JP3568402B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップと、半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、半導体チップを保護するモールド樹脂と、ＦＰＣテープに設けられ、回路基板に接続するための金属ボールとを備えた該半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ユーザーの要求として高密度実装があり、半導体パッケージが小型化してきている。このような要求を満たすために、半導体チップをＴＡＢテープ等のＦＰＣテープに搭載し、半導体チップをモールド樹脂によって保護した半導体パッケージが知られている。さらに、ＦＰＣテープにはんだボール等の金属ボールを設けたテープＢＧＡと呼ばれる半導体パッケージが開発されている。この半導体パッケージは金属ボールにより機械的及び電気的に回路基板に接続されることができる。
【０００３】
反りが生じている半導体パッケージをプリント回路基板に搭載した場合、半導体パッケージとプリント回路基板との間の間隔が不均一になり、一部の金属ボールがプリント回路基板に十分に接触しなくなり、プリント回路基板に対する接続の信頼性が低下する。半導体パッケージに反りが生じる原因は、モールド樹脂の線膨張係数と半導体チップの線膨張係数の違いによる。従って、半導体パッケージの反りを防止するために、モールド樹脂の線膨張係数を小さくして、モールド樹脂の線膨張係数を半導体チップの線膨張係数に近づける試みがなされていた。例えば、半導体チップの線膨張係数は約４ｐｐｍ／℃であり、モールド樹脂の線膨張係数は、半導体チップの線膨張係数に近づけるために例えば８ｐｐｍ／℃になるようにする。
【０００４】
さらに、モールド樹脂のガラス転移温度を増加させることにより、半導体パッケージの反りを防止する試みがなされている。特開平５−６７７０５号公報は、半導体パッケージの反りの発生を防止するために、モールド樹脂は、ガラス転移温度が成形温度である１８０℃以上であり、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下であるようにすることを開示している。特開平８−９２３５２号公報は、半導体パッケージの反りの発生を防止するために、モールド樹脂は、ガラス転移温度が１８０℃以上であり、線膨張係数が１４ｐｐｍ／℃以下であり、弾性率が１４００ｋｇｆ／ｍｍ２ であるようにすることを開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体パッケージの反りの発生を防止するためにモールド樹脂の線膨張係数を半導体チップの線膨張係数に近づけた結果、半導体パッケージの反りは小さくできるが、モールド樹脂の線膨張係数と半導体パッケージを搭載すべきプリント回路基板の線膨張係数との差が大きくなる。例えば、モールド樹脂の線膨張係数は８ｐｐｍ／℃であり、プリント回路基板の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃である。この場合、半導体パッケージをプリント回路基板に搭載して使用する場合に、金属ボールが半導体パッケージとプリント回路基板との相対的な変形による応力を受け、特に半導体パッケージの周辺部に位置する金属ボールが細くなって切れやすくなり、プリント回路基板に対する接続の信頼性が低下する。
【０００６】
このためには、半導体パッケージの反りの発生を防止する場合とは逆に、モールド樹脂の線膨張係数を大きくして、モールド樹脂の線膨張係数をプリント回路基板の線膨張係数に近づけることが望ましくなる。
上記公報に記載した技術では、モールド樹脂のガラス転移温度を増加させることにより、半導体パッケージの反りを防止することができる。しかし、これらの従来技術においても、モールド樹脂のガラス転移温度を成形温度以上とし、モールド樹脂の線膨張係数はあまり大きくしないようにしている。このため、モールド樹脂の線膨張係数とプリント回路基板の線膨張係数との間にはやはり差ができ、半導体パッケージをプリント回路基板に搭載して使用する場合に、金属ボールが半導体パッケージとプリント回路基板との相対的な変形による応力を受け、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点がある。
【０００７】
さらに、これらの従来技術においては、モールド樹脂のガラス転移温度を成形温度以上としているが、実際に達成されるガラス転移温度は２００℃以下である。一つの例のみが、モールド樹脂のガラス転移温度が２０３℃であるが、このときの線膨張係数は１３ｐｐｍ／℃である。ガラス転移温度が２００℃以上のときに、線膨張係数は１３ｐｐｍ／℃よりも大きい例はない。
【０００８】
さらに、特開平８−１６２４９９号公報及び特開平９−１８１１２２号公報は、フリップチップ型半導体装置の製造工程において、半導体素子と半導体キャリアとを補強樹脂によって仮止めし、試験を行った後で半導体素子と半導体キャリアとの間にアンダーフィル材を挿入することを開示している。このアンダーフィル材は半導体素子と半導体キャリアとの間の空間を満たし、且つ半導体素子の周囲を覆っているが、半導体素子の上面を覆うものではない。
【０００９】
本発明の目的は、半導体パッケージを回路基板に接続する金属ボールの耐久性及び信頼性が向上するようにした半導体装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置は、半導体チップと、該半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、該半導体チップを保護するモールド樹脂と、該ＦＰＣテープに設けられ、回路基板に接続するための金属ボールとを備え、該モールド樹脂は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ2 であり、該モールド樹脂の主剤はトリフェニルメタントリグリシジルエーテルと、ジ−ｔ−Ｂｕ，ジメチル変性トリフェニルメタントリグリシジルエーテルの両方あるいはどちらか一方からなることを特徴とするものである。
【００１１】
モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以上であれば、これは通常の成形温度よりも十分に高い。従って、成形条件にバラツキがあっても、反りの小さい半導パッケージを得ることができる。一方、モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以下であると、成形条件のバラツキの影響を受け、反りの小さい半導パッケージを得ることができないことがある。
【００１２】
モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以上とすることにより、反りの小さい半導体パッケージを得ることができるので、モールド樹脂の線膨張係数を比較的に大きくしても、反りの小さい半導パッケージを得ることができる。こうして、モールド樹脂の線膨張係数を半導パッケージを搭載すべきプリント回路基板の線膨張係数に近づけることができ、半導体パッケージとプリント回路基板との相対的な変形による金属ボールの応力が小さくなり、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点が解決される。さらに、モールド樹脂のヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ２ とすることにより、モールド樹脂は比較的に軟らかくなり、金属ボールの応力を吸収し、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点が解決される。
【００１３】
好ましくは、この半導体装置は、フエイスアップのワイヤボンディングタイプの半導体パッケージ、又はフエイスダウンのフリップチップタイプの半導体パッケージである。
さらに、本発明は、半導体チップと、該半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、該半導体チップを保護するモールド樹脂と、該ＦＰＣテープに設けられた金属ボールとを備えたパッケージと、該金属ボールにより該パッケージに接続された回路基板とからなり、該モールド樹脂は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ2 であり、該モールド樹脂の主剤はトリフェニルメタントリグリシジルエーテルと、ジ−ｔ−Ｂｕ，ジメチル変性トリフェニルメタントリグリシジルエーテルの両方あるいはどちらか一方からなることを特徴とする半導体装置を提供する。すなわち、この半導体装置は上記した特徴をもつ半導体パッケージと、この半導体パッケージを搭載する回路基板との組み合わせである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例の半導体パッケージを示す図である。図１において、半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられ、回路基板に接続するための金属ボール１８とを備えている。半導体チップ１２はダイス付け材２０によりＦＰＣテープ１４に固定される。モールド樹脂１６は半導体チップ１２を覆っている。
【００１８】
ＦＰＣテープ１４はＴＡＢテープと呼ばれるものであり、ポリイミド樹脂のテープに電気回路及び電極パッド（図示せず）を有する。半導体チップ１２の電極パッド（図示せず）はボンディングワイヤ２２によってＦＰＣテープ１４の電極パッドに接続される。また、金属ボール１８ははんだボールであり、ＦＰＣテープ１４の電気回路に接続されている。従って、金属ボール１８は半導体チップ１２の電気回路に接続されている。
【００１９】
図１の半導体パッケージ１０は、フエイスアップのワイヤボンディングタイプの半導体パッケージであり、テープＢＧＡとも呼ばれる。
図２は図１の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。この半導体装置３０は、半導体パッケージ１０とプリント回路基板３２とを含む。半導体パッケージ１０は図１のものと同じ構成であり、半導体パッケージ１０は金属ボール１８によりプリント回路基板３２に接続される。すなわち、プリント回路基板３２は電気回路及び電極パッド（図示せず）を有し、金属ボール１８はプリント回路基板３２の電極パッドに接続される。
【００２０】
図３は本発明の第２実施例の半導体パッケージを示す図である。図３において、半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられ、回路基板に接続するための金属ボール１８とを備えている。半導体チップ１２は金属ボール２４によりＦＰＣテープ１４に固定される。接着剤２６が半導体チップ１２とＦＰＣテープ１４との間に金属ボール２４を埋めるように挿入される。モールド樹脂１６は半導体チップ１２を覆っている。この半導体パッケージ１０は、フエイスダウンのフリップチップタイプの半導体パッケージであり、テープＢＧＡとも呼ばれる。図１の場合と同様に、金属ボール１８は半導体チップ１２の電気回路に接続されている。
【００２１】
図４は図３の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。この半導体装置３０は、半導体パッケージ１０とプリント回路基板３２とを含む。半導体パッケージ１０は図３のものと同じ構成であり、半導体パッケージ１０は金属ボール１８によりプリント回路基板３２に接続される。すなわち、プリント回路基板３２は電気回路及び電極パッド（図示せず）を有し、金属ボール１８はプリント回路基板３２の電極パッドに接続される。
【００２２】
図１から図４の半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２をＦＰＣテープ１４に搭載した後で、トランスファーモールドすることによりモールド樹脂１６を形成する。モールド時の成形温度は約１７０℃〜１８０℃であり、モールド樹脂１６は成形温度から常温へ温度が低下するにつれて収縮していく。モールド樹脂１６の線膨張係数は半導体チップ１２の線膨張係数とは差があるので、モールド樹脂１６の成形の結果、半導体パッケージ１０に反りが生じる。
【００２３】
図５は、反りが生じた半導体パッケージ１０を誇張して示している。図６はこの半導体パッケージ１０をプリント回路基板３２に搭載したところを示している。半導体パッケージ１０が反っていると、半導体パッケージ１０の周辺部にある金属ボール１８は、中央部の金属ボール１８と比べて細くなる傾向がある。図７は、細くなった金属ボール１８が使用中にモールド樹脂１６の熱変形量とプリント回路基板３２の熱変形量の差に基づく応力を受けて切れやすいことを示している。
【００２４】
本発明では、金属ボール１８が使用中に応力を受けて切れないようにするために、モールド樹脂１６は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ２ であるように構成している。例えば、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇは２２０℃以上であり、線膨張係数α１ が１５ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が２０００ｋｇ／ｍｍ２ である。これに対して、半導体チップ１２の線膨張係数α１ は４ｐｐｍ／℃であり、プリント回路基板３２の線膨張係数α１ は１６ｐｐｍ／℃である。
【００２５】
この構成により、モールド樹脂１６は、ガラス転移温度Ｔｇを高くすることにより図５のような半導体パッケージ１０の反りを小さくし、モールド樹脂１６の線膨張係数α１ をプリント回路基板３２の線膨張係数α１ に近づけることにより、使用中のモールド樹脂１６の熱変形量とプリント回路基板３２の熱変形量の差を小さくして金属ボール１８の応力を低減し切れにくくすることができる。さらに、モールド樹脂１６のヤング率を低下することにより、モールド樹脂１６は比較的に軟らかくなり、金属ボール１８の応力を吸収し、金属ボール１８が細くなって切れやすくなるという問題点が解決される。
【００２６】
図８は、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇと熱膨張係数α１ を説明するためのモールド樹脂の温度と伸びの関係を示す図である。曲線Ｘはガラス転移温度Ｔｇ１ が成形温度ＴＭ よりも低いモールド樹脂の特性を示し、曲線Ｙはガラス転移温度Ｔｇ２ が成形温度ＴＭ よりも高いモールド樹脂の特性を示す。曲線Ｙのモールド樹脂の線膨張係数α１ は、曲線Ｘのモールド樹脂の線膨張係数α１ よりも大きい。
【００２７】
曲線Ｘのモールド樹脂の場合には、温度が成形温度ＴＭ から常温ＴＯ まで低下する間にモールド樹脂の収縮量はＬ１ になる。曲線Ｙのモールド樹脂の場合には、温度が成形温度ＴＭ から常温ＴＯ まで低下する間にモールド樹脂の収縮量はＬ２ になる。図８においては、Ｌ１ ＞Ｌ２ である。従って、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇを成形温度ＴＭ よりも高くすれば、モールド樹脂１６の線膨張係数α１ を大きくしても、成形時のモールド樹脂１６の熱収縮量を小さくして半導体パッケージ１０の反りを小さくすることができる。
【００２８】
しかし、発明者の研究によれば、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇが成形温度ＴＭ よりも少しだけ高い条件では、半導体パッケージ１０の反りを小さくできる効果は低いことが分かった。そして、モールド樹脂１６の成形温度ＴＭ が１７５℃〜１８０℃であれば、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇは成形温度ＴＭ よりもかなり高い２００℃以上であれば、半導体パッケージ１０の反りを確実に小さくできることが分かった。好ましくは、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇは２０５℃以上であればよい。
【００２９】
このように、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇが通常の成形温度ＴＭ よりもかなり高いと、成形条件にバラツキがあっても、反りの小さい半導パッケージを得ることができる。一方、モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以下であると、成形条件のバラツキの影響を受け、反りの小さい半導パッケージを得ることができないことがある。例えば、成形時に使用する金型には温度にバラツキがあり、ある位置では１８０℃であっても、他の位置では２００℃近くになっている場合があり、この場合にはモールド樹脂１６の収縮量は大きくなる。
【００３０】
モールド樹脂１６は、大きく分けて、（ａ）ベース樹脂（主剤／硬化剤）と、（ｂ）充填材（シリカフィラー）と、（ｃ）添加剤とから構成されている。ベース樹脂の主剤として多官能基を有するエポキシ樹脂を使用する。例えば、ベース樹脂の主剤としては、下記の構成の樹脂ａ１及びａ２を使用し、ベース樹脂の硬化剤としては、下記の構成の樹脂ａ３を使用することができる。樹脂ａ１及びａ２は両方ともに使用することができ、あるいは一方のみを使用することもできる。
【００３１】
【化１】
【００３２】
【化２】
【００３３】
【化３】
このベース樹脂を使用することにより、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇを２００℃以上、好ましくは２０５℃以上にし、モールド樹脂１６の線膨張係数α１ をプリント回路基板３２の線膨張係数α１ に近づけることができる。それから、充填材（シリカフィラー）の充填量を加減することにより、モールド樹脂１６の線膨張係数α１ を加減することができる。さらに、シリコンオイルやシリコンゴム等のエラストマー等の添加剤を加えることによって、モールド樹脂１６のヤング率Ｅを低下することができる。
【００３４】
例えば、上記ベース樹脂を使用すると、下記の特徴をもったモールド樹脂１６を構成することができる。サンプルＮＯ２はサンプルＮＯ１に対して添加剤を加えることによってヤング率Ｅを低下したものである。半導体パッケージの種類や大きさに応じて、ヤング率Ｅを変えることができる。
このように、ガラス転移温度Ｔｇを２００℃以上に上げ、且つ線膨張係数α１ を基板に合わせて、α１ 領域下でモールドすることにより、初期の反りが１８□で約１００μｍになり、且つ実装信頼性が約５〜１５倍まで向上する。
【００３５】
下記のテーブルは比較例を示し、反りを低減するために、フィラー量を約９０％くらい入れ、線膨張係数α１ を１０ｐｐｍ／℃以下にして反りを小さくしたものである。例えば１８□のパッケージでこれくらいフィラーを入れると、約１２０μｍの反りが発生する。これくらいのフィラー量を入れるためには、通常ガラス転移温度Ｔｇの低い低粘度エポキシ樹脂（例えばビフェニルタイプ）を使用する。
図９から図１５は本発明の他の実施例を示す図である。
【００３６】
これらの実施例による半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられ、回路基板に接続するための金属ボール１８と、金属ボール１６にかかる応力に対する緩衝手段４０とを備えている。この半導体パッケージ１０は、図２及び図４と同様に金属ボール１６によりプリント回路基板３２に接続される。
【００３７】
この緩衝手段４０を設けることにより、半導体パッケージ１０をプリント回路基板（３２）に搭載して使用する場合に、金属ボール１８が半導体パッケージ１０とプリント回路基板との相対的な変形による応力を受けても、そのような応力が緩和され、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点を解決することができる。
【００３８】
図９においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１からなる。この緩衝層４１はモールド樹脂１６よりも軟らかい材料をＦＰＣテープ１４の表面に塗布してなるものである。銅のランド１９（回路部材又は金属ボール１８が固定される電極パッド）がＦＰＣテープ１４に設けられており、緩衝層４１は銅のランド１９を覆ってＦＰＣテープ１４のほぼ全表面に積層されるが、ボンディングワイヤ２２のボンディング領域（銅のランド１９の一部）は露出される。ダイス付け材２０は半導体チップ１２を固定するために緩衝層４１の表面に塗布される。
【００３９】
図１０においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１からなる。この緩衝層４１は３層構造のＦＰＣテープ１４のうちの接着剤層である。ただし、この緩衝層４１は熱可塑性接着剤層であり、モールド樹脂１６よりも軟らかい。銅のランド１９は緩衝層４１の上に形成される。ダイス付け材２０は半導体チップ１２を固定するために緩衝層４１の表面に塗布される。
【００４０】
図１１においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１と空気層とからなる。この緩衝層４１は軟らかい樹脂層又は熱可塑性の接着剤層からなる。緩衝層４１はボンディングワイヤ２２のボンディング領域を除いて銅のランド１９を覆い、銅のランド１９の金属ボール１８上の緩衝層４１の部分には空洞４２が形成されている。空洞４２は樹脂のキャップ４４で閉じられ、空気層を形成する。この空気層は緩衝層４１とともに金属ボール１６にかかる応力に対する緩衝手段４０となる。半導体チップ１２を固定するためのダイス付け材は緩衝層４０の表面に塗布されることができる。
【００４１】
図１２においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１からなる。この緩衝層４１はモールド樹脂１６よりも軟らかい樹脂（例えばポリイミド樹脂）のテープをＦＰＣテープ１４の表面に張りつけたものである。他の構成は図９と同様である。
図１３においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４に設けた空洞４６により形成された空気層からなる。空洞４６は樹脂のキャップ４８で閉じられる。銅のランド１９はＦＰＣテープ１４の上下両面に形成されており、上下の銅のランド１９はスルーホールで接続されている。金属ボール１８は下側の銅のランド１９に固定される。
【００４２】
図１４においては、半導体パッケージは１０は、半導体チップ１２の面積がＦＰＣテープ１４の面積よりも大きいエリアタイプの半導体パッケージである。ＦＰＣテープ１４が半導体チップ１２の上にあって、ボンディングワイヤ２２がＦＰＣテープ１４の銅のランド１９と半導体チップ１２の電極パッドとを接続している。金属ボール１８はＦＰＣテープ１４の表面の銅のランド１９から上に突出し、絶縁層５０が金属ボール１８のまわりを埋めるようにＦＰＣテープ１４の上に配置される。モールド樹脂１６は半導体チップ１２の周辺部及びＦＷＣテープ１４の周辺部を覆うように設けられる。この構成においては、緩衝手段４０は、絶縁層５０からなる。
【００４３】
図１５においては、半導体パッケージは１０は、図１４と同様に半導体チップ１２の面積がＦＰＣテープ１４の面積よりも大きいエリアタイプの半導体パッケージである。絶縁層５０が金属ボール１８のまわりを埋めるようにＦＰＣテープ１４の上に配置される。さらに、空洞５２がＦＰＣテープ１４の金属ボール１８の下に形成され、空気層を形成するようになっている。この構成においては、緩衝手段４０は、絶縁層５０と空気層とからなる。
【００４４】
図１６及び図１７は本発明の第４実施例の半導体パッケージを示す図である。半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられた金属ボール１８とを備えている。半導体チップ１２はダイス付け材２０によりＦＰＣテープ１４に固定される。
【００４５】
図１６の半導体パッケージ１０は、フエイスアップのワイヤボンディングタイプのテープＢＧＡとも呼ばれる半導体パッケージである。ＦＰＣテープ１４はＴＡＢテープと呼ばれるものであり、ポリイミド樹脂のテープに電気回路及び電極パッド１９を設けてある。半導体チップ１２の電極パッド（図示せず）はボンディングワイヤ２２によってＦＰＣテープ１４の電極パッド１９に接続される。また、金属ボール１８ははんだボールであり、ＦＰＣテープ１４の電気回路に接続されている。
【００４６】
ダイス付け材２０は半導体チップ１２の下面に対して部分的な領域に設けられた接着剤である。ダイス付け材２０はダイス付け用液性接着剤（絶縁ペースト接着剤等）を使用した。実施例では、ダイス付け材２０は５つの小さな領域に設けられている。その結果、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間には、ダイス付け材２０の存在する領域以外の領域に空間が形成される。製造工程においては、ダイス付け材２０をＦＰＣテープ１４に塗布して半導体チップ１２をダイス付け材２０に固定し、ボンディングワイヤ２２を取り付け、モールド樹脂１６により樹脂封止を行う。
【００４７】
モールド樹脂１６は、半導体チップ１２の上面を覆うばかりでなく、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間にも挿入されている。半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間に入り込んだモールド樹脂は１６ａで示されている。モールド樹脂１６、１６ａは半導体チップ１２をサンドイッチ状に挟み込む。従って、熱応力がかった場合でも半導体パッケージ１０は反りにくくなり、半導体パッケージ１０を金属ボール１８によってプリント回路基板に搭載した場合に金属ボール１８による接合部の信頼性が向上する。
【００４８】
特に、半導体パッケージ１０内での半導体チップ１２の専有率の高いＣＳＰタイプのような半導体装置では、半導体装置に対するモールド樹脂１６の割合が小さいので、本実施例のように半導体チップ１２の下面側にもモールド樹脂１６を回り込ませることにより、保護機能は増大し、半導体パッケージ１０は反りにくくなる。
【００４９】
そして、このような構造の場合でも、モールド樹脂１６は、前の実施例で説明したのと同様に、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ２ であるものが好ましい。このような樹脂を使用すれば、半導体パッケージ１０はより反りにくくなる。図１８から図２１のモールド樹脂１６についても同様である。
【００５０】
図１８は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。この例はダイス付け材２０を除くと図１６の例と類似している。ダイス付け材２０はスペーサ入り絶縁ペースト接着剤であり、スペーサ２０ａはビーズと呼ばれる小さな球である。例えば、直径５０〜１００μｍのスペーサ２０ａを入れることによって、ダイス付け材２０の厚さを大きくすることが可能であり、それによって半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の隙間がモールド樹脂１６ａが確実に入り込めるように十分に大きくなる。また、スペーサ２０ａを入れることによって、半導体チップ１２の姿勢を傾かないようになる。ダイス付け材２０の高さが高くなると、はんだ接合部にかかる熱膨張差による局部的な応力が小さくなり、半導体パッケージ１０の基板への実装後の金属ボール１８の耐久性を向上させることができる。
【００５１】
また、ＦＰＣテープ１４に設けられる金属ボール１８はダイス付け材２０の位置する領域以外の位置に設けられる。これによっても、はんだ接合部にかかる熱膨張差による局部的な応力が小さくなり、半導体パッケージ１０の基板への実装後の金属ボール１８の耐久性を向上させることができる。
図１９は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。この例はダイス付け材２０を除くと図１６の例と類似している。ダイス付け材２０はダイボンディングテープからなる。
【００５２】
図２０は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。図２０においては、半導体チップ１２はフェースダウンのフリップチップによりＦＰＣテープ１４に搭載されている。半導体チップ１２は図３の金属ボール２４の代わりに金の突起電極２４ａを有し、異方性導電性接着剤２０ｘが突起電極２４ａを包み、且つ半導体チップ１２の下面に対して部分的な領域に設けられる。この場合にも、モールド樹脂１６、１６ａは、半導体チップ１２の上面を覆うばかりでなく、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間にも挿入されている。モールド樹脂１６、１６ａは半導体チップ１２をサンドイッチ状に挟み込む。従って、熱応力がかった場合でも半導体パッケージ１０は反りにくくなり、半導体パッケージ１０を金属ボール１８によってプリント回路基板に搭載した場合に金属ボール１８による接合部の信頼性が向上する。
【００５３】
図２１は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。図２１においては、半導体チップ１２はフェースダウンのフリップチップによりＦＰＣテープ１４に搭載されている。半導体チップ１２は金属ボール２４を有し、アンダーフィル材２０ｙが金属ボール２４を包み、且つ半導体チップ１２の下面に対して部分的な領域に設けられる。この場合にも、モールド樹脂１６、１６ａは、半導体チップ１２の上面を覆うばかりでなく、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間にも挿入されている。モールド樹脂１６、１６ａは半導体チップ１２をサンドイッチ状に挟み込む。従って、熱応力がかった場合でも半導体パッケージ１０は反りにくくなり、半導体パッケージ１０を金属ボール１８によってプリント回路基板に搭載した場合に金属ボール１８による接合部の信頼性が向上する。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体パッケージを回路基板に接続する金属ボールの耐久性及び信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図２】図１の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図４】図３の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。
【図５】反りのある半導体パッケージを示す図である。
【図６】図５の半導体パッケージを取り付けた回路基板を示す図である。
【図７】金属ボールに応力がかかった場合の図６の半導体装置を示す図である。
【図８】モールド樹脂のガラス転移温度と熱膨張係数を説明するためのモールド樹脂の温度と伸びの関係を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図１０】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１１】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１２】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１３】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１４】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１５】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１６】本発明の第４実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図１７】樹脂モールド前の図１６の半導体パッケージを示す平面図である。
【図１８】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１９】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図２０】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図２１】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体パッケージ
１２…半導体チップ
１４…ＦＰＣテープ
１６…モールド樹脂
１８…金属ボール
３２…プリント回路基板
４０…緩衝手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップと、半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、半導体チップを保護するモールド樹脂と、ＦＰＣテープに設けられ、回路基板に接続するための金属ボールとを備えた該半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ユーザーの要求として高密度実装があり、半導体パッケージが小型化してきている。このような要求を満たすために、半導体チップをＴＡＢテープ等のＦＰＣテープに搭載し、半導体チップをモールド樹脂によって保護した半導体パッケージが知られている。さらに、ＦＰＣテープにはんだボール等の金属ボールを設けたテープＢＧＡと呼ばれる半導体パッケージが開発されている。この半導体パッケージは金属ボールにより機械的及び電気的に回路基板に接続されることができる。
【０００３】
反りが生じている半導体パッケージをプリント回路基板に搭載した場合、半導体パッケージとプリント回路基板との間の間隔が不均一になり、一部の金属ボールがプリント回路基板に十分に接触しなくなり、プリント回路基板に対する接続の信頼性が低下する。半導体パッケージに反りが生じる原因は、モールド樹脂の線膨張係数と半導体チップの線膨張係数の違いによる。従って、半導体パッケージの反りを防止するために、モールド樹脂の線膨張係数を小さくして、モールド樹脂の線膨張係数を半導体チップの線膨張係数に近づける試みがなされていた。例えば、半導体チップの線膨張係数は約４ｐｐｍ／℃であり、モールド樹脂の線膨張係数は、半導体チップの線膨張係数に近づけるために例えば８ｐｐｍ／℃になるようにする。
【０００４】
さらに、モールド樹脂のガラス転移温度を増加させることにより、半導体パッケージの反りを防止する試みがなされている。特開平５−６７７０５号公報は、半導体パッケージの反りの発生を防止するために、モールド樹脂は、ガラス転移温度が成形温度である１８０℃以上であり、線膨張係数が１６ｐｐｍ／℃以下であるようにすることを開示している。特開平８−９２３５２号公報は、半導体パッケージの反りの発生を防止するために、モールド樹脂は、ガラス転移温度が１８０℃以上であり、線膨張係数が１４ｐｐｍ／℃以下であり、弾性率が１４００ｋｇｆ／ｍｍ２ であるようにすることを開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体パッケージの反りの発生を防止するためにモールド樹脂の線膨張係数を半導体チップの線膨張係数に近づけた結果、半導体パッケージの反りは小さくできるが、モールド樹脂の線膨張係数と半導体パッケージを搭載すべきプリント回路基板の線膨張係数との差が大きくなる。例えば、モールド樹脂の線膨張係数は８ｐｐｍ／℃であり、プリント回路基板の線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃である。この場合、半導体パッケージをプリント回路基板に搭載して使用する場合に、金属ボールが半導体パッケージとプリント回路基板との相対的な変形による応力を受け、特に半導体パッケージの周辺部に位置する金属ボールが細くなって切れやすくなり、プリント回路基板に対する接続の信頼性が低下する。
【０００６】
このためには、半導体パッケージの反りの発生を防止する場合とは逆に、モールド樹脂の線膨張係数を大きくして、モールド樹脂の線膨張係数をプリント回路基板の線膨張係数に近づけることが望ましくなる。
上記公報に記載した技術では、モールド樹脂のガラス転移温度を増加させることにより、半導体パッケージの反りを防止することができる。しかし、これらの従来技術においても、モールド樹脂のガラス転移温度を成形温度以上とし、モールド樹脂の線膨張係数はあまり大きくしないようにしている。このため、モールド樹脂の線膨張係数とプリント回路基板の線膨張係数との間にはやはり差ができ、半導体パッケージをプリント回路基板に搭載して使用する場合に、金属ボールが半導体パッケージとプリント回路基板との相対的な変形による応力を受け、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点がある。
【０００７】
さらに、これらの従来技術においては、モールド樹脂のガラス転移温度を成形温度以上としているが、実際に達成されるガラス転移温度は２００℃以下である。一つの例のみが、モールド樹脂のガラス転移温度が２０３℃であるが、このときの線膨張係数は１３ｐｐｍ／℃である。ガラス転移温度が２００℃以上のときに、線膨張係数は１３ｐｐｍ／℃よりも大きい例はない。
【０００８】
さらに、特開平８−１６２４９９号公報及び特開平９−１８１１２２号公報は、フリップチップ型半導体装置の製造工程において、半導体素子と半導体キャリアとを補強樹脂によって仮止めし、試験を行った後で半導体素子と半導体キャリアとの間にアンダーフィル材を挿入することを開示している。このアンダーフィル材は半導体素子と半導体キャリアとの間の空間を満たし、且つ半導体素子の周囲を覆っているが、半導体素子の上面を覆うものではない。
【０００９】
本発明の目的は、半導体パッケージを回路基板に接続する金属ボールの耐久性及び信頼性が向上するようにした半導体装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置は、半導体チップと、該半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、該半導体チップを保護するモールド樹脂と、該ＦＰＣテープに設けられ、回路基板に接続するための金属ボールとを備え、該モールド樹脂は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ2 であり、該モールド樹脂の主剤はトリフェニルメタントリグリシジルエーテルと、ジ−ｔ−Ｂｕ，ジメチル変性トリフェニルメタントリグリシジルエーテルの両方あるいはどちらか一方からなることを特徴とするものである。
【００１１】
モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以上であれば、これは通常の成形温度よりも十分に高い。従って、成形条件にバラツキがあっても、反りの小さい半導パッケージを得ることができる。一方、モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以下であると、成形条件のバラツキの影響を受け、反りの小さい半導パッケージを得ることができないことがある。
【００１２】
モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以上とすることにより、反りの小さい半導体パッケージを得ることができるので、モールド樹脂の線膨張係数を比較的に大きくしても、反りの小さい半導パッケージを得ることができる。こうして、モールド樹脂の線膨張係数を半導パッケージを搭載すべきプリント回路基板の線膨張係数に近づけることができ、半導体パッケージとプリント回路基板との相対的な変形による金属ボールの応力が小さくなり、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点が解決される。さらに、モールド樹脂のヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ２ とすることにより、モールド樹脂は比較的に軟らかくなり、金属ボールの応力を吸収し、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点が解決される。
【００１３】
好ましくは、この半導体装置は、フエイスアップのワイヤボンディングタイプの半導体パッケージ、又はフエイスダウンのフリップチップタイプの半導体パッケージである。
さらに、本発明は、半導体チップと、該半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、該半導体チップを保護するモールド樹脂と、該ＦＰＣテープに設けられた金属ボールとを備えたパッケージと、該金属ボールにより該パッケージに接続された回路基板とからなり、該モールド樹脂は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ2 であり、該モールド樹脂の主剤はトリフェニルメタントリグリシジルエーテルと、ジ−ｔ−Ｂｕ，ジメチル変性トリフェニルメタントリグリシジルエーテルの両方あるいはどちらか一方からなることを特徴とする半導体装置を提供する。すなわち、この半導体装置は上記した特徴をもつ半導体パッケージと、この半導体パッケージを搭載する回路基板との組み合わせである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例の半導体パッケージを示す図である。図１において、半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられ、回路基板に接続するための金属ボール１８とを備えている。半導体チップ１２はダイス付け材２０によりＦＰＣテープ１４に固定される。モールド樹脂１６は半導体チップ１２を覆っている。
【００１８】
ＦＰＣテープ１４はＴＡＢテープと呼ばれるものであり、ポリイミド樹脂のテープに電気回路及び電極パッド（図示せず）を有する。半導体チップ１２の電極パッド（図示せず）はボンディングワイヤ２２によってＦＰＣテープ１４の電極パッドに接続される。また、金属ボール１８ははんだボールであり、ＦＰＣテープ１４の電気回路に接続されている。従って、金属ボール１８は半導体チップ１２の電気回路に接続されている。
【００１９】
図１の半導体パッケージ１０は、フエイスアップのワイヤボンディングタイプの半導体パッケージであり、テープＢＧＡとも呼ばれる。
図２は図１の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。この半導体装置３０は、半導体パッケージ１０とプリント回路基板３２とを含む。半導体パッケージ１０は図１のものと同じ構成であり、半導体パッケージ１０は金属ボール１８によりプリント回路基板３２に接続される。すなわち、プリント回路基板３２は電気回路及び電極パッド（図示せず）を有し、金属ボール１８はプリント回路基板３２の電極パッドに接続される。
【００２０】
図３は本発明の第２実施例の半導体パッケージを示す図である。図３において、半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられ、回路基板に接続するための金属ボール１８とを備えている。半導体チップ１２は金属ボール２４によりＦＰＣテープ１４に固定される。接着剤２６が半導体チップ１２とＦＰＣテープ１４との間に金属ボール２４を埋めるように挿入される。モールド樹脂１６は半導体チップ１２を覆っている。この半導体パッケージ１０は、フエイスダウンのフリップチップタイプの半導体パッケージであり、テープＢＧＡとも呼ばれる。図１の場合と同様に、金属ボール１８は半導体チップ１２の電気回路に接続されている。
【００２１】
図４は図３の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。この半導体装置３０は、半導体パッケージ１０とプリント回路基板３２とを含む。半導体パッケージ１０は図３のものと同じ構成であり、半導体パッケージ１０は金属ボール１８によりプリント回路基板３２に接続される。すなわち、プリント回路基板３２は電気回路及び電極パッド（図示せず）を有し、金属ボール１８はプリント回路基板３２の電極パッドに接続される。
【００２２】
図１から図４の半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２をＦＰＣテープ１４に搭載した後で、トランスファーモールドすることによりモールド樹脂１６を形成する。モールド時の成形温度は約１７０℃〜１８０℃であり、モールド樹脂１６は成形温度から常温へ温度が低下するにつれて収縮していく。モールド樹脂１６の線膨張係数は半導体チップ１２の線膨張係数とは差があるので、モールド樹脂１６の成形の結果、半導体パッケージ１０に反りが生じる。
【００２３】
図５は、反りが生じた半導体パッケージ１０を誇張して示している。図６はこの半導体パッケージ１０をプリント回路基板３２に搭載したところを示している。半導体パッケージ１０が反っていると、半導体パッケージ１０の周辺部にある金属ボール１８は、中央部の金属ボール１８と比べて細くなる傾向がある。図７は、細くなった金属ボール１８が使用中にモールド樹脂１６の熱変形量とプリント回路基板３２の熱変形量の差に基づく応力を受けて切れやすいことを示している。
【００２４】
本発明では、金属ボール１８が使用中に応力を受けて切れないようにするために、モールド樹脂１６は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ２ であるように構成している。例えば、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇは２２０℃以上であり、線膨張係数α１ が１５ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が２０００ｋｇ／ｍｍ２ である。これに対して、半導体チップ１２の線膨張係数α１ は４ｐｐｍ／℃であり、プリント回路基板３２の線膨張係数α１ は１６ｐｐｍ／℃である。
【００２５】
この構成により、モールド樹脂１６は、ガラス転移温度Ｔｇを高くすることにより図５のような半導体パッケージ１０の反りを小さくし、モールド樹脂１６の線膨張係数α１ をプリント回路基板３２の線膨張係数α１ に近づけることにより、使用中のモールド樹脂１６の熱変形量とプリント回路基板３２の熱変形量の差を小さくして金属ボール１８の応力を低減し切れにくくすることができる。さらに、モールド樹脂１６のヤング率を低下することにより、モールド樹脂１６は比較的に軟らかくなり、金属ボール１８の応力を吸収し、金属ボール１８が細くなって切れやすくなるという問題点が解決される。
【００２６】
図８は、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇと熱膨張係数α１ を説明するためのモールド樹脂の温度と伸びの関係を示す図である。曲線Ｘはガラス転移温度Ｔｇ１ が成形温度ＴＭ よりも低いモールド樹脂の特性を示し、曲線Ｙはガラス転移温度Ｔｇ２ が成形温度ＴＭ よりも高いモールド樹脂の特性を示す。曲線Ｙのモールド樹脂の線膨張係数α１ は、曲線Ｘのモールド樹脂の線膨張係数α１ よりも大きい。
【００２７】
曲線Ｘのモールド樹脂の場合には、温度が成形温度ＴＭ から常温ＴＯ まで低下する間にモールド樹脂の収縮量はＬ１ になる。曲線Ｙのモールド樹脂の場合には、温度が成形温度ＴＭ から常温ＴＯ まで低下する間にモールド樹脂の収縮量はＬ２ になる。図８においては、Ｌ１ ＞Ｌ２ である。従って、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇを成形温度ＴＭ よりも高くすれば、モールド樹脂１６の線膨張係数α１ を大きくしても、成形時のモールド樹脂１６の熱収縮量を小さくして半導体パッケージ１０の反りを小さくすることができる。
【００２８】
しかし、発明者の研究によれば、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇが成形温度ＴＭ よりも少しだけ高い条件では、半導体パッケージ１０の反りを小さくできる効果は低いことが分かった。そして、モールド樹脂１６の成形温度ＴＭ が１７５℃〜１８０℃であれば、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇは成形温度ＴＭ よりもかなり高い２００℃以上であれば、半導体パッケージ１０の反りを確実に小さくできることが分かった。好ましくは、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇは２０５℃以上であればよい。
【００２９】
このように、モールド樹脂１６のガラス転移温度Ｔｇが通常の成形温度ＴＭ よりもかなり高いと、成形条件にバラツキがあっても、反りの小さい半導パッケージを得ることができる。一方、モールド樹脂のガラス転移温度が２００℃以下であると、成形条件のバラツキの影響を受け、反りの小さい半導パッケージを得ることができないことがある。例えば、成形時に使用する金型には温度にバラツキがあり、ある位置では１８０℃であっても、他の位置では２００℃近くになっている場合があり、この場合にはモールド樹脂１６の収縮量は大きくなる。
【００３０】
モールド樹脂１６は、大きく分けて、（ａ）ベース樹脂（主剤／硬化剤）と、（ｂ）充填材（シリカフィラー）と、（ｃ）添加剤とから構成されている。ベース樹脂の主剤として多官能基を有するエポキシ樹脂を使用する。例えば、ベース樹脂の主剤としては、下記の構成の樹脂ａ１及びａ２を使用し、ベース樹脂の硬化剤としては、下記の構成の樹脂ａ３を使用することができる。樹脂ａ１及びａ２は両方ともに使用することができ、あるいは一方のみを使用することもできる。
【００３１】
【化１】
【化２】
【化３】
【００３４】
例えば、上記ベース樹脂を使用すると、下記の特徴をもったモールド樹脂１６を構成することができる。サンプルＮＯ２はサンプルＮＯ１に対して添加剤を加えることによってヤング率Ｅを低下したものである。半導体パッケージの種類や大きさに応じて、ヤング率Ｅを変えることができる。
【００３５】
下記のテーブルは比較例を示し、反りを低減するために、フィラー量を約９０％くらい入れ、線膨張係数α１ を１０ｐｐｍ／℃以下にして反りを小さくしたものである。例えば１８□のパッケージでこれくらいフィラーを入れると、約１２０μｍの反りが発生する。これくらいのフィラー量を入れるためには、通常ガラス転移温度Ｔｇの低い低粘度エポキシ樹脂（例えばビフェニルタイプ）を使用する。
【００３６】
これらの実施例による半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられ、回路基板に接続するための金属ボール１８と、金属ボール１６にかかる応力に対する緩衝手段４０とを備えている。この半導体パッケージ１０は、図２及び図４と同様に金属ボール１６によりプリント回路基板３２に接続される。
【００３７】
この緩衝手段４０を設けることにより、半導体パッケージ１０をプリント回路基板（３２）に搭載して使用する場合に、金属ボール１８が半導体パッケージ１０とプリント回路基板との相対的な変形による応力を受けても、そのような応力が緩和され、金属ボールが細くなって切れやすくなるという問題点を解決することができる。
【００３８】
図９においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１からなる。この緩衝層４１はモールド樹脂１６よりも軟らかい材料をＦＰＣテープ１４の表面に塗布してなるものである。銅のランド１９（回路部材又は金属ボール１８が固定される電極パッド）がＦＰＣテープ１４に設けられており、緩衝層４１は銅のランド１９を覆ってＦＰＣテープ１４のほぼ全表面に積層されるが、ボンディングワイヤ２２のボンディング領域（銅のランド１９の一部）は露出される。ダイス付け材２０は半導体チップ１２を固定するために緩衝層４１の表面に塗布される。
【００３９】
図１０においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１からなる。この緩衝層４１は３層構造のＦＰＣテープ１４のうちの接着剤層である。ただし、この緩衝層４１は熱可塑性接着剤層であり、モールド樹脂１６よりも軟らかい。銅のランド１９は緩衝層４１の上に形成される。ダイス付け材２０は半導体チップ１２を固定するために緩衝層４１の表面に塗布される。
【００４０】
図１１においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１と空気層とからなる。この緩衝層４１は軟らかい樹脂層又は熱可塑性の接着剤層からなる。緩衝層４１はボンディングワイヤ２２のボンディング領域を除いて銅のランド１９を覆い、銅のランド１９の金属ボール１８上の緩衝層４１の部分には空洞４２が形成されている。空洞４２は樹脂のキャップ４４で閉じられ、空気層を形成する。この空気層は緩衝層４１とともに金属ボール１６にかかる応力に対する緩衝手段４０となる。半導体チップ１２を固定するためのダイス付け材は緩衝層４０の表面に塗布されることができる。
【００４１】
図１２においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４の半導体チップ１２が配置される側の表面に設けられた緩衝層４１からなる。この緩衝層４１はモールド樹脂１６よりも軟らかい樹脂（例えばポリイミド樹脂）のテープをＦＰＣテープ１４の表面に張りつけたものである。他の構成は図９と同様である。
図１３においては、緩衝手段４０は、ＦＰＣテープ１４に設けた空洞４６により形成された空気層からなる。空洞４６は樹脂のキャップ４８で閉じられる。銅のランド１９はＦＰＣテープ１４の上下両面に形成されており、上下の銅のランド１９はスルーホールで接続されている。金属ボール１８は下側の銅のランド１９に固定される。
【００４２】
図１４においては、半導体パッケージは１０は、半導体チップ１２の面積がＦＰＣテープ１４の面積よりも大きいエリアタイプの半導体パッケージである。ＦＰＣテープ１４が半導体チップ１２の上にあって、ボンディングワイヤ２２がＦＰＣテープ１４の銅のランド１９と半導体チップ１２の電極パッドとを接続している。金属ボール１８はＦＰＣテープ１４の表面の銅のランド１９から上に突出し、絶縁層５０が金属ボール１８のまわりを埋めるようにＦＰＣテープ１４の上に配置される。モールド樹脂１６は半導体チップ１２の周辺部及びＦＷＣテープ１４の周辺部を覆うように設けられる。この構成においては、緩衝手段４０は、絶縁層５０からなる。
【００４３】
図１５においては、半導体パッケージは１０は、図１４と同様に半導体チップ１２の面積がＦＰＣテープ１４の面積よりも大きいエリアタイプの半導体パッケージである。絶縁層５０が金属ボール１８のまわりを埋めるようにＦＰＣテープ１４の上に配置される。さらに、空洞５２がＦＰＣテープ１４の金属ボール１８の下に形成され、空気層を形成するようになっている。この構成においては、緩衝手段４０は、絶縁層５０と空気層とからなる。
【００４４】
図１６及び図１７は本発明の第４実施例の半導体パッケージを示す図である。半導体パッケージ１０は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２を搭載するＦＰＣテープ１４と、半導体チップ１２を保護するモールド樹脂１６と、ＦＰＣテープ１４に設けられた金属ボール１８とを備えている。半導体チップ１２はダイス付け材２０によりＦＰＣテープ１４に固定される。
【００４５】
図１６の半導体パッケージ１０は、フエイスアップのワイヤボンディングタイプのテープＢＧＡとも呼ばれる半導体パッケージである。ＦＰＣテープ１４はＴＡＢテープと呼ばれるものであり、ポリイミド樹脂のテープに電気回路及び電極パッド１９を設けてある。半導体チップ１２の電極パッド（図示せず）はボンディングワイヤ２２によってＦＰＣテープ１４の電極パッド１９に接続される。また、金属ボール１８ははんだボールであり、ＦＰＣテープ１４の電気回路に接続されている。
【００４６】
ダイス付け材２０は半導体チップ１２の下面に対して部分的な領域に設けられた接着剤である。ダイス付け材２０はダイス付け用液性接着剤（絶縁ペースト接着剤等）を使用した。実施例では、ダイス付け材２０は５つの小さな領域に設けられている。その結果、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間には、ダイス付け材２０の存在する領域以外の領域に空間が形成される。製造工程においては、ダイス付け材２０をＦＰＣテープ１４に塗布して半導体チップ１２をダイス付け材２０に固定し、ボンディングワイヤ２２を取り付け、モールド樹脂１６により樹脂封止を行う。
【００４７】
モールド樹脂１６は、半導体チップ１２の上面を覆うばかりでなく、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間にも挿入されている。半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間に入り込んだモールド樹脂は１６ａで示されている。モールド樹脂１６、１６ａは半導体チップ１２をサンドイッチ状に挟み込む。従って、熱応力がかった場合でも半導体パッケージ１０は反りにくくなり、半導体パッケージ１０を金属ボール１８によってプリント回路基板に搭載した場合に金属ボール１８による接合部の信頼性が向上する。
【００４８】
特に、半導体パッケージ１０内での半導体チップ１２の専有率の高いＣＳＰタイプのような半導体装置では、半導体装置に対するモールド樹脂１６の割合が小さいので、本実施例のように半導体チップ１２の下面側にもモールド樹脂１６を回り込ませることにより、保護機能は増大し、半導体パッケージ１０は反りにくくなる。
【００４９】
そして、このような構造の場合でも、モールド樹脂１６は、前の実施例で説明したのと同様に、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ２ であるものが好ましい。このような樹脂を使用すれば、半導体パッケージ１０はより反りにくくなる。図１８から図２１のモールド樹脂１６についても同様である。
【００５０】
図１８は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。この例はダイス付け材２０を除くと図１６の例と類似している。ダイス付け材２０はスペーサ入り絶縁ペースト接着剤であり、スペーサ２０ａはビーズと呼ばれる小さな球である。例えば、直径５０〜１００μｍのスペーサ２０ａを入れることによって、ダイス付け材２０の厚さを大きくすることが可能であり、それによって半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の隙間がモールド樹脂１６ａが確実に入り込めるように十分に大きくなる。また、スペーサ２０ａを入れることによって、半導体チップ１２の姿勢を傾かないようになる。ダイス付け材２０の高さが高くなると、はんだ接合部にかかる熱膨張差による局部的な応力が小さくなり、半導体パッケージ１０の基板への実装後の金属ボール１８の耐久性を向上させることができる。
【００５１】
また、ＦＰＣテープ１４に設けられる金属ボール１８はダイス付け材２０の位置する領域以外の位置に設けられる。これによっても、はんだ接合部にかかる熱膨張差による局部的な応力が小さくなり、半導体パッケージ１０の基板への実装後の金属ボール１８の耐久性を向上させることができる。
図１９は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。この例はダイス付け材２０を除くと図１６の例と類似している。ダイス付け材２０はダイボンディングテープからなる。
【００５２】
図２０は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。図２０においては、半導体チップ１２はフェースダウンのフリップチップによりＦＰＣテープ１４に搭載されている。半導体チップ１２は図３の金属ボール２４の代わりに金の突起電極２４ａを有し、異方性導電性接着剤２０ｘが突起電極２４ａを包み、且つ半導体チップ１２の下面に対して部分的な領域に設けられる。この場合にも、モールド樹脂１６、１６ａは、半導体チップ１２の上面を覆うばかりでなく、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間にも挿入されている。モールド樹脂１６、１６ａは半導体チップ１２をサンドイッチ状に挟み込む。従って、熱応力がかった場合でも半導体パッケージ１０は反りにくくなり、半導体パッケージ１０を金属ボール１８によってプリント回路基板に搭載した場合に金属ボール１８による接合部の信頼性が向上する。
【００５３】
図２１は図１６の半導体パッケージ１０の変形例を示す図である。図２１においては、半導体チップ１２はフェースダウンのフリップチップによりＦＰＣテープ１４に搭載されている。半導体チップ１２は金属ボール２４を有し、アンダーフィル材２０ｙが金属ボール２４を包み、且つ半導体チップ１２の下面に対して部分的な領域に設けられる。この場合にも、モールド樹脂１６、１６ａは、半導体チップ１２の上面を覆うばかりでなく、半導体チップ１２の下面とＦＰＣテープ１４との間の空間にも挿入されている。モールド樹脂１６、１６ａは半導体チップ１２をサンドイッチ状に挟み込む。従って、熱応力がかった場合でも半導体パッケージ１０は反りにくくなり、半導体パッケージ１０を金属ボール１８によってプリント回路基板に搭載した場合に金属ボール１８による接合部の信頼性が向上する。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体パッケージを回路基板に接続する金属ボールの耐久性及び信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図２】図１の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図４】図３の半導体パッケージを含む半導体装置を示す図である。
【図５】反りのある半導体パッケージを示す図である。
【図６】図５の半導体パッケージを取り付けた回路基板を示す図である。
【図７】金属ボールに応力がかかった場合の図６の半導体装置を示す図である。
【図８】モールド樹脂のガラス転移温度と熱膨張係数を説明するためのモールド樹脂の温度と伸びの関係を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図１０】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１１】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１２】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１３】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１４】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１５】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１６】本発明の第４実施例の半導体パッケージを示す図である。
【図１７】樹脂モールド前の図１６の半導体パッケージを示す平面図である。
【図１８】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図１９】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図２０】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【図２１】半導体パッケージの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体パッケージ
１２…半導体チップ
１４…ＦＰＣテープ
１６…モールド樹脂
１８…金属ボール
３２…プリント回路基板
４０…緩衝手段
Claims (4)
- 半導体チップと、
該半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、
該半導体チップを保護するモールド樹脂と、
該ＦＰＣテープに設けられ、回路基板に接続するための金属ボールとを備え、
該モールド樹脂は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、
線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、
ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ2 であり、
該モールド樹脂の主剤は
トリフェニルメタントリグリシジルエーテルと、
ジ−ｔ−Ｂｕ，ジメチル変性トリフェニルメタントリグリシジルエーテルの両方あるいはどちらか一方からなることを特徴とする半導体装置。 - フエイスアップのワイヤボンディングタイプの半導体パッケージであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- フエイスダウンのフリップチップタイプの半導体パッケージであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- 半導体チップと、
該半導体チップを搭載するＦＰＣテープと、
該半導体チップを保護するモールド樹脂と、
該ＦＰＣテープに設けられた金属ボールとを備えたパッケージと、
該金属ボールにより該パッケージに接続された回路基板とからなり、
該モールド樹脂は、ガラス転移温度が２００℃以上であり、線膨張係数が１３から１８ｐｐｍ／℃であり、
ヤング率が１５００から３０００ｋｇ／ｍｍ2 であり、
該モールド樹脂の主剤は
トリフェニルメタントリグリシジルエーテルと、
ジ−ｔ−Ｂｕ，ジメチル変性トリフェニルメタントリグリシジルエーテルの両方あるいはどちらか一方からなることを特徴とする半導体装置。
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