JP2000077556A - Ball grid array semiconductor device - Google Patents

Ball grid array semiconductor device

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JP2000077556A JP24991698A JP24991698A JP2000077556A JP 2000077556 A JP2000077556 A JP 2000077556A JP 24991698 A JP24991698 A JP 24991698A JP 24991698 A JP24991698 A JP 24991698A JP 2000077556 A JP2000077556 A JP 2000077556A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To flip-chip mount a pellet-like semiconductor chip with high connecting reliability at low cost by optimizing the arrangement of ball electrodes. SOLUTION: This ball grid array semiconductor device comprises a semiconductor chip 1 having a plurality of bonding pads, and a circuit wiring board 2 with the semiconductor chip mounted at a flip-chip on its major surface through bump electrodes 8 and pads for ball electrodes 4 placed on its underside. The pads for ball electrodes 4 are placed in regions on the underside, other than those corresponding to the region on the major surface where the bump electrodes 8 are placed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主面に半導体チッ
プがフリップチップ実装され、裏面の全体にボール電極
用のパッドがアレイ状に配置されている回路配線基板に
おけるボールグリッドアレイ(以下、必要に応じてBG
A−Ball Grid Array−と略記する。)の実装接続の信
頼性を向上させたボールグリッドアレイ型半導体装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ball grid array (hereinafter referred to as "necessary") for a circuit wiring board in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on a main surface and ball electrode pads are arranged in an array on the entire back surface. BG according to
Abbreviated as A-Ball Grid Array-. The present invention relates to a ball grid array type semiconductor device having improved reliability of mounting connection.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、半
導体実装技術においても高密度化が求められている。こ
の半導体実装技術の高密度化の代表的なものとして、ワ
イヤーボンディング技術、TAB技術などが挙げられる
が、最も高密度な半導体実装技術としてフリップチップ
実装技術があり、コンピュータ機器などに半導体装置を
高密度に実装する技術として広く用いられている。この
フリップチップ実装技術は、図20(a)に示すよう
に、米国特許第3401126号公報および米国特許第
3429040号公報により開示されて以来、一般的に
公知の技術になっている。同図において、半導体チップ
1はバンプ電極8により電子回路装置を構成する回路配
線基板7に接合され、封止樹脂3により封止されてい
る。符号21はボンディングパッド、22はバリアメタ
ル、23は半導体チップ接続端子、24はソルダレジス
ト、25はパッシベーション膜である。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices become more highly integrated, there is a demand for higher density in semiconductor packaging technology. Typical examples of the high density of the semiconductor mounting technology include a wire bonding technology and a TAB technology, and the flip-chip mounting technology is the highest density semiconductor mounting technology. It is widely used as a technology for mounting at a high density. As shown in FIG. 20A, this flip chip mounting technique has been a generally known technique since it was disclosed in US Pat. No. 3,401,126 and US Pat. No. 3,429,040. In FIG. 1, a semiconductor chip 1 is joined to a circuit wiring board 7 constituting an electronic circuit device by bump electrodes 8 and sealed by a sealing resin 3. Reference numeral 21 denotes a bonding pad, 22 denotes a barrier metal, 23 denotes a semiconductor chip connection terminal, 24 denotes a solder resist, and 25 denotes a passivation film.

【0003】一方、半導体パッケージは、近年のI/O
ピン数の増加に伴いQFP(Quad Flat Package)構造で
は回路配線基板に対するOLBピッチが狭くなり、回路
配線基板に接続が困難であった。そこで、文献「Electr
onic Packaging and Production, p25, May 1992」に記
載されているように半導体チップを実装する半導体パッ
ケージをOMPAC(Over Molded Pad Array Carrier)
化することにより回路配線基板の接続を可能にする提案
も行なわれている。OMPACパッケージの概略は、P
GA(Pin Grid Array)パッケージ挿入ピンの代わり
に、はんだボール電極を回路配線基板との接続に用いる
構造で、OMPACは現在までBGA(Ball Grid Arr
ay)パッケージとして知られており、高密度パッケージ
ング技術の主流技術としてその接続信頼性を向上させる
提案が多く行なわれている。
On the other hand, a semiconductor package is a recent I / O.
In a QFP (Quad Flat Package) structure, the OLB pitch with respect to the circuit wiring board becomes narrower with an increase in the number of pins, and it has been difficult to connect to the circuit wiring board. Therefore, the document "Electr
OMPAC (Over Molded Pad Array Carrier), as described in “onic Packaging and Production, p25, May 1992”.
Proposals have also been made to enable connection of a circuit wiring board by making the connection. The outline of the OMPAC package is P
OMPAC has used BGA (Ball Grid Arr) to date, with a structure that uses solder ball electrodes for connection to circuit wiring boards instead of GA (Pin Grid Array) package insertion pins.
ay) Known as a package, and as a mainstream technology of high-density packaging technology, many proposals have been made to improve the connection reliability.

【0004】このBGAは、半導体チップが搭載された
BGAキャリア基板をBGAを搭載する回路配線基板に
対してボール電極で接続する構造であるために、フリッ
プチップ実装で発生する応力歪により信頼性が低下する
という問題があるばかりでなく、BGA回路配線基板の
熱膨張係数とBGAを搭載する回路配線基板の熱膨張係
数とが異なることによりボール電極部分に応力歪が発生
するという問題があった。このボール電極に発生する応
力歪はボール電極の疲労破壊を発生させる原因となり、
BGAパッケージの接続信頼性寿命を低下させることに
なっていた。ボール電極を用いて回路配線基板に接続す
るBGAは、基本的にフリップチップ実装技術と接続構
造が同一であるため、BGAの実装接続信頼性はボール
電極部分に集中する最大剪断応力歪を緩和するIBM Jour
nal of Research Development, Vol.13, p251, 1969 に
記載されているようにフリップチップ実装での方法と同
等の手段で向上することができる。
Since the BGA has a structure in which a BGA carrier board on which a semiconductor chip is mounted is connected to a circuit wiring board on which the BGA is mounted by ball electrodes, reliability is reduced due to stress distortion generated by flip chip mounting. In addition to the problem that the thermal expansion coefficient decreases, the thermal expansion coefficient of the BGA circuit wiring board differs from the thermal expansion coefficient of the circuit wiring board on which the BGA is mounted. The stress strain generated in the ball electrode causes fatigue failure of the ball electrode,
This would reduce the connection reliability life of the BGA package. Since the BGA connected to the circuit wiring board using the ball electrode has basically the same connection structure as the flip-chip mounting technology, the mounting connection reliability of the BGA reduces the maximum shear stress strain concentrated on the ball electrode portion. IBM Jour
nal of Research Development, Vol. 13, p251, 1969, and can be improved by a method equivalent to the flip-chip mounting method.

【0005】さらに、BGAの接続信頼性を向上させる
方法として、以下のような提案が行なわれている。特開
平2−109358号公報ではキャリア基板の4隅に突
起部を設けてボール接続部を凹部にすることにより、突
起部を凹部以外の面で接触させて実装接続信頼性を向上
させている。また、特開平3−116838号公報では
半導体チップをフリップチップ実装するとき、パッケー
ジボールのボール電極を含めて、融点の異なるはんだを
ボール電極に使用しており、高融点はんだをダミー電極
に用いている。さらに、特開昭63−12142号公報
はボール接続信頼性を向上させるため、BGA回路配線
基板とBGAを搭載する回路基板の距離を制御してボー
ル電極を形成しており、ボール電極を鼓型、太鼓型など
に制御している。特に特開平8−153832号公報で
は、ボールの隙間部分に封止樹脂を配置する図20
(b)に示す方法において、封止樹脂の熱膨張係数をB
GA基板側から回路配線基板側に向かって段階的に変化
させることを提案している。これらの提案は、基本的に
はフリップチップ実装技術におけるバンプ接続信頼性を
向上させる応力歪を緩和する手段と同等のものであるた
め、BGAの接続信頼性をある程度までは向上できるも
のであった。同図において、半導体チップ1はバンプ電
極8によりBGA回路配線基板2に接合され、この基板
2はボール電極4により電子回路装置を構成する回路配
線基板7に接合されている。
Further, as a method for improving the connection reliability of the BGA, the following proposal has been made. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-109358, mounting reliability is improved by providing protrusions at four corners of a carrier substrate and making the ball connection portions concave, so that the protrusions are in contact with surfaces other than the recesses. Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-16838, when a semiconductor chip is flip-chip mounted, solders having different melting points are used for ball electrodes, including ball electrodes of package balls, and high melting point solder is used for dummy electrodes. I have. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-12142 discloses that a ball electrode is formed by controlling the distance between a BGA circuit wiring board and a circuit board on which a BGA is mounted in order to improve ball connection reliability. , Drum-shaped and so on. In particular, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-153832 discloses that a sealing resin is disposed in a gap between balls.
In the method shown in (b), the thermal expansion coefficient of the sealing resin is set to B
It has been proposed to change the output stepwise from the GA substrate side toward the circuit wiring substrate side. Since these proposals are basically equivalent to the means for alleviating the stress strain that improves the bump connection reliability in flip chip mounting technology, the connection reliability of the BGA can be improved to some extent. . In the figure, a semiconductor chip 1 is joined to a BGA circuit wiring board 2 by bump electrodes 8, and this board 2 is joined to a circuit wiring board 7 constituting an electronic circuit device by ball electrodes 4.

【0006】ところが、BGAに搭載する半導体チップ
の寸法が、例えば近年のRISCチップのように大型化
してくると、従来方法を用いたBGAパッケージング構
造では電子機器の接続信頼性を保証するBGA接続信頼
性を充分に確保できなくなる問題が発生していた。具体
的には、BGAに搭載する半導体チップ1の寸法が大型
化してくることにより、半導体チップを搭載するBGA
基板2の寸法も大きくなり、BGA基板2の裏面に配置
されるボール電極4に発生する応力歪が従来のBGA実
装構造と比較して大きくなり、これまでは問題にならな
かったBGAボール電極4中の応力歪が半導体チップ1
側のバンプ電極8に局所的に応力歪を集中発生させるこ
とになり、半導体チップとBGA回路配線基板を接続す
るバンプ電極破壊を引き起こしていた。この局所的な新
たな応力歪によるバンプ電極破壊は、これまでの半導体
チップ中心から最大距離に位置するバンプ電極での応力
破壊とは異なり、図20(c)のように、半導体チップ
を接続する最外周バンプ電極付近で特に顕著に発生し、
近年の薄型化を目的とし局所的な応力歪みの影響を直接
的に伝達するBGA基板を使用した場合はその応力歪も
大きくなり、電子回路装置の信頼性を保証するには問題
あるものであった。
However, as the size of a semiconductor chip mounted on a BGA becomes larger, for example, as in a recent RISC chip, the BGA packaging structure using the conventional method has a BGA connection that guarantees connection reliability of electronic devices. There has been a problem that the reliability cannot be sufficiently secured. Specifically, as the size of the semiconductor chip 1 mounted on the BGA becomes larger, the BGA mounting the semiconductor chip becomes larger.
The size of the substrate 2 is also increased, and the stress strain generated on the ball electrode 4 disposed on the back surface of the BGA substrate 2 is increased as compared with the conventional BGA mounting structure. The stress strain in the semiconductor chip 1
The stress strain is locally generated on the bump electrode 8 on the side, and the bump electrode connecting the semiconductor chip and the BGA circuit wiring board is destroyed. The bump electrode destruction due to the local new stress strain is different from the stress destruction at the bump electrode located at the maximum distance from the center of the semiconductor chip so far, and the semiconductor chips are connected as shown in FIG. Particularly noticeable near the outermost bump electrode,
When a BGA substrate that directly transmits the influence of local stress strain is used for the purpose of thinning in recent years, the stress strain increases, and there is a problem in guaranteeing the reliability of the electronic circuit device. Was.

【0007】一方、近年の電子機器は、多種類の半導体
チップを実装してシステムの高機能化を実現している。
最も高密度半導体実装技術としてフリップチップ実装技
術が上げられることは前記の通りであるが、フリップチ
ップ実装を行なうためには半導体チップに対しバンプを
形成する必要がある。これまでのバンプ電極形成方法と
しては、米国特許3410774号公報、米国特許34
58295号公報、及びIBM Journal of Research a
nd Development, pp226-229, May 1969 に記載の蒸着
法、特開昭58−225652号公報、特開平1−13
4953号公報に記載の電気めっき法を用いることが一
般的に行なわれてきた。これらの方法を用いたバンプ電
極形成方法は半導体デバイスの形成されたウエハに対し
てバンプ電極形成を行なうため、半導体チップの低コス
ト化を実現できるものであった。
On the other hand, recent electronic devices have realized a high-performance system by mounting various types of semiconductor chips.
As described above, the flip-chip mounting technology can be used as the highest-density semiconductor mounting technology. However, in order to perform flip-chip mounting, it is necessary to form bumps on a semiconductor chip. Conventional bump electrode forming methods include U.S. Pat. No. 3,410,774 and U.S. Pat.
No. 58295, and IBM Journal of Research a
nd Development, pp. 226-229, May 1969, JP-A-58-225652, JP-A-1-13.
It has been common practice to use the electroplating method described in US Pat. In the bump electrode forming method using these methods, the bump electrodes are formed on the wafer on which the semiconductor devices are formed, so that the cost of the semiconductor chip can be reduced.

【0008】ところが、このようにウエハ状態により一
括してバンプ形成を行なう方法においては、半導体ウエ
ハから分割ダイシングされたペレット状態の半導体チッ
プに対しては、容易にバンプ形成できない問題があっ
た。このバンプ電極形成できない問題は、システムの高
機能化を目的として多種の半導体チップを電子機器に搭
載するため、ペレット状態の市販ベアチップを対象にし
て、フリップチップ実装する場合に特に重大な問題とな
っていた。このペレット状態の半導体チップに対してバ
ンプ形成を行なう重大な課題は、近年のフリップチップ
実装に限らずこれまでのTAB実装を行なう場合にも問
題であったため、ペレット状態の半導体チップにバンプ
形成する多くの提案がこれまで行なわれている。例え
ば、Proceeding ISHM 1994, pp437-478, 1994 では、ワ
イヤーボンディング装置を使用したワイヤーバンピング
法でAuバンプをベアチップに形成している。Proceedi
ng ECTC 1991, pp26-29, 1991 及びProceeding ECTC 19
90, pp412-417, 1990 では、半導体チップのパッシベー
ション膜をマスクにして無電解めっき法でバンプ電極を
形成している。Proceeding ISHM pp45-49,1989では、バ
ンプ形成基板に形成したバンプ電極を半導体チップに転
写している。さらに、Proceeding ECTC 1992, pp487-49
1,1992では、異方性導電接着剤を使用してバンプ電極を
形成しないでベアチップをフリップチップ実装すること
が行なわれている。
However, the method of forming bumps in a lump according to the state of a wafer as described above has a problem that bumps cannot be easily formed on a semiconductor chip in a pellet state which is divided and diced from a semiconductor wafer. This problem of not being able to form bump electrodes is a particularly serious problem when flip chip mounting is used for commercial bare chips in the form of pellets because various types of semiconductor chips are mounted on electronic devices for the purpose of enhancing the functionality of the system. I was Since the serious problem of forming a bump on a semiconductor chip in a pellet state is not limited to flip chip mounting in recent years but also in performing TAB mounting in the past, bump formation is performed on a semiconductor chip in a pellet state. Many proposals have been made. For example, in Proceeding ISHM 1994, pp. 437-478, 1994, an Au bump is formed on a bare chip by a wire bumping method using a wire bonding apparatus. Proceedi
ng ECTC 1991, pp26-29, 1991 and Proceeding ECTC 19
90, pp412-417, 1990, bump electrodes are formed by electroless plating using a passivation film of a semiconductor chip as a mask. In Proceeding ISHM pp. 45-49, 1989, bump electrodes formed on a bump forming substrate are transferred to a semiconductor chip. In addition, Proceeding ECTC 1992, pp487-49
In 1,1992, a bare chip is flip-chip mounted without forming a bump electrode using an anisotropic conductive adhesive.

【0009】ところが、上記ワイヤーバンピング法でバ
ンプ形成する方法では、近年のI/O数が増加する半導
体チップを実装する場合、形成するバンプ数も増加する
ためバンプ形成時間が長くなり、バンプ製造コストが増
加してしまう。また、無電解めっき法でバンプ形成する
方法では、ボンディングパッド上に金属膜が等方的に折
出するため、接続信頼性が充分なバンプ高さを確保する
のに限界が発生する問題があった。さらに、バンプ基板
に形成したバンプ電極を半導体チップに転写する方法で
は、バンプ形成基板の製造コストと、形成したバンプ電
極を半導体チップに転写するプロセスコストが重なり、
フリップチップ実装としての製造コストが高くなる問題
があった。また、バンプ電極を形成しないで異方性導電
接着剤を使用してフリップチップ実装する方法では、異
方性導電接着剤の微細接続の限界から多ピン微細I/O
の半導体チップには適応できない問題があった。
However, in the method of forming bumps by the wire bumping method described above, when mounting a semiconductor chip in which the number of I / Os is increasing in recent years, the number of bumps to be formed also increases, so that the bump formation time becomes longer and the bump manufacturing cost increases. Will increase. Also, in the method of forming bumps by electroless plating, since the metal film isotropically bends on the bonding pads, there is a problem that the connection reliability is limited in securing a sufficient bump height. Was. Furthermore, in the method of transferring the bump electrode formed on the bump substrate to the semiconductor chip, the manufacturing cost of the bump formed substrate and the process cost of transferring the formed bump electrode to the semiconductor chip overlap,
There has been a problem that the manufacturing cost as flip-chip mounting increases. Also, in the flip-chip mounting method using an anisotropic conductive adhesive without forming a bump electrode, the multi-pin fine I / O due to the limit of fine connection of the anisotropic conductive adhesive.
There is a problem that cannot be applied to the semiconductor chip.

【0010】また、以上のような方法を用いてバンプ形
成を行ないフリップチップ実装する場合では、いずれの
方法においても一般的な蒸着法、電気めっき法を用いて
フリップチップ実装を行なった場合に比較して、バンプ
シェア強度を充分な値に確保できない問題があり、近年
のような大型半導体チップを対象にしたフリップチップ
実装では半導体チップと回路配線基板の熱膨張係数の相
異に起因する応力歪を緩和することができないため、バ
ンプ接続信頼性に問題あるものとなっていた。さらに、
電子機器の実装信頼性を向上するためにはKGD(Know
n Good Die)は不可欠なものであり、ダイシング前のウ
エハー状態では一般的なKGDを実施することが可能で
ある。ところが、ペレット状態の半導体チップに対して
は現在の技術ではKGDは困難となっている。従って、
ペレット状態の半導体チップに後工程としてバンプ形成
したベアチップに対してもKGDは困難であり、信頼性
の高い電子回路装置を実現する上で問題となっていた。
[0010] In addition, in the case where flip-chip mounting is performed by forming bumps using the above-described method, any of the methods is compared with the case where flip-chip mounting is performed using a general vapor deposition method or electroplating method. As a result, there is a problem that the bump share strength cannot be secured to a sufficient value. In recent years, in flip-chip mounting for a large-sized semiconductor chip, stress distortion caused by a difference in a thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and a circuit wiring board is caused. Therefore, there is a problem in bump connection reliability. further,
In order to improve the mounting reliability of electronic devices, KGD (Know
n Good Die) is indispensable, and general KGD can be performed in a wafer state before dicing. However, for semiconductor chips in a pellet state, KGD is difficult with current technology. Therefore,
KGD is difficult even for a bare chip in which bumps are formed as a post-process on a semiconductor chip in a pellet state, which has been a problem in realizing a highly reliable electronic circuit device.

【0011】なお、以上の多くの問題を解決する方法と
して、図20(d)に示すように、TABテープ35の
裏面に、ボール形成端子12を介してはんだボール4を
配置するテープBGA(T−BGA)が提案されている。
同図において、符号32はカバープレート、33はステ
ィフナ、34はTABインナリードである。ところが、
このT-BGAは、TAB用テープを使用して半導体チップ
1の周辺部分にはんだボール4を配置しているため、半
導体チップ1の寸法に比較してBGAパッケージサイズ
が極めて大きくなり、電子機器を小型化できない問題が
あった。このためCSP(Chip Scale Package)とし
て、半導体チップと同等寸法でボール電極を配置して小
型化する、例えばElectronic Package Production pp.4
9-53, January 1998, に開示されたμ-BGAも一方では提
案されているが、ダイシングされたペレット状態の半導
体チップをパッケージ内部にフリップチップ実装する場
合に発生する上述の問題は解決できるものではなかっ
た。
As a method for solving the above many problems, as shown in FIG. 20D, a tape BGA (T) in which the solder balls 4 are arranged on the back surface of the TAB tape 35 via the ball forming terminals 12 is used. -BGA) has been proposed.
In the figure, reference numeral 32 denotes a cover plate, 33 denotes a stiffener, and 34 denotes a TAB inner lead. However,
In this T-BGA, since the solder balls 4 are arranged around the semiconductor chip 1 using a TAB tape, the BGA package size becomes extremely large as compared with the size of the semiconductor chip 1, so that electronic equipment can be used. There was a problem that miniaturization was not possible. For this reason, as a CSP (Chip Scale Package), ball electrodes are arranged in the same size as a semiconductor chip to reduce the size. For example, Electronic Package Production pp.4
On the other hand, μ-BGA disclosed in 9-53, January 1998, has been proposed, but it can solve the above-mentioned problem that occurs when flip-chip mounting a semiconductor chip in a diced pellet state inside a package Was not.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなフリップ
チップ実装においては、熱膨張係数の不整合に起因する
応力歪がバンプ電極に集中してバンプ電極が破壊される
という問題があった。このため、半導体チップに発生す
る最大剪断歪を緩和する多くの方法が提案されて接続信
頼性はある程度までは充分向上できるようになってき
た。フリップチップ実装技術の場合と同様に、ボール電
極で接続を行なうBGAを回路配線基板に接続する場合
も、ボール接続信頼性を向上させて電子回路装置の実装
信頼性を充分確保する必要があった。このため、フリッ
プチップ実装と同様の方法によりボール最大剪断歪を緩
和することが行なわれてきた。これらの方法を用いるこ
とでBGAの接続信頼性もある程度まで向上することが
できるようになってきたが、近年のように、BGAに搭
載する半導体チップの寸法がRISCチップに代表され
るように大型化されてくると、これまでの方法ではボー
ル接続信頼性を充分に確保できなくなる問題があった。
この問題は半導体チップ寸法が大きくなるとBGAボー
ル電極中の応力歪が従来までの構造と比較して大きくな
り、半導体チップ側バンプ電極に半導体チップの最大距
離に位置するバンプ応力歪とは異なる局所的な応力歪を
集中発生させることになり、半導体チップの最外周バン
プ電極付近でバンプ電極破壊が特に多く発生するもので
あった。
In the above-described flip-chip mounting, there is a problem that stress strain caused by mismatch of thermal expansion coefficients is concentrated on the bump electrode and the bump electrode is destroyed. For this reason, many methods have been proposed to alleviate the maximum shear strain generated in the semiconductor chip, and the connection reliability can be sufficiently improved to some extent. Similarly to the case of the flip-chip mounting technology, when connecting a BGA connected by a ball electrode to a circuit wiring board, it is necessary to improve the ball connection reliability and sufficiently secure the mounting reliability of the electronic circuit device. . For this reason, the ball maximum shear strain has been alleviated by a method similar to flip chip mounting. By using these methods, the connection reliability of the BGA can be improved to a certain extent. However, recently, the size of the semiconductor chip mounted on the BGA is large, as represented by a RISC chip. However, there has been a problem that ball connection reliability cannot be sufficiently ensured by the conventional methods.
The problem is that as the size of the semiconductor chip increases, the stress strain in the BGA ball electrode increases compared to the conventional structure, and the bump electrode located on the semiconductor chip side differs locally from the bump stress strain located at the maximum distance of the semiconductor chip. As a result, a large amount of stress strain is generated, and bump electrode destruction occurs particularly near the outermost bump electrode of the semiconductor chip.

【0013】一方、フリップチップ実装を実現するため
必要なバンプ電極形成として、従来までは蒸着法、電気
めっき法などが一般的に用いられてきたが、電子機器シ
ステムの高機能化を達成するため市販のペレット状態ベ
アチップを対象にしてフリップチップ実装を行なう場合
は、半導体チップがペレット状態のため、従来までの方
法では半導体チップにバンプ形成できない問題があっ
た。そこで、ワイヤーバンピング法、無電解めっき法、
転写バンプ法、異方性導電接着剤などを用いた方法が考
案され、TAB実装などを対象にしてある程度までその
効果が発揮されるようになってきた。ところが、I/O
数の増加に伴うパッドピッチの微細化、半導体チップ寸
法の大型化が進行している近年の半導体チップに対して
従来までの方法を用いると、微細接続技術の限界と共
に、実装コストの増加、接続信頼性の低下が顕著とな
り、実用上問題ある方法となっていた。さらに、これら
上述の方法では従来までの蒸着法、電気めっき法に比較
してバンプシェア強度を確保できなくなるため、熱膨張
係数の相異に起因するバンプ応力歪を充分緩和すること
ができなくなり、バンプ接続信頼性を充分確保できなく
なる問題が発生していた。さらに、ペレット状態に分割
した半導体チップに後工程としてバンプ形成した場合、
電子機器の信頼性保証からKGDを実施する必要がある
が、ペレット状態の半導体チップに対しKGDを実施す
ることが技術的に困難なことも問題となっていた。な
お、特に近年の先端実装パッケージとしてT-BGA,CS
P,μ-BGAが提案されているが、いずれも上記のような
問題を解決できるものではなかった。
On the other hand, as a method for forming bump electrodes necessary for realizing flip-chip mounting, a vapor deposition method, an electroplating method, and the like have been generally used until now. When flip chip mounting is performed on a commercially available bare chip in the form of a pellet, the semiconductor chip is in a pellet state, and there has been a problem that bumps cannot be formed on the semiconductor chip by the conventional method. Therefore, wire bumping method, electroless plating method,
A transfer bump method, a method using an anisotropic conductive adhesive, and the like have been devised, and the effects thereof have been exhibited to some extent for TAB mounting and the like. However, I / O
The use of conventional methods for recent semiconductor chips, in which the pad pitch is becoming finer and the semiconductor chip size is increasing with the increase in the number of semiconductor chips, increases the mounting cost and connection with the limitations of fine connection technology. The reliability has been remarkably reduced, and this method is problematic in practical use. Furthermore, in the above-described methods, since the bump share strength cannot be secured as compared with the conventional vapor deposition method and the electroplating method, the bump stress strain due to the difference in the thermal expansion coefficient cannot be sufficiently reduced, There has been a problem that sufficient bump connection reliability cannot be ensured. Furthermore, when bumps are formed as a post-process on a semiconductor chip divided into pellets,
Although it is necessary to perform KGD in order to guarantee the reliability of electronic devices, it has been a problem that it is technically difficult to perform KGD on a semiconductor chip in a pellet state. In particular, T-BGA, CS as a recent advanced package
Although P and μ-BGA have been proposed, none of them can solve the above problems.

【0014】本発明は上記の問題を鑑みてなされたもの
であり、回路配線基板の主面に半導体チップが搭載され
ているBGA半導体装置の裏面に配置されるボール電極
用のパッドがバンプ電極の配置される領域以外の領域に
最適に配置されることによりペレット状態の半導体チッ
プを高い接続信頼性で低コストにフリップチップ実装で
きるKGD可能なBGA型半導体装置を実現することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a ball electrode pad disposed on the back surface of a BGA semiconductor device having a semiconductor chip mounted on a main surface of a circuit wiring board is provided with a bump electrode. It is an object of the present invention to realize a BGA type semiconductor device capable of flip-chip mounting a semiconductor chip in a pellet state with high connection reliability and low cost by being optimally arranged in an area other than the area where the semiconductor chip is arranged.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係るボールグリッドアレイ型半導体装置
は、複数個のボンディングパッドを有する半導体チップ
と、主面にバンプ電極により前記半導体チップがフリッ
プチップ実装されると共に裏面にボール電極用のパッド
が配置された回路配線基板と、を備えるものにおいて、
前記ボール電極用のパッドが、前記主面に前記バンプ電
極が配置されている領域に対応する前記裏面の領域以外
の領域に配置されていることを特徴とする。また、請求
項2に係るボールグリッドアレイ型半導体装置は、請求
項1に記載のものにおいて、前記回路配線基板は前記半
導体チップの外形より大きい外形寸法を有し、前記バン
プ電極は前記半導体チップと前記回路配線基板の主面と
の間に所定の配置で設けられると共に、前記ボール電極
用のパッドは前記バンプ電極が配置された前記主面の領
域に対応する前記回路配線基板の裏面の領域以外の領域
に配置されていることを特徴としている。また、請求項
3に係るボールグリッドアレイ型半導体装置は請求項1
に記載のものにおいて、前記バンプ電極は前記半導体チ
ップと前記回路配線基板の主面との間に所定の配置で設
けられ、前記ボール電極用のパッドは前記主面に前記バ
ンプ電極が配置されている領域に対応する前記裏面の領
域の内側にアレイ状に配置されていることを特徴として
いる。また、請求項4に係るボールグリッドアレイ型半
導体装置は、請求項1に記載のものにおいて、前記回路
配線基板は前記半導体チップの外形より小さい外形寸法
を有し、前記バンプ電極は前記半導体チップと前記回路
配線基板の主面との間に所定の配置で設けられると共
に、前記ボール電極用のパッドは前記バンプ電極が配置
された領域に対応する前記基板の裏面側の領域以外の領
域に配置されていることを特徴としている。これらの請
求項2ないし請求項4において、バンプ電極が設けられ
る所定の配置とは半導体チップの周縁に沿った配置が好
ましいが、このような周縁配置のみならずエリア配置,
千鳥配置等の種々の配置が考えられ得る。さらに、半導
体チップの外形の寸法よりもBGA回路配線基板の外形
の寸法の方が小さいボールグリッドアレイ型半導体装置
において、半導体チップとBGA回路配線基板の主面の
間の所定位置にバンプ電極が配置され、BGA回路配線
基板の主面のバンプ電極が配置されている領域に対応す
る裏面の領域の内側の領域にボール電極用のパッドをア
レイ状に設けるようにしても良い。このように構成した
場合、封止樹脂により半導体チップよりも小さいBGA
回路配線基板とのそれぞれの周囲が囲まれるように封止
されるので、BGA型半導体装置の小型化と取付面積の
縮小化を図ることが可能となる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a ball grid array type semiconductor device comprising: a semiconductor chip having a plurality of bonding pads; And a circuit wiring board on which flip-chip mounting and ball electrode pads are arranged on the back surface.
The ball electrode pad is arranged in a region other than the rear surface region corresponding to the region where the bump electrode is arranged on the main surface. A ball grid array type semiconductor device according to claim 2 is the device according to claim 1, wherein the circuit wiring board has an outer size larger than an outer shape of the semiconductor chip, and the bump electrode is formed with the semiconductor chip. The pad for the ball electrode is provided in a predetermined arrangement between the main surface of the circuit wiring substrate and the pad for the ball electrode other than the region on the back surface of the circuit wiring substrate corresponding to the region of the main surface on which the bump electrode is disposed. Are arranged in the region of (1). In addition, the ball grid array type semiconductor device according to claim 3 is claim 1.
Wherein the bump electrodes are provided in a predetermined arrangement between the semiconductor chip and the main surface of the circuit wiring board, and the pad for the ball electrode is such that the bump electrodes are arranged on the main surface. Are arranged in an array inside the region on the back surface corresponding to the region in which it is located. According to a fourth aspect of the present invention, in the ball grid array type semiconductor device according to the first aspect, the circuit wiring board has an outer dimension smaller than an outer dimension of the semiconductor chip, and the bump electrode is connected to the semiconductor chip. A predetermined arrangement is provided between the main surface of the circuit wiring board and the pad for the ball electrode. The pad for the ball electrode is arranged in a region other than the region on the back surface side of the substrate corresponding to the region where the bump electrode is arranged. It is characterized by having. In the second to fourth aspects of the present invention, the predetermined arrangement where the bump electrodes are provided is preferably an arrangement along the periphery of the semiconductor chip.
Various arrangements such as a staggered arrangement can be considered. Further, in a ball grid array type semiconductor device in which the outer dimensions of the BGA circuit wiring board are smaller than the outer dimensions of the semiconductor chip, bump electrodes are arranged at predetermined positions between the semiconductor chip and the main surface of the BGA circuit wiring board. Then, the pads for the ball electrodes may be provided in an array in a region inside the region on the back surface corresponding to the region where the bump electrodes are arranged on the main surface of the BGA circuit wiring board. In the case of such a configuration, the BGA smaller than the semiconductor chip is formed by the sealing resin.
Since the BGA type semiconductor device is sealed so as to surround the circuit wiring board, the size and mounting area of the BGA type semiconductor device can be reduced.

【0016】また、少なくとも複数個のボンディングパ
ッドを備えた半導体チップが回路配線基板主面にバンプ
電極によりフリップチップ実装されていることと、回路
配線基板裏面にボール電極がアレイ状に配置されている
ボールグリッドアレイ型半導体装置は、半導体チップと
回路配線基板を接続するバンプ電極の仮想線上にボール
電極を配置しない領域を有する回路配線基板を形成する
工程と、回路配線基板上のバンプ電極を半導体チップの
ボンディングパッドに位置合わせする工程と、回路配線
基板裏面のボール電極が配置されない領域に少なくとも
加熱機構または振動機構のうち少なくとも一方を有する
尖形冶具を位置合わせして加熱または振動のうち少なく
とも1方法を用いて半導体チップを回路配線基板に接続
する工程とにより製造するようにしても良い。上記のよ
うな製造方法により製造されたボールグリッドアレイ型
半導体装置では、ボール電極の配置されない禁止領域
が、少なくとも半導体チップを接続するバンプ径以上の
面積領域を有することと、尖形冶具が隣接するボール電
極に接触しない面積領域以上を有することになる。
A semiconductor chip having at least a plurality of bonding pads is flip-chip mounted on the main surface of the circuit wiring board by bump electrodes, and ball electrodes are arranged in an array on the back surface of the circuit wiring substrate. A ball grid array type semiconductor device includes a step of forming a circuit wiring board having a region where a ball electrode is not arranged on a virtual line of a bump electrode connecting a semiconductor chip and the circuit wiring board; At least one method of heating or vibrating by positioning a pointed jig having at least one of a heating mechanism and a vibrating mechanism in a region where a ball electrode is not arranged on a back surface of a circuit wiring board. Connecting the semiconductor chip to the circuit wiring board using It may be elephants. In the ball grid array type semiconductor device manufactured by the manufacturing method as described above, the forbidden region where the ball electrode is not arranged has at least an area larger than the diameter of the bump connecting the semiconductor chip, and the pointed jig is adjacent to the forbidden region. It has an area or more that does not contact the ball electrode.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の
好適な実施形態について、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。まず、図1ないし図8を用いて本発明の第
1実施形態に係る半導体装置の構成とその製造方法につ
いて説明する。図1において、半導体装置は、図中下面
側に複数個のボンディングパッドを有する半導体チップ
1と、主面(図中の上面)にバンプ電極8により前記半
導体チップ1がフリップチップ実装されると共に裏面
(図中の下面)にボール電極用のパッド(図1では図示
されず)が配置されたBGA回路配線基板2とを備え
る。この半導体装置においては、半導体チップ1と基板
2との接合面は封止樹脂3により封止されており、ま
た、回路配線基板2は、図示されない上記パッドに溶着
されるはんだにより形成されたボール電極4によりマザ
ーボード等の回路装置基板7に固着される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. First, a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention and a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, a semiconductor device has a semiconductor chip 1 having a plurality of bonding pads on a lower surface side in the figure, and the semiconductor chip 1 is flip-chip mounted on a main surface (an upper surface in the figure) by bump electrodes 8 and a back surface. (A lower surface in the figure) and a BGA circuit wiring board 2 on which ball electrode pads (not shown in FIG. 1) are arranged. In this semiconductor device, the bonding surface between the semiconductor chip 1 and the substrate 2 is sealed with a sealing resin 3, and the circuit wiring board 2 is formed of a ball formed by solder which is welded to the pad (not shown). It is fixed to a circuit device substrate 7 such as a motherboard by the electrodes 4.

【0018】前記回路配線基板2においては、図3に示
すように、ボール電極4用のパッドが、前記主面に前記
バンプ電極8が配置されている領域5に対応する前記裏
面の領域以外の領域に配置されており、この構成が第1
実施形態に係る半導体装置の特徴である。このような特
徴を有する第1実施形態に係る半導体装置の製造方法に
ついて、図2(a)(b)(c)(d)および図3
(e)(f)(g)を参照しながら説明する。
In the circuit wiring board 2, as shown in FIG. 3, the pads for the ball electrodes 4 are provided on the main surface other than the region on the back surface corresponding to the region 5 where the bump electrodes 8 are arranged. Area, and this configuration is the first
This is a characteristic of the semiconductor device according to the embodiment. FIGS. 2 (a), 2 (b), 2 (c), 3 (d) and FIGS. 3 (a), 3 (b), 3 (c) and 3 (d) show a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment having such features.
This will be described with reference to (e), (f), and (g).

【0019】まず、図2(a)において、ボンディング
パッド部分を除いてPSG(リン・シリカ・ガラス)と
SiN(窒化シリコン)でパッシベーションされ、ペレ
ット状態にダイシングされている半導体チップ1を製造
する。なお、この半導体チップ1は本発明の主旨から、
一般的に市販されているペレット状態の半導体チップで
も良く、その製造方法は何ら限定されるものではない
が、第1実施形態では上記の様な半導体チップを用い
た。この半導体チップ1には100μm のボンディン
グパッド21が半導体チップ1の周囲に添って、半導体
チップ1のエッジ部分から内側2mmの位置に256個
配置されている。半導体チップ1は10mm×10mm
の寸法を有するものを用いた。一方、図2(b)に示す
ように、半導体チップ1を搭載するBGA回路配線基板
2には例えば米国特許4811082号公報あるいは通
常のガラスエポキシ基板上に絶縁層と導体層を相互にビ
ルドアップしたプリント基板SLC(Surface Laminar
Circuit)基板を用いることができる。したがって、例
えばポリイミド樹脂を基板主材として表面に銅配線が形
成されている公知のフレキシブル基板を用いることが可
能である。
First, in FIG. 2A, a semiconductor chip 1 is manufactured which is passivated by PSG (phosphorus silica glass) and SiN (silicon nitride) except for a bonding pad portion and diced into a pellet state. In addition, this semiconductor chip 1 is, from the gist of the present invention,
Generally, a commercially available pellet-shaped semiconductor chip may be used, and the manufacturing method thereof is not limited at all. However, in the first embodiment, the above-described semiconductor chip is used. In this semiconductor chip 1, 256 bonding pads 21 of 100 μm are arranged along the periphery of the semiconductor chip 1 at a position 2 mm inside from the edge of the semiconductor chip 1. The semiconductor chip 1 is 10 mm × 10 mm
Having the following dimensions were used. On the other hand, as shown in FIG. 2B, for a BGA circuit wiring board 2 on which a semiconductor chip 1 is mounted, an insulating layer and a conductor layer are mutually built up on, for example, US Pat. No. 4,811,082 or a normal glass epoxy board. Printed circuit board SLC (Surface Laminar
Circuit) substrate can be used. Therefore, it is possible to use a known flexible substrate having a copper wiring formed on its surface using, for example, a polyimide resin as a main material of the substrate.

【0020】このBGA回路配線基板2の表面には半導
体チップ1を接続する100μm径のAuバンプ8がソ
ルダレジスト24上に形成された半導体接続端子23を
介して設けられる。Auバンプ8の製造方法は特に限定
されないが、例えば特開昭62−125650号公報ま
たは特開昭59−181577号公報、特開昭63−1
60250号公報の様に、公知の技術である蒸着法、あ
るいは電気めっき法を用いることができる。バンプ電極
8の材質もAuに限定されるものではなく、Al,A
u,W,Cu,Ni,Cr,Pt,Pdから選択される
金属やこれら金属を主成分とする合金であれば良い。説
明のため、本第1実施形態ではAuバンプとした。この
形成するAuバンプは半導体チップのボンディングパッ
ドに対応した位置に256個が配置されている。さらに
Auバンプ8にはNi/Tiバリアメタルが形成されて
おり、高さ50μm±2μmの精度に制御されている。
On the surface of the BGA circuit wiring board 2, an Au bump 8 having a diameter of 100 μm for connecting the semiconductor chip 1 is provided via a semiconductor connection terminal 23 formed on a solder resist 24. The method for producing the Au bump 8 is not particularly limited, but is described in, for example, JP-A-62-125650, JP-A-59-181577, and JP-A-63-1.
As disclosed in JP-A-60250, a known technique such as a vapor deposition method or an electroplating method can be used. The material of the bump electrode 8 is not limited to Au.
Metals selected from u, W, Cu, Ni, Cr, Pt, and Pd and alloys containing these metals as main components may be used. For the sake of explanation, Au bumps are used in the first embodiment. 256 Au bumps are formed at positions corresponding to the bonding pads of the semiconductor chip. Further, a Ni / Ti barrier metal is formed on the Au bump 8, and the height is controlled to an accuracy of 50 μm ± 2 μm.

【0021】さらに、BGA回路配線基板の裏面にはN
i/Cuから構成されるボール接続端子12が200μ
mφで256個アレイ状に配置されている。このBGA
回路配線基板裏面に配置されるボール接続端子12は半
導体チップ1を接続する回路配線基板主面のバンプ電極
仮想線上には配置されていない。具体的には、15mm
×15mmの外形寸法を有する回路配線基板における1
0mm×10mmの半導体チップ1と同一寸法の領域か
ら内側部分の2mmを中心として±100μm幅以上を
ボール電極12の配置禁止領域としている。なお、この
はんだボールの製造方法も特に限定されるものではない
が、例えば、スクリーン印刷用のメタルマスクを用いて
回路配線基板の裏面に設けられた電極端子にはんだペー
ストをスクリーン印刷して、全体をリフローすることに
より形成することができる。このはんだペーストには、
Pb/Sn=37/63の共晶はんだペーストを用い、
はんだリフロー後にイソプロピルアルコールでBGA回
路配線基板を10分間洗浄することが好ましい。なお、
この第1実施形態で使用した15mm×15mmの外形
寸法を有する回路配線基板2は、10mm×10mmの
外形寸法を有する半導体チップと同一寸法であるバンプ
接続部分を除いてソルダーレジスト24が表面と裏面に
被覆されている。以上の構成の半導体チップを回路配線
基板に実装してBGA半導体装置を製造する。その製造
方法は以下の通りである。
Further, the back surface of the BGA circuit wiring board has N
i / Cu ball connection terminal 12 is 200 μm
256 are arranged in an array with mφ. This BGA
The ball connection terminals 12 arranged on the back surface of the circuit wiring board are not arranged on the virtual lines of the bump electrodes on the main surface of the circuit wiring board connecting the semiconductor chip 1. Specifically, 15mm
1 in a circuit wiring board with external dimensions of × 15 mm
The arrangement prohibited area of the ball electrode 12 is ± 100 μm or more from the area of the same size as the semiconductor chip 1 of 0 mm × 10 mm and 2 mm of the inner part as a center. The method of manufacturing the solder ball is not particularly limited, but, for example, a screen printing of a solder paste is performed on an electrode terminal provided on the back surface of the circuit wiring board using a metal mask for screen printing, so that Can be formed by reflowing. This solder paste contains
Using a eutectic solder paste of Pb / Sn = 37/63,
It is preferable to wash the BGA circuit wiring board with isopropyl alcohol for 10 minutes after the solder reflow. In addition,
The circuit wiring board 2 having the external dimensions of 15 mm × 15 mm used in the first embodiment has the solder resist 24 having the front and rear surfaces except for a bump connection portion having the same dimensions as the semiconductor chip having the external dimensions of 10 mm × 10 mm. Is coated. The BGA semiconductor device is manufactured by mounting the semiconductor chip having the above configuration on a circuit wiring board. The manufacturing method is as follows.

【0022】まず、図2(c)に示すように、公知の技
術であるハーフミラーを有して位置合わせを行なうフリ
ップチップボンダーを用いて半導体チップのボンディン
グパッドと回路配線基板上のバンプ電極の位置合わせを
行なう。半導体チップ1は加熱機構を有するコレット1
3に保持され350℃の窒素雰囲気中で予備加熱されて
いる。次いで、図2(d)に示すように、半導体チップ
と回路配線基板が接触された状態で、半導体チップ1の
ボンディングパッド21に対応するヒートツール14を
350℃に加熱してBGA回路配線基板の裏面に接触さ
せ、2kg/mm2 〜5kg/mm2 加圧力を5秒間加
えながら、回路配線基板2のAuバンプを半導体チップ
1のAlボンディングパッドと電気的・機械的に接続す
る。なお、第1実施形態に記載したこれら接続条件は公
知のものであり、半導体チップを回路配線基板上に接続
する圧力範囲、接続時間等は特に限定されるものではな
い。このようにして、図3(e)に示すようなBGA半
導体装置が形成される。
First, as shown in FIG. 2 (c), a bonding pad of a semiconductor chip and a bump electrode on a circuit wiring board are formed using a flip chip bonder having a half mirror, which is a known technique and performing alignment. Perform alignment. The semiconductor chip 1 is a collet 1 having a heating mechanism.
3 and preheated in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. Next, as shown in FIG. 2D, in a state where the semiconductor chip and the circuit wiring board are in contact with each other, the heat tool 14 corresponding to the bonding pad 21 of the semiconductor chip 1 is heated to 350.degree. contacting the rear surface, while applying 2kg / mm 2 ~5kg / mm 2 pressure for 5 seconds, it connects the Au bumps of the circuit wiring board 2 and electrically and mechanically Al bonding pads of the semiconductor chip 1. Note that these connection conditions described in the first embodiment are known, and the pressure range, connection time, and the like for connecting the semiconductor chip on the circuit wiring board are not particularly limited. Thus, a BGA semiconductor device as shown in FIG. 3E is formed.

【0023】なお、本第1実施形態に記載した半導体チ
ップ接続用のヒートツールはその形状が特に限定されな
い。例えば、ヒートツール形状はBGAボールは位置禁
止領域に挿入できれば良いため、図5(a)に示すよう
に、256個が独立した凸型を有しても良く、また図5
(b)に示すように、ボンディングパッド14に対応す
る連続した形状を有しても良い。第1実施形態では説明
の便宜のため、256個のヒートツールが独立した凸型
を有するものを使用した。なお、その先端寸法はBGA
ボール4配置禁止領域よりも小さく、バンプ径よりも大
きい150μmφである。以上のように、BGA回路配
線基板上にフリップチップ実装された半導体チップと回
路配線基板が作る隙間部分の寸法はバンプ高さ50μm
±2μmよりも全体平均で2μm小さい寸法の48μm
±2μmであった。
The shape of the heat tool for connecting a semiconductor chip described in the first embodiment is not particularly limited. For example, as long as the shape of the heat tool is such that the BGA ball can be inserted into the position prohibition area, 256 pieces may have independent convex shapes as shown in FIG.
As shown in (b), it may have a continuous shape corresponding to the bonding pad 14. In the first embodiment, 256 heat tools having independent convex shapes are used for convenience of explanation. The tip dimension is BGA
The diameter is 150 μmφ, which is smaller than the ball 4 placement prohibited area and larger than the bump diameter. As described above, the size of the gap formed between the semiconductor chip flip-chip mounted on the BGA circuit wiring board and the circuit wiring board has a bump height of 50 μm.
48 μm with dimensions 2 μm smaller on average than ± 2 μm
± 2 μm.

【0024】なお、図3(f)に示すように、必要に応
じてこの隙間部分に公知の技術である、封止樹脂3を配
置することも可能である。封止する樹脂として、例え
ば、ビスフェノール系エポキシとイミダソール硬化触
媒、酸無水物硬化剤と球状の石英フィラを重量比で45
wt%含有するエポキシ樹脂を用いることができる。ま
た例えばクレゾールノボラックタイプのエポキシ樹脂
(ECON−195XL;住友化学社製)100重量
部、硬化剤としてのフェノール樹脂54重量部、充填剤
としての溶融シリカ100重量部、触媒としてのベンジ
ルジメチルアミン剤3重量部を粉砕、混合、溶融したエ
ポキシ樹脂溶融体を用いることも可能であり、その材料
は限定されるものではない。以上の方法により、図4に
示すような、半導体チップがBGA回路配線基板上にフ
リップチップ実装され、隙間部分にエポキシ樹脂が封止
されたBGA半導体装置を実現できる。
As shown in FIG. 3 (f), if necessary, a sealing resin 3, which is a known technique, can be disposed in this gap. As a resin to be sealed, for example, bisphenol-based epoxy, imidazole curing catalyst, acid anhydride curing agent and spherical quartz filler are mixed at a weight ratio of 45.
An epoxy resin containing wt% can be used. Further, for example, 100 parts by weight of a cresol novolac type epoxy resin (ECON-195XL; manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 54 parts by weight of a phenol resin as a curing agent, 100 parts by weight of fused silica as a filler, and benzyldimethylamine agent 3 as a catalyst It is also possible to use an epoxy resin melt obtained by pulverizing, mixing and melting parts by weight, and the material is not limited. By the above method, a BGA semiconductor device in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on a BGA circuit wiring board and an epoxy resin is sealed in a gap portion as shown in FIG. 4 can be realized.

【0025】このときBGA裏面に形成されるはんだボ
ールは搭載される半導体チップとBGA回路配線基板を
接続するバンプ電極の仮想線を中心にして、±100μ
mの範囲内にレイアウトされない配置となっている。具
体的には、このときの半導体チップを接続するためのA
uバンプ電極レイアウトは半導体チップのエッジ部分か
ら2mm内側に配置されており、BGA半導体装置のボ
ール電極もBGA回路配線基板の端部から2mm内側に
ボール電極配置禁止領域を有する配置となっている。さ
らに、バンプ径Wとボール電極配置禁止領域幅Lとは、
図4に示すように、W<Lの関係となっている。
At this time, the solder balls formed on the back surface of the BGA are ± 100 μm around a virtual line of a bump electrode connecting the semiconductor chip to be mounted and the BGA circuit wiring board.
The layout is not arranged within the range of m. Specifically, A for connecting the semiconductor chip at this time is
The u-bump electrode layout is arranged 2 mm inside from the edge portion of the semiconductor chip, and the ball electrodes of the BGA semiconductor device also have a ball electrode arrangement prohibited area 2 mm inside from the end of the BGA circuit wiring board. Further, the bump diameter W and the ball electrode arrangement prohibition region width L are:
As shown in FIG. 4, a relationship of W <L is established.

【0026】次に、図3(g)に示すように、電子回路
装置を構成する回路配線基板7にBGA半導体装置を実
装する。この電子回路装置を構成するBGA回路配線基
板7も特に限定されるものではないが、第1実施形態で
は説明の便宜のため、BGA回路配線基板と同等のSL
C基板を用いた。このときのBGA実装もハーフミラー
を有して位置合わせを行なうボンダーを用いる。なお、
回路配線基板下のヒーターとBGAを保持するコレット
は180℃に加熱されているが、この温度はボール電極
を構成するはんだの共晶温度よりも低いため、BGAは
んだボール電極4は溶融していない。さらに、BGAボ
ール電極と電子回路装置の回路配線基板の電極端子を位
置合わせする。このように、BGAと回路配線基板が接
触された状態でコレットをさらに下方移動して、圧力3
0kg/mm2 を加え、ボール電極とBGAを搭載する
回路配線基板の電極端子を機械的に圧力が加わった状態
で接触させる。さらに、この状態で温度を250℃まで
上昇させてはんだを溶融させ、BGAを搭載する回路配
線基板の電極端子とBGAボール電極を接続する。この
とき、BGAボール電極に用いるはんだ組成はPb/S
n=37/63共晶はんだであるため、BGA実装にお
いて半導体チップを接続指定Auバンプが溶融変形する
ことはなく、高信頼性を確保する構造を有したままでB
GAを実装できるものである。以上の工程を実施するこ
とにより、図1に示す半導体装置を実現することができ
る。
Next, as shown in FIG. 3 (g), the BGA semiconductor device is mounted on the circuit wiring board 7 constituting the electronic circuit device. The BGA circuit wiring board 7 constituting this electronic circuit device is not particularly limited, but in the first embodiment, for convenience of explanation, the same SL as the BGA circuit wiring board is used.
A C substrate was used. The BGA mounting at this time also uses a bonder having a half mirror and performing alignment. In addition,
The heater under the circuit wiring board and the collet holding the BGA are heated to 180 ° C., but this temperature is lower than the eutectic temperature of the solder constituting the ball electrode, so that the BGA solder ball electrode 4 is not melted. . Further, the BGA ball electrode and the electrode terminal of the circuit wiring board of the electronic circuit device are aligned. As described above, the collet is further moved downward while the BGA and the circuit wiring board are in contact with each other, and the pressure is reduced to three.
0 kg / mm 2 is applied, and the ball electrodes are brought into contact with the electrode terminals of the circuit wiring board on which the BGA is mounted under mechanical pressure. Further, in this state, the temperature is raised to 250 ° C. to melt the solder, and the electrode terminals of the circuit wiring board on which the BGA is mounted and the BGA ball electrodes are connected. At this time, the solder composition used for the BGA ball electrode is Pb / S
Since n = 37/63 eutectic solder, connecting the semiconductor chip in BGA mounting does not cause the Au bump to be melted and deformed.
A GA can be mounted. By performing the above steps, the semiconductor device illustrated in FIG. 1 can be realized.

【0027】次いで、本発明による半導体装置の接続信
頼性を評価したところ以下の結果を得た。本発明による
半導体装置の第1実施形態を説明するために用いた10
mm×10mm寸法の半導体チップを15mm×15m
m寸法を有する回路配線基板に実装した場合の試料を用
いて接続信頼性を評価した結果である。256ピンの中
で1箇所でも接続がオープンになった場合を不良にし
て、縦軸に累積不良率、横軸に温度サイクルを示した。
サンプル数は1000個、温度サイクル試験条件は{−
55℃(30min)〜25℃(5min)〜125℃
(30min)〜25℃(5min)}で行なった。試
験結果を図6に示す。半導体チップと回路配線基板を接
続するバンプ電極が作る仮想線上にBGA型半導体装置
のボール電極を配置した従来技術の構造では、1500
サイクルで接続不良が発生して、2500サイクルで接
続不良が100%になった。また、従来構造のBGAを
BGA搭載回路配線基板に実装して半導体チップ部分を
公知の方法で樹脂封止した場合は、2500サイクルま
で接続不良が発生しなくなり接続信頼性が向上している
が、3000サイクルで50%の接続不良を発生してい
る。これらの接続不良は、半導体チップと回路配線基板
を接続するバンプ電極の応力歪に起因する破壊であっ
た。従って、バンプ電極の作る仮想線上にボール電極を
配置する従来の構造では、半導体チップを樹脂封止する
ことにより応力歪をある程度までは緩和できるものの、
ボール電極に内在する応力歪がバンプ電極に与える局所
的な応力歪は緩和できないことを示唆している。
Next, when the connection reliability of the semiconductor device according to the present invention was evaluated, the following results were obtained. 10 used for describing the first embodiment of the semiconductor device according to the present invention.
15mm × 15m semiconductor chip with dimensions of 10mm × 10mm
It is a result of evaluating connection reliability using a sample when mounted on a circuit wiring board having an m dimension. The case where the connection was opened at even one of the 256 pins was regarded as defective, and the vertical axis represents the cumulative failure rate and the horizontal axis represents the temperature cycle.
The number of samples is 1000, and the temperature cycle test conditions are
55 ° C (30min)-25 ° C (5min)-125 ° C
(30 min) to 25 ° C. (5 min)}. The test results are shown in FIG. In a conventional structure in which a ball electrode of a BGA type semiconductor device is arranged on a virtual line formed by a bump electrode connecting a semiconductor chip and a circuit wiring board, 1500
The connection failure occurred in the cycle, and the connection failure became 100% in 2500 cycles. When a BGA having a conventional structure is mounted on a BGA-mounted circuit wiring board and a semiconductor chip portion is sealed with a resin by a known method, connection failure does not occur up to 2500 cycles and connection reliability is improved. A connection failure of 50% occurs in 3000 cycles. These connection failures were destruction due to stress distortion of the bump electrodes connecting the semiconductor chip and the circuit wiring board. Therefore, in the conventional structure in which the ball electrode is arranged on the virtual line formed by the bump electrode, stress distortion can be reduced to some extent by sealing the semiconductor chip with resin.
This suggests that the local stress strain applied to the bump electrode by the stress strain inherent in the ball electrode cannot be reduced.

【0028】ところが、本発明の第1実施形態による構
造でボール配置を用いたBGAは、3500サイクルま
で接続不良は発生せず、接続信頼性が極めて向上するこ
とが確認された。これは本発明によるボール電極の配置
方法で半導体チップを封止しない場合の構造が、従来ま
でのボール電極配置方法で樹脂封止した場合と同等の接
続信頼性を有することを比較すると、その接続信頼性が
極めて向上できていることが解る。図7は、本発明の第
1実施形態によるBGA型半導体装置を電子回路装置を
構成するBGA搭載回路配線基板に実装した場合におけ
る、半導体チップのバンプ応力歪分布を示した結果であ
る。試料の形状はこの第1実施形態における半導体装置
の製造方法に説明した通りであり、図6に示す接続信頼
性試験に用いたものと同等である。比較例としてボール
電極配置の禁止領域を有さない従来構造のBGA半導体
装置におけるバンプ応力歪も示した。バンプ応力歪の値
を明確にするため、試料は樹脂封止を行なわない試料を
用いた。グラフから明らかなように、半導体チップのバ
ンプ電極が作る仮想線上にBGA型半導体装置のボール
電極が配置されている従来構造ではボール電極に内在す
る応力歪によりバンプ電極に局所的な応力歪が発生して
全体的なバンプ応力歪が増幅される傾向を示すことが分
かる。これは、ボール電極中の応力歪がBGA回路配線
基板を通過して半導体チップを接続するバンプ電極に伝
達されているためと考えられる。
However, in the BGA using the ball arrangement in the structure according to the first embodiment of the present invention, it was confirmed that no connection failure occurred up to 3500 cycles, and the connection reliability was extremely improved. This is because the structure in the case where the semiconductor chip is not sealed by the method of arranging ball electrodes according to the present invention has the same connection reliability as the case where the semiconductor chip is sealed by the conventional method of arranging ball electrodes. It can be seen that the reliability has been significantly improved. FIG. 7 is a result showing a distribution of bump stress-strain of a semiconductor chip when the BGA type semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is mounted on a BGA-mounted circuit wiring board constituting an electronic circuit device. The shape of the sample is as described in the method of manufacturing the semiconductor device in the first embodiment, and is the same as that used in the connection reliability test shown in FIG. As a comparative example, a bump stress distortion in a BGA semiconductor device having a conventional structure having no prohibited area for ball electrode arrangement is also shown. In order to clarify the value of the bump stress strain, a sample without resin sealing was used. As is clear from the graph, in the conventional structure in which the ball electrode of the BGA type semiconductor device is arranged on an imaginary line created by the bump electrode of the semiconductor chip, local stress strain occurs in the bump electrode due to the stress strain inherent in the ball electrode. It can be seen that the overall bump stress strain tends to be amplified. This is presumably because the stress strain in the ball electrode is transmitted to the bump electrode connecting the semiconductor chip through the BGA circuit wiring board.

【0029】ところが、本発明の第1実施形態によるボ
ール電極配置構造を用いたBGA型半導体装置に搭載さ
れる半導体チップ上のバンプ電極には応力歪の増幅作用
は測定されず、半導体チップ中心からバンプ最大距離方
向に向かって緩やかな均一増加を示すことが解ったるこ
れは、BGAボール電極からBGA回路配線基板に向か
って伝達される応力歪を回避して半導体チップのバンプ
電極が配置されているためと考えられる。さらに、本評
価での応力歪は、半導体チップを搭載する回路配線基板
の熱膨張係数に依存せず、回路配線基板厚が薄いほど応
力歪値が小さくなるという、ほぼ回路配線基板厚のみで
バンプ応力歪値が決定される傾向も本評価で確認され
た。図8(a)は、BGAボール配置禁止領域面積がバ
ンプ応力歪に与える影響を測定したグラフである。ボー
ル配置禁止領域効果として、(バンプ径/ボール配置禁
止領域)を横軸にした場合におけるバンプ応力歪を縦軸
に示した。グラフから明らかな様に、(バンプ径/ボー
ル配置禁止領域)=1を境にして、バンプ応力歪は急激
な変化を示している。この結果から、ボール配置禁止領
域がバンプ径以上である(バンプ径/ボール電極配置禁
止領域)<1のとき、バンプ電極に増幅される応力歪は
極めて小さく、半導体チップの接続信頼性が著しく向上
することが解る。したがって、本発明の第1実施形態に
より、BGA半導体装置の接続信頼性は極めて向上する
ばかりでなく、従来まで困難であったペレット状態のベ
アチップをフリップチップ実装することも可能となり、
低コストで半導体装置を製造できることが確認された。
However, no amplification effect of stress strain was measured on the bump electrode on the semiconductor chip mounted on the BGA type semiconductor device using the ball electrode arrangement structure according to the first embodiment of the present invention, and the effect was measured from the center of the semiconductor chip. It can be seen that the bumps have a gradual uniform increase in the direction of the maximum distance of the bumps. This is because the bump electrodes of the semiconductor chip are arranged to avoid the stress distortion transmitted from the BGA ball electrodes toward the BGA circuit wiring board. It is thought to be. Furthermore, the stress strain in this evaluation does not depend on the coefficient of thermal expansion of the circuit wiring board on which the semiconductor chip is mounted, and the smaller the circuit wiring board thickness, the smaller the stress strain value. The tendency to determine the stress-strain value was also confirmed in this evaluation. FIG. 8A is a graph showing the effect of the area of the BGA ball placement prohibited area on the bump stress strain. As the ball placement prohibited area effect, the vertical axis represents the bump stress distortion when (bump diameter / ball placement prohibited area) is plotted on the horizontal axis. As is clear from the graph, the bump stress strain shows a rapid change from (bump diameter / ball arrangement prohibited area) = 1. From this result, when the ball placement prohibited area is equal to or larger than the bump diameter (bump diameter / ball electrode placement prohibited area) <1, the stress distortion amplified by the bump electrode is extremely small, and the connection reliability of the semiconductor chip is significantly improved. I understand. Therefore, according to the first embodiment of the present invention, not only the connection reliability of the BGA semiconductor device is remarkably improved, but also a bare chip in a pellet state, which has been difficult until now, can be flip-chip mounted.
It was confirmed that a semiconductor device can be manufactured at low cost.

【0030】次に、図9ないし図13を用いて、本発明
の第2実施形態に係るボールグリッドアレイ半導体装置
に就いて説明する。第2実施形態に係る半導体装置が第
1実施形態に係る半導体装置と異なる点は、BGA回路
基板2の半導体チップ1に対する寸法が異なることであ
る。図9(a)(b)に示すように、半導体チップ1は
第1実施形態と同様に10mm×10mmの寸法を有し
ているが、この半導体チップ1が実装されるBGA回路
配線基板2の寸法はチップ1よりもやや大きい11mm
×11mmとなっている。その他の構成は、第1実施形
態に係る半導体装置と同様であり、また、図10(a)
ないし(d)および図11(e)ないし(g)に示す第
2実施形態に係るBGA型半導体装置の製造方法につい
ても図2および図3を用いて説明した第1実施形態に係
る半導体装置の製造方法と同様であるので重複説明を省
略する。
Next, a ball grid array semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The semiconductor device according to the second embodiment differs from the semiconductor device according to the first embodiment in that the dimensions of the BGA circuit board 2 with respect to the semiconductor chip 1 are different. As shown in FIGS. 9A and 9B, the semiconductor chip 1 has a size of 10 mm × 10 mm as in the first embodiment, but the BGA circuit wiring board 2 on which the semiconductor chip 1 is mounted is mounted. Dimension is 11mm slightly larger than chip 1
× 11 mm. Other configurations are the same as those of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG.
(D) and the method of manufacturing the BGA type semiconductor device according to the second embodiment shown in FIGS. 11 (e) to (g) are also described using the semiconductor device according to the first embodiment described with reference to FIGS. Since the manufacturing method is the same as that of the manufacturing method, repeated description is omitted.

【0031】図13は、本発明の第2実施形態に係るボ
ールグリッドアレイ型半導体装置を説明するために用い
た10mm×10mm寸法の半導体チップを11mm×
11mm寸法を有する回路配線基板に実装した場合の試
料を用いて接続信頼性を評価した結果である。256ピ
ンの中で1箇所でも接続がオープンになった場合を不良
にして、縦軸に累積不良率、横軸に温度サイクルを示し
た。サンプル数は1000個、温度サイクル試験条件は
{−55℃(30min)〜25℃(5min)〜12
5℃(30min)〜25℃(5min)}で行なっ
た。まず、図13(a)を参照しながら試験結果を説明
する。半導体チップ1と回路配線基板2を接続するバン
プ電極8が作る仮想線上と仮想線の作る外側領域にBG
A型半導体装置のボール電極を配置した従来技術の構造
では、1500サイクルで接続不良が発生して、200
0サイクルで接続不良が100%になった。この接続不
良は主に半導体チップとBGA回路配線基板を接続する
Auバンプ電極の接続破壊であった。また、従来構造の
BGAをBGA搭載回路配線基板に実装して半導体チッ
プ部分を公知の方法で樹脂封止した場合は、2500サ
イクルまで接続不良が発生しなくなり接続信頼性が向上
しているが、3000サイクルで50%の接続不良が発
生している。これらの接続不良は、BGA中心位置から
最大距離に位置するボール電極の応力歪に起因する電極
破壊と、半導体チップと回路配線基板とを接続するバン
プ電極において従来とは異なるボール電極位置に対応す
るバンプ電極の応力歪に起因する破壊であった。したが
って、バンプ電極の作る仮想線上にボール電極を配置す
る従来の構造では、半導体チップを樹脂封止することに
より応力歪をある程度までは緩和できるものの、BGA
中心位置から最大距離に位置するボール電極の応力歪と
ボール電極に内在する応力歪がバンプ電極に与える局所
的な応力歪は緩和できないことを示唆している。これ
は、本発明によるボール電極の配置方法で半導体チップ
を樹脂封止しない場合の実装構造が3000サイクルま
で接続不良を発生しないことと、本発明におけるボール
電極のうち、バンプ仮想線外側領域にボール電極を配置
した場合のみ変更した構造が、2500サイクルで接続
不良を発生していることを比較すると、ボール電極に内
蔵する応力歪がバンプ電極和破壊させることは明らかで
ある。ところが、本発明によるボール配置の方法で半導
体チップを樹脂封止した構造のBGAは、3500サイ
クルまで接続不良は発生せず、接続信頼性が極めて向上
することが確認された。これは本発明によるボール電極
の配置方法で半導体チップを封止しない場合の構造が、
3000サイクルまで接続不良を発生しない実験結果と
比較すると、その接続信頼性が極めて向上できているこ
とが解る。
FIG. 13 shows a semiconductor chip having a size of 10 mm × 10 mm used for explaining a ball grid array type semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
It is a result of evaluating connection reliability using a sample when mounted on a circuit wiring board having a size of 11 mm. The case where the connection was opened at even one of the 256 pins was regarded as defective, and the vertical axis represents the cumulative failure rate and the horizontal axis represents the temperature cycle. The number of samples is 1000, and the temperature cycle test conditions are {-55 ° C (30 min) to 25 ° C (5 min) to 12
The test was performed at 5 ° C. (30 min) to 25 ° C. (5 min). First, test results will be described with reference to FIG. The BG is formed on the virtual line formed by the bump electrode 8 connecting the semiconductor chip 1 and the circuit wiring board 2 and in the outer region formed by the virtual line.
In the prior art structure in which the ball electrodes of the A-type semiconductor device are arranged, a connection failure occurs in 1500 cycles, and 200
In 0 cycles, the connection failure became 100%. This connection failure was mainly caused by connection failure of the Au bump electrode connecting the semiconductor chip and the BGA circuit wiring board. When a BGA having a conventional structure is mounted on a BGA-mounted circuit wiring board and a semiconductor chip portion is sealed with a resin by a known method, connection failure does not occur up to 2500 cycles and connection reliability is improved. 50% connection failure occurs in 3000 cycles. These connection failures correspond to electrode destruction due to stress and strain of the ball electrode located at the maximum distance from the BGA center position and to a different ball electrode position in the bump electrode connecting the semiconductor chip and the circuit wiring board. Destruction was caused by stress distortion of the bump electrode. Therefore, in the conventional structure in which ball electrodes are arranged on virtual lines formed by bump electrodes, stress distortion can be reduced to some extent by sealing the semiconductor chip with resin.
This suggests that the stress strain of the ball electrode located at the maximum distance from the center position and the local stress strain given to the bump electrode by the stress strain inherent in the ball electrode cannot be reduced. This is because the mounting structure in the case where the semiconductor chip is not resin-sealed by the ball electrode arrangement method according to the present invention does not cause a connection failure until 3000 cycles, and the ball electrode in the area outside the virtual bump line among the ball electrodes according to the present invention. Comparing the fact that the structure changed only when the electrodes are arranged causes connection failure in 2500 cycles, it is clear that the stress strain built into the ball electrodes causes the total breakdown of the bump electrodes. However, it was confirmed that the BGA having the structure in which the semiconductor chip was resin-sealed by the ball arrangement method according to the present invention did not cause a connection failure until 3,500 cycles, and the connection reliability was extremely improved. This is the structure when the semiconductor chip is not sealed by the ball electrode arrangement method according to the present invention.
Compared with the result of an experiment in which no connection failure occurs up to 3000 cycles, it can be seen that the connection reliability has been significantly improved.

【0032】図13(b)は、本発明によるBGA型半
導体装置を電子回路装置を構成するBGA搭載回路配線
基板に実装した場合における、半導体チップのバンプ応
力歪分布を示した結果である。試料の形状は第1実施形
態に係る半導体装置の製造方法に説明した通りであり、
図13(a)に示す接続信頼性試験に用いたものと同等
である。比較例としてボール電極配置の禁止領域を有さ
ない従来構造のBGA半導体装置におけるバンプ応力歪
も示した。バンプ応力歪の値を明確にするため、試料は
樹脂封止しない試料を用いた。グラフから明らかなよう
に、半導体チップのバンプ電極の仮想線上にBGA型半
導体装置のボール電極が配置されている従来構造ではボ
ール電極に内在する応力歪によりバンプ電極に局所的な
応力歪が発生して全体的なバンプ応力歪が増幅される傾
向を示すことになる。これは、ボール電極中の応力歪が
BGA回路配線基板を通過して半導体チップを接続する
バンプ電極に伝達されているためと考えられる。ところ
が、本発明によるボール電極配置構造を用いたBGA型
半導体装置に搭載される半導体チップ上のバンプ電極に
は応力歪の増幅作用は測定されず、半導体チップ中心か
らバンプ最大距離方向に向かって緩やかな均一増加を示
すことが解る。これは、BGAボール電極からBGA回
路配線基板に向かって伝達される応力歪を回避して半導
体チップのバンプ電極が配置されているためと考えられ
る。さらに、本評価によりボール電極から伝達されるバ
ンプ応力歪は、半導体チップを搭載する回路配線基板の
熱膨張係数に依存せず、回路配線基板厚が薄いほど応力
歪値が小さくなるという、ほぼ回路配線基板厚のみでバ
ンプ応力歪値が決定される傾向も本評価で確認した。
FIG. 13B is a graph showing the distribution of the bump stress and strain of the semiconductor chip when the BGA type semiconductor device according to the present invention is mounted on a BGA mounting circuit wiring board constituting an electronic circuit device. The shape of the sample is as described in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment,
This is equivalent to the one used in the connection reliability test shown in FIG. As a comparative example, a bump stress distortion in a BGA semiconductor device having a conventional structure having no prohibited area for ball electrode arrangement is also shown. In order to clarify the value of the bump stress strain, a sample not resin-sealed was used. As is clear from the graph, in the conventional structure in which the ball electrode of the BGA type semiconductor device is arranged on a virtual line of the bump electrode of the semiconductor chip, local stress strain occurs in the bump electrode due to the stress strain inherent in the ball electrode. Therefore, the overall bump stress strain tends to be amplified. This is presumably because the stress strain in the ball electrode is transmitted to the bump electrode connecting the semiconductor chip through the BGA circuit wiring board. However, the effect of amplifying stress strain is not measured on the bump electrode on the semiconductor chip mounted on the BGA type semiconductor device using the ball electrode arrangement structure according to the present invention, and the bump electrode gradually decreases from the center of the semiconductor chip toward the direction of the maximum distance of the bump. It can be seen that a uniform increase is shown. It is considered that this is because the bump electrodes of the semiconductor chip are arranged while avoiding the stress distortion transmitted from the BGA ball electrodes toward the BGA circuit wiring board. Furthermore, the bump stress strain transmitted from the ball electrode by this evaluation does not depend on the thermal expansion coefficient of the circuit wiring board on which the semiconductor chip is mounted, and the stress distortion value decreases as the circuit wiring board thickness decreases. This evaluation also confirmed the tendency that the bump stress-strain value was determined only by the wiring board thickness.

【0033】また、図8(a)に示した、BGAボール
配置禁止領域面積がバンプ応力歪に与える影響を測定し
たグラフは第2実施形態でも同様の効果を示している。
ボール配置禁止領域効果として、(バンプ径/ボール配
置禁止領域)を横軸にした場合におけるバンプ応力歪を
縦軸に示した。グラフから明らかな様に、(バンプ径/
ボール配置禁止領域)=1を境にして、バンプ応力歪は
急激な変化を示している。この結果から、ボール配置禁
止領域がバンプ径以上である(バンプ径/ボール電極配
置禁止領域)<1のとき、バンプ電極に増幅される応力
歪は極めて小さく、半導体チップの接続信頼性が著しく
向上することが解る。さらに、この第2実施形態では、
BGAホール配置禁止領域のうちバンプ電極仮想線外側
領域のボール電極に発生する応力歪を測定し、その結果
を図8(b)に示している。ボール電極配置禁止領域効
果として、(最外周バンプ距離/ボール配置最大距離)
を横軸にした場合におけるボール電極応力歪を縦軸に示
した。グラフから明らかな様に、(最外周バンプ距離/
ボール配置最大距離)=1を境にしてボール応力歪は急
激な変化を示している。この結果からバンプ仮想線外側
にボール電極を配置しない(最外周バンプ距離/ボール
配置最大距離)<1のとき、ボール電極に発生する応力
歪は極めて小さくなり、BGA接続信頼性が著しく向上
することが解る。これは、BGA回路配線基板に搭載す
る半導体チップによりBGA回路配線基板の変位が律速
され、ボール電極に応力歪が発生しないためと考えられ
る。
Further, the graph shown in FIG. 8 (a) in which the effect of the area of the BGA ball placement prohibited region on the bump stress strain is measured shows the same effect in the second embodiment.
As the ball placement prohibited area effect, the vertical axis represents the bump stress distortion when (bump diameter / ball placement prohibited area) is plotted on the horizontal axis. As is clear from the graph, (bump diameter /
Bump stress strain shows a rapid change from the ball arrangement prohibited area) = 1. From this result, when the ball placement prohibited area is equal to or larger than the bump diameter (bump diameter / ball electrode placement prohibited area) <1, the stress distortion amplified by the bump electrode is extremely small, and the connection reliability of the semiconductor chip is significantly improved. I understand. Further, in the second embodiment,
The stress strain generated in the ball electrode in the area outside the virtual line of the bump electrode in the BGA hole arrangement prohibited area was measured, and the result is shown in FIG. 8B. As the ball electrode arrangement prohibited area effect, (outermost bump distance / maximum ball arrangement distance)
Is plotted on the vertical axis, where the stress on the ball electrode is plotted on the horizontal axis. As is clear from the graph, (the outermost bump distance /
The ball stress / strain shows a rapid change at the boundary of (the ball maximum distance) = 1. From this result, when the ball electrode is not arranged outside the virtual line of the bump (outermost peripheral bump distance / maximum ball arrangement distance) <1, the stress distortion generated in the ball electrode becomes extremely small, and the BGA connection reliability is remarkably improved. I understand. This is probably because the displacement of the BGA circuit wiring board is rate-determined by the semiconductor chip mounted on the BGA circuit wiring board, and no stress distortion occurs in the ball electrodes.

【0034】次に、本発明の第3実施形態に係るボール
グリッドアレイ型半導体装置を図14ないし図18によ
り説明する。この第3実施形態に係る半導体装置が第1
および第2実施形態に係る半導体装置と異なる点は、半
導体チップ1よりもBGA回路配線基板2の寸法が小さ
い点にあり、その他の構成は第1,第2実施形態に係る
BGA型半導体装置と同様である。また図15(a)〜
(d),図16(e)〜(g)に示す第3実施形態に係
る半導体装置の製造方法も、第1実施形態の製造方法を
説明した図2(a)〜(d),図3(e)〜(g)と同
様なので重複説明を省略する。異なる点は半導体チップ
1が9mm×9mmの寸法を有していることである。一
方、半導体チップを搭載するBGA回路配線基板には、
例えば米国特許4811082号公報あるいは通常のガ
ラスエポキシ基板上に絶縁層と導体層を相互にビルドア
ップさせた方式のプリント基板SLC(Surface Lamina
rCircuit)基板を用いることができる。従って、例えば
ポリイミド樹脂を基板主材として表面に銅配線が形成さ
れている公知のフレキシブル基板を用いることが可能で
ある。このBGA回路配線基板の表面に形成されるAu
バンプ等の形成方法等についても第1実施形態と同様な
ので説明を省略する。
Next, a ball grid array type semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The semiconductor device according to the third embodiment is the first device.
The semiconductor device according to the second embodiment differs from the semiconductor device according to the second embodiment in that the size of the BGA circuit wiring board 2 is smaller than that of the semiconductor chip 1. The same is true. In addition, FIG.
(D), the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment shown in FIGS. 16 (e) to 16 (g) also describes the manufacturing method of the first embodiment in FIGS. Since (e) to (g) are the same, redundant description is omitted. The difference is that the semiconductor chip 1 has a size of 9 mm × 9 mm. On the other hand, on a BGA circuit wiring board on which a semiconductor chip is mounted,
For example, a printed circuit board SLC (Surface Lamina) of a system in which an insulating layer and a conductor layer are mutually built up on U.S. Pat.
rCircuit) substrates can be used. Therefore, it is possible to use a known flexible substrate having a copper wiring formed on the surface using, for example, a polyimide resin as a main material of the substrate. Au formed on the surface of the BGA circuit wiring board
The method of forming the bumps and the like is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0035】BGA裏面に形成されるはんだボールは、
搭載される半導体チップとBGA回路配線基板を接続す
るバンプ電極の仮想線を中心にして、±100μmの範
囲内にレイアウトされない配置となっているのも第1実
施形態と同様であるが、具体的な配置は若干異なってい
る。Auバンプ電極レイアウトは半導体チップのエッジ
部分から2mm内側に配置され、半導体チップよりも1
辺が1mm小さい寸法を有する9mm×9mmのBGA
回路配線基板裏面のボール電極もBGA回路配線基板の
端部から1mm内側に配置されたバンプ電極仮想線を中
心とした±100μm領域内を除いてエリア配置され
る。さらに、バンプ径Wとバンプ仮想線の作るボール電
極配置禁止領域幅Lは図17(a)に示すW<Lの関係
である。
The solder balls formed on the back surface of the BGA
Although the layout is not arranged within the range of ± 100 μm around the virtual line of the bump electrode connecting the mounted semiconductor chip and the BGA circuit wiring board, the layout is the same as in the first embodiment. The arrangement is slightly different. The Au bump electrode layout is arranged 2 mm inward from the edge of the semiconductor chip and is 1 mm smaller than the semiconductor chip.
9mm x 9mm BGA with 1mm smaller sides
The ball electrodes on the back surface of the circuit wiring board are also arranged in areas except for the area of ± 100 μm centered on the imaginary line of the bump electrode arranged 1 mm inside from the end of the BGA circuit wiring board. Further, the bump diameter W and the width L of the ball electrode disposition prohibition region formed by the virtual bump line have a relation of W <L shown in FIG.

【0036】従来技術の構成において発生していた接続
不良は、BGA中心位置から最大距離に位置するボール
電極応力歪に起因するボール電極破壊と、従来までとは
異なる破壊モードの、ボール電極からバンプ電極に伝達
される応力歪に起因する、ボール電極位置に対応した場
所に発生するバンプ破壊であった。従って、バンプ電極
の作る仮想線上に仮想線の外側領域にボール電極を配置
する従来の構造では、半導体チップを樹脂封止すること
によりバンプ応力歪をある程度までは緩和できるもの
の、BGA中心位置から最大距離に位置するボール電極
の応力歪とボール電極に内在する応力歪がバンプ電極に
直接的に与える局所的な応力歪は緩和できないことを示
唆している。これは、本発明の構成要件の1つである、
バンプ電極仮想線上にボール電極を配置しない構造で、
回路配線基板の外側寸法(N1 )が半導体チップ外側寸
法(M1 )よりも大きい従来技術のBGA回路配線基板
上に半導体チップを実装した場合の実装構造(M1 <N
1 )が2500サイクルまで接続不良を発生しないこと
と、上記実装構造に本発明の構成要件の1つである、半
導体チップ外形寸法(M1)より小さい外願寸法(N
1 )を有する回路配線基板に半導体チップを搭載した場
合の実装構造(M1 >N1 )が、3000サイクルまで
接続不良を発生しないこととを比較すると、ボール電極
に内在する応力歪がバンプ電極を破壊させることは明ら
かであり、BGA回路配線基板寸法を半導体チップ寸法
に対して適切化することで実装接続信頼性を向上できる
ものである。
The connection failure that has occurred in the configuration of the prior art is caused by ball electrode destruction caused by a ball electrode stress strain located at a maximum distance from the BGA center position, and ball electrode destruction in a different destruction mode than the conventional one. Bump destruction occurred at a location corresponding to the ball electrode position due to stress strain transmitted to the electrode. Therefore, in the conventional structure in which the ball electrode is arranged on the virtual line formed by the bump electrode in the region outside the virtual line, the bump stress strain can be reduced to some extent by sealing the semiconductor chip with resin, but the maximum from the BGA center position can be reduced. This suggests that stress strain of the ball electrode located at a distance and stress strain inherent in the ball electrode cannot alleviate local stress strain directly applied to the bump electrode. This is one of the components of the present invention.
With a structure in which ball electrodes are not placed on virtual lines of bump electrodes,
A mounting structure (M 1 <N) when a semiconductor chip is mounted on a conventional BGA circuit wiring board in which the outside dimension (N 1 ) of the circuit wiring board is larger than the outside dimension (M 1 ) of the semiconductor chip.
1 ) does not cause a connection failure up to 2500 cycles, and the outer package size (N1) smaller than the semiconductor chip outer size (M1), which is one of the constituent requirements of the present invention, in the above mounting structure.
When the mounting structure (M 1 > N 1 ) in which the semiconductor chip is mounted on the circuit wiring board having 1 ) does not cause a connection failure until 3000 cycles, the stress strain inherent in the ball electrode is reduced by the bump electrode. It is evident that the connection connection reliability can be improved by adjusting the dimensions of the BGA circuit wiring board to the dimensions of the semiconductor chip.

【0037】さらに、本発明によるボール配置方法でB
GA回路配線基板上に半導体チップを搭載してその隙間
部分を樹脂封止した構造のBGAは、3500サイクル
まで接続不良は発生せず、接続信頼性が極めて向上する
ことが確認された。これは本発明による構造で半導体チ
ップを封止しない場合の構造が3000サイクルまで接
続不良を発生しない実験結果と比較すると、その接続信
頼性が極めて向上できていることが解る。この信頼性向
上の効果は、回路配線基板側の封止樹脂が半導体チップ
側の封止樹脂に比較して短い寸法構造である従来とは逆
の構造配置を有しており、封止樹脂端部での応力歪を極
めて小さくできる構造となっているため、封止樹脂の局
所的応力歪によりBGA回路配線基板の接触端部で発生
していた回路配線基板配線層の破壊を防止していること
に起因している。
Further, in the ball arrangement method according to the present invention, B
It has been confirmed that a BGA having a structure in which a semiconductor chip is mounted on a GA circuit wiring board and a gap portion thereof is sealed with a resin does not cause connection failure until 3,500 cycles, and connection reliability is extremely improved. This indicates that the connection reliability of the structure according to the present invention when the semiconductor chip is not sealed is extremely improved, as compared with an experimental result in which no connection failure occurs up to 3000 cycles. The effect of this improvement in reliability is that the sealing resin on the circuit wiring board side has a structure that is shorter than the sealing resin on the semiconductor chip side and has a structure opposite to that of the related art. Since the structure is such that the stress strain in the part can be extremely reduced, the circuit layer wiring layer, which has been generated at the contact end of the BGA circuit wiring board due to the local stress strain of the sealing resin, is prevented from being destroyed. It is due to

【0038】本発明の第3実施形態によるBGA型半導
体装置を電子回路装置を構成するBGA搭載回路配線基
板に実装した場合における、半導体チップのバンプ応力
歪分布を示した結果は、第1実施形態で説明した図7と
同様である。試料の形状は本第3実施形態における半導
体装置の製造方法に説明した通りであり、第6図に示す
接続信頼性試験に用いたものと同等である。比較例とし
てボール電極配置の禁止領域を有さない従来構造のBG
A半導体装置におけるバンプ応力歪も示した。バンプ応
力歪の値を明確にするため、試料は樹脂封止しない試料
を用いた。グラフから明らかなように、第1実施形態と
同様に、半導体チップのバンプ電極が作る仮想線上にB
GA型半導体装置のボール電極が配置されている従来構
造ではボール電極に内在する応力歪によりバンプ電極に
局所的な応力歪が発生して全体的なバンプ応力歪が増幅
される傾向を示す。これは、ボール電極中の応力歪がB
GA回路配線基板を通過して半導体チップを接続するバ
ンプ電極に伝達されているためと考えられる。
When the BGA-type semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is mounted on a BGA-mounted circuit wiring board constituting an electronic circuit device, the results showing the bump stress-strain distribution of the semiconductor chip are shown in the first embodiment. This is the same as FIG. The shape of the sample is as described in the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment, and is the same as that used in the connection reliability test shown in FIG. As a comparative example, a BG having a conventional structure having no prohibited area for ball electrode arrangement
The bump stress strain in the A semiconductor device is also shown. In order to clarify the value of the bump stress strain, a sample not resin-sealed was used. As is clear from the graph, similarly to the first embodiment, B is plotted on a virtual line formed by the bump electrodes of the semiconductor chip.
In the conventional structure in which ball electrodes of a GA type semiconductor device are arranged, local stress strain is generated in the bump electrodes due to stress strain inherent in the ball electrodes, and the overall bump stress strain tends to be amplified. This is because the stress strain in the ball electrode is B
It is considered that the signal is transmitted to the bump electrode connecting the semiconductor chip through the GA circuit wiring board.

【0039】ところが、本発明の第3実施形態によるボ
ール電極配置構造を用いたBGA型半導体装置に搭載さ
れる半導体チップ上のバンプ電極には応力歪の増幅作用
は測定されず、半導体チップ中心からバンプ最大距離方
向に向かって緩やかな均一増加を示すことが解ったるこ
れは、BGAボール電極からBGA回路配線基板に向か
って伝達される応力歪を回避して半導体チップのバンプ
電極が配置されているためと考えられる。さらに、本評
価によりボール電極から伝達されるバンプ応力歪は、半
導体チップを搭載する回路配線基板の熱膨張係数に依存
せず、回路配線基板厚が薄いほど応力歪値が小さくなる
という、ほぼ回路配線基板厚のみでバンプ応力歪値が決
定される傾向も本評価で確認した。
However, the amplification effect of stress strain is not measured on the bump electrode on the semiconductor chip mounted on the BGA type semiconductor device using the ball electrode arrangement structure according to the third embodiment of the present invention. It can be seen that the bumps have a gradual uniform increase in the direction of the maximum distance of the bumps. This is because the bump electrodes of the semiconductor chip are arranged to avoid the stress distortion transmitted from the BGA ball electrodes toward the BGA circuit wiring board. It is thought to be. Furthermore, the bump stress strain transmitted from the ball electrode by this evaluation does not depend on the thermal expansion coefficient of the circuit wiring board on which the semiconductor chip is mounted, and the stress distortion value decreases as the circuit wiring board thickness decreases. This evaluation also confirmed the tendency that the bump stress-strain value was determined only by the wiring board thickness.

【0040】BGAボール配置禁止領域面積のうちバン
プ電極仮想線部分がバンプ電極応力歪に与える影響を測
定したグラフも第1実施形態で用いた図8(a)と同様
であるので、同図を参照して説明する。BGAボール配
置禁止領域効果として、(バンプ径/バンプ電極仮想線
ボール配置禁止領域)を横軸にした場合におけるバンプ
応力歪を縦軸に示した。グラフから明らかな様に、(バ
ンプ径/バンプ電極仮想線ボール配置禁止領域)=1を
境にして、バンプ応力歪は急激な変化を示している。こ
の結果から、バンプ電極ボール配置禁止領域がバンプ径
以上である(バンプ径/バンプ電極仮想線ボール電極配
置禁止領域)<1のとき、バンプ電極に増幅される応力
歪は極めて小さくなり、半導体チップの接続信頼性が著
しく向上することが解る。
FIG. 8A used in the first embodiment also shows a graph in which the effect of the imaginary line of the bump electrode on the stress distortion of the bump electrode in the area of the BGA ball placement prohibited area is the same as FIG. It will be described with reference to FIG. As the BGA ball placement prohibited area effect, the vertical axis represents the bump stress distortion when (bump diameter / bump electrode virtual line ball placement prohibited area) is plotted on the horizontal axis. As is clear from the graph, the bump stress strain shows a sharp change from (bump diameter / bump electrode virtual line ball placement prohibited area) = 1. From this result, when the bump electrode ball placement prohibited area is equal to or larger than the bump diameter (bump diameter / bump electrode virtual line ball electrode placement prohibited area) <1, the stress distortion amplified by the bump electrode becomes extremely small, and the semiconductor chip It can be seen that the connection reliability is significantly improved.

【0041】図18(b)は、封止樹脂端部に発生する
応力歪が半導体チップ外形寸法に依存する効果を測定し
た結果である。半導体チップ外形寸法と回路配線基板寸
法の相異効果として、(BGA回路配線基板外形寸法/
半導体チップ外形寸法)を横軸にした場合における封止
樹脂端部応力歪を縦軸に示した。グラフから明らかなよ
うに、(BGA回路配線基板外形寸法/半導体チップ外
形寸法)=1.1を初期勾配としているが、(BGA回
路配線基板外形寸法/半導体チップ外形寸法)=1を境
にして、封止樹脂端部応力歪は急激な減少を示してい
る。この結果から回路配線基板外形寸法が半導体チップ
外形寸法よりも小さい、(BGA回路配線基板外形寸法
/半導体チップ外形寸法)<1のとき、封止樹脂端部に
発生する応力歪は極めて小さくなり、BGA回路配線基
板表面の回路配線層破壊を防止できBGA接続信頼性が
著しく向上することが解る。これは、回路配線基板側の
封止樹脂が半導体チップ側の封止樹脂寸法に比較して短
い従来と逆の寸法配置構造になっているため、BGA回
路配線基板に発生する変位が小さくなり、特に、封止樹
脂が回路配線基板と接触する端部で最大化していた応力
歪が緩和されているものと考えられる。以上の結果か
ら、本発明の第3実施形態を用いることにより、BGA
半導体装置の接続信頼性を従来構造と比較して極めて向
上できるばかりでなく、従来まで困難であったペレット
状態のベアチップをフリップチップ実装することも容易
に可能となり、低コストでBGA半導体装置を製造でき
ることが確認された。
FIG. 18B shows the result of measuring the effect that the stress strain generated at the sealing resin end depends on the external dimensions of the semiconductor chip. The effect of the difference between the semiconductor chip outer dimensions and the circuit wiring board dimensions is (BGA circuit wiring board outer dimensions /
The vertical axis represents the stress-strain at the end of the sealing resin when the external dimension of the semiconductor chip is plotted on the horizontal axis. As is clear from the graph, the initial gradient is set to (BGA circuit wiring board outer dimension / semiconductor chip outer dimension) = 1.1, but (BGA circuit wiring board outer dimension / semiconductor chip outer dimension) = 1 as a boundary. On the other hand, the stress strain at the sealing resin end shows a sharp decrease. From this result, when the external dimensions of the circuit wiring board are smaller than the external dimensions of the semiconductor chip, (the external dimensions of the BGA circuit wiring substrate / the external dimensions of the semiconductor chip) <1, the stress distortion generated at the sealing resin end becomes extremely small, It can be seen that destruction of the circuit wiring layer on the surface of the BGA circuit wiring board can be prevented, and the BGA connection reliability is significantly improved. This is because the sealing resin on the circuit wiring board side has a dimension arrangement structure which is shorter than the sealing resin dimension on the semiconductor chip side and is opposite to the conventional one, so that the displacement generated on the BGA circuit wiring board is reduced, In particular, it is considered that the stress strain maximized at the end where the sealing resin contacts the circuit wiring board is reduced. From the above results, by using the third embodiment of the present invention, the BGA
Not only can the connection reliability of the semiconductor device be significantly improved compared with the conventional structure, but it is also possible to easily mount a bare chip in a pellet state, which has been difficult until now, by flip chip mounting, and manufacture a BGA semiconductor device at low cost. It was confirmed that it was possible.

【0042】なお、上述した第1ないし第3実施形態に
係る半導体装置は、半導体チップ1とBGA回路配線基
板2との大小関係がそれぞれ異なるだけで、何れのもの
も正方形状の相似形を用いていたが、本発明はこれに限
定されず、図19(a)に示す第4実施形態のBGA型
半導体装置のように、長方形状で相似形の半導体チップ
1とBGA回路配線基板2を用いても良い。この場合、
バンプ電極8は半導体チップ1の外周側の全てに設ける
必要はなく、例えば図示のように長辺に沿ってボール電
極4の配列の間を縫うように2列に設けられている。バ
ンプ電極8はこのように半導体チップ1の周縁に沿って
設けられるのではなく、半導体チップ1の特定の領域に
エリア配置するだけでも充分な強度を保持できる。した
がって、課題を解決する手段の項目で用いた「所定の配
置」とはこの第4実施形態の場合にはエリア配置という
ことになる。この図19(a)に示される第4実施形態
に係るBGA型半導体装置の他の詳細構成は第1ないし
第3実施形態に係るBGA半導体装置の構成と同様であ
るので重複説明は省略する。さらに本発明は、図19
(b)に示す第5実施形態のように、半導体チップ1と
BGA回路配線基板2との間に設けられるバンプ電極8
を半導体チップ1の周縁に沿って一列に設けるのではな
く千鳥配置により設けるようにしても良い。図19
(b)において、第5実施形態に係る半導体装置は、図
9に示すサイズを有する半導体チップ1とBGA回路配
線基板2とを備えている。したがって、課題を解決する
手段の項目で用いた「所定の配置」とはこの第5実施形
態においては千鳥配置ということになる。半導体チップ
1とBGA回路配線基板2との間で基板7とBGA回路
基板2との間のボール電極4のパッドが配置されていな
い長さLの領域6にバンプ電極8が千鳥配置されている
点を除いて他の構成は第2実施形態に係るBGA型半導
体装置の構成と同様であるので重複説明を省略する。
The semiconductor devices according to the above-described first to third embodiments differ only in the magnitude relationship between the semiconductor chip 1 and the BGA circuit wiring board 2, and each of them uses a square similar shape. However, the present invention is not limited to this, and uses a rectangular and similar semiconductor chip 1 and a BGA circuit wiring board 2 like the BGA type semiconductor device of the fourth embodiment shown in FIG. May be. in this case,
The bump electrodes 8 do not need to be provided on the entire outer peripheral side of the semiconductor chip 1, but are provided in two rows so as to sew between the arrangements of the ball electrodes 4 along the long side as shown in the figure. The bump electrodes 8 are not provided along the peripheral edge of the semiconductor chip 1 as described above, but can maintain sufficient strength only by arranging them in a specific area of the semiconductor chip 1. Therefore, the "predetermined arrangement" used in the item of means for solving the problem is an area arrangement in the case of the fourth embodiment. The other detailed configuration of the BGA-type semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 19A is the same as the configuration of the BGA semiconductor device according to the first to third embodiments, and thus redundant description will be omitted. In addition, the present invention provides FIG.
A bump electrode 8 provided between a semiconductor chip 1 and a BGA circuit wiring board 2 as in the fifth embodiment shown in FIG.
May not be provided in a line along the periphery of the semiconductor chip 1 but in a staggered arrangement. FIG.
In (b), the semiconductor device according to the fifth embodiment includes a semiconductor chip 1 having a size shown in FIG. 9 and a BGA circuit wiring board 2. Therefore, the “predetermined arrangement” used in the item of the means for solving the problem is the staggered arrangement in the fifth embodiment. Between the semiconductor chip 1 and the BGA circuit wiring board 2, bump electrodes 8 are staggered in a region 6 of length L where the pads of the ball electrodes 4 are not arranged between the board 7 and the BGA circuit board 2. Except for this point, the other configuration is the same as the configuration of the BGA type semiconductor device according to the second embodiment, and thus redundant description will be omitted.

【0043】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々に変
更可能である。例えば、半導体チップと回路配線基板を
接続するバンプ電極形状は本実施例に示す様な円形形状
である必要はなく、バンプ構造においてその形状が台形
または三角形などを有する円錐形状であっても何らその
効果は変わらないものである。さらに、BGAのボール
電極構造についても特に限定されるものではなく、BG
A基板裏面にボール電極がアレイ状に形成されている構
造であれば良い。また、当然ながら、BGA回路配線基
板に搭載する半導体チップ寸法は限定されるものではな
く、ボール電極の寸法、封止樹脂厚、封止樹脂などの材
料構成も特に限定されるものではない。また、本発明で
はボール電極の配置について代表的な1種類を実施例と
して記載したが、本発明では半導体チップと回路配線基
板を接続するバンプ電極が作る仮想線上にボール電極を
配置しないことを特徴としているものであるため、バン
プレイアウトがエリア配置になっている場合は、ボール
電極の配置されない領域がエリア配置となっても良いも
のである。さらに、BGA搭載回路配線基板もボール配
置方法を代表的な1種類を例にとり説明したが、バンプ
電極からBGAボール電極側に金属が貫通している様な
形状であっても何ら問題はない。なお、バンプ電極から
回路配線規範を貫通するバンプビア構造を用いる場合、
本発明の効果は著しく向上する。
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. For example, the shape of the bump electrodes connecting the semiconductor chip and the circuit wiring board does not need to be circular as shown in the present embodiment, and even if the shape of the bump structure is a trapezoid or a cone having a triangle or the like, it does not matter. The effect is unchanged. Further, the ball electrode structure of the BGA is not particularly limited.
Any structure may be used as long as ball electrodes are formed in an array on the back surface of the A substrate. Naturally, the dimensions of the semiconductor chip mounted on the BGA circuit wiring board are not limited, and the dimensions of the ball electrodes, the thickness of the sealing resin, and the material configuration such as the sealing resin are not particularly limited. Also, in the present invention, one representative type of ball electrode arrangement has been described as an example, but the present invention is characterized in that ball electrodes are not arranged on virtual lines formed by bump electrodes connecting a semiconductor chip and a circuit wiring board. Therefore, when the bump layout has the area arrangement, the area where the ball electrode is not arranged may be the area arrangement. Furthermore, although the BGA mounting circuit wiring board has been described using a typical ball placement method as an example, there is no problem if the metal penetrates from the bump electrode to the BGA ball electrode side. When using a bump via structure penetrating the circuit wiring standard from the bump electrode,
The effects of the present invention are significantly improved.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、半導体チップが回路配線基板の種面にバンプ電
極でフリップチップ実装されているBGA型半導体装置
の回路配線基板裏面にアレイ状配置するBGAボール電
極が、バンプ電極の位置する仮想線上に配置されない領
域を有する構造となっているため、大型チップをBGA
化する場合に問題となっていた、ボール電極の局所的な
応力歪に起因する半導体チップのバンプ電極破壊を防止
することができる。特に、ボール電極の配置されない領
域が、仮想線を中心として少なくとも半導体チップと隣
接するバンプ径以上の面積領域を有している配置となっ
ており、応力歪が最も影響する部分を領域として回避し
ているため、回路配線基板とBGAを相互接続するボー
ルに発生する応力歪を極めて小さくすることができ、B
GAの実装接続信頼性を電子回路装置の信頼性を保証す
るのに充分な値まで向上することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, an array is formed on the back surface of a circuit wiring board of a BGA type semiconductor device in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on a seed surface of the circuit wiring board with bump electrodes. Since the BGA ball electrodes arranged in a shape having a region that is not arranged on the imaginary line where the bump electrodes are located, a large chip is
In this case, it is possible to prevent the bump electrode of the semiconductor chip from being destroyed due to the local stress and strain of the ball electrode, which has been a problem when the semiconductor device is formed. In particular, the region where the ball electrode is not arranged is arranged so as to have an area larger than the diameter of the bump adjacent to the semiconductor chip with respect to the imaginary line. Therefore, the stress distortion generated in the ball interconnecting the circuit wiring board and the BGA can be extremely reduced,
The mounting connection reliability of the GA can be improved to a value sufficient to guarantee the reliability of the electronic circuit device.

【0045】さらに、半導体装置に構成するバンプ電極
は、Al,Au,W,Cu,Ni,Cr,Pt,Pdか
ら選択される金属またはこれら金属を主成分とする合金
であり、BGAボール電極はPb,Sn,Ag,Sb,
Zn,Biから選択される金属またはこれら金属を主成
分とする合金であるため、BGA半導体装置を回路配線
基板に実装した場合、バンプ電極はボール電極に比較し
て高融点金属になり、BGA半導体装置を回路配線基板
に実装する場合に、BGAボール電極部分の接続でバン
プ電極が変形することなく、バンプ応力歪の緩和に充分
な高さ寸法を維持することが可能になる。さらに、BG
A半導体装置を構成する回路配線基板は半導体チップの
ボンディングパッドが位置する仮想線部分の主面にバン
プ電極を有していることと、仮想線部分の裏面にはボー
ル電極が配置されない領域を有する構造となっているた
め、任意の半導体チップをフリップチップ実装する場
合、電子機器を構成する実装基板の端子レイアウトを変
更することなくBGA回路配線基板の半導体チップ接続
用バンプ電極の配置レイアウトのみを変更することで任
意の半導体チップを実装することができ、電子機器の製
造コストを容易に低減することが可能になる。
Further, the bump electrode constituting the semiconductor device is a metal selected from Al, Au, W, Cu, Ni, Cr, Pt, and Pd or an alloy containing these metals as a main component. Pb, Sn, Ag, Sb,
Since a metal selected from Zn and Bi or an alloy containing these metals as a main component, when a BGA semiconductor device is mounted on a circuit wiring board, the bump electrode becomes a metal having a higher melting point than the ball electrode, and the BGA semiconductor When the device is mounted on a circuit wiring board, the bump electrodes are not deformed by the connection of the BGA ball electrode portion, and it is possible to maintain a height dimension sufficient to alleviate the bump stress distortion. Furthermore, BG
A: A circuit wiring board constituting a semiconductor device has a bump electrode on a main surface of a virtual line portion where a bonding pad of a semiconductor chip is located, and has a region on a back surface of the virtual line portion where a ball electrode is not arranged. Due to the structure, when flip-chip mounting an arbitrary semiconductor chip, only the layout of the bump electrodes for connecting the semiconductor chip on the BGA circuit wiring board is changed without changing the terminal layout of the mounting board that constitutes the electronic device By doing so, an arbitrary semiconductor chip can be mounted, and the manufacturing cost of the electronic device can be easily reduced.

【0046】また本発明によれば、半導体チップが回路
配線基板主面にバンプ電極によりフリップチップ実装さ
れ、回路配線基板裏面にはボール電極がアレイ状に配置
されている半導体装置の製造方法が、半導体チップのボ
ンディングパッドが位置する仮想線部分の主面にバンプ
電極を有し、仮想線部分の裏面にBGAボール電極が配
置されない領域を有する回路配線基板を形成する工程
と、回路配線基板のバンプ電極を半導体チップのバンプ
電極と位置合わせする工程と、回路配線基板裏面のボー
ル電極が配置されない領域に少なくとも加熱機構または
振動機構のうちいずれか一方を有する尖形冶具を位置合
わせして加熱または振動のうち少なくとも1機構を用い
バンプ電極を接合する工程を備えているため、従来まで
問題となっていたバンプ電極を有さないペレット状態の
半導体チップを対象としても容易にフリップチップ実装
が可能になる。さらに、ボール電極の配置されない禁止
領域は少なくとも半導体チップを接続するバンプ径以上
の面積領域を有することと、尖形冶具が隣接するボール
電極に接触しない面積領域以上を有することを特徴とし
ているため、尖形冶具を回路配線基板に対して容易に接
触させることが可能になり、ボンディングにより尖形冶
具周囲のボール電極がダメージを受けることもない。以
上の様に、本発明によれば、BGA半導体装置の実装接
続信頼性を低コストで極めて向上させることが可能にな
る。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on a main surface of a circuit wiring substrate by bump electrodes, and ball electrodes are arranged in an array on the back surface of the circuit wiring substrate. Forming a circuit wiring board having a bump electrode on a main surface of a virtual line portion where a bonding pad of a semiconductor chip is located and a region on a back surface of the virtual line portion where a BGA ball electrode is not arranged; Aligning the electrodes with the bump electrodes of the semiconductor chip, and aligning a pointed jig having at least one of a heating mechanism and a vibration mechanism in a region where the ball electrodes are not disposed on the back surface of the circuit wiring board, thereby heating or vibrating the substrate. The process of joining bump electrodes using at least one of the mechanisms Also easily allows the flip chip mounting as target semiconductor chip pellet form having no flop electrode. Furthermore, since the forbidden region where the ball electrode is not disposed has an area larger than at least the bump diameter for connecting the semiconductor chip, and the pointed jig has an area larger than the area not in contact with the adjacent ball electrode, The pointed jig can be easily brought into contact with the circuit wiring board, and the ball electrode around the pointed jig is not damaged by the bonding. As described above, according to the present invention, the mounting connection reliability of a BGA semiconductor device can be significantly improved at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の基本原理としての第1実施形態に係る
BGA型半導体装置の構成を示す(a)断面図および
(b)平面図。
FIG. 1A is a sectional view and FIG. 1B is a plan view showing a configuration of a BGA type semiconductor device according to a first embodiment as a basic principle of the present invention.

【図2】第1実施形態の半導体装置の製造方法を(a)
ないし(d)の工程で示す断面図。
FIG. 2A illustrates a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment;
Sectional drawing shown in the process of (d).

【図3】図2の続きの工程を(e)ないし(g)で示す
断面図。
3A to 3G are cross-sectional views showing steps subsequent to FIG. 2 in steps (e) to (g).

【図4】第1実施形態に係る半導体装置を示す部分拡大
断面図。
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment.

【図5】第1実施形態に係る半導体装置を説明するため
の平面図。
FIG. 5 is a plan view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment.

【図6】第1実施形態に係る半導体装置の効果を説明す
るための特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram for explaining effects of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図7】第1実施形態に係る半導体装置の効果を説明す
るための特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating the effect of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図8】(a)第1ないし第3実施形態に係る半導体装
置の効果を説明する特性図、(b)第1および第2実施
形態に係る半導体装置の効果を説明する特性図。
FIG. 8A is a characteristic diagram illustrating the effect of the semiconductor device according to the first to third embodiments, and FIG. 8B is a characteristic diagram illustrating the effect of the semiconductor device according to the first and second embodiments.

【図9】本発明の第2実施形態に係るBGA型半導体装
置の構成を示す(a)断面図および(b)平面図。
FIGS. 9A and 9B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a configuration of a BGA semiconductor device according to a second embodiment of the present invention; FIGS.

【図10】第2実施形態の半導体装置の製造方法を
(a)ないし(d)の工程で示す断面図。
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment in steps (a) to (d).

【図11】図10の続きの工程を(e)ないし(g)で
示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing a step following FIG. 10 by (e) to (g).

【図12】第2実施形態に係る半導体装置を示す(a)
部分拡大断面図、(b)(c)平面図。
FIG. 12 shows a semiconductor device according to a second embodiment (a).
Partial enlarged sectional views, (b) and (c) plan views.

【図13】(a)第2実施形態に係る半導体装置の効果
を説明するための特性図、(b)第1ないし第3実施形
態の効果を説明するための特性図。
FIG. 13A is a characteristic diagram for explaining the effect of the semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 13B is a characteristic diagram for explaining the effect of the first to third embodiments.

【図14】本発明の第3実施形態に係るBGA型半導体
装置の構成を示す(a)断面図および(b)平面図。
FIGS. 14A and 14B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a configuration of a BGA semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図15】第3実施形態の半導体装置の製造方法を
(a)ないし(d)の工程で示す断面図。
FIGS. 15A to 15D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment in steps (a) to (d).

【図16】図15の続きの工程を(e)ないし(g)で
示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing a step following FIG. 15 by (e) to (g).

【図17】第3実施形態に係る半導体装置を示す(a)
部分拡大断面図、(b)(c)平面図。
FIG. 17 shows a semiconductor device according to a third embodiment (a).
Partial enlarged sectional views, (b) and (c) plan views.

【図18】(a)第3実施形態に係る半導体装置の効果
を説明するための特性図、(b)第3実施形態の効果を
説明するための特性図。
FIG. 18A is a characteristic diagram for explaining the effect of the semiconductor device according to the third embodiment, and FIG. 18B is a characteristic diagram for explaining the effect of the third embodiment.

【図19】(a)本発明の第4実施形態に係るBGA型
半導体装置を示す平面図、(b)本発明の第5実施形態
に係るBGA型半導体装置を示す平面図。
19A is a plan view showing a BGA type semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 19B is a plan view showing a BGA type semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図20】従来のフリップフロップ実装構造およびBG
A型半導体装置をそれぞれ示す断面図。
FIG. 20 shows a conventional flip-flop mounting structure and BG
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an A-type semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体チップ 2 BGA回路配線基板 3 封止樹脂 4 ボール電極 5 封止樹脂がBGA回路配線基板と接触する仮想線 6 ボール電極配置禁止領域 7 電子回路装置を構成する回路配線基板 8 バンプ電極 11 半導体チップ接続端子 12 ボール形成端子 13 ヒータ 14 ヒートツール 15 バンプ径 21 ボンディングパッド 22 バリアメタル 23 半導体チップ接続端子 24 ソルダーレジスト 25 パッシベーション膜 31 最大剪断歪 32 カバープレート 33 スティフナー 34 TABインナーリード 35 TABテープ 36 応力緩和配線 REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor chip 2 BGA circuit wiring board 3 sealing resin 4 ball electrode 5 virtual line where sealing resin contacts BGA circuit wiring board 6 ball electrode disposition prohibited area 7 circuit wiring board constituting electronic circuit device 8 bump electrode 11 semiconductor Chip connection terminal 12 Ball forming terminal 13 Heater 14 Heat tool 15 Bump diameter 21 Bonding pad 22 Barrier metal 23 Semiconductor chip connection terminal 24 Solder resist 25 Passivation film 31 Maximum shear strain 32 Cover plate 33 Stiffener 34 TAB inner lead 35 TAB tape 36 Stress Relaxed wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯 田 敦 子 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 樋 口 和 人 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 舘 山 和 樹 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Atsuko Iida 33, Shin Isogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Production Technology Research Institute Co., Ltd. 33 Isogo-cho, Toshiba Production Technology Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Kazuki Tateyama 33, Shin-Isoko-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数個のボンディングパッドを有する半導
体チップと、主面にバンプ電極により前記半導体チップ
がフリップチップ実装されると共に裏面にボール電極用
のパッドが配置された回路配線基板と、を備える半導体
装置において、 前記ボール電極用のパッドが、前記主面に前記バンプ電
極が配置されている領域に対応する前記裏面の領域以外
の領域に配置されていることを特徴とするボールグリッ
ドアレイ型半導体装置。
1. A semiconductor chip having a plurality of bonding pads, and a circuit wiring board on which a semiconductor chip is flip-chip mounted on a main surface by bump electrodes and a pad for a ball electrode is disposed on a back surface. In the semiconductor device, wherein the ball electrode pad is arranged in a region other than the back surface region corresponding to the region where the bump electrode is arranged on the main surface, wherein a ball grid array type semiconductor is provided. apparatus.
【請求項2】前記回路配線基板は前記半導体チップの外
形より大きい外形寸法を有し、前記バンプ電極は前記半
導体チップと前記回路配線基板の主面との間に所定の配
置で設けられると共に、前記ボール電極用のパッドは前
記バンプ電極が配置された前記主面の領域に対応する前
記回路配線基板の裏面の領域以外の領域に配置されてい
ることを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドア
レイ型半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the circuit wiring board has an outer dimension larger than an outer shape of the semiconductor chip, and the bump electrodes are provided in a predetermined arrangement between the semiconductor chip and a main surface of the circuit wiring board. 2. The ball according to claim 1, wherein the ball electrode pad is arranged in a region other than a region on a back surface of the circuit wiring board corresponding to a region on the main surface where the bump electrode is arranged. 3. Grid array type semiconductor device.
【請求項3】前記バンプ電極は前記半導体チップと前記
回路配線基板の主面との間に所定の配置で設けられ、前
記ボール電極用のパッドは前記主面に前記バンプ電極が
配置されている領域に対応する前記裏面の領域の内側に
アレイ状に配置されていることを特徴とする請求項1に
記載のボールグリッドアレイ型半導体装置。
3. The bump electrode is provided in a predetermined arrangement between the semiconductor chip and a main surface of the circuit wiring board, and the ball electrode pad is provided with the bump electrode on the main surface. 2. The ball grid array type semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is arranged in an array inside the region on the back surface corresponding to the region.
【請求項4】前記回路配線基板は前記半導体チップの外
形より小さい外形寸法を有し、前記バンプ電極は前記半
導体チップと前記回路配線基板の主面との間に所定の配
置で設けられると共に、前記ボール電極用のパッドは前
記バンプ電極が配置された領域に対応する前記基板の裏
面側の領域以外の領域に配置されていることを特徴とす
る請求項1に記載のボールグリッドアレイ型半導体装
置。
4. The circuit wiring board has an outer dimension smaller than that of the semiconductor chip, and the bump electrodes are provided in a predetermined arrangement between the semiconductor chip and a main surface of the circuit wiring board. 2. The ball grid array type semiconductor device according to claim 1, wherein the ball electrode pads are arranged in a region other than the region on the back surface side of the substrate corresponding to the region where the bump electrodes are arranged. .
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