(57)【要約】【課題】  半導体基板下に複数の半田ボールを有する半導体装置を、接続パッドおよび該接続パッドの中央部以外を覆うソルダーレジスト膜を有する回路基板上にフェースダウン実装した半導体装置の実装構造において、半田ボールのソルダーレジスト膜との界面近傍にクラックが発生しにくいようにする。【解決手段】  半導体基板下２に複数の半田ボール１２を有する半導体装置１は、接続パッド１４および該接続パッド１４の中央部以外を覆うソルダーレジスト膜１６を有する回路基板１３上に、半田ボール１２が接続パッド１４に接合されていることにより、フェースダウン実装されている。この場合、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数を７０ｐｐｍ／℃以下とすると、温度サイクル試験を行なっても、半田ボール１２のソルダーレジスト膜１６との界面近傍にクラックが発生しにくいようにすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板下に複数の半田ボールを有する半導体装置を、接続パッドおよび該接続パッドの中央部を露出する開口部が形成されたソルダーレジスト膜を有する回路基板上に、前記半田ボールを前記接続パッドに接合させて、フェースダウン実装した半導体装置の実装構造において、前記ソルダーレジスト膜の熱膨張係数は７０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記ソルダーレジスト膜の熱膨張係数は約６０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、前記ソルダーレジスト膜の熱膨張係数は５５〜６５ｐｐｍ／℃であることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、前記半導体装置は、接続パッド部が形成された半導体基板と、前記接続パッド部上に形成された柱状電極と、前記半導体基板の前記柱状電極間に設けられた封止膜を有し、前記半田ボールは前記柱状電極上に設けられていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項５】
請求項４に記載の発明において、前記柱状電極は、断面が１５０〜２５０μｍの円形であることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項６】
請求項５に記載の発明において、前記ソルダレジジスト膜の開口部は、１５０〜２５０μｍの円形であることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置の実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置には、半導体基板下に複数の半田ボールが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、この半導体装置を回路基板上に実装する場合、半田ボールを回路基板の上面に設けられた接続パッドに接合させて、フェースダウン実装している。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３８４４７号公報
【０００４】
ところで、従来の回路基板には、上記特許文献１に記載の如く、接続パッド全体を露出させたもののほかに、接続パッドの中央部以外をソルダーレジスト膜で覆い、接続パッドの中央部をソルダーレジスト膜に形成された開口部を介して露出させたものがある。そして、後者の回路基板上に上記半導体装置を実装すると、ソルダーレジスト膜の開口部内は半田ボールによって埋められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の如く、半田ボールを有する半導体装置をソルダーレジスト膜を有する回路基板上にフェースダウン実装した半導体装置の実装構造において、温度サイクル試験を行なったところ、半田ボールのソルダーレジスト膜との界面近傍にクラックが発生する場合が多かった。この原因を調べたところ、ソルダーレジスト膜の熱膨張係数が８０ｐｐｍ／℃以上と比較的大きく、半田ボールとソルダーレジスト膜との界面に比較的大きな応力が集中することに起因することが分かった。
【０００６】
そこで、この発明は、半田ボールのソルダーレジスト膜との界面近傍にクラックが発生しにくいように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】
この発明は、上記目的を達成するため、半導体基板下に複数の半田ボールを有する半導体装置を、接続パッドおよび該接続パッドの中央部以外を覆うソルダーレジスト膜を有する回路基板上に、前記半田ボールを前記接続パッドに接合させて、フェースダウン実装した半導体装置の実装構造において、前記ソルダーレジスト膜の熱膨張係数は７０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ソルダーレジスト膜の熱膨張係数を７０ｐｐｍ／℃以下と比較的小さくすると、半田ボールとソルダーレジスト膜との界面への応力の集中が緩和され、半田ボールのソルダーレジスト膜との界面近傍にクラックが発生しにくいようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はこの発明の一実施形態としての半導体装置を回路基板上に実装した状態の断面図を示す。半導体装置１は、一般的にＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるもので、シリコン等からなる半導体基板２を備えている。
【００１０】
半導体基板２の下面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、下面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド３が集積回路に接続されて設けられている。接続パッド３の中央部を除く半導体基板２の下面には酸化シリコン等からなる絶縁膜４が設けられ、接続パッド３の中央部は絶縁膜４に設けられた開口部５を介して露出されている。
【００１１】
絶縁膜４の下面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜６が設けられている。この場合、絶縁膜４の開口部５に対応する部分における保護膜６には開口部７が設けられている。保護膜６の下面には銅等からなる下地金属層８が設けられている。下地金属層８の下面全体には銅からなる再配線９が設けられている。下地金属層８を含む再配線９の一端部は、両開口部５、７を介して接続パッド３に接続されており、他端側は接続パッド部とされている。
【００１２】
再配線９の接続パッド部には直径が１５０〜２５０μｍの銅からなる円柱形状の柱状電極（外部接続用電極）１０が設けられている。再配線９を含む保護膜６の下面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜１１がその下面が柱状電極１０の下面と面一となるように設けられている。柱状電極１０の下面には半田ボール１２が設けられている。
【００１３】
一方、回路基板１３の上面には、図２にも示すように、平面円形状の接続パッド１４を有する配線１５が設けられている。この場合、接続パッド１４の直径は半導体装置１の柱状電極１０の直径よりもある程度大きくなっている。接続パッド１４の中央部を除いて配線１５を含む回路基板１３の上面にはソルダーレジスト膜１６が設けられ、接続パッド１４の中央部はソルダーレジスト膜１６に設けられた平面円形状の開口部１７を介して露出されている。この場合、開口部１７の直径は１５０〜２５０μｍであり、半導体装置１の柱状電極１０の直径とほぼ同じとなっている。
【００１４】
そして、半導体装置１は、半田ボール１２が回路基板１３の接続パッド１４にリフローにより接合されていることにより、回路基板１３上にフェースダウン方式により実装されている。この状態では、ソルダーレジスト膜１６の開口部１７内は半田ボール１２によって埋められている。
【００１５】
ここで、上記実装構造の寸法の一例を示す。半導体基板１のサイズは６ｍｍ×６ｍｍ、半導体基板１の厚さは０．６〜１．０ｍｍ、接続パッド１４の直径は２５０〜３５０μｍ、柱状電極１０およびソルダーレジスト膜１６の開口部１７の直径は、前述した如く１５０〜２５０μｍでほぼ同一の大きさとされ、柱状電極１０と接続パッドとの間隔（スタンドオフ）は２２０μｍ、半田ボール１２の高さ方向のほぼ中央位置における断面の直径は３２６μｍ、接続パッド１４の厚さは２０μｍ、回路基板１３上におけるソルダーレジスト膜１６の厚さは３０〜１００μｍである。
【００１６】
この寸法条件において、温度サイクル試験（−４０℃⇔＋１２５℃、１サイクル所要時間２０分）を行ない、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数と半田ボール１２のひずみ振幅との関係を調べたところ、図３に示す結果が得られた。図３において、黒丸は半田ボール１２の接続パッド１４側のひずみ集中箇所のひずみ振幅を示し、白丸は半田ボール１２の柱状電極１０側のひずみ集中箇所のひずみ振幅を示す。なお、半田ボール１２の材料はＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕである。
【００１７】
図３から明らかなように、黒丸で示す半田ボール１２の接続パッド１４側のひずみ集中箇所のひずみ振幅は、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数２０〜１００ｐｐｍ／℃の範囲内において、熱膨張係数が増加するに従ってほぼ０から０．００４５０強へと急激に増加している。一方、白丸で示す半田ボール１２の柱状電極１０側のひずみ集中箇所のひずみ振幅は、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数２０〜１００ｐｐｍ／℃の範囲内において、熱膨張係数が増加するに従って０．００２５０弱から０．００１５０強へと緩やかに減少している。
【００１８】
そして、黒丸で示す半田ボール１２の接続パッド１４側のひずみ集中箇所のひずみ振幅は、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数が８０ｐｐｍ／℃以上であると、０．００３５０以上と比較的大きくなり、半田ボール１２のソルダーレジスト膜１６との界面近傍にクラックが発生する場合が多かった。これに対し、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数が７０ｐｐｍ／℃以下であると、黒丸で示す半田ボール１２の接続パッド１４側のひずみ集中箇所のひずみ振幅が０．００３００未満と比較的小さくなり、半田ボール１２のソルダーレジスト膜１６との界面近傍にクラックが発生しない場合が多かった。
【００１９】
一方、白丸で示す半田ボール１２の柱状電極１０側のひずみ集中箇所のひずみ振幅は、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃のとき、最大で０．００２５０弱である。しかし、このひずみ振幅が最大の場合であっても、半田ボール１２の柱状電極１０との界面近傍にクラックは発生しなかった。したがって、半田ボール１２の柱状電極１０に対する接合信頼性は、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数にあまり関係ないと言える。
【００２０】
ところで、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数が約６０ｐｐｍ／℃であると、黒丸で示す半田ボール１２の接続パッド１４側のひずみ集中箇所のひずみ振幅は、白丸で示す半田ボール１２の柱状電極１０側のひずみ集中箇所のひずみ振幅とほぼ同じ値（約０．００２２５）となり、半田ボール１２のソルダーレジスト膜１６との界面近傍にクラックは発生しなかった。したがって、ソルダーレジスト膜１６の熱膨張係数は、７０ｐｐｍ／℃以下が好ましく、約６０ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、特に、半田ボール１２の接続パッド１４側のひずみ集中箇所のひずみ振幅と半田ボール１２の柱状電極１０側のひずみ集中箇所のひずみ振幅とほぼ同じ値となる５５〜６５ｐｐｍ／℃が最も好ましいと言える。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態としての半導体装置を回路基板上に実装した状態の断面図。
【図２】図１に示す回路基板の一部の平面図。
【図３】ソルダーレジスト膜の熱膨張係数と半田ボールのひずみ振幅との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１  半導体装置
２  半導体基板
３  接続パッド
９  再配線
１０  柱状電極
１１  封止膜
１２  半田ボール
１３  回路基板
１４  接続パッド
１５  配線
１６  ソルダーレジスト膜
１７  開口部
【図１】
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【図２】
2005347361.tif 000004
【図３】
2005347361.tif 000005