(57)【要約】【課題】良好な半田接合を形成する半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、プリント基板６０と、プリント基板６０の一方に設けられた半導体チップ１０と、プリント基板６０の他方に設けられた複数の外部接続端子２１と、を有する半導体装置１００であって、外部接続端子２１は、フラックス３０と、フラックス３０を被覆する半田層２０により形成されたことを特徴とする。【選択図】図１
2009026822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方に設けられた半導体チップと、
前記基板の他方に設けられた複数の外部接続端子と、を有する半導体装置であって、
前記外部接続端子は、フラックスと、前記フラックスを被覆する半田層により形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記半田層は、細孔を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記半田層は、複数の半田粒子が前記フラックス上に付着したことにより形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記半田層は、複数の半田粒子が前記フラックス上に吹き付けられて付着したことにより形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記外部接続端子は、前記フラックスからなる軸部と、前記軸部の周囲を覆う前記半田層とから形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
前記外部接続端子は、前記フラックスからなる内筒と、前記半田層からなる外筒とから構成される円筒状に形成され、円筒の軸方向が基板面に対し水平または垂直方向であ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、
前記外部接続端子は、導電性接着層を介して前記基板と接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体装置の製造方法であって、
基板上に半導体チップが封止された前記基板を準備する工程と、
前記基板の下面に複数の外部接続端子を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記外部接続端子を形成する前記工程は、
前記フラックス上に半田粒子を吹き付け、前記フラックスを被覆する半田層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への配慮から、世界的な環境意識の高まりの中、半導体装置の端子部材として使用されている半田について、鉛を使わない半田への代替えが進められている。
【０００３】
鉛フリー半田としては、Ｓｎ，ＡｇおよびＣｕを含むものが挙げられる。このような鉛フリー半田を用いた半導体装置について、図５を参照しつつ、説明する。
半導体装置５００は、プリント基板６０と、プリント基板６０の一方に設けられた半導体チップ１０と、プリント基板６０の他方に設けられた複数の外部接続端子２５と、を有している。実装時には、実装用基板上に半田ペーストを印刷し、その上に半導体装置５００の外部接続端子２５を載せてリフローし、半田付けしていた。リフローの際、外部接続端子２５の温度が融点に達する前までは、半田ペーストに含まれたフラックスが外部接続端子２５に濡れ上がり外部接続端子２５の表面に形成された酸化膜が除去される。さらに、外部接続端子２５の温度が融点に達すると、酸化膜が除去された外部接続端子２５（ボール又はめっき）と半田ペーストとが溶け合い、半田接合が形成される。
しかしながら、図５に示すような半導体装置５００では、鉛フリー半田は鉛半田に比べ表面張力が大きく、酸化し易い等の理由から、外部接続端子２５（ボール又はめっき）と半田ペーストとが溶け合わず、いわゆる半田未融合が起きていた。そのため、良好な半田接合が形成できない問題があった。
【０００４】
特許文献１には、半田の活性を高めるために予め半田ボールにフラックスを含有させ、この半田ボールを半導体チップ上に加熱溶融して固着させることが記載されている。このようにして固着された半田ボールを外部接続端子として、半導体チップの実装に用いている。
【０００５】
特許文献２には、半導体装置の外部接続端子自体を多孔性の材料で形成し、あるいは外部接続端子に穴または溝を設けて、孔にフラックスを注入することが記載されている。または、多孔性の材料で形成された部材、または穴或いは溝が形成された部材の孔に予めフラックスを注入し、この部材を外部接続端子に付加することが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３５４００６号公報
【特許文献２】特開平５−３２６７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の半導体装置では、半田ボールを加熱溶融して半導体チップに固着させるため、半田ボールが溶融しランド表面に濡れ広がるとともに、フラックスは残渣となってその半田ボールの固着部を覆ってしまう可能性があった。また、加熱により、半田ボールの酸化膜が厚くなり、さらにフラックスが酸化されて活性力が低下する。そのため、半導体チップ実装時には、半田未融合が生じ、良好な半田接合を得ることが困難といった問題があった。
また特許文献２記載の半導体装置では、以下の点で改善の余地を有していた。
第一に、エリアアレイタイプの半導体装置の場合、ＢＧＡ基板（インターポーザー）にボール付けした後に、半田ボール自体に孔を空ける必要がある。予め孔を設けた半田ボールを用いても、半田付けの際に、半田が溶けて孔が埋められてしまうからである。このため、特にＢＧＡ基板の内周側に配置された半田ボールに孔を形成するのが困難であり、また孔を形成する際にＢＧＡ基板の半田接合に応力が加わってしまう。さらに、孔を空ける際に半田クズが発生するといった問題があった。
第二に、孔にフラックスを注入しているため毛細管現象により、フラックスが孔から均等に滲みでないことがあった。このため、半田ボールの酸化膜を十分に除去することが困難であった。
第三に、半田接合を形成したとき、半田ボールに形成された孔内に空気が溜まってボイドとなり、このボイドが起点となってクラックを引き起こし、半田接合の信頼性を低下させる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体装置は、基板と、
前記基板の一方に設けられた半導体チップと、
前記基板の他方に設けられた複数の外部接続端子と、を有する半導体装置であって、
前記外部接続端子は、フラックスと、前記フラックスを被覆する半田層により形成されたことを特徴とする。
【０００８】
この半導体装置においては、外部接続端子が有するフラックスが半田層により被覆されている。かかる構造の半導体装置によれば、実装前の状態ではフラックスの酸化が防止されるためフラックスの活性が維持でき、また実装時にはそのフラックスが半田層の外部表面の酸化膜を除去するため、酸化膜が除去された外部接続端子と半田ペーストとが溶け合い、良好な半田接合が形成できる。
【０００９】
本発明による半導体装置の製造方法は、
基板上に半導体チップが封止された前記基板を準備する工程と、
前記基板の下面に複数の外部接続端子を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法であって、
外部接続端子を形成する前記工程は、
前記フラックス上に半田粒子を吹き付け、前記フラックスを被覆する半田層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
この半導体装置の製造方法においては、外部接続端子が有するフラックスが半田層により被覆されているため、半田層に孔を形成することなく、フラックスを含む外部接続端子が得られる。これにより、良好な半田接合が形成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、良好な半田接合を形成する半導体装置およびその製造方法が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明による半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
半導体装置１００は、プリント基板６０と、プリント基板６０の一方に設けられた半導体チップ１０と、プリント基板６０の他方に設けられた複数の外部接続端子２１を備えている。
【００１４】
プリント基板６０は、上面に半導体チップ１０が設けられ、モールド樹脂８０により封止されている。また、下面には複数の外部接続端子２１が設けられている。また、プリント基板６０には、複数のスルーホール５０が形成されている。
【００１５】
半導体チップ１０は、その上面に回路面を有している。また、Ａｕワイヤ７０を介して、プリント基板６０と電気的に接続されている。
【００１６】
外部接続端子２１は、フラックス３０と、フラックス３０を被覆する半田層２０により形成されている。また、外部接続端子２１は、半球状であって、半球の弦部分をプリント基板６０側に向けている。外部接続端子２１は、半田バンプ、半田端子として機能する。
ここで、「被覆」とは、フラックス３０の全面を覆うものに限定されず、未被覆の領域を有していてもよい。また、半田層２０は、細孔を有していてもよい。被覆の程度や度合いは適宜調整できる。半田層２０がフラックス３０の全面を覆う場合でも、実装時の加熱により、半田層２０の一部に亀裂が入り、そこからフラックス３０が染み出ることができる。また、半田層２０が有する細孔により、実装時にフラックス３０が半田層２０の外表に染み出すことができる。これにより、半田層２０の酸化膜が除去され、半田接合を良好にできる。
【００１７】
次に、１００の製造工程を説明する。
まず、ランド４０などを有するプリント基板６０を準備し、プリント基板６０の上面に半導体チップ１０を載せる。次に、半導体チップ１０とプリント基板６０とを、Ａｕワイヤ７０を用いてワイヤボンディング接続することにより、半導体チップ１０とプリント基板６０とが導通する。つづいて、金型を用いて、半導体チップ１０、Ａｕワイヤ７０などをモールド樹脂８０により封止成型する。封止成型の方法としては、トランスファー成型などが用いられる。これらは公知の方法により、製造することができる。
【００１８】
さらに、プリント基板６０の下面に外部接続端子２１を形成する。
ここで、外部接続端子２１は、以下のようにして形成される。
まず、プリント基板６０の下面に形成されたランド４０上にフラックス３０が半球状になるように塗布し、複数のフラックス３０を形成する。次に、フラックス３０上にそれぞれ半田粒子をスプレーガンなどを用いて吹き付けたり、内壁に半田粒子がつけられた状態のお椀状の治具をフラックス３０上にかぶせたりして、フラックス３０を被覆する半田層２０を形成する。
このようにして、外部接続端子２１が形成できる。
外部接続端子２１は、外部接続端子２１が含むフラックス３０がプリント基板６０の下面に接着しているため、プリント基板６０に接着される。
半田層２０は、複数の半田粒子が前記フラックスに付着することにより形成されたものである。半田粒子の粒径、形状、半田粒子の供給方法などは適宜選択して用いることができる。
このようにして、図１に示す１００が得られる。
【００１９】
フラックス３０は、粘性のあるものが好ましい。これにより、フラックス３０がプリント基板６０の下面に接着でき、外部接続端子２１とプリント基板６０との接着を可能とする。さらに、半田粒子を付着することができ、また塗布された際の形状、大きさを適宜調整することが可能となる。また、フラックス３０は、半田表面の酸化物や汚れを除去し、半田をきれいにすることができる。さらに半田の表面張力を小さくし、半田の濡れ現象を促進する機能を有する。
【００２０】
本実施形態の効果を説明する。
半導体装置１００においては、プリント基板６０と、プリント基板６０の一方に設けられた半導体チップ１０と、プリント基板６０の他方に設けられた複数の外部接続端子２１を備え、外部接続端子２１は、フラックス３０と、フラックス３０を被覆する半田層２０により形成されている。かかる構造の半導体装置１００によれば、その保存状態（実装前の状態）ではフラックス３０は空気に触れておらず、フラックス３０の酸化を防ぐことが出来る。また、実装の際には、加熱により膨張したフラックス３０が半田層２０の隙間から染み出して半田層２０の外側表面に回りこみ、半田層２０の外部表面に形成された酸化膜が除去される。また、酸化膜が除去された半田層２０は溶融温度に達すると、塗布された半田ペーストと溶け合うため、良好な半田接合が可能となる。したがって、本実施形態によれば、良好な半田接合を形成するのに適した構造の半導体装置１００およびその製造方法が実現される。
【００２１】
特許文献１に記載の半導体装置では、実装前にフラックスが酸化される場合があるため、良好な半田接合の形成が困難であったが、これに対し本実施形態における半導体装置１００では、外部接続端子２１は、フラックス３０と、フラックス３０を被覆する半田層２０により形成されているため、フラックス３０が空気に触れないため酸化が抑制され、実装時の外部接続端子２１表面の酸化膜除去効果を維持できる。
また、特許文献２に記載の半導体装置では、孔にフラックスが注入されているため毛細管現象を発生する場合があるが、これに対し本実施形態における半導体装置１００では、外部接続端子２１は、フラックス３０と、フラックス３０を被覆する半田層２０により形成されているため、毛細管現象を発生することなく均一にフラックス３０が半田層２０の外部表面に行き渡る。このようにして、半導体装置１００は、良好な半田接合を形成することができる。
【００２２】
本実施形態における半導体装置１００では、外部接続端子２１の形状としては、半球状である場合について説明したが、これに限られない。フラックス３０が半田層２０により被覆された形状であればよい。
【００２３】
（第２実施形態）
図２（ａ）は、本発明による半導体装置の第２実施形態を示す断面図である。第１実施形態では、外部接続端子２１が半球状に形成された例であったのに対し、本実施形態は外部接続端子２２がフラックス３０からなる軸部と、軸部の周囲を覆う半田層２０とから形成され、軸方向が、基板面に対し水平方向に配置された例である。
【００２４】
半導体装置２００は、図１を参照して説明した第１実施形態における半導体装置１００とほぼ同様の構成を有するが、外部接続端子２２がフラックス３０からなる内筒と、半田層２０からなる外筒とから構成される円筒状に形成され、円筒の軸方向が、基板面に対し水平方向に配置されている。以下、図２（ｂ）を参照して、外部接続端子２２について説明する。
【００２５】
図２（ｂ）は、外部接続端子２２を模式的に表した拡大図である。
外部接続端子２２は、フラックス３０からなる内筒と、半田層２０からなる外筒とから構成される円筒状である。円筒の軸の端部のフラックス３０は、半田層２０により覆われていてもよい。これにより、フラックス３０の酸化が最小限に抑えられる。
【００２６】
外部接続端子２２は、以下のようにして製造される。
まず、フラックス３０からなる内筒と、半田層２０からなる外筒とから構成される糸ハンダを準備する。この糸ハンダを任意の長さで切断する。これにより、図２（ｂ）に示すようなフラックス３０からなる内筒と、半田層２０からなる外筒とから構成される外部接続端子２２が得られる。
また、上述の切断の際に、切断面にフラックス３０が露出しないように、外筒の半田層２０を引き伸ばして互いに接着させながら切断し、内側にフラックス３０を閉じこめてもよい。これにより、さらにフラックス３０の酸化が防止できる。また、切断時に、引き伸ばされた半田層２０の一部を接着させずに、すき間を設けてもよい。これにより、実装時に、フラックス３０の急激な膨張により外部接続端子２１が破裂するのを防ぎ、また、フラックス３０がすき間から染み出て、半田層２０の外部表面の酸化膜を除去できる。
つづけて、プリント基板６０の下面に導電性接着剤を塗布し、ランド４０上に外部接続端子２２の軸方向が基板面に対して水平方向になるように配置する。例えば、ランド４０上に配置されるように外部接続端子２２を準備し、下面に導電性接着剤が塗布されたプリント基板６０を上からかぶせ、乾燥させて外部接続端子２２を接着させることができる。
このようにして、外部接続端子２２は導電性接着層を介してプリント基板６０と接続され、図２（ａ）に示す２００が得られる。
【００２７】
本実施形態における半導体装置２００は、外部接続端子２２がフラックスからなる内筒と、前記半田層からなる外筒とから構成される円筒状であるため、フラックス３０の酸化が最小限に抑えられる。また、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００２８】
（第３実施形態）
図３（ａ）は、本発明による半導体装置の第３実施形態を示す断面図である。第１実施形態では、外部接続端子２１が半球状に形成された例であったのに対し、本実施形態は外部接続端子２３がフラックス３０からなる軸部と、軸部の周囲を覆う半田層２０とから形成され、軸方向が、基板面に対し垂直方向に配置された例である。
【００２９】
半導体装置３００は、図１を参照して説明した第１実施形態における半導体装置１００とほぼ同様の構成を有するが、外部接続端子２３がフラックス３０からなる内筒と、半田層２０からなる外筒とから構成される円筒状に形成され、円筒の軸方向が、基板面に対し垂直方向に配置されている。以下、図３（ｂ）を参照して、外部接続端子２３について説明する。
【００３０】
図３（ｂ）は、外部接続端子２３を模式的に表した拡大図である。
外部接続端子２３は、外部接続端子２２同様の構成を有するが、円筒の軸方向が、基板面に対し垂直方向に配置されている。
【００３１】
外部接続端子２３は第２実施形態で説明したのと同様にして、製造される。外部接続端子２３の製造過程において、切断面にフラックス３０が露出しないように、外側の半田層２０を引き伸ばして互いに接着させながら切断し、内側にフラックス３０を閉じこめた場合、切断面の一方のみが接着されていてもよい。この場合、接着されずにフラックス３０が露出した切断面を基板面側にする。これにより、フラックス３０の酸化が最小限に抑えられる。
製造した外部接続端子２３を用いて、プリント基板６０の下面に上述と同様にして導電性接着剤を塗布し、外部接続端子２３の軸方向が基板面に対して垂直方向になるように接着する。
このようにして、外部接続端子２３は導電性接着層を介してプリント基板６０と接続され、図３（ａ）に示す３００が得られる。
【００３２】
本実施形態における半導体装置３００は、外部接続端子２３が必要な端子数分の外部接続端子２１をランド４０面に垂直に突き立てるような状態であるため、安定しやすく、実際の製造プロセスに適用し易い。また、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
（第４実施形態）
図４（ａ）は、本発明による半導体装置の第４実施形態を示す断面図である。第１実施形態では、外部接続端子２１が半球状に形成された例であったのに対し、本実施形態は外部接続端子２４が球状に形成された例である。
【００３４】
半導体装置４００は、図１を参照して説明した第１実施形態における半導体装置１００とほぼ同様の構成を有するが、外部接続端子２４球状に形成されている。以下、図４（ｂ）を参照して、外部接続端子２４について説明する。
【００３５】
図４（ｂ）は、外部接続端子２４を模式的に表した拡大図である。
外部接続端子２４は、半田層２０とフラックス３０とから構成されている。フラックス３０は半田層２０により被覆されている。また、外部接続端子２４は、半田付けされた外部接続端子２４に下側からコンタクトピンで穴をあけた後、フラックス３０を充填して製造される。
半導体装置４００は、上述と同様にして製造される。
【００３６】
本実施形態における半導体装置４００は、外部接続端子２４が穴の中でフラックス３０の酸化が防止され、また穴からフラックス３０が染み出しやすいため、効率的に酸化膜を除去できる。また、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
本発明による半導体装置およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本実施形態においては、半導体装置の実装時に用いられるようにプリント基板６０の下面に外部接続端子が形成された例を示したが、半導体チップ１０の実装時に用いられるように半導体チップ１０の下面に外部端子が形成されてもよい。
【００３８】
プリント基板６０は、インターポーザ基板でもよい。また、Ａｕワイヤ７０を構成する材料としては、これに限られない。たとえば、導電性の高い材料が用いられる。配置には、ワイヤボンディング装置などが用いられる。
【００３９】
モールド樹脂８０は、半導体チップ１０を封止している。封止には、例えば、トランスファーモールド法が用いられる。モールド樹脂８０の材料としては、たとえば、エポキシ樹脂などが用いられる。
【００４０】
外部接続端子２１を構成する材料として、糸ハンダを用いた例を示したが、ヤニ入りでもよくこれに限られない。また糸ハンダの形状は、筒状、線上、棒状などでもよい。
導電性接着剤の材料は特に限定されないが、導電性であればよく、熱可塑性樹脂として例えばエポキシ樹脂等を用いることができる。導電性接着剤は、自然乾燥などにより硬化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明による半導体装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による半導体装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明による半導体装置の第４実施形態を示す断面図である。
【図５】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００  半導体装置
２００  半導体装置
３００  半導体装置
４００  半導体装置
５００  半導体装置
１０  半導体チップ
２０  半田層
２１  外部接続端子
２２  外部接続端子
２３  外部接続端子
２４  外部接続端子
２５  外部接続端子
３０  フラックス
４０  ランド
５０  スルーホール
６０  プリント基板
７０  Ａｕワイヤ
８０  モールド樹脂
【図１】
2009026822.tif 000003
【図２】
2009026822.tif 000004
【図３】
2009026822.tif 000005
【図４】
2009026822.tif 000006
【図５】
2009026822.tif 000007