JP2006345002A - 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極のクラックを防止できる半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することにある。
【解決手段】貫通穴１４ａが形成された絶縁フィルム１４と、電極１３を有する半導体チップ１２と、絶縁フィルム１４の一方の面における貫通穴１４ａ上を含む領域に接着剤１７を介して貼り付けられて半導体チップ１２の電極１３に電気的に接続される配線パターン１８と、貫通穴１４ａを介して、配線パターン１８に設けられるとともに配線パターン１８とは反対側の面から突出する外部電極１６と、を有し、貫通穴１４ａと外部電極１６との間に、接着剤１７の一部が引き込まれて介在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。

近年の電子機器の小型化に伴い、高密度実装に適した半導体装置のパッケージが要求されている。これに応えるために、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Scale/Size Package）のような表面実装型パッケージが開発されている。表面実装型パッケージでは、半導体チップに接続される配線パターンの形成された基板が使用されることがある。また、基板には貫通穴が形成され、この貫通穴を介して、配線パターンとは反対側の面から突出するように、外部電極が形成されることがあった。

このような構成のパッケージが適用された半導体装置によれば、回路基板に実装されてから、回路基板と半導体装置との熱膨張率の差により、外部電極に応力が加えられると、この外部電極にクラックが入ることがあった。
特開平９−１９９６３２号公報 特開平９−２６６２３１号公報 特開平９−５１０１８号公報

本発明は、この問題点を解決するものであり、その目的は、外部電極のクラックを防止できる半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することにある。

（１）本発明に係る半導体装置は、貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に接着部材を介して貼り付けられるとともに、前記接着部材に貼り付けられた面の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、前記基板の他方の面よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記貫通穴内において、前記貫通穴を形成する内壁面と前記外部電極との間に、前記接着部材の一部が介在する。本発明によれば、貫通穴内から外部電極が形成され、外部電極と貫通穴との間には、接着部材の一部が介在する。したがって、接着部材が応力緩和部材となるので、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスを吸収することができる。こうして、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。なお、本発明では、接着部材は、基板と導電部材との間から貫通穴の内壁面に至るまで連続性を保っていてもよいし、非連続的に貫通穴内に存在してもよい。
（２）この半導体装置において、前記貫通穴内において、前記接着部材の一部が引き込まれて介在してもよい。
（３）本発明に係る半導体装置は、貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に直接形成されて前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
前記貫通穴を介して、前記導電部材と接続されるとともに、前記基板の他方の面よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記基板は、前記外部電極よりも弾力性の高い材料で形成され、
前記貫通穴の内壁面には、前記基板を構成する前記材料によって凸部が形成される。本発明によれば、貫通穴の内壁面に凸部が形成されていることで、平坦な内壁面よりも変形しやすくなっており、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスを吸収することができる。こうして、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
（４）この半導体装置において、
前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有してもよい。これによれば、外部電極は、貫通穴によって径が絞られないようになり、くびれが形成されない。したがって、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスが集中しないので、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
（５）本発明に係る半導体装置は、貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に接着部材を介して貼り付けられるとともに、前記接着部材に貼り付けられた面の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、前記基板の他方の面よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有する。本発明によれば、貫通穴内から外部電極が形成される。ここで、外部電極の基端部の径ｄと突出部の径φとは、φ≦ｄの関係を有する。すなわち、外部電極は、貫通穴によって径が絞られないようになり、くびれが形成されない。したがって、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスが集中しないので、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
（６）前記基板は、絶縁基板であってもよい。
（７）前記基板は、プリント基板であってもよい。
（８）前記外部電極は、ハンダで形成されてもよい。
（９）この半導体装置において、
前記基板の外形は、半導体素子の外形よりも大きくてもよい。
（１０）この半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して前記導電部材に電気的に接続されてもよい。
（１１）この半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、ワイヤを介して前記導電部材に電気的に接続されてもよい。
（１２）本発明に係る回路基板には、上記半導体装置が実装される。
（１３）本発明に係る電子機器は、上記回路基板を有する。
（１４）本発明に係る半導体装置の製造方法は、接着部材が一方の面に設けられた基板を用意する工程と、
前記基板を、前記接着部材が設けられた面側からその反対側面に向かって型抜きを行うことにより、貫通穴を形成するとともに、前記貫通穴内に前記接着部材の一部を引き込む工程と、
前記接着部材を介して、前記基板における前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に導電部材を貼り付ける工程と、
前記貫通穴及び該貫通穴内に引き込まれた前記一部の接着部材の内側を介して、前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、前記導電部材の形成面の反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含む。本発明によれば、基板の型抜きを行って貫通穴を形成するときに、同時に貫通穴内に接着部材の一部を引き込むことができる。続いて、貫通穴を介して外部電極を形成すると、この外部電極と貫通穴との間に接着部材の一部が介在するようになる。こうして得られた半導体装置によれば、接着部材が応力緩和部材となるので、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスを吸収して、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
（１５）本発明に係る半導体装置の製造方法は、内壁面に凸部を有する貫通穴が形成されるとともに、前記貫通穴上を含む領域に導電部材が直接形成され、外部電極よりも弾力性の高い材料からなる基板を用意する工程と、
前記貫通穴を介して、前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、前記導電部材の形成面の反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含む。本発明によれば、貫通穴の内壁面に凸部が形成されていることで、平坦な内壁面よりも変形しやすくなっており、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスを吸収することができる。こうして、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
（１６）この製造方法において、
前記導電部材を形成する前に、前記基板を型抜きする工程を含み、前記型抜きする工程で、前記基板の一部を前記貫通穴に引き込んで前記凸部を形成してもよい。これによれば、型抜きをする工程で凸部を簡単に形成することができる。
（１７）この製造方法において、
レーザを使用して前記貫通穴を形成してもよい。レーザを使用すると、凸部が必然的に生じる。
（１８）この製造方法において、
ウエットエッチングによって前記貫通穴を形成してもよい。ウエットエッチングを適用すると、凸部が必然的に生じる。
（１９）この製造方法において、
前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有してもよい。これによれば、外部電極は、貫通穴によって径が絞られないようになり、くびれが形成されない。したがって、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスが集中しないので、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
（２０）本発明に係る半導体装置の製造方法は、貫通穴が形成されるとともに前記貫通穴上を含む領域に導電部材が形成された基板を用意する工程と、
前記貫通穴を介して、前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、前記導電部材とは反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含み、
前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有する。本発明によって製造された半導体装置によれば、外部電極の基端部の径ｄと突出部の径φとがφ≦ｄの関係を有する。すなわち、外部電極は、貫通穴によって径が絞られないようになり、くびれが形成されない。したがって、回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力（熱ストレス）や回路基板に外部から加えられる機械的ストレスが集中しないので、外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
（２１）前記基板は、絶縁フィルム又はプリント基板であってもよい。
（２２）前記外部電極の形成材料は、ハンダであってもよい。
（２３）この半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程の後に、前記基板を、半導体素子の外側で打ち抜く工程を含んでもよい。
（２４）この製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して、前記電極を前記導電部材に電気的に接続してもよい。
（２５）この製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、ワイヤを介して前記導電部材に前記電極を電気的に接続してもよい。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。この半導体装置１０は、半導体素子の一例である半導体チップ１２及び基板の一例である絶縁フィルム１４を含み、ＣＳＰ型のパッケージが適用されたものである。絶縁フィルム１４には、外部電極１６が形成されており、半導体チップ１２は、複数の電極１３を有する。図１において、電極１３は、半導体チップ１２の対向する二辺にのみ形成されているが、周知のように四辺に形成されてもよい。

絶縁フィルム１４はポリイミド樹脂等からなり、複数の貫通穴１４ａを有する。ポリイミド樹脂からなる基板として、
熱膨張係数：１２ｐｐｍ／℃
弾性率 ：９００ｋｇ／ｍｍ²
程度のものや、
熱膨張係数：２０ｐｐｍ／℃
弾性率 ：３０２ｋｇ／ｍｍ²
程度のものを使用することができる。また、絶縁フィルム１４の一方の面に、導電部材の一例である配線パターン１８が貼り付けられている。詳しくは、配線パターン１８は、接着剤１７を介して、絶縁フィルム１４に貼り付けられている。接着部材の一例である接着剤１７として、
熱膨張係数（５０〜１５０℃）：７０〜１６５ｐｐｍ／℃
弾性率（１５０℃） ：０．１〜０．９×１０⁸Ｐａ
破断伸び ：１３〜２９％
程度のものを使用することができ、例えば、
熱膨張係数（５０〜１５０℃）：７０ｐｐｍ／℃
弾性率（１５０℃） ：０．１×１０⁸Ｐａ
破断伸び ：２１％
程度のものを使用することができる。

接着剤１７の一部は、貫通穴１４ａ内に引き込まれている。なお、接着剤１７の代わりに、粘着テープ等を使用してもよい。また、配線パターン１８は、貫通穴１４ａ上を通るように形成されており、図１に示されないが、貫通穴１４ａ上を含む部分は、他の部分よりも幅の広いランドとなっている。

さらに、絶縁フィルム１４には、貫通穴１４ａを介して、配線パターン１８に（図においては下に）外部電極１６が形成されている。外部電極１６は、貫通穴１４ａ内に位置して配線パターン１６と接合される基端部１６ａと、配線パターン１８とは反対側に絶縁フィルム１４から突出する突出部１６ｂと、を含む。なお、外部電極１６は、ハンダ、銅又はニッケルなどからなる。

本実施の形態では、図１に拡大して示すように、外部電極１６の基端部１６ａと、貫通穴１４ａとの間に、接着剤１７の一部が介在している。この接着剤１７の一部によって、外部電極１６に加えられた応力（熱ストレスや機械的ストレス）が緩和されるようになっている。ここで、応力は加熱されたときに生じることが多いので、接着剤１７は、少なくとも加熱されたときに、応力緩和機能を果たせる程度に柔軟性又は弾力性を有することが必要である。

各々の配線パターン１８には、凸部１８ａが形成されている。各凸部１８ａは、半導体チップ１２の各電極１３に対応して形成されている。したがって、電極１３が、半導体チップ１２の外周に沿って四辺に並んでいる場合には、凸部１８ａも四辺に並ぶように形成される。電極１３は、凸部１８ａに電気的に接続され、配線パターン１８を介して外部電極１６と導通するようになっている。また、凸部１８ａが形成されることで、絶縁フィルム１４と半導体チップ１２との間、あるいは、配線パターン１８と半導体チップ１２との間には広い間隔をあけることができる。

電極１３と凸部１８ａとの電気的な接続は、異方性導電材料の一例である異方性導電膜２０によって図られる。異方性導電膜２０は、樹脂中の金属微粒子などの導電粒子を分散させてシート状にしたものである。電極１３と凸部１８ａとの間で異方性導電膜２０が押しつぶされると、導電粒子も押しつぶされて、両者間を電気的に導通させるようになる。また、異方性導電膜２０を使用すると、導電粒子が押しつぶされる方向にのみ電気的に導通し、それ以外の方向には導通しない。したがって、複数の電極１３の上に、シート状の異方性導電膜２０を貼り付けても、隣り同士の電極１３間では電気的に導通しない。

上述の例では、凸部１８ａを配線パターン１８側に形成したが、半導体チップ１２の電極１３上にバンプを形成してもよく、その場合には、配線パターン１８側に凸部１８ａの形成は不要である。

本実施の形態では、異方性導電膜２０は、電極１３と凸部１８ａとの間及びその付近にのみ形成されているが、電極１３と凸部１８ａとの間にのみ形成してもよいし、後述する樹脂２２が注入される領域を含め、半導体チップ１２の全面に形成されてもよい。

そして、絶縁フィルム１４と半導体チップ１２との間に形成される隙間には、ゲル注入穴２４から樹脂２２が注入されている。なお、半導体チップ１２の全面に異方性導電膜２０を形成する場合には、注入穴２４が不要であり、かつ、樹脂２２の注入工程も不要である。

ここで、樹脂２２として、ヤング率が低く応力緩和の働きを果たせる材質を用いれば、上述した接着剤１７による応力緩和機能に加えて、さらに応力緩和を図ることができる。例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることで、樹脂２２が応力緩和機能を果たす。

次に、本実施の形態に係る半導体装置１０の製造方法について、主要な工程を説明する。

まず、一方の面に接着剤１７が設けられた絶縁フィルム１４を用意し、絶縁フィルム１４に貫通穴１４ａを形成する。その工程を図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す。すなわち、図２（Ａ）に示すように、まず、接着剤１７が設けられた面側に打ち抜き治具１及び受け治具２を配置する。同図においては、接着剤１７を有する面を上にして絶縁フィルム１４が位置し、その上に打ち抜き治具１が位置している。なお、絶縁フィルム１４は、図示しない台の上に載せられている。そして、図２（Ｂ）に示すように、打ち抜き治具１にて絶縁フィルム１４を貫通させて、貫通穴１４ａを形成する。ここで、打ち抜き治具１は、受け治具２にガイドされて接着剤１７を引き込みながら絶縁フィルム１４を貫通する。したがって、接着剤１７の一部は、貫通穴１４ａの内部に引き込まれた状態となる。また、貫通穴１４ａ内に引き込まれた接着剤１７は、打ち抜き治具１を引き抜いても元にもどらず、貫通穴１４ａ内に残る。なお、接着剤１７を貫通穴１４ａ内に引き込むには、打ち抜き治具１と受け治具２との間に、１０〜５０μｍ程度の隙間（クリアランス）が存在することが好ましい。

また、好ましくは、貫通穴１４ａの形成と同時に、絶縁フィルム１４にゲル注入穴２４も形成する。

そして、絶縁フィルム１４に銅箔などの導電箔を貼り付けて、エッチングにより配線パターン１８を形成する。凸部１８ａの形成領域をマスクして、それ以外の部分を薄肉にするようにエッチングし、マスクを除去すれば、凸部１８ａを形成することができる。

続いて、絶縁フィルム１４には、凸部１８ａの上から異方性導電膜２０を貼り付ける。詳しくは、複数の凸部１８ａが、対向する二辺に沿って並ぶ場合は平行する２つの直線状に異方性導電膜２０を貼り付け、凸部１８ａが四辺に並ぶ場合は、これに対応して矩形を描くように異方性導電膜２０を貼り付ける。

こうして、上記絶縁フィルム１４を、凸部１８ａと電極１３とを対応させて、半導体チップ１２上に押しつけて、凸部１８ａと電極１３とで異方性導電膜２０を押しつぶす。こうして、凸部１８ａと電極１３との電気的接続を図ることができる。

次に、ゲル注入穴２４から、樹脂を注入して、絶縁フィルム１４と半導体チップ１２との間に、樹脂２２を形成する。

そして、貫通穴１４ａを介して配線パターン１８上にハンダを設け、ボール状の外部電極１６を形成する。具体的には、例えば、ハンダペーストを用いたハンダ印刷や、ハンダボールを配線パターン１８上に載せることによって、外部電極１６を形成する。

これらの工程によって、半導体装置１０を得ることができる。なお、本実施の形態では、異方性導電膜２０を用いたが、その代わりに異方性導電接着剤を用いても良い。異方性導電接着剤は、シート状をなしていない点を除き異方性導電膜２０と同様の構成のものである。

本実施の形態によれば、絶縁フィルム１４に形成された貫通穴１４ａと外部電極１６との間に、接着剤１７が介在するので、外部電極１６に加えられた応力（熱ストレスや機械的ストレス）を吸収することができる。このような構成を得るには、上述したように、絶縁フィルム１４に予め接着剤１７を設けておき、この接着剤１７の側から、貫通穴１４ａの打ち抜き工程を行えばよい。こうすることで、貫通穴１４ａの打ち抜き工程と同時に、接着剤１７の一部を貫通穴１４ａ内に引き込むことができる。

次に、図３は、本実施の形態の変形例を示す図である。この変形例では、絶縁フィルム１４の貫通穴１４ａ内に接着剤１７が入り込んでおらず、外部電極２６の形状に特徴を有する。接着剤１７が貫通穴１４ａ内に入り込んでいなくてもよいので、接着剤１７を有しないプリント基板を、絶縁フィルム１４の代わりに用いることもできる。

すなわち、外部電極２６の基端部２６ａの径ｄと、突出部２６ｂの径φとが、
φ≦ｄ
の関係を有する。言い換えると、貫通穴１４ａの開口端部に位置する基端部２６ａが、貫通穴１４ａの外側で絶縁フィルム１４から突出する突出部２６ｂとほぼ等しいか、あるいは、基端部２６ａが突出部２６ｂよりも大きくなっている。特に、両者がほぼ等しいことが好ましい。こうすることで、突出部２６ｂから基端部２６ａにかけて、絞られた形状が形成されないようになっている。

この構成によれば、外部電極２６に絞られる形状がないので、外部電極２６に加えられる応力が集中しない。そして、応力を分散させてクラックを防止することができる。なお、貫通穴１４ａ内に接着剤１７が入り込んでいる構造をとれば、さらに応力緩和性能は向上する。

また、その製造方法は、上述した実施の形態と同様である。ただし、貫通穴１４ａ内に接着剤１７を入り込ませる工程が必ずしも必要ではないため、貫通穴１４ａを打ち抜く方向が限定されない。また、配線パターン１８を絶縁フィルム１４上にスパッタリングによって形成するなど、この変形例では、接着剤１７を省略してもよい。ただし、この変形例では、貫通穴１４ａと外部電極２６との間に、接着剤１７が介在することを妨げるものではない。

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。この半導体装置１１０は、半導体素子１１２と、基板の一例である絶縁フィルム１４（第１の実施の形態と同じ構成）と、複数の外部電極１６（第１の実施の形態と同じ構成）とを含む。半導体素子１１２の複数の電極（図示せず）にはバンプ１１３が設けられている。バンプ１１３は、金ボールバンプ、金メッキバンプであることが多いが、ハンダボールであってもよい。絶縁フィルム１４は、半導体素子１１２よりも大きい形状をなしている。

絶縁フィルム１４の一方の面に、導電部材１１８が貼り付けられている。導電部材１１８は、図１に示す配線パターン１８から凸部１８ａを省略した構成をなし、接着剤１７によって絶縁フィルム１４に貼り付けられている。

バンプ１１３と導電部材１１８との電気的な接続は、絶縁フィルム１１８における導電部材１１８が形成された面の全体に設けられた異方性導電材料１２０によって図られる。異方性導電材料１２０自体は、図１に示す異方性導電膜２０と同じものを使用することができる。こうすることで、半導体素子１１２と絶縁フィルム１４との間に異方性導電材料１２０が介在して、半導体素子１１２における電極が形成された面と、絶縁フィルム１４における導電部材１１８が形成された面と、が覆われて保護される。その他の構成は、第１の実施の形態と同じである。

本実施の形態に係る半導体装置１１０の製造方法については、異方性導電材料１２０を絶縁フィルム１４の全面に設ける点を除き、第１の実施の形態で説明した方法を適用することができる。半導体装置１１０を製造するときには、基板に半導体素子１１２を搭載してから、この基板を絶縁フィルム１４の形状で打ち抜いてもよい。また、本実施の形態でも、外部電極１６の形状について図３に示す形態を適用することができる。

（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示す半導体装置３０では、配線パターン３８と半導体チップ３２の電極３３とが、ワイヤ４０によって接続されている。配線パターン３８は、接着剤３７を介して基板３４に貼り付けられることで形成されている。基板３４は、第１の実施の形態と同様に絶縁フィルムの場合や、もしくは、プリント基板の場合がある。

また、基板３４の配線パターン３８の形成面には、応力緩和層４２が設けられている。応力緩和層４２は、第１の実施の形態の樹脂２２として選択可能な材料から形成されている。この応力緩和層４２に接着剤４６を介して、半導体チップ３２の電極３３を有する面とは反対側の面が接着されている。

基板３４には、貫通穴３４ａが形成されている。この貫通穴３４ａを介して、配線パターン３８に外部電極３６が形成されている。詳しくは、基板３４における配線パターン３８とは反対側の面に突出するように、配線パターン３８上に外部電極３６が形成されている。そして、半導体チップ３２の外周及び基板３４の配線パターン３８を有する面が、樹脂４４にて封止されている。

外部電極３６は、図１に示す構成、もしくは図３に示す外部電極２６と同様の構成をなし、同様の効果を達成できるようになっている。あるいは、図１に示す実施の形態と同様に、貫通穴３４ａと外部電極３６との間に接着剤３７が介在するように構成してもよい。

本実施の形態は、第１の実施の形態と比べて、半導体チップ３２の電極３３と配線パターン３８との接続にワイヤ４０を使用した点と、半導体チップ３２等が樹脂４４によって封止されている点で相違するが、応力緩和に関する機能は第１の実施の形態と同様である。

（第４の実施の形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示す半導体装置１３０は、貫通穴３４ａと外部電極１３６との間に接着剤３７が介在する点で図５に示す半導体装置３０と異なる。

（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。同図に示す半導体装置２１０は、導電部材１１８が、接着部材なしで基板２１４に直接形成されている点で、図４に示す半導体装置１１０と異なる。図７において、図４に示す半導体装置１１０と同じ構成には同じ符号を付してある。なお、本実施の形態では、半導体素子１１２がフェースダウン実装されているが、図６に示すフェースアップ実装を適用してもよい。

基板２１４は、外部電極１６よりも弾力性の高い材料で形成されている。また、基板２１４の貫通穴２１４ａの内壁面には、凸部２２０が形成されている。凸部２２０の形成方法を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。

基板２１４は、接着剤が設けられていない点で図２に示す絶縁フィルム１４と異なる。図８（Ａ）に示すように受け治具２に載せられた基板２１４を、打ち抜き治具１によって、図８（Ｂ）に示すように打ち抜いて貫通穴２１４ａを形成する。こうすることで、基板２１４を構成する材料が貫通穴２１４ａの内部に突出して凸部２２０が形成される。例えば、基板２１４の一方の面において貫通穴２１４ａの端部を形成する部分の一部が、貫通穴２１４ａ内に引き込まれて凸部２２０が形成されてもよいし、基板２１４の厚みの中間部分において、貫通穴２１４ａの内壁面に凸部２２０が形成されてもよい。また、凸部２２０は、貫通穴２１４ａの周端部の全体が貫通穴２１４ａの内側に突出してリング状をなしてもよいし、貫通穴２１４ａの周端部の一部のみが貫通穴２１４ａの内側に突出して構成されても良い。凸部２２０が形成されていることで、図４に示すように、接着剤１７が貫通穴１４ａ内に介在する構成と同じ効果を達成することができる。すなわち、貫通穴２１４ａの内壁面が平坦な場合よりも、凸部２２０が変形しやすいので、外部電極１６に加えられる応力を緩和することができる。

こうして、貫通穴２１４ａが形成されてから、基板２１４に導電部材１１８を形成して２層基板を構成する。例えば、基板２１４が熱可塑性である場合にはこれを加熱して軟化させ、導電箔を密着させることで接着剤なしで貼り付け、これをエッチングして導電部材２１８を形成することができる。あるいは、スパッタリングを適用してもよい。

あるいは、図９に示すように、導電部材３１０が形成された基板３００に、レーザ３２０を使用して貫通穴３３０を形成してもよい。この場合にも、貫通穴３３０には、凸部３３２が形成される。レーザ３２０として、ＣＯ₂レーザを使用すれば凸部３３２が形成されやすいが、エキシマレーザを使用してもよい。

または、図１０に示すように、導電部材４１０が形成された基板４００に、貫通穴に対応した開口４２２を有するレジスト４２０を形成し、ウエットエッチングを施すことで、貫通穴４３０を形成してもよい。この場合にも、貫通穴４３０の内壁面には、凹凸があるので、凸部４３２が形成される。

なお、上述した実施の形態は、ＣＳＰ型のパッケージを適用した半導体装置であるが、本発明は、多ピン化を図るために半導体チップよりも広い基板が使用されるＢＧＡ型のパッケージに適用することもできる。

図１１には、上述した実施の形態に係る方法によって製造された半導体装置１１００を実装した回路基板１０００が示されている。回路基板１０００には例えばガラスエポキシ基板等の有機系基板を用いることが一般的である。回路基板１０００には、例えば銅からなる配線パターンが所望の回路となるように形成されるとともに、この回路基板１０００にハンダボールが設けられている。そして、配線パターンのハンダボールと半導体装置１１００の外部電極とを機械的に接続することでそれらの電気的導通が図られる。

この場合、半導体装置１１００には外部との熱膨張差や機械的ストレスにより生じる歪みを吸収する構造が設けられているため、本半導体装置１１００を回路基板１０００に実装しても接続時及びそれ以降の信頼性を向上できる。

なお、実装面積もベアチップにて実装した面積にまで小さくすることができる。このため、この回路基板１０００を電子機器に用いれば電子機器自体の小型化が図れる。また、同一面積内においてはより実装スペースを確保することができ、高機能化を図ることも可能である。

そして、この回路基板１０００を備える電子機器として、図１２には、ノート型パーソナルコンピュータ１２００が示されている。

なお、能動部品か受動部品かを問わず、種々の面実装用の電子部品に本発明を応用することもできる。電子部品として、例えば、抵抗器、コンデンサ、コイル、発振器、フィルタ、温度センサ、サーミスタ、バリスタ、ボリューム又はヒューズなどがある。

図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。 図３は、第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置を示す図である。 図４は、第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。 図５は、第３の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。 図６は、第４の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。 図７は、第５の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。 図９は、第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。 図１０は、第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。 図１１は、本実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図である。 図１２は、本実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を備える電子機器を示す図である。

符号の説明

１０ 半導体装置、１２ 半導体チップ、１３ 電極、１４ 絶縁フィルム（基板）、１４ａ 貫通穴、１６ 外部電極、１６ａ 基端部、１６ｂ 突出部、１７ 接着剤（接着部材）、１８ 配線パターン（導電部材）

Claims (25)

1. 貫通穴が形成された基板と、
   電極を有する半導体素子と、
   前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に接着部材を介して貼り付けられるとともに、前記接着部材に貼り付けられた面の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
   前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、前記基板の他方の面よりも外側まで設けられた外部電極と、
   を有し、
   前記貫通穴内において、前記貫通穴を形成する内壁面と前記外部電極との間に、前記接着部材の一部が介在する半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置において、
   前記貫通穴内において、前記接着部材の一部が引き込まれて介在する半導体装置。
3. 貫通穴が形成された基板と、
   電極を有する半導体素子と、
   前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に直接形成されて前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
   前記貫通穴を介して、前記導電部材と接続されるとともに、前記基板の他方の面よりも外側まで設けられた外部電極と、
   を有し、
   前記基板は、前記外部電極よりも弾力性の高い材料で形成され、
   前記貫通穴の内壁面には、前記基板を構成する前記材料によって凸部が形成される半導体装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有する半導体装置。
5. 貫通穴が形成された基板と、
   電極を有する半導体素子と、
   前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に接着部材を介して貼り付けられるとともに、前記接着部材に貼り付けられた面の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
   前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、前記基板の他方の面よりも外側まで設けられた外部電極と、
   を有し、
   前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有する半導体装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記基板は、絶縁基板である半導体装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記基板は、プリント基板である半導体装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記外部電極は、ハンダで形成される半導体装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記基板の外形は、半導体素子の外形よりも大きい半導体装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記半導体素子の前記電極は、導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して前記導電部材に電気的に接続される半導体装置。
11. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記半導体素子の前記電極は、ワイヤを介して前記導電部材に電気的に接続される半導体装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の半導体装置が実装された回路基板。
13. 請求項１２記載の回路基板を有する電子機器。
14. 接着部材が一方の面に設けられた基板を用意する工程と、
    前記基板を、前記接着部材が設けられた面側からその反対側面に向かって型抜きを行うことにより、貫通穴を形成するとともに、前記貫通穴内に前記接着部材の一部を引き込む工程と、
    前記接着部材を介して、前記基板における前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域に導電部材を貼り付ける工程と、
    前記貫通穴及び該貫通穴内に引き込まれた前記一部の接着部材の内側を介して、前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、前記導電部材の形成面の反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
    前記導電部材に、半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
15. 内壁面に凸部を有する貫通穴が形成されるとともに、前記貫通穴上を含む領域に導電部材が直接形成され、外部電極よりも弾力性の高い材料からなる基板を用意する工程と、
    前記貫通穴を介して、前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、前記導電部材の形成面の反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
    前記導電部材に、半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
16. 請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電部材を形成する前に、前記基板を型抜きする工程を含み、前記型抜きする工程で、前記基板の一部を前記貫通穴に引き込んで前記凸部を形成する半導体装置の製造方法。
17. 請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
    レーザを使用して前記貫通穴を形成する半導体装置の製造方法。
18. 請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
    ウエットエッチングによって前記貫通穴を形成する半導体装置の製造方法。
19. 請求項１４から請求項１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有する半導体装置の製造方法。
20. 貫通穴が形成されるとともに前記貫通穴上を含む領域に導電部材が形成された基板を用意する工程と、
    前記貫通穴を介して、前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、前記導電部材とは反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
    前記導電部材に、半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
    を含み、
    前記外部電極は、前記貫通穴の内側に位置する基端部の径ｄと、前記貫通穴から突出する突出部の径φとが、φ≦ｄの関係を有する半導体装置の製造方法。
21. 請求項１４から請求項１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記基板は、絶縁フィルム又はプリント基板である半導体装置の製造方法。
22. 請求項１４から請求項２１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記外部電極の形成材料は、ハンダである半導体装置の製造方法。
23. 請求項１４から請求項２２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程の後に、前記基板を、半導体素子の外側で打ち抜く工程を含む半導体装置の製造方法。
24. 請求項１４から請求項２３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して、前記電極を前記導電部材に電気的に接続する半導体装置の製造方法。
25. 請求項１４から請求項２３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、ワイヤを介して前記導電部材に前記電極を電気的に接続する半導体装置の製造方法。

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