(57)【要約】【課題】ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】配線基板ＷＢの表面に配置された半導体チップと、配線基板ＷＢの裏面ｓ２に配置された配線ＭＷ、配線ＭＷ端のランド部ＭＬ、ソルダレジストＳＲ、ボール電極ＥＢ、および、保護樹脂ＰＲとを有する半導体装置であって、半導体チップと配線ＭＷとは電気的に接続され、ソルダレジストＳＲは配線基板ＷＢの裏面ｓ２において配線ＭＷを覆うように形成され、ソルダレジストＳＲはランド部ＭＬ上においてＮＳＭＤ型の開口部ＯＦを有し、ボール電極ＥＢはランド部ＭＬに電気的に接続されるようにして形成され、保護樹脂ＰＲはボール電極ＥＢとランド部ＭＬとの接触部を含むソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内を埋め込むようにして形成され、保護樹脂ＰＲは有機酸、溶剤、および、硬化剤を含む熱硬化性樹脂である。【選択図】図４
2009238984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する配線基板と、
前記配線基板の第１主面に配置された半導体チップと、
前記配線基板の第１主面から前記第２主面を貫くようにして形成されたスルーホールと、
前記配線基板の第２主面に配置され、前記スルーホールを通じて前記半導体チップと電気的に接続している配線と、
前記配線基板の第２主面において、前記配線を覆い、一部に開口部を有する第１樹脂膜と、
前記配線基板の第２主面において、前記第１樹脂膜の開口部内の開口輪郭から離れて配置された、前記配線の端部であるランド部と、
前記ランド部上面において、前記ランド部と電気的に接続するようにして形成されたボール電極と、
前記ランド部と前記ボール電極との接触部を覆うようにして形成された、保護樹脂とを有し、
前記保護樹脂は、前記第１樹脂膜の開口部内を埋め込むようにして形成され、
前記保護樹脂は、有機酸、溶剤および硬化剤を含む熱硬化性樹脂であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記保護樹脂は、前記ランド部と前記ボール電極との接触部から、前記ボール電極の高さの１／２までを覆うようにして、前記第１樹脂膜の開口部内を埋め込むようにして形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置において、
前記第１樹脂膜の開口部の平面形状は、凹凸を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置において、
前記ランド部が前記配線に接続している箇所に近い領域よりも遠い領域の方が、前記ランド部の輪郭から前記第１樹脂膜の開口輪郭までの距離が長くなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
（ａ）厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有し、前記第２主面に配線、前記配線の端部であるランド部、および、第１樹脂膜を備える配線基板を準備する工程と、
（ｂ）前記配線基板の第１主面に半導体チップを配置する工程と、
（ｃ）前記配線基板の第２主面のランド部上面において、前記ランド部と電気的に接続するようにしてボール電極を形成し、同時に、前記ランド部と前記ボール電極との接触部を覆うようにして保護樹脂を形成する工程とを有し、
前記（ａ）工程の前記配線基板の第２主面において、
前記第１樹脂膜は、前記配線を覆い、一部に開口部を有し、
前記ランド部は、前記第１樹脂膜の開口部内の開口輪郭から離れた位置に配置され、
前記（ｂ）工程では、
前記配線基板の第１主面に、前記配線基板の第２主面の配線に電気的に接続するようにして前記半導体チップを配置し、
前記（ｃ）工程は、
（ｃ１）前記第１樹脂膜の開口部内の前記ランド部の上面に、前記保護樹脂を介して前記ボール電極を載置する工程と、
（ｃ２）前記（ｃ１）工程後、熱処理を施す工程とを有し、
前記（ｃ１）工程の前記保護樹脂は、有機酸、溶剤および硬化剤を含む熱硬化性樹脂であり、
前記（ｃ２）工程の熱処理によって、前記ボール電極が前記ランド部に融着することで両者が電気的に接続され、同時に、前記保護樹脂が硬化され、
前記（ｃ）工程によって、前記保護樹脂は、前記ランド部と前記ボール電極との接触部を含む前記第１樹脂膜の開口部内を埋め込むようにして形成される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、半導体装置技術に関し、特に、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型のパッケージ技術に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所望の回路機能を有する半導体チップは、配線基板上において封止部材により封止（パッケージ）され、同様に封止された他の半導体チップや、他の装置などと組み合わせて用いられる。近年では、複数の半導体チップを同一の配線基板上に積層するなどして載置し、１パッケージで多機能を実現する技術などがある。これは、所謂ＳｉＰ（System in Package）技術と呼ばれている。
【０００３】
パッケージの外部には、内部の半導体チップと電気的な導通を取るための電極が設けられている（ピンなどともいう）。半導体チップ自体の回路機能が複雑になり、また、同時に封止される半導体チップ数が増えるほど、多ピン化される傾向にある。更に、携帯機器などに搭載される半導体装置では、小型化が強く望まれる。即ち、配線基板に形成するピンは高密度化される傾向にある。
【０００４】
このように、多ピン化、高密度化にある電極構造として、ＢＧＡ型のパッケージが有用である。これは、配線基板において、半導体チップが載置されている面とは反対側の面に配線を這わせ、配線端に設けられたランド上に、はんだからなるボール電極を形成したものである。予めランドを規則正しく配置しておくことで、ボール電極もアレイ状に配列される。配線は半導体チップと電気的に接続されているから、アレイ配置したボール電極に電気的に接続することで、半導体チップに電気的に導通できる。例えば、リードなどによって外部と電気的に接続するよりも、ＢＧＡ型パッケージの方が省スペースである。
【０００５】
例えば、特開２００６−２３７１９８号公報（特許文献１）には、ボール電極の根元を覆うようにして、配線基板におけるボール電極形成側の面に応力緩和層を形成することで、機械的な応力に対する耐性を向上させる技術などが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２３７１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１５、図１６に、本発明者らが検討した一般的なＢＧＡ型パッケージにおける、ボール電極周辺の構造を示す。図１５は要部平面図、図１６は図１５のｘａ−ｘａ線およびｙａ−ｙａ線の断面図である。図１５の平面図では、便宜上、ボール電極の記述を省略している。また、図１５の平面図において、後に説明するソルダレジストＳＲａで覆われている領域には、便宜上、ハッチングを付して示している。
【０００７】
本発明者らが検討したＢＧＡ型パッケージの半導体装置では、配線基板ＷＢａに配線ＭＷａが配置されている。配線ＭＷａの端部は幅広い平面略円形のランド部ＭＬａとなっている。ランド部ＭＬａの上面には、はんだよりなるボール電極ＥＢａが形成されている。このような構成の配線ＭＷａは配線基板ＷＢａ上に多数配置されており、その端部のランド部ＭＬａおよびボール電極ＥＢａが規則的に配列するように形成されている。個々のボール電極ＥＢａをはんだ付けする際の短絡（ショート）を防ぎ、また、配線ＭＷａを保護するために、ソルダレジストＳＲａが形成されている。ソルダレジストＳＲａは、ランド部ＭＬａとボール電極ＥＢａとの電気的な接続を妨げないように、開口部ＯＦａが形成されている。
【０００８】
ここで、本発明者らが検討したＢＧＡ型パッケージでは、ランド部ＭＬａの端部はソルダレジストＳＲａで覆われている。即ち、ランド部ＭＬａの平面的な形状が、ソルダレジストＳＲａの開口部ＯＦａの開口輪郭ＯＬａの平面的な形状によって規定される、ＳＭＤ（Solder Mask Defined）型ランド構造である。
【０００９】
上記の様な形状のボール電極ＥＢａは、電気的な接続を考慮すれば、単にランド部ＭＬａに接触していれば十分である。一方、機械的な強度を考慮すると、より強固にランド部ＭＬａに接着されていた方が好ましい。この観点では、ボール電極ＥＢａは、球面としてランド部ＭＬａにはんだ付けされているだけであり、根元の接続部分における機械的な強度（せん断応力に対する強度、又は単に、せん断強度）は比較的低い。これは、半導体装置の信頼性を低下させる原因となっている。これに対し、上記特許文献１では、ソルダレジストＳＲａの上面に応力緩和層を設けることで、ボール電極ＥＢａの根元を支える構造を開示している。これにより、機械的強度の向上を実現している。
【００１０】
一方、例えば、自動車やサーバなどに搭載することを目的とした半導体装置では、より過酷な使用条件に耐え、長寿命であることが望まれる。そのためのＢＧＡ型パッケージのランド構造としては、ＳＭＤ型ランド構造よりもＮＳＭＤ（Non-SMD）型ランド構造が適していることが分かっている。本発明者らが検討したＮＳＭＤ型ランド構造の概要を図１７、図１８を用いて説明する。図１７は要部平面図、図１８は図１７のｘｂ−ｘｂ線およびｙｂ−ｙｂ線の断面図である。図１７の平面図では、便宜上、ボール電極の記述を省略している。
【００１１】
ＮＳＭＤ型ランド構造は、上記図１５、図１６のＳＭＤ型ランド構造と比較して、配線ＭＷａのランド部ＭＬａの端部がソルダレジストＳＲａに覆われていない点が異なる。即ち、ＮＳＭＤ型ランド構造では、ソルダレジストＳＲａの開口部ＯＦａの平面的な面積は、配線ＭＷａのランド部ＭＬａの平面的な面積よりも大きく、かつ、ソルダレジストＳＲａの開口部ＯＦａの開口輪郭ＯＬａが、配線ＭＷａのランド部ＭＬａに達していない。
【００１２】
このようなＮＳＭＤ型ランド構造によって、特に温度サイクルに対する厳しい条件下での使用耐性が向上することなどが分かっている。しかしながら、本発明者らの更なる検討によれば、ＮＳＭＤ型ランド構造においては、機械的な衝撃でボール電極ＥＢａが脱落しやすいことが分かった。これを詳細に観察すると、ランド部ＭＬａと配線基板ＷＢａの界面が破壊していた（以下では、単にボール電極ＥＢａの機械強度が低いと記述する）。この原因として、ＳＭＤランド構造は、ランド部ＭＬａの端部がソルダレジストＳＲａで覆われていることでランド部ＭＬａと配線基板ＷＢａの接着強度が補助されていることに対し、ＮＳＭＤランド構造はランド部ＭＬａの端部がソルダレジストＳＲａで覆われていないため上記補強が得られないことに起因していることが明らかになった。即ち、ＮＳＭＤ型ランド構造は、温度サイクルなどが過酷である条件での使用には適しているものの、ボール電極ＥＢａの機械的強度が低い構造であるということが、本発明者らの更なる検討により明らかになった。
【００１３】
ＮＳＭＤ型ランド構造におけるボール電極ＥＢａの機械的強度が低いと、例えば、製造工程中において、ボール電極ＥＢａを形成した後に必要となる搬送工程などを慎重に行わなければならない。また、ボール電極ＥＢａを備えたＢＧＡ型パッケージの状態で製品として出荷する場合などは、その後実装される工程は顧客によって不特定であるから、ハンドリング耐性が高いものが望ましい。従って、ＮＳＭＤ型ランド構造におけるボール電極ＥＢａのせん断応力に対する強度を増加させることで、ＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性をより向上させる必要がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性を向上させる技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願においては、複数の発明が開示されるが、そのうちの一実施例の概要を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１７】
配線基板の第１主面に配置された半導体チップと、配線基板の第２主面に配置された配線、配線端のランド部、第１樹脂膜、ボール電極、および、保護樹脂とを有する半導体装置であって、半導体チップと配線とは電気的に接続され、第１樹脂膜は配線基板の第２主面において配線を覆うように形成され、第１樹脂膜はランド部上においてＮＳＭＤ型の開口部を有し、ボール電極はランド部に電気的に接続されるようにして形成され、保護樹脂はボール電極とランド部との接触部を含む第１樹脂膜の開口部内を埋め込むようにして形成され、保護樹脂は有機酸、溶剤、および、硬化剤を含む熱硬化性樹脂である。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される複数の発明のうち、上記一実施例により得られる効果を代表して簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１９】
即ち、ＢＧＡ型パッケージの半導体装置の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】
【００２０】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態１の半導体装置の構造に関して説明する。まず、図１、図２を用いてその概要を説明する。図１は、本実施の形態１の半導体装置の平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【００２２】
本実施の形態１の半導体装置は、配線基板ＷＢ上に構成されている。配線基板ＷＢは以下で説明するような多数の部材を固定し、その部品間を電気的に接続することで電子回路を構成する板状またはフィルム状の部材であり、プリント配線板またはプリント基板などと称されることもある。一般的な配線基板には、有機材料やセラミック材料などを用いたものがあるが、本実施の形態１の配線基板ＷＢは、ガラスエポキシなどからなる絶縁体である。板状の配線基板ＷＢは、厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する表面（第１主面）ｓ１および裏面（第２主面）ｓ２を有する。
【００２３】
配線基板ＷＢの表面ｓ１および裏面ｓ２には、配線ＭＷが形成されている。配線ＭＷは、例えば銅（Ｃｕ）などを主体とする導体材料である。更に、配線基板ＷＢの表面ｓ１および裏面ｓ２には、配線ＭＷを覆うようにしてソルダレジスト（第１樹脂膜）ＳＲが形成されている。ソルダレジストＳＲは、個々の配線ＭＷや後に詳しく説明するボール電極ＥＢなどの短絡（ショート）を防ぎ、また、この配線ＭＷを保護するために形成されている。なお、これらの配線ＭＷおよびソルダレジストＳＲまでを含めて、配線基板ＷＢと称することもある。
【００２４】
配線基板ＷＢには、その表面ｓ１から裏面ｓ２を貫くような、孔状のスルーホールＴＨが形成されている。このスルーホールＴＨの内壁にも配線基板ＷＢの表裏面ｓ１，ｓ２の配線ＭＷと同様の金属が一体的に形成されている。即ち、配線基板ＷＢの表面ｓ１の配線ＭＷと、配線基板ＷＢの裏面ｓ２の配線ＭＷとは、スルーホールＴＨを通じて電気的に接続されている。
【００２５】
配線基板ＷＢの表裏面ｓ１，ｓ２に形成されたソルダレジストＳＲは、配線ＭＷを覆う部分の一部に開口部ＯＦを有する。即ち、開口部ＯＦの箇所では、配線ＭＷはソルダレジストＳＲに覆われておらず、外部との接続が可能となる。特に、配線基板ＷＢの裏面ｓ２においては、配線ＭＷの端部においてソルダレジストＳＲが開口されている。この裏面ｓ２の開口部ＯＦ付近のランド構造に関しては、後に詳細を説明する。
【００２６】
配線基板ＷＢの表面ｓ１には、ダイボンド材ＤＢを介して、単数または複数の半導体チップＣＨが配置されている。半導体チップＣＨは、例えばシリコンなどからなる半導体材料であり、所望の回路機能を有する集積回路が作り込まれている。この半導体チップＣＨに作り込まれた集積回路に対して外部から電気的に接続するために、半導体チップＣＨはパッドＰＤを有する。本実施の形態１の半導体装置は、半導体チップＣＨは単数であるとして説明する。
【００２７】
半導体チップＣＨに形成された集積回路には、パッドＰＤに接続されたボンディングワイヤＢＷを通じて、外部から電気的に導通される機構となっている。ボンディングワイヤＢＷは、例えば金（Ａｕ）などからなる導体材料の細線である。ボンディングワイヤＢＷのもう一方の端は、配線基板ＷＢの表面ｓ１においてソルダレジストＳＲに覆われていない配線ＭＷ、即ち、開口部ＯＦにおける配線ＭＷに電気的に接続している。ここで、上記のように、配線基板ＷＢの裏面ｓ２の配線ＭＷは、スルーホールＴＨを通じて表面ｓ１の配線ＭＷと導通している。従って、配線基板ＷＢの裏面ｓ２に配置された配線ＭＷは、半導体チップＣＨと電気的に導通していることになる。
【００２８】
配線基板ＷＢの表面ｓ１において、半導体チップＣＨはモールドレジンＭＲ（または、単にレジン、樹脂）によって埋めるようにして封止されている。上記では、半導体チップＣＨをボンディングワイヤＢＷによって配線基板ＷＢの配線ＭＷと接続させるような、ワイヤボンディング方式を示した。一方、半導体チップＣＨを配線基板ＷＢの配線ＭＷと接続する方式は、所謂フリップチップ方式やＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式などであっても良い。
【００２９】
配線基板ＷＢの裏面ｓ２の配線ＭＷにおいて、ソルダレジストＳＲに覆われていない部分、即ち、開口部ＯＦにおける配線ＭＷには、電気的に接続するようにしてボール電極ＥＢ（または、バンプ電極）が形成されている。ボール電極ＥＢは、はんだをボール状にし、配線基板ＷＢの裏面ｓ２の配線ＭＷにはんだ付け（溶接、融着）したものである。ボール電極ＥＢのはんだは、所謂共晶はんだ（６３％の錫と３７％の鉛とからなる）や、鉛を含まないはんだ合金などである。ボール電極ＥＢは、配線基板ＷＢの裏面ｓ２に規則正しく配列したＢＧＡ形状となっている。本実施の形態１のボール電極ＥＢは、最外周の一辺に２０個配置され、内側に向かって４列目まで配置されたものである。これにより２５６個（ピン）のボール電極ＥＢが配置していることになる。
【００３０】
通常、配線基板ＷＢの裏面ｓ２において、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦは、配線ＭＷの端部に形成されている。そして、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦにあって、ソルダレジストＳＲに覆われていない配線ＭＷの端部には、配線ＭＷ本体よりも平面的に幅広であるランド部ＭＬが形成されている。ボール電極ＥＢは、配線ＭＷのうちのランド部ＭＬの上面において、電気的に接続されるようにしてはんだ付けされている。そこで、本実施の形態１の半導体装置における、配線基板ＷＢの裏面ｓ２のランド構造を、図３、図４を用いて詳しく説明する。
【００３１】
図３は、一つのランド部ＭＬ周辺を示す要部平面図であり、ボール電極ＥＢと、後に説明する保護樹脂ＰＲとは省略して示している。また、図３の要部平面図において、ソルダレジストＳＲで覆われている領域には、便宜上、ハッチングを付して示している。以後、ランド構造の要部平面図を示す図面においては同様である。また、図４は、図３のｘ１−ｘ１線およびｙ１−ｙ１線に沿って矢印方向に見た要部断面図である。以下では、特筆しない限り、配線基板ＷＢの裏面ｓ２におけるランド構造を説明しているものとする。
【００３２】
本実施の形態１のランド構造はＮＳＭＤ型である。即ち、配線ＭＷ端部のランド部ＭＬは、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内において、開口輪郭ＯＬから離れて配置されている。言い換えれば、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面的な面積は、配線ＭＷ端部のランド部ＭＬの平面的な面積よりも大きく、かつ、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの開口輪郭ＯＬがランド部ＭＬに達していない。従って、配線ＭＷの端部であるランド部ＭＬはいかなる部分もソルダレジストＳＲに覆われていない。
【００３３】
このように、ＮＳＭＤ型ランド構造では、ランド部ＭＬとソルダレジストＳＲが接していないため、ボール電極ＥＢは形成時にソルダレジストに干渉されない形状を有することができ、温度サイクル時の応力集中を低減できる。これにより、温度サイクルの厳しい条件下での使用時などにも、ボール電極ＥＢにおいて機械的欠陥を生じ難い構造とすることができる。結果として、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００３４】
一方、一般的なＮＳＭＤ型ランド構造では、ランド部ＭＬの端部がソルダレジストＳＲで覆われていないため、ＳＭＤ型ランド構造などと比較して機械強度が低いことを、上記で説明した。これに対し、本実施の形態１の半導体装置では、以下のような構成を有することで、上記の課題を回避できる。
【００３５】
即ち、本実施の形態１の半導体装置におけるＮＳＭＤ型ランド構造においては、配線ＭＷ端部のランド部ＭＬとボール電極ＥＢとの接触部を覆うようにして、保護樹脂ＰＲが形成されている。本実施の形態１の保護樹脂ＰＲは、有機酸、溶剤および硬化剤を含む熱硬化性樹脂である。このような材料を用いる理由は、製造工程上の効果を期待しているからであり、詳しくは後に説明する。また、上記のような保護樹脂ＰＲをフラックス機能を有する補強樹脂と称しても良い。
【００３６】
ＮＳＭＤ型ランド構造においては、配線ＭＷのランド部ＭＬがソルダレジストＳＲから離れて位置されているため、ボール電極ＥＢとソルダレジストＳＲとの間に空間が生じる。そこで、本実施の形態１の半導体装置におけるＮＳＭＤ型ランド構造においては、この空間を埋めるようにして、即ち、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内を埋め込むようにして、機械的に強固な保護樹脂ＰＲが形成されている。即ち、本実施の形態１の保護樹脂ＰＲによって、ボール電極ＥＢはその根元が固定された構造となっている。これにより、ボール電極ＥＢの機械的強度が増加する。結果として、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００３７】
実際に、本発明者らは、本実施の形態１の保護樹脂ＰＲを備えたＮＳＭＤ型ランド構造において、ボール電極ＥＢの機械強度を検証している。その結果を図５に示す。図５はＮＳＭＤ型ランド構造におけるボール電極ＥＢの高速せん断強度（衝撃的な機械強度の一つの指標）の相対値を表すヒストグラムであり、（ａ）は本発明者らが検討した、保護樹脂ＰＲを備えていない半導体装置の特性を示し、（ｂ）は本実施の形態１で説明した、保護樹脂ＰＲを備えた半導体装置の特性を示している。このように、保護樹脂ＰＲを備えたＮＳＭＤ型ランド構造の半導体装置において、ボール電極ＥＢの機械強度が増加していることが分かる。即ち、本実施の形態１のように、ボール電極ＥＢと配線ＭＷのランド部ＭＬとの接触面を含む、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦを埋め込むようにして形成された保護樹脂ＰＲを備えたことで、ボール電極ＥＢの機械的強度を向上できることが確かめられた。以上のように、本実施の形態１によれば、保護樹脂ＰＲを備えることで、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性を向上させることが可能である。
【００３８】
また、図６に示すように、保護樹脂ＰＲは、配線ＭＷのランド部ＭＬとボール電極ＥＢとの接触部から、ボール電極ＥＢの高さの１／２までを覆うようにして、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦを埋め込むようにして形成されていることが、より好ましい。その理由を以下で説明する。
【００３９】
ボール電極ＥＢを球体と見ると、配線基板ＷＢに水平な面で輪切りにしたときに現れる円形断面の直径が最大となるのは、高さがおおむね１／２の箇所での断面である。ただし、ボール電極ＥＢは、溶接により配線ＭＷのランド部ＭＬにはんだ付けされていることから、球体がランド部ＭＬ上に乗っている場合よりも、高さが低くなる。従って、ランド部ＭＬとボール電極ＥＢとの接触部から、ボール電極ＥＢの高さの１／２までが保護樹脂ＰＲで覆われているということは、ボール電極ＥＢのうち、水平方向に最大径となる箇所を保持するようにして保護樹脂ＰＲが形成されていることになる。これにより、ボール電極ＥＢは、保護樹脂ＰＲによってより強固に保持された構造となり、機械的強度を増加できる。結果として、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００４０】
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造工程を、図７〜図１０を用いて説明する。その構造は、上記で図１〜図４を用いて説明したものと同様であり、特筆しない限り、個々の構成要素の効果などの重複した説明は省略する。
【００４１】
まず、図７（ａ）に示すように、配線基板ＷＢを準備する。この配線基板ＷＢの表裏面ｓ１，ｓ２には、上記図２〜図４で説明したような、ＮＳＭＤ型ランド構造の配線ＭＷ、配線ＭＷ端のランド部ＭＬ、および、ソルダレジストＳＲが形成されている。
【００４２】
次に、図７（ｂ）に示すように、配線基板ＷＢ表面ｓ１の所定の位置に、上記図２で説明したような半導体チップＣＨをダイボンド材ＤＢによって接着するようにして配置する（ダイボンディング）。半導体チップＣＨには、所謂前工程と称される通常知られた工程によって、集積回路が形成されている。なお、この前工程は、半導体ウェハと称される平面略円形の板状の半導体材料の状態で施す。この半導体ウェハには、後に半導体チップＣＨとなる領域が複数規定されており、それぞれに対して同様の前工程を施す。そして、前工程を終えた段階で、ダイサと称される裁断機によって、個々の半導体チップＣＨ（ダイともいう）に分断される。
【００４３】
次に、図７（ｃ）に示すように、半導体チップＣＨに電気的に接続するようにして、ボンディングワイヤＢＷを形成する。ボンディングワイヤＢＷは、上記図２で説明したように、半導体チップＣＨのパッドＰＤと配線基板ＷＢの表面ｓ１の配線ＭＷとの間を、電気的に接続するようにして形成する。配線基板ＷＢの表面ｓ１の配線ＭＷと裏面ｓ２の配線ＭＷとは、スルーホールを通じて電気的に導通しているから、この時点で、半導体チップＣＨに形成した集積回路と、配線基板ＷＢの裏面ｓ２の配線ＭＷとは、電気的に接続していることになる。
【００４４】
次に、図７（ｄ）に示すように、配線基板ＷＢの表面ｓ１において、半導体チップＣＨやその他の構成を、モールドレジンＭＲによって埋めるようにして封止する。
【００４５】
続く工程では、配線基板ＷＢの裏面ｓ２において、上記図１〜図４で説明したような構成のボール電極ＥＢおよび保護樹脂ＰＲを形成する。即ち、図８〜図１０に示すように、配線基板ＷＢの裏面ｓ２のランド部ＭＬ上面において、ランド部ＭＬと電気的に接続するようにしてボール電極ＥＢを形成し、ランド部ＭＬとボール電極ＥＢとの接触部を覆うようにして、保護樹脂ＰＲを形成する。以下で、各図を用いて詳細に説明する。図８〜図１０は、配線基板ＷＢの裏面ｓ２において、ボール電極ＥＢを形成するＮＳＭＤ型ランド構造の周辺を示す要部断面図である。
【００４６】
図８に示すように、はんだを球状にしたボール電極ＥＢを、ボール保持ツールＢＣによって、配線基板ＷＢの裏面ｓ２のランド部ＭＬ付近に供給する。このとき、個々のボール電極ＥＢの下部に、液状の保護樹脂ＰＲを付着させておき、ボール電極ＥＢと同時に供給する。
【００４７】
続いて、図９に示すように、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内のランド部ＭＬの上面に、保護樹脂ＰＲを介して、ボール電極ＥＢを載置する。前の工程で、ボール電極ＥＢの下部に保護樹脂ＰＲを付着させておいたから、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内のランド部ＭＬ上には、保護樹脂ＰＲ、ボール電極ＥＢを、この順に載置したことになる。一方、例えば、ボール電極ＥＢとは別に、予めソルダレジストＳＲの開口部ＯＦに、保護樹脂ＰＲを乗せておき、その上からボール電極ＥＢを載置しても良い。このようにしても、上記のような構造とすることができる。
【００４８】
その後、ボール電極ＥＢの主成分であるはんだの融点以上の温度において熱処理を施すことで、ボール電極ＥＢをリフローする。例えば、鉛（Ｐｂ）を含まないはんだの融点は２２０℃程度であり、２４０〜２５０℃程度の熱処理によってリフローする。このリフロー工程によって、図１０に示すように、ボール電極ＥＢがランド部ＭＬに融着することで、両者が電気的に接続される。
【００４９】
ここで、本実施の形態１の保護樹脂ＰＲは、有機酸、溶剤および硬化剤を含む熱硬化性樹脂を用いる。そして、このような保護樹脂ＰＲを用いることで、リフロー工程の際に以下のような作用が生じる。
【００５０】
第１に、保護樹脂ＰＲは有機酸を含むことから、リフロー工程における熱処理によって、フラックス作用をもたらす。即ち、熱処理を施すことで、保護樹脂ＰＲがボール電極ＥＢとランド部ＭＬとの接合面の酸化物を除去し、はんだからなるボール電極ＥＢのランド部ＭＬに対する濡れ性が向上する。これによって、ランド部ＭＬに対してボール電極ＥＢが良好に融着し、両者が電気的に正常に接続される。本実施の形態１の保護樹脂ＰＲに含まれ、フラックス作用をもたらすための有機酸は、例えば、松脂に含まれるロジンや、カルボン酸や、カルボン酸無水物などである。
【００５１】
第２に、保護樹脂ＰＲは硬化剤を含む熱硬化性樹脂であることから、リフロー工程における熱処理によって、保護樹脂ＰＲ自体の硬化作用をもたらす。即ち、熱処理によって、保護樹脂ＰＲに含まれる硬化剤が、同じく保護樹脂ＰＲに含まれる熱硬化性樹脂を硬化させる。本実施の形態１の保護樹脂ＰＲに含まれ、硬化性をもたらすような材料としての硬化剤は、例えばカルボン酸無水物やアミンなど、また、熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ樹脂などである。更に、保護樹脂ＰＲは上記のほかに溶剤を含んでいるため、リフロー工程に伴う熱処理の間、保護樹脂ＰＲは、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦを埋め込むようにして溶融しながら、次第に硬化されていくことになる。
【００５２】
通常知られたフラックスは、上記第１の作用を有するものの、上記第２の作用のように、リフロー工程によって硬化する作用を意図的に持たせていない。即ち、リフロー工程に伴う熱処理よって溶剤が蒸発し、残った材料が硬化することにはなるが、これは水分にも容易に溶融してしまうほど強度の低いものである。従って、本実施の形態１で上記図１〜図４を用いて説明したような、ボール電極ＥＢの機械的強度を増加させ得るような効果は生じない。
【００５３】
これに対し、本実施の形態１の製造工程において、上記のような保護樹脂ＰＲを用いることで、ランド部ＭＬとボール電極ＥＢとの接触部を含むソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内を埋め込むようにして、機械的に強固な保護樹脂ＰＲを形成することができる。即ち、保護樹脂ＰＲによって、ボール電極ＥＢはその根元が固定された構造を形成することができる。これにより、ボール電極ＥＢの機械的強度が増加する。結果として、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００５４】
更に、上記のような効果をもたらす構造を形成するための、本実施の形態１の製造工程は、ボール電極ＥＢをはんだ付けする際の通常のリフロー工程を利用するものであり、特別な工程の追加を要しない。半導体装置の製造過程において工程を低減させることは、歩留まりの向上、また、それによる信頼性の向上をもたらすことができる。即ち、本実施の形態１の製造工程のようにして保護樹脂ＰＲを備えた構造を形成することで、製造工程を追加して同様の構造を形成した場合と比較して、工程数を低減することができる。結果として、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００５５】
その後、モールドされた半導体チップＣＨを備えた配線基板ＷＢを、一単位ごとに個片切断（ダイシング）する。以上のようにして、上記図１〜図４を用いて説明したような構造の、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置を形成することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、上記図３、図４を用いて説明したように、保護樹脂ＰＲを有するＮＳＭＤ型ランド構造とすることでボール電極ＥＢのせん断強度を増加させ、それにより、ＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性を向上させる技術などを説明した。ここで、ＮＳＭＤ型ランド構造におけるソルダレジストＳＲの開口部ＯＦに関し、その平面形状を変えることで、更にボール電極ＥＢのせん断強度を増加させることができる。その態様を本実施の形態２において説明する。
【００５７】
本実施の形態２の半導体装置におけるＮＳＭＤ型ランド構造は、以下で説明する構成を除き、上記実施の形態１の半導体装置と同様の構成を有しており、その構成要素を備えることによる効果も同様であるとし、ここでの重複した説明は省略する。
【００５８】
図１１は、本実施の形態２のＮＳＭＤ型ランド構造の周辺を示す要部平面図である。また、図１２は、図１１のｘ２−ｘ２線およびｙ２−ｙ２線に沿って矢印方向に見た要部断面図である。図のように、本実施の形態２のＮＳＭＤ型ランド構造では、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面形状が、凹凸を有している。上記実施の形態１のＮＳＭＤ型ランド構造では、上記図３のように、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面形状は、略正円形状であった。これに対し、本実施の形態２のＮＳＭＤ型ランド構造では、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面形状が、複数の曲率を有する曲線から構成され、かつ、中心からの距離が異なる複数の曲線から構成される形状となっている。即ち、本実施の形態２のソルダレジストＳＲの開口部ＯＦは、一定の曲率で構成された正円形状に比べ、周の長さが長い。
【００５９】
本実施の形態２のＮＳＭＤ型ランド構造においても、上記実施の形態１と同様に、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内を埋め込むようにして、保護樹脂ＰＲが形成されている。そして、上記のように、本実施の形態２の開口部ＯＦの平面形状では、正円形状に比べて周の長さが長くなっている。即ち、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内に埋め込まれた保護樹脂ＰＲは、より長い領域で開口輪郭ＯＬと接していることになる。これにより、保護樹脂ＰＲのソルダレジストＳＲとの密着性が向上し、より強固にボール電極ＥＢを支持できるようになる。従って、ＮＳＭＤ型ランド構造におけるボール電極ＥＢのせん断強度はより増加する。結果として、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００６０】
また、本発明者らの更なる検討によれば、ＮＳＭＤ型ランド構造においては、配線ＭＷの端部であるランド部ＭＬにおいて、その配線ＭＷ本体と接続している箇所よりも接続していない箇所の方が、ボール電極ＥＢのせん断強度が低い。これは、ランド部ＭＬにつながる配線ＭＷが、その先でソルダレジストに覆われているため、局部的にＳＭＤ構造を形成し、機械強度を保っているためである。従って、ランド部ＭＬの端部において、ボール電極ＥＢのはがれなどが起き易いのである。
【００６１】
これに対し、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面形状を変えるという本実施の形態２によれば、更に、以下のような態様が考えられ、上記の課題を解決するためにより効果的である。詳しくは、以下において図１３、図１４を用いて説明する。
【００６２】
図１３は、本実施の形態２の他のＮＳＭＤ型ランド構造の周辺を示す要部平面図である。また、図１４は、図１３のｘ３−ｘ３線およびｙ３−ｙ３線に沿って矢印方向に見た要部断面図である。図のように、本実施の形態２の他のＮＳＭＤ型ランド構造では、ランド部ＭＬが配線ＭＷに接続している箇所に近い領域よりも遠い領域の方が、ランド部ＭＬの輪郭であるランド輪郭ＭＦからソルダレジストＳＲの開口輪郭ＯＬまでの距離が長くなっている。言い換えれば、配線ＭＷと接続した箇所のランド部ＭＬから見たソルダレジストＳＲの開口輪郭ＯＬよりも、その向かいに位置し、配線ＭＷとの接続箇所から遠い箇所のランド部ＭＬから見たソルダレジストＳＲの開口輪郭ＯＬの方が、離れて配置されている。
【００６３】
例えば、図のように、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面形状を、楕円形状にする。詳細に説明すると、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面形状は、第１の直径と、第１の直径よりも長く、第１の直径と交差する方向である第２の直径からなる楕円形状であり、第２の直径がランド部ＭＬとつながる配線ＭＷの延在する方向（ランド部ＭＬから引き出される方向）に沿うように、楕円形状の開口部ＯＦが形成されている。そして、ＮＳＭＤ型ランド構造ではランド部ＭＬを、ソルダレジストＳＲに覆われないように、開口部ＯＦの内部に配置するが、このときに、楕円形状の開口部ＯＦの中心にランド部ＭＬを配置せず、長軸方向に偏らせて配置する。特に、ランド部ＭＬが配線ＭＷに接続されている箇所がソルダレジストＳＲの開口輪郭ＯＬに近付くように、開口部ＯＦの楕円形状の長軸方向に偏らせて、ランド部ＭＬを配置する。言い換えれば、ランド部ＭＬが配線ＭＷに接続した箇所と反対方向に楕円形状が伸長するようにして、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦを形成する。
【００６４】
ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦの平面形状を、上記のようにすることで、以下のような効果が得られる。本実施の形態２のＮＳＭＤ型ランド構造において、ソルダレジストＳＲの開口部ＯＦ内には保護樹脂ＰＲが埋め込まれているが、この開口部ＯＦが広ければ広いほど、たくさんの保護樹脂ＰＲが埋め込まれることになる。即ち、ソルダレジストＳＲの開口輪郭ＯＬからランド輪郭ＭＦまでの距離が長い箇所の方が、より多量の保護樹脂ＰＲで埋め込まれる。従って、ランド部ＭＬが配線ＭＷと接続されずに終端している箇所における、ボール電極ＥＢとランド部ＭＬとの接触箇所は、より多量の保護樹脂ＰＲで覆われた構造となっている。これにより、ボール電極ＥＢがよりはがれ易いとされた箇所、即ち、ランド部ＭＬにおける配線ＭＷとの接続箇所から離れた箇所において、より強固に保護樹脂ＰＲで支持することができる。従って、ＮＳＭＤ型ランド構造におけるボール電極ＥＢの機械強度はより増加する。結果として、ＮＳＭＤ型ランド構造を有するＢＧＡ型パッケージの半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００６５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６６】
例えば、上記実施の形態１の製造工程においては、上記図７を用いて説明したように、半導体チップＣＨとして個片化した状態で配線基板ＷＢにダイボンディングし、その後の工程を施した。一方、所謂ＷＰＰ（Wafer Process Package）またはＷＬＰ（Wafer Level Package）と称されるような、半導体ウェハの状態でのパッケージ技術に適用しても、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、例えばパーソナルコンピュータ、モバイル機器、車載機器、または、サーバ等において、情報処理を行うために必要な半導体装置の産業分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の平面図である。
【図２】図１に示した半導体装置のＡ−Ａ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１である半導体装置の要部平面図である。
【図４】図３に示した半導体装置の要部断面図であって、左はｘ１−ｘ１線に沿って矢印方向に見た断面図、右はｙ１−ｙ１線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図５】ボール電極の高速せん断強度（衝撃的な機械強度の一つの指標）を示すグラフ図であって、（ａ）は本発明者らが検討した半導体装置の特性を示し、（ｂ）は本発明の実施の形態１である半導体装置の特性を示すグラフ図である。
【図６】図３に示した半導体装置の変形例の要部断面図であって、左はｘ１−ｘ１線に沿って矢印方向に見た断面図、右はｙ１−ｙ１線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程中における説明図であって、（ｂ）は（ａ）に続く製造工程中を示し、（ｃ）は（ｂ）に続く製造工程中を示し、（ｄ）は（ｃ）に続く製造工程中を示す説明図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図９】図８に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１０】図９に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２である半導体装置の要部平面図である。
【図１２】図１１に示した半導体装置の要部断面図であって、左はｘ２−ｘ２線に沿って矢印方向に見た断面図、右はｙ２−ｙ２線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２である他の半導体装置の要部平面図である。
【図１４】図１３に示した半導体装置の要部断面図であって、左はｘ３−ｘ３線に沿って矢印方向に見た断面図、右はｙ３−ｙ３線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図１５】本発明者らが検討した半導体装置の要部平面図である。
【図１６】図１５に示した半導体装置の要部断面図であって、左はｘａ−ｘａ線に沿って見た矢印方向に断面図、右はｙａ−ｙａ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図１７】本発明者らが検討した他の半導体装置の要部平面図である。
【図１８】図１７に示した半導体装置の要部断面図であって、左はｘｂ−ｘｂ線に沿って矢印方向に見た断面図、右はｙｂ−ｙｂ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
ＢＣ  ボール保持ツール
ＢＷ  ボンディングワイヤ
ＣＨ  半導体チップ
ＤＢ  ダイボンド材
ＥＢ  ボール電極
ＭＦ  ランド輪郭
ＭＬ  ランド部
ＭＲ  モールドレジン
ＭＷ  配線
ＯＦ  開口部
ＯＬ  開口輪郭
ＰＤ  パッド
ＰＲ  保護樹脂
ｓ１  表面（第１主面）
ｓ２  裏面（第２主面）
ＳＲ  ソルダレジスト（第１樹脂膜）
ＴＨ  スルーホール
ＷＢ  配線基板
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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