JP3506211B2 - 絶縁性配線基板及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
絶縁性配線基板及び樹脂封止型半導体装置Info
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Description
びそれを用いた樹脂封止型半導体装置に関するものであ
る。
が著しく発展している。それに伴い、CSP(Chip
Size Package 又は、Chip Sca
lePackage)とよばれるBAG(Ball G
rid Array)タイプの小型パッケージの需要が
増えてきている。このBGAタイプのパッケージは実装
基板に搭載する場合にパッケージ下面にエリアアレイ状
に配列されたボール状の外部端子を実装基板に接合され
るような構造をもっている。このパッケージの基板実装
方法は、他の電子部品との一括リフローなどが一般的で
ある。
型半導体装置の構造について、現在量産されているCS
Pの構造としては、特開平9−121002号公報に示
されるようなチップ搭載面側に形成された配線パターン
を持ち、配線パターンのチップ搭載面側には半導体チッ
プとの電気的接続が可能な内部接合領域を確保しなが
ら、半導体チップとの絶縁を確保できるような絶縁性の
材料を持ち、その反対面側に配線パターンと接続できる
外部端子を搭載できる穴をもち、その穴の部分の配線パ
ターン側は穴よりも大きなランド部となり穴を覆ってい
る絶縁性配線基板と、表面に電極を有し、裏面が絶縁性
配線基板のチップ搭載面側に接合された半導体チップ
と、半導体チップとワイヤとを樹脂により絶縁性配線基
板上に封止する樹脂封止部とを備え、外部接続端子接続
用貫通穴に外部接続用の端子を搭載した構造の樹脂封止
型半導体装置がある。
置では、半導体チップを絶縁性配線基板上に搭載し、配
線パターンと半導体チップとの電気的導通を確保した
後、樹脂封止した構造を採っている。さらにその後に外
部端子であるボール状の端子を取り付ける。このボール
状の端子は半田で構成されている場合が多く、端子を取
り付けるために、リフロー炉などで加熱される場合が多
い。
は、ユーザでの実装時に他の実装部品と同時に搭載され
ることが多いため、このときにも、リフロー炉などで加
熱される場合が多い。このため、絶縁性配線基板と半導
体チップとの界面に存在する気泡や水分などが加熱され
ることにより膨張し、樹脂の剥離や膨れなどが発生す
る。
型半導体装置では、アセンブリ中及び実装時の熱の影響
によって生じる膨れによる不良が発生することがある。
BAGタイプCSPではないが、実開昭63−5144
9号公報(図8)に開示されているように、チップ実装
において、実装用基板のチップ実装部に貫通穴を設ける
ことにより、チップと実装用基板との接着部の気泡の発
生を抑制する方法が考案されている。尚、図8におい
て、100はチップ実装用基板、101はチップ実装
部、102は貫通穴を示す。
プのCSPに実開昭63−51449の考案を適用する
と、図9に示すように、絶縁性基材26上の配線パター
ン22が存在しない部分に径の小さい空気抜き用の貫通
穴25を設ける形状になる。
気抜き用貫通穴25を設けるため、空気抜き用貫通穴2
5が配線パターン22に交差する場合が発生する。しか
し、信頼性上、この空気抜き用貫通穴25に配線パター
ン22が交差することは好ましくない。よって、配線パ
ターン2が空気抜き用貫通穴25と交差しないようにす
るためには、図8に示すように、絶縁性基材26の空気
抜き用貫通穴25周辺に配線パターン22が存在しな部
分を設ける必要性がある。この部分はパターン位置精度
及び空気抜き用貫通穴25の加工位置精度から、ある程
度大きな範囲で設ける必要がある。これにより、配線パ
ターン22の設計の自由度において制約される。
チップ搭載部分に均等に設けるのが望ましいが、配線パ
ターン22の設計上、設けられない場合が発生する。さ
らに、この空気抜き用貫通穴25を小さい径で設けるた
めに、加工の難易度が上がり、絶縁性基材26の製造コ
ストを上げる原因となっている。
の絶縁性配線基板は、外部端子接続用貫通穴を有すると
ともに、チップ搭載面側に配線パターンが形成されてお
り、この配線パターンの一端がランド部となっており、
このランド部が基板の上記配線パターンの形成面におい
て上記外部端子接続用貫通穴の基板貫通方向における一
端部を覆う形で形成されており、このランド部にチップ
搭載面の反対側から上記外部端子接続用貫通穴を通じて
外部端子が接続される絶縁性配線基板において、上記外
部端子接続用貫通穴は、上記一端部において上記ランド
部で塞がれていない貫通穴部分を有していることを特徴
とするものである。
線基板は、上記チップと配線パターンとの接続領域を除
く領域に形成され、且つ、基板表面と接触しないように
配線パターン上に設けられている絶縁膜を有することを
特徴とする、請求項1に記載の絶縁性配線基板である。
止型半導体装置は、 外部端子接続用貫通穴を有すると
ともに、チップ搭載面側に配線パターンが形成されてお
り、この配線パターンの一端がランド部となっており、
このランド部が基板の上記配線パターンの形成面におい
て上記外部端子接続用貫通穴の基板貫通方向における一
端部を覆う形で形成されており、上記外部端子接続用貫
通穴は、上記一端部において上記ランド部で塞がれてい
ない部分を有している絶縁性配線基板を備え、この絶縁
性配線基板のチップ搭載面側に、半導体チップの接続用
端子のみが上記配線パターンと電気的に接続されるよう
に、絶縁膜を介して上記チップが搭載され、且つ、上記
チップ搭載面が樹脂封止され、且つ、チップ搭載面とは
反対側から、外部端子が外部端子接続用貫通穴を通して
上記ランド部と接続され、上記外部端子が設けられた上
記外部端子接続用貫通穴内における上記外部端子と基板
との間には、上記ランド部で塞がれていない部分と連通
し、上記絶縁性配線基板を貫通する隙間部が形成されて
いることを特徴とするものである。
型半導体装置は、上記絶縁膜が、チップ搭載面と反対側
の面が上記絶縁性配線基板表面と接触しないように上記
配線パターン上に設けられていることを特徴とする、請
求項3に記載の樹脂封止型半導体装置である。請求項5
に記載の本発明の絶縁性配線基板は、上記外部端子接続
用貫通穴の周壁部が絶縁性配線基板にて形成され、絶縁
性を有することを特徴とする、請求項1に記載の絶縁性
配線基板である。 請求項6に記載の本発明の樹脂封止型
半導体装置は、上記外部端子接続用貫通穴の周壁部が上
記絶縁性配線基板にて形成され、絶縁性を有することを
特徴とする請求項3に記載の樹脂封止型半導体装置であ
る。
本発明について詳細に説明する。
配線基板の絶縁性基材5は耐熱性、絶縁性、強度、寸法
安定性に優れたものであれば、どのようなものを用いて
もよい。このような性質を有する材料としては、ポリイ
ミド、ポリアミド、BT(ビスマレイド・トリアジン)
レジン、エポキシ、ポリエステル、ガラスエポキシ、ガ
ラスポリイミド、セラミックなどが挙げられるが、コス
ト面及び加工の容易性からは、ポリイミドを用いること
が望ましい。ポリイミドの絶縁抵抗は、5×1013Ω程
度である。
耐熱性のあるものが用いられ、一般的には金属材料が用
いられる。コスト面から、銅(Cu)が望ましい。厚さ
については、特に規定するものではないが、12μm、
18μm、25μm程度が望ましい。
との間の絶縁性を確保する絶縁材層6aとしては、フィ
ルム状のシートを配線パターン2上に貼付して形成する
方法や、半導体チップ10を絶縁性配線基板にフェイス
アップで搭載する場合、半導体チップ10の裏面にフィ
ルム状態の絶縁材を形成しておく方法がある。この絶縁
材層6aとしては、熱可塑性又は熱硬化性等の樹脂材料
のどちらを用いてもよい。例えば、この絶縁性材層6a
として熱可塑性のフィルムを貼付した絶縁性配線基板を
用いる場合、半導体チップ10を絶縁性基材5に搭載す
る際に熱を加えることで、半導体チップ10を固定でき
る。また、上述のように、半導体チップ10を絶縁性配
線基板にフェイスアップで搭載する場合、絶縁性材料を
半導体チップ10の裏面に形成しておき、搭載時に加熱
することにより固定してもよい。
のとペースト状の接着剤とを組み合わせて用いてもよ
い。例えば、配線パターン2上にフィルムの絶縁材料を
貼付した絶縁性配線基板に絶縁樹脂ペーストを接着剤と
して塗布して、半導体チップ10を固定してもよい。
耐湿性、耐熱性等を有する樹脂であれば、どのような樹
脂を用いてもよく、エポキシ、シリコーン、フェノール
等の樹脂をベースとした混合物が一般に使用されるが、
信頼性の面からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
を取り付けて形成する。この取り付ける半田ボールとし
ては、全て半田からなるもの、銅ボールに半田メッキを
施したもの等が挙げられる。尚、半田の組成は共晶、及
び銀、アンチモン等の添加物を含有したものがある。
電性の良好なものであれば、各種の材料を用いることが
できる。例えば、金、銅等を用いることができるが、ワ
イヤールーピング性や電気的な導電性の面からは、金を
持ちることが好ましい。但し、半導体チップ10を絶縁
性配線基板にフェイスダウンでフリップチップ型接続を
する場合、ワイヤーは使用しない。この場合、絶縁材層
6aにおいて、半導体チップ10と配線パターン2との
接続領域は開口されている。
用いて説明する。
配線パターン2側に耐熱性に優れたポリイミド系の接着
剤を塗布したポリイミド基材を用いた。厚さはポリイミ
ド基材部が50又は75μmで、配線パターン2形成用
の銅箔をラミネートするための接着剤厚さは7〜12μ
m程度の厚さのものを用いた。銅箔をラミネートする前
に外部端子接続用貫通穴1をドリル又は金型であらかじ
め加工しておく。尚、接着剤は絶縁性配線基板の反りを
抑えるために絶縁性基材5の両面に塗布してもよい。
ネートする。配線パターン2形成用の銅箔としては、1
8μm厚の銅箔を用いた。ラミネート後、外部端子接続
用貫通穴1の位置に合わせるように配線パターン2を形
成する。形成方法としては、エッチング法を用いた。配
線パターン2を形成した後、その表面にはワイヤーボン
ド整合性を考慮して0.6μm程度の金メッキを施し
た。このメッキは半導体チップ搭載面側と外部端子接続
用貫通穴1の銅箔露出部分に施される。
ケル、及び0.4μm程度のパラジウムメッキを介在さ
せ、外部端子取り付け面に半田の外部端子を取り付けた
場合の銅と半田との相互拡散を防ぐようにした。メッキ
方法は無電解メッキ法でも電解メッキ法での使用可能で
あるが、電解メッキ法では、メッキのための配線が必要
となり、その配線が最終形状の樹脂封止型半導体装置の
外部に引き出されるため、配線を切断する必要がある。
配線を切断した場合、配線の切断面が露出することなる
ため、本実施の形態では、無電解メッキ法を用いてメッ
キを行った。
用配線部(以下、「ランド部」と称する)4が外部端子
接続用貫通穴1を覆う形で形成される。このとき、外部
端子接続用貫通穴1に比べてランド部4は大きく取る必
要がある。このとき外部端子接続用貫通穴1に対してラ
ンド部4の大きさは配線パターン2の内のランド部4の
接合強度に影響を与え、また、ランド部4を含む配線パ
ターン2と外部端子接続用貫通穴1の位置精度から必要
量が決まり、現行の製造技術などから、外部端子接続用
貫通穴1の縁から70μm以上外側に設けることが望ま
しい。この値は、今回の実施例では100μmとした。
穴1を覆うランド部4に切り込みを入れ、外部端子接続
用貫通穴1までパターン縁が入り込むような形とし、ラ
ンド部4で塞がれていない外部端子接続用貫通穴部分3
を形成するようにパターニングする。このときの外部端
子接続用貫通穴1においてランド部4で塞がっていない
部分3は、空気が通ればよいため、一部のみが貫通して
いればよく、また、外部端子接合強度低下を防ぐため、
外部端子接続用穴1の開口面積の10%以下であること
が望ましい。
対して60°の切り込みを入れ、外部端子接続用貫通穴
1の縁より内側まで達する位置までランド部4をカット
した。尚、このときのランド部4の形状や切り込み形状
は異なっていても外部端子接続用貫通穴1に達していれ
ばよい。すなわち、外部端子接続用貫通穴1がチップ搭
載面側でランド部4ので塞がれていない外部端子接続用
貫通穴部分3が形成されていればよい。
多角形で矩形の切り込みをもつ形状や、図3に示すよう
にランド部4の一部が欠落したような切り込み形状のよ
うに、ランド部で塞がれていない外部端子接続用貫通穴
部分3があればよい。このようにして、本発明の配線基
板を作成した。
貫通穴1がランド部4からはみ出すように両者の相対位
置がずれており、ランド部4で塞がれていない外部端子
接続用貫通穴部分3が形成されるのものでもよい。
貫通穴1がランド部4からはみ出すような矩形状の穴を
もち、ランド部4で塞がれていない外部端子接続用貫通
穴部分3が形成されるのものでもよい。
端子接続用貫通穴1の周縁部をランド部4がより大きな
領域で覆うことにより、外部端子接続強度の低下を抑制
するためには、図1又は図2に示す形状がより好まし
い。
すべての部分において露出していたが、絶縁性配線基板
の半導体チップ搭載面側に絶縁材層となる絶縁膜6bを
形成してもよい。予め絶縁膜6bを形成することで、パ
ッケージ組み立て工程内で、絶縁材層を形成する必要が
なく、工程数が低減できる。
ィルム状のシートを配線パターン2をカバーする部分に
位置決めし、貼り付けることで形成することが望まし
い。このとき半導体チップ10と電気的に接合する部分
を避けて絶縁膜6bを形成する。本実施の形態では半導
体チップサイズを同等サイズの絶縁膜6bを貼り付け
た。
塑性の材料のどちらを用いてもよい。本実施の形態で
は、熱可塑性の材料を用いた。具体的には、ポリイミ
ド、エポキシの混合の材料を用いた。このフィルムの厚
さは、15μmのものを用いた。
線パターン2上に貼り付け、絶縁性基材には接触しない
ように貼り付け、樹脂封止後の水蒸気等を抜けやすくし
た。尚、ここでは外部端子接続用貫通穴1、ランド部4
の形状は図1のものを用いたが、図2乃至図5に示す形
状を用いてもよい。
成は、上述の絶縁性配線基板上に絶縁材層を介して半導
体チップ10を取り付け、半導体チップ10の表面の回
路との電気的接続を金属性のワイヤー8により確保し、
その外側を樹脂により封止した構造を取っている。さら
に、外部との接続用に、樹脂封止型半導体装置用絶縁性
配線基板の半導体チップ搭載面の反対面にあるランド部
に半田のボールを搭載し、外部端子7を形成、絶縁性配
線基板を樹脂封止型半導体装置の外形サイズに合わせ
て、切断することで、個片化している構造を採ってい
る。
いた樹脂封止型半導体装置の製造工程を説明する。
配線基板の半導体チップ搭載面側に半導体チップ10の
裏面側から搭載する(フェイスアップの場合)。このと
き半導体チップ10の裏面には、絶縁性材料で作成した
接着性を有するフィルム状のものを貼付しておく。この
フィルムの形成方法としては、ウエハ状態でウエハ裏面
全体に貼り付けておき、半導体チップ10に個片化する
ときに同時に切断する方法を用いる。このようにして形
成した絶縁性フィルムを裏面にもつ半導体チップを絶縁
性配線基板の所定の位置に取り付ける。貼り付ける際に
は、絶縁性配線基板に熱を加え、絶縁性フィルムの接着
性を用いて搭載する。
プと絶縁性配線基板との電気的接続を行う。ワイヤーボ
ンドにあたっては金ワイヤー8を用いて接続した。ワイ
ヤーボンド時の加熱は絶縁性配線基板の耐熱性を考慮
し、180〜200℃で行った。
8を含め覆うような形で樹脂封止する。この封止用の樹
脂はエポキシ系の熱硬化性の樹脂を用いた。樹脂封止
後、表面にマークを施し、本キュアをする。
接続用貫通穴1に所定のサイズの半田ボールをフラック
スを用いて取り付け、その後、窒素雰囲気にしたリフロ
ー炉の中で固着させ、外部端子7を形成する。
通穴1を介して、ランド部4の銅箔と接着される。半田
は、ポリイミド系の絶縁性材料とは接着しないので、外
部端子7となる半田ボールは絶縁性基材5が露出してい
る領域には接着されず、図7(b)の拡大図に示すよう
に、隙間部11が半田ボールと絶縁性配線基板との間に
存在する。その隙間部11から、空気及び水分を逃すこ
とで、ユーザでの実装時の加熱による膨れや剥離を防止
する。
ズに合わせて切断し、個片化して、樹脂封止型半導体装
置を完成させる。
場合は、半導体チップの裏面には何もつけない状態にし
ておく。そして、絶縁性配線基板側に形成した絶縁材層
の接着性を用いるため加熱した状態で、半導体チップ1
0の裏面を搭載固定圧着する。圧着後、本キュアし、完
全に固定する。
止型半導体装置を完成させる。この半導体チップ10を
搭載する工程であるが、ダイボンディング装置に加熱機
構がない場合には、絶縁材層の上の接着用のペーストを
塗布し、半導体チップ10を取り付けた後に、一括キュ
アにより、搭載する方法も可能である。
基板にワイヤボンドによりフェイスアップで搭載する場
合を説明したが、ワイヤを用いず半導体チップをフェイ
スダウンでフリップチップ型に搭載してもよい。この場
合、半導体チップの電極に金属バンプを形成し、このバ
ンプと絶縁性配線基板上の内部接続領域と電気的に接続
する従来のフェイスダウン方式のフリップチップボンデ
ィング法を用いることができる。その他の製造工程、材
料は上述の実施の形態と同様である。
よれば、耐リフロー信頼性を安価で、且つ配線パターン
に制約を受けることなく耐リフロー信頼性を向上させる
ことができる。
を用いることにより、より樹脂封止後の水蒸気等を抜け
やすくすることができる。
性配線基板の一部平面図であり、(b)は(a)のA−
A断面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
の一部平面図であり、(b)は(a)のB−B断面図で
ある。
図であり、(b)は(a)の一部拡大図である。
あり、(b)は同断面図である。
一部平面図であり、(b)は(a)のC−C断面図であ
る。
分 4 ランド部 5 絶縁性基材 6a 絶縁材層 6b 絶縁膜 7 外部端子 8 電気的接続用の金ワイヤー 9 封止樹脂部 10 半導体チップ 11 半田ボールと絶縁性配線基板の基材部との隙間部
Claims (6)
- 【請求項1】外部端子接続用貫通穴を有するとともに、
チップ搭載面側に配線パターンが形成されており、この
配線パターンの一端がランド部となっており、このラン
ド部が基板の上記配線パターンの形成面において上記外
部端子接続用貫通穴の基板貫通方向における一端部を覆
う形で形成されており、このランド部にチップ搭載面の
反対側から上記外部端子接続用貫通穴を通じて外部端子
が接続される絶縁性配線基板において、 上記外部端子接続用貫通穴は、上記一端部において上記
ランド部で塞がれていない貫通穴部分を有していること
を特徴とする絶縁性配線基板。 - 【請求項2】上記チップと配線パターンとの接続領域を
除く領域に形成され、且つ、基板表面と接触しないよう
に配線パターン上に設けられている絶縁膜を有すること
を特徴とする、請求項1に記載の絶縁性配線基板。 - 【請求項3】外部端子接続用貫通穴を有するとともに、
チップ搭載面側に配線パターンが形成されており、この
配線パターンの一端がランド部となっており、このラン
ド部が基板の上記配線パターンの形成面において上記外
部端子接続用貫通穴の基板貫通方向における一端部を覆
う形で形成されており、上記外部端子接続用貫通穴は、
上記一端部において上記ランド部で塞がれていない部分
を有している絶縁性配線基板を備え、この絶縁性配線基
板のチップ搭載面側に、半導体チップの接続用端子のみ
が上記配線パターンと電気的に接続されるように、絶縁
膜を介して上記チップが搭載され、且つ、上記チップ搭
載面が樹脂封止され、且つ、チップ搭載面とは反対側か
ら、外部端子が外部端子接続用貫通穴を通して上記ラン
ド部と接続され、上記外部端子が設けられた上記外部端
子接続用貫通穴内における上記外部端子と基板との間に
は、上記ランド部で塞がれていない部分と連通し、上記
絶縁性配線基板を貫通する隙間部が形成されていること
を特徴とする樹脂封止型半導体装置。 - 【請求項4】上記絶縁膜は、チップ搭載面と反対側の面
が上記絶縁性配線基板表面と接触しないように上記配線
パターン上に設けられていることを特徴とする、請求項
3に記載の樹脂封止型半導体装置。 - 【請求項5】上記外部端子接続用貫通穴の周壁部が絶縁
性配線基板にて形成され、絶縁性を有することを特徴と
する請求項1に記載の絶縁性配線基板。 - 【請求項6】上記外部端子接続用貫通穴の周壁部が上記
絶縁性配線基板にて形成され、絶縁性を有することを特
徴とする請求項3に記載の樹脂封止型半導体装置。
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