(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子本体の実装面に複数の電極パッドを配置すると共に、各電極パッド上にはんだバンプ電極を形成して成る表面実装素子の電極構造において、
前記複数の電極パッドを、前記ハンダバンプ電極より大きな面積を有した形状に形成すると共に、当該複数の電極パッドのうちの少なくとも１個以上に、前記はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向若しくはこれと反対の方向へ延長された形状の張り出し部を形成したことを特徴とする表面実装素子の電極構造。
【請求項２】
前記張り出し部は、少なくとも前記重心位置との間の距離が最も長い状態にあるはんだバンプ電極と対応した電極パッドに形成されることを特徴とする請求項１記載の表面実装素子の電極構造。
【請求項３】
素子本体の実装面に複数の電極パッドを配置すると共に、各電極パッド上にはんだバンプ電極を形成して成る表面実装素子の電極構造において、
前記複数の電極パッドに、前記はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向若しくはこれと反対の方向へ延長された形状の張り出し部がそれぞれ形成され、
前記各張り出し部は、前記重心位置との間の距離が長い状態にあるはんだバンプ電極に対応したものほど張り出し寸法が長くなるように設定されることを特徴とする表面実装素子の電極構造。
【請求項４】
前記電極パッドは、前記素子本体の実装面の周縁部分のみに配置されていることを請求項１ないし３の何れかに記載の表面実装素子の電極構造。
【請求項５】
前記張り出し部は、前記はんだバンプ電極の周縁部からはみ出した部分であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の表面実装素子の電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップなどのように複数のはんだバンプ電極を備えた表面実装素子の電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体ベアチップ実装技術の一つであるフリップチップにおいては、半導体チップの実装面に配置された電極パッド上にはんだバンプ電極を形成し、そのはんだバンプ電極を配線基板側の電極パッドに対し押し付けた状態で接続するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなフリップチップにおいては、半導体チップ及び配線基板間を接合するはんだ部分に作用する熱応力（半導体チップと配線基板との線膨張係数の差に伴う熱応力）により発生する歪みを、当該はんだ部分の変形により緩和する構造となっている。しかしながら、はんだ部分の温度が低下した状態では、はんだが硬化して変形し辛くなるため、上記のような歪み緩和効果を十分に期待できなくなり、場合によっては、電極パッドが半導体チップ上で滑ることに起因した電極の位置ずれや断線を来たすなど、実装状態での接続信頼性が低下するという問題点があった。
【０００４】
このような問題点に対処するために、従来では、半導体チップに極力近い線膨張係数を備えた配線基板材料を選定することが行われているが、実際には、両者の線膨張係数を完全に一致させることが不可能であるため、前述したような問題点を確実に解決することは困難であった。
【０００５】
また、上記問題点を解決するために、特開平６−１７７１３４号公報に見られる技術が考えられている。即ち、この公報には、ＩＣウエハ（半導体チップ）上の電極パッドとこれを被覆するバリアメタル層との間の外周部分に、ポリイミド樹脂またはエポキシ系樹脂より成る樹脂層を介在させ、はんだ部分に作用する熱応力に起因した歪みを、上記樹脂層の変形により吸収する構成となっている。
【０００６】
しかしながら、この構成では、全体の構成が複雑化して製造コストが高くなるという欠点があり、しかも、樹脂層の弾性率と一般的にはアルミニウムが利用される電極パッドの弾性率との差が大きいという事情があるため、バリアメタル層と電極パッドの接合部において逆に応力集中を来たして電極パッドにダメージが加えられる可能性が高くなるものであり、前述した問題点を確実に解決できるとはいえないものであった。
【０００７】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極パッドの形状に変更を加えるだけの簡単な構成によって、実装状態での接続信頼性の向上を実現できるようになる表面実装素子の電極構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、請求項１記載の発明のように、はんだバンプ電極が形成された複数の電極パッドを、前記ハンダバンプ電極より大きな面積を有した形状に形成すると共に、それらのうちの少なくとも１個以上に、上記はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向若しくはこれと反対の方向へ延長された形状の張り出し部を形成する構成を採用できる。
【０００９】
一般的に、素子本体の実装面に配置された複数の電極パッド上にはんだバンプ電極を形成して成る表面実装素子を配線基板に実装した場合には、線膨張係数差に起因した熱応力による歪みがはんだ部分の変形によって緩和されるものであるが、そのはんだ部分の温度が大きく低下してはんだが硬化した状態では、上記した熱応力緩和機能が不十分になる。この場合、一般的な表面実装素子にあっては、素子本体の線膨張係数より配線基板の線膨脹係数が大きいという事情があるため、上記のようにはんだ部分の温度が低下した状態では、電極パッドに対して、はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向へ移動させようとする力が作用するものであり、当該電極パッドと素子本体との間には、上記のような移動を押し止めようとする拘束力が働く。
【００１０】
上記拘束力は、電極パッドと素子本体との間の接合面積の大きさに依存するものであるが、複数の電極パッドを、前記ハンダバンプ電極より大きな面積を有した形状に形成すると共に、それらのうちの少なくとも１個以上に、はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向へ延長された形状の張り出し部を形成する構成としておけば、当該張り出し部が形成された電極パッドについては、これと素子本体との間に働く拘束力が、上記重心位置方向について大きくなる。
【００１１】
このように、張り出し部が形成された電極パッドにあっては大きな拘束力が得られるため、その電極パッドが素子本体上で滑ることに起因した位置ずれや断線を来たす虞がなくなり、実装状態での接続信頼性が向上するようになる。しかも、このような効果を得るために、電極パッドの形状に変更を加えるだけで済むから、製造コストが高騰する虞がなくなる。
【００１２】
尚、素子本体の線膨張係数が配線基板の線膨脹係数より大きい場合には、複数の電極パッドのうちの少なくとも１個以上に、はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向と反対の方向へ延長された形状の張り出し部を形成する構成とすれば良いものである。
【００１３】
また、一般的に、実装状態においてはんだ部分に作用する熱応力は、はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置と各はんだバンプ電極との間の距離が長い場合ほど大きくなるという事情があるから、請求項２記載の発明のように、前記張り出し部を、少なくとも上記重心位置との間の距離が最も長い状態にあるはんだバンプ電極と対応した電極パッドに形成することが望ましくなる。
【００１４】
これと同じ事情を考慮すると、前記張り出し部を複数の電極パッドにそれぞれ形成した場合には、請求項３記載の発明のように、各張り出し部の張り出し寸法を、前記重心位置との間の距離が長い状態にあるはんだバンプ電極に対応したものほど長くなるように設定することが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図２には、表面実装素子としてのフリップチップ１に設けられるはんだバンプ電極２部分の縦断面構造が示されている。この図２において、Ｓｉチップ３（本発明でいう素子本体に相当）の実装面には、内部配線層の一部をなす電極パッド４、並びに内部配線層を電極パッド４の開口部を残して覆う絶縁保護膜５が形成されている。尚、電極パッド４を含む内部配線層は、例えばＡｌ−Ｓｉ１％により厚さ１．３３μｍ程度に形成され、絶縁保護膜５は、例えばＰ−ＳｉＮにより厚さ１．６μｍ程度に形成される。
【００１６】
上記絶縁保護膜５上には、これに形成された前記開口部を中心とした形状のＴｉ製バリアメタル６が、蒸着或いはスパッタにより０．３μｍ程度の厚さに形成されている。このバリアメタル６上には、厚さ３０μｍ程度のきのこ状の下地金属７が例えばＣｕメッキにより形成され、当該下地金属７上に、略半球形状のはんだバンプ８が形成され、以てはんだバンプ電極２が構成されている。
【００１７】
上記のように構成されたはんだバンプ電極２は、フリップチップ１の実装面に複数個配置されるものである。具体的には、フリップチップ１の実装面を概略的に示す図１のように、矩形状をなすフリップチップ１の周縁部分には、複数個の電極パッド４が矩形状配置となるように設けられるものであり、これら電極パッド４上に、はんだバンプ電極２（説明の便宜上、バリアメタル６のみを示す）が形成される。尚、電極パッド４は、フリップチップ１の回路形成領域１ａに対して前記内部配線層（図示せず）を介して接続されている。
【００１８】
この場合、各電極パッド４は、はんだバンプ電極２のバリアメタル６より大きな面積を有した形状、具体的にはバリアメタル６の周縁部からはみ出した張り出し部４ａを備えた楕円近似形状に形成されており、特に、各張り出し部４ａは、はんだバンプ電極２群の分布に関しての重心位置Ｇ方向へ所定の寸法だけ延長された形状に設定されている。
【００１９】
上記張り出し部４ａにおける重心位置Ｇ方向への延長部分の張り出し寸法Ｐ（図１、図２参照）は、重心位置Ｇとの間の距離ΔＳが長い状態にあるはんだバンプ電極２に対応したものほど長くなるように設定される。具体的には、各張り出し部４ａの張り出し寸法Ｐは、重心位置Ｇと当該張り出し部４ａに対応するはんだバンプ電極２との間の距離ΔＳの１．１乗に比例した値に設定される。つまり、上記張り出し寸法Ｐは、重心位置Ｇ及びはんだバンプ電極２間の距離ΔＳと、当該張り出し寸法Ｐとの関係を示す図３中の斜線帯の範囲に収まるように設定される。
【００２０】
上記した本実施例の構成によれば、以下に述べるような作用・効果が得られることになる。
即ち、フリップチップ１を配線基板に実装した状態では、それらの線膨張係数差に起因した熱応力による歪みが、はんだバンプ電極２のはんだ部分の変形によって緩和されるものであるが、そのはんだ部分の温度が大きく低下してはんだが硬化した状態では、上記した熱応力緩和機能が不十分になる。この場合、配線基板が例えばアルミナ基板であった場合には、その線膨張係数が７ｐｐｍ程度であるのに対して、フリップチップ１を構成するＳｉチップ３の線膨張係数は３．５ｐｐｍ程度であるため、上記のようにはんだ部分の温度が低下した状態では、電極パッド４に対して、はんだバンプ電極２群の分布に関しての重心位置Ｇ方向へ移動させようとする力が作用するものであり、当該電極パッド４とＳｉチップ３との間には、上記のような移動を押し止めようとする拘束力が働く。
【００２１】
上記拘束力は、電極パッド４とＳｉチップ３との間の接合面積の大きさに依存するものであるが、複数の電極パッド４のそれぞれに、上記重心位置Ｇ方向へ延長された形状の張り出し部４ａを形成する構成となっているから、電極パッド４とＳｉチップ３との間に働く拘束力が、上記重心位置Ｇ方向について大きくなる。この場合、張り出し部４ａにあっては、重心位置Ｇと反対方向の部分では引張方向の拘束力を受ける関係上、クラックを生ずる可能性があるが、重心位置Ｇ方向の部分では圧縮方向の拘束力を受ける関係上、クラックを生じ難いものである。従って、電極パッド４の重心位置Ｇ方向への張り出し寸法Ｐは、クラックの発生防止に大きく寄与するものであり、その寸法効果が大きくなる。
【００２２】
このように、各電極パッド４において大きな拘束力が得られる結果、それらの電極パッド４がＳｉチップ３上で滑ることに起因した位置ずれや断線を来たしたり、或いは電極パッド４の周囲を覆うように設けられている絶縁保護膜５にクラックが発生するなどの虞がなくなり、実装状態での接続信頼性が向上するようになる。
【００２３】
因みに、図４には、重心位置Ｇとの間の距離ΔＳが例えば１．９８mmに設定されたはんだバンプ電極２を備えたフリップチップ１について、張り出し寸法Ｐが異なるサンプルを複数個用意し、これらのサンプルを配線基板（アルミナ基板）に実装した状態で温度サイクル試験を行った結果を示す。但し、温度サイクルの条件は−４０℃〜＋１２５℃各３０分、データサンプリングは５００回、１０００回、１５００回の温度サイクル終了時に行った。この図４からは、張り出し寸法Ｐが図３中の斜線帯の範囲に収まるサンプル（張り出し寸法Ｐが２９μｍ程度より大きいサンプル）については、電極パッド４の位置ずれが全く発生していないことが理解できる。
【００２４】
また、本実施例によれば、上記のような効果を得るために、電極パッド４の形状に変更を加えるだけで済むから、従来のように全体の構成が複雑化する虞がなくなり、製造コストの高騰を抑制できるようになる。
【００２５】
（第２の実施形態）
尚、上記第１実施例では、電極パッド４を楕円近似形状としたが、これに限定されるものではなく、例えば本発明の第２実施例を示す図５のように矩形状の電極パッド４′を設ける構成としても良い。この場合においても、電極パッド４′の張り出し部４ａ′における重心位置Ｇ方向への延長部分の張り出し寸法Ｐを、その重心位置Ｇとの間の距離ΔＳが長い状態にあるはんだバンプ電極２に対応したものほど長くなるように設定することになる。
【００２６】
（第３の実施形態）
また、本発明の第３実施例を示す図６のように、第１実施例における電極パッド４に代えて、多角形状の電極パッド４″を設ける構成としても良い。この場合においても、電極パッド４″の張り出し部４ａ″における重心位置Ｇ方向への延長部分の張り出し寸法Ｐを、その重心位置Ｇとの間の距離ΔＳが長い状態にあるはんだバンプ電極２に対応したものほど長くなるように設定することになる。
【００２７】
（その他の実施形態）
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
例えば第１実施例においては、複数の電極パッド４の全てに、重心位置Ｇ方向への延長部分を備えた張り出し部４ａを形成する構成としたが、少なくとも１個の電極パッド４に対して延長部分を備えた張り出し部４ａを形成する構成としても、ある程度の効果が得られるものである。
【００２８】
この場合、上記張り出し部４ａを、少なくとも上記重心位置Ｇとの間の距離ΔＳが最も長い状態にあるはんだバンプ電極２と対応した電極パッド４に形成する構成としても良い。つまり、フリップチップ１の実装状態において最も大きな熱応力が作用するのは、重心位置Ｇとの間の距離ΔＳが最も長い状態にあるはんだバンプ電極２と対応した電極パッド４であるから、少なくともこの電極パッド４に張り出し部４ａを形成する構成とすれば、所期の目的を達成することが可能になるケースも出てくる。
【００２９】
内部配線層を多層構造としたフリップチップに適用する場合には、実装面に対し最も傾斜が大きくなる内部配線層（一般的には最上層の内部配線層）に対応した電極パッドに対して、第１実施例と同様の張り出し部を形成する構成とすれば良い。
【００３０】
表面実装素子の例としてフリップチップ１を挙げたが、電極パッド及びこの電極パッド上に形成されたはんだバンプ電極を備えた表面実装素子（例えば半導体用パッケージ、受動チップ部品など）に広く適用できるものである。
【００３１】
複数の電極パッドが設けられる素子本体の線膨張係数が、その実装用の配線基板の線膨脹係数より大きい場合には、温度が低下した状態時において、電極パッドに対し、はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向と反対の方向へ移動させようとする力が作用することになるから、複数の電極パッドのうちの少なくとも１個以上に、はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置方向と反対の方向へ延長された形状の張り出し部を形成する構成とすれば良いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すフリップチップの概略的正面図
【図２】フリップチップにおけるはんだバンプ電極部分の縦断面図
【図３】はんだバンプ電極群の分布に関しての重心位置及びはんだバンプ電極間の距離と、電極パッドの張り出し部の張り出し寸法との関係を示す特性図
【図４】温度サイクル試験の結果を示す図
【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【符号の説明】
１…フリップチップ（表面実装素子）、２…はんだバンプ電極、３…Ｓｉチップ（素子本体）、４、４′、４″…電極パッド、４ａ、４ａ′、４ａ″…張り出し部、８…はんだバンプを示す。
【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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