JP4817548B2

JP4817548B2 - Semiconductor device and connection structure thereof

Info

Publication number: JP4817548B2
Application number: JP2001229164A
Authority: JP
Inventors: 優助五十嵐; 則明坂本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP2003046025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその接続構造に関し、特にロウ材を用いて半導体装置を実装基板に接続する半導体装置およびその接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣパッケージは携帯機器や小型・高密度実装機器への採用が進み、従来のＩＣパッケージとその実装概念が大きく変わろうとしている。詳細は、例えば電子材料（１９９８年９月号２２頁〜）の特集「ＣＳＰ技術とそれを支える実装材料・装置」で述べられている。
【０００３】
図９は、基板を不要にした半導体装置１０の構造およびその製造方法を説明する図である。以下に半導体装置１０の製造方法を説明する。
【０００４】
先ず、図９（Ａ）を参照して、フレキシブルシート１４上に半導体素子１１を固着し、メッキ１３を被覆する。そして金属細線１２で半導体素子１１とメッキ１３との電気的接続を行う。
【０００５】
次に、図９（Ｂ）を参照して、半導体素子１１，金属細線１２およびメッキ１３を絶縁性樹脂１５で封止する。
【０００６】
次に、図９（Ｃ）を参照して、フレキシブルシート１４を剥がす。このことにより、半導体装置１０は絶縁性樹脂で全体が支持される形となる。
【０００７】
最後に、図９（Ｄ）を参照して、裏面にレジスト層１６を形成し、レジスト層１６の開口部に半田電極１７を設ける。以上の作業により半導体装置１０が完成する。
【０００８】
図１０は、同じく基板を不要にした半導体装置２０の構造およびその製造方法を説明する図である。この半導体装置２０では、裏面の半田電極がリードフレーム２３の裏面に設けられている。以下に、半導体装置２０の製造方法を説明する。
【０００９】
先ず、図１０（Ａ）を参照して、リードフレーム２３上に半導体素子２１を固着し、電極となるリードフレーム２３と半導体素子２１を金属細線２２で電気的接続を行う。
【００１０】
次に、図１０（Ｂ）を参照して、半導体素子２１および金属細線２２を絶縁性樹脂２５で封止する。そして、破線Ｌでダイシングを行い、絶縁性樹脂２５およびリードフレーム２３の不要な部分の除去を行う。
【００１１】
最後に、図１０（Ｃ）を参照して、半導体装置２０の裏面に、レジスト層２６および半田電極２７を設ける。以上の作業により半導体装置２０が完成する。
【００１２】
図１１では、フレキシブルシート３３が支持基板として採用されている半導体装置３０の構造およびその製造方法を説明する。以下にその製造方法を説明する。
【００１３】
先ず、図１１（Ａ）を参照して、フレキシブルシート３３にスルーホール３８を設け、電極３９を形成する。そして、フレキシブルシート３３上に半導体素子３１を固着し、金属細線３２で半導体素子３１と電極３９の電気的接続を行う。
【００１４】
次に、図１１（Ｂ）を参照して、絶縁性樹脂３５で、半導体素子３１および金属細線３２を封止する。そして、破線Ｌでダイシングを行い、個々の半導体装置に分割する。
【００１５】
最後に、図１１（Ｃ）を参照して、半導体装置３０の裏面に、レジスト層３６および半田電極３７を設ける。以上の工程により半導体装置３０が完成する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置１０、２０および３０は薄型の半導体装置であるため、半導体装置全体に対する絶縁性樹脂量の割合が小さい。従って、半導体装置に占める半導体素子の割合が大きくなり、半導体装置の熱膨張率は半導体素子の材料であるシリコンの熱膨張率を反映することになる。そして、この半導体装置が樹脂製の実装基板に実装された場合、半導体装置の熱膨張率と、実装基板の熱膨張率は異なる。このことにより、両者を接続する半田電極には応力が作用してしまう。
【００１７】
また、半田電極は半導体装置の周囲に設けられているので、パッケージの裏面中央と、半田電極の離間距離は大きくなる。熱膨張率の違いにより半田電極に作用する応力は、この離間距離に比例するので、半田電極には大きなストレスが作用してしまう。
【００１８】
更に、従来例の半導体装置では、耐湿性の向上の為に裏面がレジスト層で覆われており、半田電極はレジスト層の開口部に設けられている。そして、レジスト層と半田電極は接触するので、半田電極はくびれＮＫを有する構造となってしまう。そして、熱膨張による応力が作用した場合、このくびれの部分にどうしても応力が集中してしまい、クラックが発生する問題があった。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、この原因を解析し、半田電極にクラックが発生しないように改良を加えた半導体装置およびその接続構造を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題に鑑みて成され、本発明の半導体装置は、半導体装置裏面の周辺に設けられた複数のボンディング電極と、前記ボンディング電極の裏面に設けられた複数の第１の外部接続電極とを有し、
前記ボンディング電極に囲まれた電極の裏面に少なくとも１つの第２の外部接続電極を設けることにより、前記第１の外部接続電極の側面の曲率を調節し、前記第１の外部接続電極に作用する応力を緩衝することを特徴とする。
【００２１】
第２の外部接続電極を設けることによって、第１の外部接続電極がくびれるのを防止することができる。更には、第１の外部接続電極が、潰れた形状になるのを防止し、隣接した電極とショートしてしまうのを防止することもできる。また、第２の外部接続電極は複数でも良い。
【００２２】
更に、本発明の半導体装置は、前記第２の外部接続電極と前記電極との接続面の面積は、前記第１の外部接続電極と前記ボンディング電極の接続面の面積よりも大きいことを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明の半導体装置は、前記第１の外部接続電極の側面は、同一で且つ曲率の小さい滑らかな曲面を描くことを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明の半導体装置は、前記第１の外部接続電極の側面は、内側に湾曲した側面を有することを特徴とする。
【００２５】
更に、本発明の半導体装置は、前記第１の外部接続電極は、円柱状の形状を有することを特徴とする。
【００２６】
更に、本発明の半導体装置は、前記第１の外部接続電極の側面は、外側に湾曲した側面を有することを特徴とする。
【００２７】
更に、本発明の半導体装置は、前記外部接続電極は、半田で形成されることを特徴とする。ここで、外部接続電極の材料は半田だけに限られず、導電性のロウ材であれば良い。
【００２８】
更に、本発明の半導体装置は、半導体装置の裏面に設けられた複数のボンディング電極と、前記ボンディング電極に設けられた外部接続電極と、前記半導体装置の裏面を被覆するレジスト層とを有し、
前記レジスト層は、前記外部接続電極および前記外部接続電極の周辺を露出させて、前記半導体装置の裏面を被覆することを特徴とする。
【００２９】
レジスト層が、前記外部接続電極の周辺を露出させることによって、外部接続電極がくびれるのを防止することができる。
【００３０】
更に、本発明の半導体装置は、前記レジスト層は前記外部接続電極に接触しないことを特徴とする。
【００３１】
更に、本発明の半導体装置は、前記外部接続電極と前記ボンディング電極との接触面の周辺部と前記レジストとの離間距離は、前記レジスト層の厚みとほぼ等しいことを特徴とする。
【００３２】
本発明は、前述した課題に鑑みて成され、本発明の半導体装置の接続構造は、複数の導電パターンを絶縁性樹脂に埋め込んだ半導体装置装置を、実装基板の導電路にロウ材で接続する半導体装置の接続構造に於いて、前記導電パターンを被覆するレジスト層から露出する前記導電パターンのサイズを、前記実装基板の前記導電路のサイズより大きくして、ロウ材の側面が前記レジスト層でくびれるのを防止することを特徴とする。ロウ材がくびれるのを防止することにより、ロウ材に応力が作用した際に、ロウ材にクラックが発生するのを防止することができる。
【００３３】
更に、本発明の半導体装置の接続構造は、前記ロウ材は、半田であることを特徴とする。
【００３４】
更に、本発明の半導体装置の接続構造は、前記レジスト層は、前記ロウ材に接触しないことを特徴とする。このことにより、ロウ材がくびれるのを防止することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
半導体装置の構造を説明する第１の実施の形態
本発明では、半導体装置の実装方法を改良するために、独自に開発した薄型の半導体装置を用いて、実装信頼性の評価を行った。
【００３６】
図１を参照して、まず本発明の半導体装置６０について説明する。尚、図１（Ａ）は、半導体装置の平面図であり、図１（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図である。
【００３７】
図１には、絶縁性樹脂４０に以下の構成要素が埋め込まれている。つまりボンディングパッド４１Ａ…とが埋め込まれている。このボンディングパッド４１Ａの裏面には、外部接続電極４１Ｃが設けられている。更にはこのボンディングパッド４１Ａに囲まれた一領域に設けられたダイパッド４１Ｄと、このダイパッド４１Ｄの上に設けられた半導体素子４２が埋め込まれている。尚、半導体素子４２は、絶縁性接着手段ＡＤを介して前記放熱用のダイパッド４１Ｄと固着されている。
【００３８】
また半導体素子４２のボンディング電極４３とボンディングパッド４１Ａは、金属細線４４を介して電気的に接続されている。
【００３９】
ここで符号４１Ｃは、半田等のロウ材、Ａｇペースト等の導電ペースト、導電粒子が混入されたロウ材等から成り、これらを総称して外部接続電極と呼ぶ。また、符号４１Ｅは、４１Ｃと同じ材料を用いるが、主として４１Ｃのクラックを防止するために用いるため、ここでは総称して保護電極と呼ぶ。
【００４０】
また前記ボンディングパッド４１Ａ…の側面は、非異方性でエッチングされ、ここではウェットエッチンクで形成されるため湾曲構造を有し、この湾曲構造によりアンカー効果を発生している。
【００４１】
本構造は、半導体素子４２と、複数の導電パターン４１Ａおよび４１Ｄ、絶縁性接着手段ＡＤ、これらを埋め込む絶縁性樹脂４０の４つの材料で構成される。更に、導電パターンの裏面にはロウ材等の外部接続電極４１Ｃ，４１Ｅが設けられている。また本装置は、絶縁性樹脂４０により前記ボンディングパッド４１Ａ…、半導体素子４２が支持されている形となっている。
【００４２】
半導体装置６０の構成要素の説明を行う。絶縁性樹脂４０としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また絶縁性樹脂は、金型を用いて固める樹脂、ディップ、塗布をして被覆できる樹脂であれば、全ての樹脂が採用できる。また導電パターンとしては、Ｃｕを主材料とした導電箔、Ａｌを主材料とした導電箔、またはＦｅ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｃｕの積層体、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体等を用いることができる。もちろん、他の導電材料でも可能であり、特にエッチングできる導電材、レーザで蒸発する導電材が好ましい。またハーフエッチング性、メッキの形成性、熱応力を考慮すると圧延で形成されたＣｕを主材料とする導電材料が好ましい。
【００４３】
本発明では、絶縁性樹脂４０および絶縁性接着手段ＡＤが導電パターンの間に充填されているために、導電パターンの抜けを防止できる特徴を有する。またエッチングとしてドライエッチング、あるいはウェットエッチングを採用して非異方性的なエッチングを施すことにより、ボンディングパッド４１Ａ…の側面を湾曲構造とし、アンカー効果を発生させることもできる。その結果、導電パターン４１Ａが絶縁性樹脂４０から抜けない構造を実現できる。
【００４４】
しかも導電パターンの裏面は、パッケージの裏面に露出している。よって、ダイパッド４１Ｄの裏面は、実装基板７３上の電極と固着でき、この構造により、半導体素子４２から発生する熱は、実装基板上の電極に放熱でき、半導体素子４２の温度上昇を防止でき、その分半導体素子４２の駆動電流を増大させることができる。更に、周波数特性を向上させることができる。また保護電極４１Ｅと半導体素子４２が電気的に接続されても良い。
【００４５】
本半導体装置は、導電パターンを封止樹脂である絶縁性樹脂４０で支持しているため、支持基板が不要となる。この構成は、本発明の特徴である。従って、本回路装置６０は、必要最小限の構成要素で構成され、支持基板を不要としているため、薄型・軽量となり、しかも材料費がかからないため安価となる特徴を有する。
ヒートサイクル試験の結果を説明する第２の実施の形態
図１に示す、本発明に係る半導体装置６０は、薄型・軽量のものである。従って、半導体装置全体に占める半導体素子４２の割合が大きい。このことにより、半導体装置６０の熱膨張率は、主に半導体素子４２の材料であるシリコンの熱膨張率に依ることになる。そして、この半導体装置６０が樹脂製、セラミック製、ガラスエポキシ製フレキシブル樹脂製等の実装基板７３に実装される。この場合、実装基板と、シリコンの熱膨張率は異なる。従って、半導体装置６０と実装基板７３の両方の温度が上昇すると、両者を接続する外部接続電極４１Ｃに応力が作用する。例えば、外部接続電極４１Ｃのみで半導体装置６０が固着された場合、この応力の大きさはパッケージサイズが大きくなる程、大きくなる。具体的には、半導体素子の中央から半導体装置の周辺までの距離に比例する。
【００４６】
以上のことにより、熱膨張により外部接続電極４１Ｃに応力が作用し、従来例に示したネック部分ＮＫにクラックが発生してしまう問題があった。また、保護電極４１Ｅはこのような問題を鑑みて、設けられたもので、外部接続電極４１Ｃに作用する応力を緩衝する働きを有する。それと同時に、半導体装置６０の放熱作用を向上させる働きも有する。
【００４７】
本発明は、外部接続電極４１Ｃにクラックが発生するのを防止する実装構造を提供するのが目的である。そこで、実装構造の異なる４つの半導体装置（ケース１〜ケース４）を用意し、それぞれについてヒートサイクル試験を行って実装性の信頼性を評価した。
【００４８】
ここで、ヒートサイクル試験について説明する。先ず、半田電極を介して実装基板に実装した半導体装置を気相に晒す。次に、その気相の温度を変化させ、温度変化により半田電極にクラックが発生した半導体装置の個数を計測する。以上の作業を行うことにより、半田電極の温度変化に対する寿命を評価することができる。なお、気相の温度変化の範囲は−４０℃〜１２５℃であり、１サイクルの時間は、約１時間である。
【００４９】
次に、図１〜図４を参照して、ケース１〜ケース４の実装構造の違いについて説明する。
【００５０】
ケース１：図２に示す実装構造であり、外部接続電極４１Ｃとボンディングパッド４１Ａの接触面は、絶縁被膜４６の開口部でその大きさが規制されている。そして、絶縁性被膜４６の開口部の大きさは、導電路４８よりも小さい。従って外部接続電極４１ＣはくびれＮＫを有する構造となる。また、保護電極４１Ｅがダイパッド４１Ｄの裏面に複数個設けられており、その大きさは外部接続電極と同じである。
【００５１】
ケース２：図３に示す実装構造であり、外部接続電極４１Ｃはケース１と同じように、くびれＮＫを有する構造となっている。ケース１との相違点は、保護電極４１Ｅの大きさが、半導体素子４２と実質同等であることにある。つまり、外部接続電極４１Ｃよりも大きい保護電極４１Ｅが、ダイパッド４１Ｄの裏面に設けてある。
【００５２】
ケース３：図４に示す実装構造であり、ボンディングパッド４１Ａの裏面に、絶縁被膜４６が塗布されていない。従って、外部接続電極４１Ｃとボンディングパッド４１Ａの接触面の大きさが、導電路４８よりも大きくなる。このことにより、図４（Ｂ）に示す如く、外部接続電極４１Ｃにくびれが形成されていない構造となる。つまり、各外部接続電極４１Ｃの側面を見ると、同一の曲面を描いた滑らかな形状となる。更に言えば、同一の曲率で描かれ、変曲点の無い滑らかな面を有している。以下、このことを同一の曲面と呼ぶ。なお、保護電極４１Ｅの構造は、ケース１と同様である。つまり、絶縁被膜４６でダイパッド４１Ｄとの接触面の大きさが規制された保護電極４１Ｅが複数個設置されている。
【００５３】
ケース４：図１に示す実装構造であり、外部接続電極４１Ｃの構造は、ケース３と同様である。つまり、外部接続電極４１Ｃはくびれを有さない構造であり、その側面は同一の曲面を有する。そして、保護電極４１Ｅの構造は、ケース２と同様である。つまり、半導体素子４２と同等の大きさの保護電極４１Ｅがダイパッド４１Ｄの裏面に設置されている。
【００５４】
次に、図５を参照して、ヒートサイクル試験の結果を説明する。図５では、ヒートサイクル試験によるサイクル数（横軸）とクラック発生率（縦軸）の関係を示している。
【００５５】
ケース１（図２に示す実装構造）の場合は、サイクル数が２５０回を越えた時点からクラック発生率が上昇し、サイクル数が４００回になった時点でクラック発生率が１００％になった。つまり、サイクル数が４００回になった時点で全ての半導体装置の半田電極にクラックが発生したことになる。
【００５６】
ケース２（図３に示す実装構造）の場合は、サイクル数が４５０回を越えた時点からクラック発生率が上昇し、サイクル数が６００回になった時点でクラック発生率は１００％と成った。
【００５７】
ケース３（図４に示す実装構造）の場合は、現在試験中であるが、サイクル数が７５０回を超えても半田クラックは発生していない。
【００５８】
ケース４（図１に示す実装構造）の場合は、サイクル数が１４００回になった時点でもクラック発生率は０％である。
【００５９】
以上のヒートサイクル試験の結果から、ケース３およびケース４の実装構造の実装信頼性が高いことが判った。ケース３とケース４の実装構造の共通点は、ボンディングパッド４１Ａと外部接続電極４１Ｃとの接触面が、対応する導電路４８の表面よりも大きいことである。すなわち、外部接続電極４１Ｃがくびれていないことである。従って、図１に示すような、くびれの無い外部接続電極を採用することにより、外部接続電極４１Ｃにクラックが発生するのを防止することができる。
外部接続電極の構造を説明する第３の実施の形態
図６〜図８を参照して、外部接続電極４１Ｃの詳細な構造を説明する。
【００６０】
上記したヒートサイクル試験の結果から、外部接続電極４１Ｃをくびれの無い構造にすることにより、クラックが発生するのを防止できることが判った。そして、外部接続電極４１Ｃの側面の形状は、ダイパッド４１Ｄの裏面に設けられた保護電極４１Ｅの大きさにより決定される。その原理を以下に説明する。
【００６１】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、裏面の電極の構造が異なる半導体装置を、実装基板７３に実装した際の断面図を示している。半導体装置の基本的な構造は、図１（Ａ）に示したものと同様である。
【００６２】
図６（Ａ）を参照して、ボンディングパッド４１Ａの裏面に電極を設けない場合について説明する。
【００６３】
この場合、半導体装置と実装基板７３は外部接続電極４１Ｃのみで接続されている。従って、リフローにより外部接続電極４１Ｃを融解して、半導体装置を実装基板７３に実装すると、外部接続電極４１Ｃがいびつな形状になってしまう。これは、半導体装置の自重により、外部接続電極４１Ｃが潰されてしまうからである。
【００６４】
このように、外部接続電極がいびつな形状になるとこにより、様々な問題が発生する。先ず、外部接続電極４１Ｃが絶縁被膜４６に接触してしまう。このことにより、外部接続電極４１Ｃにくびれの部分が形成され、この部分に応力が集中してしまい、クラックが発生する。更に、外部接続電極４１Ｃの側面が外側に突き出た形状になってしまう。このことにより、隣接する他の電極と接触してしまい、ショートしてしまう。
【００６５】
以上のことから、図６（Ａ）に示す裏面の電極の構造は、好ましくないことが判る。
【００６６】
図６（Ｂ）を参照して、ボンディングパッド４１Ａの裏面に、外部接続電極よりも若干大きいサイズの保護電極４１Ｅを設けた場合について説明する。
【００６７】
この場合、半導体装置と実装基板７３は、外部接続電極４１Ｃと保護電極４１Ｅで接続されている。ここで、保護電極４１Ｅの大きさは外部接続電極よりも若干大きい程度である。この半導体装置を実装基板７３に実装すると、融解した保護電極４１Ｅの表面張力により、半導体装置を上方に押し上げる力が発生する。従って、外部接続電極４１Ｃに作用する押圧力は小さくなる。このことにより、外部接続電極４１Ｃの側面は滑らかな曲面となり、絶縁被膜４６に接触しない。更に、外部接続電極はくびれが形成されない形状となる。
【００６８】
このように、外部接続電極４１Ｃの側面がくびれのない、滑らかな同一の曲面を有することによって、外部接続電極の一部に応力が集中するのを防止することができる。従って、外部接続電極４１Ｃにクラックが発生するのを防止することができる。この場合、絶縁性被膜４６が外部接続電極４１Ｃに接触しないことが重要であるが、この詳細については後述する。
【００６９】
図６（Ｃ）を参照して、ボンディングパッド４１Ａの裏面に、外部接続電極４１Ｃよりも充分大きいサイズの保護電極４１Ｅを設けた場合について説明する。
【００７０】
この場合、前述した保護電極４１Ｅの表面張力により、半導体装置を上方に押し上げる力は更に大きくなる。従って、外部接続電極４１Ｃは、保護電極４１Ｅの表面張力により押し上げられた半導体装置に、引っ張られる。この結果、外部接続電極４１Ｃの側面は、内側に湾曲した形状となる。
【００７１】
外部接続電極４１Ｃの側面が、内側に湾曲した形状となることによって、応力が局所的に集中するのを防止することができる。これも、半田延面が所定の曲率を有し、ネックを発生しないからである。従って、外部接続電極４１Ｃにクラックが発生しない。
【００７２】
また、外部接続電極４１Ｃの側面が内側に湾曲しているので、絶縁被膜４６と外部接続電極４１Ｃが接触することが無い。従って、外部接続電極４１Ｃと絶縁被膜４６を離間させる必要は無い。
【００７３】
次に、図７を参照して、半導体素子を実装基板４３に実装する方法を説明する。
【００７４】
実装基板７３の導電路４８の上には、半導体素子の外部接続電極４１Ｃに対応する半田４１Ｄと、半導体素子の保護電極４１Ｅに対応する半田４１Ｆが設けられている。そして、リフローにより、半導体装置の電極と実装基板７３の半田を融解して、半導体装置を実装基板に実装する。
【００７５】
前述したように、外部接続電極４１Ｃの側面の形状は保護電極４１Ｅの大きさにより決定される。外部接続電極に対して、保護電極４１Ｅが小さすぎると、外部接続電極４１Ｃが潰れた形状になってしまう。逆に、保護電極４１Ｅが極端に大きすぎると、外部接続電極４１Ｃが実装基板から浮き上がってしまい、接続不良を起こしてしまう。そして、保護電極４１Ｅの大きさは、実装基板に載せられる半田４１Ｆの半田量により調節することができる。
【００７６】
実装基板の半田４１Ｆは、半田４１Ｇと共にマスクを用いて印刷される。例えばスクリーン印刷である。従って、半田４１Ｆの半田量は、このマスクの開口部の大きさと厚さで調整しなけらばならない。
【００７７】
また、実装基板に設ける半田４１Ｇ，４１Ｆの半田量が多すぎると、半田の厚みが厚くなってしまい、薄型の半導体装置のメリットが無くなってしまう。従って、形成される外部接続電極の厚みも考慮して、実装基板の半田４１Ｇ、４１Ｆの半田量を決定する。
【００７８】
図８を参照して、外部接続電極４１Ｃの形状と絶縁被膜４６の関係について説明する。
【００７９】
図８は、図６（Ｂ）の外部接続電極４１Ｃとその周辺を拡大した図である。つまり、ダイパッド４１Ｄの裏面に、外部接続電極４１Ｃよりも当接面が若干大きいサイズの電極４１Ｃが設けられた状態である。従って、外部接続電極４１Ｃの側面は外側に湾曲し、滑らかな同一の曲面を描いている。つまり、このような場合は、外部接続電極４１Ｃと絶縁被膜４６を離間させる必要がある。このことにより、外部接続電極４１Ｃがくびれるのを防止することができる。
【００８０】
なお、外部接続電極４１Ｃの側面が内側に湾曲している場合や、外部接続電極４１Ｃが円柱状の形状の場合でも、絶縁被膜４６をわずかに外部接続電極４１Ｃから離間させなければならない。その理由は、現状の設備では絶縁被膜４６の合わせ精度が５０μｍ程度であるからである。従って、外部接続電極４１Ｃと絶縁被膜４６を５０μｍ程度離間させる必要がある。
【００８１】
そして、図８に示すように、外部接続電極４１Ｃが外側に湾曲している場合は、外部接続電極４１Ｃと絶縁被膜４６との離間距離を更に大きくする必要がある。具体的には、この離間距離は絶縁被膜４６の厚さｄが必要である。更に、上記した絶縁被膜の合わせ精度（５０μｍ）を考慮する必要がある。従って、外部接続電極４１Ｃと絶縁被膜４６との離間距離は、絶縁被膜４６の厚さｄと、絶縁被膜４６の合わせ精度（５０μｍ）を加算した距離が必要である。
【００８２】
以上のことから、本発明の半導体装置に於いて、絶縁被膜４６は、外部接続電極４１Ｃとその周辺部を露出させて、半導体装置の裏面を被覆していることが重要である。
【００８３】
本願で用いたボンディングパッドは、１列でリング状に形成されているが、これは複数列でも良い。またパッド間その他から延在される配線が有っても良い。これらの場合、本半導体装置の裏面にあるボンディングパッド、配線等と実装基板との電極は様々な原因でショートを起こす場合があり、そのため絶縁被膜が形成される。当然、半田が固着されるため、電気的接続カ所は露出される。しかし、本発明は、図８の如く、半田(又は電気的接続カ所)の周囲である封止樹脂材表面を露出させることにより、ネックの発生を防止している。特に薄型パッケージではこのネックの部分も考慮にいれないと信頼性は向上できない。
【００８４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の半導体装置およびその実装構造では以下のような効果を奏することができる。
【００８５】
第１に、ボンディングパッドの裏面と外部接続電極の接触面を、実装基板の導電路よりも大きくすることにより、外部接続電極がくびれるのを防止することができる。このことにより、外部接続電極の側面を、滑らかな同一の曲面にすることができる。従って、従来のように、外部接続電極のくびれの部分に応力が集中し、クラックが発生するのを防止することができる。
【００８６】
第２に、半導体装置の中央に位置するダイパッドの裏面に、電極を設けることにより、半導体装置の周辺部に位置する外部接続電極の側面の曲率を調節し、外部接続電極の側面を、くびれの無い滑らかな同一の曲面にすることができる。このことにより、くびれの部分に応力が集中し、クラックが発生するのを防止することができる。更に、隣接する外部接続電極が接触してしまい、ショートするのを防止することができる。
【００８７】
第３に、外部接続電極と絶縁被膜を離間させることにより、絶縁被膜が外部接続電極に接触し、外部接続電極の側面がくびれるのを防止することができる。このことにより、外部接続電極のくびれの部分に応力が集中し、クラックが発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置およびその実装構造を説明する図である。
【図２】本発明の半導体装置およびその実装構造を説明する図である。
【図３】本発明の半導体装置およびその実装構造を説明する図である。
【図４】本発明の半導体装置およびその実装構造を説明する図である。
【図５】本発明の半導体装置を用いたヒートサイクルの試験結果を説明する図である。
【図６】本発明の半導体装置およびその実装構造を説明する図である。
【図７】本発明の半導体装置およびその実装構造を説明する図である。
【図８】本発明の半導体装置の実装構造を説明する図である。
【図９】従来の半導体装置の構造および製造方法を説明する図である。
【図１０】従来の半導体装置の構造および製造方法を説明する図である。
【図１１】従来の半導体装置の構造および製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
４０絶縁性樹脂
４１Ａボンディングパッド
４１Ｃ外部接続電極
４１Ｄダイパッド
４１Ｅ電極
４２半導体素子
４３ボンディング電極
４４金属細線
４６絶縁被膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a connection structure thereof, and more particularly to a semiconductor device for connecting a semiconductor device to a mounting substrate using a brazing material and a connection structure thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, IC packages are increasingly used in portable devices and small / high-density mounting devices, and conventional IC packages and their mounting concepts are about to change drastically. Details are described, for example, in the special issue “CSP technology and mounting materials and devices supporting it” in the electronic materials (September 1998, page 22).
[0003]
FIG. 9 is a diagram for explaining the structure of the semiconductor device 10 that does not require a substrate and the manufacturing method thereof. A method for manufacturing the semiconductor device 10 will be described below.
[0004]
First, referring to FIG. 9A, the semiconductor element 11 is fixed on the flexible sheet 14 and the plating 13 is covered. Then, electrical connection between the semiconductor element 11 and the plating 13 is performed by the metal thin wire 12.
[0005]
Next, referring to FIG. 9B, the semiconductor element 11, the fine metal wire 12 and the plating 13 are sealed with an insulating resin 15.
[0006]
Next, referring to FIG. 9C, the flexible sheet 14 is peeled off. As a result, the semiconductor device 10 is entirely supported by the insulating resin.
[0007]
Finally, referring to FIG. 9D, a resist layer 16 is formed on the back surface, and a solder electrode 17 is provided in the opening of the resist layer 16. The semiconductor device 10 is completed by the above operations.
[0008]
FIG. 10 is a diagram for explaining the structure of the semiconductor device 20 that does not require a substrate and the manufacturing method thereof. In the semiconductor device 20, the solder electrode on the back surface is provided on the back surface of the lead frame 23. Below, the manufacturing method of the semiconductor device 20 is demonstrated.
[0009]
First, referring to FIG. 10A, a semiconductor element 21 is fixed on a lead frame 23, and the lead frame 23 serving as an electrode and the semiconductor element 21 are electrically connected by a thin metal wire 22.
[0010]
Next, referring to FIG. 10B, the semiconductor element 21 and the fine metal wire 22 are sealed with an insulating resin 25. Then, dicing is performed along the broken line L, and unnecessary portions of the insulating resin 25 and the lead frame 23 are removed.
[0011]
Finally, referring to FIG. 10C, a resist layer 26 and a solder electrode 27 are provided on the back surface of the semiconductor device 20. The semiconductor device 20 is completed by the above operation.
[0012]
In FIG. 11, the structure of the semiconductor device 30 in which the flexible sheet 33 is employed as a support substrate and the manufacturing method thereof will be described. The manufacturing method will be described below.
[0013]
First, referring to FIG. 11A, a through hole 38 is provided in the flexible sheet 33, and an electrode 39 is formed. Then, the semiconductor element 31 is fixed on the flexible sheet 33, and the semiconductor element 31 and the electrode 39 are electrically connected by the metal thin wire 32.
[0014]
Next, referring to FIG. 11B, the semiconductor element 31 and the fine metal wire 32 are sealed with an insulating resin 35. Then, dicing is performed along the broken line L to divide into individual semiconductor devices.
[0015]
Finally, referring to FIG. 11C, a resist layer 36 and a solder electrode 37 are provided on the back surface of the semiconductor device 30. The semiconductor device 30 is completed through the above steps.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the semiconductor devices 10, 20, and 30 are thin semiconductor devices, the ratio of the insulating resin amount to the entire semiconductor device is small. Therefore, the ratio of the semiconductor element to the semiconductor device is increased, and the thermal expansion coefficient of the semiconductor device reflects the thermal expansion coefficient of silicon which is a material of the semiconductor element. When this semiconductor device is mounted on a resin mounting board, the coefficient of thermal expansion of the semiconductor device is different from that of the mounting board. As a result, stress acts on the solder electrode connecting the two.
[0017]
Further, since the solder electrode is provided around the semiconductor device, the distance between the center of the back surface of the package and the solder electrode is increased. Since the stress acting on the solder electrode due to the difference in the coefficient of thermal expansion is proportional to this distance, a large stress acts on the solder electrode.
[0018]
Furthermore, in the conventional semiconductor device, the back surface is covered with a resist layer in order to improve moisture resistance, and the solder electrode is provided in the opening of the resist layer. Since the resist layer and the solder electrode are in contact with each other, the solder electrode has a constricted NK structure. When stress due to thermal expansion is applied, there is a problem that stress is inevitably concentrated on the constricted portion and cracks are generated.
[0019]
Accordingly, an object of the present invention is to analyze this cause and provide a semiconductor device and a connection structure thereof improved to prevent cracks from occurring in solder electrodes.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a semiconductor device according to the present invention includes a plurality of bonding electrodes provided around the back surface of the semiconductor device, and a plurality of first external electrodes provided on the back surface of the bonding electrodes. A connection electrode,
By providing at least one second external connection electrode on the back surface of the electrode surrounded by the bonding electrode, the curvature of the side surface of the first external connection electrode is adjusted and acts on the first external connection electrode. It is characterized by buffering stress.
[0021]
By providing the second external connection electrode, it is possible to prevent the first external connection electrode from being constricted. Furthermore, the first external connection electrode can be prevented from becoming a crushed shape and can be prevented from being short-circuited with an adjacent electrode. The second external connection electrode may be plural.
[0022]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the area of the connection surface between the second external connection electrode and the electrode is larger than the area of the connection surface between the first external connection electrode and the bonding electrode. To do.
[0023]
Furthermore, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that the side surfaces of the first external connection electrodes have the same curved surface with a small curvature.
[0024]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that a side surface of the first external connection electrode has a side surface curved inward.
[0025]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the first external connection electrode has a cylindrical shape.
[0026]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that a side surface of the first external connection electrode has a side surface curved outward.
[0027]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the external connection electrode is formed of solder. Here, the material of the external connection electrode is not limited to solder, but may be a conductive brazing material.
[0028]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention has a plurality of bonding electrodes provided on the back surface of the semiconductor device, an external connection electrode provided on the bonding electrode, and a resist layer covering the back surface of the semiconductor device,
The resist layer covers the back surface of the semiconductor device by exposing the external connection electrode and the periphery of the external connection electrode.
[0029]
Since the resist layer exposes the periphery of the external connection electrode, the external connection electrode can be prevented from being constricted.
[0030]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the resist layer does not contact the external connection electrode.
[0031]
Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the distance between the peripheral portion of the contact surface between the external connection electrode and the bonding electrode and the resist is substantially equal to the thickness of the resist layer.
[0032]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a semiconductor device connection structure according to the present invention connects a semiconductor device device in which a plurality of conductive patterns are embedded in an insulating resin to a conductive path of a mounting substrate with a brazing material. In the connection structure of the semiconductor device, the size of the conductive pattern exposed from the resist layer covering the conductive pattern is made larger than the size of the conductive path of the mounting substrate, and the side surface of the brazing material is the resist layer. It is characterized by preventing constriction. By preventing the brazing material from being constricted, it is possible to prevent the brazing material from being cracked when stress acts on the brazing material.
[0033]
Furthermore, the semiconductor device connection structure of the present invention is characterized in that the brazing material is solder.
[0034]
Furthermore, the connection structure of a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the resist layer does not contact the brazing material. This can prevent the brazing material from being constricted.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First embodiment for explaining the structure of a semiconductor device
In the present invention, in order to improve the mounting method of the semiconductor device, the mounting reliability was evaluated using a uniquely developed thin semiconductor device.
[0036]
With reference to FIG. 1, the semiconductor device 60 of this invention is demonstrated first. 1A is a plan view of the semiconductor device, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA.
[0037]
In FIG. 1, the following components are embedded in the insulating resin 40. That is, bonding pads 41A ... are embedded. An external connection electrode 41C is provided on the back surface of the bonding pad 41A. Further, a die pad 41D provided in a region surrounded by the bonding pad 41A and a semiconductor element 42 provided on the die pad 41D are embedded. The semiconductor element 42 is fixed to the heat dissipating die pad 41D through an insulating adhesive means AD.
[0038]
In addition, the bonding electrode 43 and the bonding pad 41 A of the semiconductor element 42 are electrically connected through a thin metal wire 44.
[0039]
Here, reference numeral 41C is made of a brazing material such as solder, a conductive paste such as Ag paste, a brazing material mixed with conductive particles, etc., and these are collectively referred to as an external connection electrode. Reference numeral 41E uses the same material as 41C, but is mainly used to prevent cracks in 41C, and hence is collectively referred to as a protective electrode.
[0040]
Further, the side surfaces of the bonding pads 41A are etched non-anisotropically, and here are formed by wet etching, so that they have a curved structure, and this curved structure generates an anchor effect.
[0041]
This structure is composed of four materials: a semiconductor element 42, a plurality of conductive patterns 41A and 41D, an insulating adhesive means AD, and an insulating resin 40 for embedding them. Furthermore, external connection electrodes 41C and 41E such as brazing material are provided on the back surface of the conductive pattern. Further, in this apparatus, the bonding pads 41 A and the semiconductor element 42 are supported by an insulating resin 40.
[0042]
The components of the semiconductor device 60 will be described. As the insulating resin 40, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a thermoplastic resin such as a polyimide resin or polyphenylene sulfide can be used. As the insulating resin, any resin can be adopted as long as it is a resin that can be hardened using a mold, a resin that can be coated by dipping or coating. As the conductive pattern, a conductive foil mainly made of Cu, a conductive foil mainly made of Al, a Fe—Ni alloy, an Al—Cu laminate, an Al—Cu—Al laminate, or the like may be used. it can. Of course, other conductive materials are possible, and a conductive material that can be etched and a conductive material that evaporates with a laser are particularly preferable. In consideration of half-etching property, plating formability, and thermal stress, a conductive material mainly composed of Cu formed by rolling is preferable.
[0043]
In the present invention, since the insulating resin 40 and the insulating adhesive means AD are filled between the conductive patterns, the conductive pattern has a feature that can be prevented from coming off. Further, by adopting non-anisotropic etching by employing dry etching or wet etching as etching, the side surface of the bonding pad 41A... Can be curved to generate an anchor effect. As a result, it is possible to realize a structure in which the conductive pattern 41A does not come off from the insulating resin 40.
[0044]
Moreover, the back surface of the conductive pattern is exposed on the back surface of the package. Therefore, the back surface of the die pad 41D can be fixed to the electrode on the mounting substrate 73. With this structure, the heat generated from the semiconductor element 42 can be dissipated to the electrode on the mounting substrate, and the temperature rise of the semiconductor element 42 can be prevented. Accordingly, the driving current of the semiconductor element 42 can be increased. Furthermore, frequency characteristics can be improved. Further, the protective electrode 41E and the semiconductor element 42 may be electrically connected.
[0045]
In this semiconductor device, since the conductive pattern is supported by the insulating resin 40 that is a sealing resin, a support substrate is not required. This configuration is a feature of the present invention. Therefore, the circuit device 60 is composed of the minimum necessary components and does not require a support substrate. Therefore, the circuit device 60 is thin and lightweight, and is inexpensive because it does not require material costs.
Second embodiment for explaining results of heat cycle test
A semiconductor device 60 according to the present invention shown in FIG. 1 is thin and lightweight. Therefore, the ratio of the semiconductor element 42 to the entire semiconductor device is large. Thus, the thermal expansion coefficient of the semiconductor device 60 mainly depends on the thermal expansion coefficient of silicon that is the material of the semiconductor element 42. Then, the semiconductor device 60 is mounted on a mounting board 73 made of resin, ceramic, glass epoxy flexible resin, or the like. In this case, the thermal expansion coefficient of silicon differs from that of the mounting substrate. Therefore, when the temperature of both the semiconductor device 60 and the mounting substrate 73 rises, a stress acts on the external connection electrode 41C that connects the two. For example, when the semiconductor device 60 is fixed only by the external connection electrode 41C, the magnitude of this stress increases as the package size increases. Specifically, it is proportional to the distance from the center of the semiconductor element to the periphery of the semiconductor device.
[0046]
Due to the above, there is a problem that stress is applied to the external connection electrode 41C due to thermal expansion, and cracks are generated in the neck portion NK shown in the conventional example. The protective electrode 41E is provided in view of such a problem, and has a function of buffering stress acting on the external connection electrode 41C. At the same time, it also has a function of improving the heat dissipation action of the semiconductor device 60.
[0047]
The object of the present invention is to provide a mounting structure that prevents the external connection electrode 41C from cracking. Therefore, four semiconductor devices (Case 1 to Case 4) having different mounting structures were prepared, and a heat cycle test was performed for each to evaluate the reliability of the mountability.
[0048]
Here, the heat cycle test will be described. First, a semiconductor device mounted on a mounting substrate via a solder electrode is exposed to the gas phase. Next, the temperature of the gas phase is changed, and the number of semiconductor devices in which cracks have occurred in the solder electrodes due to the temperature change is measured. By performing the above operation, it is possible to evaluate the lifetime of the solder electrode with respect to temperature change. In addition, the range of the temperature change of a gaseous phase is -40 degreeC-125 degreeC, and the time of 1 cycle is about 1 hour.
[0049]
Next, with reference to FIGS. 1-4, the difference in the mounting structure of case 1-case 4 is demonstrated.
[0050]
Case 1: In the mounting structure shown in FIG. 2, the size of the contact surface between the external connection electrode 41C and the bonding pad 41A is regulated by the opening of the insulating coating 46. The size of the opening of the insulating coating 46 is smaller than that of the conductive path 48. Accordingly, the external connection electrode 41C has a structure having a constriction NK. A plurality of protective electrodes 41E are provided on the back surface of the die pad 41D, and the size thereof is the same as that of the external connection electrodes.
[0051]
Case 2: The mounting structure shown in FIG. 3, and the external connection electrode 41 C has a constriction NK like the case 1. The difference from the case 1 is that the size of the protective electrode 41E is substantially equal to that of the semiconductor element 42. That is, the protective electrode 41E larger than the external connection electrode 41C is provided on the back surface of the die pad 41D.
[0052]
Case 3: The mounting structure shown in FIG. 4, and the insulating coating 46 is not applied to the back surface of the bonding pad 41A. Accordingly, the size of the contact surface between the external connection electrode 41 C and the bonding pad 41 A is larger than that of the conductive path 48. As a result, as shown in FIG. 4B, the external connection electrode 41C is not constricted. That is, when the side surface of each external connection electrode 41C is viewed, it becomes a smooth shape having the same curved surface. Furthermore, it is drawn with the same curvature and has a smooth surface with no inflection points. Hereinafter, this is called the same curved surface. The structure of the protective electrode 41E is the same as that of the case 1. In other words, a plurality of protective electrodes 41E whose size of the contact surface with the die pad 41D is regulated by the insulating coating 46 are provided.
[0053]
Case 4: The mounting structure shown in FIG. 1, and the structure of the external connection electrode 41C is the same as that of the case 3. That is, the external connection electrode 41C has a structure that does not have a constriction, and the side surfaces thereof have the same curved surface. The structure of the protective electrode 41E is the same as that of the case 2. That is, the protective electrode 41E having the same size as the semiconductor element 42 is provided on the back surface of the die pad 41D.
[0054]
Next, the results of the heat cycle test will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the number of cycles (horizontal axis) and the crack generation rate (vertical axis) in the heat cycle test.
[0055]
In case 1 (the mounting structure shown in FIG. 2), the crack generation rate increased from the time when the number of cycles exceeded 250, and the crack generation rate reached 100% when the number of cycles reached 400. . In other words, when the number of cycles reaches 400, cracks have occurred in the solder electrodes of all the semiconductor devices.
[0056]
In case 2 (the mounting structure shown in FIG. 3), the crack generation rate increased from the time when the number of cycles exceeded 450, and the crack generation rate reached 100% when the number of cycles reached 600. .
[0057]
In case 3 (the mounting structure shown in FIG. 4), a test is currently underway, but no solder cracks have occurred even if the number of cycles exceeds 750 times.
[0058]
In case 4 (the mounting structure shown in FIG. 1), the crack generation rate is 0% even when the number of cycles reaches 1400.
[0059]
From the results of the above heat cycle test, it was found that the mounting reliability of the mounting structures of Case 3 and Case 4 was high. The common point of the mounting structures of the case 3 and the case 4 is that the contact surface between the bonding pad 41A and the external connection electrode 41C is larger than the surface of the corresponding conductive path 48. That is, the external connection electrode 41C is not constricted. Therefore, by using an external connection electrode without constriction as shown in FIG. 1, it is possible to prevent the external connection electrode 41C from cracking.
Third embodiment for explaining the structure of an external connection electrode
The detailed structure of the external connection electrode 41C will be described with reference to FIGS.
[0060]
From the results of the heat cycle test described above, it was found that the occurrence of cracks can be prevented by making the external connection electrode 41C a structure having no constriction. The shape of the side surface of the external connection electrode 41C is determined by the size of the protective electrode 41E provided on the back surface of the die pad 41D. The principle will be described below.
[0061]
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views when a semiconductor device having a different electrode structure on the back surface is mounted on the mounting substrate 73. The basic structure of the semiconductor device is the same as that shown in FIG.
[0062]
With reference to FIG. 6 (A), the case where an electrode is not provided in the back surface of bonding pad 41A is demonstrated.
[0063]
In this case, the semiconductor device and the mounting substrate 73 are connected only by the external connection electrode 41C. Therefore, when the external connection electrode 41C is melted by reflow and the semiconductor device is mounted on the mounting substrate 73, the external connection electrode 41C has an irregular shape. This is because the external connection electrode 41C is crushed by its own weight.
[0064]
As described above, various problems occur due to the irregular shape of the external connection electrode. First, the external connection electrode 41 C comes into contact with the insulating coating 46. As a result, a constricted portion is formed in the external connection electrode 41C, stress is concentrated on this portion, and a crack is generated. Further, the side surface of the external connection electrode 41C protrudes outward. This causes contact with other adjacent electrodes, resulting in a short circuit.
[0065]
From the above, it can be seen that the structure of the electrode on the back surface shown in FIG.
[0066]
With reference to FIG. 6B, the case where the protective electrode 41E having a size slightly larger than the external connection electrode is provided on the back surface of the bonding pad 41A will be described.
[0067]
In this case, the semiconductor device and the mounting substrate 73 are connected by the external connection electrode 41C and the protective electrode 41E. Here, the size of the protective electrode 41E is slightly larger than the external connection electrode. When this semiconductor device is mounted on the mounting substrate 73, a force for pushing the semiconductor device upward is generated by the surface tension of the melted protective electrode 41E. Accordingly, the pressing force acting on the external connection electrode 41C is reduced. As a result, the side surface of the external connection electrode 41 C becomes a smooth curved surface and does not contact the insulating coating 46. Further, the external connection electrode has a shape in which no constriction is formed.
[0068]
As described above, since the side surface of the external connection electrode 41C has the same smooth curved surface without constriction, it is possible to prevent stress from being concentrated on a part of the external connection electrode. Therefore, it is possible to prevent cracks from occurring in the external connection electrode 41C. In this case, it is important that the insulating coating 46 does not come into contact with the external connection electrode 41C, and details thereof will be described later.
[0069]
With reference to FIG. 6C, the case where the protective electrode 41E having a size sufficiently larger than the external connection electrode 41C is provided on the back surface of the bonding pad 41A will be described.
[0070]
In this case, the force for pushing the semiconductor device upward is further increased by the surface tension of the protective electrode 41E. Accordingly, the external connection electrode 41C is pulled by the semiconductor device pushed up by the surface tension of the protective electrode 41E. As a result, the side surface of the external connection electrode 41C has a shape curved inward.
[0071]
Since the side surface of the external connection electrode 41C is curved inward, it is possible to prevent stress from being concentrated locally. This is also because the soldered surface has a predetermined curvature and does not generate a neck. Therefore, no crack occurs in the external connection electrode 41C.
[0072]
Further, since the side surface of the external connection electrode 41C is curved inward, the insulating coating 46 and the external connection electrode 41C do not come into contact with each other. Therefore, it is not necessary to separate the external connection electrode 41C and the insulating coating 46 from each other.
[0073]
Next, a method for mounting a semiconductor element on the mounting substrate 43 will be described with reference to FIG.
[0074]
On the conductive path 48 of the mounting substrate 73, solder 41D corresponding to the external connection electrode 41C of the semiconductor element and solder 41F corresponding to the protective electrode 41E of the semiconductor element are provided. Then, the electrodes of the semiconductor device and the solder of the mounting substrate 73 are melted by reflow, and the semiconductor device is mounted on the mounting substrate.
[0075]
As described above, the shape of the side surface of the external connection electrode 41C is determined by the size of the protective electrode 41E. If the protective electrode 41E is too small relative to the external connection electrode, the external connection electrode 41C will be crushed. On the other hand, if the protective electrode 41E is too large, the external connection electrode 41C will be lifted from the mounting substrate, resulting in poor connection. The size of the protective electrode 41E can be adjusted by the amount of solder 41F placed on the mounting substrate.
[0076]
The solder 41F of the mounting board is printed using a mask together with the solder 41G. For example, screen printing. Therefore, the solder amount of the solder 41F must be adjusted by the size and thickness of the opening of the mask.
[0077]
Further, if the solder amount of the solder 41G and 41F provided on the mounting substrate is too large, the thickness of the solder becomes thick, and the merit of the thin semiconductor device is lost. Therefore, the amount of solder 41G and 41F on the mounting board is determined in consideration of the thickness of the external connection electrode to be formed.
[0078]
The relationship between the shape of the external connection electrode 41C and the insulating coating 46 will be described with reference to FIG.
[0079]
FIG. 8 is an enlarged view of the external connection electrode 41C of FIG. 6B and its periphery. That is, the electrode 41C having a size with a slightly larger contact surface than the external connection electrode 41C is provided on the back surface of the die pad 41D. Therefore, the side surface of the external connection electrode 41C is curved outward to draw the same smooth curved surface. That is, in such a case, it is necessary to separate the external connection electrode 41C and the insulating coating 46 from each other. This can prevent the external connection electrode 41C from constricting.
[0080]
Even when the side surface of the external connection electrode 41C is curved inward or when the external connection electrode 41C has a cylindrical shape, the insulating coating 46 must be slightly separated from the external connection electrode 41C. The reason is that the current equipment has an alignment accuracy of the insulating coating 46 of about 50 μm. Therefore, it is necessary to separate the external connection electrode 41C and the insulating coating 46 by about 50 μm.
[0081]
As shown in FIG. 8, when the external connection electrode 41C is curved outward, it is necessary to further increase the distance between the external connection electrode 41C and the insulating coating 46. Specifically, the distance d requires the thickness d of the insulating coating 46. Furthermore, it is necessary to consider the alignment accuracy (50 μm) of the insulating coating described above. Accordingly, the distance between the external connection electrode 41C and the insulating film 46 needs to be a distance obtained by adding the thickness d of the insulating film 46 and the alignment accuracy (50 μm) of the insulating film 46.
[0082]
From the above, in the semiconductor device of the present invention, it is important that the insulating coating 46 covers the back surface of the semiconductor device by exposing the external connection electrode 41C and its peripheral portion.
[0083]
The bonding pads used in the present application are formed in a ring shape in one row, but this may be in a plurality of rows. Further, there may be wiring extending from between the pads and others. In these cases, the bonding pad, wiring, etc. on the back surface of the semiconductor device and the electrode of the mounting substrate may cause a short circuit for various reasons, and therefore an insulating film is formed. Of course, since the solder is fixed, the electrical connection point is exposed. However, according to the present invention, as shown in FIG. 8, the occurrence of a neck is prevented by exposing the surface of the sealing resin material around the solder (or electrical connection point). Especially in a thin package, the reliability cannot be improved unless this neck portion is taken into consideration.
[0084]
【Effect of the invention】
As described above, the semiconductor device and the mounting structure thereof according to the present invention can provide the following effects.
[0085]
First, the contact surface between the back surface of the bonding pad and the external connection electrode is made larger than the conductive path of the mounting substrate, so that the external connection electrode can be prevented from being constricted. Thereby, the side surface of the external connection electrode can be made into the same smooth curved surface. Therefore, as in the prior art, it is possible to prevent stress from concentrating on the constricted portion of the external connection electrode and generating cracks.
[0086]
Second, by providing an electrode on the back surface of the die pad located at the center of the semiconductor device, the curvature of the side surface of the external connection electrode located at the periphery of the semiconductor device is adjusted, and the side surface of the external connection electrode is There can be no smooth same curved surface. As a result, it is possible to prevent stress from concentrating on the constricted portion and cracking. Furthermore, it is possible to prevent a short circuit due to contact between adjacent external connection electrodes.
[0087]
Thirdly, by separating the external connection electrode and the insulating coating, it is possible to prevent the insulating coating from coming into contact with the external connecting electrode and constricting the side surface of the external connecting electrode. As a result, it is possible to prevent stress from concentrating on the constricted portion of the external connection electrode and generating cracks.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor device of the present invention and a mounting structure thereof.
FIG. 2 is a diagram illustrating a semiconductor device of the present invention and a mounting structure thereof.
FIG. 3 is a diagram illustrating a semiconductor device of the present invention and a mounting structure thereof.
FIG. 4 is a diagram illustrating a semiconductor device of the present invention and a mounting structure thereof.
FIG. 5 is a diagram for explaining a test result of a heat cycle using the semiconductor device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a semiconductor device and a mounting structure thereof according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device and a mounting structure thereof according to the present invention.
FIG. 8 illustrates a mounting structure of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a structure and a manufacturing method of a conventional semiconductor device.
FIG. 10 is a diagram illustrating a structure and a manufacturing method of a conventional semiconductor device.
FIG. 11 is a diagram illustrating a structure and a manufacturing method of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
40 Insulating resin
41A Bonding pad
41C External connection electrode
41D die pad
41E electrode
42 Semiconductor element
43 Bonding electrodes
44 Thin metal wire
46 Insulation coating

Claims

A plurality of the bonding pads provided exposed on the back surface of the semiconductor device, external connection electrodes provided on the bonding pad, and a resist layer covering the back surface of the semiconductor device,
The resist layer exposes the periphery of the external connection electrode and the external connection electrode, covers the back surface of the semiconductor device,
The side surface of the external connection electrode is curved outward, and the distance between the peripheral portion of the contact surface between the external connection electrode and the bonding pad and the resist is substantially equal to the thickness of the resist layer. Semiconductor device.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the resist layer does not contact the external connection electrode.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the separation distance is obtained by adding the alignment accuracy of the resist layer to the thickness of the resist layer.