发明名称 半导体装置及其制造方法、电子装置及其制造方法
摘要 本发明系关于谋求焊料接合部之耐冲击强度之提高之半导体装置及其制造方法、电子装置及其制造方法。本发明之半导体装置系在底层导体层与无铅焊料层之间设有实质上不含硫之接合层,且在前述接合层与前述无铅焊料层之间具有形成含此等元素之合金层之接合构造。
申请公布号 TWI275170 申请公布日期 2007.03.01
申请号 TW092108665 申请日期 2003.04.15
申请人 日立制作所股份有限公司;日立超爱尔.爱斯.爱系统股份有限公司 发明人 山本健一;守田俊章;山田宗博;木本良辅
分类号 H01L23/488(2006.01) 主分类号 H01L23/488(2006.01)
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种半导体装置,其特征在于:包含接合构造,其 系在底层导体层与无铅焊料层之间设有实质上不 含硫之接合层,且在前述接合层与前述无铅焊料层 之间形成含此等元素之合金层者。 2.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中 前述接合层中之硫浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在1%以下者。 3.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中 前述接合层系以镍为主成分之镀层、或以镍磷 为主成分之镀层者。 4.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中 前述焊料层系包含锡系合金材料者。 5.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中 前述焊料层系凸块者。 6.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中 前述底层导体层系配线基板之电极垫; 前述接合层系形成于前述电极垫之表面之镀层; 前述焊料层系接合于前述接合层之凸块者。 7.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中进一步 包含: 配线基板,其中电极垫形成于与主面相对向之背面 者;及半导体晶片,其系安装于前述配线基板之主 面者; 前述底层导体层系前述配线基板之电极垫; 前述接合层系形成于前述电极垫之表面之镀层; 前述焊料层系接合于前述接合层之凸块者。 8.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中进一步 包含: 配线基板,其中电极垫形成于主面者;及半导体晶 片,其中电极垫形成于主面者; 前述底层导体层系前述配线基板之电极垫; 前述接合层系形成于前述电极垫之表面之镀层; 前述焊料层系介于前述配线基板之电极垫与前述 半导体晶片之电极垫之间之凸块者。 9.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中进一步 包含: 配线基板,其中电极垫形成于主面者;及半导体晶 片,其中电极垫形成于主面者; 前述底层导体层系前述半导体晶片之电极垫; 前述接合层系形成于前述电极垫之表面之镀层; 前述焊料层系介于前述配线基板之电极垫与前述 半导体晶片之电极垫之间之凸块者。 10.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中进一 步包含: 半导体基板;多数第一电极垫,其系配置于前述半 导体基板上者;及第二电极垫,其系在前述多数第 一电极垫之上层,以宽于该第一电极垫之排列间距 被配置,并分别被电性连接于前述多数第一电极垫 者; 前述底层导体层系前述第二电极垫; 前述接合层系形成于前述第二电极垫之表面之镀 层; 前述焊料层系接合于前述接合层之凸块者。 11.如申请专利范围第1项之半导体装置,其系被装 入可携式电子机器者。 12.一种半导体装置之制造方法,其特征在于包含下 述步骤:准备一配线基板,其中在与主面相对向之 背面形成电极垫,且在前述电极垫之表面形成实质 上不含硫之接合层; 在前述配线基板之主面安装半导体晶片;及 将无铅焊料熔化于前述接合层上而形成凸块。 13.一种半导体装置之制造方法,其特征在于包含下 述步骤:准备在主面形成电极垫,且在前述电极垫 之表面形成实质上不含硫之接合层之配线基板,与 在主面形成电极垫之半导体晶片;及 在前述配线基板之接合层与前述半导体晶片之电 极垫之间介设包含无铅焊料之凸块之状态下,熔化 前述凸块而安装前述半导体晶片者。 14.如申请专利范围第12或13项之半导体装置之制造 方法,其中 前述接合层中之硫浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在1%以下者。 15.如申请专利范围第12或13项之半导体装置之制造 方法,其中 前述接合层系以镍为主成分之镀层、或以镍磷 为主成分之镀层者。 16.如申请专利范围第12或13项之半导体装置之制造 方法,其中 前述无铅焊料系锡系合金材料者。 17.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述电子部件之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含硫之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 18.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述配线基板之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含硫之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 19.如申请专利范围第17或18项之电子装置,其中 前述接合层中之硫浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在1%以下者。 20.如申请专利范围第17或18项之电子装置,其系被 装入可携式电子机器者。 21.一种电子装置之制造方法,其特征在于包含下述 步骤:准备一电子部件,其包含在表面上形成实质 上不含硫之接合层之电极垫,及 将介设在配线基板之电极垫与前述电子部件之接 合层间之无铅焊料层熔化,而接合前述接合层与前 述配线基板之电极垫者。 22.一种电子装置之制造方法,其特征在于包含下述 步骤:准备包含电极垫之电子部件、与包含在表面 上形成实质上不含硫之接合层之电极垫之配线基 板,及 将介设在前述配线基板之接合层与前述电子部件 之电极垫间之无铅焊料熔融,而接合前述接合层与 前述电子部件之电极垫。 23.如申请专利范围第21或22项之电子装置之制造方 法,其中 前述接合层中之硫浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在1%以下者。 24.一种半导体装置,其特征在于包含:接合构造,其 系在底层导体层与无铅焊料层之间,形成实质上不 含碳之接合层,且在前述接合层与前述无铅焊料层 之间,形成含此等元素之合金层者。 25.如申请专利范围第24项之半导体装置,其中 前述接合层中之碳浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在1%以下者。 26.一种电子装置,其特征在于包含:接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述电子部件之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含碳之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间介设含此等元素之合 金层者。 27.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述配线基板之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含碳之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 28.如申请专利范围第26或27项之电子装置,其中 前述接合层中之碳浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在1%以下者。 29.一种半导体装置,其特征在于:包含接合构造,其 系在底层导体层与无铅焊料层之间,形成实质上不 含氟之接合层,且在前述接合层与前述无铅焊料层 之间,形成含此等元素之合金层者。 30.如申请专利范围第29项之半导体装置,其中 前述接合层中之氟浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在0.2%以下者。 31.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述电子部件之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含氟之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 32.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述配线基板之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含氟之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 33.如申请专利范围第31或32项之电子装置,其中 前述接合层中之氟浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在0.2%以下者。 34.一种半导体装置,其特征在于:包含接合构造,其 系在底层导体层与无铅焊料层之间,形成实质上不 含氧之接合层,且在前述接合层与前述无铅焊料层 之间,形成含此等元素之合金层者。 35.如申请专利范围第34项之半导体装置,其中 前述接合层中之氧浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在10%以下者。 36.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述电子部件之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含氧之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 37.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述配线基板之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含氧之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 38.如申请专利范围第36或37项之电子装置,其中 前述接合层中之氧浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在10%以下者。 39.一种半导体装置,其特征在于:包含接合构造,其 系在底层导体层与无铅焊料层之间,形成实质上不 含氯之接合层,且在前述接合层与前述无铅焊料层 之间,形成含此等元素之合金层者。 40.如申请专利范围第39项之半导体装置,其中 前述接合层中之氯浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在10%以下者。 41.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述电子部件之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含氯之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间介设含此等元素之合 金层者。 42.一种电子装置,其特征在于:包含接合构造,其系 在电子部件之电极垫与配线基板之电极垫间介设 无铅焊料层,在前述配线基板之电极垫与前述无铅 焊料层间,介设实质上不含氯之接合层,且在前述 接合层与前述无铅焊料层间,介设含此等元素之合 金层者。 43.如申请专利范围第41或42项之电子装置,其中 前述接合层中之氯浓度在2次离子质量分析中对接 合层离子计数値之比例在10%以下者。 44.一种半导体装置,其特征在于:包含接合构造,其 包含:底层导体层;形成于前述底层导体层上之接 合层;形成于前述接合层上之无铅焊料层;及前述 接合层与前述无铅焊料层之间含此等层之元素之 锡系合金层;其中 为使冲击弯曲应变大于2000ppm,使前述接合层中之 硫浓度在2次离子质量分析中对接合层离子计数値 之比例在1%以下。 45.如申请专利范围第44项之半导体装置,其中 前述接合层系以镍磷为主成分之镀层者。 46.如申请专利范围第44项之半导体装置,其中 前述焊料层系凸块者。 47.如申请专利范围第44项之半导体装置,其中 前述底层导体层系配线基板之电极垫; 前述接合层系形成于前述电极垫之表面之镀层; 前述焊料层系接合于前述接合层之凸块者。 48.如申请专利范围第44项之半导体装置,其中进一 步包含: 配线基板,其中电极垫系形成于与主面相对向之背 面者;及半导体晶片,其系安装于前述配线基板之 主面者; 前述底层导体层系前述配线基板之电极垫; 前述接合层系形成于前述电极垫之表面之镀层; 前述焊料层系接合于前述接合层之凸块者。 图式简单说明: 图1系表示本发明之实施形态一之BGA型半导体装置 之概略构成之平面图。 图2系沿图1之A-A线之剖面图。 图3系将图2局部放大之要部剖面图。 图4系将图3局部放大之要部剖面图。 图5系本发明之实施形态一之BGA型半导体装置之制 造所使用之插入式选样基板(配线基板)之概略构 成之图((a)系底面图,(b)系剖面图)。 图6系本发明之实施形态一之BGA型半导体装置之制 造之说明图((a)~(d)系各步骤之剖面图)。 图7系在本发明之实施形态一之BGA型半导体装置之 制造中,第一凸块形成步骤之说明图((a)~(c)系各步 骤之剖面图)。 图8系在本发明之实施形态一之BGA型半导体装置之 制造中,第二凸块形成步骤之说明图((a)~(b)系各步 骤之剖面图)。 图9系表示装入本发明之实施形态一之BGA型半导体 装置之模组(电子装置)之概略构成之平面图。 图10系沿图9之B-B线之剖面图。 图11系将图10局部放大之要部剖面图。 图12系将图11局部放大之要部剖面图。 图13系图9之模组之制造所使用之安装基板之概略 构成之图((a)系平面图,(b)系剖面图)。 图14系表示含图13之安装基板之多面处理面板之概 略构成之平面图。 图15系图9之模组之制造之说明图((a)及(b)系各步骤 之剖面图)。 图16系表示装入图9之模组后之行动电话(可携式电 子机器)之概略构成之平面图。 图17系表示接合层中之硫浓度与焊料接合部之耐 冲击强度之关系之特性图。 图18系表示接合层中之硫浓度高时之焊料接合部 之要部剖面图。 图19系耐冲击评估之说明图。 图20系耐冲击评估之说明图。 图21系表示接合层中之碳浓度与焊料接合部之耐 冲击强度之关系之特性图。 图22系表示接合层中之碳浓度高时之焊料接合部 之要部剖面图。 图23系表示接合层中之氟浓度与焊料接合部之耐 冲击强度之关系之特性图。 图24系表示接合层中之氟浓度高时之焊料接合部 之要部剖面图。 图25系表示接合层中之氧浓度与焊料接合部之耐 冲击强度之关系之特性图。 图26系表示接合层中之氧浓度高时之焊料接合部 之要部剖面图。 图27系表示接合层中之氯浓度与焊料接合部之冲 击弯曲应变之关系之特性图。 图28系表示接合层中之氯浓度高时之焊料接合部 之要部剖面图。 图29系表示本发明之实施形态二之LGA半导体装置 之概略构成之剖面图。 图30系将图29局部放大之要部剖面图。 图31系表示本发明之实施形态三之朝下焊接构造 之BGA型半导体装置之概略构成之剖面图。 图32系将图31局部放大之要部剖面图。 图33系表示本发明之实施形态四之CSP型半导体装 置之概略构成之剖面图。 图34系将图33局部放大之要部剖面图。
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