(57)【要約】【課題】半導体基板に外部接続用電極としてのバンプが接合された半導体装置において、厚さの増加を伴わない簡単な構造を備えることにより、半導体装置の外周部において受ける応力を分散すると共に、電気的接続の安定性を確保できる半導体装置を提供する。【解決】手段本発明の半導体装置１は、半導体基板２の一面に配された電極３と整合する位置に電極用の開口４ａ部を有する絶縁樹脂層４を配する。また、開口部を通して前記電極と電気的に接続される導電部５（５Ａ，５Ｂ）を備えた複数の接続部１０Ａ，１０Ｂを絶縁樹脂層の一部を覆うように配する。接続部のうち、半導体基板の一面における内域βに配された少なくとも一つは、半導体基板の一面における外域αに配されたものより剛性が高い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に電極を配してなる半導体基板と、
前記半導体基板の一面を覆うように配され、前記電極と整合する位置に電極用の開口部を有する絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の一部を覆うように配され、前記開口部を通して前記電極と電気的に接続される導電部を備えた複数の接続部と、
を少なくとも備える半導体装置であって、
前記接続部のうち、前記半導体基板の内域に配された少なくとも一つは、前記半導体基板の外域に配されたものより剛性が高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記剛性の高い接続部は、前記導電部の上方に配されるバンプと、前記バンプの下方に配される中間層を備え、
前記中間層は、前記バンプよりもヤング率が高い材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記中間層は、前記半導体基板の一面と前記絶縁樹脂層の間に配されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記中間層は、前記導電部と前記バンプの間に配されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記中間層は、前記絶縁樹脂層と前記導電部の間に配されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁樹脂層及び前記導電部を覆うように封止樹脂層を備え、
前記封止樹脂層は表面が平滑であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記中間層は、連続体であることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記剛性の高い接続部は、前記導電部の上方に配されるバンプと、前記バンプの内部に配される補強部材をさらに備えており、
前記補強部材は、前記バンプよりもヤング率が高い材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記中間層もしくは前記補強部材のヤング率は、６０Ｇｐａ以上であることを特徴とする請求項２乃至８の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記請求項１乃至９の何れか１項に記載の半導体装置を用いた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、半導体装置及び電子装置に関し、詳しくはバンプと呼ばれる半導体素子の電極を配した構造を有する半導体装置において、実装基板等に実装した状態での充分な接続寿命を持つパッケージを実現するための構造を有する半導体装置及びこの半導体装置を具備する電子機器に関するものである。
【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（所謂、「Dual Inline Package、以下「ＤＩＰ」と略記する場合がある」や「Quad Flat Package、以下「ＱＦＰ」と略記する場合がある」）では、樹脂パッケージ周辺の側面に金属リード電極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、近年広く普及している半導体パッケージ構造として、たとえばボールグリットアレイ（Ball Grid Array、以下「ＢＧＡ」と略記する場合がある）がある。これは、パッケージの平坦な表面に半田バンプと呼ばれる電極を二次元的に配置した構造を有しているため、ＤＩＰやＱＦＰに比べて高密度な実装が可能となる。このため、ＢＧＡはコンピュータのＣＰＵやメモリなどのパッケージとして使われている。従来のＢＧＡタイプの半導体パッケージは、パッケージサイズがチップサイズよりも大きいが、なかでもパッケージをほとんどチップサイズに近い大きさにまで小型化したパッケージはＣＳＰ（チップスケールパッケージ）と呼ばれ、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。
【０００４】
これらＢＧＡタイプの半導体パッケージは、回路を形成したウエハ基板を切断し、その半導体チップをインターポーザと呼ばれる基板に搭載してパッケージを完成させるもので、パターニングされたインターポーザが必要である上に、個々に半導体チップを個別にインターポーザに実装する工程が必要である。このため、専用の材料や製造装置を用いなければならず、コストが高くなるという欠点があった。
【０００５】
これに対し、一般的に「ウエハレベルＣＳＰ」と呼ばれる製法においては、このウエハ基板上に、絶縁樹脂層、再配線層、封止樹脂層、はんだバンプ等を形成し、最終工程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。したがって、パッケージ構造をウエハ基板上に一括形成するため、従来のようにインターポーザを必要とせず、またウエハ状態で加工するので専用の装置を必要としない。このため製造効率が高く、コスト面で有利となっている。しかも、ウエハ全面にパッケージ加工を施した後にダイシングして個片化することから、個片化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となる。また、配線距離が従来のパッケージよりも短く、配線の寄生容量も小さい。これら優れた特徴は、現在急速に進んでいる実装の高密度化や、情報処理速度の高速化が実現できるという点において非常に優位である。ウエハレベルＣＳＰの技術については、たとえば、日経マイクロデバイス誌、２００２年２月号のｐ．４２や、同誌２０００年３月号のｐ．１２１、同誌２０００年４月号のｐ．１１４などに詳細が記載されている。
【０００６】
このようにウエハレベルＣＳＰは、高密度な実装を実現できる安価な半導体パッケージであるが、半導体パッケージを実装基板に実装した状態での接続寿命は、従来のパッケージに比べてやや劣るという問題点がある。
このため、半導体パッケージを実装基板に実装した状態での接続寿命を向上させるためにさまざまな構造が提案されている。たとえば、応力の緩和・吸収の機能を有する樹脂コアを備えたこのポスト構造を、はんだバンプのそれぞれに形成する方法（特許文献１参照）や、バンプが配設された基板を金型のキャビティ内に装着し、樹脂を供給してバンプを封止する方法（特許文献２参照）、厚さが２００μｍ以下である半導体素子の主面が樹脂封止された半導体装置を実装基板上に配置し、熱処理によって半導体装置と実装基板とを接続する方法（特許文献３参照）、バンプ下地金属上に形成されるアウターリードを、バンプ下地金属上の第１バンプおよび第１バンプ上の第２バンプで構成する方法（特許文献４参照）が提案されている。
【０００７】
すなわち、実装基板に実装した半導体パッケージは、衝撃、振動など外部から機械的な荷重を受けるだけでなく、半導体パッケージと実装基板との熱膨張率の違いによって発生する熱応力を受ける。このような応力は、ＢＧＡを始めとする半田バンプを介して実装基板と半導体チップとを電気的・機械的に接続する半導体パッケージでは、この半田バンプの接合部に最も集中しやすい。このため、この半田バンプやその周辺では、図１１に示すように、クラック１００ａや剥離１００ｂなどの問題が発生し易く、最終的には回路の断線や短絡に至って、デバイスが動作しなくなってしまうという虞がある。特に、半導体素子の外周部は、内側より大きな応力を受け易く、半田バンプにクラックが入る可能性が高い。
図１１は、半田バンプ１０８が接合された半導体パッケージ１０１を、半田バンプ１０８を介して実装基板１１０の接続部１１２に実装した概略断面図であり、半田バンプ１０８に接続寿命を低下させるクラック１００ａ等が発生した状態を示す。半導体パッケージ１０１は、半導体基板１０２の一面に絶縁樹脂層１０４、配線１０５、半田バンプ１０８が順に設けられている。
【０００８】
具体的には、このウエハレベルＣＳＰは、以下に示すような二つの問題を有する。
（１）強度の不利
半田バンプは、実装基板から受ける外部応力あるいは熱応力を緩和・吸収する機能を有する。しかし、その応力が大きいほど、あるいは加わる回数が多いほど、はんだバンプには金属疲労が蓄積していくため、強度が劣化してしまう。その結果、バンプにクラックが生じ、破断してしまう。
また、はんだバンプで緩和・吸収できなかった応力成分は、半導体パッケージの配線や絶縁樹脂層、あるいは半導体デバイスそのものに加わるため、これらの接続境界からの剥離が発生しやすくなる。
（２）電気的接続の不利
バンプにクラックが発生すると、配線回路の電気抵抗が増大してしまうため、半導体デバイスに必要な電力が供給できなくなる。あるいは電気信号が正常に伝達しなくなってしまう。特に、１００ＭＨｚを越えるような周波数の高い信号になると、その伝達特性は劣化しやすい。
【０００９】
このような問題を防ぐため、さらに、ポストと呼ばれる金属製の柱をはんだバンプと半導体デバイスとの間に有する構造（特許文献５参照）、あるいは応力緩和機能を有する厚い樹脂層を有する構造（特許文献６及び７参照）といった手段が提案されている。
また、半導体パッケージを基板に実装した後にバンプ周辺を樹脂で補強するアンダーフィルという方法もある。
【００１０】
しかしながら、このような複雑な構造を実現するためには多くのプロセスが必要になるため、製造コストが高価になり、かつ、時間を要するといった問題がある。また、パッケージの薄型化にも不利である。
【特許文献１】ＷＯ２０００／０７７８４４号公報
【特許文献２】特開平１０−７９３６２号公報
【特許文献３】特開２０００−２９４５１９号公報
【特許文献４】特開２０００−９１３３９号公報
【特許文献５】特開２０００−２００８００号公報
【特許文献６】ＷＯ１９９８／０２５２９７号公報
【特許文献７】特開２００１−２２３２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板に外部接続用電極としてのバンプが接合された半導体装置において、厚さの増加を伴わない簡単な構造を備えることにより、半導体装置の外周部において受ける応力を分散すると共に、電気的接続の安定性を確保できる半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、半導体装置を実装した際に機械的・電気的な接続安定性が確保されると共に、薄型化も図れることが可能な電子機器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】
【００１２】
本発明の請求項１に係る半導体装置は、一面に電極を配してなる半導体基板と、前記半導体基板の一面を覆うように配され、前記電極と整合する位置に電極用の開口部を有する絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の一部を覆うように配され、前記開口部を通して前記電極と電気的に接続される導電部を備えた複数の接続部と、を少なくとも備える半導体装置であって、前記接続部のうち、前記半導体基板の内域に配された少なくとも一つは、前記半導体基板の外域に配されたものより剛性が高いことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る半導体装置は、請求項１において、前記剛性の高い接続部は、前記導電部の上方に配されるバンプと、前記バンプの下方に配される中間層を備え、前記中間層は、前記バンプよりもヤング率が高い材料からなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る半導体装置は、請求項２において、前記中間層は、前記半導体基板の一面と前記絶縁樹脂層の間に配されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る半導体装置は、請求項２において、前記中間層は、前記導電部と前記バンプの間に配されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５に係る半導体装置は、請求項２において、前記中間層は、前記絶縁樹脂層と前記導電部の間に配されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６に係る半導体装置は、請求項５において、前記絶縁樹脂層及び前記導電部を覆うように封止樹脂層を備え、前記封止樹脂層は表面が平滑であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項７に係る半導体装置は、請求項１乃至６の何れか１項において、前記中間層は、連続体であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項８に係る半導体装置は、請求項１において、前記剛性の高い接続部は、前記導電部の上方に配されるバンプと、前記バンプの内部に配される補強部材をさらに備えており、前記補強部材は、前記バンプよりもヤング率が高い材料からなることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項９に係る半導体装置は、請求項１乃至８の何れか１項において、前記中間層もしくは前記補強部材のヤング率は、６０Ｇｐａ以上であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項１０に係る電子装置は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の半導体装置を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の一面に配された電極と電気的に接続される導電部を備えた複数の接続部のうち、半導体基板の一面において内域に配された少なくとも一つが、半導体基板の一面において外域に配されたものより剛性が高い構成となっている。ゆえに、内域に配された剛性が高い接続部が実装基板から受ける応力が相対的に大きくなると共に、外域に配された接続部にかかる応力が相対的に小さくなる。
したがって、半導体装置に加わる機械荷重あるいは熱応力が、複数の接続部によって緩和・吸収されてクラックの発生を抑制すると共に、半導体装置の外周部において受ける応力が、外域に配された接続部より剛性が高い内域の接続部によって分散されるので、ポストや応力緩和機能を有する厚い樹脂層といった厚さの増加を伴わない簡単な構造を備え、電気的接続の安定性を確保できる半導体装置とすることができる。
【００２３】
また、本発明の電子装置は、厚さの増加を伴わない簡単な構造を備え、半導体装置の外周部において受ける応力を分散すると共に、電気的接続の安定性を確保できる半導体装置を用いることで、半導体装置を実装した際に機械的・電気的な接続安定性が確保されると共に、薄型化も図ることができる。
したがって、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなど、小型で高密度な電子部品を必要とする電子装置において、耐衝撃性の改善や電気的な接続信頼性の向上をもたらす電子装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１及び図２は、本発明の半導体装置の一例を示す図面であり、図１は、本発明に係る第一の半導体装置の構造を全体的に説明する平面図であり、図２は、図１に示すＩ−Ｉ線に沿う拡大断面図である。なお、後述する実施形態においては、本実施形態と同様の構成部分については同じ符合を用い、その説明は省略することとし、特に説明しない限り同じであるものとする。
図１及び図２に示すように、本発明の第一の半導体装置１は、半導体基板２と、該半導体基板２の一面を覆うように配された絶縁樹脂層４と、該絶縁樹脂層４の一部を覆うように配された複数の接続部１０とを少なくとも備えている。
【００２５】
半導体基板２は、一面に電極３を配している。この半導体基板２は、シリコンやガリウム砒素等の半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。半導体基板２が半導体チップである場合は、まず、半導体ウエハの上に、各種半導体素子やＩＣ等を形成した後、チップ寸法に切断することで複数の半導体チップを得ることができる。
【００２６】
絶縁樹脂層４は、半導体基板２の一面を覆うように配され、電極３が露呈するように、その整合する位置に開口部４ａを有する。
この絶縁樹脂層４を成す材料としては、絶縁性が高く、耐熱性、耐薬品性に優れ、機械的強度が強い樹脂が好ましい。具体的には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などのポリマー、あるいは窒化シリコンなどのセラミックスが好ましい。また、厚さは、ポリマーの場合は１〜２０μｍ、セラミックスの場合は０．１〜５μｍとすると良い。
【００２７】
絶縁樹脂層４は、たとえばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。この絶縁樹脂層４の塗布方法においては、液状の感光性樹脂を、たとえばスピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、半導体基板２上に塗布することが可能である。
また、絶縁樹脂層４のパターニングにおいて、フォトリソグラフィ技術のほかに、レーザ加工法、プラズマエッチング法、シート状の樹脂をラミネート法にて圧着させる方法、により形成することもできる。さらに、絶縁樹脂層４は、樹脂をスクリーン印刷にて直接、成膜かつパターニングする方法も可能であり、その場合は、樹脂が感光性である必要はなくなる。
【００２８】
接続部１０は、縁樹脂層４の一部を覆うように複数配されており、たとえば図１示す二点鎖線を境として、半導体基板の一面における外側を外域α、内側を内域β、また、たとえば図２示す二点鎖線を境として半導体基板の一面における左側を外域α、右側を内域βとすると、内域βに配された少なくとも一つの接続部は、外域α側に配された接続部より剛性が高い構成となっている。すなわち、半導体基板の内域βに配された接続部が全て、外域αに配された接続部より剛性が高い必要はなく、半導体基板の内域βに、半導体基板の外域αに配された接続部の何れかより剛性が高い接続部が少なくとも一つ（たとえば、最も応力が加わる個所に）配されていれば良い。
したがって、接続部１０が、たとえば半導体基板２の外域αに位置する第１接続部１０Ａと、その他の領域である半導体基板２の内域βに位置する第２接続部１０Ｂとから構成された場合、少なくとも第２接続部１０Ｂの一部に、第１接続部１０Ａより剛性が高い構成の接続部が含まれるものであっても良いし、本実施形態のように、第２接続部１０Ｂの全てが、第１接続部１０Ａの何れか一つより剛性が高い構成の接続部であるものであっても良い。
【００２９】
本実施形態の場合、第１接続部１０Ａと第２接続部１０Ｂは共に、絶縁樹脂層４の一部を覆うように配され、開口部４ａを通して電極３と電気的に接続される導電部５（５Ａまたは５Ｂ）を備える。また、第１接続部１０Ａは、導電部５Ａの他に第１のバンプ８をさらに備え、一方、第２接続部１０Ｂの少なくとも一つは、導電部５Ｂの他に中間層６と第２のバンプ９とをさらに備える。したがって、第１接続部１０Ａは、導電部５Ａと第１のバンプ８とから構成され、第２接続部１０Ｂは、導電部５Ｂと中間層６と第２のバンプ９とから構成されている。
【００３０】
導電部５Ａ，５Ｂは、外部基板との接続領域に、絶縁樹脂層４の一部を覆うようにシード層を介して配された接続パッドであり、導電部５Ａがバンプ８を介して外部基板と接続され、導電部５Ｂがバンプ９を介して外部基板と接続される。
導電部５（５Ａ，５Ｂ）の材料としては共に、導電性に優れ、耐熱性に優れた金属が良く、たとえば、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などが好ましい。あるいはこれらを主成分とした合金、またはこれらの積層構造でも構わない。その中でも、電気抵抗率が低く、比較的安価な銅がより好ましい。また、バンプ８，９との接続を容易にするために、導電部５Ａ，５Ｂの少なくともバンプ８，９と接する面は、金であるのがより好ましい。
【００３１】
また、この導電部５Ａ，５Ｂの厚さは１〜２０μｍとすると良く、これにより充分な導電性が得られる。なお、導電部５を金表面の積層構造とした場合、表面の金層の厚みは１μｍ以下が好ましい。
この導電部５Ａ，５Ｂは、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または２つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
【００３２】
中間層６は、絶縁樹脂層４の一部を覆うように、導電部５Ｂと電気的に接続されるバンプ９が配置される位置、すなわち絶縁樹脂層４と導電部５Ｂの間に配される。この中間層６の材料としては、バンプ８，９をなす材料よりもヤング率の高い部材が好ましく、たとえば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、プラチナ（Ｐｔ）など、ヤング率が６０Ｇｐａより高い金属が好ましい。あるいはこれらを主成分とした合金、またはこれらの積層構造であっても構わない。中間層６は、ヤング率が６０Ｇｐａを下回るとバンプよりもヤング率が低くなってしまうため本発明の効果が得られなくなる。
この中間層６の高さ（厚さ）は５〜１００μｍが適当である。
【００３３】
このように、中間層６のヤング率を、バンプ８，９をなす材料よりも高い部材にすることで、半導体基板２の内域βに位置する第２接続部１０Ｂの剛性が、半導体基板２の外域αに位置する第１接続部１０Ａの剛性より高いものとなる。そうすると、実装基板から第２接続部１０Ｂのバンプ９が受ける応力が相対的に大きくなり、逆に第１接続部１０Ａのバンプ８にかかる応力が相対的に小さくなる。この結果、第１接続部１０Ａのバンプ８にかかる最大応力を小さくすることができ、半導体パッケージとして接続信頼性を向上させることができる。
【００３４】
この中間層６の形成方法としては、材料がニッケル、クロム、銅、亜鉛、金、銀の場合、電解めっき法が適している。また、材料がアルミニウム、亜鉛、金、銀、プラチナ、ニッケルの場合、ＰＶＤ法が適している。さらに、材料が銀、銅の場合、ペースト印刷法が適している。
また、中間層６は、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素などのセラミック、あるいはアモルファスであっても良い。この場合の形成方法としては、個片の搭載あるいは個片を埋め込んだフィルムのラミネート法が適している。
【００３５】
また、これら絶縁樹脂層４及び導電部５Ａ，５Ｂの上には、必要に応じて封止樹脂層７を設けることができる。また、絶縁樹脂層４と導電部５Ｂの間に中間層６が配されている場合、中間層６も封止樹脂層７によって覆われる。したがって、封止樹脂層７は、中間層６を有する第２接続部１０Ｂ側が、中間層６の高さ（厚み）と略等しい分だけ表面が隆起した構成となる。
【００３６】
封止樹脂層７に適した部材は、絶縁樹脂層４に適する絶縁性部材と同じとすることができ、加えて難燃性に優れており、あるいは吸水性が低いとより好ましく、たとえば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
また、封止樹脂層７の厚さは１〜５０μｍが適当である。
この封止樹脂層７の形成方法としては、たとえばスクリーン印刷法、スピンコート法、ラミネート法が好ましい。
【００３７】
封止樹脂層７は、前記導電部５と整合する位置に、バンプ８，９を搭載するための複数のバンプ用の開口部７ａ，７ｂを有し、前記開口部７ａ，７ｂは、前記半導体基板２の外域αに主に位置する第１開口部７ａと、内域βに位置する第２開口部７ｂとから構成されている。そして、少なくとも前記第１開口部７ａの一部は、前記第２開口部７ｂより大きな開口面積を有する。したがって、前記第１開口部７ａには、直径の大きい第１のバンプ８を配置し、前記第２開口部７ｂには、直径の小さい第２のバンプ９を配置する。
【００３８】
また、第１のバンプ８が位置する一部の第１開口部７ａの開口面積（すなわち、導電部５Ａの露出している面積）は、第２のバンプ９が位置する第２開口部７ｂの開口面積（すなわち、導電部５Ｂの露出している面積）よりも、たとえば２０％以上大きくするのが望ましい。
【００３９】
また、バンプ８，９の形成を容易にするため、図３に示すように、第１のバンプ８を配置する第１開口部７ａと第２のバンプ９を配置する第２開口部７ｂとの間隔は、前記第２開口部７ｂの配列ピッチよりも広くとるのが望ましい。たとえば、第１開口部７ａの開口面積を、第２開口部７ｂの開口面積よりもｘ％増やした場合、第１開口部７ａと第２開口部７ｂのピッチＰ１は、第２開口部７ｂ同士のピッチＰ２の０．２５ｘ％以上増加させるとよい。すなわち、Ｐ１＝（１＋０．２５ｘ）Ｐ２という式を満たす構成が望ましい。具体的には、第１開口部７ａの開口面積を４０％増やした場合、ピッチＰ１は１０％以上増加させる。
【００４０】
ここで本質は、第１開口部７ａと第２開口部７ｂとの間に残る封止樹脂層７の幅Ｌ１を、第２開口部７ｂ同士のその幅Ｌ２と同程度かそれ以上に確保する、すなわちＬ１≧Ｌ２とすることにある。こうすることで、バンプ８，８を形成する時に隣接するバンプと連結してしまうという不良を回避することができる。
【００４１】
バンプ８，９は、外部基板と電気的に接続するための出力端子であり、導電部５に整合して搭載されている。本発明の場合、複数形成されたバンプ８，９の高さは何れも略等しいものとなっている。すなわち、バンプ８，９は、この封止樹脂層７に形成されたバンプ用の開口部７ａ，７ｂを介して前記導電部５に接合される。
このバンプ８，９は、たとえば半田または金等の材料によってボール状に形成され、特に半田が好ましい。半田は、鉛を含む組成であっても含まない組成であっても構わない。鉛を含まない組成としては、錫を主成分として、銀、銅、インジウム、亜鉛、ビスマスなどの元素を一つ、あるいは複数含む組成が好ましい。
【００４２】
また、バンプは、それぞれの高さを揃える必要がある。したがって、第１のバンプ８の体積を第２のバンプ９の体積よりも大きくするか、または第２のバンプ９の体積を第１のバンプ８の体積よりも小さくしなければならない。あるいは第１のバンプ８と第２のバンプ９の径は変えずに同じとし、バンプを形成する半田の量をコントロールして、高さを変えるようにしても良い。このため、バンプの形成方法としては、電解めっき法あるいはペーストディスペンス法が好ましい。
なお、封止樹脂層７の表面凹凸が大きいため、ペースト印刷法は適さない。また、同一サイズの半田ボールを搭載することに有利なボール搭載法は適さないが、中間層６の厚さが薄ければ、ボール搭載法を適用することもできる。そして、何れの方法も、その後リフローすることでバンプが得られる。
【００４３】
また、半導体基板２の外域αに主に位置する少なくとも一部の第１開口部７ａには、第２のバンプ９が受ける応力と同等かそれ以上の応力が加わる場合があるため、バンプに亀裂がより発生しやすい。このため、亀裂が発生しても電気的な接続不良が発生しないように、第１のバンプ８の直径は第２のバンプ９の直径よりも大きくしておく必要がある。このように、半導体基板２の外域αに配置される第１のバンプ８の直径を大きくすることで強度が向上するので、半導体パッケージと実装基板との接続信頼性（接続寿命）を向上させることができる。したがって、アンダーフィルを必ずしもする必要はなくなる。一方、半導体基板２の内域βに位置する第２開口部７ｂに配置された第２のバンプ９に加わる応力は小さいため、亀裂が入りにくく、強度が弱い微小なバンプであっても接続信頼性には殆ど影響しない。このため、使用環境下における導電部とバンプからなる配線のインピーダンス変化が小さいので、周波数の高い信号の伝達に適する。
【００４４】
この第１のバンプ８はサイズが大きい分、電気抵抗が第２のバンプ９より小さいため、大電流を流す必要のある、たとえばＩＣの電源用端子などの電極に適している。一方、パッケージの中央に位置する第２のバンプ８は、頂点の高さが第１のバンプ８と同じで、かつ、直径が小さい微小なバンプで良いので、ピッチを狭く（小さく）できる。これにより、パッケージの多ピン化に非常に有利になる。
また、外域αに位置する大きな第１のバンプ８によるセルフアライメント効果が大きいので、パッケージの基板実装において、位置合わせ精度がラフであっても、内域βに位置する狭ピッチな第２のバンプ８を接続することができる。
以上の構成された半導体装置１は、その後、バンプ８，９面を実装基板１０に形成された導電部に対向して配置し、半導体装置１が有するバンプ８，９と実装基板が有する導電部を接触させて実装する。
【００４５】
このように半導体装置１は、ポストや応力緩和機能を有する厚い樹脂層といった厚さの増加を伴わない簡単な構造であるので、その作製に多くの手間や製造コストを要することない。また、半導体装置１を実装基板に実装した場合に、半導体装置１に加わる機械荷重あるいは熱応力を、第２開口部より大きな開口面積を有する第１開口部に配されるバンプによって緩和・吸収を図ることができる。しかも、半導体基板２の外域αに発生する応力を内域βに位置する接続部に分散させ、クラックの発生を抑制して実装基板との接続寿命を向上させることができる。
したがって、バンプ強度の増強及びバンプの狭ピッチ化を同時に実現できるため、基板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、かつ、多ピン化に対応できる小型の電子部品及び電子装置を提供することができる。
【００４６】
次に、本発明における半導体装置の製造方法の一例について説明する。
図４及び図５は、その製造方法の一例を工程順に示す断面図である。
まず、半導体基板２を用意する。この半導体基板２としては、たとえば、一面に電極３が配された半導体ウエハがある［図４（ａ）参照］。
次いで、半導体基板２を覆い、前記電極３が露呈するように開口部４ａを有する絶縁樹脂層４を形成する［図４（ｂ）参照］。絶縁樹脂層４に使われる材料は、たとえば、感光性をもち、フォトリソグラフィ技術を利用してパターニングすることにより形成することができる。この絶縁樹脂層４は、たとえばスピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等によって半導体基板２上に塗布したり、印刷法でパターン形成したり、さらに、シート状の材料を貼ることで形成したりするものでも良い。
【００４７】
次に、絶縁樹脂層４の一部を覆うように、第２のバンプ９は配置される位置に中間層６を形成する［図４（ｃ）参照］。中間層６の形成手法としては、電解めっき法、ラミネート法、ペースト印刷法などが挙げられる。
また、絶縁樹脂層４の一部及び中間層６の一部をそれぞれ覆うように、前記開口部４ａを通して前記電極３と電気的に接続され、かつ、外部基板との接続を可能とする第１のバンプ８又は第２のバンプ９が搭載される導電部５（５Ａ，５Ｂ）を形成する［図５（ａ）参照］。導電部５（５Ａ，５Ｂ）の形成手法としては、電解めっき法、無電解めっき法、スパッタ法、蒸着法などが挙げられるが、配線厚さが１〜２０μｍの場合は電解めっきがより好ましい。
【００４８】
さらに、絶縁樹脂層４及び導電部５（５Ａ，５Ｂ）を覆い、バンプ８，９を前記導電部５（５Ａ，５Ｂ）に直接接触させるための開口部７ａ，７ｂを有する封止樹脂層７を形成する［図５（ｂ）参照］。この開口部７ａ，７ｂは、たとえば図５（ｂ）に示す二点鎖線を境として半導体基板２の一面における左側を外域α、右側を内域βとすると、外域αに主に位置し、第１のバンプ８の形成を可能とする第１開口部７ａと、前記半導体基板２の内域βに位置し、第２のバンプ９の形成を可能とする第２開口部７ｂとから構成され、前記第１開口部７ａは前記第２開口部７ｂより大きな開口面積を有している。
【００４９】
その後、封止樹脂層７の第１開口部７ａを通して導電部５Ａと接続するように第１のバンプ８を搭載すると共に、同第２開口部７ｂを通して導電部５Ｂと接続するように第２のバンプ９を搭載することにより、図１及び図２に示すような半導体装置１を得ることができる。
そして、この半導体装置１を所定の寸法にダイシングすることにより、所望の半導体チップが得られる。
【００５０】
以上のように本発明の半導体装置は、バンプの高さが略等しく、外域αにおいてバンプの面積を大きくすることができるので、バンプ強度の増強及びバンプの狭ピッチ化を同時に実現でき、基板実装後の外周領域における優れた耐久性と高い信頼性とを兼ね備え、さらに多ピン化に対応できるものとなる。
また、本発明の半導体装置の製造工程は従来と同じままで良いので、作製時間及び材料費の増加はない。しかも、パッケージが厚くならない構造であるので、薄型化への不利がない。
【００５１】
また、図１及び図２に示す例では、中間層６を有する第２接続部１０Ｂ側の封止樹脂層７の表面が、中間層６の高さ（厚み）と略等しい分だけ隆起した構成となっているが、本発明の半導体装置はこれに限定されない。
すなわち、図６に示すように、たとえば図６中に示す二点鎖線を境として半導体基板の一面における左側を外域α、右側を内域βとすると、外域αに位置する導電部５Ａを覆う封止樹脂層１７の厚さを、内域βに位置する導電部５Ｂを覆う封止樹脂層１７部分に比べて肉厚とし、半導体基板２上に配した封止樹脂層１７形成後の表面を平滑に形成したものとしても良い。したがって、第二の半導体装置１１は、第２接続部１０Ｂは第一の半導体装置１と変わらないが、第１接続部２０Ａが、半導体基板２の外域αに位置する導電部５Ａと、封止樹脂層１７の肉厚部分に形成された第１開口部１７ａを介してこの導電部５Ａと電気的に接続される第１のバンプ１８とから構成されたものとなっている。
【００５２】
こうすることで、バンプ形成法として、容易で安価なペースト印刷法を適用することができる。
また、封止樹脂層１７を形成する方法としては、スクリーン印刷法あるいはモールド法、ラミネート法が適している。また、封止樹脂層１７を形成する方法としてスピンコート法を用いる場合は、複数回塗布することで、必要な厚みを得ることが可能である。そして、その後に封止樹脂層１７の表面を研磨することで、平滑度をさらに向上させても良い。
【００５３】
また、本発明の半導体装置は、図７に示すように、中間層２６が絶縁樹脂層２４の下方に配された構成としても良い。したがって、第三の半導体装置２１は、第１接続部１０Ａは第一の半導体装置１と変わらないが、第２接続部３０Ｂが、たとえば図７示す二点鎖線を境として半導体基板の一面における左側を外域α、右側を内域βとすると、内域βに位置する導電部５Ｂと、封止樹脂層２７に形成された第２開口部２７ａを介してこの導電部５Ｂと電気的に接続される第２のバンプ９と、この第２のバンプ９が配置される位置における半導体基板２の一面と絶縁樹脂層２４の間に配された中間層２６とから構成されたものとなっている。したがって、絶縁樹脂層２４及び封止樹脂層２７は、中間層２６を有する第２接続部３０Ｂ側が、中間層２６の高さ（厚み）と略等しい分だけ表面が隆起した構成となる。
【００５４】
こうすることで、中間層２６と導電部５Ｂは電気的に接続されないため、図８に示すように、複数の第２のバンプ９に跨る大きな連続体を形成する中間層２６とすることができる。この場合、第一の半導体装置１よりも微細に中間層をパターン形成する必要がなくなるので、中間層の形成がより容易になる。
また、第三の半導体装置２１では、第二の半導体装置１１のように、半導体基板２上に配した封止樹脂層２７形成後の表面を平滑に形成したものとしても良い。
【００５５】
また、本発明の半導体装置は、図９に示すように、中間層２６が導電部５Ｂの上に配された構成、すなわち、中間層２６が導電部５Ｂと第２のバンプ９の間に配された構成としても良い。したがって、第四の半導体装置３１は、第１接続部１０Ａは第一の半導体装置１と変わらないが、第２接続部４０Ｂが、たとえば図９示す二点鎖線を境として半導体基板の一面における左側を外域α、右側を内域βとすると、内域βに位置し、第２のバンプ９が配置される位置の絶縁樹脂層４の上方に配された導電部３５Ｂと、この導電部３５Ｂの上方に配された中間層３６と、封止樹脂層７に形成された第２開口部７ａを介してこの中間層３６と電気的に接続される第２のバンプ９とから構成されたものとなっている。したがって、封止樹脂層７は、中間層３６を有する第２接続部４０Ｂ側が、中間層３６の高さ（厚み）と略等しい分だけ表面が隆起した構成となる。
【００５６】
こうすることで、導電部５Ａ，５Ｂを形成するときの表面は、第一の半導体装置１と比べて平坦になるため、導電部５Ａ，５Ｂを微細なパターンで形成することが容易にできる。また、第一の半導体装置１では、中間層が高すぎると導電部５Ｂを微細に形成することができないため、あまり中間層を高くすることができなかったが、第四の半導体装置３１では、中間層３６は導電部５Ｂを形成した後に形成するため、中間層３６の高さを第一の半導体装置１よりも高く形成することが可能となる。
中間層３６は、導電部５Ｂと第２のバンプ９とを電気的に接続することから、電気抵抗率が低く、かつ第２のバンプ９との接合が容易な金属がより好ましい。具体的には、銅や銀、金、ニッケルが好ましい。または、これらの合金あるいは積層構造でも良い。さらに、銅や銀、金などを含む導電性ペーストを用いてもよい。
中間層３６を高く形成することで、第２のバンプ９の剛性はよりアップするので、その結果、第１のバンプ８に加わる最大応力を小さくすることができる。このため、接続信頼性はより向上したものとなる。
【００５７】
さらに、本発明の半導体装置は、第２接続部１０Ｂの剛性を高めるための中間層に代えて、図１０に示すように、バンプ４９の内部に補強部材４６を配した構成としても良い。したがって、第五の半導体装置４１は、第１接続部１０Ａは第一の半導体装置１と変わらないが、第２接続部５０Ｂが、たとえば図１０示す二点鎖線を境として半導体基板の一面における左側を外域α、右側を内域βとすると、内域βに位置し、第２のバンプ４９が配置される位置の絶縁樹脂層４の上方に配された導電部４５Ｂと、この導電部４５Ｂの上方に配された補強部材４６と、この補強部材４６を包み込み、封止樹脂層４７に形成された第２開口部７ａを介して導電部４５Ｂと電気的に接続される第２のバンプ４９とから構成されたものとなっている。すなわち、第２接続部５０Ｂは、導電部４５Ｂと補強部材４６と第２のバンプ４９とから構成されている。
【００５８】
この補強部材４６は、少なくとも頂点がバンプ４９で覆われている必要があるため、材料としては、中間層と同様に、バンプ４９との接合が容易で、バンプ４９をなす材料よりもヤング率の高い部材が好ましく、たとえば銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）など、ヤング率が６０Ｇｐａより高い金属が好ましい。
また、補強部材４６の高さ（厚さ）は１０〜２００μｍが適当である。
このように、補強部材４６のヤング率を、バンプ４９をなす材料よりも高い部材にすることで、半導体基板２の内域βに位置する第２接続部５０Ｂの剛性が、半導体基板２の外域αに位置する第１接続部１０Ａの剛性より高いものとなる。
【００５９】
補強部材４６の形成方法としては、電解めっき法のほかに、ラミネートした金属フィルムをエッチングして形成しても良いし、導電性ペーストを用いても良い。
また、補強部材４６は、少なくとも表面がバンプ４９との接合が容易な金属であれば良く、内部が別の金属やセラミックス、アモルファスであっても構わない。この場合の補強部材４６の形成方法としては、内部の部材を導電部４５Ｂ上に搭載した後、蒸着法、スパッタ法、電解めっき法、あるいは無電解めっき法にてその表面を覆う。また、ワイヤバンプ法（スタッドバンプ法ともいう）を用いて、金あるいはアルミニウム、銅などの突起にしても良い。
【００６０】
こうすることで、導電部５Ａ，４５Ｂを形成するときの表面は、第一の半導体装置１と比べて平坦になるため、導電部５Ａ，４５Ｂを微細なパターンで形成することが容易にできる。さらに、封止樹脂層４７の表面も平坦であるので、バンプ形成法として、容易で安価なペースト印刷法を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、たとえば携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなど、小型で高密度な電子部品を必要とする電子装置に適用できる。また、ウエハレベルＣＳＰに限らず、バンプを介して接続されるＢＧＡパッケージ全般、あるいはフリップチップにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る第一の半導体装置の構造例を示す平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図３】図１に示すバンプ用の開口部の構成を説明する平面図である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。
【図５】図４の次工程を順に示す断面図である。
【図６】本発明に係る第二の半導体装置の構造例を示す断面図である。
【図７】本発明に係る第三の半導体装置の構造例を示す断面図である。
【図８】図７に示す半導体装置における中間層の構成を説明する平面図である。
【図９】本発明に係る第四の半導体装置の構造例を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る第五の半導体装置の構造例を示す断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
α  外域、β  内域、１  半導体装置、２  半導体基板、３  電極、４  絶縁樹脂層、４ａ  （電極用）開口部、５Ａ，５Ｂ  導電部、６  中間層、７  封止樹脂層、７ａ  （バンプ用）第１開口部、７ｂ  （バンプ用）第２開口部、８  第１のバンプ、９  第２のバンプ、１０Ａ  第１接続部、１０Ｂ  第２接続部。
【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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【図９】
2007242783.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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