JP5117270B2 - 配線基板、半導体装置、ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents

配線基板、半導体装置、ならびに半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、外部接続端子をエリアアレイ状に配置した面実装タイプの半導体装置、およびそれに用いられる配線基板に関するものであり、特に、その半導体装置の製造時および実装基板搭載時に加えられる熱により半導体装置内部に溜まった水分が気化膨張することで発生する半導体装置の膨張を低減する配線基板、およびそれを用いた半導体装置、ならびにその半導体装置の製造方法に関するものである。
近年の電子機器の小型化の傾向に添うものとして、また組立工程の自動化に適合するものとして、QFP(Quad Flat Package)型やBGA(Ball Grid Allay)型のCSP(Chip Size Package/Chip Scale Package)の半導体装置が広く用いられている。そして、特に、この半導体装置における半導体チップの信号処理の高速化・高機能化により、より多くの外部接続端子が必要になってきているため、外部接続端子が半導体装置底面に2次元的に配置されるBGA型が多く採用されている。
図8はBGA型CSPの半導体装置110の断面構造を示しており、同図における下側の図は後述する半導体装置110に発生する不具合を示している。
半導体装置110は、配線基板101の上面の半導体チップ搭載領域102上に半導体チップ103が搭載され、半導体チップ103の電極パッド部と配線基板101のワイヤボンド端子部とが金属細線(ワイヤ)107で電気的に接続されている。そして、これら半導体チップ103および金属細線107を覆うように樹脂108により封止されている。また、配線基板101の下面には、半田ボールなどの金属製の外部接続端子109が形成されている。以上のような半導体装置110におけるパッケージ構造は、現在BGA型パッケージの主流の構造であり、小型化と電気特性とにおいて他の半導体パッケージに比べて有利な構造を備えているため、携帯電話機や携帯ゲーム機などの携帯型電子機器に多く採用されている。
ところで、以上のような半導体装置110の製造時における外部接続端子109の形成時には、リフロー炉などの加熱装置により外部接続端子109に用いられる半田を溶融して形成する方法が取られていることが多い。また、半導体装置110の実装基板搭載時には、実装基板に半田ペーストやフラックスを供給してその上に半導体装置110を搭載し、上記加熱装置で外部接続端子109である半田ボールを溶融して実装基板に接続する手法が一般的である。
ここで、外部接続端子109を構成する半田ボールは、近年環境への配慮から、その材料が共晶半田から無鉛半田へと変わりつつある。無鉛半田は共晶半田に比べ融点が高いため、上述のような半導体装置110の製造時および実装基板搭載時などにおけるリフロー工程での加熱温度が上昇する傾向にある。具体的には、上記加熱温度が20度〜30度程度上昇する傾向にある。
このようにリフロー工程における加熱温度が上昇すると、その熱により半導体装置110の内部に吸湿された水分が気化膨張し、それによって半導体装置110の外形が変形して不良となったり、実装できなくなったり、また、配線が断線するなどの問題を生じる(図8における下側の図参照)。
より具体的に説明すると、上述の半導体装置110のような、配線基板上に半導体チップを搭載してワイヤボンディングかつ樹脂封止を行って形成するような半導体装置では、組み立て後に吸湿した水分が半導体チップと配線基板との接着部分を中心に各材料間の界面付近に溜まる傾向がある。中でも半導体チップと配線基板との界面部分(すなわち、半導体装置110においては半導体チップ搭載領域102の部分)に多くの水分が溜まる傾向にある。この水分がリフロー工程における熱によって気化膨張し、それによって特に半導体チップ搭載領域下の配線基板が大きく膨張し、上述のような外形の変形などの不具合が発生する。このような問題は、薄い配線基板を用いている半導体装置においてより多く発生する傾向にある。
そこで、以上のような問題を解決するため、半導体チップと配線基板とをシートタイプ接着剤で接着する構造の半導体装置では、配線基板との密着性を上げるために、配線基板においてソルダーレジストを重ね塗りしてその下にある配線パターンの凹凸による影響を小さくする方法がとられている。また、半導体チップ搭載領域における配線基板の一部に貫通穴を設けて半導体装置内部に溜まった水分を排出させる方法がとられている。
図9はこの貫通穴を設けて溜まった水分を排出させる方法を適用した半導体装置110である半導体装置110aの断面構造を示しており、同図における下側の図は後述する半導体装置110aに発生する不具合(問題)を示している。同図に示すように、半導体装置110aでは、半導体チップ搭載領域102における配線基板101に貫通穴111を設けて溜まった水分を排出させている。
しかしながら、まず、配線基板においてソルダーレジストを重ね塗りしてその下にある配線パターンの凹凸による影響を小さくする方法では、配線基板製造工程においてソルダーレジストを塗布する工程を複数回実施することになり、製造工程の増加、ひいては製造コストの増加を招くという問題を生じる。また、配線基板の一部に貫通穴を設けて半導体装置内部に溜まった水分を排出させる方法では、溜まった水分をすべて排出することが不可能であり、水分が残った領域において、換言すれば半導体チップ搭載領域において貫通穴を設けた部分以外の領域において膨張が発生するという問題を生じる。
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、半導体装置の製造時および実装基板搭載時に加えられる熱により半導体装置内部に溜まった水分が気化膨張することで発生する半導体装置の膨張を低減する配線基板、およびそれを用いた半導体装置、ならびに半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明に係る配線基板は、上記課題を解決するために、少なくとも1つの半導体チップを搭載するための半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子が設けられ、少なくとも上記半導体チップ搭載領域にソルダーレジストが塗布されている配線基板において、上記半導体チップ搭載領域に上記配線基板を貫通する少なくとも1つの貫通穴が設けられ、上記半導体チップ搭載領域におけるソルダーレジストに上記貫通穴に通ずる溝状パターンが設けられ、かつ、上記半導体チップ搭載領域を有する面側の上記貫通穴周辺近傍にメタルパターンが設けられていることを特徴としている。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、少なくとも1つの半導体チップを搭載するための半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子が設けられる配線基板を備えている半導体装置の製造方法であって、上記半導体チップ搭載領域に上記配線基板を貫通する少なくとも1つの貫通穴を形成する貫通穴形成工程と、上記半導体チップ搭載領域を有する面側における上記貫通穴周辺近傍にメタルパターンを形成するメタルパターン形成工程と、上記貫通穴および上記メタルパターンを形成した配線基板にソルダーレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記貫通穴に塗布されたソルダーレジストを除去するレジスト除去工程と、上記半導体チップ搭載領域におけるソルダーレジストに上記貫通穴に通ずる溝状パターンを形成する溝状パターン形成工程とを有することを特徴としている。
上記の構成および方法によれば、本発明に係る配線基板は、半導体チップ搭載領域に配線基板を貫通する少なくとも1つの貫通穴を設けている。これにより、上記半導体チップ搭載領域に溜まった水分を上記半導体チップ搭載領域から排出することができる。また、上記配線基板は、上記半導体チップ搭載領域におけるソルダーレジストに上記貫通穴に通ずる溝状パターンを設けている。これにより、この溝状パターンを用いて上記半導体チップ搭載領域に溜まった水分を上記貫通穴に誘導することができる。
つまり、上記配線基板は、上記半導体チップ搭載領域に溜まった水分を上記溝状パターンにより上記貫通穴に誘導して上記半導体チップ搭載領域から効率よく排出することができる。このため、上記配線基板を用いた半導体装置の製造時および実装基板搭載時では、その際に加えられる熱によって半導体装置内部において気化膨張を生じず、それゆえに半導体装置の膨張を低減することができる。以上により、半導体装置の膨張を低減する配線基板および半導体装置の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
また、本発明に係る配線基板は、上記メタルパターンは、上記貫通穴の端部から0.5mm以内の領域に設けられていることが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記メタルパターン形成工程において、上記メタルパターンは上記貫通穴の端部から0.5mm以内の領域に形成することが好ましい。
上記半導体チップ搭載領域に上記貫通穴を設けたことで、上記半導体チップ搭載領域に搭載される半導体チップに外部接続端子が設けられている面方向へのストレスが加わる。そこで、上記の構成および方法のように上記半導体チップ搭載領域を有する面側の上記貫通穴周辺近傍にメタルパターンを設けることで、上記半導体チップを支持する力を高めて上記ストレスを低減することができる。
また、上記の構成および方法のように上記メタルパターンを上記貫通穴の端部から0.5mm以内の領域に設ける、つまり上記貫通穴に極めて近い部分に設けることで、上記半導体チップを支持する力がより高まって上記ストレスをより低減することができる。
本発明に係る配線基板は、上記溝状パターンは1つの上記貫通穴に対して複数の溝状パターンが形成され、上記複数の溝状パターンは上記貫通穴を中心として互いに点対称となるようにそれぞれ形成されていることが好ましい。
上記の構成によれば、上記溝状パターンを均一的に形成することになるので、上記ストレスが部分的に印加されるような状態が生じ難い。
本発明に係る配線基板は、上記溝状パターンは、1つの上記貫通穴に対して複数の溝状パターンが形成され、上記複数の溝状パターンは、上記貫通穴を中心とした円状の形状を有する第1溝状パターン部と、当該第1溝状パターン部と上記貫通穴とを接続する第2溝状パターン部とからなることが好ましい。
本発明に係る配線基板は、上記溝状パターンは、上記貫通穴から伸びる螺旋状の形状を有するように形成されていることが好ましい。
本発明に係る配線基板は、上記溝状パターンは直線状、ギザギザ状、もしくは曲線状の形状を有することが好ましい。
本発明に係る配線基板は、上記半導体チップ搭載領域には、自身に含まれる配線パターンの末端が上記半導体チップ搭載領域内では開放されている形状のダミー配線パターンが設けられていることが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記レジスト塗布工程前に、上記配線基板に、配線パターンの末端が上記半導体チップ搭載領域内では開放されている形状のダミー配線パターンを含む所望の配線パターンを形成する配線パターン形成工程をさらに有することが好ましい。
上記の構成および方法によれば、上記半導体チップ搭載領域に形成されるダミー配線パターンは、自身に含まれる配線パターンの末端が上記半導体チップ搭載領域内では開放されているので、半導体チップが搭載された場合、当該半導体チップの下で閉塞した部分を形成することがない。閉塞した部分があると水分が溜まるが、閉塞した部分がないということで、つまり、半導体チップと上記配線基板との間では水分が集中的に溜まらない構造となっている。そのため、熱が加えられても、水分が膨張することによる半導体装置における不具合を防止することができる。このように、上記形状のダミー配線パターンを配置することで、簡易な構成でコストをかけずに、水分が膨張することによる半導体装置における不具合を防止することができる。具体的には、半導体装置の外形が変形して不良になったり、実装基板に実装できなくなったり、また、内部の配線が断線したりする、といった不具合を防ぐことができる。よって、上記構成の配線基板を用いることで、信頼性のある高品質な半導体装置を製造することができる。なお、上記搭載領域における、上記ダミー配線に含まれる全ての配線パターンの末端が上記半導体チップ搭載領域内で開放した形状であれば、より確実に水分が膨張することによる不具合を防ぐことができる。
また、すなわち、上記配線基板は、上記ダミー配線パターンを設けることにより上記半導体チップ搭載領域において水分が集中的に溜まらないようにするとともに、上記貫通穴および上記溝状パターンを設けることにより水分が溜まってしまったとしてもこの水分を効率よく排出することができるようにしたものである。これにより、上記配線基板を用いた半導体装置において、その製造時および実装基板搭載時における熱による膨張は確実に低減され、その結果外形が変形して不良になったり、実装基板に実装できなくなったり、また、内部の配線が断線したりする、といった不具合を確実に防ぐことができる。
本発明に係る半導体装置は、上記課題を解決するために、半導体チップ搭載領域に半導体チップが搭載され、かつ、上記半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子が形成されている上記配線基板を備えていることを特徴としている。
また、本発明に係る半導体装置は、上記半導体チップはシート状接着剤により上記配線基板へ搭載され、上記半導体チップと上記配線基板とは導電性の金属細線により電気的に接続され、上記半導体チップと上記金属細線とを覆うように樹脂が設けられて樹脂封止されていることが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記配線基板の上記半導体チップ搭載領域にシート状接着剤を用いて半導体チップを搭載する半導体チップ搭載工程と、上記半導体チップと上記配線基板とを導電性の金属細線を用いて電気的に接続する接続工程と、上記半導体チップと上記金属細線とを覆うように樹脂を設けて樹脂封止する樹脂封止工程とをさらに有することが好ましい。
上記の構成および方法によれば、本発明に係る半導体装置は、上記半導体チップ搭載領域に溜まった水分を上記溝状パターンによって上記貫通穴に誘導して上記半導体チップ搭載領域から効率よく排出することができる上記配線基板を用いている。このため、上記半導体装置の製造時および実装基板搭載時において、その際に加えられる熱によって上記半導体装置内部において気化膨張を生じず、それゆえに上記半導体装置の膨張を低減することができる。以上により、半導体装置の膨張を低減する半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
本発明の一つに係る配線基板は、半導体チップ搭載領域に配線基板を貫通する少なくとも1つの貫通穴が設けられているとともに、上記半導体チップ搭載領域におけるソルダーレジストに上記貫通穴に通ずる溝状パターンが設けられていることを特徴としている。
上記の構成によれば、上記配線基板は、上記半導体チップ搭載領域に溜まった水分を上記溝状パターンにより上記貫通穴に誘導して上記半導体チップ搭載領域から効率よく排出することができる。このため、上記配線基板を用いた半導体装置の製造時および実装基板搭載時では、その際に加えられる熱によって半導体装置内部において気化膨張を生じず、それゆえに半導体装置の膨張を低減することができる。
本発明の実施形態について図1〜図7を用いて説明すると以下の通りである。
図1は本実施形態に係る配線基板10の平面(上面)構造を示しており、図2は本実施形態に係る半導体装置30の断面構造を示している。図2は、図1におけるA−A´部分の断面を示している。
(半導体装置の構造)
半導体装置30は、図2に示すように、配線基板10の上面の半導体チップ搭載領域15上にシート状接着剤16を介して半導体チップ17が搭載され、半導体チップ17の電極パッド部(不図示)と配線基板10のワイヤボンド端子部(不図示)とが金属細線(ワイヤ)18で電気的に接続されている。そして、これら半導体チップ17および金属細線18を覆うように樹脂19により封止されている。また、配線基板10の上面とは反対側の面である下面には外部接続端子20が形成されている。
配線基板10の基材1としては、絶縁材であれば良く、例えばガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸したコア基板、ポリイミドもしくはガラスクロスを含浸したエポキシ基板、あるいはアラミド樹脂基板等が挙げられる。本実施形態では、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸したコア基板を用いる。また、このコア基板の上下両面に銅箔(銅箔1a)を貼り合わせた両面銅張り基板を用いる。配線基板10の基材1は、近年の電子機器の小型化・薄型化に伴い、その厚みが0.2mm以下のものが好ましい。本実施形態では、0.06mmの厚みのものを用いた。しかしながら、これに限らず、0.04mm〜0.06mmの厚みのものでもよい。
配線基板10は、基材1の上下両面にその上下両面における銅箔により形成された配線パターン8を有する。この配線パターン8の厚みは10〜20(um)程度である。しかしながら、配線パターン8は配線パターンの密度によりさらに薄くなる場合や厚くなる場合がある。本実施形態では15umとした。
また、配線基板10は、配線基板10を貫通する(配線基板10の上下両面に到達する)貫通穴11を有する。この貫通穴11は、配線基板10の上下両面における配線パターン間の電気的接続を確保するための貫通穴11a(不図示)と、配線基板10と半導体装置17との界面部分(半導体チップ搭載領域15)に溜まっている水分を排出するための貫通穴11bとを有する。貫通穴11aはその内部に銅メッキが施されているが、貫通穴11bには施さない。貫通穴11a,11bはともに小径化することが好ましく、その直径(φ)が0.2mm以下が好ましい。本実施形態では0.1mmとした。このように貫通穴11a,11bが同径であるとそれらを効率よく製造できるため好ましいが、異なった径でも加工は可能である。
貫通穴11bは、1個でも複数個でも良い。ただし、複数個設ける場合には配線パターン8における信号配線パターンなどの影響の無い範囲で設ける必要がある。また、配線基板10の上面側における貫通穴11b周辺近傍にはメタルパターン(メタルパターン13)が設けられている。より具体的には、貫通穴11bの端部から0.5mm以内の範囲(図中における“a”の領域)にメタルパターンが設けられている。
また、配線基板10は、配線パターン8上に、配線パターン8における、半導体チップ17の電極パッド部と金属細線18を用いてワイヤボンディングされるワイヤボンド端子部、および外部接続端子20を形成するランド部を除いて、絶縁性のソルダーレジスト(ソルダーレジスト9)が塗布されている。なお、配線基板10の基材1を0.04mm〜0.06mmの厚みとした場合、ソルダーレジストまでを含んだ配線基板10の厚みは0.1mm前後である。
シート状接着剤16は、半導体チップ17の回路形成面とは反対側の面(裏面)に貼り付けられており、半導体チップ17を配線基板10へ接着する。このように半導体チップ17の配線基板10への接着にシート状接着剤16を用いれば、その接着の密着性を向上させることができる。
上述のようにシート状接着剤16を半導体チップ17の裏面に貼り付けておく場合は、ウェハ状態の段階でその裏面にシート接着剤16を貼り付けておき、その後ウェハをチップ状に切断する。もしくは、ダイシングシートの接着材成分をウェハの裏面に転写すればよい。また、シート状接着剤16を半導体チップ17の裏面に貼り付けておくのではなく、配線基板10の半導体チップ搭載領域15上に貼り付けておいてもよい。
半導体チップ17は、特に規定するものではないが、本実施形態では0.33mmの厚みのものを使用した。半導体チップ17は、近年の電子機器の高機能化に伴い、複数段に積層する場合もある。この場合の厚みとしては、搭載段数等にもよるが、およそ70〜400(um)程度となる。
金属細線18は、金もしくは銅からなる細線を用いる。その断面径は、例えば金線であれば20〜30(μm)程度のものが好ましい。本実施形態では断面径が25μmの金線を用いた。
封止樹脂19は、エポキシ系もしくはビフェニール系の熱硬化型の樹脂が好ましい。本実施形態ではエポキシ系樹脂を用いた。
外部接続端子20は、半田のみからなる半田ボール、もしくは中心部に銅などからなる金属ボールあるいは樹脂からなる樹脂ボールを有しその周りが半田で覆われた半田ボールを用いる。後者の金属ボールなどを有する半田ボールの場合、半導体装置30を実装基板へ搭載した場合に、半導体装置30−実装基板間のクリアランスを一定値以上に保つことができる。また、この半田ボールを形成する半田は、近年環境への配慮から、共晶半田から無鉛半田へと変わってきている。また、半田ボールの径は外部接続端子20のピッチなどにより異なる。
(配線基板の構造)
次に、配線基板10の平面構造について説明する。
配線基板10に設けられている配線パターン8には、図1に示すような、信号配線パターン3,4,5およびダミー配線パターン6が含まれている。信号配線パターン4は貫通穴11aと接続される部分であり、信号配線パターン5はワイヤボンド端子部として用いられる部分であり、信号配線パターン3は信号配線パターン4と信号配線パターン5との間を結ぶ部分である。また、貫通穴11aで接続された反対面側には外部接続端子用ランドが設けられている。
ダミー配線パターン6は、半導体チップ搭載領域15に設けられている。本実施形態では、ダミー配線パターン6は、図1に示すように、半導体チップ搭載領域15の中央部から配線基板10の周囲の4辺にそれぞれ向かうように、配線とスペースとが交互に並んだパターンとなっており、半導体チップ搭載領域15において閉塞しないパターンとなるように形成されている。また、実際のデバイスで使用している(信号配線パターン3の)配線幅、配線間隔と同じ配線密度で均等ラインを引き出したパターンとなっている。
すなわち、ダミー配線パターン6は、配線基板10に半導体チップ17を搭載した場合、その下の領域で部分的に水分が溜まりやすくなる部分を作らないような形状になっている。かつ、極端に半導体チップ17と配線基板10とが接着する部分も無いようになっている。よって、半導体チップ搭載領域15で均一に水分が広がる。そのため、半導体装置30の製造時および実装基板搭載時に加えられる熱による水分の気化膨張による力を分散することができる。そして、この結果、以下に説明する半導体装置に生じる膨れを抑えることができる。
以上に説明したように、配線基板10において半導体チップ搭載領域15に形成されるダミー配線パターン6は、自身に含まれる全ての配線の末端が半導体チップ搭載領域15内では開放されている形状となっている。よって、半導体チップ17が搭載された場合、当該半導体チップ17の下で閉塞した部分を形成することがない。閉塞した部分があると水分が溜まるが、閉塞した部分がないので、つまり、半導体チップ17と配線基板10との間では水分が集中的に溜まらない構造となっている。そのため、熱が加えられても、水分は溜まっていないので、あるいは、水分は出ていくので、水分が膨張することによる半導体装置の膨張を防止することができる。それゆえに、半導体装置の外形が変形して不良になったり、実装基板に実装できなくなったり、また、内部の配線が断線したりする、といった不具合を防ぐことができる。
次に、貫通穴11bは、図1に示すように、半導体チップ搭載領域15の中央部に設けている。そして、配線基板10の上下両面において、貫通穴11bの端部から配線基板10の周囲の方向へ0.07mmの領域までソルダーレジストを除去している。なお、本実施形態では貫通穴11bを1個のみ設けているが、これに限らず複数個設けてもよい。
また、配線基板10の上面側において、配線パターン8上に設けられている半導体チップ搭載領域15におけるソルダーレジストに貫通穴11bに通ずる溝状パターン12を設けている。本実施形態では、貫通穴11bに対し4個の溝状パターン12を設けている。溝状パターン12は、直線状の形状を有しており、かつ、貫通穴11bを中心として互いに点対称となるようにそれぞれ形成されている。本実施形態では、配線基板10の周囲の4方向へ伸びるように形成されており、配線基板10の上面を真上から見た場合にX字状になるように形成されている。このように溝状パターン12を形成すれば、溝状パターン12を均一的に形成することになるので、後述するストレスが部分的に印加されるような状態が生じ難い。なお、溝状パターン12は、以上のように対称になるように設けることに限られるわけではなく、非対称であっても良いし、後述する他の形状であってもよい。
また、溝状パターン12は、その幅が0.1mm程度であることが好ましい。ただし、この幅は配線パターン8との位置関係などによって最適値が異なってくる。本実施形態では0.07mmとした。また、溝状パターン12は、完全に開口(すなわち、下に設けられている配線パターン8が見える状態、換言すれば配線パターン8が露出している状態)していてもよいし、開口せずある程度の深さを有しているものでもよい。また、溝状パターン12は、基本的に配線パターン8と重ならない領域に配置するが、重なっても特に問題はない。
また、配線基板10の上面側における貫通穴11b周辺近傍に、具体的には貫通穴11bの端部から配線基板10の周囲の方向へ0.5mm以内の領域(図中における“a”の領域)にメタルパターン13を設けている。本実施形態では0.2mmの領域に設けた。また、メタルパターン13は、溝状パターン12が設けられた領域に設けてもよいし、それ以外の領域に設けてもよい。本実施形態では、溝状パターン12が設けられた領域以外の領域に設けた。なお、メタルパターン13を溝状パターン12が設けられた領域に設ける場合で、かつ、溝状パターン12が完全に開口している場合は、メタルパターン13が露出することになるため、その露出するメタルパターン上にメッキを施しておくことが信頼性の観点から好ましい。
以上のように貫通穴11bを設けることで、半導体チップ搭載領域15に溜まった水分を半導体チップ搭載領域15から排出することができる。また、以上のように溝状パターン12を設けることで、この溝状パターン12を用いて半導体チップ搭載領域15に溜まった水分を貫通穴11bに誘導することができる。つまり、貫通穴11bおよび溝状パターン12を設けることで、半導体チップ搭載領域15に溜まった水分を溝状パターン12により貫通穴11bに誘導して半導体チップ搭載領域15から効率よく排出することができる。このため、配線基板10を用いた半導体装置30の製造時および実装基板搭載時では、その際に加えられる熱によって半導体装置30内部において気化膨張を生じず、それゆえに半導体装置30の膨張を低減することができる。この結果、半導体装置の外形が変形して不良になったり、実装基板に実装できなくなったり、また、内部の配線が断線したりする、といった不具合を防ぐことができる。
すなわち、配線基板10は、ダミー配線パターン6を設けることにより半導体チップ搭載領域15(半導体チップ17(シート状接着剤16)と配線基板10との間)において水分が集中的に溜まらないようにするとともに、貫通穴11bおよび溝状パターン12を設けることにより水分が溜まってしまったとしてもこの水分を効率よく排出することができるようにしたものである。これにより、配線基板10を用いた半導体装置30において、その製造時および実装基板搭載時における熱による膨張は確実に低減され、その結果外形が変形して不良になったり、実装基板に実装できなくなったり、また、内部の配線が断線したりする、といった不具合を確実に防ぐことができる。
また、半導体チップ搭載領域15に貫通穴11bを設けたことで、樹脂封止時に加わる圧力で半導体チップ搭載領域15に搭載される半導体チップ17に外部接続端子20が設けられている下面方向へのストレスが加わる。そこで、以上のように配線基板10の上面側の貫通穴11b周辺近傍にメタルパターン13を設けていることで、半導体チップ17を支持する力を高めて上記ストレスを低減することができる。また、以上のようにメタルパターン13を貫通穴11bの端部から0.5mm以内の領域に設ける、つまり貫通穴11bに極めて近い部分に設けることで、半導体チップ17を支持する力がより高まって上記ストレスをより低減することができる。
(配線基板の変更例)
以上説明した配線基板10は、上述の構成に限らず例えば以下のような構成であってもよい。図3は配線基板10の変更例である配線基板10aの平面構造を示しており、図4は配線基板10の他の変更例である配線基板10bの平面構造を示しており、図5は配線基板10のさらに他の変更例である配線基板10cの平面構造を示しており、図6は配線基板10のさらに他の変更例である配線基板10dの平面構造を示している。なお、配線基板10a〜10dは、配線基板10のダミー配線パターン6、溝状パターン12、もしくはその双方の形態を変更したものである。以下では、説明の便宜上、この変更部分についてのみ説明を行い、配線基板10の部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
まず、配線基板10aは、図3に示すように、直線状の形状を有している溝状パターン12に代えて、ギザギザ状の形状を有している溝状パターン12aを設けている。溝状パターン12は、このように直線状だけでなくギザギザ状であってもよく、また、図示はしていないが曲線状であってもよい。
次に、配線基板10bは、図4に示すように、ダミー配線パターン6をベタパターンでとしたダミー配線パターン6bを設けている。
次に、配線基板10cは、図5に示すように、溝状パターン12の貫通穴11bとは反対側の端部を半導体チップ搭載領域15の端部まで延長した構造である溝状パターン12cを設けている。また、配線基板10cは、ベタパターンであるダミー配線パターン6bに大小2つの四角形の辺となるようなスペース(抜きパターン)を設けた構造であるダミー配線パターン6cを設けている。
次に、配線基板10dは、図6に示すように、ベタパターンであるダミー配線パターン6bを設けている。また、配線基板10dは、溝状パターン12cの幅を狭くした溝状パターン部(第2溝状パターン部)と、貫通穴11bを中心とした大小4個の(少なくとも1個設けてあればよい)円状の形状を有する(円の円周となるようなスペースを設けた構造である)溝状パターン部(第1溝状パターン部)とを有し、それら各溝状パターン部がそれぞれの溝状パターン部が交差する箇所において結合されている溝状パターン12dを設けている。
また、溝状パターン12は、以上説明した各構成に限らず、例えば貫通穴11bから伸びる螺旋状の形状を有する溝状パターン(不図示)であってもよい。
(半導体装置の製造方法)
次に、半導体装置30の製造方法について説明する。図7は、半導体装置30の製造工程を示している。
まず、図7(a)に示すように、配線基板10の基材1を用意する。本実施形態では、上述のように、基材1として、厚みが0.06mmの、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸したコア基板の両面に銅箔1aを貼り合わせた両面銅張り基板を用いた。
次に、図7(b)に示すように、基材1にドリルもしくはレーザによって貫通穴11(貫通穴11a,11b)を形成する(貫通穴形成工程)。本実施形態では、ドリルによって、貫通穴11a,11bともに直径が0.1mmのものを形成した。次に、形成した貫通穴11a,11bに銅メッキを施す。なお、図7(b)では貫通穴11の穴全体をメッキで埋めているが、上下両面の配線パターンが導通できるのであれば穴周辺部のみでも構わない。
次に、貫通穴11を形成した基材1の上下両面に所望の配線パターン8を形成する(配線パターン形成工程)。この配線パターン8の形成は公知のサブトラクティブ工法によって行った。簡単に説明すると、まず、基材1の上下両面における銅箔1a上にパターンニング用のドライフィルムを貼り付け、マスクパターンにより位置決め、露光、かつエッチングを行ってドライフィルムのパターンを形成する。そして、そのドライフィルムのパターンを元に基材1の上下両面における銅箔1aをエッチングより加工して所望の配線パターン8を形成する。このとき、貫通穴11bの穴内部およびその周辺部のメタルも除去する。
なお、配線パターン8の形成は、上述したサブトラクティブ工法に限らず、例えばアディティブ工法もしくはセミアディティブ工法によって行ってもよい。その場合は、基板の上下両面に薄層の銅箔を残した基板もしくは全く銅箔のない基板に貫通穴を設け、その後銅メッキにより所望の配線パターンを形成するとともに貫通穴内部の導通を確保することとなる。なお、この場合は、貫通穴11aの穴内部のみメッキを施して貫通穴11bの穴内部にはメッキは施さない。
次に、図7(c)に示すように、配線基板10の上面側(基材1の上面側)において貫通穴11b周囲の配線パターン8を除去する。ただし、メタルパターン13を形成するために、貫通穴11bの端部から0.5mm以内の領域(本実施形態では0.2mmの領域)には配線パターン8を残しておく(メタルパターン形成工程)。
次に、図7(d)に示すように、貫通穴11および配線パターン8などを形成した基材1の上下両面にスクリーン印刷法もしくはロールコータ法を用いてソルダーレジスト9を塗布する(ソルダーレジスト塗布工程)。本実施形態ではスクリーン印刷法で形成した。このとき、貫通穴11aの穴全体にメッキを施さずに穴周辺部のみに施している場合には、貫通穴11aの穴内部はソルダーレジスト9で埋める。
次いで、ワイヤボンド端子部、外部接続端子用ランド部、および貫通穴11bなどのソルダーレジスト9から露出している必要がある部分に対応する部分が開口するように、一般的なリソグラフィ法を用いてソルダーレジスト9を所望の形状に整形する(ソルダーレジスト除去工程)。本実施形態では、ソルダーレジストを除去する部分をパターンニングしたマスクを用いてレジストを感光して硬化させた後、不要部分のソルダーレジストを除去して必要な部分を開口させた。このとき、所望の溝状パターン12を形成する(溝状パターン形成工程)。次いで、開口させた部分にメッキを施す。このメッキは、ワイヤボンド接続が可能なニッケル、パラジウム、もしくは金などを用いて行う。
次に、図7(e)に示すように、配線基板10の半導体チップ搭載領域15上にシート状接着剤16を用いて半導体チップ17を搭載する(半導体チップ搭載工程)。本実施形態では、半導体チップ17は0.33mmの厚みのものを用いた。次いで、ワイヤボンディングを行って半導体チップ17の電極パッド部と配線基板10のワイヤボンド端子部とを金属細線18によって電気的に接続する(接続工程)。本実施形態では、金属細線18として断面径が25μmの金線を用いた。
次に、図7(f)に示すように、トランスファーモールド法により半導体チップ17および金属細線18を樹脂19にて覆って樹脂封止を行う(樹脂封止工程)。本実施形態では、封止樹脂19としてエポキシ系樹脂を用いた。
次に、図7(g)に示すように、配線基板10の下面に外部接続端子20を形成する(外部接続端子形成工程)。本実施形態では、配線基板10の下面における外部接続端子用ランド部にフラックスを塗布した後に半田ボールを各外部接続端子用ランド部に配列して搭載し、リフロー炉で加熱して半田ボールを溶融させて配線基板10に固着させて形成した。半田ボールには無鉛の半田ボールを用いた。最後に個片化して半導体装置30が完成する。
以上説明した半導体装置30は、いわゆるBGA型のパッケージ構造を有している。しかしながら、これに限らず、本発明に係る半導体装置は、例えばLGA(Land Grid Array)型のパッケージ構造を有していてもよい。本発明に係る配線基板の構造は、このような面実装型のパッケージ構造を有する半導体装置において、また、薄型化された半導体装置ならびに環境への配慮から外部接続端子に無鉛の半田が使用されている半導体装置において、有利である。なお、上記LGA型とは、外部接続端子を、上記BGA型のように半田などの金属ボールを用いて形成するのではなく、半田ペーストなどを塗布して後溶融させて0.1mm以下程度で形成する、もしくは半田を供給せずに基板のメタルランドのみとしているものである。
また、本発明の半導体装置は、以下のような半導体パッケージとして表現してもよい。すなわち、上記いずれかの配線基板とその上面側に半導体チップを搭載し、導電性の細線により半導体チップと配線基板を導通し、半導体チップと導電性の細線とを覆うように樹脂で封止し、配線基板下面側には外部接続用端子を形成した半導体パッケージ、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体装置は、以上のように面実装型のパッケージ構造を有しており、小型化と電気特性とにおいて他の半導体パッケージに比べて有利な構造を備えているため、携帯電話機や携帯ゲーム機などの携帯型電子機器に好適に適用することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、例えば電子機器等に搭載・内蔵される半導体装置に利用可能であり、特に面実装型のパッケージ構造を有した半導体装置、薄型化された半導体装置、および環境への配慮から外部接続端子に無鉛の半田が使用されている半導体装置に有効である。
本発明の実施形態に係る配線基板の平面図である。 本発明の実施形態に係る図1に示した配線基板を備える半導体装置の断面図である。 図1に示した配線基板の変更例である配線基板の平面図である。 図1に示した配線基板の他の変更例である配線基板の平面図である。 図1に示した配線基板のさらに他の変更例である配線基板の平面図である。 図1に示した配線基板のさらに他の変更例である配線基板の平面図である。 図2に示した半導体装置の製造工程を示す図である。 従来の半導体装置の断面図である。 従来の半導体装置の断面図である。
符号の説明
6 ダミー配線パターン
8 配線パターン
9 ソルダーレジスト
10、10a、10b、10c、10d 配線基板
11b 貫通穴
12 溝状パターン
13 メタルパターン
15 半導体チップ搭載領域
16 シート状接着剤
17 半導体チップ
18 金属細線(ワイヤ)
19 樹脂
20 外部接続端子
30 半導体装置

Claims (13)

  1. 少なくとも1つの半導体チップを搭載するための半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子が設けられ、少なくとも上記半導体チップ搭載領域にソルダーレジストが塗布されている配線基板において、
    上記半導体チップ搭載領域に上記配線基板を貫通する少なくとも1つの貫通穴が設けられ、上記半導体チップ搭載領域におけるソルダーレジストに上記貫通穴に通ずる溝状パターンが設けられ、かつ、上記半導体チップ搭載領域を有する面側の上記貫通穴周辺近傍にメタルパターンが設けられていることを特徴とする配線基板。
  2. 上記メタルパターンは、上記貫通穴の端部から0.5mm以内の領域に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
  3. 上記溝状パターンは1つの上記貫通穴に対して複数の溝状パターンが形成され、
    上記複数の溝状パターンは上記貫通穴を中心として互いに点対称となるようにそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板。
  4. 上記溝状パターンは、1つの上記貫通穴に対して複数の溝状パターンが形成され、
    上記複数の溝状パターンは、上記貫通穴を中心とした円状の形状を有する第1溝状パターン部と、当該第1溝状パターン部と上記貫通穴とを接続する第2溝状パターン部とからなることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板。
  5. 上記溝状パターンは、上記貫通穴から伸びる螺旋状の形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板。
  6. 上記溝状パターンは直線状、ギザギザ状、もしくは曲線状の形状を有することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の配線基板。
  7. 上記半導体チップ搭載領域には、自身に含まれる配線パターンの末端が上記半導体チップ搭載領域内では開放されている形状のダミー配線パターンが設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の配線基板。
  8. 半導体チップ搭載領域に半導体チップが搭載され、かつ、上記半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子が形成されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の配線基板を備えていることを特徴とする半導体装置。
  9. 上記半導体チップはシート状接着剤により上記配線基板へ搭載され、
    上記半導体チップと上記配線基板とは導電性の金属細線により電気的に接続され、
    上記半導体チップと上記金属細線とを覆うように樹脂が設けられて樹脂封止され、
    上記半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
  10. 少なくとも1つの半導体チップを搭載するための半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子が設けられる配線基板を備えている半導体装置の製造方法であって、
    上記半導体チップ搭載領域に上記配線基板を貫通する少なくとも1つの貫通穴を形成する貫通穴形成工程と、
    上記半導体チップ搭載領域を有する面側における上記貫通穴周辺近傍にメタルパターンを形成するメタルパターン形成工程と、
    上記貫通穴および上記メタルパターンを形成した配線基板にソルダーレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
    上記貫通穴に塗布されたソルダーレジストを除去するレジスト除去工程と、
    上記半導体チップ搭載領域におけるソルダーレジストに上記貫通穴に通ずる溝状パターンを形成する溝状パターン形成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。
  11. 上記メタルパターン形成工程において、上記メタルパターンは上記貫通穴の端部から0.5mm以内の領域に形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 上記レジスト塗布工程前に、上記配線基板に、配線パターンの末端が上記半導体チップ搭載領域内では開放されている形状のダミー配線パターンを含む所望の配線パターンを形成する配線パターン形成工程をさらに有することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 上記配線基板の上記半導体チップ搭載領域にシート状接着剤を用いて半導体チップを搭載する半導体チップ搭載工程と、
    上記半導体チップと上記配線基板とを導電性の金属細線を用いて電気的に接続する接続工程と、
    上記半導体チップと上記金属細線とを覆うように樹脂を設けて樹脂封止する樹脂封止工程と、
    上記半導体チップ搭載領域を有する面とは反対側の面に外部接続端子を形成する外部接続端子形成工程とをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
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