JP2008218629A - 半導体パッケージおよび電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】半田バンプにクラックが発生することを防止して、半田バンプの破壊や信号の伝達障害を防止することができる半導体パッケージおよび電子部品を提供する。
【解決手段】第二絶縁膜１５に形成された開口部１８には半田バンプ２１が配される。半田バンプ２１は、半田を略球形に形成し、開口部１８において再配線層１４に電気的に接続されたものである。半田バンプ２１の表面には、バンプ被覆部２２が配される。このバンプ被覆部２２は、半田バンプ２１の表面の少なくとも一部を覆い、半田バンプ２１を構成する部材よりも融点が低い導電体からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板（インタポーザ）を使用しないウェハレベルＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）等の半導体パッケージや、ＬＳＩチップを裏返して回路基板に接合する実装方法であるフリップチップに代表される、半田バンプを介して基板間の電気的接続が図られる電子部品に関する。

従来、電子部品で用いられる半導体パッケージの構造として、たとえば半導体チップを樹脂により封止したパッケージ（いわゆるDual Inline PackageやQuad Flat Package）では、樹脂パッケージ周辺の側面に金属リード線を配置する周辺端子配置型が主流であった。

これに対し、近年急速に普及している半導体パッケージ構造として、例えばチップスケールパッケージ（ＣＳＰ：Chip Scale Package）とよばれ、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ：Ball Grid Array）技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来よりも小さい面積で電子回路基板に高密度実装することを可能にしたパッケージ構造がある。

ＢＧＡタイプの半導体パッケージにおいては、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しいＣＳＰ構造が、前述のＢＧＡ電極配置構造とともに開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。ＣＳＰは、回路を形成した例えばシリコンからなるウエハを切断し、個々の半導体チップに対して個別にパッケージ工程を施し、パッケージを完成するものである。

これに対し、一般的に「ウエハレベルＣＳＰ」とよばれる製法においては、このウエハ上に、絶縁層、再配線層、封止層等を形成し、半田バンプを形成する。そして最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することでパッケージ構造を具備した半導体チップを得ることができる。

ウエハ前面にこれらの回路を積層し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、パッケージの施された半導体チップとなり、実装基板に対して最小投影面積を有する半導体チップを得ることが可能になる。

ウエハレベルＣＳＰの製造方法における特徴は、パッケージを構成する部材を、すべてウエハの形状において加工することにある。すなわち、絶縁層、導電層（再配線層）、封止樹脂層、半田バンプ等は、すべてウエハをハンドリングすることで形成される。これは、例えば半田バンプの形成においても同じことである。

従来のウエハレベルＣＳＰの製造工程では、半田バンプを形成する際にウエハの一方の平面の多数の電極を配置する所定位置に、半田材料を必要量設け、リフロー工程と呼ばれる半田融点以上の温度での加熱溶融、また、半田融点以下での冷却凝固を経ることにより、その形状が球状に近い半田バンプを得る。

図６は従来のＣＳＰ等の電子部品（以下、半導体装置とも呼ぶ）の構造を例示する断面図であり、半導体装置において半田バンプを設ける部分を拡大して示すものである。図６において、符号１１０は第一絶縁部であり、不図示の回路を一方の面上に設けたウエハからなる半導体基板（以下、半導体チップとも呼ぶ）の表層部に配置されている。符号１１１は第一導電部であり、この回路に導通し、半導体基板の第一絶縁部１１０の表面に形成されている。

符号１１２は第二絶縁部を示し、第一導電部１１１の外周部と第一絶縁部１１０を覆うように形成されている。符号１１３は半田バンプであり、露出された第一導電部１１１を覆うように設けられている。従来の半導体装置において半田バンプを設ける部分は、上述した第一絶縁部１１０、第一導電部１１１、第二導電部１１２、半田バンプ１１３から構成されている。

図６に示すような半球状の半田バンプ１１３は、第一導電部１１１上に半田材料を形成した後、加熱処理（以下、リフロー処理とも呼ぶ）を施すことにより得られる。
第一導電部１１１上にまず半田を設ける方法としては、例えば（イ）電解半田めっき法、（ロ）半田ボール搭載法、（ハ）半田ペースト印刷法、（ニ）半田ペーストディスペンス法、（ホ）半田蒸着法などの製法が一般に使用されている。いずれの製法も、ウエハ全面の電極配置位置に、半田バンプ下部が所定の形状となるように形成された、半田と濡れ性の良い表面性状とした第一導電部１１１上に、所定の面積および高さを持つ半田材料を形成するものである。

各製法ごとに異なる半田材料が使用される。製法（イ）では半田成分を含有するめっき層が、製法（ロ）では予め所定のバンプ径に近い形状に分粒された半田ボールが、それぞれ用いられる。製法（ハ）や製法（ニ）では所定のバンプ径に比較して微細な半田粒子をフラックス成分に混合した印刷用のペースト状の半田を用いる。製法（ホ）では真空中で蒸着法により形成された半田成分を含有する金属蒸着膜を使用する。

いずれの製法により形成された半田であっても、リフロー処理時に半田を融点以上の温度に到達させることによって、半田は溶融し、溶融した半田は表面張力により凝集する。
その形状は、下地をなす第一導電部１１１の周縁における金属の濡れ性、溶融した半田の表面張力、溶融した半田自体の重さによる変形、第一導電部１１１の外周部を覆う第二絶縁部１１２の端部形状など等により決定される。溶融した半田は、リフロー処理の後半において、半田の融点より低い温度で冷却処理を施すことにより固体となる。その結果、いわゆる半田バンプと呼ばれる球状に近い形状の半田塊が得られる。

このような半田バンプを有する半導体装置では、その性能向上のために種々の改良が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、従来の電子部品の実装時において、半田バンプにくびれが生じた状態を示す断面図であり、図６に示した半導体装置を例とした場合である。ここで、半導体装置から半田バンプ１１３を除いた部分を半導体パッケージと呼ぶことにする。

図７は、半田バンプ１１３を回路基板（第二基板とも呼ぶ）の表層部に配置されている第二絶縁部１３０上の第二導通部１３２（電極パッドとも呼ぶ）に押し付けることにより、半導体装置（以下では、半導体チップとも呼ぶ）が回路基板に実装される様子を示している。なお、図６及び図７には半田バンプ１１３を突出させた状態で導電層を覆うように第二絶縁部（封止層とも呼ぶ）１１２を設けた例を示しているが、封止層は必須要件ではない。

つまり、上述した半田バンプ１１３は、半導体基板の第一導電部１１１と回路基板の第二導電部１３２との電気的な導通を図るための電極端子として機能するとともに、両者の熱変形や反りによって発生する応力を緩和、吸収する役割も担う。

しかしながら、図６に示すように、従来の半田バンプはその側面方向から見て半球状に近い。また、従来の半田バンプ１１３は第一導電部１１１に載置された状態では、半田バンプ１１３が第一導電部１１１と接してなる面は円形をなす傾向がある。特に、回路基板に実装した半導体パッケージでは、主に半導体チップと回路基板との熱膨張率の違いにより発生する応力を、回路基板から半導体チップが受ける。

このため、半田バンプ１１３は、第一導電部１１１や第二導電部１３２と接触する接合部に応力の集中が発生しやすい。より具体的には、半田バンプ１１３はその外周面が、束縛された状態から解放された状態に変わる領域（くびれ部とも呼ぶ）１３１ａ、１３１ｂに応力が加わると、図７に示すように、例えば半田バンプ１１３の中にクラック（亀裂とも呼ぶ）１１５が外側から内側の方向に発生する傾向にあった。

このようなクラック１１５が発生すると、半田バンプ１１３の物理的な強度が低下し、半田バンプ１１３の破壊をもたらす恐れがある。また、このようなクラック１１５は電気抵抗の増加をもたらし、半導体パッケージに供給される電力の低下といった問題を引き起こす懸念もある。特に、半田バンプ１１３を介して伝達される信号が１００ＭＨｚを超えるような高い周波数の場合、こうしたクラック１１５の存在は信号の伝達特性を大きく損なう虞がある。

こうした背景から、半田バンプにクラックが発生することを確実に防止できる半導体パッケージや電子部品の開発が期待されていた。
特開平５−１３４１８号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、半田バンプにクラックが発生することを防止して、半田バンプの破壊や信号の伝達障害を防止することができる半導体パッケージおよび電子部品を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の半導体パッケージは、一面に電極パッドおよびパッシベーション膜が形成されている半導体基板と、前記半導体基板を覆うように配された第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜に重ねて配された再配線層と、前記第一絶縁膜および前記再配線層に重ねて配され、前記再配線層を露呈させる開口部が形成された第二絶縁膜と、前記開口部に配された半田バンプとを有する半導体パッケージであって、
前記半田バンプの表面の一部を覆うバンプ被覆部を有し、前記バンプ被覆部を構成する部材は、前記半田バンプを構成する部材よりも融点が低い導電体からなることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の半導体パッケージは、請求項１において、前記半田バンプを構成する部材は、ヤング率が０．１〜８０ＧＰａであることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の半導体パッケージは、請求項１において、前記半田バンプと前記バンプ被覆部との間には、導電体からなる中間層が配されることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の半導体パッケージは、請求項１において、前記バンプ被覆部を構成する部材は、熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の半導体パッケージは、請求項１において、前記半田バンプを構成する部材と前記バンプ被覆部を構成する部材の融点の差は、２０〜５００℃であることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の電子部品は、第一基板と第二基板が対向して配置され、前記第一基板の電気絶縁性を有する一面側に配された複数個の第一導電部と、前記第二基板の電気絶縁性を有する一面側に配された複数個の第二導電部との間に、個別に半田バンプを設けてなる電子部品であって、
少なくとも前記半田バンプが前記第一導電部と接する第一接触部の近傍および／または前記第二導電部と接する第二接触部の近傍に、前記半田バンプの表面を覆うバンプ被覆部を備え、
前記バンプ被覆部を構成する部材は、前記半田バンプを構成する部材よりも融点が低い導電体からなることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の電子部品は、請求項６において、前記バンプ被覆部は、前記第一接触部の近傍から前記第二接触部の近傍までの間で前記半田バンプの表面を覆うことを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の電子部品は、請求項６において、前記バンプ被覆部は、前記第一接触部の近傍または／および前記第二接触部の近傍に近づくほど厚みが増加することを特徴とする。
本発明の請求項９に記載の電子部品は、請求項６において、前記バンプ被覆部の表面には、熱可塑性樹脂からなる皮膜層が配されることを特徴とする。
本発明の請求項１０に記載の電子部品は、請求項９において、前記皮膜層は、前記第一接触部の近傍または／および前記第二接触部の近傍に近づくほど厚みが増加することを特徴とする。

本発明の半導体パッケージによれば、半田バンプが再配線層の近傍、および実装基板の導電部の近傍でバンプ被覆部に覆われることによって、こうした境界部分で半田バンプの外面から内側に向けて生じやすいクラックの発生をバンプ被覆部によって阻止できる。これにより、半導体パッケージと実装基板との間で熱変形や反りによって応力が生じ、半田バンプと再配線層の近傍や実装基板の導電部との境界部分に応力が集中しても、半田バンプにクラックが生じて接続抵抗が増加したり、半田バンプと実装基板の導電部との接合強度が低下するといった不具合の発生を確実に防止することができる。よって、信頼性の高い半導体パッケージを提供することができる。

以下、本発明に係る半導体パッケージの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の半導体パッケージの一例を示す断面図である。本実施形態の半導体パッケージ１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１の一面１１ａに配されるパッシベーション膜１２と、パッシベーション膜１２を覆う第一絶縁膜１３と、この第一絶縁膜１３に形成される再配線層１４と、第一絶縁膜１３および再配線層１４を覆う第二絶縁膜１５とを有する。

半導体基板１１の一面１１ａには、電極パッド１６が形成されている。第一絶縁膜１３には、この電極パッド１６を露呈させる電極開口１７が形成されている。また、第二絶縁膜１５には、再配線層１４の一部を露呈させる開口部１８が形成される。

第二絶縁膜１５に形成された開口部１８には半田バンプ２１が配される。半田バンプ２１は、半田を略球形に形成し、開口部１８において再配線層１４に電気的に接続されたものである。こうした半田バンプ２１は、例えば基板の導電部と電気的に接続するための接続端子の役割を果たす。

半田バンプ２１の表面には、バンプ被覆部２２が配される。このバンプ被覆部２２は、半田バンプ２１の表面の少なくとも一部を覆い、半田バンプ２１を構成する部材よりも融点が低い導電体からなる。

このような構成の半導体パッケージ１０によれば、半導体パッケージ１０を基板などに実装した際に、半田バンプ２１にクラックが生じることを効果的に防止することが可能になる。図２（ａ）に示すように、本発明の半導体パッケージ１０を実装基板２５に実装する際には、半導体パッケージ１０を上下反転させて、半田バンプ２１を実装基板２５の絶縁層２６から露呈された導電部２７にバンプ被覆部２２を介して接触させる。

このように、半田バンプ２１をバンプ被覆部２２を介して導電部２７に接触させた状態で、半田バンプ２１の融点よりも低く、かつバンプ被覆部２２の融点よりも高い温度範囲に加熱する（リフロー工程）。すると、図２（ｂ）に示すように、バンプ被覆部２２は溶融してその一部が重力によって半田バンプ２１の下方に流れるとともに、他の一部が表面張力によって開口部１８の周囲に凝集する。

その結果、半田バンプ２１は、実装基板２５の導電部２７に電気的に接続されるとともに、少なくとも、半田バンプ２１が再配線層１４と接する接触部の近傍、および実装基板２５の導電部２７と接する接触部の双方で、半田バンプ２１の表面が導電性のバンプ被覆部２２で覆われる。

半田バンプ２１が再配線層１４の近傍、および実装基板２５の導電部２７の近傍でバンプ被覆部２２に覆われることによって、こうした境界部分で半田バンプ２１の外面から内側に向けて生じやすいクラックの発生をバンプ被覆部２２によって阻止できる。これにより、半導体パッケージ１０と実装基板２５との間で熱変形や反りによって応力が生じ、半田バンプ２１と再配線層１４の近傍や実装基板２５の導電部２７との境界部分に応力が集中しても、半田バンプ２１にクラックが生じて接続抵抗が増加したり、半田バンプ２１と実装基板２５の導電部２７との接合強度が低下するといった不具合の発生を確実に防止することができる。よって、信頼性の高い半導体パッケージ１０を提供することができる。

半導体基板１１は、例えばシリコンやガリウム砒素などの半導体ウエハであればよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断した半導体チップであってもよい。こうした半導体基板１１には、不図示の集積回路（ＩＣ）等が形成されていればよい。パッシベーション膜１２は、例えばＳｉＮやＳｉＯ_２ などの絶縁膜であればよい。電極パッド１６は、例えば、ＣｕやＡｌなどからなる電極であればよい。

第一絶縁膜１３は、絶縁性が高く、耐熱性、耐薬品性に優れ、機械的強度が強いものが好ましい。第一絶縁膜１３としては、例えばポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂などの絶縁性樹脂、あるいは窒化シリコンなどのセラミックスが適している。

第一絶縁膜１３の厚みは、例えば、樹脂の場合は１〜５０μｍ程度、セラミックスの場合は０．１〜１０μｍ程度であればよい。特に、耐熱性が比較的高く、パターニングが容易なポリイミド樹脂が好適である。第一絶縁膜１３に電極開口１７を形成するなど、第一絶縁膜１３をパターニングするには、例えば、レーザー加工、プラズマ加工、フォトリソグラフィー加工、化学エッチング加工等が挙げられる。第一絶縁膜１３が樹脂の場合、高精度で微細なパターンが形成できるフォトリソグラフィー加工が好ましい。

再配線層１４は、導電性に優れ、耐熱性に優れた金属がよく、例えば銅や銀、金、ニッケル、アルミニウム、白金、スズ、タングステン、コバルト、インジウムなどが望ましい。
あるいはこれらを主成分とした合金、あるいはこれらの積層構造でもかまわない。その中でも、特に電気抵抗率が低く、比較的安価な銅がより好ましい。

再配線層１４が半田バンプ２１と電気的に接続される開口部１８においては、再配線層１４と半田バンプ２１との接続を容易にするために、再配線層１４を部分的に金で形成することも好ましい。再配線層１４の厚みは１〜２０μｍ程度が望ましい。再配線層１４が金表面の積層構造であった場合、金層の厚みは０．１〜３μｍ以下が望ましい。こうした再配線層１４は電解めっきあるいは無電解めっきによって形成されればよい。

さらに、再配線層１４と第一絶縁膜１３との間には、再配線層１４と第一絶縁膜１３との密着性を確保するための、不図示の密着層が形成されているのが好ましい。こうした密着層は、再配線層１４と電極パッド１６との間でエレクトロマイグレーションを抑制する役割も果たす。こうした密着層は、クロム、チタン、タングステン、銅、ニッケルなどの金属から構成されれば良く、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどによって形成されていれば良い。

第二絶縁膜１５は、第一絶縁膜１３と同様の部材を用いればよいが、外部に露呈されるので、第一絶縁膜１３よりも難燃性が高く、吸水性が低い材料を用いるのがより好ましい。こうした、第二絶縁膜１５は、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどによって、開口部１８などを備えた所定の形状に形成されれば良い。

半田バンプ２１は、電気伝導率が高く、ヤング率が０．１〜８０ＧＰａの部材を用いるのが好ましい。半田バンプ２１成す部材としては、例えば、錫を主成分として、金、銀、銅、インジウム、亜鉛、ビスマスなどの元素をひとつ、あるいは複数種を含む組成のはんだ、あるいは金、錫、シリコンなどから成るろう材が好適である。

こうした半田バンプ２１を構成する部材を、バンプ被覆部２２を構成する部材よりも融点の高い材料で構成し、実装基板２５の導電部２７との接合時に半田バンプ２１の融点よりも低く、かつバンプ被覆部２２の融点よりも高いリフロー温度で接合することにより、基板実装時のリフロー工程で半田バンプ２１が潰れることがない。このため、高いスタンドオフを安定して確保できるとともに、半導体パッケージ１０が実装基板２５に対して水平よりも傾いて接続されてしまうこともない。その結果、高い接続信頼性を得ることができる。

半田バンプ２１は、例えばぺ一スト印刷法、ボール搭載法、めっき法、インクジェット法、ディスペンス法などによって形成されれば良い。ディスペンス法以外は、構成材料を開口部１８に配置後、リフローすることによって、略球状(例えば半球状)の半田バンプ２１を形成することができる。半田バンプ２１を略球状にすることで、半田バンプ２１の高さのばらつきが低減できるとともに、半田バンプ２１の全体にバンプ被覆部２２を形成することが容易なり、さらに実装部分の凹凸や異物による実装不良の発生も抑制することができる。

こうした半田バンプ２１を構成する部材として、導電性フィラーを含有する樹脂を用いることで、電気的な導通を有したまま、より低弾性な半田バンプを実現することもできる。導電性フィラーとしては、例えば金、銀、銅、ニッケル、低融点合金(金、銀、銅、錫、インジウム、ビスマス、亜鉛などを含むはんだなど)からなる金属微粒子、酸化亜鉛，酸化錫，酸化インジウムなどの金属酸化物微粒子、カーボンブラック、ポリアニリン，ポリアセン，ポリピロール，ポリフェニルビニレン，ポリチオフェンなどの導電性ポリマー粒子、金属をコートしたポリマー微粒子、あるいは貴金属をコートした銅微粒子や銀微粒子、金属繊維、炭素繊維などが好ましく挙げられる。

半田バンプ２１の導電率は２０Ｓ／ｃｍ以上が望ましく、さらには２０００Ｓ／ｃｍ以上がより好ましい。導電率が２０Ｓ／ｃｍ以下の場合、半田バンプ２１の電気抵抗が大きすぎて、回路がオープン不良になってしまう場合があることから好ましくない。なお、２０Ｓ／ｃｍ以上とする理由は、フリップチップ工法の一つに、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いる工法がある。この工法の特徴は、工法が容易である一方で、抵抗が高いという難点がある。実用レベルとしては、１つの半田バンプあたりの抵抗が数百ｍΩ以下とされる。

ここで０．５ｍｍピッチＢＧＡの半田バンプを想定してみると、１つの半田バンプあたりの抵抗を１Ω以下となるためには、バンプの導電率が２０Ｓ／ｃｍ以上必要となるためである。また、はんだや金などを用いる工法（Ｃ４工法、金はんだ工法など）の場合、１つの半田バンプあたりの抵抗は数ｍΩ以下になる。このレベルを０。５ｍｍピッチＢＧＡの半田バンプとして想定してみると、バンプの導電率は２０００Ｓ／ｃｍ以上必要となる
形成方法は、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンス法などが適当である。

バンプ被覆部２２は半田バンプ２１との密着性がよく、半田バンプ２１を構成する部材よりも融点が低い材料が用いられる。例えば、半田バンプ２１の部材に融点が２８０℃のＡｕ−２０Ｓｎを適用した場合、バンプ被覆部２２としては融点（ないし液相温度）が２４０℃以下の部材を用いるのが好ましく、例えばＳｎ−３.ＯＡｇ−０．５Ｃｕを始めとするＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、あるいはＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系などのはんだが好適に用いられる。

また、半田バンプ２１の部材に融点が２１８℃であるＡｕ−９０Ｓｎや、あるいは固相温度が２１５℃以上であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだを適用した場合、バンプ被覆部２２の部材としては融点（ないし液相温度）が１８５℃以下の部材が望ましく、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系などのはんだが好適に用いられる。なお、はんだにはＰｂを含む組成も数多くあるが、Ｐｂは環境保全などの観点から、好適ではない。

バンプ被覆部２２の厚さは５μｍ以上で、半田バンプ２１の直径の１５％以下にするのが好ましい。バンプ被覆部２２の厚さが薄すぎると、半導体パッケージ１０を実装基板２５に実装したときに接合が不十分になってしまう。一方、バンプ被覆部２２が厚すぎると、実装時に半田バンプ２１が実装基板２５の導電部２７に接するまで潰れないため、導電性の面から好ましくない。

このようなバンプ被覆部２２は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、電解めっき法、無電解めっき法、ぺ一スト印刷法、ディスペンス法などによって形成されればよい。バンプ被覆部２２を構成する部材がＡｕ−Ｓｎ系の場合、蒸着法やスパッタリング法を用いると比較的容易に形成でき、電解めっき法やぺ一スト印刷法、ディスペンス法を用いることで材料コストを低減することができる。また、バンプ被覆部２２を構成する部材がはんだの場合、ぺ一スト印刷法、インクジェット法あるいはディスペンス法を用いることで、３元系以上の複雑な組成のはんだであっても容易に形成することができる。

半田バンプ２１とバンプ被覆部２２との密着性を向上させるため、さらに加熱処理を加えるとよい。こうした加熱処理の温度はバンプ被覆部２２の融点（ないし液相温度）より高くても低くてもよい。加熱処理の温度がバンプ被覆部２２の融点より高いと、バンプ被覆部２２が溶融して半田バンプ２１の露呈部分の全体を包み込むことができるため、半田バンプ２１の酸化を防ぐことができる。ただし、温度が過剰に高すぎると、溶融したバンプ被覆部２２が半田バンプ２１の根元へ流れて落ちてしまい、半田バンプ２１の上部が露呈してしまうため、加熱処理のピーク温度をバンプ被覆部２２の融点＋３０℃以下、溶融時間を３０秒以下にするのが望ましい。

また、加熱処理の温度がバンプ被覆部２２の融点（ないし液相温度）より低くても、界面近傍にて金属が拡散することによって、半田バンプ２１とバンプ被覆部２２との強固な接合が実現できる。しかも、バンプ被覆部２２が溶融によって流れ落ちる危険性もない。ただし、加熱温度が低すぎると拡散が進まないため、温度は融点に近いほどよい。

こうした半田バンプ２１とバンプ被覆部２２との密着性を向上させる加熱処理を行う際には、減圧環境、あるいは窒素雰囲気にして酸素濃度が低い状態で加熱処理を行い、半田バンプ２１やバンプ被覆部２２の酸化を防ぐのが好ましい。

半田バンプとバンプ被覆部との間には、更に中間層が形成されていても良い。図３は、本発明の半導体パッケージの別な一例を示す要部断面図である。この実施形態において、半導体パッケージ３０の第二絶縁膜３５に形成された開口部３８から露呈された再配線層３４には、半田バンプ３１が形成されている。また、半田バンプ３１の表面には、バンプ被覆部３２が配される。

更に、半田バンプ３１とバンプ被覆部３２との間には、中間層３９が配されている。この中間層３９によって半田バンプ３１とバンプ被覆部３２とを一層強固に接合することが可能になり、バンプ被覆部３２が半田バンプ３１から容易に剥離してしまうことを効果的に防止できる。

こうした中間層３９を構成する部材としては、例えば、銅、ニッケル、クロム、チタン、タングステン、あるいはこれらの合金、あるいはこれらを積層した複層構造が好ましい。中間層３９の形成方法としては、例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、電解めっき法、無電解めっき法などが好ましい。

なお、こうした中間層３９とバンプ被覆部３２との接合を一層強固にするために、中間層３９の表層に、さらに銅あるいはニッケルを形成するのも好ましい。中間層３９の表層に銅層を形成する場合、銅がバンプ被覆部３２に拡散してしまうことから、銅の厚さは２μｍ以上必要である。

一方、中間層３９の表層にニッケル層を形成する場合、ニッケルはバンプ被覆部３２には拡散しにくいことから、銅層の場合より薄くてもかまわない。ただし、ニッケル層の表面が酸化するとバンプ被覆部３２との接合が難しくなることから、ニッケル層の表面にさらに金を０．１〜１μｍ程度の厚みで形成するのが望ましい。またいずれの場合も、中間層３９が厚すぎると、半田バンプ３１の低弾性特性が生かされないので、厚さは２０μｍ以下が好ましい。

半田バンプ３１の導電率をさらに高めるためには、半田バンプ３１を覆う中間層３９を再配線層３４に接合させるとよい。再配線層３４の露呈面が半田バンプ３１で完全に覆われてしまっている場合は、プラズマエッチング法、レーザー法による開口、ＲＥＩ法、ドリルによる穴加工などの方法で、半田バンプ３１あるいは第二絶縁膜３５の一部を除去してから、中間層３９を再配線層３４に接合させればよい。

このように中間層３９を再配線層３４に接合させることで、より多くの電流が流れるデバイスあるいは端子に対しても、こうした半導体パッケージ３０を適用することが可能である。なお、中間層３９を再配線層３４に接合させる場合、中間層３９によって導電性が保持できることから、半田バンプ３１を構成する部材の導電率が２０Ｓ／ｃｍ以下であっても差し支えない。

次に、半導体パッケージを実装基板に配した、本発明の電子部品について説明する。図４（ａ）は、本発明の電子部品の一例を示す断面図である。本発明の電子部品４０は、実装基板４２に半導体パッケージ４１実装したものであり、半導体パッケージ４１を構成する第一基板４３と、実装基板４２を構成する第二基板４４が対向して配される。第一基板４３には、第一絶縁層４５を介して第一導電部（再配線層）４６が配される。この第一導電部（再配線層）４６は、第二絶縁層４７に形成された開口部４８からその一部が露呈される。

第二基板４４には、不図示の絶縁層を介して第二導電部４９が形成される。そして、この第一導電部（再配線層）４６と第二導電部４９との間に、半田バンプ５１が配される。そして、この半田バンプ５１が第二導電部４９と接する第二接触部５２の近傍には、半田バンプ５１の表面を覆うバンプ被覆部５４が形成されている。

このバンプ被覆部５４を構成する部材は、半田バンプ５１を構成する部材よりも融点が低い導電体から構成されている。第二接触部５２の近傍に半田バンプ５１を覆うバンプ被覆部５４を形成することによって、半田バンプ５１と第二導電部４９とが接触する第二接触部５２付近に応力がかかっても、バンプ被覆部５４によって半田バンプ５１が覆われているので、半田バンプ５１の外面から内側に向けてクラックが発生することを防止できる。

これにより、電子部品４０に熱変形や反りによって応力が生じ、半田バンプ５１と第二導電部４９とが接触する第二接触部５２付近に応力が集中しても、半田バンプ５１にクラックが生じて接続抵抗が増加したり、半田バンプ５１と第二基板４４の第二導電部４９との接合強度が低下するといった不具合の発生を確実に防止することができる。よって、信頼性の高い電子部品４０を提供することができる。

図４（ｂ）は、本発明の電子部品の別な一例を示す断面図である。この実施形態の電子部品６０においては、半田バンプ６１が実装基板６２の第二導電部６３と接する第二接触部６４の近傍および、半田バンプ６１が半導体パッケージ６５の第一導電部（再配線層）６６と接する第一接触部６７の近傍の両方で、半田バンプ６１の表面を覆うバンプ被覆部６８が形成されている。

なお、こうしたバンプ被覆部６８は、第一接触部６７の近傍や第二接触部６３の近傍に近づくほど、その厚みが増加する形状に形成されればよい。これにより、応力が集中しやすい接合界面に近いほどバンプ被覆部６８の厚みが厚くなるので、半田バンプ６１にクラックが発生することをより一層効果的に防止することができる。

図５（ａ）に示すように、バンプ被覆部７１は、半導体パッケージ７２を構成する第一基板７３の第一導電部（再配線層）７４と半田バンプ７５とが接する第一接触部７６の近傍から、実装基板７７の第二導電部７８と半田バンプ７５とが接する第二接触部７９の近傍までの間を、半田バンプ７５を露呈させることなく覆う構成であってもよい。これにより、半田バンプ７５の一部が露呈して酸化するなど、半田バンプ７５の腐蝕を防止することができる。

図５（ｂ）に示すように、半導体パッケージ８２を構成する第一基板８３の第一導電部（再配線層）８４と半田バンプ８５とが接する第一接触部８６の近傍において、半田バンプ８５を覆うバンプ被覆部８１の表面に、さらに皮膜層８９が形成されていても良い。こうした皮膜層８９を構成する部材は熱可塑性樹脂からなる。

第一接触部８６の近傍でバンプ被覆部８１の表面を覆う皮膜層８９を形成することによって、半田バンプ８５がくびれて応力が集まりやすい第一接触部８６の近傍で、皮膜層８９が半田バンプ８５のくびれを埋めるような形状になるので、応力が第一接触部８６の近傍に集中することなく分散される。これにより、応力によって半田バンプ８５にクラックが生じるのを一層確実に防止することができる。

また、図５（ｃ）に示すように、半田バンプ９１が実装基板９２の第二導電部９３と接する第二接触部９４の近傍および、半田バンプ９１が半導体パッケージ９５の第一導電部（再配線層）９６と接する第一接触部９７の近傍の両方で、半田バンプ９１の表面を覆うバンプ被覆部９８に皮膜層９９が形成されていてもよい。

このような、バンプ被覆部を覆う皮膜層を構成する熱可塑性樹脂としては、軟化点がリフロー工程の温度よりも低いことが好ましい。また、皮膜層は、絶縁性に優れ、耐熱性（リフローによって熱分解しない）があり、耐摩擦性、耐摩耗性、耐薬品性などに優れた特性を有するものが望ましい。こうした皮膜層の部材としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリエーテルイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォンなどが好ましく挙げられる。

こうした、皮膜層の形成方法としては、バンプ被覆部として、皮膜層を構成する熱可塑性樹脂を含んだ部材で構成し、リフロー時にこうした熱可塑性樹脂が溶融してバンプ被覆部の表面を覆うようにすればよい。

なお、本発明の電子部品では、複数個の第一導電部と複数個の第二導電部との間に、個別に半田バンプが設けられたような、複数の半田バンプを備えた構成であれば良い。

本発明の半導体パッケージの一例を示す断面図である。 本発明の半導体パッケージの実装基板への接合工程を示す断面図である。 本発明の半導体パッケージの他の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品の他の一例を示す断面図である。 従来の半導体パッケージの一例を示す断面図である。 従来の半導体パッケージの一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 半導体パッケージ、１１ 半導体基板、１２ パッシベーション膜、１３ 第一絶縁膜、１４ 再配線層、１５ 第二絶縁膜、１６ 電極パッド、１７ 電極開口、１８ 開口部、２１ 半田バンプ、２２ バンプ被覆部。

Claims (10)

1. 一面に電極パッドおよびパッシベーション膜が形成されている半導体基板と、前記半導体基板を覆うように配された第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜に重ねて配された再配線層と、前記第一絶縁膜および前記再配線層に重ねて配され、前記再配線層を露呈させる開口部が形成された第二絶縁膜と、前記開口部に配された半田バンプとを有する半導体パッケージであって、
   前記半田バンプの表面の一部を覆うバンプ被覆部を有し、前記バンプ被覆部を構成する部材は、前記半田バンプを構成する部材よりも融点が低い導電体からなることを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記半田バンプを構成する部材は、ヤング率が０．１〜８０ＧＰａであることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
3. 前記半田バンプと前記バンプ被覆部との間には、導電体からなる中間層が配されることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
4. 前記バンプ被覆部を構成する部材は、熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
5. 前記半田バンプを構成する部材と前記バンプ被覆部を構成する部材の融点の差は、２０〜５００℃であることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
6. 第一基板と第二基板が対向して配置され、前記第一基板の電気絶縁性を有する一面側に配された複数個の第一導電部と、前記第二基板の電気絶縁性を有する一面側に配された複数個の第二導電部との間に、個別に半田バンプを設けてなる電子部品であって、
   少なくとも前記半田バンプが前記第一導電部と接する第一接触部の近傍および／または前記第二導電部と接する第二接触部の近傍に、前記半田バンプの表面を覆うバンプ被覆部を備え、
   前記バンプ被覆部を構成する部材は、前記半田バンプを構成する部材よりも融点が低い導電体からなることを特徴とする電子部品。
7. 前記バンプ被覆部は、前記第一接触部の近傍から前記第二接触部の近傍までの間で前記半田バンプの表面を覆うことを特徴とする請求項６に記載の電子部品。
8. 前記バンプ被覆部は、前記第一接触部の近傍または／および前記第二接触部の近傍に近づくほど厚みが増加することを特徴とする請求項６に記載の電子部品。
9. 前記バンプ被覆部の表面には、熱可塑性樹脂からなる皮膜層が配されることを特徴とする請求項６に記載の電子部品。
10. 前記皮膜層は、前記第一接触部の近傍または／および前記第二接触部の近傍に近づくほど厚みが増加することを特徴とする請求項９に記載の電子部品。

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