JPH1022413A - 配線基板及びそれを用いた半導体装置の製造方法並びにその実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極パッド２Ａとこの電極パッド２Ａの表面
に接続された半田電極６との接続寿命が低下する。 【解決手段】 一表面に、保護膜３Ａに形成された開口
４Ａ及びこの開口４Ａから表面が露出された電極パッド
２Ａを有し、前記電極パッド２Ａの表面に球形状の半田
電極６が接続される配線基板１０において、前記電極パ
ッド２Ａの外周囲の外側に少なくとも前記開口４Ａの周
縁の一部を引き出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一表面に、保護膜
に形成された開口及びこの開口から表面が露出された電
極パッドを有し、前記電極パッドの表面に球形状の半田
電極が接続される配線基板及びそれを用いた半導体装置
の製造技術並びにその実装技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】配線基板の実装面(一表面)上に半導体チ
ップを実装する半導体装置においてはＣＣＢ(Ｃontroll
ed Ｃollapse Ｂondinhg）方式が採用されている。この
ＣＣＢ方式は、配線基板の実装面上に半田電極を用いて
半導体チップを実装する方式である。ＣＣＢ方式は、配
線基板の実装面上に半導体チップをその占有面積内にお
いて実装できるので、ボンディングワイヤ方式に比べて
実装面積並びに信号伝搬経路を縮小できる。

【０００３】前記半田電極は球形状で形成され、例えば
Ｐｂ−Ｓｎ組成の金属材で形成されている。半田電極の
一端側は、半導体チップの製造プロセスにおいて、半導
体チップの主面に配置された電極パッドの表面に接続さ
れ、半田電極の他端側は、半導体装置の製造プロセスに
おいて、配線基板の実装面(一表面)に配置された電極パ
ッドの表面に接続される。

【０００４】前記半田電極の他端側は、配線基板の電極
パッドの表面に活性剤を塗布し、その後、配線基板の電
極パッドの表面に半田電極を配置し、その後、半田電極
を溶融することにより配線基板の電極パッドの表面に接
続される。活性剤は、配線基板の電極パッドに対する半
田電極の濡れ性を確保する目的で塗布される。

【０００５】前記配線基板の実装面及びその実装面に配
置された配線は保護膜で被覆されている。保護膜は、電
極パッドの表面に半田電極を接続する際、半田電極が他
の領域に濡れ広がるのを防止する目的及び配線の剥がれ
や損傷等を防止する目的で形成されている。

【０００６】前記配線基板の電極パッドの表面の中央領
域は保護膜に形成された開口から露出され、その表面の
周辺領域は保護膜で被覆されている。つまり、半田電極
は、保護膜に形成された開口を通して電極パッドの表面
に接続される。電極パッドの表面の平面形状及び開口の
平面形状は円形状で形成されている。

【０００７】なお、ＣＣＢ方式を採用する半導体装置に
ついては、例えば工業調査会発行の電子材料〔１９９４
年、９月号、第２２頁乃至第２９頁〕に記載されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記配線基板の保護膜
に形成された開口の平面形状は円形状で形成されている
ので、配線基板の電極パッドの表面に球形状の半田電極
を配置した時、開口の周縁の全領域は半田電極と接触
し、開口の上部は半田電極で塞がれてしまう。

【０００９】一方、電極パッドの表面に塗布された活性
剤は半田電極を溶融する時の熱で気化されるが、前述の
ように、開口の上部が半田電極で塞がれているので、気
化した活性剤は開口内に残留してしまう。このため、半
田電極を溶融した時、半田電極に活性剤の巻き込みによ
るボイドが発生し、半田電極と電極パッドとの接続寿命
が著しく低下する。

【００１０】本発明の目的は、半田電極と電極パッドと
の接続寿命を高めることが可能な技術を提供することに
ある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１３】一表面に保護膜に形成された開口及びこの
開口から表面が露出された電極パッドを有し、前記電極
パッドの表面に球形状の半田電極が接続される配線基板
において、前記電極パッドの外周囲の外側に少なくとも
前記開口の周縁の一部を引き出す。

【００１４】上述した手段によれば、電極パッドの表面
上に球形状の半田電極を配置した時、電極パッドの外周
囲の外側に引き出された開口の周縁は半田電極に接触し
ないので、開口の上部が半田電極によって塞がれてしま
うことはない。従って、電極パッドの表面に活性剤を用
いて半田電極を接続する際、気化した活性剤は外部に放
出され開口内に残留しないので、活性剤の巻き込みで半
田電極に生じるボイドの発生を防止でき、半田電極と電
極パッドとの接続寿命を高めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１６】なお、発明の実施の形態を説明するための
全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。

【００１７】本発明の一実施形態である半導体装置の概
略構成を図１(断面図)に示す。

【００１８】図１に示すように、半導体装置１０は、配
線基板１の実装面(一表面)上に半導体チップ５を実装し
ている。

【００１９】前記配線基板１は、例えば、ガラス繊維に
エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂を含浸させた樹脂基板
で形成されている。この場合の配線基板１は、１５×１
０~⁶［１／℃］程度の熱膨張係数を有する。

【００２０】前記配線基板１の実装面には電極パッド２
Ａが複数個配置されている。また、配線基板の実装面と
対向するその裏面(一表面)には電極パッド２Ｂが複数個
配置されている。この電極パッド２Ａ、電極パッド２Ｂ
の夫々は、詳細に図示していないが、配線基板１の内部
配線を介して電気的に接続されている。

【００２１】前記半導体チップ５は、例えば、単結晶珪
素からなる半導体基板を主体に構成されている。この場
合の半導体チップ４は３．５×１０~⁶［１／℃］程度の
熱膨張係数を有する。

【００２２】前記半導体チップ５には、記憶回路システ
ム、論理回路システム、或はそれらの混合回路システム
が塔載され、その主面には電極パッド５Ａが複数個配置
されている。この電極パッド５Ａは、半導体チップ５に
塔載された回路システムに電気的に接続されている。

【００２３】前記配線基板１の電極パッド２Ａ、半導体
チップ５の電極パッド５Ａの夫々は、それらの間に介在
された半田電極６で互いに固着され、電気的にかつ機械
的に接続されている。つまり、本実施形態の半導体装置
は、配線基板１の実装面上にＣＣＢ方式で半導体チップ
４を実装している。

【００２４】前記半田電極６は例えばＰｂ−Ｓｎ組成の
金属材で形成されている。半田電極６の一端側は、半導
体チップ５の製造プロセスにおいて、半導体チップ５の
電極パッド５Ａの表面に接続され、半田電極６の他端側
は、半導体装置の製造プロセスにおいて、配線基板１の
電極パッド２Ａの表面に接続される。半田電極６は、半
導体チップ５の製造プロセスにおいて球形状で形成され
ている。

【００２５】前記配線基板１の電極パッド２Ｂの表面に
は球形状の半田電極８が接続されている。つまり、本実
施形態の半導体装置は、配線基板１の裏面に球形状の半
田電極８を配置したＢＧＡ(Ｂall Ｇrid Ａrray)構造で
構成されている。半田電極８は例えばＰｂ−Ｓｎ組成の
金属材で形成されている。

【００２６】前記配線基板１の実装面と半導体チップ５
の主面との間の間隙領域には樹脂７が充填されている。
樹脂７は、例えば、シリカ充填剤、硬化促進剤、カップ
リング剤等が添加されたエポキシ系の熱硬化樹脂で形成
されている。

【００２７】前記配線基板１の実装面には、電極パッド
２Ａに一体化された配線(図示せず)が延在している。こ
の配線は、配線基板１の実装面に形成された保護膜３Ａ
で被覆されている。保護膜３Ａは、電極パッド２Ａの表
面に半田電極６を接続する際、半田電極６が他の領域に
濡れ拡がるのを防止する目的及び配線の剥がれや損傷等
を防止する目的で形成されている。また、配線基板１の
裏面には、電極パッド２Ｂに一体化された配線(図示せ
ず)が延在している。この配線は、配線基板１の裏面に
形成された保護膜３Ｂで被覆されている。保護膜３Ｂ
は、電極パッド２Ｂの表面に半田電極８を接続する際、
半田電極８が他の領域に濡れ拡がるのを防止する目的及
び配線の剥がれや損傷等を防止する目的で形成されてい
る。保護膜３Ａ、保護膜３Ｂの夫々は、例えばソルダー
レジストで形成されている。

【００２８】前記配線基板１の電極パッド２Ａの表面
は、図１及び図２（配線基板の要部平面図）に示すよう
に、保護膜３Ａに形成された開口４Ａから露出されてい
る。電極パッド２Ａの平面形状は例えば円形状で形成さ
れ、開口４Ａの平面形状は例えば長穴形状で形成されて
いる。開口４Ａの周縁の一部は電極パッド２Ａの外周囲
の外側に引き出されている。また、開口４Ａの周縁の一
部は電極パッド２Ａに一体化された配線２Ｃの領域を避
けた領域に引き出されている。

【００２９】前記配線基板１の電極パッド３Ｂの表面
は、図１に示すように、保護膜３Ｂに形成された開口４
Ｂから露出されている。この開口４Ｂは、前述の開口４
Ａと同様に構成されている。

【００３０】次に、前記半導体装置１０の製造方法につ
いて、図３乃至図６（製造方法を説明するための断面
図）を用いて説明する。

【００３１】まず、配線基板１及び半導体チップ５を準
備する。半導体チップ５の電極パッド５Ａの表面には球
形状の半田電極６が既に接続されている。

【００３２】次に、配線基板１の実装面に配置された電
極パッド２Ａの表面に活性剤を塗布する。活性剤は、配
線基板１の電極パッド２Ａに対する半田電極６の濡れ性
を確保する目的で塗布される。活性剤としては、例えば
ロジン系フラックスを用いる。

【００３３】次に、図３に示すように、前記配線基板１
の実装面上に半導体チップ５を配置すると共に、配線基
板１の実装面の電極パッド２Ａの表面上に半田電極６を
配置する。この工程において、半田電極６は保護膜３Ａ
に形成された開口４Ａを通して電極パッド２Ａの表面上
に配置されるが、外周囲の外側に引き出された開口４Ａ
の周縁は半田電極６に接触しないので、開口４Ａの上部
が半田電極６によって塞がれてしまうことはない。

【００３４】次に、前記半田電極６を溶融し、図４に示
すように、半田電極６を配線基板１の電極パッド２Ａの
表面に接続する。この工程において、電極パッド２Ａの
表面に塗布された活性剤は半田電極６の溶融時の熱で気
化し、気化した活性剤は開口４Ａの周縁の一部と半田電
極６との間から外部に放出される。つまり、気化した活
性剤は外部に放出され開口４Ａ内に残留しないので、活
性剤の巻き込みで半田電極６に生じるボイドの発生を防
止でき、半田電極６と電極パッド２Ａとの接続寿命を高
めることができる。また、開口４Ａの周縁の一部は電極
パッド２Ａに一体化された配線２Ｃの領域を避けた領域
に引き出されているので、溶融した半田電極６が配線２
Ｃに濡れ拡がるのを防止できる。この工程により、半導
体チップ５は配線基板１の実装面上に半田電極６を介在
して実装される。

【００３５】次に、前記配線基板１の実装面と前記半導
体チップ５の主面との間の間隙領域に液状の樹脂７を充
填し、その後、熱処理を施して、前記液状の樹脂７を硬
化させる。

【００３６】次に、前記配線基板１の裏面に配置された
電極パッド２Ｂの表面に活性剤を塗布する。活性剤は、
配線基板１の電極パッド２Ｂに対する半田電極８の濡れ
性を確保する目的で塗布される。

【００３７】次に、図５に示すように、前記配線基板１
の裏面の電極パッド２Ｂの表面上に半田電極８を配置す
る。この半田電極８は例えばガラスマスクを用いたボー
ル供給法で供給される。この工程において、半田電極８
は保護膜３Ｂに形成された開口４Ｂを通して電極パッド
２Ｂの表面上に配置されるが、外周囲の外側に引き出さ
れた開口４Ｂの周縁は半田電極８に接触しないので、開
口４Ｂの上部が半田電極８によって塞がれてしまうこと
はない。

【００３８】次に、前記半田電極８を溶融し、図６に示
すように、半田電極８を配線基板１の電極パッド２Ｂの
表面に接続する。この工程において、電極パッド２Ｂの
表面に塗布された活性剤は半田電極８の溶融時の熱で気
化し、気化した活性剤は開口４Ｂの周縁の一部と半田電
極８との間から外部に放出される。つまり、気化した活
性剤は外部に放出され開口４Ｂ内に残留しないので、活
性剤の巻き込みで半田電極８に生じるボイドの発生を防
止でき、半田電極８と電極パッド２Ｂとの接続寿命を高
めることができる。また、開口４Ｂの周縁の一部は電極
パッド２Ｂに一体化された配線の領域を避けた領域に引
き出されているので、溶融した半田電極８が配線に濡れ
拡がるのを防止できる。この工程により、半導体装置１
０はほぼ完成する。

【００３９】このように構成された半導体装置１０は製
品として出荷される。製品として出荷された半導体装置
１０は、図７(要部断面図)に示すように、配線基板１１
の実装面上にバンプ電極８を介在して実装される。

【００４０】前記配線基板１１は、例えば、ガラス繊維
にエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂を含浸させた樹脂基
板で形成されている。配線基板１１の実装面には電極パ
ッド１２Ａが配置され、この電極パッド１２Ａの表面に
は半導体装置１０の半田電極８が接続される。

【００４１】前記配線基板１１の実装面には、電極パッ
ド１２Ａに一体化された配線（図示せず）が延在してい
る。この配線は、配線基板１１の実装面に形成された保
護膜１３Ａで被覆されている。保護膜１３Ａは、電極パ
ッド２Ａの表面に半田電極８を接続する際、半田電極８
が他の領域に濡れ拡がるのを防止する目的及び配線の剥
がれや損傷等を防止する目的で形成されている。保護膜
１３Ａは、前述の保護膜３Ａと同様のソルダーレジスト
で形成されている。

【００４２】前記配線基板１１の電極パッド１３Ａの表
面は、保護膜１３Ａに形成された開口１４から露出され
ている。この開口１４は、前述の開口４Ａと同様に構成
されている。

【００４３】次に、前記半導体装置１０の実装方法につ
いて、図７を用いて説明する。

【００４４】まず、半導体装置１０及び配線基板１１を
準備する。

【００４５】次に、前記配線基板１１の実装面の電極パ
ッド１２Ａの表面に活性剤を塗布する。活性剤は、配線
基板１の電極パッド２Ｂに対する半田電極８の濡れ性を
確保する目的で塗布される。

【００４６】次に、前記配線基板１１の実装面上に前記
半導体装置１０を配置すると共に、前記配線基板１１の
実装面の電極パッド１２Ａの表面上に、前記半導体装置
１０の電極パッド２Ｂの表面に接続された球形状の半田
電極８を配置する。この工程において、半田電極８は保
護膜１３Ａに形成された開口１４Ａを通して電極パッド
１２Ａの表面上に配置されるが、外周囲の外側に引き出
された開口１４Ａの周縁は半田電極８に接触しないの
で、開口１４Ａの上部が半田電極８によって塞がれてし
まうことはない。

【００４７】次に、前記半田電極８を溶融し、この半田
電極８を前記配線基板１１の実装面の電極パッド１２Ａ
の表面に接続する。この工程において、電極パッド１２
Ａの表面に塗布された活性剤は半田電極８の溶融時の熱
で気化し、気化した活性剤は開口１４Ａの周縁の一部と
半田電極８との間から外部に放出される。つまり、気化
した活性剤は外部に放出され開口１４Ａ内に残留しない
ので、活性剤の巻き込みで半田電極８に生じるボイドの
発生を防止でき、半田電極８と電極パッド１２Ａとの接
続寿命を高めることができる。また、開口１４Ａの周縁
の一部は電極パッド１２Ａに一体化された配線の領域を
避けた領域に引き出されているので、溶融した半田電極
８が配線に濡れ拡がるのを防止できる。この工程によ
り、半導体装置１０は実装基板１１の実装面上に半田電
極８を介在して実装される。

【００４８】このように、本実施形態によれば、以下の
作用効果が得られる。

【００４９】（１）実装面（一表面）に、保護膜３Ａに
形成された開口４Ａ及びこの開口４Ａから表面が露出さ
れた電極パッド２Ａを有し、前記電極パッド２Ａの表面
に球形状の半田電極６が接続される配線基板１におい
て、前記電極パッド２Ａの外周囲の外側に前記開口４Ａ
の周縁の一部を引き出す。この構成により、電極パッド
２Ａの表面上に球形状の半田電極６を配置した時、電極
パッド２Ａの外周囲の外側に引き出された開口４Ａの周
縁は半田電極６に接触しないので、開口４Ａの上部が半
田電極６によって塞がれてしまうことはない。従って、
電極パッド２Ａの表面に活性剤を用いて半田電極６を接
続する際、気化した活性剤は外部に放出され開口４Ａ内
に残留しないので、活性剤の巻き込みで半田電極６に生
じるボイドの発生を防止でき、半田電極６と電極パッド
２Ａとの接続寿命を高めることができる。

【００５０】また、配線基板１とこの配線基板１の実装
面上に半田電極６を介在して実装された半導体チップ５
との接続寿命を高めることができるので、ＣＣＢ方式を
採用する半導体装置１０の電気的信頼性を高めることが
できる。

【００５１】（２）実装面と対向する裏面(一表面)に、
保護膜３Ｂに形成された開口４Ｂ及びこの開口４Ｂから
表面が露出された電極パッド２Ｂを有し、前記電極パッ
ド２Ｂの表面に球形状の半田電極８が接続される配線基
板１において、前記電極パッド２Ｂの外周囲の外側に前
記開口４Ｂの周縁の一部を引き出す。この構成により、
前述の開口４Ａの場合と同様の作用が得られるので、半
田電極８と電極パッド２Ｂとの接続寿命を高めることが
できる。

【００５２】また、配線基板１の実装面と対向するその
裏面に配置された電極パッド２Ｂと、この電極パッド２
Ｂの表面に接続された半田電極８との接続寿命を高める
ことができるので、ＢＧＡ構造を採用する半導体装置１
０の電気的信頼性を高めることができる。

【００５３】（３）実装面（一表面）に、保護膜１３Ａ
に形成された開口１４Ａ及びこの開口１４Ａから表面が
露出された電極パッド１２Ａを有し、前記電極パッド１
２Ａの表面に球形状の半田電極８が接続される配線基板
１１において、前記電極パッド１２Ａの外周囲の外側に
前記開口１４Ａの周縁の一部を引き出す。この構成によ
り、前述の配線基板１の場合と同様の作用が得られるの
で、半田電極８と電極パッド１２Ａとの接続寿命を高め
ることができる。

【００５４】また、配線基板１１とこの配線基板１１の
実装面上に半田電極８を介在して実装された半導体装置
１０との接続寿命を高めることができるので、配線基板
１１と半導体装置１０との電気的信頼性を高めることが
できる。

【００５５】なお、図８(配線基板の要部平面図)に示す
ように、開口４Ａは、その周縁の全領域を電極パッド２
Ａの外周囲の外側に引き出した平面形状で形成してもよ
い。この場合、半田電極６は電極パッド２Ａの表面の全
面に接続されるので、半田電極６と電極パッド２Ａとの
接続寿命を更に高めることができる。

【００５６】また、図９(配線基板の要部平面図)に示す
ように、開口４Ａは、複数の電極パッド２Ａの夫々の表
面を露出する平面形状で形成してもよい。

【００５７】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。

【００５８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００５９】電極パッドとこの電極パッドの表面に接続
された半田電極との接続寿命を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である半導体装置の断面図
である。

【図２】前記半導体装置に塔載された配線基板の要部平
面図である。

【図３】前記半導体装置の製造方法を説明するための断
面図である。

【図４】前記半導体装置の製造方法を説明するための断
面図である。

【図５】前記半導体装置の製造方法を説明するための断
面図である。

【図６】前記半導体装置の製造方法を説明するための断
面図である。

【図７】前記半導体装置を配線基板上に実装した状態の
要部断面図である。

【図８】本発明の一実施形態の第１変形例である配線基
板の要部平面図である。

【図９】本発明の一実施形態の第１変形例である配線基
板の要部平面図である。

【符号の説明】

１…配線基板、２Ａ，２Ｂ，１２Ａ…電極パッド、３
Ａ，３Ｂ，１３Ａ…保護膜、４Ａ，４Ｂ，１４Ａ…開
口、５…半導体チップ、６…半田電極、７…樹脂、８…
半田電極、１１…配線基板。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一表面に、保護膜に形成された開口及び
   この開口から表面が露出された電極パッドを有し、前記
   電極パッドの表面に球形状の半田電極が接続される配線
   基板において、前記電極パッドの外周囲の外側に少なく
   とも前記開口の周縁の一部が引き出されていることを特
   徴とする配線基板。
2. 【請求項２】 前記開口の周縁の一部は、前記電極パッ
   ドに一体化された配線の領域を避けた領域に引き出され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 【請求項３】 前記電極パッドの平面形状は円形状で形
   成され、前記開口部の平面形状は長穴形状で形成されて
   いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配
   線基板。
4. 【請求項４】 半導体装置の製造方法において、一表面
   に、保護膜に形成された開口及びこの開口から表面が露
   出された電極パッドを有し、前記電極パッドの外周囲の
   外側に少なくとも前記開口の周縁の一部が引き出された
   配線基板を準備する工程と、前記配線基板の電極パッド
   の表面に活性剤を塗布し、その後、前記配線基板の電極
   パッドの表面上に球形状の半田電極を配置する工程と、
   前記半田電極を溶融し、この半田電極を前記配線基板の
   電極パッドの表面に接続する工程を備えたことを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 半導体装置の実装方法において、一表面
   に、保護膜に形成された開口及びこの開口から表面が露
   出された電極パッドを有し、前記電極パッドの外周囲の
   外側に少なくとも前記開口の周縁の一部が引き出された
   配線基板を準備する工程と、前記配線基板の一表面の電
   極パッドの表面に活性剤を塗布し、その後、前記配線基
   板の一表面上に半導体装置を配置すると共に、前記配線
   基板の一表面の電極パッドの表面上に前記半導体装置の
   電極パッドの表面に接続された球形状の半田電極を配置
   する工程と、前記半田電極を溶融し、この半田電極を前
   記配線基板の一表面の電極パッドの表面に接続する工程
   を備えたことを特徴とする半導体装置の実装方法。