本发明专利技术的半导体器件，具有：在正反两面具有多个电极部(5)的电路基板(1)；与前述电路基板(1)的正面的电极部接合、构成电子电路的半导体芯片(2)等的电子电路元件；以及在前述电路基板(1)的反面的电极部(5)上形成的多个外部连接用的球电极。电路基板(1)的反面的电极部(5)的外周部的电极部(5a)，形成为比内周部的电极部(5b)要大，前述多个球电极的各球电极的含有锡和银、而不含有铅的焊锡球(6)，在基板反面的电极部(5)上加热熔融，在界面形成合金。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及设置外部连接用的球电极的表面安装型。
技术介绍
作为设置外部连接用的球电极的表面安装型半导体器件，有将半导体元件与电路基板电连接的、BGA(BalI Grid Array,球栅阵列)和CSP (Chip Size Package,芯片级封装)等组件半导体器件。图7(a) (b)所示为以往的BGA型半导体器件。在正反两面具有电路图形及电极 部的电路基板I的单侧的面上，将半导体芯片(半导体元件)2进行裸芯片连接，用金属细线3进行丝焊，用树脂4进行封装，将焊锡球6与电路基板I的另一单侧的面的电极部5接合。接合的焊锡球6起到作为安装在其它电路基板上用的外部端子(球电极)的功能(特开 2001-144214 号公报)。作为焊锡球6的材料，虽采用低共熔晶体的Sn-Pb焊锡材料，但存在采用不含有铅的无铅焊锡材料的倾向。但是若采用无铅焊锡材料，则存在焊锡球6与电极部5的接合强度降低的问题。本专利技术鉴于上述问题，其目的在于在将焊锡球与电路基板的电极部接合的电极结构中提高接合强度。为了达到上述目的，对于焊锡球与基板电极的接合强度进行了研究，其结果可知，在采用由无铅焊锡材料形成的焊锡球时，越延长熔融时间，则接合强度越低。另外可知，越延长熔融时间，则在接合部分引起的破坏中，焊锡球中的破坏所占的比例越减少，反之在与基板电极的界面处的破坏越增加，与之相应接合强度越降低。因而发现，为了提高接合强度，只要缩短焊锡球的熔融时间即可，为此特别是只要从基板电极侧进行冷却即可，从而完成了本专利技术。
技术实现思路
S卩，本专利技术的半导体器件，具有在正反两面具有多个电极部的电路基板；与前述电路基板的正面的电极部接合、构成电子电路的电子电路元件；以及在前述电路基板的反面的电极部上形成的多个外部连接用的球电极，前述电路基板的反面的电极部(多个)的外周部的电极部，形成为比内周部的电极部要大，前述多个球电极的各球电极的含有锡和银、而不含有铅的焊锡球，在前述基板反面的电极部上加热熔融，在界面形成合金。外周部的焊锡球的下面的电极部(即外周部的电极部)形成更大，通过这样有效地进行冷却。电路基板上形成的导通孔，对于基板反面的外周部的电极部，最好与该电极部连接，或者配置在离外周部的电极部比离内周部的电极部更近的地方。通过这样，外周部的电极部上的球电极基于有选择地抑制界面上形成的合金成分，能够增大界面强度。基板反面的各电极部的部分的绝缘层的开口相同。基板反面的各电极部的至少一边大于焊锡球的直径。在制造上述的半导体器件时，将含有锡和银、而不含有铅的焊锡球，放置在前述基板反面的电极部上，进行加热熔融，与电极部表面形成合金，同时从电极部一侧冷却在外周部的电极部上熔融的焊锡球，通过这样能够形成多个球电极。为了从电极部一侧冷却焊锡球，可以在电路基板的正面侧使冷却用的气体流通。另外，可以在电路基板的正面侧设置散热板。附图说明图I所示为本专利技术的一个实施形态中的半导体器件的构成剖视图。 图2为说明制造图I的半导体器件时的焊锡球与电极部的接合方法的剖视图。图3为关于焊锡球与电极部的接合强度的特性图。图4所示为焊锡球与电极部的破坏状态图。图5所示为本专利技术的其它实施形态中的半导体器件的构成图。图6为说明制造本专利技术有关的半导体器件时的冷却方法的剖视图。图7为以往的半导体器件的剖视图。具体实施例方式下面，参照附图说明本专利技术的实施形态。图I (a)为本专利技术的一个实施形态的半导体器件即BGA型半导体器件的剖视图，图1(b)为该半导体器件的一部分放大剖视图。在图1(a) (b)所示的半导体器件中，电路基板I在两面形成电路图形及多个电极部5(仅表示一部分)，在其单侧的面(以下，称为正面)的中间部分将半导体元件2进行裸芯片连接，用金属线3进行丝焊。另外在该正面上，用传递模铸法形成封装半导体元件2及金属线3的树脂4。将焊锡球6接合在电路基板I的另一单侧的面(以下，称为反面)的电极部5上。接合的焊锡球6起到作为安装在其它电路基板(安装基板)上用的外部端子(球电极)的功能。7为绝缘层。电路基板I是以玻璃环氧为基材而形成的。电路基板I的反面的电极部5排列成多排，反面外周部的电极部5a的面积大于内周部(靠近反面中间的部分)的电极部5b。各电极部5用铜形成，对表面施加5 μ m左右的镀镍，在其上施加O. I I. O μ m的镀金。树脂4采用环氧，覆盖除基板表面的周边部以外部分那样地形成，在电极部5a的背面侧不存在，而在电极部5b的背面侧存在。绝缘层7由阻焊剂形成，虽然是覆盖电极部5的厚度，但在各电极部5的表面上以同样的尺寸形成开口部7a。将上述的焊锡球6接合在从这样的开口部7a露出的电极部5(即连接盘)上。焊锡球6由以锡和银和铜为主成分的无铅焊锡材料形成。参照图2，说明焊锡球6的接合方法。如图2(a) (b)所不，对电路基板I的反面的电极部5(5a、5b)印刷焊锡糊料(未图示)，在其上放置焊锡球6，然后用回流炉(未图示)将焊锡糊料与焊锡球6加热熔融，使焊锡球6与电极部5的界面合金化而接合。接合结束后清洗除去焊锡糊料的焊剂。在要使加热熔融的焊锡球6凝固而进行冷却时，在回流炉内的冷却区或回流炉外的大气中进行冷却。这里，如上述那样，由于各电极部5(5a、5b)的绝缘层7的开口部7a是同样的尺寸，因此与焊锡球6连接的界面的面积相等，但是外周部的电极部5a的面积大于内周部的电极部5b。因此，位于电极部5a上的外周部的焊锡球6，容易通过电极部5a向电路基板I的反面、进而向其表面侧散热，进行凝固。换句话说，外周部的焊锡球6还从电极部5a —侧冷却，迅速凝固。其结果，与使电极部5a和电极部5b为同一面积等不采取任何措施、听任从焊锡球6的外周部进行自然冷却的情况相比，界面处的连接强度提高。关于电路基板I的内周部的焊锡球6，当然最好采取同样的冷却措施，但是由于通过电极部5b向电路基板I传热，然后容易从其表面侧的树脂4散热，因此也可以不一定采取该冷却措施。外周部的焊锡球6也有时容易受到来自外部的应力，如上述那样，通过采取从电极部5a—侧进行冷却的冷却措施，在提高接合强度方面更有效果。通过这样，对于电·路基板I的全部焊锡球6，能够得到提高耐热冲击性的接合结构，能够防止球电极脱落等。使用剪切力试验，测定从焊锡球侧面剥离的力，通过这样对焊锡球(Sn-Ag系无铅焊锡材料)与电极部的接合强度进行了试验。图3所示为结果。(a)为熔融时间与破坏模式的相关图，(b)为熔融时间与接合强度的相关图。在图3(a) (b)中，若延长焊锡球的熔融时间，则在形成的接合部分引起的破坏中，焊锡球中弓I起的破坏所占的比例减少，反之在与电极部的界面处引起的破坏增加，与之相应接合强度降低。根据图I所示的半导体器件的结构，由于能够缩短焊锡球的熔融时间，因此界面的接合强度提高。另外，对焊锡球分别使用Sn-Ag系无铅焊锡材料及以往的低共熔晶体的Sn-Pb焊锡材料，关于与电极部的接合部分，通过剖面观察，研究了合金状态在使用Sn-Pb焊锡材料时，在焊锡球与电极部的界面形成Ni-Sn系合金，通过这样将焊锡球与电极部接合。另外，在使用Sn-Ag系无铅焊锡材料时，在焊锡球与电极部的界面的合金层中，除了形成Ni-Sn系合金，另外还形成Cu-Sn系合金，若焊锡材料的熔融时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，具有：在反面具有多个电极的电路基板；与所述电路基板的正面接合的电子电路元件；以及在所述电路基板的反面的电极上形成的多个外部连接用的焊锡球电极，所述多个电极中的外周部的电极的面积形成为比内周部的电极的面积要大，所述电路基板的反面形成有绝缘层，该绝缘层在所述多个电极中的每一个电极的表面上具有开口，所述多个焊锡球电极中的每一个焊锡球电极是不含有铅的焊锡球，在该焊锡球与从所述开口露出的电极的界面形成合金。
【技术特征摘要】
2007.02.06 JP 2007-0262091.一种半导体器件，其特征在于，具有 在反面具有多个电极的电路基板； 与所述电路基板的正面接合的电子电路元件；以及 在所述电路基板的反面的电极上形成的多个外部连接用的焊锡...
【专利技术属性】
技术研发人员：大森弘治，老田成志，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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