JP2011066040A - Structure for mounting semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の実装構造に関する。 The present invention relates to a mounting structure of a semiconductor device.
半導体装置には、一般的にCSP(chip size package)と呼ばれるものがある。CSPでは、半導体基板の接続パッドが設けられた面に絶縁膜が設けられ、絶縁膜には接続パッドの中央部に対応する部分に開口部が設けられている。絶縁膜の表面には再配線が形成され、再配線は絶縁膜の開口部を介して接続パッドに接続される。再配線の端部に柱状の電極が設けられ、再配線及び絶縁膜が封止膜により封止される。柱状電極は封止層から露出し、柱状電極の表面に半田端子が設けられる。半田端子を介して半導体装置は回路基板に接続される(例えば、特許文献1参照)。 Some semiconductor devices are generally called CSP (chip size package). In the CSP, an insulating film is provided on the surface of the semiconductor substrate on which the connection pad is provided, and the insulating film is provided with an opening at a portion corresponding to the central portion of the connection pad. A rewiring is formed on the surface of the insulating film, and the rewiring is connected to the connection pad through the opening of the insulating film. A columnar electrode is provided at the end of the rewiring, and the rewiring and the insulating film are sealed with a sealing film. The columnar electrode is exposed from the sealing layer, and a solder terminal is provided on the surface of the columnar electrode. The semiconductor device is connected to a circuit board via a solder terminal (see, for example, Patent Document 1).
半導体装置が接続される回路基板には、端部に接続パッドを有する配線が設けられている。また、配線を覆うソルダーレジスト層が設けられ、ソルダーレジスト層には接続パッドを露出させる開口が設けられている。この開口の位置に半田端子を配置した状態でリフロー方式により半田付けがされることで、半導体装置が回路基板に実装される。 A circuit board to which the semiconductor device is connected is provided with wiring having a connection pad at an end. Also, a solder resist layer that covers the wiring is provided, and an opening that exposes the connection pad is provided in the solder resist layer. The soldering is performed by the reflow method in a state where the solder terminals are arranged at the positions of the openings, so that the semiconductor device is mounted on the circuit board.
ところで、半導体装置を半田端子により回路基板に実装した場合には、半田端子の部位での損傷が発生し、接続不良となる場合がある。 By the way, when a semiconductor device is mounted on a circuit board with solder terminals, damage may occur at the portions of the solder terminals, resulting in poor connection.
本発明の課題は、半田端子により回路基板に実装する半導体装置の接続信頼性を向上することである。 The subject of this invention is improving the connection reliability of the semiconductor device mounted in a circuit board by a solder terminal.
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、直径Dの柱状電極と、前記柱状電極に接続された半田端子とを有する半導体装置と、前記半田端子に接続された接続パッドと、前記接続パッドを開口する開口部が形成され、前記接続パッドが前記半田端子に接続された状態における前記開口部の直径Rが0.9D≦R≦0.98Dを満たす保護絶縁層と、を有する被接続媒体と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
前記柱状電極は前記半田端子よりヤング率が高いことが好ましい。また前記接続パッドは前記半田端子よりヤング率が高いことが好ましい。 The columnar electrode preferably has a higher Young's modulus than the solder terminal. The connection pad preferably has a higher Young's modulus than the solder terminal.
本発明によれば、半田端子により回路基板に実装した半導体装置の接続信頼性を向上することができる。 According to the present invention, the connection reliability of a semiconductor device mounted on a circuit board with solder terminals can be improved.
図1は本発明の実施形態に係る半導体装置1の断面図である。半導体装置1は、一般的にCSPと呼ばれるもので、シリコン等からなる半導体基板2を備えている。半導体基板2は略四辺形状である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
半導体基板2の表面には金属等からなる複数の接続パッド3が半導体基板2の周縁に沿って設けられている。半導体基板2の表面には酸化シリコン等からなる絶縁膜4が設けられている。絶縁膜4の表面には、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜6が設けられている。
A plurality of
絶縁膜4及び保護膜6には、接続パッド3の中央部を露出させる開口部5、7がそれぞれ設けられている。開口部5、7は、ウェットエッチングやレーザーエッチング等により形成することができる。
保護膜6の表面には銅等からなる下地金属層8が設けられている。下地金属層8は金属の単層であってもよく、互いに異なる金属を積層した複数の層であってもよい。下地金属層8は、200nm〜2000nmの厚さが好ましい。下地金属層8の表面には銅からなる再配線9が設けられている。再配線9は1μm〜10μmの厚さが好ましい。下地金属層8及び再配線9の各一端部は、開口部5、7を介して接続パッド3にそれぞれ接続されている。
The insulating film 4 and the
A
下地金属層8及び再配線9の各他端部には銅(ヤング率110GPa、熱膨張係数1.62×10−5/K)からなる円柱形状の柱状電極10がそれぞれ設けられている。各柱状電極10は、略四辺形状の半導体基板2において、接続パッド3で囲まれた中央領域に、格子状に配列されている。各下地金属層8及び再配線9の積層体は、それぞれに対応する互いに異なる接続パッド3と互いに異なる柱状電極10とを接続し、且つそれぞれ他の下地金属層8及び再配線9の積層体と電気的に絶縁されるように配列されている。再配線9及び保護膜6の表面には、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜11が、その表面が柱状電極10の表面と略面一となることで柱状電極10の上面が露出されるように設けられている。封止膜11は、柱状電極10をその側面から保護し、下地金属層8及び再配線9をそれら上面から保護する。各柱状電極10の表面には回路基板13の接続パッド14と接続するための略球形状の半田端子12(ヤング率20〜30GPa、熱膨張係数2〜3×10−5/K)がそれぞれ設けられている。半田端子12は、柱状電極10の円形の上面に接することによって相互に電気的に接続している。回路基板13は、PCB(printed circuit board)基板であり、600μm〜1000μmの厚さのレジストであるベース基板15上に複数の回路や配線が設けられている。
図2は半導体装置1と回路基板13との接続部を示す断面図である。半導体装置1は、半導体基板2等の図示を省略している。回路基板13の上面には、図示しない複数の配線が設けられ、各配線の端部に銅(ヤング率110GPa、熱膨張係数1.62×10−5/K)を有する接続パッド14が設けられている。また、回路基板13の配線及び接続パッド14が設けられた面には、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等を硬化してなるソルダーレジスト等の保護絶縁層16が設けられている。保護絶縁層16の厚さは30〜50μmである。保護絶縁層16には、接続パッド14を露出させる開口部17が設けられている。開口部17の形状は平面視円形である。開口部17は、ウェットエッチングやレーザーエッチング等により形成することができる。開口部17は、球形状の半田端子12の形状に合わせて保護絶縁層16の上面16A側(上側)の径Rが接続パッド14側(下側)の径より長くなっている。柱状電極10及び接続パッド14は、ともに半田端子12よりヤング率(剛性率)が高く、且つ半田端子12との熱膨張率の差が十分あれば銅でなくてもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a connection portion between the
半導体装置1は、図示しないボンディング装置によって半田端子12が接続パッド14に接合されることによって、回路基板13と電気的に接続されている。以上により、半導体装置1の接続パッド3と回路基板13の接続パッド14とが、下地金属層8、再配線9、柱状電極10、半田端子12を介して導通している。
The
半導体装置1の回路基板13への実装は、フェイスダウン方式及びリフロー方式により行う。すなわち、まず、図示しないステージに回路基板13を載置する。半導体装置1が、その半田端子12が形成された面を下に向けた状態で回路基板13の上方に移動する。次に、平面視して各半田端子12が、それぞれ対応する各接続パッド14に位置合わせするようアライメント調整をする。そして、半田端子12と接続パッド14とを接触させるように押圧し、この状態で接続パッド14に接している半田端子12の少なくとも一部を溶融するように加熱して半田端子12が接続パッド14に十分な面積で接触させる。その後、冷却して半田端子12を完全に固化することで接続パッド14への半田付けが終了する。
The
ここで、本発明においては、柱状電極10の直径をD、保護絶縁層16の開口部17における保護絶縁層16の上面16A側での直径をRとすると、Rは、0.9D≦R≦0.98Dの範囲とすることが好ましく、R=0.940D(※0.940=235/250)±0.012Dとすることがより好ましい。例えば、柱状電極10の直径を250μmとすると、Rは、225μm<R<245μmとすることが好ましく、R=235±3μmとすることがより好ましい。
Here, in the present invention, when the diameter of the
Rが0.9D≦R≦0.98Dの範囲である場合には、温度サイクル試験において長寿命となり、接合の信頼性を高めることができる。半田端子12が破断するときには、図3に示すように、半田端子12と柱状電極10との接合部の外周部から亀裂12aが入るとともに、半田端子12と保護絶縁層16との界面の外周部から亀裂12bが入る。このように、温度変化によって膨張、収縮する半田端子12の上下部分に亀裂12a、12bの伸展が分散するため、より長寿命となり、寿命のばらつきも小さくすることができる。このように、半田端子12は、柱状電極10及び接続パッド14との熱膨張係数の違いにより熱応力が生じ、且つ剛性度が低いので亀裂が生じやすい。
When R is in the range of 0.9D ≦ R ≦ 0.98D, the lifetime becomes long in the temperature cycle test, and the reliability of bonding can be improved. When the
一方、R<0.9Dである場合には、図4に示すように、半田端子12と柱状電極10との接合部の外周部から先に亀裂12aが入る。また、R>0.98Dである場合には、図5に示すように、半田端子12と保護絶縁層16との界面の外周部から先に亀裂12bが入る。このため、いずれも亀裂の伸展が半田端子12の一部に集中するため、寿命が短くなり、寿命のばらつきも大きくなる。なお、接続パッドと接続パッドの周囲に保護絶縁層が形成された配線構造であれば回路基板でなくてもよい。また、柱状電極10の直径を250μmとしたが、RとDの関係が0.9D≦R≦0.98Dを満たしていれば0.1%故障サイクル数を抑えることが可能となる。
以下、実施例を挙げて説明する。
On the other hand, when R <0.9D, as shown in FIG. 4, a
Hereinafter, an example is given and demonstrated.
直径250μmの柱状電極に直径340μmの半田端子を設けた半導体装置を、回路基板に対してフェイスダウン方式及びリフロー方式により実装した。保護絶縁層16の厚さは40μmである。
〔比較例1〕
回路基板の保護絶縁層の開口部は、表面側の直径を平均約215μmとした。
〔実施例1〕
回路基板の保護絶縁層の開口部は、表面側の直径を平均約225μmとした。開口部の開口径のバラツキ分布を図7のヒストグラムに示す。
〔実施例2〕
回路基板の保護絶縁層の開口部は、表面側の直径を平均約235μmとした。開口部の開口径のバラツキ分布を図6のヒストグラムに示す。なお、実施例2全体の約85%の割合がR=235±3μmの範囲内の開口部17の半導体装置1である。
〔実施例3〕
回路基板の保護絶縁層の開口部は、表面側の直径を平均約245μmとした。開口部の開口径のバラツキ分布を図8のヒストグラムに示す。
A semiconductor device in which a solder terminal having a diameter of 340 μm was provided on a columnar electrode having a diameter of 250 μm was mounted on a circuit board by a face-down method and a reflow method. The thickness of the protective insulating
[Comparative Example 1]
The openings in the protective insulating layer of the circuit board had an average diameter on the surface side of about 215 μm.
[Example 1]
The openings in the protective insulating layer of the circuit board had an average diameter on the surface side of about 225 μm. The variation distribution of the opening diameters of the openings is shown in the histogram of FIG.
[Example 2]
The openings in the protective insulating layer of the circuit board had an average diameter on the surface side of about 235 μm. The histogram of the opening diameter variation of the opening is shown in the histogram of FIG. In addition, about 85% of the whole Example 2 is the
Example 3
The openings in the protective insulating layer of the circuit board had an average diameter on the surface side of about 245 μm. The variation distribution of the opening diameters of the openings is shown in the histogram of FIG.
〔温度サイクル試験条件〕
実装した半導体装置及び回路基板を、1分間で−25℃から125℃まで加熱し、125℃で9分間維持した。その後、125℃から−25℃まで1分間で冷却し、−25℃で9分間維持した。これを1サイクルとし、サイクル数に対する故障率を求めた。発明者要確認。具体的には、所定サイクルを経た後に半導体装置及び回路基板を切り出し、樹脂に包埋後、断面を切り出して観察した。半田端子に破断が生じたものを故障とみなした。
[Temperature cycle test conditions]
The mounted semiconductor device and circuit board were heated from −25 ° C. to 125 ° C. in 1 minute and maintained at 125 ° C. for 9 minutes. Then, it cooled from 125 degreeC to -25 degreeC in 1 minute, and maintained at -25 degreeC for 9 minutes. This was taken as one cycle, and the failure rate relative to the number of cycles was determined. Inventor required confirmation. Specifically, after passing through a predetermined cycle, the semiconductor device and the circuit board were cut out, embedded in resin, and then cut out and observed. A broken solder terminal was regarded as a failure.
図9は、サイクル数と故障率とをプロットしたワイブル・プロットである。なお、下の横軸はサイクル数(t)であり、上の横軸はtの自然対数(lnt)である。また、左の縦軸は累積故障率(F(t))であり、右の縦軸はln{ln1/(1−F(t)}である。lntに対してln{ln1/(1−F(t)}をプロットした近似直線の傾きmがワイブル係数であり、ワイブル係数mが小さいほど寿命のバラツキが小さいことがわかる。また、lntに対してln{ln1/(1−F(t)}をプロットした近似直線と、F(t)=0.1との交点のtの値から、累積故障率0.1%以下の寿命を比較することができる。表1にソルダーレジストの開口径とワイブル係数m、平均故障サイクル数、0.1%故障サイクル数を示す。表1より0.1%故障サイクル数が250以上である範囲、つまり、0.9D≦R≦0.98Dの範囲(柱状電極10の直径D=250μm換算で225μm≦R≦245μm)が好ましく、0.1%故障サイクル数が500以上である範囲、つまり、0.928D≦R≦0.952Dの範囲(柱状電極10の直径D=250μm換算で232μm≦R≦238μm)がより好ましい。
FIG. 9 is a Weibull plot in which the number of cycles and the failure rate are plotted. Note that the lower horizontal axis is the number of cycles (t), and the upper horizontal axis is the natural logarithm (tnt) of t. The left vertical axis is the cumulative failure rate (F (t)), and the right vertical axis is ln {ln1 / (1-F (t)}, where ln {ln1 / (1- The slope m of the approximate straight line plotting F (t)} is the Weibull coefficient, and it can be seen that the smaller the Weibull coefficient m, the smaller the variation in life, and ln {ln1 / (1-F (t )} And the value of t at the intersection of F (t) = 0.1, the lifespan with a cumulative failure rate of 0.1% or less can be compared. A diameter, a Weibull coefficient m, an average failure cycle number, and a 0.1% failure cycle number are shown in Table 1. A range in which the 0.1% failure cycle number is 250 or more, that is, 0.9D ≦ R ≦ 0.98D. Range (diameter D of the
1 半導体装置
2 半導体基板
3、14 接続パッド
4 絶縁膜
5、7、17 開口部
6 保護膜
8 下地金属層
9 再配線
10 柱状電極
11 封止膜
12 半田端子
13 回路基板
16 保護絶縁層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記半田端子に接続された接続パッドと、前記接続パッドを開口する開口部が形成され、前記接続パッドが前記半田端子に接続された状態における前記開口部の直径Rが0.9D≦R≦0.98Dを満たす保護絶縁層と、を有する被接続媒体と、
を備えることを特徴とする半導体装置の実装構造。 A semiconductor device having a columnar electrode with a diameter D and a solder terminal connected to the columnar electrode;
A connection pad connected to the solder terminal and an opening for opening the connection pad are formed, and a diameter R of the opening in a state where the connection pad is connected to the solder terminal is 0.9D ≦ R ≦ 0. A to-be-connected medium having a protective insulating layer satisfying .98D;
A mounting structure of a semiconductor device, comprising:
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2503399A1 (en) | 2011-03-24 | 2012-09-26 | Kyocera Mita Corporation | Toner case, image forming apparatus, and method of driving toner case |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005167176A (en) * | 2003-11-10 | 2005-06-23 | Casio Comput Co Ltd | Packaging structure and packaging method of semiconductor device |
JP2005347361A (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Casio Comput Co Ltd | Mounting structure of semiconductor device |
JP2007141973A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Wiring circuit board with semiconductor components |
-
2009
- 2009-09-15 JP JP2009212816A patent/JP2011066040A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005167176A (en) * | 2003-11-10 | 2005-06-23 | Casio Comput Co Ltd | Packaging structure and packaging method of semiconductor device |
JP2005347361A (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Casio Comput Co Ltd | Mounting structure of semiconductor device |
JP2007141973A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Wiring circuit board with semiconductor components |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2503399A1 (en) | 2011-03-24 | 2012-09-26 | Kyocera Mita Corporation | Toner case, image forming apparatus, and method of driving toner case |
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