JP3446826B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
造技術に関し、特に、放熱性が改善された半導体装置及
びその製造方法に関する。
い、携帯機器内部に搭載される樹脂封止型半導体装置の
薄型化、小型化及び軽量化が要求されている。この要求
を満たすために、様々な樹脂封止型半導体装置が提案さ
れている。
ize Package/ChipScale Pack
age)と呼ばれる樹脂封止型半導体装置がある。この
樹脂封止型半導体装置は、チップサイズと同等若しくは
わずかに大きい半導体装置である。なお、CSPと呼ば
れる樹脂封止型半導体装置には、W−CSP(Wafe
r level Chip Size Package /
Wafer level Chip Scale Pack
age)と呼ばれる、チップサイズと同等な樹脂封止型
半導体装置がある。
いて、図面を用いて説明する。
示す全体斜視図であり、図13は、図12に記載される
従来の樹脂封止型半導体装置をA―A´の線で切断した
ときの断面図である。図13で示されるように、従来の
樹脂封止型半導体装置は、半導体素子1301と、Cu
(銅)により構成されるポスト1302と、はんだによ
り構成される球状電極1303(以下、はんだボール1
303という)と、Cu(銅)により構成される配線1
304(以下、再配線1304という)と、絶縁膜13
08と、封止樹脂1305と、Al(アルミ)で構成さ
れるアルミパッド1306(以下、パッド1306とい
う)とにより構成される。なお、半導体素子1301
は、トランジスタ等の回路が形成される主表面1301
aを有している。なお、ここでは、説明の都合上、ポス
ト1302等の数を2つに限定して説明している。
等の工程は、すべてウエハ状態で行われる。そして、す
べての工程が終了した後、ウエハをダイシングすること
により、個片化したCSPと呼ばれる従来の樹脂封止型
半導体装置が得られる(図13参照)。
半導体装置の放熱経路を説明する。図14では、従来の
樹脂封止型半導体装置は、はんだボール1303を介し
て基板1401に搭載されている。図中の矢印は、従来
の樹脂封止型半導体装置の半導体素子1301において
発生された熱が半導体装置の外部に放熱されるときの放
熱経路を示している。図14で示されるように、半導体
素子1301の主表面1301a側において発生された
熱は、ポスト1302→はんだボール1303→基板1
401の経路で放熱されている。
樹脂封止型半導体装置の半導体素子の主表面側は、熱伝
導率の低い樹脂によって覆われており、その放熱経路は
ポスト→はんだボール→基板だけである。そのため、半
導体素子において発生された熱は、その主表面側におい
て、満足する程放熱されていなかった。この発明は、半
導体素子において発生された熱を樹脂封止型半導体装置
の外部に、効率的に放熱することを目的とする。
解決するために、この発明の代表的な樹脂封止型半導体
装置は、主表面に電極パッドを有する半導体素子と、前
記電極パッドの一部及び前記半導体素子の主表面上に形
成される絶縁膜と、前記電極パッドと接続され前記絶縁
膜上の一部に形成される配線と、前記配線及び前記絶縁
膜を封止する封止樹脂と、前記配線上に形成され一端は
前記封止樹脂から露出されるポストと、前記露出された
ポストの一端に形成される球状電極と、前記絶縁膜上に
形成され一端は前記封止樹脂から露出する放熱用ポスト
とを、設けた。
を用いて、この発明の第1の実施の形態の樹脂封止型半
導体装置を説明する。
施の形態の樹脂封止型半導体装置の構成を説明する。図
1は、第1の実施の形態の樹脂封止型半導体装置の構造
を示す平面図である。図2は、図1の樹脂封止型半導体
装置をB−B´線で切断したときの断面図である。第1
の実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子2
01と、Cu(銅、以下、Cuという)又はAl(アル
ミ、以下、Alという)などにより構成されるポスト2
02と、はんだにより構成される球状電極203(以
下、はんだボール203という)と、Cu又はAlなど
により構成される配線204(以下、再配線204とい
う)と、絶縁膜208と、エポキシ系樹脂により構成さ
れる封止樹脂205と、Alで構成されるアルミパッド
206(以下、パッド206という)と、Cu又はAl
などにより構成される放熱用ポスト207とにより構成
される。ここで、図1において記載したB−B´線上に
は、放熱用ポスト207の両脇にそれぞれ2つのはんだ
ボール203が開示されている。しかし、図2において
は、説明の都合上、放熱用ポスト207の両脇のはんだ
ボール203等の数をそれぞれ1つに限定して説明す
る。
する。そして、主表面201aには、トランジスタ等の
回路が形成される。パッド206と再配線204及び絶
縁膜208は、半導体素子201の主表面201aに形
成される。再配線204は、パッド206と電気的に接
続される。ポスト202は、再配線204上に形成され
る。そして、ポスト202の第1の端面202aにはは
んだボール203が搭載され、第2の端面202bは再
配線204と接する。ここで、ポスト202は、再配線
204及びはんだボール203と電気的に接続される。
よって、パッド206、再配線204、ポスト202及
びはんだボール203は、電気的に接続される。
の主表面201aのほぼ中央に形成される。ここで、放
熱用ポスト207は、主表面207aと裏表面207b
とを有する。そして、放熱用ポスト207の主表面20
7aは封止樹脂205より露出し、放熱用ポスト207
の裏表面207bは絶縁膜208に接する。
02、パッド206及び再配線204のいずれにも接し
ないように形成されるのが望ましい。もし、放熱用ポス
ト207が複数のポスト202と接すると、放熱用ポス
トとしての役割には問題はないが、複数のポスト202
が電気的に接続される。そのため、複数のポスト202
がショートしてしまう可能性が生じる。つまり、本来の
ポスト202の役割が損なわれてしまうことになる。こ
れは、再配線204若しくはパッド206についても同
様である。
204、放熱用ポスト207及び絶縁膜208を封止す
る。ここで、放熱用ポスト207の主表面207aは、
封止樹脂205から露出される。
樹脂封止型半導体装置の放熱経路を説明する。図3は、
この発明の第1の実施の形態の樹脂封止型半導体装置の
放熱経路を示す断面図である。ここで、第1の実施の形
態の樹脂封止型半導体装置は、はんだボール203を介
して、基板301と接続されている。図中の矢印は、半
導体素子201において発生された熱の伝わる経路を示
す。図3に示されるように、半導体素子201において
発生された熱は、半導体素子201の裏表面及び側面か
ら半導体素子201の外部へ放熱される。加えて、半導
体素子201の主表面201aにおいて、発生された熱
は、ポスト202及びはんだボール203を介して基板
301に伝わり、放熱される。さらに、半導体素子20
1の主表面201aにおいて、発生された熱は、放熱用
ポスト207を介して、第1の実施の形態の樹脂封止型
半導体装置と基板301との間にできた空間に放熱され
る。
の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子201において
発生された熱をポスト202、はんだボール203及び
放熱用ポスト207を用いて放熱することができる。そ
のため、第1の実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、
従来の樹脂封止型半導体装置に比べ、発生された熱を効
率的に放熱することができる。よって、第1の実施の形
態の樹脂封止型半導体装置は、従来の樹脂封止型半導体
装置のパッケージよりも熱抵抗が低減し、半導体素子の
高温化が抑制されることにより、樹脂封止型半導体装置
の長寿命化が可能となる。
〜(d)を用いて、第1の実施の形態の樹脂封止型半導
体装置の製造方法について説明する。
201aにトランジスタ等の回路が形成された半導体素
子201を準備する。そして、半導体素子201の主表
面201a上に、パッド206を形成する。半導体素子
201の主表面201a上に、パッド206と電気的に
接続される再配線204を形成する。さらに、再配線2
04が形成される半導体素子201の主表面201aの
領域以外の主表面201aの領域に、絶縁膜208を形
成する。
04等が形成された半導体素子201の主表面201a
側に、フォトレジスト401と呼ばれる感光性樹脂を塗
布する。ここで、塗布されたフォトレジスト401(以
下、フォトレジスト膜401という)の膜厚は、形成し
たいポスト202及び放熱用ポスト207の高さがあれ
ばよい。
04の一部及び絶縁膜208の一部とを露出させるよう
に、フォトレジスト膜401をマスクして、露光する。
ここで、マスクの大きさは、形成するポスト202及び
放熱用ポスト207の大きさする。そして、露光された
フォトレジスト膜401を現像することにより、フォト
レジスト膜401に開口部を形成する。
形成されたフォトレジスト膜401を有する半導体素子
をめっき液に漬け込み、開口部にめっき液を充填させ
る。ここで、めっき液は、ポスト202又は放熱用ポス
ト207の材質(例えば、CuならばCuめっき液、A
lならばAlめっき液)で構成されるめっき液を使用す
る。
が固まった後、フォトレジスト膜401を除去する。よ
って、再配線204上にポスト202を形成し、絶縁膜
208上に放熱用ポスト207を形成する。
02、再配線204、放熱用ポスト207及び絶縁膜2
08をトランスファーモールド方法若しくはポッティン
グ方法等を用いて、封止樹脂205で封止する。
205の表面(半導体素子201の主表面201a側)
を全面エッチング(グラインド)する。そして、ポスト
202の第1の端面202a及び放熱用ポスト207の
主表面207aを露出させる。
02の第1の端面202aに、スクリーン印刷、はんだ
メッキ若しくはスーパーソルダリング方法を用いて、は
んだボール203を搭載する。
形成する工程において放熱用ポスト207を同時に形成
することができるので、放熱用ポスト207を形成する
ための新たな工程を必要とせず、作業効率が良い。
上、ポスト202、はんだボール203、再配線204
及びパッド206を各々2つずつしか開示していない
が、各々1つ若しくは2つ以上有していても、第1の実
施の形態の発明の効果を有することができる。
て、この発明の第2の実施の形態の樹脂封止型半導体装
置を説明する。
施の形態の樹脂封止型半導体装置の構成を説明する。図
6は、第2の実施の形態の樹脂封止型半導体装置の構造
を示す平面図である。図7は、図6の樹脂封止型半導体
装置をC−C´線で切断したときの断面図である。ここ
で、第1の実施の形態の樹脂封止型半導体装置と同じ構
成については、共通の番号を付与し、重複する説明を省
略する。第2の実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、
半導体素子201と、ポスト202と、はんだボール2
03と、再配線204と、絶縁膜208と、封止樹脂2
05と、パッド206と、主表面207aを有する放熱
用ポスト207と、はんだにより構成される放熱用はん
だボール701(以下、放熱用ボール701という)と
により構成される。ここで、図6において記載したC−
C´線上には、放熱用ポスト207の両脇にそれぞれ2
つのはんだボール203が開示されている。しかし、図
7においては、説明の都合上、放熱用ポスト207の両
脇のポスト202等の数をそれぞれ1つに限定して説明
する。
スト207の主表面207aに、放熱用ボール701を
搭載したことである。
樹脂封止型半導体装置の放熱経路を説明する。図8は、
この発明の第2の実施の形態の樹脂封止型半導体装置の
放熱経路を示す断面図である。ここで、第2の実施の形
態の樹脂封止型半導体装置は、はんだボール203及び
放熱用ボール701を介して、基板801と接続されて
いる。図中の矢印は、半導体素子201において発生さ
れた熱の伝わる経路を示す。図8に示されるように、半
導体素子201において発生された熱は、半導体素子2
01の裏表面及び側面から半導体素子201の外部へ放
熱される。加えて、半導体素子201の主表面201a
において、発生された熱は、ポスト202及びはんだボ
ール203を介して基板801に伝わり、放熱されてい
る。さらに、半導体素子201の主表面201aにおい
て、発生された熱は、放熱用ポスト207を介して、樹
脂封止型半導体装置と基板801との間にできた空間に
放熱される。さらになお、半導体素子201の主表面2
01a側において発生された熱は、放熱用ポスト207
及び放熱用ボール701を介して基板801に放熱され
る。
の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子201において
発生された熱をポスト202、はんだボール203、放
熱用ポスト207を用いて放熱することができる。その
ため、第2の実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、従
来の樹脂封止型半導体装置に比べ、発生された熱を効率
的に放熱することができる。
体装置は、放熱用ボール701を介して基板801に放
熱する放熱経路を有していることより、従来の樹脂封止
型半導体装置に比べ、効率的に放熱することができる。
よって、第2の実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、
従来の樹脂封止型半導体装置のパッケージよりも熱抵抗
が低減し、半導体素子の高温化が抑制されることによ
り、樹脂封止型半導体装置の長寿命化が可能となる。
体装置の製造方法について説明する。ここで、主表面2
01aにトランジスタ等の回路が形成された半導体素子
201を準備する工程(図4(a)参照)から、封止樹
脂205の表面を全面エッチングすることによりポスト
202の第1の端面202a及び放熱用ポスト207の
主表面207aを露出させる工程(図5(c)参照)ま
では、第1の実施の形態の樹脂封止型半導体装置を製造
する方法と同じである。第1の実施の形態の樹脂封止型
半導体装置を製造する方法と異なるのは、図5(d)に
示す工程の際、放熱用ポスト207の主表面207aに
放熱用ボール701を搭載する。具体的には、ポスト2
02の第1の端面202a及び放熱用ポスト207の主
表面207aに、スクリーン印刷、はんだメッキ若しく
はスーパーソルダリング方法を用いて、はんだボール2
03及び放熱用ボール701を搭載する。
はんだボール203を搭載する工程において放熱用ポス
ト207に放熱用ボール701を同時に搭載することが
できるので、放熱用ボール701を形成するための新た
な工程を必要とせず、作業効率が良い。
上、ポスト202、はんだボール203、再配線204
及びパッド206を各々2つずつしか開示していない
が、各々1つ若しくは2つ以上有していても、第2の実
施の形態の発明の効果を有することができる。
て、この発明の第3の実施の形態の樹脂封止型半導体装
置を説明する。
の樹脂封止型半導体装置の構成を説明する。図9は、第
3の実施の形態の樹脂封止型半導体装置の断面図であ
る。
脂封止型半導体装置と同じ構成については、共通の番号
を付与し、重複する説明を省略する。
は、半導体素子201と、ポスト202と、はんだボー
ル203と、再配線204と、絶縁膜208と、封止樹
脂205と、パッド206と、主表面207aを有する
放熱用ポスト207と、放熱用ボール701と、ソルダ
ーレジスト層901とにより構成されている。
封止型半導体装置と異なる点は、封止樹脂205の表面
及び放熱用ポスト207の主表面207a上にソルダー
レジスト層901が形成されている点である。
の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子201において
発生された熱をポスト202、はんだボール203、放
熱用ポスト207を用いて放熱することができる。その
ため、第3の実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、従
来の樹脂封止型半導体装置に比べ、発生された熱を効率
的に放熱することができる。
体装置は、放熱用ボール701を用いて放熱する放熱経
路を有していることより、従来の樹脂封止型半導体装置
に比べ、効率的に放熱することができる。なお、ソルダ
ーレジスト層901を設けても、半導体素子201の発
生する熱の放熱についてはその効率が落ちることはな
く、従来の樹脂封止型半導体装置に比べ、より良い放熱
効果が得られる。
半導体装置は、封止樹脂205上にソルダーレジスト層
901を形成したので、はんだボール203及び放熱用
ボール701をポスト202及び放熱用ポスト207そ
れぞれに安定して搭載することができる。また、はんだ
ボール203と放熱用ボール701との大きさとが異な
る場合においても、ソルダーレジスト層901がはんだ
ボール203及び放熱用ボール701を固定することが
できるので、同一工程においてはんだボール203及び
放熱用ボール701を搭載することができる。それによ
り、作業効率が良い。よって、第3の実施の形態の樹脂
封止型半導体装置は、従来の樹脂封止型半導体装置のパ
ッケージよりも熱抵抗が低減し、半導体素子の高温化が
抑制されることにより、樹脂封止型半導体装置の長寿命
化が可能となる。
3の実施の形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法につ
いて説明する。なお、ここでは、感光性のソルダーレジ
ストを用いた製造方法について説明するが、この発明に
おけるソルダーレジスト層901は、感光性ソルダーレ
ジストに限定されるものではない。ここで、主表面20
1aにトランジスタ等の回路が形成された半導体素子2
01を準備する工程(図4(a)参照)から、封止樹脂
205の表面を全面エッチングすることによりポスト2
02の第1の端面202a及び放熱用ポスト207の主
表面207aを露出させる工程(図5(c)参照)まで
は、第1及び第2の実施の形態の樹脂封止型半導体装置
を製造する方法と同じである。第1及び第2の実施の形
態の樹脂封止型半導体装置を製造する方法と異なるの
は、図5(d)に示す工程に代わり、図10(a)〜
(c)に示す工程を行うことである。図5(c)の工程
の後、図10(a)に示すように、封止樹脂205の表
面とポスト202の第1の端面202a及び放熱用ポス
ト207の主表面207aとの全面に、感光性ソルダー
レジスト901を塗布し、仮乾燥をさせる。
202の第1の端面202aの一部及び放熱用ポスト2
07の主表面207aの一部とを露出させるように、仮
乾燥された感光性ソルダーレジスト901の表面にマス
クをして露光し、現像する。ここで、マスクの大きさ
は、形成するはんだボール203および放熱用ボール7
01の大きさする。そして、感光性ソルダーレジスト9
01に開口部を形成する。
202の第1の端面202a及び放熱用ポスト207の
主表面207aの露出している部分に、スクリーン印
刷、はんだメッキ若しくはスーパーソルダリング方法を
用いて、はんだボール203及び放熱用ボール701を
搭載する。
はんだボール203を搭載する工程において放熱用ポス
ト207に放熱用ボール701を同時に搭載することが
できるので、放熱用ボール701を形成するための新た
な工程を必要とせず、作業効率が良い。
合上、ポスト202、はんだボール203、再配線20
4及びパッド206を各々2つずつしか開示していない
が、各々1つ若しくは2つ以上有していても、第3の実
施の形態の樹脂封止の効果を有することができる。
て、この発明の第4の実施の形態の樹脂封止型半導体装
置を説明する。
施の形態の樹脂封止型半導体装置において形成された放
熱用ポスト207とポスト202(はんだボール203
との関係でも良い)との配置関係を示す。図11に示す
ように、第4の実施の形態の樹脂封止型半導体装置にお
いては、放熱用ポスト207は、封止樹脂205のさま
ざまな場所に形成される。なお、図11では、放熱用ポ
スト207上に、放熱用ボール701が搭載されていな
い。しかし、第2若しくは第3の実施の形態に示すよう
に、放熱用ボール701を搭載することも可能であるこ
とは、言うまでもない。
07は半導体素子201の外縁に形成されている。図1
1(a)に示された第4の実施の形態の樹脂封止型半導
体装置は、放熱用ポスト207が半導体素子201のほ
ぼ中央に形成されることができない場合に有効である。
07は所定のポスト202に対して形成されている。図
11(b)に示された第4の実施の形態の樹脂封止型半
導体装置は、放熱したいポスト202に限定して放熱す
る場合に有効である。
の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子201において
発生された熱をポスト202、はんだボール203及び
放熱用ポスト207を用いて放熱することができる。そ
のため、第4の実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、
従来の樹脂封止型半導体装置に比べ、発生された熱を効
率的に放熱することができる。よって、第4の実施の形
態の樹脂封止型半導体装置は、従来の樹脂封止型半導体
装置のパッケージよりも熱抵抗が低減し、半導体素子の
高温化が抑制されることにより、樹脂封止型半導体装置
の長寿命化が可能となる。
体装置は、半導体素子において発生された熱を、放熱用
ポスト及び/若しくは放熱用はんだボールを用いて、半
導体素子の外に放熱することができる。従って、従来の
樹脂封止型半導体装置のパッケージよりも熱抵抗が低減
し、半導体素子の高温化が抑制されることにより、樹脂
封止型半導体装置の長寿命化が可能となる。
体装置を示す平面図である。
体装置の構造を示す断面図である。
体装置の放熱経路を説明する断面図である。
脂封止型半導体装置の製造工程を示す断面図である。
脂封止型半導体装置の製造工程を示す断面図である。
体装置を示す平面図である。
体装置の構造を示す断面図である。
体装置の放熱経路を説明する断面図である。
体装置の構造を示す断面図である。
導体装置の製造工程を示す断面図である。
導体装置の構造、特に、ポストと放熱用ポストとの配置
を説明する断面図である。
す全体斜視図である。
面図である。
明する断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 主表面に複数の電極パッドを有する半導
体素子と、 前記電極パッドの一部及び前記半導体素子の主表面上に
形成される絶縁膜と、 各々が前記電極パッドのいずれかと接続され、前記絶縁
膜上の一部に形成される複数の配線と、 前記配線及び前記絶縁膜を封止する封止樹脂と、 各々が対応する前記配線上に形成され、一端は前記封止
樹脂から露出される複数のポストと、 各々が前記露出されたポストのいずれかの一端に形成さ
れる複数の球状電極と、 各々が前記絶縁膜上に形成され、一端は前記封止樹脂か
ら露出し、前記複数のポストうち所望のポストを取り囲
むように配置された複数の放熱用ポストとを有すること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記複数の放熱用ポストは、前記複数の
ポストを取り囲むように、該複数のポストのうち最も外
側に位置するポスト各々に隣り合って配置されているこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記露出された放熱用ポスト各々の一端
にそれぞれ放熱用ボールが搭載されていることを特徴と
する請求項1または請求項2記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記半導体素子の主表面以外の表面は露
出していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1
つに記載の半導体装置。
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