JP2006049675A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置と回路基板との接続を補強する補強用電極ランドの配置、及び形状変更を行って、接続強度を向上させる。
【解決手段】通常の電気的接続用の電極ランド４と同サイズの電極ランドを集合させることにより、接続を補強する補強用電極ランド１４を形成する。補強用電極ランド１４を設けることで、回路基板への接続強度は２０〜２５％向上する。このとき補強用電極ランド１４の配置は、電気的接続用の電極ランド４を配列した最外周列のライン上より内側の位置であり、補強用電極ランド１４を形成する電極ランドの各１点が接触した配置、形状が望ましく、電極ランド４の最外周列のライン上より内側位置に配置することによって、接続強度は３０％以上向上する。さらに、補強用電極ランド１４のはんだペーストはドーナツ型での溶融状態となるため、外的負荷を中央内部の中空部１４’で吸収し接続を補強できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板と電気的接続用の電極ランドを有したエリアアレイ型の半導体装置に関するものである。

従来のエリアアレイ型の半導体装置では、図５に示すように半導体素子１を搭載した素子搭載基板（以下、インターポーザーという）２の裏面には、半導体素子１と電気的に接続され、さらに回路基板３と電気的接続をするための電極ランド４を有している（図６参照）。そして、図７に示すように、半導体装置１０は回路基板３にはんだペースト５を介して接続される。

また、図８に示すような、接続状態を補強するための補強用電極ランド６を有した半導体装置１１もあり（図９参照）、図１０に示すように回路基板３にはんだペースト５を介して接続されるが、補強用電極ランド６には、他の電極ランド４より多いはんだ量のはんだペースト７で接続される。

さらに、図１１に示すように、前記半導体装置１０の電極ランド４にはんだボールを搭載し、回路基板３に接続されたものもある。このようなエリアアレイ型の半導体装置１０’をボールグリッド型と呼び、回路基板３への接続状態で、高さの高いはんだペースト５’となる。
特開平９−１６２２４１号公報

このような構成の従来の半導体装置は、回路基板の接続状態において、半導体装置の中心部から最も離れた四隅の電極ランドに、熱的疲労及び機械的疲労等の外的負荷が最も大きくかかることになる。例えば、外的負荷としての加速試験（基板繰り返し曲げ試験）において、半導体装置中心部より円形形状の最外周で負荷が大きくなると考えられるため、半導体装置の中心部分より最も離れた四隅の電極ランドが一番影響を受ける。したがって、中心より最も離れた電極ランドの接続強度が、半導体装置と回路基板との接続強度であると仮定できる。この接続強度の強化として、通常の電極ランドより、約７倍もの面積を有する補強用電極ランドを有した半導体装置や電極ランドにはんだボールを搭載した半導体装置などがある。

しかしながら、接続強度を補強するための補強用電極ランドを有した半導体装置は、半導体装置の中心より最も離れた四隅に補強用電極ランドにより、接続強度は前記半導体装置に比べ向上している。しかし、電極ランドの最外周列のライン上に電極ランド面積の２／５がかかっており、外的負荷として、例えば、加速試験（特に、温度サイクル試験）によって、半導体装置と回路基板間で線膨張係数差による水平方向の延びに差が生じると、これにより破断が発生する。さらに補強用電極ランドが破断することによって、他の電極ランドに大きな負荷がかかり、破断が発生するという問題がある。

また、はんだボールを搭載した半導体装置では、はんだボールを搭載しない半導体装置よりもはんだ量が多くなり接続強度は強くなる。このはんだボールの搭載で半導体装置の電極パッドの高さが高くなり、前述の加速試験（温度サイクル試験）の線膨張係数差による半導体装置と回路基板の水平方向の延びに対して強くなり、また、加速試験（基板繰り返し曲げ試験）においても、垂直方向の負荷に対して強くなるが、やはり、半導体装置の中心部から最も離れた四隅の電極ランドに外的負荷がかかることになり、この点においては、はんだボールを搭載しない半導体装置と同じである。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、半導体装置と回路基板との接続を補強する補強用電極ランドの配置、及び形状変更を行って、接続強度を向上させた半導体装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を表面に実装する素子搭載基板と、素子搭載基板の裏面に半導体素子と電気的に接続され、かつ素子搭載基板を実装する回路基板と電気的に接続するための複数の電極ランドを有する半導体装置において、電極ランドと同サイズの電極ランドの結合集合体からなり、かつ電極ランドと回路基板との接続状態を補強するための補強用電極ランドを備えたこと、さらに、補強用電極ランドを、電気的接続用の複数の電極ランドが配列された最外周列より内側の位置に配置したこと、また電極ランドの結合集合体は、この結合集合体の中央部分に中空部を有すること、また補強用電極ランド及び複数の電極ランドに、はんだボールを搭載したことを特徴とする。

前記構成によれば、補強用電極ランドとして、通常の電極ランドを結合し集合体として配列して、さらに外的負荷を受けやすい電極ランドの最外周列のライン上から内側に配置し、通常の電極ランドの集合体構造の中央部分に中空部を設けることにより、補強用電極ランドの役目を強化し、また、電極ランド及び補強用電極ランドに同一のはんだボールを搭載することができる。

本発明によれば、半導体装置と回路基板の接続強度を、ランドグリッド型、ボールグリッド型に関係なく向上させることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１における回路基板に実装する半導体装置の概略構成を示した側面図であり、図２は半導体装置の裏面を示す図である。ここで、前記従来例を示す図５，図６において説明した構成部材と同等の機能を有するものには同一の符号を付す。

以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。図２に示すように、本実施の形態１では、半導体素子１と回路基板３を電気的に接続する通常の電極ランド４と同サイズの電極ランドを集合させることにより、接続を補強する補強用電極ランド１４を形成する。補強用電極ランド１４を設けることにより、回路基板３への接続強度は２０〜２５％向上する。このとき補強用電極ランド１４の配置は、電気的接続用の電極ランド４を配列した最外周列のライン上より内側の位置であり、補強用電極ランド１４を形成している個々の電極ランドの各１点が接触した配置、形状の結合集合体とした構造が望ましい。この電気的接続用の電極ランド４を配列した最外周列のライン上より内側位置に配置することによって、接続強度は３０％以上向上する。

図３は本発明の実施の形態２における半導体装置を実装した回路基板を示す側面図である。図３に示すように、この例では４つの電極ランドから補強用電極ランドを構成しているため回路基板３に電気的接続を行った場合、補強用電極ランド１４のはんだペースト１５のはんだ量は、電気的接続用の電極ランド４におけるはんだペースト５のはんだ量の４倍となる。このとき、前記実施の形態１で説明したとおり、補強用電極ランド１４を形成する個々の電極ランドの各１点が接触していることにより、補強用電極ランド１４のはんだペースト１５はドーナツ型での溶融状態となるため、結合集合体の中央部分に中空部１４’が形成され、外的負荷を中央部分の中空部１４’で吸収しながら、接続を補強することができる。

図４は本発明の実施の形態３における半導体装置を実装した回路基板を示す側面図である。前記実施の形態１で説明したように、はんだペースト（補強用電極ランド）１５’は、電気的接続用のはんだペースト（電極ランド）５’の集合体で形成されていることからはんだペースト（補強用電極ランド）１５’においても、特別な工程を追加することなく電気的接続用のはんだペースト（電極ランド）５’と同様に同一のはんだボールを搭載することが可能となる。このはんだボールの搭載によって、さらに２５％程度接続強度を向上することができる。

なお、本発明の各実施の形態における補強用電極ランド１４は、図３に示すランドグリッド型、図４に示すボールグリッド型の半導体装置に有効である。また、半導体素子１と回路基板３を電気的に接続するためのインターポーザー２は、セラミックキャリア、リードフレーム、有機基板等で形成されているが、本発明の補強用電極ランド１４は、面実装するエリアアレイ型の半導体装置であれば、インターポーザー２の材質に関係なく有効である。

本発明に係る半導体装置は、半導体装置と回路基板の接続強度を、ランドグリッド型、ボールグリッド型に関係なく向上でき、回路基板と電気的接続用の電極ランドを有したエリアアレイ型の半導体装置として有用である。

本発明の実施の形態１における回路基板に実装する半導体装置の概略構成を示した側面図 本発明の実施の形態１における半導体装置の裏面を示す図 本発明の実施の形態２における半導体装置を実装した回路基板を示す側面図 本発明の実施の形態３における半導体装置を実装した回路基板を示す側面図 従来の回路基板に実装する半導体装置の概略構成を示した側面図 従来の半導体装置の裏面を示す図 従来の半導体装置を実装した回路基板を示す側面図 従来の回路基板に実装する補強用電極ランドを有する半導体装置の概略構成を示した側面図 従来の補強用電極ランドを有する半導体装置の裏面を示す図 従来の補強用電極ランドを有する半導体装置を実装した回路基板を示す側面図 従来のはんだボールを搭載する半導体装置を実装した回路基板を示す側面図

符号の説明

１ 半導体素子
２ 素子搭載基板（インターポーザー）
３ 回路基板
４ 電極ランド
５，５’，７，１５，１５’ はんだペースト
６，１４ 補強用電極ランド
１４’ 中空部
１０，１０’，１１，１２，１２’ 半導体装置

Claims (4)

1. 半導体素子と、前記半導体素子を表面に実装する素子搭載基板と、前記素子搭載基板の裏面に前記半導体素子と電気的に接続され、かつ前記素子搭載基板を実装する回路基板と電気的に接続するための複数の電極ランドを有する半導体装置において、
   前記電極ランドと同サイズの前記電極ランドの結合集合体からなり、かつ前記電極ランドと前記回路基板との接続状態を補強するための補強用電極ランドを備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記補強用電極ランドを、複数の電極ランドが配列された最外周列より内側の位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記電極ランドの結合集合体は、前記結合集合体の中央部分に中空部を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記補強用電極ランド及び複数の電極ランドに、はんだボールを搭載したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。

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