JP2013055272A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装後の接続信頼性が高く且つ電極パッドの配置密度の低下が生じにくい半導体装置を実現できるようにする。
【解決手段】半導体装置は、基板１０１の上に形成された電極パッド１０２と、電極パッド１０２の上に形成された補強突起電極１０３とを備えている。補強突起電極１０３は、電極パッド１０２と接合されたバンプ１０４及び該バンプを補強するバンプ補強構造１０５を有している。バンプ補強構造１０５は、基板１０１の上に形成され、電極パッド１０２の一部を露出する開口部を有する電極パッド周辺層１４１と、電極パッド周辺層１４１の上に形成され、バンプ１０４の側面の一部を覆う補強樹脂１４２とを含む。バンプ１０４は、開口部を埋め且つ電極パッド周辺層１４１の上に突出し、電極パッド周辺層１４１は、絶縁層１４４と多孔質層１４５とを含み、補強樹脂１４２は多孔質層１４５と接している。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関し、特にバンプを有する半導体装置に関する。

半導体装置は、外部と接続するための電極パッドを有している。半導体装置に含まれる回路機能が複雑になるに従い、電極パッドの数は増加する。また、携帯機器等に搭載される半導体装置においては、小型化が強く望まれている。このため、半導体装置に電極パッドを高密度に配置することが求められる。

半導体装置に設けられる電極パッドを高密度に配置する方法として、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型のパッケージがある。ＢＧＡ型のパッケージは、一方の面に半導体チップが保持され、他方の面に配線を介して半導体チップと電気的に接続された複数の電極パッド（ランド）が規則的に配置された配線基板を用いる。電極パッドに、はんだ等からなるバンプを設け、バンプ介して外部の機器と接続する。このため、電極パッドをリード等を介して外部の機器と接続する場合と比べてはるかに高密度に電極パッドを配置することができる。

半導体装置には、実装工程において様々な衝撃が加わる。また、実装後においても落下等により衝撃が加わるおそれがある。電極パッドと接続されたバンプは、配線基板から突出しているため、衝撃によりバンプは損傷しやすい。実装工程及び実装後においてバンプが損傷すると、歩留まり及び信頼性が低下する。このため、衝撃等によるバンプの損傷を回避するために、電極パッドとバンプとの接触部を補強樹脂により覆うことにより、バンプを補強することが検討されている。（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００９−２３８９８４号公報

しかしながら、通常の酸化膜等からなる絶縁層と補強樹脂との密着性は、電極パッドと補強樹脂との密着性に比べて低い。このため、電極パッドにおけるバンプの周囲の部分が絶縁層に覆われた構成とし、補強樹脂が絶縁層と接するようにした場合には、補強樹脂が剥離するおそれがある。従って、補強樹脂と電極パッドとが接するようにバンプの周囲において電極パッドが絶縁層から露出させる必要があり、電極パッドを絶縁層により覆うことができない。しかし、電極パッドが絶縁層に覆われていないと、実装工程及び組み込み後の落下等の衝撃により半導体装置に歪み速度が大きい歪み（高速な歪み）が発生した場合に、電極パッドが基板から剥離しやすくなり、接続信頼性が大きく低下するという問題がある。また、絶縁層に電極パッドが露出するような大きな開口部を形成する必要があるため、電極パッドの周囲にスペースを設ける必要があり、電極パッドの配置密度が低下する。さらに、電極パッドの周囲に形成できる表面配線が減少し、表面配線の減少を補うために配線基板の配線層の数を増やすと、コストが上昇するという問題が生じる。

これらの問題は、ＢＧＡ型のパッケージだけでなく、バンプを用いる他のパッケージ及びベアチップにおいても同様に生じる。

本願は、前記の問題を解決し、実装後の接続信頼性が高く且つ電極パッドの配置密度の低下が生じにくい半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。

具体的に、本発明に係る第１の半導体装置は、基板の上に形成された電極パッドと、電極パッドの上に形成された補強突起電極とを備え、補強突起電極は、電極パッドと接合されたバンプ及び該バンプを補強するバンプ補強構造を有し、バンプ補強構造は、基板の上に形成され、電極パッドの一部を露出する開口部を有する電極パッド周辺層と、電極パッド周辺層の上に形成され、バンプの側面の一部を覆う補強樹脂とを含み、バンプは、開口部を埋め且つ電極パッド周辺層の上に突出し、電極パッド周辺層は、絶縁層と多孔質層とを含み、補強樹脂は、多孔質層と接している。

第１の半導体装置は、バンプの側面の一部を覆う補強樹脂を含む電極補強構造を有しており、補強樹脂は少なくとも一部が多孔質層と接している。補強樹脂が多孔質層と接しているため、補強樹脂は多孔質層の細孔内に進入している。このため、大きな応力が加わったとしても、補強樹脂が多孔質層から剥離しにくい。また、電極パッドの一部が開口部から露出し、電極パッドの他の部分は電極パッド周辺層に覆われている。このため、高速な歪みが加わった場合にも電極パッドの剥離が生じにくい。さらに、電極パッドよりも大きな開口部を形成する場合と比べて、電極パッドの配置密度を高くすることができる。

第１の半導体装置において、多孔質層は、絶縁層の上に形成されていてもよい。

この場合において、開口部における多孔質層を貫通する部分は、開口部における絶縁層を貫通する部分よりも大きく、絶縁層における開口部の周縁部は、多孔質層から露出し、補強樹脂は、絶縁層における多孔質層から露出した部分と接していてもよい。

第１の半導体装置において、絶縁層は、多孔質層の上に形成され、開口部における絶縁層を貫通する部分は、開口部における多孔質層を貫通する部分よりも大きく、多孔質層における開口部の周縁部は、絶縁層から露出し、補強樹脂は、多孔質層における絶縁層から露出した部分と接していてもよい。

第１の半導体装置において、絶縁層は、補強樹脂と接する部分に複数の凹部を有し、補強樹脂は、複数の凹部を埋めていてもよい。

本発明に係る第２の半導体装置は、基板の上に形成された電極パッドと、電極パッドの上に形成された補強突起電極とを備え、補強突起電極は、電極パッドの上に接合されたバンプ及び該バンプを補強するバンプ補強構造とを有し、バンプ補強構造は、基板の上に形成され、電極パッドの一部を露出する開口部を有する電極パッド周辺層と、絶縁層の上に形成され、バンプの側面の一部を覆う補強樹脂とを含み、バンプは、開口部を埋め且つ電極パッド周辺層の上に突出し、電極パッド周辺層は、絶縁層であり且つ開口部の周囲に形成された複数の凹部を有し、補強樹脂は、複数の凹部に埋め込まれている。

第２の半導体装置は、補強樹脂は絶縁層に形成された複数の凹部を埋めるように形成されている。このため、補強樹脂は絶縁層と強固に密着しており、補強樹脂が絶縁層から剥離しにくい。また、電極パッドの一部が開口部から露出し、電極パッドの他の部分は電極パッド周辺層に覆われている。このため、高速な歪みが加わった場合にも電極パッドの剥離が生じにくい。さらに、電極パッドよりも大きな開口部を形成する場合と比べて、電極パッドの配置密度を高くすることができる。

第１及び第２の半導体装置において、複数の凹部は、バンプから遠いものほど深さが深くてもよい。

第１及び第２の半導体装置において、複数の凹部は、バンプから遠いものほど上端部における平面サイズが大きくてもよい。

第１及び第２の半導体装置において、複数の凹部は、上端部の平面サイズが底部の平面サイズよりも小さくてもよい。

第１及び第２の半導体装置において、複数の凹部は、ブラスト加工により形成されていてもよい。

第１及び第２の半導体装置において、電極パッドは、基板の上に格子状に複数形成されており、補強突起電極は、複数の電極パッドのうち最外周に配置された電極パッドの上に形成されていてもよい。

第１及び第２の半導体装置において、電極パッドは、基板の上に格子状に複数形成されており、補強突起電極は、複数の電極パッドのうち角部に配置された電極パッドの上に形成されていてもよい。

第１及び第２の半導体装置は、基板における電極パッドと反対側の面に保持された半導体チップをさらに備え、電極パッドは、基板の上に格子状に複数形成されており、補強突起電極は、複数の電極パッドのうち半導体チップの外縁部と対応する位置に配置された電極パッドの上に形成されていてもよい。

第１及び第２の半導体装置は、基板における電極パッドと反対側の面に形成された封止材層をさらに備え、電極パッドは、基板の上に格子状に複数形成されており、補強突起電極は、複数の電極パッドのうち封止材層の外縁部と対応する位置に配置された電極パッドの上に形成されていてもよい。

本発明に係る半導体装置によれば、実装後の接続信頼性が高く且つ電極パッドの配置密度の低下が生じにくい半導体装置を実現できる。

一実施形態に係る補強突起電極を示す断面図である。 一実施形態に係補強突起電極の変形例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る補強突起電極の製造方法を示す断面図である。 一実施形態に係る補強突起電極の製造方法を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る補強突起電極の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は一実施形態に係る補強突起電極の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は一実施形態に係る補強突起電極の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は一実施形態に係る補強突起電極の製造方法の変形例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る補強突起電極の製造方法の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る補強突起電極の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る補強突起電極の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る補強突起電極の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る補強突起電極の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る補強突起電極の変形例を示す断面図である。 絶縁層に形成する凹部の一例を示す断面図である。 絶縁層に形成する凹部の一例を示す断面図である。 絶縁層に形成する凹部の一例を示す断面図である。 絶縁層に形成する凹部の一例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は凹部の形成方法の一例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は凹部の形成方法の一例を示す断面図である。 補強突起電極の配置の一例を示す平面図である。 補強突起電極の配置の一例を示す平面図である。 補強突起電極の配置の一例を示す平面図である。

図１に示すように、一実施形態に係る半導体装置は、基板１０１の上に形成された電極パッド１０２と、補強突起電極１０３とを備えている。基板１０１は、半導体素子が形成された半導体基板であっても、半導体チップが保持された配線基板（インターポーザ基板）であってもよい。以下においては、基板が配線基板である例について説明する。

電極パッド１０２は基板１０１の一の面に形成されており、配線及びビア（図示せず）等を介して基板１０１に保持された半導体チップと接続されている。補強突起電極１０３は、電極パッド１０２の上に接合されたバンプ１０４と、バンプ１０４を補強するバンプ補強構造１０５とを有している。

バンプ１０４は、はんだバンプ、金バンプ又はポリマーバンプ等とすればよい。以下においては、バンプ１０４がはんだバンプである例について説明する。バンプ補強構造１０５は、基板１０１の上に形成され、電極パッド１０２を露出する開口部を有する電極パッド周辺層１４１と、電極パッド周辺層の上に形成され、バンプ１０４の側面の一部を覆う補強樹脂１４２とを有している。

電極パッド周辺層１４１は、基板１０１側から順次形成された絶縁層１４４及び多孔質層１４５を有している。絶縁層１４４は、酸化シリコン等の無機絶縁膜又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の有機絶縁膜とすればよい。多孔質層１４５は、細孔を有する無機材料膜又は有機材料膜とすればよい。具体的には、ポリイミド、ポリエチレン若しくはポリプロピレン等の高分子材料、多孔質シリカ等の無機材料又は多孔質化された金属材料等とすればよい。金属材料は、ステンレス、チタン、チタン合金、銅、銅合金、ニッケル、低合金鋼又はアルミニウム等とすればよい。多孔質層１４５の細孔径は０．１μｍ〜１０μｍ程度とすればよい。多孔質層１４５の膜厚は１μｍ〜１００μｍ程度とすればよい。電極パッド１０２が複数存在している場合には、電極パッド１０２同士の絶縁を確保するために、多孔質層１４５は絶縁性であることが好ましい。但し、電極パッド１０２ごとに多孔質層１４５を独立させて絶縁性を確保すれば、多孔質層１４５は絶縁性でなくてもよい。

多孔質層１４５を絶縁層１４４の上に形成する方法はどのような方法であってもよい。例えば、絶縁層１４４の上に予めシート状に形成した多孔質層１４５を貼り合わせればよい。接着材を用いて絶縁層１４４と多孔質層１４５とを貼り合わせた場合には、図２に示すように絶縁層１４４と多孔質層１４５との間に接着層１４６が形成される。絶縁層１４４及び多孔質層１４５の材質によっては、加熱又は加圧等により貼り合わせてもよい。また、絶縁層１４４の上にスピンコート法、キャスティング法又はディップ法等により多孔質層１４５を形成してもよい。スピンコート法の場合には、スピナーの上に絶縁層１４４を形成した基板１０１を載置し、載置した基板１０１の上に多孔質膜を形成するためのポリマー等の溶液を滴下し、５００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍ程度の速度で回転させればよい。さらに、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法等により多孔質層１４５を絶縁層１４４の上に形成してもよい。貼り合わせ以外の方法により多孔質層１４５を形成する場合にも、図２に示すような接着層１４６を設けてもよい。接着層１４６を設けることにより、絶縁層１４４と多孔質層１４５との間の密着力が向上し、多孔質層１４５が絶縁層１４４から剥離することを防ぐことができる。

電極パッド１０２を露出する開口部は、例えば図３（ａ）に示すように電極パッド１０２に対応する位置に開口部を有するマスク１５１を電極パッド周辺層１４１の上に形成し、電極パッド周辺層１４１のマスク１５１から露出した部分をウェットエッチング又はドライエッチングにより除去すればよい。開口部１４１ａを形成した後、図３（ｂ）に示すようにマスク１５１をアッシング又はウェット洗浄等により除去すればよい。

また、多孔質層１４５を貼り合わせにより形成する場合には、図４に示すように予め開口部１４４ａを形成した絶縁層１４４と開口部１４５ａを形成した多孔質層１４５とを貼り合わせてもよい。

補強樹脂１４２は、電極パッド周辺層１４１から突出したバンプ１０４の側面の一部を覆い、底部が多孔質層１４５と接している。バンプ１０４の側面を補強樹脂１４２が覆っているため、衝撃によるバンプ１０４の損傷を抑えることができる。また、補強樹脂１４２が多孔質層１４５と接しているため、補強樹脂１４２が多孔質層１４５の細孔内に進入し、補強樹脂１４２と多孔質層１４５とは強固に密着する。従って、半導体装置に大きな衝撃又は歪み等が加わったとしても、補強樹脂１４２の剥離が生じにくい。また、電極パッド１０２は、バンプ１０４が形成されている部分を除いて電極パッド周辺層１４１に覆われているため、電極パッド１０２の剥離も生じにくい。さらに、電極パッド１０２の周囲に補強樹脂１４２を埋め込むためのスペースを設ける必要がないため、電極パッド１０２、バンプ１０４及びバンプ補強構造１０５を合わせた電極構造を小型化することができる。また、電極パッド１０２の周囲に配線を形成するスペースを確保することが可能となる。その結果、実装後の接続信頼性が高く且つ電極パッドの配置密度の低下が生じにくい半導体装置を実現できる。

補強樹脂１４２は、例えば図５（ａ）に示すように、バンプ１０４の周辺にディスペンサー１５２等を用いて液状の補強樹脂１４２ａを供給した後、図５（ｂ）に示すように加熱して補強樹脂１４２ａを硬化させればよい。この場合、バンプ１０４は、通常のボールマウント方式等により形成すればよい。

具体的には、まず図６（ａ）に示すように開口部から露出した電極パッド１０２の上に接合材１５３を供給する。接合材１５３は、フラックス又ははんだペースト等とすればよい。接合材１５３の供給方法は、例えばピン転写方式とすればよい。具体的には、接合材からなる膜をスキージにより成膜し、膜にピンを押し当てることによりピンに接合材を塗布し、接合材を塗布したピンを接合材供給場所に接触させることにより所望の量の接合材を接合材供給場所に供給する。また、接合材１５３はスクリーン印刷方式により供給してもよく、ディスペンサーを用いて供給してもよい。

次に、図６（ｂ）に示すように、電極パッド１０２の上に供給した接合材１５３の上に金属ボール１５４を搭載する。金属ボール１５４は、例えばジグを用いて金属ボール１５４を真空吸着して接合材１５３の上に搭載すればよい。また、電極パッド１０２の上に供給された接合材１５３を露出するマスクを形成し、マスクの開口部から金属ボール１５４を落下させることにより、接合材１５３の上に搭載してもよい。

次に、図６（ｃ）に示すように、金属ボール１５４又は接合材１５３の融点（例えば１５０〜２６０℃）以上の温度で、一定時間（例えば１０〜６０秒）加熱してし、金属ボール１５４と電極パッド１０２とを金属接合させることによりバンプ１０４を形成する。加熱は、リフロー又は局所加熱により行えばよい。

バンプ１０４は、めっき法により形成してもよい。電界めっき又は無電界めっきにより、開口部から露出した電極パッド１０２の上に金属層を析出することによりバンプ１０４を形成できる。

また、スクリーン印刷方式によりバンプ１０４を形成してもよい。まず、図７（ａ）に示すように、電極パッド１０２を露出する開口部を有するマスク１５５を形成した後、スキージ１５７等を用いて、はんだペースト１５６のスクリーン印刷を行う。次に、図７（ｂ）に示すようにマスク１５５を除去する。次に、図７（ｃ）に示すように、はんだペースト中に含まれるはんだの融点よりも１０℃〜４０℃程度高い温度で一定時間（例えば、１０秒〜６０秒）加熱することにより、電極パッド１０２とはんだとを金属接合させてバンプ１０４を形成する。加熱は、リフロー又は局所加熱により行えばよい。

バンプ１０４を形成した後、補強樹脂１４２を形成することにより補強突起電極１０３を形成できる。また、熱硬化性樹脂を含むはんだペースト（熱硬化性はんだペースト）を用いることにより、バンプ１０４の形成と同時に補強樹脂１４２を形成することも可能である。熱硬化性はんだペーストを用いてバンプ１０４と補強樹脂１４２とを同時に形成すれば、製造コストを大幅に下げることが可能となる。

例えば、図８（ａ）に示すように接合材である熱硬化性はんだペースト１５８を開口部から露出した電極パッド１０２へ供給する。次に、図８（ｂ）に示すように、電極パッド１０２の上に供給した熱硬化性はんだペースト１５８の上に、金属ボール１５４を搭載する。熱硬化性はんだペースト１５８の供給及び金属ボール１５４の搭載は、通常のバンプ１０４を形成する場合と同様にすればよい。次に、図８（ｃ）に示すように、熱硬化性はんだペースト１５８中に含まれるはんだの融点よりも１０℃〜４０℃程度高い温度で一定時間（例えば、１０秒〜６０秒）加熱することにより、電極パッド１０２と金属ボール１５４を金属接合させてバンプ１０４を形成する。同時に熱硬化性はんだペースト１５８中に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させて補強樹脂１４２を形成する。

スクリーン印刷方式によりバンプ１０４を形成する場合にも、同様にしてバンプ１０４と補強樹脂１４２とを同時に形成することができる。例えば、図９（ａ）に示すように、開口部から露出した電極パッド１０２の上に熱硬化性はんだペースト１５８を印刷により供給する。次に、図９（ｂ）に示すように、熱硬化性はんだペースト１５８中に含まれるはんだの融点よりも１０℃〜４０℃程度高い温度で一定時間（例えば、１０秒〜６０秒）加熱することにより、電極パッド１０２とはんだとを金属接合させてバンプ１０４を形成する。同時に熱硬化性はんだペースト１５８中に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させて補強樹脂１４２を形成する。

熱硬化性はんだペーストに含まれる熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を主成分とする主剤と、該主剤を熱硬化させる硬化剤及び硬化促進剤と、はんだの酸化膜を除去する活性剤と、熱可塑性の固形樹脂からなる可塑剤と、溶剤とを基本組成として含む構成とすればよい。

具体的には、主剤は水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、硬化剤はメチルテトラヒドロ無水フタル酸、硬化促進剤は２−フェニル４−メチル５−ヒドロキシメチルイミダゾール、活性剤はｍ−ヒドロキシ安息香酸、可塑剤はアルキルフェノール変性キシレン樹脂、溶剤はブチルカルビトールとすればよい。

主剤は、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に代えて、３，４エポキシシクロヘキセニルメチル−３'，４'エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂及びビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等としてもよい。硬化剤は、メチルテトラヒドロ無水フタル酸に代えて、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等としてもよい。硬化促進剤は、２−フェニル４−メチル５−ヒドロキシメチルイミダゾールに代えて、２−フェニル４，５ジヒドロキシメチルイミダゾール等としてもよい。活性剤は、ｍ−ヒドロキシ安息香酸に代えて、メサコン酸としてもよい。可塑剤は、アルキルフェノール変性キシレン樹脂に代えて、脂肪酸アマイド又は高重合ロジン等としてもよい。溶剤は、ブチルカルビトールに代えてメチルカルビトール等としてもよい。

各成分の配合量は、例えば、主剤が３０ｗｔ％〜４５ｗｔ％程度、硬化剤が３０ｗｔ％〜４５ｗｔ％程度、硬化促進剤が１ｗｔ％〜２ｗｔ％程度、活性剤が３ｗｔ％〜１０ｗｔ％程度、可塑剤が２ｗｔ％〜２０ｗｔ％程度、溶剤が０ｗｔ％〜５ｗｔ％程度とすればよい。硬化剤として用いる酸無水物は、酸化膜を除去する活性作用を有しているため、活性剤の配合を省略してもよい。

主剤は、エポキシ系の樹脂に代えて、アクリル系の樹脂、ウレタン系の樹脂、フェノール系の樹脂、尿素系の樹脂、メラミン系の樹脂、不飽和ポリエステル系の樹脂、アミン系の樹脂又はケイ素系の樹脂等としてもよい。

可塑剤は、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、非結晶性ロジン、イミド樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン、ポリイミド又は脂肪酸誘導体等としてもよい。なお、可塑剤を主剤に対して相溶性を有する固形樹脂とすれば、可塑剤と主剤中とを混合する際に気化性のガス分を含む溶剤を使用することなく、流動性を有する主剤と可塑剤との混合部とを得ることができる。このようにすれば、熱硬化性はんだペーストが溶剤を含んでいないため、リフローの際に溶剤が気化してリフロー装置を汚染することがない。また、溶剤による工場内の作業環境の汚染等の環境負荷を低減することが可能となる。

図１においては、開口部における多孔質層１４５に形成された部分と、絶縁層１４４に形成された部分とが同じ大きさであり、補強樹脂１４２が絶縁層１４４の上面と接していない例を示した。しかし、図１０に示すように、開口部における多孔質層１４５に形成された部分を、絶縁層１４４に形成された部分よりも大きくし、絶縁層１４４の上面が露出するようにしてもよい。この場合には、開口部に段差ができるため、補強樹脂１４２と電極パッド周辺層１４１との接触面積が増大し、密着性がさらに向上する。

また、図１１に示すように、絶縁層１４４における開口部から露出した部分に、凹部を形成し、補強樹脂１４２が凹部に埋め込まれるようにしてもよい。このようにすることにより、補強樹脂１４２と絶縁層１４４とが接触する部分いおいてアンカー効果が得られるため、密着性がさらに向上する。

多孔質層１４５が絶縁層１４４の上に形成されている例を示したが、図１２に示すように、絶縁層１４４が多孔質層１４５の上に形成されていてもよい。この場合、開口部における絶縁層１４４に形成された部分の径を多孔質層１４５に形成された部分の径よりも大きくし、多孔質層１４５の上面が開口部から露出するようにする。このようにすれば、補強樹脂１４２が多孔質層１４５の上面と接するため、補強樹脂１４２の剥離を生じにくくすることができる。また、開口部に形成された段差による密着性の向上も期待できる。

絶縁層１４４を多孔質層１４５の上に形成する場合においても、図１３に示すように絶縁層１４４に凹部を形成してもよい。このようにすることにより、補強樹脂１４２と絶縁層１４４とが接触する部分においてアンカー効果が得られるため、密着性がさらに向上する。

電極パッド周辺層１４１が、絶縁層１４４と多孔質層１４５との積層膜である例を示したが、図１４に示すように絶縁層１４４の単層である電極パッド周辺層１４１を設けてもよい。この場合には、絶縁層１４４からなる電極パッド周辺層１４１の開口部の周辺に凹部を形成し、補強樹脂１４２を凹部に埋め込むようにすればよい。補強樹脂１４２を凹部に埋め込むことにより、アンカー効果が得られ、多孔質層を設けなくても、補強樹脂１４２と電極パッド周辺層１４１との密着性を向上させることができる。

図１５に示すように補強樹脂１４２を埋め込むための凹部１４４ｂは、上端部の径φｔが下端部の径φｂよりも大きい形状とすればよい。このようにすれば、凹部１４４ｂの上端部の平面サイズが、下端部の平面サイズよりも大きくなるため補強樹脂１４２が凹部１４４ｂに進入しやすくなり、凹部１４４ｂに補強樹脂１４２を容易に埋め込むことができる。また、図１６に示すように、絶縁層１４４に形成する凹部１４４ｂを、上端部の径φｔが下端部の径φｂよりも小さい形状としてもよい。このようにすれば、バンプ１０４の垂直方向に加わる応力に対する補強樹脂１４２と絶縁層１４４との剥離強度が向上する。

図１７に示すように、開口部１４１ａつまりバンプ１０４から遠ざかるほど凹部１４４ｂの深さｄが深くなるように形成してもよい。また、図１８に示すように、バンプ１０４から遠ざかるほど凹部１４４ｂの上端部の径φｔが大きく、平面サイズが大きくなるように形成してもよい。このようにすることにより、補強樹脂１４２が隣接するバンプ１０４同士の間において接触することを抑え、バンプ１０４同士の絶縁性を確保することが容易となる。

また、これらの凹部１４４ｂの形状は組み合わせてもよい。例えば、上端部の平面サイズが下端部の平面サイズよりも小さい凹部を、バンプ１０４から遠ざかるほど深さが深くなるように形成してもよい。また、上端部の平面サイズが下端部の平面サイズよりも小さい凹部において、バンプ１０４から遠ざかるほど上端部の平面サイズが大きくなるように形成してもよい。

凹部１４４ｂは、例えば、エッチングにより形成すればよい。具体的には、まず図１９に示すように絶縁層１４４の上に凹部１４４ｂに対応する位置に開口部を有するマスク１６１を形成し、絶縁層１４４をウェットエッチング又はドライエッチングする。この後、マスク１６１を除去することにより、絶縁層１４４に凹部１４４ｂを形成することができる。

また、ブラスト加工により凹部１４４ｂを形成してもよい。この場合には、まず図２０に示すように、凹部１４４ｂを形成する領域に開口部を有するマスク１６２を形成し、ブラスト加工すればよい。ブラスト加工の場合には、深さが０．１μｍ〜０．５μｍ程度の複数の凹部１４４ｂを形成することができる。

なお、電極パッド周辺層１４１が絶縁層１４４からなる場合について説明したが、電極パッド周辺層１４１が絶縁層１４４と多孔質層１４５との積層膜である場合にも凹部１４４ｂの形状及び形成方法は、同様にすることができる。また、凹部１４４ｂの平面形状は、円形、楕円形、多角形状又は不規則な形状等どのような形状であってもよい。また、上端部と下端部との平面形状が異なっていてもよい。

基板に複数の電極パッド及び突起電極が形成されている場合には、全ての突起電極を本実施形態の補強突起電極としてもよい。しかし、目的及び用途に応じて応力が集中する特定の位置の突起電極のみを本実施形態の補強突起電極としてもよい。大きな応力が加わる突起電極だけを補強突起電極とすることにより、製造コストを低減することができる。

例えば、図２１に示すように、基板１０１の上に、格子状に複数の電極パッド及び突起電極が設けられている場合、実装後に基板１０１に衝撃が与えられると、外縁部に設けられた突起電極に特に大きな応力がかかる。このため、外縁部のバンプは、バンプ補強構造を有する補強突起電極１０３とし、他の突起電極はバンプ補強構造を有していない通常の突起電極１０９とすればよい。また、図２２に示すように、外縁部の突起電極の中でも大きな応力が加わる角部の突起電極を補強突起電極１０３としてもよい。

また、図２３に示すように、基板１０１の突起電極が形成された面と反対側の面（素子搭載面）に半導体チップ１０８が保持されている場合には、基板１０１と半導体チップ１０８との熱膨張率の差により、半導体チップ１０８の外縁部と対応する位置に設けられた突起電極に大きな応力が加わる。このため、半導体チップ１０８の外縁部と反対側に設けられた突起電極を補強突起電極１０３とすればよい。また、外縁部に設けられた突起電極又は角部に設けられた突起電極と、半導体チップ１０８の外縁部と対応する位置に設けられた突起電極との両方を補強突起電極１０３としてもよい。

半導体チップ１０８は基板１０１の素子搭載面の上にフリップチップ実装されていればよい。また、ワイヤボンディング実装されていてもよい。この場合には、半導体チップとワイヤとは、封止材によりモールドされていることが好ましい。封止材が設けられている場合には、封止材の外縁部と対応する位置に設けられた突起電極を補強突起電極１０３としてもよい。基板１０１の上に、複数の半導体チップ１０８が実装されていてもよく、基板１０１のサイズと半導体チップ１０８のサイズとがほぼ等しいチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）であってもよい。

本実施形態の補強突起電極は、突起電極を有しているあらゆる半導体装置に用いることができる。例えば、半導体素子が形成された半導体基板（ウェハ）に突起電極が設けられ、パッケージ化されたウェハレベルＣＳＰ（ＷＬＣＳＰ）に用いてもよい。また、配線基板の上にフリップチップ実装する半導体チップに用いてもよい。さらに、半導体チップを搭載した複数の配線基板を積層した多層積層型の半導体装置としてもよい。

金属ボール及びはんだペースト中に含まれる金属粒子は、鉛成分を含まないいわゆる鉛フリーはんだとすればよい。特に、リフロー工程における加熱温度を低くできるように、Ｓｎ（スズ）−Ｂｉ（ビスマス）系のはんだ、液相線温度１３９℃程度のはんだ等が好ましい。Ｓｎ−Ｂｉ系のはんだに、Ａｇ（銀）を１ｗｔ％〜３ｗｔ％程度配合することにより、はんだ強度を向上させることができる。また、本実施形態においてはんだ粒子の径は、５μｍ〜１００μｍ程度とすればよい。はんだ粒子のはんだペースト全体に占める割合は、７０ｗｔ％〜９２ｗｔ％程度とすればよい。なお、はんだペーストは、はんだ粒子以外の金属成分を含んでいてもよい。具体的には、Ｐｄ（パラジウム）又はＡｕ（金）等を含んでいてもよい。Ｐｄ又はＡｕ等からなる箔状の金属粉を、０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％程度配合することにより、はんだ接合性を向上させることができる。はんだペーストに添加する金属成分は、使用されるはんだよりも高温の融点を有し、大気中で酸化膜を生成しないものが好ましい。はんだ粒子が溶融した流動状態となると、はんだは表面に沿って濡れやすい。このため、はんだペーストに添加されたはんだ粒子以外の金属成分は、リフローを用いたはんだ接合工程において、溶融はんだを再凝集さる核となり、はんだの濡れ性を向上させるという効果を有している。

本発明に係る半導体装置は、実装後の接続信頼性が高く且つ電極パッドの配置密度の低下が生じにくく、バンプを有する半導体装置等として有用である。

１０１ 基板
１０２ 電極パッド
１０３ 補強突起電極
１０４ バンプ
１０５ バンプ補強構造
１０８ 半導体チップ
１０９ 突起電極
１３９ 液相線温度
１４１ 電極パッド周辺層
１４１ａ 開口部
１４２ 補強樹脂
１４２ａ 補強樹脂
１４４ 絶縁層
１４４ａ 開口部
１４４ｂ 凹部
１４５ 多孔質層
１４５ａ 開口部
１４６ 接着層
１５１ マスク
１５２ ディスペンサー
１５３ 接合材
１５４ 金属ボール
１５５ マスク
１５６ はんだペースト
１５７ スキージ
１５８ 熱硬化性はんだペースト
１６１ マスク
１６２ マスク

Claims (14)

1. 基板の上に形成された電極パッドと、
   前記電極パッドの上に形成された補強突起電極とを備え、
   前記補強突起電極は、前記電極パッドと接合されたバンプ及び該バンプを補強するバンプ補強構造を有し、
   前記バンプ補強構造は、前記基板の上に形成され、前記電極パッドの一部を露出する開口部を有する電極パッド周辺層と、前記電極パッド周辺層の上に形成され、前記バンプの側面の一部を覆う補強樹脂とを含み、
   前記バンプは、前記開口部を埋め且つ前記電極パッド周辺層の上に突出し、
   前記電極パッド周辺層は、絶縁層と多孔質層とを含み、
   前記補強樹脂は、前記多孔質層と接していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記多孔質層は、前記絶縁層の上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記開口部における前記多孔質層を貫通する部分は、前記開口部における前記絶縁層を貫通する部分よりも大きく、
   前記絶縁層における前記開口部の周縁部は、前記多孔質層から露出し、
   前記補強樹脂は、前記絶縁層における前記多孔質層から露出した部分と接していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記絶縁層は、前記多孔質層の上に形成され、
   前記開口部における前記絶縁層を貫通する部分は、前記開口部における前記多孔質層を貫通する部分よりも大きく、
   前記多孔質層における前記開口部の周縁部は、前記絶縁層から露出し、
   前記補強樹脂は、前記多孔質層における前記絶縁層から露出した部分と接していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記絶縁層は、前記補強樹脂と接する部分に複数の凹部を有し、
   前記補強樹脂は、前記複数の凹部に埋め込まれていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置。
6. 基板の上に形成された電極パッドと、
   前記電極パッドの上に形成された補強突起電極とを備え、
   前記補強突起電極は、前記電極パッドの上に接合されたバンプ及び該バンプを補強するバンプ補強構造とを有し、
   前記バンプ補強構造は、前記基板の上に形成され、前記電極パッドの一部を露出する開口部を有する電極パッド周辺層と、前記絶縁層の上に形成され、前記バンプの側面の一部を覆う補強樹脂とを含み、
   前記バンプは、前記開口部を埋め且つ前記電極パッド周辺層の上に突出し、
   前記電極パッド周辺層は、絶縁層であり且つ前記開口部の周囲に形成された複数の凹部を有し、
   前記補強樹脂は、前記複数の凹部に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
7. 前記複数の凹部は、前記バンプから遠いものほど深さが深いことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
8. 前記複数の凹部は、前記バンプから遠いものほど上端部における平面サイズが大きいことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記複数の凹部は、上端部の平面サイズが底部の平面サイズよりも小さいことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記複数の凹部は、ブラスト加工により形成されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
11. 前記電極パッドは、前記基板の上に格子状に複数形成されており、
    前記補強突起電極は、前記複数の電極パッドのうち最外周に配置された電極パッドの上に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
12. 前記電極パッドは、前記基板の上に格子状に複数形成されており、
    前記補強突起電極は、前記複数の電極パッドのうち角部に配置された電極パッドの上に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
13. 前記基板における前記電極パッドと反対側の面に保持された半導体チップをさらに備え、
    前記電極パッドは、前記基板の上に格子状に複数形成されており、
    前記補強突起電極は、前記複数の電極パッドのうち前記半導体チップの外縁部と対応する位置に配置された電極パッドの上に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
14. 前記基板における前記電極パッドと反対側の面に形成された封止材層をさらに備え、
    前記電極パッドは、前記基板の上に格子状に複数形成されており、
    前記補強突起電極は、前記複数の電極パッドのうち前記封止材層の外縁部と対応する位置に配置された電極パッドの上に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。

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