JP2000133664A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000133664A JP30049498A JP30049498A JP2000133664A JP 2000133664 A JP2000133664 A JP 2000133664A JP 30049498 A JP30049498 A JP 30049498A JP 30049498 A JP30049498 A JP 30049498A JP 2000133664 A JP2000133664 A JP 2000133664A
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祐司 西谷
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  • Wire Bonding (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂による半導体素子のフェースダウン実装
の接続信頼性を向上させること。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、基板1の表面か
ら裏面にかけて貫通する貫通孔hと、基板1の貫通孔h
の周辺に形成される配線パターン2と、配線パターン2
と電気的および機械的に接続されるバンプBを備え、そ
のバンプBを介して基板1に実装される半導体素子3
と、半導体素子3のバンプBと配線パターン2とを接続
するため、貫通孔h内および貫通孔hと半導体素子3と
の間を除き配線パターン2上に塗布される樹脂4とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バンプ等の金属突
起を備えた半導体素子を基板上に実装して成る半導体装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器における軽薄短小化、多
機能化に伴い、半導体チップを高密度に実装する必要性
が高まってきている。このようなニーズに対応するた
め、半導体チップを直接配線基板上に実装するフェース
ダウン実装が注目されている。
【0003】図6は、従来のフェースダウン実装による
半導体装置を説明する概略断面図である。すなわち、こ
の半導体装置は、基板1上に形成された配線パターン2
と、チップ状の半導体素子3の裏面に設けられた金や銅
より成るバンプ(金属突起)Bとを位置合わせした状態
で接触させ、樹脂4を介して圧接し、加熱または光照射
によって樹脂4を硬化させ、半導体素子3と基板1とを
固定して、機械的および電気的な接続を達成している
(特開昭60−262430号公報参照)。
【0004】また、特開平5−175278号公報にお
いては、半導体素子を基板上にフェースダウン実装する
にあたり、半導体素子と基板との間の熱ストレスを緩和
する観点から、基板に貫通孔を設けた技術が開示されて
いる。
【0005】さらに、特開平6−204272号公報で
は、半導体素子をフェースダウン実装し、樹脂封止する
際、半導体素子と基板との隙間に気泡が残留しないよ
う、基板に空気抜きの貫通孔を設けた技術が開示されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の半導体装置においても次のような問題がある。すなわ
ち、実際の電子機器製造工程では、半導体素子を基板上
にフェースダウン実装した後、抵抗やコンデンサーなど
他のチップ部品を基板上に搭載して、はんだリフロー法
によってはんだ接続を行っている。
【0007】このはんだリフローの際の加熱で、半導体
素子と基板との間の樹脂も加熱され、樹脂中に含まれて
いる水分が水蒸気となり急激に体積膨張する。この水蒸
気は、樹脂と半導体素子との界面、または樹脂と基板と
の界面を剥離させながら、あるいは樹脂中にクラックを
生じさせながら外部に放出される。
【0008】この剥離あるいはクラックが、バンプの存
在する部分に達すると、バンプと配線パターンまたはバ
ンプと半導体素子とを剥離させ、電気的にオープンにな
るという問題が発生する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成された半導体装置である。すなわ
ち、本発明の半導体装置は、基板の表面から裏面にかけ
て貫通する貫通孔と、基板の貫通孔の周辺に形成される
配線パターンと、配線パターンと電気的および機械的に
接続される金属突起を備え、その金属突起を介して基板
に実装される半導体素子と、半導体素子の金属突起と配
線パターンとを接続するため、貫通孔内および貫通孔と
半導体素子との間を除き配線パターン上に塗布される樹
脂とを備えている。
【0010】このような本発明では、半導体素子が樹脂
によって基板上にフェースダウン実装された後、はんだ
リフローなどの加熱処理で樹脂に含まれる水分が水蒸気
となり、樹脂に急激な体積膨張が発生しても、基板に形
成された貫通孔の中および貫通孔と半導体素子との間に
は樹脂が存在しないことから、この貫通孔を通って水蒸
気が外部へ逃げ、体積膨張によるストレスを緩和できる
ようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置におけ
る実施の形態を図に基づいて説明する。図1は、本実施
形態における半導体装置を説明する概略断面図である。
すなわち、本実施形態における半導体装置は、基板1の
表面から裏面にかけて貫通する貫通孔hと、基板1の貫
通孔hの周辺に形成される配線パターン2と、配線パタ
ーン2と電気的および機械的に接続されるバンプ(金属
突起)Bを備えた半導体素子3と、半導体素子3のバン
プBと配線パターン2とを接続する樹脂4とを備えてお
り、この樹脂4が、貫通孔h内および貫通孔hと半導体
素子3との間を除く配線パターン2上に塗布されている
点に特徴がある。
【0012】基板1は、ガラスエポキシ、ポリイミド、
セラミックス、ガラス等から成り、その表面にフォトリ
ソグラフィー法などによって配線パターン2が形成され
る。また、半導体素子3のバンプBは金、銀または銅に
よって構成され、チップ状の半導体素子3の製造ととも
に形成される。
【0013】樹脂4は、絶縁性樹脂あるいは導電粒子を
含む異方性導電樹脂からなり、貫通孔h内および基板1
表面における貫通孔hの開口部周辺を除く配線パターン
2上に例えばディスペンサによって塗布される。
【0014】半導体素子3を基板1上にフェースダウン
実装した状態では、バンプBと配線パターン2とが接続
され、樹脂4によって固定される。この際、基板1に設
けられた貫通孔h内や貫通孔hと半導体素子3との間に
は樹脂4が存在しない。これにより、半導体素子3が基
板1上にフェースダウン実装された後にはんだリフロー
などの加熱処理で樹脂4が加熱され、樹脂4内の水分が
水蒸気となって樹脂4に急激な体積膨張が発生しても、
この貫通孔hを通って水蒸気が外部へ逃げていくことに
なる。
【0015】すなわち、樹脂4の体積膨張によるストレ
スが発生しても、そのストレスを貫通孔hの開口部周辺
に設けられた空間で吸収するとともに、半導体素子3と
基板1との間で水蒸気が発生しても、その水蒸気を上記
空間から貫通孔hを介して外部へ逃がすことができ、ス
トレスを内部に残留させずに済む。これにより、樹脂4
と半導体素子3との界面の剥離、樹脂4と基板1との界
面の剥離、あるいは樹脂4のクラック発生を防止できる
ようになる。
【0016】次に、図2に基づき本実施形態の半導体装
置の製造方法を説明する。先ず、図2(a)に示すよう
に、基板1の配線パターン2上に樹脂4をディスペンサ
もしくは印刷によって塗布する。この際、基板1に設け
られた貫通孔h内とその開口部周辺には樹脂4を塗布し
ないようにする。なお、図2(b)は、樹脂4を塗布し
た状態を示す平面図である。
【0017】次いで、図2(c)に示すように、半導体
素子3のバンプBと基板1の配線パターン2との位置合
わせを行い(図中矢印参照)、図2(d)に示すように
バンプBと配線パターン2とが接触するよう半導体素子
3をフェースダウンで実装する。
【0018】この実装により、樹脂4は半導体素子1に
よって押しつぶされ、基板1上で拡がることになる。た
だし、先に説明したように、樹脂4は、貫通孔hおよび
その開口部周辺には塗布されていないことから、押しつ
ぶされて拡がったとしても貫通孔hを塞ぐことはない。
【0019】そして、半導体素子1を実装した後、樹脂
4が熱可塑性樹脂である場合には加熱を行い、光硬化性
樹脂であれば紫外線等の光を照射して樹脂4を硬化さ
せ、半導体素子1のバンプBと基板1の配線パターン2
とを電気的、機械的に接続する。
【0020】これにより、貫通孔h内およびその開口部
周辺を除く配線パターン2上に塗布した樹脂4で半導体
素子1をフェースダウン実装した半導体装置を製造する
ことが可能となる。
【0021】次に、本実施形態の他の例を説明する。図
3は他の例を説明する概略平面図、図4は他の例を説明
する概略断面図である。すなわち、図3に示すように、
この例では、基板1に形成された貫通孔hの開口部周辺
に、下枠2’と上枠5’とが重なって構成されるダム枠
が設けられている点に特徴がある。
【0022】この下枠2’は、配線パターン2と同一材
質から成り、上枠5’は配線パターン2の上に被服され
る絶縁膜であるソルダーレジスト5と同一材質から成
る。このようなダム枠によって、配線パターン2上に塗
布された樹脂4が半導体素子3の実装の際に拡がって
も、ダム枠で止まって貫通孔h内に入り込むことがなく
なる。
【0023】つまり、図4に示すように、樹脂4を塗布
した状態で半導体素子3のバンプBと配線パターン2と
を樹脂で接続するため半導体素子3を押圧すると樹脂4
が拡がるが、下枠2’および上枠5’から成るダム枠で
樹脂4の拡がりが止まり、貫通孔h内および貫通孔hと
半導体素子3との間に確実に空間を形成することが可能
となる。
【0024】このような半導体装置により、半導体素子
3が基板1上にフェースダウン実装された後にはんだリ
フローなどの加熱処理で樹脂4が加熱され、樹脂4内の
水分が水蒸気となって樹脂4に急激な体積膨張が発生し
ても、半導体素子3と基板1との空間からこの貫通孔h
を介して水蒸気を外部へ逃がすことができる。
【0025】このため、先に説明した実施形態と同様、
樹脂4の体積膨張によるストレスを内部に残留させずに
済み、樹脂4と半導体素子3との界面の剥離、樹脂4と
基板1との界面の剥離、あるいは樹脂4のクラック発生
を防止できるようになる。
【0026】次に、この例の半導体装置における製造方
法を図5に基づき説明する。先ず、図5(a)に示すよ
うに、基板1の表面に配線パターン2を形成するととも
に、これと同一工程で下枠2’を形成する。次いで、半
導体素子の搭載領域を除く配線パターン2上を被服する
ためソルダーレジスト5を形成するとともに、これと同
一工程で上枠5’を形成する。
【0027】その後、基板1の配線パターン2上に樹脂
4をディスペンサもしくは印刷によって塗布する。この
際、基板1に設けられた貫通孔h内とその開口部周辺に
は樹脂4を塗布しないようにする。なお、図5(b)
は、樹脂4を塗布した状態を示す平面図である。
【0028】次いで、図5(c)に示すように、半導体
素子3のバンプBと基板1の配線パターン2との位置合
わせを行い(図中矢印参照)、図5(d)に示すように
バンプBと配線パターン2とが接触するよう半導体素子
3をフェースダウンで実装する。
【0029】この実装により、樹脂4は半導体素子1に
よって押しつぶされ、基板1上で拡がることになる。た
だし、先に説明したように、貫通孔hの周辺に下枠2’
および上枠5’から成るダム枠が形成されていることか
ら、拡がった樹脂4はダム枠で塞き止められ、貫通孔h
内に入ることなく止まるようになる。
【0030】そして、半導体素子1を実装した後、樹脂
4が熱可塑性樹脂である場合には加熱を行い、光硬化性
樹脂であれば紫外線等の光を照射して樹脂4を硬化さ
せ、半導体素子1のバンプBと基板1の配線パターン2
とを電気的、機械的に接続する。
【0031】このようなダム枠を設けておくことで、樹
脂4の塗布量を厳密に制御しなくても、樹脂4を貫通孔
h内およびその開口部周辺に回り込ませないようにする
ことが可能となる。また、ダム枠は、配線パターン2と
同一工程で下枠2’を形成し、ソルダーレジスト5と同
一工程で上枠5’を形成することで構成できることか
ら、工程数を増やすことなくダム枠を形成できる。
【0032】なお、この例ではダム枠として貫通孔hの
開口部周辺に円環状に形成したが、このような形状に限
定されることはない。
【0033】また、上記例では、ダム枠を下枠2’と上
枠5’とを重ねて構成したが、配線パターン2と同一工
程で下枠2’のみによりダム枠を構成しても、また、下
枠2’を設けず、ソルダーレジスト5と同一工程で上枠
5’のみによりダム枠を構成してもよい。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば次のような効果がある。すなわち、基板上に
半導体素子が樹脂によってフェースダウン実装されてい
る場合でも、その後の熱処理等で樹脂に含まれる水分が
水蒸気となって樹脂に急激な体積膨張が発生しても、そ
の水蒸気を半導体素子と基板との空間から貫通孔を介し
て外部へ逃がすことが可能となる。これにより、樹脂の
体積膨張によるストレスを半導体素子と基板との間に蓄
積せずに済み、樹脂と半導体素子との界面、または樹脂
と基板との界面での剥離や樹脂のクラックを回避して、
電気的な接続信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態における半導体装置を説明する概略
断面図である。
【図2】本実施形態の半導体装置の製造方法を順に説明
する図である。
【図3】他の例を説明する概略平面図である。
【図4】他の例を説明する概略断面図である。
【図5】他の例における半導体装置の製造方法を順に説
明する図である。
【図6】従来例を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
1…基板、2…配線パターン、2’…下枠、3…半導体
素子、4…樹脂、5…ソルダーレジスト、5’…上枠、
B…バンプ、h…貫通孔

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の表面から裏面にかけて貫通する貫
    通孔と、 前記基板の貫通孔の周辺に形成される配線パターンと、 前記配線パターンと電気的および機械的に接続される金
    属突起を備え、その金属突起を介して前記基板に実装さ
    れる半導体素子と、 前記半導体素子の金属突起と前記配線パターンとを接続
    するため、前記貫通孔内および前記貫通孔と前記半導体
    素子との間を除き前記配線パターン上に塗布される樹脂
    とを備えていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記基板の表面における前記貫通孔の開
    口部周辺に前記樹脂に対するダム枠が設けられているこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ダム枠は、前記配線パターンと同一
    材質から成ることを特徴とする請求項2記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 前記ダム枠は、前記配線パターン上に被
    服される絶縁膜と同一材質から成ることを特徴とする請
    求項2記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記ダム枠は、前記配線パターンと同一
    材質から成る下枠と、前記配線パターン上に被服される
    絶縁膜と同一材質から成る上枠とが重なって構成される
    ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
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