JP2011018818A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線板の側面電極とのはんだ接合において十分な機械的強度および接合信頼性を得ることが可能な構成を備える半導体装置を提供する。
【解決手段】側面電極２の端面２ａは、配線板１の側面１ａよりも内部に後退して形成されている。これにより、側面電極２とはんだ４との接合部が、配線板１の側面１ａから内部に入り込んだ構造となる。その結果、はんだ４にせん断力が加わった場合には、側面電極２とはんだ４との接合界面だけでなく、はんだ４自体にもせん断力を分散させることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、側面にはんだ接合用の電極を有する配線板を備え、この配線板上に半導体素子などの電子部品を搭載した構成を有する半導体装置に関するものである。

はんだ接合部の観察が容易で、マザーボードへの実装面積を少なくできる半導体装置として、半導体素子などの電子部品を搭載した配線板の側面に、マザーボードとのはんだ接合用の電極を形成した配線板が用いられる。

この構成を採用する半導体装置は、配線板の側面で直ぐにマザーボードがはんだ接合されるため、マザーボードとの熱膨張差の影響を受けやすい。また、マザーボードの外周に設けたリード線を用いてはんだ接合する半導体装置（下記非特許文献１参照）に比べて、はんだ接合の信頼性が低下することが懸念される。

そこで、はんだ接合の信頼性を向上することを目的にした半導体装置が提案されている。下記の特許文献１に開示される半導体装置は、側面電極（端面電極）、配線、および半導体素子搭載部を備えたパッケージ基板と、このパッケージ基板上に接着剤により固定された半導体素子と、この半導体素子およびパッケージ基板上に設けられた配線を接続するボンディングワイヤと、これらの半導体素子等を封止するエポキシなどの樹脂とから構成されている。

この半導体装置では、はんだ接合の信頼性を向上させるために、側面電極に、Ａｕめっき、あるいははんだめっきなどを用いることで、はんだ付け性がよい表面状態となっている。特に、側面電極の中央部から上部にかけては、はんだレジスト（ソルダレジスト）が塗布された構造が採用されている。

また、側面電極の上部にはんだレジストを設けることで、マザーボードとのはんだ付け時に、印刷されたはんだが加熱されることで、はんだの側面電極の上方への吸いあがりの抑制、および、搭載電極上のはんだが不足するのを抑制している。

下記特許文献２には、半導体装置の製造方法として、以下の方法が開示されている。ガラスエポキシ樹脂製で複数のスルーホール（配線パターン）を有する配線板に、縦横列に搭載した複数の半導体素子をダイボンディングで固定する。その後、半導体素子の電極とスルーホール（配線パターン）とを金線を用いてワイヤボンディングし、電気的に接続する。その後、半導体素子上を樹脂で覆い、ダイシングソーを用いてスルーホールの中央部を切断して、配線板の側面に電極を形成する。

この製造方法を採用した場合には、配線板の切断面（側面）と側面電極の端面とは同一面内となる。スルーホールはＣｕ上にＮｉめっき、Ａｕめっきが施されたものが一般に用いられるため、ダイシングソーにて切断後の電極の端面は、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＡｕの積層状態が露出することになる。

特開平０５−３３５４３７号公報 特開２００８−２７７３２５号公報

ＱＦＰ（Quad Flat Package）：エレクトロニクス実装技術基礎講座、第４巻、158ページ、1997年、発行所：株式会社工業調査会）

図１５は、上記特許文献１に開示される半導体装置にける配線板１１の側面電極１２の概略構成を示す斜視図である。側面電極１２の上部にはんだレジスト１３が設けられている。その結果、側面電極１２と搭載電極１５とを電気的に接続するためのはんだ１４は、上方に吸いあがることはなく、搭載電極１５上に留まる。これにより、側面電極１２の下部付近に十分なはんだ量を確保することができる。

はんだ１４による接合部の搭載電極１５の長手方向（図中Ａ方向）の機械的強度は、側面電極１２下部に十分な量のはんだ１４が存在するため、大きいと考えられる。しかし、側面電極１２に垂直な方向（図中Ｂ方向）では、はんだ１４の吸い上がりがなく、はんだに１４よる接合面積が小さくなるため、機械的強度の不足が懸念される。

そこで、はんだ１４の接合断面積を大きくするために、搭載電極１５上にも十分な量のはんだ１４を側面電極１２の上方領域に及ぶように供給した場合の側面電極１２の下部領域でのはんだ接合断面図を図１６に示す。なお、図１６は、図１５中のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面に相当する。

はんだ１４は側面電極１２の凹部形状の外側まで円弧状に拡がる。側面電極１２はＣｕ、Ｎｉ、Ａｕで構成される。しかし、はんだ付け時に薄いＡｕははんだ１４中に拡散してしまうため、ＣｕおよびＮｉが残る。ＣｕおよびＮｉは酸化すると、はんだ１４に対する濡れ性（接触性）が悪いため、図１６に示すように、はんだ１４と接合しないクラック１７の部分が形成される。

図１６に示す構成に基づき温度サイクル試験を実施した場合には、このクラック１７の部分において熱応力が加わり、はんだ１４に接合しないクラック１７の部分からはんだ１４中にクラックが進展し、はんだ１４の接合信頼性が低下することが懸念される。

この発明は上記課題を解決することを目的とし、側面にはんだ接合用の側面電極を有する配線板を備える半導体装置において、配線板の側面電極とのはんだ接合において十分な機械的強度および接合信頼性を得ることが可能な構成を備える半導体装置を提供することにある。

この発明に基づいた半導体装置においては、電子部品を搭載する配線板と、上記配線板の側面に設けられる側面電極とを備え、上記側面電極は、その横断面形状が上記配線板の内部に向かって凹む凹部形状を有する半円筒型であり、上記側面電極の端面は、上記配線板の側面よりも内部側に位置している。

この発明に基づいた半導体装置によれば、配線板の電極とのはんだ接合において十分な機械的強度および接合信頼性を得ることが可能な構成を備える半導体装置を提供することが可能となる。

実施の形態１による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の構造を示す部分拡大斜視図である。 図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 実施の形態１による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極をはんだにて接合した場合の側面電極の断面図である。 実施の形態１による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第１断面図である。 実施の形態１による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第２断面図である。 実施の形態１による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第３断面図である。 実施の形態１による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第４断面図である。 実施の形態２による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の構造を示す部分拡大斜視図である。 実施の形態２による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極をはんだにて接合した場合の側面電極の断面図である。 実施の形態２による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第１断面図である。 実施の形態２による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第２断面図である。 実施の形態２による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第３断面図である。 実施の形態２による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第４断面図である。 実施の形態２による半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の製造方法を示す第５断面図である。 特許文献１に示す半導体装置の電極部の概略構成を示す斜視図である。 図１５中のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視に相当する断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態における半導体装置およびその製造方法について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、実施の形態１における半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の構造について説明する。この半導体装置は、端面に側面電極を有する配線板上に半導体素子などの電子部品が実装された構造が採用される。半導体素子などの電子部品と配線板とは、ワイヤおよびはんだなどの通常の方法で配線板と電気的に接続された構造である。

側面電極２は、その横断面形状が配線板１の内部に向かって凹む凹部形状を有する略半円筒型形状を有しいている。また、側面電極２の両側の端面２ａはいずれも、配線板１の側面１ａよりも内部側に位置している。本実施の形態では、配線板１の側面１ａから距離ｒだけ内部に後退した位置に、側面電極２の端面２ａが位置している。

側面電極２は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの３種類の金属で構成され、厚みはそれぞれ約１５μｍ〜約２５μｍ、約１μｍ〜約５μｍ、約０．０５μｍ〜約０．５μｍである。はんだ付け時には、薄いＡｕははんだ４中に拡散して、ＣｕおよびＮｉが表面に残ることになる。なお、必ずしも３種類の金属の積層構成に限定されるものでなく、Ｃｕのみの１層であってもよい。

図３を参照して、配線板１の側面電極２とマザーボード（図示省略）とをはんだ接合した状態の側面電極２およびはんだ４の横断面形状について説明する。側面電極２の端面２ａは、配線板１の側面１ａよりも内部に後退して形成されている。これにより、はんだ４の縁部４ａは配線板１の側面１ａと接触する状態となる。

このように、側面電極２とはんだ４との接合部が、配線板１の側面１ａから内部に入り込んだ構造となるため、はんだ４にせん断力が加わった場合には、側面電極２とはんだ４との接合界面だけでなく、はんだ４自体にもせん断力を分散させることができる。その結果、側面電極２とはんだ４との接合界面への応力集中を抑制することができ、側面電極２とはんだ４とによる接合部の十分な機械的強度および接合信頼性を得ることができる。

（製造方法）
図４から図７を参照して、上記構成を有する配線板の側面に設けられる側面電極２の製造方法を説明する。図４を参照して、配線板１に貫通孔５を形成する。孔形状は円であるが、長円でもよい。図５を参照して、無電解めっきなどの方法により、薄いＣｕを貫通孔５の表面に形成する。その後、ＣｕとＮｉ、Ａｕとを無電解めっきまたは電解めっきにて形成する。

図６を参照して、貫通孔５の中心位置を通るダイシングラインに沿って配線板１を切断する。配線板１が分離されることにより、配線板１の側面には、その横断面形状が配線板１の内部に向かって凹む凹部形状を有する略半円筒型形状の側面電極２が出現する。なお、この状態では、側面電極２の両側の端面２ａはいずれも、配線板１の側面１ａと同一面に位置している。

図７を参照して、化学エッチングにより、側面電極２の端面２ａがエッチングされた状態を示す。この場合のエッチャントは、側面電極２の端面２ａのみをエッチングするために、表面のＡｕを保護膜として用い、ＣｕとＮｉとのみをエッチングするものを用いる。たとえば、一般に塩化第二鉄を用いる。以上により、図２に示す、配線板１の側面１ａから距離ｒだけ内部に後退した位置に端面２ａを有する側面電極２が完成する。

（実施の形態２）
図８および図９を参照して、実施の形態２における半導体装置が備える配線板の側面に設けられる側面電極の構造について説明する。この半導体装置は、実施の形態１の場合と同様に、端面に側面電極を有する配線板上に半導体素子などの電子部品が実装された構造が採用される。半導体素子などの電子部品と配線板とは、ワイヤおよびはんだなどの通常の方法で配線板と電気的に接続された構造である。

図８を参照して、側面電極２Ａの構造について説明する。側面電極２Ａは、その横断面形状が配線板１の内部に向かって凹む凹部形状を有する略半円筒型形状を有している。また、側面電極２Ａの両側の端面２２ａはいずれも、配線板１の側面１ａよりも内部側に位置している。本実施の形態では、配線板１の側面１ａから距離ｒだけ内部に後退した位置に、側面電極２Ａの端面２２ａが位置している。また、側面電極２Ａの端面２２ａと配線板１の側面１ａとの間の領域には、凹部１ｂが形成されている。

本実施の形態における側面電極２Ａは、内部電極２１と、この内部電極２１を覆う金属膜２２とを有している。内部電極２１は端面２１ａまで金属膜２２に覆われている。この金属膜２２は、はんだに濡れやすく酸化しない金属が用いられている。はんだに濡れやすく酸化しない金属としてたとえば、ＡｕまたはＰｔを用いる。

図９を参照して、配線板１の側面電極２Ａとマザーボード（図示省略）とをはんだ接合した状態の側面電極２Ａおよびはんだ４の横断面形状について説明する。側面電極２Ａの端面２２ａは、はんだに濡れやすい金属膜２２で覆われているため、はんだ４の接合をこの端面２２ａまで確実に形成することを可能とする。その結果、はんだの接合信頼性向上を安定して図ることが可能となる。

（製造方法）
図１０から図１４を参照して、上記構成を有する配線板の側面に設けられる側面電極２Ａの製造方法を説明する。図１０を参照して、配線板１に貫通孔５を形成する。孔形状は円であるが、長円でもよい。図１１を参照して、電解めっきの電極となる薄いＣｕ（シーズＣｕ）７を、貫通孔５の内壁面に析出させる。薄いＣｕ７の析出方法として、無電解めっき法を用いる。

次に、図１２を参照して、配線板１のダイシングラインを含むように、薄いＣｕ７をエンドミルなどの機械加工により分断するため、凹部１ｂを開口する。その後、図１３を参照して、Ｃｕ７を電極にして、電解めっきにて内部電極２１として、ＣｕとＮｉとが析出し、最表面に金属膜２２としてＡｕが析出した状態を示す。それぞれの厚みは約５μｍ〜約２５μｍ、約１μｍ〜約５μｍ、約０．０５μｍ〜約０．５μｍである。

次に、図１４参照して、貫通孔５の中心位置を通るダイシングラインに沿って配線板１を切断する。配線板１が分離されることにより、配線板１の側面には、その横断面形状が配線板１の内部に向かって凹む凹部形状を有する略半円筒型形状の側面電極２Ａが出現する。また、側面電極２Ａは、内部電極２１の端面２１ａまで、はんだに濡れやすいＡｕからなる金属膜２２で覆われている。なお、金属膜２２としてＡｕを析出させた場合について説明しているが、Ｐｔを析出させて、金属膜とする方法を採用することも可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 配線板、１ａ 側面、１ｂ 凹部、２，２Ａ 側面電極、２ａ 端面、４ はんだ、４ａ 縁部、５ 貫通孔、７ 薄いＣｕ（シーズＣｕ）、２１ 内部電極、２１ａ 端面、２２ 金属膜、２２ａ 端面。

Claims (3)

1. 電子部品を搭載する配線板と、
   前記配線板の側面に設けられる側面電極と、を備え、
   前記側面電極は、その横断面形状が前記配線板の内部に向かって凹む凹部形状を有する半円筒型であり、
   前記側面電極の端面は、前記配線板の側面よりも内部側に位置している、半導体装置。
2. 前記側面電極の前記端面は、はんだに濡れやすい金属材料である、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記金属材料は、ＡｕまたはＰｔである、請求項２に記載に半導体装置。

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