(57)【要約】【課題】バンプ形成領域における接合信頼性を向上させることができる。【解決手段】半導体装置１００は、基板（実装用基板１０１）と、基板上にフリップチップ接続された半導体素子（半導体素子１１２）と、を備える。基板（実装用基板１０１）は、一方の面に素子（半導体素子１１２）がフェイスダウンで実装されるフリップチップ接続用の基板であって、実装用基板１０１に設けられた配線１０４と半導体素子１１２に設けられた電極パッドとを電気的に接合するバンプの設けられる接合部１２０と、接合部１２０を除く素子実装面の一部を覆う絶縁膜（第１絶縁層１０６および第２絶縁層１０８）と、を有し、絶縁膜は、バンプ形成領域の内側にバンプ形成領域に沿って帯状に設けられた帯状絶縁膜（第２絶縁層１０８）を含むとともに、第２絶縁層１０８の内側の領域において開口部（第２領域１２２の中央部近傍）を有する。【選択図】  図１
2007103733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に素子がフェイスダウンで実装されるフリップチップ接続用の基板であって、
当該基板に設けられた配線と前記素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合するバンプの設けられるバンプ形成領域と、
前記バンプ形成領域を除く素子実装面の一部を覆う絶縁膜と、
を含み、
前記絶縁膜は、前記バンプ形成領域の内側に前記バンプ形成領域に沿って帯状に設けられた帯状絶縁膜を含むとともに、前記帯状絶縁膜の内側の領域において開口部を有することを特徴とする基板。
【請求項２】
請求項１に記載の基板において、
前記絶縁膜は、前記帯状絶縁膜の内側の領域全体にわたる開口部を有することを特徴とする基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板において、
前記帯状絶縁膜は、帯状に配置された複数の矩形状絶縁膜からなることを特徴とする基板。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の基板において、
前記絶縁膜は、前記バンプ形成領域の外側の領域において素子実装面を覆う外側絶縁膜をさらに含むことを特徴とする基板。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の基板において、
前記帯状絶縁膜は、前記配線の設けられていない領域においてスリットが設けられたことを特徴とする基板。
【請求項６】
基板と、
前記基板上にフリップチップ接続された半導体素子と、
を備え、
前記基板は、
当該基板に設けられた配線と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合するバンプの設けられるバンプ形成領域と、
前記バンプ形成領域を除く素子実装面の一部を覆う絶縁膜と、
を含み、
前記絶縁膜は、前記バンプ形成領域の内側に前記バンプ形成領域に沿って帯状に設けられた帯状絶縁膜を含むとともに、前記帯状絶縁膜の内側の領域において開口部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜は、前記帯状絶縁膜の内側の領域全体にわたる開口部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の半導体装置において、
前記帯状絶縁膜は、帯状に配置された複数の矩形状絶縁膜からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項６乃至８いずれかに記載の半導体装置において、
前記絶縁膜は、前記バンプ形成領域の外側の領域において素子実装面を覆う外側絶縁膜をさらに含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９いずれかに記載の半導体装置において、
前記帯状絶縁膜は、前記配線の設けられていない領域においてスリットが設けられたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板およびそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の小型化・薄型化・高速化の要求に対応するため、半導体素子をフェイスダウンで直接基板等にフリップチップ接続する技術が求められている。そのなかで、従来はワイヤーボンディングによって半導体素子や金線等が接続されていたが、金スタッドバンプ等を半導体素子の電極パッド上に形成し、フリップチップ接続する方法が用いられ、比較的低いコストで実現されている。
【０００３】
半導体素子と基板とを接続する方法はいくつかあり、接続信頼性が比較的高い方法として、特許文献１に記載された方法のように、基板にあらかじめ半田コーティングを施し、熱・荷重等を印加して、半導体素子と基板とを接続する方法が知られている。この方法に使用する基板においては、接続部の半田供給量や接続時の半田の挙動を安定させるために、接続部周辺の配線のみに半田をコーティングしている。そのため、半田コーティング部以外の箇所には絶縁樹脂等がコーティングされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８６３２２号公報
【０００５】
以下、図４および図４のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である図５を用いて、従来の技術の一例を説明する。
【０００６】
半導体装置５０において、実装用基板２上に配置された配線４に対し、半導体素子１２の電極パッド（不図示）上のバンプ１０と配線４とが接続される接合部周辺のみに半田１４がコーティングされている。そのため、図４および図５に示すように、基板１は、接合部の範囲よりも大きい開口を有する第１絶縁層６と、その開口部内部に接合部の内側の範囲を覆う第２絶縁層８を有している。第１絶縁層６、第２絶縁層８のいずれにも覆われていない箇所の配線４が露出されており、半導体装置５０は、配線４が露出された箇所に半田コーティングを施すことが可能な構造を有している。半田コーティングされた箇所において、電極パッド（不図示）上にバンプ１０が形成された半導体素子１２が、フェイスダウン方式によって、熱・荷重・超音波等が適宜組み合わされて接合される。なお、図４において、点線１５は、半導体素子１２が設けられる領域を表している。
【０００７】
ここで、半導体素子と基板との熱膨張差による接合部への応力集中あるいは破断を抑制するために、半導体素子と基板との間に、応力緩和樹脂材料（図５の封止樹脂１８）が充填されることがある。通常、応力緩和樹脂材料は液状で供給され、供給されるタイミングは半導体素子と基板とが接合された後である場合が多い。
【０００８】
液状の応力緩和樹脂材料の供給は、たとえば以下のように行われる。
【０００９】
シリンジと呼ばれる筒状の容器の先端に、ニードルと呼ばれる細い管が設けられ、ニードルの先端を接合が完了した半導体素子近傍まで寄せる。次に、圧力等により、ニードル先端から液状の応力緩和樹脂材料を吐出させる。ニードル先端から吐出された液状の応力緩和樹脂材料は半導体素子と基板との間を毛細管現象により浸透していく。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、樹脂材料は接合部の内部に設けられた絶縁層を乗り越えて、内部に浸透しなければならず、毛細管現象によっては浸透しにくいという課題を有していた。
【００１１】
また、半導体素子と基板との接合部には絶縁層が設けられておらず、絶縁層が設けられた箇所よりも高さが低い。そのため、液状の樹脂は、この箇所を流動しやすく、液状の樹脂材料は半導体素子の内部を浸透するよりも半導体外周を浸透するほうが速く、結果的に半導体素子の直下にボイドと呼ばれる空気溜りが残存することがあった。したがって、組立工程中に発生する熱ストレスや環境試験による熱ストレス等によって、ボイドを起点にクラックや剥離が発生することがあった。この結果、クラックや剥離が半導体素子と基板との接合部にまで達し、接続信頼性を低下させるという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、
一方の面に素子がフェイスダウンで実装されるフリップチップ接続用の基板であって、
当該基板に設けられた配線と前記素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合するバンプの設けられるバンプ形成領域と、
前記バンプ形成領域を除く素子実装面の一部を覆う絶縁膜と、
を含み、
前記絶縁膜は、前記バンプ形成領域の内側に前記バンプ形成領域に沿って帯状に設けられた帯状絶縁膜を含むとともに、前記帯状絶縁膜の内側の領域において開口部を有することを特徴とする基板、
が提供される。
【００１３】
この発明によれば、絶縁膜は、バンプ形成領域の内側に前記バンプ形成領域に沿って帯状に設けられた帯状絶縁膜を含むとともに、帯状絶縁膜の内側の領域において開口部を有するように設けられている。そのため、基板と素子とがバンプ接合された後、液状の封止樹脂を注入して素子および基板をパッケージングする際に、素子の直下の領域である帯状絶縁膜の内側の領域に封止樹脂が流れ込みやすくなる。したがって、封止樹脂が素子と基板との間のスペース全体に行き渡り、ボイドの発生を抑制することができる。この結果、パッケージングの際に加わる熱ストレスなどによって、封止樹脂内に、ボイドを起点としたクラックや剥離が発生することを抑制でき、バンプ形成領域における接合信頼性を向上させることができる。
【００１４】
本発明によれば、
基板と、
前記基板上にフリップチップ接続された半導体素子と、
を備え、
前記基板は、
当該基板に設けられた配線と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合するバンプの設けられるバンプ形成領域と、
前記バンプ形成領域を除く素子実装面の一部を覆う絶縁膜と、
を含み、
前記絶縁膜は、前記バンプ形成領域の内側に前記バンプ形成領域に沿って帯状に設けられた帯状絶縁膜を含むとともに、前記帯状絶縁膜の内側の領域において開口部を有することを特徴とする半導体装置、
が提供される。
【００１５】
この発明によれば、帯状の絶縁膜がバンプ形成領域の内側に沿って設けられ、帯状絶縁膜の内側の領域において開口部を有する基板上に半導体素子が搭載されることによって、接合信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、帯状の絶縁膜がバンプ形成領域の内側に沿って設けられ、帯状絶縁膜の内側の領域には絶縁膜が設けられておらず開口部となっているため、開口部に素子と基板とをパッケージングする際の封止樹脂が流れ込みやすくなる。したがって、封止樹脂中にボイドが発生することを抑制することができ、封止樹脂中にクラックや剥離が発生することを抑制することができる。この結果、バンプ形成領域における接合信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
図１および図２に示す半導体装置１００は、基板（実装用基板１０１）と、基板（実装用基板１０１）上にフリップチップ接続された素子（半導体素子１１２）と、を備える。基板（実装用基板１０１）は、一方の面に素子（半導体素子１１２）がフェイスダウンで実装されるフリップチップ接続用の基板であって、当該基板（実装用基板１０１）に設けられた配線１０４と素子（半導体素子１１２）に設けられた電極パッド（不図示）とを電気的に接合するバンプ１１０の設けられるバンプ形成領域（接合部１２０）と、バンプ形成領域（接合部１２０）を除く素子実装面の一部を覆う絶縁膜（第１絶縁層１０６および第２絶縁層１０８）と、を有し、絶縁膜は、バンプ形成領域（接合部１２０）の内側にバンプ形成領域（接合部１２０）に沿って帯状に設けられた帯状絶縁膜（第２絶縁層１０８）を含むとともに、帯状絶縁膜（第２絶縁層１０８）の内側の領域において開口部（第２領域１２２の中央部近傍）を有する。
【００１９】
図１は本実施形態に係る半導体装置１００の平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。図１は、図２の断面図に記載された半導体装置１００から半導体素子１１２と、封止樹脂１１８と、半田１１４とを除いた上面図であり、半導体素子１１２が設けられる領域は図１中、点線１１５で囲まれた領域である。
【００２０】
半導体装置１００は、実装用基板１０１と半導体素子１１２と、封止樹脂１１８とにより構成される。本実施形態において、半導体素子１１２はフェイスダウンで実装用基板１０１に接続されている。
【００２１】
実装用基板１０１は、基材１０２と、基材１０２の上面に接するように設けられた配線１０４と、基材１０２および配線１０４の上面に接するように設けられた第１絶縁層１０６と、配線１０４の上面に接するように設けられた第２絶縁層１０８と、配線１０４の上面に接するように設けられた半田１１４とを備える。本実施形態において、実装用基板１０１は半導体素子１１２をフリップチップで接続するプリント配線基板である。また、図１に示すように、本実施形態において、実装用基板１０１の形状は矩形状である。
【００２２】
半導体素子１１２は、たとえば、ＩＣチップであり、図２中、その下面に電極パッド（不図示）を備え、電極パッド（不図示）に接続されたバンプ１１０を備える。
【００２３】
封止樹脂１１８は、たとえば、エポキシ系の絶縁性樹脂などにより構成され、半導体素子１１２と実装用基板１０１との間の熱膨張率の差による接合部１２０への応力集中あるいは破断を抑制する機能を有する。封止樹脂１１８は、実装用基板１０１上に半導体素子１１２が搭載された後に設けられる。封止樹脂１１８は、硬化前の状態においては流動性を有する液体であり、粘性の低い樹脂などが用いられる。
【００２４】
基材１０２は、たとえば、エポキシ樹脂などにより構成され、実装用基板１０１の本体となる機能を有する。
【００２５】
配線１０４は、たとえば、銅などにより構成され、半田１１４とバンプ１１０とを介して、実装用基板１０１と半導体素子１１２とを電気的に接続する。配線１０４は、実装用基板１０１に複数設けられ、所定のパターンを有している。
【００２６】
接合部１２０には、半田１１４とバンプ１１０とが設けられている。接合部１２０は、実装用基板１０１と半導体素子１１２とが電気的に接続される領域である。
【００２７】
第１絶縁層１０６および第２絶縁層１０８は、たとえば、エポキシ樹脂とアクリル樹脂の混合物等の有機樹脂などにより構成され、配線１０４の半導体素子１１２との接合部１２０以外の表面の一部を絶縁する絶縁膜としての機能を有する。また、第１絶縁層１０６および第２絶縁層１０８は、半田１１４が不要な箇所に付着することを抑制するソルダーレジストとしての機能を有する。第１絶縁層１０６は、接合部１２０の外側の領域において半導体素子１１２を実装する面を覆うように設けられている。
【００２８】
本実施形態においては、基材１０２上、第１絶縁層１０６の内側で、接合部１２０のさらに内側に第２絶縁層１０８が配置されている。第２絶縁層１０８は接合部１２０の内側の領域（第２領域１２２）の全面を覆うように配置されるのではなく、図１に示すように、矩形の各辺において、帯状に１つずつ配置されている。つまり、接合部１２０の内側に沿うように、接合部１２０の内側の領域（第２領域１２２）の周縁に沿うように帯状の第２絶縁層１０８が設けられており、第２領域１２２の中央部（実装用基板１０１の中央部近傍の領域）には第２絶縁層１０８が設けられておらず、第２領域１２２の中央部全体が開口部となっている。また、隣接しあう他の辺に配置された第２絶縁層１０８との間には隙間が設けられており、帯状に設けられたそれぞれの第２絶縁層１０８は実装用基板１０１のコーナー部近傍において互いに離間している。
【００２９】
半田１１４は、配線１０４と半導体素子１１２とを電気的に接続するために設けられ、たとえば、鉛フリー半田などが用いられる。
【００３０】
バンプ１１０は、たとえば、金、アルミニウムなどにより構成され、半田１１４を介して、半導体素子１１２と配線１０４とを電気的に接続する。
【００３１】
以下、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。
【００３２】
まず、基材１０２上に、たとえば、めっき法などを用いて配線１０４を設ける。
【００３３】
次に、基材１０２および配線１０４の上に絶縁膜を設ける。絶縁膜上にフォトレジストを設けた後、リソグラフィー法を用いてレジストをパターニングした後、ドライエッチング技術を用いて、第１絶縁層１０６および第２絶縁層１０８を形成する。このとき、第１絶縁層１０６と第２絶縁層１０８との間には、配線１０４が露出される部分が残る。
【００３４】
ついで、第１絶縁層１０６と第２絶縁層１０８との間において露出された配線１０４上に半田１１４を設ける。
【００３５】
続いて、実装用基板１０１上に設けられた半田１１４と半導体素子１１２の下面に設けられたバンプ１１０とを接合させる。半田１１４は加熱されることによって溶融し、バンプ１１０と接合された後、冷却されることによって、半田１１４とバンプ１１０とが固定される。
【００３６】
次に、実装用基板１０１と半導体素子１１２との間に封止樹脂１１８が設けられる。封止樹脂１１８は、たとえば以下のようなプロセスによって設けられる。
【００３７】
まず、シリンジと呼ばれる筒状の容器の先端に、ニードルと呼ばれる細い管が設けられ、ニードルの先端を接合が完了した半導体素子１１２の近傍に近づける。次に、圧力等により、ニードル先端から封止樹脂１１８を吐出させる。ついで、ニードル先端から吐出された封止樹脂１１８は、半導体素子１１２と実装用基板１０１との間を毛細管現象によって浸透する。こうすることによって、実装用基板１０１と半導体素子１１２との間に封止樹脂１１８が注入され、温度の低下によって封止樹脂１１８が硬化し、封止樹脂１１８が実装用基板１０１と半導体素子１１２との間に設けられる。
【００３８】
以上のプロセスで半導体装置１００が製造される。
【００３９】
以下、半導体装置１００の効果について説明する。
【００４０】
半導体装置１００においては、第２絶縁層１０８は接合部１２０の内部の領域（第２領域１２２）の全面を覆うように配置されるのではなく、図１に示すように、矩形の各辺において、１つずつ帯状に配置されている。つまり、接合部１２０の内側に沿うように、接合部１２０の内側の領域（第２領域１２２）の周縁に第２絶縁層１０８が設けられており、第２領域１２２の中央部（実装用基板１０１の中央部近傍の領域）には第２絶縁層１０８が設けられておらず、第２領域１２２の中央部全体が開口部となっている。そのため、半田１１４とバンプ１１０とを接合した後、封止樹脂１１８を注入して半導体素子１１２および実装用基板１０１をパッケージングする際に、半導体素子１１２の直下の領域である実装用基板１０１の中央部近傍の領域に封止樹脂１１８が流れ込みやすくなる。したがって、封止樹脂１１８が半導体素子１１２と実装用基板１０１との間のスペース全体に行き渡り、ボイドの発生を抑制することができる。この結果、組立工程中において封止樹脂１１８におけるクラックや剥離の発生を抑制することができる。
【００４１】
また、隣接しあう他の辺に配置された第２絶縁層１０８との間には隙間が設けられており、第２絶縁層１０８は互いに離間して設けられている。そのため、封止樹脂１１８が半導体素子１１２と実装用基板１０１との間に注入される際に、封止樹脂１１８が第２絶縁層１０８の上面を越えて実装用基板１０１の中央部近傍の領域に浸透されるだけでなく、第２絶縁層１０８が設けられていないスペースからも実装用基板１０１の中央部近傍の領域に封止樹脂１１８が浸透する。したがって、封止樹脂１１８の浸透経路が増加することとなり、封止樹脂１１８を、よりスムースに第２領域１２２の中央部に浸透させることができる。
【００４２】
また、第１絶縁層１０６が接合部１２０の外側の領域において半導体素子１１２を実装する面を覆うように設けられている。そのため、半導体装置１００の絶縁性を向上させることができ、信頼性を向上させることができる。
【００４３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００４４】
たとえば、上記実施形態においては、実装用基板１０１にＩＣチップである半導体素子１１２が搭載された形態について説明したが、実装用基板１０１にはＬＳＩなどＩＣチップ以外の半導体素子が搭載されてもよいし、半導体素子以外の素子が搭載されてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、矩形状の実装用基板１０１の各コーナー部において第２絶縁層１０８が離間している形態について説明したが、第２領域１２２の中央部近傍に第２絶縁層１０８が設けられていなければ、環状に設けられる形態など、第２絶縁層１０８がコーナー部などにおいて離間していない形態でもよい。
【００４６】
また、図３に示すように、第１絶縁層１０６内部の各辺に配置された第２絶縁層１１６において、配線１０４が設けられた位置以外には、第２絶縁層１１６が配置されていなくてもよい。すなわち、互いに隣接する配線１０４の間に第２絶縁層１１６は開口部を有するようにスリット状に設けられていてもよい。ここで、「互いに隣接する配線１０４の間」とは、配線１０４の近傍の領域を除く意味である。第２絶縁層１１６がコーナー部以外にも開口部を有することによって、半導体装置１５０の外部から中央部へ浸透する封止樹脂１１８の経路をさらに増やすことができる。そのため、封止樹脂１１８が第２領域１２２の中心部へ浸透しやすくなり、封止樹脂１１８中におけるボイドの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態に係る半導体装置を模式的に示した平面図である。
【図２】実施の形態に係る半導体装置を模式的に示した断面図である。
【図３】実施の形態の変形例に係る半導体装置を模式的に示した平面図である。
【図４】従来の技術に係る半導体装置を模式的に示した平面図である。
【図５】従来の技術に係る半導体装置を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２        実装用基板
４        配線
６        第１絶縁層
８        第２絶縁層
１０      バンプ
１２      半導体素子
１４      半田
１５      点線（半導体素子１２が設けられる領域）
１８      封止樹脂
５０      半導体装置
１００    半導体装置
１０１    実装用基板
１０２    基材
１０４    配線
１０６    第１絶縁層
１０８    第２絶縁層
１１０    バンプ
１１２    半導体素子
１１４    半田
１１５    点線（半導体素子１１２が設けられる領域）
１１６    第２絶縁層
１１８    封止樹脂
１２０    接合部
１２２    第２領域
１５０    半導体装置
【図１】
2007103733.tif 000003
【図２】
2007103733.tif 000004
【図３】
2007103733.tif 000005
【図４】
2007103733.tif 000006
【図５】
2007103733.tif 000007