が採用されている。ところが、この場合、第一の実施形態においても前述したように、基板の四隅において、ランド間に配線を通すことができなくなる懸念があった。
【００７７】
図１８および図１９は、この点を説明する図である。図１８においては、第一配線基板２０３に、二種類の円形のランドが正方格子状に配置されている。このうち、第一配線基板２０３の四隅に配置されたランド２１３の半径は、四隅以外の領域に配置されたランド２１１の半径よりも大きい。この構成の場合、図１９に示したように、半径の小さいランド２１１間には二本の配線２２３を配置することができるが、半径の大きいランド２１３間には、配線２２３を一本しか配置できない。このように、ランドの形状を相似形にした場合、大きいランド間の配線スペースを充分に確保できない懸念があった。
【００７８】
これに対し、本実施形態においては、第一ランド１１１と第二ランド１１３の面積が略等しく、その平面形状が異なる。このため図９（ａ）および図９（ｂ）を参照して前述したように、これらのランド間のいずれについても、充分な配線スペースを確保することができる。また、第一ランド１１１と第二ランド１１３の面積が略等しいため、接合の信頼性をさらに向上させることができる。
【００７９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００８０】
たとえば、以上においては、第一ランド１１１の平面形状が円形であって、第二ランド１１３の平面形状が正方形である場合を例に説明したが、第一ランド１１１と第二ランド１１３の平面形状の組み合わせは、これには限られない。
【００８１】
また、第一ランド１１１および第二ランド１１３の平面形状は、第二配線基板１０１と第一配線基板１０３との距離に応じて設定することができる。このとき、各パッケージの接合部に用いられる半田ボールの体積および接合ランドの面積をそれぞれのパッケージ内で一様にしておき、各パッケージ間の接合部のランド形状により半田ボールの高さを調節する。そして、各パッケージの反りによってできるロケーション毎の各パッケージ間ギャップに合うように、ランド形状を調節する。こうすることにより、プロセス、治工具、配線設計を複雑にせず、また信頼性を劣化させることなく、反り状態の異なるパッケージ同士を積層することができる。
【００８２】
このとき、パッケージ間のギャップが狭い領域においては、ランドの平面形状を円形にする。そして、ギャップが広くなるにしたがって、多角形の角数が多い、つまり円形に近いものから画数の少ないものを配置する。角数の異なる三種類以上のランドを設けてもよい。たとえば、基板間距離が大きくなるにつれて、円形、五角形、四角形、および三角形のランドを順に配置することもできる。
【００８３】
また、以上においては、第二配線基板１０１および第一配線基板１０３のいずれにおいても、第一ランド１１１および第二ランド１１３が設けられている構成を例に説明した。ただし、第一ランド１１１および第二ランド１１３は、第二配線基板１０１の第一配線基板１０３の少なくとも一方に設けられていればよい。たとえば、第二半田ボール１１７および第一半田ボール１１５が設けられる第二配線基板１０１に第一ランド１１１および第二ランド１１３を設け、第一配線基板１０３のランドをすべて同一の平面形状としてもよい。また、半導体チップ１０５が搭載される第一配線基板１０３に第一ランド１１１および第二ランド１１３を設け、第二配線基板１０１のランドをすべて同一の平面形状としてもよい。
【００８４】
また、ランド形状としては、たとえば円形、楕円形、多角形等が挙げられる。同じ多角形では正多角形のほうが高さの調整の割合が大きい。また、円形は、角数無限大の正多角形と考えることができる。
【００８５】
また、第一ランド１１１の平面形状が略正多角形であって、第二ランド１１３の平面形状が第一ランド１１１よりも角数の少ない略正多角形であってもよい。第一ランド１１１と第二ランド１１３の面積が略等しい場合、正多角形の角数が少ないほど、ランドの内接円の面積が小さいため、半田ボールの面内方向の広がりの度合いが小さくなって、高さが高くなる。たとえば、第一ランド１１１が円形であって、第二ランド１１３が正三角形であってもよい。また、第一ランド１１１が正六角形であって、第二ランド１１３が正方形であってもよい。
【００８６】
図１２は、第一ランド１１１を円形とし、第二ランド１１３を正三角形とした場合の配置例を示す平面図である。図１２に示したように、複数の第二ランド１１３を所定の間隔で格子状に配置する場合には、隣接する列ごとに、正三角形の頂点が互い違いに配置されるようにしてもよい。このようにすれば、第二ランド１１３を正三角形とした場合にも、第二ランド１１３間に配線１２３を設けるスペースを、第一ランド１１１間のスペースと同程度に充分確保することができる。
【００８７】
また、以上においては、第一ランド１１１および第二ランド１１３が配線基板に設けられた構成を例に説明したが、これらのランドがＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）基板等の他の実装基板に設けられていてもよい。また、第一ランド１１１および第二ランド１１３は、回路部品が実装される前の基板に設けられていてもよいし、回路部品が実装された基板に設けられていてもよい。
【００８８】
また、以上の実施形態においては、簡易的にベースパッケージのみ反りが発生している様子を示したが、実際には子パッケージも反り、向きも異なる場合もある。また、以上の実施形態は、ベースパッケージに半導体チップを実装するのに、フリップチップ実装技術を用いた例であり、配線基板の上面、下面のいずれか一方のみに一つの半導体チップを実装したものである。実際には、複数の半導体チップを両面にフリップチップ実装する場合もある。また、背景技術の項で前述した様々な接合技術を用いる場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置の第一配線基板の構成を示す平面図である。
【図３】実施形態における半導体装置の第二ランドへのハンダバンプの接合を説明する平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】実施形態における半導体装置の第二ランドへのハンダバンプの接合を説明する平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ’断面図である。
【図７】実施形態における半導体装置の第一ランドへのハンダバンプの接合を説明する平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】実施形態における半導体装置のランドと配線の配置を説明する平面図である。
【図１０】実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０の半導体装置の第一配線基板の構成を示す平面図である。
【図１２】実施形態における半導体装置のランドの配置を説明する平面図である。
【図１３】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１５】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１６】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１７】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１８】従来の半導体装置の配線基板の構成を示す平面図である。
【図１９】従来の半導体装置のランドと配線の配置を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１００  半導体装置
１０１  第二配線基板
１０３  第一配線基板
１０５  半導体チップ
１０７  アンダーフィル樹脂
１０９  接続バンプ
１１１  第一ランド
１１３  第二ランド
１１５  第一半田ボール
１１７  第二半田ボール
１１９  第三半田ボール
１２１  モールド樹脂
１２３  配線
【図１】
0004719009.tif 000002
【図２】
0004719009.tif 000003
【図３】
0004719009.tif 000004
【図４】
0004719009.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004719009.tif 000007
【図７】
0004719009.tif 000008
【図８】
0004719009.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004719009.tif 000016
【図１６】
0004719009.tif 000017
【図１７】
0004719009.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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