(57)【要約】【課題】物理的外力による応力に対する耐久性に優れた半田接合部を備えた信頼性の高い半導体パッケージ装置とそれを容易に製造する方法を提供する。【解決手段】ＣＳＰ１の物理的外力が作用し易い周辺部に配設した突起電極１ｅ１とこれらに対応する配線基板２側の端子電極２ａとを、側面が中央部に向かうに従い凹んだ湾曲面をなす凹型半田バンプ３ａで接合し、それら以外の突起電極１ｅ２とそれらに対応する接続端子２ａとを、側面が中央部に向かうに従い突き出た湾曲面をなす凸型半田バンプ３ｂで接合する。凹型半田バンプ３ａにおいては、物理的外力による応力が突起電極１ｅ１先端面と端子電極２ａとの各接合面に作用する集中応力を低減し、接合部におけるクラックの発生或いは接合状態そのものの破壊等を抑制することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入出力端子電極にそれぞれ導電接続された複数の突起電極が所定のエリアに配置され、前記突起電極間に封止材が設けられた半導体パッケージを、複数の端子電極を有する配線基板に、互いに対応する前記突起電極と前記端子電極とをそれぞれ半田バンプを介して接合された半導体パッケージ装置であって、
複数の前記半田バンプのうちの少なくとも前記エリアの周辺のコーナー部に位置する半田バンプはストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ柱状をなしていることを特徴とする半導体パッケージ装置。
【請求項２】
前記複数の半田バンプのうちの前記エリアの周辺部に位置する半田バンプはストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ柱状に形成され、前記エリアの中央部に位置する半田バンプは高さ方向における中央部が突き出た柱状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ装置。
【請求項３】
半導体ウエハの一方の主面の所定のチップサイズエリア毎に複数の入出力端子電極にそれぞれ導電接続された複数の突起電極を立設し、
前記突起電極間に絶縁材料からなる封止材を前記突起電極間の各先端面が露出するように充填し、
前記突起電極の各先端面に、所定の高さの半田ボールを形成し、
前記半導体ウエハを前記チップサイズエリア毎に切断して、複数のチップサイズ半導体パッケージとなし、
前記チップサイズ半導体パッケージの少なくとも１つを、前記各突起電極が前記配線基板の端子電極に前記半田ボールを介し対向させて配置し、
リフロー処理により前記半田ボールを溶融させて、対応する前記突起電極と前記配線基板の端子電極とを接合してなる半導体パッケージ装置の製造方法であって、
前記チップサイズエリアの少なくとも周辺部のコーナー部に位置する突起電極の各先端面に形成する半田ボールの高さを、前記チップサイズエリアの中央部に位置する突起電極の各先端面に形成する半田ボールの高さよりも小さくなした前記チップサイズ半導体パッケージを前記配線基板と対向した状態でリフロー処理を行い、前記チップサイズエリアのコーナー部に位置する突起電極の各先端面に形成する半田ボールをストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ柱状となすことを特徴とする半導体パッケージ装置の製造方法。
【請求項４】
前記半田ボールの形成は、前記突起電極に対応させて透孔が穿設されたマスクを用いて印刷により行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ装置の製造方法。
【請求項５】
前記マスクにおいて、少なくとも前記チップサイズエリア周辺のコーナー部に位置する突起電極に対応する透孔のサイズが、それら以外の突起電極に対応する透孔のサイズよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体パッケージ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、チップサイズパッケージ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ；以下、ＣＳＰと略記する）を搭載した半導体パッケージ装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、チップサイズ半導体パッケージつまりＣＳＰを製造する方法として、半導体ウエハの状態でウエハを加工し入出力端子とこれに対応する突起電極を形成した後に樹脂封止を行う、ウエハレベル半導体パッケージの製造方法が知られている。樹脂封止した後は、各突起電極の露出させた先端面に半田バンプ等の金属バンプを配置した後、個々のチップサイズに切り出し、複数のＣＳＰを一括製造する（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８８３５２（第３頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにして製造されたＣＳＰは、通常、配線基板上の所定位置に半田接合により搭載される。この場合、各突起電極と対応する配線基板上の端子電極とを半田バンプを介して対向配置させた後、リフロー炉中に通すリフロー処理を行い、半田バンプを溶融させ、対応する突起電極と端子電極とを半田バンプを介して接合する。これにより、ＣＳＰの配線基板上への搭載が完了する。
【０００５】
上述の配線基板上に搭載されたＣＳＰに対しては、基板実装工程や、携帯機器等の製品に組み込まれた後の流通過程或いは製品として使用される際等、様々な状況下において物理的外力が加えられ、これにより半田接合部分にクラックが発生したり半田接合が破断したりし、機器の動作不良が引き起こされる。この場合、その物理的外力による応力は、半田バンプが設けられた半田接合エリアの周辺部において強く作用する傾向があり、そのうちでも特にコーナー部における応力が最も大きく、半田接合不良はコーナー部において最も発生し易い。
【０００６】
本発明は、物理的外力による応力に対する耐久性に優れた半田接合部を備えた信頼性の高い半導体パッケージ装置とそれを容易に製造する方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体パッケージ装置は、複数の入出力端子電極にそれぞれ導電接続された複数の突起電極が所定のエリアに配置され、前記突起電極間に封止材が設けられた半導体パッケージを、複数の端子電極を有する配線基板に、互いに対応する前記突起電極と前記端子電極とをそれぞれ半田バンプを介して接合された半導体パッケージ装置であって、複数の前記半田バンプのうちの少なくとも前記エリアの周辺のコーナー部に位置する半田バンプはストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ柱状をなしていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の半導体パッケージ装置の製造方法は、半導体ウエハの一方の主面の所定のチップサイズエリア毎に複数の入出力端子電極にそれぞれ導電接続された複数の突起電極を立設し、前記突起電極間に絶縁材料からなる封止材を前記突起電極間の各先端面が露出するように充填し、前記突起電極の各先端面に、所定の高さの半田ボールを形成し、前記半導体ウエハを前記チップサイズエリア毎に切断して、複数のチップサイズ半導体パッケージとなし、前記チップサイズ半導体パッケージの少なくとも１つを、前記各突起電極が前記配線基板の端子電極に前記半田ボールを介し対向させて配置し、リフロー処理により前記半田ボールを溶融させて、対応する前記突起電極と前記配線基板の端子電極とを接合してなる半導体パッケージ装置の製造方法であって、前記チップサイズエリアの少なくとも周辺部のコーナー部に位置する突起電極の各先端面に形成する半田ボールの高さを、前記チップサイズエリアの中央部に位置する突起電極の各先端面に形成する半田ボールの高さよりも小さくなした前記チップサイズ半導体パッケージを前記配線基板と対向した状態でリフロー処理を行い、前記チップサイズエリアのコーナー部に位置する突起電極の各先端面に形成する半田ボールをストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ柱状となすことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の半導体パッケージ装置およびその製造方法によれば、物理的外力が最も加わり易いチップ周辺コーナー部の半田バンプを、ストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ柱状に形成するので、換言すれば、半田バンプの高さ方向の中央部の面積に対し半田バンプの接合面における面積を同等または大きくするので、半田バンプ周縁部への応力集中を低減する作用が生じ、最も大きい応力が作用するチップ周辺コーナー部の半田バンプにクラックが発生したり或いは接合状態そのものが破壊される不具合の発生が、顕著に抑制される。その結果、耐久性に優れた半田接合部を備えた信頼性の高い半導体パッケージ装置を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態としての半導体パッケージ装置について、図１乃至図２に基づき説明する。図１は本実施形態の半導体パッケージ装置を示す模式的正断面図、図２はそのＩＩ−ＩＩ平断面図である。
【００１１】
本半導体パッケージ装置は、図１に示されるように、ＣＳＰ１が配線基板２上の所定位置に半田接合により搭載されてなる。
【００１２】
ＣＳＰ１は、シリコンウエハをチップサイズに切断したシリコン基板１ａを備えている。このシリコン基板１ａには、集積回路（不図示）が加工形成されており、その入出力端子として複数の電極パッド１ｂが一方の主面にマトリクス状に配列されている。この一方の主面には、各電極パッド１ｂの中央部を除いて、絶縁膜１ｃが被覆されている。各電極パッド１ｂの露出された中央部表面には、絶縁膜１ｃの表面にパターン形成された配線１ｄの一端部がそれぞれ導通接続されている。これら配線１ｄのそれぞれの他端には、突起電極１ｅがそれぞれ立設されている。そして、それら突起電極１ｅ間には、それぞれの先端面を露出させて封止樹脂（封止材）１ｆが充填設置されている。なお、本実施形態のＣＳＰ１では、電極パッド１ｂが配設される側の主面（以下、底面という）全体が、突起電極１ｅの配設エリアである。
【００１３】
図２に示すように、突起電極１ｅは、ＣＳＰ１の底面全体にわたり、例えば、５行×６列の配列でマトリクス状に配設されている。すなわち、電極パッド１ｂの配列に拘わらず突起電極１ｅが５行×６列の配列となるように、各配線１ｄがパターン形成されている。ただし、突起電極１ｅの数は、図面を簡略化したものであり、実際にはもっと多数の行と列からなるマトリクス配列となされている。
【００１４】
以上の様に構成されたＣＳＰ１は、各突起電極１ｅの先端を対応する配線基板２側の端子電極２ａにそれぞれ半田バンプ３を介して接合され、配線基板２の所定位置に搭載されている。
【００１５】
ここで、半田バンプ３は、突起電極の配設エリアつまりＣＳＰ１の底面の周辺部に配設された突起電極１ｅ１上に配置された半田バンプ３は、断面積が小さく、かつ、ストレート状、または側面が中央部に向かうに従い凹んだ湾曲面をなす柱状に形成された凹型半田バンプ３ａとされ、周辺部以外の突起電極１ｅ２上に配置された半田バンプ３は、凹型半田バンプ３ａより断面積が大きく、かつ、側面が中央部に向かうに従い突き出た湾曲面をなす柱状に形成された凸型半田バンプ３ｂとされている。
【００１６】
ここで、図３に基づいて、本願の発明の作用について説明する。半田バンプには、シリコン基板１ａと配線基板２との線膨張係数の相違に起因する応力が発生する。この応力は、高さ方向における中央部が突き出た凸型半田バンプ３ｂにおいては、図３に図示されている如く、断面積が大きい中央部から半田バンプ３ｂと突起電極１ｅ２との界面である接合面Ｓａ１に作用する。ここで、接合面Ｓａ１は半田バンプ３ｂの中央部よりも断面積が小さいため、半田バンプ３ｂの周縁部には応力が集中する。これにより、凸型半田バンプ３ｂは破壊されやすくなる。要するに、半田バンプ３ｂの破壊は、シリコン基板１ａと配線基板２との線膨張係数の相違に起因して生ずる、主として剪断応力の集中によるものである。これに対し、ストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ凹型半田バンプ３ａでは、図３に図示されている如く、同様に、応力は、凹型半田バンプ３ａの中央部から凹型半田バンプ３ａと突起電極１ｅ１との界面である接合面Ｓａ２に作用するが、この場合には、凹型半田バンプ３ａの中央部の断面積に対し接合面Ｓａ２の断面積が同等または大きいため、凹型半田バンプ３ａの周縁部への応力の集中は低減されることになる。従って、その物理的外力による応力が強く作用する半田接合エリアの周辺部、特に、最も大きく作用するコーナー部に凹型半田バンプ３ａを形成すれば、応力集中が低減され、突起電極と端子電極との接合部におけるクラックの発生或いは接合状態そのものの破壊等を抑制することができる。
【００１７】
以上のように、本実施形態の半導体パッケージ装置によれば、ＣＳＰ１の突起電極１ｅの配設エリアつまりその底面において、周辺部の突起電極１ｅ１上にはストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ凹型半田バンプ３ａを、周辺部以外の突起電極１ｅ２上には高さ方向における中央部が突き出た凸型半田バンプ３ｂを、それぞれ選択的に配置したから、物理的外力に応じて作用する応力により半田バンプと突起電極や接続端子との接合部にクラックが発生したり、或いは接合状態そのものが破壊される不具合の発生が顕著に抑制されるとともに、半導体パッケージ全体の配線基板に対する実装接続強度が増強される。
【００１８】
次に、上記半導体パッケージ装置の製造方法について、図４乃至図７に基づき説明する。
【００１９】
まず、シリコンウエハの状態で所定のチップサイズエリア毎に図１に示すＣＳＰ１が加工形成されたウエハレベルシリコン基板を準備する。
【００２０】
次に、図４に示すように、上記ウエハレベルシリコン基板１０の封止樹脂層１０ａが被着された底面１０ｂにハードマスク１１を重ね合わせ、半田印刷を行う。そのハードマスク１１には、図５に示すように、チップサイズエリアＡｃ毎に大、小２種類の平面形状が楕円の透孔１１ｂ、１１ａがマトリクス状に穿設されている。これら透孔１１ａ、１１ｂは、ＣＳＰ１の突起電極１ｅ１、１ｅ２（図１参照）に対応させて穿設されており、チップサイズエリアＡｃの周辺部に配設された突起電極１ｅ１には小透孔１１ａが、周辺部以外の突起電極１ｅ２には大透孔１１ｂが、それぞれ対応させて配設されている。このハードマスク１１を、ウエハレベルシリコン基板１０の底面１０ｂに、合せマーク（不図示）を基準に位置を合せながら重ね合わせる。なお、透孔１１ａ、１１ｂの平面形状は、楕円でなく真円であってもよい。
【００２１】
次に、ハードマスク１１上に半田ペーストｐを供給し、スキージ１２をハードマスク１１表面に摺接させつつ矢印方向に走行させ、図６に示すように半田ペーストｐをハードマスク１１表面に沿って薄く延ばしながら大、小の透孔１１ａ、１１ｂ内に充填し、突起電極１ｅ１および突起電極１ｅ２の各先端面に、それぞれ、半田ボール形成層ｐａ、ｐｂを形成する。
【００２２】
次いで、半田ペーストｐが固化しないうちにハードマスク１１をウエハレベルシリコン基板１０の底面１０ｂからその直角方向に向けて取り外し、この後、リフロー炉に通してリフロー処理を行うと、半田ボール形成層ｐａ、ｐｂが溶融して、表面張力によりボール状に変形し、図７に示すように、チップサイズエリアＡｃ毎に各突起電極１ｅの先端面に大、小２種類の半田ボール１３ｂ、１３ａがそれぞれ形成されたウエハレベル半導体パッケージＰＧｗが得られる。この場合、図５に示すハードマスク１１の大、小透孔１１ｂ、１１ａの配置に従い、チップサイズエリアＡｃの周辺部には小半田ボール１３ａが配置され、その他の部位には大半田ボール１３ｂが配置された構成となっている。
【００２３】
これら大半田ボール１３ｂと小半田ボール１３ａとは、図８に示すように、半田の量が異なると共に、高さがＧだけ異なっている。この高さギャップＧは、ハードマスク１１の大、小透孔１１ｂ、１１ａの容積比によって異なってくる。従って、図１に示す凹型半田バンプ３ａと凸型半田バンプ３ｂを形成するのに必要な半田ボール１３ａ、１３ｂ間の高さギャップＧは、ハードマスク１１の大、小透孔１１ｂ、１１ａの容積比つまり大、小透孔１１ｂ、１１ａの開口面積或いはハードマスク１１の厚さを適正に設定することにより得られる。
【００２４】
次に、図７に図示された大、小、半田ボール１３ｂ、１３ａが配置形成されたウエハレベル半導体パッケージＰＧｗを、チップサイズエリアＡｃを区画する切離ラインＬに沿って切断する。これにより、図８に示すように、周辺部の突起電極１ｅ１先端面に小半田ボール１３ａが形成され、その他の突起電極１ｅ２先端面に大半田ボール１３ｂが形成され、全体として大、小、半田ボール１３ｂ、１３ａがマトリクス配置で設置されたＣＳＰ１が、一括して効率良く得られる。
【００２５】
次いで、上述のようにして製造された半田ボール付きＣＳＰ１を、配線基板２の所定位置に、突起電極１ｅとこれらに対応する接続端子２ａが大、小、半田ボール１３ｂ、１３ａを介して対向するように位置合せして載置する。なお、この段階では、小半田ボール１３ａに配線基板２の対応する接続端子２ａが接触していない。
【００２６】
この後、上述のＣＳＰ１が載置された配線基板２をリフロー炉に通す。これにより、大、小、半田ボール１３ｂ、１３ａが溶融し、各半田ボール１３ｂ、１３ａがＣＳＰ１の重量および自重により、対応する突起電極１ｅ２、１ｅ１先端面と接続端子２ａ間で圧縮され、側面が高さ方向の中央部に向かうに従い突き出た湾曲面をなす略柱形状になる。この際、大半田ボール１３ｂは配線基板２の重量により大きく変形するので、小半田ボール１３ａの上端が配線基板２に形成された端子電極に接触するようになり、漸次、この端子電極側に移動する。加えて、このリフロー処理の後、溶融半田が冷却されて固化する際に体積が膨張し、特に大半田ボール１３ｂは高さ方向への膨張の度合いが大きく、これにより、ＣＳＰ１が若干押し戻される状態となる。その結果、小半田ボール１３ａを挟持する周辺部突起電極１ｅ１と対応する接続端子２ａの間隔もその分だけ広がるが、小半田ボール１３ａの半田量が少ないために、この小半田ボール１３ａが溶融した後に固化して形成される半田バンプ３は、図１に示されるように、ストレート状または側面が中央部に向かうに従い凹んだ湾曲面をなす柱状の凹型半田バンプ３ａとなる。このようにして、図１に示される半導体パッケージ装置が比較的少ない工数で容易に製造される。
【００２７】
以上のように、本実施形態の半導体パッケージ装置の製造方法によれば、ウエハレベルにおいて、チップサイズエリアの周辺部の突起電極１ｅ１に対応させて凹型半田バンプ３ａを形成するための小半田ボール１３ａを、その他の突起電極１ｅ２に対しては凸型半田バンプ３ｂを形成するための大半田ボール１３ｂを、それぞれ形成し、この後、個々のＣＳＰ１に切離し、こうして得られたＣＳＰ１を配線基板２に搭載した状態でリフロ−処理を行い、搭載されたＣＳＰ１のバンプエリア周辺の突起電極１ｅ１には物理的外力による応力の接合面への集中を低減するストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ凹型半田バンプ３ａを形成し、それら以外の突起電極１ｅ２には高さ方向における中央部が突き出た凸型半田バンプ３ｂを形成するので、半田バンプによる接合強度が大きく且つ信頼性の高い高品質の半導体パッケージ装置を、少ない工数で容易に製造することができる。
【００２８】
なお、本発明の半導体パッケージ装置とその製造方法については、上記実施形態に限定されるものではない
【００２９】
例えば、凹型半田バンプ３ａはチップサイズエリアＡｃの周辺部全てに形成せずに周辺部コーナーにのみ形成するようにしてもよく、また、全ての半田バンプを凹型半田バンプ３ａとしてもよい。
【００３０】
また、大きさの異なる半田ボールを選択配置する方法としては、印刷法に限らず、大きさの異なる複数種類の半田ボールを吸着する治具を用い、それら複数種類の半田ボールを治具で決められた所定の配置で一括付着させる方法を用いることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の半導体パッケージ装置およびその製造方法によれば、物理的外力が最も加わり易いチップ周辺コーナー部の半田バンプを、ストレート状または高さ方向における中央部が凹んだ柱状に形成するので、換言すれば、半田バンプの高さ方向の中央部の面積に対し半田バンプの接合面における面積を同等または大きくするので、半田バンプ周縁部への応力集中を低減する作用が生じ、最も大きい応力が作用するチップ周辺コーナー部の半田バンプにクラックが発生したり或いは接合状態そのものが破壊される不具合の発生が、顕著に抑制される。その結果、耐久性に優れた半田接合部を備えた信頼性の高い半導体パッケージ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージ装置の一実施形態を示す模式的側断面図である。
【図２】上記半導体パッケージ装置を示すＩＩ−ＩＩ平断面図である。
【図３】上記半導体パッケージ装置における半田バンプに作用する応力を説明する模式的説明図である。
【図４】本発明の半導体パッケージ装置の製造方法の一実施形態における印刷工程を示す説明図である。
【図５】上記印刷工程で用いるマスクの一部分を示す部分平面図である。
【図６】上記印刷工程における作用を示す部分拡大説明図である。
【図７】上記製造方法により製造されたウエハレベル半導体パッケージを示す平面図である。
【図８】上記ウエハレベル半導体パッケージの要部を示す部分的側断面図である。
【符号の説明】
１…ＣＳＰ
１ｅ、１ｅ１、１ｅ２…突起電極
１ｆ…封止樹脂
２…配線基板
２ａ…端子電極
３…半田バンプ
３ａ…凹型半田バンプ
３ｂ…凸型半田バンプ
１０…ウエハレベルシリコン基板
１１…ハードマスク
１１ａ、１１ｂ…透孔
１２…スキージ
１３…半田ボール
１３ａ…小半田ボール
１３ｂ…大半田ボール
【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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