JP4024958B2 - 半導体装置および半導体実装構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体素子上に外部端子を有する小型の半導体装置，特に種々の機能を有する半導体素子を形成するウエハプロセスによって製造する小型の半導体装置，および外部端子を有する半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メモリやマイコン等の機能を有する半導体素子を搭載した半導体装置には，半導体装置を搭載する機器の小型軽量化の要求を満たすため，小型化に対応した半導体装置を高密度に実装可能な技術の開発が必要になっている。
【０００３】
従来，高密度実装技術としては半導体素子をパッケージングすることなくプリント配線基板などに実装するフリップチップ実装が用いられている。フリップチップ実装は半導体素子のパッド上に外部端子を形成し，半導体素子のパッドとプリント配線基板の接合パッドを，この外部端子を介して電気的および機械的に接続する技術である。
【０００４】
しかし，フリップチップ実装では，半導体素子のパッド上に外部端子を形成するため，外部端子の配置と大きさは半導体素子のパッド配置と大きさとによって制限を受ける。半導体素子のパッドの大きさは最大でも５０μｍ程度であり，この場合のパッド間隔は１００μｍ程度である。一般的に用いられている樹脂材料を基材としたプリント配線基板では，接合パッドのサイズは最小でも２００μｍ程度であり，この場合のパッド間隔は５００μｍ程度である。したがって，フリップチップ実装技術では樹脂材料を基材としたプリント配線基板に半導体素子を実装することが困難であり，セラミックなどの特殊な基板を使用する必要がある。
【０００５】
上記したフリップチップ実装技術の問題を解決するため，半導体素子をパッケージングした半導体装置のサイズを，半導体素子のサイズに近づけようとする傾向が顕著になっている。これら半導体装置のパッケージは一般にＣＳＰ（チップサイズパッケージまたはチップスケールパッケージの略称）と呼ばれている。ＣＳＰの例として，特表平６−５０４４０８号公報および信学技報「テープＢＧＡタイプＣＳＰの開発」，電子情報通信学会，ＣＰＭ９６−１２１，ＩＣＤ９６−１６０（１９９６年１２月）などに記載がある。
【０００６】
これら従来技術による半導体装置のパッケージでは，フィルム基材に導電性のリードが形成されたシート状部材が半導体素子表面に接着部材によって接着され，外部端子が半導体素子の主表面の投影面内に設けられており，パッケージサイズがほぼ半導体素子のサイズと等しくなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記外部端子が半導体素子主表面の投影面内に配置されるＣＳＰの従来技術では，外部端子にはんだなどの金属バンプが用いられ，プリント配線基板に接続される。このような構造のＣＳＰで問題となるのは，はんだバンプの接続信頼性である。
【０００８】
半導体素子（シリコン（Ｓｉ））の線膨張係数は３×１０~⁶／℃程度であり，最も一般的に使用されるガラスエポキシ樹脂系のプリント回路基板（ＦＲ−４など）の線膨張係数は約１７×１０~⁶／℃である。このように両者の線膨張係数が大きく異なるような場合，半導体装置に温度変化が加えられると外部端子であるはんだバンプに熱ひずみが発生する。
【０００９】
なお，半導体装置に加わる温度変化は，半導体装置自体の動作による発熱あるいは環境温度の変化等によって発生する。バンプに発生したひずみは，バンプと半導体装置のランドあるいはプリント配線基板の接合パッドとの接合界面付近に集中し，温度変化を繰り返し受けることによって，この部分にき裂を発生させる。バンプの接合部に発生したき裂は次第に成長し，いずれはバンプの接合部に破壊が発生する。外部端子であるバンプが破壊すると，外部端子を通じた半導体装置と外部機器との電気的接続ができなくなるため，半導体装置の信頼性を著しく低下させることになる。
【００１０】
はんだバンプの疲労破壊に対して考慮され，信頼性が高いと考えられるＣＳＰ型の半導体装置は，特表平６−５０４４０８号公報に記載された半導体装置である。この半導体装置では，半導体素子の主表面に柔軟材（例えばエラストマ樹脂：常温でゴム状弾性を有する高分子物質）からなる低弾性の接着部材を介してシート状部材を接着している。また，封止部材にも接着部材と弾性係数が同程度の材料を使用している。このため，半導体素子とプリント配線基板の線膨張係数差が柔軟なエラストマ樹脂である接着部材によって吸収され，その結果はんだバンプに加わる熱ひずみが小さくなる。
【００１１】
しかし，この半導体装置では柔軟材の形成，リードによる内部配線の接合および封止部材による封止のそれぞれの工程に特別の技術が必要である。したがって，このパッケージを従来の半導体素子を形成するウエハプロセスを利用して製造する場合には，新たな製造設備を準備することが必要となり，これに伴う工程数増加と併せて製造コストの増加が問題となる。
【００１２】
また，この従来の半導体装置は，リードの周囲も柔軟な封止部材で覆われているため，柔軟な接着部材の熱変形によってリードに多大な変形が作用し，リードに断線が発生する可能性がある。
【００１３】
はんだバンプの信頼性向上と製造コストの抑制を満足し，ウエハ製造プロセスで半導体装置を製造するＣＳＰ型半導体装置の例が日経マイクロデバイス１９９８年４月号「チップサイズ実装の本命候補ＣＳＰを安く作る方法が登場」（１６４ページ〜１６７ページ）に提案されている。
【００１４】
この従来の半導体装置は，半導体素子上に再配線を形成し，再配線に金属製のビアポストと呼ばれる柱状物を形成し，ビアポスト周囲を樹脂で封止している。はんだバンプはバリヤーメタル層を介して封止樹脂から露出しているビヤポストの上面に接合されている。この半導体装置では，剛性の大きなビアポストによって半導体装置側接合部近傍のはんだバンプの変形が抑制され，この部分に発生するひずみを低減する効果が得られる。しかし，半導体装置側接合部のひずみが低減した分，半導体素子とプリント配線基板の線膨張係数差で発生するひずみは，プリント配線基板側の接合部で増加することになり，半導体装置全体として信頼性の向上を図ることが困難となっている。
【００１５】
フリップチップ実装技術でも，上記ＣＳＰと同様に外部端子となるはんだバンプの接続信頼性が問題となる。フリップチップ実装では，はんだバンプの接続信頼性を向上するため，半導体素子とプリント配線基板の間に樹脂を充てんするアンダーフィルと呼ばれる方法が用いられる。
【００１６】
しかし，アンダーフィルでは，樹脂の充てんと硬化に時間を要するため，この工程における製造時間が増大する問題がある。また，外部端子であるはんだバンプ周囲が樹脂で覆われるため，樹脂充てん後の半導体素子の交換ができなくなる問題があった。
【００１７】
アンダーフィル以外のフリップチップ実装技術によるはんだ接続部信頼性の向上策として，半導体素子のパッド上に金属薄膜を介して設けた第１金属層と第２金属層とによって外部端子となるバンプ電極を形成し，プリント配線基板の接合パッドに接合する技術が，特開平７−２１１７２２号公報に記載されている。
【００１８】
本従来技術では，パッド上に突出した第１金属層によって，バンプ電極高さを高くし，バンプ電極に発生する熱ひずみを低減することができる。しかし，半導体素子をフリップチップ実装技術によって樹脂材料を基材とするプリント配線基板に実装すると，上記した半導体素子側とプリント配線基板側接続部分の大きさの違いによって，接続部分のサイズが小さい半導体素子側の接続部に熱ひずみが集中するようになり，十分な熱ひずみの低減効果を得ることができない。
【００１９】
また，外部端子となるバンプ電極の配置は，半導体素子のパッド配置に依存するため，プリント配線基板の配線設計を自由に行うことができず，プリント配線基板の共通化を阻害する要因となる。
【００２０】
本発明は，上記課題を克服し，特に外部端子の破断を防止・抑制し，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は，半導体素子と，パッシベーション膜と，半導体素子のパッドに接続する導電性配線と，導電性配線に連なるランドと，絶縁性の保護膜と，外部端子とを備えた半導体装置において，以下の構成を採用することによって解決することができる。
【００２２】
（１）外部端子を接合するランドに突起を形成し，この突起と，はんだ材料などから形成する外部端子を接合し，前記パッシベーション膜と前記ランドの間に前記保護膜を介在させる。
突起と外部端子の接合は，外部端子の内部に突起が突出するように接合するのが望ましい。通常ランドの平面方向の形状は円形をしており，この場合ランドに形成される突起も円柱状に形成される。円柱状の突起と外部端子との接合を，外部端子の内部に突起が突出するように接合すると，突起と外部端子との接合面は少なくとも２面以上となる。
【００２３】
半導体装置のランドは銅（Ｃｕ）などの金属材料によって形成されており，この材料は外部端子用の材料として用いられるはんだや半導体素子表面を覆う保護膜より大きな剛性を有している。上記のように突起と外部端子とが接合されていると，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合，半導体装置側の接合部近傍における外部端子の変形が突起によって拘束されるようになる。これによって，半導体装置側接合部近傍の外部端子に発生する熱ひずみを小さくすることができる。
【００２４】
さらに，ランドと半導体素子表面のパッシベーション膜との間に保護膜を介在させる。保護膜はポリイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，アクリル変成エポキシ樹脂，シリコーン樹脂などの樹脂材料から形成されており，通常ランド形成材料や外部端子の形成材料より弾性係数が小さくなっている。弾性係数の小さな保護膜が外部端子を接合するランドと半導体素子表面のパッシベーション膜との間に介在していると，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子に発生する変形を，保護膜の変形によって緩和することができる。これによって，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。
【００２５】
（２）また，半導体素子と，パッシベーション膜と，半導体素子のパッドに接続する第１導電性配線と，前記第１導電性配線に接続する第２導電性配線と，前記第２導電性配線に連なるランドと，絶縁性の保護膜と，前記ランドに接合される外部端子とによって半導体装置を構成する。
また，前記保護膜を前記第１導電性配線と前記第２導電性配線に接する第１の保護膜と，前記外部端子形成面側に露出面を有する第２の保護膜とから構成する。
また，好ましくは，前記ランドの直下部は前記第１の保護膜が介在するような構成とする。
また，好ましくは，前記ランドに突起を形成し，前記外部端子と突起を接合する。
さらに，好ましくは，上記構成の半導体装置において，前記第１導電性配線と前記第２導電性配線を前記ランドの直下を除く部分で接続する。
【００２６】
上記のような構成によって，第１導電性配線と第２導電性配線は半導体装置の厚さ方向に層状に配置され，第２導電性配線に連なるランドと半導体素子との間に保護膜を介在させることができる。ランド形成材料より弾性係数の小さな保護膜が外部端子を接合するランドと半導体素子との間に介在していると，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子に発生する変形を，保護膜の変形によって緩和することができる。これによって，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。
【００２７】
また，上記のようにランドに形成した突起と外部端子とが接合されていると，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合，半導体装置側の接合部近傍における外部端子の変形が突起によって拘束されるようになる。これによって，半導体装置側接合部近傍の外部端子に発生する熱ひずみを小さくすることができる。
【００２８】
また，導電性配線は保護膜より剛性の大きな銅（Ｃｕ）などの金属材料で形成されるため，第１導電性配線と第２導電性配線の接続部がランドの投影面内にあると，保護膜によるひずみ緩和効果が損なわれることになる。したがって，第１導電性配線と第２導電性配線の接続はランドの投影面外の部分で行うことが望ましい。
【００２９】
また，好ましくは，第２の保護膜は第１の保護膜より弾性係数の大きな材料で形成する。半導体装置が温度変化を受けると，保護膜の熱収縮と膨張とによって導電性配線，特に第２導電性配線が変形し，第２導電性配線に断線が発生する可能性がある。上記したように前記外部端子形成面側に露出面を有し，第２導電性配線を覆う第２の保護膜の弾性係数を大きくすると，第２導電性配線の変形を拘束することができ，これによって第２導電性配線の変形量を低減できるので，断線の発生を防止することができる。
【００３０】
（３）また，半導体素子と，パッシベーション膜と，半導体素子のパッドに接続する導電性配線と，導電性配線に連なるランドと，前記ランド上に形成した突起と，前記突起に接合された外部端子と，前記半導体素子と前記ランドとの間にあって前記ランドに接する第１の保護膜と前記外部端子形成面側に露出面を有する第２の保護膜とによって半導体装置を構成する。
【００３１】
上記のように突起と外部端子とが接合されていると，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合，半導体装置側の接合部近傍における外部端子の変形が突起によって拘束されるようになる。これによって，半導体装置側接合部近傍の外部端子に発生する熱ひずみを小さくすることができる。
【００３２】
さらに，上記したように前記ランドに接するように第１の保護膜を設ける。第１の保護膜はポリイミドなどの樹脂材料から形成されており，通常ランド形成材料や外部端子の材料より弾性係数が小さくなっている。弾性係数の小さな第１の保護膜が外部端子を接合するランドに接するように設けられていると，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子に発生する変形を，第１の保護膜の変形によって緩和することができる。これによって，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。第２の保護膜は外部端子形成面に露出し，導電性配線とランドの外部端子形成面側に接するように形成し，導電性配線及びランドとを保護する。
【００３３】
また，好ましくは，第２の保護膜は第１の保護膜より弾性係数の大きな材料で形成する。半導体装置が温度変化を受けると，保護膜の熱収縮と膨張とによって導電性配線が変形し，導電性配線に断線が発生する可能性がある。上記したように第２の保護膜の弾性係数を大きくすると導電性配線を拘束することができ，これによって導電性配線の変形量を低減できるので，断線の発生を防止することができる。
【００３４】
（４）好ましくは，上記した半導体装置おいて，前記突起は前記ランドの投影面内にあり，ランドの端部を突起の端部より外側に配置する。
上記したように温度変化によって外部端子に発生する熱ひずみは，剛性の大きな突起による外部端子の変形拘束によって低減するが，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって生じる変形は突起自体に作用するようになる。突起の変形は突起が形成されているランドと保護膜の界面に応力を発生させ，特にランドの端部に応力が集中し，この部分部から保護膜の割れが発生することがある。この保護膜の割れを防止するため，ランド端部が突起端部より外側になるように配置する。これによって，ランドと保護膜の接触面積が増加し，両者の界面に発生する応力を広い面積で分担するため，ランド端部に集中する応力を緩和できるようになる。
【００３５】
（５）また，好ましくは，上記した半導体装置の突起と外部端子との接合を，突起表面に設けられた金属薄膜を介して接合するようにする。
外部端子には，はんだ材料（例えばＰｂ４０−Ｓｎ６０共晶はんだ）が用いられる。外部端子は，はんだを溶融させることによって銅（Ｃｕ）などの金属材料で形成された突起に接合される。この際，突起の接合部分に金（Ａｕ），ニッケル（Ｎｉ）などの金属薄膜を形成すると，接合信頼性の向上を図ることができる。
【００３６】
（６）上記した半導体装置を，外部端子を介してプリント配線基板に実装した半導体実装構造体において，プリント配線基板の接合パッドと外部端子との外部端子配列方向の接合面積を，前記突起と外部端子との外部端子配列方向の接合面積より大きくなるように半導体実装構造体を構成する。
【００３７】
（７）また，上記した半導体装置を，外部端子を介してプリント配線基板に実装した半導体実装構造体において，プリント配線基板の接合パッドと外部端子との接合部周囲を樹脂で覆って半導体実装構造体を構成する。
【００３８】
上記した半導体装置では，ランドに形成した突起の一部を外部端子内部に突出させ，この突出した部分で突起と外部端子を接合する。これによって，半導体装置側接合部近傍の外部端子に発生する熱ひずみの低減を図ることができる。また，外部端子を接合するランドとパッシベーション膜との間に弾性係数の小さな第１の保護膜を介在させることによって，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。しかし，半導体装置側およびプリント配線基板側の各接合部に発生するひずみを比較した場合，半導体装置に形成されている低弾性の第１の保護膜に隣接し，さらに上記突起が形成され
ている半導体装置側よりプリント配線基板側の接合部に発生するひずみが相対的に大きくなる傾向がある。そのため，上記した半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体においては，さらに信頼性を向上するために，プリント配線基板側の接合部に発生するひずみを低減する必要がある。本願では，プリント配線基板の接合パッドと外部端子との外部端子配列方向の接合面積を，前記突起と外部端子との外部端子配列方向の接合面積より大きくなるように構成する。外部端子の接合部分に発生するひずみは，接合部分の面積が大きくなるとともに減少する。これは接合面積を拡大するために半導体装置のランド，あるいはプリント配線基板の接合パッドのサイズを大きくすると，接合部分の剛性が増大することになり，はんだの変形量が減少するためである。上記したように，プリント配線基板側の接合面積を半導体装置側より大きくすると，プリント配線基板側の接合部に発生するひずみを低減し，パッケージ側接合部のひずみとの差異を小さくすることができる。これによって半導体実装構造体の信頼性を全体として向上することが可能になる。
【００３９】
また，プリント配線基板の接合パッドと外部端子との接合部周囲を樹脂で覆うようにする。上記接合部分に発生するひずみは，外部端子と樹脂との界面にも分散するようになり，外部端子と接合パッドの接合部分に発生するひずみが低減する。これによってパッケージ側接合部とプリント配線側接合部に発生するひずみの差異を小さくでき，半導体実装構造体の信頼性を全体として向上することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明による半導体装置の第１の実施例を示す断面図である。また，図２は図１に示した半導体装置の保護膜の一部を取り除いた状態での平面図である。なお，図１の断面図は，図２に示すＡ−Ａ断面位置における断面を示している。
【００４１】
図１および図２に示すように，第１の実施例である半導体装置は，半導体素子１と，半導体装置表面１ａ上のパッド２表面が露出するように形成されているパッシベーション膜３と，パッド２に接続する導電性配線４と，導電性配線４に連なるランド５と，保護膜７と，ランド５に設けられた突起６と，外部端子８とを備えている。
【００４２】
パッド２は半導体素子表面１ａの中央部分に縦列に配置されており，パッド２に接続される導電性配線４は半導体素子表面１ａ上で突起６が形成されているランド５まで引き延ばされている。保護膜７は，半導体素子表面１ａ上においてパッシベーション膜３と導電性配線４とランド５および突起６の一部を覆うとともに，ランド５とパッシベーション膜３の間にも設けられており，保護膜の介在部７ａを形成している。突起６の一部は保護膜７より突出しており，この突出部分６ａと外部端子８とが接合されている。半導体素子１のパッド２と外部端子８は，導電性配線４，ランド５，突起６を経由して電気的に接続されている。
【００４３】
導電性配線４には，銅（Ｃｕ）あるいはアルミ（Ａｌ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ）などの材料が単独もしくは複数の材料を用いた合金の状態で用いられる。また，表面にニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ）などのメッキを施す場合もある。導電性配線４に連なるランド５も上記導電性配線と同じ材料で形成する。
【００４４】
外部端子８には，はんだ材料（例えばＰｂ−Ｓｎ系共晶はんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ）などを使用し，球状のはんだ材もしくはペースト状のはんだ材を突起の突出部６ａ上に載置した後，はんだを溶融させてランド５と接合させる。
【００４５】
保護膜７には液状あるいはフィルム状のポリイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，アクリル変成エポキシ樹脂，ゴムを配合したエポキシ樹脂，シリコーン樹脂などが用いられる。
導電性配線４およびランド５に用いる材料の弾性係数は，例えば銅（Ｃｕ）の場合は１１０ＧＰａ程度である。保護膜７に用いることができる例えばポリイミド樹脂の室温における弾性係数は１〜９ＧＰａ程度であり，保護膜７を形成する材料の弾性係数は，ランド５を形成する材料より小さくなっている。なお，保護膜７の弾性係数は，材料の選択によってさらに小さくすることが可能である。
【００４６】
以上のように，第１の実施例における半導体装置によれば，ランド５に形成した突起６の突出部６ａに外部端子８が接合されていると，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合，半導体装置側の突起６と外部端子８の接合部近傍における外部端子８の変形が突起６によって拘束され，変形量を小さくすることができる。これによって，半導体装置側接合部近傍の外部端子８に発生する熱ひずみを小さくすることができる。
【００４７】
また，ランド５と半導体素子表面１ａ上のパッシベーション膜３との間に保護膜７の介在部７ａを設けることによって，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子８に発生する変形を，ランド５の構成材料より低弾性である保護膜の介在部７ａの変形によって緩和することができ，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。
【００４８】
これらによって，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合の，外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を実現することができる。
【００４９】
さらに，第１の実施例における半導体装置によれば，半導体素子表面1ａに導電性配線４を形成し，パッド２とは離れた個所に設けたランド５上の突起６と外部端子８を接続するため，外部端子８の接合部分からパッド２までの距離を長くすることができる。これによって，外部端子８の接合部分より半導体装置内部に水分が浸入しても，パッド２まで水分が浸入するのを防止することができ，パッド２の腐食による電気的導通不良の発生を抑止することが可能となる。
【００５０】
また，外部端子８を接合するランド５をパッド２上から離れた個所に形成することによって，ランド５のサイズをパッド２より大きくすることができ，外部端子８とランド５あるいは本実施例に示した突起６との接合面積を大きくすることが可能となる。接合面積が大きくなると半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子接合部に発生するひずみを広い面積で負担するようになるため，き裂発生の起点となる接合部端部のひずみを低減できる効果も得られる。
【００５１】
ランド５上に形成した突起６の突出部６ａと外部端子８との接合は，外部端子８の材料として用いられるはんだ材料を溶融させて行う。この際突起６と外部端子８との接合性を向上させるため，突起６の接合箇所である突出部６ａに金属薄膜をメッキなどにより形成しても良い。金属薄膜には金（Ａｕ），ニッケル（Ｎｉ）などの材料を用いる。
【００５２】
図２は図１に示した第１の実施例における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
パッド２と，パッド２の一部を露出させて半導体素子表面１ａを覆うパッシベーション膜３が形成された半導体素子１の表面１ａ（ａ）に，ポリイミド樹脂などの保護膜７をポッティング法，印刷法，あるいはフィルム状材料の貼付けなどによって形成する（ｂ）。導電性配線３をパッド２から保護膜７の表面上まで形成し，これと同時に保護膜７の表面上にランド５を設ける（ｃ）。導電性配線３およびランド５はメッキ法あるいはスパッタ法によって形成する。半導体素子表面１ａ上に設けられた保護膜７はランド５と半導体素子表面１ａの間であって，保護膜の介在部７ａとなる。さらに半導体素子１ａ表面上の導電性配線４とランド５とを覆うように保護膜７を形成し（ｄ），ランド５の表面が露出するように保護膜７に表面７ｂから開口部１３を形成する（ｅ）開口部１３の形成には，開口部１３の非形成領域をマスクで覆い，エッチング法によって開口部１３を形成した後にマスクを除去する方法あるいはレーザーによる孔形成法などを用いる。開口部１３に銅（Ｃｕ）などの金属材料をスパッタ法あるいはメッキ法によって充てんし，ランド５上に突起６を形成する（ｆ）。保護膜７を表面７ｂからエッチングなどによって削り取り，突起６の一部を保護膜７の表面７ａから突出させ突出部６ａを形成し（ｇ），突起６の突出部６ａとはんだ材料からなる外部端子８を接合し（ｈ），所定のサイズに切断して，第１の実施例に示した半導体装置を得る。
上記図２に示した半導体装置の製造方法は，ウエハ状態で半導体素子を製造するのと同様の製造方法である。
【００５３】
なお，保護膜７には半導体素子のサイズや外部端子の端子配置と端子数に応じて選択した弾性係数を有する上記材料などを使用するが，保護膜の介在部７ａの変形によって接合部に発生するひずみの緩和効果を高めるためには，弾性係数の小さな材料，好ましくは０．５ＧＰａ〜３ＧＰａの範囲内にある材料を用いる。さらにこれらは低温（−５０℃程度）において上記弾性係数の値を有していることが望ましい。さらに，ひずみ低減効果を得るためには，図１（ａ）に示す介在部７ａの厚さａをある程度確保することが必要である。ランド５とパッシベーション膜の間に介在する保護膜の介在部７ａの厚さは，保護膜７に用いる材料の弾性係数によって変えることが望ましく，保護膜７の弾性係数が大きくなるとともに，介在部７ａは厚く形成する必要がある。例えば上記したポリイミド樹脂を保護膜７として使用する場合は，ポリイミド樹脂の中から弾性係数が１ＧＰａ〜３ＧＰａ程度である材料を選択して使用するのが望ましく，この場合の介在部７ａの厚さは２０μｍ以上にすることが望ましい。
また，保護膜７の構成は単一の材料から構成されていても良いし，複数の材料の層状構成であっても良い。この場合でも，保護膜全体としての弾性係数の値は上記範囲（０．５ＧＰａ〜３ＧＰａ）にあることが望ましい。
【００５４】
図３は，図１に示した第１の実施例における半導体装置を，プリント配線基板に実装した本発明による半導体実装構造体の第１の実施例を示す断面図である。
図３に示した半導体装置１２は，外部端子８が設けられた平面側をプリント配線基板９と対向させ，プリント配線基板９の表面に設けられている接合パッド１０と外部端子８を接合することによってプリント配線基板と機械的および電気的で接続される。なお，プリント配線基板９表面の接合パッド１０が形成されていない部分には，プリント配線基板９の図示されていない内部配線を保護するためのレジスト膜１１が形成されている。
プリント配線基板９には，エポキシ樹脂を基材としてガラス布を配合したガラス／エポキシ基板（例えばＦＲ−４）が代表的であるが，エポキシ樹脂の代わりにＢＴ樹脂，アラミド樹脂などを用いた基板も使用される。
【００５５】
図３に示すランド５上に設けた突起６の外部端子８と接合する突出部６ａの高さをｂ，プリント配線基板９の接合パッド１０が外部端子８と接合する高さをｃとした場合，第１の実施例における半導体装置ではｂ≧ｃとするのが望ましい。
上記した第１の実施例における半導体装置のように，ランド５上に設けた突起６の一部を外部端子８内部に突出させて接合すると，この部分に発生するひずみを低減することができる。同様に，プリント配線基板９側の接合部でも接合パッド１０が外部端子８内部に突出した状態で接合することによって，接合部に発生するひずみを低減することが可能となる。
【００５６】
図１に示したようなランド５上の突起６および保護膜の介在部７ａを形成していない半導体装置をプリント配線基板に実装すると，プリント配線基板の線膨張係数が外部端子８に用いられるはんだ材料の線膨張係数に近いことと，プリント配線基板は半導体素子１が大部分を占める半導体装置より低弾性であることから，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみが半導体装置側に発生するひずみより小さくなる。上記した第１の実施例における半導体装置では，ランド５に形成した突起６と外部端子８を接合することによって，接合部分の剛性を大きくし，半導体装置側の接合部に発生するひずみを低減する。これとともに，半導体装置側，プリント配線基板側の両接合部に発生するひずみの差異を小さくすることができる。しかし，プリント配線側接合部において，接合パッド１０が外部端子８内部への突出して接合する高さｃを大きくすると，プリント配線基板側接合部のひずみは低減するが，相対的に半導体装置側接合部のひずみが増加することになる。したがって，突出部６ａの高さｂを，プリント配線基板９の接合パッド１０が外部端子８と接合する高さをｃと同等，あるいは大きくした場合に，両接合部に発生するひずみの差異を小さくすることができ，全体として信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００５７】
また，本発明による半導体実装構造体の第１の実施例では，プリント配線基板９の接合パッド１０と外部端子８の平面方向，すなわち外部端子配列方向の接合面積を，半導体装置１２のランド５上に設けた突起６の外部端子８と接合する突出部６ａの接合面積より大きくするのが望ましい。本実施例では，突起６および接合パッド１０の平面形状を円形としており，プリント配線基板側の接合面積を半導体装置側より大きくするため，突起６の突出部６ａの直径をｄ，プリント配線基板９の接合パッドの直径をｅとすると，ｅ>ｄとなるようにする。
【００５８】
プリント配線基板側の接合面積を半導体装置側より大きくすることによって，接合パッド１０の剛性が増加し，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみを低減することができる。そして，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみと，突起６の突出部６ａとの接合によって低減した半導体装置側の外部端子接合部に発生するひずみとの差異を小さくすることができる。これによって，温度変化が加わった場合の，半導体装置側，プリント配線基板側両方の外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，全体として信頼性の高い半導体実装構造体を実現することができる。
【００５９】
図４は，図１に示した半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体の他の様態を示す断面図である。
図４に示す本半導体実装構造体では，プリント配線基板９の半導体装置実装面９ａに，少なくとも外部端子８と接合パッド１０の接合部分周囲を覆うように補強樹脂１４を設けている。
【００６０】
補強樹脂１４には，エポキシ樹脂あるいはエポキシ樹脂にシリカ粒子を充てんした材料などが用いられる。補強樹脂１４の形成は，半導体装置２０をプリント配線基板９に実装した後，液状の樹脂をプリント配線基板表面９ａに流し込み，加熱，硬化させることによって行う。
【００６１】
以上のように，プリント配線基板９の接合パッド１０と外部端子８の接合部分を補強樹脂１４で覆うことにより，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみを補強樹脂１４で緩和することができ，発生するひずみが減少する。プリント配線基板側の外部端子接合部のひずみが減少すると，突起６の突出部６ａと外部端子８の接合，および保護膜の介在部７ａの形成とによって減少した半導体装置側の外部端子接合部に発生するひずみとの差異がなくなり，半導体装置全体として外部端子接合部に発生するひずみを小さくすることが可能になる。
これによって，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合の，外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を実現することができる。
【００６２】
図５は本発明による半導体装置の第２の実施例を示す断面図である。
図５に示す本発明の第２の実施例である半導体装置の基本的な構成は，図１に示した第１の実施例と同じであるが，第１の実施例と異なる点は，突起６の保護膜７で囲まれた部分６ｂが，外部端子８との接合部である突出部６ａより細くなっていおり，これによって，突起６の突出部６ａの投影面内には，保護膜７の介在部７ｃを形成したことである。
【００６３】
第２の実施例における半導体装置によれば，突出部６ａの投影面内に保護膜７の介在部７ｃを設けることによって，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子８に発生する変形を，ランド５の構成材料より低弾性である保護膜７の介在部７ｃの変形によって緩和することができ，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。
これによって，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合の，外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を実現することができる。
【００６４】
ランド５上に形成した突起６の突出部６ａと外部端子８との接合は，外部端子８の材料として用いられるはんだ材料を溶融させて行う。この際突起６と外部端子８との接合性を向上させるため，突起６の接合箇所である突出部６ａに金属薄膜をメッキなどにより形成しても良い。金属薄膜には金（Ａｕ），ニッケル（Ｎｉ）などの材料を用いる。
【００６５】
図６は図５示した第２の実施例における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
パッド２と，パッド２の一部を露出させて半導体素子表面１ａを覆うパッシベーション膜３が形成された半導体素子１の表面１ａに（ａ），導電性配線４をパッド２から保護膜７の表面上までメッキ法あるいはスパッタ法によって形成し，これと同時に保護膜７の表面上にランド５を設ける（ｂ）。導電性配線４とランド５とパッシベーション膜３を覆うように，保護膜７をポッティング法，印刷法あるいは張り付け法によって形成する（ｃ）。さらに，ランド５の表面が露出するように保護膜７に表面７ｂから開口部１３をレーザーあるいはエッチング等によって形成する（ｄ）。開口部１３および保護膜７の表面７ｂに銅（Ｃｕ）などの金属材料１８をスパッタ法あるいはメッキ法によって形成する（ｅ）開口部１３内部の金属材料は，突起６となる。保護膜７の表面７ｂにレジスト膜１６を形成し（ｆ），不要な金属材料１８をエッチング等により除去し，突起６の突出部６ａを形成する（ｇ）。突出部６ａは保護膜７に覆われた突起６ｂ部分より平面方向のサイズが大きくなるように形成されており，突出部６ａと半導体素子表面１ａの間に保護膜の介在部７ｃが形成される。突起６の突出部６ａと外部端子８を接合し（ｈ），所定のサイズに切断して，第２の実施例に示した半導体装置を得る。
上記図６に示した半導体装置の製造方法は，ウエハ状態で半導体素子を製造するのと同様の製造方法である。
【００６６】
図５に示した第２の実施例による半導体装置を実装した半導体実装構造体においては，図３と同じように，プリント配線基板９の接合パッド１０と外部端子８の平面方向の接合面積を，半導体装置１２のランド５上に設けた突起６の外部端子８と接合する突出部６ａの接合面積より大きくする。本実施例では，突起６および接合パッド１０の平面形状を円形としており，プリント配線基板側の接合面積を半導体装置側より大きくするため，突起６の突出部６ａの直径をｄ，プリント配線基板９の接合パッドの直径をｅとすると，ｅ>ｄとなるようにする。
【００６７】
このような構成によって，接合パッド１０の剛性が増加し，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみを低減することができる。そして，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみと，突起６の突出部６ａとの接合によって低減した半導体装置側の外部端子接合部に発生するひずみとの差異を小さくすることができる。これによって，温度変化が加わった場合の，半導体装置側，プリント配線基板側両方の外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，全体として信頼性の高い半導体実装構造体を実現することができる。
【００６８】
また，図５に示した第２の実施例による半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体においては，図４と同じように，プリント配線基板９の半導体装置実装面９ａに，少なくとも外部端子８と接合パッド１０の接合部分周囲を覆うように補強樹脂１４を設けるのが望ましい。
【００６９】
以上のような構成により，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみを補強樹脂１４で緩和することができ，発生するひずみが減少する。プリント配線基板側の外部端子接合部のひずみが減少すると，突起６の突出部６ａと外部端子８の接合，および保護膜の介在部７ａの形成とによって減少した半導体装置側の外部端子接合部に発生するひずみとの差異がなくなり，半導体装置全体として外部端子接合部に発生するひずみを小さくすることが可能になる。
これによって，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合の，外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を実現することができる。
【００７０】
図７は本発明による半導体装置の第３の実施例を示す断面図である。
図７に示すように，本発明の第３の実施例である半導体装置は，半導体素子１と，半導体装置表面１ａ上のパッド２表面が露出するように形成されているパッシベーション膜３と，パッド２に接続する導電性配線４と，導電性配線４に連なるランド５と，第１保護膜７および第２保護膜１５と，外部端子８とを備えている。
【００７１】
パッド２は半導体素子表面１ａの中央部分に配置されており，パッド２には導電性配線４が接続している。導電性配線４は，パッド２に接続し，半導体素子表面１ａ上に配置されている第１導電性配線４ａと，ランド５に接続している第２導電性配線４ｂとから構成されている。第１保護膜７は，半導体素子表面１ａ上においてパッシベーション膜３と第１導電性配線４ａと第２導電性配線４ｂの一部を覆うように設けられている。第２保護膜１５は，第２導電性配線４ｂと，ランド５の外部端子接合面５ａを除く部分を覆っている。第１導電性配線４ａと第２導電性配線４ｂは，第１保護膜７を介して層状に配置されており，第２導電性配線に連なるランド５とパッシベーション膜３の間には，第１保護膜の介在部７ａが形成されている。外部端子８はランドの外部端子接合面５ａに接合される。半導体素子１のパッド２と外部端子８は，導電性配線４，ランド５を経由して電気的に接続されている。第１導電性配線４ａと第２導電性配線４ｂは，第２導電性配線４ｂの一部であって第１保護膜７の厚さ方向に延びるように形成した垂直配線４ｃによって電気的に接続されている。
【００７２】
導電性配線４には，銅（Ｃｕ）あるいはアルミ（Ａｌ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ）などの材料が単独もしくは複数の材料を用いた合金の状態で用いられる。また，表面にニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ）などのメッキを施す場合もある。導電性配線４に連なるランド５も上記導電性配線と同じ材料で形成する。
【００７３】
外部端子８には，はんだ材料（例えばＰｂ−Ｓｎ系共晶はんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ）などを使用し，球状のはんだ材もしくはペースト状のはんだ材をランド５の外部端子接合面５ａ上に載置した後，はんだを溶融させてランド５と接合させる。
【００７４】
第１保護膜７には液状あるいはフィルム状のポリイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，アクリル変成エポキシ樹脂，ゴムを配合したエポキシ樹脂，シリコーン樹脂などが用いられる。
第２保護膜１５には液状あるいはフィルム状のポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，ガラス等のフィラーを充てんしたエポキシ樹脂などが用いられる。
【００７５】
導電性配線４およびランド５に用いる材料の弾性係数は，例えば銅（Ｃｕ）の場合は１１０ＧＰａ程度である。第１保護膜７に用いることができる例えば上記ポリイミド樹脂の室温における弾性係数は１〜９ＧＰａ程度であり，第１保護膜７を形成する材料の弾性係数は，ランド５を形成する材料より小さくなっている。なお，第１保護膜７の弾性係数は，材料の選択によってさらに小さくすることが可能である。
【００７６】
図８は，図７に示した第４の実施例における半導体装置を，プリント配線基板に実装した半導体実装構造体の断面図である。
図７に示した半導体装置１２は，外部端子８が設けられた平面側をプリント配線基板９と対向させ，プリント配線基板９の表面に設けられている接合パッド１０と外部端子８を接合することによってプリント配線基板と機械的および電気的で接続される。
【００７８】
外部端子８には，はんだ材料（例えばＰｂ−Ｓｎ系共晶はんだ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ）などを使用し，球状のはんだ材もしくはペースト状のはんだ材をランド５の外部端子接合面５ａ上に載置した後，はんだを溶融させてランド５と接合させる。
【００７９】
第１保護膜７には液状あるいはフィルム状のポリイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，アクリル変成エポキシ樹脂，ゴムを配合したエポキシ樹脂，シリコーン樹脂などが用いられる。
第２保護膜１５には液状あるいはフィルム状のポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，ガラス等のフィラーを充てんしたエポキシ樹脂などが用いられる。
【００８０】
導電性配線４およびランド５に用いる材料の弾性係数は，例えば銅（Ｃｕ）の場合は１１０ＧＰａ程度である。第１保護膜７に用いることができる例えば上記ポリイミド樹脂の室温における弾性係数は１〜９ＧＰａ程度であり，第１保護膜７を形成する材料の弾性係数は，ランド５を形成する材料より小さくなっている。なお，第１保護膜７の弾性係数は，材料の選択によってさらに小さくすることが 以上のように，第３の実施例における半導体装置によれば，第１導電性配線４ａと第２導電性配線４ｂを層状に配置することによって，ランド５と半導体素子表面１ａ上のパッシベーション膜３との間に第１保護膜７の介在部７ａを設けることができる。これによって，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子８に発生する変形を，ランド５の構成材料より低弾性である保護膜７の介在部７ａの変形によって緩和することができ，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。
【００８１】
したがって，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合の，外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を実現することができる。
【００８２】
第１保護膜７は，外部端子８に発生する熱ひずみを低減するため，上記した材料のうち，比較的低弾性の材料を選択する。一方，第２保護膜１５は，第１保護膜７を構成する材料より弾性係数の大きな材料で構成するのが望ましい。
【００８３】
一般に樹脂材料では，弾性係数が小さくなると，線膨張係数が大きくなる傾向がある。図７に示した半導体装置が温度変化を受けると，弾性係数の小さな第１保護膜７には，収縮と膨張による変形が生じるようになる。この変形によって，第１保護膜７に接する導電性配線４にも変形が生じ，導電性配線４とパッド２の接合部，あるいは導電性配線４の屈曲部などで断線が発生する可能性がある。導電性配線４の上部に接する第２保護膜１５を第１保護膜７より弾性係数の大きな材料で構成することにより，第２保護膜１５による導電性配線４の変形拘束力が増加する。これによって，導電性配線４の変形量を減少でき，断線の発生を防止することができる。
【００８４】
図９は本発明による半導体装置の第４の実施例を示す断面図である。
図９において，半導体装置の構成は図７に示した第４の実施例の半導体装置とほぼ同じでるが，異なる点はランド５上に突起６を形成し，第２保護膜１５より突出した突出部６ａと外部端子８を接合したことにある。
【００８５】
図１０は，図９に示した第４の実施例における半導体装置を，プリント配線基板に実装した半導体実装構造体の断面図である。
図１０に示した半導体装置１２は，外部端子８が設けられた平面側をプリント配線基板９と対向させ，プリント配線基板９の表面に設けられている接合パッド１０と外部端子８を接合することによってプリント配線基板と機械的および電気的で接続される。
【００８６】
以上のように，第４の実施例における半導体装置によれば，ランド５に形成した突起６の突出部６ａに外部端子８が接合されていると，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合，半導体装置側の突起６と外部端子８の接合部近傍における外部端子８の変形が突起６によって拘束され，変形量を小さくすることができる。これによって，半導体装置側接合部近傍の外部端子８に発生する熱ひずみを小さくすることができる。
【００８７】
また，ランド５と半導体素子表面１ａ上のパッシベーション膜３との間に第１保護膜７の介在部７ａを設けることによって，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって外部端子８に発生する変形を，ランド５の構成材料より低弾性である保護膜の介在部７ａの変形によって緩和することができ，半導体装置側およびプリント配線基板側両方の接合部に発生するひずみを低減することができる。
【００８８】
これらによって，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合の，外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を実現することができる。
【００８９】
図１１は図９示した第４の実施例における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。なお，図７に示した第３の実施例による半導体装置も，図１１に示す方法から突起６を形成する工程を省くことによって製造することができる。
【００９０】
パッド２と，パッド２の一部を露出させて半導体素子表面１ａを覆うパッシベーション膜３が形成された半導体素子１の表面１ａに（ａ），パッド２に接続した第１導電性配線４ａをメッキ法あるいはスパッタ法によって形成する（ｂ）。第１導電性配線４ａとパッシベーション膜３を覆うように，第１保護膜７をポッティング法，印刷法あるいは張り付け法によって形成する（ｃ）。第１保護膜７の表面７ｂから第１導電性配線４ａの表面に達する開口部１３をレーザーあるいはエッチング等によって形成する（ｄ）。開口部１３および第１保護膜７の表面７ｂに銅（Ｃｕ）などの金属材料１８をスパッタ法あるいはメッキ法によって形成する（ｅ）。開口部１３内の金属材料は，垂直配線４ｃとなる。第１保護膜７の表面７ｂに形成した金属材料１８の不要部分をエッチング等で除去し，第２導電性配線４ｂと，これと同時にランド５を形成する（ｆ）。第１保護膜７の表面７ｂに第２導電性配線４ｂとランド５を覆う第２保護膜１５を形成し（ｇ），ランド５の外部端子接合面５ａが露出するように保第２護膜１５に開口部１３を形成する（ｈ）。この開口部１３の内部に銅（Ｃｕ）などを充てんし，突起６を形成し（ｉ），第２保護膜１５の表面をエッチング等によって削り取って突起６の突出部６ａを形成する（ｊ）。突起６の突出部６ａと外部端子８を接合し（ｋ），所定のサイズに切断して，第４の実施例に示した半導体装置を得る。
上記図１１に示した半導体装置の製造方法は，ウエハ状態で半導体素子を製造するのと同様の製造方法である。
【００９１】
第３の実施例の半導体装置に示したランド５と外部端子の接合，および第４の実施例の半導体装置で示したランド上に形成した突起６と外部端子８との接合は，外部端子８の材料として用いられるはんだ材料を溶融させて行う。この際，ランド５あるいは突起６と外部端子８との接合性を向上させるため，突起６の接合箇所である突出部６ａに金属薄膜をメッキなどによって形成しても良い。金属薄膜には金（Ａｕ），ニッケル（Ｎｉ）などの材料を用いる。
【００９２】
なお，第１保護膜７には半導体素子のサイズや外部端子の端子配置と端子数に応じて選択した弾性係数を有する上記のような材料を使用するが，第１保護膜の介在部７ａの変形によって接合部に発生するひずみの緩和効果を高めるためには，弾性係数の小さな材料，好ましくは０．５ＧＰａ〜３ＧＰａの範囲内にある材料を用いる。さらにこれらは低温（−５０℃程度）において上記弾性係数の値を有していることが望ましい。さらに，ひずみ低減効果を得るためには，図７および図９に示す介在部７ａの厚さａをある程度確保することが必要である。ランド５とパッシベーション膜の間に介在する第１保護膜の介在部７ａの厚さは，第１保護膜７に用いる材料の弾性係数によって変えることが望ましく，第１保護膜７の弾性係数が大きくなるとともに，介在部７ａは厚く形成する必要がある。例えば上記したポリイミド樹脂を第１保護膜７として使用する場合は，ポリイミド樹脂の中から弾性係数が１ＧＰａ〜３ＧＰａ程度ある材料を選択して使用するのが望ましく，この場合の介在部７ａの厚さは２０μｍ以上にすることが望ましい。
【００９３】
また，第１保護膜７の構成は単一の材料から構成されていても良いし，複数の材料の層状構成であっても良い。この場合でも，保護膜全体としての弾性係数の値は上記範囲（０．５ＧＰａ〜３ＧＰａ）にあることが望ましい。
【００９４】
図１２は，図９に示した第４の実施例による半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体の断面図であり，プリント配線基板９の接合パッド１０と外部端子８の平面方向，すなわち外部端子配列方向の接合面積を，半導体装置１２のランド５上に設けた突起６の外部端子８と接合する突出部６ａの接合面積より大きくしている。図１２では，突起６および接合パッド１０の平面形状を円形としており，プリント配線基板側の接合面積を半導体装置側より大きくするため，突起６の突出部６ａの直径をｄ，プリント配線基板９の接合パッドの直径をｅとすると，ｅ>ｄとなるようにする。
【００９５】
以上のように，プリント配線基板側の接合面積を半導体装置側より大きくすることによって，接合パッド１０の剛性が増加し，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみを低減することができる。そして，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみと，突起６の突出部６ａとの接合によって低減した半導体装置側の外部端子接合部に発生するひずみとの差異を小さくすることができる。これによって，温度変化が加わった場合の，半導体装置側，プリント配線基板側両方の外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，全体として信頼性の高い半導体実装構造体を実現することができる。
【００９６】
さらに，図１３は，図９に示した第４の実施例による半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体の断面図であり，プリント配線基板９の半導体装置実装面９ａには，少なくとも外部端子８と接合パッド１０の接合部分周囲を覆うように補強樹脂１４が設けられている。
【００９７】
補強樹脂１４には，エポキシ樹脂あるいはエポキシ樹脂にシリカ粒子を充てんした材料などが用いられる。補強樹脂１４の形成は，半導体装置１２をプリント配線基板９に実装した後，液状の樹脂をプリント配線基板表面９ａに流し込み，加熱，硬化させることによって行う。
【００９８】
以上のように，プリント配線基板９の接合パッド１０と外部端子８の接合部分を補強樹脂１４で覆うことにより，プリント配線基板側の外部端子接合部に発生するひずみを補強樹脂１４で緩和することができ，発生するひずみが減少する。プリント配線基板側の外部端子接合部のひずみが減少すると，突起６の突出部６ａと外部端子８の接合，および第１保護膜の介在部７ａの形成とによって減少した半導体装置側の外部端子接合部に発生するひずみとの差異がなくなり，半導体装置全体として外部端子接合部に発生するひずみを小さくすることが可能になる。
【００９９】
これによって，半導体装置をプリント配線基板に実装した状態で温度変化が加わった場合の，外部端子接合部で発生する断線不良を防止することが可能となり，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を実現することができる。
【０１００】
図１４は，図７および図９に示した本発明による半導体装置の他の様態を示す断面図である。
図１４（ａ）に示した半導体装置の基本構成は図７に示した半導体装置と同じであり，また図１４（ｂ）に示した半導体装置の基本構成は図９に示した半導体装置と同じであるが，異なる点は半導体素子表面１ａのパッシベーション膜３と第１導電性配線４ａとの間に第３保護膜１７を設けていることである。
【０１０１】
第３保護膜１７には，液状あるいはフィルム状のポリイミド樹脂，特に感光性のポリイミド樹脂や，ポリエーテルイミド樹脂，エポキシ樹脂，アクリル変成エポキシ樹脂，ゴムを配合したエポキシ樹脂，シリコーン樹脂などが用いられる。第３保護膜膜１７は，上記した樹脂材料を印刷，ポッティング，スピンコート，あるいはフィルム状にした貼付けなどによって形成する。
【０１０２】
図１４のようにパッシベーション膜３と第１導電性配線との間に第３保護膜１７を設けることによって，半導体素子１内部に形成されている図示されていない回路配線と第１導電性配線４ａの間に生じる電気容量に起因して発生する信号ノイズの発生を防止することができる。
【０１０３】
第３保護膜１７は，半導体素子１内部に形成されている回路配線と第１導電性配線４ａの間に生じる電気容量を小さくするために，厚く形成することが望ましい。第３保護膜１７の厚さは，半導体素子の性能や内部の回路配線の配置によって適宜選択することが必要であるが，１０μm程度の厚さを確保する必要がある。
【０１０４】
これまで示したランド５に突起６を形成する半導体装置においては，図１５に示すように，ランド５の平面方向のサイズｇを突起６のサイズｄより大きくし，ランド５の端部５ｂが突起６の側面６ｃより外側へ突出するように形成するのが望ましい。
【０１０５】
温度変化が加わったことによって外部端子８に発生する熱ひずみは，剛性の大きな突起６による外部端子８の変形拘束によって低減するが，半導体装置とプリント配線基板の線膨張係数差によって生じる変形は突起６自体に作用するようになる。突起６の変形は突起６が形成されているランド５と保護膜７の界面に応力を発生させ，特にランド５の端部５ｂに応力が集中し，この部分から保護膜７の割れが発生することがある。この保護膜７の割れを防止するため，ランド端部５ｂを突起側面６ｃより外側に位置するようにする。これによって，ランド５と保護膜７の接触面積が増加し，両者の界面に発生する応力を広い面積で分担するようになるため，ランド端部５ｂに集中する応力を緩和できるようになる。
【０１０６】
また，これまで示した半導体装置では，半導体素子１のパッド２が半導体素子１の中央部分に配置されている実施例を例としていた。半導体素子１のパッド２の配置は，半導体素子１の中央部分に限定されるものではなく，図１６に示すように，半導体素子の端部１ｂ近傍に配置しても良い。図１６に示した半導体装置では，半導体素子１の端部１ｂ近傍に配置されたパッド２から半導体素子内部方向に導電性配線４が引き延ばされ，パッド２とパッシベーション膜３と導電性配線４に連なるランド５を覆う保護膜７が形成されている。ランド５上には突起６が形成されており，外部端子８は突起６の突出部６ａに接合されている。
半導体素子１の端部１ｂ近傍にパッド２を設ける構造は，比較的入出力信号の数が多い半導体素子１を用いて半導体装置を構成する場合に適している。
【０１０７】
半導体装置のランド５に形成した突起６の突出部６ａに外部端子８を接合した場合の熱ひずみ低減効果を確認するため，有限要素法による熱ひずみの解析を行った。ランド５と半導体素子表面１ａ間の保護膜６の厚さを５μｍ，突出部６ａの直径および接合パッドの直径をφ２５０μｍ，プリント配線基板の材質は，ガラス布が配合されたエポキシ樹脂基板（ＦＲ-４相当）とし，１２５℃から-５５℃の温度変化を与えた。その結果、表１に示すように外部端子８に発生する熱ひずみは，突起６を形成しない場合は３．４％であるのに対して，突起６形成によって２．７％まで低減することができる。
【０１０８】
【表１】

【０１０９】
また，外部端子８を接合するプリント配線基板の接合パッドサイズを同じく外部端子８を接合する半導体装置側の接合部（または突出部６ａ）のサイズより大きくした場合の熱ひずみの関係を有限要素法による解析で求めた。その結果、表２で示すように、接合パッドの直径ｅと半導体装置側の接続部の直径ｄが同じで，突起６が形成されていない場合は，プリント配線基板側に発生するひずみと半導体装置側に発生するひずみの差異は大きくなる。突起６を形成して外部端子８を接合し，さらに接合パッドの直径ｅを突出部６ａの直径ｄより大きくすることによって，プリント配線基板側及び半導体装置側に発生するひずみの差異を小さくすることができる。
【０１１０】
【表２】

【０１１１】
【発明の効果】
本発明によれば，半導体装置をプリント配線基板に実装した後に，半導体装置とプリント配線基板との線膨張係数差によって外部端子に生じるひずみを低減することができるので，外部端子の破断発生を防止することができる。これによって，信頼性の高い半導体装置および半導体実装構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体装置の断面図および保護膜の一部を取り除いた状態での平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する部分断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体の他の様態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る半導体装置の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する部分断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係る半導体装置の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体を示す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係る半導体装置の断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係る半導体装置をプリント配線基板に実装した半導体実装構造体を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する部分断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係る半導体装置を搭載した半導体実装構造体の他の様態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係る半導体装置を搭載した半導体実装構造体のさらに他の様態を示す断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施例に係る半導体装置の他の様態を示す断面図である。
【図１５】ランドサイズと突起サイズの関係を説明するための半導体装置の断面図である。
【図１６】半導体素子の端部近傍にパッドが形成された半導体装置の例を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…半導体素子，１ａ…半導体素子表面，１ｂ…半導体素子側面，２…パッド，３…パッシベーション膜，４…導電性配線，４ａ…第１の導電性配線，４ｂ…第２の導電性配線，４ｃ…垂直配線，５…ランド，５ａ…外部端子接合面，５ｂ…ランド端部，６…突起，６ａ…突起６の突出部，６ｂ…突起６の保護膜に覆われた部分，６ｃ…突起６の側面，７…保護膜（第１保護膜），７ａ，７ｃ…保護膜（第１保護膜）の介在部，７ｂ…保護膜（第１保護膜）の表面，８…外部端子，９…プリント配線基板，９ａ…プリント配線基板の表面，１０…接合パッド，１１…レジスト，１２…半導体装置，１３…開口部，１４…補強樹脂，１５…第２保護膜，１６…レジスト，１７…第３保護膜，１８…金属材料。

Claims (7)

1. パッドが形成された半導体基板と、
   この半導体基板のパッド形成面側に形成されたパッシベーション膜と、
   前記パッシベーション膜の前記半導体基板側とは反対側に形成される絶縁性の保護膜と、
   前記パッシベーション膜とは前記保護膜を介して形成され、前記パッドとは導電性配線により接続される外部端子接続用のランドとを備え、
   前記ランドの前記外部端子が接続される部分には突起が形成されており、
   前記保護膜は、前記突起の一部及び前記ランドを覆い、
   前記突起は前記保護膜から突出しており、
   前記外部端子ははんだであり、前記保護膜から突出した前記突起が前記外部端子の内部に突出するように接合されていることを特徴とする半導体装置。
2. パッドが形成されたシリコン基板と、
   このシリコン基板のパッド形成面側に形成されたパッシベーション膜と、
   前記シリコン基板のパッド形成面側に形成された外部端子接続用のランドと、
   前記パッドと前記ランドを接続する配線とを備えた半導体装置において、
   前記パッシベーション膜と前記ランドとの間には絶縁性の保護膜が介在しており、 前記ランドの前記シリコン基板側とは反対側の面には突起が形成されており、
   前記保護膜は、前記突起の一部及び前記ランドを覆い、
   前記突起は前記保護膜から突出しており、
   前記外部端子ははんだであり、前記保護膜から突出した前記突起が前記外部端子の内部に突出するように接合されていることを特徴とする半導体装置。
3. パッドが形成されたシリコン基板と、
   このシリコン基板のパッド形成面側に形成されたパッシベーション膜と、
   前記シリコン基板のパッド形成面側に形成された外部端子接続用のランドと、
   前記パッドと前記ランドを接続する配線とを備えた半導体装置において、
   前記配線は前記パッドと接する第１の配線と前記ランドに連なる第２の配線とを有しており、
   前記パッシベーション膜と前記ランドとの間には絶縁性の保護膜が形成されており、
   前記ランドの前記シリコン基板側とは反対側の面には突起が形成されており、
   前記保護膜は、前記突起の一部及び前記ランドを覆い、
   前記突起は前記保護膜から突出しており、
   前記外部端子ははんだであり、前記保護膜から突出した前記突起が前記外部端子の内部に突出するように接合されていることを特徴とする半導体装置。
4. パッドが形成された半導体基板と、
   この半導体基板のパッド形成面側に形成されたパッシベーション膜と、
   前記半導体装置のパッドに接続する導電性配線と、
   この導電性配線に連なるランドと、
   前記ランド上に形成した突起と、
   前記突起に接合された外部端子と、
   前記半導体基板と前記ランドとの間にあって前記ランドに接する第１の保護膜と、
   前記突起の一部及び前記ランドを覆い前記外部端子形成面側に露出面を有する第２の保護膜とを備え、
   前記突起は前記第２の保護膜から突出しており、
   前記外部端子ははんだであり、前記保護膜から突出した前記突起が前記外部端子の内部に突出するように接続されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４において、前記第２の保護膜を前記第１の保護膜より弾性係数の大きな材料で形成したことを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１、２、３、４、５のいずれかにおいて、前記突起は前記ランドの投影面内にあり、前記ランドの端部は突起の端部より外側に位置することを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１、２、３、４、５のいずれかにおいて、前記外部端子と前記突起は、前記突起表面に設けられた金属薄膜を介して接合されていることを特徴とする半導体装置。

Images