JP2004031562A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】主面2aと裏面を有し、かつ配線2hとこれにバイパス状に電気的に接続された補助配線2iとが形成されたパッケージ基板2と、パッケージ基板2の主面2aに搭載された半導体チップと、前記半導体チップのパッドとこれに対応するパッケージ基板2の接続端子2cとを接続する複数のワイヤと、パッケージ基板2の前記裏面に設けられた複数の半田バンプと、前記半導体チップを封止する封止部とからなり、パッケージ基板2の補助配線2iが、その主面2aにおいて前記半導体チップの裏面の端部に対応した領域にバイパス状に形成されていることにより、熱ストレスがかかった際に、配線2hと補助配線2iのうち何れか一方が断線しても他方が残るため、CSPの信頼性の向上を図ることができる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術に関し、特に、半導体装置の熱特性における信頼性向上に適用して有効な技術に関する。また、電気的特性の信頼性向上に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【0003】
樹脂封止形の半導体装置のうち、配線基板に半導体チップを搭載し、これを樹脂モールドによって樹脂封止して組み立てられる半導体パッケージでは、薄型/小型化が一般化してきており、CSP(Chip Size Package)と呼ばれる小型パッケージが開発されている。
【0004】
基板タイプのCSPでは、インタポーザとして有機基板(配線基板)が用いられる場合が多いが、半導体パッケージの小型化により、端子ピッチもファイン化しつつあるとともに、多ピン化によってピン数も増える傾向にある。
【0005】
なお、樹脂製の基板を有する半導体装置については、例えば、特開2000−124163号公報にその記載がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記技術において、配線基板の配線幅もファインピッチ化によって可能な限り狭く形成しなけれけばならない。ところが、配線である銅箔とその表面を覆う絶縁膜であるソルダレジストとの熱膨張係数が異なるため、熱サイクルテストなどでの熱ストレスが細い配線に集中し、断線を引き起こすことが問題となる。
【0007】
なお、断線は、主に、配線基板のチップ搭載側の面(この面を以降、主面という)で、かつ半導体チップの裏面の端部に対応する領域で発生することを本発明者は見出した。
【0008】
これは、半導体チップが存在する領域としない領域とでは、基板の強度(剛性)が異なるため、その境界部の外側と内側とで熱収縮量が異なり、その結果、断線を引き起こすものである。
【0009】
本発明の目的は、信頼性の向上を図る半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0010】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】
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、以下のとおりである。
【0012】
すなわち、本発明は、主面とその反対側の裏面とを有し、かつ配線とこれにバイパス状に電気的に接続された補助配線とが形成された配線基板と、前記配線基板の主面に搭載され、かつ前記主面の接続端子と電気的に接続された半導体チップと、前記配線基板に設けられ、かつ前記半導体チップの表面電極とそれぞれに電気的に接続される複数の外部端子とを有し、前記補助配線は、前記配線基板の主面または裏面の少なくとも何れか一方に形成されているものである。
【0013】
また、本発明は、配線とこれにバイパス状に電気的に接続された補助配線とを有し、かつ前記補助配線が主面に形成された配線基板を準備する工程と、前記配線基板の主面の前記補助配線上に半導体チップの裏面の端部が配置されるように前記配線基板上に前記半導体チップを搭載する工程と、前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の接続端子とを接続する工程と、前記半導体チップを樹脂封止する工程とを有するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【0015】
また、以下の実施の形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
【0016】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0017】
図1は本発明の実施の形態の半導体装置の一例であるCSPの構造を示す斜視図、図2は図1に示すCSPの構造の一例を示す断面図、図3は図1に示すCSPの配線基板における主面側の配線パターンの一例を示す平面図、図4は図3に示す配線基板の裏面側のランド形状の一例を示す底面図、図5は図3に示す配線基板の主面におけるチップ搭載可能エリアの一例を示す平面図、図6は図3に示す配線基板におけるランドと半田バンプの構造の一例を示す拡大部分断面図、図7は図1に示すCSPの組み立てに用いられる多数個取り基板の構造の一例を示す平面図、図8は図1に示すCSPの組み立てにおけるワイヤボンディング後の構造を示す断面図、図9は図1に示すCSPの組み立てにおける樹脂モールディング時の構造を示す断面図、図10は図1に示すCSPの組み立てにおける個片化時の構造を示す側面図である。
【0018】
図1、図2に示す本実施の形態の半導体装置は、CSP9と呼ばれる小型の半導体パッケージであり、その外部端子である複数の半田バンプ(バンプ電極)3が、配線基板であるパッケージ基板2の裏面2b上に複数行/複数列でアレイ状に配列されているものである。
【0019】
ただし、図2に示すCSP9では、チップ下の基板中央部付近には半田バンプ3は配置されていないが、この中央部付近にも半田バンプ3が配置されていてもよい。
【0020】
また、本実施の形態のCSP9は、図7に示すような複数のデバイス領域7a(半導体装置の領域)がマトリクス配列で形成された多数個取り基板7を用いて組み立てられたものであり、複数のデバイス領域7aを図9に示すようなモールド金型13の1つのキャビティ13cで一括して覆った状態で樹脂モールドし(以降、これを一括モールドという)、これによって形成された一括モールド部8と多数個取り基板7とをモールド後にダイシングして個片化したものである。
【0021】
CSP9の構造について説明すると、主面2aとその反対側の裏面2bとを有し、かつ配線2hとこれにバイパス状に電気的に接続された補助配線2iとが形成された配線基板であるパッケージ基板2と、パッケージ基板2の主面2aに搭載された半導体チップ1と、半導体チップ1の表面電極であるパッド1aとこれに対応するパッケージ基板2の接続端子2cとをそれぞれに電気的に接続する複数のワイヤ4と、パッケージ基板2の裏面2bに設けられた外部端子である複数の半田バンプ(バンプ電極)3と、半導体チップ1および複数のワイヤ4を封止する封止部6とからなり、パッケージ基板2の補助配線2iは、その主面2aにおいて半導体チップ1の裏面1cの端部に対応した領域に形成されており、さらに、本実施の形態のCSP9では、図4に示すようにパッケージ基板2の裏面2bにも補助配線2iが形成されている。
【0022】
この補助配線2iは、銅箔からなる配線2hと、その表面を覆う絶縁膜であるソルダレジスト2gとの熱膨張係数の差が引き起こす熱ストレスがパッケージ基板2にかかった際に、配線2hが断線するという問題を解決するものである。
【0023】
すなわち、補助配線2iは、主の配線2hに対して両端が電気的に接続されてバイパス状に形成したものであり、前記熱ストレスがかかった際に、主の配線2hと補助配線2iのうち何れか一方が断線しても他方が残るようにするものである。
【0024】
したがって、補助配線2iは、熱ストレスによる断線が起こり易い箇所に設けておくことが好ましい。そこで、熱ストレスによる断線が起こり易いのは、半導体チップ1の裏面1cの端部付近をその内側と外側とで跨ぐように形成された配線2hである。つまり、半導体チップ1が存在する領域としない領域とで、パッケージ基板2の剛性に大きな差が生じるため、その境界部を境にして熱膨張による収縮量も大きく異なり、これによって前記境界部(半導体チップ1の端部)を跨ぐ配線2hが断線し易い。
【0025】
ここで、本実施の形態のCSP9のパッケージ基板2の配線パターンを示したものが、図3と図4であり、図3が主面2aを示し、図4が裏面2bを示したものである。
【0026】
なお、図3〜図5は、主面2aと裏面2bのそれぞれ配線パターンを示しているが、両者とも一部(ワイヤ4や半田バンプ3が接続される箇所)を除いてその表面には絶縁膜であるソルダレジスト2gが形成されているが、図3〜図5では、ソルダレジスト2gを透過させてそれぞれの面の配線パターンのみを表している。
【0027】
図3に示すように、パッケージ基板2の主面2aには、チップ搭載領域の外側の周囲に複数のビア配線2jがアレイ状に設けられ、さらにそれぞれのビア配線2jから外方に向かって放射状に配線2hが延在し、かつ各配線2hには、その途中にワイヤ4が接続される接続端子2cが形成されている。これら主面2aの配線2hのうち、4つの配線2hに対してバイパス状の補助配線2iが形成されている。
【0028】
なお、図5は、パッケージ基板2の主面2aにおけるチップ搭載可能エリアを示したものであり、下限の最小チップ搭載エリア11と、上限の最大チップ搭載エリア12との間の領域がチップ搭載可能エリアとなる。
【0029】
これにより、最小チップ搭載エリア11と最大チップ搭載エリア12の間の領域に半導体チップ1の裏面1cの端部が配置されることになるため、前記領域で断線が起こり易く、したがって、前記領域に補助配線2iを設けることが好ましく、図5に示す例では、最小チップ搭載エリア11と最大チップ搭載エリア12の間の領域に4本の補助配線2iが設けられている。
【0030】
ただし、補助配線2iが設けられる領域としては、半導体チップ1の裏面1cの端部付近に対応した領域、すなわち最小チップ搭載エリア11と最大チップ搭載エリア12の間の領域に限定されるものではなく、それ以外の領域に設けられていてもよく、また、主面2aに限らず裏面2bに設けられていてもよい。
【0031】
そこで、図4は裏面2bの配線パターンの形状を示したものであるが、半田バンプ3が接続される複数のランド2eが、中央部付近を除いて複数行/複数列でアレイ状に配列されており、さらに4つの補助配線2iが形成されている。なお、それぞれの補助配線2iは、その内側の端部がランド2eに直接接続されており、図6に示すようなビア配線2jを介して主面2a側の配線2hと接続されている。
【0032】
また、裏面2bに形成された補助配線2iの外側寄りの端部付近はスルーホール配線などを介して主面2a側の配線2hと接続されており、これにより、裏面1c側の補助配線2iも主面2aの配線2hとバイパス状に接続されている。
【0033】
なお、図4の裏面2bの補助配線2iのように、主面2aの配線2hに比較して配線幅を全体的に細く形成しておくことにより、配線2hと補助配線2iとに熱ストレスがかかった際に、意図的に細い方に熱ストレスを集中させて細い方が切断するようにしてもよい。
【0034】
すなわち、主面2aまたは裏面2bあるいは両面に補助配線2iを形成する際に、主の配線2hと配線幅を変えておくことにより、熱ストレスがかかった際に細い方に熱ストレスを集中させて細い方を切断し、太い方が残るようにしてもよい。
【0035】
また、図6は、パッケージ基板2のランド構造を示したものであり、主面2aと裏面2bのランド2eがビア配線2jを介して接続されており、さらに、パッケージ基板2の表裏面には、各ランド2cの接続領域を除いて絶縁膜であるソルダレジスト2gが形成されている。
【0036】
すなわち、パッケージ基板2では、基材2dに形成された貫通孔2fに導電性ペーストなどが埋め込まれてビア配線2jが形成され、その両側にランド2cが形成され、さらに各ランド2cの中央付近を露出させて絶縁膜であるソルダレジスト2gが形成されている。
【0037】
また、図2に示すように、半導体チップ1は、例えば、シリコンなどによって形成され、かつその主面1bに半導体集積回路が形成されるとともに、主面1bの周縁部には表面電極である複数のパッド1aが形成されている。
【0038】
さらに、半導体チップ1は、絶縁性ペースト材や絶縁フィルム材などの接着材であるダイボンド材5によってパッケージ基板2の主面2aのほぼ中央付近に固着されている。
【0039】
また、ワイヤボンディングによって接続されるワイヤ4は、例えば、金線などであり、パッケージ基板2の主面2a側の接続端子2cに接続されており、これによって、半導体チップ1のパッド1aとこれに対応するパッケージ基板2の接続端子2cとを接続している。
【0040】
次に、本実施の形態における半導体装置(CSP9)の製造方法について説明する。
【0041】
なお、本実施の形態のCSP9の製造方法は、複数のデバイス領域7aがマトリクス配列で形成された多数個取り基板7を用いて、複数のデバイス領域7aを一括モールドした後、ダイシングによって個片化するものである。
【0042】
まず、配線2hとこれにバイパス状に電気的に接続された補助配線2iとを有し、かつ補助配線2iが主面2aに形成された図7に示す配線基板である多数個取り基板7を準備する。
【0043】
なお、多数個取り基板7は、図3、図4に示すパッケージ基板2の集合体であり、有機基板である。
【0044】
すなわち、多数個取り基板7には、ダイシングライン7bによって区画された複数のデバイス領域7aがマトリクス配列で形成されており、一括モールド後のダイシングによって個々のパッケージ基板2に分割される。
【0045】
なお、各デバイス領域7aには、各パッケージ基板2のインデックスとなるマーク2kがその表裏面の角部などに形成されている。
【0046】
さらに、多数個取り基板7には、組み立て時の搬送ガイドに用いられるガイド孔7cなどが設けられている。
【0047】
その後、多数個取り基板7の各デバイス領域7aに半導体チップ1を搭載する。本実施の形態では、各デバイス領域7aにおける補助配線2i上に半導体チップ1の裏面1cの端部が配置されるように半導体チップ1を搭載する。
【0048】
その際、各デバイス領域7aに対して、まず、ダイボンド材5を塗布し、このダイボンド材5を介して半導体チップ1を固定する。
【0049】
その後、図8に示すように、ワイヤボンディングを行う。
【0050】
ここでは、図2に示すように半導体チップ1のパッド1aとこれに対応する多数個取り基板7のデバイス領域7aの接続端子2cとをワイヤ4によって電気的に接続する。
【0051】
その後、一括モールドを行う。
【0052】
その際、図9に示すように、上金型13aと下金型13bとを有するモールド金型13のキャビティ13cによって多数個取り基板7の複数のデバイス領域7aを一括で覆い、その後、複数のデバイス領域7aを一括で覆った状態でキャビティ13c内に封止用樹脂を供給して樹脂封止を行う。
【0053】
これによって、図10に示す一括モールド部8を形成する。
【0054】
その後、多数個取り基板7の各デバイス領域7abに半田バンプ3を搭載する。この場合、バンプ形成にはんだ印刷方式による形成方式を用いることも可能である。
【0055】
その後、図10に示すように、切断刃であるブレード10を用いて一括モールド部8をデバイス領域単位に切断して個片化する。
【0056】
これにより、図1および図2に示す本実施の形態のCSP9の組み立て完了となる。
【0057】
なお、半田バンプ3の搭載は、個片化後に行ってもよい。
【0058】
本実施の形態のCSP9では、パッケージ基板2においてその配線2hに対してバイパス状に接続された補助配線2iが形成されたことにより、熱ストレスがかかった際に配線2hと補助配線2iのうちどちらか一方が断線したとしても他方が繋がっており、一方の断線をカバーすることが可能になる。
【0059】
これにより、配線2hは電気的に繋がっているため、CSP9の信頼性の向上を図ることができる。
【0060】
また、パッケージ基板2の裏面2bも利用して裏面2bにも補助配線2iを設けるなどして、表裏面の配線領域を多彩に活用することにより、さらに、信頼性を向上できるとともに、大電圧に対しても対応が可能となり、その結果、電気的特性の向上を図ることができる。設計上で電気特性上、インダクタンス・キャパシタンス・抵抗などを考慮すべき配線設計の際の適用も可となる。
【0061】
これにより、例えば、自動車用途向けなどの高耐久性が必要とされるものなどに対しても効果的にCSP9を搭載することができ、安全性を高め、かつ信頼性を確保することができる。
【0062】
また、補助配線2iを設けたことにより、熱ストレスを配線2hと補助配線2iとに分散させることができ、したがって、1つの配線2hまたは補助配線2iにかかる熱ストレスを低減することができる。
【0063】
その結果、断線を引き起こしにくくすることができる。
【0064】
また、補助配線2iを設けたことにより、配線パターンの配置バランスを良くすることができる。したがって、パッケージ基板2の剛性を高めることができ、パッケージ基板2の反りを低減することができる。
【0065】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0066】
例えば、前記実施の形態では、半導体装置がCSP9の場合を説明したが、前記半導体装置は、補助配線2iが形成された配線基板を有するものであれば、LGA(Land Grid Array)などであってもよい。
【0067】
また、前記半導体装置の組み立てにおいても、必ずしも一括モールドでなくてもよく、モールド時に、多数個取り基板7においてそれぞれのデバイス領域をモールド金型13の別々のキャビティ13cで覆って樹脂モールドを行ってもよく、さらに、多数個取り基板7を予め個片化してパッケージ基板2とした状態から半導体装置を組み立ててもよい。
【0068】
また、前記実施の形態では、1つの配線2hに対して1つの補助配線2iが設けられている場合を説明したが、1つの配線2hに対する補助配線2iの設置数は、1つであっても、また2つ以上の複数であってもよい。
【0069】
【発明の効果】
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、以下のとおりである。
【0070】
配線基板においてその配線に対してバイパス状に接続された補助配線が形成されていることにより、熱ストレスがかかった際に配線と補助配線のうちどちらか一方が断線したとしても他方が繋がっており、一方の断線をカバーすることができる。これにより、配線は電気的に繋がっているため、半導体装置の信頼性を向上できる。また、電気特性上、基板配線上でインダクタンス・キャパシタンス・抵抗などの設計要因でも本構造を採用することにより、汎用的設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の半導体装置の一例であるCSPの構造を示す斜視図である。
【図2】図1に示すCSPの構造の一例を示す断面図である。
【図3】図1に示すCSPの配線基板における主面側の配線パターンの一例を示す平面図である。
【図4】図3に示す配線基板の裏面側のランド形状の一例を示す底面図である。
【図5】図3に示す配線基板の主面におけるチップ搭載可能エリアの一例を示す平面図である。
【図6】図3に示す配線基板におけるランドと半田バンプの構造の一例を示す拡大部分断面図である。
【図7】図1に示すCSPの組み立てに用いられる多数個取り基板の構造の一例を示す平面図である。
【図8】図1に示すCSPの組み立てにおけるワイヤボンディング後の構造を示す断面図である。
【図9】図1に示すCSPの組み立てにおける樹脂モールディング時の構造を示す断面図である。
【図10】図1に示すCSPの組み立てにおける個片化時の構造を示す側面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
1a パッド(表面電極)
1b 主面
1c 裏面
2 パッケージ基板(配線基板)
2a 主面
2b 裏面
2c 接続端子
2d 基材
2e ランド
2f 貫通孔
2g ソルダレジスト
2h 配線
2i 補助配線
2j ビア配線
2k マーク
3 半田バンプ(バンプ電極)
4 ワイヤ
5 ダイボンド材
6 封止部
7 多数個取り基板(配線基板)
7a デバイス領域
7b ダイシングライン
7c ガイド孔
8 一括モールド部
9 CSP(半導体装置)
10 ブレード
11 最小チップ搭載エリア
12 最大チップ搭載エリア
13 モールド金型
13a 上金型
13b 下金型
13c キャビティ
Claims (5)
- 主面とその反対側の裏面とを有し、配線とこれにバイパス状に電気的に接続された補助配線とが形成された配線基板と、
前記配線基板の主面に搭載され、前記主面の接続端子と電気的に接続された半導体チップと、
前記配線基板に設けられ、前記半導体チップの表面電極とそれぞれに電気的に接続される複数の外部端子とを有し、
前記補助配線は、前記配線基板の主面または裏面の少なくとも何れか一方に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 主面とその反対側の裏面とを有し、配線とこれに両端が電気的に接続された補助配線とが前記主面に形成された配線基板と、
前記配線基板の主面に搭載され、前記主面の接続端子と電気的に接続された半導体チップと、
前記配線基板に設けられ、前記半導体チップの表面電極とそれぞれに電気的に接続される複数の外部端子とを有し、
前記補助配線は、前記配線基板の主面における前記半導体チップの裏面の端部に対応した領域に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 主面とその反対側の裏面とを有し、配線とこれに両端が電気的に接続された補助配線とが形成された配線基板と、
前記配線基板の主面に搭載され、前記主面の接続端子と電気的に接続された半導体チップと、
前記配線基板に設けられ、前記半導体チップの表面電極とそれぞれに電気的に接続される複数の外部端子とを有し、
前記配線と前記補助配線とで配線幅が異なっていることを特徴とする半導体装置。 - 主面とその反対側の裏面とを有し、配線とこれに両端が電気的に接続された補助配線とが形成された配線基板と、
前記配線基板の主面に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の接続端子とをそれぞれに電気的に接続する複数のワイヤと、
前記配線基板の裏面に設けられた外部端子である複数のバンプ電極と、
前記半導体チップおよび前記複数のワイヤを封止する封止部とを有し、
前記補助配線は、前記配線基板の主面における前記半導体チップの裏面の端部に対応した領域と前記配線基板の裏面とに形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 配線とこれにバイパス状に電気的に接続された補助配線とを有し、前記補助配線が主面に形成された配線基板を準備する工程と、
前記配線基板の主面の前記補助配線上に半導体チップの裏面の端部が配置されるように前記配線基板上に前記半導体チップを搭載する工程と、
前記半導体チップの表面電極とこれに対応する前記配線基板の接続端子とを接続する工程と、
前記半導体チップを樹脂封止する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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