JP2000223608A - 半導体パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

半導体パッケージ及びその製造方法

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彰 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 保護用ダミー素材を高精度に効率的に配置す
ることのできる半導体パッケージ及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】 最終工程でチップパッケージサイズにダ
イシングされる所定サイズの基板上に複数の半導体チッ
プを実装し(ステップ102)、前記半導体チップのそ
れぞれと前記基板との間をボンディングし(ステップ1
03)、このボンディング部を樹脂封止し(ステップ1
04)、前記半導体チップの非搭載面に複数のハンダボ
ールを搭載し(ステップ105)、このハンダボールに
よるボールグリッドアレイ部の両側で前記ダイシングが
行われる部位に保護用ダミー素材をを設け(ステップ1
06)、この保護用ダミー素材の略中心から前記基板の
ダイシングを行い、それぞれのチップパッケージサイズ
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
及びその製造方法に関し、特に、プリント基板との接続
にボールグリッドアレイ(BGA)を用いた構造の半導
体パッケージ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体パッケージであるチップサイズパ
ッケージ(CSP)をプリント基板に実装し、パッケー
ジ本体とプリント基板がハンダボールのみで接続されて
いる状態で、チップサイズパッケージ端に上下方向から
の応力が働いた場合、応力の働いた部位と対向するハン
ダ接続部が引き剥がされて破壊する。この破壊を回避す
るため、従来、スペーサとなるダミー材をパッケージの
端部に配置し、パッケージ本体とプリント基板との接続
間隔を一定に保ち、ボールグリッドアレイ部のハンダ接
続部を保護する方法が用いられている。
【0003】図8は従来の半導体パッケージの製造方法
により、ハンダボール及びダミー材を実装した後のチッ
プサイズパッケージの形状を示す。(a)は正面図、
(b)は平面図であり、ここでは半導体ウェハからダイ
シングして得られた半導体チップの1つを搭載したチッ
プサイズパッケージを示しているが、半導体チップの図
示は省略している。この半導体チップのサイズにほぼ等
しいサイズのパッケージ本体基板1の表面のコーナ部に
は、丸形で所定の高さの樹脂又は金属の素材による保護
用ダミー素材2(保護用部材)が前記ダミー材として設
けられ、この部分を除いた部分には所定間隔に複数のハ
ンダボール3が搭載され、ボールグリッドアレイ(BG
A)部を形成している。保護用ダミー素材2は、パッケ
ージ実装時にボールグリッドアレイ部を保護する目的で
設けられる突起物である。保護用ダミー素材2の直径
は、ハンダボール3の直径よりも大きく設定されてお
り、この領域を避けるようにしてハンダボール3が搭載
される。このため、ハンダボール3の搭載領域としての
アレイエリア4は、略六角形を成している。
【0004】図9は従来の半導体パッケージの製造方法
を示す。まず、パッケージ本体基板1を作成(ステップ
201)する。ついで、パッケージ本体基板1上に半導
体ウェハからダイシングした半導体チップ(不図示)を
マウントする(ステップ202)。次に、半導体チップ
上のランドとパッケージ本体基板1上の配線パターン
(又はランド)をワイヤボンディングした後(ステップ
203)、前記ボンディング面を樹脂モールドにより封
止する(ステップ204)。さらに、パッケージ本体基
板1の樹脂モールドをしなかった面の各ランド上に、図
8に示したように、ハンダボール3を搭載する。つい
で、成形金型を使用して保護用ダミー素材2を搭載す
る。以上のように、従来においては、半導体チップ毎
に、個別にモールド封入、ハンダボール3の取り付け、
及び保護用ダミー素材2の取り付けが行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
パッケージの製造方法によると、パッケージ本体基板の
1枚単位でモールド封入、ハンダボール付け、及びダミ
ー素材の取り付けを個別に行っているため、製造工程の
簡略化、低コスト化、及び量産化の向上に限界がある。
【0006】また、保護用ダミー素材の位置合わせに制
約があるため、パッケージ端への精度の高い配置は困難
であり、パッケージ端部から一定距離(図8に示す距離
α)をマージンとして必要とする。このため、実装後の
パッケージ端に上下方向からの応力が加わった場合の耐
性に劣っていた。
【0007】近年、一度に多数の半導体チップを封入す
ることが可能なトランスファ一括方式が注目されてい
る。しかし、チップサイズパッケージ及びボールグリッ
ドアレイ構造の半導体装置で、かつ、ダミー材が設けら
れる半導体装置において、ダミー材を効率よく取り付け
ることが難しく、トランスファ一括方式の実用化の障害
となっていた。
【0008】したがって、本発明の目的は、保護用ダミ
ー素材を高精度に、かつ効率的に配置することのできる
半導体パッケージ及びその製造方法を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、第1の特徴として、所定の配線パターン
を有したチップサイズの配線基板と、前記配線基板に搭
載されて、前記配線パターンと電気的に接続された半導
体チップと、前記配線基板と前記半導体チップの少なく
とも電気的接続部を封止する封止樹脂と、前記封止樹脂
に設けられた開孔を通して前記配線パターンのランドに
接続されたアレイ状の外部回路接続用ハンダボールと、
前記アレイ状のハンダボールが配置された面の少なくと
も2辺に沿って設けられた所定の長さの保護用部材を備
えたことを特徴とする半導体パッケージを提供する。
【0010】この構成によれば、アレイ状のハンダボー
ルが配置された面の少なくとも2辺に沿って、所定の長
さの保護用部材が設けられている。この保護用部材は、
配線基板をハンダボールを介して他の基板に実装する
際、配線基板と他の基板との間隙を均一にするガイドと
して機能し、複数のハンダボールをリフローさせた際、
各ハンダボールの溶融に偏りを生じたとしても、配線基
板と他の基板との間隙はどの部位においても同じにな
る。したがって、半導体パッケージの低コスト化、及び
量産化が可能になる。また、ハンダボールの搭載スペー
スを拡大することが可能になる。
【0011】本発明は、上記の目的を達成するため、第
2の特徴として、共通する複数の配線パターンを有した
所定サイズの基板上に複数の半導体チップを実装し、前
記半導体チップと前記基板との対応する前記配線パター
ンを電気的に接続し、前記電気的な接続を行った面を樹
脂封止し、前記基板の前記半導体チップを搭載していな
い面に複数のハンダボールを搭載してボールグリッドア
レイ部を形成し、前記ボールグリッドアレイ部の両側で
前記ダイシングが行われるライン上に前記ボールグリッ
ドアレイ部を保護するための所定の長さの保護用部材を
設け、前記基板をダイシングして前記保護用部材を略中
心で分割することを特徴とする半導体パッケージの製造
方法を提供する。
【0012】この方法によれば、複数のチップパッケー
ジを1枚のパッケージ本体基板上に配置し、一括して複
数のチップパッケージにハンダボール及び保護用部材を
搭載し、その後に各チップパッケージに分離するための
ダイシングが行われる。したがって、チップサイズパッ
ケージの製造工程の簡略化、低コスト化、及び量産化を
図ることができる。
【0013】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、第3の特徴として、複数の半導体チップが作り込ま
れた半導体ウェハに、樹脂封止の後に前記半導体チップ
毎にハンダボールによるボールグリッドアレイを形成
し、前記ボールグリッドアレイを区分する境界上で、か
つ前記ボールグリッドアレイの両側に位置するように所
定の長さの保護用部材を設け、前記半導体ウェハをダイ
シングして前記保護用部材を略中心で分割することを特
徴とする半導体パッケージの製造方法を提供する。
【0014】この方法によれば、半導体ウェハの段階で
半導体デバイス毎にボールグリッドアレイが設けられる
ほか、保護用部材が搭載され、その後に各チップ単位に
分離するためのダイシングが行われる。したがって、製
造工程の簡略化、低コスト化、及び量産化を図ることが
できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の半導体パッケージ
の製造方法により、ハンダボール及び保護用ダミー素材
を実装した後の半導体チップの形状を示す。(a)は正
面図、(b)は平面図、(c)は斜視図(ハンダボール
の図示は省略)である。また、各図においては、半導体
チップの図示を省略している。本発明においては、パッ
ケージ本体基板11はエポキシ樹脂材を用いて作られ、
このパッケージ本体基板11上には導電性樹脂や金属膜
による配線パターンが形成されている。また、パッケー
ジ本体基板11は、複数の半導体チップ及び該半導体チ
ップ数分のハンダボールを一括して搭載可能な大きさを
有している。つまり、従来のパッケージ本体基板1を複
数枚並べたサイズを有している。パッケージ本体基板1
1のランド形成面には、隣接の半導体チップとの境界線
上に保護用部材としての保護用ダミー素材12が貼着さ
れている。この保護用ダミー素材12としては、耐熱性
のプラスチックフィルムを帯状にしたものが用いられ
る。保護用ダミー素材12間には、ハンダボール13が
所定ピッチで搭載される。ハンダボール3の搭載領域で
あるアレイエリア14は四角形を成しているため、ハン
ダボール13は無駄なく配置されている。
【0016】図2は、本発明による半導体パッケージの
製造方法を示す。本発明におけるパッケージ本体基板1
1は、上記したように、複数の半導体チップが同時に搭
載可能な大きさを有している。このパッケージ本体基板
11を作成(ステップ101)した後、パッケージ本体
基板11上に複数の半導体チップを同一工程において搭
載する(ステップ102)。ついで、それぞれの半導体
チップ上のランドとパッケージ本体基板11上の配線パ
ターン(又はランド)をワイヤボンディングする(ステ
ップ103)。さらに、パッケージ本体基板11にマウ
ントした全ての半導体チップを覆う様にトランスファ一
括封入方式により、樹脂モールドを施して封止する(ス
テップ104)。封入後、パッケージ本体基板11の実
装面に対し、それぞれのチップサイズパッケージの端部
となり、かつダイシング部となる部分に実装後のハンダ
ボールを保護するために十分な高さを有する保護用ダミ
ー素材12を貼着する。
【0017】次に、半導体チップのそれぞれの樹脂モー
ルドが施されていない面の各ランド上に、ハンダボール
13を一括して搭載する。ついで、図1に示したよう
に、ダミー素材12を搭載する。この後、保護用ダミー
素材12の中心線上においてパッケージ本体基板11を
ダイシングソーサを用いてダイシングし、半導体チップ
毎に分離する(ステップ107)。以上のように、本発
明においては、1枚の大きな基板上に複数のパッケージ
本体基板を一括して実装し、モールド樹脂封止、ハンダ
ボール13の取り付け、及び保護用ダミー素材12の貼
着のそれぞれを複数の半導体チップについて、一括して
行っている。特に、保護用ダミー素材12は、1枚の貼
着により、複数枚のパッケージ本体基板11に同時に設
けたことになるので、保護用ダミー素材12の実装効率
を大幅に高めることができる。また、保護用ダミー素材
12はダイシングにより、自己整合的にチップサイズパ
ッケージの端に配置されるため、パッケージ端の上下方
向に働く応力に対するボール保護効果が高められる。
【0018】更に、保護用ダミー素材12は、例えば、
パッケージ本体基板11のそれぞれに接着による部材や
ボール状に作製したダミー素材に比べて、パッケージ端
から保護用ダミー素材12までの距離が零にでき、図1
に示したように、BGA領域は従来に比べて制約が少な
くなる。また、ダイシング後、パッケージ毎に保護用ダ
ミー素材12を取り付ける必要がないため、製造工程を
簡略化できる。以上のように、本発明によれば、チップ
サイズパッケージの製造工程の簡略化、低コスト化、及
び量産化を図ることができる。
【0019】図3は図2のステップ106により、保護
用ダミー素材12の取り付けが終了した状態を示す。ま
た、図4は図3の詳細断面を示し、(a)は図3のA−
A’断面、(b)は図3のB−B’断面を示す。ハンダ
ボール13の搭載領域(アレイエリア)の境界位置に
は、保護用ダミー素材12が取り付けられ、この保護用
ダミー素材12の中心が図3の垂直方向のダイシングラ
イン15となる。また、ハンダボール13の搭載領域の
上下方向の境界位置にはダイシングライン16が設定さ
れる。ダイシングライン15,16から、図2のステッ
プ107により基板ダイシングを行い、チップサイズパ
ッケージにする。
【0020】図4に示すように、パッケージ本体基板1
1のA−A’断面は、保護用ダミー素材12が隣接した
2個のチップサイズパッケージにまたがって配置されて
いる。パッケージ本体基板11は、ダイシングライン1
5(パッケージ境界)から切断分離されるため、保護用
ダミー素材12上の切断箇所がパッケージ端となる。ま
た、パッケージ本体基板11のB−B’断面部は、ダイ
シングライン16が設定され、この線上で切断分離され
る。ハンダボールを保護するために十分な高さを必要と
する保護用ダミー素材12の厚みは、実装するハンダボ
ール13の直径よりも、僅かに小さくなる厚みに設定す
る。
【0021】図5は、図2の方法で作成された図1のチ
ップサイズパッケージを外部回路としてのプリント基板
に実装した状態を示す。チップサイズパッケージは、図
1に示したパッケージ本体基板11の裏面(ハンダボー
ルが搭載されていない面)に樹脂モールド17(図2の
ステップ104で設けられたもの)が施されている。こ
のような構造のチップサイズパッケージが搭載されるプ
リント基板18は、その片面に、ハンダボール13のそ
れぞれの位置に対応させて設けられた配線パッド19を
有している。この配線パッド19とハンダボール13の
位置合わせを行った状態で、チップサイズパッケージが
プリント基板18に搭載される。
【0022】チップサイズパッケージをプリント基板に
実装するに際しては、プリント基板18の配線パッド部
のみにマスクを用いてぺースト状のハンダを塗布し、配
線パッド19とハンダボール13を1対1で接触させた
状態のままリフロー炉に入れ、高温雰囲気に置くことで
接触部のハンダが溶融し合い、プリント基板18側の電
極とパッケージ側の電極が電気的に接合する。この結
果、図5に示す通り、ハンダボール13の溶融によって
プリント基板18とチップサイズパッケージの距離は短
くなるが、最終的な距離は、保護用ダミー素材12の高
さで決定される。この保護用ダミー素材12は、プリン
ト基板18とチップサイズパッケージ間のの支柱として
機能し、ハンダボール13を保護する。
【0023】以上のように、上記した本発明の第1の実
施の形態によれば、図3に示したように、半導体ウェハ
からダイシングした複数個の半導体チップを大きなパッ
ケージ本体基板11に搭載し、一括してモールド封止、
ハンダボールの搭載、及びダミー素材の取り付けを行う
ようにしたので、保護用ダミー素材の取り付けが効率的
に行われ、製造工程の簡略化、低コスト化、及び量産化
の向上を図ることができる。
【0024】(第2の実施の形態)図6は本発明による
半導体パッケージの製造方法の他の例を示す。また、図
7は図6におけるCの部分の拡大断面を示す。本実施の
形態は、半導体ウェハの段階で、複数のチップサイズパ
ッケージ分のハンダボールとダミー素材を実装してしま
うところに特徴がある。複数の半導体デバイス20が作
り込まれた半導体ウェハ21は、ウェハ固定用シート2
2によって保持固定されている。半導体デバイス20の
それぞれには、複数のハンダボール13が所定間隔に搭
載される。
【0025】図7に示すように、ボールグリッドアレイ
を区分する境界に設定されたダイシングライン23上に
は、保護用部材としての保護用ダミー素材24が貼着さ
れる。この保護用ダミー素材24は、耐熱性のプラスチ
ックフイルムが用いられ、その厚みは、上記した保護用
ダミー素材12と同様に、実装するハンダボール13の
直径よりも僅かに小さい厚みに設定する。保護用ダミー
素材24は、ハンダボール13の搭載工程の次工程にお
いて貼着される。保護用ダミー素材24を貼着後、半導
体ウェハ21のダイシングが行われる。これにより、保
護用ダミー素材24が自動的にパッケージ端に配置され
る。
【0026】なお、上記実施の形態においては、ボンデ
ィング接続によるチップサイズパッケージの製造を例に
したが、ボンディング接続を用いない電極の取り出し手
段を用いたパッケージの場合にも、本発明を適用するこ
とができる。また、ダミー素材として本実施例では、耐
熱性プラスチック材料をダイシングの直前に貼着するも
のとしたが、パッケージ本体基板がボールグリッドアレ
イ上に連なって配置されている一枚の基板上に予め作製
しておくことも可能である。また、保護用ダミー素材
は、貼着によるほか、樹脂封入、スクリーン印刷による
厚膜の形成等の方法も可能である。
【0027】また、上記各実施の形態においては、ハン
ダボール13を先に設け、次に、保護用ダミー素材12
又は24を設けるものとしたが、逆の順序にしてもよ
い。
【0028】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の半導体パッ
ケージによれば、アレイ状のハンダボールが配置された
面の少なくとも2辺に沿って、所定の長さの保護用部材
を設けた構成にしたので、ハンダボールをリフローさせ
た際、配線基板と他の基板との間隙を均一にするガイド
として機能し、半導体パッケージの低コスト化、及び量
産化が可能になる。また、ハンダボールの搭載スペース
を拡大することが可能になる。
【0029】さらに、本発明の半導体パッケージの製造
方法によれば、1枚の基板上に複数のチップのマウント
を行ってから、一括してハンダボール及び保護用部材を
取り付けるようにし、或いは、半導体ウェハの段階でハ
ンダボール及び保護用部材を取り付けるようにしたの
で、保護用部材を効率よく形成することが可能になり、
製造工程の簡略化、低コスト化、及び量産化を図ること
ができる。
【0030】そして、前記各製造方法において、境界上
に設けた保護用部材は、パッケージ端へ確実に配置する
ことが可能になるため、実装後のパッケージ端部へ働く
上下方向からの応力に対する耐性が高くなる。また、ボ
ールグリッドアレイ領域への制約が小さくなり、ハンダ
ボールの配置面積が大きくとれるため、多ピン化が可能
になる。
【0031】更に、保護用部材の高さ(厚み)をハンダ
ボールの直径よりも僅かに小さくなる様に設定しておく
ことで、プリント基板へのパッケージ実装時、パッケー
ジ端に配置された保護用部材のチップサイズパッケージ
端に上下方向からの応力に対し、パッケージとプリント
基板との間を支える支柱として働くために、ハンダボー
ルを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体パッケージの製造方法により、
ハンダボール及びダミー材を実装した後の半導体チップ
の形状を示し、(a)は正面図、(b)は平面図、
(c)は斜視図である。
【図2】本発明による半導体パッケージの製造方法を示
すフローチャートである。
【図3】図2の方法により保護用ダミー素材の取り付け
が終了した状態を示す平面図である。
【図4】図3の詳細断面を示し、(a)は図3のA−
A’断面であり、(b)は図3のB−B’断面である。
【図5】図1のチップサイズパッケージをプリント基板
に実装した状態を示す正面図である。
【図6】本発明による半導体パッケージの製造方法の他
の例における製造過程を示す平面図である。
【図7】図6におけるCの部分の拡大断面を示す断面図
である。
【図8】従来の半導体パッケージの製造方法により、ハ
ンダボール及びダミー材を実装した後のチップサイズパ
ッケージの形状を示し、(a)は正面図、(b)は平面
図である。
【図9】半導体パッケージの従来の製造方法を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1,11 パッケージ本体基板 2,12,24 保護用ダミー素材 3,13 ハンダボール 4 アレイエリア 15,16,23 ダイシングライン 17 樹脂モールド 18 プリント基板 19 配線パッド 20 半導体デバイス 21 半導体ウェハ 22 ウェハ固定用シート

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の配線パターンを有したチップサイ
    ズの配線基板と、 前記配線基板に搭載されて、前記配線パターンと電気的
    に接続された半導体チップと、 前記配線基板と前記半導体チップの少なくとも電気的接
    続部を封止する封止樹脂と、 前記封止樹脂に設けられた開孔を通して前記配線パター
    ンのランドに接続されたアレイ状の外部回路接続用ハン
    ダボールと、 前記アレイ状のハンダボールが配置された面の少なくと
    も2辺に沿って設けられた所定の長さの保護用部材を備
    えたことを特徴とする半導体パッケージ。
  2. 【請求項2】 共通する複数の配線パターンを有した所
    定サイズの基板上に複数の半導体チップを実装し、 前記半導体チップと前記基板との対応する前記配線パタ
    ーンを電気的に接続し、 前記電気的な接続を行った面を樹脂封止し、 前記基板の前記半導体チップを搭載していない面に複数
    のハンダボールを搭載してボールグリッドアレイ部を形
    成し、 前記ボールグリッドアレイ部の両側で前記ダイシングが
    行われるライン上に前記ボールグリッドアレイ部を保護
    するための所定の長さの保護用部材を設け、 前記基板をダイシングして前記保護用部材を略中心で分
    割することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記保護用部材は、耐熱性のプラスチッ
    クフィルムを用いることを特徴とする請求項2記載の半
    導体パッケージの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記保護用部材は、その厚みが前記ハン
    ダボールの直径よりも僅かに小さいことを特徴とする請
    求項2記載の半導体パッケージの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記保護用部材は、貼着により設けられ
    ることを特徴とする請求項2記載の半導体パッケージの
    製造方法。
  6. 【請求項6】 前記保護用部材は、前記ダイシング後、
    チップパッケージの4辺に設けられることを特徴とする
    請求項2記載の半導体パッケージの製造方法。
  7. 【請求項7】 複数の半導体チップが作り込まれた半導
    体ウェハに、樹脂封止の後に前記半導体チップ毎にハン
    ダボールによるボールグリッドアレイを形成し、 前記ボールグリッドアレイを区分する境界上で、かつ前
    記ボールグリッドアレイの両側に位置するように所定の
    長さの保護用部材を設け、 前記半導体ウェハをダイシングして前記保護用部材を略
    中心で分割することを特徴とする半導体パッケージの製
    造方法。
  8. 【請求項8】 前記保護用部材は、その厚みが前記ハン
    ダボールの直径よりも僅かに小さいことを特徴とする請
    求項6記載の半導体パッケージの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記保護用部材は、耐熱性のプラスチッ
    クフィルムを用いることを特徴とする請求項7記載の半
    導体パッケージの製造方法。
  10. 【請求項10】 前記保護用部材は、貼着により設けら
    れることを特徴とする請求項7記載の半導体パッケージ
    の製造方法。
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