JPWO2012073417A1 - 電子部品実装体、電子部品、基板 - Google Patents

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    • H01L2224/131Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/13111Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/13138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/14134Square or rectangular array covering only portions of the surface to be connected
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    • H01L2224/1412Layout
    • H01L2224/14179Corner adaptations, i.e. disposition of the bump connectors at the corners of the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/14515Bump connectors having different functions
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    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16227Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/17Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors
    • H01L2224/1705Shape
    • H01L2224/17051Bump connectors having different shapes
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    • H01L2224/731Location prior to the connecting process
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    • H01L2224/73104Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/81007Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector involving a permanent auxiliary member being left in the finished device, e.g. aids for holding or protecting the bump connector during or after the bonding process
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    • H01L2224/81121Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors
    • H01L2224/8113Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors using marks formed on the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/8112Aligning
    • H01L2224/81121Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors
    • H01L2224/81132Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors using marks formed outside the semiconductor or solid-state body, i.e. "off-chip"
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    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119Arrangement of the bump connectors prior to mounting
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    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81193Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/812Applying energy for connecting
    • H01L2224/81201Compression bonding
    • H01L2224/81203Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding
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    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8138Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81399Material
    • H01L2224/814Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/81401Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/81411Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8138Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81399Material
    • H01L2224/814Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/81438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/81444Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/818Bonding techniques
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Abstract

本発明の電子部品実装体は、複数の部品側電極端子(3a、3b)を備える電子部品(1)が、複数の部品側電極端子(3a、3b)に対応する複数の基板側電極端子(7a、7b)を備える基板(6)上に実装された電子部品実装体であって、電子部品(1)の複数の部品側電極端子(3a、3b)上にそれぞれ形成され、電子部品(1)と基板(6)とを電気的に接続する複数の突起状電極(5a、5b)と、電子部品(1)上に形成され、複数の部品側電極端子(3a、3b)のうちの所定位置の部品側電極端子(3a)に電気的に接続するダミー電極(3c)と、を備え、ダミー電極(3c)に電気的に接続する所定位置の部品側電極端子(3a)上の突起状電極(5a)が、前記所定位置とは異なる位置の部品側電極端子(3b)上の突起状電極(5b)よりも高いことを特徴とする。

Description

本発明は、基板に電子部品が実装された構造を有する電子部品実装体、並びに電子部品実装体に用いられる電子部品および基板に関する。
通常、フリップチップ実装においては、LSIなどの半導体素子の電極上に半田バンプなどの突起電極が形成され、その突起電極が形成された半導体素子がフェイスダウンで実装基板に実装される。具体的には、加熱されている半導体素子の突起電極が実装基板の電極端子に対して圧接される。半導体素子の電極上に半田バンプを形成する方法としては、スクリーン印刷またはディスペンスまたは電解メッキで半田層を電極上に形成した後、その半田層をリフロー炉で半田融点以上に加熱する方法が一般的である。
ところで、近年、半導体素子の高密度化と半導体素子の電極端子の多ピン化の両立を図るべく、半導体素子の電極端子の狭ピッチ化と面積縮小化が進められている。このように半導体素子の電極端子の狭ピッチ化が進展してきたことにより、従来どおり半導体素子の外周部に電極端子が1列で配置されたり、2列で千鳥状に配置されている場合、電極端子間で短絡が発生するおそれがあった。また、半導体素子の電極端子の狭ピッチ化により、半導体素子と実装基板との熱膨張係数の差から発生する反りに起因する接続不良などが発生するといった問題が起こるようになってきた。そこで、半導体素子の電極端子がマトリクス状に配置されるエリア配置を採用して、電極端子間ピッチの拡大が図られるようになってきた。
しかしながら、近年ではエリア配置でも電極端子の狭ピッチ化の進展が著しく、半田接合部間のピッチが狭くなってきている。さらに近年、半導体素子と基板端子との間の隙間も狭くなってきた。そのため、フリップチップ実装時の圧接および加熱工程において、半田ブリッジ不良が発生するといった問題が起きるようになってきた。半田ブリッジ不良は、溶融した半田バンプが変形して、半田の表面張力により半田バンプ同士がつながることで起こる。
そこで、金属粒子を含有した絶縁性皮膜で、金または銅で形成された突起電極が覆われた半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この半導体装置によれば、フリップチップ実装時に絶縁性皮膜及び突起電極が溶融しない。この半導体装置においては、半導体素子と基板との間に注入した封止樹脂が硬化収縮する際に発生する圧縮方向の力によって、絶縁性皮膜に含有されている金属粒子が突起電極と基板端子に接触して、半導体素子の突起電極と基板端子とが電気的に導通する。よって、この半導体装置によれば、電極端子間ピッチが狭小化しても、ブリッジの発生を防ぐことができる。
しかしながら、金属粒子が突起電極と基板端子に拡散接合せずに接触することのみを以って電気的導通が確保される接続形態では、半導体素子の電極面積が小さくなると、当然、突起電極と基板端子との間に介在する導電粒子の数が少なくなる。そのため、接続抵抗が高くなって、信号の伝送損失が増大するという問題が起こる。特に近年、半導体素子の電極端子の狭ピッチ化の要求が非常に厳しいものとなってきており、半導体素子の電極端子の面積縮小化が進んでいるため、この問題が顕著になってきている。
そこで、高融点金属で下層金属が形成され、その下層金属の上に半田で上層金属が形成された2層構造の突起電極が採用されるようになってきた(例えば、特許文献2参照。)。この2層構造の突起電極によれば、半田層のみから成る突起電極よりも半田量を減らして、フリップチップ実装時の平面方向への半田つぶれ量を減らすことができる。したがって、半田ブリッジの発生を防ぐことが可能となる。さらに、この2層構造の突起電極によれば、半田と基板端子とが拡散接合するので、接続抵抗が低くなる。よって、信号の伝送損失が増大することもない。
特開2003−282617号公報 特開平9−97791号公報
しかしながら、近年、配線ルールの微細化または信号処理の高速化の要求に対応する目的で、半導体素子の層間絶縁膜に、いわゆるlow−k膜やULK(Ultra low−k)膜などの低誘電率絶縁膜が用いられるようになってきた。低誘電率絶縁膜は、誘電率を下げるために多数の数nmの空孔を有するポーラス状となっている。低誘電率絶縁膜の密度は、例えば1.0〜1.4g/cmである。したがって、低誘電率絶縁膜は脆弱である。そのため、従前の実装方法では、低誘電率絶縁膜の剥離または低誘電率絶縁膜の亀裂が発生しやすいという問題があった。
この問題について、特許文献2に記載されている実装方法を例に、具体的に説明する。図9は特許文献2に記載されている実装方法の模式図である。図9の上図に示すように、半導体素子101には、電極102aと半田接合部102bから成るバンプ103が形成されている。この実装方法では、図9に示すように、前記バンプ103と回路基板104上の電極105との位置を合致させた後、半導体素子101を加熱し、回路基板104に向けて加圧して、半田接合部102bを溶融させる。これにより、半導体素子101が回路基板104上に搭載される。
しかしながら、特許文献2の実装方法のように電極102aと半田接合部102bで確保されるバンプ103の高さが面内で均一な場合、半導体素子101のコーナー部分に配置されている電極102aの直下にある脆弱な低誘電率絶縁膜に、剥離または亀裂が発生する。これは、バンプ103の高さが均一な場合、フリップチップ工程で、半導体素子101のコーナー部分の電極102aの直下にある低誘電率絶縁膜に大きな応力が作用するためである。すなわち、フリップチップ工程における半田溶融後の冷却過程で、半導体素子101と回路基板104の弾性率及び線膨張係数の差に起因する熱応力が半導体素子101のコーナー部分の半田接合部102bに集中し、その応力が半導体素子101の電極102a直下の層に、緩和されることなく直接伝わるためである。さらに、急激な温度差が発生する使用環境下においても、フリップチップ工程において発生する熱応力集中と同様な熱応力集中が発生して、電極直下にある脆弱な低誘電率絶縁膜の剥離または亀裂が発生するという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑み、脆弱膜を有する半導体素子等の電子部品を基板に実装させる場合であっても高い接続信頼性を簡易に確保できる電子部品実装体、電子部品および基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第1の電子部品実装体は、複数の部品側電極端子を備える電子部品が、前記複数の部品側電極端子に対応する複数の基板側電極端子を備える基板上に実装された電子部品実装体であって、前記電子部品の前記複数の部品側電極端子上にそれぞれ形成され、前記電子部品と前記基板とを電気的に接続する複数の突起状電極と、前記電子部品上に形成され、前記複数の部品側電極端子のうちの所定位置の部品側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の部品側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする。
上記した本発明の第1の電子部品実装体において、前記複数の部品側電極端子のうちの前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続してもよい。
また、上記した本発明の第1の電子部品実装体において、前記ダミー電極が、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を含み、前記ダミー電極に電気的に接続する部品側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高くてもよい。また、この構成において、前記ダミー電極が、前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置された第1の部品側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の部品側電極端子に隣接する第2の部品側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、前記第1の部品側電極端子上の前記突起状電極は、前記第2の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高くてもよい。
また、上記した本発明の第1の電子部品実装体において、前記電子部品の、前記複数の部品側電極端子が配置されている面とは異なる面に、前記ダミー電極が形成されてもよい。この構成において、前記複数の部品側電極端子のうちの前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続してもよい。また、この構成において、前記複数の部品側電極端子はマトリクス状に配置されてもよく、前記ダミー電極は、前記複数の部品側電極端子が配置されているエリアの中央部の部品側電極端子に電気的に接続してもよい。また、この構成において、前記ダミー電極は電源端子または放熱源に接続してもよい。
また、上記した本発明の第1の電子部品実装体において、前記ダミー電極は、前記複数の部品側電極端子が配置されている面上に形成されて、かつ位置補正用の認識マークとして機能する形状を備えてもよい。
また、上記目的を達成するために、本発明の第2の電子部品実装体は、複数の部品側電極端子を備える電子部品が、前記複数の部品側電極端子に対応する複数の基板側電極端子を備える基板上に実装された電子部品実装体であって、前記基板の前記複数の基板側電極端子上にそれぞれ形成され、前記電子部品と前記基板とを電気的に接続する複数の突起状電極と、前記基板上に形成され、前記複数の基板側電極端子のうちの所定位置の基板側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の基板側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする。
上記した本発明の第2の電子部品実装体において、前記複数の基板側電極端子のうちの前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている基板側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続してもよい。
また、上記した本発明の第2の電子部品実装体において、前記ダミー電極が、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を含み、前記ダミー電極に電気的に接続する基板側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高くてもよい。また、この構成において、前記ダミー電極が、前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置された第1の基板側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の基板側電極端子に隣接する第2の基板側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、前記第1の基板側電極端子上の前記突起状電極は、前記第2の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高くてもよい。
また、上記目的を達成するために、本発明の電子部品は、複数の部品側電極端子と、前記複数の部品側電極端子のうちの所定位置の部品側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、前記複数の部品側電極端子上にそれぞれ形成された複数の突起状電極と、を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の部品側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする。
上記した本発明の電子部品において、前記複数の部品側電極端子のうちの当該電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続してもよい。
また、上記した本発明の電子部品において、前記ダミー電極が、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を含み、前記ダミー電極に電気的に接続する部品側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高くてもよい。また、この構成において、前記ダミー電極が、当該電子部品のコーナー部に対応する位置に配置された第1の部品側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の部品側電極端子に隣接する第2の部品側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、前記第1の部品側電極端子上の前記突起状電極は、前記第2の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高くてもよい。
また、上記した本発明の電子部品において、前記複数の部品側電極端子が配置されている面とは異なる面に、前記ダミー電極が形成されてもよい。この構成において、前記複数の部品側電極端子のうちの当該電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続してもよい。また、この構成において、前記複数の部品側電極端子はマトリクス状に配置されてもよく、前記ダミー電極は、前記複数の部品側電極端子が配置されているエリアの中央部の部品側電極端子に電気的に接続してもよい。
また、上記した本発明の電子部品において、前記ダミー電極は、前記複数の部品側電極端子が配置されている面上に形成されて、かつ位置補正用の認識マークとして機能する形状を備えてもよい。
また、上記目的を達成するために、本発明の基板は、複数の基板側電極端子と、前記複数の基板側電極端子のうちの所定位置の基板側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、前記複数の基板側電極端子上にそれぞれ形成された複数の突起状電極と、を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の基板側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする。
上記した本発明の基板において、前記複数の基板側電極端子のうちの当該基板に実装される電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている基板側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続してもよい。
また、上記した本発明の基板において、前記ダミー電極が、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を含み、前記ダミー電極に電気的に接続する基板側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高くてもよい。また、この構成において、前記ダミー電極が、当該基板に実装される電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている第1の基板側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の基板側電極端子に隣接する第2の基板側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、前記第1の基板側電極端子上の前記突起状電極は、前記第2の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高くてもよい。
本発明によれば、基板の反りが最大になる箇所に設ける突起状電極の高さを選択的に高くできるので、実装時に基板の反りを吸収できる。このように反りが吸収されると、半田凝固後の冷却過程で発生する垂直方向(引張方向)の半田接合部の伸び量が減り、引張方向の熱応力が緩和される。
さらに本発明によれば、電子部品のコーナー部に設ける突起状電極の高さを、コーナー部とは異なる位置に設ける突起状電極よりも高くできるので、電子部品のコーナー部において接合ギャップを高くすることができる。これにより、接合ギャップが均一な場合よりも、電子部品の電極端子に対するせん断方向の熱応力の集中を緩和することができる。この熱応力の緩和により、電子部品の電極端子の直下にある低誘電率絶縁膜などの脆弱な膜が受ける熱応力が低減される。したがって、その脆弱な膜の剥離および亀裂を防ぐことができ、高い接続信頼性を確保できる。
したがって本発明によれば、脆弱膜を有する半導体素子等の電子部品を基板に実装させる場合であっても高い接続信頼性を簡易に確保することができる。
(a)本発明の実施の形態1における電子部品実装体の要部を概念的に示す断面図及び(b)本発明の実施の形態1における電子部品実装体の要部を概念的に示す平面図 本発明の実施の形態1における電子部品実装体の製造方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態1における電子部品実装体の製造方法を工程別に説明するための概念図 本発明の実施の形態1における電子部品実装体を説明するための概念図 (a)本発明の実施の形態2における電子部品実装体の要部を概念的に示す断面図及び(b)本発明の実施の形態2における電子部品実装体の要部を概念的に示す平面図 本発明の実施の形態2における電子部品実装体の製造方法を工程別に説明するための概念図 (a)本発明の実施の形態3における電子部品の要部を概念的に示す断面図、(b)本発明の実施の形態3における電子部品の要部を概念的に示す平面図、及び(c)本発明の実施の形態3における電子部品実装体の要部を概念的に示す断面図 本発明の実施の形態4における電子部品の要部を概念的に示す平面図 従来の半導体装置の要部を示す模式図
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の各実施の形態では、基板に電子部品が実装された構造を有する電子部品実装体として、回路基板に半導体素子が実装された構造を有する半導体装置を例に説明する。
(実施の形態1)
図1(a)は本発明の実施の形態1における半導体装置の要部を概念的に示す断面図である。また、図1(b)は本発明の実施の形態1における半導体素子の要部を概念的に示す平面図であり、半導体素子を部品側電極端子が形成されている主面(電極面)側から見ている。
半導体素子1の電極面の内側の層には、例えばCuまたはAlから成る微細配線層と、low−k膜やULK膜などの脆弱な低誘電率絶縁膜2と、を含む多層配線層が設けられており、その多層配線層の最表面に複数の部品側電極端子3がマトリクス状に等間隔で設けられている。
複数の部品側電極端子3は、半導体素子1のコーナー部に対応する位置に配置される第1の部品側電極端子3aと、第1の部品側電極端子3aとは異なる位置に配置された第2の部品側電極端子3bとを含む。また、複数の部品側電極端子3が配置されたエリアの外側には、部品側電極端子3よりも面積が大きいダミー電極3cが設けられており、第1の部品側電極端子3aとダミー電極3cは電気的に導通するように配線3acで接続されている。例えば、第1の部品側電極端子3a、第2の部品側電極端子3b、ダミー電極3c及び配線3acは同一平面内にあってもよい。第1の部品側電極端子3a、第2の部品側電極端子3b、ダミー電極3c及び配線3acはいずれも、例えばAl−CuまたはAl−Si−Cuから成る。
また、半導体素子1には、その電極面を覆う絶縁膜4が設けられている。絶縁膜4は、第1の部品側電極端子3a、第2の部品側電極端子3b及びダミー電極3cの各々の少なくとも一部を露出させる複数の開口部を有し、かつ半導体素子1の電極面上の配線を覆う。絶縁膜4は例えばSiから成る。
さらに、第1の部品側電極端子3a、第2の部品側電極端子3b及びダミー電極3c上には、第1の突起状電極5a、第2の突起状電極5b及びダミー突起状電極5cがそれぞれ設けられている。第1の突起状電極5a、第2の突起状電極5b及びダミー突起状電極5cは、例えばNi−P/AuやNi−Auなどの半田に濡れる金属から成る。
一方、半導体素子1が実装される回路基板6は、その主面に半導体素子1の第1の突起状電極5a及び第2の突起状電極5bにそれぞれ対向するように配置された第1の基板側電極端子7a及び第2の基板側電極端子7bを有している。回路基板6は、例えばシリコンから成る。基板側電極端子7a、7bは、例えば、Ni/Au、Ni/Pd/Au、Ni/SnAg等から成る。
半導体素子1の第1の突起状電極5a及び第2の突起状電極5bと回路基板6の第1の基板側電極端子7a及び第2の基板側電極端子7bとは半田8により接合され、電気的および機械的に接続されている。半田3は、例えば、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnZnBi、SnPb、SnBi、SnAgBiIn、SnIn、In、Snなどから成る。また、半導体素子1と回路基板6との間には封止樹脂9が充填されている。
この実施の形態1では、半導体素子1として、外形サイズが6mm×6mm、厚みが0.2mmであり、その電極面に、中心同士の距離が50μmピッチでマトリクス状にエリア配置された直径が25μm、厚みが1μmの円形状の複数の部品側電極端子3を備えたものを用いた。また、回路基板6として外形サイズが8mm×8mm、厚みが0.2mmのものを用いた。また、部品側電極端子3に対する絶縁膜4の開口部は直径15μmの円形状とした。さらに、ダミー電極3cに対する絶縁膜4の開口部は、800μm×800μmの正方形状とした。
図2は本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図2に示すように、この実施の形態1における製造方法では、まず、半導体素子1の部品側電極端子上に突起状電極であるUBM(Under Bump Metal)を形成し(ステップS1)、回路基板6の基板側電極端子上に半田材料をプリコートして半田層を形成する(ステップS2)。次に、半導体素子1の部品側電極端子と回路基板6の基板側電極端子とを位置合わせして、半導体素子1を回路基板6に実装した後(ステップS3)、半導体素子1と回路基板6との間の空隙をアンダーフィルで充填する(ステップS4)。
この半導体装置の製造方法の一例の詳細を図3を用いて説明する。図3は本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を工程別に説明するための概念図である。
まず、UBMを形成する工程について説明する。この工程では、図3(a0)、図3(a1)に示すように、半導体素子1の第1の部品側電極端子3a、第2の部品側電極端子3b及びダミー電極3c上に無電解めっき法により第1の突起状電極5a、第2の突起状電極5b及びダミー突起状電極5cを形成する。具体的には、電極表面の不純物を除去した後、半導体素子1を亜鉛めっき液に浸漬し、電極材料のAlをZnに置換する置換反応を行う。次に、Zn核を除去した後、再度、半導体素子1を亜鉛めっき液に漬け、より微細なZn核を電極材料のAl上に成長させる。次に半導体素子1をNi−Pめっき液中に浸漬しZnを溶解しNi−P皮膜を電極材料のAl上に成長させる。その後、半導体素子1を無電解金めっき液に浸漬しNi−P皮膜上にAu皮膜を成長させる。これにより、無電解めっき金属から成る突起状電極が形成される。
このUBMを形成する工程において、図3(a2)に示すように、ダミー電極3cと当該ダミー電極3cに電気的に接続する第1の部品側電極端子3aとの合計の面積が、第2の部品側電極端子3bの面積に比べて広いため、めっき液中で電位差が発生し、第1の部品側電極端子3aでの電子のやり取りが第2の部品側電極端子3bでのそれよりも活発になる。そのため、第1の部品側電極端子3aでのZn核の成長が第2の部品側電極端子3bでのそれよりも速く進み、またNi−P皮膜やAu皮膜も第1の部品側電極端子3aでの成長の方が第2の部品側電極端子3bでの成長よりも速くなる。無電解めっきでは、高さ方向と平面方向へ一定の割合でめっきが成長するため、第1の突起状電極5aは第2の突起状電極5bよりも径および高さが大きくなる。
この実施の形態1では、第2の突起状電極5bが高さ8μm、径31μmとなるのに対し、第1の突起状電極5aは高さ10μm、径35μmとなり、第1の突起状電極5aが第2の突起状電極5bよりも2μm高くなった。このように、この実施の形態1では、半導体素子1のコーナー部に対応する位置に配置された突起状電極5aを、半導体素子1のコーナー部に対応する位置とは異なる位置に配置されている他の突起状電極5bよりも高くする。また、ダミー突起状電極5cの面積は、第1の突起状電極5aの面積(第1の突起状電極5aを高さ方向から見たときの投影面積)の100倍以上となった。
続いて、基板側電極端子に半田材料をコーティングする工程について説明する。この工程では、図3(b)に示すように、回路基板6がその主面に備える基板側電極端子7a、7b上に、半田コーティング層8’が形成される。具体的には、回路基板6を粘着性付与化合物に浸漬する。次に、回路基板6に微小な半田粒子を均一に振りかけた後、回路基板6を洗浄する。これにより、基板側電極7a、7b上に微小半田粒子が付与される。その後、微小半田粒子が付与された基板側電極7a、7bにフラックスを塗布して回路基板6をリフロー炉に投入し、半田粒子を溶融させる。これにより、半田コーティング層8’が形成される。
なお、半田コーティング層は、微細半田粉末が均一に並べられた半田転写シートの半田面を、半導体素子1に形成された突起状電極5a、5bに対向するように、半導体素子1に重ねて、半田転写シートを加熱し、半導体素子1に向けて加圧することにより、半田粒子を突起状電極5a、5b上に転写して作製しても構わない。
続いて、半導体素子1を回路基板6に実装する工程について説明する。この工程では、図3(c)に示すように、半導体素子1の第1の突起状電極5aと第2の突起状電極5bが回路基板6の第1の基板側電極端子7aと第2の基板側電極端子7bに対向するように半導体素子1と回路基板6の位置合わせをする。その後、半導体素子1を加熱しながら回路基板6上に加圧して、半導体素子1を回路基板6に搭載する。このとき、半田コーティング層8’が半田の融点以上の温度で加熱される。そのため、半田コーティング層8’は溶融して、第1の突起状電極5aと第1の基板側電極端子7aとの間、および第2の突起状電極5bと第2の基板側電極端子7bとの間を接合する。その後、図3(d)に示すように、ディスペンス装置を用いて、半導体素子1と回路基板6との間の空隙に封止樹脂9を充填する。
以上説明した半導体装置によれば、第1の突起状電極5aが第2の突起状電極5bよりも高いことから、第1の突起状電極5aを含む接合部の接合ギャップAが、第2の突起状電極5bを含む接合部の接合ギャップBよりも大きくなる。その結果、low−k膜やULK膜などの脆弱な低誘電率絶縁膜を層間絶縁膜に用いた半導体素子を回路基板にフリップチップ実装する場合でも、優れた接続信頼性が確保できる。
詳しくは、半導体素子1を回路基板6に実装する工程における半田溶融後の冷却過程で、半導体素子1と回路基板6の弾性率及び線膨張係数の違いにより、半導体素子1のコーナー部分近傍において回路基板の反りが発生しやすく、その結果、接合部の垂直方向(引張方向)の伸びは、半導体素子1のコーナー部近傍の接合部において最も大きくなる。そのため、従来のように半導体素子1と回路基板6との間の接合ギャップが均一な場合、具体的には図4(a)に示すように、半導体素子1のコーナー部近傍の第1の突起状電極5aの高さが、半導体素子1のコーナー部近傍とは異なる位置に配置された第2の突起状電極5bの高さと等しく、第1の突起状電極5aを含む接合部の接合ギャップAが、第2の突起状電極5bを含む接合部の接合ギャップBと等しくなる場合、接合部の弾性率を近似的にEとし、半導体素子1のコーナー部近傍の接合部の冷却過程での伸び量をlとすると、半導体素子1のコーナー部近傍の接合部が受ける応力は、E×l/Bとなる。この応力が部品側電極端子3aの直上にある脆弱な低誘電率絶縁膜2へ伝わる。この応力は、低誘電率絶縁膜2の破壊応力を上回る。したがって、低誘電率絶縁膜2の界面で、低誘電率絶縁膜2の剥離または亀裂が発生する。
一方、この実施の形態1では、図4(b)に示すように、半導体素子1のコーナー部近傍の第1の突起状電極5aは、半導体素子1のコーナー部近傍とは異なる位置に配置された第2の突起状電極5bよりも高い。よって、第1の突起状電極5aを含む接合部の接合ギャップAと、第2の突起状電極5bを含む接合部の接合ギャップBとの関係は、A>Bとなる。したがって、半導体素子1のコーナー部近傍の接合部が受ける応力は、E×l/Aとなり、従来よりも小さくなる。その結果、半導体素子1のコーナー部近傍の接合部が受ける応力が、脆弱な低誘電率絶縁膜2の破壊応力を下回るので、低誘電率絶縁膜2の界面での低誘電率絶縁膜2の剥離および亀裂を防ぐことができる。
以上のように、半導体素子を回路基板に実装する工程中に半導体素子と回路基板との間の間隔が最も広がる箇所に配置される接合部を構成する突起状電極の高さを、他の箇所に配置される接合部を構成する突起状電極よりも高くすることにより、脆弱な低誘電率絶縁膜が受ける応力を低減して、高い接続信頼性を確保することができる。
(実施の形態2)
図5(a)は本発明の実施の形態2における半導体装置の要部を概念的に示す断面図である。また、図5(b)は本発明の実施の形態2における回路基板の要部を概念的に示す平面図であり、回路基板を基板側電極端子が形成されている主面側から見ている。
回路基板10には、例えば、ガラスエポキシ多層基板、アラミド多層基板、シリコン基板等を用いることができる。回路基板10には、例えばAl−Si−Cu等から成る基板側電極端子11がマトリクス状に等間隔で設けられている。
複数の基板側電極端子11は、第1の基板側電極端子11aと、第2の基板側電極端子11bと、それらの第1および第2の基板側電極端子11aおよび11bとは異なる位置に配置された第3の基板側電極端子11cとを含む。第1の基板側電極端子11aは、回路基板10に実装される半導体素子のコーナー部に対応する位置に配置されている。第2の基板側電極端子11bは、複数の基板側電極端子11が配置されたエリアの周方向に沿って第1の基板側電極端子11aに隣接して配置されている。また、複数の基板側電極端子11が配置されたエリアの外側には、基板側電極端子11よりも面積が大きい第1のダミー電極11dおよび第2のダミー電極11eが設けられている。第1のダミー電極11dは第2のダミー電極11eよりも面積が大きく、配線11adを介して第1の基板側電極端子11aと電気的に導通している。また、第2のダミー電極11eは、配線11beを介して第2の基板側電極端子11bと電気的に導通している。例えば、第1の基板側電極端子11a、第2の基板側電極端子11b、第3の基板側電極端子11c、第1のダミー電極11d、第2のダミー電極11e、配線11ad及び配線11beは同一平面内にあってもよい。第1の基板側電極端子11a、第2の基板側電極端子11b、第3の基板側電極端子11c、第1のダミー電極11d、第2のダミー電極11e、配線11ad及び配線11beはいずれも、例えばAl−CuまたはAl−Si−Cuから成る。
また、回路基板10には、その主面を覆う絶縁膜12が設けられている。絶縁膜12は、第1の基板側電極端子11a、第2の基板側電極端子11b、第3の基板側電極端子11c、第1のダミー電極11d及び第2のダミー電極11eの各々の少なくとも一部を露出させる複数の開口部を有し、かつ回路基板10の主面上の配線を覆う。絶縁膜12は例えばSiから成る。
さらに、第1の基板側電極端子11a、第2の基板側電極端子11b、第3の基板側電極端子11c、第1のダミー電極11d及び第2のダミー電極11e上には、第1の突起状電極13a、第2の突起状電極13b、第3の突起状電極13c、第1のダミー突起状電極13d及び第2のダミー突起状電極13eがそれぞれ設けられている。第1の突起状電極13a、第2の突起状電極13b、第3の突起状電極13c、第1のダミー突起状電極13d及び第2のダミー突起状電極13eは、例えばNi−P/AuやNi−Auなどの半田に濡れる金属から成る。
一方、半導体素子14の電極面(主面)の内側の層には、例えばCuまたはAlから成る微細配線層と、例えばULK膜よりも脆弱なExtremely low−k膜などの低誘電率絶縁膜15と、を含む多層配線層が設けられており、その多層配線層の最表面上に、部品側電極端子としての半田バンプ16が、回路基板10の基板側電極端子11に対向するようにエリア配置されている。半田バンプ16は、例えばSn−Ag、Sn−Ag−Cu、Sn−Biなどから成る。
半導体素子14は回路基板10上に実装されており、半導体素子14の半田バンプ16と回路基板10の第1の突起状電極11a、第2の突起状電極11b、第3の突起状電極11cとは半田接合されて、電気的および機械的に接続している。また、半導体素子14と回路基板10との間には、封止樹脂17が充填されている。
この実施の形態2では、半導体素子14の半田バンプ16のピッチは40μmピッチとした。また、回路基板10の基板側電極端子11に対する絶縁膜12の開口部は、直径12μmの円形状とした。さらに、回路基板10の第1のダミー電極11dに対する絶縁膜12の開口部は、800μm×800μmの正方形状とし、回路基板10の第2のダミー電極11eに対する絶縁膜12の開口部は、400μm×400μmの正方形状とした。
続いて、上記した半導体装置の製造方法の一例を図6を用いて説明する。図6は本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を工程別に説明するための概念図である。
まず、図6(a)、図6(b)に示すように、回路基板10の第1の基板側電極端子11a、第2の基板側電極端子11b、第3の基板側電極端子11c、ダミー電極11d及びダミー電極11e上に無電解めっき法により第1の突起状電極13a、第2の突起状電極13b、第3の突起状電極13c、第1のダミー突起状電極13d及び第2のダミー突起状電極13eを形成する。具体的には、電極表面の不純物を除去した後、回路基板10を亜鉛めっき液に浸漬し、電極材料のAlをZnに置換する置換反応を行う。次に、Zn核を除去した後、再度、回路基板10を亜鉛めっき液に漬け、より微細なZn核を電極材料のAl上に成長させる。次に回路基板10をNi−Pめっき液中に浸漬しZnを溶解しNi−P皮膜を電極材料のAl上に成長させる。その後、回路基板10を無電解金めっき液に浸漬しNi−P皮膜上にAu皮膜を成長させる。これにより、無電解めっき金属から成る突起状電極が形成される。
この工程において、図5(b)に示すように、第1のダミー電極11dの面積が第2のダミー電極11eの面積よりも大きいため、第1のダミー電極11dに電気的に接続する第1の基板側電極端子11aでのめっきの成長速度が、第2のダミー電極11eに電気的に接続する第2の基板側電極端子11bでのそれよりも速くなる。また、第2のダミー電極11eの面積が基板側電極端子11の面積よりも大きいため、第2の基板側電極端子11bでのめっきの成長速度が、第1および第2のダミー電極11dおよび11eに電気的に接続していない第3の基板側電極端子11cでのそれよりも速くなる。その結果、図6(b)に示すように、突起状電極の高さが、第3の突起状電極13c、第2の突起状電極13b、第1の突起状電極13aの順に高くなる。
以上のように、この実施の形態2に係る半導体装置の製造方法では、前述した実施の形態1と同様に、無電解めっき法を用い、ダミー電極の面積によって電子のやりとりを制御する。この実施の形態2では、第1の突起状電極13a、第2の突起状電極13b、第3の突起状電極13cの高さがそれぞれ10μm、9μm、8μmとなった。このように、この実施の形態2では、半導体素子14のコーナー部に対応する位置に配置された第1の突起状電極13aと、第1の突起状電極13aに隣接する第2の突起状電極13bの高さを、第1の突起状電極13aおよび第2の突起状電極13bとは異なる位置に配置されている第3の突起状電極13cよりも高くする。また、第1のダミー突起状電極13dの面積は、第1の突起状電極13aの面積(第1の突起状電極13aを高さ方向から見たときの投影面積)の10000倍以上となり、第2のダミー突起状電極13eの面積は、第2の突起状電極13bの面積(第2の突起状電極13bを高さ方向から見たときの投影面積)の100倍以上ととなった。
次に、図6(c)に示すように、回路基板10上の第1の突起状電極13a、第2の突起状電極13b、第3の突起状電極13cを覆うように封止樹脂17を供給する。例えば、NCF(非導電性フィルム)を回路基板10上に貼付けたり、NCP(非導電ペースト)をディスペンスで回路基板10上に供給すればよい。
次に、図6(d)に示すように、回路基板10の第1の突起状電極13a、第2の突起状電極13b、第3の突起状電極13cと半導体素子14の半田バンプ16とが対向するように半導体素子14と回路基板10の位置合わせをする。その後、半導体素子14を加熱しながら回路基板10上に加圧して、半導体素子14を回路基板10に搭載する。このとき、半田バンプ16が半田の融点以上の温度で加熱される。そのため、半田バンプ16は溶融して、第1の突起状電極13a、第2の突起状電極13b、第3の突起状電極13cと半田バンプ16が接合する。その後、封止樹脂17の硬化反応が始まる。封止樹脂17の硬化反応を確実に終了するために、封止樹脂17を更にバッチ炉で加熱しても構わない。
この実施の形態2では、前述した実施の形態1よりも低誘電率絶縁膜が脆弱で、かつ部品側電極端子(半田バンプ16)間のピッチも狭い。そのために、全突起状電極の高さが均一であれば、半導体素子14を回路基板10に実装する工程における冷却過程で、半導体素子14と回路基板10の弾性率及び線膨張係数の違いにより、半導体素子14のコーナー部の接合部が受ける応力だけではなく、そのコーナー部の接合部に隣接する接合部が受ける応力も、脆弱な低誘電率絶縁膜15の破壊強度を上回る大きさとなる。よって、低誘電率絶縁膜15の界面で、低誘電率絶縁膜15の剥離または亀裂が発生する。
これに対して、この実施の形態2によれば、突起状電極の高さが、第3の突起状電極13c、半導体素子1のコーナー部に隣接する第2の突起状電極13b、半導体素子1のコーナー部に位置する第1の突起状電極13aの順に段階的に高くなる。よって、半導体素子1のコーナー部の接合部はもとより、そのコーナー部の接合部に隣接する接合部においても、冷却過程で受ける応力が緩和される。したがって、脆弱な低誘電率絶縁膜を有し、かつ電極端子間ピッチの狭い半導体素子をフリップチップ実装する場合においても、低誘電率絶縁膜の剥離および亀裂の発生を防ぐことができる。
以上説明した半導体装置を断面研磨により断面解析した結果、半導体素子のコーナー部において半導体素子と回路基板との間隔が最も離れていること、および、脆弱な低誘電率絶縁膜の剥離および亀裂が発生していないことが確認できた。さらに、温度サイクル試験(1サイクル:−45℃、85℃、各30分)に半導体装置を投入した結果、1000cyc後も安定した接続抵抗を確保することができた。
以上のように、前述した実施の形態1よりも電極端子間ピッチが狭く、かつ低誘電率絶縁膜が脆弱な半導体素子をフリップチップ実装する場合においても、段階的に突起状電極の高さを変えることにより、低誘電率絶縁膜が受ける応力を低減させ、高い接続信頼性を確保できる。
なお、ここでは、突起状電極の高さを3段階に設定する場合について説明したが、3段階以上に設定しても構わない。突起状電極の高さを3段階以上に設定することで、より脆弱な素子、および反りの大きな基板に適用できるようになる。
また、ここでは、突起状電極の高さを3段階に設定する場合について説明したが、前述した実施の形態1と同様に、基板に設けられた突起状電極のうち、半導体素子のコーナー部に対応する突起状電極のみを、他の突起状電極よりも高くしてもよい。これとは逆に、前述した実施の形態1において、この実施の形態2と同様に、半導体素子に設けれた突起状電極の高さを3段階以上に設定することも可能である。
(実施の形態3)
図7(a)は本発明の実施の形態3における半導体素子の要部を概念的に示す断面図である。図7(b)は本発明の実施の形態3における半導体素子の要部を概念的に示す平面図であり、半導体素子を部品側電極端子が形成されている主面(電極面)側から見ている。図7(c)は本発明の実施の形態3における半導体装置の要部を概念的に示す断面図である。なお、前述した実施の形態1で説明した部材に対応する部材には同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。
図7(a)、図7(b)に示すように、半導体素子1の電極面の内側の層には、例えばCuまたはAlから成る微細配線層と、例えばULK膜などの脆弱な低誘電率絶縁膜2と、を含む多層配線層が設けられており、その多層配線層の最表面に複数の部品側電極端子3が40μmピッチで等間隔にエリア配置されている。
複数の部品側電極端子3は、第1の部品側電極端子3aと、その第1の部品側電極端子3aとは異なる位置に配置された第2の部品側電極端子3bとを含む。この実施の形態3では、第1の部品側電極端子3aが半導体素子1のコーナー部に対応する位置だけではなく、複数の部品側電極端子3が配置されたエリアの中央部にも配置されている。また、複数の部品側電極端子3が配置されたエリアの外側にランド18が設けられており、第1の部品側電極端子3aとランド18は電気的に導通するように配線19で接続されている。
また、半導体素子1には、その電極面を覆う絶縁膜4が設けられている。絶縁膜4は、部品側電極端子3と同一平面内にある配線およびランド18を覆い、かつ各部品側電極端子3の中央部を露出させる複数の開口部を有する。絶縁膜4は例えばSiから成る。部品側電極端子3の絶縁膜4で被覆されていない領域の上にはUBM(Under Bump Metal)と呼ばれる突起状電極5が設けられている。突起状電極5は、第1の部品側電極端子3a上に形成された第1の突起状電極5aと、第2の部品側電極端子3b上に形成された第2の突起状電極5bとから成る。第1の突起状電極5aと第2の突起状電極5bは、無電解めっき法により形成され、第1の突起状電極5aの電極表面からの高さが、第2の突起状電極5bの電極表面からの高さよりも高くなっている。
一方、半導体素子1の電極面とは反対側の面にはダミー電極20が設けられている。この実施の形態3では、3mm×3mmの正方形状のダミー電極20を設けた。このダミー電極20は、貫通穴21を介してランド18と電気的に接続されている。貫通穴21はめっき金属で充填されている。ランド18とダミー電極20は、例えばNi−P/Au皮膜から成る。Ni−P/Au皮膜は、例えば無電解めっき法により形成する。貫通穴21を充填するめっき金属は、例えばCuから成る。ランド18、ダミー電極20及び貫通穴21の界面には、例えばTiやWなどから成るシード層を設けても構わない。
また、図7(c)に示すように、半導体素子1を実装した回路基板6は、その主面に半導体素子1の突起状電極にそれぞれ対向するように配置された基板側電極端子を有している。回路基板6には、例えば、ガラスエポキシ多層基板や、アラミド多層基板、シリコン基板などを用いることができる。半導体素子1の突起状電極と回路基板6の基板側電極端子とは半田接合されて電気的に導通しており、半導体素子1と回路基板6の間には封止樹脂9が注入されている。
この実施の形態3によれば、ダミー電極20が部品側電極端子と同一面内に無いため、半導体素子1の面積を、前述した実施の形態1よりも小型化することが可能になる。また、半導体素子1のコーナー部に位置する突起状電極5aが、ダミー電極20に電気的に接続していない突起状電極5bよりも高いため、前述した実施の形態1と同様に、脆弱な低誘電率絶縁膜の剥離および破壊の発生を防ぐことができる。
また、ダミー電極20が半導体素子1の電極面とは反対側の面に設けられているので、ダミー電極20を放熱板、放熱フィンなどの放熱源と接続することができる。半導体素子の電極端子間ピッチが狭い場合、接合部の断面積が微小になるため、接合部からの発熱量が増加する。その上、半導体素子の電極端子間ピッチが狭いと、接合部からの放熱性が悪化する。特に、複数の部品側電極端子が配置されたエリアの中央部に位置する接合部の放熱性が悪化する。これに対して、この実施の形態3では、ダミー電極20に電気的に接続する部品側電極端子3aを、複数の部品側電極端子が配置されたエリアの中央部にも設けているので、ダミー電極20を放熱源と接続すれば、放熱しにくい中央部の熱を逃がすことが可能になる。したがって、微小な接合部の断面積に大電流が流れた場合でも放熱が可能となる。それ故、この実施の形態3における半導体素子は、電極端子の狭ピッチ化が進展している半導体素子に有用である。
また、突起状電極は無電解めっき法により形成されるので、ダミー電極20に電気的に接続される突起状電極5aは高さだけでなく直径も、ダミー電極20に電気的に接続されていない突起状電極5bに比べて大きくなる。この実施の形態3では、第1の突起状電極5aが高さ12μm、平均径29μmとなるのに対して、第2の突起状電極5bは高さが10μm、平均径が25μmとなり、第1の突起状電極5aは、第2の突起状電極5bと比べて高さが2μm、平均径が4μm大きくなった。したがって、ダミー電極20を電力供給源に接続すれば、大電流が流れる電力供給端子の径を、電力供給端子ではない他の突起状電極よりも大きくすることができる。よって、エレクトロマイグレーションなどの不具合を防ぐことが可能になる。
以上のように、この実施の形態3によれば、半導体素子の面積および半導体パッケージを大型化することなく、脆弱な低誘電率絶縁膜が受ける応力を低減させて、高い接続信頼性を確保することができる。
(実施の形態4)
図8(a)〜図8(d)は本発明の実施の形態4における半導体素子の要部を概念的に示す平面図であり、半導体素子を部品側電極端子が形成されている主面(電極面)側から見ている。なお、前述した実施の形態1で説明した部材に対応する部材には同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。
図8(a)〜図8(d)に示すように、第1の突起状電極5aと電気的に接続するダミー突起状電極5cに、フリップチップ実装時に画像認識カメラにより撮像される位置補正用の認識マークとして機能する形状を持たせてもよい。
なお、この実施の形態4では、前述した実施の形態1と同様に、複数の部品側電極端子3が配置されたエリアの外側に、面積が同一の1種類のダミー突起状電極5cを設ける場合について説明したが、実施の形態2で説明したように、互いに面積が異なる複数種類のダミー突起状電極を設ける場合には、複数種類のダミー突起状電極のうちの少なくとも一部に認識マークの機能を持たせることができる。
以上の各実施の形態では、電子部品として半導体素子を例に説明したが、これに限らず、例えば、電極端子間ピッチが狭いコンデンサや、コイル、抵抗などの電子部品を基板に実装する場合にも同様に実施することができる。
本発明にかかる電子部品実装体、電子部品および基板は、電子部品と基板の接続信頼性を高めることができ、電極端子の狭ピッチ化が進展している半導体素子や、低誘電率材料などからなる層間絶縁膜を有する半導体素子などの半導体素子を基板に実装する実装分野において特に有用である。

Claims (26)

  1. 複数の部品側電極端子を備える電子部品が、前記複数の部品側電極端子に対応する複数の基板側電極端子を備える基板上に実装された電子部品実装体であって、
    前記電子部品の前記複数の部品側電極端子上にそれぞれ形成され、前記電子部品と前記基板とを電気的に接続する複数の突起状電極と、
    前記電子部品上に形成され、前記複数の部品側電極端子のうちの所定位置の部品側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、
    を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の部品側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする電子部品実装体。
  2. 前記複数の部品側電極端子のうちの前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続していることを特徴とする請求項1記載の電子部品実装体。
  3. 前記ダミー電極は、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を含み、
    前記ダミー電極に電気的に接続する部品側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高い
    ことを特徴とする請求項1記載の電子部品実装体。
  4. 前記ダミー電極は、前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置された第1の部品側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の部品側電極端子に隣接する第2の部品側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、
    前記第1の部品側電極端子上の前記突起状電極が、前記第2の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高い
    ことを特徴とする請求項3記載の電子部品実装体。
  5. 前記電子部品の、前記複数の部品側電極端子が配置されている面とは異なる面に、前記ダミー電極が形成されていることを特徴とする請求項1記載の電子部品実装体。
  6. 前記複数の部品側電極端子のうちの前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続していることを特徴とする請求項5記載の電子部品実装体。
  7. 前記複数の部品側電極端子がマトリクス状に配置されており、前記ダミー電極が、前記複数の部品側電極端子が配置されているエリアの中央部の部品側電極端子に電気的に接続していることを特徴とする請求項6記載の電子部品実装体。
  8. 前記ダミー電極が電源端子に接続されていることを特徴とする請求項5記載の電子部品実装体。
  9. 前記ダミー電極が放熱源に接続されていることを特徴とする請求項5記載の電子部品実装体。
  10. 前記ダミー電極が、前記複数の部品側電極端子が配置されている面上に形成されており、かつ位置補正用の認識マークとして機能する形状を備えることを特徴とする請求項1記載の電子部品実装体。
  11. 複数の部品側電極端子を備える電子部品が、前記複数の部品側電極端子に対応する複数の基板側電極端子を備える基板上に実装された電子部品実装体であって、
    前記基板の前記複数の基板側電極端子上にそれぞれ形成され、前記電子部品と前記基板とを電気的に接続する複数の突起状電極と、
    前記基板上に形成され、前記複数の基板側電極端子のうちの所定位置の基板側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、
    を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の基板側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする電子部品実装体。
  12. 前記複数の基板側電極端子のうちの前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている基板側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続していることを特徴とする請求項11記載の電子部品実装体。
  13. 前記ダミー電極は、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を含み、
    前記ダミー電極に電気的に接続する基板側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高い
    ことを特徴とする請求項11記載の電子部品実装体。
  14. 前記ダミー電極は、前記電子部品のコーナー部に対応する位置に配置された第1の基板側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の基板側電極端子に隣接する第2の基板側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、
    前記第1の基板側電極端子上の前記突起状電極が、前記第2の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高い
    ことを特徴とする請求項13記載の電子部品実装体。
  15. 複数の部品側電極端子と、前記複数の部品側電極端子のうちの所定位置の部品側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、前記複数の部品側電極端子上にそれぞれ形成された複数の突起状電極と、を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の部品側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする電子部品。
  16. 前記複数の部品側電極端子のうちの当該電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続していることを特徴とする請求項15記載の電子部品。
  17. 前記ダミー電極は、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を含み、
    前記ダミー電極に電気的に接続する部品側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高い
    ことを特徴とする請求項15記載の電子部品。
  18. 前記ダミー電極は、当該電子部品のコーナー部に対応する位置に配置された第1の部品側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の部品側電極端子に隣接する第2の部品側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、
    前記第1の部品側電極端子上の前記突起状電極が、前記第2の部品側電極端子上の前記突起状電極よりも高い
    ことを特徴とする請求項17記載の電子部品。
  19. 前記複数の部品側電極端子が配置されている面とは異なる面に、前記ダミー電極が形成されていることを特徴とする請求項15記載の電子部品。
  20. 前記複数の部品側電極端子のうちの当該電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている部品側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続していることを特徴とする請求項19記載の電子部品。
  21. 前記複数の部品側電極端子がマトリクス状に配置されており、前記ダミー電極が、前記複数の部品側電極端子が配置されているエリアの中央部の部品側電極端子に電気的に接続していることを特徴とする請求項20記載の電子部品。
  22. 前記ダミー電極が、前記複数の部品側電極端子が配置されている面上に形成されており、かつ位置補正用の認識マークとして機能する形状を備えることを特徴とする請求項15記載の電子部品。
  23. 複数の基板側電極端子と、前記複数の基板側電極端子のうちの所定位置の基板側電極端子に電気的に接続するダミー電極と、前記複数の基板側電極端子上にそれぞれ形成された複数の突起状電極と、を備え、前記ダミー電極に電気的に接続する前記所定位置の基板側電極端子上の前記突起状電極が、前記所定位置とは異なる位置の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高いことを特徴とする基板。
  24. 前記複数の基板側電極端子のうちの当該基板に実装される電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている基板側電極端子に、前記ダミー電極が電気的に接続していることを特徴とする請求項23記載の基板。
  25. 前記ダミー電極は、互いに面積が異なる複数種類のダミー電極を備え、
    前記ダミー電極に電気的に接続する基板側電極端子上の前記突起状電極は、電気的に接続するダミー電極の面積が広いものほど、高さが高い
    ことを特徴とする請求項23記載の基板。
  26. 前記ダミー電極は、当該基板に実装される電子部品のコーナー部に対応する位置に配置されている第1の基板側電極端子に電気的に接続する第1のダミー電極と、前記第1のダミー電極よりも面積が小さく、前記第1の基板側電極端子に隣接する第2の基板側電極端子に電気的に接続する第2のダミー電極と、を含み、
    前記第1の基板側電極端子上の前記突起状電極が、前記第2の基板側電極端子上の前記突起状電極よりも高い
    ことを特徴とする請求項25記載の基板。
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