(57)【要約】【課題】  半導体装置の外部端子に加えられる応力を緩和することにある。【解決手段】  半導体装置は、半導体チップ１０と、半導体チップ１０が搭載された基板２０と、基板２０に形成された電気的接合部２６と、電気的接合部２６に設けられ、ろう材４６と、前記ろう材４６中に分散され樹脂からなる複数の粒子４２と、それぞれの粒子４２の表面をコーティングしてなる導体皮膜４４とを含む電気的接合用端子４０と、を含む。【選択図】      図１
2005116931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう材と、
前記ろう材中に分散され、樹脂からなる複数の粒子と、
それぞれの前記粒子の表面をコーティングしてなる導体皮膜と、
を含む電気的接合用端子。
【請求項２】
請求項１記載の電気的接合用端子において、
前記粒子は、熱硬化されてなる電気的接合用端子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電気的接合用端子において、
ボール状をなす電気的接合用端子。
【請求項４】
（ａ）溶融したろう材中に、樹脂からなる複数の粒子を混入すること、
（ｂ）前記ろう材を冷却させることによって、前記粒子を含むボール状に形成すること、
を含む電気的接合用端子の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ａ）工程前に、前記粒子を熱硬化させることをさらに含む電気的接合用端子の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５記載の電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ａ）工程前に、それぞれの前記粒子の表面を導体皮膜によってコーティングすることをさらに含む電気的接合用端子の製造方法。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の電気的接合用端子の製造方法において、
前記導体皮膜をメッキ処理によって形成する電気的接合用端子の製造方法。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれかに記載の電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ｂ）工程で、前記ろう材を滴下することによって、ボール状に形成する電気的接合用端子の製造方法。
【請求項９】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載された基板と、
前記基板に形成された電気的接合部と、
前記電気的接合部に設けられ、ろう材と、前記ろう材中に分散され樹脂からなる複数の粒子と、それぞれの前記粒子の表面をコーティングしてなる導体皮膜とを含む電気的接合用端子と、
を含む半導体装置。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体装置において、
前記粒子は、熱硬化されてなる半導体装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０記載の半導体装置において、
前記電気的接合用端子は、ボール状をなす半導体装置。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれかに記載の半導体装置を有する電子機器。
【請求項１３】
樹脂からなる複数の粒子を含むボール状の電気的接合用端子を形成すること、
半導体チップが搭載された基板の第１の電気的接合部に前記電気的接合用端子を設けること、
前記基板を回路基板に位置合わせし、前記電気的接合用端子を溶融させることによって、前記第１の電気的接合部と前記回路基板の第２の電気的接合部とを接合すること、
を含む半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的接合用端子及びその製造方法、半導体装置及びその実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置が回路基板に実装される形態では、半導体装置の外部端子に加えられる応力（熱ストレス）を緩和することが重要である。外部端子は、ハンダボールなどで構成され、半導体装置の電気的接合部（ランド）に設けられる。従来、電気的接合部の平面形状を変更するなどによって、外部端子への応力集中を避けていたがそれには限界があった。
【０００３】
本発明の目的は、半導体装置の外部端子に加えられる応力を緩和することにある。
【特許文献１】特開２００１−９３３２９号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）本発明に係る電気的接合用端子は、
樹脂からなる複数の粒子と、
それぞれの前記粒子の表面をコーティングしてなる導体皮膜と、
を含む。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。さらに、粒子の表面が導体皮膜によってコーティングされているので、電気的接合用端子の電気的特性の向上を図ることができる。
（２）この電気的接合用端子において、
前記粒子は、熱硬化されてなる電気的接合用端子。これによれば、電気的接合用端子を加熱溶融したときに、粒子が溶融することがない（又は溶融しにくい）ので、加熱溶融後も複数の粒子が分散した状態を維持することができる。したがって、加熱溶融後も電気的接合用端子の応力緩和を図ることができる。
（３）この電気的接合用端子において、
ボール状をなす電気的接合用端子。
（４）本発明に係る電気的接合用端子の製造方法は、
（ａ）溶融したろう材中に、樹脂からなる複数の粒子を混入すること、
（ｂ）前記ろう材を冷却させることによって、前記粒子を含むボール状に形成すること、
を含む電気的接合用端子の製造方法。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。
（５）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ａ）工程前に、前記粒子を熱硬化させることをさらに含む電気的接合用端子の製造方法。これによれば、電気的接合用端子を加熱溶融したときに、粒子が溶融することがない（又は溶融しにくい）ので、加熱溶融後も複数の粒子が分散した状態を維持することができる。したがって、加熱溶融後も電気的接合用端子の応力緩和を図ることができる。
（６）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ａ）工程前に、それぞれの前記粒子の表面を導体皮膜によってコーティングすることをさらに含む電気的接合用端子の製造方法。これによれば、粒子の表面が導体皮膜によってコーティングされているので、電気的接合用端子の電気的特性の向上を図ることができる。
（７）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記導体皮膜をメッキ処理によって形成する電気的接合用端子の製造方法。
（８）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ｂ）工程で、前記ろう材を滴下することによって、ボール状に形成する電気的接合用端子の製造方法。
（９）本発明に係る半導体装置は、
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載された基板と、
前記基板に形成された電気的接合部と、
前記電気的接合部に設けられ、ろう材と、前記ろう材中に分散され樹脂からなる複数の粒子と、それぞれの前記粒子の表面をコーティングしてなる導体皮膜とを含む電気的接合用端子と、
を含む。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。さらに、粒子の表面が導体皮膜によってコーティングされているので、電気的接合用端子の電気的特性の向上を図ることができる。
（１０）この半導体装置において、
前記粒子は、熱硬化されてなる半導体装置。これによれば、電気的接合用端子を加熱溶融したときに、粒子が溶融することがない（又は溶融しにくい）ので、加熱溶融後も複数の粒子が分散した状態を維持することができる。したがって、加熱溶融後も電気的接合用端子の応力緩和を図ることができる。
（１１）この半導体装置において、
前記電気的接合用端子は、ボール状をなす半導体装置。
（１２）本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
（１３）本発明に係る半導体装置の実装方法は、
樹脂からなる複数の粒子を含むボール状の電気的接合用端子を形成すること、
半導体チップが搭載された基板の第１の電気的接合部に前記電気的接合用端子を設けること、
前記基板を回路基板に位置合わせし、前記電気的接合用端子を溶融させることによって、前記第１の電気的接合部と前記回路基板の第２の電気的接合部とを接合すること、
を含む。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００６】
図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す図であり、図２は図１の部分拡大図である。本実施の形態に係る半導体装置は、半導体チップ１０と、基板２０と、配線パターン２２（電気的接合部２６を含む）と、電気的接合用端子４０と、を含む。
【０００７】
半導体チップ１０には、集積回路（図示しない）が形成され、集積回路に電気的に接続された複数の電極１２が形成されている。複数の電極１２は、半導体チップ１０における集積回路側の面に形成されていてもよい。複数の電極１２は、半導体チップ１０の表面の４辺又は２辺に沿った領域に形成されていてもよい。電極１２は、パッド（例えばＡｌパッド）を有する。半導体チップ１０を基板２０にフェースダウン実装する場合には、電極１２はパッド上のバンプ（例えば金バンプ）をさらに有してもよい。なお、半導体チップ１０の電極１２の形成された面には、パッシベーション膜（図示しない）が形成されている。
【０００８】
基板２０は、有機系の樹脂基板であることが多いが、無機系の基板（例えばガラス基板、セラミック基板）であってもよく、あるいは有機系・無機系の複合構造の基板（例えばガラスエポキシ基板）であってもよい。基板２０は半導体装置のインターポーザであってもよい。基板２０には、配線パターン２２が形成されている。配線パターン２２は、基板２０の両面に形成されていてもよい。配線パターン２２の一部がスルーホール２４となって、基板２０の両面の電気的導通を図ってもよい。
【０００９】
図１に示すように、半導体チップ１０は基板２０にフェースダウン実装されていてもよい。詳しくは、半導体チップ１０は、電極１２の形成面が基板２０に対向している。電極１２と配線パターン２２の電気的接合は、異方性導電材料３０によって図ってもよい。異方性導電材料３０は、異方性導電フィルム又は異方性導電ペーストのいずれでもよく、バインダに複数の導電粒子３２が分散している。導電粒子３２が電極１２と配線パターン２２との間に介在することによって両者間の電気的接合を図ることができる。その他の電気的接合形態として、導電樹脂ペーストによるもの、金属接合（例えばＡｕ−Ａｕ接合、Ａｕ−Ｓｎ接合又はハンダ接合）、絶縁樹脂の収縮力による形態などを適用してもよい。金属接合の場合には、半導体チップ１０と基板２０との間に樹脂（アンダーフィル樹脂）を充填してもよい。
【００１０】
変形例として、半導体チップ１０は、基板２０にフェースアップ実装されていてもよい。詳しくは、半導体チップ１０は、電極１２の形成面とは反対の面が基板２０に対向していてもよい。電極１２と配線パターン２２との電気的接合は、ワイヤによって図ることができる。その場合、半導体チップ１０は全体を樹脂封止することが好ましい。
【００１１】
基板２０には、配線パターン２２の一部として電気的接合部２６が形成されている。電気的接合部２６はランドであってもよい。電気的接合部２６は、基板２０における半導体チップ１０が搭載された面とは反対の面に形成されていてもよいし、基板２０における半導体チップ１０が搭載された面と同じ面（例えば半導体チップ１０の外側の領域）に形成されていてもよい。すなわち、本実施の形態に係る電気的接合用端子４０は、半導体チップ１０が搭載された面とは反対の面に設けられてもよいし、半導体チップ１０が搭載された面と同じ面（例えば半導体チップ１０の外側の領域）に設けられてもよい。
【００１２】
本実施の形態では、電気的接合部２６には電気的接合用端子４０が設けられている。電気的接合用端子４０は、半導体装置の外部端子であり、ボール状をなしていてもよい。ボール状とは、必ずしも完全な球体である必要はなく、球体の一部であってもよいし、あるいは塊状をなしていればよい。
【００１３】
電気的接合用端子４０は、樹脂からなる複数の粒子４２と、それぞれの粒子４２の表面をコーティングしてなる導体皮膜４４と、を含む。電気的接合用端子４０は、その主成分となるろう材（例えばハンダ）４６を含み、ろう材４６中に複数の粒子４２が分散されている。ろう材４６の組成は限定されるものではないが、例えばスズ（Ｓｎ）とその他の金属化合物（例えば銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ））から構成されていてもよい。ろう材４６中にさらにフラックスが混入されていてもよい。導体皮膜４４は、金属皮膜（例えば銅（Ｃｕ））であってもよく、例えばメッキ処理（例えば電気メッキ又は無電解メッキ）によって形成することができる。なお、電気的接合用端子４０はいわゆる樹脂分散ハンダボールである。
【００１４】
本実施の形態によれば、複数の粒子４２によって、電気的接合用端子４０に加えられる応力を緩和することができる。詳しくは、樹脂はろう材４６よりも柔らかいので、複数の粒子４２によって応力を吸収又は分散することが可能になる。また、粒子４２は、複数が分散されているのでろう材４６との不濡れも生じにくい。さらに、粒子４２の表面が導体皮膜４４によってコーティングされているので、電気的接合用端子４０の電気的特性の向上を図ることができる。例えば、複数の粒子４２が密集しても導体皮膜４４同士が接触するため、粒子４２間にも電気が流れることになり、絶縁部分の拡大を防止することができる。
【００１５】
粒子４２の樹脂の成分は限定されないが、例えば、ポリスチレン、ジビニルベンゼンなどを使用してもよい。粒子４２は、熱硬化性樹脂で形成されていてもよい。その場合、粒子４２は熱硬化したもの（例えば熱硬化が完了又は半分以上進行したもの）であってもよい。これによれば、電気的接合用端子４０を加熱溶融（例えばリフロー）したときに、粒子４２が溶融することがない（又は溶融しにくい）ので、加熱溶融後も複数の粒子４２が分散した状態を維持することができる。したがって、加熱溶融後も電気的接合用端子４０の応力緩和を図ることができる。
【００１６】
図３に示すように、本実施の形態に係る電気的接合用端子の製造方法を説明する。まず、るつぼ５０内で、溶融したろう材４６中に樹脂からなる複数の粒子４２を混入する。混入前に、粒子４２はすでに熱硬化させておいてもよい。混入前に、粒子４２の表面を導体皮膜４４によってコーティングしてもよい。コーティング方法として上述のメッキ処理を適用することができる。加熱溶融した液状の電気的接合用端子４０（ろう材４６）を、ノズル５２から滴下させるとともに冷却する。その場合に、滴下する液状の電気的接合用端子４０に対して、所定の方向、周波数及び振幅の振動を伝達させる。こうして、液状の流れがくびれるとともに、冷却によって固形となり、電気的接合用端子４０をボール状に形成することができる。
【００１７】
次に、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、本実施の形態に係る半導体装置の実装方法を説明する。図４（Ｂ）に示すように、半導体チップ１０が搭載された基板２０の電気的接合部２６（第１の電気的接合部）に、電気的接合用端子４０を設ける。図４（Ａ）に示すように、あらかじめ電気的接合部２６にフラックス４８を設けておいてもよい。電気的接合用端子４０は、フラックス４８上に設けてもよい。フラックスは、その後の加熱溶融によってろう材４６の表面に表出する（図４（Ｃ）では図示しない）。電気的接合用端子４０は、ボール状に形成されている。電気的接合部２６への配置方法は限定されず、例えばスルーホール２４が図示する例とは別に貫通穴を有する場合には貫通穴から吸引することによってボール状の電気的接合用端子４０を吸着してもよい。図４（Ｃ）に示すように、基板２０を回路基板６０に位置合わせし、電気的接合用端子４０を加熱溶融させる（リフロー工程）。そして、基板２０の電気的接合部２６（第１の電気的接合部）と、回路基板６０の電気的接合部６２（第２の電気的接合部）とを電気的に接合する。本実施の形態によれば、実装時及びその後の熱ストレスに対して、半導体装置の外部端子（電気的接合用端子４０）に加えられる応力の緩和を図ることができる。
【００１８】
図５は、本実施の形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。図５に示す例では複数の半導体装置がスタックされている。この半導体装置（スタック型半導体装置）は、第１及び第２の半導体装置７０，８０を有し、上述の電気的接合用端子４０が上下の半導体装置を電気的に接合するように両者間に介在している。詳しくは、第１の半導体装置７０は、半導体チップ７２と、半導体チップ７２が搭載された基板７４とを有し、基板７４には配線パターンの一部として電気的接合部（例えばランド）７８が形成されている。半導体チップ７２はワイヤボンディングされ、全体が樹脂封止部７６によって封止されていてもよい。第２の半導体装置８０は、半導体チップ８２と、半導体チップ８２が搭載された基板８４とを有し、基板８４には配線パターンの一部として電気的接合部（例えばランド）８６が形成されている。電気的接合部８６は、基板８４の両面に形成されていてもよい。電気的接合用端子４０は、第１の半導体装置７０の電気的接合部７８と、第２の半導体装置８０の電気的接合部８６との間に介在している。こうして、スタックされた複数の半導体装置間の外部端子に加えられる応力を緩和することができる。図５に示す例では、最下層の第２の半導体装置８０には、第１の半導体装置７０とは反対の面側の電気的接合部８６に電気的接合用端子４０が設けられている。これによって、スタックされた複数の半導体装置を回路基板に実装することができ、その効果はすでに記載した通りである。なお、図５に示す例とは別に、第１及び第２の半導体装置７０，８０の間は樹脂封止されていてもよい。
【００１９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る電気的接合用端子を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る電気的接合用端子の製造方法を示す図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の実装方法を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態の変形例に係る半導体装置を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０…半導体チップ  １２…電極  ２０…基板  ２２…配線パターン
２６…電気的接合部  ４０…電気的接合用端子  ４２…粒子  ４４…導体皮膜
４６…ろう材  ６０…回路基板  ７０…第１の半導体装置  ７２…半導体チップ
７４…基板  ７８…電気的接合部  ８０…第２の半導体装置  ８２…半導体チップ
８４…基板  ８６…電気的接合部
【図１】
2005116931.tif 000003
【図２】
2005116931.tif 000004
【図３】
2005116931.tif 000005
【図４】
2005116931.tif 000006
【図５】
2005116931.tif 000007
【図６】
2005116931.tif 000008
【図７】
2005116931.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
（１）本発明に係る電気的接合用端子は、
ろう材と、
前記ろう材中に分散され、樹脂からなる複数の粒子と、
それぞれの前記粒子の表面をコーティングしてなる導体皮膜と、
を含む。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。さらに、粒子の表面が導体皮膜によってコーティングされているので、電気的接合用端子の電気的特性の向上を図ることができる。
（２）この電気的接合用端子において、
前記粒子は、熱硬化されていてもよい。これによれば、電気的接合用端子を加熱溶融したときに、粒子が溶融することがない（又は溶融しにくい）ので、加熱溶融後も複数の粒子が分散した状態を維持することができる。したがって、加熱溶融後も電気的接合用端子の応力緩和を図ることができる。
（３）この電気的接合用端子において、
ボール状をなしていてもよい。
（４）本発明に係る電気的接合用端子の製造方法は、
（ａ）溶融したろう材中に、樹脂からなる複数の粒子を混入すること、
（ｂ）前記ろう材を冷却させることによって、前記粒子を含むボール状に形成すること、
を含む。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。
（５）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ａ）工程前に、前記粒子を熱硬化させることをさらに含んでもよい。これによれば、電気的接合用端子を加熱溶融したときに、粒子が溶融することがない（又は溶融しにくい）ので、加熱溶融後も複数の粒子が分散した状態を維持することができる。したがって、加熱溶融後も電気的接合用端子の応力緩和を図ることができる。
（６）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ａ）工程前に、それぞれの前記粒子の表面を導体皮膜によってコーティングすることをさらに含んでもよい。これによれば、粒子の表面が導体皮膜によってコーティングされているので、電気的接合用端子の電気的特性の向上を図ることができる。
（７）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記導体皮膜をメッキ処理によって形成してもよい。
（８）この電気的接合用端子の製造方法において、
前記（ｂ）工程で、前記ろう材を滴下することによって、ボール状に形成してもよい。
（９）本発明に係る半導体装置は、
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載された基板と、
前記基板に形成された電気的接合部と、
前記電気的接合部に設けられ、ろう材と、前記ろう材中に分散され樹脂からなる複数の粒子と、それぞれの前記粒子の表面をコーティングしてなる導体皮膜とを含む電気的接合用端子と、
を含む。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。さらに、粒子の表面が導体皮膜によってコーティングされているので、電気的接合用端子の電気的特性の向上を図ることができる。
（１０）この半導体装置において、
前記粒子は、熱硬化されていてもよい。これによれば、電気的接合用端子を加熱溶融したときに、粒子が溶融することがない（又は溶融しにくい）ので、加熱溶融後も複数の粒子が分散した状態を維持することができる。したがって、加熱溶融後も電気的接合用端子の応力緩和を図ることができる。
（１１）この半導体装置において、
前記電気的接合用端子は、ボール状をなしていてもよい。
（１２）本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
（１３）本発明に係る半導体装置の実装方法は、
樹脂からなる複数の粒子を含むボール状の電気的接合用端子を形成すること、
半導体チップが搭載された基板の第１の電気的接合部に前記電気的接合用端子を設けること、
前記基板を回路基板に位置合わせし、前記電気的接合用端子を溶融させることによって、前記第１の電気的接合部と前記回路基板の第２の電気的接合部とを接合すること、
を含む。本発明によれば、複数の粒子によって、電気的接合用端子に加えられる応力を緩和することができる。粒子は、複数が分散されているのでろう材との不濡れも生じにくい。