(57)【要約】【課題】  実装後における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品とその製造方法及び電子装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る第一の電子部品は、第一基板１と第二基板１０が対向して位置され、第一基板１が有する複数個の導電部６と第二基板１０が有する複数個の導電部１２との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品であって、前記半田バンプとして、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、第一基板１と第二基板１０の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプα８Ａを、少なくとも具備している。【選択図】      図２
2005072212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品であって、
前記半田バンプとして、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプαを、少なくとも具備してなることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品であって、
前記半田バンプとして、側面が外側に凹状である半田バンプβを、少なくとも具備してなることを特徴とする電子部品。
【請求項３】
第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品であって、
前記半田バンプとして、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプαと、側面が外側に凹状である半田バンプβとを、少なくとも具備してなることを特徴とする電子部品。
【請求項４】
一組の前記第一基板と前記第二基板との間に、前記半田バンプα及び／又は前記半田バンプβと、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径と同じもしくはそれより小さい、通常の半田バンプγとを混在して設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品。
【請求項５】
前記半田バンプα及び／又は前記半田バンプβは、前記第一基板あるいは前記第二基板において、その周辺又はその近傍領域に配置されることを特徴とする請求項４に記載の電子部品。
【請求項６】
第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品の製造方法であって、
予め前記第一基板の導電部上に設けられた略半球状の半田に熱を加えながら、該半田に対して前記第二基板の導電部を接触させる第一工程と、
前記第一工程の後、前記第一基板に対して前記第二基板を離間させる方向に移動させて、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプα、及び／又は、側面が外側に凹状である半田バンプβを形成する第二工程とを、
少なくとも具備していることを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項７】
第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品の製造方法であって、
予め前記第一基板の各導電部上にそれぞれ異なる量の半田を設け、該半田に対して前記第二基板の各導電部を接触させる第三工程と、
前記第三工程の後、前記半田に熱を加えることにより、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプα、及び／又は、側面が外側に凹状である半田バンプβを形成する第四工程とを、
少なくとも具備していることを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項８】
前記半田バンプα及び／又は前記半田バンプβを、前記第一基板又は前記第二基板の何れか一方の周辺又はその近傍領域に作製し、その他の領域には、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径と同じもしくはそれより小さい、通常の半田バンプγを作製することを特徴とする請求項６又は７に記載の電子部品の製造方法。
【請求項９】
前記半田バンプα、前記半田バンプβおよび前記半田バンプγは、半田ボール搭載法、半田ペースト印刷法、電解メッキ法、ペーストディスペンスフロー法およびフロー半田法からなる群から選択される方法で形成されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品を含むことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板（インタポーザ）を使用しないウェハレベルＣＳＰ(Chip Size/Scale Package）等の半導体パッケージや、ＬＳＩチップを裏返して回路基板に接合する実装方法であるフリップチップに代表される、半田バンプを介して基板間の電気的接続が図られる電子部品とその製造方法及びこのような電子部品を含む電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品で用いられる半導体パッケージ構造として、たとえば半導体チップを樹脂により封止したパッケージ（いわゆるDual Inline PackageやQuad Flat Package）では、樹脂パッケージ周辺の側面に金属リード線を配置する周辺端子配置型が主流であった。
【０００３】
これに対し、近年急速に普及している半導体パッケージ構造として、例えばチップスケールパッケージ（ＣＳＰ：Chip Scale Package）とよばれ、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ：Ball Grid Array ）技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来よりも小さい面積で電子回路基板に高密度実装することを可能にしたパッケージ構造がある。
【０００４】
ＢＧＡタイプの半導体パッケージにおいては、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しいＣＳＰ構造が、前述のＢＧＡ電極配置構造とともに開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。ＣＳＰは、回路を形成した例えばシリコンからなるウエハを切断し、個々の半導体チップに対して個別にパッケージ工程を施し、パッケージを完成するものである。
【０００５】
これに対し、一般的に「ウエハレベルＣＳＰ」とよばれる製法においては、このウエハ上に、絶縁層、再配線層、封止層等を形成し、半田バンプを形成する。そして最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することでパッケージ構造を具備した半導体チップを得ることができる。
【０００６】
ウエハ前面にこれらの回路を積層し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、パッケージの施された半導体チップとなり、実装基板に対して最小投影面積を有する半導体チップを得ることが可能になる。
【０００７】
ウエハレベルＣＳＰの製造方法における特徴は、パッケージを構成する部材を、すべてウエハの形状において加工することにある。すなわち、絶縁層、導電層（再配線層）、封止樹脂層、半田バンプ等は、すべてウエハをハンドリングすることで形成される。これは、例えば半田バンプの形成においても同じことである。
【０００８】
従来のウエハレベルＣＳＰの製造工程では、半田バンプを形成する際にウエハの一方の平面の多数の電極を配置する所定位置に、半田材料を必要量設け、リフロー工程と呼ばれる半田融点以上の温度での加熱溶融、また、半田融点以下での冷却凝固を経ることにより、その形状が球状に近い半田バンプを得る。
【０００９】
図６は従来の一般的な半田バンプ形成工程の概略フロー図であり、図７は従来のＣＳＰ等の電子部品（以下、半導体装置とも呼ぶ）の構造を例示する断面図である。
【００１０】
図７に示した半導体装置５１は、不図示の回路を一方の面上に設けたウエハからなる半導体基板（以下、半導体チップとも呼ぶ）５２と、この回路に導通し、半導体基板５２の表面に形成された電極５３と、半導体基板５２の表面に設けられた絶縁層５４と、電極５３と接続されて絶縁層５４上に配線された導電層（再配線層５５及び電極パッド５６）と、電極パッド５６上に設けられた半田バンプ５８と、この半田バンプ５８を突出させた状態で導電層を覆う封止層５７とを備えて構成されている。図６では導電層（再配線層５５及び電極パッド５６）を設けるまでの工程を纏めて、「ウエハ加工」と表記した。
【００１１】
リフロー前の半田バンプ形成方法（図６では「半田材料の形成」と表記）としては、例えば（イ）電解半田めっき法、（ロ）半田ボール搭載法、（ハ）半田ペースト印刷法、（ニ）半田ペーストディスペンス法、（ホ）半田蒸着法などの製法が一般に使用されている。いずれの製法も、ウエハ全面の電極配置位置に、半田バンプ下部が所定の形状となるように形成された、半田と濡れ性の良い表面性状を持つ電極パッド上に、所定の面積および高さを持つ半田材料を形成するものである。
【００１２】
その後、半田をリフロー加熱することにより半田を溶融させる（図６では「半田材の加熱溶融」と表記）。リフロー前の半田としては、各製法ごとに異なるものが使用される。製法（イ）では半田成分を含有するめっき層が、製法（ロ）では予め所定のバンプ径に近い形状に分粒された半田ボールが、それぞれ用いられる。製法（ハ）や製法（ニ）では所定のバンプ径に比較して微細な半田粒子をフラックス成分に混合した印刷用のペースト状の半田を用いる。製法（ホ）では真空中で蒸着法により形成された半田成分を含有する金属蒸着膜を使用する。
【００１３】
いずれのリフロー前の半田形成工程であっても、リフロー時に半田が融点以上の温度に到達すると、半田が溶融し、溶融した半田は表面張力により凝集する。その形状は、下地をなす電極パッド周縁における金属の濡れ性、溶融した半田の表面張力、溶融した半田自体の重さによる変形等により決定される。溶融した半田は、リフロー工程の後半において、半田の融点より低い温度で冷却処理を施すことにより固体となる。その結果、いわゆる半田バンプと呼ばれる球状に近い形状の半田塊が得られる。
【００１４】
このような半田バンプを有する半導体装置では、その性能向上のために種々の改良が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
図８は、従来の電子部品の実装時、半田にくびれが生じた状態を示す断面図であり、図７に示した半導体装置５１を例とした場合である。ここで、半導体装置５１から半田バンプ５８を除いた部分を半導体パッケージと呼ぶことにする。
【００１６】
図８は、半田バンプ５８を回路基板６０（以下では、基板とも呼ぶ）の電極パッド６２に押し付けることにより、半導体装置５１（以下では、半導体チップとも呼ぶ）が回路基板６０に実装される様子を示している。なお、図７及び図８には半田バンプ５８を突出させた状態で導電層を覆うように封止層５７を設けた例を示しているが、封止層５７は必須要件ではない。
【００１７】
つまり、上述した半田バンプ５８は、半導体基板５２と回路基板６０との電気的な導通を図るための電極端子として機能するとともに、両者の熱変形や反りによって発生する応力を緩和、吸収する役割も担う。
【００１８】
しかしながら、図７に示すように、従来の半田バンプはその側面方向から見て球状に近い。また、従来の半田バンプは電極バッドに載置された状態では、半田バンプが電極バッドと接してなる面は円形をなす傾向がある。このため、半田バンプが電極パッドや電極部と接触する接合部に応力の集中が発生しやすい。これは半田バンプの破壊をもたらす恐れがあることから、半導体パッケージの信頼性を著しく低下させる原因の一つとして考えられていた。具体的には、従来の半田バンプを有する半導体装置においては、以下の（１）〜（５）に示すような不具合が生じていた。
【００１９】
（１）くびれ部の存在に起因する問題
従来の半田バンプ５８は、半田バンプ５８を有する半導体装置５１を基板６０の所定位置に実装する際、半導体装置５１側においては半田バンプ５８と電極パッド５６との接触部６１ａがくびれた構造になる。すなわち、図８に示すように、半田バンプ５８を側方から見た場合、半田バンプの高さ方向において中央部は太く、電極パッド５６との接触部６１ａ付近は中央部より細い構造となる。この細い部分（以下、くびれ部と呼ぶ）に応力が集中し易い。同様の現象は、基板６０側においても半田バンプ５８と電極パッド６２との接触部６１ｂで発生する。このため、接触部６１ａ、６１ｂあるいはその近傍からクラックが発生する傾向があった。
【００２０】
（２）パッケージ薄型化に伴う問題
熱歪みや反りに起因して、半導体チップ５１側の電極パッド５６と回路基板６０側の電極パッド６２との間に、位置ズレが生じた場合、半田バンプ５８にかかる応力は、スタンドオフ量（チップと基板とのギャップ量、つまり実装後の半田バンプ高さとも言える）が大きいほど小さくなる。そのため、接続信頼性を確保するためにはスタンドオフ量を大きくする必要がある。しかし、スタンドオフ量を大きくすると、半導体パッケージとしては厚みが大きくなってしまう。携帯電話を筆頭とするモバイル機器などでは、半導体パッケージを薄型化することが必須であり、従来の半田バンプ構造では、信頼性を確保しつつパッケージを薄型化するには不利である。
【００２１】
（３）パッケージ多ピン化の問題
半導体チップ５１は高機能・多機能化にともない、小型化とともに多ピン化が求められている。この多ピン化を実現するためには半田バンプ５８間のピッチを狭くしなければならない。ところが、従来の半田バンプ５８は球に近い形状をなしているため、多ピン化を図ろうとすると、小さな径からなる半田バンプ５８を用いざるを得ないので、半田バンプ５８の高さが低くなってしまう。しかし、半導体パッケージの接続信頼性はバンプが高いほど良くなることから、従来の半田バンプ５８を用いて無理に狭ピッチ化を図ると、必然的に信頼性の低下を招くことになる。
【００２２】
（４）電気的接続の信頼性の問題
半田バンプ５８にかかる応力が電極パッド５６、６２との接続部６１ａ、６１ｂに集中するため、ここからクラックが発生して断線不良を引き起こしやすい。回路基板６０と半導体パッケージの熱変形や反りは、半導体チップ５１の中心から外側に向かうほど大きくなるので、半導体チップ５１上に複数個の半田バンプ５８が配置されている場合、一般的に半導体チップ５１の中心から離れた半田バンプ５８ほど強い応力がかかる。これは、半導体チップ５１の中心から離れた半田バンプ５８ほどクラックが発生しやすいことを意味する。
【００２３】
（５）半田バンプ内のボイドの問題
リフロー・プロセスにおいて、半田バンプ５８の内部に発生したガスは、そのまま内部に残存するとボイドが形成されることになる。ＣＳＰをはじめとする小型パッケージでは大きな半田バンプ５８を形成する必要があり、このために電極パッド５６上にできるだけ多くの半田を載せてからリフローが行われる。ところで、電極パッド５６の中心付近に発生したガスは、半田バンプ５８内を通過して外部に抜けていくため、半田の量が多いほどガスは抜けにくくなり、半田バンプ５８の内部にガスが残存してしまう傾向が強まる。つまり、半田バンプ５８を形成するために要する半田の量が多いほど、得られた半田バンプ５８内にボイドが発生しやすい。特に、半田材料として旧来広く使われてきたＳｎ−Ｐｂ共晶半田に比べて、最近よく使われるＳｎ−Ａｇ−ＣｕやＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉといった鉛フリー半田は、上記ボイドが発生しやすく、これがチップ実装後の接続信頼性に大きな影響を及ぼすことが危惧されている。
【００２４】
したがって、パッケージの薄型化や多ピン化に対応でき、外力が作用した際に半田バンプのくびれ部に集中する応力が緩和され、かつ、半田バンプ内にボイドが形成されにくい構造を備えてなる電子部品の開発が期待されていた。
【特許文献１】特開平５−１３４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、実装後における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品とその製造方法及び電子装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る第一の電子部品は、第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品であって、前記半田バンプとして、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプαを、少なくとも具備してなることを特徴としている。
【００２７】
従来の半田バンプは、その側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径と同じもしくはそれより小さい外形をなしていたため、第一基板や第二基板に外力が加わると、半田バンプがこれらの基板と接合されている部分あるいはその近傍に応力が集中し、クラック発生などが生じていた。
【００２８】
これに対し、本発明に係る半田バンプαは、その側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きいことから、従来の半田バンプに比べて半田バンプαは、太い部分（高さ方向の中央付近）と細い部分（上下基板との接合部付近）との差分を小さくできる。これは、太い部分と細い部分における両者の外回りの長さが近づくことを意味する。
【００２９】
半田バンプαはその太い部分が従来より細くなっているので、太い部分がもつ剛性は従来より小さくなり、かつ、細い部分の剛性に近づいたことになる。したがって、上下基板を介して半田バンプに外力が伝わる場合、この外力が電極パッドとの接合部分（細い部分）のみに集中すること無く、バンプ全体に分散される。その結果、バンプに生じる最大応力が小さくなり、かつ、細い部分に局所的に応力が加わる現象を和らげることができるので、使用環境においてバンプにクラックが発生しにくくなる。よって、本発明によれば、実装後における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品が得られる。
【００３０】
本発明に係る第二の電子部品は、第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品であって、前記半田バンプとして、側面が外側に凹状である半田バンプβを、少なくとも具備してなることを特徴としている。
【００３１】
かかる構成からなる半田バンプβは、その側面が外側に凹状であることから、従来の半田バンプや上述した半田バンプαとは逆に、上下基板との接合部付近が太い部分となり、高さ方向の中央付近が細い部分をなす。つまり、本発明に係る半田バンプβでは、太い部分と細い部分が従来の半田バンプや上述した半田バンプαとは異なり、逆転した構造を有している。
【００３２】
半田バンプβは高さ方向の中央付近よりも、根元の部分、すなわち上下基板との接合部付近が太い構造となっているので、上下基板を介して半田バンプに外力が伝わる場合、従来のように外力が電極パッドとの接合部分（従来は細い部分）のみに集中すること無く、バンプ全体に分散されるので、バンプに生じる最大応力が小さくなる。
【００３３】
また、半田バンプβでは、細い部分に対する太い部分の太さの比率を適宜、調整することにより、細い部分に局所的に応力が加わる現象をより一層和らげることが可能となるので、使用環境においてバンプ内のクラック発生が抑制される。したがって、本発明によれば、実装後における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品が得られる。
【００３４】
本発明に係る第三の電子部品は、第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品であって、前記半田バンプとして、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプαと、側面が外側に凹状である半田バンプβとを、少なくとも具備してなることを特徴としている。
【００３５】
かかる構成からなる電子部品は、第一の電子部品が備える半田バンプαと、第二の電子部品が備える半田バンプβを併せ持つことから、上述した両者の作用・効果を同時に有することができる。特に、第一基板が有する複数個の導電部と第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配される場合、上記２種類の特徴をもつバンプを二次元的に分散して配置することによって、個々のバンプが受ける影響の均一化が図れる。
【００３６】
したがって、特定の設置位置にあるバンプに応力が集中的に発生することが解消されるので、個々のバンプに生じる最大応力は一段と抑制されることから、本発明によれば、実装後において、さらに優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品が得られる。
【００３７】
上述した第一から第三の電子部品は、一組の前記第一基板と前記第二基板との間に、前記半田バンプα及び／又は前記半田バンプβと、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径と同じもしくはそれより小さい、通常の半田バンプγとを混在して設けた構成にしてもよい。
【００３８】
かかる構成の電子部品では、半田バンプαと半田バンプβに加えて、従来使用されている通常の半田バンプγを、二次元的に分散して配置することによって、個々のバンプが受ける影響の均一化がさらに図れるので好ましい。
【００３９】
上述した電子部品を構成する半田バンプα及び／又は半田バンプβは、前記第一基板または前記第二基板のうち、面積が狭い方の基板に対応して、その基板の周辺又はその近傍領域に配置される構成としてもよい。一般に、バンプに生じる応力の大きさは、第一基板や第二基板の中心から離れるほど大きくなる傾向がある。したがって、半導体装置において一番応力が発生する位置、すなわち基板の周辺又はその近傍領域に、半田バンプα及び／又は半田バンプβを設けることにより、これらのバンプは元より、その他の領域に設けられたバンプが受ける影響も著しく改善が図れるので望ましい。
【００４０】
本発明に係る第一の電子部品の製造方法は、第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品の製造方法であって、
予め前記第一基板の導電部上に設けられた略半球状の半田に熱を加えながら、該半田に対して前記第二基板の導電部を接触させる第一工程と、
前記第一工程の後、前記第一基板に対して前記第二基板を離間させる方向に移動させて、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプα、及び／又は、側面が外側に凹状である半田バンプβを形成する第二工程とを、少なくとも具備していることを特徴としている。
【００４１】
第一の電子部品の製造方法では、まず第一工程において、予め第一基板の導電部上に設けられた略半球状の半田に熱を加えて、半田を溶融状態とし、この溶融状態にある半田に対して第二基板の導電部を接触させる。これにより、２つの基板上に配された導電部間に、溶融状態にある半田が挟まれた構成をつくる。
【００４２】
次の第二工程では、第一工程を経た第一基板に対して第二基板を離間させる方向に移動させることにより、溶融されてかつ２つの基板に接した状態にある半田は両方の基板で引っ張られることになる。その結果、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプαや、側面が外側に凹状である半田バンプβ、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径と同じもしくはそれより小さい、通常の半田バンプγを形成することができる。
【００４３】
本発明に係る第二の電子部品の製造方法は、第一基板と第二基板が対向して位置され、前記第一基板が有する複数個の導電部と前記第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品の製造方法であって、
予め前記第一基板の各導電部上にそれぞれ異なる量の半田を設け、該半田に対して前記第二基板の各導電部を接触させる第三工程と、
前記第三工程の後、前記半田に熱を加えることにより、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプα、及び／又は、側面が外側に凹状である半田バンプβを形成する第四工程とを、
少なくとも具備していることを特徴としている。
【００４４】
第二の電子部品の製造方法では、まず第三工程において、予め第一基板の各導電部上にそれぞれ異なる量の半田を設け、これらの半田に対して前記第二基板の各導電部を接触させる。これにより、個々の半田が第一基板の各導電部と第二基板の各導電部との間に挟まれた構成とする。
【００４５】
次の第四工程では、前記半田に対して熱を加えることにより、半田には表面張力が発生し、各半田がそれぞれ変形することにより、前記第一基板は前記第二基板から離間する方向に移動させられる。この現象を利用すると、異なる量の半田を設けることによって、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプαや、側面が外側に凹状である半田バンプβを、作り分けることが可能となる。
【００４６】
複数個の半田バンプを、上述した半田バンプα、半田バンプβ及び半田バンプγとして、同じ２つの基板間で各々の形態を変えて作り分けるためには、例えば個々の半田量を微妙に変えた半田を用いたり、あるいは溶融状態にある半田が接する導電部の面積を微妙に変える手法が好適に用いられる。また、溶融状態にある半田を冷却して固化させるときの条件を変えることによっても、上記作り分けは制御できる。
【００４７】
第一及び第二の電子部品の製造方法において、前記半田バンプα及び／又は前記半田バンプβを、前記第一基板又は前記第二基板の何れか一方の周辺又はその近傍領域に作製し、その他の領域には、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径と同じもしくはそれより小さい、通常の半田バンプγを作製しても構わない。
【００４８】
また本発明に係る第一及び第二の電子部品の製造方法において、半田バンプα、半田バンプβおよび半田バンプγを、半田ボール搭載法、半田ペースト印刷法、電解メッキ法、ペースト・ディスペンス・フロー法およびフロー半田法からなる群から選択される方法で形成することが好ましい。
【００４９】
さらに本発明は、半田バンプα及び／又は半田バンプβを少なくとも有する半導体パッケージを含むことを特徴とする電子装置を提供する。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明したように、本発明に係る電子部品を構成する半田バンプαと半田バンプβは、従来の半田バンプγと比較してバンプの高さ方向における中央部の剛性が低いので、外力や熱の影響を受けた場合に半田バンプの付け根に相当する導電部との接合付近への応力集中が抑制される。したがって、本発明は、実装後に半田バンプの耐久性に優れた、長期信頼性の高い電子部品の提供に寄与するとともに、電気的接続の信頼性も向上させる。
【００５１】
上述した半田バンプと導電部の接合付近に応力が集中しにくい構造は、従来の半田バンプγからなる構造に比べてスタンドオフ量を小さくできることから、本発明は電子部品の薄型化をもたらす。
【００５２】
また、本発明に係る電子部品は、この半田バンプと導電部の接合付近に応力が集中しにくい構造を備えているので、同等のスタンドオフ量であれば従来の構造に比べて信頼性が高い。このため狭ピッチ化を図るために半田バンプ径を小さくした場合でも良好な信頼性を確保できることから、本発明は多ピン化に有利である。
【００５３】
本発明の電子部品では、基板上において半田バンプα及び／又は半田バンプβを設置する領域や、耐応力特性の相違する半田バンプを混在すて設ける形態を採用することにより、個々のバンプに加わる応力を効果的に分散できるので、半田バンプにおいてクラックなどの発生が抑制されることから、電気的な接続信頼性の向上が一段と図れる。
【００５４】
一般に、高さのある半田バンプほど内部にボイドが残りやすいが、本発明によれば高さを抑えた低いバンプでも、耐応力特性の相違する半田バンプを作り分けできるので、半田バンプ内部にボイドが発生しにくくなる。よって、本発明は、従来よりボイドが低減するので、半田バンプと導電部との接続部付近における強度低下を防ぐことができる。
【００５５】
半田バンプα及び／又は半田バンプβは従来より細身の形状からなるので、半田の使用量を削減することができるので、本発明は電子部品の低コストにも貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下では、本発明に係る電子部品の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００５７】
図１は本発明に係る電子部品の作製に用いる第一基板の構造を例示する部分断面図であり、一つの導電部に半田を設けた状態を示している。図１において、１が第一基板を、６がその上に設けた導電部を表している。具体的には、第一基板１は、半導体基材２の一面上に絶縁層４、導電層５、封止層７を順に積層し、封止層７に導電層５を露出させた導電部（以下、電極パッドとも呼ぶ）６を設けてなる。また図１は、電極パッド６上に半田バンプ８を載置した状態も示している。なお、３は電極であり、絶縁層４と同様に半導体基板２の一面上に設けられ、導電層５と接して配置される。
【００５８】
図１から明らかなように、電極パッド６は導電層５のうち封止層７を除去した領域であることから、電極パッド６の外周辺は封止層７の側断面７ａと一致することになる。そして、この電極パッド６上に半田バンプを設けるので、半田バンプの初期成長部８’は、電極パッド６の外周辺すなわち封止層７の側断面７ａにより、その外周面が規制を受ける。このような初期成長部８’の上にさらに成長した部分は略球形をとり、半田バンプ８を構成している。
【００５９】
図２は本発明に係る電子部品の部分断面図であり、第一基板を第二基板に実装した際に、半田にくびれが生じた状態を示しており、（ａ）は半田バンプαを、（ｂ）は半田バンプβを、（ｃ）は半田バンプγをそれぞれ表す。図２の図面は全て、対向する一組の導電部間に半田バンプが挟まれた様子を示す。
【００６０】
図２（ａ）は本発明に係る第一の電子部品の部分断面図に相当する。すなわち、第一基板１と第二基板１０が対向して位置され、第一基板１が有する導電部６と第二基板１０が有する導電部１２との間に半田バンプα８Ａが配されてなる半導体パッケージであって、半田バンプα８Ａは、側面が外側に凸状であり、かつ、側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きいことを特徴としている。
【００６１】
かかる構成からなる半田バンプα８Ａは、その側面が外側に凸状であり、かつ、側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きいので、後述する図２（ｃ）に示す従来の半田バンプに比べて、太い部分（高さ方向の中央付近）と細い部分（上下基板との接合部付近）との差が小さくなる。すなわち、半田バンプα８Ａは、従来の半田バンプより、太い部分と細い部分の外回りの長さが近づく。
【００６２】
換言すると、半田バンプα８Ａはその太い部分が従来より細くなっているので、太い部分の剛性は細い部分のそれに近づくことから、上下基板を介して半田バンプ８Ａに外力が伝達される際に、この外力が電極パッドとの接合部分（細い部分）のみに集中することが回避され、バンプ全体に分散されるようになる。
【００６３】
半田バンプα８Ａは、上述した構造をなしているので、第一の基板１を第二の基板１０に実装した時、半田バンプα８Ａのくびれ部１１ａ、１１ｂは、図２（ｃ）に示す従来の半田バンプγ８Ｃより大きな角度をもつことができる。したがって、例えば２つの基板１、１０がずれ方向に変位しても、このずれによって発生する応力はくびれ部１１ａ、１１ｂに従来より集中しにくくなる。
【００６４】
したがって、半田バンプα８Ａに生じる最大応力は従来より低減され、また細い部分に局所的に加わる応力も緩和されるので、使用環境におけるバンプ内のクラック発生を抑制できる。ゆえに、本発明は、実装後における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品をもたらす。
【００６５】
図２（ｂ）は本発明に係る第二の電子部品の部分断面図を表している。すなわち、第一基板１と第二基板１０が対向して位置され、第一基板１が有する導電部６と第二基板１０が有する導電部１２との間に半田バンプβ８Ｂが配されてなる電子部品であって、前記半田バンプβ８Ｂは、側面が外側に凹状であることを特徴としている。
【００６６】
かかる構成からなる半田バンプβ８Ｂは、その側面が外側に凹状である点において、従来の半田バンプや上述した半田バンプα８Ａと相違している。つまり、半田バンプβ８Ｂは、上下基板との接合部付近が太い部分をなし、高さ方向の中央付近が細い部分となる。
【００６７】
つまり、半田バンプβ８Ｂは高さ方向の中央付近よりも、根元の部分、すなわち上下基板との接合部付近が太い構造を有するので、上下基板を介して半田バンプに外力が伝わる場合、従来のように外力が電極パッドとの接合部分（従来の半田バンプでは細い部分）のみに集中すること無く、バンプ全体に分散される。その結果、半田バンプβ８Ｂでは、バンプに生じる最大応力が低減される。
【００６８】
このバンプに生じる最大応力の低減は、使用環境におけるバンプ内のクラックの発生が抑制するので、本発明によっても、実装後における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品の提供が可能となる。
【００６９】
本発明に係る第三の電子部品は、上述した図２（ａ）と図２（ｂ）を同時に有する構成からなる。すなわち、第一基板１と第二基板１０が対向して位置され、第一基板１が有する導電部６と第二基板１０が有する導電部６との間に半田バンプが配されてなる電子部品であって、この半田バンプとして、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプα８Ａと、側面が外側に凹状である半田バンプβ８Ｂとを、少なくとも具備している。
【００７０】
上記第三の電子部品は、第一の電子部品が備える半田バンプα８Ａと、第二の電子部品が備える半田バンプβ８Ｂを併せ持つので、上述した両者の作用・効果を同時にもつことが可能となる。例えば、第一基板が有する複数個の導電部と第二基板が有する複数個の導電部との間に個別に半田バンプを配する際に、上記２種類の特徴をもつ半田バンプα８Ａと半田バンプβ８Ｂを、二次元的に分散あるいは交互に設けたり、または局所的に集中して設けるなどの特色のある配置構成を採用すれば、個々のバンプが受ける影響の均一化が一段と図れることから好ましい。
【００７１】
つまり、第三の電子部品では、特定の設置位置にあるバンプに応力が集中的に発生しにくくなり、ひいては個々のバンプに生じる最大応力のさらなる低減が図れる。ゆえに、第三の電子部品も、実装後において、優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えることができる。
【００７２】
上述した第一から第三の電子部品は、一組の前記第一基板と前記第二基板との間に、前記半田バンプα８Ａ及び／又は前記半田バンプβ８Ｂと、側面が外側に凸状であり、かつ、該側面のなす曲面の曲率が円の曲率と同じもしくはそれより大きい、通常の半田バンプγ８Ｃとを混在して設けた構成を採用しても構わない。
【００７３】
半田バンプα８Ａや半田バンプβ８Ｂに加えて、図２（ｃ）に示すような通常の半田バンプγ８Ｃを混在させることにより、個々の半田バンプはその設置された箇所ごとに、多段階に異なる大きさの応力に対応することが可能となる。すなわち、半田バンプα８Ａや半田バンプβ８Ｂが複数配置された中に、半田バンプγ８Ｃが混在してなる配置を採用すると、多岐にわたる外力の方向に対応可能な、高い自由度が期待できるので望ましい。
【００７４】
上述した電子部品を構成する半田バンプα８Ａ及び／又は半田バンプβ８Ｂは、前記第一基板または前記第二基板のうち、面積が狭い方の基板に対応して、その基板の周辺又はその近傍領域に配置される構成としてもよい。
【００７５】
一般に、外力がバンプに及ぼす応力の大きさは、第一基板や第二基板の中心から離れるほど大きくなる傾向がある。したがって、例えば第一基板において一番応力が発生する位置に、半田バンプα８Ａ及び／又は半田バンプβ８Ｂを設けることにより、これらのバンプは元より、他のバンプが受ける影響も著しく改善が図れるので望ましい。
【００７６】
具体的には、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、第一基板または第二基板のうち、面積が狭い方の基板に対応して、その基板の周辺又はその近傍領域のバンプに配置するとより効果的である。何故ならば、バンプに生じる応力の大きさは、基板の中心から離れるほど大きくなるからである。図４において、⇒印は基板に加わりやすい外力の方向を表す。
【００７７】
図５（ａ）は基板が略四角形で小さな面積からなり、その上に設置されるバンプが数十個程度でよい場合である。このような場合には、基板の四隅の各バンプ（◎印）のみに、本発明に係る半田バンプα８Ａ及び／又は半田バンプβ８Ｂを適用すればよい。その他のバンプ（○印）としては、通常の半田バンプγ８Ｃを用いてもよいし、半田バンプα８Ａや半田バンプβ８Ｂを配置しても構わない。
【００７８】
図５（ｂ）は基板が略四角形で大きな面積からなり、その上に設置されるバンプが百個を越えるような場合である。このような場合には、基板の四隅ごとに、本発明に係る半田バンプα８Ａ及び／又は半田バンプβ８Ｂを複数個（◎印）、設置すると有効である。その他のバンプ（○印）としては、通常の半田バンプγ８Ｃを用いてもよいし、半田バンプα８Ａや半田バンプβ８Ｂを配置しても構わない。
【００７９】
図５（ｃ）は基板が長方形で長辺が短辺に比べてかなり長い場合である。このような形状の基板は、例えば液晶ドライバ等の用途で多用される。この場合は、基板の中心から遠い位置［図５（ｃ）では左右の一番端がこれに相当する］にあるバンプ（◎印）に、本発明に係る半田バンプα８Ａ及び／又は半田バンプβ８Ｂを適用すると有効である。その他のバンプ（○印）としては、通常の半田バンプγ８Ｃを用いてもよいし、半田バンプα８Ａや半田バンプβ８Ｂを配置しても構わない。
【００８０】
なお、基板上に設けた半田バンプα８Ａ及び／又は半田バンプβ８Ｂ（◎印）の配置は一例であり、本発明は図５に示すものに限定されるものではない。
【００８１】
また、上述した電子部品は半導体パッケージの一種であるウエハレベルＣＳＰに限定されることなく、ＢＧＡとして位置付けされる、半田バンプを介して半導体チップ（半導体装置）と実装基板とを接続させる各種パッケージ形態において適用が可能である。
【００８２】
図３は、本発明に係る第一の電子部品の製造方法の一例を示す断面図であり、（ａ）は第二基板に接触する以前の第一基板の状態を、（ｂ）は第二基板と接触させた後、第一基板に対して第二基板を離間させた状態を、それぞれ表している。以下では、図３に基づき製造方法について説明する。
【００８３】
本発明は、第一基板１と第二基板１０が対向して位置され、第一基板１が有する複数個の導電部６と第二基板１０が有する複数個の導電部１２との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品の製造方法であって、次に示す第一工程と第二工程とを少なくとも具備している。
【００８４】
図３（ａ）は、第一工程において、予め第一基板１の導電部６上に設けられた半田８に熱を加えて（半田リフロー加熱と呼ぶ）、半田８を溶融状態とし、半田８が略半球状の形態をなしている状態を表している。この溶融状態にある半田に対して第二基板１０の導電部１２を接触させる。この操作により、図３（ｂ）に示すように、２つの基板上に配された導電部間に、溶融状態にある半田が挟まれた構成とする。
【００８５】
次の第二工程では、上記第一工程を経た第一基板１に対して、第二基板１０を離間させる方向に移動させるので、溶融されてかつ２つの基板に接した状態にある半田は両方の基板で引っ張られる。そして、２つの基板が適当な離間距離をとるようにしてから、適当な冷却処理を施す。これにより、例えば図３（ｂ）に示すような、側面が外側に凸状であり、かつ、この側面のなす曲面の曲率半径が、前記第一基板と前記第二基板の間隔を直径とする円の曲率半径より大きい半田バンプα８Ａ、及び／又は、側面が外側に凹状である半田バンプβ８Ｂを形成する。
【００８６】
図４は、本発明に係る第二の電子部品の製造方法の一例を示す断面図であり、（ａ）は第二基板に接触する以前の第一基板の状態を、（ｂ）は第二基板と接触させた状態を、（ｃ）は半田に熱を加えた状態を、それぞれ表している。以下では、図４に基づき製造方法について説明する。図４における第一基板１は、封止層７を持たない点が図３に示した第一基板１と相違する。
【００８７】
本発明は、第一基板１と第二基板１０が対向して位置され、第一基板１が有する複数個の導電部６と第二基板１０が有する複数個の導電部１２との間に個別に半田バンプが配されてなる電子部品の製造方法であって、次に示す第三工程と第四工程とを少なくとも具備している。
【００８８】
第三工程では、予め第一基板１の各導電部６上にそれぞれ異なる量の半田８ａ、８ｂ、８ｃを設けた状態［図４（ａ）］にある第一基板１と、各導電部１２を有する第二基板１０を接近させることにより、第一基板１の各導電部６上に設けた半田８ａ、８ｂ、８ｃに対して第二基板１０の各導電部１２を接触させた状態［図４（ｂ）］とする。この接触を確実なものとするためには、異なる量の半田８ａ、８ｂ、８ｃの高さを揃えることが大切である。したがって、図４（ａ）に示すように、個々の半田８ａ、８ｂ、８ｃの量を変えるためには、各導電部６の上のみならず、第一基板１を構成する絶縁層４の上にはみ出した部分の割合を変えることにより調整される。
【００８９】
第四工程では、前記第三工程により、第一基板１の各導電部６と第二基板１０の各導電部１２で挟まれた状態にある半田８ａ、８ｂ、８ｃに熱を加える。この熱処理により、半田８ａ、８ｂ、８ｃを溶融状態にすると、半田８ａ、８ｂ、８ｃにはそれぞれ表面張力で変形する力が発生する。これにより、半田８ａ、８ｂ、８ｃは、第一基板１に対して第二基板１０を離間させる方向に移動させる。そして、２つの基板が適当な離間距離をとるようにしてから、適当な冷却処理を施す。これにより、側面が外側に凸状であり、かつ、この側面のなす曲面の曲率が、第一基板１と第二基板１０の間隔を直径とする円の曲率より小さい半田バンプα８Ａ、及び／又は、側面が外側に凹状である半田バンプβ８Ｂが自然に形成される［図４（ｃ）］。
【００９０】
例えば、個々の半田が載置される導電部６の面積および形状が同一の場合は、上記の離間距離や溶融される個々の半田量を制御することにより、各種の半田バンプ、すなわち半田バンプα８Ａや半田バンプβ８Ｂ、半田バンプγ８Ｃが混在して有する電子部品を製造することができる。
【００９１】
同様の構成、すなわち半田バンプα８Ａ、半田バンプβ８Ｂおよび半田バンプγ８Ｃを混在した構成は、個々の半田が載置される導電部６の面積や形状を変更することによっても実現できる。
【００９２】
このような半田バンプ、すなわち半田バンプα８Ａ、半田バンプβ８Ｂおよび半田バンプγ８Ｃの製法としては、半田ボール搭載法が好適に用いられるが、これに限定されるものではなく、半田ペースト印刷法、電解メッキ法、ペースト・ディスペンス・フロー法およびフロー半田法などを使用してもよい。これらの製法は、前述したように半田リフロー加熱をする前の半田として異なるものが用いられる点で相違している。
【００９３】
本発明に係る電子装置は、上述した半田バンプα８Ａ及び／又は半田バンプβ８Ｂを少なくとも有する電子部品を含むものであれば特に限定されるものではなく、当該電子装置の具体的な例としては、携帯電話やビデオカメラなどが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明によれば、実装後における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備えた電子部品とその製造方法及び電子装置を提供することができる。ゆえに、本発明は、外部からの衝撃などを受けやすい商品、例えば携帯電話やビデオカメラにおいて、耐衝撃性の改善や長期信頼性の向上をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る電子部品の作製に用いる第一基板の構造をを例示する部分断面図である。
【図２】本発明に係る電子部品の部分断面図である。
【図３】本発明に係る電子部品の製造方法の一例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る電子部品の製造方法の他の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の電子部品の別な実施形態を示す平面図である。
【図６】半田バンプの製造フロー図である。
【図７】従来の電子部品の構造を例示する断面図である。
【図８】従来の電子部品の実装時、半田にくびれが生じた状態を例示する断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  第一基板、２  半導体基板、３  電極、４  絶縁層、５  導電層、６  導電部（電極パッド）、７  封止層、８  半田バンプ、８Ａ  半田バンプα、８Ｂ  半田バンプβ、８Ｃ  半田バンプγ、１０  第二基板、１１ａ、１１ｂ  くびれ部、１２  導電部（電極パッド）。
【図１】
2005072212.tif 000003
【図２】
2005072212.tif 000004
【図３】
2005072212.tif 000005
【図４】
2005072212.tif 000006
【図５】
2005072212.tif 000007
【図６】
2005072212.tif 000008
【図７】
2005072212.tif 000009
【図８】
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