JP5343555B2 - 半導体装置、及び、はんだ接合部破壊の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、はんだによる接合部を含む半導体装置、及び、はんだ接合部破壊の検出方法に関する。

微細加工技術の進歩により、大規模集積回路（ＬＳＩ）における高集積化が進み、１つのパッケージに、多くの機能を持ったＬＳＩチップを搭載できるようになった。その結果、１つのパッケージに要求されるピン数が著しく増加し、従来使用されていたワイヤボンディングでは、ピン数の増加に対応できなくなってしまった。そこで、パッケージと回路基板をボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）ではんだ接合する方法が、現在用いられている。

ＢＧＡでの接合において、はんだの接続不良が、半導体装置の故障の原因の１つとなっている。接続不良の原因として、最も多いのが、ＬＳＩ搭載装置の電源オン、オフの繰り返し、あるいは動作負荷の高低の繰り返しによる熱サイクルに起因して、はんだ接合部に発生する応力による、はんだ接合部の疲労破壊である。はんだ接合部の信頼性確保は、特に、２４時間常時稼動を要求されるサーバ等の半導体装置において重要である。

特開平９−２４６４２６号公報

本発明の一目的は、半導体装置のはんだ接合部の破壊を検出することが容易であり、新規な構造の半導体装置を提供することである。

本発明の他の目的は、はんだ接合部破壊の新規な検出方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、半導体チップを搭載し、複数の電極が形成された半導体パッケージと、前記半導体パッケージに対向配置され、前記半導体パッケージの電極と対応する配置で複数の電極が形成され、前記半導体チップに、少なくとも基準電位を供給する回路基板と、前記半導体パッケージの複数の電極及び前記回路基板の複数の電極の間にそれぞれ形成され、該半導体パッケージの電極と該回路基板の電極とを接合する複数のはんだバンプとを有し、前記複数のはんだバンプは、第１及び第２の検知用はんだバンプ、及び、前記半導体チップに前記基準電位を供給するグラウンドはんだバンプを含み、各検知用はんだバンプは、それに対応するグラウンドはんだバンプと対を形成し、前記第１の検知用はんだバンプから第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に、前記第２の検知用はんだバンプが配置されており、さらに、対になっている検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとを電気的に接続する配線と、対になっている検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとに電気的に接続され、該グラウンドはんだバンプを介して該検知用はんだバンプに電流を流す電流発生回路と、対になっている検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとに電気的に接続され、該検知用はんだバンプと該グラウンドはんだバンプとの間の電気抵抗を測定する抵抗測定回路と前記第１の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が予め決められた第１の値に達した時間と、前記第２の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が前記第１の値に達した時間とに基づき、前記第２の検知用はんだバンプから前記第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に配置されたはんだバンプのクラック成長状態を予測する予測装置とを有する半導体装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、半導体チップを搭載した半導体パッケージと、該半導体チップに少なくとも基準電位を供給する回路基板とを接合する複数のはんだバンプが、第１及び第２の検知用はんだバンプと、該半導体チップに該基準電位を供給するグラウンドはんだバンプとを含み、各検知用はんだバンプはそれと対を形成するグラウンドはんだバンプと電気的に接続されており、前記第１の検知用はんだバンプから第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に、前記第２の検知用はんだバンプが配置されており、前記第１及び第２の検知用はんだバンプに、それと対になっているグラウンドはんだバンプを介して電流を流す工程と、前記第１及び第２の検知用はんだバンプと、それと対になっているグラウンドはんだバンプとの間の電気抵抗を測定する工程と前記第１の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が予め決められた第１の値に達した時間と、前記第２の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が前記第１の値に達した時間とに基づき、前記第２の検知用はんだバンプから前記第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に配置されたはんだバンプのクラック成長状態を予測する工程とを有するはんだ接合部破壊の検出方法が提供される。

検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとの間の電気抵抗を測定することにより、検知用はんだバンプのクラック等による破壊を検知することができる。

まず、本発明の第１の実施例による半導体装置について説明する。実施例の半導体装置は、半導体チップを搭載したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）構造の半導体パッケージと、この半導体パッケージが接合された回路基板とを含む。

図１は、半導体パッケージ１の（回路基板への接合前の）概略平面図である。半導体パッケージ１の基材２上に、行列状に電極３が形成され、各電極３上にはんだバンプ４が形成されている。半導体パッケージ１の基材２として、例えばセラミックが用いられる。その他、樹脂等を用いることもできる。

半導体パッケージ１は、基材２の、電極３と反対側の面内の中央部分に、半導体チップ５を搭載する。半導体チップ５は、例えば大規模集積回路（ＬＳＩ）である。半導体チップ５が、樹脂、セラミック、ガラス、または、アルミや黄銅等の金属等を用いた部材６で封止されている。なお、半導体パッケージ１の面内の中心は、対角線の交点位置と捉えることができる。

半導体チップ５の有する複数の電極が、それぞれ、半導体パッケージ１の対応する電極３に電気的に接続されている。なお、以下「電気的に接続されている」ことを、単に「接続されている」と表現する。

半導体パッケージ１の電極３のうち、半導体チップ５に接続されているものを機能用電極３ａと呼ぶこととする。機能用電極３ａにより、半導体チップ５に基準電位や電源電位が供給され、また、半導体チップ５と回路基板との間の信号の入出力が行われる。機能用電極３ａ上に形成されたはんだバンプ４を、機能用はんだバンプ４ａと呼ぶこととする。

半導体パッケージ１の電極３、はんだバンプ４として、機能用電極３ａ、機能用はんだバンプ４ａの他に、検知用電極３ｂ、検知用はんだバンプ４ｂが用意されている。検知用電極３ｂ、検知用はんだバンプ４ｂは、検知用はんだバンプ４ｂの導通不良を検知するために用いられ、半導体チップ５に接続されない。

図２は、第１の実施例の半導体装置の断面構造と配線関係を示す概略図である。図示を明確にするため、配線を両矢印で示している。

回路基板１１は、基材１２上に、半導体パッケージ１の電極３の配置に対応した配置で形成された電極１３を有する。回路基板１１の基材１２として、例えば樹脂が用いられる。半導体パッケージ１の電極３（パッケージ側電極３と呼ぶこととする）と、対応する回路基板１１の電極１３（基板側電極１３と呼ぶこととする）とが、はんだバンプ４を介して接合されている。

なお、本願明細書では、半導体パッケージ１と回路基板１１とが接合された半導体装置において、はんだ接合部であるはんだバンプ４を、半導体パッケージ１に含めないものとして説明を続ける。

基板側電極１３のうち、パッケージ側機能用電極３ａ、機能用はんだバンプ４ａに接続されたものを基板側機能用電極１３ａと呼び、パッケージ側検知用電極３ｂ、検知用はんだバンプ４ｂに接続されたものを基板側検知用電極１３ｂと呼ぶこととする。

半導体チップ５は、動作に伴い熱を発生し、また、発生する熱は負荷が高いほど多くなる。半導体チップ５の動作状態と停止状態との繰り返し、あるいは高負荷状態と低負荷状態との繰り返しにより、発熱と放熱の熱サイクルが繰り返される。

半導体パッケージ１と回路基板１１の熱膨張率の差に起因して、通常、例えば、半導体パッケージ１に比べて回路基板１１の方が伸縮しやすい。また、熱源となる半導体チップ５は、通常、半導体パッケージ１の中央部分に配置されている。これらに起因して、パッケージ面内で中心から遠いはんだバンプ４ほど、強い応力が加わりやすい。熱サイクルが多数繰り返されることにより、パッケージ面内で中心から遠いはんだバンプ４ほど、疲労破壊されやすい（クラックが生じやすい）。はんだバンプ４に生じたクラックにより、導通不良が生じる。

再び図１も参照して、検知用はんだバンプ４ｂの配置について説明する。検知用はんだバンプ４ｂ（とパッケージ側検知用電極３ｂと）を右上がりのハッチングで示す。行列状電極配置の４つの隅部ごとに、相互に近接する４つの電極上のはんだバンプ４が、検知用はんだバンプ４ｂとして用意されている。検知用はんだバンプ４ｂは、パッケージ面内の隅部に配置されているので、クラックが生じやすい。

相互に近接する４つの電極とは、最も隅の電極と、最も隅の電極に対し行方向パッケージ面内中心側に隣接する電極と、最も隅の電極に対し列方向パッケージ面内中心側に隣接する電極と、最も隅の電極に対し行列対角方向パッケージ面内中心側に隣接する電極との４つの電極を指す。

さらに、配線構造について説明する。機能用はんだバンプ４ａが、配線２１ａにより半導体チップ５に接続されている。

機能用はんだバンプ４ａのうち、回路基板１１から半導体チップ５に基準電位を供給するものをグラウンドはんだバンプ４ｇと呼ぶこととする。半導体チップ５と回路基板１１との接続において、基準電位を供給するグラウンドはんだバンプ４ｇは、通常複数個用意される。グラウンドはんだバンプ４ｇに接続したパッケージ側電極３、基板側電極１３を、パッケージ側グラウンド電極３ｇ、基板側グラウンド電極１３ｇと呼ぶこととする。

各検知用はんだバンプ４ｂに対し、適当なグラウンドはんだバンプ４ｇが選択され、検知用はんだバンプ４ｂとグラウンドはんだバンプ４ｇの対が形成されている。検知用はんだバンプ４ｂと対をなすグラウンドはんだバンプ４ｇは、検知用はんだバンプ４ｂに比べ、応力のかかりにくい場所に配置されていることが好ましい。本実施例では、検知用はんだバンプ４ｂよりも、パッケージ面内の中心側に配置されたものが選択される。対において、グラウンドはんだバンプ４ｇにはクラックが発生しないようにしたい（少なくとも、検知用はんだバンプ４ｂよりもクラックが発生しにくいようにしたい）ためである。

各検知用はんだバンプ４ｂが、対をなすグラウンドはんだバンプ４ｇと、配線２１ｂで接続されている。本実施例では、半導体パッケージ１に配線２１ｂが形成され、パッケージ側検知用電極３ｂ、パッケージ側グラウンド電極３ｇを介して、検知用はんだバンプ４ｂとグラウンドはんだバンプ４ｇとが接続されている。

直流電流発生回路３１が、検知用はんだバンプ４ｂに、その対のグラウンドはんだバンプ４ｇを介して直流電流を流す。電流は例えば１０ｍＡ〜２００ｍＡ程度である。本実施例では、直流電流発生回路３１が、回路基板１１上に配置されており、直流電流発生回路３１と検知用はんだバンプ４ｂ、直流電流発生回路３１とグラウンドはんだバンプ４ｇを接続する配線２２が、回路基板１１に形成されている。

抵抗測定回路３２が、検知用はんだバンプ４ｂと、その対のグラウンドはんだバンプ４ｇとの間の抵抗を測定する。本実施例では、抵抗測定回路３２が、回路基板１１上に配置されており、抵抗測定回路３２と検知用はんだバンプ４ｂ、抵抗測定回路３２とグラウンドはんだバンプ４ｇを接続する配線２３が、回路基板１１に形成されている。

制御回路３３が、直流電流発生回路３１を制御し、例えば１日数回等の適当な頻度で、グラウンドはんだバンプ４ｇを介して検知用はんだバンプ４ｂに電流を流し、抵抗測定回路３２で測定された抵抗値に対応する信号が、例えばコンピュータを用いて実現される情報処理装置３４に入力される。

抵抗測定回路３２で測定された抵抗の上昇は、検知用はんだバンプ４ｂでのクラックの発生、成長を示すと考えられる。このように、抵抗の計測により、検知用はんだバンプ４ｂのクラックを検知することができる。

グラウンドはんだバンプ４ｇを介して検知用はんだバンプ４ｂに電流を流し、検知用はんだバンプ４ｂの抵抗上昇を測定する構造とすることにより、半導体パッケージ１及び回路基板１１の片側（本実施例では回路基板側）で、直流電流発生回路３１や抵抗測定回路３２との接続をとることができる。

なお、半導体チップ５の動作負荷が比較的低い時間帯（例えば夜間など）に抵抗測定を行なうことにより、グラウンドはんだバンプ４ｇを通る電流に起因するノイズを低減することができる。

次に、はんだバンプにおけるクラックと抵抗上昇との関係を調べた実験について説明する。まず、実験に用いたサンプルについて説明する。実験では、試験的に、半導体チップを搭載していない半導体パッケージ用の基板を、はんだバンプにより回路基板に接続したサンプルを作製した。ここで、サンプルに用いた半導体パッケージ用の基板を、単に「半導体パッケージ」と呼ぶこととする。

図３Ａは、実験サンプルの半導体パッケージ１０１、あるいは回路基板１１１の電極１０３、１１３の配置を概略的に示す平面図である。半導体パッケージ１０１、回路基板１１１とも、基材として樹脂を用い、基材上に、２６行×２６列の配置のうちの外周５行、５列に電極１０３、１１３を配置した。電極１０３、１１３は、直径０．６４ｍｍで、上側から銅、ニッケル、金の積層構造とした。半導体パッケージの寸法は、縦、横、厚さが４０ｍｍ×４０ｍｍ×１．５ｍｍであり、回路基板の寸法は、縦、横、厚さが１１０ｍｍ×１１０ｍｍ×１．５ｍｍである。

図３Ｂは、半導体パッケージ１０１と回路基板１１１をはんだバンプで接合したサンプル２０１の概略断面図であり、検知用はんだバンプ１０４ｂの近傍を示す。はんだ材料は、すず鉛はんだとしてＳｎ−３７Ｐｂはんだ（千住金属工業社製）と、鉛フリーはんだとしてＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ（千住金属工業社製）とを用いた。

実験では、行列状電極配置の外側の隅のはんだバンプ１つを、検知用はんだバンプ１０４ｂとした。また、実験では、検知用はんだバンプ１０４ｂを、グラウンドはんだバンプとは接続せずに、パッケージ側検知用電極１０３ｂと回路基板側検知用電極１１３ｂとを、直流電流発生装置１３１、抵抗測定装置１３２に接続した。

図４は、抵抗上昇を調べる測定系を示すダイヤグラムである。サンプル２０１が、疲労試験装置３０１に載置されている。半導体パッケージが下側となるように、サンプル２０１の回路基板の、対向する辺の端部がそれぞれ、疲労試験装置３０１の支持部材３０２上に載せられている。

疲労試験装置３０１の押圧部材３０３が、回路基板の中央部を上側から押すことにより、回路基板がたわみ、はんだバンプに応力が加わる。特に、パッケージ面内で中心から離れた検知用はんだバンプに、強い応力が加わる。疲労試験装置３０１による押圧動作が繰り返されることにより、検知用はんだバンプにクラックが発生し、成長する。実験での押圧動作は、振幅１．５ｍｍ、周波数０．５Ｈｚ、温度が常温、５０℃、８０℃、１００℃の条件で行った。

検知用はんだバンプに、直流電流発生装置１３１、抵抗測定装置１３２が接続されている。直流電流発生装置１３１として、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製６１４４を用い、１６０ｍＡの直流電流を流した。また、抵抗測定装置１３２として、ＫＥＹＥＮＣＥ社製ＮＲ−５００、ＮＲ−ＳＴ０４を用いた。疲労試験を行いながら抵抗測定を行い、抵抗測定値をパーソナルコンピュータ１３４に取り込んだ。

さらに、抵抗を計測したサンプルについて、検知用はんだバンプのクラックを観察した。クラックの観察として、断面観察と引き剥がし観察を行った。

図５Ａは、断面観察について説明するための、はんだバンプの厚さ方向の概略断面図である。はんだバンプを研磨し、厚さ方向断面を露出させて、クラック３１１を観察する。クラック３１１が断面内の一端から発生し、横方向に成長していき、やがて他端に至る。クラック３１１の長さの、一端から他端までの長さに対する割合で、クラック成長率を定義することができる。

図５Ｂは、引き剥がし観察について説明するための、はんだバンプの横方向の概略断面図である。クラックのまだ入っていない部分を引き剥がすことにより、クラックが既に入っていた部分の断面３２１と、引き剥がしにより露出した断面３２２とが観察される。全断面積のうちの、クラックが既に入っていた部分３２１の断面積の割合で、クラック成長率を定義することができる。

断面観察でも引き剥がし観察でも、概ね同程度のクラック成長率となる。多数のサンプルの検知用はんだバンプについて、疲労試験を行いながらの抵抗測定と、疲労試験で生じたクラックの観察とを行い、クラックの成長率と抵抗との関係を調べた。

図６は、抵抗上昇率とクラック成長率との関係を概略的に示すグラフである。抵抗上昇率は、疲労試験開始前の初期（つまりクラック成長率０％）の抵抗に対する抵抗上昇量の比率である。疲労試験開始前の抵抗は、例えば３０ｍΩ程度である。

例えば、クラック成長率が５０％程度で抵抗上昇率が１％程度、クラック成長率が７０％程度で抵抗上昇率が２％程度、クラック成長率がほぼ１００％に近づくと抵抗上昇率が３％程度となることがわかった。なお、クラック成長率がほぼ１００％となっても、接触点が残っていることにより、抵抗上昇率は３％程度に留まっている。上記の２種類のはんだに対する実験とも、同様な傾向が得られた。

このように、クラック成長率と抵抗との関係を予め求めておくことにより、抵抗からクラック成長率を推定することができる。

なお、第１の実施例の半導体装置では、検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとが接続された回路か形成されている。上述の実験で求められたのは、検知用はんだバンプ単独の抵抗と、検知用はんだバンプのクラック成長率との関係であるが、これを基に、検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとの間の抵抗と、検知用はんだバンプのクラック成長率との関係を求めることができる。グラウンドはんだバンプはクラックの入りにくい位置に配置しているので、抵抗がほとんど上昇しない。抵抗の上昇分は、ほぼ検知用はんだバンプによるものであり、これを検知用はんだバンプのクラック成長率に対応付けることができる。なお、初期状態では、面内のはんだバンプの抵抗はどれもほぼ等しく、よって、検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプの抵抗はほぼ等しい。

次に、第１の実施例の半導体装置の、第２の実施例による動作について説明する。
なお、抵抗測定回路が測定する検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとの間の抵抗を、単に、検知用はんだバンプの抵抗と呼ぶこととする。

図７Ａ及び図７Ｂは、検知用はんだバンプ４ｂ近傍の平面図である。検知用はんだバンプ４ｂを右上がりのハッチングで示し、クラックが入った断面を縦線と横線が交差するハッチングで示す。

図７Ａに示すように、ある隅部の検知用はんだバンプ４ｂのうちのいずれかの、検知用はんだバンプ４ｂ１の抵抗が、ある時点で、例えばクラック成長率２０％に対応する値Ｖ２０に達したとする。例えば抵抗Ｖ２０が、クラックの発生を示す第１の警告の閾値として、情報処理装置に設定されている。情報処理装置は、はんだバンプ４ｂ１の抵抗がＶ２０以上になったと判定し、第１の警告を出す。

ただし、検知用はんだバンプ４ｂ１のクラック成長率が例えば２０％程度ならば、機能用はんだバンプ４ａには、まだクラックが生じていないであろう。従って、第１の警告が出ても、半導体装置の動作を止めて検査、修理をするにはまだ早い。

次に、図７Ｂに示すように、さらに時間が経過し、検知用はんだバンプ４ｂ１の抵抗が、例えばクラック成長率１００％に対応する値Ｖ１００になったとする。例えば抵抗Ｖ１００が、半導体装置の動作を止める第２の警告の閾値として、情報処理装置に設定されている。情報処理装置は、はんだバンプ４ｂ１の抵抗がＶ１００に（Ｖ１００以上に）なったと判定し、第２の警告を出す。

検知用はんだバンプ４ｂ１のクラック成長率が１００％に達したならば、隣接する機能用はんだバンプ４ａにも、ある程度のクラックが生じていることが懸念される。機能用はんだバンプ４ａの導通不良に起因する半導体装置の動作不良を予防するために、第２の警告が出たら、半導体装置の動作を止めて検査、修理を行う。このようにして、半導体装置の故障の予防が図られる。なお、警告のためのクラック成長率、閾値は、実験等に基づいて適宜選択することができる。

次に、第３の実施例による動作について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、検知用はんだバンプ４ｂ近傍の平面図である。検知用はんだバンプ４ｂを右上がりのハッチングで示し、クラックが入った断面を縦線と横線が交差するハッチングで示す。この例では、行列状のはんだバンプの配置の対角方向に沿って、パッケージ面内の隅側から中心側に、クラック発生が伝わっていく状況を想定している。

図８Ａに示すように、ある隅部の検知用はんだバンプ４ｂのうち、最も隅の検知用はんだバンプ４ｂ２の抵抗が、ある時点ｔ１で、例えばクラック成長率２０％に対応する値Ｖ２０に達したとする。例えば抵抗Ｖ２０が、クラックの発生を示す第１の警告の閾値として、情報処理装置に設定されている。情報処理装置は、検知用はんだバンプ４ｂ２でのクラック発生を示す第１の警告を出す。

ただし、最も隅の検知用はんだバンプ４ｂ２のクラック成長率が例えば２０％程度ならば、機能用はんだバンプ４ａには、まだクラックが生じていないであろう。

次に、図８Ｂに示すように、さらに時間が経過した時点ｔ２で、検知用はんだバンプ４ｂ２の対角方向中心側に隣接する検知用はんだバンプ４ｂ３の抵抗が、Ｖ２０に達したとする。情報処理装置は、検知用はんだバンプ４ｂ３でのクラック発生を示す第２の警告を出す。なお、図示の例では、この時点ｔ２で、最も隅の検知用はんだバンプ４ｂ２のクラック成長率が１００％に達している。

ただし、検知用はんだバンプ４ｂ３のクラック成長率が例えば２０％程度ならば、機能用はんだバンプ４ａには、まだクラックが生じていないであろう。従って、第２の警告が出ても、半導体装置の動作を止めて検査、修理をするにはまだ早い。

この例では、あるはんだバンプでクラックが発生してから、それの対角方向中心側に隣接するはんだバンプでクラックが発生するまでの時間が、ｔ２−ｔ１と見積もられる。

情報処理装置は、検知用はんだバンプ４ｂ３の対角方向中心側に隣接する機能用はんだバンプ４ａ２にクラックが発生（クラック成長率２０％に到達）する時間を、検知用はんだバンプ４ｂ３にクラックが発生した時間ｔ２からさらに時間ｔ２−ｔ１だけ経過した時点ｔ２＋ｔ２−ｔ１と予測する。そして、時点ｔ２＋ｔ２−ｔ１で、第３の警告を出す。第３の警告が出たら、半導体装置の動作を止めて検査、修理を行う。このようにして、半導体装置の故障の予防が図られる。なお、警告のためのクラック成長率、閾値は、実験等に基づいて適宜選択することができる。

なお、行列状のはんだバンプ配置の対角方向中心側にクラック発生が伝播する場合を例に説明したが、行方向中心側あるいは列方向中心側にクラック発生が伝播する場合も、同様にして取り扱うことができる。

なお、抵抗値を閾値とする例を説明したが、閾値を初期からの抵抗上昇率とすることも可能である。なお、抵抗（あるいは抵抗上昇率）とクラック成長率との関係を情報処理装置に記憶しておき、必要に応じて、検知用はんだバンプのクラック成長率が出力されるようにすることもできる。

以上説明したように、実施例の半導体装置は、検知用はんだバンプの抵抗を測定することにより、検知用はんだバンプのクラックの発生状況を推定することができる。

各検知用はんだバンプは、グラウンドはんだバンプと対を形成し、この対ごとに抵抗を測定でき、個々の検知用はんだバンプのクラックの発生状況を推定することができる。検知用はんだバンプと対となるグラウンドはんだバンプは、検知用はんだバンプよりも、応力の加わりにくい場所（例えばパッケージ面内中心側）に配置されていることが好ましい。

機能用はんだバンプに比べて、応力の加わりやすい位置に検知用はんだバンプを配置し、検知用はんだバンプの抵抗（クラック成長状態）をモニターすることにより、機能用はんだバンプでのクラックに起因する半導体装置の動作不良を予防することが容易となる。

なお、クラックの成長は緩やかであるため、検知用はんだバンプの抵抗測定は、例えば１日数回程度の頻度で行えばよく、検知用はんだバンプに常時測定用電流を流す必要はない。最適な測定頻度は、実験等により求めればよい。なお、クラック成長率は、熱サイクル数に概ね比例して増加する。

なお、熱サイクルによるクラック発生を例として説明したが、衝撃等他要因による検知用はんだバンプの破壊も、抵抗測定により検知できる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、本発明の第１の実施例による半導体装置の、半導体パッケージの概略平面図である。 図２は、第１の実施例の半導体装置の断面構造と配線関係を示す概略図である。 図３Ａは、実験サンプルの半導体パッケージ（あるいは回路基板）の概略平面図であり、図３Ｂは、実験サンプルの概略断面図である。 図４は、実験の測定系を示すダイヤグラムである。 図５Ａは、断面観察について説明するための、はんだバンプの厚さ方向概略断面図であり、図５Ｂは、引き剥がし観察について説明するための、はんだバンプの横方向概略断面図である。 図６は、抵抗上昇率とクラック成長率との概略的関係を示すグラフである。 図７Ａ及び図７Ｂは、第２の実施例による、半導体装置の動作について説明するための、検知用はんだバンプ近傍の平面図である。 図８Ａ〜図８Ｃは、第３の実施例による、半導体装置の動作について説明するための、検知用はんだバンプ近傍の平面図である。

符号の説明

１ 半導体パッケージ
２ 基材
３ 電極
４ はんだバンプ
５ 半導体チップ
６ 封止部材
１１ 回路基板
１２ 基材
１３ 電極
２１ａ、２１ｂ、２２、２３ 配線
３１ 直流電流発生回路
３２ 抵抗測定回路
３３ 制御回路
３４ 情報処理装置

Claims (5)

1. 半導体チップを搭載し、複数の電極が形成された半導体パッケージと、
   前記半導体パッケージに対向配置され、前記半導体パッケージの電極と対応する配置で複数の電極が形成され、前記半導体チップに、少なくとも基準電位を供給する回路基板と、
   前記半導体パッケージの複数の電極及び前記回路基板の複数の電極の間にそれぞれ形成され、該半導体パッケージの電極と該回路基板の電極とを接合する複数のはんだバンプと
   を有し、
   前記複数のはんだバンプは、第１及び第２の検知用はんだバンプ、及び、前記半導体チップに前記基準電位を供給するグラウンドはんだバンプを含み、各検知用はんだバンプは、それに対応するグラウンドはんだバンプと対を形成し、
   前記第１の検知用はんだバンプから第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に、前記第２の検知用はんだバンプが配置されており、
   さらに、
   対になっている検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとを電気的に接続する配線と、
   対になっている検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとに電気的に接続され、該グラウンドはんだバンプを介して該検知用はんだバンプに電流を流す電流発生回路と、
   対になっている検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプとに電気的に接続され、該検知用はんだバンプと該グラウンドはんだバンプとの間の電気抵抗を測定する抵抗測定回路と
   前記第１の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が予め決められた第１の値に達した時間と、前記第２の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が前記第１の値に達した時間とに基づき、前記第２の検知用はんだバンプから前記第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に配置されたはんだバンプのクラック成長状態を予測する予測装置と
   を有する半導体装置。
2. 前記検知用はんだバンプとグラウンドはんだバンプの対において、検知用はんだバンプは、グラウンドはんだバンプよりも、前記半導体パッケージの面内で中心から離れた位置に配置されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導体パッケージの面内で中心から最も離れた位置に配置されたはんだバンプが、前記第１の検知用はんだバンプである請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記複数のはんだバンプは、前記半導体パッケージの面内で行列状に配置され、
   前記第２の検知用はんだバンプは、前記第１の検知用はんだバンプに対し、行方向、列方向、または対角方向である前記第１の方向に隣接して前記半導体パッケージの面内中心側に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 半導体チップを搭載した半導体パッケージと、該半導体チップに少なくとも基準電位を供給する回路基板とを接合する複数のはんだバンプが、第１及び第２の検知用はんだバンプと、該半導体チップに該基準電位を供給するグラウンドはんだバンプとを含み、各検知用はんだバンプはそれと対を形成するグラウンドはんだバンプと電気的に接続されており、
   前記第１の検知用はんだバンプから第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に、前記第２の検知用はんだバンプが配置されており、
   前記第１及び第２の検知用はんだバンプに、それと対になっているグラウンドはんだバンプを介して電流を流す工程と、
   前記第１及び第２の検知用はんだバンプと、それと対になっているグラウンドはんだバンプとの間の電気抵抗を測定する工程と
   前記第１の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が予め決められた第１の値に達した時間と、前記第２の検知用はんだバンプとこれに対応するグラウンドはんだバンプとの間の抵抗が前記第１の値に達した時間とに基づき、前記第２の検知用はんだバンプから前記第１の方向に向かって前記半導体パッケージの面内中心側に配置されたはんだバンプのクラック成長状態を予測する工程と
   を有するはんだ接合部破壊の検出方法。

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