半導体装置及びその製造方法
【課題】半導体パッケージの修理或いは交換を容易にするとともに、はんだバンプのはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置の実装信頼性を高める。
【解決手段】半導体パッケージ１０の電極１１と回路基板２０の基板電極２１とを相互に電気的に接続するはんだバンプ３０を有する。半導体パッケージ１０と回路基板２０の間に配置されている絶縁シート４０を有する。絶縁シート４０には、複数の電極１１と夫々対応する配置の複数の貫通穴４１が、半導体パッケージ１０側から回路基板２０側へ貫通して形成されている。複数のはんだバンプ３０夫々は、対応する一の電極１１と、対応する一の基板電極２１と、を対応する一の貫通穴４１を介して接続しているとともに、当該一の貫通穴４１の内周から離間している。
【解決手段】半導体パッケージ１０の電極１１と回路基板２０の基板電極２１とを相互に電気的に接続するはんだバンプ３０を有する。半導体パッケージ１０と回路基板２０の間に配置されている絶縁シート４０を有する。絶縁シート４０には、複数の電極１１と夫々対応する配置の複数の貫通穴４１が、半導体パッケージ１０側から回路基板２０側へ貫通して形成されている。複数のはんだバンプ３０夫々は、対応する一の電極１１と、対応する一の基板電極２１と、を対応する一の貫通穴４１を介して接続しているとともに、当該一の貫通穴４１の内周から離間している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等の半導体パッケージをプリント基板等の回路基板に搭載する際には、プリント基板の各電極（パッド）と回路基板の各電極（パッド）とを電気的及び機械的に接続する。この接続は、リフロー装置の炉内で加熱することによって、半導体パッケージの電極上に予めはんだにより形成されたバンプを溶融させた後で、冷却固化させることにより行う。この後で、半導体パッケージと回路基板との間にアンダーフィル樹脂を注入し、このアンダーフィル樹脂を硬化させることにより、回路基板への半導体パッケージの実装が完了する。
【０００３】
このような実装後に、半導体パッケージを修理或いは交換するために、該半導体パッケージを回路基板から取り外す必要が発生した場合、はんだバンプを再溶融させて半導体パッケージを回路基板から引き剥がず必要がある。しかし、アンダーフィル樹脂は密着性が強く取り外しが困難である。
【０００４】
特許文献１には、アンダーフィル樹脂の代わりに絶縁シートを介してＢＧＡとプリント基板とを接合する技術が記載されている。ＢＧＡの片面には複数のパッドがマトリクス状の配置で形成され、これらパッド上にははんだバンプが設けられている。また、プリント基板の片面には複数のパッドがＢＧＡのパッドと対応する配置で形成され、絶縁シートには、円柱状又は樽状の複数の貫通穴が、ＢＧＡのパッドと対応する配置で形成されている。
特許文献１の技術において、ＢＧＡをプリント基板に接続させるためには、まず、フラックスをプリント基板の各パッドに塗布した後で、絶縁シートの貫通穴がＢＧＡのはんだバンプ及びプリント基板の各パッドと同位置に重なるように、ＢＧＡとプリント基板とにより絶縁シートを挟み込む。次に、リフロー装置でＢＧＡとプリント基板とを加熱する。この加熱により、各はんだバンプが溶融し、各々が貫通穴の形状のとおりに収まるとともに、プリント基板のパッドに濡れ広がり、ＢＧＡの各パッドとプリント基板の各パッドとがはんだを介して電気的及び機械的に接続される。なお、各はんだは、隣りに位置するはんだとは絶縁シートにより相互に絶縁されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２３４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の構造では、はんだが絶縁シートの貫通穴の内周の全面に密着する構造になっているため、絶縁シートとはんだとの接着が強固である。このため、絶縁シートをＢＧＡから取り外すこと、並びに、絶縁シートの貫通穴からはんだを取り外すことが困難である。ＢＧＡの修理或いは交換の際には、絶縁シートをＢＧＡから取り外すことと、又は、絶縁シートの貫通穴からはんだを取り外すことが必要であるため、特許文献１の構造では、ＢＧＡの修理或いは交換が困難である。
また、特許文献１のようにはんだを貫通穴の形状のとおりに該貫通穴内に収めるためには、はんだバンプのはんだ量を高精度に調節する必要がある。このため、はんだ量が不足する場合にははんだバンプが回路基板の電極に達せずに、ＢＧＡの電極と回路基板の電極との電気的接続が不良となる可能性がある。また、はんだ量が多すぎる場合には、貫通穴からはみ出したはんだによって、例えば回路基板の隣り合う電極同士が短絡する可能性がある。よって、半導体装置の実装信頼性が十分でない。
【０００７】
このように、ＢＧＡ等の半導体パッケージの修理或いは交換を容易にするとともに、はんだバンプのはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置の実装信頼性を高めることは困難だった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方の面に複数の電極を有する半導体パッケージと、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の基板電極を一方の面に有する回路基板と、
前記複数の電極夫々に対応する複数のはんだバンプと、
前記半導体パッケージと前記回路基板との間に配置され、前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートと、
を有し、
前記複数のはんだバンプ夫々は、対応する一の前記電極と、対応する一の前記基板電極と、を対応する一の前記貫通穴を介して接続しているとともに、当該一の前記貫通穴の内周から離間していることを特徴とする半導体装置を提供する。
【０００９】
この半導体装置によれば、複数のはんだバンプは、夫々対応する貫通穴の内周から離間しているので、半導体パッケージの修理或いは交換の際に、絶縁シートを半導体パッケージから容易に取り外すことできるとともに、絶縁シートの貫通穴からはんだを容易に取り外すことができる。よって、半導体パッケージの修理或いは交換が容易となる。
また、はんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだ量の不足が生じにくく、その結果、半導体パッケージの電極と回路基板の基板電極との電気的接続が不良となる可能性を低減することができる。また、はんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだ量が過多となることも起こりにくく、その結果、隣り合う基板電極或いは隣り合う電極同士が短絡する可能性も低減することができる。よって、半導体装置の実装信頼性を向上することができる。
このように、半導体パッケージの修理或いは交換を容易にするとともに、はんだバンプのはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置の実装信頼性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明は、半導体パッケージの一方の面に設けられた複数の電極と、前記複数の電極夫々に対応して配置され回路基板の一方の面に設けられた複数の基板電極と、のうちの何れかに夫々はんだバンプを形成する工程と、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が、前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートを、前記半導体パッケージと前記回路基板とにより挟み込むとともに、前記形成された複数のはんだバンプ夫々を対応する一の貫通穴内に入り込ませる工程と、
前記複数のはんだバンプを加熱溶融させて、前記複数のはんだバンプ夫々が対応する前記貫通穴の内周から離間するように、前記複数の電極夫々と、前記複数の電極夫々に対応する前記基板電極とを、前記複数のはんだバンプのうち対応する一のはんだバンプを介して接続させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体パッケージの修理或いは交換を容易にするとともに、はんだバンプのはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置の実装信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】実施形態に係る半導体装置が有する絶縁シートの構成を示す図である。
【図３】絶縁シートの貫通穴の形状に応じた利点を説明するための図である。
【図４】実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための一連の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１４】
図１は実施形態に係る半導体装置１００の構成を示す模式的な断面図である。図２は半導体装置１００が有する絶縁シート４０の構成を示す図であり、このうち（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る半導体装置１００は、一方の面に複数の電極を有する半導体パッケージ１０と、複数の電極１１夫々に対応して配置された複数の基板電極２１を一方の面に有する回路基板２０と、複数の電極１１夫々に対応する複数のはんだバンプ３０と、を有している。更に、半導体パッケージ１０と回路基板２０との間に配置され、複数の電極１１夫々に対応して配置された複数の貫通穴４１が半導体パッケージ１０側から回路基板２０側へ貫通して形成されている絶縁シート４０を有している。複数のはんだバンプ３０夫々は、対応する一の電極１１と、対応する一の基板電極２１と、を対応する一の貫通穴４１を介して接続しているとともに、当該一の貫通穴４１の内周から離間している。
以下、詳細に説明する。
【００１６】
半導体パッケージ１０は、例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型パッケージ、或いは、フリップチップ型パッケージ等である。この半導体パッケージ１０の一方の面には、複数の電極１１が、例えばマトリクス状の配置で設けられている。これら電極１１は、例えば、電極パッドであり、それぞれ下層配線に接続されている。
同様に、回路基板２０の一方の面には、複数の基板電極２１が、例えばマトリクス状の配置で設けられている。基板電極２１は、例えば、ランドであり、それぞれ下層配線に接続されている。
電極１１と基板電極２１とは、１対１で対応しており、各電極１１と、それぞれ対応する基板電極２１とは、互いに対向している。
各電極１１は、それぞれ対応するはんだバンプ３０を介して、対応する基板電極２１と電気的に接続されている。
【００１７】
絶縁シート４０は、半導体パッケージ１０と回路基板２０との間に介在している。絶縁シート４０は、例えば、透明又は半透明の熱硬化性エポキシ樹脂などの絶縁性高分子材料により構成された、シート状又はフィルム状のものである。絶縁シート４０の外形寸法は半導体パッケージ１０の外形寸法とほぼ同等である。絶縁シート４０の厚さははんだバンプ３０の高さと同等か、或いは、はんだバンプ３０の高さよりも若干薄い。
【００１８】
絶縁シート４０には、複数の貫通穴４１が、例えばマトリクス状の配置で設けられ、これら貫通穴４１は、電極１１と１対１で対応している。従って、貫通穴４１は、基板電極２１とも１対１で対応している。
各貫通穴４１内には、対応するはんだバンプ３０が配置されている。
【００１９】
ここで、図１に示すように、各はんだバンプ３０の外径（外寸）は、貫通穴４１の内径（内寸）よりも小さく設定され、各はんだバンプ３０は、対応する貫通穴４１の内周から離間している（該内周に接触していない）。換言すれば、各はんだバンプ３０と、対応する貫通穴４１の内周との間にクリアランスが存在する。具体的には、例えば、はんだバンプ３０の外径ａと貫通穴４１の内径ｂとの比ａ／ｂが０．９以下であることが好ましい。この比ａ／ｂは、必要に応じて、０．７以下とすることも好ましい。
このように、はんだバンプ３０が貫通穴４１の内周から離間していることにより、半導体パッケージ１０と回路基板２０との取り外しが容易となり、半導体パッケージ１０の修理或いは交換等が容易になる。
【００２０】
本実施形態の場合、貫通穴４１は、例えば、図２に示すように四角筒状とすることができ、この場合、貫通穴４１の平面形状は四角形（具体的には、例えば、正方形）である。
なお、貫通穴４１は、円筒状等、その他の形状にしても良い。
【００２１】
貫通穴４１を四角筒状にする場合と円筒状にする場合とでは、それぞれの利点がある。
図３は絶縁シート４０の貫通穴４１の形状に応じた利点を説明するための図である。このうち図３（ａ）は、貫通穴４１が四角筒状である場合において、貫通穴４１とはんだバンプ３０との位置関係を示す平断面図である。同様に、図３（ｂ）は、貫通穴４１が円筒状である場合において、貫通穴４１とはんだバンプ３０との位置関係を示す平断面図である。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、貫通穴４１が四角筒状である場合と円筒状である場合とで、隣り合う貫通穴４１の間隔ｃが互いに等しければ、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周との最大距離ｄは、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が大きくなる。このため、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保しやすくなる。更に、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が、絶縁シート４０と半導体パッケージ１０との接着面積を小さくできるので、絶縁シート４０から半導体パッケージ１０を取り外し易くなる。また、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が、絶縁シート４０の材料が少なくて済むことから、絶縁シート４０が低コストとなる。
一方、絶縁シート４０における貫通穴４１以外の部分の面積は、貫通穴４１が四角筒状である場合と円筒状である場合とで、隣り合う貫通穴４１同士の間隔ｃが互いに等しければ、貫通穴４１が円筒状である場合の方が大きくなる。このため、貫通穴４１が円筒状である場合の方が、絶縁シート４０の強度を大きく確保できる。
【００２２】
また、図１に示すように、各電極１１は、例えば、対応する貫通穴４１内に入り込んでいる。このため、各電極１１の外周は、平面視において、対応する貫通穴４１の内側に位置している。しかも、各電極１１は、例えば、対応する貫通穴４１の内周から離間している。
電極１１の寸法は、例えば、はんだバンプ３０の外径と略等しくすることができる。
【００２３】
同様に、各基板電極２１は、例えば、対応する貫通穴４１内に入り込んでいる。このため、各基板電極２１の外周は、平面視において、対応する貫通穴４１の内側に位置している。しかも、各基板電極２１は、例えば、対応する貫通穴４１の内周から離間している。
基板電極２１の寸法は、例えば、はんだバンプ３０の外径と略等しくすることができる。
【００２４】
なお、半導体パッケージ１０において、電極１１に接続される配線（図示略）は、例えば、下層配線であり、半導体パッケージ１０の表面上において、隣り合う貫通穴４１の境界部を跨ぐことがないようになっている。同様に、回路基板２０において、基板電極２１に接続される配線（図示略）は、例えば、下層配線であり、半導体パッケージ１０の表面上において、隣り合う貫通穴４１の境界部を跨ぐことがないようになっている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図４はこの製造方法を説明するための一連の工程図である。
【００２６】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体パッケージ１０の一方の面に設けられた複数の電極１１と、複数の電極１１夫々に対応して配置され回路基板２０の一方の面に設けられた複数の基板電極２１と、のうちの何れかに夫々はんだバンプ３０を形成する工程を有する。更に、複数の電極１１夫々に対応して配置された複数の貫通穴４１が、半導体パッケージ１０側から回路基板２０側へ貫通して形成されている絶縁シート４０を、半導体パッケージ１０と回路基板２０とにより挟み込むとともに、複数のはんだバンプ３０夫々を対応する一の貫通穴４１内に入り込ませる工程を有する。更に、複数のはんだバンプ３０を加熱溶融させて、複数のはんだバンプ３０夫々が対応する貫通穴４１の内周から離間するように、複数の電極１１夫々と、複数の電極１１夫々に対応する基板電極２１とを、複数のはんだバンプ３０のうち対応する一のはんだバンプ３０を介して接続させる工程を有する。
以下、詳細に説明する。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、はんだバンプ３０は、例えば、各電極１１上に予め設けておく。
次に、フラックス（図示略）を、例えば、各基板電極２１に塗布する。
次に、半導体パッケージ１０において電極１１が設けられている面と、回路基板２０において基板電極２１が設けられている面とを絶縁シート４０を挟んで対向させる。そして、各電極１１が、それぞれ対応する貫通穴４１を挟んで基板電極２１と対向するように、半導体パッケージ１０、絶縁シート４０及び回路基板２０を位置合わせする。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体パッケージ１０と回路基板２０とにより絶縁シート４０を挟み込む。この際、各はんだバンプ３０及び各電極１１をそれぞれ対応する貫通穴４１内に入り込ませる一方で、各基板電極２１をそれぞれ対応する貫通穴４１内に入り込ませる。
ここで、例えば、絶縁シート４０の表裏の面には、予め、接着剤（図示略）を塗布しておくか、或いは、粘着シート（図示略）を貼り付けておくことにより、絶縁シート４０を半導体パッケージ１０及び回路基板２０に対して接着しても良い。
【００２９】
なお、図４（ａ）〜図４（ｂ）の工程では、絶縁シート４０を回路基板２０において基板電極２１が設けられている面上に位置合わせして装着した後で、半導体パッケージ１０を回路基板２０及び絶縁シート４０に対して位置合わせしても良い。或いは、絶縁シート４０を半導体パッケージ１０において電極１１及びはんだバンプ３０が設けられている面上に位置合わせして装着した後で、半導体パッケージ１０及び絶縁シート４０を回路基板２０に対して位置合わせしても良い。これらにより、位置合わせを容易に行うことができる。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように、加熱を行うことによりはんだバンプ３０を溶融させ、各電極１１を、それぞれはんだバンプ３０を介して対応する基板電極２１と接続させる。なお、加熱は、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ：赤外線）或いはヒータ加熱された熱風を用いたリフロー装置などを用いて行う。なお、この際に、絶縁シート４０の表裏の面を僅かに溶融させ、絶縁シート４０を半導体パッケージ１０及び回路基板２０にそれぞれ接着させても良い。
これにより、半導体パッケージ１０と回路基板２０との実装が完了し、半導体装置１００が製造される。
【００３１】
ここで、溶融したはんだバンプ３０は、半導体パッケージ１０及び回路基板２０には接着しているが、絶縁シート４０には接着していない。このため、半導体パッケージ１０を修理又は交換する際には、半導体装置１００の全体を加熱する必要がない。例えば、半導体パッケージ１０又は回路基板２０の何れか一方だけを加熱し、はんだバンプ３０と絶縁シート４０とを溶融させるだけで、或いは、はんだバンプ３０と接着剤（図示略）或いは粘着シート（図示略）とを溶融させるだけで、半導体パッケージ１０と回路基板２０とを容易に分離することができる。よって、半導体パッケージ１０の修理或いは交換が容易となる。
【００３２】
更に、はんだバンプ３０のはんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだ量の不足が生じにくく、その結果、電極１１と基板電極２１との電気的接続が不良となる可能性を低減することができる。また、はんだバンプ３０のはんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだバンプ３０のはんだ量が過多となることも起こりにくく、その結果、隣り合う基板電極２１同士が短絡する可能性、並びに、隣り合う電極１１同士が短絡する可能性も低減することができる。よって、半導体装置１００の実装信頼性が向上する。
【００３３】
以上のような実施形態によれば、各はんだバンプ３０は、対応する貫通穴４１の内周から離間しているので、半導体パッケージ１０の修理或いは交換を容易にすることができるとともに、はんだバンプ３０のはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置１００の実装信頼性を高めることができる。
【００３４】
また、各電極１１が、対応する貫通穴４１内に入り込み、且つ、対応する貫通穴４１の内周から離間しているので、電極１１の全面にはんだバンプ３０を接合させても、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保することができる。
同様に、各基板電極２１が、対応する貫通穴４１内に入り込み、且つ、対応する貫通穴４１の内周から離間しているので、基板電極２１の全面にはんだバンプ３０を接合させても、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保することができる。
【００３５】
また、はんだバンプ３０の外径ａと貫通穴４１の内径ｂとの比ａ／ｂが０．９以下であるので、はんだバンプ３０のはんだ量の調節精度が低くても、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保することができる。
【００３６】
また、貫通穴４１は四角筒状であるので、例えば貫通穴４１が円筒状の場合と比べて、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周との最大距離ｄを大きく確保することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 半導体パッケージ
１１ 電極
２０ 回路基板
２１ 基板電極
３０ バンプ
４０ 絶縁シート
４１ 貫通穴
１００ 半導体装置
ａ はんだバンプの外径
ｂ 貫通穴の内径
ｃ 間隔
ｄ 最大距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等の半導体パッケージをプリント基板等の回路基板に搭載する際には、プリント基板の各電極（パッド）と回路基板の各電極（パッド）とを電気的及び機械的に接続する。この接続は、リフロー装置の炉内で加熱することによって、半導体パッケージの電極上に予めはんだにより形成されたバンプを溶融させた後で、冷却固化させることにより行う。この後で、半導体パッケージと回路基板との間にアンダーフィル樹脂を注入し、このアンダーフィル樹脂を硬化させることにより、回路基板への半導体パッケージの実装が完了する。
【０００３】
このような実装後に、半導体パッケージを修理或いは交換するために、該半導体パッケージを回路基板から取り外す必要が発生した場合、はんだバンプを再溶融させて半導体パッケージを回路基板から引き剥がず必要がある。しかし、アンダーフィル樹脂は密着性が強く取り外しが困難である。
【０００４】
特許文献１には、アンダーフィル樹脂の代わりに絶縁シートを介してＢＧＡとプリント基板とを接合する技術が記載されている。ＢＧＡの片面には複数のパッドがマトリクス状の配置で形成され、これらパッド上にははんだバンプが設けられている。また、プリント基板の片面には複数のパッドがＢＧＡのパッドと対応する配置で形成され、絶縁シートには、円柱状又は樽状の複数の貫通穴が、ＢＧＡのパッドと対応する配置で形成されている。
特許文献１の技術において、ＢＧＡをプリント基板に接続させるためには、まず、フラックスをプリント基板の各パッドに塗布した後で、絶縁シートの貫通穴がＢＧＡのはんだバンプ及びプリント基板の各パッドと同位置に重なるように、ＢＧＡとプリント基板とにより絶縁シートを挟み込む。次に、リフロー装置でＢＧＡとプリント基板とを加熱する。この加熱により、各はんだバンプが溶融し、各々が貫通穴の形状のとおりに収まるとともに、プリント基板のパッドに濡れ広がり、ＢＧＡの各パッドとプリント基板の各パッドとがはんだを介して電気的及び機械的に接続される。なお、各はんだは、隣りに位置するはんだとは絶縁シートにより相互に絶縁されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２３４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の構造では、はんだが絶縁シートの貫通穴の内周の全面に密着する構造になっているため、絶縁シートとはんだとの接着が強固である。このため、絶縁シートをＢＧＡから取り外すこと、並びに、絶縁シートの貫通穴からはんだを取り外すことが困難である。ＢＧＡの修理或いは交換の際には、絶縁シートをＢＧＡから取り外すことと、又は、絶縁シートの貫通穴からはんだを取り外すことが必要であるため、特許文献１の構造では、ＢＧＡの修理或いは交換が困難である。
また、特許文献１のようにはんだを貫通穴の形状のとおりに該貫通穴内に収めるためには、はんだバンプのはんだ量を高精度に調節する必要がある。このため、はんだ量が不足する場合にははんだバンプが回路基板の電極に達せずに、ＢＧＡの電極と回路基板の電極との電気的接続が不良となる可能性がある。また、はんだ量が多すぎる場合には、貫通穴からはみ出したはんだによって、例えば回路基板の隣り合う電極同士が短絡する可能性がある。よって、半導体装置の実装信頼性が十分でない。
【０００７】
このように、ＢＧＡ等の半導体パッケージの修理或いは交換を容易にするとともに、はんだバンプのはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置の実装信頼性を高めることは困難だった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方の面に複数の電極を有する半導体パッケージと、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の基板電極を一方の面に有する回路基板と、
前記複数の電極夫々に対応する複数のはんだバンプと、
前記半導体パッケージと前記回路基板との間に配置され、前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートと、
を有し、
前記複数のはんだバンプ夫々は、対応する一の前記電極と、対応する一の前記基板電極と、を対応する一の前記貫通穴を介して接続しているとともに、当該一の前記貫通穴の内周から離間していることを特徴とする半導体装置を提供する。
【０００９】
この半導体装置によれば、複数のはんだバンプは、夫々対応する貫通穴の内周から離間しているので、半導体パッケージの修理或いは交換の際に、絶縁シートを半導体パッケージから容易に取り外すことできるとともに、絶縁シートの貫通穴からはんだを容易に取り外すことができる。よって、半導体パッケージの修理或いは交換が容易となる。
また、はんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだ量の不足が生じにくく、その結果、半導体パッケージの電極と回路基板の基板電極との電気的接続が不良となる可能性を低減することができる。また、はんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだ量が過多となることも起こりにくく、その結果、隣り合う基板電極或いは隣り合う電極同士が短絡する可能性も低減することができる。よって、半導体装置の実装信頼性を向上することができる。
このように、半導体パッケージの修理或いは交換を容易にするとともに、はんだバンプのはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置の実装信頼性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明は、半導体パッケージの一方の面に設けられた複数の電極と、前記複数の電極夫々に対応して配置され回路基板の一方の面に設けられた複数の基板電極と、のうちの何れかに夫々はんだバンプを形成する工程と、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が、前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートを、前記半導体パッケージと前記回路基板とにより挟み込むとともに、前記形成された複数のはんだバンプ夫々を対応する一の貫通穴内に入り込ませる工程と、
前記複数のはんだバンプを加熱溶融させて、前記複数のはんだバンプ夫々が対応する前記貫通穴の内周から離間するように、前記複数の電極夫々と、前記複数の電極夫々に対応する前記基板電極とを、前記複数のはんだバンプのうち対応する一のはんだバンプを介して接続させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体パッケージの修理或いは交換を容易にするとともに、はんだバンプのはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置の実装信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】実施形態に係る半導体装置が有する絶縁シートの構成を示す図である。
【図３】絶縁シートの貫通穴の形状に応じた利点を説明するための図である。
【図４】実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための一連の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１４】
図１は実施形態に係る半導体装置１００の構成を示す模式的な断面図である。図２は半導体装置１００が有する絶縁シート４０の構成を示す図であり、このうち（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る半導体装置１００は、一方の面に複数の電極を有する半導体パッケージ１０と、複数の電極１１夫々に対応して配置された複数の基板電極２１を一方の面に有する回路基板２０と、複数の電極１１夫々に対応する複数のはんだバンプ３０と、を有している。更に、半導体パッケージ１０と回路基板２０との間に配置され、複数の電極１１夫々に対応して配置された複数の貫通穴４１が半導体パッケージ１０側から回路基板２０側へ貫通して形成されている絶縁シート４０を有している。複数のはんだバンプ３０夫々は、対応する一の電極１１と、対応する一の基板電極２１と、を対応する一の貫通穴４１を介して接続しているとともに、当該一の貫通穴４１の内周から離間している。
以下、詳細に説明する。
【００１６】
半導体パッケージ１０は、例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型パッケージ、或いは、フリップチップ型パッケージ等である。この半導体パッケージ１０の一方の面には、複数の電極１１が、例えばマトリクス状の配置で設けられている。これら電極１１は、例えば、電極パッドであり、それぞれ下層配線に接続されている。
同様に、回路基板２０の一方の面には、複数の基板電極２１が、例えばマトリクス状の配置で設けられている。基板電極２１は、例えば、ランドであり、それぞれ下層配線に接続されている。
電極１１と基板電極２１とは、１対１で対応しており、各電極１１と、それぞれ対応する基板電極２１とは、互いに対向している。
各電極１１は、それぞれ対応するはんだバンプ３０を介して、対応する基板電極２１と電気的に接続されている。
【００１７】
絶縁シート４０は、半導体パッケージ１０と回路基板２０との間に介在している。絶縁シート４０は、例えば、透明又は半透明の熱硬化性エポキシ樹脂などの絶縁性高分子材料により構成された、シート状又はフィルム状のものである。絶縁シート４０の外形寸法は半導体パッケージ１０の外形寸法とほぼ同等である。絶縁シート４０の厚さははんだバンプ３０の高さと同等か、或いは、はんだバンプ３０の高さよりも若干薄い。
【００１８】
絶縁シート４０には、複数の貫通穴４１が、例えばマトリクス状の配置で設けられ、これら貫通穴４１は、電極１１と１対１で対応している。従って、貫通穴４１は、基板電極２１とも１対１で対応している。
各貫通穴４１内には、対応するはんだバンプ３０が配置されている。
【００１９】
ここで、図１に示すように、各はんだバンプ３０の外径（外寸）は、貫通穴４１の内径（内寸）よりも小さく設定され、各はんだバンプ３０は、対応する貫通穴４１の内周から離間している（該内周に接触していない）。換言すれば、各はんだバンプ３０と、対応する貫通穴４１の内周との間にクリアランスが存在する。具体的には、例えば、はんだバンプ３０の外径ａと貫通穴４１の内径ｂとの比ａ／ｂが０．９以下であることが好ましい。この比ａ／ｂは、必要に応じて、０．７以下とすることも好ましい。
このように、はんだバンプ３０が貫通穴４１の内周から離間していることにより、半導体パッケージ１０と回路基板２０との取り外しが容易となり、半導体パッケージ１０の修理或いは交換等が容易になる。
【００２０】
本実施形態の場合、貫通穴４１は、例えば、図２に示すように四角筒状とすることができ、この場合、貫通穴４１の平面形状は四角形（具体的には、例えば、正方形）である。
なお、貫通穴４１は、円筒状等、その他の形状にしても良い。
【００２１】
貫通穴４１を四角筒状にする場合と円筒状にする場合とでは、それぞれの利点がある。
図３は絶縁シート４０の貫通穴４１の形状に応じた利点を説明するための図である。このうち図３（ａ）は、貫通穴４１が四角筒状である場合において、貫通穴４１とはんだバンプ３０との位置関係を示す平断面図である。同様に、図３（ｂ）は、貫通穴４１が円筒状である場合において、貫通穴４１とはんだバンプ３０との位置関係を示す平断面図である。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、貫通穴４１が四角筒状である場合と円筒状である場合とで、隣り合う貫通穴４１の間隔ｃが互いに等しければ、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周との最大距離ｄは、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が大きくなる。このため、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保しやすくなる。更に、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が、絶縁シート４０と半導体パッケージ１０との接着面積を小さくできるので、絶縁シート４０から半導体パッケージ１０を取り外し易くなる。また、貫通穴４１が四角筒状である場合の方が、絶縁シート４０の材料が少なくて済むことから、絶縁シート４０が低コストとなる。
一方、絶縁シート４０における貫通穴４１以外の部分の面積は、貫通穴４１が四角筒状である場合と円筒状である場合とで、隣り合う貫通穴４１同士の間隔ｃが互いに等しければ、貫通穴４１が円筒状である場合の方が大きくなる。このため、貫通穴４１が円筒状である場合の方が、絶縁シート４０の強度を大きく確保できる。
【００２２】
また、図１に示すように、各電極１１は、例えば、対応する貫通穴４１内に入り込んでいる。このため、各電極１１の外周は、平面視において、対応する貫通穴４１の内側に位置している。しかも、各電極１１は、例えば、対応する貫通穴４１の内周から離間している。
電極１１の寸法は、例えば、はんだバンプ３０の外径と略等しくすることができる。
【００２３】
同様に、各基板電極２１は、例えば、対応する貫通穴４１内に入り込んでいる。このため、各基板電極２１の外周は、平面視において、対応する貫通穴４１の内側に位置している。しかも、各基板電極２１は、例えば、対応する貫通穴４１の内周から離間している。
基板電極２１の寸法は、例えば、はんだバンプ３０の外径と略等しくすることができる。
【００２４】
なお、半導体パッケージ１０において、電極１１に接続される配線（図示略）は、例えば、下層配線であり、半導体パッケージ１０の表面上において、隣り合う貫通穴４１の境界部を跨ぐことがないようになっている。同様に、回路基板２０において、基板電極２１に接続される配線（図示略）は、例えば、下層配線であり、半導体パッケージ１０の表面上において、隣り合う貫通穴４１の境界部を跨ぐことがないようになっている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図４はこの製造方法を説明するための一連の工程図である。
【００２６】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体パッケージ１０の一方の面に設けられた複数の電極１１と、複数の電極１１夫々に対応して配置され回路基板２０の一方の面に設けられた複数の基板電極２１と、のうちの何れかに夫々はんだバンプ３０を形成する工程を有する。更に、複数の電極１１夫々に対応して配置された複数の貫通穴４１が、半導体パッケージ１０側から回路基板２０側へ貫通して形成されている絶縁シート４０を、半導体パッケージ１０と回路基板２０とにより挟み込むとともに、複数のはんだバンプ３０夫々を対応する一の貫通穴４１内に入り込ませる工程を有する。更に、複数のはんだバンプ３０を加熱溶融させて、複数のはんだバンプ３０夫々が対応する貫通穴４１の内周から離間するように、複数の電極１１夫々と、複数の電極１１夫々に対応する基板電極２１とを、複数のはんだバンプ３０のうち対応する一のはんだバンプ３０を介して接続させる工程を有する。
以下、詳細に説明する。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、はんだバンプ３０は、例えば、各電極１１上に予め設けておく。
次に、フラックス（図示略）を、例えば、各基板電極２１に塗布する。
次に、半導体パッケージ１０において電極１１が設けられている面と、回路基板２０において基板電極２１が設けられている面とを絶縁シート４０を挟んで対向させる。そして、各電極１１が、それぞれ対応する貫通穴４１を挟んで基板電極２１と対向するように、半導体パッケージ１０、絶縁シート４０及び回路基板２０を位置合わせする。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体パッケージ１０と回路基板２０とにより絶縁シート４０を挟み込む。この際、各はんだバンプ３０及び各電極１１をそれぞれ対応する貫通穴４１内に入り込ませる一方で、各基板電極２１をそれぞれ対応する貫通穴４１内に入り込ませる。
ここで、例えば、絶縁シート４０の表裏の面には、予め、接着剤（図示略）を塗布しておくか、或いは、粘着シート（図示略）を貼り付けておくことにより、絶縁シート４０を半導体パッケージ１０及び回路基板２０に対して接着しても良い。
【００２９】
なお、図４（ａ）〜図４（ｂ）の工程では、絶縁シート４０を回路基板２０において基板電極２１が設けられている面上に位置合わせして装着した後で、半導体パッケージ１０を回路基板２０及び絶縁シート４０に対して位置合わせしても良い。或いは、絶縁シート４０を半導体パッケージ１０において電極１１及びはんだバンプ３０が設けられている面上に位置合わせして装着した後で、半導体パッケージ１０及び絶縁シート４０を回路基板２０に対して位置合わせしても良い。これらにより、位置合わせを容易に行うことができる。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように、加熱を行うことによりはんだバンプ３０を溶融させ、各電極１１を、それぞれはんだバンプ３０を介して対応する基板電極２１と接続させる。なお、加熱は、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ：赤外線）或いはヒータ加熱された熱風を用いたリフロー装置などを用いて行う。なお、この際に、絶縁シート４０の表裏の面を僅かに溶融させ、絶縁シート４０を半導体パッケージ１０及び回路基板２０にそれぞれ接着させても良い。
これにより、半導体パッケージ１０と回路基板２０との実装が完了し、半導体装置１００が製造される。
【００３１】
ここで、溶融したはんだバンプ３０は、半導体パッケージ１０及び回路基板２０には接着しているが、絶縁シート４０には接着していない。このため、半導体パッケージ１０を修理又は交換する際には、半導体装置１００の全体を加熱する必要がない。例えば、半導体パッケージ１０又は回路基板２０の何れか一方だけを加熱し、はんだバンプ３０と絶縁シート４０とを溶融させるだけで、或いは、はんだバンプ３０と接着剤（図示略）或いは粘着シート（図示略）とを溶融させるだけで、半導体パッケージ１０と回路基板２０とを容易に分離することができる。よって、半導体パッケージ１０の修理或いは交換が容易となる。
【００３２】
更に、はんだバンプ３０のはんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだ量の不足が生じにくく、その結果、電極１１と基板電極２１との電気的接続が不良となる可能性を低減することができる。また、はんだバンプ３０のはんだ量の調節精度が低くても良いので、はんだバンプ３０のはんだ量が過多となることも起こりにくく、その結果、隣り合う基板電極２１同士が短絡する可能性、並びに、隣り合う電極１１同士が短絡する可能性も低減することができる。よって、半導体装置１００の実装信頼性が向上する。
【００３３】
以上のような実施形態によれば、各はんだバンプ３０は、対応する貫通穴４１の内周から離間しているので、半導体パッケージ１０の修理或いは交換を容易にすることができるとともに、はんだバンプ３０のはんだ量の調節に要求される精度を低くし半導体装置１００の実装信頼性を高めることができる。
【００３４】
また、各電極１１が、対応する貫通穴４１内に入り込み、且つ、対応する貫通穴４１の内周から離間しているので、電極１１の全面にはんだバンプ３０を接合させても、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保することができる。
同様に、各基板電極２１が、対応する貫通穴４１内に入り込み、且つ、対応する貫通穴４１の内周から離間しているので、基板電極２１の全面にはんだバンプ３０を接合させても、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保することができる。
【００３５】
また、はんだバンプ３０の外径ａと貫通穴４１の内径ｂとの比ａ／ｂが０．９以下であるので、はんだバンプ３０のはんだ量の調節精度が低くても、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周とのクリアランスを確保することができる。
【００３６】
また、貫通穴４１は四角筒状であるので、例えば貫通穴４１が円筒状の場合と比べて、はんだバンプ３０と貫通穴４１の内周との最大距離ｄを大きく確保することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 半導体パッケージ
１１ 電極
２０ 回路基板
２１ 基板電極
３０ バンプ
４０ 絶縁シート
４１ 貫通穴
１００ 半導体装置
ａ はんだバンプの外径
ｂ 貫通穴の内径
ｃ 間隔
ｄ 最大距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に複数の電極を有する半導体パッケージと、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の基板電極を一方の面に有する回路基板と、
前記複数の電極夫々に対応する複数のはんだバンプと、
前記半導体パッケージと前記回路基板との間に配置され、前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートと、
を有し、
前記複数のはんだバンプ夫々は、対応する一の前記電極と、対応する一の前記基板電極と、を対応する一の前記貫通穴を介して接続しているとともに、当該一の前記貫通穴の内周から離間していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極夫々の外周が、平面視において、対応する前記貫通穴の内側に位置し、且つ、対応する前記貫通穴の内周から離間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。
【請求項３】
前記基板電極夫々の外周が、平面視において、対応する前記貫通穴の内側に位置し、且つ、対応する前記貫通穴の内周から離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記はんだバンプの外径ａと前記貫通穴の内径ｂとの比ａ／ｂが０．９以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記貫通穴は四角筒状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体パッケージの一方の面に設けられた複数の電極と、前記複数の電極夫々に対応して配置され回路基板の一方の面に設けられた複数の基板電極と、のうちの何れかに夫々はんだバンプを形成する工程と、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が、前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートを、前記半導体パッケージと前記回路基板とにより挟み込むとともに、前記形成された複数のはんだバンプ夫々を対応する一の貫通穴内に入り込ませる工程と、
前記複数のはんだバンプを加熱溶融させて、前記複数のはんだバンプ夫々が対応する前記貫通穴の内周から離間するように、前記複数の電極夫々と、前記複数の電極夫々に対応する前記基板電極とを、前記複数のはんだバンプのうち対応する一のはんだバンプを介して接続させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
一方の面に複数の電極を有する半導体パッケージと、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の基板電極を一方の面に有する回路基板と、
前記複数の電極夫々に対応する複数のはんだバンプと、
前記半導体パッケージと前記回路基板との間に配置され、前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートと、
を有し、
前記複数のはんだバンプ夫々は、対応する一の前記電極と、対応する一の前記基板電極と、を対応する一の前記貫通穴を介して接続しているとともに、当該一の前記貫通穴の内周から離間していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極夫々の外周が、平面視において、対応する前記貫通穴の内側に位置し、且つ、対応する前記貫通穴の内周から離間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。
【請求項３】
前記基板電極夫々の外周が、平面視において、対応する前記貫通穴の内側に位置し、且つ、対応する前記貫通穴の内周から離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記はんだバンプの外径ａと前記貫通穴の内径ｂとの比ａ／ｂが０．９以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記貫通穴は四角筒状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体パッケージの一方の面に設けられた複数の電極と、前記複数の電極夫々に対応して配置され回路基板の一方の面に設けられた複数の基板電極と、のうちの何れかに夫々はんだバンプを形成する工程と、
前記複数の電極夫々に対応して配置された複数の貫通穴が、前記半導体パッケージ側から前記回路基板側へ貫通して形成されている絶縁シートを、前記半導体パッケージと前記回路基板とにより挟み込むとともに、前記形成された複数のはんだバンプ夫々を対応する一の貫通穴内に入り込ませる工程と、
前記複数のはんだバンプを加熱溶融させて、前記複数のはんだバンプ夫々が対応する前記貫通穴の内周から離間するように、前記複数の電極夫々と、前記複数の電極夫々に対応する前記基板電極とを、前記複数のはんだバンプのうち対応する一のはんだバンプを介して接続させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１２４３６８（Ｐ２０１１−１２４３６８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８０３７９（Ｐ２００９−２８０３７９）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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