JP2005191591A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＧＡ型半導体装置において、温度変化が繰り返し加わった際に、半導体素子の外形線と交差して端部を横切るように配置された導電性配線に発生する断線を防止する。
【解決手段】プリント配線基板などのインターポーザ４の表面配線２の半導体素子１の外縁部１ａを横切る表面配線１２に幅広部１３を形成することで絶縁膜に温度変化が加わった際の変形量を低減、もしくは拘束する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子と外部端子を電気的に接続する導電性配線を備えた半導体装置に係り、特に導電性配線の信頼性を高めた半導体装置に関する。

半導体装置の高密度実装化に対応するため、多ピン化、小型化および高速化に適したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の半導体装置が実用化されている。ＢＧＡ型半導体装置は、半導体装置のパッケージの面内にはんだバンプなどから外部端子を２次元配置した構造となっている。ＢＧＡ型半導体装置では、半導体素子と外部端子との電気的接続のため、表面、あるいは表面および内部に導電性配線が形成されているインターポーザと呼ばれる部材が用いられている。インターポーザにはガラス／エポキシなどを基材とするプリント配線基板や、テープ・オートメイティド・ボンディング（ＴＡＢ）技術による半導体装置で用いられているポリイミドなどを基材として表面などに導電性配線を形成した絶縁性テープなどが使用されている。

インターポーザにプリント配線基板を用いた従来の半導体装置の例が米国特許ＮＯ．５２１６２７８および特表平６−５０６３１９号公報などに開示されている。これら従来技術によるＢＧＡ型半導体装置の例を図３０および図３１に示す。なお、図３０は従来のＢＧＡ型半導体装置の断面図、図３１は図３０に示した従来の半導体装置の半導体素子と封止樹脂と絶縁膜を取り除いた状態での平面図である。

従来のＢＧＡ型半導体装置は半導体素子１と、表面および内部に導電性配線が形成され、導電性配線の一部を開口するように形成された絶縁膜３を有するプリント配線基板４と、半導体素子１をプリント配線基板表面に固着する接着部材５と、半導体素子１とプリント配線基板の導電性配線とを電気的に接続する金属細線６と、半導体素子１と金属細線６とプリント配線基板４の半導体素子固着面４ａを封止する封止樹脂７と、外部端子８とから構成されている。導電性配線は、表面配線２とボンディングパッド２ａとスルーホール２ｂと内部配線２ｃとランド２ｄとから構成されている。絶縁膜３はソルダーレジストあるいはフォトレジストなどと呼ばれており、スクリーン印刷法、フォト法などによって形成される。絶縁膜にはエポキシ、ポリイミド、ポリブタジエンなどの材料が用いられる。

金属細線６とプリント配線基板４の導電性配線とは、半導体素子１の面外に配置されているボンディングパッド２ａで接続されている。ボンディングパッド２ａ部分では、絶縁膜３に開口部３ａが形成されており、金属細線６とボンディングパッド２ａが接合できるようになっている。外部端子８はプリント配線基板の外部端子接合面４ｂに格子状に設けられており、半導体素子１の面外および面内の両方に配置されている。半導体素子１面内に配置される外部端子８と半導体素子１とを電気的に接続するため、表面配線２はボンディングパッド２ａから半導体素子１の面内に向かって半導体素子１の外形線と交差するように連続して形成されており、表面配線に連なるスルーホール２ｂあるいは内部配線２ｃを経て外部端子８が接合されるプリント配線基板の外部端子接合面４ｂに形成されたランド２ｄまで形成されている。ランド２ｄ部は、プリント配線基板の外部端子接合面４ｂに設けられた絶縁膜９に開口部９ａが形成されており、ランド２ｄと外部端子８が接合できるようになっている。

米国特許第５２１６２７８号 特表平６−５０６３１９号公報

従来の半導体装置では、半導体素子１の線膨張係数が２〜３×１０^-6／℃、プリント配線基板の線膨張係数が１６×１０^-6／℃程度であり、両者の線膨張係数に大きな差異がある。このような構成の半導体装置に温度変化が加わると、両者の線膨張係数差に起因した熱応力が両者の界面に発生するようになり、接着部材５にき裂やはく離などが発生する。接着部材５にき裂などが発生すると、両者の界面に発生する熱応力は半導体素子１の端部１ａに集中してさらに大きくなる。このような状況で温度変化が繰り返し加わると、図３２（従来のＢＧＡ型半導体装置の絶縁膜のき裂の状態を示す断面図）に示すように、半導体素子の端部１ａ部分から絶縁膜３のき裂１１が発生するようになる。

次に絶縁膜３のき裂１１の発生と成長のメカニズムを説明する。半導体素子１とプリント配線基板４の線膨張係数差により発生する熱応力は両者の界面全体で分担するが、接着部材５にき裂１０が発生すると、このき裂１０の部分は応力を負担できなくなるため、半導体素子の端部１ａに応力が集中するようになる。この応力集中によって絶縁膜３にき裂１１が発生する。絶縁膜３の線膨張係数が比較的大きいことと、接着部材５にき裂が生じていることから、絶縁膜３は温度変化によって自由に変形できるようになる。温度変化の繰り返しに伴って、絶縁膜３のき裂１１は開口と閉口を繰り返しながら徐々に進行していき、いずれは絶縁膜３を横断したき裂に成長するようになる。

表面配線２が上記絶縁膜３のき裂１１の発生個所である半導体素子端部１ａを横切るように、半導体素子１の外縁部の内側（以下、内面ともいう）と外側（以下、外面ともいう）とに連続して形成されていると、き裂１１は表面配線２内部へも進行し、いずれは表面配線２に断線が発生する可能性が大きくなる。表面配線が断線すると半導体装置が正常に機能しなくなり、半導体装置の信頼性を著しく低下させることになる。

同様の問題は、インターポーザとして表面に導電性配線が形成されたＴＡＢ技術で用いられる絶縁テープを使用した半導体装置においても発生する。

本発明は、半導体素子の外縁部（以下、外形線ともいう）と交差するように半導体素子の面内と面外とに連続して形成されている導電性配線の断線を防止・抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、接着部材にき裂などが発生したことによって生じる、温度変化が加わった際の絶縁膜の大きな変形を低減もしくは拘束する手段を採用することによって解決することができる。

本発明は、一主面を有する基板と、この基板の一主面に形成された導電性配線と、前記基板の一主面と前記導電性配線との所望の領域に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の前記基板とは反対側に接着層を介して配設された半導体素子とを備え、前記導電性配線が前記半導体素子の外縁部より外側と前記半導体素子の外縁部より内側とを結ぶように形成された半導体装置において、以下の構成を備えたことを特徴とする。

（Ａ）前記導電性配線は前記半導体素子の外縁部と対向する位置の幅が前記半導体素子の外縁部より外側および／または内側と対向する位置の幅よりも広くなるように形成されていること。

（Ｂ）前記導電性配線のうち前記半導体の外縁部を構成する各辺の中央部と対向する領域に形成された導電性配線は前記半導体素子の外縁部と対向する位置の幅が前記半導体素子の外縁部より外側および／または内側と対向する位置の幅よりも広くなるように形成されていること。

本発明が対象とする半導体装置では、基板表面の導電性配線が一部の開口部を除いて絶縁膜により被覆された状態になっている。導電性配線は銅（Ｃｕ）もしくは銅の表面にめっきを施した材料によって形成される。導電性配線に用いる材料は絶縁膜の材料より通常弾性係数が大きいため、温度変化時の絶縁膜の変形は、導電性配線によって拘束されるようになっている。したがって、導電性配線の配線幅を広くして絶縁膜内での導電性配線が占める割合を多くすることにより、絶縁膜の変形量を低減することができる。

図３３はＢＧＡ型半導体装置の１／４部分を取り出し、半導体素子面内に導電性配線を１本形成したモデルで、導電性配線の周囲にき裂を導入し、半導体装置を冷却した場合の導電性配線表面の応力と配線幅の関係を有限要素法により解析した結果である。図３３より配線幅増加による応力低減効果は明らかであり、実際の半導体装置では、複数の導電性配線の配線幅を広くすることによって、さらに応力低減を図ることが可能となる。

また、導電性配線の断線が発生する半導体素子端部（外縁部）の直下部分において、導電性配線の配線幅を広くすることにより、絶縁膜の変形量減少による応力低減効果の他に、導電性配線にき裂が発生しても断線に至るまでの寿命（温度変化の繰り返し回数）を長くできる効果も得られる。

さらにまた、方形の半導体素子を搭載した半導体装置では、半導体素子の外形線を構成する４辺の中央部分が平面ひずみ状態となり、発生する熱応力が大きくなるため、この部分で導電性配線が断線する確率が高くなる。また、配線幅を必要以上に広くすると半導体装置内での配線容量が増大してノイズが発生し、半導体素子の高速動作が阻害される要因となる。したがって、少なくとも断線発生確率が大きくなる半導体素子の辺の中央部分で、半導体素子の外形線と交差するように形成された導電性配線の配線幅を広くすることによって、断線を防止でき、半導体装置の特性も考慮した半導体装置を得ることができる。

（Ｃ）前記導電性配線は群を成して形成されており、この群を成して形成された導電性配線の両端に位置する導電性配線は前記半導体素子の外縁部と対向する位置の幅が前記半導体素子の外縁部より外側および／または内側と対向する位置の幅よりも広くなるように形成されていること。

本発明によっても、弾性係数の大きな導電性配線が絶縁膜に対してプリント配線基板表面を占める割合を大きくでき、絶縁膜の変形を拘束することができる。また、半導体装置の端子数が多く、導電性配線どうしが接近して略平行に配置されている導電性配線群では、すべての導電性配線の配線幅を広くするのが困難な場合がある。また、ＢＧＡ型半導体装置は高速動作が要求される半導体素子を搭載する場合が多く、導電性配線幅を必要以上に広くすると配線容量（インダクタンス）が増大し、これによって高速動作が阻害されることがある。そのため、配線幅を広げるのは最小限にとどめることが必要となる。前記導電性配線群では、少なくともその端部に位置する導電性配線を内部の配線より広くすることによって、絶縁膜の変形を両端部でピン止めすることができ、絶縁膜の変形量を低減できる。

（Ｄ）前記導電性配線は前記半導体の外縁部を構成する各辺の中央部以外の領域と対向する前記基板の領域に形成されていること。
方形の半導体素子を搭載した半導体装置では、半導体素子の外形線を構成する辺の中央部分が平面ひずみ状態となり、発生する熱応力が大きくなるため、この部分で導電性配線が断線する確率が高くなる。したがって、上記中央部分には半導体素子の外形線と交差して端部を横切るような導電性配線が配置されないように、導電性配線パターンを形成することで、断線発生の可能性を小さくすることができる。

（Ｅ）前記導電性配線は前記半導体素子の外縁部を斜めに横切るように形成されていること。
導電性配線を半導体素子の外形線を斜めに横切るように形成することによって、半導体素子の面内において、導電性配線２が占める割合を大きくすることができ、絶縁膜の変形拘束効果が大きくなる。また、半導体素子の外形線上での導電性配線の断面積が見掛け上増加することから、配線にき裂が発生してから断線するまでの寿命が延びる効果も得ることができる。

（Ｆ）前記絶縁膜の弾性係数Ｅ１と前記接着層の弾性係数Ｅ２との関係がＥ１≦Ｅ２となるように構成したこと。
絶縁膜のき裂は、線膨張係数の大きな絶縁膜自体が温度変化により収縮と膨張を繰り返すことによって発生、成長する。絶縁膜に用いられる材料はエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはポリブタジエン樹脂などであり、これらの材料の弾性係数は、通常接着部材の弾性係数より大きくなっている。絶縁膜の弾性係数が大きいとき裂の先端に発生する応力が緩和されないため、き裂の成長はき裂が長くなるに従って加速されていく。絶縁膜の弾性係数を小さくすると、き裂先端での変形が容易となり、き裂先端の応力が緩和され、き裂の成長を抑止することができる。

図３４はＢＧＡ型半導体装置の１／４部分を取り出し、半導体素子面内に導電性配線を１本形成したモデルで、導電性配線の周囲にき裂を導入し、半導体装置を冷却した場合のき裂先端の導電性配線表面の応力と絶縁膜の弾性係数の関係を有限要素法により解析した結果である。図から絶縁膜の弾性係数を小さくするとき裂先端の応力も低減することが実証されている。

（Ｇ）前記絶縁膜の弾性係数が１０Ｇｐａ以上であること。
導電性配線の断線発生の原因となる絶縁膜のき裂は、接着部材にき裂やはく離が発生したことによって、絶縁膜の変形が自由になることで発生する。同様に接着部材の弾性係数が小さいと、絶縁膜の変形を拘束できなくなるため、絶縁膜にき裂が発生し易くなる。したがって、接着部材の弾性係数を大きくすることによって温度変化時の絶縁膜の変形を拘束してやれば、絶縁膜のき裂発生を抑止することが可能となる。

図３５は、ＢＧＡ型半導体装置の断面を取り出したモデルで、半導体装置を冷却した際の半導体素子端部での絶縁膜表面応力を、接着部材の弾性係数を変えて有限要素法により解析した結果である。この解析では絶縁膜の弾性係数を２．５ＧＰａとしている。図から接着部材の弾性係数を大きくしていくと絶縁膜の応力が次第に低下していくのが明らかであるが、１０ＧＰａ程度から応力の低下割合が小さくなっており、ほぼ一定の値となっている。この結果から接着部材の弾性係数を１０ＧＰａ以上に設定すれば絶縁膜の応力を低い値に維持することができる。

また、発明者らが行った試作評価では、接着部材の弾性係数を１ＧＰａとした半導体装置には温度変化の繰り返し１００回で絶縁膜にき裂が発生した。しかしながら弾性係数を１７ＧＰａとしたものでは４００回でも絶縁膜のき裂は発生しておらず、効果を確認することができた。

なお、接着部材の弾性係数を大きくしていくと、半導体素子とプリント配線基板の線膨張係数差によって半導体素子に発生する応力も大きくなり、半導体素子に割れが発生する可能性が増大する。したがって、接着部材に使用する弾性係数の範囲は１０ＧＰａを下限とし、半導体素子に割れを発生させない値が上限となる。

また、本発明の半導体装置は、一主面を有する絶縁性テープと、この絶縁性テープの一主面に形成された導電性配線と、前記絶縁性テープの一主面と前記導電性配線との所望の領域に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の前記絶縁性テープとは反対側に接着層を介して配設された半導体素子とを備え、前記導電性配線は前記半導体素子の外縁部より外側と前記半導体素子の外縁部より内側とを結ぶように形成された半導体装置において、以下の構成を備えたことを特徴とする。

（Ｈ）前記半導体素子の端部の前記絶縁性テープ側には前記導電性配線が露出していること。
すなわち、熱応力が集中する半導体素子端部の直下部分からき裂が発生しやすい絶縁膜を取り除き、この部分を絶縁膜よりじん性の大きな封止樹脂で覆うことにより、き裂の発生と成長を抑制することができる。

（Ｉ）前記半導体素子の外縁部よりも内側では前記導電性配線との絶縁を要する領域に前記絶縁膜が形成されていること。
絶縁膜は導電性配線が他の導体部材などに接触して短絡などを起こさないように保護するために設けられている。したがって、絶縁膜を導電性配線の周囲のみを覆うようにして半導体素子面内での絶縁膜の体積を減らすことにより、温度変化時の絶縁膜の変形量を低減することができる。

（Ｊ）前記絶縁性テープの前記半導体素子の外縁部よりも内側の領域と対向する領域には前記絶縁膜の変形を拘束する部材が形成されていること。
変形拘束用の部材は箔状部材で形成するのが望ましく、導電性材料と同じ材料で形成するのが良い。また、方形の半導体素子を搭載した半導体装置では、半導体素子の外形線を構成する辺の中央部分が平面ひずみ状態となり、発生する熱応力が大きくなるためこの部分で導電性配線が断線する確率が高くなる。したがって、最低限半導体素子の辺の中央部分での絶縁膜の変形を拘束すれば良い。

また、前絶縁膜の弾性係数を、前記接着部材の弾性係数と同等もしくはそれ以下とすることも有効である。

絶縁膜のき裂は、線膨張係数が大きい絶縁膜自体が、温度変化により収縮と膨張を繰り返すことによって発生、成長する。絶縁膜に用いられる材料はエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはポリブタジエン樹脂などであり、これらの材料の弾性係数は、通常接着部材の弾性係数より大きくなっている。絶縁膜の弾性係数が大きいとき裂の先端に発生する応力が緩和されないため、き裂の成長はき裂が長くなるに従って加速されていく。絶縁膜の弾性係数を小さくすると、き裂先端での塑性変形領域が拡大するためき裂先端の応力が緩和され、き裂の成長を抑止することができる。

以上述べたように本発明によれば、温度変化が加わった際の絶縁膜の変形量を小さくすることができ、また絶縁膜に発生する応力を低減することができるので、半導体装置内部の導電性配線の断線発生を防止することが可能となり、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に示した実施例用いて詳細に説明する。

〔第１実施例〕
図１は、本発明の第１実施例による半導体装置の半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図２は図１に示した半導体装置の断面図である。

図において、プリント配線基板４の表面および内部には導電性配線が形成されており、導電性配線は表面配線２、ボンディングパッド２ａ、スルーホール２ｂ、内部配線２ｃ、およびランド２ｄとから構成されている。プリント配線基板４の表面４ａと４ｂには開口部３ａおよび９ａが設けられた絶縁膜３および９が形成されている。方形の半導体素子１はプリント配線基板の半導体素子固着面４ａに接着部材５によって固着されている。半導体素子１と導電性配線は金属細線６によって電気的に接続されており、金属細線６は半導体素子１の面外に設けられているボンディングパッド２ａに接合されている。ボンディングパッド２ａ部分では絶縁膜３に開口部３ａが設けられており、金属細線６が接合できるようになっている。導電性配線はボンディングパッド２ａからプリント配線基板表面の表面配線２、プリント配線基板４内部のスルーホール２ｂや内部配線２ｃを経てプリント配線基板の外部端子接合面４ｂのランド２ｄまで延びている。ランド２ｄに外部端子８が接合されることにより、半導体素子と外部端子は導電性配線によって電気的に接続される。ランド２ｄ部分では、絶縁膜９に開口部９ａが設けられており、外部端子８がランド２ｄに接合できるようになっている。半導体素子１と金属細線６およびプリント配線基板の半導体素子固着面４ａは封止樹脂７によって覆われている。

プリント配線基板の半導体素子固着面４ａに形成された表面配線２のうち、半導体素子１の外形線と交差するように半導体素子端部１ａの直下部を横切る表面配線１２には幅広部１３が設けられている。図１に示した表面配線の幅広部１３は、半導体素子端部１ａ部分からスルーホール２ｂ間の配線幅を広くすることによって形成されている。

表面配線２には、銅（Ｃｕ）箔、あるいは表面に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などのメッキを施した銅箔などを用いる。プリント配線基板４はガラス／エポキシなどを基材とする材料から構成される。金属細線６には金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、あるいはアルミ（Ａｌ）などの材料を用いる。封止樹脂７には、例えばシリカ粒子を充てんしたエポキシ樹脂を用いる。外部端子８には、半導体装置を実装する際に広く用いられているはんだ（例えばＰｂ−Ｓｎ系共晶はんだ）を用いる。

本実施例の半導体装置によれば、温度変化が加わった際の絶縁膜の変形を、幅広部を設けた表面配線によって拘束することができ、絶縁膜のき裂の発生および成長を抑止することができる。

図１に示した実施例では、幅広部１３を、半導体素子端部１ａの直下部分からスルーホール２ｂ間の表面配線２に形成する例を示した。絶縁膜３の変形量は半導体素子１の中心で最小、端部で最大となり、端部１ａの直下部で最大応力が発生するため、絶縁膜３のき裂は半導体素子端部１ａ部分で発生する。このため、半導体素子端部１ａ部分で絶縁膜の変形を拘束すれば、最低限必要な効果が得られる。したがって、幅広部１３は図３のように少なくとも半導体素子端部１ａの直下部分に形成されていれば良い。図３のような実施例は、高速動作の要求から配線容量を大きくできない半導体装置の場合、特に有効となる。

〔第２実施例〕
図４は、本発明の第２実施例による半導体装置の半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図５は図４に示した半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第１実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、表面配線２のうち、プリント配線基板の半導体素子固着面４ａに形成され、半導体素子１の外形線と交差するように半導体素子端部１ａの直下部を横切る表面配線１２であって、半導体素子長辺の中央部分１ｂに配置されている表面配線１２ａには、幅広部１３が設けられている。図４に示した表面配線１２の幅広部１３は、半導体素子端部１ａの直下部分からスルーホール２ｂ間の配線幅を広くすることによって形成されている。

本実施例のように方形の半導体素子１を搭載した半導体装置では、例えば半導体素子長辺の中央部分１ｂが平面ひずみ状態となり、中央部分１ｂの半導体素子端部１ａの直下部に発生する応力が、半導体素子コーナー部１ｃに発生する応力より大きくなる。したがって、表面配線の断線は半導体素子長辺側の中央部分１ｂの端部１ａで発生する確率が大きいため、この部分の表面配線２を幅広にして絶縁膜３の変形を拘束することで、表面配線の断線を防止することができる。

本実施例では、表面配線が半導体素子の長辺側端部を横切る例を示している。しかしながら、導電性配線が半導体素子の短辺側端部を横切るように配置されているような半導体装置では、短辺側の表面配線にも幅広部１３を形成しても良い。

図４に示した実施例では、幅広部１３を、半導体素子端部１ａの直下部分からスルーホール２ｂ間の表面配線２に形成する例を示した。絶縁膜３の変形量は半導体素子１の中心で最小、端部で最大となり、端部１ａの直下部で最大応力が発生するため、絶縁膜３のき裂は半導体素子端部１ａ部分で発生する。このため、半導体素子端部１ａ部分で絶縁膜の変形を拘束すれば、最低限必要な効果が得られる。したがって、幅広部１３は図６のように少なくとも半導体素子端部１ａの直下部分に形成されていれば良い。図６のような実施例は、高速動作の要求から配線容量を大きくできない半導体装置の場合、特に有効となる。

〔第３実施例〕
図７は、本発明の第３実施例による半導体装置の半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図８は図７に示した半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第１実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、プリント配線基板の半導体素子固着面４ａに形成されている表面配線２のうち、複数の表面配線どうしが略平行に半導体素子１の外形線と交差するように端部１ａを横切る表面配線群１４では、表面配線群の端部１４ａに位置する表面配線に幅広部１３が設けられており、表面配線群の内部１４ｂに位置する表面配線より配線幅が広くなっている。図７に示した導電性配線の幅広部１３は、半導体素子端部１ａ部分からスルーホール２ｂ間の配線幅を広くすることによって形成されている。

本実施例に示した半導体装置によれば、前記表面配線群の少なくとも端部に位置する表面配線に幅広部を形成することにより、温度変化が加わった際の絶縁膜の変形を両端部の幅広部を設けた表面配線によってピン止めすることができ、絶縁膜のき裂の発生および成長を抑止することができる。また、図７の実施例は、配線容量の増加を最小限にすることができるため、特に高速動作が要求される半導体装置で有効となる。

図７に示した実施例では、幅広部１３を、表面配線群１４の端部１４ａに位置する表面配線２の半導体素子端部１ａ直下部分からスルーホール２ｂ間に形成する例を示した。絶縁膜３の変形量は半導体素子１の端部で最大となるため、絶縁膜３のき裂は半導体素子端部１ａの直下部分で発生するようになる。このため、半導体素子端部１ａ部分で絶縁膜の変形を拘束すれば、最低限必要な効果が得られる。したがって、幅広部１３は図９のように少なくとも半導体素子端部１ａの直下部分に形成されていれば良い。図９のような実施例は、高速動作の要求から配線容量を大きくできない半導体装置の場合、特に有効となる。

〔第４実施例〕
図１０は、本発明の第４実施例による半導体装置の半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図１１は図１０に示した半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第１実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、プリント配線基板の半導体素子固着面４ａにおいて、半導体素子の長辺側中央部分１ｂでは、半導体素子１の外形線と交差するように端部１ａを横切る表面配線２が設けられていない。この部分の表面配線２は、ボンディングパッド２ａからプリント配線基板４の外方に向かって延びており、スルーホール２ｂと内部配線２ｃを経てランド２ｄへ接続されている。したがって、中央部分１ｂの半導体素子端部１ａの直下部分では、プリント配線基板の半導体素子固着面４ａに絶縁膜３と接着部材５のみが設けられている。一方、半導体素子のコーナー１ｃの近傍部分では、半導体素子端部１ａを横切るように表面配線２が形成されている。

本実施例のように方形の半導体素子１を搭載した半導体装置では、例えば半導体素子長辺側の中央部分１ｂが平面ひずみ状態となり、中央部分１ｂの半導体素子端部１ａ直下部分に発生する応力が、半導体素子コーナー部１ｃに発生する応力より大きくなる。このため導電性配線の断線は半導体素子長辺側の中央部分１ｂの端部１ａ直下部分で発生する確率が大きくなる。したがって、半導体素子長辺側の中央部分１ｂでは、表面配線２が半導体素子端部１ａを横切らないように引き回すことにより、絶縁膜３のき裂に起因する導電性配線の断線を防止することができる。

〔第５実施例〕
図１２は本発明の第５実施例による半導体装置の半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図１３は図１２に示した半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第１実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、プリント配線基板の半導体素子固着面４ａに形成された表面配線２であって、半導体素子１の外形線と交差して半導体素子端部１ａを横切るように形成される表面配線１２のうち、半導体素子長辺側の中央部分１ｂに配置された表面配線１２は、半導体素子１の外形線に対して斜めに半導体素子端部１ａを横切るように形成されている。

表面配線１２を半導体素子の端部１ａを斜めに横切るように形成することによって、直角に横切る場合よりも半導体素子１の面内での表面配線２が占める割合を大きくすることができ、絶縁膜の変形拘束効果が大きくなる。また、半導体素子外形線上での表面配線の断面積が見掛け上増加することから、配線にき裂が発生してから断線するまでの寿命が延びる効果も得ることができる。

本実施例のように方形の半導体素子１を搭載した半導体装置では、例えば半導体素子長辺側の中央部分１ｂが平面ひずみ状態となり、この部分の半導体素子端部１ａの直下部分に発生する応力が大きくなる。このため導電性配線の断線は半導体素子長辺側の中央部分１ｂで発生する確率が大きくなっている。したがって、少なくとも中央部分１ｂでの絶縁膜３の変形を拘束して変形量を低減することが必要となる。

〔第６実施例〕
図１４は本発明の第６実施例による半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第１実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例の半導体装置では、絶縁膜３を、接着部材５の弾性係数と同等かそれ以下の弾性係数を有する材料で形成する。絶縁膜３を低弾性化することによって、絶縁膜３にき裂が発生した場合でも、絶縁膜自体の変形が容易となるため、き裂の先端に発生する応力を変形によって緩和することができる。そのため、温度変化の繰り返しによるき裂の成長を抑制する効果を得ることができ、表面配線の断線を防止することができる。

接着部材５には通常弾性係数が１ＧＰａ程度の材料が使用される。したがって、絶縁膜３には、弾性係数が１ＧＰａ以下の材料を選択して使用するのが望ましい。

上記したように絶縁膜３の低弾性化によって絶縁膜３のき裂発生および成長を抑止できるようになるが、プリント配線基板４の製作上の制約などから、絶縁膜３の弾性係数を低くできない場合がある。このような場合は、接着部材５の弾性係数を大きくすることによって絶縁膜３に発生する応力を低減し、絶縁膜３のき裂発生を抑止するのが望ましい。通常使用される絶縁膜３の弾性係数は２．５ＧＰａ程度であり、この絶縁膜３を使用する場合は、接着部材５の弾性係数を１０ＧＰａ以上に設定する。接着部材５に弾性係数の大きな材料を用いることによって絶縁膜３の温度変化時の変形を拘束でき、絶縁膜３のき裂発生を抑止することが可能となる。

〔第７実施例〕
図１５は本発明の第７実施例による半導体装置の封止樹脂と接着部材と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図１６は図１５に示した半導体装置の断面図である。

図において、絶縁性テープ１５の半導体素子固着面１５ａには導電性配線と絶縁膜３が形成されており、導電性配線は表面配線２とボンディングパッド２ａとランド２ｄとから構成されている。絶縁膜３にはボンディングパッド２ａを露出させる開口部３ａが設けられている。方形の半導体素子１は絶縁性テープ１５の半導体素子固着面１５ａに接着部材５によって固着されている。半導体素子１と導電性配線は金属細線６によって電気的に接続されており、金属細線６は半導体素子１の面外に位置するボンディングパッド２ａに接合されている。ボンディングパッド２ａ部分では絶縁膜３に開口部３ａが設けられており、金属細線６が接合できるようになっている。表面配線２はボンディングパッド２ａから半導体素子１の面内に配置されているランド２ｄまで半導体素子１の外形線と交差して端部１ａを横切るように形成されている。ランド２ｄが設けられている部分では絶縁性テープ１５に開口部１６が形成されており、外部端子８が開口部１６の内部でランド２ｄに接合されている。外部端子８は絶縁性テープ１５の半導体素子固着面１５ａとは反対側の外部端子接合面１５ｂに設けられており、半導体装置を実装する場合に、実装基板の所定の位置に接合される。半導体素子１と金属細線６および絶縁性テープの半導体素子固着面１５ａは封止樹脂７によって覆われている。

半導体素子端部１ａを横切る表面配線２のうち、半導体素子１各辺の中央部分１ｂに配置されている表面配線２には、幅広部１３が形成されている。図１５に示した表面配線２の幅広部１３は、半導体素子端部１ａ部分からランド２ｄ間の配線幅を広くすることによって形成されている。

表面配線２などの導電性配線には、銅（Ｃｕ）箔、あるいは表面に金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などのメッキを施した銅箔などを用いる。絶縁性テープ１５はポリイミド、ガラス／エポキシなどの材料から構成される。金属細線６には金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）あるいはアルミ（Ａｌ）などの材料を用いる。接着部材５には例えばエポキシ樹脂を基材とする材料を用いる。封止樹脂７には、例えばシリカ粒子を充てんしたエポキシ樹脂を用いる。外部端子８には、半導体装置を実装する際に広く用いられているはんだ（例えばＰｂ−Ｓｎ系共晶はんだ）を用いる。

本実施例の半導体装置によれば、温度変化が加わった際の絶縁膜の変形を、幅広部を設けた表面配線によって拘束することができ、絶縁膜のき裂の発生および成長を抑止することができる。

幅広部１３は、少なくとも図１５のように半導体素子１の各辺の中央部分１ｂに配置されている表面配線２に形成されていれば良い。本実施例のように方形の半導体素子１を搭載した半導体装置では、半導体素子各辺の中央部分１ｂが平面ひずみ状態となり、半導体素子端部１ａの直下部に発生する応力が大きくなる。したがって、表面配線２の断線はこの位置で発生する確率が大きくなるため、この部分での絶縁膜３の変位を拘束することで、表面配線の断線を防止することができる。

図１５に示した実施例では、半導体素子１と導電性配線との電気的接続に金属細線６を用いる例を示している。両者の接続は金属細線以外の方法で行っても良く、例えばＴＡＢ技術で用いる箔状リードやフリップチップ技術による微細なバンプを用いた接続を行う。

また、図１５に示した実施例では、幅広部１３を、半導体素子端部１ａ部分からランド２ｄ間の表面配線２に形成する例を示した。絶縁膜３の変形量は半導体素子１の中心で最小、端部１ａで最大となるため、絶縁膜３のき裂は半導体素子端部１ａ部分で発生する。このため半導体素子端部１ａ部分で絶縁膜３の変形を拘束すれば、最低限必要な効果を得ることができる。したがって、幅広部１３は図１７の平面図に示すように、少なくとも半導体素子端部１ａの直下部分に形成されていれば良い。なお、図１８は図１７に示した半導体装置の断面図である。図１７のような実施例は、高速動作の要求から配線容量を大きくできない半導体装置の場合、特に有効となる。

〔第８実施例〕
図１９は本発明の第８実施例による半導体装置を半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図２０は図１９に示した半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第７実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、表面配線２のうち、複数の表面配線２どうしが略平行に配置されている表面配線群１４では、表面配線群の端部１４ａに位置する表面配線に幅広部１３が設けられており、表面配線群の内部１４ｂに位置する表面配線より配線幅が広くなっている。図１９に示した表面配線の幅広部１３は、半導体素子端部１ａ部分からランド２ｄ間の配線幅を広くすることによって形成されている。

本実施例に示した半導体装置によれば、前記表面配線群の少なくとも端部に位置する表面配線に幅広部を形成することにより、温度変化が加わった際の絶縁膜の変形を両端部の幅広部を設けた導電性配線によってピン止めすることができ、絶縁膜のき裂の発生および成長を抑止することができる。

図１９に示した実施例では、幅広部１３を表面配線群１４の両端部１４ａに位置する表面配線２の半導体素子端部１ａ部分からランド２ｄまでに形成する例を示した。絶縁膜３の変形量は半導体素子端部１ａで最大となるため、絶縁膜３のき裂は端部１ａ部分で発生する。このため、半導体素子端部１ａ部分で絶縁膜の変形を拘束すれば、最低限必要な効果が得られる。したがって、幅広部１３は半導体素子端部１ａの直下部分に少なくとも形成されていれば良い。このように幅広部の形成範囲を小さくするのは、高速動作の要求から配線容量を大きくすることができない半導体装置の場合有効となる。

〔第９実施例〕
図２１は本発明の第９実施例による半導体装置を半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図２２は図２１に示した半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第７実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、表面配線２のうち、半導体素子の端部１ａを横切るように引き延ばされている表面配線１２の配線幅は、これ以外の表面配線２より広くなっている。図２１に示した半導体素子端部１ａを横切る表面配線１２は、ボンディングパッド２ａからランド２ｄ間の全配線の幅が広くなっている。

本実施例の半導体装置によれば、温度変化が加わった際の絶縁膜の変形を、幅広部を設けた表面配線によって拘束することができ、絶縁膜のき裂の発生および成長を抑止することができる。

図２１に示した実施例では、半導体素子端部１ａを横切る表面配線１２をこれ以外の表面配線より幅広にする例を示した。絶縁膜３の変形量は半導体素子１の中心で最小、端部１ａで最大となるため、絶縁膜３のき裂は半導体素子端部１ａ部分で発生する。このため半導体素子端部１ａ部分で絶縁膜３の変形を拘束すれば、最低限必要な効果を得ることができる。したがって、配線幅を広くする個所は、少なくとも半導体素子端部１ａの直下部分であれば良い。

〔第１０実施例〕
図２３は本発明の第１０実施例による半導体装置を半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図であり、図２４は図２３に示した半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第７実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、絶縁性テープの半導体素子固着面１５ａであって、ランド２ｄが形成されていない半導体素子１面内の中央部分１５ｃには、方形の変形拘束部材１７が設けられている。変形拘束部材１７は表面配線２と同じ材料で構成するのが望ましく、銅（Ｃｕ）などを箔状にした材料を用いる。半導体素子面内の絶縁性テープ表面に銅などの剛性の大きな材料で構成した板状の部材を設けることによって、温度変化による絶縁膜の変形を拘束する効果を得ることができる。

本実施例に示した半導体装置によれば、変形拘束部材によって絶縁膜の変形を拘束し、変形量を小さくすることができる。これによって、絶縁膜のき裂の発生および成長を抑制することができる。

図２３に示した実施例では、変形拘束部材１７を半導体素子１の形状と同じ方形に形成する例を示した。本実施例のように方形の半導体素子１を搭載した半導体装置では、半導体素子の各辺中央部分が平面ひずみ状態となり、この部分で半導体素子端部１ａ直下部に発生する応力が大きくなる。したがって、表面配線の断線はこの位置で発生する確率が大きくなるため、少なくともこの部分での絶縁膜３の変位を拘束すれば、表面配線の断線を防止することができる。図２５は半導体素子各辺の中央部分での絶縁膜の変形量を低減するために、半導体素子の対向する２辺を通る中心線と一致する十字型の変形拘束部材１７を形成した例である。変形拘束部材１７を図２５のような形状にすることによって、半導体素子各辺の中央部分での絶縁膜の変形を拘束することができる。また、銅箔の使用量を低減することによって絶縁性テープの反り量を低減でき、半導体素子を絶縁性テープに固着する作業などを容易にすることができる。

〔第１１実施例〕
図２６は、本発明の第１１実施例による半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第７実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、半導体素子端部１ａの直下部分には、絶縁膜３に開口部３ｂが設けられていることから、この部分では絶縁膜３が存在しておらず、封止樹脂７が半導体素子１と絶縁性テープ１５との間に介在している。半導体素子端部１ａの直下部分に絶縁膜３に用いる材料よりじん性の大きな封止樹脂を介在させることによって、半導体素子端部１ａからのき裂の発生を抑制することができる。

〔第１２実施例〕
図２７は本発明の第１２実施例による半導体装置の断面図であり、図２８は図２７に示した半導体装置の半導体素子と封止樹脂と絶縁膜とを取り除いた状態での平面図である。
半導体装置としての基本構成は第７実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例では、絶縁性テープの半導体素子固着面１５ａであって、ランド２ｄが形成されていない半導体素子１面内の中央部分１５ｃには、絶縁膜３に開口部１８が設けられており、中央部分１５ｃでは絶縁性テープの半導体素子固着面１５ａは接着部材５が覆っている。すなわち絶縁膜３は半導体素子１面外ではボンディングパッド２ａ以外の部分、面内では表面配線２とランド２ｄが形成されている部分に設けられている。

半導体素子面内の中央部分１５ｃに絶縁膜３を設けないことによって、半導体素子面内における絶縁膜の占有率が低減することから、温度変化による絶縁膜全体の変形量が小さくなり、絶縁膜のき裂の発生および成長が抑制されるようになる。

図２７に示した半導体装置では、中央部分１５ｃに開口部１８を設けて半導体素子１面内の表面配線２とランド２ｄを絶縁膜３で覆う例を示した。絶縁膜３が半導体素子面内で占有する体積をさらに減らすため、開口部を表面配線２およびランド２ｄどうしの間に設けるようにしても差し支えない。絶縁膜３を少なくとも表面配線２とランド２ｄの周囲を覆うように設けることによって、絶縁膜の変形量をさらに低減することができる。

〔第１３実施例〕
図２９は本発明の第１３実施例による半導体装置の断面図である。
半導体装置としての基本構成は第７実施例と共通しているので説明を省略する。

本実施例の半導体装置では、絶縁膜３を、接着部材５の弾性係数と同等かそれ以下の弾性係数を有する材料で形成する。絶縁膜３を低弾性化することによって、絶縁膜３にき裂が発生した場合でも、絶縁膜自体の変形が容易となるため、き裂の先端に発生する応力を変形によって緩和することができる。そのため、温度変化の繰り返しによるき裂の成長を抑制する効果を得ることができ、導電性配線の断線を防止することができる。

接着部材５には通常弾性係数が１ＧＰａ程度の材料が使用される。したがって、絶縁膜３には、弾性係数が１ＧＰａ以下の材料を選択して使用する。

上記したように絶縁膜３の低弾性化によって絶縁膜３のき裂発生および成長を抑止できるようになるが、絶縁性テープ１５に導電性配線や絶縁膜３を形成する際の制約などから、絶縁膜３の弾性係数を低くできない場合がある。このような場合は、接着部材５の弾性係数を大きくすることによって絶縁膜３に発生する応力を低減し、絶縁膜３のき裂発生を抑止するのが望ましい。通常使用される絶縁膜３の弾性係数は２．５ＧＰａ程度であり、この絶縁膜３を使用する場合は、接着部材５の弾性係数を１０ＧＰａ以上に設定する。接着部材５に弾性係数の大きな材料を用いることによって絶縁膜３の温度変化時の変形を拘束でき、絶縁膜３のき裂発生を抑止することが可能となる。

本発明の第１実施例による半導体装置のプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図１に示した半導体装置の断面図。 図１に示した第１実施例の他の様態を示すプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 本発明の第２実施例による半導体装置のプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図４に示した半導体装置の断面図。 図４に示した第２実施例の他の様態を示すプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 本発明の第３実施例による半導体装置のプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図７に示した半導体装置の断面図。 図７に示した第３実施例の他の様態を示すプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 本発明の第４実施例による半導体装置のプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図１０に示した半導体装置の断面図。 本発明の第５実施例による半導体装置のプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図１２に示した半導体装置の断面図。 本発明の第６実施例による半導体装置を示す断面図。 本発明の第７実施例による半導体装置を示す絶縁性テープ上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図１５に示した半導体装置の断面図。 図１５に示した第７実施例の他の様態を示すプリント配線基板上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図１７に示した半導体装置の断面図。 本発明の第８実施例による半導体装置の絶縁性テープ上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図１９に示した半導体装置の断面図。 本発明の第９実施例による半導体装置の絶縁性テープ上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図２１に示した半導体装置の断面図。 本発明の第１０実施例による半導体装置の絶縁性テープ上部の部材を取り除いた状態での平面図。 図２３に示した半導体装置の断面図。 図２３に示した第１０実施例の他の様態を示す絶縁性テープ上部の部材を取り除いた状態での平面図。 本発明の第１１実施例による半導体装置を示す断面図。 本発明の第１２実施例による半導体装置の断面図。 図２７に示した半導体装置の絶縁性テープ上部の部材を取り除いた状態での平面図。 本発明の第１３実施例による半導体装置の断面図。 従来のＢＧＡ型半導体装置の例を示す断面図。 図３０に示した従来の半導体装置であり、プリント配線基板上部の部材を取り除いた状態の平面図。 絶縁膜のき裂の状態を説明する部分断面拡大図。 導電性配線幅と発生応力の関係を有限要素法で解析した結果を示す図。 絶縁膜の弾性係数と発生応力の関係を有限要素法で解析した結果を示す図。 接着部材の弾性係数と絶縁膜表面の発生応力の関係を有限要素法で解析した結果を示す図。

符号の説明

１…半導体素子、１ａ…半導体素子端部、２…表面配線、２ａ…ボンディングパッド、２ｂ…スルーホール、２ｃ…内部配線、２ｄ…ランド、３…絶縁膜、４…プリント配線基板、４ａ…プリント配線基板の半導体素子固着面、５…接着部材、６…金属細線、７…封止樹脂、８…外部端子、９…絶縁膜、１０…絶縁膜のき裂、１１…接着部材のき裂、１２…半導体素子端部を横切る表面配線、１３…幅広部、１４…表面配線群、１５…絶縁性テープ、１５ａ…絶縁性テープの半導体素子固着面、１６…絶縁性テープの開口部、１７…変形拘束部材、１８…絶縁膜の開口部。

Claims (6)

1. 一主面を有する基板と、この基板の一主面に形成された導電性配線と、前記基板の一主面と前記導電性配線との所望の領域に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の前記基板とは反対側に接着層を介して配設された半導体素子とを備え、前記導電性配線が前記半導体素子の外縁部より外側と前記半導体素子の外縁部より内側とを結ぶように形成された半導体装置において、
   前記導電性配線のうち前記半導体素子の外縁部を構成する各辺の中央部と対向する領域に形成された導電性配線は前記半導体素子の外縁部と対向する位置の幅が前記半導体素子の外縁部より外側および／または内側と対向する位置の幅よりも広くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 一主面を有する基板と、この基板の一主面に形成された導電性配線と、前記基板の一主面と前記導電性配線との所望の領域に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の前記基板とは反対側に接着層を介して配設された半導体素子とを備え、前記導電性配線が前記半導体素子の外縁部より外側と前記半導体素子の外縁部より内側とを結ぶように形成された半導体装置において、
   前記絶縁膜の弾性係数Ｅ１と前記接着層の弾性係数Ｅ２との関係がＥ１≦Ｅ２となるように構成されたことを特徴とする半導体装置。
3. 一主面を有する基板と、この基板の一主面に形成された導電性配線と、前記基板の一主面と前記導電性配線との所望の領域に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の前記基板とは反対側に接着層を介して配設された半導体素子とを備え、前記導電性配線が前記半導体素子の外縁部より外側と前記半導体素子の外縁部より内側とを結ぶように形成された半導体装置において、
   前記接着層の弾性係数が１０Ｇｐａ以上であることを特徴とする半導体装置。
4. 前記基板は絶縁性テープであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 一主面を有する絶縁性テープと、この絶縁性テープの一主面に形成された導電性配線と、前記絶縁性テープの一主面と前記導電性配線との所望の領域に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の前記絶縁性テープとは反対側に接着層を介して配設された半導体素子とを備え、前記導電性配線は前記半導体素子の外縁部より外側と前記半導体素子の外縁部より内側とを結ぶように形成された半導体装置において、
   前記半導体素子の端部の前記絶縁性テープ側には前記導電性配線が露出していることを特徴とする半導体装置。
6. 一主面を有する絶縁性テープと、この絶縁性テープの一主面に形成された導電性配線と、前記絶縁性テープの一主面と前記導電性配線との所望の領域に形成された絶縁膜と、この絶縁膜の前記絶縁性テープとは反対側に接着層を介して配設された半導体素子とを備え、前記導電性配線は前記半導体素子の外縁部より外側と前記半導体素子の外縁部より内側とを結ぶように形成された半導体装置において、
   前記半導体素子の外縁部よりも内側では前記導電性配線との絶縁を要する領域に前記絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。

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