JP2004007005A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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中村 篤
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Abstract

【課題】 半導体装置の小型化を図る。また、動作速度の高速化を図る。また、電気的信頼性を高める。また、実装精度を高める。
【解決手段】 ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレット2が搭載され、前記半導体ペレット2の主面に配置された外部端子2Aに前記ベース基板1の裏面に配置された第1電極パッド1Bが電気的に接続される半導体装置において、前記ベース基板1をリジット基板で構成し、前記ベース基板1の第1電極パッド1Bをその裏面に配置された第2電極パッド1Aに電気的に接続し、前記半導体ペレット2をその主面を下にして前記ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に搭載し、前記半導体ペレット2の外部端子2Aと前記ベース基板1の第2電極パッド1Aとを前記ベース基板1に形成されたスリット5を通してボンディングワイヤ6で電気的に接続する。
【選択図】   図3

Description

 本発明は、半導体装置及びその製造技術に関し、特に、ベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットが搭載され、前記半導体ペレットの主面に配置された外部端子に前記ベース基板の裏面に配置された第1電極パッドが電気的に接続される半導体装置及びその製造技術に適用して有効な技術に関するものである。
 高い実装密度が得られる半導体装置として、BGA(all rid rray)構造の半導体装置が、例えば日経マグロウヒル社発行の日経エレクトロニクス[1994年、2月28日号、第111頁乃至第117頁]に開示されている。このBGA構造の半導体装置は、図16(要部断面図)に示すように、ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレット2を搭載し、ベース基板1の主面と対向するその裏面側に複数のバンプ電極4を格子状に配置した構造で構成される。
 前記ベース基板1は例えば2層配線構造のプリント配線基板で構成される。ベース基板1の主面の周辺領域(ペレット搭載領域の周囲)には複数の第2電極パッド1Aが配置される。また、ベース基板1の主面と対向するその裏面には複数の第1電極パッド1Bが配置される。第2電極パッド1Aは、ベース基板1の主面に配置された配線1Aを介してスルーホール配線1Cに電気的に接続される。第1電極パッド1Bは、ベース基板1の裏面に配置された配線1Bを介してスルーホール配線1Cに電気的に接続される。
 前記半導体ペレット2は例えば単結晶珪素からなる半導体基板2Bを主体に構成される。半導体基板2Bの主面(素子形成面)には論理回路システム、記憶回路システム、或はそれらの混合回路システムが搭載される。また、半導体基板2Bの主面上には複数の外部端子(ボンディングパッド)2Aが配置される。この外部端子2Aは、半導体基板2Bの主面上に形成された配線層のうち最上層の配線層に形成される。
 前記半導体ペレット2の外部端子2Aはベース基板1の主面に配置された第2電極パッド1Aにボンディングワイヤ6を介して電気的に接続される。つまり、半導体ペレット2の外部端子2Aは、ボンディングワイヤ3、第2電極パッド1A、配線1A、スルーホール配線1C、配線1Bの夫々を介して第1電極パッド1Bに電気的に接続される。
 前記半導体ペレット2、ボンディングワイヤ6等は、ベース基板1の主面上に形成された樹脂封止体7で封止される。樹脂封止体7はトランスファモール法で形成される。
 前記ベース基板1の第1電極パッド1Bの表面上にはバンプ電極4が電気的及び機械的に接続される。バンプ電極4は例えばPb−Sn系の合金材で形成される。
 このように構成されるBGA構造の半導体装置は実装基板の実装面上に実装され、そのバンプ電極4は実装基板の実装面に配置された電極パッドに電気的及び機械的に接続される。
 また、高い実装密度が得られる半導体装置として、ベース基板をフレキシブル基板で構成した半導体装置が、例えば米国特許第5148265号に開示されている。この半導体装置は、フレキシブル基板で構成されたベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットをその主面を下にして搭載し、半導体ペレットの主面に配置された外部端子とベース基板の裏面に配置された第2電極パッドとをボンディングワイヤで電気的に接続した構造で構成される。ベース基板の第2電極パッドはその裏面に配置された配線を介してその裏面に配置された第1電極パッドに電気的に接続される。第1電極パッドの表面にはバンプ電極が電気的及び機械的に接続される。
 このように構成される半導体装置は実装基板の実装面上に実装され、そのバンプ電極は実装基板の実装面に配置された電極パッドに電気的及び機械的に接続される。
米国特許第5148265号
(1)BGA構造の半導体装置において、図16に示すように、ベース基板1の主面に配置された第2電極パッド1Aは、スルーホール配線1Cを介してベース基板1の裏面に配置された第1電極パッド1Bに電気的に接続される。スルーホール配線1Cは、ベース基板1のスルーホール内に形成されたホール領域と、ベース基板1の主面及び裏面に形成されたランド領域(フリンジ部)とで構成される。スルーホールの内径寸法は例えばφ0.3[mm]程度に設定され、スルーホール配線1Cのランド領域の外径寸法は例えばφ0.6[mm]程度に設定される。このスルーホールの内径寸法及びスルーホール配線1Cのランド領域の外径寸法は、第2電極パッド1Aとスルーホール配線1Cとを電気的に接続する配線1Aの配線幅及び第1電極パッド1Bとスルーホール配線1Cとを電気的に接続する配線1Bの配線幅に比べて大きく構成される。
 一方、半導体ペレット2に搭載される回路システムは高集積化の傾向にあり、この回路システムの高集積化に伴って半導体ペレット2の外部端子2Aの数及びベース基板1の第2電極パッド1Aの数は増加する。つまり、回路システムの高集積化に伴い、第2電極パッド1Aと第1電極パッド1Bとを電気的に接続するスルーホール配線1Cの数は増加する。このため、スルーホール配線1Cの数に相当する分、ベース基板1の外形サイズが増加し、半導体装置が大型化する問題があった。
(2)BGA構造の半導体装置において、スルーホール配線1Cの増加に伴い、スルーホール配線1Cは半導体ペレット2からその外側に向って遠い位置に配置される。このため、第2電極パッド1Aとスルーホール配線1Cとを電気的に接続する配線1Aの長さ及び第1電極パッド1Bとスルーホール配線1Cとを電気的に接続する配線1Bの長さが長くなるので、インダクタンスが増加し、半導体装置の動作速度が低下するという問題があった。
(3)ベース基板をフレキシブル基板で構成した半導体装置において、フレキシブル基板は、例えばポリエステルフィルム、ポリイミドフィルムで構成される。このフレキシブル基板は、ガラス繊維にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を含浸させたリジット基板に比べてヤング率が低く軟らかい(硬度が低い)。このため、半導体ペレットの主面に配置された外部端子とベース基板の裏面に配置された第2電極パッドとをボンディングワイヤで電気的に接続する際、第2電極パッドに加えるボンディング荷重がベース基板に吸収されてしまい、ボンディング荷重、超音波振動が第2電極パッドに有効に伝わらず、ボンディングワイヤと第2電極パッドとの接続強度が低下し、ボンディングワイヤの接続不良が発生し、半導体装置の電気的信頼性が低下するという問題があった。
(4)ベース基板をフレキシブル基板で構成した半導体装置において、フレキシブル基板は、リジット基板に比べて平面方向の熱膨張係数が大きく、更にヤング率が低く曲がりやすい(剛性が小さい)。このため、実装基板の実装面上に半導体装置を実装する際、実装時のリフロー熱でベース基板に反り、ねじれ等の変形が生じ、実装基板の実装面に対するベース基板の裏面の平坦度が低下し、半導体装置の実装精度が低下するという問題があった。
 本発明の目的は、半導体装置の小型化を図ることが可能な技術を提供することにある。
 本発明の他の目的は、前記半導体装置の動作速度の高速化を図ることが可能な技術を提供することにある。
 本発明の他の目的は、半導体装置の電気的信頼性を高めることが可能な技術を提供することにある。
 本発明の他の目的は、半導体装置の実装精度を高めることが可能な技術を提供することにある。
 本発明の他の目的は、前記目的を達成する半導体装置の製造技術を提供することにある。
 本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)ベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットが搭載され、前記半導体ペレットの主面に配置された外部端子に前記ベース基板の裏面に配置された第1電極パッドが電気的に接続される半導体装置において、前記ベース基板をリジット基板で構成し、前記ベース基板の第1電極パッドをその裏面に配置された第2電極パッドに電気的に接続し、前記半導体ペレットをその主面を下にして前記ベース基板の主面のペレット搭載領域上に搭載し、前記半導体ペレットの外部端子と前記ベース基板の第2電極パッドとを前記ベース基板に形成されたスリットを通してボンディングワイヤで電気的に接続する。
(2)ベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットが搭載され、前記半導体ペレットの主面に配置された外部端子に前記ベース基板の裏面に配置された第1電極パッドが電気的に接続される半導体装置の製造方法において、リジット基板で構成されたベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットをその主面を下にして搭載する工程と、前記半導体ペレットの外部端子と前記ベース基板の第1電極パッドに電気的に接続され、かつ前記ベース基板の裏面に配置された第2電極パッドとを前記ベース基板に形成されたスリットを通してボンディングワイヤで電気的に接続する工程とを備える。
 上述した手段(1)によれば、半導体ペレットの外部端子とベース基板の第1電極パッドとをボンディングワイヤ、第2電極パッドの夫々を介して電気的に接続することができるので、第2電極パッドと第1電極パッドとを電気的に接続するスルーホール配線を廃止することができる。この結果、スルーホール配線の占有面積(ランド領域の面積)に相当する分、ベース基板の外形サイズを縮小することができるので、半導体装置の小型化を図ることができる。
 また、スルーホール配線の占有面積に相当する分、第1電極パッドを第2電極パッドに近づけることができるので、第2電極パッドと第1電極パッドとを電気的に接続するベース基板の配線の長さを短くすることができる。この結果、インダクタンスを低減することができるので、半導体装置の動作速度の高速化を図ることができる。
 また、リジット基板はフレキシブル基板に比べてヤング率が高く硬いので、半導体ペレットの主面に配置された外部端子とベース基板の裏面に配置された第2電極パッドとをボンディングワイヤで電気的に接続する際、第2電極パッドに加えるボンディング荷重がベース基板に吸収されず、ボンディング荷重、超音波振動が第2電極パッドに有効に伝わる。この結果、ボンディングワイヤと第2電極パッドとの接続強度を高めることができるので、ボンディングワイヤの接続不良を防止でき、半導体装置の電気的信頼性を高めることができる。
 また、リジット基板はフレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいので、実装基板の実装面上に半導体装置を実装する際、実装時のリフロー熱によるベース基板の変形(反り、ねじれ等)を防止することができる。この結果、実装基板の実装面に対するベース基板の裏面の平坦度を確保することができるので、半導体装置の実装精度を高めることができる。
 上述した手段(2)によれば、半導体ペレットの外部端子とベース基板の第1電極パッドとをボンディングワイヤ、第2電極パッドの夫々を介して電気的に接続するので、第2電極パッドと第1電極パッドとを電気的に接続するスルーホール配線が廃止され、このスルーホール配線の占有面積に相当する分、外形サイズが縮小されたベース基板を使用することができる。この結果、外形サイズの小さい半導体装置を製造することができる。
 また、半導体ペレットの外部端子とベース基板の第1電極パッドとをボンディングワイヤ、第2電極パッドの夫々を介して電気的に接続するので、第2電極パッドと第1電極パッドとを電気的に接続するスルーホール配線が廃止され、このスルーホール配線の占有面積に相当する分、第2電極パッドと第1電極パッドとを電気的に接続する配線の長さが短いベース基板を使用することができる。この結果、動作速度が速い半導体装置を製造することができる。
 フレキシブル基板に比べてヤング率が高く硬いリジット基板で構成されたベース基板を使用しているので、半導体ペレットの主面に配置された外部端子とベース基板の裏面に配置された第2電極パッドとをボンディングワイヤで電気的に接続する際、第2電極パッドに加えるボンディング荷重がベース基板に吸収されず、ボンディング荷重、超音波振動が第2電極パッドに有効に伝わる。この結果、ボンディングワイヤと第2電極パッドとの接続強度を高めることができるので、電気的信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
 また、フレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいリジット基板で構成されたベース基板を使用しているので、実装基板の実装面上に半導体装置を実装する際、実装時のリフロー熱によるベース基板の変形(反り、ねじれ等)を防止することができる。この結果、実装基板の実装面に対するベース基板の裏面の平坦度を確保することができるので、実装精度の高い半導体装置を製造することができる。
 本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
 ベース基板の主面のペレット搭載面上に半導体ペレットが搭載され、前記半導体ペレットの主面に配置された外部端子に前記ベース基板の裏面に配置された第1電極パッドが電気的に接続される半導体装置の小型化を図ることができる。
 また、前記半導体装置の動作速度の高速化を図ることができる。
 また、前記半導体装置の電気的信頼性を高めることができる。
 また、前記半導体装置の実装精度を高めることができる。
 以下、本発明の構成について、BGA構造を採用する半導体装置に本発明を適用した実施例とともに説明する。
 なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
 (実施例1)
 本発明の実施例1であるBGA構造を採用する半導体装置の概略構成を図1(主面側の平面図)、図2(図1に示すA−A線の位置で切った断面図)、図3(図2の要部拡大断面図)及び図4(裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部拡大平面図)に示す。
 図1、図2、図3及図4に示すように、半導体装置は、ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレット2を搭載し、ベース基板1の主面と対向するその裏面側に複数のバンプ電極4を格子状に配置する。
 前記ベース基板1は、例えばプリント配線基板で構成される。プリント配線基板は、ガラス繊維に例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂等を含浸させたリジット基板の表面に配線を形成した構造で構成される。つまり、ベース基板1はリジット基板で構成される。リジット基板は、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム等からなるフレキシブル基板に比べてヤング率が高く硬い。また、リジット基板は、フレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくい。例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂を含浸させたリジット基板は、16〜22[GPa]程度のヤング率を有し、10〜20×10-6[1/℃]程度の熱膨張係数を有する。なお、ポリエステルフィルム又はポリイミドフィルムからなるフレキシブル基板は、2〜5[GPa]程度のヤング率を有し、20〜25×10-6[1/℃]程度の熱膨張係数を有する。
 前記ベース基板1の裏面には複数の第2電極パッド1A及び複数の第1電極パッド1Bが配置される。この第2電極パッド1A、第1電極パッド1Bの夫々は、ベース基板1の裏面に配置された配線1Bを介して電気的に接続される。第2電極パッド1A、第1電極パッド1B、配線の1B夫々は例えばCu膜で形成される。
 前記第1電極パッド1Bの表面には、バンプ電極4が電気的及び機械的に接続される。このバンプ電極4は例えばPb−Sn系の合金材で形成される。
 前記半導体ペレット2は、その主面(図2、図3において下面)を下にしてベース基板1の主面のペレット搭載領域上に搭載される。つまり、半導体ペレット2は、ベース基板1の主面のペレット搭載領域上にフェースダウン方式で搭載される。半導体ペレット2の主面とベース基板1の主面のペレット搭載領域との間には絶縁層3が介在される。絶縁層3は例えばポリイミド系、エポキシ系又はシリコン系の低弾性樹脂で形成される。
 前記半導体ペレット2は例えば平面が方形状に形成される。この半導体ペレット2は例えば単結晶珪素からなる半導体基板1Bを主体に構成される。半導体基板1Bの主面(素子形成面)には論理回路システム、記憶回路システム、或はそれらの混合回路システムが搭載される。また、半導体基板1Bの主面上には、方形状の各辺に沿って配列された複数の外部端子(ボンディングパッド)2Aが配置される。この外部端子2Aは、半導体基板2Bの主面上に形成された配線層のうち、最上層の配線層に形成される。つまり、半導体ペレット2の主面の外周囲には複数の外部端子2Aが各辺毎に配置される。
 前記半導体ペレット2の外部端子2Aと前記ベース基板1の第2電極パッド1Aとは、ベース基板1に形成されたスリット5を通してボンディングワイヤ6で電気的に接続される。ボンディングワイヤ6は、例えば金(Au)ワイヤ、銅(Cu)ワイヤ、アルミニウム(Al)ワイヤ、或は金属ワイヤの表面に絶縁性樹脂を被覆した被覆ワイヤ等で形成される。このボンディングワイヤ6は、例えば熱圧着に超音波振動を併用したボンディング法でボンディングされる。
 前記ベース基板1のスリット5は、半導体ペレット2の主面にその一辺に沿って複数配列された外部端子2Aの配列方向に沿って形成され、半導体ペレット2の各辺毎に配置される。つまり、本実施例のベース基板1は4本のスリット5を配置する。この4本のスリット5の夫々は半導体ペレット2の外部端子2A上に配置される。
 前記ベース基板1の第2電極パッド1Aは、スリット5で仕切られたベース基板1の裏面の両脇の夫々の領域に配置される。スリット5で仕切られたベース基板1の裏面の一方の領域(半導体ペレット2に対して内側の領域)に配置される第2電極パッド1Aには電源として例えば動作電位(例えば3.3[V])、基準電位(例えば0V[V])等が印加される。スリット5で仕切られたベース基板1の裏面の他方の領域(半導体ペレット2に対して外側の領域)に配置される第2電極パッド1Aには信号として例えば入出力信号、制御信号等が印加される。
 前記半導体ペレット2において、外部端子2Aは半導体ペレット2の一辺に対して例えば100個ずつ配列され、その配列ピッチは例えば100[μm]程度に設定される。この外部端子2Aの数は、半導体ペレット2に搭載される回路システムの高集積化や動作速度の高速化に伴って増加される。
 前記ベース基板1において、スリット5で仕切られたベース基板1の裏面の一方の領域に配置される第2電極パッド1Aは半導体ペレット2の一辺に対して例えば50個ずつ配列され、スリット5で仕切られたベース基板1の裏面の他方の領域に配置される第2電極パッド1Aは半導体ペレット2の一辺に対して例えば50個ずつ配列される。この第2電極パッド1Aは半導体ペレット2の外部端子2Aと同様に微細化することができないので、その配列ピッチは外部端子2Aの配列ピッチに比べて広く構成され、例えば200[μm]程度に設定される。つまり、ベース基板1の第2電極パッド1Aは半導体ペレット2の一辺に対して2列で配置されているので、ベース基板1の第2電極パッド1Aの配列ピッチを半導体ペレット2の外部端子2Aの配列ピッチに対して2倍に設定しても、半導体ペレット2の一辺に対する第2電極パッド1Aのパッド配列の長さを半導体ペレット2の一辺に配列された外部端子2Aの端子配列の長さとほぼ同一にすることができると共に、半導体ペレット2の外部端子2Aと対向する位置にベース基板1の第2電極パッド1Aを配置することができる。
 前記ベース基板1の主面のペレット搭載領域を除くその周辺領域上は樹脂封止体7で覆われ、前記ボンディングワイヤ6は樹脂封止体7で封止される。つまり、樹脂封止体7はベース基板1の主面側及びその裏面側に形成される。樹脂封止体7は、低応力化を図る目的として、フェノール系硬化剤、シリコーンゴム及びフィラーが添加されたエポキシ系の樹脂7Aで形成される。
 前記半導体ペレット2の主面と対向するその裏面はベース基板1の周辺領域上を覆う樹脂封止体7から露出される。
 前記樹脂封止体7は、図5(要部断面図)に示す成形金型10を用いたトランスファモールド法で形成される。成形金型10は、上型10Aと下型10Bとで形成されるキャビティ11及びこのキャビティ11に連結される流入ゲート13を備え、更に、図示していないが、ポット、ランナーの夫々を備えている。ポットはランナー、流入ゲート13の夫々を通してキャビティ11に連結される。
 前記キャビティ11は上型10Aに形成された凹部11Aと下型10Bに形成された凹部11Bとで構成される。凹部11Aにはポットからランナー、流入ゲート13の夫々を通して樹脂(7A)が供給される。凹部11Bにはベース基板1が装着される。
 前記凹部11Bには凹部12が形成される。凹部12は、凹部11Bに装着されたベース基板1のスリット5と対向する位置に配置され、スリット5の延在方向に沿って形成される。凹部12には、半導体ペレット2の外部端子(2A)とベース基板1の第2電極パッド(1A)とを電気的に接続したボンディングワイヤ(6)の一部及びベース基板1の第2電極パッド(1A)が配置され、凹部11Aからベース基板1のスリット5を通して樹脂(7A)が供給される。
 前記凹部12には、図示していないが、気泡の巻き込みによるボイドの発生を防止する目的として、ガス抜き孔が設けられる。
 次に、前記半導体装置の製造方法について、図6乃至図9を用いて説明する。
 まず、リジット基板で構成されたベース基板1を用意する。ベース基板1にはスリット5が形成され、その裏面には第2電極パッド(1A)、第1電極パッド(1B)、配線(1B)の夫々が配置される。
 次に、図6(断面図)に示すように、前記ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレット2を搭載する。半導体ペレット2はベース基板1の主面のペレット搭載領域上に絶縁層3を介在して固着される。
 次に、ボンディングステージ(ヒートブロック)14上に前記半導体ペレット2を下にして前記ベース基板1を装着する。ボンディングステージ14には、半導体ペレット2を収納する凹部14Aが形成される。ベース基板1、半導体ペレット2の夫々はボンディングステージ14で200[℃]前後に加熱される。
 次に、図7(要部断面図)に示すように、前記半導体ペレット2の主面に配置された外部端子2Aと前記ベース基板1の裏面に配置された第2電極パッド(1A)とをボンディングワイヤ6で電気的に接続する。ボンディングワイヤ6は、ベース基板1のスリット5を通して、半導体ペレット2の外部端子2A、ベース基板1の第2電極パッド(1A)の夫々に接続される。ボンディングワイヤ6の接続は、熱圧着に超音波振動を併用したボンディング法で行なわれる。この工程において、ベース基板1はフレキシブル基板に比べてヤング率が高く硬いリジット基板で構成されているので、第2電極パッド(1A)に加えるボンディング荷重がベース基板1に吸収されず、ボンディング荷重及び超音波振動を第2電極パッド(1A)に有効に伝えることができる。また、ベース基板1はフレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいリジット基板で構成されているので、ベース基板1の熱膨張による第2電極パッド(1A)の位置及び半導体ペレット2の外部端子2Aの位置ずれを低減することができる。
 次に、図8(要部断面図)に示すように、成形金型10の上型10Aと下型10Bとで形成されるキャビティ11内に前記ベース基板1及び半導体ペレット2を配置すると共に、キャビティ11の凹部11Bにベース基板1を装着する。ボンディングワイヤ6の一部及びベース基板1の第2電極パッド(1A)は、凹部11Bに形成された凹部12に配置される。成形金型10は、キャビティ11内に供給される樹脂(7A)の流動性を高めるため、予め170〜180[℃]程度の温度に加熱される。この工程において、ベース基板1は成形金型10の加熱によって170〜180[℃]程度の温度に加熱されるが、ベース基板1はフレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいリジット基板で構成されているので、成形金型10の加熱によるベース基板1の反り、ねじれ等の変形を防止することができる。
 次に、前記成形金型10のポットに樹脂タブレットを投入する。樹脂タブレットは、予めヒータで加熱され、粘度を下げてからポットに投入される。ポットに投入された樹脂ダブレットは、成形金型10から熱を与えられ、更に粘度が下げられる。
 次に、前記樹脂タブレットをトランスファモールド装置のプランジャで加圧し、ポットからランナー、流入ゲート13の夫々を通してキャビティ11の凹部11A内及び凹部12内に樹脂7Aを供給し、図9(要部断面図)に示すように、ベース基板1の主面の周辺領域上を覆い、半導体ペレット2の裏面を露出し、かつボンディングワイヤ6を封止する樹脂封止体7を形成する。凹部12の樹脂7Aは、凹部11Aからベース基板1のスリット5を通して供給される。この工程において、凹部11Aからスリット5を通して凹部12に供給される樹脂7Aはボンディングワイヤ6の一端側からその軸方向に即ち縦方向に流れるので、ベース基板1の平面方向に即ち横方向に樹脂が流れる場合に比べて、樹脂の流れによるボンディングワイヤ6の変形を防止することができる。
 次に、前記成形金型10からベース基板1を取り出し、ベース基板1の裏面の第1電極パッド1Bの表面にバンプ電極4を電気的及び機械的に接続することにより、図1、図2、図3及び図4に示す半導体装置がほぼ完成する。
 この後、半導体装置は製品として出荷される。製品として出荷された半導体装置は、図10(断面図)に示すように、実装基板15の実装面上に実装され、半導体装置のバンプ電極4は実装基板15の実装面に配置された電極パッド15Aに電気的及び機械的に接続される。半導体装置のバンプ電極4と実装基板15の電極パッド15Aとの接続は、バンプ電極4の材質によって異なるが、例えば210〜230[℃]程度のリフロー温度雰囲気中で行なわれる。この実装工程において、ベース基板1はフレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいリジット基板で構成されているので、実装時のリフロー熱によるベース基板1の変形を防止することができる。
 このように、本実施例によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレット2が搭載され、前記半導体ペレット2の主面に配置された外部端子2Aに前記ベース基板1の裏面に配置された第1電極パッド1Bが電気的に接続される半導体装置において、前記ベース基板1をリジット基板で構成し、前記ベース基板1の第1電極パッド1Bをその裏面に配置された第2電極パッド1Aに電気的に接続し、前記半導体ペレット2をその主面を下にして前記ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に搭載し、前記半導体ペレット2の外部端子2Aと前記ベース基板1の第2電極パッド1Aとを前記ベース基板1に形成されたスリット5を通してボンディングワイヤ6で電気的に接続する。この構成により、半導体ペレット2の外部端子2Aとベース基板1の電極パッド1Bとをボンディングワイヤ6、電極パッド1Aの夫々を介して電気的に接続することができるので、第2電極パッド1Aと第1電極パッド1Bとを電気的に接続するスルーホール配線を廃止することができる。この結果、スルーホール配線の占有面積(ランド領域の面積)に相当する分、ベース基板1の外形サイズを縮小することができるので、半導体装置の小型化を図ることができる。
 また、スルーホール配線の占有面積に相当する分、第1電極パッド1Bを第2電極パッド1Aに近づけることができるので、第2電極パッド1Aと第1電極パッド1Bとを電気的に接続するベース基板1の配線1Bの長さを短くすることができる。この結果、インダクタンスを低減することができるので、半導体装置の動作速度の高速化を図ることができる。
 また、リジット基板はフレキシブル基板に比べてヤング率が高く硬いので、半導体ペレット2の主面に配置された外部端子2Aとベース基板1の裏面に配置された第2電極パッド1Aとをボンディングワイヤ6で電気的に接続する際、第2電極パッド1Aに加えるボンディング荷重がベース基板1に吸収されず、ボンディング荷重、超音波振動が第2電極パッド1Aに有効に伝わる。この結果、ボンディングワイヤ6と第2電極パッド1Aとの接続強度を高めることができるので、ボンディングワイヤ6の接続不良を防止でき、半導体装置の電気的信頼性を高めることができる。
 また、リジット基板はフレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいので、実装基板15の実装面上に半導体装置を実装する際、実装時のリフロー熱によるベース基板1の変形(反り、ねじれ等)を防止することができる。この結果、実装基板15の実装面に対するベース基板1の裏面の平坦度を確保することができるので、半導体装置の実装精度を高めることができる。
 また、リジット基板はフレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいので、電極パッド1Bの数の増加に伴ってベース基板1の外形サイズが増加しても、ベース基板1の反りを100[μm]以内に抑えることができる。
 また、ベース基板1の反りを100[μm]以内に抑えることができるので、ベース基板1の反りを防止する目的で設けられる補強基板を廃止することができる。この結果、補強基板を設けた半導体装置に比べて半導体装置の製造コストを低減することができる。
 また、リジット基板の裏面に第2電極パッド1A、第1電極パッド1B、配線1Bの夫々を配置した単層構造のプリント配線基板でベース基板1を構成することができるので、リジット基板の主面及び裏面に配置した2層構造のプリント配線基板で構成されるベース基板に比べてベース基板1の部品コストを低減することができる。この結果、半導体装置の製造コストを低減することができる。
(2)前記スリット5を前記半導体ペレット2の主面に複数配列された外部端子2Aの配列方向に沿って形成し、かつ前記半導体ペレット2の外部端子2A上に配置する。この構成により、スリット5は半導体ペレット2の専有面積内に配置されるので、スリット5の専有面積に相当するベース基板1の外形サイズの大型化を抑制することができる。
(3)前記電極パッド1Aを前記スリット5で仕切られたベース基板1の裏面の両脇の夫々の領域に配置する。この構成により、半導体ペレット2の外部端子2Aとベース基板1の第2電極パッド1Aとを電気的に接続する電源経路を増加することができるので、信号の同時切り替え時に発生する電源ノイズを低減することができ、半導体装置の誤動作を防止できる。
 また、半導体ペレット2の外部端子2Aの配列ピッチに対してベース基板1の第2電極パット1Aの配列ピッチを広く構成しても、半導体ペレット2の一辺に対する第2電極パッド1Aのパッド配列の長さを半導体ペレット2の一辺に配列された外部端子2Aの端子配列の長さとほぼ同一にすることができるので、第2電極パッド1Aのパッド配列の長さに起因するボンディングワイヤ6のワイヤ長の増加を防止することができ、トランスファモールド法に基づいてボンディングワイヤ6を封止体7で封止する際、樹脂の流動によるボンディングワイヤ6のワイヤ流れを防止することができる。
 また、半導体ペレット2の外部端子2Aと対向する位置にベース基板1の第2電極パッド1Aを配置することができるので、ボンディングワイヤ6の長さを均一にすることができ、半導体ペレット2の外部端子2Aとベース基板1の第2電極パッド1Aとの間における信号経路のインダクタンスを均一にすることができる。
(4)前記半導体ペレット2の主面と対向するその裏面を前記ベース基板1の主面の周辺領域上を覆う樹脂封止体7から露出させる。この構成により、半導体ペレット2に搭載された回路システムの動作で発生する熱を半導体ペレット2の裏面から外部に放出することができるので、半導体装置の放熱効率を高めることができる。
 また、ベース基板1の機械的強度を樹脂封止体7の機械的強度で補うことができるので、実装時のリフロー熱によるベース基板1の変形(反り、ねじれ等)を防止することができる。
(5)前記ボンディングワイヤ6を樹脂封止体7で封止する。この構成により、外部からの衝撃や接触によるボンディングワイヤ6の変形を防止することができるので、半導体装置の電気的信頼性を高めることができる。
(6)樹脂封止体7をベース基板1の主面側及びその裏面側に形成する。この構成により、温度サイクル試験時やバンプ電極4の接続時に発生する熱ストレスでベース基板1から樹脂封止体7が剥がれるのを防止することができるので、半導体装置の信頼性を高めることができる。
(7)ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレット2が搭載され、前記半導体ペレット2の主面に配置された外部端子2Aに前記ベース基板1の裏面に配置された第1電極パッド1Bが電気的に接続される半導体装置の製造方法において、リジット基板で構成されたベース基板1の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレット2をその主面を下にして搭載する工程と、前記半導体ペレット2の外部端子2Aと、前記ベース基板1の第1電極パッド1Bに電気的に接続され、かつ前記ベース基板1の裏面に配置された第2電極パッド1Aとを前記ベース基板1に形成されたスリット5を通してボンディングワイヤ6で電気的に接続する工程とを備える。これにより、半導体ペレット2の外部端子2Aとベース基板1の第1電極パッド1Bとをボンディングワイヤ6、第2電極パッド1Aの夫々を介して電気的に接続するので、第2電極パッド1Aと第1電極パッド1Bとを電気的に接続するスルーホール配線(1C)が廃止され、このスルーホール配線の占有面積に相当する分、外形サイズが縮小されたベース基板1を使用することができる。この結果、外形サイズの小さい半導体装置を製造することができる。
 また、半導体ペレット2の外部端子2Aとベース基板1の第1電極パッド1Bとをボンディングワイヤ6、第2電極パッド1Aの夫々を介して電気的に接続するので、第2電極パッド1Aと第1電極パッド1Bとを電気的に接続するスルーホール配線(1C)が廃止され、このスルーホール配線の占有面積に相当する分、第2電極パッド1Aと第1電極パッド1Bとを電気的に接続する配線1Bの長が短いベース基板1を使用することができる。この結果、動作速度が速い半導体装置を製造することができる。
 フレキシブル基板に比べてヤング率が高く硬いリジット基板で構成されたベース基板1を使用しているので、半導体ペレット2の主面に配置された外部端子2Aとベース基板1の裏面に配置された第2電極パッド1Aとをボンディングワイヤ6で電気的に接続する際、第2電極パッド1Aに加えるボンディング荷重がベース基板1に吸収されず、ボンディング荷重、超音波振動が第2電極パッド1Aに有効に伝わる。この結果、ボンディングワイヤ6と第2電極パッド1Aとの接続強度を高めることができるので、電気的信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
 また、フレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更にヤング率が高く曲がりにくいリジット基板で構成されたベース基板1を使用しているので、実装基板15の実装面上に半導体装置を実装する際、実装時のリフロー熱によるベース基板1の変形(反り、ねじれ等)を防止することができる。この結果、実装基板15の実装面に対するベース基板1の裏面の平坦度を確保することができるので、実装精度の高い半導体装置を製造することができる。
(8)前記ボンディングワイヤ6で電気的に接続する工程の後に、前記ベース基板1の主面の周辺領域上を覆い、かつ前記ボンディングワイヤ6を封止する樹脂封止体7をトランスファモールド法で形成する工程を備える。これにより、フレキシブル基板に比べて平面方向の熱膨張係数が小さく、更に、ヤング率が高く曲がりにくいリジット基板で構成されたベース基板1を使用しているので、成形金型10の加熱によるベース基板1の反り、ねじれ等の変形を防止することができる。
 また、凹部11Aからスリット5を通して凹部12に供給される樹脂7Aはボンディングワイヤ6の一端側からその軸方向に即ち縦方向に流れるので、ベース基板1の平面方向に即ち横方向に樹脂が流れる場合に比べて、樹脂7Aの流れによるボンディングワイヤ6の変形を防止することができる。
 なお、前記樹脂封止体7は、図11(断面図)に示すように、第2電極パッド1A、第1電極パッド1Bの夫々の表面上を除くベース基板1の裏面上に形成してもよい。この場合、ベース基板1を樹脂封止体7で挾み込む形状になるので、ベース基板1の反りを防止することができる。
 また、前記ベース基板1は、図示していないが、リジット基板を複数枚積み重ねた積層構造で構成してもよい。この場合、フレキシブル基板を複数枚積み重ねて形成した積層構造のベース基板に比べて、半導体装置の製造コストを低減することができる。
 (実施例2)
 本発明の実施例2であるBGA構造を採用する半導体装置の概略構成を図12(断面図)及び図13(裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部拡大平面図)に示す。
 図12及び図13に示すように、半導体装置は、ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に絶縁層3を介在して半導体ペレット2をフェースダウン方式で搭載し、ベース基板1の裏面側に複数のバンプ電極4を格子状に配置する。
 前記半導体ペレット2の主面の中央部には、その長辺に沿って配列された複数の外部端子2Aが配置される。この複数の外部端子2Aの夫々は、ベース基板1の裏面に配置された複数の第2電極パッド1Aの夫々に、ベース基板1に形成されたスリット5を通してボンディングワイヤ6で電気的に接続される。複数の第2電極パッド1Aの夫々はベース基板1の裏面に配置された複数の第1電極パッド1Bの夫々に配線1Bを介して電気的に接続される。この複数の第1電極パッド1Bの夫々の表面にはバンプ電極4が電気的かつ機械的に接続される。つまり、半導体ペレット2の外部端子2Aは、ボンディングワイヤ6、第2電極パッド1A、配線1Bの夫々を介して第1電極パッド1Bに電気的に接続される。
 前記ベース基板1のスリット5は、半導体ペレット2の主面の中央部にその長辺に沿って配列された複数の外部端子2Aの配列方向に沿って形成される。また、スリット5は、ベース基板1の裏面側の開口寸法に比べてその主面側の開口寸法を小さくしたテーパ形状で構成される。
 このように、本実施例によれば、前述の実施例1と同様の作用効果が得られると共に、スリット5をテーパ形状に構成することにより、半導体ペレット2の外部端子2Aにボンディングワイヤ6の一端をボンディングする際、ベース基板1とボンディングツールとの接触を防止することができるので、ボンディング工程における半導体装置の組立て歩留まりを高めることができる。
 (実施例3)
 本発明の実施例3であるBGA構造を採用する半導体装置の概略構成を図14(裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部平面図)に示す。
 図14に示すように、半導体装置は、ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に絶縁層(3)を介在して半導体ペレット2をフェースダウン方式で搭載し、ベース基板1の裏面側に複数のバンプ電極4を格子状に配置する。
 前記半導体ペレット2の主面の外周囲には、その各辺に沿って配列された複数の外部端子2Aが配置される。また、半導体ペレット2の主面の中央部には、その長辺若しくは短辺に沿って配列された複数の外部端子2Aが配置される。この複数の外部端子2Aの夫々は、ベース基板1の裏面に配置された複数の第2電極パッド1Aの夫々に、ベース基板1に形成されたスリット5を通してボンディングワイヤ6で電気的に接続される。複数の第2電極パッド1Aの夫々は、ベース基板1の裏面に配置された複数の第1電極パッド1Bの夫々に配線(1B)を介して電気的に接続される。この複数の第1電極パッド1Bの夫々の表面上にはバンプ電極4が電気的及び機械的に接続される。つまり、半導体ペレット2の外部端子2Aは、ボンディングワイヤ6、第2電極パッド1A、配線1Bの夫々を介して第1電極パッド1Bに電気的に接続される。
 前記ベース基板1のスリット5は、半導体ペレット2の各辺毎に配置されると共に、半導体ペレット2の中央部の位置に配置される。つまり、本実施例のベース基板1は5本のスリット5を配置する。この5本のスリット5の夫々は半導体ペレット2の外部端子2A上に配置される。
 このように、本実施例によれば、前述の実施例1と同様の作用効果が得られる。また、スリット5を半導体ペレット2の各辺毎及び半導体ペレット2の中央部の位置に配置することにより、半導体ペレット2の主面に配置される外部端子2Aの数を増加することができると共に、ベース基板1の裏面に配置される第2電極パッド1Aの数を増加することができるので、半導体ペレット2の外部端子2Aとベース基板1の電極パッド1Aとを電気的に接続する電源経路を増加することができ、出力信号の同時切り替え時に発生する電源ノイズを更に低減することができる。また、半導体ペレット2の外部端子2Aとベース基板1の第2電極パッド1Aとを電気的に接続する信号経路を増加することができ、外部端子2Aの数で律則される半導体ペレット2の外形サイズを縮小することができる。
 なお、本実施例は、半導体ペレット2の中央部の位置にスリット5を1本配置した構成で説明したが、半導体ペレット2の中央部の位置にスリット5を平行若しくは交差するように複数本配置し、スリット5の本数を増加することにより、ベース基板1の第2電極パッド1Aの数及び半導体ペレット2の外部端子2Aの数を更に増加することができる。
 (実施例4)
 本発明の実施例4であるBGA構造を採用する半導体装置の概略構成を図15(裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部平面図)に示す。
 図15に示すように、半導体装置は、ベース基板1の主面のペレット搭載領域上に絶縁層(3)を介在して半導体ペレット2をフェースダウン方式で搭載し、ベース基板1の裏面側に複数のバンプ電極4を格子状に配置する。ベース基板1は例えば3層配線構造のプリント配線基板で構成される。
 前記半導体ペレット2の主面の外周囲には、その各辺に沿って配列された複数の外部端子2Aが配置される。この複数の外部端子2Aの夫々は、ベース基板1の裏面に配置された複数の第2電極パッド1Aの夫々に、ベース基板1に形成されたスリット5を通してボンディングワイヤ6で電気的に接続される。
 前記複数の第2電極パッド1Aのうち、電極パッド1Aは電極プレート8Aと一体に形成される。この電極プレート8Aはスルーホール配線(図示せず)及びベース基板1の内部配線(図示せず)を介して他の電極プレード8Aに電気的に接続される。電極プレート8Aには電源として例えば基準電位(例えば0[V])が印加される。前記複数の第2電極パッド1Aのうち、電極パッド1Aは電極プレート8Bと一体に形成される。この電極プレート8Aには、電源として例えば動作電位(例えば3.3[V])が印加される。
 このように、本実施例によれば、ベース基板1の主面に配置された第2電極パッド(1A)とその裏面に配置された第1電極パッド1Bとを電気的に接続するスルーホール配線(1C)の廃止によって電極プレート8A、電極プレート8Bの夫々をベース基板1の裏面側に配置することができるので、バンプ電極4の配置を自由に設定でき、半導体ペレット2の外部端子2Aとバンプ電極4との距離を短くすることができる。この結果、インダクタンスを低減することができるので、半導体装置の動作速度の高速化を図ることができる。
 以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
本発明の実施例1であるBGA構造を採用する半導体装置の主面側の平面図。 図1に示すA−A線の位置で切った断面図。 図2の要部拡大断面図。 前記半導体装置の裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部拡大平面図。 前記半導体装置の樹脂封止体を形成する成形金型の要部断面図。 前記半導体装置の製造方法を説明するための断面図。 前記半導体装置の製造方法を説明するための要部断面図。 前記半導体装置の製造方法を説明するための要部断面図。 前記半導体装置の製造方法を説明するための要部断面図。 前記半導体装置を実装基板に実装した状態を示す要部断面図。 前記半導体装置の変形例を示す断面図。 本発明の実施例2であるBGA構造を採用する半導体装置の断面図。 前記半導体装置の裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部拡大平面図。 本発明の実施例3であるBGA構造を採用する半導体装置の裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部平面図。 本発明の実施例4であるBGA構造を採用する半導体装置の裏面側の樹脂封止体を除去した状態を示す裏面側の要部平面図。 従来のBGA構造を採用する半導体装置の要部断面図。
符号の説明
 1:ベース基板
 1A:電極パッド
 1B:電極パッド
 2:半導体ペレット
 2A:外部端子
 3:絶縁層
 4:バンプ電極
 5:スリット
 6:ボンディングワイヤ
 7:樹脂封止体
 7A:樹脂
 8A,8B:電極プレート
 10:成形金型
 10A:上型
 10B:下型
 11:キャビティ
 11A,11B,12:凹部
 13:流入ゲート
 14:ヒートステージ
 14A:凹部
 15:実装基板
 15A:電極パッド

Claims (9)

  1.  ベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットが搭載され、前記半導体ペレットの主面に配置された外部端子に前記ベース基板の裏面に配置された第1電極パッドが電気的に接続される半導体装置において、前記ベース基板がリジット基板で構成され、前記ベース基板の第1電極パッドがその裏面に配置された第2電極パッドに電気的に接続され、前記半導体ペレットがその主面を下にして前記ベース基板の主面のペレット搭載領域上に搭載され、前記半導体ペレットの外部端子と前記ベース基板の第2電極パッドとが前記ベース基板に形成されたスリットを通してボンディングワイヤで電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
  2.  前記スリットは、前記半導体ペレットの主面に複数配列された外部端子の配列方向に沿って形成され、かつ前記半導体ペレットの外部端子上に配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3.  前記ベース基板の第2電極パッドは、前記スリットで仕切られたベース基板の裏面の両脇の夫々の領域に配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
  4.  前記スリットで仕切られたベース基板の裏面の一方の領域に配置される第2電極パッドには電源が印加され、前記スリットで仕切られたベース基板の裏面の他方の領域に配置される第2電極パッドには信号が印加されることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
  5.  前記半導体ペレットの裏面は、前記ベース基板の主面の周辺領域上を覆う樹脂封止体から露出されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の半導体装置。
  6.  前記ボンディングワイヤは樹脂封止体で封止されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちいずれか1項に記載の半導体装置。
  7.  前記ベース基板の第1電極パッドの表面上には、バンプ電極が電気的及び機械的に接続されることを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちいずれか1項に記載の半導体装置。
  8.  ベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットが搭載され、前記半導体ペレットの主面に配置された外部端子に前記ベース基板の裏面に配置された第1電極パッドが電気的に接続される半導体装置の製造方法において、リジット基板で構成されたベース基板の主面のペレット搭載領域上に半導体ペレットをその主面を下にして搭載する工程と、前記半導体ペレットの外部端子と前記ベース基板の第1電極パッドに電気的に接続され、かつ前記ベース基板の裏面に配置された第2電極パッドとを前記ベース基板に形成されたスリットを通してボンディングワイヤで電気的に接続する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9.  前記ボンディングワイヤで電気的に接続する工程の後に、前記ベース基板の主面の周辺領域上を覆い、かつ前記ボンディングワイヤを封止する樹脂封止体をトランスファモールド法で形成する工程を備えたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
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