[发明专利]半导体器件及其制造方法、线路板及其制造方法、半导体封装件和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及经由焊块连接到线路板的半导体器件及其制造方法；经由焊块连接有半导体器件的线路板及其制造方法；包括半导体器件和线路板中的至少一个的半导体封装件；以及包括该半导体封装件的电子装置。

背景技术

对于半导体器件中更高的密度的需求随着电子装置的性能增强而增长。近年来，为了满足这些需求，倒装芯片键合(flip chip bonding，下文中也称为FCB)已被用于在载体基板和其他这样的线路板上安装半导体芯片。倒装芯片键合是这样一种键合方法，其中，多个焊块在半导体芯片的有效面(active surface)上布置成矩阵配置，有效面被转向面对线路板，并且半导体芯片利用焊块键合到线路板。FCB已用在各种器件，尤其是高性能器件中，因为其能够在半导体器件中实现更多的管脚、更小的尺寸和更快的信号传输。

通常，当利用焊块执行FCB时，具有极好的焊料扩散防止属性和润湿属性的阻挡金属被提供到焊盘表面；即，提供到与焊块相接触的表面，以防止焊料扩散到半导体芯片和线路板中，并改善焊块相对于焊盘的润湿属性。

在利用FCB获得的半导体器件中，在有机树脂基板、陶瓷基板或常用作线路板的其他基板的热膨胀系数和主要由硅组成的半导体芯片的热膨胀系数之间存在大的差异。因此，当在将半导体芯片安装在线路板上之后应用热循环处理时，由于热膨胀差异而引起的热应力被施加到焊块，并且在焊块中发生破裂。该现象成为问题，其随着焊块的尺寸减小而逐渐变得更加显著。

除了FCB以外，一种被称为CSP(芯片尺寸封装)的键合方法，即，用于利用焊块将半导体芯片键合到安装基板的方法，被广泛用在要求高密度安装的移动设备中。然而，利用通过CSP装配的半导体封装件，热应力和掉落期间的碰撞会导致利用焊块键合的部分中的破裂，并带来连接缺陷。具体而言，由于在掉落期间在很短的时间量内大量的力作用在焊块的基底上，焊块和阻挡金属之间的键合界面很容易受到破坏。在减小键合界面的表面积(这是减小焊块尺寸的一部分)方面，该现象也是一个大问题。

考虑到这一问题，已经提出了若干技术用于减小施加到焊块的应力，以防止由热应力或掉落期间的碰撞引起的对焊块的破坏，并且确保半导休封装件的键合是可靠的。专利文献1(日本专利申请早期公开No.2000-228455)和专利文献2(日本专利申请早期公开No.11-254185)公开了用于通过将弹性物质混入焊块中来提高焊块的柔软度并减小应力的技术。

图21是示出了在专利文献1中公开的半导体封装件中的键合部分的截面图。在专利文献1公开的半导体封装件中，每个键合部分具有形成在条带101的底面上的金属焊盘102和形成在线路板103的顶面上的金属焊盘104之间的焊球105，如图21所示，在条带101中半导体芯片(未示出)被安装在顶面上。焊球105具有由耐热硅橡胶组成的并且具有200到800μm直径的球体106；由Au、Ag、Cu、Pd、Ni等组成的并且具有1到5μm厚度的粘接金属壳107被提供在球体106的整个表面上；并且，由焊料组成的并且具有5到20μm厚度的焊料金属壳108被提供在粘接金属壳107的整个外表面上。焊膏109提供在金属焊盘102和焊球105之间，还提供在金属焊盘104和焊球105之间，并且直径极小的多个树脂球110分散在焊膏109中。专利文献1表明施加到条带101和线路板102之间的连接处的应力被由耐热硅橡胶组成的球体106的变形而吸收，可以防止焊球105中的破裂和损坏。

图22是示出了在专利文献2中公开的柔性键合材料的截面图。专利文献2公开了柔性键合材料113，其中颗粒直径为3到30μm的耐热树脂粉末112被包含在直径为0.05到1.5mm的球形焊料111中，如图22所示。专利文献2表明作为使用柔性键合材料113代替传统焊球的结果，当电子组件被键合到电路板时，耐热树脂粉末112的弹性可以吸收电路板和电子组件之间的热应力。

专利文献3(日本专利申请早期公开No.11-54672)和专利文献4(日本专利申请早期公开No.2004-51755)公开了用于通过在半导体芯片和焊块之间的电流路径中引入导电树脂材料来减小施加到焊块的应力的技术。