JP2010225598A - Semiconductor component and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体部品及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor component and a method for manufacturing a semiconductor device.
近年の電子機器の小型化、高機能化に伴い、搭載される部品の小型化が進んでいる。小型パッケージは、ボールグリッドアレイ(Ball Grid Array、以下BGAと称す)やチップサイズパッケージ(Chip Size Package、以下CSPと称す)など微細なはんだバンプを用いたものが主流となっている。これらのパッケージを回路基板に実装すると、はんだバンプが太鼓状の形状となるため、隣接するはんだバンプ同士が短絡することがある。また、太鼓状の形状は基板との接合部分に応力が集中するため、界面剥離などが生じやすくなる。 With recent downsizing and higher functionality of electronic devices, the components to be mounted are being downsized. Small packages mainly use fine solder bumps such as a ball grid array (hereinafter referred to as BGA) and a chip size package (hereinafter referred to as CSP). When these packages are mounted on a circuit board, the solder bumps have a drum shape, so that adjacent solder bumps may be short-circuited. Further, the drum-shaped shape concentrates stress on the joint portion with the substrate, so that interface peeling or the like is likely to occur.
特許文献1には、隣接するはんだバンプ同士の短絡を防止する技術が開示されている。ここで、特許文献1の発明について、図を用いて説明する。図5(a)は、パッケージの構成を示す平面図である。図5(b)は、図5(a)のVB−VB断面図である。図5に示すように、特許文献1のパッケージは、マスクを用いて作製した円柱状はんだバンプ20、基板支持台21を有している。基板支持台21の厚さは、円柱状はんだバンプ20の高さよりも0.15mm程度低く設定されている。
図6は、パッケージを回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。回路基板22に実装する際は、図6(a)に示すように、円柱状はんだバンプ20を回路基板22のパッド22aに合わせ、リフロー処理を行う。図6(b)に示すように、パッケージの自重は、基板支持台21によって支えられるため、円柱状はんだバンプ20の変形もしくは沈み込みも抑制・防止され、隣接する円柱状はんだバンプ20同士の短絡発生はない。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state when the package is mounted and bonded to the circuit board. When mounting on the
特許文献2には、接続信頼性を向上させる手段が開示されている。ここで、特許文献2の発明について、図を用いて説明する。図7は、パッケージの構成を示す断面図である。特許文献2のパッケージは、図7に示すように、はんだバンプ30とコア材を含むはんだバンプ31を有している。コア材を含むはんだバンプ31は、はんだバンプ30よりも球径が大きく、パッケージ内の3点以上の支持位置に配置されている。
図8は、パッケージを回路基板22に実装・接合するときの状態を示す断面図である。回路基板22に実装する際は、図8(a)に示すように、パッケージを所望の位置に合わせる。はんだバンプ30よりもコア材を含むはんだバンプ31の球径が大きいため、コア材を含むはんだバンプ31のみ回路基板22上のパッド22aに接触している。次にコア材を含むはんだバンプ31のみを溶融させる条件でリフローを行うと、図8(b)に示すように、はんだバンプ30がパッド22aに点接触する。この状態ではんだバンプ30を溶融させると、図8(c)に示すように、コア材を含むはんだバンプ31によってパッケージと回路基板22の間隔が維持されているため、はんだバンプ30は球形を保つことができず、鼓状の形となる。はんだ接続部の形を鼓状にすることにより、応力の集中が緩和され、接続信頼性が向上する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state when the package is mounted and bonded to the
また、特許文献3には、はんだ接続部の形を鼓状にする他の手段が開示されている。ここで、特許文献3の発明について、図を用いて説明する。図9は、パッケージを回路基板に実装・接合するときの状態を示す断面図である。特許文献3のパッケージは、図9(a)に示すように、半球形状のはんだバンプ40を有している。すなわち、はんだバンプ40のはんだ量を減らしている。このパッケージを図9(b)に示すように回路基板22上に載置し、図9(c)に示すように実装する。
このように、はんだ量が少ないはんだバンプ40を用いることにより、図10に示すようはんだ接続部(接合部41)の形が鼓状になる。図10は、接合部41の形状を示す断面図である。溶融したはんだバンプ40はパッケージの重みで押しつぶされる。一方、はんだバンプ40の表面張力によってパッケージが押し上げられる。そして、パッケージの重量と、表面張力による押し上げ力とがバランスして、接合部41の形が鼓状となる。
Thus, by using the
しかし、特許文献1の発明では、回路基板22に実装した後も、円柱状はんだバンプ20を柱状に保つためには、パッケージと回路基板22の間隔を一定に保つ何らかの支持台が必要である。このため、支持台を付ける工程の増加や製造コストが高くなるという問題があった。また、円柱状はんだバンプ20は、回路基板22との接合部に応力が集中し界面剥離が生じるなど、はんだ接続の信頼性が低下するという問題があった。
However, in the invention of
また、特許文献2の発明は、球状のはんだバンプ30を鼓状に変化させるために、コア材を含むはんだバンプ31を少なくとも3点支持位置に配置する必要がある。さらに、2種類のはんだバンプ30、31の融点を違えるなど制約がある。このため、工程が複雑になるという問題があった。
Further, in the invention of
また、特許文献3では、特許文献2の発明の課題を解決することができる。しかし、パッケージの重量と表面張力による押し上げ力とをバランスさせた場合、図11のはんだ付け角度αが十分大きくならず、応力緩和の効果が小さくなるという問題があった。また、はんだ量が少なく、はんだバンプ40の高さが低くなるため、耐応力性の低下や、パッケージ、回路基板22の平坦性が悪化した時にはんだ接続信頼性が低下するといった問題があった。
Moreover, in
以上のように、特許文献2、3の発明では、もともと球状や半球状のはんだバンプを回路基板に実装する際に鼓状に変化させている。このため、工程が複雑になったり、最適な高さ・形状のはんだ接続ができないという問題があった。
As described above, in the inventions of
本発明にかかる半導体部品は、パッドと接続する前の半導体部品であって、前記パッドと接続可能であり、前記パッドとの接続面から当該接続面近傍の側面までの角度が鋭角であるバンプを有するものである。これにより、応力集中、バンプの短絡等が抑制されて、バンプとパッドとの接続の信頼性が向上する。 A semiconductor component according to the present invention is a semiconductor component before being connected to a pad, and can be connected to the pad, and a bump having an acute angle from a connection surface with the pad to a side surface in the vicinity of the connection surface. It is what you have. As a result, stress concentration, bump short-circuiting, and the like are suppressed, and the reliability of the connection between the bump and the pad is improved.
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体部品のバンプをパッドとの接続面から当該接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成し、前記バンプと前記パッドとを接続するものである。これにより、応力集中、バンプの短絡等が抑制されて、バンプとパッドとの接続の信頼性が向上する。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a bump of a semiconductor component is formed so that an angle from a connection surface with a pad to a side surface near the connection surface is an acute angle, and the bump and the pad are connected. It is. As a result, stress concentration, bump short-circuiting, and the like are suppressed, and the reliability of the connection between the bump and the pad is improved.
本発明によれば、バンプとパッドとの接続の信頼性が向上する半導体部品及び半導体装置の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the semiconductor component and semiconductor device which the reliability of the connection of a bump and a pad improves can be provided.
実施の形態1
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置について説明する。図1は、半導体装置の構成を示す断面図である。
First, a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device.
半導体装置は、半導体部品1と回路基板12を有する。半導体部品1は、回路基板12に実装される。半導体部品1とは、例えば、ボールグリッドアレイ(Ball Grid Array、以下BGAと称す)やチップサイズパッケージ(Chip Size Package、以下CSPと称す)のパッケージである。半導体部品1は、半導体チップ2を有する。半導体チップ2は、マウント材3によって基板5に接着される。半導体チップ2は、例えば、基板5の中央部に固定される。半導体チップ2は、モールド樹脂4によって封止されている。モールド樹脂4とは、外部環境から半導体チップ2を保護するものである。
The semiconductor device has a
基板5の下面には、鼓状はんだバンプ6が形成される。鼓状はんだバンプ6とは、鼓状のバンプである。鼓状はんだバンプ6は、ボンディングワイヤ7等を介して半導体チップ2に電気的に接続される。鼓状はんだバンプ6は、回路基板12のパッド13と電気的に接続される。パッド13は、鼓状はんだバンプ6に対応して回路基板12の上面に形成される。
A drum-
次に、図2を参照して、上記の半導体部品1の構成について詳細に説明する。図2は、半導体部品1の要部の構成を示す断面図である。ここでの半導体部品1は、パッド13と接続する前の半導体部品である。
Next, the configuration of the
基板5の上面側(半導体チップ2側)には、パッド8が形成される。パッド8は、上面視にて半導体チップ2より外側に形成される。半導体チップ2と基板5のパッド8とは、ボンディングワイヤ7によって電気的に接続されている。また、基板5の下面側にも、パッド9が形成される。パッド9は、例えば格子状に配置される。また、パッド9は、半導体チップ2直下にも形成される。基板5の内部には、電気配線10及びビア11が形成される。基板5の上面側のパッド8と基板5の下面側のパッド9とは、電気配線10やビア11を介して、電気的に接続される。
基板5の下面側に形成されたパッド9には、鼓状はんだバンプ6がそれぞれ接続される。鼓状はんだバンプ6は、外部から接続可能になっている。具体的には、鼓状はんだバンプ6は、回路基板12に形成されたパッド13と接続可能になっている。鼓状はんだバンプ6は、パッド13との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成される。すなわち、図3に示された鼓状はんだバンプ6の底面から側面までの角度αは90度未満である。図3は、鼓状はんだバンプ6の接続面周辺を拡大した断面図である。
The drum-like solder bumps 6 are connected to the
換言すると、図1に示されたパッド13の鼓状はんだバンプ6との接続面から、この接続面近傍の鼓状はんだバンプ6の側面までの角度は鋭角である。また、鼓状はんだバンプ6の基板5側についても同様の形状を有する。すなわち、鼓状はんだバンプ6は、パッド9との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成される。
In other words, the angle from the connection surface of the
鼓状はんだバンプ6は、高さ方向の中央部から上部及び下部に向けて徐々に末広がりになる。換言すると、鼓状はんだバンプ6の高さ方向の中央部における断面積より鼓状はんだバンプ6上部及び下部における断面積のほうが大きい。鼓状はんだバンプ6は、上面視にてパッド9又はパッド13の内側に形成される。また、鼓状はんだバンプ6の側面は、C字型に湾曲している。
The drum-
このように、本実施の形態にかかる半導体部品1は、鼓状はんだバンプ6を有する。すなわち、図3に示された角度αは鋭角である。これにより、図1に示された半導体装置において、鼓状はんだバンプ6とパッド13との接合部における応力の集中が緩和され、鼓状はんだバンプ6とパッド13との接続の信頼性が向上する。すなわち、はんだ接続の信頼性が向上する。また、応力の集中が緩和されるため、接合部の界面剥離等が生じにくくなり、強度が向上する。
Thus, the
また、鼓状はんだバンプ6は、上面視にてパッド9又はパッド13の内側に形成される。このため、狭ピッチでパッド9、13を形成しても、隣接する鼓状はんだバンプ6同士が短絡しにくくなる。すなわち、半導体部品1としてBGA、CSPのパッケージを用いたとしても、鼓状はんだバンプ6とパッド13との接続の信頼性を維持できる。これにより、半導体部品1や半導体装置の製品としての信頼性が向上する。
The drum-
なお、本実施の形態では、半導体部品1として、例えば、BGA、CSPのパッケージを説明したがこれに限らない。他のタイプのパッケージであってもいいし、パッケージでなくてもよい。すなわち、はんだバンプを用いて回路基板等の基板と接続するタイプであれば、どのような形態の半導体部品を用いてもよい。
In the present embodiment, as the
また、鼓状はんだバンプ6はパッド13との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成されていれば、鼓以外の形状のバンプとしてもよい。もちろん、上記のように、パッド13とは反対側でもパッド9と接続される場合、鼓状はんだバンプ6は、パッド9との接続面からこの接続面近傍の側面までの角度が鋭角となるように形成されることが好ましい。例えば、鼓状とすることが好ましい。
The drum-shaped
次に、半導体部品1の製造方法について説明する。まず、電気配線10及びビア11が形成された基板5上に、銀ペーストなどのマウント材3によって、半導体チップ2を接着する。そして、金線などのボンディングワイヤ7によって、半導体チップ2と基板5の上面側に形成されたパッド8とを電気的に接続する。半導体チップ2をモールド樹脂4などによって封止し保護する。
Next, a method for manufacturing the
次に、基板5の下面側に形成されたパッド9上にはんだペーストを塗布する。また、パッド9の位置に対応させたカセットに、あらかじめ形成された鼓状はんだバンプ6を並べる。そして、はんだペーストを塗布したパッド9に鼓状はんだバンプ6を転写して接続する。
Next, a solder paste is applied on the
鼓状はんだバンプ6を作製する方法としては、鋳型を用いる方法や球状のはんだボールを加工する方法などがある。鋳型を用いる方法では、まず、鼓状はんだバンプ6の逆型を有する鋳型に溶融させたはんだを流し込む。すなわち、鼓形状の逆型を有する鋳型に溶融させたはんだを流し込む。そして、はんだが冷却して凝固した後、形成された鼓状はんだバンプ6を取り出す。また、球状のはんだボールを加工する方法では、従来用いられている球状のはんだボールに機械的圧力を加えて鼓状に加工する。これにより、鼓状はんだバンプ6が形成される。以上の工程により、図2に示された半導体部品1が完成する。
As a method for producing the drum-
次に、図4を参照して、半導体部品1を備える半導体装置の製造方法について説明する。すなわち、半導体部品1の実装方法について説明する。図4は、半導体部品1を回路基板12に実装・接合するときの状態を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the
半導体部品1を回路基板12に実装する際、図4(a)に示されるように、回路基板12の上面側に形成されたパッド13上にあらかじめはんだペースト14を塗布する。次に、図4(b)に示されるように、はんだペースト14を介してパッド13と鼓状はんだバンプ6とを対向配置させる。そして、パッド13と鼓状はんだバンプ6とを位置合わせする。鼓状はんだバンプ6をパッド13上のはんだペースト14に接触させる。次に、リフローを行ってはんだペースト14を溶融させ、鼓状はんだバンプ6とパッド13を接続する。以上の工程により、図1に示された半導体装置が完成する。こうして得られたはんだの接続形状は、所望の鼓状となり、接続信頼性を向上させることができる。
When the
本実施の形態にかかる半導体装置は、はんだバンプが最初から鼓状の形であることから、余分な部品や工程を追加することなく、鼓状のはんだ接続を行うことができる。すなわち、簡便にはんだの接続形状を鼓状にすることができる。また、鼓状はんだバンプ6の形や高さをあらかじめ調整することにより、回路基板12に実装した後のはんだの接続形状を容易に制御することができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, since the solder bumps have a drum shape from the beginning, the drum-shaped solder connection can be performed without adding extra parts and processes. That is, the solder connection shape can be simply made into a drum shape. Further, by adjusting the shape and height of the drum-shaped
例えば、応力の集中が十分に緩和する程度まで、図3に示された角度αを小さくすることができる。また、例えば、鼓状はんだバンプ6の高さを高めに設定することにより、半導体部品1や回路基板12の平坦性が悪い場合でも、そのばらつきを吸収して安定したはんだ接続を行うことができる。さらに、はんだ接続の高さが高くなるので耐応力性が向上し、はんだ接続の信頼性を向上させることができる。また、鼓状はんだバンプ6の短絡を抑制することができるため、実装密度を向上させることができる。
For example, the angle α shown in FIG. 3 can be reduced to the extent that the stress concentration is sufficiently relaxed. Further, for example, by setting the height of the drum-shaped
これに対して、公知技術の半導体装置は、球状あるいは半球状など、もともと鼓状ではないはんだバンプを、回路基板に実装する際に溶融し鼓状に変化させる。このため、鼓の形や高さを希望通りのものに制御することは困難であった。また、はんだバンプを鼓状に変化させるための部品や工程が必要であった。 On the other hand, in the known semiconductor device, solder bumps that are not originally drum-shaped, such as spherical or hemispherical shapes, are melted and changed into a drum shape when mounted on a circuit board. For this reason, it has been difficult to control the shape and height of the drum as desired. Further, parts and processes for changing the solder bumps into a drum shape are necessary.
実施の形態2
本実施の形態では、鼓状はんだバンプ6を融点の高い高温はんだで形成する。具体的には、鼓状はんだバンプ6の融点は、鼓状はんだバンプ6と回路基板12のパッド13とを接続するはんだペースト14の融点より高い。本実施の形態でも半導体装置及び半導体部品1は、図1〜3と同様の構成を有する。また、半導体部品1は、高温はんだを用いて実施の形態1と同様に製造される。なお、実施の形態1と共通する説明は、適宜省略又は簡略化する。ここで、本実施の形態にかかる半導体部品1の実装方法について説明する。
In the present embodiment, the drum-shaped
本実施の形態にかかる半導体部品1を回路基板12に実装する際、回路基板12の上面側に形成されたパッド13上にあらかじめはんだペースト14を塗布する。実施の形態1と同様、パッド13の上に、鼓状はんだバンプ6を配置し、位置合わせする。そして、鼓状はんだバンプ6とはんだペースト14を接触させる。次に、リフローを行うが、その温度を鼓状はんだバンプ6が溶融する温度よりも低く、はんだペースト14が溶融する温度よりも高く設定する。すなわち、温度を鼓状はんだバンプ6の融点よりも低く、はんだペースト14の融点よりも高く設定する。そして、はんだペースト14を溶融させて、鼓状はんだバンプ6とパッド13とを接続させる。これにより、元の形状を保ったまま鼓状はんだバンプ6を回路基板12に実装することができる。
When the
本実施の形態によっても、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。また、実施の形態1では、半導体部品1の重量が重い場合や、搭載された鼓状はんだバンプ6の数が少ない場合、回路基板12に実装した時に、半導体部品1の自重に耐え切れず、鼓状はんだバンプ6が元の鼓形状を保つことができない可能性がある。本実施の形態では、融点の高い高温はんだを用いることにより、リフロー時に鼓状はんだバンプ6は溶融しない。これにより、回路基板12に実装した後も元の形状を保つようにしている。なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
Also according to the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, in the first embodiment, when the weight of the
1 半導体部品、2 半導体チップ、3 マウント材、4 モールド樹脂、5 基板、
6 鼓状はんだバンプ、7 ボンディングワイヤ、8 パッド、9 パッド、
10 電気配線、11 ビア、12 回路基板、13 パッド、14 はんだペースト、
20 円柱状はんだバンプ、21 基板支持台、22 回路基板、22a パッド、
30 はんだバンプ、31 コア材を含むはんだバンプ、40 はんだバンプ、
41 接合部
1 semiconductor component, 2 semiconductor chip, 3 mounting material, 4 mold resin, 5 substrate,
6 drum-shaped solder bumps, 7 bonding wires, 8 pads, 9 pads,
10 electrical wiring, 11 vias, 12 circuit board, 13 pads, 14 solder paste,
20 cylindrical solder bumps, 21 substrate support, 22 circuit board, 22a pad,
30 solder bumps, 31 solder bumps including core material, 40 solder bumps,
41 joints
Claims (7)
前記パッドと接続可能であり、前記パッドとの接続面から当該接続面近傍の側面までの角度が鋭角であるバンプを有する半導体部品。 A semiconductor component before connecting to the pad,
A semiconductor component having a bump that is connectable to the pad and has an acute angle from a connection surface with the pad to a side surface near the connection surface.
前記バンプと前記パッドとを接続する半導体装置の製造方法。 Form the bump of the semiconductor component so that the angle from the connection surface with the pad to the side surface in the vicinity of the connection surface becomes an acute angle,
A method of manufacturing a semiconductor device for connecting the bump and the pad.
前記バンプの融点よりも低く、前記はんだペーストの融点よりも高い温度で前記はんだペーストを溶融させて、前記バンプと前記パッドとを接続する請求項3乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 In the connection between the bump and the pad, the bump and the pad are arranged to face each other through a solder paste having a melting point lower than that of the bump.
7. The semiconductor device according to claim 3, wherein the solder paste is melted at a temperature lower than the melting point of the bump and higher than the melting point of the solder paste to connect the bump and the pad. Manufacturing method.
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JP2009067759A JP2010225598A (en) | 2009-03-19 | 2009-03-19 | Semiconductor component and method of manufacturing semiconductor device |
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2009
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