JPH11214447A - 半導体装置の実装構造及びその実装方法 - Google Patents
半導体装置の実装構造及びその実装方法Info
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- JPH11214447A JPH11214447A JP1383598A JP1383598A JPH11214447A JP H11214447 A JPH11214447 A JP H11214447A JP 1383598 A JP1383598 A JP 1383598A JP 1383598 A JP1383598 A JP 1383598A JP H11214447 A JPH11214447 A JP H11214447A
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- Japan
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- solder
- semiconductor device
- mounting
- bump
- voids
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/341—Surface mounted components
- H05K3/3431—Leadless components
- H05K3/3436—Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半田バンプが集中する熱応力を緩和して、半
田バンプの熱疲労破壊を防止することができる半導体装
置の実装構造及びその実装方法を提供する。 【解決手段】 半田バンプを有する半導体装置の実装構
造において、実装基板１３と、この実装基板１３の電極
上に実装される一様にボイド１４を有する半田バンプ１
５を有する半導体装置１１を具備する。
田バンプの熱疲労破壊を防止することができる半導体装
置の実装構造及びその実装方法を提供する。 【解決手段】 半田バンプを有する半導体装置の実装構
造において、実装基板１３と、この実装基板１３の電極
上に実装される一様にボイド１４を有する半田バンプ１
５を有する半導体装置１１を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、接続端子に半田バ
ンプが使用されている半導体装置の実装構造及びその実
装方法に関するものである。
ンプが使用されている半導体装置の実装構造及びその実
装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、接続端子に半田バンプが使用され
ているような半導体装置としては、以下に示すようなも
のがあった。図３及び図４はかかる従来の半導体装置の
半田バンプ部の断面図である。図３に示すように、半導
体装置１の半田バンプ５自身が溶融して実装基板３に接
続している場合や、図４に示すように、半導体装置１の
高融点半田バンプ６が低融点半田７が溶融することによ
り接続している場合があり、ともに共通して、バンプ内
部は金属が充填している。
ているような半導体装置としては、以下に示すようなも
のがあった。図３及び図４はかかる従来の半導体装置の
半田バンプ部の断面図である。図３に示すように、半導
体装置１の半田バンプ５自身が溶融して実装基板３に接
続している場合や、図４に示すように、半導体装置１の
高融点半田バンプ６が低融点半田７が溶融することによ
り接続している場合があり、ともに共通して、バンプ内
部は金属が充填している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の構造では以下に記すような問題点があった。半
田バンプ５，６，７付き半導体装置１を実装基板３上に
接続後、熱的な負荷が加わった場合、半導体装置１と実
装基板３の熱膨張係数の差により、熱応力が発生する。
この時、その熱応力は充填樹脂２によって殆どが緩和さ
れるが、充填樹脂２で緩和しきれない熱応力は、半田バ
ンプ５，６，７に集中し歪みを発生させる。この熱的な
負荷が何回か繰り返されると、歪みが溜まり、やがて半
田バンプ５，６，７は熱疲労破壊によって破断してしま
う。
た従来の構造では以下に記すような問題点があった。半
田バンプ５，６，７付き半導体装置１を実装基板３上に
接続後、熱的な負荷が加わった場合、半導体装置１と実
装基板３の熱膨張係数の差により、熱応力が発生する。
この時、その熱応力は充填樹脂２によって殆どが緩和さ
れるが、充填樹脂２で緩和しきれない熱応力は、半田バ
ンプ５，６，７に集中し歪みを発生させる。この熱的な
負荷が何回か繰り返されると、歪みが溜まり、やがて半
田バンプ５，６，７は熱疲労破壊によって破断してしま
う。
【０００４】本発明は、上記問題点を除去し、半田バン
プに集中する熱応力を緩和して、半田バンプの熱疲労破
壊を防止することができる半導体装置の実装構造及びそ
の実装方法を提供することを目的とする。
プに集中する熱応力を緩和して、半田バンプの熱疲労破
壊を防止することができる半導体装置の実装構造及びそ
の実装方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕半田バンプを有する半導体装置の実装構造におい
て、実装基板と、この実装基板の電極上に実装される一
様にボイドを有する半田バンプを有する半導体装置を具
備するようにしたものである。
成するために、 〔１〕半田バンプを有する半導体装置の実装構造におい
て、実装基板と、この実装基板の電極上に実装される一
様にボイドを有する半田バンプを有する半導体装置を具
備するようにしたものである。
【０００６】〔２〕半田バンプを有する半導体装置の実
装構造において、実装基板と、この実装基板の電極上に
正確に実装される高融点半田の電極となるバンプと、ボ
イドを有する低融点接続半田とを具備するようにしたも
のである。 〔３〕半田バンプを有する半導体装置の実装方法におい
て、実装基板の電極上に実装される半導体装置に半田の
電極を形成する際、ウェットバックの溶融温度を融点＋
２０℃以下１０℃以上にして、バンプ内に一様にボイド
を形成し、熱応力が負荷される時に前記バンプ内のボイ
ドにより、熱応力を緩和して、前記半導体装置を前記実
装基板に実装するようにしたものである。
装構造において、実装基板と、この実装基板の電極上に
正確に実装される高融点半田の電極となるバンプと、ボ
イドを有する低融点接続半田とを具備するようにしたも
のである。 〔３〕半田バンプを有する半導体装置の実装方法におい
て、実装基板の電極上に実装される半導体装置に半田の
電極を形成する際、ウェットバックの溶融温度を融点＋
２０℃以下１０℃以上にして、バンプ内に一様にボイド
を形成し、熱応力が負荷される時に前記バンプ内のボイ
ドにより、熱応力を緩和して、前記半導体装置を前記実
装基板に実装するようにしたものである。
【０００７】〔４〕半田バンプを有する半導体装置の実
装方法において、実装基板の電極上に実装される半導体
装置に高融点半田の電極を形成し、前記実装基板の電極
上に低融点接続半田を塗布し、前記半導体装置を前記実
装基板上に実装する際に、前記高融点半田の電極となる
バンプと前記実装基板の電極の位置を正確に合わせて、
前記低融点接続半田内にボイドを形成するようにしたも
のである。
装方法において、実装基板の電極上に実装される半導体
装置に高融点半田の電極を形成し、前記実装基板の電極
上に低融点接続半田を塗布し、前記半導体装置を前記実
装基板上に実装する際に、前記高融点半田の電極となる
バンプと前記実装基板の電極の位置を正確に合わせて、
前記低融点接続半田内にボイドを形成するようにしたも
のである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例の半導体
装置の実装構造を示す断面図である。この図において、
１１は半導体装置、１２は充填樹脂、１３は実装基板、
１４はボイド、１５は半田バンプである。
て詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例の半導体
装置の実装構造を示す断面図である。この図において、
１１は半導体装置、１２は充填樹脂、１３は実装基板、
１４はボイド、１５は半田バンプである。
【０００９】まず、半導体装置１１の電極上に錫鉛合金
等の材料によって半田バンプ１５をメッキで形成する。
形成方法としては、例えば、電極上のＮｉを陽極として
錫、鉛の順に電気メッキ法にて形成する方法がある。メ
ッキ後、半田材料を溶融させ形状を整形する作業（以
下、ウェットバックという）を行う。通常ウェットバッ
ク時には、半田材の融点＋４０℃近辺の温度を負荷する
が、この場合、半田材の融点＋２０℃以下＋１０℃以上
の温度を負荷する。例えば、９５：５＝Ｐｂ：Ｓｎの場
合は、融点が３１４℃なので通常のウェットバック温度
が３５５℃近辺であるところを３２４〜３３０℃で行
い、６３：３７＝Ｐｂ：Ｓｎの場合は、融点が１８３℃
なので、通常のウェットバック温度が２２０℃近辺であ
るところを１９３〜２０３℃で行う。
等の材料によって半田バンプ１５をメッキで形成する。
形成方法としては、例えば、電極上のＮｉを陽極として
錫、鉛の順に電気メッキ法にて形成する方法がある。メ
ッキ後、半田材料を溶融させ形状を整形する作業（以
下、ウェットバックという）を行う。通常ウェットバッ
ク時には、半田材の融点＋４０℃近辺の温度を負荷する
が、この場合、半田材の融点＋２０℃以下＋１０℃以上
の温度を負荷する。例えば、９５：５＝Ｐｂ：Ｓｎの場
合は、融点が３１４℃なので通常のウェットバック温度
が３５５℃近辺であるところを３２４〜３３０℃で行
い、６３：３７＝Ｐｂ：Ｓｎの場合は、融点が１８３℃
なので、通常のウェットバック温度が２２０℃近辺であ
るところを１９３〜２０３℃で行う。
【００１０】この方法で、ウェットバックを行うと、溶
融後の半田バンプ１５内に無数のボイド１４が形成され
る。ボイド１４は半田バンプ１５内に一様に存在する。
このように構成したので、半導体装置１１に熱的な負荷
が加わり半田バンプ１５に熱応力が発生した場合、熱応
力が負荷された半田バンプ１５の中にボイド１４が存在
する場合、ボイド１４の中は気体であるため、例えば、
中身を空気と考えると、弾性率は０．３３ＭＰａであ
り、半田材料の弾性率に比べて無視できる値である。ボ
イド１４は半田バンプ１５内のあらゆる箇所で自由表面
を作ったことになり、半田バンプ１５内の変位は全てボ
イド１４に吸収される。即ち、スポンジと同じ性質を持
ち、応力吸収係数は増大する。見かけ弾性率が小さくな
り、自身の変形能力も向上する。
融後の半田バンプ１５内に無数のボイド１４が形成され
る。ボイド１４は半田バンプ１５内に一様に存在する。
このように構成したので、半導体装置１１に熱的な負荷
が加わり半田バンプ１５に熱応力が発生した場合、熱応
力が負荷された半田バンプ１５の中にボイド１４が存在
する場合、ボイド１４の中は気体であるため、例えば、
中身を空気と考えると、弾性率は０．３３ＭＰａであ
り、半田材料の弾性率に比べて無視できる値である。ボ
イド１４は半田バンプ１５内のあらゆる箇所で自由表面
を作ったことになり、半田バンプ１５内の変位は全てボ
イド１４に吸収される。即ち、スポンジと同じ性質を持
ち、応力吸収係数は増大する。見かけ弾性率が小さくな
り、自身の変形能力も向上する。
【００１１】このように、第１実施例によれば、発生す
る熱応力を緩和する能力が増大するため、通常の半田バ
ンプと比較して熱疲労寿命の向上を図ることができる。
なお、ボイドの測定には、マイクロＸ線検査機（例え
ば、メデイアエックステック社製）を使用する。この検
査機を使用してバンプのＸ線写真を影り、ボイドの存在
する割合を２値化処理された写真から検出し、最終的に
は面積をもって判断する。より具体的には、その検査機
を使用してウエハ直上からＸ線でバンプを透過する。ボ
イドが存在する場合、その場所は周辺の半田の詰まって
いる黒い部分と比較して、白く見えるため、その部分の
面積と濃淡の度合いを積分することで、バンプ内のボイ
ドの体積を計算し、ボイドの量を測定することができ
る。
る熱応力を緩和する能力が増大するため、通常の半田バ
ンプと比較して熱疲労寿命の向上を図ることができる。
なお、ボイドの測定には、マイクロＸ線検査機（例え
ば、メデイアエックステック社製）を使用する。この検
査機を使用してバンプのＸ線写真を影り、ボイドの存在
する割合を２値化処理された写真から検出し、最終的に
は面積をもって判断する。より具体的には、その検査機
を使用してウエハ直上からＸ線でバンプを透過する。ボ
イドが存在する場合、その場所は周辺の半田の詰まって
いる黒い部分と比較して、白く見えるため、その部分の
面積と濃淡の度合いを積分することで、バンプ内のボイ
ドの体積を計算し、ボイドの量を測定することができ
る。
【００１２】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図２は本発明の第２実施例の半導体装置の実装構造
を示す断面図である。この図において、２１は半導体装
置、２２は充填樹脂、２３は実装基板、２４は高融点半
田バンプ、２５は低融点半田バンプ、２６はボイド、２
７は実装基板の電極である。
る。図２は本発明の第２実施例の半導体装置の実装構造
を示す断面図である。この図において、２１は半導体装
置、２２は充填樹脂、２３は実装基板、２４は高融点半
田バンプ、２５は低融点半田バンプ、２６はボイド、２
７は実装基板の電極である。
【００１３】この実施例は、実装基板２３の電極２７上
に、予め、錫鉛共晶合金等の低融点半田２５を形成して
おき、その上に高融点半田バンプ２４付き半導体装置２
１を実装するようにしたものである。低融点半田バンプ
２５が予め形成されている電極２７上に高融点半田バン
プ２４を接続する際は、１／３程度電極２７から高融点
半田バンプ２４をずらして実装するとボイド２６の発生
が抑えられるという報告がある。このため、高融点半田
バンプ２４を電極２７上に正確に実装すると、溶融する
低融点半田２５内にボイド２６が発生することとなる。
に、予め、錫鉛共晶合金等の低融点半田２５を形成して
おき、その上に高融点半田バンプ２４付き半導体装置２
１を実装するようにしたものである。低融点半田バンプ
２５が予め形成されている電極２７上に高融点半田バン
プ２４を接続する際は、１／３程度電極２７から高融点
半田バンプ２４をずらして実装するとボイド２６の発生
が抑えられるという報告がある。このため、高融点半田
バンプ２４を電極２７上に正確に実装すると、溶融する
低融点半田２５内にボイド２６が発生することとなる。
【００１４】このように構成したので、半導体装置２１
に熱的な負荷が加わり半田バンプ２４、２５に熱応力が
発生した場合、熱応力が負荷された低融点半田バンプ２
５内にボイド２６が存在しているので、ボイド２６の中
は気体であるため、例えば、中身を空気と考えると弾性
率は０．３３ＭＰａであり、半田材料の弾性率に比べて
無視できる値である。
に熱的な負荷が加わり半田バンプ２４、２５に熱応力が
発生した場合、熱応力が負荷された低融点半田バンプ２
５内にボイド２６が存在しているので、ボイド２６の中
は気体であるため、例えば、中身を空気と考えると弾性
率は０．３３ＭＰａであり、半田材料の弾性率に比べて
無視できる値である。
【００１５】ボイド２６は低融点半田バンプ２５内のあ
らゆる箇所で自由表面を作ったことになり、半田バンプ
内の変位は全てボイド２６に吸収される。即ちスポンジ
と同じ性質を持ち、応力吸収係数は増大する。見かけ弾
性率が小さくなり自身の変形能力も向上する。このよう
に、第２実施例によれば、発生する熱応力を緩和する能
力が増大するため、通常の半田バンプと比較して熱疲労
寿命の向上を図ることができる。
らゆる箇所で自由表面を作ったことになり、半田バンプ
内の変位は全てボイド２６に吸収される。即ちスポンジ
と同じ性質を持ち、応力吸収係数は増大する。見かけ弾
性率が小さくなり自身の変形能力も向上する。このよう
に、第２実施例によれば、発生する熱応力を緩和する能
力が増大するため、通常の半田バンプと比較して熱疲労
寿命の向上を図ることができる。
【００１６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００１７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。 （１）請求項１又は３記載の発明によれば、半田バンプ
内にボイドを生成させることにより、発生する熱応力を
緩和する能力が増大するため、通常の半田バンプと比較
して熱疲労寿命の向上を図ることができる。 （２）請求項２又は４記載の発明によれば、高融点半田
バンプを実装基板の電極に正確に位置決めし、低融点接
続半田バンプ内にボイドを生成させることにより、発生
する熱応力を緩和する能力が増大するため、通常の半田
バンプと比較して熱疲労寿命の向上を図ることができ
る。
よれば、次のような効果を奏することができる。 （１）請求項１又は３記載の発明によれば、半田バンプ
内にボイドを生成させることにより、発生する熱応力を
緩和する能力が増大するため、通常の半田バンプと比較
して熱疲労寿命の向上を図ることができる。 （２）請求項２又は４記載の発明によれば、高融点半田
バンプを実装基板の電極に正確に位置決めし、低融点接
続半田バンプ内にボイドを生成させることにより、発生
する熱応力を緩和する能力が増大するため、通常の半田
バンプと比較して熱疲労寿命の向上を図ることができ
る。
【図１】本発明の第１実施例の半導体装置の実装構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施例の半導体装置の実装構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】従来の第１の半導体装置の実装構造を示す断面
図である。
図である。
【図４】従来の第２の半導体装置の実装構造を示す断面
図である。
図である。
１１，２１ 半導体装置 １２，２２ 充填樹脂 １３，２３ 実装基板 １４，２６ ボイド １５ 半田バンプ ２４ 高融点半田バンプ ２５ 低融点半田バンプ ２７ 実装基板の電極
Claims (4)
- 【請求項１】 半田バンプを有する半導体装置の実装構
造において、（ａ）実装基板と、（ｂ）該実装基板の電
極上に実装される一様にボイドを有する半田バンプを有
する半導体装置を具備する半導体装置の実装構造。 - 【請求項２】 半田バンプを有する半導体装置の実装構
造において、（ａ）実装基板と、（ｂ）該実装基板の電
極上に正確に実装される高融点半田の電極となるバンプ
と、（ｃ）ボイドを有する低融点接続半田とを具備する
ことを特徴とする半田バンプを有する半導体装置の実装
構造。 - 【請求項３】 半田バンプを有する半導体装置の実装方
法において、（ａ）実装基板の電極上に実装される半導
体装置に半田の電極を形成する際、ウェットバックの溶
融温度を融点＋２０℃以下１０℃以上にして、バンプ内
に一様にボイドを形成し、（ｂ）熱応力が負荷される時
に前記バンプのボイドにより、熱応力を緩和して、前記
半導体装置を前記実装基板に実装することを特徴とする
半田バンプを有する半導体装置の実装方法。 - 【請求項４】 半田バンプを有する半導体装置の実装方
法において、（ａ）実装基板の電極上に実装される半導
体装置に高融点半田の電極を形成し、前記実装基板の電
極上に低融点接続半田を塗布し、（ｂ）前記半導体装置
を前記実装基板上に実装する際に、前記高融点半田の電
極となるバンプと前記実装基板の電極の位置を正確に合
わせて、前記低融点接続半田内にボイドを形成すること
を特徴とする半導体装置の実装方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1383598A JPH11214447A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 半導体装置の実装構造及びその実装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1383598A JPH11214447A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 半導体装置の実装構造及びその実装方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214447A true JPH11214447A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11844344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1383598A Withdrawn JPH11214447A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 半導体装置の実装構造及びその実装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11214447A (ja) |
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-
1998
- 1998-01-27 JP JP1383598A patent/JPH11214447A/ja not_active Withdrawn
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