JP2000077559A

JP2000077559A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2000077559A
Application number: JP10243999A
Authority: JP
Inventors: Noboru Izawa; 暢井澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】製造が容易で安価な１層配線テープを使用
し、２層配線テープを使用したもの同様に優れた電気的
特性、特に高周波特性を有する半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置では、絶縁樹脂フィ
ルム１の一主面に、信号線、信号系の接続パッド等の配
線２とインナーリード３とが配設され、インナーリード
３より内側のデバイスホール領域に、リング状の電源系
もしくはグランド系の配線部４が配設されている。また
これらの配設面において、樹脂封止層９より外側の領域
に、電源系もしくはグランド系の接続パッド５が配設さ
れ、前記した配線部４に引出し用配線６を介して接続さ
れている。さらに、この配線フィルムのデバイスホール
１ａ内に半導体素子７が配置され、電極端子とインナー
リード３とが金バンプ８等を介して接合されており、こ
のような接続領域が樹脂封止層９により封止されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係わ
り、特に、高周波数特性のような電気特性に優れかつ安
価な半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、コストの低減と構成の簡略化
等を目的として、リードと外部接続端子等の配線を有す
るフィルムキャリアテープに、半導体素子を搭載し実装
した、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）と呼ばれる
半導体装置が知られている。そして、このようなＴＣＰ
では、Ｉ／Ｏ数の増加、外形の小型化、実装の容易性等
の観点から、格子状に配列した外部接続端子（接続パッ
ド）上に、はんだボール等のバンプを配設した、ボール
グリッドアレイ（以下、ＢＧＡと示す。）と呼ばれる構
造が採られている。

【０００３】ここで、フィルムキャリアテープとして
は、ポリイミド樹脂フィルムのような樹脂フィルムの片
面にのみ銅箔等の配線パターンが設けられた１層配線テ
ープと、樹脂フィルムの表裏両面にそれぞれ配線パター
ンが設けられた２層配線テープとがあり、半導体素子の
動作速度が比較的遅い場合には、１層配線テープが用い
られている。

【０００４】しかし、１層配線テープは、テープ自体は
安価であるが、電源やグランドの配線をプレーンとして
広く形成することができず、グランド等を電気的に強化
することができないという欠点があった。

【０００５】そのため、高周波数の半導体パッケージで
は、１層配線テープの適用が難しく、波形伝送特性や耐
ノイズ性に優れた２層配線テープの使用が好適とされて
いる。すなわち、ＢＧＡ型半導体パッケージの電気的特
性の向上のためには、半導体素子のグランドや電源の電
極端子（電極パッド）から、できるだけ短い距離で、パ
ッケージ内のグランドまたは電源の供給用配線部（グラ
ンドプレーンまたは電源プレーン）に接続するか、ある
いは半導体素子のグランドや電源の電極パッドから、直
接マザーボードのグランドプレーンまたは電源プレーン
に接続する必要があり、この配線距離を短くするため
に、表裏両面に配線層を有しかつこれらの配線層がヴィ
アホールを介して電気的に接続された２層配線テープが
使用されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな２層配線テープは、その製造工程が複雑で非常に高
価であるため、これを使用した半導体パッケージのコス
トも非常に高くなるという問題があった。すなわち、２
層配線テープでは、例えば両面の配線層を電気的に接続
する小径のヴィアホールの形成に、フォトエッチングや
細径のドリルによるＮＣパンチングのような、極めてコ
ストのかかる手段を利用しなければならず、そのためテ
ープ価格が非常に高くなっていた。

【０００７】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、製造が容易で安価な１層配線テープ
を使用し、しかも２層配線テープを使用したもの同様に
優れた電気的特性、特に高周波特性を有する半導体装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
デバイスホールを有するフィルム状の絶縁基材と、この
絶縁基材の一主面に、先端が前記デバイスホールに突出
するように配設されたインナーリードと、前記デバイス
ホール内に配置され前記インナーリードと電気的に接続
された半導体素子と、前記半導体素子の接続領域を被覆
し封止する樹脂封止層とを備えた半導体装置において、
前記絶縁基材の前記主面のインナーリードの内側の領域
に、電源系のリードに接続された電源系の配線部とグラ
ンド系のリードに接続されたグランド系の配線部との少
なくとも一方が、一括してあるいは相互に分離・絶縁さ
れて配設され、かつ前記電源系の配線部とグランド系の
配線部との少なくとも一方の近傍に、電源系の外部接続
端子とグランド系の外部接続端子との少なくとも一方が
配設されていることを特徴とする。

【０００９】本発明の半導体装置において、デバイスホ
ールを有するフィルム状の絶縁基材としては、例えばポ
リイミド樹脂フィルムのような絶縁樹脂フィルム等が挙
げられる。絶縁樹脂フィルムの厚さは、半導体装置の品
種、形状、大きさ等にもよるが、50〜 125μm とするこ
とが好ましい。また、デバイスホールの平面的な大きさ
や形状は、搭載・実装する半導体素子の平面的なサイズ
や形状等に対応して設定される。

【００１０】本発明においては、このようなフィルム状
絶縁基材の一主面に、インナーリードや信号線等の配線
が配設され、また同じ主面のインナーリードの内側のデ
バイスホール領域（半導体素子実装領域）に、電源系の
インナーリードに接続された電源系の配線部とグランド
系のインナーリードに接続されたグランド系の配線部
の、どちらか一方または両方が配設されている。このよ
うな配線および配線部はいずれも、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、
42アロイのようなＮｉ系合金等から構成され、フィルム
状絶縁基材への蒸着パターニング、または絶縁基材の片
面に設けられたＣｕ箔または前記合金層をフォトパター
ニングすることにより形成される。ここで、インナーリ
ードのピッチや配列は、搭載・実装される半導体素子の
電極端子のピッチや配列に対応して設定される。

【００１１】また、電源系の配線部とグランド系の配線
部は、両者をまとめた電源系およびグランド系共通の配
線部として配設しても良いし、あるいは別々の配線部と
して相互に分離・絶縁して配設しても良い。また、これ
らの共通あるいは個別の配線部の平面形状としては、方
形、円形、方形リング状、円形リング状、コの字形状、
ロの字形状、Ｌ字形状、格子状、丸形格子状など、いろ
いろなパターンを採ることができる。これらの中でも、
格子状など多くの透窓部を有するパターンの配線部は、
配線部と半導体素子との間に封止用樹脂が浸透しやすい
という利点を有する。

【００１２】本発明においては、フィルム状絶縁基材の
同じ主面側で前記した電源系とグランド系との少なくと
も一方の配線部の近傍に、電源系の外部接続端子とグラ
ンド系の外部接続端子との少なくとも一方である接続パ
ッドが配設される。このような接続パッドは、電源系と
グランド系との少なくとも一方の配線部の一部として、
これらの配線部に直接形成しても良いし、あるいは樹脂
封止層の外側の領域に配設し、電源系とグランド系との
少なくとも一方の配線部に引出し用配線を介して接続す
るように構成しても良い。

【００１３】特に、樹脂封止層の外側の領域に、電源系
とグランド系との少なくとも一方の接続パッドを配設し
た構造では、樹脂封止層の形成後、接続パッド上に後述
するはんだボール等のバンプを配設することができ、工
程がより簡略化され製造が容易であるという利点があ
る。樹脂封止層の外側での電源系とグランド系との少な
くとも一方の接続パッドの配設位置としては、例えば半
導体素子の４隅（コーナー部）の近傍が設定される。

【００１４】そして本発明においては、マザーボード等
の外部のグランド層と電源層との少なくとも一方と接続
するために、電源系とグランド系との少なくとも一方の
接続パッド上に、はんだボール等のバンプを配設するこ
とが望ましい。はんだボールの配設は、例えば予め整形
されたはんだボールを、配線フィルムの接続パッド上に
配置し、加熱してはんだを溶融させる（リフローする）
ことにより行なわれる。また、接続パッド上にはんだペ
ーストを印刷・乾燥して、導電性バンプを形成しても良
い。

【００１５】本発明において搭載・実装される半導体素
子としては、例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、各種メモリ等が挙
げられる。このような半導体素子は、フェースダウンで
デバイスホール内に配置され、Ａｌ等から成る電極端子
が対応するインナーリードの先端部に金バンプ等を介し
て接合されることにより、電気的に接続（インナーリー
ドボンディング）される。

【００１６】さらに本発明においては、前記した半導体
素子を外界の水分や不純物などに対してあるいは機械的
に保護するために、半導体素子の接続領域が、樹脂によ
り被覆・封止される。ここで樹脂としては、エポキシ樹
脂やスルフォン酸樹脂のような、半導体素子の封止に通
常使用されている樹脂を使用することができる。このよ
うな樹脂封止層は、液状の樹脂をポッティング成形する
ことにより、あるいは樹脂フィルムを貼着することによ
り形成される。

【００１７】ここで、電源系とグランド系との少なくと
も一方の外部接続端子である接続パッドを、電源系とグ
ランド系との少なくとも一方の配線部の一部として、配
線部に直接形成した構造では、接続パッド上にはんだボ
ール等のバンプ形成後、液状樹脂のポッティング成形が
行なわれる。しかし、樹脂封止層の形成を樹脂フィルム
の貼着により行なう場合には、予め接続パッドの部分に
開口が設けられた樹脂フィルムを貼着し、あるいは樹脂
フィルムを貼着し、フォトエッチング等により接続パッ
ドの部分に開口を形成した後、開口部にはんだボール等
のバンプを嵌め込んで接合させる方法が採られる。

【００１８】本発明の半導体装置では、電気的な配線層
がｌ層の安価な配線フィルムを使用しながら、２層配線
フィルムを使用した装置と同等のあるいはそれ以上に優
れた電気的特性が得られる。

【００１９】すなわち本発明では、インナーリードの内
側の領域に、電源系とグランド系との少なくとも一方の
配線部が配設され、かつこれらの配線部の近傍に電源系
とグランド系との少なくとも一方の外部接続端子が配設
されているので、半導体素子のグランド系や電源系の電
極端子から、極めて短い配線距離で、電源系とグランド
系との少なくとも一方の配線部に接続されている。ま
た、電源系とグランド系との少なくとも一方の外部接続
端子上に、はんだボールのようなバンプが配設され、こ
のようなバンプを介して、極めて短い配線距離で、マザ
ーボードのグランドまたは電源の配線部（プレーン）に
接続されるように構成されているので、従来のｌ層配線
フィルムを使用した半導体装置に比べて、インダクタン
スが低く、波形伝送特性や耐ノイズ性のような電気的な
特性が向上する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明の半導体装置の第１の実施
例の構成を概略的に示す断面図であり、図２は、同実施
例の要部（樹脂封止層およびはんだバンプを設ける前の
状態を示す。）を拡大して示す下面図である。これらの
図において、符号１は、デバイスホール１ａを有するポ
リイミド樹脂フィルムのような絶縁樹脂フィルムを示
し、この絶縁樹脂フィルム１の一主面（図では下面）
に、信号線等の配線２群と、一端がこれらの配線２群に
接続され先端がデバイスホール１ａに突出したインナー
リード３群がそれぞれ配設されている。そして、信号線
の端部に、外部回路と接続するための外部接続端子であ
る接続パッド（図示を省略。）が、格子状の配列で配設
されている。また、絶縁樹脂フィルム１の下面で、イン
ナーリード３群が配設された領域より内側のデバイスホ
ール領域には、方形リング状の配線部４が配設されてい
る。この配線部４には、先端部が延出形成された電源系
もしくはグランド系のインナーリード３ａ、３ｂがそれ
ぞれ接続され、電源系もしくはグランド系の配線部をな
している。

【００２２】さらに、これらの配線および配線部の配設
面において、後述する樹脂封止層の被覆領域より外側の
領域には、電源系もしくはグランド系の外部接続端子で
ある接続パッド５が配設されている。この電源系もしく
はグランド系の接続パッド５は、半導体素子が配置され
るデバイスホール１ａの４つのコーナー部の近傍に、そ
れぞれ１個ずつ配設され、電源系もしくはグランド系の
配線部４に、引出し用配線６を介してそれぞれ接続され
ている。

【００２３】また、絶縁樹脂フィルム１のデバイスホー
ル１ａ内には、半導体素子７がフェースダウンで配置さ
れており、この半導体素子７の各電極端子（電極パッ
ド）が、対応するインナーリード３の先端部に、金バン
プ８等を介して接合されている。さらに、このような半
導体素子７の接続領域には、エポキシ樹脂等の樹脂封止
層９がポッティング成形により設けられている。そし
て、このように搭載・実装された半導体素子７の上に
は、銅、アルミニウムなどの放熱性の高い金属から成る
カバープレート１０が配設され、半導体素子７の上面お
よび絶縁樹脂フィルム１の上面に、それぞれ接着剤層
（図示を省略。）を介して接着されている。

【００２４】またさらに、格子状の配列で信号線の端部
に配設された信号系の接続パッド上、および半導体素子
７の各コーナー部の近傍に配設された電源系とグランド
系共通の接続パッド５上には、Ｐｂ−Ｓｎ系のはんだか
ら成るボール状のバンプ１１が、それぞれ配設されてい
る。

【００２５】このような構造の実施例の半導体装置は、
例えば以下に示す手順で製造される。

【００２６】（１）絶縁樹脂フィルム１にデバイスホー
ル１ａを形成するとともに、その片面に設けられた銅箔
等の導体層を所望のパターンでエッチングし、信号線等
の配線２と信号系の接続パッド、インナーリード３、電
源系もしくはグランド系の配線部４と接続パッド５、お
よびこれらの配線部４と接続パッド５とを接続する引出
し用配線６をそれぞれ形成する。

【００２７】（２）絶縁樹脂フィルム１のデバイスホー
ル１ａ内に半導体素子７をフェースダウンで配置し、半
導体素子７の信号系と電源系およびグランド系の各電極
端子と、対応するインナーリード３の先端部とを、それ
ぞれ金バンプ８を介して接合する（ＩＬＢ接続）。

【００２８】（３）半導体素子７の保護のために、ＩＬ
Ｂ部に封止用の液状樹脂をポッティング成形し、樹脂封
止層９を形成する。

【００２９】（４）絶縁樹脂フィルム１上および半導体
素子７上に、放熱体としてカバープレート１０を被せて
接着する。

【００３０】（５）信号系の接続パッド上および電源系
もしくはグランド系の接続パッド５上に、それぞれボー
ル状のはんだバンプ１１を形成する。

【００３１】このように製造される実施例の半導体装置
では、インナーリード３の内側のデバイスホール領域
に、方形リング形状を有する電源系もしくはグランド系
の配線部４が配設され、かつこれらの配線部が、樹脂封
止層９より外側で半導体素子７のコーナー部の近傍に配
設された電源系もしくはグランド系の接続パッド５と、
短い引出し用配線６を介して接続されているので、半導
体素子７の電源系あるいはグランド系の電極端子（電極
パッド）から、電源系もしくはグランド系の配線部４を
経て、極めて短い配線距離で電源系もしくはグランド系
の接続パッド５に接続される。そして、電源系もしくは
グランド系の接続パッド５上に、はんだバンプ１１が配
設されており、これらのはんだバンプ１１を介して、極
めて短い距離で、マザーボードのグランドまたは電源の
供給用配線部（プレーン）に接続されるので、クロスト
ークノイズが軽減され、電気的特性が向上する。

【００３２】より具体的には、樹脂フィルムの表裏両面
に形成され配線層を、ヴィアホールにより接続した構造
の２層配線フィルムを使用した半導体装置では、半導体
素子の電源系やグランド系の電極端子から、マザーボー
ドのグランドまたは電源の供給用配線部までの配線距離
は、少なくとも 100μm 単位の距離となるが、第１の実
施例の半導体装置では、10μm 単位の配線距離での接続
が可能となる。したがって、より低いインダクタンスが
実現され、電気的特性の良好な半導体装置が得られる。

【００３３】なお、このような第１の実施例において、
電源系もしくはグランド系の接続パッド５の数は、半導
体素子７の４つのコーナー部の近傍に１個ずつではな
く、図３に示すように、各コーナー部ごとに複数個の接
続パッド５を配設し、各接続パッド５上にはんだバンプ
１１を配設することができる。

【００３４】また、電源系もしくはグランド系の配線部
４の平面形状は、中央部に方形の透窓部を有する方形リ
ング状に代わって、図４（ａ）および（ｂ）にそれぞれ
示すように、方形または円形の多くの透窓部を有する、
格子状あるいは丸形格子状などとすることができる。こ
のような多くの透窓部を有する平面形状の配線部４で
は、配線部４と半導体素子７との間に封止用樹脂が浸透
しやすく、密着性の良好な樹脂封止層９が得られるとい
う利点がある。

【００３５】次に、本発明の半導体装置の他の実施例に
ついて説明する。

【００３６】第２の実施例の半導体装置では、図５に示
すように、絶縁樹脂フィルム１の下面のインナーリード
３より内側のデバイスホール領域に、電源系のインナー
リード３ａに接続された電源系の配線部４ａと、グラン
ド系のインナーリード３ｂに接続されたグランド系の配
線部４ｂとが、相互に分離・絶縁されて配設されてい
る。そして、樹脂封止層９の外側の領域で電源系の配線
部４ａおよびグランド系の配線部４ｂの近傍には、電源
系の接続パッド５ａおよびグランド系の接続パッド（図
示を省略。）がそれぞれ配設されており、電源系および
グランド系の接続パッド５ａは対応する配線部４に、引
出し用配線６を介してそれぞれ接続されている。

【００３７】第３の実施例の半導体装置では、図６に示
すように、インナーリード３のデバイスホール領域に配
設された、方形リング状の電源系もしくはグランド系の
配線部４の一部として、電源系もしくはグランド系の接
続パッド５が形成され、これらの接続パッド５上にそれ
ぞれはんだバンプ１１が配設されている。そして、この
ようなはんだバンプ１１の配設領域を含めて半導体素子
７の接続領域には、エポキシ樹脂等の樹脂封止層９が、
液状樹脂のポッティング成形により、あるいは樹脂フィ
ルムの貼着により形成されている。

【００３８】なお、第２および第３の実施例において、
その他の部分は、第１の実施例と同様に構成されている
ので説明を省略する。

【００３９】このように構成される第２および第３の実
施例の半導体装置においても、半導体素子７の電源系あ
るいはグランド系の電極端子（電極パッド）から、極め
て短い配線距離で、電源系もしくはグランド系の配線部
４あるいは個別の配線部４ａ、４ｂ、および対応する外
部接続端子である接続パッド５を経て、マザーボードの
グランドまたは電源の供給用配線部（プレーン）に接続
されるので、クロストークノイズが軽減され、電気的特
性が向上する。

【００４０】特に、第３の実施例の半導体装置では、電
源系もしくはグランド系の配線部４の一部として、電源
系もしくはグランド系の接続パッド５が形成され、これ
らの接続パッド５上にはんだバンプ１１が配設されてい
るので、より短い配線距離で、半導体素子７の電極端子
（電極パッド）からマザーボードのグランドまたは電源
プレーンへの接続を行なうことができ、良好な電気的特
性が実現される。

【００４１】なお、以上の実施例においては、電源系も
しくはグランド系の接続パッド、あるいは個別の接続パ
ッド上に、それぞれボール状のはんだバンプ１１が配設
された構造としたが、はんだバンプ１１に代わり、はん
だペーストの印刷・乾燥により形成された導電性バンプ
を配設しても良い。また、絶縁樹脂フィルム１とカバー
プレート１０との間に、ステンレス鋼等の金属製の形状
保持板（スティフナー）を設けることも可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、製造が容易で安価な１層配線テープを使用
し、高速動作をする半導体素子を搭載する装置として好
適した、電気的特性特に高周波特性に優れた半導体装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の第１の実施例の構成を概
略的に示す断面図。

【図２】第１の実施例の要部を拡大して示す下面図。

【図３】第１の実施例において、電源系もしくはグラン
ド系の接続パッドを複数個配設した例を示す下面図。

【図４】電源系もしくはグランド系の配線部のパターン
形状を示す平面図。

【図５】本発明の第２の実施例の要部を拡大して示す下
面図。

【図６】本発明の第３の実施例の構成を概略的に示す断
面図。

【符号の説明】

１………絶縁樹脂フィルム１ａ………デバイスホール３………インナーリード３ａ、３ｂ………電源系もしくはグランド系のインナー
リード４………電源系もしくはグランド系の配線部４ａ………電源系の配線部４ｂ………グランド系の配線部５………電源系もしくはグランド系の接続パッド５ａ………電源系の接続パッド６………引出し用配線７………半導体素子９………樹脂封止層１０………カバープレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デバイスホールを有するフィルム状の絶
縁基材と、この絶縁基材の一主面に、先端が前記デバイ
スホールに突出するように配設されたインナーリード
と、前記デバイスホール内に配置され前記インナーリー
ドと電気的に接続された半導体素子と、前記半導体素子
の接続領域を被覆し封止する樹脂封止層とを備えた半導
体装置において、前記絶縁基材の前記主面のインナーリードの内側の領域
に、電源系のリードに接続された電源系の配線部とグラ
ンド系のリードに接続されたグランド系の配線部との少
なくとも一方が、一括してあるいは相互に分離・絶縁さ
れて配設され、かつ前記電源系の配線部とグランド系の
配線部との少なくとも一方の近傍に、電源系の外部接続
端子とグランド系の外部接続端子との少なくとも一方が
配設されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記電源系の外部接続端子とグランド系
の外部接続端子との少なくとも一方が、前記電源系の配
線部とグランド系の配線部との少なくとも一方の一部と
して配設されていることを特徴とする請求項１記載の半
導体装置。
【請求項３】前記電源系の外部接続端子とグランド系
の外部接続端子との少なくとも一方が、前記電源系の配
線部とグランド系の配線部との少なくとも一方に、引出
し用配線を介して接続されていることを特徴とする請求
項１記載の半導体装置。
【請求項４】前記電源系の外部接続端子とグランド系
の外部接続端子との少なくとも一方が、前記樹脂封止層
の外側で前記半導体素子のコーナー部の近傍に配設され
ていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】前記電源系の外部接続端子とグランド系
の外部接続端子との少なくとも一方の上に、Ｐｂ−Ｓｎ
系のはんだから成るボール状のバンプが配設されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の
半導体装置。