半導体装置
【課題】
微細、狭ピッチなバンプを有する半導体素子をフリップチップで接続する際、半導体素子の位置ズレによる接続不良を防止し、装置の信頼性を確保する。
【解決手段】
接続用電極の周囲に、絶縁性樹脂によって形成された位置ズレ防止の為のガイドを設ける。半導体素子接続装置の位置決め誤差をδとする場合、ガイドの接続部側面の傾斜角をθとすると、前記絶縁性樹脂層の厚みをδｔａｎθ以上とする。
微細、狭ピッチなバンプを有する半導体素子をフリップチップで接続する際、半導体素子の位置ズレによる接続不良を防止し、装置の信頼性を確保する。
【解決手段】
接続用電極の周囲に、絶縁性樹脂によって形成された位置ズレ防止の為のガイドを設ける。半導体素子接続装置の位置決め誤差をδとする場合、ガイドの接続部側面の傾斜角をθとすると、前記絶縁性樹脂層の厚みをδｔａｎθ以上とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を、接続用バンプを用いて実装基板に実装した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を、例えば回路面側に接続用バンプを設け、この回路面と接続する実装基板面とが対向するように接続する方法を、フリップチップ接続と称する。接続後、バンプの信頼性確保の為、通常、半導体素子と実装基板との間に、アンダーフィルと称される樹脂が挿入される。アンダーフィルは、前記接続後に挿入される方法の他に、接続前に基板面に樹脂を塗布し、この上部に半導体素子を加熱圧着して、後から接続する方法もある。
【０００３】
半導体素子を接続する場合、半導体素子の位置合わせは、通常、メカトロ制御技術を用いて行われている。その位置決めの精度を上げるための提案が、例えば、特開１９９９−３１７４２５号公報（特許文献１）に見られる。これは、バンプが決められた位置に挿入されるように、実装基板側の接続用パッド周囲に、ガイドとなる障壁を設ける方法である。
【０００４】
【特許文献１】特開１９９９−３１７４２５号公報（請求項１、図１）
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．４（２００５）、ｐｐ．３０８−３１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現実に、前記バンプの径が数十μｍ以下となる場合、これまでのメカトロ制御技術による位置決め精度は、バンプ径に対して最大１０％の位置ズレを生じる。このため、接続部の電気的な抵抗値への影響や、接続部の強度的な信頼性への影響が懸念される。更に、前記のごとく、単に、ガイドとなる障壁を設けた技術によっても、現今のバンプ径が数十μｍ以下となる場合に、十分な位置決め精度を確保することに懸念がある。
【０００６】
更に、こうしたガイドを設ける技術に関しては、ガイドとなる樹脂の熱膨張率によるガイドへの歪の発生の問題がある。ガイドとなる樹脂は、加工性に優れた感光性樹脂が用いられる。こうした感光性樹脂は、一般に、熱膨張率が高い。この感光性樹脂の熱膨張は、半導体装置の稼動中、温度変化に対するフリップチップの接続の信頼性に影響する。アンダーフィルの熱膨張率が高い程、寿命が低下することが知られている。このことは、例えば、エレクトロニクス実装学会誌、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．４（２００５）、ｐｐ．３０８−３１７などに見られる（非特許文献１）。この為、アンダーフィルを用いる場合、樹脂の熱膨張率による影響を避ける必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の技術的背景の下に、バンプ径が２０μｍ以下となる場合にも、十分な位置決め精度を確保することが出来る技術を提供するものである。更には、本願発明の別な観点は、前記アンダーフィルの熱膨張の影響を抑え、高信頼性の半導体装置を提供するものである。
【０００８】
本発明の基本的形態は次の通りである。即ち、実装基板と、半導体素子と、前記半導体素子の基板の主面に設けられたバンプ電極とを少なくとも有し、前記実装基板に設けられた電極に、前記半導体素子に設けられたバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層（いわゆる、前述のアンダーフィル）が設けられた半導体装置であって、前記実装基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応して開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、前記開口部を形成する前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記実装基板表面となす角度をθ、及び要請される当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上である半導体装置である。本発明によれば、バンプ径が、２０μｍ以下においても、十分位置精度を確保することが出来る。この場合、前記絶縁樹脂層が、バンプ電極のガイドとして、十分な役割をはたすに、前記θが、７０°より８０°の範囲にあることが肝要である。更に、例えば、位置決め精度を２μｍを許容するためには、前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上が要請される。
【０００９】
本発明の別な観点から、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂層の厚さは、樹脂層の熱膨張とバンプ電極にかかる歪との関係より、次の関係にあることが、十分、半導体装置の信頼性を得るに好ましい。即ち、前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下となすことである。こうした観点から、前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下となすことが、実用上要請される。
【００１０】
尚、これまでの説明では、バンプ電極は半導体素子に、ガイドは実装基板に設ける例であったが、これらの設置を逆にしても、本発明を実施することが出来る。即ち、バンプ電極を実装基板に、ガイドを半導体素子に設ける例である。更に、一つの実装基板に複数の半導体素子を積層する形態に、本発明を用いることも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体装置の製造工程において、半導体素子をフィリップチップで実装基板に接続する際、半導体素子の接続位置の位置ズレを防止することが出来る。
【００１２】
本発明の別な観点によれば、半導体装置の使用中の温度変動によって半導体素子の素子接続部に加わる負荷を低減し、十分な信頼性を確保することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施例１を用いて、前述の本発明の詳細について説明する。
図１は半導体装置のバンプ電極近傍の基本構造の断面図である。実装用の基板１上に、位置ズレを防止する為のガイドとなる樹脂層２が形成されている。実装用基板、ガイド用の樹脂層、バンプ、アンダーフィル自体などは、これまで用いられている通例の材料のものを用いて十分である。樹脂層２には、通例感光性樹脂が、実装用の基板としては、通例樹脂やセラミックなどが用いられる。ガイドには、基板１の接続用電極３の位置に対応して開口部２０が設けられる。開口部２０は通例エッチングにより形成される。開口部２０を構成するガイドの樹脂層２の開口部側壁は、基板１の主面と角度θの傾斜が設けられている。この角度θの傾斜を所望範囲となす必要があるが、これについては後述する。このガイドに対して、半導体素子４に設けられたバンプ５が勘合し、バンプ５はハンダ６によって電極３に電気的に接続される。尚、バンプ５は、半導体素子４の電極８に接続されている。実装基板１の電極３の表面及び半導体素子４の側の電極８には、バンプとの接続性を向上させるため、Ｃｕ又はＡｕ、Ｎｉなどの膜がメッキなどにより形成される。半導体素子側のバンプ５は、Ｃｕ又はＡｕ、Ｎｉなどが用いられ、例えばメッキなどで形成される。又、バンプとしてハンダも用いることが出来る。バンプの径及び高さは共に概ね数十μｍ以下である。実装基板１の電極３とバンプ５の接続は、加熱しながら半導体素子側に荷重を負荷することにより行われる。この場合、同時に高周波の振動が加えられることもある。バンプ５の表面には、接続性を向上させるため、バンプ表面にハンダ６（例えば、Ｓｎ又はＳｎ合金）が薄く形成される場合もある。両者の接合後、アンダーフィル７が、半導体素子４と実装基板１の間に挿入される。尚、通例、アンダーフィルは、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）やＮＣＦ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）などが用いられる。図において、ｔＧはガイド層２の厚さ、ｔＵはアンダーフィルの厚さである。尚、半導体素子４と実装基板１の接合後、アンダーフィルを挿入する例を説明したが、アンダーフィルを予め実装基板上に塗布しておき、この上に半導体素子を接続しても良い。図４はこの方法を示す図である。実装基板１に複数のガイド層２が設けられ、この開口部に基板側の電極３が配列されている。この基板１上にアンダーフィル７を塗布し、バンプ５対応の位置に開口を設けておく。そして、バンプ５の形成された半導体素子４を圧着接続する。
図２は、バンプ５と開口部２０の間に位置ズレがあった場合の、バンプ電極近傍の断面図である。各部位は図１に説明したものと同様である。図２の例では、開口部２０の中心軸とバンプ５の軸とがδのズレをもった例である。図２の例から理解されるように、フリップチップ接続装置の位置決め誤差δを少なくとも２μｍを許容する為には、ガイド層の厚さｔＧは、δｔａｎθ以上を必要とする。ガイドの感光性樹脂２をエッチングで加工する場合、開口部を構成する樹脂層の持つ前記角度θは、概ね７０°〜８０°となす。余り角度が大きくても、又小さくても、ガイドとしての役割を果たせなくなる。余り角度が大きいと、位置決めの役割が十分でない。一方、余り角度が小さいと角度を設けた意味が実質的になきものとなる。位置決め裕度δを２μｍ〜３μｍとして確保する場合、θが８０°の場合、ｔＧは約１０μｍ〜１５μｍとなる。同じ条件で、θが７０°の場合、ｔＧは約５．５μｍ〜８μｍとなる。尚、現実には、角度自身は２°〜３°の加工誤差などを有する。
【００１４】
現在、バンプの径は数十μｍ、例えば、２０μｍ〜３０μｍであり、この場合、バンプの高さＨも数十μｍ、例えば、２０μｍ〜３０μｍである。θが８０°の場合、前述の各部位の寸法条件下では、実用的に位置ズレ防止の為に必要なガイドの厚さｔＧは、バンプ高さＨの少なくとも１／２以上となすことで確保することが出来る。θが７０°の場合、ガイドの役割を果たす為には、更に、小さいバンプ、例えば１１μｍ〜１６μｍ程度が好ましい。
【００１５】
一方、本発明の第２の観点から、開口部を構成する樹脂層の厚さｔＧに関して、前述したガイドとなる樹脂の熱膨張率によるガイドへの歪の影響を考慮する必要がある。余り、樹脂層の厚さが厚いと、熱膨張によるガイドへの歪は無視出来なくなる。この問題を考慮する為、有限要素法による弾塑性解析を行った。図３は、代表的なＣｕ（銅）によるバンプの場合の解析結果である。横軸が樹脂の熱膨張率、縦軸がバンプの塑性歪の範囲Δεｐｅｄ（％）を示す。尚、ここで、Δεｐｅｄ（％）は、−５５／１５０℃の温度サイクル試験を行った場合の、１５０℃から−５５℃への温度変化で発生する相当塑性ひずみ量とした。
【００１６】
検討の結果、本発明のように、位置ズレ防止のガイドを設けた場合、式（１）に示す等価な熱膨張率αを定義した場合、熱膨張率αとバンプの歪との関係が、図３に示す特性と同様の特性を取ることが判明した。この代表的な結果を、図３のプロット▲として示した。
【００１７】
今、熱膨張率は次の式（１）のように表すことが出来る。
α＝（αＧｔＧ＋αＵｔＵ）／（ｔＧ＋ｔＵ）・・・（１）
ここで、αＧはガイドの熱膨張率、αＵはアンダーフィルの熱膨張率、ｔＧはガイドの厚さ、及びｔＵはアンダーフィルの厚さである。
前記非特許文献１から、バンプに生じる歪が１％以下であれば、十分な信頼性を確保することが出来ることが知られる。このことから、図において、点線で囲った範囲にガンドとアンダーフィルの関係を設定することによって、当該半導体装置は、温度サイクル試験で寿命１０００回以上を確保でき、十分な信頼性を得ることが出来る。従って、式（１）の関係から、次のような関係を導くことが出来る。
【００１８】
今、式（１）は、次式のように展開することが出来る。
ｔＧ／（ｔＧ＋ｔＵ）＝（α−αＵ）／（αＧ−αＵ）・・・・（２）
ここで、図３の信頼性確保の範囲を参酌すれば、等価な熱膨張率αが５０ｐｐｍ／Ｋ以下となす必要がある。従って、バンプの高さ（ｔＧ＋ｔＵ）に対する、ガイド厚さ（ｔＧ）の比（ｔＧ／（ｔＧ＋ｔＵ））が、次式（３）を満足すれば、バンプの信頼性を確保することが出来る。
ｔＧ／（ｔＧ＋ｔＵ）≦（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）・・・・（３）
通常、ガイドの感光性絶縁樹脂の熱膨張率は、約５５ｐｐｍ／Ｋ、アンダーフィルの熱膨張率は約３０ｐｐｍ／Ｋである。こうした条件を考慮すると、式（３）に従って考慮すると、ガイド厚さはバンプ高さに対して４／５以下であることが極めて好ましい。
【００１９】
次に、実施例２として、位置ズレ防止のガイド２が半導体素子側に設けられた例を説明する。尚、本例においても、各部材の構造、材質、製造方法などは前述した例と同様である。
【００２０】
図５は、本例のバンプ近傍の断面図である。各部位の符号はこれまでの例と同様である。本例では、位置ズレ防止の為のガイド２が、半導体素子４の基板側に形成されている。この場合、バンプ５は実装基板１の電極３に形成されている。そして、これまでの例と同様に、半導体素子の電極８とバンプ５とが接合される。この場合、ガイド２の開口部の側壁は、半導体基板主面と角度θを有している。（尚、図５では符号４として半導体素子を指すが、半導体素子と半導体素子基板とは異なる符号を用いず、角度θを考える場合、半導体素子基板も図５の符号４で示される部材自体として説明される。以下、同様である。）そして、半導体素子とバンプの接続時の位置決め精度をδとすると、ガイドの厚さは前述の通り、δｔａｎθ以上となす。更に、バンプの接続の信頼性を考慮すれば、ガイドの厚さは式（３）の通りに設定されることはいうまでもない。その他の諸条件も前述の通りであることはいうまでもない。又、半導体基板の表裏面の電極配置に伴う、半導体素子自体の設計は通例の半導体装置での技術に従って行うことはいうまでもない。
【００２１】
図６は、第３の実施例として、実装基板１上に半導体素子４を複数個積層して設ける例を示す断面図である。図６（ｃ）はその完成した半導体装置の断面図である。図６（ａ）は実装基板の断面図、図６（ｂ）は半導体素子の断面図である。この例では、実装基板１及び半導体素子４は次の構成を取った。実装基板１の上面は、図１に示した例と同様に、ガイドの絶縁性樹脂層が形成され、この絶縁性樹脂層に、半導体素子の裏面電極に対応してガイド用の開口が設けられている(図６（ａ）)。一方、各半導体素子４−１、４−２、４−３、４−４、４−５は、その表面にガイドの絶縁性樹脂層２が設けられ、この絶縁性樹脂層２に半導体素子の表面側電極に対応してガイド用の開口部２０が設けられている。又、半導体素子の裏面には、バンプ５が設けられている（図６（ｂ））。そして、このバンプ５は、半導体素子４の表面に設けられた電極９に接続される。ガイド２の開口部の傾斜角θ、接続時の半導体素子の位置決め精度δと、ガイド層の厚さの関係がδｔａｎθ以上となすことは、これまでの例と同様である。又、最上層の半導体素子４−５の上面にガイドが不要なことは、その構造から理解されるところである。
【００２２】
更に、バンプの接続に対する信頼性を考慮して、ガイドを構成する絶縁性樹脂の厚さを前述の式（３）で示される範囲となすことは、好ましい。
【００２３】
又、前述のバンプ及びガイドを設ける面、即ち、半導体素子の表裏面、或いは実装基板表面に設ける部材を、これまでの説明と逆の形態も取り得る。実装基板表面に設ける部材を、前述のガイドではなく、バンプを設ける形態である。半導体基板の表裏面の電極配置に伴う、半導体素子自体の設計は通例の半導体装置での技術に従って行うことはいうまでもない。尚、その他、本例で特に言及しない各部材の構造、材質、及び製造方法などは、これまでの実施例を同様にして十分である。
【００２４】
次に、半導体素子接続用バンプとしてハンダ１０を用いた例を説明する。図７は、本例のガイド部分の断面図である。実装基板と半導体素子を接続するためのバンプとして、ハンダ１０を用いた以外、図１の構成と同様である。ハンダとしては、Ｓｎ（錫）又はＳｎ合金を用いた。ガイド２の開口部の傾斜角θ、接続時の半導体素子の位置決め精度δと、ガイド層の厚さの関係がδｔａｎθ以上となすことは、これまでの例と同様である。更に、バンプの接続に対する信頼性を考慮して、ガイドの厚さを前述の式（３）で示される範囲となすことは、好ましい。又、実施例２、３に説明した例に、本例のハンダを用いることも当然可能である。
【００２５】
以上、本願発明を詳細に説明いたが、以下、その主な発明の形態を整理し列挙する。
（１）実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられた電極と、前記半導体素子の基板に設けられたバンプ電極とを少なくとも有し、前記実装基板の電極に、前記半導体素子のバンプ電極が電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記実装基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
（２）前記角度θが、７０°より８０°の範囲にあることを特徴とする前項（１）に記載の半導体装置。
（３）前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする前項（１）から（２）のいずれかに記載の半導体装置。
（４）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（５）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（６）前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする前項（１）から（５）のいずれかに記載の半導体装置。
（７）実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられたバンプ電極と、前記半導体素子の基板に設けられた電極とを少なくとも有し、前記半導体素子の電極に、前記実装基板のバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記半導体素子基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
（８）前記θが、７０°より８０°の範囲にあることを特徴とする前項（７）に記載の半導体装置。
（９）前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする前項（７）から（８）のいずれかに記載の半導体装置。
（１０）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする前項（７）から（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１１）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする前項（７）から（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１２）前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする前項（７）から（１１）のいずれかに記載の半導体装置。
（１３）前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記バンプ電極が設けられた面とは反対側の面に、接続用の電極を有し、当該接続用の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記第１の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上である半導体素子であり、
バンプ電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子の接続用の電極と、前記第２の半導体素子のバンプ電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に樹脂層が設けられたことを特徴とする前項（１）から（６）のいずれかに記載の半導体装置。
（１４）前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記電極が設けられた面とは反対側の面に、第２のバンプ電極を有し、
接続用の電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
前記第２の半導体素子の接続用電極の周囲に、前記第１の半導体素子のバンプ電極の位置に対応する開口部を有する第２の絶縁性樹脂層が設けられ、前記第２の絶縁性樹脂層の開口部の側壁が、前記第２の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該第２のバンプの位置決めの精度をδとした時、前記第２の絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であり、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子のバンプ電極と、前記第２の半導体素子の接続用の電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に第２の樹脂層が設けられたことを特徴とする前項（７）から（１２）のいずれかに記載の半導体装置。
（１５）実装基板と、半導体素子と、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とを有し、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置のバンプ近傍の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置において、電極に対してバンプがズレを有する場合のバンプ近傍の断面図である。
【図３】絶縁性樹脂の熱膨張率と塑性ヒズミの関係例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の形態を製造する別な例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体装置のバンプ近傍の断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る半導体装置の積層形態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：実装基板、２：位置ズレ防止用の絶縁性樹脂層、３：実装基板側電極、４：半導体素子、４−１、４−２、４−３、４−４、４−５：半導体素子、５：バンプ、６：ハンダ、７：絶縁性樹脂（アンダーフィル）、８：半導体素子側の電極、９：半導体素子の裏面に形成された電極、１０：はんだバンプ、２０：開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を、接続用バンプを用いて実装基板に実装した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を、例えば回路面側に接続用バンプを設け、この回路面と接続する実装基板面とが対向するように接続する方法を、フリップチップ接続と称する。接続後、バンプの信頼性確保の為、通常、半導体素子と実装基板との間に、アンダーフィルと称される樹脂が挿入される。アンダーフィルは、前記接続後に挿入される方法の他に、接続前に基板面に樹脂を塗布し、この上部に半導体素子を加熱圧着して、後から接続する方法もある。
【０００３】
半導体素子を接続する場合、半導体素子の位置合わせは、通常、メカトロ制御技術を用いて行われている。その位置決めの精度を上げるための提案が、例えば、特開１９９９−３１７４２５号公報（特許文献１）に見られる。これは、バンプが決められた位置に挿入されるように、実装基板側の接続用パッド周囲に、ガイドとなる障壁を設ける方法である。
【０００４】
【特許文献１】特開１９９９−３１７４２５号公報（請求項１、図１）
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．４（２００５）、ｐｐ．３０８−３１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現実に、前記バンプの径が数十μｍ以下となる場合、これまでのメカトロ制御技術による位置決め精度は、バンプ径に対して最大１０％の位置ズレを生じる。このため、接続部の電気的な抵抗値への影響や、接続部の強度的な信頼性への影響が懸念される。更に、前記のごとく、単に、ガイドとなる障壁を設けた技術によっても、現今のバンプ径が数十μｍ以下となる場合に、十分な位置決め精度を確保することに懸念がある。
【０００６】
更に、こうしたガイドを設ける技術に関しては、ガイドとなる樹脂の熱膨張率によるガイドへの歪の発生の問題がある。ガイドとなる樹脂は、加工性に優れた感光性樹脂が用いられる。こうした感光性樹脂は、一般に、熱膨張率が高い。この感光性樹脂の熱膨張は、半導体装置の稼動中、温度変化に対するフリップチップの接続の信頼性に影響する。アンダーフィルの熱膨張率が高い程、寿命が低下することが知られている。このことは、例えば、エレクトロニクス実装学会誌、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．４（２００５）、ｐｐ．３０８−３１７などに見られる（非特許文献１）。この為、アンダーフィルを用いる場合、樹脂の熱膨張率による影響を避ける必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の技術的背景の下に、バンプ径が２０μｍ以下となる場合にも、十分な位置決め精度を確保することが出来る技術を提供するものである。更には、本願発明の別な観点は、前記アンダーフィルの熱膨張の影響を抑え、高信頼性の半導体装置を提供するものである。
【０００８】
本発明の基本的形態は次の通りである。即ち、実装基板と、半導体素子と、前記半導体素子の基板の主面に設けられたバンプ電極とを少なくとも有し、前記実装基板に設けられた電極に、前記半導体素子に設けられたバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層（いわゆる、前述のアンダーフィル）が設けられた半導体装置であって、前記実装基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応して開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、前記開口部を形成する前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記実装基板表面となす角度をθ、及び要請される当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上である半導体装置である。本発明によれば、バンプ径が、２０μｍ以下においても、十分位置精度を確保することが出来る。この場合、前記絶縁樹脂層が、バンプ電極のガイドとして、十分な役割をはたすに、前記θが、７０°より８０°の範囲にあることが肝要である。更に、例えば、位置決め精度を２μｍを許容するためには、前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上が要請される。
【０００９】
本発明の別な観点から、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂層の厚さは、樹脂層の熱膨張とバンプ電極にかかる歪との関係より、次の関係にあることが、十分、半導体装置の信頼性を得るに好ましい。即ち、前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下となすことである。こうした観点から、前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下となすことが、実用上要請される。
【００１０】
尚、これまでの説明では、バンプ電極は半導体素子に、ガイドは実装基板に設ける例であったが、これらの設置を逆にしても、本発明を実施することが出来る。即ち、バンプ電極を実装基板に、ガイドを半導体素子に設ける例である。更に、一つの実装基板に複数の半導体素子を積層する形態に、本発明を用いることも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体装置の製造工程において、半導体素子をフィリップチップで実装基板に接続する際、半導体素子の接続位置の位置ズレを防止することが出来る。
【００１２】
本発明の別な観点によれば、半導体装置の使用中の温度変動によって半導体素子の素子接続部に加わる負荷を低減し、十分な信頼性を確保することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施例１を用いて、前述の本発明の詳細について説明する。
図１は半導体装置のバンプ電極近傍の基本構造の断面図である。実装用の基板１上に、位置ズレを防止する為のガイドとなる樹脂層２が形成されている。実装用基板、ガイド用の樹脂層、バンプ、アンダーフィル自体などは、これまで用いられている通例の材料のものを用いて十分である。樹脂層２には、通例感光性樹脂が、実装用の基板としては、通例樹脂やセラミックなどが用いられる。ガイドには、基板１の接続用電極３の位置に対応して開口部２０が設けられる。開口部２０は通例エッチングにより形成される。開口部２０を構成するガイドの樹脂層２の開口部側壁は、基板１の主面と角度θの傾斜が設けられている。この角度θの傾斜を所望範囲となす必要があるが、これについては後述する。このガイドに対して、半導体素子４に設けられたバンプ５が勘合し、バンプ５はハンダ６によって電極３に電気的に接続される。尚、バンプ５は、半導体素子４の電極８に接続されている。実装基板１の電極３の表面及び半導体素子４の側の電極８には、バンプとの接続性を向上させるため、Ｃｕ又はＡｕ、Ｎｉなどの膜がメッキなどにより形成される。半導体素子側のバンプ５は、Ｃｕ又はＡｕ、Ｎｉなどが用いられ、例えばメッキなどで形成される。又、バンプとしてハンダも用いることが出来る。バンプの径及び高さは共に概ね数十μｍ以下である。実装基板１の電極３とバンプ５の接続は、加熱しながら半導体素子側に荷重を負荷することにより行われる。この場合、同時に高周波の振動が加えられることもある。バンプ５の表面には、接続性を向上させるため、バンプ表面にハンダ６（例えば、Ｓｎ又はＳｎ合金）が薄く形成される場合もある。両者の接合後、アンダーフィル７が、半導体素子４と実装基板１の間に挿入される。尚、通例、アンダーフィルは、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）やＮＣＦ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）などが用いられる。図において、ｔＧはガイド層２の厚さ、ｔＵはアンダーフィルの厚さである。尚、半導体素子４と実装基板１の接合後、アンダーフィルを挿入する例を説明したが、アンダーフィルを予め実装基板上に塗布しておき、この上に半導体素子を接続しても良い。図４はこの方法を示す図である。実装基板１に複数のガイド層２が設けられ、この開口部に基板側の電極３が配列されている。この基板１上にアンダーフィル７を塗布し、バンプ５対応の位置に開口を設けておく。そして、バンプ５の形成された半導体素子４を圧着接続する。
図２は、バンプ５と開口部２０の間に位置ズレがあった場合の、バンプ電極近傍の断面図である。各部位は図１に説明したものと同様である。図２の例では、開口部２０の中心軸とバンプ５の軸とがδのズレをもった例である。図２の例から理解されるように、フリップチップ接続装置の位置決め誤差δを少なくとも２μｍを許容する為には、ガイド層の厚さｔＧは、δｔａｎθ以上を必要とする。ガイドの感光性樹脂２をエッチングで加工する場合、開口部を構成する樹脂層の持つ前記角度θは、概ね７０°〜８０°となす。余り角度が大きくても、又小さくても、ガイドとしての役割を果たせなくなる。余り角度が大きいと、位置決めの役割が十分でない。一方、余り角度が小さいと角度を設けた意味が実質的になきものとなる。位置決め裕度δを２μｍ〜３μｍとして確保する場合、θが８０°の場合、ｔＧは約１０μｍ〜１５μｍとなる。同じ条件で、θが７０°の場合、ｔＧは約５．５μｍ〜８μｍとなる。尚、現実には、角度自身は２°〜３°の加工誤差などを有する。
【００１４】
現在、バンプの径は数十μｍ、例えば、２０μｍ〜３０μｍであり、この場合、バンプの高さＨも数十μｍ、例えば、２０μｍ〜３０μｍである。θが８０°の場合、前述の各部位の寸法条件下では、実用的に位置ズレ防止の為に必要なガイドの厚さｔＧは、バンプ高さＨの少なくとも１／２以上となすことで確保することが出来る。θが７０°の場合、ガイドの役割を果たす為には、更に、小さいバンプ、例えば１１μｍ〜１６μｍ程度が好ましい。
【００１５】
一方、本発明の第２の観点から、開口部を構成する樹脂層の厚さｔＧに関して、前述したガイドとなる樹脂の熱膨張率によるガイドへの歪の影響を考慮する必要がある。余り、樹脂層の厚さが厚いと、熱膨張によるガイドへの歪は無視出来なくなる。この問題を考慮する為、有限要素法による弾塑性解析を行った。図３は、代表的なＣｕ（銅）によるバンプの場合の解析結果である。横軸が樹脂の熱膨張率、縦軸がバンプの塑性歪の範囲Δεｐｅｄ（％）を示す。尚、ここで、Δεｐｅｄ（％）は、−５５／１５０℃の温度サイクル試験を行った場合の、１５０℃から−５５℃への温度変化で発生する相当塑性ひずみ量とした。
【００１６】
検討の結果、本発明のように、位置ズレ防止のガイドを設けた場合、式（１）に示す等価な熱膨張率αを定義した場合、熱膨張率αとバンプの歪との関係が、図３に示す特性と同様の特性を取ることが判明した。この代表的な結果を、図３のプロット▲として示した。
【００１７】
今、熱膨張率は次の式（１）のように表すことが出来る。
α＝（αＧｔＧ＋αＵｔＵ）／（ｔＧ＋ｔＵ）・・・（１）
ここで、αＧはガイドの熱膨張率、αＵはアンダーフィルの熱膨張率、ｔＧはガイドの厚さ、及びｔＵはアンダーフィルの厚さである。
前記非特許文献１から、バンプに生じる歪が１％以下であれば、十分な信頼性を確保することが出来ることが知られる。このことから、図において、点線で囲った範囲にガンドとアンダーフィルの関係を設定することによって、当該半導体装置は、温度サイクル試験で寿命１０００回以上を確保でき、十分な信頼性を得ることが出来る。従って、式（１）の関係から、次のような関係を導くことが出来る。
【００１８】
今、式（１）は、次式のように展開することが出来る。
ｔＧ／（ｔＧ＋ｔＵ）＝（α−αＵ）／（αＧ−αＵ）・・・・（２）
ここで、図３の信頼性確保の範囲を参酌すれば、等価な熱膨張率αが５０ｐｐｍ／Ｋ以下となす必要がある。従って、バンプの高さ（ｔＧ＋ｔＵ）に対する、ガイド厚さ（ｔＧ）の比（ｔＧ／（ｔＧ＋ｔＵ））が、次式（３）を満足すれば、バンプの信頼性を確保することが出来る。
ｔＧ／（ｔＧ＋ｔＵ）≦（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）・・・・（３）
通常、ガイドの感光性絶縁樹脂の熱膨張率は、約５５ｐｐｍ／Ｋ、アンダーフィルの熱膨張率は約３０ｐｐｍ／Ｋである。こうした条件を考慮すると、式（３）に従って考慮すると、ガイド厚さはバンプ高さに対して４／５以下であることが極めて好ましい。
【００１９】
次に、実施例２として、位置ズレ防止のガイド２が半導体素子側に設けられた例を説明する。尚、本例においても、各部材の構造、材質、製造方法などは前述した例と同様である。
【００２０】
図５は、本例のバンプ近傍の断面図である。各部位の符号はこれまでの例と同様である。本例では、位置ズレ防止の為のガイド２が、半導体素子４の基板側に形成されている。この場合、バンプ５は実装基板１の電極３に形成されている。そして、これまでの例と同様に、半導体素子の電極８とバンプ５とが接合される。この場合、ガイド２の開口部の側壁は、半導体基板主面と角度θを有している。（尚、図５では符号４として半導体素子を指すが、半導体素子と半導体素子基板とは異なる符号を用いず、角度θを考える場合、半導体素子基板も図５の符号４で示される部材自体として説明される。以下、同様である。）そして、半導体素子とバンプの接続時の位置決め精度をδとすると、ガイドの厚さは前述の通り、δｔａｎθ以上となす。更に、バンプの接続の信頼性を考慮すれば、ガイドの厚さは式（３）の通りに設定されることはいうまでもない。その他の諸条件も前述の通りであることはいうまでもない。又、半導体基板の表裏面の電極配置に伴う、半導体素子自体の設計は通例の半導体装置での技術に従って行うことはいうまでもない。
【００２１】
図６は、第３の実施例として、実装基板１上に半導体素子４を複数個積層して設ける例を示す断面図である。図６（ｃ）はその完成した半導体装置の断面図である。図６（ａ）は実装基板の断面図、図６（ｂ）は半導体素子の断面図である。この例では、実装基板１及び半導体素子４は次の構成を取った。実装基板１の上面は、図１に示した例と同様に、ガイドの絶縁性樹脂層が形成され、この絶縁性樹脂層に、半導体素子の裏面電極に対応してガイド用の開口が設けられている(図６（ａ）)。一方、各半導体素子４−１、４−２、４−３、４−４、４−５は、その表面にガイドの絶縁性樹脂層２が設けられ、この絶縁性樹脂層２に半導体素子の表面側電極に対応してガイド用の開口部２０が設けられている。又、半導体素子の裏面には、バンプ５が設けられている（図６（ｂ））。そして、このバンプ５は、半導体素子４の表面に設けられた電極９に接続される。ガイド２の開口部の傾斜角θ、接続時の半導体素子の位置決め精度δと、ガイド層の厚さの関係がδｔａｎθ以上となすことは、これまでの例と同様である。又、最上層の半導体素子４−５の上面にガイドが不要なことは、その構造から理解されるところである。
【００２２】
更に、バンプの接続に対する信頼性を考慮して、ガイドを構成する絶縁性樹脂の厚さを前述の式（３）で示される範囲となすことは、好ましい。
【００２３】
又、前述のバンプ及びガイドを設ける面、即ち、半導体素子の表裏面、或いは実装基板表面に設ける部材を、これまでの説明と逆の形態も取り得る。実装基板表面に設ける部材を、前述のガイドではなく、バンプを設ける形態である。半導体基板の表裏面の電極配置に伴う、半導体素子自体の設計は通例の半導体装置での技術に従って行うことはいうまでもない。尚、その他、本例で特に言及しない各部材の構造、材質、及び製造方法などは、これまでの実施例を同様にして十分である。
【００２４】
次に、半導体素子接続用バンプとしてハンダ１０を用いた例を説明する。図７は、本例のガイド部分の断面図である。実装基板と半導体素子を接続するためのバンプとして、ハンダ１０を用いた以外、図１の構成と同様である。ハンダとしては、Ｓｎ（錫）又はＳｎ合金を用いた。ガイド２の開口部の傾斜角θ、接続時の半導体素子の位置決め精度δと、ガイド層の厚さの関係がδｔａｎθ以上となすことは、これまでの例と同様である。更に、バンプの接続に対する信頼性を考慮して、ガイドの厚さを前述の式（３）で示される範囲となすことは、好ましい。又、実施例２、３に説明した例に、本例のハンダを用いることも当然可能である。
【００２５】
以上、本願発明を詳細に説明いたが、以下、その主な発明の形態を整理し列挙する。
（１）実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられた電極と、前記半導体素子の基板に設けられたバンプ電極とを少なくとも有し、前記実装基板の電極に、前記半導体素子のバンプ電極が電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記実装基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
（２）前記角度θが、７０°より８０°の範囲にあることを特徴とする前項（１）に記載の半導体装置。
（３）前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする前項（１）から（２）のいずれかに記載の半導体装置。
（４）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（５）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（６）前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする前項（１）から（５）のいずれかに記載の半導体装置。
（７）実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられたバンプ電極と、前記半導体素子の基板に設けられた電極とを少なくとも有し、前記半導体素子の電極に、前記実装基板のバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記半導体素子基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
（８）前記θが、７０°より８０°の範囲にあることを特徴とする前項（７）に記載の半導体装置。
（９）前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする前項（７）から（８）のいずれかに記載の半導体装置。
（１０）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする前項（７）から（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１１）前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする前項（７）から（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１２）前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする前項（７）から（１１）のいずれかに記載の半導体装置。
（１３）前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記バンプ電極が設けられた面とは反対側の面に、接続用の電極を有し、当該接続用の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記第１の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上である半導体素子であり、
バンプ電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子の接続用の電極と、前記第２の半導体素子のバンプ電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に樹脂層が設けられたことを特徴とする前項（１）から（６）のいずれかに記載の半導体装置。
（１４）前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記電極が設けられた面とは反対側の面に、第２のバンプ電極を有し、
接続用の電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
前記第２の半導体素子の接続用電極の周囲に、前記第１の半導体素子のバンプ電極の位置に対応する開口部を有する第２の絶縁性樹脂層が設けられ、前記第２の絶縁性樹脂層の開口部の側壁が、前記第２の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該第２のバンプの位置決めの精度をδとした時、前記第２の絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であり、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子のバンプ電極と、前記第２の半導体素子の接続用の電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に第２の樹脂層が設けられたことを特徴とする前項（７）から（１２）のいずれかに記載の半導体装置。
（１５）実装基板と、半導体素子と、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とを有し、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置のバンプ近傍の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置において、電極に対してバンプがズレを有する場合のバンプ近傍の断面図である。
【図３】絶縁性樹脂の熱膨張率と塑性ヒズミの関係例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の形態を製造する別な例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体装置のバンプ近傍の断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る半導体装置の積層形態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：実装基板、２：位置ズレ防止用の絶縁性樹脂層、３：実装基板側電極、４：半導体素子、４−１、４−２、４−３、４−４、４−５：半導体素子、５：バンプ、６：ハンダ、７：絶縁性樹脂（アンダーフィル）、８：半導体素子側の電極、９：半導体素子の裏面に形成された電極、１０：はんだバンプ、２０：開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられた電極と、前記半導体素子の基板に設けられたバンプ電極とを少なくとも有し、前記実装基板の電極に、前記半導体素子のバンプ電極が電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記実装基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記角度θが、７０°より８０°の範囲にあ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】
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられたバンプ電極と、前記半導体素子の基板に設けられた電極とを少なくとも有し、前記半導体素子の電極に、前記実装基板のバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記半導体素子基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記θが、７０°より８０°の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記バンプ電極が設けられた面とは反対側の面に、接続用の電極を有し、当該接続用の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記第１の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上である半導体素子であり、
バンプ電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子の接続用の電極と、前記第２の半導体素子のバンプ電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に樹脂層が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記電極が設けられた面とは反対側の面に、第２のバンプ電極を有し、
接続用の電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
前記第２の半導体素子の接続用電極の周囲に、前記第１の半導体素子のバンプ電極の位置に対応する開口部を有する第２の絶縁性樹脂層が設けられ、前記第２の絶縁性樹脂層の開口部の側壁が、前記第２の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該第２のバンプの位置決めの精度をδとした時、前記第２の絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であり、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子のバンプ電極と、前記第２の半導体素子の接続用の電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に第２の樹脂層が設けられたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１５】
実装基板と、半導体素子と、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とを有し、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられた電極と、前記半導体素子の基板に設けられたバンプ電極とを少なくとも有し、前記実装基板の電極に、前記半導体素子のバンプ電極が電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記実装基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記角度θが、７０°より８０°の範囲にあ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】
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
実装基板と、半導体素子と、前記実装基板に設けられたバンプ電極と、前記半導体素子の基板に設けられた電極とを少なくとも有し、前記半導体素子の電極に、前記実装基板のバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記半導体素子基板の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記θが、７０°より８０°の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記絶縁樹脂層の厚さが、前記バンプの高さに対する比が１／２以上、４／５以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記バンプ径が、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記バンプ電極が設けられた面とは反対側の面に、接続用の電極を有し、当該接続用の電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、前記絶縁性樹脂層の開口部の側壁が前記第１の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該バンプの位置決めの精度をδとした時、前記絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上である半導体素子であり、
バンプ電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子の接続用の電極と、前記第２の半導体素子のバンプ電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に樹脂層が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体素子（第１の半導体素子と称する）が、前記第１の半導体素子の前記電極が設けられた面とは反対側の面に、第２のバンプ電極を有し、
接続用の電極を少なくとも有する第２の半導体素子を、更に少なくとも一つ有し、
前記第２の半導体素子の接続用電極の周囲に、前記第１の半導体素子のバンプ電極の位置に対応する開口部を有する第２の絶縁性樹脂層が設けられ、前記第２の絶縁性樹脂層の開口部の側壁が、前記第２の半導体素子の基板の表面となす角度をθ、及び当該第２のバンプの位置決めの精度をδとした時、前記第２の絶縁性樹脂層の厚みが、δｔａｎθ以上であり、
少なくとも前記第２の半導体素子が、前記第１の半導体素子に積層して配置され、前記第１の半導体素子のバンプ電極と、前記第２の半導体素子の接続用の電極とが電気的に接続されて積層され、且つ前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子の間隙に第２の樹脂層が設けられたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１５】
実装基板と、半導体素子と、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とを有し、前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極と、前記半導体素子或いは実装基板に設けられたバンプ電極とが電気的に接続され、且つ前記半導体素子と前記実装基板の間隙に樹脂層が設けられた半導体装置であって、
前記実装基板或いは前記半導体素子に設けられた電極の周囲に、前記バンプ電極の位置に対応する開口部を有する絶縁性樹脂層が設けられ、
前記開口部を有する絶縁性樹脂層の熱膨張率がαＧ、前記半導体素子と前記実装基板の間隙に設けられた樹脂の熱膨張率がαＵである時、前記絶縁性樹脂層の厚さの前記バンプの高さに対する比が、（５０−αＵ）／（αＧ−αＵ）以下であることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１３５６６３（Ｐ２００８−１３５６６３Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２２２２１（Ｐ２００６−３２２２２１）
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
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