JP2010087395A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンダーフィル材を省略することで熱による剥がれが発生しても、信号の伝達や電源の供給に影響を与えない信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】ＣＳＰの半導体装置１は、半導体チップが封止された樹脂封止部１ｋの底面に、実装基板に形成された接続端子とバンプを介在させて接続されるポスト電極であるＣｕポスト１ｈが、互いに直交する等間隔の平行線の各交点に設けられていることで格子状に配設されている。矩形状に配置された最外周のＣｕポスト１ｈのうち角部に位置するＣｕポスト１ｈは、ダミーポストである。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体チップが搭載された基体の底面にポスト電極が設けられ、前記ポスト電極と実装基板に形成された接続端子とがバンプにより接続される半導体装置に関する。

ＣＳＰ（Chip size package）の半導体装置は、半導体チップの大きさと同等か、わずかに大きいサイズとすることができるので、装置自体の小型化を図ることができる。特に、ＢＧＡ（Ball Grid Array）の半導体装置は、周辺にリードが突出しないため高密度実装が可能である。

このようなＣＳＰの半導体装置として発光ダイオードチップではあるが、特許文献１に記載されたものがある。

この特許文献１に記載の発光ダイオードチップは、第１の極性（例えば、カソード）となる第１の接続用電極が列状に配置されていると共に、第２の極性（例えば、アノード）となる第２の接続用電極が格子状に配置されている。この第１の接続用電極および第２の接続用電極には、配線基板の第１の電極および第２の電極に形成された金スタッド電極と接続するための半田で形成されたバンプ電極が設けられている。
特開２００８−１２４０８８号公報

しかし、特許文献１に記載の発光ダイオードチップのような半導体装置は、実装基板である配線基板に固着させる際のリフロー処理で、配線基板との熱膨張収縮度の違いからバンプとポスト電極との接合部分で亀裂が生じ、隙間ができることで、配線基板の接続端子と導通が取れなくなることがある。このように半導体装置は、ポスト電極の一部が実装基板から剥がれることで、信号の伝達ができなくなったり、電源の供給ができなくなったりすることがある。

この問題は、半導体装置と実装基板との間に熱硬化性樹脂で形成されたアンダーフィル材を流し込み固化させて、半導体装置と実装基板との固着度合いを向上させることができ、バンプとポストとの亀裂を防止することで、回避することができる。しかし、アンダーフィル材がコストアップとなる要因となるだけでなく、アンダーフィル材を投入するための工程が必要なため、実装作業が繁雑である。

そこで本発明は、アンダーフィル材を省略することで熱による剥がれが発生しても、信号の伝達や電源の供給に影響を与えない信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、半導体チップが搭載された基体の底面に、実装基板に形成された接続端子とバンプを介在させて接続されるポスト電極が配設された半導体装置において、矩形状に配置された最外周のポスト電極のうち角部に位置するポスト電極は、ダミーポストであることを特徴とする。

本発明は、ポスト電極のうち最外周の角部に位置するポスト電極を、ダミーポストとしているので、ポスト電極がバンプから剥がれても、半導体チップに対して信号の伝達や電源の供給には影響を与えない。よって、本発明の半導体装置は、高い信頼性を確保することができる。

本願の第１の発明は、半導体チップが搭載された基体の底面に、実装基板に形成された接続端子とバンプを介在させて接続されるポスト電極が配設された半導体装置において、矩形状に配置された最外周のポスト電極のうち角部に位置するポスト電極は、ダミーポストであることを特徴としたものである。

本発明の半導体装置は、基体の底面に、実装基板に形成された接続端子にバンプを介在させて接続されるポスト電極が設けられている。このポスト電極のうち最外周の角部に位置するポスト電極は、加熱時の膨張や冷却時の収縮に伴う応力や衝撃による応力（ストレス）が最もかかる。しかし、ポスト電極のうち最外周の角部に位置するポスト電極を、ダミーポストとしているので、ポスト電極とバンプとの接合部分にストレスが掛かり亀裂を生じることでポスト電極がバンプから剥がれても、半導体チップに対して信号の伝達や電源の供給には影響を与えない。

本願の第２の発明は、第１の発明において、最外周に位置するポスト電極全部がダミーポストであることを特徴としたものである。

第２の発明においては、最外周に位置するポスト電極全部をダミーポストとしているので、いずれかの方向からの応力（ストレス）により、最外周に位置するいずれかのポスト電極とバンプとの間に亀裂が生じても問題の発生を防止することができる。

本願の第３の発明は、第１または第２の発明において、ポスト電極は、基体の底面に、格子状に配設されていることを特徴としたものである。

第３の発明においては、ポスト電極が、基体の底面に格子状に配設されていることで、最外周の角部または全部のポスト電極に剥がれが発生しても、半導体チップの動作には影響を与えることはない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る半導体装置を、ドットマトリクス状にＬＥＤを配置した表示パネルに表示データを送る表示制御用のドライバＩＣを例に、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を搭載した状態を示す図である。図２は、図１に示す半導体装置の一部拡大断面図である。図３は、図１に示す半導体装置のポスト電極の信号および電源の割り付けを示す図である。図４は、配線基板の一部拡大図である。

図１に示すように本実施の形態１に係る半導体装置１は、縦列に１７個、横列に７個のＬＥＤが配列された表示パネルに、表示用コントローラＩＣからのシリアルの表示データを取り込み、それぞれ縦列および横列を選択的にＬＥＤを指定して点灯するドライバＩＣである。半導体装置１は、ＣＳＰで形成され、外形が５ｍｍ×５ｍｍの正方形状に形成されている。

図２に示すように、半導体装置１は、Ｓｉで形成された半導体チップ１ａに層間絶縁膜１ｂとアルミ配線１ｃとが積層されることで回路が構成されている。表面保護用のパッシベーション膜１ｄが最外層の層間絶縁膜１ｂにＡｌパッド１ｅを除く領域に設けられている。Ａｌパッド１ｅは、ポリイミド膜１ｆの開口部分から再配線されたＣｕ配線１ｇにより半田ボールで形成されたバンプＢと接続するポスト電極であるＣｕポスト１ｈに接続されている。そして、これらは、基体であるエポキシ樹脂で形成された樹脂封止部１ｋにより封止されていることで保護されている。

この樹脂封止部１ｋの底面に配設されたＣｕポスト１ｈの信号および電源の割り付けについて図３に示す。図３に示すように、Ｃｕポスト１ｈは、樹脂封止部１ｋの底面の中心部を除いた周辺領域であって、互いに直交する等間隔の平行線の各交点に設けられていることで、格子状をなしている。また、矩形状に配置された最外周のＣｕポスト１ｈのうち角部に位置する４つのＣｕポスト１ｈはダミーポスト１ｘであり、何ら信号や電源などの機能を割り当てていないＮＣ（Non-Connection）ピンである。

また、最外周上のうち一の角部に隣接する位置にはＣｕポスト１ｈを設けていない。Ｃｕポスト１ｈがないことで、正方形状に形成された半導体装置１の向きを識別することができる。

この半導体装置１は、実装基板である配線基板２に、半田ボールで形成されたバンプＢを介在させて搭載されている。この配線基板２は、図４に示すように、ガラスエポキシ樹脂で形成された硬質の絶縁性基板２１に、半導体装置１と導通接続するための接続端子２２と、接続端子２２から配線された配線パターン２３とが金属薄膜により形成されている。

接続端子２２は、半導体装置１を搭載したときに、Ｃｕポスト１ｈと対応する位置に設けられている。

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る半導体装置を配線基板に固着するときの状態を図５に基づいて説明する。図５（Ａ）および同図（Ｂ）は、図１に示す半導体装置１をリフロー処理で、配線基板２に固着させるときの状態を示す図である。

半導体装置１を配線基板２に固着させるときには、まず、配線基板２の接続端子２２にクリーム半田を塗布する。次に、接続端子２２に半導体装置１のＣｕポスト１ｈの位置を合わせて搭載する。そして、リフロー炉などで加熱する。そうすることで、バンプＢを形成する半田ボールと接続端子２２に塗布されたクリーム半田とが互いに溶融し、一体となった後に、冷却されて固化することで、半導体装置１と配線基板２とが固着する。

そのとき、半導体装置１が加熱により角部が配線基板２とは反対側に反る場合がある。配線基板２が図５（Ａ）に示すように半導体装置１とは反対側に反った場合には、半導体装置１の角部と配線基板２との間隔が広がるので、最外周の角部のＣｕポスト１ｈに設けられたバンプＢとＣｕポスト１ｈとの接合部分に亀裂が生じることで破断することがある。

また、図５（Ｂ）に示すように、半導体装置１と配線基板２とが同じ方向に反った場合や、反りが生じない場合でも、半導体装置１と配線基板２との熱収縮膨張度の違いから、最外周の角部のＣｕポスト１ｈとこのＣｕポスト１ｈに対応する接続端子２２との距離が広がることで、最外周の角部のバンプＢにストレスがかかり、バンプＢが破断してＣｕポスト１ｈから剥離するおそれがある。

また、半導体装置１を搭載した配線基板２を落下したり、衝撃を与えたりすると、半導体装置１の最外周の角部付近にストレスが最もかかりやすい。

しかし、最外周の角部に位置するＣｕポスト１ｈはダミーポスト１ｘなので、角部に位置するＣｕポスト１ｈとバンプＢとの接合部分に亀裂が生じ剥離が生じても、半導体装置１に対して信号の伝達や電源の供給には影響を与えることはない。つまり、本実施の形態１に係る半導体装置１は、加熱による剥がれを積極的に防止するのではなく、剥がれが生じても半導体装置１に影響を与えないようしようとするものである。

従って、半導体装置１は、Ｃｕポスト１ｈの信号または電源の割り付けに余裕があるようであれば、この割り付けを変更するだけで対応することができる。このように信号・電源の割り付けとして、最外周の角部のＣｕポスト１ｈをＮＣピンとすることで、アンダーフィル材を使用しなくても高い信頼性を確保することができる。

（実施の形態２）
本発明に実施の形態２に係る半導体装置を図６に基づいて説明する。図６は、本実施の形態２に係る半導体装置のポスト電極の信号および電源の割り付けを示す図である。

本発明に実施の形態２に係る半導体装置は、最外周に位置するポスト電極全部がダミーポストであることを特徴とするものである。

図６に示すように半導体装置１０は、ポスト電極であるＣｕポスト１ｈは、樹脂封止部１ｋの底面の中心部を除いた周辺領域であって、互いに直交する等間隔の平行線の各交点に設けられていることで、格子状をなしている。また、矩形状に配置された最外周のＣｕポスト全部がダミーポスト１ｘであり、何ら信号や電源などの機能を割り当てていないＮＣピンである。

この半導体装置１０も、図３に示す半導体装置１と同様に、方向を識別するためにＣｕポスト１ｈが設けられていない部分がある。

このように矩形状に配置された最外周のＣｕポスト１ｈ全部をダミーポストとすることで、いずれかの方向からの熱膨張や収縮による応力や衝撃による応力により、最外周に位置するいずれかのＣｕポスト１ｈとバンプＢとの間に亀裂が生じても問題の発生を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、実施の形態１に係る半導体装置１では最外周の４つの角部全部のＣｕポスト１ｈが、実施の形態２に係る半導体装置１０では、最外周全部のＣｕポスト１ｈがダミーポストであったが、少なくとも最外周の角部の１つのＣｕポスト１ｈがダミーポストであれば本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態１，２に係る半導体装置１，１０では、Ｃｕポスト１ｈの最外周が正方形状となるように配置されていたが、長方形状でもよい。

本発明は、アンダーフィル材を省略することで熱による剥がれが発生しても、信号の伝達や電源の供給に影響を与えないので、半導体チップが搭載された基体の底面にポスト電極が設けられ、このポスト電極と実装基板に形成された接続端子とがバンプにより接続される半導体装置に好適である。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置を搭載した状態を示す図 図１に示す半導体装置の一部拡大断面図 図１に示す半導体装置のポスト電極の信号および電源の割り付けを示す図 配線基板の一部拡大図 （Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す半導体装置をリフロー処理で、配線基板に固着させるときの状態を示す図 本実施の形態２に係る半導体装置のポスト電極の信号および電源の割り付けを示す図

符号の説明

１，１０ 半導体装置
１ａ 半導体チップ
１ｂ 層間絶縁膜
１ｃ アルミ配線
１ｄ パッシベーション膜
１ｅ Ａｌパッド
１ｆ ポリイミド膜
１ｇ Ｃｕ配線
１ｈ Ｃｕポスト
１ｋ 樹脂封止部
１ｘ ダミーポスト
２ 配線基板
２１ 絶縁性基板
２２ 接続端子
２３ 配線パターン
Ｂ バンプ

Claims (3)

1. 半導体チップが搭載された基体の底面に、実装基板に形成された接続端子とバンプを介在させて接続されるポスト電極が配設された半導体装置において、
   矩形状に配置された最外周のポスト電極のうち角部に位置するポスト電極は、ダミーポストである半導体装置。
2. 前記最外周に位置するポスト電極全部がダミーポストである請求項１記載の半導体装置。
3. 前記ポスト電極は、前記基体の底面に格子状に配設されている請求項１または２記載の半導体装置。

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